无极灯的制作方法
无极灯的制作方法
【专利摘要】一种用于提供可见光辐射和/或红外辐射的放电灯(20)，包括：固定的光透射灯泡(21)，填充有在处于等离子体状态时发射光的组合物；具有输出端子(44)的射频源(41)，辐射射频场以离子化和加热灯泡中的组合物以使组合物进入等离子体状态(35)；以及电介质杆(22)，与该输出端子对齐并且放置在该输出端子(44)与灯泡(21)之间，作为用于射频场的电介质波导管。
【专利说明】无极灯
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及放电灯，尤其是无极放电灯，其中发光等离子体由RF或微波
能量产生。
【背景技术】
[0002]高强度放电灯(HID灯)由于优异的发光效率和色彩再现性而广泛应用在照明中。在许多情况下，高强度放电灯包括透明外壳，透明外壳包含通过流经两个电极的电性放电而进入发光状态的气体。无极灯是这样一种形式的放电灯，其中，填充有适当的组合物的透明灯泡由射频或微波能量加热。
[0003]与电极放电灯相比，无极灯趋向于展现更长的寿命并且在寿命期间保持更好的光谱特性。在要求射频电源的同时，无极灯使用结构非常简单、没有昂贵的玻璃金属接口的灯泡。而且，与传统放电灯相比，没有电极允许使用更多种类的光生成物质。硫、硒、碲等是普遍的填充物，其使用被限制于无极灯，这是因为它们与金属电极在化学上不兼容。
[0004]在一般照明应用中以及在需要高效率和优异光谱特性的所有领域(例如摄影、电影录制、农业和光电设备的测试等)中，无极灯是对传统HID灯的令人感兴趣的替代。
[0005]传统无极灯、尤其是硫灯的缺点是灯泡必须保持转动以避免可能超过石英的最大工作温度的热点的形成。这增加了灯的成本和尺寸，并且因为灯具有移动部分，所以被认为是可靠性问题。
[0006]几篇公开的文献描述了具有抑制灯泡的转动的专用功能部件的等离子灯。例如，由 US5227698、US6476557、US6476557、US6873119、US5367226 已知的装置采用专用的微波极化方案以旋转等离子体放电，或限制在接近于外壳壁处的等离子体的热量来代替旋转灯泡。这样的方案至少是部分有效的，但是要求更复杂的微波系统。其它文献，例如US6157141提出通过向填充物添加专用的化学添加剂来解决这个缺点，但是这会引起成本和毒性的其它问题。以本 申请人:的名义的专利EP1876633涉及等离子体灯，其中等离子体的温度分布通过谐振超声波而被均等化，这也是有效的，但是需要额外的装置来生成并维持等离子体中的这个超声波。
[0007]在已知的等离子体灯中，微波能量源通常是在开放的2.45GHz频段中发射的磁控管，因为这样的生成器容易以有吸引力的市场价格获得。灯泡通常放在谐振腔中，通过波导管或其它传输线与该磁控管连接。该腔的目的是提高传输给等离子体的能量，而不传输过多的功率给灯泡壁，并且限制射频到外部的发射。波导管将非常热的灯泡与磁控管分离并且防止磁控管可能过热。然而，这引入了额外的成本，并且该腔的边界可能干扰光透射。
[0008]本发明的目的是提出一种具有固定灯泡的无极等离子体灯，其中，该灯泡的温度以比已知装置更简单的方式来管理。
【发明内容】
[0009]根据本发明，这些目标通过所附的权利要求的目的来实现。【专利附图】
【附图说明】
[0010]本发明将在通过示例给出并且通过【专利附图】
【附图说明】的实施例的描述的帮助下更好地理解，其中:
[0011]图1示意性地示出根据本发明的一个方面的放电灯。
[0012]图2图示本发明的灯的变型。
[0013]图3示出本发明的灯的其它变型。
【具体实施方式】
[0014]参照图1，放电灯20包括填充有化学组合物的密封的透明灯泡21，该化学组合物在被离子化并被加热到等离子体状态35时适于生成光。几种组合物可被用作本发明的结构中的填充物，例如包括在惰性气氛下的硫、硒、碲、金属卤化物及其混合物。然而，本发明不限制于特定的化学组合物。
[0015]灯泡由能够经受住在灯工作期间达到的高温和内部压力、并且与填充组合物在化学上兼容的透明材料来实现。在本发明的典型实现中，灯泡21的工作温度将包括600°C到900°C之间，并且工作时的内部压力包括0.1MPa到2MPa之间。熔融石英(也叫熔融二氧化娃，SiO2)是用于灯泡的优选材料。
[0016]根据期望的功率，灯泡21的尺寸可在0.5cm3到IOOcm3之间变化，典型地大约10-30cm3。灯泡的形状可以变化，但是球形是优选的，这是因为球形提供了对内部压力的最佳耐抗性。
