IPC分类号：
F21S2/00 | F21V5/00 | F21V7/08 | G03B21/14 | H01J61/32 | F21Y101/00
国民经济行业分类号：
C4350 | C3545 | C3871 | C3976
当前申请(专利权)人：
コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ
原始申请(专利权)人：
コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ
当前申请(专利权)人地址：
オランダ国 5621 ベーアー アインドーフェン フルーネヴァウツウェッハ 1
发明人：
アクセノフ ユーリ | ミューラー ヘルマン | ビイルスマ アルベルト
代理人：
辻居 幸一 | 熊倉 禎男 | 弟子丸 健 | 井野 砂里 | 松下 満 | 倉澤 伊知郎
摘要：
【課題】効率を高めた照明システムを提供する。
【解決手段】本発明は、照明システム(100)、高圧放電ランプ(80)および画像投影システムに関する。照明システムは、高圧放電ランプと、この高圧放電ランプによって発生された光を光出口ウィンドー(50)に向けて反射するバックレフレクタ(30)とを備える。バックレフレクタは、光軸(55)を備え、高圧放電ランプは、2つの電極(98、99)を備える放電容器(90)を含み、ランプの作動中、2つの電極の間で放電アークが発生される。放電容器は、放電アークとバックレフレクタの間に少なくとも一部が配置された第1部分(10)と、放電アークと光出口ウィンドーとの間に少なくとも一部が配置された第2部分(20)とを備える。第2部分は、第1部分と比較して異なった形状となっており、よって光出口ウィンドーにおける、放電アークから発生され、第2部分によって屈折される光の角分布を小さくするための、第2部分内の屈折要素を形成する。本発明のこのような手段は、光出口ウィンドーにおける角分布を低減したことに起因し、第2部分の固有の屈折特性が照明システムの効率を改善するという効果を生じさせる。
【選択図】図1
技术问题语段：
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
公知の照明システムは、その明るさがまだ不充分であるという欠点を有する。
【0006】
本発明の目的は、明るさが改善された照明システムを提供することにある。
技术功效语段：
【0008】本発明による手段は、高圧放電ランプの放電容器の第2部分の形状が屈折要素、すなわちレンズを形成するという効果を有する。第2部分を透過する光は、この第2部分の屈折特性に起因し、再び向きが定められる。第2部分の形状は、この第2部分の屈折特性が光出口ウィンドーに入射する光の角分布を減少するように選択される。公知の照明システムでは、高圧放電ランプは、2つの実質的に同一の部分によって構成されている。これら2つの部分は、一般に形状が円錐形であり、製造モールドが使用される製造プロセスの精度パラメータ内で同一となるように、同じ製造モールドを使用することによって製造される。円錐形の狭いほうの端部において、電極が放電容器の部分の壁を貫通するように突出する。公知の高圧放電ランプは、放電容器の2つの円錐形部分の広いほうの端部を接続することにより製造される。公知の高圧放電ランプによって発生され、光軸からある距離においてバックレフレクタに入射する光は、一般に光出口ウィンドーの垂直軸に対して比較的大きい角度で光出口ウィンドーに向かって伝搬し、よって実質的に大きい角度で光出口ウィンドーに入射する。これによって、この出口ウィンドーの垂直軸のまわりで光出口ウィンドーに入射する光の比較的大きい角分布が形成される。このような入射光の比較的大きい角度に起因し、光の一部は、一般に限られたレンジの入射角しか受け入れないようになっている光学的システムのうちの他の部分を伝搬できない。このことは、公知の照明システムの効率を低下させる。本発明に係わる照明システムでは、第1部分と第2部分とは、形状が異なっている。第2部分の形状は、放電アークによって発生される光をバックレフレクタに再指向させ、よって再指向された光が、このレフレクタの垂直軸に対してより近い角度でバックレフレクタに入射するようにする屈折要素を形成するように選択される。その後、反射された光は、光出口ウィンドーに向かって伝搬し、このウィンドーの垂直軸に対して、より近い角度で光出口ウィンドーに入射し、よって光出口ウィンドーに入射する光の角分布を小さくする。光出口ウィンドーに入射する光の角分布を小さくしたことに起因し、少ない量の反射光しか失われず、このことは本発明に係わる照明システムの明るさを強化する。
