专利名称：投影灯灯泡及采用该种灯泡的投影灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学领域，特别是涉及一种应用于投影系统中的投影灯灯泡及采用该种灯泡的投影灯。
背景技术：
随着投影技术的发展，诸如幻灯机、投影机、投影电视、电影放映机以及实物展台等多种形式的投影系统广泛地应用于人们的工作和学习中。投影系统中的投影灯包括一个投影灯灯泡(光源)及一个内表面曲面反射镜(以下称曲面反射镜)。目前，投影灯灯泡通常采用气体放电灯，例如金卤灯(即金属卤化物灯)、超高压汞灯等。所谓气体放电灯指的是泡体内充盈适量的汞和/或金属卤化物等成份的蒸汽，所述蒸汽在电极电压的作用下产生电弧放电而发光的放电灯。因而，泡体就是气体放电灯的发光部分。投影灯灯泡与曲面反射镜配合，以使投影灯灯泡发出的光朝向指定的方向投射出去，以供后续光路作进一步的处理。其中，曲面反射镜包括球面反射镜(以下简称球面镜)、椭球面反射镜(以下简称椭球面镜)以及抛物面反射镜(以下简称抛物面镜)等。在实际应用中，投影灯灯泡通常位于曲面反射镜的焦点位置，即投影灯的泡体通常位于曲面反射镜的焦点位置。通常，投影灯灯泡可分为单端和双端两种。现有的投影系统中主要采用双端灯泡。所谓双端灯泡，指的是泡体居于中部、泡体的两端引出长长的电极；并且，2个电极分别被玻璃柱包裹。
现有技术中，双端灯泡的泡体形状一般有球形和椭球形两种。所谓球形泡体指的是，所述泡体在平行于极轴的平面上的投影呈圆形。所谓椭球形泡体指的是，所述泡体在平行于极轴的平面上的投影呈椭圆形。在此，极轴指的是泡体内两个电极端点之间的连线。
请参阅图1a，投影灯灯泡包括椭球形泡体110，两个电极120以及玻璃柱130。其中，椭球形泡体110位于中部，椭球形泡体110的两端引出电极120。并且，所述电极120包裹于玻璃柱130内。
请参阅图1b，投影灯灯泡包括球形泡体160，两个电极180以及玻璃柱170。其中，球形泡体160位于中部，球形泡体160的两端引出电极180。并且，所述电极180包裹于玻璃柱170内。
目前，投影灯灯泡与曲面反射镜的配合方式有直装和横装两种方式。其中，直装指的是电极与光轴同轴，且泡体在光轴上，这种方式适用于单端和双端投影灯；横装指的是电极与光轴垂直，且泡体在光轴上。
请参阅图2，投影灯灯泡采用横装方式与球面镜210相配合。也就是投影灯的泡体220位于球面镜210的焦点F，两端的电极(未标号)和包裹电极的玻璃柱230分别位于光轴的两侧，且垂直于光轴。由于球面镜具有这样的特性即，来自球面镜焦点的光线经球面镜反射后，又会汇聚于焦点。这样，来自泡体220的光线经球面镜210的内表面240反射后，又会回到泡体220位置，并在泡体220位置处发射出去，而不会有光线被反射至玻璃柱230上。由此可以看出，投影灯灯泡采用横装方式与球面镜相配合时，泡体220两端的玻璃柱230不会阻挡光线。因此，在实际应用中，投影灯灯泡通常采用横装方式与球面镜配合。
请参阅图3，投影灯灯泡采用横装方式与椭球面镜310相配合。也就是投影灯灯泡的泡体330位于椭球面镜310的第一焦点F1，泡体330两端的电极(未标号)和包裹电极的玻璃柱320分别位于光轴的两侧，并且垂直于光轴。由于椭球面镜具有这样的特性即，来自椭球面镜第一焦点的光线经椭球面镜反射后，汇聚于第二焦点。因此，来自泡体330的光线经球面镜310的内表面340反射后，部分反射光线直接汇聚于第二焦点F2；部分反射光线投射到泡体330，经泡体330折射后向外发散出去，而不能到达第二焦点F2，从而不能被利用；还有部分反射光线投射到玻璃柱320，经玻璃柱320折射后向外发散出去，同样不能到达第二焦点F2，同样不能被利用。
