投影光源和制造方法.pdf

投影光源可以包括外壳和由外壳支承的弧光管。弧光管可以包括具有在密封端部中间的球形腔的弧光管体、一对电极、包含在腔内的填充气体、包含在腔内的填充材料、以及由所述外壳支承的一般椭球反射器。所述弧光管和反射器可以放置成使得一般椭球反射器的焦点位于在弧光管的电极的内部尖端之间延伸的轴上。

1.  一种投影光源，包含：
外壳；
由所述外壳支承的弧光管，所述弧光管包含：
具有在密封端部中间的球形腔的弧光管体；
一对电极，每个电极从密封端部延伸到所述腔内，使得所述电极的内部尖端之间的距离在大约1.0mm和大约2.5mm之间，所述电极的每一个包含直径在大约2.0mm和大约4.0mm之间的钨杆；
包含在所述腔内的填充气体，所述填充气体包含从由氩气、氙气、氪气和氖气组成的组中选择的一种或多种气体，所述填充气体在基本上室温下具有小于大约5atm的压力；
包含在所述腔内的填充材料，所述填充材料包含一种或多种金属的一种或多种卤化物；以及
包含在所述腔内的水银；以及
由所述外壳支承的一般椭球反射器，所述弧光管和所述反射器被放置成使得所述一般椭球反射器的焦点位于在所述弧光管的电极的内部尖端之间延伸的轴上。

2.  根据权利要求1所述的投影光源，其中，所述光源在不大于50瓦的功率下工作，并在不大于2.76mm²sr的展度投影至少800流明。

3.  根据权利要求2所述的投影光源，其中，所述光源在不大于50瓦的功率下工作，并在不大于2.76mm²sr的展度投影至少1200流明。

4.  根据权利要求1所述的投影光源，其中，所述弧光管由石英或陶瓷材料形成。

5.  根据权利要求4所述的投影光源，其中，所述反射器由石英、陶瓷、聚合物、玻璃或金属形成。

6.  根据权利要求5所述的投影光源，其中，所述弧光管体由石英形成以及所述反射器由玻璃形成。

7.  根据权利要求1所述的投影光源，其中，所述填充气体包含氖气，以及所述填充材料包含钠、钪和铟。

8.  根据权利要求1所述的投影光源，其中，所述填充材料包含钠和钪。

9.  根据权利要求8所述的投影光源，其中，所述填充材料包含铟。

10.  根据权利要求9所述的投影光源，其中，所述填充材料包含钍。

11.  根据权利要求1所述的投影光源，其中，所述一般椭球反射器的半短轴小于大约25mm。

12.  根据权利要求11所述的投影光源，其中，所述一般椭球反射器的半短轴小于大约20mm。

13.  根据权利要求12所述的投影光源，其中，所述一般椭球反射器的半短轴小于大约15mm。

14.  一种弧光管，包含：
具有在密封端部中间的球形腔的弧光管体；
一对电极，每个电极从密封端部延伸到所述腔内，使得所述电极的内部尖端之间的距离在大约1.0mm和大约2.5mm之间，所述电极的每一个包含直径在大约2.0mm和大约4.0mm之间的钨杆；
包含在所述腔内的填充气体，所述填充气体包含从由氩气、氙气、氪气、和氖气组成的组中选择的一种或多种气体，所述填充气体在基本上室温下具有小于大约5atm的压力；
包含在所述腔内的填充材料，所述填充材料包含一种或多种金属的一种或多种卤化物；以及
包含在所述腔内的水银。

15.  根据权利要求14所述的弧光管，其中，所述腔包含每升腔体积小于大约0.5摩尔的填充气体、每微升腔体积小于大约4微克的卤化物、以及每微升腔体积小于大约20微克的水银。

16.  根据权利要求14所述的弧光管，其中，所述电极的杆每一个都包括终止在所述电极的内部尖端的锥形部分。

17.  根据权利要求14所述的弧光管，其中，所述电极的内部尖端之间的轴向距离是大约1.6mm和大约1.9mm之间。

18.  根据权利要求14所述的弧光管，其中，所述电极的内部尖端之间的轴向距离是大约1.7mm。

19.  根据权利要求14所述的弧光管，其中，所述填充材料包含钠和钪的卤化物。

20.  根据权利要求19所述的弧光管，其中，所述填充材料包含铟。

21.  根据权利要求14所述的弧光管，其中，所述腔一般是直径小于8mm的球形。

22.  根据权利要求21所述的弧光管，其中，所述直径是大约6mm。

23.  一种用于投影发光系统的低瓦数光源，包含：包含包括一种或多种金属卤化物的发光等离子体的弧光管、和引导从所述等离子体发出的光的反射器，所述光源在不大于50瓦的功率下工作，并在不大于2.76mm²sr的展度引导至少800流明的光。

24.  根据权利要求23所述的光源，其中，所述光源在大约45瓦的功率下工作。

25.  根据权利要求24所述的光源，其中，所述光源在大约35瓦的功率下工作。

26.  根据权利要求23所述的光源，其中，所述光源在不大于2.76mm²sr的展度引导至少1200流明的光。

27.  根据权利要求26所述的光源，其中，所述光源在不大于2.76mm²sr的展度引导至少2000流明的光。

28.  一种用于投影发光系统的低瓦数光源，包含：包含包括一种或多种金属卤化物的发光等离子体的弧光管、和引导从所述等离子体发出的光的反射器，所述光源能够在不大于50瓦的功率下工作的同时，在不大于2.76mm²sr的展度引导至少800流明的光。

29.  一种用于投影发光系统的灯，包含：包含包括一种或多种金属卤化物的等离子体的腔，所述金属卤化物的成分被选择成使得从所述等离子体发出的光被色轮中的红色、绿色和蓝色滤光片分离时的分色效率大于25％。

30.  根据权利要求29所述的灯管，其中，所述分色效率大于28％。

31.  根据权利要求30所述的灯管，其中，所述分色效率大于30％。

32.  一种投影发光系统，包含：包括HID灯的光源，所述HID灯与将从所述灯发出的光引向利用红色、绿色和蓝色滤光片来依次过滤所述光的色轮的反射器耦合；以及将过滤光引向观看屏幕的光学部件，其中，所述灯的每瓦工作功率所述红色、绿色和蓝色过滤光的流明数大于大约5。

33.  一种投影发光系统，包含：包括HID灯的光源，所述HID灯与将从所述灯发出的光引向利用红色、绿色和蓝色滤光片来依次过滤所述光的色轮的反射器耦合；和将过滤光引向观看屏幕的光学部件，其中，红色、绿色和蓝色过滤光的流明数与被引向所述滤光片的光的流明数之比大于大约0.25。

