专利名称：涡流冷却灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明灯的领域，并且更具体地涉及例如在投影显示系统内可以使用的照明灯的冷却。
背景技术：
在图1中示意地图示投影显示系统的主要组成部分。如所示的，来自照明源或灯101的光被引导到调制器102内。调制器102可以包括例如用于偏振光的偏振器、用于编码光的液晶显示(LCD)板和用于将编码的光解码为强度图像的分束器。随后，将来自调制器102的强度图像提供给用于视觉显示的投影透镜组件103。
参见图2，灯101通常配置有同轴安装在椭圆或抛物线形反射器106中的灯泡组件104。灯泡组件104包括密封在石英棒108内的后端箔(片)109和密封在另一个石英棒(rod)107内的前端箔110。箔109和110用作阳极/阴极电极，并且通常由钼(Mo)组成。灯泡111被固定在石英棒107和108之间，并被包含在由反射器106限定的椭圆或抛物线形区域内。图2的标号112表示反射器106的颈部，用于实现灯泡组件104的稳定和安全安装。
为了获得投影系统的必需照明功率，灯101的灯泡111是高瓦特数灯泡(例如200瓦)，这固有地呈现出显著的热辐射。在不存在某一种类的散热设备的情况下，来自灯泡的热可以构成安全危害和光调制器102内组件故障的源。因此，在试图消散灯101所生成的热量时，将鼓风机或风扇105放置在灯101的附近。来自风扇105的冷空气入射在反射器106的外部上，并因而实现了灯101的冷却。
不幸地，常规装置的冷却特性的效率极低，并因此必须使用相对大功率风扇105来实现灯101的适当冷却。因此，风扇105趋于非常大声，这导致有噪声的投影显示系统。
为了改善冷却效率，一种常规的技术包括将来自鼓风机的空气通过反射器内的孔隙直接引导到灯泡上。然而，这能够在灯泡的四周引起严重的热梯度，因为面向孔隙的灯泡一侧比灯泡的另一侧更好地被冷却。如果“冷却”一侧变得“寒冷”，这能够导致灯泡内蒸汽(水银)的局部冷凝。蒸汽的局部冷凝可以使灯泡石英壁不透明，此后，由于光吸收，局部灯泡温度增加非常迅速，引起石英的再结晶，使之进一步不透明和透射性低。这种称作“黑化(blackening)”的现象降低灯性能和寿命。
因此，将希望在冷却投影显示系统的灯时更有效地利用可用空气。这将允许使用较低功率的风扇或鼓风机，这又将降低风扇噪声，因而提供更安静的投影系统。还希望在冷却灯时更有效地使用可用空气，而不导致灯的黑化(变暗)。
发明内容
根据本发明的另一方面，提供一种灯组件，其包括反射器，具有由上缘(upper rim)限定的开口和被上缘围绕的凹反射面；安装在反射器的开口内的照明元件；和空气导管(air guide conduit)，围绕反射器的上缘延伸。该空气导管具有操作地连接到鼓风机的空气入口和到反射器的开口的空气出口。
根据本发明的另一方面，提供一种灯组件，其包括反射器，具有由上缘限定的开口和被上缘围绕的凹反射面；安装在反射器的开口内的照明元件；和冷却装置，用于将涡流(vortex)成切线地引入到开口内，以便该涡流沿着反射器的凹反射面向下传播。
根据本发明的又一个方面，提供一种冷却灯的方法，其中该灯包括反射器，具有由上缘限定的开口和被上缘围绕的凹反射面；和安装在反射器的开口内的照明元件。通过将涡流成切线地引入到开口中以使该涡流沿着反射器的凹反射面向下传播，冷却该灯。
在本发明的每个方面中，凹反射面可以限定反射器内的抛物线或椭圆形开口，并且反射器内的开口可以面朝投影显示组件的光调制器。
图1图示常规投影显示系统的示意图；图2图示常规投影显示系统的灯的冷却装置；和图3和图4图示本发明一种实施例的灯的冷却装置，其中图4是沿着图3的线III-III的剖面图。
具体实施例方式
虽然在此公开了优选实施例，但是在本发明的概念和范围内有可能进行许多改变。在阅读本文的说明书、附图和权利要求书之后，这样的改变对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，本发明并不受限制，只要在所附的权利要求书的精神和范围之内。
