具有接地耦合元件及改进灯泡组件的无电极灯的制作方法
【专利说明】具有接地耦合元件及改进灯泡组件的无电极灯
[0001]本申请是申请日为2010年12月13日、申请号为201010586104.7、发明名称为“具有接地耦合元件及改进灯泡组件的无电极灯”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
[0002]本发明涉及利用等离子灯产生光的装置和方法。更具体地，本发明提供了由射频电源驱动而没有使用灯泡内部电极的等离子灯及相关方法。仅作为示例方式，可以将这种等离子灯应用于诸如体育场、保全设备、停车场、军事及防御、路灯、大小建筑物、车前照灯、飞机降落、桥梁、仓库、UV水处理、农业、建筑照明、舞台灯光、医用照明、显微镜、投影仪及显示器、这些任何组合等的应用场景中。
【背景技术】
[0003]等离子灯提供了极明亮的宽带光，其用于诸如普通照明、投影系统、以及工业处理的应用场景中。当今制造的典型等离子灯含有气体与痕量物质(trace substances)的混合物，使用通过间隔很近的电极的大电流来激发该混合物以形成等离子。然而，该配置受到在灯泡内的电极劣化的影响，因此，其寿命有限。传统的等离子灯还存在其他制约。
[0004]综上所述，可见高度期望用于改善等离子灯的技术。
【发明内容】
[0005]根据本发明，提供了涉及用于利用等离子灯来生成光的装置和方法的技术。更具体地，本发明提供了由射频源驱动而没有使用气体填充容器(灯泡)内部的电极的等离子灯和相关方法。作为实例，使用紧凑空气共振器/波导将射频源耦合至气体填充容器。在一个或者多个实施方式中，不使用诸如氧化铝或者石英的电介质材料制作共振器/波导或者共振器/波导通常不含有诸如氧化铝或者石英的电介质材料。在优选实施方式中，将紧凑空气共振器布置在相对较小的空间中，并且可以具有基本上小于共振器的谐振频率的1/2自由空间波长(lambda/2)的尺寸。另外，气体填充容器(灯泡)的电弧基本上未被共振器/波导的主体围绕，使得允许使用用于设计照明设备的其他光学部件和反射器。即，气体填充容器实质上包括电弧，该电弧基本上没有被共振器/波导的主体的一部分或者多部分进行任何机械封闭，使得允许使用这些反射器和其他光学部件。仅作为实例，可以将这种等离子灯应用于诸如体育场、保全设备、停车场、军事及防御、路灯、大小建筑物、桥梁、仓库、农业、UV水处理、建筑照明、舞台灯光、医用照明、显微镜、投影仪及显示器、其任何组合等的应用场景中。当然，可以具有其他改进、修改、以及选择。
[0006]在【具体实施方式】中，本发明提供了一种等离子无电极灯。该灯包括紧密容纳两个耦合元件、基本上中空(气腔)的导电体。这两个耦合元件包括:连接至RF放大器的输出端的第一耦合元件，以及连接至RF放大器的输入端的第二耦合元件。如本文所使用的，术语“第一”和“第二”并不限于顺序，而是应当理解为普通含义。第一耦合元件的另一端电连接(接地)至导电体的顶部表面处，而第二耦合元件没有接地并且处于不同电势。该灯进一步包括灯泡耦合元件组件，其在灯体的导电体的底面处接地。电磁能是第一耦合元件与灯泡耦合元件组件之间、以及灯泡耦合元件组件与第二耦合元件之间的RF耦合。电磁能电容地、或者电感地、或者电感与电容组合地稱合至灯泡稱合元件组件内部的灯泡。该灯可以进一步包括反射器，以引导在灯泡耦合元件组件中的灯泡的光输出。可替换地，该灯没有设计任何反射器等。灯可以进一步包括接地母线，其将灯泡耦合元件组件的顶部电连接或耦合至导电灯体。可替换地，接地母线可以将灯泡耦合元件组件的顶部电连接或耦合至反射器，接下来该反射器电连接至灯体。
[0007]在另一实施方式中，该灯可以包括:将第二耦合元件移除，第一耦合元件连接至RF源的输出，RF源可以进一步包括RF振荡器和放大器。在优选实施方式中，灯仅由第一耦合元件和灯泡耦合元件组件组成。
[0008]在又一实施方式中，灯体包括部分填充有电介质插入物的金属导电体。在一个或多个实施方式中，电介质插入物可以为单一的材料、分层材料、合成材料、或者其他适当的空间配置和/或材料。
