Be s ehr eibung

Lampe, Lampenmodul und Projektor mit diesem Lampenmodul

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Lampe, insbesondere eine Kurzbogenentladungslampe für ein Lampenmodul für Projektoren mit einem Lampenkolben aus Glas, insbesondre Quarzglas, zum Aufnehmen einer Anode und einer Kathode, das ein Fullgas, insbesondere Xenon, aufweist.

Stand der Technik

Bei herkömmlichen Projektoren wird eine Lampe, insbesondere eine Xenonkurzbogenhochdruckentladungslampe, in ein Gehäuse mit einem Reflektorensystem eingesetzt, das eine mit einer Abdeckscheibe verschlossene Lichtaustπttsoff- nung aufweist. Eine solche Lampe bzw. ein solches Lampenmodul ist aus der Druckschrift WO2006/07228 bekannt.

Problematisch bei diesen Projektoren ist, das im Strahlengang des Lichts von Lichtquelle (Lichtbogenhochdruck- entladungslampe) bis zum Austrittsfenster des Lichts meh- rere übergänge zwischen optisch unterschiedlichen Medien, insbesondere Luft bzw. Fullgas - Quarzglas/Glas, erfolgen müssen. Aufgrund dieser Medienubergange treten Reflekti- onsverluste auf, da ein Teil des auftreffenden Lichts nicht in das Medium eintreten, sondern von diesem reflek- tiert wird, und damit von dem System nicht genutzt werden kann. Da bei den herkömmlichen Projektoren bis zu acht übergänge zwischen unterschiedlichen Medien auftreten können, addieren sich die dadurch resultierenden Lichtverluste auf bis über 25 Prozent. Darüber hinaus fuhren

die Reflektionen im Projektionssystem zu thermischen Problemen und unerwünschten Streulichteffekten.

Um die Lichtverluste auszugleichen, wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, Lampen mit höherer Lichtleistung, wie beispielsweise Xenonkurzbogenhochdruckentladungslam- pen, zu verwenden. Die erhöhte Lampenleistung hat jedoch neben den höheren Lampenkosten und einer geringeren Lampenlebensdauer auch thermische Probleme zur Folge, da zudem eine effektive Kühlung der Lampen, der Reflektoren und des Austrittsfensters bereitgestellt werden muss.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lampe für ein Lampenmodul eines Projektors ein solches Lampenmodul und einen solchen Projektor, sowie ein Verfahren zum Herstellen dieser bereitzustellen, das eine hohe Lichtausbeute sicherstellt, ohne die Lampe übermäßig zu verteuern bzw. den genannten Nachteil in Kauf zu nehmen .

Diese Aufgabe wird durch eine Lampe und ein Lampenmodul für Projektoren mit einer solchen Lampe gelöst, wobei die Lampe einen Lampenkolben aus Glas, insbesondere Quarzglas, zum Aufnehmen einer Anode und einer Kathode aufweist, wobei im Lampenkolben ein Füllgas, insbesondere Xenon vorgesehen ist, und der Lampenkolben mindestens teilweise an Innen- und/oder Außenseite eine Antireflex- beschichtung aufweist.

Aufgrund der Verwendung einer Antireflexbeschichtung auf den Grenzschichten zwischen den Medien reduzieren sich die Reflexionsverluste des Lichts. Dadurch verbessert

sich die Gesamtlichtausbeute des Systems, so dass auch die Verwendung von Lichtquellen mit kleinerer Leistung möglich ist, ohne die Lichtausbeute zu verringern. Durch die Verwendung von Lichtquellen mit kleinerer Leistung verringern sich auch die thermischen Probleme im Projektor, so dass bei gleicher Lampenleistung mehr nutzbares Licht zur Verfügung steht.

Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Lampenkolben sowohl an der Innen- als auch an der Außenseite eine zumindest teilweise Antireflexbeschich- tung aufweist. Dies ist vorteilhaft, wenn die Lampe in ein Lampenmodul für einen Projektor mit einem Reflektorsystem eingebaut ist, wobei besonders vorteilhaft ist, wenn das Reflektorsystem von zwei Reflektoren gebildet wird, wobei der zweite Reflektor (Hilfsreflektor) ein sphärischer Reflektor und der erste Reflektor (Hauptreflektor) ein elliptischer Reflektor ist. Da mittels entsprechend angeordnetem Hilfs- und Hauptreflektor Licht, das auf den Hilfsreflektor fällt, durch den Lampenkolben hindurch in Richtung des Hauptreflektors zurück reflektiert wird, wird das Licht aufgrund der Antireflexbe- schichtung beim Eintritt in bzw. Durchtritt durch den Lampenkolben nicht mehr reflektiert. Gerade bei diesen Lampenmodulen kann es vorgesehen sein, dass der Lampen- kolben in dem Bereich, in dem Licht an den Hilfsreflektor abgegeben wird, an Innen- und Außenseite beschichtet ist, während der Lampenkolben in dem Bereich, in dem Licht nur an den Hauptreflektor abgegeben wird, lediglich eine Be- schichtung an der Innenseite aufweist.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Lichtaustrittsöffnung des Hilfsreflektors mit einer

Abdeckscheibe verschlossen, die aufgrund der an ihr auftretenden Reflexionen, ebenfalls eine Antireflexbeschich- tung aufweist. Die Abdeckscheibe besteht vorteilhafterweise aus transparenter Glaskeramik oder Quarzglas, wobei Glaskeramik aufgrund seiner guten Beschichtungseigen- schaften bevorzugt ist.

Die Ausbildung des Reflektorensystems mit sphärischem bzw. elliptischem Reflektor gewährleistet, dass Licht, das nicht in Richtung des Hauptreflektors abgestrahlt wird, und somit verlorengehen würde, auf den Hauptreflektor rückreflektiert wird und von dort aus ebenfalls durch die mit der Abdeckscheibe abgedeckte Lichtaustrittsöffnung austreten kann.

Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Antireflexbeschichtung auf Lampenkolben bzw. Austrittsfenster aus einem Schichtstapel mit unterschiedlichen Materialien und Schichtdicken besteht, wobei Materialien und Schichtdicken darauf abgestellt sind, eine möglichst gute Unterdrückung der Reflexion im Wellenbereich von 380nm bis 780nm bereitzustellen. Besonders vorteilhaft sind SiO ₂ , Nb ₂ O ₅ , Ta ₂ O ₅ , MgS ₂ und/oder ZrO ₂ .

Besonders bevorzugt ist eine Beschichtung aus einem Schichtpaket, bei dem als erste Schicht ZrO ₂ auf das den Lampenkolben oder das Austrittsfenster aufgebracht wird, wobei nachfolgend je eine Schicht MgF ₂ und ZrO ₂ und als Abschlussschicht eine Schicht MgF ₂ aufgebracht werden. Die Schichtdicken und auch die Anzahl der Schichten können jedoch variieren.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und den Figuren der Beschreibung definiert .

Im Folgenden soll die Erfindung mittels Zeichnungen näher beschrieben werden, wobei das in der Figur gezeigte Ausführungsbeispiel nicht den Rahmen der Patentanmeldung festlegen soll.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipdarstellung der Reflexion am übergang zwischen zwei optisch unterschiedlichen Medien und

Fig. 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Lampenmoduls mit beispielhaften Strahlungsverläufen.

Fig. 1 zeigt schematisch die prinzipielle Problematik der Reflexion am übergang zwischen optisch unterschiedlichen Medien. Ein Lichtstrahl L ₁ , der sich in einem ersten Medium M ₁ ausbreitet und auf ein zweites, optisch unterschiedlichen Medium M ₂ beispielsweise eine Glasscheibe trifft, wird mit einem geringen Anteil beim Auftreffen auf das optisch unterschiedliche Medium M ₂ reflektiert und tritt nicht vollständig in das optisch unterschiedliche Medium M ₂ ein. Dies ist in der Fig. 1 dargestellt, wobei der Lichtstrahl L ₁ schematisch in Punkt A auf das optisch unterschiedliche Medium M ₂ auftrifft und zum Großteil L ₂ in das unterschiedliche Medium M ₂ eintritt, während ein Teil L _1R reflektiert wird. Beim Austritt aus dem optischen Medium M ₂ wird wiederum ein Teil L _2R des

Lichtstrahls L ₂ reflektiert, während der Großteil L3 des Lichtstrahls L ₂ durch das Medium hindurch in das optisch unterschiedliche Medium M3 eintritt. Aufgrund dieser beiden Reflexionen L _iR und L ₂ R ist die Intensität des Licht- Strahls L ₃ im Vergleich zum dem Lichtstrahl Li deutlich reduziert .

