專利名稱：包括具有點(diǎn)火天線的短電弧放電燈的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括短電弧放電燈和點(diǎn)火天線的裝置，該短電弧放電燈包括透明的且有可電離填充物的氣密燈室，同時在燈室中配置第一和第二電極，其中兩個電極中的每一個都連接在與其相應(yīng)的且延伸到燈室外部的電流導(dǎo)體上，連接到另一電流導(dǎo)體上的點(diǎn)火天線配置在燈室附近。
從US4053809中可知這種包括短電弧放電燈和點(diǎn)火天線的裝置。以下稱為燈的短電弧放電燈指其電極之間的距離小于燈室最大外徑一半的放電燈。短放電電弧可使由燈產(chǎn)生的光適當(dāng)成束。這種短放電電弧很適合例如投射燈或汽車前燈之類的燈。短電弧放電燈有填充物，在燈工作期間該填充物為幾十巴數(shù)量級和以上的很大壓力。事實(shí)上，僅僅在斷路后該高壓才逐漸下降，這難以短時間地使燈再點(diǎn)火。就該公知的燈而言，燈室有中心部分和在其兩側(cè)的任一側(cè)上的頸狀端部。在燈室旁邊延伸金屬導(dǎo)體，該金屬導(dǎo)體被固定并按距中心部分一定的距離環(huán)繞一個端部。與金屬導(dǎo)體連接的另一電流導(dǎo)體順序連接在電極的一個電流導(dǎo)體上。該金屬導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了使燈再點(diǎn)火所需時間的縮短，從而起到點(diǎn)火天線的作用。施加給點(diǎn)火天線的再點(diǎn)火電壓越高，那么該再點(diǎn)火時間就越短。但是，由于當(dāng)電壓過高時會出現(xiàn)從點(diǎn)火天線向燈室的跳火，所以在點(diǎn)火天線上可允許的再點(diǎn)火電壓受限。這種跳火會損害燈，使燈壽命大大縮短。
本發(fā)明的目的在于在開篇所述的這種裝置中提供使再點(diǎn)火時間進(jìn)一步降低和可避免從點(diǎn)火天線向燈室的跳火的裝置。按照本發(fā)明，開篇所述的那種類型裝置的特征在于，點(diǎn)火天線有帶有可電離填充物的氣密天線盒，并包括與另一電流導(dǎo)體連接的另一電極。當(dāng)另一電流導(dǎo)體產(chǎn)生再點(diǎn)火電壓時，另一電極使天線盒的可電離填充物出現(xiàn)電離。接著，天線盒的填充物變得具有導(dǎo)電性，從而該填充物在燈室中象金屬導(dǎo)體那樣產(chǎn)生電場。但是，令人驚異的是，按照本發(fā)明的裝置，在點(diǎn)火天線上可以產(chǎn)生相當(dāng)高的再點(diǎn)火電壓，同時不會產(chǎn)生從點(diǎn)火天線向燈室的跳火。這使得再點(diǎn)火時間可進(jìn)一步降低。
應(yīng)該指出，在US5248918中披露了無電極HID燈，在該燈中，利用磁感應(yīng)，在燈工作期間在燈室的可電離填充物中保持放電。由于沒有電極，所以冷狀態(tài)下的這種燈一般比有電極的普通燈難以點(diǎn)火。這種情況的一個重要原因是，在該狀態(tài)下，在無電極燈燈室中缺少自由電子。為了改善這種無電極燈的點(diǎn)火，把包含可電離介質(zhì)的管附加在燈室上。當(dāng)無電極燈點(diǎn)火時，在該管的自由端上提供高電壓。當(dāng)短電弧放電燈在熱條件下再點(diǎn)火時，本發(fā)明的措施特別有效。對于短電弧放電燈的熱再點(diǎn)火來說，缺少自由電子也不再有任何影響。
此外，應(yīng)該指出，在US3828214中披露了一種高壓鈉燈，該燈的燈室裝在包含可電離填充物的外殼中。另一電極配置在外殼的內(nèi)部。在這種燈的情況下，燈電極之間的距離遠(yuǎn)大于燈室的直徑。當(dāng)電壓施加在燈上時，包圍燈室的外殼中的填充物被電離。結(jié)果，燈室中的填充物被加熱，使高壓鈉燈的點(diǎn)火電壓降低。在該專利申請中，披露了將外殼中被電離的等離子體作為導(dǎo)電本體。在燈室附近的導(dǎo)電本體，例如導(dǎo)電帶被用于高壓鈉燈，以縮短在點(diǎn)火時被橋接的距離。首先，在導(dǎo)電帶和鄰近電極之間的相當(dāng)短的距離上出現(xiàn)容性放電。然后，燈室中的放電延伸至燈室中的電極之間。
