專利名稱：具有接地耦合元件及改進(jìn)燈泡組件的無(wú)電極燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用等離子燈產(chǎn)生光的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明提供了由射頻 電源驅(qū)動(dòng)而沒(méi)有使用燈泡內(nèi)部電極的等離子燈及相關(guān)方法。僅作為示例方式，可以將這種 等離子燈應(yīng)用于諸如體育場(chǎng)、保全設(shè)備、停車(chē)場(chǎng)、軍事及防御、路燈、大小建筑物、車(chē)前照燈、 飛機(jī)降落、橋梁、倉(cāng)庫(kù)、uv水處理、農(nóng)業(yè)、建筑照明、舞臺(tái)燈光、醫(yī)用照明、顯微鏡、投影儀及顯 示器、這些任何組合等的應(yīng)用場(chǎng)景中。
背景技術(shù)：
等離子燈提供了極明亮的寬帶光，其用于諸如普通照明、投影系統(tǒng)、以及工業(yè)處理 的應(yīng)用場(chǎng)景中。當(dāng)今制造的典型等離子燈含有氣體與痕量物質(zhì)(trace substances)的混 合物，使用通過(guò)間隔很近的電極的大電流來(lái)激發(fā)該混合物以形成等離子。然而，該配置受到 在燈泡內(nèi)的電極劣化的影響，因此，其壽命有限。傳統(tǒng)的等離子燈還存在其他制約。綜上所述，可見(jiàn)高度期望用于改善等離子燈的技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了涉及用于利用等離子燈來(lái)生成光的裝置和方法的技術(shù)。更具 體地，本發(fā)明提供了由射頻源驅(qū)動(dòng)而沒(méi)有使用氣體填充容器(燈泡)內(nèi)部的電極的等離子 燈和相關(guān)方法。作為實(shí)例，使用緊湊空氣共振器/波導(dǎo)將射頻源耦合至氣體填充容器。在一 個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中，不使用諸如氧化鋁或者石英的電介質(zhì)材料制作共振器/波導(dǎo)或者 共振器/波導(dǎo)通常不含有諸如氧化鋁或者石英的電介質(zhì)材料。在優(yōu)選實(shí)施方式中，將緊湊 空氣共振器布置在相對(duì)較小的空間中，并且可以具有基本上小于共振器的諧振頻率的1/2 自由空間波長(zhǎng)(lambda/2)的尺寸。另外，氣體填充容器(燈泡)的電弧基本上未被共振器 /波導(dǎo)的主體圍繞，使得允許使用用于設(shè)計(jì)照明設(shè)備的其他光學(xué)部件和反射器。即，氣體填 充容器實(shí)質(zhì)上包括電弧，該電弧基本上沒(méi)有被共振器/波導(dǎo)的主體的一部分或者多部分進(jìn) 行任何機(jī)械封閉，使得允許使用這些反射器和其他光學(xué)部件。僅作為實(shí)例，可以將這種等離 子燈應(yīng)用于諸如體育場(chǎng)、保全設(shè)備、停車(chē)場(chǎng)、軍事及防御、路燈、大小建筑物、橋梁、倉(cāng)庫(kù)、農(nóng) 業(yè)、uv水處理、建筑照明、舞臺(tái)燈光、醫(yī)用照明、顯微鏡、投影儀及顯示器、其任何組合等的應(yīng) 用場(chǎng)景中。當(dāng)然，可以具有其他改進(jìn)、修改、以及選擇。在具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明提供了一種等離子無(wú)電極燈。該燈包括緊密容納兩個(gè) 耦合元件、基本上中空(氣腔)的導(dǎo)電體。這兩個(gè)耦合元件包括連接至RF放大器的輸出 端的第一耦合元件，以及連接至RF放大器的輸入端的第二耦合元件。如本文所使用的，術(shù)
5語(yǔ)“第一”和“第二”并不限于順序，而是應(yīng)當(dāng)理解為普通含義。第一耦合元件的另一端電 連接(接地)至導(dǎo)電體的頂部表面處，而第二耦合元件沒(méi)有接地并且處于不同電勢(shì)。該燈 進(jìn)一步包括燈泡耦合元件組件，其在燈體的導(dǎo)電體的底面處接地。電磁能是第一耦合元件 與燈泡耦合元件組件之間、以及燈泡耦合元件組件與第二耦合元件之間的RF耦合。電磁能 電容地、或者電感地、或者電感與電容組合地耦合至燈泡耦合元件組件內(nèi)部的燈泡。該燈可 以進(jìn)一步包括反射器，以引導(dǎo)在燈泡耦合元件組件中的燈泡的光輸出?？商鎿Q地，該燈沒(méi)有 設(shè)計(jì)任何反射器等。燈可以進(jìn)一步包括接地母線，其將燈泡耦合元件組件的頂部電連接或 耦合至導(dǎo)電燈體?？商鎿Q地，接地母線可以將燈泡耦合元件組件的頂部電連接或耦合至反 射器，接下來(lái)該反射器電連接至燈體。在另一實(shí)施方式中，該燈可以包括將第二耦合元件移除，第一耦合元件連接至 RF源的輸出，RF源可以進(jìn)一步包括RF振蕩器和放大器。在優(yōu)選實(shí)施方式中，燈僅由第一耦 合元件和燈泡耦合元件組件組成。在又一實(shí)施方式中，燈體包括部分填充有電介質(zhì)插入物的金屬導(dǎo)電體。在一個(gè)或 多個(gè)實(shí)施方式中，電介質(zhì)插入物可以為單一的材料、分層材料、合成材料、或者其他適當(dāng)?shù)?空間配置和/或材料。在具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明提供了一種可替換的無(wú)電極等離子燈。該燈包括通過(guò) 內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置、具有透明或者半透明體的氣體填充容器，該氣體填充容 器具有限定在內(nèi)部區(qū)域中的腔。該氣體填充容器通常包含諸如氬或者氙(或者惰性氣體 組合)的惰性氣體，以及諸如汞、三溴化銦、硫、溴化銫、以及其他的一種或者多種發(fā)光體。 基本上通過(guò)配置在氣體填充容器的周?chē)鷧^(qū)域內(nèi)的導(dǎo)電體來(lái)環(huán)繞空氣共振器區(qū)域?？諝夤舱?器區(qū)域(即，導(dǎo)電體)具有小于空氣共振器區(qū)域的基波諧振頻率的1/2自由空間波長(zhǎng)的最 大尺寸。輸入耦合元件將RF能量耦合到空氣共振器/波導(dǎo)。將輸入耦合元件的一端連接 至包括振蕩器和放大器的RF源。將輸入耦合元件的另一端連接或者耦合至共振器/波導(dǎo) 的導(dǎo)電體。將空氣共振器/波導(dǎo)內(nèi)部的RF能量耦合至輸出耦合(燈泡耦合)元件。將輸 出耦合元件的一端連接或者耦合至共振器/波導(dǎo)的導(dǎo)電體，將輸出耦合元件的另一端連接 至燈泡。可以調(diào)節(jié)輸入耦合元件和輸出耦合元件的長(zhǎng)度以及其間的距離以優(yōu)化在RF源與 氣體填充容器(燈泡)之間的RF能量傳輸。RF能量使燈泡內(nèi)部的氣體離子化，并且蒸發(fā)發(fā) 光體，導(dǎo)致燈泡產(chǎn)生在光譜的可見(jiàn)光和/或紫外線和/或紅外線部分的電磁輻射。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中，緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的諧振頻率取決于其他參數(shù) 中的單獨(dú)一個(gè)或者其組合。這些參數(shù)可包括輸出耦合(燈泡耦合)元件的長(zhǎng)度或者輸出 耦合元件的電感、輸出耦合元件的直徑、導(dǎo)致共振器的電容改變的輸出耦合元件沿其長(zhǎng)度 與共振器/波導(dǎo)的導(dǎo)電體的壁之間的間距，這些參數(shù)中的一個(gè)或組合，以及其他參數(shù)。通過(guò) 增大空氣共振器/波導(dǎo)的有效電容和電感，可以將共振器的尺寸基本上減小至小于共振器 的基波諧振模式的自由空間的半波長(zhǎng)。緊湊空氣共振器/波導(dǎo)基本上小于諸如在美國(guó)專利 號(hào)6，476，557B1中所描述的傳統(tǒng)裝置中的空氣共振器。在具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明提供了等離子燈裝置。該裝置包括氣體填充容器，該氣 體填充容器具有通過(guò)內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者半透明體，限定在內(nèi)部區(qū) 域中的腔。該裝置還具有配置在氣體填充容器的周?chē)鷧^(qū)域內(nèi)的空氣共振器區(qū)域。在具體實(shí) 施方式中，空氣共振器區(qū)域具有小于空氣共振器區(qū)域的基波諧振頻率的1/2自由空間波長(zhǎng)的最大尺寸。該裝置具有rf源，配置為生成小于或等于2. 5GHz并耦合至空氣共振器區(qū)域 的諧振頻率。在可替換的具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明提供了可替換的等離子燈裝置。該裝置具有 波導(dǎo)體，該波導(dǎo)體具有小于諧振頻率的1/2自由空間波長(zhǎng)的最大尺寸。從三坐標(biāo)系統(tǒng)的任 一維中選擇該最大尺寸。在又一可替換的實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了又一可替換的等離子燈裝置。該裝置 具有氣體填充容器，該氣體填充容器具有通過(guò)內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者 半透明體，限定在內(nèi)部區(qū)域中的腔。在具體實(shí)施方式
