专利名称：灯模块，尤其是用于光谱分析装置的灯模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种灯模块，尤其是用于光谱分析装置的灯模块，包括灯座体，该灯座体为了容纳具有由合成石英玻璃制成的灯泡的氘灯而具有带光束输出开口的空腔，所述光束输出开口被光学透射兀件封闭。
背景技术：
从期望波长范围中连续且无线(line-free)的光谱意义讲，光谱分析装置要求高的光学稳定性。氘灯是用于UV光谱学的优选辐射源，因为它们发射在ISOnm到大约400nm的范围中的非常强的UV辐射。为了覆盖更宽的光谱，具有延伸到可见范围中的光谱的第二灯一通常是卤素灯一连接到氘灯。这种复合灯模块的光谱位于180nm和I IOOnm之间的波长范围中。 使用氘灯时的一个问题是，由于氘等离子体的辐射分量低于190nm，会形成臭氧。这个问题可以通过选择特殊的硼硅酸盐玻璃一所谓的“UV玻璃” 一来解决，所述硼硅酸盐玻璃吸收具有比针对氘灯灯泡的190nm更小波长的辐射。但是，UV玻璃没有陡削的吸收曲线，而是朝向长波范围逐渐变得平坦。因此，190nm和280nm之间的一部分工作辐射仍然在灯泡中被吸收，因此不可用于光谱分析的目的。氘灯的另一种变体使用由合成石英玻璃制成的灯泡，其被完全或部分覆盖了充当针对190nm以下波长的干涉或吸收滤波器的层。这种灯类型被定义为“无臭氧”型，因为不会从灯泡发射产生臭氧的波长的辐射。但是，在灯泡上直接施加臭氧抑制滤波层非常麻烦，而且为灯模块的进一步构造提供的净空空间非常小。市售的还有不带臭氧滤波器的氘灯，其中，为了在短波光谱范围中运行，将产生的臭氧强制去除到外部，或者所谓的臭氧吸收器在臭氧被释放到环境中之前阻挡臭氧。德国公开的专利申请DE 3902144A1公开了一种具有石英玻璃灯泡的氘灯。灯泡中透射所生成的辐射的部分在其外侧上被臭氧抑制滤波器覆盖。这涉及到具有分层构造的干涉滤波器，其中各层是在高真空系统中通过汽相沉积施加的。使用薄膜技术的这些沉积方法花费高昂且没有不受限制的适用性，尤其是对于在弯曲表面上产生均质的层结构而言。此外，这些直接在灯泡表面上的滤波层的热负载在运行期间非常高，从而在生产期间，并且尤其是长期使用这些灯期间滤波器可能已经被损坏。此外，欧洲专利申请公开EP 1186828A1公开了一种没有臭氧滤波器的氘灯。灯泡容纳在由铝制成的灯座体中，通过冷却通风机利用来自后侧的空气流对该灯座体进行强制通风冷却。灯泡周围的灯座体被完全封闭到一个小的开口，其装有用于光束输出的聚光透镜。在灯外壳的光束输出窗口处存在连接件，其向外引导福射。通风机的空气流实质上使灯座体冷却或回火，但未达到管状光束输出开口中的短波辐射，从而那里以及灯泡上不会直接产生臭氧。但是，因为这种灯从光束输出开口向外发射的光谱还包括小于ISOnm的波长，所以未防止在灯模块外部形成臭氧。欧洲专利申请公开EP 1201984A1也公开了一种类似的灯设计。但是，在这里，除了氘灯之外，还提供了卤素灯，以便有展宽的波长光谱可用于光谱分析。这样的系统也称为UV-VIS模块，因为光谱扩展到可见范围中(VIS=可见)。氘灯和卤素灯被一个接一个地布置在公共光轴上。氘灯灯泡的灯座体在光轴中具有公共光束输出开口和用于布置于氘灯后方的卤素灯的辐射的光束输入开口。两个灯泡也可以容纳在同一灯座体中。在这里，通过通风机的冷却也布置于灯外壳的后侧，并且不作用于从光束输出开口发射的辐射。因为未提供臭氧滤波器一在根据EP 1186828A1的灯中也是如此，所以仅抑制了灯内部的臭氧形成，但灯外部并未得到抑制。
