專利名稱：反射陶瓷套管內(nèi)裝有發(fā)射光的等離子體的燈裝置的制作方法
背景技術：
1.發(fā)明領域本發(fā)明涉及采用改進結構的高溫、高效燈裝置，利用含有填充物的燈泡產(chǎn)生光束，填充物被激勵而汽化。更具體地說，本發(fā)明涉及一種以裝在圓柱形陶瓷套管內(nèi)的等離子體產(chǎn)生光能量的燈為特征的投影系統(tǒng)，陶瓷套管有一個具有反射特性的表面。
2.現(xiàn)有技術的描述大功率的燈被用于除通常白熾燈和熒光燈之外的照明應用。一種燈被稱為高強度放電(HID)燈，它由玻璃外殼和當燈在工作時會蒸發(fā)并變?yōu)闅怏w的填充物構成。題目為“含有硫的燈”、授予Dolan等人的第5,404,076號美國專利揭示了一種填充有硫、硒或這些物質(zhì)的化合物的無電極燈。通過從外部電極提供的電磁能量激勵填充物。這里將Dolan等人的第5,404,076號美國專利引作參考。
采用投影系統(tǒng)在諸如計算機顯示屏或電視屏幕的較大表面上顯示圖象。例如，在正投系統(tǒng)中，圖象光束是從圖象源投射到反射型角度變換屏幕的正面，然后，屏幕使光線反射到位于屏幕前方的觀眾。在背投系統(tǒng)中，圖象光束被投射到透射型角度變換屏幕的背面并透射到位于屏幕前方的觀眾。
Knox于1995年12月29日提交的題目為“投影圖象”的第08/581,108號美國專利繼續(xù)申請揭示了一種顯示光學圖象的方法，通過沿光學路徑把圖象投射在插在光學路徑上的光學裝置上，一次使圖象從光學裝置反射，另一次使圖象透過光學裝置以進行顯示。這里將Knox于1995年12月29日提交的題目為“投影圖象”的第08/581,108號美國專利申請引作參考。
這種投影系統(tǒng)的圖象源采用必須具有高強度和最好能十分有效地產(chǎn)生的光。此外，光最好是由很小的孔徑，盡可能接近于“點源”提供的。如果光學圖象是通過投影顯示的，那么，有時它要透過插在光學路徑上的光學裝置。在1995年12月29日提交的第08/581,108繼續(xù)申請的投影系統(tǒng)中，一個或多個光學裝置一次使圖象從光學裝置反射，另一次使圖象透過光學裝置以進行顯示。一旦光學圖象落在插在光學路徑上的光學裝置上，光強度將會降低。因此，在光學裝置插在光學路徑上的投影系統(tǒng)中，需要有所述效率的高強度光的投影機。Knox等人于1996年11月12日提交的題目為“產(chǎn)生偏振光光束的高效率燈裝置”的第08/747,190號美國專利申請揭示了一個產(chǎn)生偏振光的高效燈裝置。該裝置將一種偏振的反射光改向，返回到光源。這里將第08/747,190號美國專利申請引作參考。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有改進結構的高溫、高效的燈裝置，該結構利用裝有填充物的燈泡從小孔徑產(chǎn)生光，填充物可以由置于外部的電極激勵。根據(jù)本發(fā)明，燈體呈長的空心外管的形式，空心內(nèi)里裝有內(nèi)套管。內(nèi)套管有一個裝填充物的膛。另一方面，電極可以置于套管與外管之間。
套管還提供一個反射表面，或是增加一層涂層或者就是套管的固有特性。電極最好位于燈體的外部，產(chǎn)生能夠激勵裝在內(nèi)套管膛中的填充物以形成等離子體光源的電磁能量。光束是由等離子體光源產(chǎn)生的，經(jīng)套管膛中的小孔徑從燈體中射出。
在一個實施例中，由等離子體光源產(chǎn)生的光束經(jīng)膛從套管的兩端射出。在另一個實施例中，套管被封閉所以光束僅從膛的一端射出。
在一個實施例中，套管與外殼隔開。在另一個實施例中，套管和外殼沿套管的長度連續(xù)相互接觸。在后一個實施例中，套管可以被淀積在外殼的內(nèi)里。
套管最好由諸如陶瓷(或是實心的或是多孔的)的能夠承受等離子體光源產(chǎn)生的高溫(在約425℃至3600℃之間)的耐熱材料制成。而套管的選擇應當特別注意它與等離子體的熱、反射和化學相互作用，外殼應當能夠承受與等離子體有關的壓力和真空要求，而讓輻射光自由地通過。
附圖簡述為了進一步理解本發(fā)明的實質(zhì)和目的，應當參考以下結合附圖給出的詳細描述，附圖中采用相同的標號表示相同的部件，其中

圖1是本發(fā)明裝置的第一實施例的平面立體圖。
圖2是本發(fā)明裝置的第一實施例的剖面正視圖。
圖3是圖1和2所示實施例的透視立體圖。
圖4是本發(fā)明裝置的第二實施例的剖面正視圖。
圖5是沿圖4的線5-5截取的截面圖。
圖6是本發(fā)明裝置的一個實施例的部分透視圖，示出圖1-3的實施例的外殼。
圖7是本發(fā)明裝置的一個實施例的部分透視圖，示出圖4和5的實施例的燈外殼部分。
圖8是本發(fā)明裝置的第三實施例的剖面正視圖。
圖9是沿圖8的線9-9截取的截面圖。
圖10是本發(fā)明裝置的第四實施例的剖面正視圖。
圖11是本發(fā)明裝置的第五實施例的剖面正視圖。
圖12是本發(fā)明裝置的第六實施例的剖面正視圖。
圖13是本發(fā)明裝置的第七實施例的剖面正視圖。
圖14和15示出供本發(fā)明燈使用的電極的可能結構。