[0009]在【具体实施方式】中，本发明提供了一种可替换的无电极等离子灯。该灯包括通过内部区域和外部表面区域所配置、具有透明或者半透明体的气体填充容器，该气体填充容器具有限定在内部区域中的腔。该气体填充容器通常包含:诸如氩或者氙(或者惰性气体组合)的惰性气体，以及诸如汞、三溴化铟、硫、溴化铯、以及其他的一种或者多种发光体。基本上通过配置在气体填充容器的周围区域内的导电体来环绕空气共振器区域。空气共振器区域(即，导电体)具有小于空气共振器区域的基波谐振频率的1/2自由空间波长的最大尺寸。输入耦合元件将RF能量耦合到空气共振器/波导。将输入耦合元件的一端连接至包括振荡器和放大器的RF源。将输入耦合元件的另一端连接或者耦合至共振器/波导的导电体。将空气共振器/波导内部的RF能量耦合至输出耦合(灯泡耦合)元件。将输出耦合元件的一端连接或者耦合至共振器/波导的导电体，将输出耦合元件的另一端连接至灯泡。可以调节输入耦合元件和输出耦合元件的长度以及其间的距离以优化在RF源与气体填充容器(灯泡)之间的RF能量传输。RF能量使灯泡内部的气体离子化，并且蒸发发光体，导致灯泡产生在光谱的可见光和/或紫外线和/或红外线部分的电磁辐射。
[0010]在一个或者多个实施方式中，紧凑空气共振器/波导的谐振频率取决于其他参数中的单独一个或者其组合。这些参数可包括:输出耦合(灯泡耦合)元件的长度或者输出耦合元件的电感、输出耦合元件的直径、导致共振器的电容改变的输出耦合元件沿其长度与共振器/波导的导电体的壁之间的间距，这些参数中的一个或组合，以及其他参数。通过增大空气共振器/波导的有效电容和电感，可以将共振器的尺寸基本上减小至小于共振器的基波谐振模式的自由空间的半波长。紧凑空气共振器/波导基本上小于诸如在美国专利号6，476, 557B1中所描述的传统装置中的空气共振器。
[0011]在【具体实施方式】中，本发明提供了等离子灯装置。该装置包括气体填充容器，该气体填充容器具有通过内部区域和外部表面区域所配置的透明或者半透明体，限定在内部区域中的腔。该装置还具有配置在气体填充容器的周围区域内的空气共振器区域。在【具体实施方式】中，空气共振器区域具有小于空气共振器区域的基波谐振频率的1/2自由空间波长的最大尺寸。该装置具有rf源，配置为生成小于或等于2.5GHz并耦合至空气共振器区域的谐振频率。
[0012]在可替换的【具体实施方式】中，本发明提供了可替换的等离子灯装置。该装置具有波导体，该波导体具有小于谐振频率的1/2自由空间波长的最大尺寸。从三坐标系统的任一维中选择该最大尺寸。
[0013]在又一可替换的实施方式中，本发明提供了又一可替换的等离子灯装置。该装置具有气体填充容器，该气体填充容器具有通过内部区域和外部表面区域所配置的透明或者半透明体，限定在内部区域中的腔。在【具体实施方式】中，气体填充容器具有第一端部和第二端部。该装置具有空间上位于气体填充容器的中央区域内的最大温度分布。在【具体实施方式】中，该中央区域在第一端部和第二端部之间。在优选实施方式中，最大温度分布在外部表面区域的周围区域内，基本上不受固体共振器主体区域的干扰。
[0014]在一个或多个实施方式中，等离子灯装置进一步包括:至少25瓦的电源，所述电源配置有rf源。
[0015]在一个或多个实施方式中，等离子灯装置具有至少每瓦60流明的效能。
[0016]仍进一步地，本发明提供了等离子灯装置。该装置包括:气体填充容器，该气体填充容器具有通过内部区域和外部表面区域所配置的透明或者半透明体，限定在内部区域中的腔；以及rf源，耦合至气体填充容器以使电磁辐射至少穿过50%的外部表面区域而没有反射回气体填充容器的内部区域。
[0017]此外，本发明提供了用于放射来自等离子灯装置的电磁辐射的方法。该方法包括:使用被配置为向气体填充容器提供rf能量的至少一个或者多个rf源从气体填充容器的内部区域中生成电磁辐射，以及将来自气体填充容器的内部区域的一部分电磁辐射通过气体填充容器的至少50%的外部表面区域传输而基本上没有反射回气体填充容器的内部区域。
[0018]仍进一步地，在又一个可替换实施方式中本发明提供了无电极等离子灯装置。该装置具有气体填充容器，该气体填充容器具有:通过内部区域和外部表面区域所配置的透明或者半透明体，限定在没有一个或者多个电极结构的内部区域中的腔。该装置具有被配置为与气体填充容器配合的支撑体，由电磁辐射引起电弧零件，并且该装置具有在内部区域中空间上设置的第一端和第二端。在优选实施方式中，当从与电弧零件的第一端和第二端之间的中央部正交的假想线的外沿360度内的任何空间位置观看时，至少50%的电弧零件露出。在一个或者多个实施方式中，将电弧