权利要求：
【請求項1】
バックレフレクタにより少なくとも一部が囲まれた高圧放電ランプを備える照明システムであって、前記バックレフレクタは、前記高圧放電ランプが発生した光を前記照明システムの光出口ウィンドーに向けて反射でき、
前記バックレフレクタは、光軸を有し、
前記高圧放電ランプは、放電スペースを密閉する放電容器と2つの電極(98、99)を備え、作動中、前記電極の間で放電アークが発生され、この放電アークは、前記光軸上の前記バックレフレクタの焦点に実質的に位置し、
前記放電容器は、前記放電アークと前記バックレフレクタとの間に少なくとも一部が配置された第1部分と、前記放電アークと前記光出口ウィンドーとの間に少なくとも一部が配置された第2部分とを備え、前記第2部分は、前記第1部分とは異なる形状となっており、よって前記放電アークから発生され、前記第2部分によって屈折される光の、前記光出口ウィンドーにおける角分布を小さくするための前記第2部分における屈折要素を形成する照明システムにおいて、
前記バックレフレクタは、前記焦点および別の焦点を有する楕円バックレフレクタであり、前記楕円バックレフレクタは、前記第2部分および/または前記第1部分を透過する光を前記別の焦点(45)に再指向させるための球面収差を含むことを特徴とする照明装置。
【請求項2】
前記放電容器の前記第1部分は、前記放電アークの画像のサイズを小さくするための別の屈折要素を形成し、前記画像は、前記第1部分によって屈折され、前記バックレフレクタから反射される光によって発生される、請求項1に記載の照明システム。
【請求項3】
前記球面収差は、一次収差および/または二次収差および/または三次収差を含む、請求項1に記載の照明システム。
【請求項4】
前記放電容器は、外側表面および内側表面を有する壁を備え、前記第2部分の外側表面の形状は、前記第1部分の前記外側表面の形状と実質的に同一であり、前記第2部分の前記内側表面の形状は、前記第1部分の前記内側表面の形状とは異なり、よって前記第2部分における屈折要素を形成する、請求項1乃至3の何れか1項に記載の照明システム(100)。
【請求項5】
前記焦点から距離(x)にある前記第2部分の内径(d20)は、前記焦点と反対側の焦点から同じ距離(-x)にある前記第1部分の内径(d10)よりも少なくとも10%大きく、前記第1部分および前記第2部分の前記内径(d10、d20)は、前記光軸に実質的に垂直な方向に定義された値である、請求項4に記載の照明システム。
【請求項6】
焦点距離からあるレンジ(Δx)の距離内にある第2部分の内径(d20-d22)は、焦点と反対側にある焦点からの一致するレンジ(-Δx)の距離にある一致する距離における第1部分の内径(d10-d12)よりも少なくとも10%大きくなっている、請求項5に記載の照明システム。
【請求項7】
前記光軸を含む平面に沿った横断面における前記放電容器の前記第1部分の前記内側壁および/または前記第2部分の前記内側壁は、前記放電アークに向かって凹状形状になっているか、または前記放電アークに向かって凸状形状になっているか、または直線状の形状となっている、請求項1乃至6の何れか1項に記載の照明システム。
【請求項8】
請求項5又は6に記載の前記照明システムに定められる前記高圧放電ランプの特性のすべてを含む高圧放電ランプ。
【請求項9】
請求項1乃至7の何れか1項に記載された照明システムを含む画像投影システム。
技术领域：
【0001】
本発明は、少なくとも一部がバックレフレクタにより囲まれた高圧放電ランプを含む照明システムであって、前記バックレフレクタは、高圧放電ランプが発生した光を照明システムの光出口ウィンドーに向けて反射でき、
バックレフレクタは、光軸を有し、
高圧放電ランプは、放電スペースを密閉する放電容器と2つの電極を備え、作動中、電極の間で放電アークが発生され、この放電アークは、光軸上のバックレフレクタの焦点に実質的に位置し、
