Be s ehre ibung

Lampenmodul für Projektoren

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Lampenmodul, insbesondere für Projektoren zur Daten- oder Videoprojektion, mit zumindest einer Lampe, die in einen Reflektor eingesetzt ist und ein Lampengefäß mit zwei diametral zueinander ange ^¬ ordneten Lampenschäften aufweist.

Stand der Technik

Der Markt für Digitalprojektoren zur Daten- oder Videoprojektion wächst seit Erfindung der DLP-Technologie weltweit stark an. Diese zunehmende Verbreitung ist unter anderem auch damit begründet, dass die Projektoren auf ^¬ grund der eingesetzten Technologien immer preisgünstiger herstellbar sind und in ihren Abmessungen so kompakt ausgeführt werden, dass sie einen mobilen Einsatz im Büroalltag ermöglichen. Insbesondere besteht ein Bedarf an flachen Datenprojektoren. Dadurch ergeben sich Einschränkungen auch für das Design der Beleuchtungsoptik bezüglich Reflektordurchmesser und Reflektorhöhe. Dabei sind Lösungen gefragt, die die Helligkeit am Schirm im Ver ^¬ gleich zu konventionellen Designs möglichst beibehalten, d.h. bei gegebenem Nutzlicht die gleiche elektrische Leistung der Lampe und eine ähnliche lichttechnische Ef ^¬ fizienz des Lampenmoduls ermöglichen. Das Problem besteht darin, dass bei gegebener elektrischer Leistung die Lampe nicht kleiner werden kann und somit das gesamte Lampenmo- dul (Lampe und Reflektor) nicht einfach verkleinerbar ist. Würde man lediglich den Reflektor verkleinern, kann

sowohl ein Betrieb aus thermischen Gründen unmöglich werden als auch aus geometrischen Gründen eine deutliche Verringerung der Effizienz eintreten.

Bei digitalen Projektionssystemen werden als Lichtquelle überwiegend Reflektor-Hochdruckentladungslampen eingesetzt, wie sie beispielsweise unter www.osram.de unter Video- und Projektionslampen (VIP-Lampen) beschrieben sind. Diese Reflektor-Hochdruckentladungslampen haben eine Hochdruckentladungslampe, die in einen Reflektor ein- gesetzt ist. Bei der Auslegung derartiger Reflektor- Hochdruckentladungslampen muss beachtet werden, dass bei den auftretenden sehr hohen Temperaturen weder der Reflektor noch die Lampe thermisch geschädigt werden. Die Lampen sind in der Regel mit einem etwa mittig angeordne- ten Entladungsgefäß, das in zwei diametral zueinander an ^¬ geordnete Lampenschäfte übergeht. Wird versucht, der ver ^¬ langten flachen Bauform durch einen kleinen Reflektor nachzukommen, hätte dieser eine kleine Brennweite und ei ^¬ nen kleinen Abstand der Brennpunkte, da die numerische Exzentrizität des Reflektors im Wesentlichen durch die gewünschte Winkelverteilung vorgegeben ist, somit führt ein kleiner Abstand der Brennpunkte aufgrund der ther ^¬ misch bedingten Axiallänge der Lampe dazu, dass ein Teil der abgegebenen Strahlung auf den Endabschnitt des Schafts reflektiert wird, so dass es zu einer ungewünsch ^¬ ten Abschattung - die zu einer Vignettierung des reflektierten Lichtbündels führt - und zu einer starken thermischen Belastung des Lampenschafts kommt.

