專利名稱：一種高壓放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓放電燈，可至少以限定的波長(zhǎng)范圍和限定的發(fā)射光譜發(fā)光。本發(fā)明還涉及一種發(fā)光系統(tǒng)，至少以限定的波長(zhǎng)范圍和限定的發(fā)射光譜發(fā)光。
背景技術(shù)：
高壓氣體放電燈(高密度放電HID燈)，尤其是超高性能UHP放電燈，因其具有的光學(xué)性能，主要用于投影目的。對(duì)于本發(fā)明的目的，UHP燈(Philips的)還包括其他制造商生產(chǎn)的UHP型燈。
對(duì)于這些應(yīng)用，光源要求盡可能為點(diǎn)狀，使得電極尖端之間形成的電弧不超過(guò)給定長(zhǎng)度。此外，通常要求產(chǎn)生最大可能的光強(qiáng)度，同時(shí)盡可能保持可見(jiàn)光的自然分光光譜組成。這種類型的光源及其各種情況下的操作確定了光的給定發(fā)射光譜。
在一些與光有關(guān)的應(yīng)用中，希望的及限定的波長(zhǎng)范圍要求具有相對(duì)一些參數(shù)形成的希望的發(fā)射光譜，這些光譜不同于上面提到的光源的普通發(fā)射光譜。不過(guò)，如果使用這種光源的話，需要通過(guò)已知方式使用另外的元件進(jìn)行調(diào)整，以便得到希望的限定發(fā)射光譜。
例如，UHP燈不能很好地適合某些要求顏色重現(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)合，因?yàn)槠浣o定光譜分布具有非常高的大約為7500K的色溫。因此，需要使用另外的機(jī)構(gòu)，如吸收干涉濾光片，和措施來(lái)調(diào)整，這些機(jī)構(gòu)和措施導(dǎo)致了額外的成本。
盡管，高壓氣體放電燈相對(duì)白熾燈顯示出改進(jìn)的效率，但其效率的進(jìn)一步提高是高壓氣體放電燈的研發(fā)重點(diǎn)。
提高氣體放電燈的效率的一個(gè)基本方法是將不希望的輻射反射回電弧區(qū)，這個(gè)方法可從美國(guó)專利3,931,536了解。在該方法中，不希望的輻射至少部分在電弧區(qū)進(jìn)行重吸收，為此，能量輸入用于提高燈的效率。比如，多層的干涉濾光片可用作反射體。至少電弧發(fā)射的光的一部分光譜被重新吸收，否則這部分光線不能用來(lái)發(fā)光。公開(kāi)的技術(shù)方案不能使得光的希望波長(zhǎng)范圍的各發(fā)射光譜，如具有限定參數(shù)的波長(zhǎng)范圍的發(fā)射光譜，形成有效的作用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種上面提到類型的高壓氣體放電燈，和具有這種燈的發(fā)光單元，其設(shè)有可工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的干涉濾光片，可保證發(fā)出的光具有限定的波長(zhǎng)范圍和限定的發(fā)射光譜。
本發(fā)明的目的通過(guò)權(quán)利要求1的特征部分實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的燈包括至少一個(gè)燈頭，燈頭包括放電腔，至少所述燈頭放電腔部分的形狀是橢圓形；兩個(gè)延伸到放電腔中的電極，電極相對(duì)設(shè)置并為位于放電腔的對(duì)稱長(zhǎng)軸線；和多層的干涉濾光片，其設(shè)置在燈頭的外表面的放電腔區(qū)域，其中，至少部分的限定波長(zhǎng)范圍的光通過(guò)干涉濾光片，另一部分的限定波長(zhǎng)范圍的光反射到兩個(gè)電極之間的空間。
反射回兩個(gè)電極之間的空間，即電弧區(qū)域或等離子區(qū)域，的其他部分的限定波長(zhǎng)范圍的光未通過(guò)該干涉濾光片。
由于等離子或電弧區(qū)的顯著重新吸收，在兩個(gè)電極之間空間產(chǎn)生強(qiáng)烈的重吸收，干涉濾光片反射的部分光必須直接通過(guò)輻射進(jìn)入這個(gè)空間。在這種情況下，重吸收部分的大小必須設(shè)置成，可通過(guò)適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)，使到達(dá)電弧的可能多個(gè)通路的反射光部分的希望的整體效應(yīng)產(chǎn)生希望的發(fā)射光譜。在這點(diǎn)上，如上所述的設(shè)定可通過(guò)選擇相應(yīng)的干涉濾光片或設(shè)計(jì)干涉濾光片。選擇相應(yīng)的干涉濾光片很容易實(shí)現(xiàn)，尤其是用于衰減發(fā)射譜線的。