发明内容
本发明基于如下目标提供一种具有带臭氧滤波器的氘灯的灯模块，该灯模块呈现出长使用寿命，可以经济地制造，并且确保了在190nm到250nm的波长范围中的高强度。
从开头提到的一般类型的氘灯开始，根据本发明通过如下方式实现这个目的在光束输出开口中并且在光学透射元件面对氘灯的一侧上提供VUV边缘滤波器。在根据本发明的氘灯中，使用了由合成石英玻璃制成的灯泡，该灯泡确保了即使在直到大约150nm的短波范围中都有优异的UV透射。该VUV边缘滤波器吸收波长小于190nm的短波UV辐射，否则该短波UV辐射可能导致在灯模块外部形成臭氧。因此可以取消对应的用臭氧滤波器涂覆石英玻璃灯泡的步骤。因此，在灯模块的外壳或灯座体中布置灯泡有很多可能性。因此，石英玻璃灯泡是代表用于产生灯模块的经济构件的标准构件。缩写VUV表示真空紫外线，并且指定从大约IOOnm直到大约190nm的光谱范围。因为灯泡被灯座体围绕并具有针对外部空气的密封，所以在石英玻璃灯泡和外壳内部之间仅封入少量的空气。在这个狭窄有限的空间中，可能由于从石英玻璃灯泡发射的短波辐射而形成臭氧并在那里非常迅速地导致饱和气氛，该饱和气氛几乎没有对流，因此对源自灯模块的辐射的稳定性没有影响。决定性重要的是，由于VUV边缘滤波器布置于光束输出开口中，通过锐化滤除小于190nm的波长范围，防止了在灯模块的外部环境中形成臭氧。因此，滤波器在高于190nm的波长范围中呈现出高透射，从而对于根据本发明的灯模块的大多数应用来说，可用于光谱分析目的的光谱足够大。由于滤波器布置为与石英玻璃灯泡表面间隔开，所以这种布置热负载低，这显著增加了其使用寿命并因此还增加了整个灯模块的使用寿命。封闭光束输出开口的光学透射元件例如涉及聚光透镜或仅仅充当光学窗口的简单圆盘。在本发明的优选实施例中，将灯泡插入灯座体的空腔中，同时留有间隙，该间隙的间隙宽度处于0. 5mm到5mm的波长范围中。此外，已经证明有利的是，光学透射元件在光束输出开口中布置为与灯泡有最大20mm的间隔。通过灯泡周围空间和用于光束解耦的这种几何设计，使得这个体积中的臭氧形成效果被最小化。在这种布置中，迅速达到臭氧气氛的饱和，从而不会对发射的辐射产生时变效果。通过饱和臭氧气氛内的最短可能光程长度，由于200nm到300nm范围中的臭氧吸收而导致的任何强度损失都被最小化。此外，在可冷却的灯座体与灯泡表面具有小间隔时，产生最佳的冷却效果。如果将间隙保持在真空下或用无氧气体填充，则可以实现在对灯座体内的臭氧形成实现完全抑制方面的进一步优化。氮气或甚至惰性气体适于作为无氧气体。优选地，将灯座体形成为金属冷却体。根据灯模块的运行，灯泡迅速变得非常热并且必须要进行冷却。如果灯座体由金属一例如铝成分一制成，则导热性良好的金属充当冷却体，从而可以取消额外的通风或其他冷却措施，实现灯模块的经济运行。在优选实施例中，边缘滤波器在光束输出开口中直接布置于光学透射兀件的表面上。