[0017]灯泡21放置在光集中器51中和金属网53的电磁外壳中。集中器51具有优选的反射壁以将灯泡22中生成的光集中为期望孔径的光束，并且集中器51是导电性的以防止微波传输到灯组件的外部。该金属网外壳53具有将射频场限制在灯内部的功能，并且通过任意合适的装置(例如通过图3中可见的套环(collar)52)机械上和电气上连接到灯。已经发现电磁外壳53和反射器51的尺寸以及灯泡在电磁外壳53和反射器51中的位置不是关键的:灯令人满意地工作，而不需要将这些部件的尺寸调谐到入射微波的波长。在严格的电磁管理不是必须的某些情况下，例如当灯完全封闭在更大的系统中时，金属网53和/或集中器51可以被抑制。在一个变型中，外壳53也可以利用合适的透明的、半透明的或光透射的衬底的薄片来实现，其中，在衬底上布置有薄的导电层。
[0018]射频源例如是磁控管41，磁控管41生成适当强度的射频信号并且具有由制造商提供的端子43以将磁控管耦合到标准化的波导管。这样的端子通常包括在具有中央导体46 (该中央导体46被具有孔44的帽封闭)的同轴传输线中、或包括在中空1/4波长波导管中。散热片42优选地通过来自风扇(未示出)的强制空气的流动来冷却。
[0019]在本发明的灯中，灯泡21安装在电介质杆22的顶部，电介质杆22又同轴地焊接到石英插座25，石英插座25的内部尺寸对应于微波端子43的外部尺寸，使得微波端子43可适合石英插座25。优选地，灯泡21、杆22和插座25被一体地制造为熔融石英的单个工件，但是本发明还考虑了这样的变型，其中这些部件单独地实现，然后组装在一起，并且这些部件由任何合适的材料制成。
[0020]已经证实电介质杆22的尺寸影响能量到灯泡21的传输。其中杆22具有高达20mm的直径和高达50_的长度的灯泡提供了令人满意的发光效率和可靠性。优选地，杆22的长度将介于5到50mm之间，更优选地介于10到25mm之间。关于直径，该直径优选地包括2mm到20mm之间，更优选地介于4mm到15mm之间。然而,本发明不限于这样的尺寸。
[0021]本发明的灯提供了强的光通量，容易启动，以及可靠地工作，而不需要旋转灯泡以对灯泡进行冷却。在不受理论限制的情况下，认为电介质杆22用作电介质波导管并且将微波能量直接引导到灯泡21的内部体积中，从而避免了没有谐振腔。电介质中的电磁损耗相当低，并且石英的热传导系数也是如此，因此磁控管上的热负载很好管理。已经发现，优选的是使得插座比端子稍长，使得气隙19保持在插座25的内壁和端子43之间。
[0022]图2图示本发明的变型，具有改进的冷却系统。磁控管41热连接到多个热导管63，多个热导管63又通过散热片65的叠层来冷却。风扇72强制冷却空气穿过散热片65，并且通过空气导流器59和集中器51中的开口 57而施加在灯泡21上。
[0023]图3示出本发明的其它变型，其中磁控管41具有由陶瓷隔离器48支撑并且耦合到3/4波长波导管82的输出RF端子47。灯泡21装配有与灯泡21 —体地制造的电介质石英杆22，电介质石英杆22插入到波导管82中并且通过筒夹85或通过任何合适的固定装置保持到位。这个变型提供了利用紧凑波导管将灯泡22连接到磁控管的可替换方式，这不增加灯的尺寸并且易于机械制造。已经发现了这个变型的灯与实心的石英杆以及中空的杆
22一起工作。
[0024]图3的灯泡21还包括散射膜23，散射膜23部分地覆盖灯泡的外表面并且具有均衡光输出以及促进向前方向上的光发射的功能。散射膜可由能够经受灯泡的工作温度的合适的散射材料来实现，例如Zr、Si或Ti的氧化物以及无机高温粘合剂的组合物。可替换地，倘若散射膜23与填充物在化学上兼容，则可将散射膜23沉积在灯泡的内表面，或者散射膜23可通过对石英灯泡自身的表面进行刻蚀、消光(frost)或结构化(structuring)来实现。
[0025]图中使用的参考标记
[0026]19 气隙
[0027]21 灯泡
[0028]22电介质杆
[0029]23光散射膜
[0030]25 插座
[0031]35等离子体区域
[0032]41磁控管
[0033]42散热片
[0034]43端子/RF发射器(部分剖面)
[0035]44 孔
[0036]46同轴线
[0037]47 RF 端子
[0038]48绝缘器
[0039]51光集中器
[0040]52支撑套环[0041 ]53电磁外壳
[0042]57开口
[0043]59空气导流器
[0044]63热导管
[0045]65散热片