在這個(gè)方面，使用了經(jīng)驗(yàn)結(jié)論，物質(zhì)或介質(zhì)，如等離子，當(dāng)暴露于電磁波的輻射下，吸收的頻率是可以進(jìn)行發(fā)射的頻率。
因此，光的整個(gè)波長(zhǎng)范圍一般不能被干涉濾光片反射到相同程度。通常，只有一個(gè)波長(zhǎng)范圍或多個(gè)波長(zhǎng)范圍通過(guò)選擇的方式整體或部分地反射。在這點(diǎn)上，本發(fā)明的希望的發(fā)射光譜的設(shè)定可通過(guò)有目的地降低希望波長(zhǎng)范圍內(nèi)的高能波長(zhǎng)范圍(發(fā)射譜線)的能量來(lái)形成。選擇干涉濾光片反射的光線的各波長(zhǎng)范圍可根據(jù)能量的觀點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，即相關(guān)波長(zhǎng)范圍具有足夠的能量，其至少部分在干涉濾光片反射后被等離子吸收。
選擇干涉濾光片的其他標(biāo)準(zhǔn)是必要的溫度穩(wěn)定性和具有適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
干涉濾光片主要適合用作反射體，因其可傳送和反射光譜范圍之間的尖銳過(guò)渡。如果層的順序設(shè)計(jì)的適當(dāng)，可在很寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生濾光特性，并具有必要的高精度。
除了提供的電能，輻射的重吸收向電弧提供了額外的能量，用于產(chǎn)生各類型燈的各光譜。另外具有的優(yōu)越性是能量進(jìn)入電弧要比通過(guò)電極更有效率，沒(méi)有值得考慮的電極損耗。
該希望的重吸收對(duì)實(shí)現(xiàn)希望的發(fā)射光譜的作用程度取決于各高壓氣體放電燈的類型。
如果將干涉濾光片實(shí)際設(shè)置在放電腔或燈頭的整個(gè)外表面，相比部分涂層形式的干涉濾光片，由于存在相互反射，通常反射的輻射的較大部分可進(jìn)行重吸收。
附屬權(quán)利要求包含了本發(fā)明進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的優(yōu)越的特征。
多層干涉濾光片的層結(jié)構(gòu)最好是具有較高折射率的層與具有較低折射率的層交替設(shè)置。
干涉濾光片一般是多層結(jié)構(gòu)。在干涉濾光片具有多層結(jié)構(gòu)的情況下，具有較高折射率的層與具有較低折射率的層交替設(shè)置。各層的折射率由該層選擇的材料決定，層結(jié)構(gòu)中至少要有兩個(gè)折射率不同的電介質(zhì)材料。
干涉濾光片的傳送和反射特征由干涉濾光片各層設(shè)計(jì)來(lái)決定，具體是層的厚度。
原理上，過(guò)濾片的各層的折射率之間的差別越大，希望的光學(xué)指標(biāo)函數(shù)越容易實(shí)現(xiàn)。層的材料的折射率的值之間的差別大，通常交替設(shè)置的層數(shù)和干涉濾光片的整體厚度可以減少。如果燈泡由石英或類似材料組成，SiO2通常用作具有較低折射率層的材料。當(dāng)選擇具有較高折射率層的材料時(shí)，必須考慮傳統(tǒng)的UHP燈的操作溫度范圍，其上限大約為1000℃。例如二氧化鋯(ZrO2)材料顯示出耐高溫性能，可滿足這方面的要求。
實(shí)現(xiàn)限定的發(fā)射光譜最好通過(guò)選擇干涉濾光片特性，該特性應(yīng)涉及通過(guò)干涉濾光片的或從干涉濾光片反射的光線部分的比例。
本發(fā)明的目的可通過(guò)如權(quán)利要求8所述的發(fā)光單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光單元，至少可以限定波長(zhǎng)范圍及限定發(fā)射光譜來(lái)發(fā)光，其包括至少一個(gè)作為光源的高壓放電燈，放電燈包括帶有放電腔的燈頭，延伸到放電腔中的兩個(gè)電極，電極相對(duì)設(shè)置并且位于高壓放電燈的對(duì)稱長(zhǎng)軸線；多層的干涉濾光片，至少一部分的限定波長(zhǎng)范圍的光線可通過(guò)干涉濾光片；反射體，其設(shè)置在光源和干涉濾光片之間的光束路徑上，可反射至少一部分限定波長(zhǎng)范圍的光線到兩個(gè)電極之間的空間，這部分光線未通過(guò)干涉濾光片。