放電容器は、放電アークとバックレフレクタとの間に少なくとも一部が配置された第1部分と、放電アークと光出口ウィンドーとの間に少なくとも一部が配置された第2部分とを備え、第2部分は、第1部分とは異なる形状となっており、これにより、前記放電アークから発生され且つ前記第2部分によって屈折される光の光出口ウィンドーにおける角分布を小さくするための第2部分における屈折要素を形成する照明システムに関する。
【0002】
本発明は、照明システムで使用するための高圧放電ランプおよびこの照明システムを含む画像投影システムにも関する。
背景技术：
【0003】
高圧放電ランプを含む照明システムは、それ自体知られている。特にこれら照明システムは、ビーマーおよびプロジェクタテレビのような画像投影システムで使用されている。かかる画像投影システムでは、照明システム内で発生された光が、画像形成ユニット、例えば液晶ディスプレイ(別途LCDとしても表示される)またはデジタル光処理ユニット(別途DLPとしても表示される)、または液晶オンシリコン(別途LCoSとしても表示される)に入射し、その後、スクリーンまたは壁に画像が投影される。この画像投影システムは、高速プロトタイピングシステム(3Dプリンタ)およびリトグラフィシステムとしても使用できる。かかる画像投影システムの品質は、システムが発生できる画像の明るさで表示されることが多い。この画像投影システムの明るさは、照明システムの明るさに直接関連している。
【0004】
液晶光バルブプロジェクタ内で使用するためのかかる照明システムは、例えば国際特許出願第WO86/00685号から知られている。この文献は、楕円レフレクタと共に使用される放電ランプを備える照明システムについて述べており、一次焦点と二次焦点との間の楕円レフレクタの軸線は、ランプの軸線に対してある角度に傾斜している。更に楕円レフレクタの軸線は、ランプの軸線から所定の距離変位している。このような楕円レフレクタの傾斜と変位との組み合わせにより、アパーチュアにおける照明の均一性と効率性が高められている。
发明内容：
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
公知の照明システムは、その明るさがまだ不充分であるという欠点を有する。
【0006】
本発明の目的は、明るさが改善された照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第1の様相によれば、この目的は、バックレフレクタが、焦点および別の焦点を有する楕円バックレフレクタであり、楕円バックレフレクタが、第2部分および/または第1部分を透過する光を別の焦点に再指向させるための球面収差を含むことを特徴とする、冒頭の章に記載のタイプの照明システムによって達成される。
【0008】
本発明による手段は、高圧放電ランプの放電容器の第2部分の形状が屈折要素、すなわちレンズを形成するという効果を有する。第2部分を透過する光は、この第2部分の屈折特性に起因し、再び向きが定められる。第2部分の形状は、この第2部分の屈折特性が光出口ウィンドーに入射する光の角分布を減少するように選択される。公知の照明システムでは、高圧放電ランプは、2つの実質的に同一の部分によって構成されている。これら2つの部分は、一般に形状が円錐形であり、製造モールドが使用される製造プロセスの精度パラメータ内で同一となるように、同じ製造モールドを使用することによって製造される。円錐形の狭いほうの端部において、電極が放電容器の部分の壁を貫通するように突出する。公知の高圧放電ランプは、放電容器の2つの円錐形部分の広いほうの端部を接続することにより製造される。公知の高圧放電ランプによって発生され、光軸からある距
具体实施方式：
【0023】
図1は、本発明に係わる照明システム100の略図である。この照明システム100は、高圧放電ランプ80と、高圧放電ランプ80が発生した光の一部をてぃ仮の出口ウィンドー50に向けて反射するバックレフレクタ(後方反射器)30とを備える。この高圧放電ランプ80は、2つの電極98、99を有する放電容器90を備え、作動中、これら2つの電極98と99との間に放電アークが発生する。高圧放電ランプ80は、1〜3mmのレンジ内の代表的な電極距離を有するショートアーク高圧放電ランプとしても知られている。図1に示された実施形態では、電極98と99とは光軸55に対して平行に配置されている。これとは異なり、これら電極を光軸55に対して実質的に垂直状態(図示せず)に配置してもよい。図1に示されるような放電容器90は、放電アークとバックレフレクタ30との間に少なくとも一部が配置された第1部分10と、放電アークと光出口ウィンドー50との間に少なくとも一部が配置された第2部分20とによって構成されている。第2部分20は第1部分10と比較して異なった形状となっており、これによって放電容器90は非対称の形状となっている。