请参阅图4，阴影部分420是投影灯灯泡在垂直于光轴的平面上所产生的阴影。在实际应用中，来自曲面反射镜的光线投射到投影灯灯泡的泡体和玻璃柱上，并被折射而向外发散出去，从而不能被利用。因而，投影灯灯泡在垂直于光轴的平面上就会产生阴影。
在实际应用中，来自投影灯灯泡的光线经椭球面镜和抛物面镜反射后，都会有部分反射光线投射到投影灯灯泡的泡体和玻璃柱上，并被折射而发散出去，从而不能被利用。这样，在垂直于光轴的平面上的投影中都存在如图4所示的阴影部分。所以，目前的球形和椭球形泡体的投影灯灯泡不能采用横装方式与椭球面镜和抛物面镜进行配合使用。
阴影的大小与泡体在平行于投影灯灯泡极轴的平面上的正投影的大小有关。由于投影灯灯泡的两个电极之间产生的电弧为纺锤形，投影灯工作时，除了电弧产生热量外，两个电极也会产生热量。参照图1a所示，投影灯灯泡发光时在图中虚线框所示的部位电极120附近温度很高，该处的温度足以使构成泡体110的玻璃变形或破裂，因此电极120在该部位必须与灯泡的泡体110保持一定间距，防止电极与电弧同时对该处泡体玻璃炙烤变形。又因为，在一定功率及电极间距条件下，泡体110在投影灯极轴方向的长度是一定的，即该条件下球形泡体的直径是一定的，而对于椭球形泡体的长轴也是一定的，这样其泡体在垂直于极轴方向上的直径有一个极限值，以保证图1a中泡体110位于虚线框内的部分与电极120间有足够间距，例如以100W的气体放电灯为例，当电极的极距在1mm左右时，椭球形泡体的外径不小于9mm，这可以说是目前的一个技术极限。当极距增加至4mm以上，纺锤型的电弧也要相应增大，泡体也随之增大，如果继续使用椭球形泡体，外径将达到13mm以上，而球形泡体的直径则更大。因此，同样条件下椭球形泡体的阴影要小于球形，但仍不足以消除阴影。
因此，现有技术中，为了消除双端投影灯灯泡采用横装方式与椭球面镜和抛物面镜配合时所产生的阴影，双端投影灯灯泡常采用直装方式与椭球面镜和抛物面镜配合。
请参阅图5，投影灯灯泡采用直装方式与椭球面镜510相配合。也就是投影灯灯泡的泡体530位于椭球面镜510的第一焦点F1，泡体两端的电极(未标号)和包裹电极的玻璃柱520与光轴同轴。来自泡体530的光线经球面镜510的内表面540反射后，光线直接汇聚于第二焦点F2并被利用。因而，这种配合方式不会在垂直于光轴的平面上产生如图4所示的阴影部分。
在实际应用中，若投影灯灯泡采用直装方式与抛物面镜相配合。也就是投影灯灯泡的泡体位于抛物面镜的焦点F，泡体两端的电极(未标号)和包裹电极的玻璃柱与光轴同轴。这样的配合方式同样不会在垂直于光轴的平面上产生如图4所示的阴影部分。