[0046]72风扇
[0047]75空气流
[0048]823/4波长波导管
[0049]85`筒夹
【权利要求】
1.一种用于提供可见光辐射和/或红外辐射和/或UV辐射的放电灯(20)，包括:固定的光透射灯泡(21)，填充有在处于等离子体状态时发射光的组合物；具有输出端子(44，47)的射频源(41)，辐射射频场以用于离子化并且加热灯泡中的组合物以使组合物进入等离子体状态(35);以及电介质杆(22)，与所述输出端子对齐并且放置在所述输出端子(44)和灯泡(21)之间。
2.根据前述权利要求所述的放电灯(20)，其中所述电介质杆(22)作为用于射频场的电介质波导管。
3.根据前述权利要求所述的放电灯(20)，其中所述电介质杆(22)是与灯泡(21)相同材料的实心同质元件，并且其中焊接或一体地制造的灯泡(21)和杆(22)是单个工件。
4.根据前述权利要求所述的放电灯(20)，其中所述电介质杆被焊接到相同材料的插座25或与相同材料的插座25 —体地制造，其中插座25中插入有射频源(41)的输出端子(44)。
5.根据权利要求1所述的放电灯(20)，其中输出端子(47)耦合到波导管(82)，在波导管(82)中插入有杆(22)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的放电灯(20)，其中灯泡(21)和杆(22)由熔融二氧化硅或熔融石英制成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的放电灯(20)，其中射频源是磁控管(41)，并且输出端子(44)是在末端处具有孔的波导管。
8.根据前述权利要求中任一项所述的放电灯，还包括:反射器或光集中器(51);以及网或导电层，沉积在透明或光透射衬底上，作为电磁屏蔽以限制射频场。
【文档编号】H01J65/04GK103650104SQ201180071641
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2011年6月15日 优先权日:2011年6月15日
【发明者】L·卡拉米, A·迈耶 申请人:卢马蒂克斯股份有限公司
【专利摘要】一种用于提供可见光辐射和/或红外辐射的放电灯(20)，包括：固定的光透射灯泡(21)，填充有在处于等离子体状态时发射光的组合物；具有输出端子(44)的射频源(41)，辐射射频场以离子化和加热灯泡中的组合物以使组合物进入等离子体状态(35)；以及电介质杆(22)，与该输出端子对齐并且放置在该输出端子(44)与灯泡(21)之间，作为用于射频场的电介质波导管。
【专利说明】无极灯
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及放电灯，尤其是无极放电灯，其中发光等离子体由RF或微波
能量产生。
【背景技术】
[0002]高强度放电灯(HID灯)由于优异的发光效率和色彩再现性而广泛应用在照明中。在许多情况下，高强度放电灯包括透明外壳，透明外壳包含通过流经两个电极的电性放电而进入发光状态的气体。无极灯是这样一种形式的放电灯，其中，填充有适当的组合物的透明灯泡由射频或微波能量加热。
[0003]与电极放电灯相比，无极灯趋向于展现更长的寿命并且在寿命期间保持更好的光谱特性。在要求射频电源的同时，无极灯使用结构非常简单、没有昂贵的玻璃金属接口的灯泡。而且，与传统放电灯相比，没有电极允许使用更多种类的光生成物质。硫、硒、碲等是普遍的填充物，其使用被限制于无极灯，这是因为它们与金属电极在化学上不兼容。
[0004]在一般照明应用中以及在需要高效率和优异光谱特性的所有领域(例如摄影、电影录制、农业和光电设备的测试等)中，无极灯是对传统HID灯的令人感兴趣的替代。
[0005]传统无极灯、尤其是硫灯的缺点是灯泡必须保持转动以避免可能超过石英的最大工作温度的热点的形成。这增加了灯的成本和尺寸，并且因为灯具有移动部分，所以被认为是可靠性问题。
[0006]几篇公开的文献描述了具有抑制灯泡的转动的专用功能部件的等离子灯。例如，由 US5227698、US6476557、US6476557、US6873119、US5367226 已知的装置采用专用的微波极化方案以旋转等离子体放电，或限制在接近于外壳壁处的等离子体的热量来代替旋转灯泡。这样的方案至少是部分有效的，但是要求更复杂的微波系统。其它文献，例如US6157141提出通过向填充物添加专用的化学添加剂来解决这个缺点，但是这会引起成本和毒性的其它问题。以本 申请人:的名义的专利EP1876633涉及等离子体灯，其中等离子体的温度分布通过谐振超声波而被均等化，这也是有效的，但是需要额外的装置来生成并维持等离子体中的这个超声波。