參考附圖中顯示的示例性實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹，本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。附圖中圖1是高壓氣體放電燈(UHP燈)的帶有18層干涉濾光片的燈泡的示意性部分截面圖；和圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光單元的32層干涉濾光片的設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的高壓氣體放電燈(UHP燈)帶有對(duì)稱放電腔21的燈泡1的示意性截面圖(見(jiàn)圖1.1)。單件的燈頭2，其密封通常充有氣體的放電腔21，其所用材料通常為硬玻璃或石英玻璃，其包括兩個(gè)圓柱形相對(duì)的區(qū)域22，23，其間設(shè)有基本球形區(qū)24，直徑大約為9毫米。燈頭2的外表面相對(duì)放電腔21的區(qū)域是橢圓形。設(shè)有電極的橢圓形放電腔21位于區(qū)24的中心。電極機(jī)構(gòu)主要包括第一電極41和第二電極42。放電腔21中的電極的相對(duì)尖端之間進(jìn)行電弧放電，電弧用作高壓氣體放電燈的光源。電極41，42的端部，其位于放電腔21的對(duì)稱長(zhǎng)軸線，連接到燈的電端子51，52。通過(guò)電端子操作燈的電壓由電源提供，其未在圖1.1中顯示，電源可是普通線電壓。
干涉濾光片3設(shè)置在區(qū)24的整個(gè)外表面。干涉濾光片3總共大約為1.2微米厚，其具有多層結(jié)構(gòu)。干涉濾光片3或其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)清楚顯示于圖1.2。干涉濾光片3是18層結(jié)構(gòu)，SiO2層總厚度大約為682納米，ZrO2層的總厚度大約為467納米。
干涉濾光片3的兩個(gè)不同層3.1和3.2的特征在于具有不同的折射率，具有較低折射率的層與具有較高折射率的層交替設(shè)置。SiO2用作具有較低折射率的層3.2的材料，ZrO2用作具有較高折射率的層3.1的材料。
干涉濾光片3主要反射波長(zhǎng)范圍為大約420到大約530納米的光，主要通過(guò)大于520納米的波長(zhǎng)范圍(限定波長(zhǎng)范圍)的光。一部分大于約520納米波長(zhǎng)范圍(限定波長(zhǎng)范圍)的光根據(jù)本發(fā)明反射到兩個(gè)電極41和42之間的區(qū)域，以便進(jìn)行至少部分重吸收。
干涉濾光片3的分層結(jié)構(gòu)在通過(guò)已知濺射工藝制造期間形成。
在具有上述燈泡1和額定功率120瓦的UHP燈的情況下，進(jìn)行比較的燈超過(guò)正常時(shí)效未出現(xiàn)重大損壞，即使在滿/高載荷運(yùn)行數(shù)千小時(shí)后。
根據(jù)本發(fā)明的UHP燈在能量輸入為120W的條件下通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法使用所謂的烏而伯利特Ulbricht球形光度計(jì)測(cè)量光和電特性。在可見(jiàn)光范圍(大約為400到780納米)的輻射功率大約為22.91瓦。在光量為5853流明的情況下，得到的效率為48.8流明/瓦。在紅色比率大約為12.8％的情況下色溫為4256K。相對(duì)希望的(限定的)發(fā)射光譜，得到了低色溫。
另一方面，進(jìn)行比較的UHP燈，但其無(wú)上面提到的干涉濾光片3，的類似測(cè)量得到了下面的數(shù)值。在可見(jiàn)光范圍(大約為400到780納米)的輻射功率為30.97瓦，當(dāng)光量為7325流明時(shí)，得到效率為61.3流明/瓦。在紅色比率大約為8.7％時(shí)色溫為7791K。
本發(fā)明具有優(yōu)越性的開(kāi)發(fā)成果涉及用于投影的高壓氣體放電燈。
通過(guò)下面的其他優(yōu)選實(shí)施例的介紹顯示了本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)。
相對(duì)希望的(限定的)發(fā)射光譜，目的是能夠提高顏色重現(xiàn)指數(shù)。
發(fā)光單元至少包括標(biāo)準(zhǔn)的UHP燈，尤其是本身不帶有干涉濾光片的UHP燈。UHP燈可進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)普通的方式固定到反射體。
發(fā)光單元還包括多層的干涉濾光片，至少一部分限定波長(zhǎng)范圍的光可通過(guò)干涉濾光片，通過(guò)已知的濺射方法，可到達(dá)平面的載體基片，如用石英玻璃制造的。平面的載體基片位于反射體的輸出光束路徑上。
反射體設(shè)置在光源和干涉濾光片之間的光束路徑，允許未通過(guò)干涉濾光片的至少部分限定波長(zhǎng)范圍的光反射到兩個(gè)電極之間空間。
根據(jù)本發(fā)明的具有圖2干涉濾光片的發(fā)光單元在UHP燈功率為120瓦的條件下通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量方法測(cè)量顏色重現(xiàn)指數(shù)。在紅色比率為大約12.1％的情況下色溫為6016K，顏色重現(xiàn)指數(shù)Ra8為74.6。