中，氣體填充容器具有第一端部和第二 端部。該裝置具有空間上位于氣體填充容器的中央?yún)^(qū)域內(nèi)的最大溫度分布。在具體實(shí)施方 式中，該中央?yún)^(qū)域在第一端部和第二端部之間。在優(yōu)選實(shí)施方式中，最大溫度分布在外部表 面區(qū)域的周?chē)鷧^(qū)域內(nèi)，基本上不受固體共振器主體區(qū)域的干擾。仍進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了等離子燈裝置。該裝置包括氣體填充容器，該氣體填 充容器具有通過(guò)內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者半透明體，限定在內(nèi)部區(qū)域中 的腔；以及rf源，耦合至氣體填充容器以使電磁輻射至少穿過(guò)50%的外部表面區(qū)域而沒(méi)有 反射回氣體填充容器的內(nèi)部區(qū)域。此外，本發(fā)明提供了用于放射來(lái)自等離子燈裝置的電磁輻射的方法。該方法包括 使用被配置為向氣體填充容器提供rf能量的至少一個(gè)或者多個(gè)rf源從氣體填充容器的內(nèi) 部區(qū)域中生成電磁輻射，以及將來(lái)自氣體填充容器的內(nèi)部區(qū)域的一部分電磁輻射通過(guò)氣體 填充容器的至少50%的外部表面區(qū)域傳輸而基本上沒(méi)有反射回氣體填充容器的內(nèi)部區(qū)域。仍進(jìn)一步地，在又一個(gè)可替換實(shí)施方式中本發(fā)明提供了無(wú)電極等離子燈裝置。該 裝置具有氣體填充容器，該氣體填充容器具有通過(guò)內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透 明或者半透明體，限定在沒(méi)有一個(gè)或者多個(gè)電極結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中的腔。該裝置具有被配 置為與氣體填充容器配合的支撐體，由電磁輻射引起電弧零件，并且該裝置具有在內(nèi)部區(qū) 域中空間上設(shè)置的第一端和第二端。在優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)從與電弧零件的第一端和第二 端之間的中央部正交的假想線的外沿360度內(nèi)的任何空間位置觀看時(shí)，至少50%的電弧零 件露出。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中，將電弧零件設(shè)置在內(nèi)部區(qū)域的第一端和第二端之間 的空間區(qū)域內(nèi)。在又一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了無(wú)電極等離子燈裝置。該裝置具有氣體填充 容器，該氣體填充容器具有通過(guò)內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者半透明體，限 定在沒(méi)有一個(gè)或者多個(gè)電極結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中的腔。該裝置還具有配置在氣體填充容器的 一部分內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的最大電場(chǎng)區(qū)域。在具體實(shí)施方式
中，當(dāng)從與氣體填充容器的中央部正 交的假想線的外沿360度內(nèi)的任何空間位置觀看時(shí)，從氣體填充容器的外部區(qū)域露出最大 電場(chǎng)區(qū)域。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)選地，本發(fā)明提供了單個(gè)源等離子燈裝置。該裝置 具有被配置為無(wú)電極的、并且具有小于等于3厘米的最大尺寸的單點(diǎn)源，以及從單點(diǎn)源所 發(fā)射的電磁輻射的放射至少具有20000流明。在優(yōu)選實(shí)施方式中，等離子燈裝置包括布置在rf耦合元件與輸出耦合元件(其耦 合至氣體填充容器)之間的空間間隙。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中也提供了一種設(shè)備。該設(shè)備包括rf源；電磁共振器結(jié)構(gòu)，耦合至被配置為將rf能量引入電磁共振器結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)rf耦合元件；以及包括填 充材料的燈泡。該燈泡耦合至電磁共振器結(jié)構(gòu)以從至少紫外線、可見(jiàn)光、或者紅外線的光譜 放射電磁能；該燈泡的露出部分向電磁共振器結(jié)構(gòu)的外部突出以導(dǎo)致從燈泡的外表面放射 大部分電磁輻射而沒(méi)有從電磁共振器結(jié)構(gòu)反射。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中，光譜可以包 括以上區(qū)域的組合以及其他區(qū)域。當(dāng)然，可以具有多種組合、選擇、以及改變。使用本發(fā)明的燈和相關(guān)方法可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)或者多個(gè)優(yōu)勢(shì)。作為實(shí)例，該燈為緊湊 型的，并且該燈可以被配置為在傳統(tǒng)的照明設(shè)備(諸如用于路燈和停車(chē)場(chǎng)燈以及其他應(yīng)用 場(chǎng)景的照明設(shè)備)內(nèi)部。此外，可以將該燈配置為具有露出的電弧以允許單獨(dú)使用或者結(jié) 合使用諸如鋁反射器、散射器、以及其他部件的傳統(tǒng)光學(xué)部件。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式 中，還可以比諸如在美國(guó)專利號(hào)6，737, 809B2中所述的傳統(tǒng)的電介質(zhì)共振器更有效地、并 且以更低的成本制造該燈。即，由于緊湊空氣共振器/波導(dǎo)不需要電介質(zhì)材料(氧化鋁) 或者其他材料，所以明顯降低了成本并且制作更簡(jiǎn)單。此外，通過(guò)消除與電介質(zhì)材料相關(guān)的 RF損耗，燈的性能得到改善。此外，可以將燈配置為具有露出的電弧以允許使用傳統(tǒng)的光學(xué) 部件?？梢栽谝粋€(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)這些和其他益處。此外，在本說(shuō)明書(shū)中可以發(fā) 現(xiàn)本發(fā)明的細(xì)節(jié)，并且下文更具體。本發(fā)明在已知的工藝技術(shù)的背景下實(shí)現(xiàn)這些和其他益處。然而，可以通過(guò)參照附 圖來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步理解。