In der US 2006/0126341 Al wird vorgeschlagen, den Reflek- tor derart auszubilden, dass die abgegebene Strahlung nicht auf den Lampenschaft trifft und erst hinter dem

Schaftende mittels eines entlang der optischen Achse der Lampe angeordneten, als torische Asphäre ausgebildeten Rotationskörpers fokussiert und in einen Integrator ge ^¬ leitet wird, so dass eine Abschattung und zusätzliche Er- wärmung des Lampenschafts vermieden ist. Es hat sich je ^¬ doch gezeigt, dass ein derartiges Design nur für kleine Brennweiten des Reflektors effizient ist, so dass entwe ^¬ der nur niederwattige Lampen mit kleinem Kolbenaußendurchmesser eingesetzt werden können oder die Effizienz geringer ist. Somit ist der am Schirm erzielbare Licht ^¬ strom beschränkt.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lampenmodul zu schaffen, das einen minimalen Bauraum und eine hohe optische Effizienz aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Lampenmodul, insbe ^¬ sondere für Projektoren zur Daten- oder Videoprojektion, mit zumindest einer Lampe, die in einen Reflektor einge ^¬ setzt ist und ein Entladungsgefäß mit zwei diametral zu ^¬ einander angeordneten Lampenschäften aufweist, wobei eine lichtlenkende optische Linse zur Ablenkung der von der Lampe emittierten Strahlung von dem austrittsseitigen Lampenschaft vorgesehen ist. Besonders vorteilhafte Aus ^¬ führungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben .

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die lichtlenkende optische Linse die von der Lampe emittierte Strah ^¬ lung von dem austrittsseitigen Lampenschaft abgelenkt, so dass eine Abschattung durch den Lampenschaft verhindert

oder wesentlich verringert wird und die maximale Effi ^¬ zienz des Lampenmoduls gewährleistet ist. Da die Licht ^¬ austrittsfläche der Linse einen weiteren Freiheitsgrad zur Anpassung des emittierten Lichtbündels an die ge- wünschte Winkelverteilung bietet, kann die numerische Ex ^¬ zentrizität des Reflektors gegenüber dem Stand der Tech ^¬ nik gemäß der US 2006/0126341 Al größer gewählt werden, was bei gleichem Brennpunkt eine größere Brennweite und somit die Nutzung von Lampen hoher Leistung mit entspre- chenden Kolbendurchmessern ermöglicht. Der Reflektor ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zumindest ab ^¬ schnittsweise als Ellipsoid ausgebildet und hat eine nu ^¬ merische Exzentrizität im Bereich von etwa 0,80 bis 0,85.

Gemäß eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung hat die Linse eine Ausnehmung, die von dem austrittsseitigen Lampenschaft der Lampe zumindest ab ^¬ schnittsweise durchsetzt ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Linse reflektorseitig eine konkave Lichteintrittsfläche und austrittsseitig eine konvexe Lichtaustrittsfläche aufweist. Die Linse kann als Sammellinse ausgebildet sein .

Die Lichtein- und/oder Lichtaustrittsfläche sind bei ei ^¬ ner bevorzugten Ausführung der Erfindung konisch, sphä- risch oder asphärisch ausgebildet.

Bei einer Variante der Erfindung ist die Linse derart ausgebildet, dass die Lichtaustrittsfläche nach dem Ende des austrittsseitigen Lampenschaftes angeordnet ist.

Die Verbindung zwischen Reflektor und Linse kann weiter optimiert werden, wenn diese mit Abflachungen versehen werden, um die Linse auf den Reflektor aufzuschieben.

Die Linse wird vorzugsweise an dem Reflektor angebracht und kann so eine Frontscheibe des Lampenmoduls ausbilden, so dass dieses zumindest abschnittsweise verschlossen ist .

Bei Entladungslampen für Projektionssysteme ist der Ent- ladungsbogen im Brennpunkt der kleineren Brennweite des Reflektors angeordnet. Diese Brennweite liegt vorzugswei ^¬ se im Bereich von etwa 6 bis 8 mm - es zeigte sich, dass dieses Maß einen optimalen Kompromiss zwischen einer kompakten Bauweise und einer minimalen thermischen Belastung der Lampe und des Reflektors darstellt.