圖16和17是本發(fā)明裝置的兩個球形實施例的剖面正視圖。
圖18是可以實現(xiàn)本發(fā)明燈裝置的一個系統(tǒng)。
較佳實施例的詳細描述圖1-3示出本發(fā)明的燈裝置的第一實施例，由數(shù)字10A總體表示。燈裝置10A包括有膛12的外殼11。膛12與外殼11的內(nèi)圓柱表面13相通。外殼11已經(jīng)封閉半球形端部14。外殼11與半球形端14相對的端部用圖1和2所示的板15封閉。外殼11在其兩端之間可以為縱向延伸的圓柱形外表16，如圖1-3所示。燈裝置10A用半球形端部14示出。應當明白，可以采用各種各樣的端部代之。下面在圖2-13和15-16的實施例中示出了其中的一些。采用提供不同光學效應的其它結構代替半球形端部14可能是較佳的。變通方法包括平板、透鏡、光導管等。同樣，可以用光導管、半球形端等代替平板15。關于圖1-13、15和16的所有實施例，應當明白，每個實施例中所示的各種特征很多可以與所述的其它實施例互換。
膛12內(nèi)裝有圓柱形套管17。套管17較佳地是諸如陶瓷的耐熱材料。套管17必須經(jīng)得起在使用期間由等離子體23產(chǎn)生的高溫。套管17具有通常為圓柱形的外表面18和相應的圓柱形內(nèi)表面19。盡管套管17必須經(jīng)得起高溫，但是，它不必承受壓力或真空。而外殼11應當是能夠根據(jù)燈裝置10A的工作模式承受壓力或真空的材料。
套管17提供圓柱形的膛20和敞開的端部21、22。在使用期間，在套管17的膛20中形成等離子體23。外殼11的膛12和套管17的膛20各含有能夠被激發(fā)形成等離子體23的硫、硒或其它一些填充材料。一對電極24位于外殼11的圓柱形外表面外側(cè)，如圖1-2所示。
盡管示出的套管17具有敞開的端部21和22，但是，正如以下結合各個不同實施例所作的討論，兩端不必是敞開的。
電極24、25提供形成等離子體23的能量。由于電極24、25被定位在燈外殼11的外側(cè)，在使用期間它們不經(jīng)受等離子體23的超高強度的熱。盡管圖中示出的電極24、25在燈裝置10A的外部，但是正如以下結合圖12和17所作的討論，它們可以位于內(nèi)部。此外，電極24、25僅僅是為概念目的而示出的，電極的實際結構也可以采用曲面形板或者平面板的形式，正如以下結合圖14和15的討論。
在圖1中，箭頭26表示通過透明平板15出射和在透視型顯示系統(tǒng)中能夠被用于照明的光束。再有，盡管示出的是透明平板15，但是，正如以下在各個實施例中所討論的，可以采用其它各種光學和機械結構。然而，套管17最好是由不僅耐高溫而且提供光反射的陶瓷材料制成。形成套管17的陶瓷材料較佳地或是鏡面反射器，或是白色或其它顏色的表面，以致于等離子體23發(fā)射的光維持高效率地被反射或吸收和重新發(fā)射。采用這種方法，由等離子體23產(chǎn)生的光最終通過敞開的端部22出射。反射器可以位于敞開端部21的后面，例如，引起從該端部出射的光通過膛20反射返回?；蛘撸ㄩ_的端部21可以被封閉，正如在以下討論的實施例中所述的。在任何一種情況中，盡管等離子體23占據(jù)較大體積，但是，光是通過由敞開端部22形成的較小表面區(qū)出射的。通常，投影顯示得益于點光源或者通過較小孔徑提供的其它光源。采用膛20和敞開端部21導致對這種點光源的很好近似。
射頻能源100將射頻(或其它合適頻率)的信號提供給電極24、25，電極又把射頻能量發(fā)射給膛12和20中的氣體。此外，圖所示的電極24、25通常是觀念性的，以下將結合圖14和15討論實際結構。另外，可以提供其它頻率的能量，只需是適合于將填充物激發(fā)到等離子狀態(tài)，形成等離子體23的。
在圖4和5中，示出本發(fā)明的燈裝置的第二個實施例，由標號10B總體表示。在圖4和5中，燈外殼27具有一個通常為圓柱形的外表面28和一對相對的端部29、30。燈外殼27具有一個通常為圓柱形的內(nèi)表面31和位于燈外殼27相對的端部的一對內(nèi)表面32、33。燈外殼27提供容納能夠被激發(fā)而形成等離子體40的諸如硫或硒的填充材料或其它填充物的內(nèi)部34。圖6和7也示出外殼11和27的結構。
圓柱形的耐熱套管35被放在燈外殼27的內(nèi)部34。套管35具有圓柱形的內(nèi)表面36、圓柱形的外表面37和相對的敞開端部38、39。
在圖4的實施例中，如果需要的話，可以通過燈外殼27的端部29、30從兩個方向出射光，如箭頭50所示。與圖1-3的實施例一樣，等離子體40是利用存放在內(nèi)部34的諸如硫或硒或其它填充物的氣體形成的?？梢岳秒姌O24、25激發(fā)內(nèi)部容納的氣體形成等離子體40。電極24、25位于外殼27外表面28的外部，所以電極不承受等離子體40的強高溫。
圖8和9示出本發(fā)明的燈裝置的第三個實施例，由標號10C總體表示。在圖8和9的實施例中，燈裝置10C在結構上類似于圖4和5的實施例。然而，在圖8和9中，在外殼27與套管35之間設置間隙41。