結(jié)合在本文中提供的附圖，從優(yōu)選實(shí)施方式的以下描述中將獲得對(duì)本發(fā)明和其優(yōu) 點(diǎn)的更完整的理解。在附圖和描述中，標(biāo)記示出本發(fā)明的多個(gè)特征，在整個(gè)附圖和描述中， 相同的標(biāo)記指的是相同的特征。附圖中圖1示出了將RF能量耦合至氣體填充容器(燈泡)的傳統(tǒng)空氣共振器/波導(dǎo)的 實(shí)施例；圖2示出了將RF能量耦合至氣體填充容器(燈泡)的傳統(tǒng)電介質(zhì)共振器/波導(dǎo) 的實(shí)施例；圖3為本發(fā)明的緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的實(shí)施方式的簡(jiǎn)化圖，該緊湊空氣共振器/ 波導(dǎo)包括了內(nèi)部具有空氣的導(dǎo)電燈體、輸入耦合元件、集成的燈泡/輸出耦合元件、以及反 饋耦合元件；圖4示出了圖3中的燈的簡(jiǎn)化圖，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，用于對(duì)反饋回路中振蕩 頻率進(jìn)行選擇而設(shè)置的放大器連接在反饋耦合元件和輸入耦合元件之間；圖5A示出了沒(méi)有反饋耦合元件的圖3中燈的簡(jiǎn)化示圖，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式， RF源可以包括振蕩器和連接至輸入耦合元件的放大器；圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的圖5A中燈的簡(jiǎn)化透視圖，示出了輸入耦合 元件、由輸出耦合元件和氣體填充容器(燈泡)組成的集成燈泡/輸出耦合元件組件、以及 反射器；圖6A為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，沒(méi)有RF源和反射器的圖5B中燈的簡(jiǎn)化截面透視 圖；圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，圖6A中的截面透視圖的簡(jiǎn)化示圖，其中，集
8成燈泡/輸出耦合元件擰進(jìn)導(dǎo)電燈體的底部；圖7A、圖7B、圖7C、以及圖7D示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，為了達(dá)到相同的諧振 頻率在緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的設(shè)計(jì)中的某些可替換的改變的簡(jiǎn)化示圖；圖8示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方式的簡(jiǎn)化示圖，在該實(shí)施方式中在輸出耦合元件 的周?chē)迦腚娊橘|(zhì)套；圖9示出了本發(fā)明的實(shí)施方式的另一簡(jiǎn)化示圖，在該實(shí)施方式中經(jīng)由配線或者母 線將氣體填充容器(燈泡)的頂部電連接至燈體；圖10與圖5B類似，示出了沒(méi)有反射器和RF源的緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的實(shí)施方 式，緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的最大尺寸小于空氣共振器/波導(dǎo)的基波模式的諧振頻率的1/2 自由空間波長(zhǎng)；圖11示出了作為輸出耦合元件之上的距離的函數(shù)的、氣體填充容器(在這種情況 下，為石英燈泡)的表面的溫度分布的簡(jiǎn)化示圖，在這種情況下，燈泡在垂直方向上工作；圖12A示出了傳統(tǒng)電介質(zhì)共振器中的氣體填充容器的簡(jiǎn)化截面圖，示出了來(lái)自電 弧的大部分光在最終離開(kāi)燈泡的頂部表面之前被反射回?zé)襞?；圖12B示出了在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的氣體填充容器的簡(jiǎn)化截面圖，示出了 在這種情況下來(lái)自電弧的大部分光在離開(kāi)燈泡的表面之前未被反射回?zé)襞荩粓D13A示出了傳統(tǒng)電介質(zhì)共振器的透視圖的簡(jiǎn)化示圖，證明了從觀看者的角度僅 電弧的頂部可見(jiàn)，不透明的電介質(zhì)共振器阻擋了對(duì)于大部分電弧的視線；圖13B示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的透視圖的簡(jiǎn)化示圖，證明了從觀看者的角 度(包括當(dāng)觀看者在空氣共振器/波導(dǎo)的周?chē)苿?dòng)360度時(shí))，電弧的大部分是可見(jiàn)的；圖14A示出了使用在燈泡內(nèi)部具有電極的傳統(tǒng)金屬鹵化物燈的照明設(shè)備的簡(jiǎn)化 示圖；圖14B示出了使用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式、使用作為點(diǎn)光源的非常緊湊的氣體填 充容器的照明設(shè)備的簡(jiǎn)化示圖；以及圖15示出了從本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所發(fā)射的光譜的實(shí)例的簡(jiǎn)化示圖，該光譜 具有在光譜的可見(jiàn)光、紫外光和紅外區(qū)的發(fā)射。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明，提供了涉及利用等離子燈生成光的裝置和方法的技術(shù)。更具體地，本 發(fā)明提供了由射頻源所驅(qū)動(dòng)而未使用氣體填充容器(燈泡)內(nèi)部電極的等離子燈及相關(guān)方 法。僅作為實(shí)例，可以將這種等離子燈應(yīng)用于諸如體育場(chǎng)、保衛(wèi)部門(mén)、停車(chē)場(chǎng)、軍事及防御、 路燈、大小建筑物、橋梁、倉(cāng)庫(kù)、農(nóng)業(yè)、uv水處理、建筑照明、舞臺(tái)燈光、醫(yī)用照明、顯微鏡、投 影儀及顯示器、其任何組合等的應(yīng)用場(chǎng)合。提供以下描述以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和使用本發(fā)明，并且將本發(fā)明 結(jié)合到具體應(yīng)用中。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，不同應(yīng)用的多種修改和多種使用將是顯而易 見(jiàn)的，并且可以將本文中所定義的一般原理應(yīng)用于廣泛的實(shí)施方式。因此，本發(fā)明并不局限 于所提供的實(shí)施方式，而是根據(jù)與本文所公開(kāi)的原理和新特征一致的最寬泛的范圍。在以下詳細(xì)描述中，闡述了大量的具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的更全面理解。然而， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以實(shí)踐本發(fā)明而沒(méi)有必要受限于這些具體細(xì)節(jié)。在其他情況下，為了避免使本發(fā)明模糊不清，以框圖形式示出而非詳細(xì)描述已知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備。將讀者的注意力引向與本說(shuō)明書(shū)同時(shí)提交的、并且與本說(shuō)明書(shū)一起公開(kāi)供公眾審 查的文件和文檔，并且將所有的這些文件和文檔的內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此以作參考。除非 另有明確說(shuō)明，否則可以由用于相同的、等效的、或者類似的目的的可替換特征來(lái)替換在本 說(shuō)明書(shū)(包括所附權(quán)利要求、摘要、以及附圖的任何一個(gè))中所公開(kāi)的所有特征。因此，除非 另有明確說(shuō)明，否則所公開(kāi)的每個(gè)特征僅為通用的一系列等效或者類似特征的一個(gè)實(shí)例。此外，權(quán)利要求中沒(méi)有明確說(shuō)明用于執(zhí)行指定功能的“裝置”，或者用于執(zhí)行具體 功能的“步驟”的任何成分不能理解為在美國(guó)法典第35章第112條第6段所規(guī)定的“裝置” 或者“步驟”條款。特別地，在本文權(quán)利要求中的“步驟”或者“動(dòng)作”的使用并不旨在援弓I 美國(guó)法典第35章第112條第6段的條款。