34.  根据权利要求33所述的投影发光系统，其中，过滤光的流明数与被引向所述滤光片的光的流明数之比大于大约0.28。

35.  根据权利要求34所述的投影发光系统，其中，过滤光的流明数与被引向所述滤光片的光的流明数之比大于大约0.30。

36.  根据权利要求33所述的投影发光系统，其中，所述色轮包含相等的红色、绿色和蓝色滤光片部分。

37.  一种投影发光系统，包含：包括HID灯的光源，所述HID灯与将从所述灯发出的光引向利用红色、绿色和蓝色滤光片来依次过滤所述光的色轮的反射器耦合；和将过滤光引向观看屏幕的光学部件，其中，所述灯的每瓦工作功率被引向观看屏幕的红色、绿色和蓝色过滤光的流明数大于大约2。

38.  根据权利要求37所述的投影发光系统，其中，所述HID灯包括包含纳、钪和铟的灯填充物。

39.  一种提供至少100屏幕流明的图像的投影仪，所述投影仪具有包含在50瓦或更小功率下工作的金属卤化物灯的光源。

40.  根据权利要求39所述的投影仪，其中，所述灯包含包括填充气体、一种或多种金属卤化物和水银的球形腔，其中，所述腔内包含的大气能量小于大约1.5焦耳。

41.  根据权利要求39所述的投影仪，其中，所述投影仪提供至少200屏幕流明的图像。

42.  根据权利要求39所述的投影仪，其中，所述投影仪提供100和500屏幕流明之间的图像。

43.  根据权利要求39所述的投影仪，其中，所述金属卤化物灯是所述光源中的唯一灯。

44.  一种金属卤化物灯，具有小于2mm的弧隙、在50瓦或更小功率下工作并提供至少3500积分流明的光。

45.  根据权利要求44所述的金属卤化物灯，其中，所述金属卤化物灯具有小于大约0.15焦耳的内含大气能量。

46.  一种用于投影发光系统的低瓦数光源，包含：(a)包含包括水银和一种或多种金属卤化物的发光等离子体的弧光管；和(b)引导从所述等离子体发出的光的反射器，所述光源在不大于50瓦的功率下工作，并且包含在所述弧光管内的每克水银在不大于2.76mm²sr的展度引导至少650流明的光。

47.  一种提供至少100屏幕流明的图像的投影仪，所述投影仪包括包含可操作地与镇流器耦合的金属卤化物灯的光源，所述镇流器提供到所述灯管的1.0和2.5安培之间的上升电流、大于5000伏的启动电压、和在大于1000赫兹的工作电压。

48.  一种用于投影发光系统的低功率光源，包含：具有小于2mm的电极间隙的弧光管、和包含在所述弧光管中的包括水银和一种或多种金属卤化物的填充材料，所述光源能够在所述弧光管内所包含的每克填充材料产生大于大约2,250,000积分流明。

49.  根据权利要求48所述的光源，其中，所述光源能够在所述弧光管内所包含的每克填充材料产生大于大约11,000,000流明。

50.  根据权利要求48所述的光源，其中，所述光源能够每立方厘米弧光管体积产生大于大约200积分流明。

51.  根据权利要求48所述的光源，其中，所述光源能够每克弧光管产生大于大约80积分流明。

52.  根据权利要求48所述的光源，其中，所述光源包含与所述弧光管耦合用于引导从所述弧光管发出的光的反射器，所述光源能够在不大于2.76mm²sr的展度引导至少大约900流明的光。

