JPH08511902A - 反射器を備えるランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 反射器（１）を備えるランプ（１０）は通常の回転対稱形状の凹面状の反射面（３）を有し、その上に平らな４つの辺を有する複数のファセット（７）が前記通常形状の反射面に接して重ね合わされる。複数のファセットは各々反射器（１）の光軸（４）に直角な平面（Ｐ）の矩形場（ＤＰ）を照射し、それら複数の場は同じ形状と大きさおよび同じ方位を有し、それによって反射器を備えるランプは矩形場を高度の一様性と効率で照射する。反射器を備えるランプは画像投影装置に使用されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 反射器を備えるランプ この発明は、通常の楕円形状面と通常の放物形状面から選択される凹面状の反 射面を備える反射器基体、光軸、その内側にある焦点および光放射窓を有する反 射器と、 真空気密状に封着され、光軸上に配置される線形状電気要素が存在するランプ 容器を備えるランプと、を具えた反射器を備えるランプに関するものである。 かかる反射器を備えるランプは未公開のヨーロッパ特許出願第93202951.5号（ ＰＨＮ14.512）明細書に開示されている。 公知の反射器を備えるランプはフィルムまたはスライド投影のような投影の目 的に使用されてもよいが、また投影ＴＶデバイスに使用されてもよい。このデバ イスはフィルムまたはスライド投影の場合のように、光伝達画像キャリアが反射 器の光軸に直角な平面、例えばＬＣＤスクリーンまたはＤＭＤ（Digital Mirror Device）スクリーンに存在する。かかる画像キャリアは普通矩形で、例えば４ ／３または１６／９の幅／高さを備えている。 画像キャリアを明るくそして一様に照射するのが反射器を備えるランプの目的 で、それで投影レンズを具える光学システムはその上に観視可能なように画像を 明瞭にそして平坦にスクリーン上に表示可能である。 しかしながら、照射の一様性は電気要素の不精確な位置取りによって逆に影響 を受けるかもしれない。さらに、電気要素は、例えば、高い操作温度での熱膨張 の差により、または光源として作用する放電アークが電極上での適用点を変える ことで、その位置取りが変化するかもしれない。 反射器を備えるランプは丸い照射場を提供し、これに対し画像キャリアは矩形 であるという事実によって、照射の輝度は互いに逆の影響を受ける。光の一部は 従って画像キャリアの外側に投射される。この一部は正方形により近い形状（４ ／３）を有する画像キャリアの場合よりもより細長いキャリア（１６／９）の場 合により大きくなる。 ＵＳ−Ａ−4,021,659号明細書はそこに正に収容される白熱ランプを備える投 影目的用の楕円反射器を開示している。このランプは軸方向に位置する白熱体を 有している。反射器の反射面は複数の重ね合わされる小さな面（ファセット）を 有し、それらは放射レーン状に円形帯状に配置されている。反射器は台形形状で ある複数のファセットのこの配置に起因して回転対稱形状に保持されている。こ れらファセットはそれらの平行な辺に関する半径にすべて直角である。これらは 凸面状の面を有していてもよい。照射場の照射の一様性を増大するのがこれらフ ァセットの目的である。 これらファセットは第２の焦点に互いに重ね合わされる白熱体の拡大像をなげ かける。前述の引用された特許に含まれる写真は、改善された均一性を有する照 射場が得られ、それにもかかわらずそれがなおつぎはぎだらけで丸い形状を有し ていることを示している。 本発明の目的は、光軸に直角な平面Ｐの矩形場ＤＰが一様に照射され効率が増 大された、冒頭のパラグラフに記載された種類の反射器を備えるランプを提供せ んとするものである。 