請(qǐng)注意，如果使用，則僅為了方便而使用標(biāo)號(hào)左、右、前、后、頂部、底部、向前、反 向、順時(shí)針以及逆時(shí)針，而并不旨在指示任何具體的固定方向。相反，將其用于反映物體的 多部分之間的相對(duì)位置和/或方向。另外，術(shù)語(yǔ)“第一”和“第二”或其他類似描述符未必 表示順序，而是應(yīng)當(dāng)使用通常的含義進(jìn)行理解。為了便于讀者理解，作為背景技術(shù)，我們將描述傳統(tǒng)的燈及其我們所發(fā)現(xiàn)的限制。 已經(jīng)提出了由微波源驅(qū)動(dòng)的無(wú)電極等離子燈。傳統(tǒng)的配置包括含有氙和諸如硫或者溴化 銫的發(fā)光體的氣體填充容器(燈泡)(例如，參見(jiàn)美國(guó)專利號(hào)6，476，557B1和本文中的圖 1)。燈泡位于空氣共振器/波導(dǎo)內(nèi)部，其利用由諸如磁電管的源提供并且被引入共振器/波 導(dǎo)的微波能，以加熱及使氬氣離子化并且蒸發(fā)硫以發(fā)光。為了使用高效及低成本的RF源， 期望將共振器/波導(dǎo)設(shè)計(jì)為以低于約2. 5GHz并且優(yōu)選地低于IGHz的頻率工作。以IGHz 在共振器的基波諧振模式中工作的傳統(tǒng)空氣共振器/波導(dǎo)至少具有約為15cm長(zhǎng)的一個(gè)尺 寸，原因在于該長(zhǎng)度約為共振器的諧振頻率的自由空間波長(zhǎng)的一半(λ /2)。這導(dǎo)致所發(fā)現(xiàn)的限制。這些限制包括共振器/波導(dǎo)尺寸對(duì)于大多數(shù)商業(yè)照明應(yīng)用 來(lái)說(shuō)其尺寸過(guò)于龐大，原因在于共振器/波導(dǎo)將安裝不進(jìn)去典型的照明器具(照明設(shè)備) 內(nèi)。另外，由于燈泡置于空氣/共振器腔內(nèi)，因此在用于商業(yè)和工業(yè)照明應(yīng)用中的多種類型 的照明設(shè)備的反射器的設(shè)計(jì)中，無(wú)法利用燈泡的電弧。Espiau等人在美國(guó)專利號(hào)6，737，809Β2中所提出的配置中，以氧化鋁來(lái)替換共振 器內(nèi)部的空氣，使得由于自由空間波長(zhǎng)(該共振器/波導(dǎo)的基波模式導(dǎo)波長(zhǎng))減小了約共 振器主體的有效介電常數(shù)的平方根，因此導(dǎo)致共振器/波導(dǎo)的尺寸減小。此外，參見(jiàn)圖2。 這種方法通過(guò)減小共振器的尺寸具有優(yōu)于在美國(guó)專利號(hào)6，476，557Β1中的空氣共振器的 某些優(yōu)勢(shì)，但是該方法具有其缺陷。這種缺陷可能包括更高的制造成本、與電介質(zhì)材料相關(guān) 的損耗、以及來(lái)自燈泡的光被電介質(zhì)材料阻擋。在該方法中，不能使用燈泡的電弧，這限制 了其在用于商業(yè)和工業(yè)照明應(yīng)用中的多種類型的照明設(shè)備中的使用。圖1示出了將RF能量耦合到氣體填充容器(燈泡)的傳統(tǒng)空氣共振器/波導(dǎo)的 實(shí)施例。空氣共振器400圍繞附至桿420的氣體填充容器410。在圖1的底部示出了共振 器的截面。圖中所示的尺寸A對(duì)應(yīng)于以900MHz的基波諧振模式工作的空氣共振器的直徑， 尺寸A約為16. 5cm，其約為900MHz的自由空間波長(zhǎng)的一半(通常是作為波導(dǎo)內(nèi)部的有效波 長(zhǎng)的自由空間導(dǎo)波長(zhǎng)的一半)。該共振器的尺寸對(duì)于大多數(shù)照明設(shè)備過(guò)于龐大。此外，燈泡 的電弧完全被共振器的壁包圍，這使得在設(shè)計(jì)照明裝置時(shí)難以使用傳統(tǒng)的反射器和光學(xué)器件。圖2示出了將RF能量耦合到氣體填充容器(燈泡)的傳統(tǒng)電介質(zhì)共振器/波導(dǎo) 的實(shí)施例。使用輸入探針540將RF能量耦合到電介質(zhì)共振器500中。共振器將RF能量耦 合到位于電介質(zhì)共振器內(nèi)部的氣體填充容器510，電弧515的大部分被電介質(zhì)共振器圍繞。 可以將反饋探針550用于將少量RF能量耦合到共振器以外，并且連同放大器和輸入探針一 起形成反饋回路以使燈泡上電。在圖2的底部示出了該共振器的截面，尺寸B對(duì)應(yīng)于該共 振器的直徑。與圖1中所示的空氣共振器相比，該方法的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于共振器的尺寸(為 運(yùn)行的基波模式所設(shè)計(jì))被減小了約電介質(zhì)材料的有效介電常數(shù)的平方根。因此，例如，在 共振器以介電常數(shù)為9. 4的氧化鋁制成的情況下，比圖1中所示的900MHz的空氣共振器的 直徑減小為約1/3，約為5. 3cm(尺寸B)。該方法的缺陷為該共振器必須由低RF損耗的電 介質(zhì)材料制成，使得該共振器更昂貴且更難于制造。此外，燈泡的大部分電弧515在電介質(zhì) 材料內(nèi)部，因此，不能靈活設(shè)計(jì)用于照明設(shè)備中的光學(xué)部件。通過(guò)下文更詳細(xì)地描述本發(fā)明 的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式，其已經(jīng)克服了這些和其他限制。圖3為本發(fā)明的緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的實(shí)施方式的簡(jiǎn)化圖。該示圖僅為實(shí)例，其 不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票疚臋?quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他變化、選擇、 以及修改。燈殼600由導(dǎo)電材料制成?？梢酝ㄟ^(guò)涂覆導(dǎo)電覆蓋層、或者通過(guò)選擇導(dǎo)電材料 來(lái)獲得導(dǎo)電性。導(dǎo)電覆蓋層的實(shí)例為銀粉漆或者可替換地，燈體可以由諸如鋁的導(dǎo)電材料 薄板制成。在該實(shí)施方式中，燈體由較寬直徑的底部625和較窄直徑的頂部650組成。圖 示的是圓柱形燈體，但是也可以使用矩形或者其他形狀。輸入耦合元件630在頂部表面631 處連接至燈體，其另一端連接至穿過(guò)燈體中的開(kāi)口 610的RF連接器611。輸入耦合元件630 可以由實(shí)心或者空心的導(dǎo)體制成或者可替換地由具有導(dǎo)電涂層的電介質(zhì)材料制成。輸出耦 合元件120在底部605處連接至燈體，其另一端連接至氣體填充容器(燈泡)130。輸出耦 合元件可以由實(shí)心或者空心的導(dǎo)電材料制成或者可替換地，可以由具有導(dǎo)電涂層的電介質(zhì) 材料制成。輸出耦合元件的頂端被成形為緊密容納氣體填充容器。在輸出耦合元件由實(shí)心 導(dǎo)體制成的情況下，將電介質(zhì)材料或者難熔金屬的薄層用作在燈泡與輸出耦合元件之間的 界面勢(shì)壘。在具體實(shí)施方式
中，氣體填充容器由諸如石英或者半透明的氧化鋁或者其他透 明或者半透明材料的適合材料制成。氣體填充容器填充有諸如氬或者氙的惰性氣體和諸如 汞、鈉、鏑、硫、或者諸如三溴化銦、溴化鈧、碘化鉈、溴化鈥、碘化銫、或者其他類似材料的金 屬鹵化物鹽的發(fā)光體(或者其可以同時(shí)含有多種發(fā)光體)?？傮w上，通過(guò)輸出耦合元件120 將RF能量電容地、電感地、或者電感及電容組合地耦合至燈泡130，電離惰性氣體并且蒸發(fā) 發(fā)光體導(dǎo)致從燈發(fā)出強(qiáng)光。在該實(shí)施方式中，燈泡的電弧115沒(méi)有被共振器/波導(dǎo)的壁圍 繞。反饋耦合元件635連接至穿過(guò)燈體中的開(kāi)口 620的RF連接器621。反饋耦合元件的另 一端未連接至燈體。緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的諧振頻率取決于多個(gè)參數(shù)，這些參數(shù)包括頂部(650)和 底部(62 的直徑和長(zhǎng)度、輸出耦合元件(120)的長(zhǎng)度和直徑、以及輸出耦合元件與燈體的 壁之間的間隙140。