投影光源和制造方法
本公开要求2005年12月27日提出的临时申请第60/753,425号的申请日权益，其说明书的全部内容在这里通过引用而并入。
相关申请的交叉参考
本申请涉及2003年4月15日颁发的发明名称为“METHOD OFMAKING OPTICAL COUPLING DEVICE”的美国专利第6,546,752号；2001年10月16日颁发的发明名称为“EFFICIENTARRANGEMENT FOR COUPLING LIGHT BETWEEN LIGHTSOURCE AND LIGHT GUIDE”的美国专利第6,304,693号；2003年9月2日颁发的发明名称为“HIGH INTENSITY DISCHARGELAMPS，ARC TUBES，AND METHODS OF MANUFACTURE”的美国专利第6,612,892号；2003年2月11日颁发的发明名称为“HIGHINTENSITY DISCHARGE LAMPS，ARC TUBES，AND METHODSOF MANUFACTURE”的美国专利第6,517,404号；和2003年6月10日提出的发明名称为“HIGH INTENSITY DISCHARGE LAMPS，ARC TUBES，AND METHODS OF MANUFACTURE”的美国专利申请第10/457,442号(公布成美国专利公布第2004-0014391号)，其公开内容在这里通过引用而并入。
背景技术
用于电视、家庭娱乐和商业演示的投影系统包括诸如数字光处理或DLP^TM的技术、液晶显示器(LCD)的变体、和硅上液晶(LCoS)。与投影系统的技术无关，这些设备面临着越来越需要更小、更轻和更便宜系统的相似市场趋势。
DLP^TM技术的一般看法强调对投影光源的一些要求。DLP^TM技术使用带有铰链安装的数字微镜阵列的微芯片，每个数字微镜根据微镜的位置来有选择地将光投影到观看图像上。这样的微镜系统一般被称为数字微镜设备或DMD。
数字代码指示每个镜倾斜或不倾斜每秒几千次。光反射到像素上的平均时间确定了像素的阴影，导致超过一千个不同阴影。为了投影颜色，投影光源生成随着行进到DMD芯片的表面穿过色轮的白光。色轮包括红色、绿色和蓝色(“RGB”)滤光片，由所述滤光片，单芯片DMD系统可以从单个光源中产生至少1670万种颜色。在许多现有技术的系统中，RGB色轮还包括提高图像亮度的白色扇区。在三种芯片形式中，DMD投影系统产生超过35万亿种的颜色。
这种产生颜色的能力和对更小、更轻和更便宜系统的需求对投影光源提出了很高的要求。需要在大约6500K的关联色温(“CCT”)生成高的光量。由于CCT太低或产生的光量不足，传统的金属卤化物灯已经不适合。现有技术已经转向高压水银灯来实现所需颜色渲染和适合投影发光的流明。
其结果是，数字投影发光系统通常使用高功率、高流明水银放电光源。传统投影光具有100W或更高的额定功率，主要由于灯的瓦数越高流明数就越大的通则。从这种传统的学问出发，已经演变了具有大于150atm的弧光管压的超高压(“UHP”)灯。这样的超高压由至少150mg/cc的水银填充物生成。一般说来，水银的蒸气压越高，放电越适合于投影目的。灯压部分受到灯元件的强度和它的密封的限制。
破裂或泄漏的可能性给UHP灯的安全性和产品寿命带来了严重的缺陷。尤其，现有技术设备要求的高压提出了严重的安全问题。强化灯元件和密封导致了设备不太适合于小尺寸或便携性，并且，尽管得到强化，但这些设备仍然会出故障。例如，UHP灯的故障方式往往是灾难性的。出故障的UHP灯往往会爆炸，玻璃和金属碎片高速地向四面八方飞去。典型UHP燃烧器包含在这样的爆炸中释放的大约2.5焦耳能量。有时，玻璃或金属片可以刺穿或穿过周围壳体。鉴于这种灯的故障的灾难性，在这种灯中起阳极作用的厚电极通常被称为“子弹”，因为当灯破裂时，它常常刺穿投影仪的结构。另一方面，即使爆炸可能局限在壳体内，爆炸发出的声音也会使用户惊惶失措。
例如，Takahashi等人(美国专利公布第2004-0150343号)描述了适合投影光源的UHP灯。Takahashi等人的目的在于，提供能够经受400atm或更大压力的高压放电灯元件。弧光管由石英和维克(Vycor)玻璃的复合结构构成，并在制造期间受到热处理，以提高灯端的压缩应力。该公开要求装载水银高达300mg/cm3的灯元件。在商用产品中这样的高压是不合乎需要的。
投影发光系统中的物镜用于投影适当颜色的足够量的光，以获得具有所需亮度和颜色质量的观看图像。人们必须克服几方面的设计局限性。例如，在典型投影系统中，光是通过RGB或RGBW滤光片过滤的。因此，重要的设计因素包括将尽可能多的光投影在RGB(或RGBW)滤光片上、以及获取尽可能多的过滤光。
在为投影发光系统选择光源时考虑的重要特性是光源的每展度(etendue)流明数特性。诸如弧隙和填充压力的灯的几个物理特性影响灯的每展度流明数特性。为了满足每展度流明数要求，UHP灯必须在高填充压力下工作，以便收缩弧光。如上所述，这样的高填充压力可以成为灯故障的有害根源。
单面板系统(例如，将色轮用于分色的DLP系统)的另一个重要特性是系统的分色效率，即，系统将光源所投影的光分离成红色、绿色和蓝色的效率。用在单面板DLP系统和类似显示光引擎中的色轮一般应用RGB(红色-绿色-蓝色)、RGBW(红色-绿色-蓝色-白色)、或RGBYW(红色-绿色-蓝色-黄色-白色)色轮来依次过滤从光源接收的光。理论上，RGB色轮只包括相等份额(大约120⁰)的红色、绿色和蓝色扇区。
就本公开而言，术语“分色效率”指的是通过每种颜色扇区所代表的整个滤光片的各自百分比加权的穿过色轮的过滤红光、过滤绿光和过滤蓝光的每一种的总和(流明数)除以滤光片上的总入射光(流明数)。例如，在红色滤光片和绿色滤光片的每一种代表整个滤光片的35％，而蓝色滤光片代表整个滤光片的30％的色轮中，过滤红色和过滤绿色的流明数用0.35的因子加权，而过滤蓝色的流明数用0.30的因子加权。现有技术的系统通常取得小于25％的滤色效率。理想的滤色效率一般被认为是33％。
由于诸如UHP灯的传统光源在光谱上不与DLP系统中的特定色轮相匹配，色轮必须被定制，以补偿各种UHP灯的各种流明数和颜色性能。例如，UHP灯一般在红光上是不足的，而产生较大量的蓝光。必须将DLP系统中的色轮改变成与蓝色相比包括较大份额的补偿红色滤光片。此外，RGBW和RGBYW色轮常常需要提供白色和/或黄色部分来提升屏幕流明数，进一步降低了分色效率。尽管在产生较亮屏幕图像的视觉印象方面是成功的，但白色和/或黄色部分对整个屏幕的冲击由于降低了颜色的饱和度而负面影响了图像质量。一些传统系统以牺牲颜色质量为代价，应用色轮中的大约100⁰白色空间来提升流明数。