由上可以看出，投影灯灯泡采用直装方式与椭球面镜和抛物面镜相配合，可以避免产生阴影。然而，在实际应用中，由于泡体两端的玻璃柱对光线产生折射，为了使来自泡体的光线尽可能多地投射到曲面反射镜的反射面以被利用(也就是，提高光线的利用效率)，就要求与投影灯相配合的曲面反射镜具有较短的焦距。但是，与投影灯灯泡相配合的曲面反射镜具有较短的焦距将导致下述问题其一，光线均匀度较低。现有技术提供的投影灯为了避免产生阴影，而采用投影灯灯泡直装方式同曲面反射镜(特别是椭球面镜和抛物面镜)相配合。并且，为了提高光线的利用效率，需要曲面反射镜具有较短的焦距。然而，较短的焦距将使得位于焦点的投影灯灯泡过于接近曲面反射镜的底部，造成大量光线都集中投射到曲面反射镜的底部，导致曲面反射镜反射出去的光线中心亮度是边缘光线亮度的数倍，光线均匀度较低。
其二，整体成本高。现有技术提供的投影灯为了避免产生阴影，而采用将投影灯灯泡直装方式同曲面反射镜(特别是椭球面镜和抛物面镜)相配合时，就要求曲面反射镜具有较短的焦距。由于投影灯位于曲面反射镜焦点的位置处，并且投影灯灯泡自身的温度较高。因此，来自投影灯灯泡的热量集中于曲面反射镜中而难以散去，使得曲面反射镜需要承受较高的温度。采用普通材料制成的曲面反射镜难以承受上述高温，常常会出现破裂或变形的现象。因此，现有的投影系统中与投影灯灯泡相配合的曲面反射镜需要采用耐高温和低膨胀系数的材料，这使得曲面反射镜的材料成本和加工成本都较高，而且加工难度较大。
其三，与投影灯灯泡配合的曲面反射镜使用寿命较短。现有技术提供的投影灯为了避免产生阴影，而采用投影灯灯泡直装方式同曲面反射镜(特别是椭球面镜和抛物面镜)相配合，并要求曲面反射镜具有较短的焦距。在实际应用中，较短的焦距将导致曲面反射镜承受较高的温度。通常，与投影灯相配合的曲面反射镜的内表面都镀有一层反射膜，用以提高反射效率。但是，反射膜在高温下寿命普遍较低。现有技术提供的投影灯采用投影灯灯泡直装方式与曲面反射镜相配合，将导致曲面反射镜的反射膜使用寿命大大缩短，甚至出现脱落现象，进而缩短了使用寿命。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种投影灯灯泡，这种投影灯灯泡采用横装方式与曲面反射镜相配合时，能够避免产生阴影、提高光线均匀度，同时，还可以降低曲面反射镜的加工成本和材料成本，并且延长曲面反射镜的使用寿命。
为此，本发明解决技术问题的技术方案是提供了一种应用于投影系统中的投影灯灯泡，包括泡体、两个电极以及与泡体相连的两个玻璃柱；所述泡体位于中部，两个电极分别位于泡体的两侧，并且每一个电极有一端置于泡体内，另一端引出泡体以及玻璃柱之外；其中，所述泡体是管形。
进一步地，所述泡体可以是细长的玻璃管。
所述泡体与玻璃柱的连接可以是自然过渡形态。
本发明还提供了一种采用上述投影灯灯泡的应用于投影系统中的投影灯，包括投影灯灯泡和与其配合的非球面反射镜，所述投影灯采用横装方式与非球面反射镜相配合，所述的投影灯灯泡包括泡体、两个电极以及与泡体相连的两个玻璃柱，所述泡体位于中部，两个电极分别位于泡体的两侧，并且每一个电极有一端置于泡体内，另一端引出泡体以及玻璃柱之外，其特征在于，所述泡体是管形。
所述的非球面反射镜可以是椭球面反射镜或抛物面反射镜；也可以是组合反射镜；所述组合反射镜包括球面反射镜与椭球面反射镜的组合，或球面反射镜与抛物面反射镜的组合。
相对于现有技术，本发明的有益效果是第一，投影灯灯泡的光线一致性好。由于投影灯灯泡采用管形泡体，投影灯灯泡的管形泡体细长狭窄，整个泡体的直径可以较小(小于纺锤形电弧的最大直径)，泡体限制电弧的形状沿泡体长度方向延伸，且因泡体直径一致，所以各部分发光比较一致。