本發(fā)明人已展示了本發(fā)明裝置的實(shí)驗研究，即再點(diǎn)火電壓施加給點(diǎn)火天線后，在沿?zé)羰冶诘膬?nèi)表面的較長路徑上首先出現(xiàn)初始放電。接著，這種初始放電轉(zhuǎn)換為電極之間的電弧放電。
在短電弧放電燈中，在熱條件下可電離填充物的濃度很高。這導(dǎo)致難以充分加速在燈室中出現(xiàn)的自由電子來實(shí)現(xiàn)放電。因此，當(dāng)短電弧放電燈點(diǎn)火時燈室溫度的上升實(shí)際上導(dǎo)致點(diǎn)火電壓的增加。在本發(fā)明裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，由于這個原因?qū)羰业募訜崤渲迷谔炀€盒的外部。結(jié)果，基本避免了因天線盒中的放電導(dǎo)致的燈室的加熱。
為了抵消光損失，天線盒最好由透明材料制成，例如諸如單晶金屬氧化物，例如藍(lán)寶石；多晶金屬氧化物，例如透明的氣密性氧化鋁(DGA)、釔鋁石榴石(YAG)或氧化釔(YOX)；或多晶的非氧化物材料，例如氮化鋁(AlN)之類的陶瓷材料。玻璃，例如石英玻璃也適合作為透明材料，并有提供給點(diǎn)火天線形狀(form)較大自由的優(yōu)點(diǎn)。
按照本發(fā)明的裝置，為了實(shí)現(xiàn)更短的再點(diǎn)火時間，在天線盒中產(chǎn)生的輻射的性質(zhì)和強(qiáng)度并不特別重要。但是，在燈在冷條件下點(diǎn)火時，為了實(shí)現(xiàn)更短的點(diǎn)火時間，在沒有外界光時，如果在激勵條件下點(diǎn)火天線產(chǎn)生波長范圍最好在190至260nm的紫外線輻射，那么更好。例如，點(diǎn)火天線有汞和氬的填充物。
另一電極可以裝在天線盒中，并通過氣密引線連接在另一電流導(dǎo)體上。但是，其中將另一電極固定在天線盒的外表面上的實(shí)施例更容易制造。因此，不需要?dú)饷芤€連接。此外，由于這種情況下的天線盒的壁避免了在天線盒內(nèi)部另一電極與填充物之間的任何化學(xué)反應(yīng)，所以這增大了對另一電極材料的選擇余地和對填充物成分的選擇余地。
在點(diǎn)火天線上產(chǎn)生的點(diǎn)火電壓例如為高頻交流電壓，但另一方面，可以是重復(fù)的脈動電壓。
在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置的特征還在于電壓轉(zhuǎn)換裝置，在該裝置中，將電流導(dǎo)體連接在電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸入端上，并且在該裝置中，將另一電流導(dǎo)體連接在其相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸出端上。由于該裝置包括電壓轉(zhuǎn)換裝置，所以該裝置可以與電源連接，在燈點(diǎn)火時和燈的正常工作期間該電源僅需要供給較低的電壓。因此，可以把具有較低成本的元件用于電源。電壓轉(zhuǎn)換裝置例如被配置有圍繞例如磁性材料磁芯的初級繞組和次級繞組的變壓器。另一方面，可以將轉(zhuǎn)換裝置配置成螺旋線變壓器。
最好由壓電變壓器形成電壓轉(zhuǎn)換裝置。對于接近其諧振頻率的頻率來說，這種類型的變壓器產(chǎn)生比相對于偏離諧振頻率很多時的輸出電壓高得多的輸出電壓。最好在實(shí)施例中將變壓器和燈連接在同一電源上，因為按這種方式，可以改變變壓器輸出端上的電壓，同時在變壓器輸出端上的電壓對燈電極上的電壓沒有明顯的影響。
本發(fā)明裝置的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，燈室有較寬的中心部分和在其兩側(cè)的每一側(cè)上的頸狀端部，將電極配置在燈室的中心部分，電流導(dǎo)體分別通過相應(yīng)的端部延伸，而點(diǎn)火天線的天線盒為在靠近中心部分處環(huán)繞一個端部的管。這種雙邊短電弧放電燈很容易按工業(yè)規(guī)模來制造。