Die Lampe wird vorzugsweise als Hochdruckentladungslampe, insbesondere als Quecksilber-Hochdruckentladungslampe ausgeführt. Die Lampenschäfte der Lampe weisen bei einer Ausführung der Erfindung einen Durchmesser im Bereich von etwa 4 bis 7,5 mm, vorzugsweise von 6 mm auf.

Die Justage der Lampe erfolgt bei einer Ausführung der Erfindung im vormontierten Modul aus Reflektor und Linse.

Das erfindungsgemäße Lampenmodul kann beispielsweise in digitalen Daten- und Videoprojektoren Verwendung finden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachstehend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh- rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Lampenmoduls gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Lampenmoduls gemäß eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Lampenmodul aus Figur 2.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Gemäß Figur 1 hat das erfindungsgemäße Lampenmodul 1 eine schematisch dargestellte Lampe 2, die in einen Reflektor 4 eingesetzt ist und ein Entladungsgefäß 6 mit zwei dia ^¬ metral zueinander angeordneten Lampenschäften 8, 10 auf- weist, wobei eine lichtlenkende optische Linse 12 zur Ab ^¬ lenkung der von der Lampe 2 emittierten Strahlung von dem austrittsseitigen Lampenschaft 10 vorgesehen ist. Mittels der Linse 12 wird die von der Lampe 2 emittierte Strah ^¬ lung von dem austrittsseitigen Lampenschaft 10 abgelenkt, so dass eine Abschattung durch den Lampenschaft 10 ver ^¬ hindert und die maximale Effizienz des Lampenmoduls 1 ge ^¬ währleistet ist. Der rückseitige Lampenschaft 8 der Lampe 2 ist in eine Aufnahme 14 des Reflektors 4 eingesetzt. Die Linse 12 ist an dem Reflektor 4 befestigt und bildet eine Frontscheibe des Lampenmoduls 1 aus, so dass dieses zumindest abschnittsweise durch die Linse 12 verschlossen ist. Zur Aufnahme des austrittsseitigen Lampenschafts 10 hat die Linse 12 eine etwa mittig angeordnete, zylinder ^¬ förmige Ausnehmung 16, die von dem Lampenschaft 10 ab- schnittsweise durchsetzt ist. Die Linse 12 hat reflektor- seitig eine konkave Lichteintrittsfläche 18 und aus- trittsseitig eine konvexe Lichtaustrittsfläche 20. Die Lichtein- und Lichtaustrittsflächen 18, 20 der Linse 12

sind konisch ausgebildet, wobei die Lichtaustrittsfläche 20 nach dem Ende des austrittsseitigen Lampenschaftes 10 angeordnet ist. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Lichtein- und Licht- austrittstlachen der Linse sphärisch oder asphärisch ausgeführt. Die Lampe 2 bildet beispielsweise mit dem Re ^¬ flektor 4 eine vormontierte Einheit aus, die in einen nicht dargestellten Projektor, beispielsweise einen digitalen Projektor zur Daten- oder Videoprojektion mit DLP/DMD- oder LCD-Technologie, einsetzbar ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Lampe 2 als Hochdruckentladungslampe ausgeführt. Der Aufbau derartiger Entladungslampen 2 ist bekannt, diese werden beispielsweise unter www.osram.de unter dem Namen P-VIP-Lampen beschrieben, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind. Das Entladungsgefäß 6 der Lampe 2 ist derart innerhalb des Reflektors 4 angeordnet, dass der entstehende Entladungsbogen in einem Brennpunkt Fi des Reflektors 4 liegt. Die Brennweite fi des Brennpunkts Fi liegt im Bereich von etwa 6 bis 8 mm - es zeigte sich, dass dieses Maß ein optimaler Kompromiss zwischen einer kompakten Bauweise und einer minimalen thermischen Belastung der Lampe 2 und des Reflektors 4 darstellt. Das im Entladungsgefäß 6 durch den Entladungsbogen erzeugte Licht wird durch den Reflektor 4 und die Linse 12 auf den Focus F ₂ abgebildet, der in einer Eingangsapertur eines nicht dargestellten Integrators liegt. Da der Entladungs ^¬ bogen keine punktförmige Lichtquelle darstellt erfolgt diese Abbildung nicht - wie in Figur 1 idealisiert darge- stellt - punktförmig exakt im Focus F ₂ . Da die Lichtaus ^¬ trittsfläche 20 der Linse 12 einen weiteren Freiheitsgrad