【0024】
第2部分20の形状は、放電容器90のうちの第2部分20が屈折要素を形成するように選択されており、この屈折要素は、第2部分20を透過してバックレフレクタ30により光出口ウィンドー50に向けて反射された光を屈折し、光出口ウィンドー50に入射する光の角分布を小さくするようになっている。第2部分20の屈折特性に起因し、第2部分20を通して放出された光は、バックレフレクタ30の垂直軸線(図示せず)により近い角度でバックレフレクタ30に入射する。その後、反射された光は、光出口ウィンドー50に向かって伝搬し、垂直軸線(図示せず)に近い角度でこのウィンドー50に入射するので、光出口ウィンドー50に入射する光の角分布が小さくなっている。光出口ウィンドー50に入射する光の角分布を小さくすることにより、光出口ウィンドー50の前後に存在し得る光学システム(図示せず)をより多くの光が透過し、よって照明システム100の効率を改善できる。
【0025】
一般に、バックレフレクタ30は、高圧放電ランプ80の放電アークが位置する焦点40と、例えば別の光学システム82(図4参照)のダイヤフラム47(図3参照)が位置する別の焦点45(図3参照)とを備える楕円バックレフレクタ30(図3参照)となっている。
【0026】
照明システム100の効率を更に改善するために、別の屈折要素を形成するように、放電要素90の第1部分10の形状を定めることができる。この別の屈折要素は、放電アークの画像のサイズを小さくするような形状とすることができる。高圧放電ランプ80は、放電アークから光を発生する。この放電アークは、点光源ではなく、特定の寸法を有する。バックレフレクタ30は、可能な場合に他の光学要素と共に、別の焦点45に放電アークの画像を発生する。この放電アークの画像は、ダイヤフラム47と比較して過度に大きくなり得る(この画像は図3Aでは光線1、1’で示されている)。このようなケースは、公知の照明システムの場合で起こる。画像がこのように比較的大きいことに起因し、第1部分10を透過する光の一部が失われることがあり、このことは公知の照明システムの効率および明るさを低下させる。本発明に係わる照明システム100では、放電容器90の第1部分10の形状は、屈折要素を構成するようになっている。第1部分10における屈折要素の形状は、放電アークの画像のサイズが小さくなるように選択されている。バックレフレクタ30が楕円であるとき、このレフレクタは、別の焦点45に放電アークの画像を形成する。別の焦点45にある放電アークの画像がダイヤフラム47の寸法以上となることが理想的である。従って、第1部分10によって屈折される光が形成する画像の拡大を低減すると、照明システム100の効率が更に高まる。
【0027】
楕円バックレフレクタ30が球面収差を含むときに、本発明に係わる照明システム100の効率の更なる改善することも達成できることを、本発明者たちは発見した。球面収差は、第2部分20によって屈折され、および/または第1部分10によって屈折される光を、別の焦点45に向けて再指向できるような値に選択できる。高圧放電ランプ90を点光源と見なすと、完全な楕円バックレフレクタは点光源(一般に楕円バックレフレクタの焦点40に位置する)によって発光される実質的にすべての光を、別の焦点45に反射する。しかしながら、放電容器90が非対称の形状となっていることに起因し、第1部分10と第2部分20とは、第1部分10および第2部分20を透過した光を再指向させるレンズ要素として働く。この結果、完全な楕円バックレフレクタは、第1部分10および/または第2部分20を介して別の焦点45に向けて発光される実質的にすべての光を反射させるのに理想的とは言えない。本発明者たちは、球面収差を楕円バックレフレクタ30へ加えると、本発明に係わる照明システム100の効率を更に高めることができることを発見した。