通過(guò)調(diào)節(jié)這些參數(shù)和緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的其他參數(shù)，可以將共振器 設(shè)計(jì)為以不同的諧振頻率工作。通過(guò)調(diào)節(jié)輸入耦合元件(630)與輸出耦合元件(120)之間 的間隙以及長(zhǎng)度，可以優(yōu)化RF源與燈泡之間的RF功率耦合。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，燈體600的底部625可以由直徑為5cm及高度為3. 8cm的中空鋁圓柱組成，頂部650具有直徑為1. 6cm及高度為1. 4cm0輸入耦合元件630的直徑 約為0. 13cm，輸出耦合元件120的直徑約為0. 92cm。這種空氣共振器/波導(dǎo)的基波諧振頻 率約為900MHz。通過(guò)調(diào)節(jié)各種設(shè)計(jì)參數(shù)(燈體的尺寸、輸出耦合元件的長(zhǎng)度和直徑、輸出耦 合元件與燈體的壁之間的間隙)以及其他參數(shù)，可以獲得不同的諧振頻率。此外，可以通過(guò) 調(diào)節(jié)各種設(shè)計(jì)參數(shù)使得對(duì)于900MHz共振器具有許多其他的設(shè)計(jì)可能性?；谝陨鲜纠?設(shè)計(jì)，可以看出該空氣共振器/波導(dǎo)的直徑C(5cm)明顯小于圖1中所示的現(xiàn)有技術(shù)中的空 氣共振器的直徑A (16. 5cm)。所公開(kāi)的緊湊空氣共振器/波導(dǎo)具有比傳統(tǒng)的大型空氣共振 器和電介質(zhì)共振器的顯著優(yōu)勢(shì)。更小的共振器尺寸和露出的電弧允許容易地將其集成在現(xiàn) 有的照明設(shè)備中。不需要使用將導(dǎo)致RF損耗和難以制造的昂貴的電介質(zhì)材料。本發(fā)明的 另一顯著優(yōu)勢(shì)在于輸入耦合元件630和輸出耦合元件120分別在與燈體600的外表面一致 的平面631和605處接地。這消除了需要微調(diào)它們插入燈體的深度(以及到該深度的它們 之間的RF耦合的任何靈敏度)，簡(jiǎn)化了燈的制作，還改善了燈輸出的亮度的穩(wěn)定性。該例證 僅為實(shí)例，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí) 到其他變化、修改、以及選擇。圖4示出了具有連接在反饋耦合元件635與輸入耦合元件630之間的RF放大器 210的圖3中所示的燈。該圖僅為實(shí)例，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到各種變化、選擇、以及修改。較短的反饋耦合元件635耦合來(lái) 自共振器的少量RF能量，進(jìn)而通過(guò)RF連接器621將反饋提供至RF放大器輸入端212。反 饋耦合元件635通過(guò)開(kāi)口 620被燈體600緊密容納，并且不與燈體的導(dǎo)電表面直接DC電接 觸。輸入耦合元件630通過(guò)RF連接器611與RF放大器輸出端211電連接。輸入耦合元件 630通過(guò)開(kāi)口 610被燈體600緊密容納，并且沒(méi)有在底部表面處與燈體600直接電連接。然 而，輸入耦合元件的另一端在631處連接至燈體600。只要放大器在共振器的諧振頻率處具 有大于反饋回路損耗的增益，并且反饋回路的相位滿足穩(wěn)態(tài)振蕩條件，則在反饋耦合元件、 RF放大器、輸入耦合元件、以及空氣共振器/波導(dǎo)之間的反饋回路就導(dǎo)致振蕩。通過(guò)輸入耦 合元件將來(lái)自放大器的RF功率耦合至輸出耦合元件120。輸出耦合元件將RF能量耦合至 燈泡，導(dǎo)致惰性氣體的電離，隨后蒸發(fā)發(fā)光體，然后導(dǎo)致燈泡發(fā)光。當(dāng)然，可以有其他變化、 修改、以及選擇。圖5A示出了除了去除反饋耦合元件之外，與圖4類似的燈。該圖僅為實(shí)例，其不 應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他變化、選 擇、以及修改。作為替代，通過(guò)振蕩器205和RF放大器210提供RF源，振蕩器的輸出端連 接至RF放大器210的輸入端212，放大器的輸出端211通過(guò)RF連接器611與輸入耦合元 件630電連接。輸入耦合元件將RF功率輸送至輸出耦合元件120，然后該輸出耦合元件將 其耦合至氣體填充容器130。該例證僅為實(shí)例，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范 圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他變化、修改、以及選擇。圖5B為增加有反射器670的、圖5A中所示的燈的透視圖。通過(guò)外部反射器670 來(lái)收集并引導(dǎo)來(lái)自燈泡130的光輸出，該外部反射器導(dǎo)電或者如果該外部反射器由電介質(zhì) 材料制成則其具有導(dǎo)電墊片，并且將該反射器附至燈體600并與其電接觸。反射器670被 圖示為拋物線形狀，燈泡130置于其焦點(diǎn)附近。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以設(shè)計(jì) 各種可能的反射器形狀來(lái)滿足光束方向和分布的要求。在具體實(shí)施方式
中，該形狀可以為圓錐形、凸形、凹形、梯形、金字塔形、或者這些形狀的任何組合等。該例證僅為實(shí)例，其不應(yīng) 不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他變化、修改、 以及選擇。圖6A為沒(méi)有RF源和反射器的圖5B中的燈的截面透視圖。將輸入耦合元件630 示為連接至緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的導(dǎo)電燈體600的頂部表面631。在該實(shí)施方式中，示出 了集成的燈泡/輸出耦合元件組件120(未組裝)具有可以擰到導(dǎo)電燈體的底部605的內(nèi) 螺紋螺桿底部。在這種情況下，輸出耦合元件由實(shí)心導(dǎo)體制成，但是可以由具有導(dǎo)電層的電 介質(zhì)材料制成。由于在電介質(zhì)材料的內(nèi)部不存在電場(chǎng)，因此所使用的電介質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)的RF 損耗不重要。諸如使用固定螺絲釘?shù)钠渌浇臃椒梢杂糜趯⑤敵鲴詈显B接至燈體。 該例證僅為實(shí)例，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 將認(rèn)識(shí)到其他變化、修改、以及選擇。圖6B與圖6A類似，但在該情況中，將輸出耦合元件120擰到導(dǎo)電燈體的底部605。 該圖僅為實(shí)例，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將 認(rèn)識(shí)到其他變化、選擇、以及修改。在確定空氣共振器/波導(dǎo)的諧振頻率時(shí)，在輸出耦合元 件120與燈體650之間的間隙140及輸出耦合元件120的長(zhǎng)度和直徑很重要。圖7A、圖7B、圖7C、以及圖7D示出了在緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的設(shè)計(jì)中為達(dá)到相 同的諧振頻率的某些可能變化。許多其他變化可以為設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)緊湊空氣共振器/波 導(dǎo)的靈活性。通過(guò)調(diào)節(jié)輸出耦合元件120的長(zhǎng)度，如圖7B所示，調(diào)節(jié)燈體的頂部650的長(zhǎng) 度與底部625的尺寸，可以獲得與圖7A中所示的空氣共振器/波導(dǎo)相同的諧振頻率。如圖 7C所示，另一種可能為除了使用更短的頂部650以外，還改變頂部650與輸出耦合元件120 之間的空氣間隙140以達(dá)到相同的諧振頻率。在圖7D中，空氣共振器的部分頂部650為錐 形以允許從底部625至頂部650更平緩地過(guò)渡。多種其他變化可能包括改變輸出耦合元件 120的直徑或者改變底部625的尺寸以改變空氣共振器/波導(dǎo)的諧振頻率。這些例證僅為 實(shí)例，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其 他變化、修改、以及選擇。