本实施例的优点是，在该光学系统中，相对于单独的边缘滤波器，辐射必须通过的或吸收辐射的边界面的数量减少，并且比较起来可用辐射的部分高出大约8%。此外，可以通过经济的方法在透镜或光滑窗口上沉积这样的边缘滤波器。对该边缘滤波器布置的替代方案在于，滤波器在光束输出开口中布置为与光学透射元件的表面间隔开。这种布置的优点在于，可以将边缘滤波器用作独立的部件，并且如有必要还可以被替换。这种类型的滤波片是鲁棒的，并且它们在光束输出开口中的组装是简 单的。例如，将它们提供为由吸收性滤波器玻璃制成的片或涂覆有滤波器材料的合成石英玻璃制成的片形式。因为与灯泡相比单独的滤波器部件几乎不受机械负载作用，因此该滤波器部件可以比灯泡壁显著更薄。滤波器部件的优选厚度位于0. I到Imm范围中，尤其优选的是最大为0. 3_。由于厚度更小，所以滤波器部件中对期望光辐射的透射比对灯泡来说的更大。有利地，VUV边缘滤波器是吸收滤波器或干涉滤波器或这两种滤波器类型的组合。吸收滤波器由吸收性材料，例如吸收UV的玻璃构成。它们是经济的，但常常呈现出稍微陡峭的吸收边缘，这取决于材料且不会变化。象例如在DE3902144A1中描述的干涉滤波器避免了这些缺点。这些滤波器由带涂层的基底材料构成，其中吸收边缘的位置可能受到涂层厚度的影响。已经证实有效的是边缘滤波器包括多层材料。在由多层材料制成的边缘滤波器中，可以针对实际要求更好地调整和优化吸收边缘的位置和斜率。此外，在具有多个层的情况下，可以减少透射波长区域中所谓“波纹”的滤波器效果，这种滤波器效果要归因于干涉效应。边缘滤波器的吸收边缘优选位于180nm到200nm范围中。为了减少或防止从灯外壳发射臭氧，优选相对于外部密封光束输出开口。对于致密性的最低要求，聚光透镜和灯外壳之间的细牙螺纹可能就足够了。在展宽波长范围的方面，尤其优选灯模块的一个实施例，其中在灯座体的空腔中布置第二光谱灯，该第二光谱灯的光束通过氣灯的灯泡被弓I导到光束输出开口。对于分光光度测定而言，有利的是可用光谱的波长范围尽可能宽。使用具有与氘灯不同的发射光谱的第二光谱灯与这个要求背道而驰。此外，视情况而定，甚至可以仅使用两个光谱灯中的一个，从而这样的灯模块可更灵活使用。对于分光光度计应用而言，已经证明有效的是第二光谱灯是卤素灯或LED(发光二极管)。卤素灯中典型使用的辐射的波长范围位于350到IlOOnm的范围中。因此，与氘灯的组合覆盖了 190nm到IlOOnm的宽光谱。
在结合附图阅读时，将更好地理解上述发明内容以及以下具体实施方式
。为了图解本发明的目的，在附图中示出了当前优选的实施例。但是要理解，本发明不限于图示的精确布置和手段。在附图中
图I是根据本发明的具有直接位于聚光透镜表面上的滤波器的灯模块实施例的示意性侧视截面图；以及
图2是根据本发明的类似于图I、但具有与聚光透镜间隔开的滤波器的灯模块的另一实施例的示意性侧视截面图。
具体实施方式
示例 I :