[0007]在已知的等离子体灯中，微波能量源通常是在开放的2.45GHz频段中发射的磁控管，因为这样的生成器容易以有吸引力的市场价格获得。灯泡通常放在谐振腔中，通过波导管或其它传输线与该磁控管连接。该腔的目的是提高传输给等离子体的能量，而不传输过多的功率给灯泡壁，并且限制射频到外部的发射。波导管将非常热的灯泡与磁控管分离并且防止磁控管可能过热。然而，这引入了额外的成本，并且该腔的边界可能干扰光透射。
[0008]本发明的目的是提出一种具有固定灯泡的无极等离子体灯，其中，该灯泡的温度以比已知装置更简单的方式来管理。
【发明内容】
[0009]根据本发明，这些目标通过所附的权利要求的目的来实现。【专利附图】
【附图说明】
[0010]本发明将在通过示例给出并且通过【专利附图】
【附图说明】的实施例的描述的帮助下更好地理解，其中:
[0011]图1示意性地示出根据本发明的一个方面的放电灯。
[0012]图2图示本发明的灯的变型。
[0013]图3示出本发明的灯的其它变型。
【具体实施方式】
[0014]参照图1，放电灯20包括填充有化学组合物的密封的透明灯泡21，该化学组合物在被离子化并被加热到等离子体状态35时适于生成光。几种组合物可被用作本发明的结构中的填充物，例如包括在惰性气氛下的硫、硒、碲、金属卤化物及其混合物。然而，本发明不限制于特定的化学组合物。
[0015]灯泡由能够经受住在灯工作期间达到的高温和内部压力、并且与填充组合物在化学上兼容的透明材料来实现。在本发明的典型实现中，灯泡21的工作温度将包括600°C到900°C之间，并且工作时的内部压力包括0.1MPa到2MPa之间。熔融石英(也叫熔融二氧化娃，SiO2)是用于灯泡的优选材料。
[0016]根据期望的功率，灯泡21的尺寸可在0.5cm3到IOOcm3之间变化，典型地大约10-30cm3。灯泡的形状可以变化，但是球形是优选的，这是因为球形提供了对内部压力的最佳耐抗性。
[0017]灯泡21放置在光集中器51中和金属网53的电磁外壳中。集中器51具有优选的反射壁以将灯泡22中生成的光集中为期望孔径的光束，并且集中器51是导电性的以防止微波传输到灯组件的外部。该金属网外壳53具有将射频场限制在灯内部的功能，并且通过任意合适的装置(例如通过图3中可见的套环(collar)52)机械上和电气上连接到灯。已经发现电磁外壳53和反射器51的尺寸以及灯泡在电磁外壳53和反射器51中的位置不是关键的:灯令人满意地工作，而不需要将这些部件的尺寸调谐到入射微波的波长。在严格的电磁管理不是必须的某些情况下，例如当灯完全封闭在更大的系统中时，金属网53和/或集中器51可以被抑制。在一个变型中，外壳53也可以利用合适的透明的、半透明的或光透射的衬底的薄片来实现，其中，在衬底上布置有薄的导电层。
[0018]射频源例如是磁控管41，磁控管41生成适当强度的射频信号并且具有由制造商提供的端子43以将磁控管耦合到标准化的波导管。这样的端子通常包括在具有中央导体46 (该中央导体46被具有孔44的帽封闭)的同轴传输线中、或包括在中空1/4波长波导管中。散热片42优选地通过来自风扇(未示出)的强制空气的流动来冷却。
[0019]在本发明的灯中，灯泡21安装在电介质杆22的顶部，电介质杆22又同轴地焊接到石英插座25，石英插座25的内部尺寸对应于微波端子43的外部尺寸，使得微波端子43可适合石英插座25。优选地，灯泡21、杆22和插座25被一体地制造为熔融石英的单个工件，但是本发明还考虑了这样的变型，其中这些部件单独地实现，然后组装在一起，并且这些部件由任何合适的材料制成。
[0020]已经证实电介质杆22的尺寸影响能量到灯泡21的传输。其中杆22具有高达20mm的直径和高达50_的长度的灯泡提供了令人满意的发光效率和可靠性。优选地，杆22的长度将介于5到50mm之间，更优选地介于10到25mm之间。关于直径，该直径优选地包括2mm到20mm之间，更优选地介于4mm到15mm之间。然而,本发明不限于这样的尺寸。
[0021]本发明的灯提供了强的光通量，容易启动，以及可靠地工作，而不需要旋转灯泡以对灯泡进行冷却。在不受理论限制的情况下，认为电介质杆22用作电介质波导管并且将微波能量直接引导到灯泡21的内部体积中，从而避免了没有谐振腔。电介质中的电磁损耗相当低，并且石英的热传导系数也是如此，因此磁控管上的热负载很好管理。已经发现，优选的是使得插座比端子稍长，使得气隙19保持在插座25的内壁和端子43之间。