第二，投影灯光线均匀度好。由于投影灯灯泡投向曲面反射镜的光线分布更加均匀，由于采用本发明提供的投影灯中的投影灯灯泡与投影系统中的曲面反射镜(特别是椭球面镜和抛物面镜)相配合时，无需象现有技术那样大幅缩短投影灯和曲面反射镜底部的距离或者缩短曲面反射镜的焦距。因而，投影灯灯泡发出的光线不会过多地向曲面反射镜的中部汇集。这样，投影灯灯泡发出的光线投射到反射面的分布将更加均匀，反射面反射出的光线即投影灯发出的光线均匀度也相应提高。
第三，避免投影灯产生阴影。由于本发明提供的投影灯灯泡的泡体为管形泡体，在垂直于灯泡极轴的平面上的投影面积远小于现有技术提供的球形泡体或椭球形泡体的投影面积。这样，本发明提供的投影灯中的投影灯灯泡采用横装方式与曲面反射镜相配合时，管形泡体产生的阴影部分远远小于现有技术提供的投影灯所产生的阴影。因而，只要适当调整泡体与曲面反射镜底部的距离就可以避免产生阴影，而无需象现有技术那样缩短曲面反射镜的焦距。
第四，投影灯整体成本低。由于采用本发明提供的投影灯中的投影灯灯泡以横装方式与曲面反射镜(特别是椭球面镜和抛物面镜)相配合，无需象现有的投影灯那样缩短焦距、采用直装方式与椭球面镜和抛物面镜相配合。因此，本发明提供的投影灯中的投影灯灯泡距离曲面反射镜相对较远，曲面反射镜承受的来自投影灯的温度也就相应较低。因而，曲面反射镜不易出现破裂和变形的现象。从而，曲面反射镜就无需采用耐高温和低膨胀系数的材料(如微晶玻璃)，这将降低曲面反射镜的材料成本。此外，由于采用普通材料，使得加工难度和成本也相应降低。从而，降低了整体成本。
第四，使用寿命长。由于本发明提供的投影灯中的投影灯灯泡与曲面反射镜相配合时，无需象现有技术那样缩短焦距，同现有技术相比，投影灯灯泡距离曲面反射镜底部的距离相对较远。因而，曲面反射镜底部温度不会过热，整体受热均匀。这样，曲面反射镜的内表面镀有的反射膜不会承受较高的温度。因此，反射膜及反射镜的使用寿命可以得到延长。同时，由于反射膜无需承受较高的温度，因而，对反射膜材料要求降低，同样可以适当降低投影灯成本。
本发明的上述效果在投影灯灯泡电极的极距大于4mm时更加明显。
图1a是现有投影灯灯泡的椭球形泡体结构示意图；图1b是现有投影灯灯泡的球形泡体结构示意图；图2是投影灯中球形泡体投影灯灯泡采用横装方式与球面反射镜相配合的示意图；
图3是投影灯中球形泡体投影灯灯泡采用横装方式与椭球面反射镜相配合的示意图；图4是现有投影灯中投影灯灯泡采用横装方式与非球面镜相配合时在垂直于光轴平面的投影示意图；图5是投影灯中球形泡体的投影灯灯泡采用直装方式与椭球面反射镜相配合的示意图；图6是本发明投影灯灯泡的结构示意图；图7是球形泡体、椭球形泡体与管形泡体的投影灯灯泡结构比较示意图；图8是本发明的投影灯的结构示意图。
具体实施例方式
实施例1请参阅图6，是本发明投影灯灯泡的结构示意图。本发明投影灯灯泡包括管形泡体610、电极620以及玻璃柱630。其中，管形泡体610位于中部，管形泡体610的两端引出电极620。并且，电极620包裹于玻璃柱630内。所述管形泡体610在平行于极轴平面的截面呈方形，在垂直于极轴平面的截面呈圆形。由于所述泡体610形状类似一个中空的管子，故而称为管形泡体。其中，管形泡体610内充盈适量的高压汞蒸汽，或者金属卤化物的蒸汽。当然，也可以充盈适量的汞和金属卤化物的混合蒸汽，或者其他可以在电极电压作用下产生电弧放电而发光的蒸汽。