圖8示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中，在輸出耦合元件120周?chē)迦腚娊橘|(zhì)套 管150。該圖僅為實(shí)例，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到其他變化、選擇、以及修改。電介質(zhì)套管增加了輸出耦合元件120與燈體頂 部650之間的間隙140中的電容，導(dǎo)致共振器/波導(dǎo)的諧振頻率降低。電介質(zhì)套管可以由 諸如石英的材料制成，也可以使用其他材料。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到其他變化、 修改、以及選擇。圖9示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方式。該圖僅為實(shí)例，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明 的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到其他變化、選擇、以及修改。除了通 過(guò)柱180和配線或者母線170將氣體填充容器的頂部連接至共振器主體600以外，該共振 器與圖5A中所示的共振器類似。柱180可以由實(shí)心導(dǎo)體制成或者可以由具有導(dǎo)電涂層的 電介質(zhì)材料制成。在由實(shí)心導(dǎo)體制成的情況下，可以將電介質(zhì)材料或者難熔材料的薄層用 作柱與燈泡之間的勢(shì)壘。圖10與圖5B類似，示出了沒(méi)有反射器和RF源的緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的實(shí)施方 式。該圖僅為實(shí)例，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他變化、選擇、以及修改。緊湊空氣共振器/波導(dǎo)在三坐標(biāo)系統(tǒng)(XYZ)中的任 一維的最大尺寸(在圖中，尺寸C、D、以及E)小于空氣共振器/波導(dǎo)的基波模式的諧振頻 率的1/2自由空間波長(zhǎng)。如在具體實(shí)施方式
中所示的，本發(fā)明提供了等離子燈裝置。該裝 置包括氣體填充容器，該氣體填充容器具有通過(guò)內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或 者半透明體，限定在內(nèi)部區(qū)域中的腔。該裝置還具有配置在氣體填充容器的周?chē)鷧^(qū)域內(nèi)的 空氣共振器區(qū)域。在具體實(shí)施方式
中，空氣共振器區(qū)域具有小于空氣共振器區(qū)域的基波諧 振頻率的1/2自由空間波長(zhǎng)的最大尺寸。該裝置具有被配置為生成小于等于2. 5GHz的諧 振頻率并且耦合至空氣共振器區(qū)域的rf源。當(dāng)然，可以具有其他變化、修改、以及選擇。在所示的可替換的具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明提供了可替換的等離子燈裝置。該裝 置具有波導(dǎo)體，該波導(dǎo)體具有小于諧振頻率的1/2自由空間波長(zhǎng)的最大尺寸。從三坐標(biāo)系 統(tǒng)的任一維中選擇最大尺寸。當(dāng)然，可以具有其他變化、修改、以及選擇。圖11示出了作為輸出耦合元件之上的距離的函數(shù)的氣體填充容器(在這種情況 下，為石英燈泡)的表面的溫度分布。在圖11的右側(cè)示出了圖3的燈泡以及共振器/波導(dǎo) 的頂部的一部分。該圖僅為實(shí)例，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他變化、選擇、以及修改。在這種情況下，該燈泡在垂直方向上 工作。在輸出耦合元件的端部之上的燈泡的近2/3長(zhǎng)度處出現(xiàn)約852°C的最高溫度。在輸 出耦合元件的端部稍微以上出現(xiàn)約783°C的最低溫度，在這種情況下其還非常近似于燈泡 內(nèi)部的最大電場(chǎng)區(qū)域。取決于燈泡的定向及燈泡的形狀和尺寸、共振器的設(shè)計(jì)(包括輸出 耦合元件的尺寸和用于制作該輸出耦合元件的材料)以及其他參數(shù)，可以改變燈泡表面的 溫度分布。當(dāng)然，可以具有其他變化、修改、以及選擇。仍在所示的可替換實(shí)施方式中，本發(fā)明還提供了可替換的等離子燈裝置。該裝置 具有氣體填充容器，該氣體填充容器具有通過(guò)內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者 半透明體和限定在內(nèi)部區(qū)域中的腔。在具體實(shí)施方式
中，氣體填充容器具有第一端部和第 二端部。盡管在某些情況下，最大溫度分布可能有微小偏差，但是在優(yōu)選實(shí)施方式中，該裝 置具有在空間上位于氣體填充容器的中央?yún)^(qū)域內(nèi)的最大溫度分布。在具體實(shí)施方式
中，中 央?yún)^(qū)域在第一端部與第二端部之間。在優(yōu)選實(shí)施方式中，最大溫度分布在外部表面區(qū)域附 近，基本上不受實(shí)心共振器主體區(qū)域的干擾。當(dāng)然，可以具有其他變化、修改、以及選擇。圖12A示出了在傳統(tǒng)電介質(zhì)共振器500中的氣體填充容器130的簡(jiǎn)化截面圖，圖 12B示出了在本發(fā)明的實(shí)施方式600中的氣體填充容器130的簡(jiǎn)化截面圖。該圖僅為實(shí)例， 其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他變 化、選擇、以及修改。由圖12A可知，在傳統(tǒng)電介質(zhì)共振器中，由于燈泡的大部分在電介質(zhì)共 振器內(nèi)部，所以來(lái)自燈泡的電弧的大多數(shù)光(13 首先到達(dá)電介質(zhì)共振器的不透明壁，進(jìn) 而光被反射回?zé)襞?。電弧吸收該反射光的一部分，然后再次發(fā)射。光繼續(xù)被反復(fù)反射直到 從燈泡頂部發(fā)射光(145)。通常，將反射涂層或材料用于圍繞燈泡(除頂部表面以外)以降 低反射損耗，但是在該過(guò)程中仍然損失了某些反射光。在圖12B所示的緊湊空氣共振器/ 波導(dǎo)600的情況中，來(lái)自燈泡的電弧的大多數(shù)發(fā)射光135穿過(guò)透明或者半透明的氣體填充 容器的壁而沒(méi)有反射回?zé)襞?。從燈泡的表面所發(fā)出的光145從燈泡的大部分表面發(fā)出而沒(méi) 有經(jīng)歷多次反射。當(dāng)然，可以具有其他變化、修改、以及選擇。如上所述，根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明提供了等離子燈裝置。該裝置包括氣體填充容器，具有通過(guò)內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者半透明體，被限定 在內(nèi)部區(qū)域中的腔；以及rf源，其耦合至氣體填充容器以使電磁輻射至少穿過(guò)50%的外部 表面區(qū)域而未被反射回氣體填充容器的內(nèi)部區(qū)域。再者，本發(fā)明提供了用于發(fā)射來(lái)自等離 子燈裝置的電磁輻射放射的方法。該方法包括使用被配置為向氣體填充容器提供rf能量 的至少一個(gè)或者多個(gè)rf源而生成來(lái)自氣體填充容器的內(nèi)部區(qū)域的電磁輻射，并且將來(lái)自 氣體填充容器的內(nèi)部區(qū)域的部分電磁輻射傳輸通過(guò)氣體填充容器的至少50%的外部表面 區(qū)域，而基本沒(méi)有反射回氣體填充容器的內(nèi)部區(qū)域。當(dāng)然，可以具有其他變化、修改、以及選 擇。圖13A示出了傳統(tǒng)電介質(zhì)共振器500的透視圖，圖13B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 方式的裝置600的實(shí)例的透視圖。從圖13A中的觀察者900的角度觀看燈泡的電弧115，僅 電弧的頂部可見(jiàn)(視線的頂部虛線915)。對(duì)于電弧中部和底部的其他兩條視線(通過(guò)X標(biāo) 記的兩條虛線920)被不透明的電介質(zhì)共振器阻擋。