本発明によれば、この目的は反射面が主としてほぼ平面に、ほぼ四辺形に通常 の形状に重ね合わされる複数の反射ファセットに作り上げられ、それらファセッ トは各々通常の凹面形状面へ接点を有するとともに、光軸に直角な光放射窓から はなれた平面Ｐの場を各々照射し、その場は各ファセットに関しほぼ同じ形状と 大きさであり同じ方位を有し、さらに光放射窓は直径Ｄ_LSを有し、電気要素は軸 方向の大きさがＬで、Ｄ_LS／Ｌを４０より大きくすることにより達成される。 ここでいう“通常形状”とか基本形状とか全体形状は、重ね合わされたファセ ットがないとした場合の反射面が有する形状を示すのにここでは使用される。 本発明はなかんずく、例えば放射レーン状に円形帯状に配置される複数の平面 ファセットを備える楕円反射器が使用される時には、基本的には丸い場が照射さ れるという認識に基づいている。これらファセットは光軸のまわりを相対的に互 いに常に角度αで回転する平面Ｐに像を発生し、レーンからレーンへ円形帯状に 移動する。角度αは３６０°／ｎで、ｎはレーンの数である。このことは図１に 明らかにされている。 図１で、矩形場ＤＰは光軸４に同中心に配置されている。複数のファセットは この場にわたり四辺形の像を提供する。像に一致する４つのすみの点は一度だけ マークされている。隣り合うファセットおよびそれらの像は互いに常に３６０° ／２４＝１５°だけ相対的に回転している。図１はその照射にすべてのファセッ トが寄与し、その中で照射が均一になるだろう円形の場が示されている。円形の 外側の照射は不均一であるとして削除される。しかしながら、その円形より小さ い場ＤＰのみが使用されるので円形の内側の光はまた部分的にのみ使用される。 上述のことを克服するため本発明に係る反射器を備えるランプが実施される方 法は、矩形の場ＤＰの形状と大きさをほぼ有する平面Ｐの場を複数のファセット 各々が照射するように、ファセットの形状と大きさを電気要素からの距離に応じ て選択する。その方法はまた、複数のファセットにより照射される複数の場が場 ＤＰとほぼ同じ位置を有する、すなわち光軸のまわりでほぼ等しい回転位置を有 するという事実を含んでいる。この結果平面Ｐ内の複数のファセットにより照射 される複数の場はほぼ同じ形状と大きさであり、１つのラインにほぼ平行である 。 これらの方法は反射器の軸方向の態様に関して視覚的に観察可能な結果をもた らす。もし反射器（図２参照）が軸を通る垂直平面Ｖで水平な縁部を備えるファ セットを有するときは、軸を通る水平平面Ｈで他のファセット、または水平のま たはほぼ水平の中心ラインを有するファセットの水平縁部をその反射器が有する であろう。後者は反射器の大きさおよびファセットの大きさに依存する。従って それらファセットは前記水平平面と前記垂直平面間でのファセットがなすと同じ 方位を有する。このことは垂直平面のファセットが水平平面のファセットに対し ９０°だけ回転する、引用例ＵＳ−Ａ−4,021,659号明細書記載の反射器との本 質的な相違である。この公知の反射器のファセットは両平面で、およびこれらの 平面間で同じ形状を有し、これに対し本発明に係る反射器のファセットはそうで はない。さらに公知の反射器とは相違して垂直平面のファセットの数は水平平面 のファセットの数に等しくない。 また本発明に係る反射器は、ファセットが全反射器面領域を占有する公知の反 射器と相違して、ファセット間にファセットのない領域が存在する。本発明に係 る反射器の面領域に最大可能なパッキング密度を備えさせてさえ、ファセットは 外観的になにか不規則な配列を示す。ファセットに関し反射器全体を満すように ひきのばしを持たせることは可能であるが、このひきのばしは矩形の目標領域の 外側のみに光を投射し有用ではない。 本発明は、照射の高度の一様性のためには、電気要素、すなわち光源が反射器 に対し相対的に小さくあるべきであるという認識に一部基づいている。このこと は光放射窓の直径Ｄ_LSと電気要素の軸方向の長さＬとの間の比（Ｄ_LS／Ｌ）を最 小にすることで表現される。かくて電気要素の軸方向の長さＬは、直径Ｄ_LSが例 えば７５ｍｍの場合、約１．８ｍｍかそれ以下、好適には１．５ｍｍかそれ以下 の値を有するであろう。要素はこの時Ｄ_LS／Ｌが５０かそれ以上の準点源になる 。 