另外，市场上还缺乏标准化的投影光源。总体上，灯的寿命通常都小于投影系统的寿命。由于诸如焦距、物理尺度、瓦数等的参数的变化，系统设计人员几乎没有比较可用灯的质量的能力。其结果是，常常针对特定投影光系统而定制灯，迫使价格上升，并且使消费者和制造者面对可能只与投影光系统的一种或两种特定型号兼容的无数灯。
在工业上，需要提供能够生成具有足够效率和满足投影发光的要求的质量的较便宜、较安全、较省电、亮度较低的标准化光源。
发明内容
本公开一般涉及投影发光源。尤其，本公开涉及低瓦数金属卤化物灯、利用这种灯的投影发光源、和方法。
一般说来，各种公开实施例的目的是提供包括外壳、外壳所支承的弧光管、和一般椭球反射器的投影发光源。本发明公开了包含如下的投影发光源：外壳；所述外壳所支承的弧光管，所述弧光管包含：具有在密封端部中间的球形腔的弧光管体；一对电极，每个电极从密封端部延伸到所述腔中，使得所述电极的内部尖端之间的距离在大约1.0mm到大约2.5mm之间，所述电极的每一个包含直径在大约2.0mm到大约4.0mm之间的钨杆；包含在所述腔内的填充气体，所述填充气体包含从由氩气、氙气、氪气和氖气组成的组中选择的一种或多种气体，所述填充气体在室温左右具有小于大约5atm的压力；包含在所述腔内的填充材料，所述填充材料包含一种或多种金属的一种或多种卤化物；和包含在所述腔内的水银；和所述外壳所支承的一般椭球反射器，所述弧光管和所述反射器被放置成使得所述一般椭球反射器的焦点位于在所述弧光管的电极的内部尖端之间延伸的轴上。
本发明公开了包含如下的投影发光系统的低瓦数光源：包含包括一种或多种金属卤化物的发光等离子体的弧光管、和引导从所述等离子体发出的光的反射器，所述光源在不超过50瓦下工作，并在不超过2.76mm²sr的展度引导至少800流明的光。
本发明公开了包含如下的将色轮用于分色的投影发光系统的灯：包含包括一种或多种金属卤化物的等离子体的腔，所述金属卤化物的成分被选择成使得从所述等离子体发出的光的分色效率大于25％。
本发明公开了包含如下的投影发光系统：包括HID灯的光源，所述HID灯与反射器耦合，所述反射器用于将从所述灯发出的光引向通过红色、绿色、和蓝色滤光片依次过滤所述光的滤色片；和将过滤光引向观看屏幕的光学部件，其中，每瓦所述灯的工作功率过滤光的流明数大于大约5；或其中，过滤红光、绿光和蓝光的流明数与被引向所述滤光片的光的流明数之比大于大约0.2；或其中，每瓦所述灯的工作功率被引向观看屏幕的光的流明数大于大约2。
本发明公开了包含如下的投影发光系统：包括HID灯的光源，所述HID灯与反射器耦合，所述反射器用于将从所述灯发出的光引向通过红色、绿色、和蓝色滤光片依次过滤所述光的色轮；以及将过滤光引向观看屏幕的光学部件，其中，分色效率大于大约0.25，以及其中，所述红色、绿色和蓝色滤光片形成红色、绿色和蓝色滤光片具有基本相等扇区的RGB滤光片。
本发明公开了提供至少100屏幕流明的图像的投影仪，所述投影仪具有包含在50瓦或更小的功率下工作的金属卤化物灯的光源。
本发明公开了包含如下的投影发光系统的低瓦数光源：(a)包含包括水银和一种或多种金属卤化物的发光等离子体的弧光管；和(b)引导从所述等离子体发出的光的反射器，所述光源在不超过50瓦的功率下工作，并且在包含在所述弧光管中的每克水银不超过2.76mm²sr的展度引导至少650流明的光。
本发明公开了提供至少100屏幕流明的图像的投影仪，所述投影仪包括包含可操作地与镇流器耦合的金属卤化物灯的光源，所述镇流器提供到所述灯的1.0到2.5安培之间的上升电流、大于5000伏的启动电压、和大于1000赫兹的工作电压。
通过结合附图对本发明的实施例进行如下详细描述，本公开的其它系统、方法、特征和优点将更加显而易见。所有这样的附加系统、方法、特征、和优点都包括在本描述内，在本公开的范围之内，和受所附权利要求书保护。
附图说明
当结合伴随示范性非限制实施例一起考虑时，本领域的普通技术人员参照如下详细描述可以清楚地了解本公开的各个方面，在附图中：
图1是根据一个公开实施例的投影光源的等距视图；
图2是将盖子除去之后示出的图1的投影光源的等距视图；
图3是将盖子除去之后的图1的投影光源的侧视图；
图4是将反射器除去之后的图3的投影光源的侧视图；
图5是典型数字光处理投影系统的示意性表示；
图6是典型液晶显示投影系统的示意性表示；
图7是示出每展度流明数的理论和简单模型曲线的图；
图8是根据另一个公开实施例的投影光源的等距视图；
图9是图8的投影光源的侧视图；
图10是图8的投影光源的另一个等距视图；
图11是将盖子除去之后的图8的投影光源的侧视图；
图12a和12b是根据公开实施例的反射器设计的示范性图形；
图13是硅上液晶系统的示意性表示；
图14是例示公开实施例的性能的xy色度图；
图15是一体形成的外壳和反射器的示范性例示；
图16a和16b分别是水平和垂直取向的弧光管中的卤化物池的示意性表示；
图17是根据本发明一个方面的电极的示意性表示；
图18是根据本发明另一个方面的电极的示意性表示；
图19是色轮的示意性表示；
图20是色轮和相关功率时序图的示意性表示；
图21是弧光管内的电极配置的示意性表示；以及
图22是例示用于设计光源的公开实施例的流程图。
具体实施方式
本公开包括金属卤化物灯、反射器和镇流器。本公开还包括：包括与反射器耦合的金属卤化物灯的投影发光源、和承载灯和反射器的外壳。当前公开实施例在投影发光系统，例如，描绘在图5中的DLP系统10、描绘在图6中的LCD系统20、或描绘在图13中的LCoS系统的光源中的找到应用。
根据当前公开实施例的投影发光源可以包含承载具有金属卤化物填充材料的弧光管、和与弧光管耦合的反射器的外壳。
低瓦数考虑
一般说来，本文公开的实施例的目的是提供用于投影发光系统的低瓦数光源。由于包括功耗、生热和尺寸等的许多原因，投影发光系统的低瓦数光源是人们所希望的。
在紧凑投影发光系统中，热效应是重要的。对于典型的金属卤化物灯，超过30％的输入功率以热辐射、传导和对流的形式转换成热。因此，保持低功率降低了系统所有部件上的热负荷。功率降低还使得可以除去产生噪声并消耗额外功率的传统风扇。并且，利用低瓦数灯最小化空间约束并且便于投影系统的便携性。
开发低瓦数投影发光源的另一个考虑是提供具有每展度流明数特性的光源，使得尽管系统内的光学限制，但在屏幕上也可以收集到足够的流明数。因此，具有小弧隙的放电管需要满足典型投影发光系统的展度限制。但是，以短弧隙工作的弧光管与弧隙宽的弧光管相比导致低的灯电压。因此，灯电流必须较大，以达到给定的功率电平。这种大电流的代价是使电极承受较大负载，从而降低了流明数并缩短了寿命。因此，需要低瓦数灯以便在实现短弧隙的优点的同时避免大电流的缺点。
给定将灯功率降低或最小化到大约50瓦以下的初始手段，那么，可以将实现高屏幕流明数和颜色性能的注意力吸引到包括展度效率、光学效率、和色轮效率的其它因素上。
参照图1-4(和图8-11)，它们例示了包括弧光管2(102)、反射器3(103)和外壳5(105)的投影发光源1(101)。