由于采用管形泡体，泡体的最小直径决定于电极放电时电极的最高温度区域(图1a中虚线框内的区域)泡体允许的最小直径，因此在同样功率及电极的极距条件下，在保证该区域管形泡体在极轴垂直方向上的直径与椭圆形泡体直径均符合允许的最小泡体直径时，采用管形泡体时泡体的直径要小于椭圆形泡体在垂直于极轴方向上泡体中部最大处的直径，即在极轴垂直方向上管形泡体直径最小，椭圆形泡体大之，圆形泡体最大，例如当电极极距为4mm以上时，管形泡体最小直径为9mm，椭圆形为13mm以上，球形为14mm以上，且极距越大、功率越大，差距越大。
请参阅图7是球形泡体、椭球形泡体与管形泡体在同样功率及电极极距条件下的结构比较示意图。管形泡体710在平行于极轴平面的截面呈方形，在垂直于极轴平面的截面呈圆形，并且各个截面大小相等。椭球形泡体730在平行于极轴平面的截面呈椭圆形，在垂直于极轴平面的截面呈圆形，并且各个截面大小不等。球形泡体720在平行于极轴平面的截面呈圆形，在垂直于极轴平面的截面呈圆形，并且各个截面大小不等。
如图7所示，管形泡体710的轮廓小于椭球形泡体730的轮廓，椭球形泡体730的轮廓小于球形泡体720的轮廓。可以理解的是，在垂直于光轴的平面上，管形泡体710的投影面积最小，球形泡体720的投影面积最大，椭球形泡体730的投影面积介于管形泡体710的投影面积和球形泡体720的投影面积之间。
需要指出的是，本发明提供的投影灯中，管形泡体与玻璃柱的连接可以是任意自然的过渡形状。例如可以采用光滑的圆弧过渡形态，也可以采用直线过渡形态。
进一步需要指出的是，包裹电极的玻璃柱的形状也可以采用多种形式，只要能够耐温、可包裹电极，并起到绝缘的作用即可。
实施例2如图8所示，本实施例中的投影灯包括一个作为光源的投影灯灯泡和一个与投影灯灯泡配合的非球面反射镜810，投影灯灯泡包括管形泡体910、电极920以及玻璃柱930。其中，管形泡体910位于中部，管形泡体910的两端引出电极920。并且，电极920包裹于玻璃柱930内。所述管形泡体910在平行于极轴平面的截面呈方形，在垂直于极轴平面的截面呈圆形。由于所述泡体910形状类似一个中空的管子，故而称为管形泡体。其中，管形泡体910内充盈适量的高压汞蒸汽，或者金属卤化物的蒸汽。当然，也可以充盈适量的汞和金属卤化物的混合蒸汽，或者其他可以在电极电压作用下产生电弧放电而发光的蒸汽。管形的投影灯灯泡与曲面反射镜采用横向方式配合。非球面反射镜可以是椭球面反射镜或抛物面反射镜；也可以是组合反射镜，即球面反射镜与椭球面反射镜的组合，或球面反射镜与抛物面反射镜的组合。
由于采用管形泡体结构的投影灯灯泡具有在平行于极轴的平面上的投影小于同规格的椭球形或球形泡体，且具有光线均匀的特点，由于本发明提供的投影灯中的投影灯灯泡具有管型泡体910，在垂直于极轴的平面上，管形泡体910的投影面积远小于在同样功率及电极极距条件下的椭球形泡体或球形泡体的投影面积。因此，管形泡体910所产生的阴影比同样极距的球形泡体或椭球形泡体所产生的阴影小很多。并且，即使适当加大管形泡体910的极距，将泡体做得细长狭窄，管型泡体910所产生的阴影部分也不会很大。此外，由于细长狭窄的管形泡体910具有较大的极距，光线投射曲面反射镜将更加均匀。因而，只要适当调整管型泡体910与曲面反射镜底部的距离(也就是将管型泡体910略向非球面反射镜底部移动)即可消除阴影部分。本发明提供的投影灯只要从焦点位置偏出较小的距离即可消除阴影。由于投影灯偏离非球面反射镜焦点的距离较小，这同样减小了采用本发明提供的投影灯并使用横装方式与非球面反射镜相配合时对均匀度的影响。当然，在实际应用中，为了保持较好的均匀度，投影灯的泡体从焦点位置偏离得越少越好，以刚好消除阴影为宜。