反射器を備えるランプは光軸に直角な平面Ｐの矩形場ＤＰを一様にそして増大 した効率で照射する。 電気要素は例えばハロゲンを満した、例えば石英ガラスランプ容器の白熱ラン プであってよい。それによって実現可能なすぐれた明るさの効能と高輝度の故に 、電気要素は例えば石英ガラスまたはセラミックのランプ容器の、イオン化可能 な媒体の放電路であり、それによって例えば電極間のその媒体に高圧放電アーク を発生することが可能である。媒体は稀ガス、例えばキセノンであってよく、そ れは例えば数バールの充電圧を有し、多くの場合水銀および／またはハロゲン化 金属が加えられ、水銀の場合その動作圧力は約２００バールかそれ以上である。 複数のファセットがほぼそれらの幾何学的中心、すなわちそれらの対角線の交 点の反射器の反射面の基本的形状に接している時は好都合である。このことはフ ァセットの密度あるパッキングを促進する。ファセット間の領域には例えば光吸 収があるかもしれないが、好適な実施例の場合それらは光散乱である。上述のこ とは次にそれらファセットにより実現される光照射に拡散光を加算する場合有用 に使用される。 電気要素がランプ容器の向かい合う端部から入りこむ電流導体を介して給電さ れる時は、ファセット間領域のような反射器基体の開口を介して１つの導体のリ ードスルーを実現するのは好都合である。その場合もとの役に立つ反射面領域は ほとんどか全く失われることはない。 反射器が通常の楕円形状を備える反射面を有する時は、電気要素は反射器内焦 点に位置していてよい。平面Ｐの種々のファセットにより照射される場はほぼ一 致する。反射器が通常の放物形状面を有し、電気要素が焦点から光放射窓の方へ シフトされる時は、反射器はほぼ楕円面として動作し、従って照射場は再びほぼ 一致する。電気要素が通常の放物形状面の焦点にある時は、平面Ｐで照射場を一 致させるためにレンズが使用されてもよい。レンズ，コンデンサは、光を画像キ ャリアの方へ偏向させ、スクリーン上に画像を表示する投影レンズの入力開孔で それを結像させるため、画像投影システムですでにしばしば使用されている。 反射器は例えばアルミニウムのような金属から作られてもよく、または別に、 例えばガラスまたは合成樹脂から作られてもよく、それらは反射面、例えばアル ミニウム、銀または金の被膜または光反射するダイクロイック・ミラー(dichrol c mirror）を備えている。後者はかかるフィルタが有する比較的高い反射率や、 例えばフィルタを介して通過する熱放散のような望ましくない放熱の可能性を有 するから都合がよい。 反射器基体が透明板で閉されている時には、ユニットの安全性にとって都合が よい。可燃性物体がランプの熱い部分に接触するのをそれによって妨げることが できる。ランプ容器の爆発に含まれる危険はそれによってまた削減されるだろう 。透明板は接着剤、例えばシリコングルーで反射器基体に固着されていてよい。 しかしながら、また別に透明板は機械的手段、例えば反射器基体まわりに金属リ ングフランジで連結されてもよい。この代りに別に、クランピング(clamping)リ ングや数多くのクランプが使用されてもよい。透明板は例えば色補正フィルタを する光学機能または平面Ｐで照射場を一致させるため正のレンズ機能を備えてい てもよい。 透明板の一面または両面に反射防止被膜を与えると都合がよい。それによって 入射光の約４％にものぼる関連する面での反射による光の損失は削減されるかほ とんどさけることができる。面はＭｇＦ₂のような例えば１．３８の低屈折率材 料の層で例えばλ／４の被覆をしてもよい。また別に、その上に配置される低い 屈折率の層とともに、例えばｎ＝１．７０の高い屈折率の例えばλ／４の層とを 有する２つの層の被覆が使用されてもよい。多層被覆が例えばｎ＝１．７のλ／ ４、その上にｎ＝２．０のλ／２、さらにその上にｎ＝１．３８のλ／４のよう に交互に使用されてもよい。λについてはスペクトルの可視領域の波長、例えば その中央が選択される。 ランプはその反射器に半永久的に連結されてもよく、また別に交換可能にそこ に積載されてもよい。 