由于電極之間的短距離，所以該短電弧放電燈很適合用于帶有反射鏡的裝置中，例如，適合投射的目的。
該裝置最好包括上述雙邊短電弧放電燈。這種裝置的實(shí)用和緊湊的實(shí)施例的特征在于，反射鏡是會聚反射鏡，該會聚反射鏡有光軸、光發(fā)射窗口和與該窗口相對的另一窗口，該另一窗口有環(huán)繞燈室的中心部分的反射鏡，燈室的頸狀部分沿光軸延伸，被點(diǎn)火天線環(huán)繞的端部通過該另一窗口向外延伸。
參照下述實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明顯。
在附圖中

圖1表示本發(fā)明的包括短電弧放電燈和點(diǎn)火天線的裝置的第一實(shí)施例的縱向剖面圖，該裝置還包括反射鏡和電壓轉(zhuǎn)換裝置，圖2A是更詳細(xì)地表示第一實(shí)施例的點(diǎn)火天線的縱向剖面圖，圖2B表示沿圖2A中II-II線剖切的點(diǎn)火天線，圖3更詳細(xì)地表示圖1所示裝置的電壓轉(zhuǎn)換裝置，圖4A更詳細(xì)地表示本發(fā)明裝置的第二實(shí)施例的點(diǎn)火天線，圖4B表示沿圖4A中III-III線剖切的點(diǎn)火天線，圖5表示本發(fā)明的包括短電弧放電燈和點(diǎn)火天線的裝置的第三實(shí)施例的縱向剖面圖，該裝置還包括反射鏡和電壓轉(zhuǎn)換裝置，和圖6更詳細(xì)地表示圖5所示裝置的電壓轉(zhuǎn)換裝置。
圖1表示包括短電弧放電燈1和點(diǎn)火天線2的裝置。短電弧放電燈包括透明的并有可電離填充物的氣密燈室10。在這種情況下，填充物包含一種或多種稀有氣體，這里為氬，在100兆巴的填充壓力下，至少有0.2mg/mm3的汞和例如10-6-10-4？mol/mm3的一種或多種鹵素Cl、Br、I，這里以溴化汞的形式。圖1中的燈室由石英玻璃制成，但也可以是不同的陶瓷材料。在燈室10中，配置相互之間的距離為1mm的第一和第二電極11a、11b。燈室10的最寬外徑D為9mm。電極之間的相互距離d在本實(shí)施例中小于燈室最寬外徑D的一半。兩個電極11a、11b中的一個與其本身延伸到燈室10外部的電流導(dǎo)體12a、12b連接。在燈室10附近，配置與另一電流導(dǎo)體24連接的點(diǎn)火天線2。
在圖1所示的實(shí)施例中，短電弧放電燈的燈室10有較寬的中心部分10c，在其兩側(cè)有外徑為6.1mm的頸狀端部10a、10b。將電極11a、11b配置在燈室10的中心部分11c中，而電流導(dǎo)體12a、12b分別通過自身的端部10a、10b延伸。
在圖2A和圖2B中更詳細(xì)地表示點(diǎn)火天線2。在這些圖中，還用虛線表示燈室10的一部分10a、10c。點(diǎn)火天線2有氣密天線盒20，該氣密天線盒包含在100兆巴填充壓力下由氬形成的可電離填充物。在另一實(shí)施例中，可電離的填充物還包括例如0.5mg的汞。點(diǎn)火天線2還有與另一電流導(dǎo)體24連接的另一電極22。在這種情況下，點(diǎn)火天線2有配置為鎢引線的內(nèi)部電極22。引線22通過鉬制的帶狀引入元件23與鉬制的另一電流導(dǎo)體24連接。在另一實(shí)施例中，沒有鎢引線，引入元件的自由端作為內(nèi)部電極。這里，點(diǎn)火天線2的天線盒20是壁厚度為0.4mm的石英玻璃管。該管有長度為25mm和內(nèi)徑為1.6mm的較寬的第一部分21a，該第一部分沿頸狀端部10a延伸。該管有圍繞頸狀端部10a的較窄的第二部分21b，該第二部分21b在中心部分10c附近其內(nèi)徑為0.6mm。在這種情況下，第二部分21b圍繞端部10a彎曲360？。
在圖示的實(shí)施例中，燈室10配置在點(diǎn)火天線20的外部。