在确定投影光源1的最佳弧光管填充材料、光学干涉滤光片、和光源耦合时，必须考虑经过光投影系统的展度，把重点放在光源点和滤色点上。投影发光源的每展度(mm²·球面度)流明数特性由弧光管2、反射器3和透镜4的物理几何结构决定。图7描绘了流明数作为展度的函数的理想和实际曲线。对于投影发光系统，光源处的展度通常处在图7中描绘的图形的线性部分中。在投影发光源中，对于投影系统的给定展度约束，最好实现高的流明数。
在一个实施例中，公开了投影发光源1，它包括外壳5、由外壳5支承的弧光管2、和由外壳5支承并与弧光管2耦合的一般椭球反射器3。弧光管2包括具有密封端部405中间的球形腔403、一对相对电极407、包含在腔403内的填充气体(未示出)、包含在腔403内的填充材料(未示出)、和包含在腔403内的水银(未示出)的弧光管体。每个电极407从密封端部405延伸到腔403，使得电极407的内部尖端之间的距离(即，弧隙)在大约1.0mm和大约2.5mm之间，所述电极407的每一个包含直径在大约2.0mm和大约4.0mm之间的钨杆。填充气体包含从由氩气、氙气、氪气和氖气组成的一组中选择的一种或多种气体，以及填充气体在基本室温下具有小于大约5atm的压力。填充材料包含一种或多种金属的一种或多种卤化物。弧光管2和反射器3被相互放置成使得椭球反射器3的焦点位于在如图14所示的弧光管2的电极407的内部尖端之间延伸的轴221上。
现在转到各个其它方面和实施例，下面进一步详细描述弧光管、反射器和外壳。
[I.]弧光管
当前公开的实施例反映了弧光管设计的基于解决方案手段。流明数和颜色问题两者通过各种设计参数来解决。在一个实施例中，弧光管由石英制成。在一个可替代实施例中，弧光管由陶瓷制成。
为了为根据公开实施例的投影系统实现高屏幕流明数，具体考虑弧光的尺寸和色平衡。较小的弧光使较多的光聚焦到较小孔径。这个原理涉及展度。关于色平衡，最好平衡红色、绿色和蓝色之间的颜色，以取得较高的色轮效率。如上所述，在传统设备的背景下，如果一种颜色(例如，蓝色、红色或绿色)在光源中不足，那么，必须将色轮设计成以牺牲其它颜色为代价来增强该种颜色。其结果是，屏幕流明数遭受损失。
(A)小弧光
可以通过减小弧光管中的弧隙以及通过改变电极的形状，来减小弧光的尺寸。弧光的尺寸也可以通过约束弧光来减小。
在各种实施例中，将电极之间的弧隙缩短成小于2.5mm，以获得更高的展度效率。可取地，弧隙在大约1.0mm到大约2.5mm的范围内。更可取地，弧隙在大约1.6mm到大约1.9mm的范围内。最可取地，弧隙是大约1.7mm。在考虑减小弧隙对流明数和灯管寿命影响的实验中，弧隙的优选范围是在2.0mm和1.5mm之间。
在所选实施例中，弧光管中的电极是棒状电极。在较优选实施例中，电极是直径在0.2mm到0.4mm之间或最好在0.25mm和0.3mm之间的锥形棒状电极。可替代地，电极可以是盘绕的。电极可以包含大约2％的钍。更可取地，电极包含少于2％的钍。
除了减小弧隙之外，也可以变更电极的几何结构。一般说来，短的弧隙将导致较大电流。为了防止由于高功率负载的电极的热蒸发，将电极做得较厚。但是，仅仅变厚将产生遮挡穿过孔径的光的负面效应，尤其是在给定小弧隙的情况下。参照图17，相对电极1705的内部端部1703可以在保持杆相对厚的同时朝向内部尖端方向变尖，从而使更多的光线照射到反射器上。锥形电极1705、1805例示在图17和18中。如图17和18所示，可以通过配备在电极上的锥度来减小被电极遮挡的程度。对于短间隙弧光管来说，闪烁可能是一个更严重的问题，已经证明，锥形电极也有助于稳定弧光以防止闪烁。
除了变更电极设计以外，可以通过收缩弧光来进一步减小光源展度。公开了几种收缩弧光的方法。在一个实施例中，使用诸如氖气的高电离电位气体来收缩弧光。氖气也可以在红色方面提供有用的颜色，尤其是考虑到UHP源中的特定谱缺陷。被收缩弧光提高了展度流明效率。在另一个实施例中，可以将诸如碘的卤化物用在填充材料中以帮助收缩弧光。在进一步的实施例中，可以使用永久磁体来产生用于收缩弧光的轴向磁场。可以将诸如Nd-Fe-B的以箍缩等离子体闻名的强场磁体做成定制形状，以产生足以箍缩等离子体的场。因为电子受磁场限制，所以磁场也有助于启动，从而缩短从辉光到弧光的过渡时间或降低启动电压。
(B)光谱输出
除了上面实施例所解决的展度和流明问题之外，各种实施例还解决了包括提高颜色性能和将颜色输出调整成与诸如色轮的滤光片的状况匹配的颜色问题。
公开的基于金属卤化物的灯为投影应用提供了更平衡和更丰富的颜色。在一个实施例中，示出了金属卤化物灯的颜色，参照图14中的CIE xy色度图，具有比UHP灯大的色域和更平衡的白色。在一个示范性实施例中，弧光管在与蓝色、绿色和红色相对应的波长上产生峰值光量。在进一步的实施例中，弧光管在投影系统所使用的波长上产生光。在所选实施例中，填充物被部分预定，以在与蓝色、绿色和红色相对应的波长上产生光峰值，以便与色轮中的RGB滤光片匹配，并因此提高色轮效率。在进一步的实施例中，将金属卤化物光源的颜色调整成与为最高色轮效率制造的色轮相匹配。在另一个实施例中，填充物被部分预定，以按照RGB色轮来生成最大屏幕流明数。在又一个实施例中，填充物被部分预定，以按照RGBW色轮来生成最大屏幕流明数。在一个附加实施例中，填充气体和压力被部分预定，以限制弧光以便进一步减小光源的展度。
在某些实施例中，通过改变灯填充材料的成分来调整光源的颜色。诸如卤化物、金属卤化物和金属的材料与填充气体的各种组合可以获得满足颜色和流明要求的所需光谱。在某些实施例中，弧光管被填充小于2毫克的材料。在优选实施例中，弧光管被填充小于1毫克的材料。
使用金属卤化物灯的具体优点是，灯的光谱输出可以由灯填充材料的成分来决定。在一个实施例中，将填充材料选择成在感兴趣的波长上，例如在光谱的红色区、绿色区和蓝色区提供具有尖峰的光输出。例如，在典型LCD、DMD、LCoS应用中，将光过滤成提供红光、绿光和蓝光。于是，在公开的实施例中，剂量是预定的，以便通过在与蓝色(例如，475纳米)、绿色(例如，510纳米)和红色(例如，650纳米)相对应的波长上产生峰值光量，来提高投影光系统的颜色性能。通过发送在数字投影系统所使用的波长上的光，提高了光系统的效率(色轮效率)。与公开实施例的其它特征一起，提供了产生满足投影系统要求的足够光的低功率光源。
根据一个方面，弧光管被填充包括金属卤化物的剂量材料。弧光管还可以包括金属卤化物、金属和卤化物的组合。适用的金属包括但不局限于铯、钪、铷、钠、铝和锰。填充材料的适用成分包括钠和钪的组合。铟或钍或两者的卤化物也可以包括在填充物中。可替代地，填充材料可以包括稀土金属的卤化物的组合。填充材料可以通过公开在美国专利第6,612,892号、美国专利第6,517,404号和美国专利申请第10/457,442号中的工艺引入弧光管中。这些制造工艺允许使用多种多样的金属卤化物填充材料成分。这样，金属卤化物灯的亮度和显色性就可以更好地适应投影发光的需要。