另一方面，進(jìn)行比較的具有UHP燈但不帶有上述干涉濾光片3的發(fā)光單元的類似測(cè)量得到下列數(shù)值。紅色比率大約為9.1％時(shí)色溫為7939K，顏色重現(xiàn)指數(shù)Ra8為65.0。
權(quán)利要求
1.一種高壓放電燈，可至少以限定的波長(zhǎng)范圍和限定的發(fā)射光譜發(fā)光，至少包括燈頭(2)，所述燈頭包括放電腔(21)，至少所述燈頭(2)放電腔(21)部分的形狀是橢圓形；兩個(gè)電極(41，42)，延伸到放電腔(21)中，電極相對(duì)設(shè)置并且位于放電腔(21)的對(duì)稱長(zhǎng)軸線；和多層的干涉濾光片(3)，其至少設(shè)置在燈頭(2)的外表面上的放電腔(21)部分，其中至少部分的限定波長(zhǎng)范圍的光通過(guò)干涉濾光片(3)，另一部分的限定波長(zhǎng)范圍的光可反射到兩個(gè)電極(41，42)之間的空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其特征在于，在多層的干涉濾光片(3)的層結(jié)構(gòu)中，具有較高折射率的層(3.1)與具有較低折射率的層(3.2)交替設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其特征在于，所述干涉濾光片(3)的具有較低折射率的層(3.2)優(yōu)選主要由SiO2組成，干涉濾光片(3)的第二層(3.1)優(yōu)選主要由二氧化鋯(ZrO2)材料組成，二氧化鋯具有比二氧化硅較高的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓放電燈，其特征在于，所述第二層(3.1)的材料可從氧化鈦，氧化鉭，氧化鈮，氧化鉿，氮化硅，尤其是氧化鋯ZrO2，或這些材料的混合物中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其特征在于，限定的發(fā)射光譜可通過(guò)選擇干涉濾光片特性來(lái)得到，所述干涉濾光片特性涉及允許通過(guò)的和反射的光部分的比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓放電燈，其特征在于，所述高壓氣體放電燈是超高性能放電燈。
7.一種投影系統(tǒng)或內(nèi)診鏡系統(tǒng)，具有光纖光纜或發(fā)光系統(tǒng)，發(fā)光系統(tǒng)具有至少一個(gè)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的燈。
8.一種發(fā)光單元，其至少以限定的波長(zhǎng)范圍和限定的發(fā)射光譜發(fā)光，至少具有一個(gè)作為光源的高壓放電燈，其包括燈頭，所述燈頭具有對(duì)稱的放電腔，兩個(gè)延伸到放電腔中的電極，電極相對(duì)設(shè)置并對(duì)稱于高壓放電燈的長(zhǎng)軸線；和多層的干涉濾光片，至少部分的限定波長(zhǎng)范圍的光可通過(guò)干涉濾光片；和反射體，其設(shè)置在所述光源和所述干涉濾光片之間的光束路徑上，可反射至少一部分的限定波長(zhǎng)范圍的光，這部分的光不通過(guò)所述干涉濾光片，而是到達(dá)所述兩個(gè)電極之間的空間。
9.一種內(nèi)診鏡系統(tǒng)，具有光纖光纜、發(fā)光系統(tǒng)或投影系統(tǒng)，其具有至少一個(gè)權(quán)利要求8所述的發(fā)光單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓放電燈，可至少以限定的波長(zhǎng)范圍和限定的發(fā)射光譜發(fā)光，其具有至少一個(gè)燈頭(2)，燈頭包括放電腔(21)，至少燈頭(2)放電腔(21)部分的形狀是橢圓形；兩個(gè)延伸到放電腔(21)中的電極(41，42)，電極相對(duì)設(shè)置并且位于放電腔(21)的對(duì)稱長(zhǎng)軸線；和多層的干涉濾光片(3)，其至少設(shè)置在燈頭(2)外表面上的放電腔(21)部分，其中至少部分的限定波長(zhǎng)范圍的光通過(guò)干涉濾光片(3)，另一部分的限定波長(zhǎng)范圍的光可反射到兩個(gè)電極(41，42)之間的空間。
文檔編號(hào)F21V7/00GK1826681SQ200480020983
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月22日
發(fā)明者H·門希, A·里茨 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司