電気要素が反射器の焦点にある通常の放物形状面を有する反射器を備えるラン プの実施例は、反射器を備えるランプが使用される投影装置の製造によりなされ る特定の選択に容易に反射器を備えるランプが適応されるという利点を有する。 これについては図３と図４を参照されたい。 図３は投影装置の基本的原理を示している。反射器を備えるランプＳは光ビー ムを平面Ｐのフィールドレンズ(field lens)ＦＬに光ビームをなげかける。この 背後に画像キャリアＩＣとそこからはなれて投影レンズＰＬがある。フィールド レンズＦＬは光を投影レンズＰＬに収れんさせる。画像キャリアＩＣは画像情報 をビームに与える。投影レンズＰＬは画像キャリアの画像をかなり離れた投影ス クリーンＰＳ上に形成する。 通常の放物形状面を備えるファセット付反射器の場合に、例えば光放射窓の特 別のレンズＥＬがいかに反射器を備えるランプを投影装置、特にそこに使用され る投影レンズＰＬに適応させるかが図４を参照して説明される。反射器のファセ ットＬＳは焦点Ｆから来る光を反射し、この光をファセットの対角線の平面に最 も強く拡げる。その光は特別のレンズＥＬによって矩形場ＤＰがその対角線の大 きさで描画される平面ＰのフィールドレンズＦＬへ収れんされる。フィールドレ ンズは図にその対角線の大きさで示される画像キャリアＩＣを介して光を投影レ ンズＰＬへ収れんする。 種々のファセットの対応するすみの点から来る平行光線ａ，ｂおよびｃは特別 のレンズＥＬの焦点面にともにもたらされる。フィールドレンズＦＬはその焦点 面に位置される。従ってＥＬの焦点距離Ｆ_ELについては ｘ＝Ｆ_EL （１） が保持される。投影レンズＰＬはＰＬの焦点距離が を保持するよう、かなり離れた距離に画像を作る。特別のレンズＥＬの直径Ｄ_EL は、反射器を備えるランプＬＳからのすべての光が直径Ｄ_PLの投影レンズＰＬに 投射されるような大きさであらねばならぬ。ラインｐとｑは Ｄ_EL／Ｄ_PL＝ｘ／ｙ （３） を示す。式（１），（２）および（３）から反射器を備えるランプを投影装置へ 適合させるためには、特別のレンズが となるように選択されねばならない。装置の光学軸をできるだけ短く保ち、特別 のレンズに最小の可能な直径を与えるためには、Ｄ_ELをＤ_LSに等しくし、かくて 特別のレンズを反射器の光放射窓に組みこむことが都合がよいということがわか り、それで である。 以下添付図面を参照し、実施例により本発明に係る反射器を備えるランプをよ り詳細に説明する。 図１は公知の反射器で照射される場のパターンを示す図。 図２は本発明に係る反射器の四分円の軸方向態様を示す図。 図３は投影装置の基本的原理を示す図。 図４は本発明に係る反射器を備えるランプの実施例における光線通路を示す図 。 図５は反射器を備えるランプ実施例の軸方向断面図を示す図。 図６は別の実施例における光線通路の詳細を示す図。 図５に示す反射器を備えるランプは、通常の楕円形状面と通常の放物形状面か ら選択される凹面状の反射面３を有する反射器基体２、光軸４、その内側にある 焦点５および光放射窓６を備える反射器１を有している。ランプ１０は真空気密 に封着されるランプ容器１１を有し、それには光軸４上に位置する線形状電気要 素１２が存在している。 反射器１は図ではなめらかに示されているが、実際は、図６に示されるように 、各々が通常の凹面形状面へ接点８を有し、図２に示されるように通常の形状で 重ね合わされるほぼ平面の、ほぼ四辺形の複数の反射ファセット７からほぼ作り 上げられる反射面３を有している。複数のファセット７は各々光軸４に直角な光 放射窓６から離れた平面Ｐの光照射場ＤＰを照射し、その場は各ファセットに関 しほぼ同じ形状と大きさでさらに同じ方位を有している。光放射窓６は直径Ｄ_LS を有し、電気要素１２は軸上の大きさがＬで、Ｄ_LS／Ｌは４０以上である。 図示の実施例では、反射面は通常の放物形状面を有しＤ_LSは７５ｍｍである。 電気要素１２は同図で動作圧が約２００バールかそれ以上の高圧水銀放電の放電 路で、反射器１の焦点５に配置されている。