在某些实施例中，在基本室温下弧光管中的填充压力一般小于大约5atm。可选地，填充气体压力可以在室温下小于大约10atm，或填充气体压力可以在室温下小于大约2atm。在工作温度下的典型压力是在大约25atm和35atm之间。
在某些实施例中，弧光管的腔一般是直径为8mm或更小的扁椭球。在另一个实施例中，直径是6mm或更小。
在某些实施例中，光源包括小于0.5摩尔/升的填充气体、小于20μg/μl的水银、和/或小于4μg/μl的卤化物。可替代地，光源包括小于0.05cc的填充气体、1.5mg的水银或更少、和/或小于0.5mg的卤化物。
填充气体的各种选择也提高了颜色性能。适合的填充气体包括氪气、氙气、氩气、氖气和它们的组合。在各种实施例中，填充气体也提高了如上所述的弧光收缩。
在某些实施例中，光源包括小于0.5摩尔/升的填充气体、小于20μg/μl的水银、和/或小于4μg/μl的卤化物。可替代地，光源包括小于0.05cc的填充气体、1.5mg的水银或更少、和/或小于0.5mg的卤化物。
灯的光谱输出也可以利用弧光管上的薄膜涂层来调整。在一个实施例中，在考虑了填充物之后，光学干涉涂层是预定的，以提高在蓝色、绿色和/或红色的特定波长上的光的反射率，以便实现设计的色轮效率和屏幕上的颜色要求。在可替代实施例中，涂层可以是增强一种颜色的过滤型。像TiO₂那样阻挡UV的其它涂层也产生一些色移效应。产生这些效应是因为涂层材料吸收了UV能量并使壁温升高，从而触发了链式反应。在测试时，由于TiO₂涂层，观察到较高的流明输出和谱的红移。并且，壁温更加均匀。类似地，可以使用UV阻挡石英来执行类似的功能。一般说来，这些薄膜减轻了UV下游的负载，并且提高了弧光管的流明输出。
更一般地，涂覆弧光管以增加流明数还使颜色调整成增加色轮效率和定制颜色。在可替代实施例中，弧光管包括反射紫外(UV)或红外(IR)辐射的至少一种的光学干涉过滤。
在一个实施例中，涂层通过LPCVD形成。在另一个实施例中，涂层通过电子束蒸发形成。在进一步的实施例中，涂层通过反应溅射形成。
(C)卤化物池
卤化物池涉及到流明和颜色问题两者。如图16a所示，卤化物池通常位于水平发光弧光管的底部，并阻挡或过滤一些光。卤化物池的吸收一般在光谱的蓝色区，从而降低流明数和色轮效率，因此，需要降低它的影响。下面考虑几种手段。首先，改变弧光管的几何结构和壁厚，以提高壁温均匀性并减小卤化物池。其次，使用UV吸收涂层来加热弧光管壁，以减小卤化物池。第三，可以将金属卤化物剂量优化成如此之少，以致于在液相下累积在卤化物池中。第四，参照图16b，可以在垂直配置下操作弧光管1602，使得卤化物池1611不会妨碍从等离子体发出并由反射器收集的光。
(D)管外壳/几何结构
各种实施例变更了弧光管的几何结构或壁厚。这些修改有利地提高了壁温的均匀性并减小了卤化物池。
在各种实施例中，使弧光管外壳的几何结构、形状、壁厚优化壁温均匀性并处理工作期间的内部压力。
在如图21所示的一个实施例中，弧光管2102基本上是椭圆形的，并具有分别在第一和第二电极尖端2125a、2125b中间的第一和第二椭圆焦点2123a、2123b。
弧光管的厚度和形状由相关安全性来决定。在一个实施例中，弧光管是双椭圆形的，并具有分别在第一和第二电极尖端中间的两个椭圆焦点。
可选地，弧光管可以是无尖端的，使热基本上均匀地分布在弧光管壁上。弧光管基本上仿照弧光的形状，从而减少来自尖端的光子散射。另外，这种无尖端弧光管在完美放电灯的表面上没有装管缺陷，因此消除了由这种缺陷引起的光阻挡和折射。另外，使热更均匀地分布在弧光管壁上。在投影发光系统中需要的小弧光管中，尤其希望均匀热分布。
公开的弧光管可以利用各种材料制成。在一个实施例中，弧光管由石英形成。在进一步的实施例中，弧光管由陶瓷形成。在某些实施例中，弧光管由UV阻挡石英制成。来自光源的UV辐射被显著减小，以最小化UV引起的老化。在一个可替代实施例中，将TiO₂用作UV阻挡剂涂在弧光管上。吸收的UV能量有助于提高壁温和均匀性。在其它实施例中，弧光管可以由蓝宝石或其它晶体制成，以便减小弧光管上的散射并提高壁温。
在下面第III部分中描述的反射器设计中还考虑了弧光管形状的光学。
(E)镇流器
一些实施例包括用于投影应用的更有效和智能镇流器。在一个实施例中，非对称镇流器抵消了由于诸如热对流和未对准的因素两个电极之间的非对称操作。可替代地，非对称镇流器可以用于提高从一个电极附近输出的流明数。由于反射器通常具有一个焦点位置，可以将反射器设计成在光学上围绕较亮电极。换句话说，非对称操作可以有效地减小光源的展度。
在其它实施例中，通过利用色轮的轮辐区或相似滤色设备的类似部分，在保持相同流明输出的同时减小镇流器的占空比。参照图20，传统色轮2001包括将红色、绿色和蓝色滤光片的每一个分开的不透光“轮辐”扇区2003。每个轮辐扇区2003跨越大约8⁰，使得包括三个这种轮辐扇区2003的色轮2001包括色轮的大约5％的暗时期。所选实施例在保持相同平均电极负载的同时，循环地使灯在轮辐期2007内关闭并在红色、绿色和蓝色过滤期2009内重新打开。可替代地，镇流器可以用于在轮辐期内关闭灯，以便通过较小的输入功率来实现相同的屏幕流明数。这降低了总热效应。
设计镇流器时考虑的因素包括弧光管的电压、电流和功率要求。例如，在某些实施例中，镇流器电压和电流脉冲足以触发光源，并在预定时间内作出辉光到弧光的过渡。并且，镇流器具有足够的电压和电流脉冲，以便在预定时间内热重新触发光源。
在35瓦光源的一个实施例中，镇流器电压大约是65伏并且镇流器以8kV电流脉冲触发光源。镇流器在10秒内重新触发热光源。
镇流器设计中考虑的因素还包括包括光源的完整系统的尺寸和热要求。在一个实施例中，镇流器具有小于46g的总重量或质量。在另一个实施例中，镇流器具有72mm×15mm×50mm的总尺度或小于54,000mm＾3的相应体积。在某些实施例中，镇流器产生0.76瓦/克。
镇流器的实施例在AC或DC模式下工作。在AC实施例中，波形是正弦或方形。在一个实施例中，方波开关镇流器以7KHz的频率来激励35W光源。可替代地，半DC镇流器使能电极之间的非对称操作。如前所述，这种非对称镇流器可以减轻非对称热和电极未对准问题。
在其它实施例中，镇流器的波形被调整以改变光源的功率和色平衡。因此，源可被优化用于光引擎所生成的特定颜色的颜色和亮度(例如，色轮的蓝色、绿色或红色分段内的颜色)。
在与应用色轮或类似的交替或周期性颜色设备的系统有关的其它实施例中，镇流器在色轮的轮辐分段期间关闭光源，因此更有效地使用光源，从而提高每瓦屏幕流明数特性。在所选实施例中，镇流器包含在设计的时间段之后关闭光源的微芯片。
在另一个方面中，光源可选地包括根据一个或多个参数的预定值来禁止光源的定时寿命特征，一个或多个参数包括但不局限于光输出、工作小时数、灯电流、灯电压。例如，可以将镇流器编程为根据灯的工作小时数或来自灯的测量光输出而切断灯电流来禁止灯。