[0022]图2图示本发明的变型，具有改进的冷却系统。磁控管41热连接到多个热导管63，多个热导管63又通过散热片65的叠层来冷却。风扇72强制冷却空气穿过散热片65，并且通过空气导流器59和集中器51中的开口 57而施加在灯泡21上。
[0023]图3示出本发明的其它变型，其中磁控管41具有由陶瓷隔离器48支撑并且耦合到3/4波长波导管82的输出RF端子47。灯泡21装配有与灯泡21 —体地制造的电介质石英杆22，电介质石英杆22插入到波导管82中并且通过筒夹85或通过任何合适的固定装置保持到位。这个变型提供了利用紧凑波导管将灯泡22连接到磁控管的可替换方式，这不增加灯的尺寸并且易于机械制造。已经发现了这个变型的灯与实心的石英杆以及中空的杆
22一起工作。
[0024]图3的灯泡21还包括散射膜23，散射膜23部分地覆盖灯泡的外表面并且具有均衡光输出以及促进向前方向上的光发射的功能。散射膜可由能够经受灯泡的工作温度的合适的散射材料来实现，例如Zr、Si或Ti的氧化物以及无机高温粘合剂的组合物。可替换地，倘若散射膜23与填充物在化学上兼容，则可将散射膜23沉积在灯泡的内表面，或者散射膜23可通过对石英灯泡自身的表面进行刻蚀、消光(frost)或结构化(structuring)来实现。
[0025]图中使用的参考标记
[0026]19 气隙
[0027]21 灯泡
[0028]22电介质杆
[0029]23光散射膜
[0030]25 插座
[0031]35等离子体区域
[0032]41磁控管
[0033]42散热片
[0034]43端子/RF发射器(部分剖面)
[0035]44 孔
[0036]46同轴线
[0037]47 RF 端子
[0038]48绝缘器
[0039]51光集中器
[0040]52支撑套环[0041 ]53电磁外壳
[0042]57开口
[0043]59空气导流器
[0044]63热导管
[0045]65散热片
[0046]72风扇
[0047]75空气流
[0048]823/4波长波导管
[0049]85`筒夹
【权利要求】
1.一种用于提供可见光辐射和/或红外辐射和/或UV辐射的放电灯(20)，包括:固定的光透射灯泡(21)，填充有在处于等离子体状态时发射光的组合物；具有输出端子(44，47)的射频源(41)，辐射射频场以用于离子化并且加热灯泡中的组合物以使组合物进入等离子体状态(35);以及电介质杆(22)，与所述输出端子对齐并且放置在所述输出端子(44)和灯泡(21)之间。
2.根据前述权利要求所述的放电灯(20)，其中所述电介质杆(22)作为用于射频场的电介质波导管。
3.根据前述权利要求所述的放电灯(20)，其中所述电介质杆(22)是与灯泡(21)相同材料的实心同质元件，并且其中焊接或一体地制造的灯泡(21)和杆(22)是单个工件。
4.根据前述权利要求所述的放电灯(20)，其中所述电介质杆被焊接到相同材料的插座25或与相同材料的插座25 —体地制造，其中插座25中插入有射频源(41)的输出端子(44)。
5.根据权利要求1所述的放电灯(20)，其中输出端子(47)耦合到波导管(82)，在波导管(82)中插入有杆(22)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的放电灯(20)，其中灯泡(21)和杆(22)由熔融二氧化硅或熔融石英制成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的放电灯(20)，其中射频源是磁控管(41)，并且输出端子(44)是在末端处具有孔的波导管。
8.根据前述权利要求中任一项所述的放电灯，还包括:反射器或光集中器(51);以及网或导电层，沉积在透明或光透射衬底上，作为电磁屏蔽以限制射频场。
【文档编号】H01J65/04GK103650104SQ201180071641
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2011年6月15日 优先权日:2011年6月15日
【发明者】L·卡拉米, A·迈耶 申请人:卢马蒂克斯股份有限公司
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