当然，在实际应用中，电极的形状或两个电极之间的距离也可以视实际情况而不同。可以适当地加大两个电极之间的距离，以提高光束的均匀度，也可以适当地缩短两个电极之间的距离，以减小投影灯的泡体体积。只要能够在垂直于光轴的平面上避免产生阴影即可。
在实际安装使用中，如果采用图7所示的椭球形泡体730或球形泡体720采用横装方式与曲面反射镜相配合时，通过缩短泡体与曲面反射镜底部的距离，即椭球形泡体730或球形泡体720从焦点位置向曲面反射镜偏离，可以使光线略向中部汇集，从而有效的消除玻璃柱带来的阴影。但是，这样会使光束中心位置的亮度大幅提高，均匀度下降，以至在后续光路中难以被利用。为了有效缓解这一点，可以适当延长泡体内电极间的距离(极距)。但是，拉长极距后，泡体体积相应会增大。这样，泡体本身产生的阴影也会相应增大。因而，在实际使用中，对于椭球面镜或抛物面镜仍然不宜使用横装方式来与之配合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种应用于投影系统中的投影灯灯泡，包括泡体、两个电极以及与泡体相连的两个玻璃柱，所述泡体位于中部，两个电极分别位于泡体的两侧，并且每一个电极有一端置于泡体内，另一端引出泡体以及玻璃柱之外，其特征在于所述泡体是管形。
2.根据权利要求1所述的投影灯灯泡，其特征在于所述泡体是细长的玻璃管。
3.根据权利要求1或2所述的投影灯灯泡，其特征在于所述泡体与玻璃柱的连接是自然过渡形态。
4.一种应用于投影系统中的投影灯，包括投影灯灯泡和与其配合的非球面反射镜，其特征在于所述投影灯采用横装方式与非球面反射镜相配合，所述的投影灯灯泡包括泡体、两个电极以及与泡体相连的两个玻璃柱，所述泡体位于中部，两个电极分别位于泡体的两侧，并且每一个电极有一端置于泡体内，另一端引出泡体以及玻璃柱之外，其特征在于，所述泡体是管形。
5.根据权利要求4所述的投影灯，其特征在于所述非球面反射镜为椭球面反射镜或抛物面反射镜。
6.根据权利要求4所述的投影灯，其特征在于所述非球面反射镜为组合反射镜；所述组合反射镜包括球面反射镜与椭球面反射镜的组合，或球面反射镜与抛物面反射镜的组合。
7.根据权利要求4所述的投影灯，其特征在于所述泡体是细长的玻璃管。
8.根据权利要求4所述的投影灯，其特征在于所述泡体与玻璃柱的连接是自然过渡形态。
全文摘要
本发明公开了一种应用于投影系统中的投影灯灯泡。所述投影灯灯泡包括泡体、两个电极以及与泡体相连的两个玻璃柱；所述泡体位于中部，两个电极分别位于泡体的两侧，并且每一个电极有一端置于泡体内，另一端引出泡体以及玻璃柱之外；其中，所述泡体是管形。本发明提供的投影灯中的投影灯灯泡采用横装方式与非球面反射镜相配合，能够提高光线均匀度、降低曲面反射镜的加工成本和材料成本，并且可以延长曲面反射镜的使用寿命。
文档编号H01J61/30GK1588606SQ20041008655
公开日2005年3月2日 申请日期2004年10月25日 优先权日2004年10月25日
发明者罗筱泠 申请人:罗筱泠