在圖10中，看到以標號10D總體表示的本發(fā)明的燈裝置的第四實施例。圖10所示的燈裝置10D類似于圖4和5所示的燈裝置10B的結構，外殼27具有與圖8和9所示外殼相同的結構。然而，外殼27的內(nèi)部34載有端部封閉的套管42，封閉端43具有表面46。套管42有敞開端45。外殼27的內(nèi)部34裝有諸如硫的能夠利用電極24和25激發(fā)而形成等離子體48的材料。
套管42有一個沿套管長度延伸的通常為圓柱形的內(nèi)表面，如圖10所示。套管42具有通常為圓柱形的外表面49，它與外殼27內(nèi)表面31貼合，較佳地鄰接。在圖8-9和10的實施例中，箭頭50表示光從燈外殼27出射的方向。
現(xiàn)在參考圖11，圖中示出本發(fā)明的燈裝置的又一個實施例10E。燈裝置10E類似于前面的實施例，但是，圖中示出具有平面端部51和52與圓柱外殼53。然而，在本實施例中，套管54是通過對圓柱外殼53的所有內(nèi)側(cè)以及端部52進行涂覆而形成的。這可以采用例如淀積陶瓷的不同技術進行。將會認識到，利用陶瓷涂層或其它材料涂層，可以同樣地構造燈裝置的不同實施例。在燈裝置10E中，等離子體55再次引起光發(fā)射50。
現(xiàn)在參考圖12，圖中示出本發(fā)明的燈裝置的再一個實施例10F。本實施例類似于圖11所示的燈裝置10E，采用相同的端部51和52和相同的外殼53。然而，在本實施例中，電極56和57較佳地或是淀積在或是置于外殼53的內(nèi)部。然后，在這些電極56和57上施加涂層58，因此保護電極56和57免于等離子體59的熱量?？梢圆捎门c本發(fā)明其它實施例相似的內(nèi)部電極，較佳地在電極于等離子體之間具有絕緣套或涂層。
現(xiàn)在參考圖13，圖中示出燈裝置10G，在本情況中，它具有由拉制玻璃形成的的外殼60，而不是象前面的實施例那樣的構造。在實施例10G中，外殼60包括光導管61，通過它發(fā)射光50。此外，透鏡62較佳地封裝在外殼60內(nèi)，透鏡62將來自等離子體63的光會聚在光導管61上。另外，燈裝置10G包括內(nèi)層涂層64，類似于燈裝置10E和10F的內(nèi)涂層54和58。因此，將會明白，可以采用各種技術來構造本發(fā)明的燈裝置10。
現(xiàn)在參考圖14和15，圖中示出兩組電極65A和65B以及66A和66B。它們是圖1-13、16和17的實施例中所示的各種電極的合適的實際結構的簡單表示，將會明白，只要不違背本發(fā)明的精神，其它各種電極結構是可以的。
因此，在根據(jù)本發(fā)明構造的燈裝置10中，內(nèi)部涂層或陶瓷套管二者都是耐熱的、絕緣的、較佳地能有效地反射等離子體源產(chǎn)生的強光。這種涂層可反射光并保護外殼免于高溫。然后使外殼到達最佳化，在必要時根據(jù)等離子體的狀態(tài)承受壓力或真空。這允許采用低溫材料作外殼，從而增大光輻射的效率。此外，通過提供套管，使光在內(nèi)部反射直至從外殼一端的較小孔徑中出射為止，從而導致許多投影系統(tǒng)所需的更好的點源。
現(xiàn)在參考圖16和17，圖中示出附加的實施例10H和10I，表明在實施本發(fā)明的燈裝置中如何使用不同的外殼形狀。在圖16中，示出的燈裝置10H具有球形而不是圓柱形的外殼。在所示的實施例中，設置具有孔徑69的反射和熱控制的涂層68，使外殼67絕緣并保護外殼67免于等離子體70。在這個特定實施例10H中，采用外部電極71。圖17的實施例10I具有類似的形狀，采用相同的外殼67，但是取代了涂層68，采用一個所形成的反射器72，在反射器72與外殼67之間有內(nèi)部電極73。與實施例10A-10G一樣，它示出了在本發(fā)明的燈裝置中如何采用各種形狀和結構。
現(xiàn)在參考圖18，圖中示出了較佳地采用燈裝置10D的系統(tǒng)S。具有端部封閉的套管42的外殼27位于反射器102的機體內(nèi)部，反射器具有內(nèi)部反射表面104。光從外殼27的端部出射，照射到由反射器102形成的區(qū)域106上。來自外殼27的高強度的光透過反射型干涉濾光片108，該濾光片僅透過所需頻率的光并反射其余頻率的光，使之返回到外殼27內(nèi)，因此，較佳地反射光被等離子體48所重新吸收和再次發(fā)射。然后，所選頻率的光透過反射型干涉濾光片110，該濾光片通過所需偏振的光和反射其余分量的光，使之通過反射鏡108返回到外殼27中，再次被重新吸收。這一系統(tǒng)S較佳地被用在需要偏振光的應用中，如Knox于1996年10月17日提交的題目為“圖象投影系統(tǒng)引擎組件”的第08/730,818號美國專利申請中所揭示的投影器燈光具組件，這里其引作參考。
由于在這里所述的本發(fā)明概念的范圍內(nèi)能夠作出許多不同的和變化的實施例，以及在這里按照法律描述要求詳述的實施例中可以作出許多的改進，因此，應當明白，這里給出的細節(jié)應理解為說明性的而非限制性的。
權利要求
1.一種產(chǎn)生光束的燈裝置，其特征在于所述裝置包括燈體，呈具有空心內(nèi)里的長條外殼的形式；位于外管中的內(nèi)套管，所述內(nèi)套管具有裝填充物的膛；所述內(nèi)套管既提供熱控制又提供一有效反射表面；以及這里，由等離子體產(chǎn)生的光而形成的光束通過所述套管的膛從燈體中出射。