现在，参考图3和图4，其图示根据本发明一种实施例的涡流冷却灯。图4是沿着图3的线III-III的剖面图。
这个实施例的涡流冷却灯301包括同轴安装在椭圆或抛物线形反射器306内的灯泡组件304。灯泡组件304包括密封在石英棒308内的后端箔309和密封在另一个石英棒307内的前端箔310。这些箔309和310用作阳极/阴极电极，并且通常由钼(Mo)组成。灯泡311被固定在石英棒307和308之间，并被包含在由发射器306的上缘333和凹反射面336限定的椭圆或抛物线形开口334内。图4的标号312表示反射器306的颈部，其用于实现灯泡组件304的稳定和安全安装。
涡流冷却灯301还包括围绕反射器306的上缘333延伸的空气导管335。空气导管335包括操作地连接到一个或多个鼓风机320a，320b的一个或多个空气入口336a、336b以及到反射器306的开口334内的空气出口337。
如图3和图4所示，这个实施例的空气导管335环绕地(circumferentially)重叠反射器306内的开口334，并且空气出口337位于空气导管335和反射器306内开口之间的环绕重叠上。空气导管335的空气出口337与反射器306的上缘333的内周边相邻，并相邻反射器306的上缘333的内周边环绕地延伸。更具体地，在这个实施例中，空气导管335包括与反射器306的上缘333的内周边相邻延伸并与该内周边间隔开的内侧壁338，并且在反射器306的上缘333和空气导管335的内侧壁338之间限定空气出口337。
而且，如图3和图4所示，这个实施例的空气导管335由外颈圈(collar)332和前盖颈圈331限定。前盖颈圈331的内缘333同轴地定位在反射器306的内径306a(图3)内。外颈圈332的外壁332a围绕反射器306的上缘333的外周边环绕地延伸，并且前盖颈圈331的内侧壁331a在反射器306的上缘333的内周边环绕地延伸。前盖颈圈331的内侧壁331a部分地延伸到开口334内，并与上缘333的内周边间隔开，以便在其之间限定空气出口337。
当在投影显示设备内使用时，反射器306内的开口334面向投影显示设备的光调制器302。
在操作中，来自鼓风机320a和320b的冷却空气沿着切线被引入到位于反射器306的开口334前面的空气导管335内。随后，这导致空气导管335内的旋转(涡流)，其通过开口337进入反射器306。接下来，涡流沿着反射器306的内反射面336朝向反射器颈部312传播。随着反射器306的直径D朝向反射器颈部312降低，动量守恒导致涡流速度增加。增加的空气速度引起围绕灯泡311的周线的净热传导(系数)也增加，从而增加冷却效率。而且，因为涡流空气围绕灯泡311的周线流动，所以净热传导可以进一步增加。此外，由于反射器306内涡流的混合效应，到反射器306的壁的热传导也将改善。
接下来，由于质量守恒，涡流(现在具有更小的净直径，并被同轴地安装在涡流的原始外部部分内)将从反射面336的底部被反射，并沿着石英棒307与其中嵌入的前箔310一起传播回到反射器306的前端。因此，如果局部涡流温度低于石英棒310的温度，则前箔310还将围绕其周线被冷却。
最后，当在投影显示设备内使用时，空气将在它利用光调制器302的第一光组件入射之后径向地退出该组件。
当与常规冷却装置相比时，本发明在冷却灯时更有效使用可用空气。这允许使用更低功率的风扇或鼓风机，这又降低了风扇噪声。因而，在投影系统的情况下，可以提供更安静的投影显示设备。而且，因为空气流围绕灯泡“旋转”，大大地降低了涡流冷却灯黑化的风险，因而降低或均衡围绕周线的热梯度。较小的热梯度还导致石英较小的热机械应力，这能够增加灯和/或灯泡的寿命。
虽然在此公开了优选实施例，但是在本发明的概念和范围内有可能进行多种变化。在阅读在此的说明书、附图和权利要求书之后，对于本领域的普通技术人员来说，这样的变化将变得显而易见。仅作为一个例子，通过沿切线将空气引入到开口内，而不借助于空气导管，有可能将涡流引入到反射器内。因此，本发明仅限制在所附的权利要求书的精神和范围之内。