[II.]反射器
弧光管2和反射器3的示范性实施例被放置成如图2和3所示。在一个实施例中，反射器3通过描述在美国专利第6,546,752中的自旋模压工艺由石英形成。反射涂层9通过LPCVD或其它适用涂层工艺淀积在内表面上，以提供高度均匀反射率分布。反射器3和弧光管2形成反射器灯子组件11。在35W实施例中，反射器具有大约30mm的最大直径。
在一个优选实施例中，将椭球反射器用于聚光。在一个实施例中，灯大致上位于椭球的一个焦点上，而孔径位于另一个焦点上。但是，由于弧光不是点状的，反射器设计需要分析弧光性能。
(A)反射器曲线设计
于是，需要与弧光的光分布有关的特定知识。这种光分布信息可以通过从不同角度拍摄弧光的图像并通过数字分析它们以创建弧光的数字3-D轮廓来获得。
在各种实施例中，反射器曲率的设计一般包括两个步骤。首先，为将光聚在孔径上的曲率获取分析表达式。这个步骤可选地包括假设弧光是点源以简化或加速分析。其次，与来自第一步的弧光轮廓数据一起使用光学模拟来微调曲率并实现最佳性能。
(B)反射器主体
一般说来，反射器203收集来自弧光管202的光，并将其向下投射到光路。图14例示了这个概念。正如这里所使用的那样，孔径一般描述包括但不局限于透镜、积分棒和微型显示单元的光学元件的物理尺寸。最小光学元件一般决定系统孔径。在DMD和其它投影发光系统的情况下，孔径一般较小。小孔径尺寸一般受经济原因影响甚于受技术原因影响。于是，这里所述的某些实施例使用4-6mm的孔径尺寸。孔径也可以具有各种形状，包括但不局限于椭圆形(圆形)和长方形(包括正方形)。
在一个实施例中，反射器开口直径是45mm或更小。在另一个实施例中，该直径是30mm或更小。在又一个实施例中，该直径是25mm或更小。在进一步的实施例中，反射器开口的直径对应于投影仪的额定功率或额定热。
在一个实施例中，反射器总长度小于大约40mm。在一个优选实施例中，反射器总长度小于大约25mm。在一个实施例中，如通过椭圆的半短轴定义的长度小于大约20mm。在另一个实施例中，如通过椭圆的半短轴定义的长度小于大约15mm。
根据各种实施例的反射器可以包括多种多样的材料。适用反射器材料包括金属和包括但不局限于陶瓷、玻璃、聚合物和晶体的其它材料。在一个实施例中，反射器基本上是石英。在另一个实施例中，反射器表面是金属。在又一个实施例中，反射器是陶瓷。在一个另外的实施例中，反射器包括玻璃。在又一个另外的实施例中，反射器包括聚合物。
尽管反射器可以是与外壳分开或不同的结构，但在某些实施例中，将反射器集成到投影发光源的外壳中。这种集成最好通过将反射器曲率切到外壳中来完成。在一个实施例中，外壳和反射器集成一个主体1501。反射表面1503通过机械加工、蚀刻或铸造主体来进行切割，然后利用抛光和涂覆进行修整。
在一个实施例中，将反射器集成到外壳中，以便为光源提供有效热宿。集成的外壳可选地包含诸如叶片、凸缘、管道或丝网的热宿特制件，以扩大散热表面积。在某些实施例中，反射器表面被切割到外壳主体中。利用多种多样的方法来制造切割表面，这些方法包括，但不局限于，机械加工或铸造。并且，可以抛光，蚀刻和涂覆切割表面。可替代地，反射器可以通过自旋模压、金属机械加工、或金属冲压的工艺制成。
在一个实施例中，反射器前面是开口的。在第二实施例中，反射器前面具有前盖。反射器前盖可以包括光学干涉滤光片。
图12a例示了反射器1203与灯管1201的定位的一个实施例。反射器1203可以是基本上椭圆形，其焦点1210位于在电极1208的内部尖端之间延伸的轴1212上。
(C)反射器涂层
参照图12b，在某些实施例中，反射器1203可选地包括在反射器1203的内外表面之一或两者上的反射涂层。在各种实施例中，利用包括但局限于LPCVD、电子束蒸发和等离子辅助溅射的形成方法，在反射器1203的内表面1203b上形成反射涂层(未示出)。在另外的实施例中，利用包括但局限于LPCVD和蒸发涂覆的形成方法，在反射器1203的外表面1203a上形成反射涂层(未示出)。
(D)反射器例1—石英反射器
在示范性实施例中，反射器是石英反射器。根据本实施例的石英反射器通过自旋模压的工艺制成。一般说来，自旋模压形成比利用可替代工艺(例如，压制石英)形成的形状更均匀的反射器形状。反射器也可以利用已知的弧光管形成技术由石英制成。利用石英的优点包括，但不局限于耐高温、高表面光滑度、电惰性和易于形成。
在形成石英反射器之后，可选地涂上涂层。这种涂覆可以通过至少两种方法来完成：涂在反射器的内部或涂在反射器的外部。在第一种手段中，通过，例如，LPCVD来涂覆石英反射器的内部。在第二种手段中，涂覆石英反射器的外部。涂覆外部是有效的，因为石英对于可见光来说是透明的。并且，涂覆外表面提供了包括改善对表面曲率的控制的优点，尤其在通过从外部模压来形成石英反射器的情况下。并且，外部涂覆手段还允许利用溅射工艺进行涂覆。
(E)反射器例2—金属块反射器
如图15所示，反射器的所选实施例可以直接由金属块制成。
可以根据设计来高精度地机械加工定义反射器的内部曲线。可替代地，可以铸造切割表面。然后通过抛光或蚀刻来修整表面，以提高光学特性。适用的材料包括铝和其它高度反射材料。可选地，可以涂上其它适用材料，以实现所需高反射率。适用的涂覆材料包括，但不局限于，薄铝涂层(例如，大约100nm)或多层干涉涂层。
在一个实施例中，金属反射器还用作被定位并与整个系统对准的外壳。反射器变成光引擎的对准和定位工具。金属反射器的高导热性也使它成为好的热宿。反射器将热直接从弧光管引向系统外壳。因此，在某些实施例中，反射器用作光引擎组件的外壳和热宿，并且包括执行光学功能的切割表面。
[III.]外壳
如图1到4(和图8-11)所示，反射器灯子组件11的示范性实施例被安装在外壳5上。光源外壳5(105)包括对准并保持反射器3(103)内的弧光管102以提供与投影仪光学部件的精确机械接口的机械组件。光源外壳可选地包括盖子6、背板12、第一和第二垂直滑块13、14以及透镜4。透镜4布置在反射器光子组件11的前面，以便使光从中透过。在一个实施例中，透镜4聚焦从反射器灯子组件11发出的光。在某些实施例中，透镜包括光学干涉滤光片。在一个实施例中，利用包括光学干涉滤光片的前透镜4，以便阻挡UV和IR辐射的至少一种进入光学中继器并投射在DMD芯片上。来自弧光管2的第一和第二引线19从背板12伸出以便与投影发光系统电连接。在组合中，盖子6和背板12可选地形成外壳5的壁并围住反射器灯子组件11。背板12和盖子6通过第一和第二垂直滑块13和14连接在一起。可选地，外壳5的部件可以不用胶泥或其它粘合剂而机械地连接在一起。可替代地，可以使用抗热粘合剂。
外壳5(105)最好按标准化尺度、重量和电连接来形成。而且，外壳5(105)最好按有效地将从透镜4发出的光耦合到光投影系统的标准化透光尺度来形成。通过有效地将光源1与诸如图5-6和13所示的那些的数字投影系统耦合，可以降低对灯管额定功率的要求地耦合足够的光。