2.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管是陶瓷的。
3.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管是多孔陶瓷容器。
4.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管具有一個容納填充物的膛，所述等離子體是在所述套管的膛中產(chǎn)生的。
5.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管是由能夠承受約415℃至3600℃之間溫度的材料制成的。
6.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述外殼通常是圓柱形的。
7.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述外殼有一個通常為圓柱形的空心內(nèi)里。
8.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述外殼通常為球形的。
9.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述外殼有一個通常為球形的空心內(nèi)里。
10.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述外殼包括一個從端部延伸的光導管。
11.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于進一步包括定位于所述外殼外部的電極。
12.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述電極定位于所述外殼內(nèi)部但是位于所述外殼與所述內(nèi)套管之間。
13.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管有置于其上的有效反射涂層。
14.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管和外殼是同心放置和隔開的。
15.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于在所述外管與所述內(nèi)套管之間存在氣體空間。
16.如權利要求1所述的燈裝置，其特征在于所述能量是射頻能量。
17.一種產(chǎn)生偏振光光束的燈裝置，其特征在于所述裝置包括燈體，呈具有空心內(nèi)里的長條的通常為圓柱形密封外層構件的形式；固定在所述密封外管中的內(nèi)套管，所述內(nèi)套管具有一個存放能夠被激勵而形成等離子體光源的填充物的膛；以及這里，由等離子體產(chǎn)生的光而形成的光束從鄰近所述套管膛的一端的燈體中出射。
18.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于進一步包括在所述套管膛處的在所述套管上的有效反射表面。
19.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述外層構件有一個圓柱形部分。
20.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述外層構件有一個球形部分。
21.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管是能夠承受至少425℃溫度的耐熱材料。
22.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管有一個容納填充物的膛，所述等離子體是在所述套管的所述膛中產(chǎn)生的。
23.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管采用陶瓷材料。
24.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述外層構件有一個通常為圓柱形的空心內(nèi)里。
25.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述外層構件有一個通常為球形的空心內(nèi)里。
26.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述外層構件包括一個從所述端部延伸的光導管。
27.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于進一步包括定位在所述外層構件之外的電極。
28.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于進一步包括定位在所述外層構件之內(nèi)但是位于外層構件與內(nèi)套管之間的電極。
29.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管有兩個在各自相反方向上能夠透射光的敞開端部。