图I以示意图示出的根据本发明的灯模块实施例具有由铝制成的灯座体1，该灯座体I充当冷却体。灯座体I具有空腔la，其中可以插入一个或多个光谱灯。在实际情况下，在灯座体I的空腔Ia中插入具有石英玻璃灯泡2的氘灯以及在同一光轴上的具有灯泡3的卤素灯。氘灯的灯泡2由合成石英玻璃构成。为了能够对插入灯座体I的空腔Ia中的灯泡2最优地利用灯座体I的冷却效果，将灯泡2插入灯座体I中，同时在灯座体I和灯泡2之间留有小间隙12。间隙宽度等于大约2mm。用空气填充间隙体积，使得在这个小体积中，从灯泡2发射的波长<190nm的辐射分量形成臭氧。但是，对于非常小的体积来说，该气氛非常快地达到臭氧饱和，然而，这实际对从灯模块发射的辐射的质量没有影响。如果甚至要在这个间隙体积中防止形成臭氧，可以将间隙体积抽空或用无氧气体填充或冲洗，无氧气体例如是氮气或氩气。此外，灯座体I在中心光轴的方向上具有连接件作为光束输出开口 4。在这个光束输出开口 4中，平面凸聚光透镜5安装有VUV边缘滤波器6，该滤波器6安装在该平面凸聚光透镜面对灯泡2的侧面上。聚光透镜5和VUV边缘滤波器6形成一体的部件，其在灯模块的光轴上布置在与氘灯灯泡2的表面大约3_的间隔处。聚光透镜5和滤波器6的安装被实现为使得这些部件全部结合在光束输出开口 4中的密封环固定件10中。因此确保了在灯座体I的周围和空腔Ia之间不能发生空气交换。VUV边缘滤波器6是具有多层布置的干涉滤波器。通过在聚光透镜5上直接布置滤波器6，使得针对所发射的辐射的边界表面数目被最小化，与具有独立于聚光透镜来布置的滤波器的布置相比，这将可用辐射的部分增大了高达8%。在替代实施例中，边缘滤波器6由干涉滤波器和吸收滤波器的组合构成。在这里，在由吸收性材料制成的基底部件上施加由几个干涉层制成的层系统。在光轴上在灯座体I的与光束输出开口 4相反的端部上，如开头所述，在氘灯后方布置具有灯泡3的卤素灯。从卤素灯灯泡3发射的辐射通过氘灯的灯泡2，可选地由透镜8或透镜系统聚焦。因此，两个光谱灯的波长范围扩展到更宽光谱，灯模块的光束输出开口 4中的VUV边缘滤波器6仅将该光谱截去小于190nm的波长范围。示例 2
根据图2的灯模块实质上由与示例I所述的相同布置构成。但是，在这里将VUV边缘滤波器9设计成自支承滤波片，其固定在光束输出开口 4中并且与平面凸聚光透镜5有3_的间隔。利用螺纹环10安装滤波片9，通过螺纹环将滤波片旋入光束输出开口 4中。在替代实施例中，在光束输出开口 4中夹紧或结合滤波片。在这种情况下，滤波片9由合成石英玻璃制成，该合成石英玻璃涂覆有滤波器材料制成的层。它能够容易地安装和拆除，从而甚至容易用不同滤波器类型进行可能的替换或进行修理。该安装被形成为使得在灯座体I的环境和空腔Ia之间不能发生空气交换。为此目的，滤波片9经由密封环抵靠肩部(未示出)，其中该滤波片通过弹簧环从灯内部向外挤压该肩部，该弹簧环又放置在光束输出开口 4中的凹槽中。在这一实施例中，取消了在光束输出方向上在VUV边缘滤波器9之后插入光束输出开口 4中的聚光透镜5的密封固定，这简化了替换(如有必要)。
边缘滤波器在灯模块的光轴上布置为与氘灯灯泡2的表面有3_的间隔。不应该超过这一间隔，因为否则扩展的间隙体积将变得过大，该间隙体积处于光束输出开口 4中直到VUV边缘滤波器9处且位于氘灯的灯泡2和灯座体I的空腔12之间。在这些条件下，那里产生的臭氧气氛在对流的影响下可能发生渗透，这又可能对所发射的波长光谱的稳定性产生不利影响。此外，辐射强度受到含臭氧气氛中的吸收的不利影响。具有自支承VUV边缘滤波器9的灯模块实施例尤其适于用作辐射源，用于液相色谱法(HPLC和UHPLC)、毛细管电泳和薄膜色谱法中的光谱仪。本领域的技术人员将要认识到，可以对上述实施例做出改变而不脱离其宽泛的发明构思。因此要理解，本发明不限于所公开的特定实施例，而是意在覆盖所附权利要求限定的本发明精神和范围之内的修改。