Mittels einer erfindungsgemäßen Antireflexbeschichtung, die auf das optisch unterschiedliche Medium M ₂ aufgebracht wird, können die Anteile des reflektierten Lichts LiR und L _2R soweit reduziert werden, dass sie nicht mehr ins Gewicht fallen, so dass einfallender Lichtstrahl Li und ausfallender Lichtstrahl L ₃ im Wesentlichen die gleiche Intensität aufweisen.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführung der Erfindung. Gemäß Fig. 2 hat das erfindungsgemäße Lampenmodul 1 ein von einem ersten, sphärischen Reflektor 2 und einem zweiten, elliptischen Reflektor 4 gebildetes Reflektorsystem 6, in dem eine Lampe 8 aufgenommen ist. Die Lampe 8 wird von dem Reflektorsystem 6 getragen und bildet mit diesem eine vormontierte Einheit aus, die an einer Wandung 10 eines Projektors, beispielsweise eines digitalen Projektors mit LCD- oder DLP/DMD-Technologie, elektrisch isoliert eingesetzt ist.

Der sphärische Reflektor 2 ist mit einer Lichtaustritts- öffnung 12 und der elliptische Reflektor 4 mit einem Reflektorhals 14 ausgebildet, wobei die Lampe 8 erfindungsgemäß im Bereich des Reflektorhalses 14 und der Lichtaustrittsöffnung 12 gelagert ist. Die Lichtaustrittsöffnung 12 ist mit einer Abdeckscheibe 40 aus Glaskeramik oder Quarzglas verschlossen.

Aufgrund der Wärmeentwicklung der Lampe 8 und der damit verbundenen Lebensdauereinschränkung wird eine effektive Kühlung benötigt. Hierzu kann über ein nicht dargestelltes Gebläse Luft in das Reflektorsystem 6 eingeblasen werden. Der Kühlluftstrom umgibt die Lampe 8 und verhindert wirkungsvoll die Entstehung eines Wärmestaus im Reflektorsystem 6.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lampe 8 als Xenonkurzbogenhochdruckentladungslampe in herkömmli- eher Bauweise ausgeführt. Eine derartige Kurzbogenlampe besteht im Wesentlichen aus einer Anode 16, einer Kathode 18, die jeweils auf einem Elektrodenstab 28 montiert sind und einem mit hochreinem Xenongas gefüllten Lampenkolben 20. Dieser Lampenkolben 20 geht entlang einer op- tischen Achse 22 beidseitig in jeweils einen etwa zylindrischen Lampenschaft 24, 26 über, in die die Elektrodenstäbe 28 der Anode 16 bzw. Kathode 18 gasdicht eingeschmolzen sind.

Das Reflektorsystem 6 besteht aus elektrisch leitendem Material und ist mit einer reflektierenden Beschichtung versehen. Aufgrund der Verwendung des Reflektorsystems 6 als mechanischen und elektrisches Verbindungselement der Lampe 8 mit dem Projektor 10 verringert sich der Herstellungsaufwand gegenüber dem Stand der Technik wesentlich.

Der sphärische Reflektor 2 und der elliptische Reflektor 4 können über radial vorspringende Planflächen miteinander verbunden sein, die gemeinsam einen Flansch bilden, entlang dem das Lampenmodul 1 an dem Projektor 10 isoliert befestigt ist.

Erfindungsgemäß weist der Lampenkolben 20 an seiner Innenseite und an seiner Außenseite eine Antireflexbe- schichtung auf, so dass Licht, das über einen zwischen den Elektroden 16 und 18 erzeugten Lichtbogen 42 erzeugt wird, beim Durchtritt durch die optisch unterschiedlichen Medien Gas/Glas/Gas nicht reflektiert.