圖1所示的裝置還有反射鏡30。該反射鏡是具有光軸31、光發(fā)射窗口32和與光發(fā)射窗口相對的另一窗口33的會聚反射鏡30。在這種情況下，該反射鏡是拋物面反射鏡。反射鏡30圍繞在燈室10的中心部分10c的周圍。一個端部10a通過反射鏡30的另一窗口33向外延伸。
該裝置還包括電壓轉(zhuǎn)換裝置40。電流導(dǎo)體12a、12b分別與其相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換裝置40的輸入端41a、41b連接，而另一個電流導(dǎo)體24與電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸出42連接。這里，將電壓轉(zhuǎn)換裝置40配置成有圍繞軟磁性材料磁芯49的初級繞組47和次級繞組48的感應(yīng)工作變壓器(參見圖3)。
考察作為供給點(diǎn)火天線上的再點(diǎn)火電壓函數(shù)的本發(fā)明裝置的再點(diǎn)火時間。對于非本發(fā)明的裝置，也考察這種關(guān)系，對于該裝置來說，點(diǎn)火天線配置為Fe70Cr25Al5(wt％)合金的固態(tài)導(dǎo)體。
在非本發(fā)明裝置的情況下，當(dāng)點(diǎn)火電壓超過5kV時，就有從點(diǎn)火天線向燈室的跳火。實(shí)際上，對于非本發(fā)明的燈來說，這種跳火使燈難以實(shí)現(xiàn)比45秒更短的再點(diǎn)火時間。在按照本發(fā)明的裝置、點(diǎn)火天線20上有8kV峰值的再點(diǎn)火電壓和在電極之間有800V的點(diǎn)火電壓的情況下，可實(shí)現(xiàn)30秒的再點(diǎn)火時間。而沒有從點(diǎn)火天線20向燈室10的跳火。利用為絕緣的目的而提供的基于陶瓷材料的配套元件26，可避免從另一電流導(dǎo)體24向頸狀部分10a的跳火。
與圖1、圖2A或圖2B的元件對應(yīng)的圖4A、圖4B中的元件被標(biāo)以增加100的參考序號。這些圖表示本發(fā)明裝置的第二實(shí)施例中的點(diǎn)火天線102。其虛線部分表示短電弧放電燈101的燈室110的部分110a、110c。在本實(shí)施例中，點(diǎn)火天線102的天線盒120完全由其內(nèi)徑為0.6mm和壁厚度為0.45mm的石英玻璃管構(gòu)成。其中，電極122固定在天線盒的外表面上。在這種情況下，將電極122設(shè)置成金屬管122a，利用向內(nèi)移動彈性銷122a’將金屬管122a緊固在天線盒120的直線部分121a的自由端121a’上。母線122a與天線盒120中的可電離填充物容性耦合。其中，自由端121a’被金屬涂層122b覆蓋，在本例中用鉑覆蓋，由此可獲得更好的容性耦合。
圖5表示本發(fā)明的包括短電弧放電燈和點(diǎn)火天線的裝置的第三實(shí)施例。與圖1中元件對應(yīng)的元件被標(biāo)以增加200的參考序號。在本實(shí)施例中，點(diǎn)火天線的天線盒220設(shè)置成陶瓷材料的直管，在本例中該陶瓷材料為氧化鋁。天線盒220橫向地配置在燈室210的端部210a上。其中，由壓電變壓器(圖6中示意地示出)形成電壓轉(zhuǎn)換裝置240。例如參照圖1，按照上述專利申請W098/15985中說明的那樣配置壓電變壓器。在本例中，圖6中的元件243、244、245、246、243’、244’和PEB分別對應(yīng)于上述申請的1、2、3、EL1、1’、2’和PEB。
顯然，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以有許多變更。例如，在本發(fā)明的包括短電弧放電燈和反射鏡的裝置的變形例中，將點(diǎn)火天線配置在轉(zhuǎn)向光發(fā)射窗口的燈端部附近。在該變形例中，另一電流導(dǎo)體例如從天線盒徑向延伸至反射鏡，通過反射鏡中的橫向開口通向電壓轉(zhuǎn)換裝置或另一高電壓源。
權(quán)利要求