【0028】
特殊な形状の第2部分20、特殊な形状の第1部分10およびバックレフレクタ30の球面収差を利用すると、本発明に係わる照明システムの効率は10%より多く増加できる。
【0029】
光学的モデル化ソフトウェアを使用することにより、放電容器90の第1部分10および第2部分20の最適形状を決定できる。更に、この光学的モデル化ソフトウェアにより、最適効率を提供できる球面収差も決定できる。各特定の目的に対して最良の組み合わせを見つけるには若干の経験が必要となることもある。
【0030】
一般に、公知の高圧放電ランプは、実質的に同一の円錐形状をした2つの半分割体によって構成される。放電容器の円錐形状をした2つの半分割体の大きい端部を接続することにより、公知の高圧放電ランプが製造される。第2部分20は、例えば光出口ウィンドー50における角分布を小さくするように、2つの半分割体の一方を再付形することによって得ることができる。第1部分10は、例えば放電アークの画像のサイズを小さくするように、2つの半分割体のうちの他方を再付形することによって得ることができる。第1部分10と第2部分20とを接続すると、本発明に係わる高圧放電ランプ80の放電容器90が得られる。これについては図1に示されており、この図では、焦点40と交差する一点鎖線は放電容器90を形成するよう第1部分10と第2部分20が接続されている箇所を示している。光軸55に対して2つの電極98と99とは、実質的に平行に配置されている、図1に示された構造とは異なり、2つの電極98、99は、光軸に対して実質的に垂直に配置されるよう、高圧放電ランプ80を90°回転した状態に配置してもよい。かかる実施形態(図示せず)では、例えば放電アークと光出口ウィンドー50との間に少なくとも一部が位置する2つの半分割体の各々の一部を再付形することによって、第2部分20を得ることもできる。また、例えば放電アークとバックレフレクタ30との間に少なくとも一部が位置する、2つの半分割体の各々の別の部分を再付形することによって、第1部分10を得ることもできる。
【0031】
図1に示された実施形態では、第1部分10の壁の内側表面70と比較して、第2部分20の壁の内側表面72だけが異なる形状となっている。これとは異なり、第2部分20の外側表面62を第1部分10の外側表面60と比較して異なるような形状としてもよい(図示せず)。更に、上記とは異なり、第2部分20の内側表面72および外側表面62の双方を、第1部分10の内側表面70および外側表面60とそれぞれ異なるような形状としてもよい(図示せず)。
【0032】
図2A、2B、2Cおよび2Dは、本発明に係わる非対称の放電容器90、92、94、96を有する高圧放電ランプ80、82、84、86の異なる実施形態を示す。図2A、2B、2Cおよび2Dの異なる実施形態は光軸55を含む平面に沿った横断面図で示されている。図2A、2B、2Cおよび2Dのいずれも、バックレフレクタ30、2つの電極98、99および光軸55の一部を示す。各図2A、2B、2Cおよび2Dでは、第1部分10、14の外側表面60は、第2部分20、22、24の外側表面62と比較して実質的に同一の形状となっている。
【0033】
図2Aは、高圧放電ランプ82の一実施形態の横断面図であり、ここでは、第1部分10の内側表面70と第2部分22の内側表面74の双方が放電アークに向かって凸状形状となっている。第1部分10の内側表面70の凸状形状は、第1部分10を透過する光によって発生される放電アークの画像のサイズを小さくする。第2部分22の内側表面74の凸状形状は、光出口ウィンドー50における角分布を小さくする。
【0034】
図2Aに示されるように、バックレフレクタの焦点40から距離xにある第2部分22の直径d20は、光軸55に沿った焦点40の反対側にある焦点40から同じ距離-xにある第1部分10の直径d10よりも、少なくとも10%大きい。放電容器92の直径は、光軸55に実質的に垂直な方向に測定され、放電容器92の内径として測定される。放電容器92の内側表面70、74の形状は、弾丸の形状に類似したものである。
【0035】