ランプ１０は約１００Ｗの電力を消 費する。複数の電極２３間の放電路である電気要素は１．４ｍｍの軸上の長さＬ を有しており、それで図示される実施例の比Ｄ_LS／Ｌは約５３である。また別に 同形のランプが同形の反射器に取りはずし不可に取りつけられており、その場合 消費電力は約１３０Ｗ長さＬは１．８ｍｍで前述の比は４１．７であった。Ｄ_LS ＝１００ｍｍを有する他の同形のランプの場合、適用の際には前述の比はそれぞ れほぼ７１と５６であった。 図示の実施例では、ファセット７の接点８はそれの幾何学的中心（図６参照） 、すなわちその対角線の交点にある。 ファセット７間の領域９（図２参照）は光散乱部である。 電気要素１２へ延在する電流導体１３はファセット７間の領域９の反射器基体 ２の開口２１（また図２参照）を介して外部へ連絡している。 透明板２０は光放射窓６をとざしている。図５で、板２０は光学的に活性で、 光放射窓に組みこまれる正の特別のレンズＥＬとして構成されている。レンズは 従って直径Ｄ_EL＝Ｄ_LSを有する。レンズは両面に反射防止被膜２２を有し、それ らは例えばＭｇＦ₂のλ／４層で、λはスペクトルの可視部分の波長、例えば５ ７５ｎｍである。 図６で、反射面は通常の楕円形状面を有している。線形状の光源１２は焦点５ の軸方向に配置されている。複数のファセット７はそれらそれぞれの幾何学的中 心の通常形状面へそれらの接点を有している。それらファセットは各々平面Ｐの ほぼ矩形場ＤＰを個々に照射する。すべてのファセット７の照射場ＤＰはほぼ同 じ形状と大きさを有し、また同じ方位を有する。同図において照射場ＤＰは完全 に一致している。またさらに、反射面が基本的な放物形状面であった場合には、 種々のファセットの場ＤＰは平面Ｐ上で相互にシフトされていたが、それらは全 く同じ方位を持つものであった（図４参照）。図５の実施例では、正の特別のレ ンズＥＬはその時照射場を軸４上に一致させるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．通常の楕円形状面と通常の放物形状面から選択される凹面状の反射面（３） を備える反射器基体（２）、光軸（４）、その内側にある焦点（５）および光放 射窓（６）を有する反射器（１）と、 真空気密状に封着され、光軸（４）上に配置される線形状電気要素（１２） が存在するランプ容器（１１）を備えるランプ（１０）と、を具えた反射器を備 えるランプにおいて、 反射面（３）が主としてほぼ平面に、ほぼ四辺形に通常の形状に重ね合わさ れる複数のファセット（７）に作り上げられ、それらファセットが各々通常の凹 面形状面へ接点（８）を有するとともに、光軸（４）に直角な光放射窓（６）か らはなれた平面Ｐの場ＤＰを各々照射し、その場が各ファセットに関しほぼ同じ 形状と大きさであり同じ方位を有し、 さらに光放射窓（６）が直径Ｄ_LSを有し、その電気要素（１２）が軸方向の 大きさがＬで、Ｄ_LS／Ｌを４０より大きくとることを特徴とする反射器を備える ランプ。 ２．各ファセット（７）の接点（８）がその幾何学的中心とほぼ一致することを 特徴とする請求項１記載の反射器を備えるランプ。 ３．ファセット（７）間に位置する領域（９）が光散乱部であることを特徴とす る請求項１または２記載の反射器を備えるランプ。 ４．電気要素（１２）の電流導体（１３）がファセット（７）間の領域（９）の 反射器基体（２）の開口（２１）を介して通過していることを特徴とする請求項 １または２記載の反射器を備えるランプ。 ５．透明板（２０）が光放射窓（６）を閉ざすことを特徴とする請求項１または ２記載の反射器を備えるランプ。 ６．透明板（２０）が光学的に活性であることを特徴とする請求項５記載の反射 器を備えるランプ。 ７．透明板（２０）が反射防止被膜（２２）を有することを特徴とする請求項６ 記載の反射器を備えるランプ。 ８．反射面（３）が通常の放物形状面を有し、電気要素（１２）が焦点（５）に 位置し、透明板（２０）が正のレンズであることを特徴とする請求項６または７ 記載の反射器を備えるランプ。