如果觀察者沿著圍繞電介質(zhì)共振器的 圓(圓形虛線950)在360度內(nèi)移動(dòng)，則仍然僅僅是電弧的頂部對(duì)于觀察者可見(jiàn)。在圖1 中所示的緊湊空氣共振器/波導(dǎo)600的情況下，觀察者900具有對(duì)于燈泡的電弧115的底 部、中部、以及頂部的清晰視線(三條虛線925)。另外，如果觀察者沿著圍繞緊湊空氣共振 器的圓(圓形虛線950)在360度內(nèi)移動(dòng)，則觀察者將具有對(duì)于燈泡電弧的清晰視野。當(dāng)然， 可以具有其他變化、修改、以及選擇。在所示的又一可替換實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了無(wú)電極等離子燈裝置。該裝置具 有氣體填充容器，該氣體填充容器具有通過(guò)內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者 半透明體，限定在內(nèi)部區(qū)域中的腔，該氣體填充容器沒(méi)有一個(gè)或者多個(gè)電極結(jié)構(gòu)。該裝置具 有支撐體，被配置為與氣體填充容器配合；以及電弧零件，由電磁輻射引起并且具有空間 設(shè)置在內(nèi)部區(qū)域中的第一端和第二端。在優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)從與電弧零件的第一端和第 二端之間的中央部正交的假想線的外沿在360度內(nèi)的任何空間位置觀看時(shí)，電弧零件的至 少50%露出。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中，將電弧零件設(shè)置在內(nèi)部區(qū)域的第一端與第二端 之間的空間區(qū)域內(nèi)。當(dāng)然，可以具有其他變化、修改、以及選擇。在又一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了無(wú)電極等離子燈裝置。該裝置具有氣體填充 容器，該氣體填充容器具有通過(guò)內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者半透明體，限 定在內(nèi)部區(qū)域中的腔，該氣體填充容器沒(méi)有一個(gè)或者多個(gè)電極結(jié)構(gòu)。該裝置還具有配置在 氣體填充容器的部分內(nèi)部區(qū)域中的最大電場(chǎng)區(qū)域。在具體實(shí)施方式
中，當(dāng)從與氣體填充容 器的中央部正交的假想線的外沿在360度內(nèi)的任何空間位置觀看時(shí)，從氣體填充容器的外 部區(qū)域露出最大電場(chǎng)區(qū)域。圖14A示出了使用在燈泡731內(nèi)具有電極的金屬鹵化物燈730的照明設(shè)備。二次 玻璃/石英外殼735包圍氣體填充容器731。鎮(zhèn)流器750用于對(duì)燈進(jìn)行操作。在這種情況 下，由于燈泡的電弧大，所以難以設(shè)計(jì)可以有效收集燈泡生成的所有光的緊湊型低成本反 射器700。在使用本發(fā)明的實(shí)施方式之一所設(shè)計(jì)的照明設(shè)備的情況下，在圖14B中，氣體填 充容器(燈泡)130是緊湊的，因此在設(shè)計(jì)反射器時(shí)可以將其當(dāng)作點(diǎn)光源。由于是緊湊的， 因此可以設(shè)計(jì)有效的反射器725以收集燈泡生成的所有光。在這種情況下，將RF驅(qū)動(dòng)器/ 鎮(zhèn)流器770用于對(duì)燈進(jìn)行操作。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)選地，本發(fā)明提供單光源等 離子燈裝置。該裝置具有被配置為無(wú)電極并且具有小于等于3cm的最大尺寸的單點(diǎn)光源，并且從單點(diǎn)光源所發(fā)出的電磁輻射發(fā)射至少具有20000流明。如上所述，本裝置消除了燈 陣列的使用和其他復(fù)雜笨重的設(shè)計(jì)。該圖僅為實(shí)例，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要 求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他變化、選擇、以及修改。圖15示出了從本發(fā)明的實(shí)施方式之一所發(fā)射的光譜的實(shí)例。該圖僅為實(shí)例，其不 應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其他變化、選 擇、以及修改。該光譜具有在光譜的可見(jiàn)光、紫外線、以及紅外線區(qū)的發(fā)射。通過(guò)改變?cè)跉?體填充容器內(nèi)部的發(fā)光體，可以改變發(fā)射光的光譜特性。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中也提供 了該設(shè)備。該設(shè)備包括rf源；電磁共振器結(jié)構(gòu)，耦合到至少一個(gè)rf耦合元件，其中，rf耦 合元件被配置為將rf能量引入電磁共振器結(jié)構(gòu)；包括填充材料的燈泡。將燈泡耦合至電磁 共振器結(jié)構(gòu)以放射來(lái)自至少紫外線、可見(jiàn)光、或者紅外線光譜的電磁能量；以及，燈泡的露 出區(qū)域突出在電磁共振器結(jié)構(gòu)的外部，以導(dǎo)致從燈泡的外部表面放射大部分電磁輻射，而 沒(méi)有從電磁共振器結(jié)構(gòu)反射。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中，光譜可以包括以上區(qū)域以及其 他區(qū)域的組合。當(dāng)然，可以具有多種結(jié)合、選擇、以及變化。雖然上文為具體實(shí)施方式
的完整描述，但是可以使用多種修改、選擇結(jié)構(gòu)、以及等 同物。因此，以上描述和示例不應(yīng)被看作對(duì)通過(guò)所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種等離子燈裝置，包括氣體填充容器，具有由內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域構(gòu)成的透明或者半透明體，在所述內(nèi) 部區(qū)域內(nèi)限定有腔；空氣共振器區(qū)域，被配置在所述氣體填充容器附近，所述空氣共振器區(qū)域具有小于所 述空氣共振器區(qū)域的基波諧振頻率的1/2自由空間波長(zhǎng)的最大尺寸；以及rf源，被配置為生成2. 5GHz以下的諧振頻率，并且所述rf源耦合至所述空氣共振器區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述1/2波長(zhǎng)為自由空間波長(zhǎng)，所述空氣共振器 區(qū)域?yàn)榍豢諝夤舱衿鳌?br>
3.一種等離子燈裝置，包括諧振波長(zhǎng)部，至少沿著空氣共振器區(qū)域的第一方向和第二方向進(jìn)行空間配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述波長(zhǎng)部為波導(dǎo)體的1/2波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述空氣共振器區(qū)域包括空氣和實(shí)心電介質(zhì)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要5所述的裝置，其中，以1 10至約10 1的空間體積比(空氣實(shí)心 電介質(zhì)材料)來(lái)設(shè)置所述空氣和所述實(shí)心電介質(zhì)材料。
7.一種等離子燈裝置，包括波導(dǎo)體，具有小于諧振頻率的1/2自由空間波長(zhǎng)的最大尺寸，從三坐標(biāo)系統(tǒng)的任一維 中選擇所述最大尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述波導(dǎo)體實(shí)質(zhì)上為非實(shí)心材料。