权利要求
1.一种包括灯座体(I)的灯模块，所述灯座体具有容纳氘灯(2)的空腔(12)，所述氘灯具有由合成石英玻璃制成的灯泡，所述空腔(12)具有用光学透射元件(5)封闭的光束输出开口(4)，以及VUV边缘滤波器(6 ;9)在所述光束输出开口(4)中位于所述光学透射元件(5)面对所述氣灯(2)的一侧上。
2.根据权利要求I所述的灯模块，其中在所述灯座体的空腔(12)中定位所述灯泡，留下间隙(2a)，所述间隙具有0. 5mm到5mm范围中的宽度。
3.根据权利要求2所述的灯模块，其中所述间隙(2a)保持在真空下或用无氧气体填充。
4.根据权利要求I所述的灯模块，其中所述光学透射元件(5)在所述光束输出开口(4)中布置为与所述灯泡有最大20mm的间隔。
5.根据权利要求I所述的灯模块,其中所述灯座体(I)包括金属冷却体。
6.根据权利要求I所述的灯模块，其中所述VUV边缘滤波器(6)在所述光束输出开口(4)中直接布置于所述光学透射元件(5)的表面上。
7.根据权利要求I所述的灯模块，其中所述VUV边缘滤波器(9)在所述光束输出开口(4)中布置为与所述光学透射元件(5)面对所述氘灯(2)的表面间隔开。
8.根据权利要求7所述的灯模块，其中所述VUV边缘滤波器(9)具有0.I到Imm范围中的厚度。
9.根据权利要求8所述的灯模块，其中所述VUV边缘滤波器(9)具有0.3mm的最大厚度。
10.根据权利要求I所述的灯模块，其中所述VUV边缘滤波器(6;9)是从吸收滤波器、干涉滤波器和这两种滤波器的组合中选择的。
11.根据权利要求I所述的灯模块，其中所述VUV边缘滤波器(6；9)包括多层材料。
12.根据权利要求I所述的灯模块，其中所述光束输出开口(4)相对于外部是密封的。
13.根据权利要求I所述的灯模块，其中所述VUV边缘滤波器(6;9)具有在180-200nm范围中的吸收边缘。
14.根据权利要求I所述的灯模块，还包括布置在所述灯座体(I)的空腔(Ia)中的第二光谱灯(3)，所述第二光谱灯(3)的光束通过所述氘灯(2)的灯泡被引导到所述光束输出开口⑷。
15.根据权利要求14所述的灯模块，其中所述第二光谱灯(3)是从卤素灯和发光二极管中选择的。
16.一种光谱分析装置，包括根据权利要求I所述的灯模块。
全文摘要
一种用于光谱分析装置的已知灯模块包括灯座体，该灯座体具有空腔，用于容纳具有由合成石英玻璃制成的灯泡的氘灯。该空腔具有用光学透射元件封闭的光束输出开口。为了提供一种具有带臭氧滤波器的氘灯的灯模块，该灯模块呈现出长的使用寿命，可以经济地制造，并且确保了190nm和250nm之间的波长范围中的高强度，为这种已知的灯模块在光束输出开口中光学透射元件面对氘灯的一侧上提供VUV边缘滤波器。
文档编号G01J3/10GK102759401SQ201210127480
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月27日 优先权日2011年4月28日
发明者T.耶内克 申请人:赫罗伊斯诺布尔莱特股份有限公司