図2Bは、第1部分14の内側表面76と第2部分24の内側表面78の双方が放電アークに向かって凹状形状となっている、高圧放電ランプ84の一実施形態の横断面図である。第1部分14における直径d10、d12と比較して、放電容器94の第2部分24における直径d20、d22が大きくなっていることに起因し、第2部分が、焦点40と交差し、実質的に光軸55に垂直に配置された一点鎖線によって表示された平面で鏡像関係にある、実質的に第1部分の鏡となっている放電容器と比較すると、光出口ウィンドー50における角分布が小さくなっている。屈折第1部分14と屈折第2部分24との特定の組み合わせは、光出口ウィンドー50における特定の光分布を生じさせる。
【0036】
図2Bに示されるように、焦点40から所定のレンジΔxの距離にある第2部分24の直径d20-d22は、焦点40と反対側にある焦点40からの一致するレンジ-Δxにある一致する距離における第1部分の直径d10-d12よりも少なくとも10%大きい。また、放電容器94の直径は、光軸55に実質的に垂直な方向に測定し、放電容器94の内径として測定される。
【0037】
図2Cは、第1部分10の内側表面70が放電アークに向かって凸状形状となっており、第2部分24の内側表面78が放電アークに向かって凹状形状となっている高圧放電ランプ86の一実施形態の横断面図である。第1部分10の内側表面70の凹状形状は、第1部分10によって透過される光によって生じる放電アークの寸法を小さくし、第2部分24の内側表面78の凹状形状は、光出口ウィンドー50における角分布を小さくし、このウィンドー50における固有の光分布を生じさせることができる。
【0038】
図2Dは、第1部分10の内側表面70が放電アークに向かって凸状形状となっており、第2部分20の内側表面72が放電アークに向かって実質的に直線形状となっている高圧放電ランプ80の一実施形態の横断面図である。第1部分10の内側表面70の凹状形状は、第1部分10を透過する光によって生じる放電アークの寸法を小さくする。第2部分20の内側表面72の直線形状は、第2部分20を透過する光が屈折され、光出口ウィンドー50における角分布を小さくするように選択されている。
【0039】
第1部分10、14および第2部分20、22、24の内側表面70、72、74、76、78の異なる形状の各々は、光出口ウィンドー50において異なる光分布を発生し、公知の表面システムよりも効率が良好な、本発明に係わる照明システム100を得るために、楕円バックレフレクタ30において、異なる組の球面収差を必要とし得る。
【0040】
図3Aは、公知の表面システムにおいて、放電アークから生じるいくつかの光線1、1’、2、2’を示し、図3Bは、本発明に係わる照明システム100において、放電アークから生じるいくつかの光線3、3’、4、4’を示す。
【0041】
図3Bに示されるような本発明に係わる照明システム100では、バックレフレクタ30は、楕円バックレフレクタ30となっている。楕円バックレフレクタ30の焦点40と別の焦点45との間に光軸55が配置されている。放電容器90の第2部分20(図1参照)は、光出口ウィンドー50における角分布が小さくなるように、第1部分10(図1参照)と比較して異なった形状となっている。角分布は、このウィンドー50に入射する光出口ウィンドー50の垂直軸(光軸55に平行)に対する角度によって決定される。図3Aに示されるような公知の照明システムでは、放電容器の第1部分と第2部分とは、実質的に同じ形状となっている。図3Aに示されるような光線2、2’は放電アークから生じ、バックレフレクタ32によって反射され、光出口ウィンドー50を介して別の焦点45に向かう。光出口ウィンドー50に光線が入射する角度は、第1角度α1および第2角度α2によって表示されている。図3Aから分かるように、光線は別の焦点45に配置されたダイヤフラム47に同じ第1角度α1および第2角度α2で入射する。これと比較し、図3Bに示される放電容器90は、光出口ウィンドー50における角分布が小さくなるように再付形された第2部分20(図1参照)を備える。図3Bは、放電アークから発生し、バックレフレクタ30によって反射される光線4、4’も示す。放電容器90の第2部分20の再付形に起因し、放電アークによって発生され、第2部分20によって屈折される光は、バックレフレクタ30に対する垂直軸により近い角度でバックレフレクタ