外壳的实施例包括配置成容纳垂直或水平工作模式的光源的外壳。并且，外壳5(105)的实施例利用各种材料。例如，外壳5(105)可以通过机械加工金属形成、铸造金属形成、由冲压金属结构制成、或由陶瓷、玻璃或塑料制成。
在例示在图15中的实施例中，外壳在单件中保持光源和反射器，其中，可以调整光源相对于反射器的位置和对准。
在各种实施例中，外壳设计是基于投影仪和光引擎部件的热环境。在所选实施例中，外壳5为光源提供透气通道。可替代地，外壳5可以提供热管或热导管，以改善内部热环境。并且，外壳的实施例适应诸如电引线的布线的各种安全考虑。
[IV.]系统变体
在另一个实施例中，与水平不同，光引擎组件，即弧光管和反射器垂直发光。垂直发光的光引擎通过从关键光路中除去卤化物池，提高了流明数和色轮效率。图16例示了垂直取向弧光管。
而且，在垂直配置中改善了热耗散。因此，由于底部的接触面较小，系统将具有更大的散热表面。
UV/IR滤光片可选地淀积在弧光管壁上。可替代地，将滤光片与弧光管隔开。
[V.]性能
公开的实施例有利地提供了优于现有技术设备的可认证性能好处。性能好处包括，但不局限于，在功率、光输出、有效光输出、启动、和物理规定方面的优点。
如上所述，当前公开的实施例呈现出远优于现有技术设备的额定功率性能。在某些实施例中，灯在100瓦或更低的功率下工作。在优选实施例中，灯在50瓦或更低的功率下工作。在其它优选实施例中，额定功率在20瓦和40瓦之间。在更优选实施例中，灯在35瓦或更低的功率下工作。在最优选实施例中，灯在10瓦或更低的功率下工作。
公开的实施例还提供了改进的光输出(例如，流明数)和有效光输出(例如，屏幕流明数)。例如，弧光管、填充材料和光学干涉滤光片的各种实施例产生具有足以用于光投影的颜色关联温度(CCT)、色度(ccx，ccy)和流明/瓦数的光。
在一个实施例中，额定功率是超过75流明/瓦的大约35W，以及CCT在4K到8K的范围之内。
在某些实施例中，光源具有大于20％的色轮效率。在优选实施例中，色轮效率大于25％。在更优选实施例中，色轮效率大于30％。
在某些实施例中，光源产生至少约600流明。在优选实施例中，光源产生大约600到5000流明。在更优选实施例中，光源产生大约1000到4000流明。
光源在小于30⁰半锥角的4mm圆形孔径产生大约200到3000流明。
光源的某些实施例提供了每瓦至少2流明的RGB光。在优选实施例中，光源提供了每瓦至少3流明的RGB光。
优选实施例为投影系统产生了在50到500屏幕流明范围内的有效光输出。光源的所选实施例产生大约20到300屏幕流明。
在某些实施例中，光源在小于50瓦的功率下工作，并在不超过2.76mm²·sr的展度引导至少800流明的光。在优选实施例中，光源引导至少1200孔径流明的光。在更优选实施例中，光源引导至少2000孔径流明的光。
在公开的实施例中，光源额定功率小于大约100W并产生大于大约20屏幕流明。在另一个实施例中，投影光源包括产生大于大约50到200屏幕流明的额定功率小于大约50W的光源。
光源功效可以大于大约65积分流明/瓦，并可以大于大约85积分流明/瓦。
光源的所选实施例提供了每瓦至少3屏幕流明。例如，35瓦光源实施例提供了105屏幕流明。光源可选地提供了每瓦大于4屏幕流明。光源可选地提供了每瓦大于5屏幕流明。
在某些实施例中，光源对于额定75％流明保持具有超过大约500个小时的灯寿命。在优选实施例中，光源对于额定50％流明保持具有超过大约1000个小时的灯寿命。
公开的实施例还提供了增强的启动和重新触发性能。在某些实施例中，光源需要小于8kV的启动电压。在优选实施例中，光源需要从2kV到8kV的启动电压。在某些实施例中，光源使用100ns到300ns之间的启动脉冲宽度。在优选实施例中，光源使用大约200ns的启动脉冲宽度。
关于预热期，灯管的某些实施例在小于10秒内达到80％的亮度(例如，满流明数性能)。优选实施例在小于大约5秒内达到80％的亮度。
关于重新触发时间，光源的某些实施例在小于1秒内实现瞬时或快速重新触发。光源的优选实施例在小于30秒内实现快速重新触发。在优选实施例中，在小于10秒内实现快速或热重新触发。
除了提供增强性能之外，公开的实施例还在更紧凑和更轻质设备中提供了高质量。在某些实施例中，光源小于大约200g，包括外壳、反射器和灯。在优选实施例中，光源小于大约100g，包括外壳、反射器和灯。在某些实施例中，光源组件适应于38mm×36mm×36mm或更小的体积。并且，在各种实施例中，光源具有小于大约2.5g/cc的重量体积比。
在某些实施例中，光源产生大于大约25000屏幕流明/克(填充材料的重量)。在优选实施例中，光源产生大于大约315000屏幕流明/克(填充材料的重量)。在更优选实施例中，光源产生大于大约333000屏幕流明/克(填充材料的重量)。在某些实施例中，光源产生大于大约5兆积分流明/克(填充材料的重量)。在优选实施例中，光源产生大于大约9兆积分流明/克(填充材料的重量)。
在某些实施例中，光源产生大于大约200积分流明/cc(光源的体积)。并且，光源的某些实施例产生大于大约80积分流明/g(光源的重量)。在各种实施例中，光源产生大于大约7屏幕流明/cc(光源的体积)。并且，在各种实施例中，光源产生大于大约2.8屏幕流明/g(光源的重量)。
该公开的各种实施例还在安全性方面提供了优于现有技术设备的优点。如上所述，UHP设备的出故障方式往往是释放包含在光源中的超过2.5焦耳能量的灾难性爆炸。相反，根据各种公开实施例的弧光管包含小于0.5焦耳的能量。在优选实施例中，弧光管包含大约0.15焦耳的能量。在更优选实施例中，弧光管包含大约0.11焦耳的能量。
在某些实施例中，可以使光源满足允许电池工作的预定最大功率限制。另外，光源的所选实施例产生小于投影仪的最大IR要求。并且，光源的各种实施例在紫外辐射中占总辐射能量的不到15％，以及在红外辐射中占总辐射能量的不到20％。
本领域的普通技术人员应该明白，流程图中的进程描述或方块应该理解为代表包括实现该进程中的特定逻辑功能或步骤的一条或多条可执行指令的计算机软件或代码的模块、分段或部分，并且，可替代的实现包括在本公开的优选实施例的范围之内，其中，视所牵涉的功能而定，可以以包括基本同时或以相反次序、与所示或所讨论的次序不同的次序执行各种功能。
这里为设计弧光管、反射器、外壳和投影光源的方法公开的实施例可以利用具有专用或通用计算机执行的计算机可读代码的计算机可用媒体实现。
应该强调的是，上述实施例，尤其任何“优选”实施例，只是为了清楚理解本公开的原理给出可能实现例子。可以基本上不偏离本公开的精神和原理地对公开的上述实施例作出许多改变和修改。虽然已经描述了优选实施例，但应该明白，所述的实施例只是例示性的，本公开的范围只由所附权利要求书限定。