Schematisch ist ein Strahlengang des Lichts in Fig. 2 eingezeichnet, wobei der Strahl 44 eine Abstrahlung in direkter Richtung des Hauptreflektors darstellt. Dieser Lichtstrahl 44 wird am Hauptreflektor 4 reflektiert und in den zweiten Brennpunkt des eliptischen Hauptreflektors - nämlich eines hier nicht dargestellten Austrittsfensters eines Projektionssystems - reflektiert. Dabei tritt der Lichtstrahl 44 ebenfalls durch die Abdeckscheibe 40, wobei wiederum ein übergang zwischen optisch unterschiedlichen Medien erfolgt.

Erfindungsgemäß kann deshalb auch die Abdeckscheibe 40 eine Antireflexbeschichtung aufweisen, so dass die hier auftretenden Reflexionen ebenfalls minimiert werden.

Der abgestrahlte Lichtanteil 46 des Lichtbogens 42, der nicht direkt auf den elliptischen Hauptreflektor 4 fällt, sondern mittels des Hilfsreflektors 2 auf den Hauptreflektor 4 reflektiert wird, hat nicht nur einen Durchtritt durch den Lampenkolben 20, sondern vollzieht diesen übergang dreimal. Zum Einen tritt der Lichtstrahl 46 aus dem Lampenkolben 20 aus, wird dann vom Hilfsreflektor 2 zurück in seinen Brennpunkt - nämlich den Lichtbogen 42 - zurückreflektiert, wobei ein weiterer übergang zwischen Luft und Glas vollzogen wird - und tritt dann wiederum durch den Lampenkolben 20 aus, um vom Hauptreflektor 4 in

Richtung der Abdeckscheibe 40 reflektiert zu werden. Die übergänge zwischen optisch unterschiedlichen Medien sind in der Figur mittels Kreisen gekennzeichnet.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Antireflexbeschichtung können Strahlungsverluste, die durch die Reflexion am übergang zwischen optisch unterschiedlichen Medien entstehen, deutlich vermindert werden, wobei die Antireflex- beschichtung vorzugsweise aus einem Schichtstapel mit Schichten unterschiedlicher Dicke und aus unterschiedli- chen Materialien besteht. Dabei sind Schichtdicke und - abfolge dahingehend optimiert, dass Reflexionen im sichtbaren Bereich, d. h. zwischen 380nm und 780nm minimiert werden .

Vorzugsweise kommen die Materialien Siθ2, Tiθ2, Nb ₂ O ₅ , Ta ₂ O ₅ , MgF ₂ und ZrO ₂ zum Einsatz.

Diese Materialien zeigen zum Einen eine gute Haftung, und zum Anderen sind sie temperaturstabil, so dass sie den beim Lampenbetrieb entstehenden hohen Temperaturen problemlos standhalten können. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Antireflexbeschichtung aus einem Schichtstapel von vier Schichten, wobei als erste Schicht ZrO ₂ auf das Glas aufgebracht ist und nachfolgend eine Schicht MgF ₂ , eine weitere Schicht ZrO ₂ und als Abschlussschicht MgF ₂ aufgebracht wird. Besonders be- vorzugt ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Schichtdickenabfolge von 18,65nm (ZrO ₂ ); 37,23nm (MgF ₂ ); 142,56nm (ZrO ₂ ) und 99, 64nm (MgF ₂ ).

Die hier angegebenen Schichtdicken und -abfolgen können je nach Anforderung variieren und es können auch mehr oder weniger Schichten verwendet werden.

Zudem ist es möglich, auch einschichtige Antireflexbe- schichtungen zu wählen, wobei auch das Material bzw. die

Materialzusammensetzung dementsprechend angepasst werden kann .

Offenbart ist eine Lampe und ein Lampenmodul für einen Projektor mit einer solchen Lampe, wobei der Lampenkolben und/oder eine Abdeckscheibe des Lampenmoduls zumindest teilweise eine Antireflexbeschichtung aufweist (Figur 2) .

Bezugszeichenliste

1 Lampenmodul

2 Reflektor 4 Reflektor 6 Reflektorsystem

8 Lampe

10 Wandung

12 Lichtaustrittsöffnung

14 Reflektorhals 16 Anode

18 Kathode

20 Lampenkolben

22 Achse

24 Lampenschaft 26 Lampenschaft

28 Elektrodenstab

40 Abdeckscheibe

42 Lichtbogen

44 Lichtstrahl 46 Lichtanteil