9.一種等離子燈裝置，包括氣體填充容器，具有由內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域構(gòu)成的透明或者半透明體，在所述內(nèi) 部區(qū)域內(nèi)限定有腔，所述氣體填充容器具有第一端部和第二端部；以及最大溫度分布，空間上置于所述氣體填充容器的中央?yún)^(qū)域，所述中央?yún)^(qū)域在所述第一 端部與所述第二端部之間；因此，所述最大溫度分布在所述外部表面區(qū)域的附近內(nèi)，基本上不受固體共振器主體 區(qū)域的干擾。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，進(jìn)一步包括至少25瓦的電源，所述電源配置有rf源。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述等離子燈裝置的特征在于，至少每瓦60流 明的效能。
12.—種等離子燈裝置，包括氣體填充容器，具有由內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域構(gòu)成的透明或者半透明體，在所述內(nèi) 部區(qū)域內(nèi)限定有腔；以及rf源，耦合至所述氣體填充容器，以使電磁輻射穿過(guò)至少50%的所述外部表面區(qū)域而 沒(méi)有反射回所述氣體填充容器的所述內(nèi)部區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述電磁輻射為可見(jiàn)光。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述電磁輻射包括UV、可見(jiàn)光、或頂。
15.一種用于發(fā)射來(lái)自等離子燈裝置的電磁輻射的方法，所述方法包括使用被配置為向氣體填充容器提供rf能量的至少一個(gè)或多個(gè)rf源從所述氣體填充容 器的內(nèi)部區(qū)域中生成電磁輻射；以及將來(lái)自所述氣體填充容器的所述內(nèi)部區(qū)域的部分所述電磁輻射傳輸通過(guò)所述氣體填 充容器的至少50%外部表面區(qū)域，而基本上沒(méi)有反射回所述氣體填充容器的所述內(nèi)部區(qū) 域。
16.一種無(wú)電極等離子燈裝置，包括氣體填充容器，具有由內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域構(gòu)成的透明或者半透明體，在所述內(nèi) 部區(qū)域內(nèi)限定有腔，所述內(nèi)部區(qū)域沒(méi)有一個(gè)或者多個(gè)電極結(jié)構(gòu)；支撐體，被配置為與所述氣體填充容器匹配；電弧部，由電磁輻射產(chǎn)生，并且所述電弧部具有空間上設(shè)置在所述內(nèi)部區(qū)域中的第一 端和第二端；以及當(dāng)從與所述電弧部的所述第一端與所述第二端之間的中央部正交的假想線的外沿在 360度內(nèi)的任何空間位置觀看時(shí)，至少50%的所述電弧部露出。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，將所述電弧部設(shè)置在所述內(nèi)部區(qū)域的第一端 與第二端之間的空間區(qū)域內(nèi)。
18.—種無(wú)電極等離子燈裝置，包括氣體填充容器，具有由內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域構(gòu)成的透明或者半透明體，在所述內(nèi) 部區(qū)域內(nèi)限定有腔，所述內(nèi)部區(qū)域沒(méi)有一個(gè)或者多個(gè)電極結(jié)構(gòu)；以及最大電場(chǎng)區(qū)域，被配置在所述氣體填充容器的部分所述內(nèi)部區(qū)域中，當(dāng)從與所述氣體 填充容器的中央部正交的假想線的外沿在360度內(nèi)的任何空間位置觀看時(shí)，所述最大電場(chǎng) 區(qū)域從所述氣體填充容器的外部區(qū)域露出。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述最大電場(chǎng)區(qū)域源于耦合至所述氣體填充 容器的一個(gè)或者多個(gè)rf源。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，進(jìn)一步包括波導(dǎo)體，所述波導(dǎo)體耦合至所述氣體 填充容器，因此所述氣體填充容器中的所述最大電場(chǎng)區(qū)域在空間上設(shè)置在所述波導(dǎo)體的外 部。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述最大電場(chǎng)區(qū)域基本上來(lái)自不透明材料的 附近。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述最大電場(chǎng)區(qū)域的特征在于電磁場(chǎng)峰值，所 述電磁場(chǎng)峰值為多個(gè)峰值之一。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述最大電場(chǎng)區(qū)域?yàn)槎鄠€(gè)最大電場(chǎng)區(qū)域之一。
24.一種等離子燈裝置，包括單點(diǎn)光源，被配置為無(wú)電極，并且所述單點(diǎn)光源具有小于3厘米的最大尺寸；以及從所述單點(diǎn)光源發(fā)射電磁輻射，所述電磁輻射具有至少20000流明。
25.一種等離子燈裝置，包括空間間隙，置于rf耦合元件和輸出耦合元件之間，所述輸出耦合元件耦合至氣體填充 容器。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，進(jìn)一步包括外殼，被配置為包括所述空間間隙、所述 rf耦合元件、以及所述輸出耦合元件。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述空間間隙包括空氣或者無(wú)反應(yīng)性氣體的 混合物。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述空間間隙為5cm以下。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述空間間隙為3cm以下。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述空間間隙為2cm以下。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述空間間隙為Icm以下。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述rf耦合元件在第一部分處接地，并且所述 rf耦合元件在第二部分處耦合至rf源。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述輸出耦合元件在第一部分處接地，并且所 述輸出耦合元件在第二部分處耦合至所述氣體填充容器。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述rf耦合元件電感地及電容地耦合至所述 氣體填充容器。
35.一種設(shè)備，包括rf源；電磁共振器結(jié)構(gòu)，耦合到至少一個(gè)rf耦合元件，所述rf耦 合元件被配置為將rf能量引入所述電磁共振器結(jié)構(gòu)；燈泡，包括填充材料，所述燈泡耦合 至所述電磁共振器結(jié)構(gòu)以發(fā)射至少來(lái)自紫外線、可見(jiàn)光、或者紅外線光譜的電磁能量；以及 所述燈泡的露出區(qū)域突出在所述電磁共振器結(jié)構(gòu)的外部以使大部分所述電磁輻射從所述 燈泡的外部表面放射，而沒(méi)有從所述電磁共振器結(jié)構(gòu)反射。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有接地耦合元件及改進(jìn)燈泡組件的無(wú)電極燈。一種無(wú)電極等離子燈，通常包括燈泡，該燈泡含有使用射頻(RF)能量激發(fā)產(chǎn)生光的填充氣體和發(fā)光體。該燈包括緊湊空氣共振器/波導(dǎo)，使用具有集成燈泡組件的接地耦合元件以減小共振器的尺寸并且改善燈的性能，也降低了成本并且簡(jiǎn)化了制造流程。
文檔編號(hào)H01J61/02GK102122602SQ20101058610
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者弗雷德里克·M·埃斯皮奧, 蒂莫西·J·布洛克特, 邁赫蘭·馬特路比安, 道格拉斯·A·道蒂 申請(qǐng)人:托潘加科技有限公司