1.一種包括短電弧放電燈(1)和點(diǎn)火天線(2)的裝置，該短電弧放電燈包括透明的且有可電離填充物的氣密燈室(10)，同時在燈室中配置第一和第二電極(11a、11b)，該兩個電極中之一連接在其自身延伸到燈室外部的電流導(dǎo)體(12a、12b)上，連接到另一電流導(dǎo)體(24)上的點(diǎn)火天線配置在燈室附近，其特征在于，點(diǎn)火天線(2)包括其內(nèi)包含可電離填充物的氣密天線盒(20)，并包括與供給電流導(dǎo)體(24)連接的電極(22)。
2.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，燈室(10)配置在天線盒(20)的外部。
3.如權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于，由透明材料制成天線盒(20)。
4.如權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于，在激勵狀態(tài)下點(diǎn)火天線(2)產(chǎn)生紫外線輻射。
5.如權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于，另一電極(122)固定在天線盒(120)的外表面上。
6.如權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于，通過電壓轉(zhuǎn)換裝置(40)，電流導(dǎo)體(12a、12b)分別與電壓轉(zhuǎn)換裝置的相應(yīng)的輸入端(41a、41b)連接，并且另一電流導(dǎo)體(24)與電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸出端(42)連接。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，由壓電變壓器形成電壓轉(zhuǎn)換裝置(240)。
8.如權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于，燈室(10)有較寬的中心部分(10c)和在其兩側(cè)的每一側(cè)上，具有配置在燈室的中心部分的電極(11a、11b)的頸狀端部(10a、10b)，電流導(dǎo)體(12a、12b)分別通過各自的端部延伸，點(diǎn)火天線(2)的天線盒(20)是靠近中心部分環(huán)繞一個端部(10a)的管。
9.如權(quán)利要求1或2的裝置(1)，其特征在于，有反射鏡(30)。
10.如權(quán)利要求8和9的裝置，其特征在于，反射鏡(30)為會聚反射鏡(30)，包括光軸(31)，光發(fā)射窗口(32)和與此相對的另一窗口(33)，窗口(33)帶有環(huán)繞燈室(10)的中心部分(10c)的反射鏡，燈室的頸狀部分(10a、10b)沿光軸延伸，被點(diǎn)火天線(2)的天線盒(20)環(huán)繞的端部(10a)通過另一窗口向外延伸。
全文摘要
本發(fā)明的短電弧放電燈(1)配有透明的燈室(10),該燈室按氣密方式密封,并有可電離的填充物。第一和第二電極(11a、11b)配置在燈室(10)中,分別與其相應(yīng)的且延伸至燈室外部的電流導(dǎo)體(12a、12b)連接。點(diǎn)火天線(2)配置在燈室附近,該天線與另一電流導(dǎo)體(24)連接。點(diǎn)火天線包括天線盒(20)和另一電極(22),該天線盒按氣密方式密封并包括可電離填充物,另一電極(22)與另一電流導(dǎo)體(24)連接。這樣可以利用點(diǎn)火天線上的較高的再點(diǎn)火電壓實(shí)現(xiàn)更短的再點(diǎn)火時間,同時避免從點(diǎn)火天線(2)向燈室(10)的跳火。
文檔編號H05B41/04GK1258379SQ99800321
公開日2000年6月28日 申請日期1999年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月19日
發(fā)明者D·利斯, K·洛恩, M·奧斯曼恩, J·M·德雷格特, G·H·德拉, H·C·M·范德尼烏文赫森 申請人:皇家菲利浦電子有限公司