权利要求
1.一种灯组件，包括反射器，具有由上缘限定的开口和被上缘围绕的凹反射面；安装在反射器的开口内的照明元件；围绕反射器的上缘延伸的空气导管，该空气导管具有空气入口并具有到反射器的开口内的空气出口；和鼓风机，操作地连接到空气导管的空气入口。
2.如权利要求1所述的灯组件，其中空气导管的空气出口与反射器的上缘的内周边相邻。
3.如权利要求2所述的灯组件，其中空气出口相邻反射器的上缘的内周边环绕地延伸。
4.如权利要求3所述的灯组件，其中空气导管包括与反射器的上缘的内周边相邻延伸并与该内周边间隔开的内侧壁，和其中空气出口被限定在反射器的上缘和空气导管的内侧壁之间。
5.如权利要求1所述的灯组件，其中凹反射面限定反射器内的抛物线或椭圆形开口。
6.如权利要求1所述的灯组件，其中空气导管环绕地重叠反射器中的开口。
7.如权利要求6所述的灯组件，其中空气出口位于在空气导管和反射器内的开口之间的环绕重叠上。
8.如权利要求1所述的灯组件，其中反射器内的开口面向投影显示设备的光调制器。
9.如权利要求1所述的灯组件，其中空气导管包括围绕反射器的上缘的外周边环绕地延伸的外壁，以及围绕反射器的上缘的内周边环绕地延伸的内侧壁。
10.如权利要求9所述的灯组件，其中内侧壁部分地延伸到开口内，并与上缘的内周边间隔开，以便在其之间限定空气出口。
11.一种灯组件，包括反射器，具有由上缘限定的开口和被上缘围绕的凹反射面；安装在反射器的开口内的照明元件；和冷却装置，用于将涡流成切线引入到开口内，以便该涡流沿着反射器的凹反射面向下传播。
12.如权利要求11所述的灯组件，其中照明元件被同轴地安装在反射器的开口内，以及其中所述冷却装置将涡流引入到开口内，以便将涡流从凹反射面的底部朝向反射器的上缘反向反射。
13.如权利要求12所述的灯组件，其中所述冷却装置将涡流引入到开口内，以致于朝向上缘被反射回的涡流部分同轴地包含在沿着反射器的凹反射面向下传播的涡流部分内。
14.如权利要求13所述的灯组件，其中凹反射面限定反射器内的抛物线或椭圆形开口。
15.如权利要求13所述的灯组件，其中反射器内的开口面向投影显示组件的光调制器。
16.一种冷却灯的方法，该灯包括反射器，具有由上缘限定的开口和被上缘围绕的凹反射面；和安装在反射器的开口内的照明元件，所述方法包括将涡流成切线引入到开口内，以便该涡流沿着反射器的凹反射面向下传播。
17.如权利要求16所述的方法，其中照明元件同轴地安装在反射器的开口内，和其中从凹反射面的底部朝向反射器的上缘反向反射涡流。
18.如权利要求17所述的方法，其中朝向反射器的上缘反射回的涡流部分同轴地包含在沿着反射器的凹反射面向下传播的涡流部分内。
19.如权利要求18所述的灯组件，其中凹反射面限定反射器内的抛物线或椭圆形开口。
20.如权利要求18所述的灯组件，其中反射器内的开口面向投影显示组件的光调制器。
全文摘要
一种灯组件(301)包括反射器(306)，其具有由上缘(333)限定的开口(334)和被上缘(333)围绕的凹反射面(336)，并且照明元件(304)被安装在反射器(306)的开口(334)内。空气导管(335)围绕反射器(306)的上缘(333)延伸。该空气导管(335)具有连接到鼓风机(320a，320b)的空气入口(336a，336b)和到反射器(306)的开口(334)内的空气出口(337)。在操作中，鼓风机(320a，320b)和空气导管(335)协作，以便将涡流成切线地引入到开口(334)内，以致于涡流沿着反射器的凹反射面(336)向下传播，从而冷却该灯组件(301)。
文档编号G03B21/16GK1875218SQ200480032574
公开日2006年12月6日 申请日期2004年11月4日 优先权日2003年11月6日
发明者J·吉森, P·B·J·沙雷曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司