30.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管與外層構件沿內(nèi)套管的長度連續(xù)鄰接。
31.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述外層構件有至少一個封閉的平面端部。
32.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述內(nèi)套管有一個封閉的平面端部。
33.如權利要求17所述的燈裝置，其特征在于所述外層構件沿所述內(nèi)套管的長度從內(nèi)管徑向隔開。
34.一種提供光的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括；提供信號的能量源；和燈，所述的燈包括燈體，呈具有空心內(nèi)里的長條外管的形式；固定在所述外管內(nèi)的內(nèi)套管，所述內(nèi)套管具有一個容納填充物的膛；這里，由等離子體產(chǎn)生的光而形成的光束通過所述套管的膛從燈體中出射，以及這里，所述電極從所述能量源接收能量。
35.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括位于鄰近所述燈的反射器，使來自所述燈的光定向。
36.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括位于所述反射器中的反射濾光片，使具有所需特性的光通過和使具有非所需特性的光反射返回到所述的燈。
37.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)套管是陶瓷的。
38.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述外管包括一個從所述端部延伸的光導管。
39.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括位于所述外管之外的電極。
40.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括位于所述外管之內(nèi)但是位于所述外管與內(nèi)套管之間的電極。
41.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)套管包括一個容納填充物的膛，等離子體是在所述套管的膛中產(chǎn)生的。
42.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)套管采用能夠承受425℃至3600℃之間溫度的材料。
43.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述外管通常為圓柱形。
44.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述外管有一個通常為圓柱形的空心內(nèi)里。
45.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述外管通常為球形。
46.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述外管有一個通常為球形的空心內(nèi)里。
47.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)套管上具有一層反射涂層。
48.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)套管和外管是同心放置和隔開的。
49.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于在所述外管與所述內(nèi)套管之間存在一氣體空間。
50.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述能量是射頻能量。
全文摘要
一種產(chǎn)生光束的燈裝置(10A),它能夠被用作投影系統(tǒng)光源的一部分。本發(fā)明的燈裝置(10A)產(chǎn)生起始于小孔徑(15)的光束(26)。裝置包括呈長條形外管(11)形式的無電極燈體,有一個空心內(nèi)里。固定或者淀積在外管(11)中的內(nèi)套管(12),內(nèi)套管(12)具有一個容納填充物(23)的通常為圓柱形或球形的膛。套管提供耐高溫和反射特性。定位于燈體(11)外部或是內(nèi)部的電極(24和25)是為了產(chǎn)生激勵包含在內(nèi)套管(12)中的填充物(23)形成強高溫等離子體光源的射頻能量而設置的。由相對較大體積中等離子體所產(chǎn)生的光被限制通過裝置(10A)兩端或者任何一端上小孔徑出射。
文檔編號H01J5/16GK1242103SQ97180895
公開日2000年1月19日 申請日期1997年12月16日 優(yōu)先權日1997年12月16日
發(fā)明者D·S·沃克 申請人:熔化照明股份有限公司