zur Anpassung des emittierten Lichtbündels an die gewünschte Winkelverteilung bietet, kann die numerische Ex ^¬ zentrizität des Reflektors 4 größer gewählt werden, so dass bei gleichem Brennpunkt Fi eine größere Brennweite F ₂ und somit die Nutzung von Lampen 2 hoher Leistung mit entsprechend größeren Schaftlängen und Schaftdurchmessern ermöglicht ist. Der Reflektor 4 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel abschnittsweise als Ellipsoid ausge ^¬ bildet und weist eine numerische Exzentrizität im Bereich von etwa 0,80 bis 0,85 auf.

Gemäß Figur 2, die eine Seitenansicht eines Lampenmoduls 1 gemäß eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbei ^¬ spiels zeigt, hat die Linse 22 bei dieser Variante eine gegenüber der Linse 12 aus Figur 1 verringerte Dicke und ist zwischen dem Ende des Lampenschafts 10 und dem Entla ^¬ dungsgefäß 6 angeordnet. Zur Aufnahme des austrittsseiti- gen Lampenschafts 10 hat die Linse 22 eine etwa mittig angeordnete, zylinderförmige Ausnehmung 24, die von dem Lampenschaft 10 durchsetzt ist. Die Linse 22 ist als Sam- mellinse mit einer konkaven Lichteintrittsfläche 18 und einer konvexen Lichtaustrittsfläche 20 ausgebildet.

Wie insbesondere Figur 3 zu entnehmen ist, die eine Draufsicht des Lampenmoduls 1 aus Figur 2 zeigt, ist die Linse 22 derart an dem Reflektor 4 befestigt, dass diese eine Frontscheibe des Lampenmoduls 1 ausbildet und dieses abschnittsweise durch die Linse 22 verschlossen ist. Auf ^¬ grund der Wärmeentwicklung der Lampe 2 und der damit verbundenen Lebensdauereinschränkung ist eine effektive Kühlung vorteilhaft. Hierzu wird Luft über ein nicht darge- stelltes Gebläse axial in den Reflektor 4 eingeblasen. Der Kühlluftstrom umgibt die Lampe 2 und tritt anschlie-

ßend über zwei Kühlluftauslässen 26 radial aus dem Reflektor 4 aus. Dadurch wird die Entstehung eines Wärmestaus im Lampenmodul 1 wirkungsvoll verhindert.

Außerdem sind Reflektor 4 und Linse 22 mit diametral zu- einander im Parallelabstand angeordneten Abflachungen 28 versehen (die andere Abflachung ist in Fig. 3 nicht sichtbar) . Dadurch kann die Einbauhöhe des Lampenmoduls 1 weiter minimiert werden.

Das erfindungsgemäße Lampenmodul 1 ist nicht auf die dar- gestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr kann die Linse 12, 22 unterschiedliche aus dem Stand der Tech ^¬ nik bekannte Formen aufweisen. Beispielsweise kann die Linse 12, 22 plankonvex ausgebildet sein.

Offenbart ist ein Lampenmodul 1, insbesondere für Projek- toren zur Daten- oder Videoprojektion, mit zumindest einer Lampe 2, der in einen Reflektor 4 eingesetzt ist und ein Entladungsgefäß 6 mit zwei diametral zueinander ange ^¬ ordneten Lampenschäften 8, 10 aufweist. Erfindungsgemäß ist eine lichtlenkende optische Linse 12, 22 zur Ablen- kung der von der Lampe 2 emittierten Strahlung von dem austrittsseitigen Lampenschaft 10 vorgesehen.