CN102725819B - 用于美容皮肤护理的电子高压放电灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于美容皮肤护理的电子高压放电灯(10),包括由石英玻璃构成的照明管(20),其中由金属构成的至少两个电极(21)以比照明管(20)的内径大的相互距离布置在所述照明管(20)中,其中在所述照明管(20)中密封有气体,并且使用铜和锡来掺杂石英玻璃,由此减小了所述照明管(20)对波长短于550nm的电磁辐射的透射。本发明还涉及这种电子高压放电灯在用于美容皮肤护理的日光浴设备或灯中的使用。
Description
技术领域
本发明涉及用于美容皮肤护理的电子高压放电灯,包括由石英玻璃构成的照明管,其中以彼此之间大于照明管的内径的距离来在照明管中布置由金属构成的至少两个电极。此外,本发明涉及根据本发明的电子高压放电灯的使用。
背景技术
许多调查已经显示,使用在530和950 nm之间的波长范围中的光照射人的皮肤导致皱纹减少并且因此导致皮肤的嫩化。这主要涉及在所述波长范围中的光触发皮肤的胶原产生。这导致皮肤变得更紧实。根据现有技术已知使用红色LED来用于这种类型的方法。基于所述红色LED来构造灯,这些灯然后用于照射皮肤区域。已经证明为不利的是,LED仅包括具有经常小于15 nm的带宽的线光谱。根据具体的皮肤类型,这可能遗憾地不导致期望的效果。
电子高压放电灯例如是发射近乎连续光谱的辐射灯的示例。例如从US 2008 255 547 A1已知用于美容皮肤护理的所述电子高压放电灯。为了至少部分地吸收不期望的波长,所述高压放电灯被布置在滤片后。这种类型的布置的缺点在于:需要另外的部件来构造辐射灯。所述另外的部件需要空间,并且引起另外的成本。
因此,一般的DE 10 2006 058 279 A1提出了一种电子高压放电灯的照明管,该照明管由掺杂了钒并且另外如果适用则掺杂了铈和/或钛的石英玻璃构成。该掺杂允许省略滤片,因为该掺杂减少了在不期望范围中的辐射。在此的缺点是:钒掺杂的吸收边缘对于获得期望的波长分布(Wellenlängenprofil)不是最佳的。
发明内容
因此,本发明的目的是克服现有技术的缺点,特别是提供一种电子高压放电灯,该电子高压放电灯产生期望的波长光谱或者发射尽可能接近期望的波长光谱的波长光谱。至少要避免特别不利的在550
nm以下的短波长。
提出具有专利权利要求1的特征的电子高压放电灯来满足所述目的。此外,提出对根据本发明的电子高压放电灯的使用来满足所述目的。从属权利要求每一个说明了优选扩展方案。在电子高压放电灯的上下文中描述的特征和细节也应在使用方面适用,并且反之亦然。
通过在照明管中密封气体和用铜和锡来掺杂石英玻璃来满足所述目的,由此减少照明管对波长短于550 nm的电磁辐射的透射。
在本上下文中,本发明可以提供由石英玻璃构成的照明管,所述石英玻璃具有在重量上至少99.5%的SiO2。
本发明也可以将电子高压放电灯提供为卤素灯。
本发明的一个有利实施例将所述照明管中的气体提供为包括汞和/或碘化锂。
本发明也可以将照明管提供为包含元素周期系的I或/和II或/和III族的一种或多种金属的一种或多种卤素化合物。
本发明提出了所述气体包括碘化汞和碘化锂以及氩,并且所述气体优选地另外包括碘化铊。
为了吸收不期望的长波长,本发明提出至少在照明管的部分表面上提供金属氧化物涂层,所述金属氧化物涂层衰减波长长于800 nm的电磁辐射。
本发明还可以提供,所述照明管至少在一个末端处被提供有反射热辐射的涂层,特别是包括氧化锆的涂层。
本发明的特别有利的实施例提供了,与未掺杂的照明管相比,掺杂将对波长短于550 nm的电磁辐射的透射降低70%,优选地降低80%。
本发明还可以提供,与未掺杂的照明管相比,掺杂将对波长在300 nm和550
nm之间的电磁辐射的透射降低70%,优选地降低80%。
此外特别有利的是,所述照明管透射波长在550 nm和750
nm之间的电磁辐射的至少70%。
本发明还提出了用钛来掺杂照明管。
本发明进一步提出了,照明管是细长的、优选地是圆柱形的、特别优选地是具有圆形基面的圆柱形的。
为了满足所述目的,本发明进一步提出了,气体被密封在照明管中,其中气体包括汞和碘化锂,所述照明管另外被掺杂了铜和钛,以便减少照明管对波长短于550
nm的电磁辐射的透射。
本发明的核心点之一在于使用电子高压放电灯。与由LED构成的灯相比,根据本发明设计的高压放电灯具有比较连续的光谱并且因此影响甚至在不同皮肤类型中的胶原产生和/或皮肤嫩化。为了实现这个目标并且/或者满足如上所提到的目的,根据本发明的高压放电灯包括照明气体—根据本发明的范围也被称为气体,所述气体包括碘化锂。与汞和/或汞化合物组合的碘化锂的使用获得主要位于530和950
nm之间的范围中的发射光谱。线光谱也被激励,但是发射光谱的很强的加宽导致近乎连续的高强度光谱。另外,根据本发明的电子高压放电灯的特点在于,由SiO2—也称为石英玻璃—构成的照明管被掺杂铜和锡。铜掺杂衰减由气体发射的波长短于550 nm的电磁辐射。掺杂所述照明管使得所述照明管在频率范围中表现得像低通滤波器,并且/或者在电磁辐射的波长范围中表现得像高通滤波器。所述掺杂不获得在发射中的阶梯函数,但是掺杂使得能够滤除在电子高压放电灯的光中的可能有害的UV(紫外)部分的显著部分—至少50%。总之,通过根据本发明的高压放电灯在550和800 nm之间的期望波长范围中获得近乎连续的光谱,使得可以甚至对于不同的皮肤类型提供美容皮肤护理。
本发明所基于的令人惊讶的发现是,组合铜和锡作为掺杂物允许以持续的方式来获得较低波长范围的期望的吸收率,即使得照明管的吸收属性不随着时间迅速地变差。如果单独使用铜,则铜扩散通过石英玻璃的晶格并且形成簇。这是由于所述照明管在所述电子高压放电灯中所被暴露于的高温。因为铜簇不溶解,所以遍及石英玻璃分布的铜的量稳定地减少。因此,铜掺杂的密度在操作时间期间过快地降低。结果,掺杂的SiO2的吸收属性变差。随着服务时间增加,单独掺杂了铜的照明管因此越来越允许不期望的、有害的、短波的电磁辐射通过。令人惊讶地发现,除了铜还掺杂锡抑制了或甚至防止了在高温下形成簇,并且可以在电子高压放电灯的照明管中有利地使用该效果。因此,照明管的期望的吸收属性被长时间地保持,并且根据本发明的电子高压放电灯具有长的服务寿命。因为铜锡合金被称为青铜,所以也可以说是石英玻璃的青铜掺杂。
用锡掺杂因此遇到了这样的问题,即由掺杂铜的石英玻璃构成的照明管的服务寿命很短或由SiO2构成的掺杂铜的照明管的吸收属性随着时间变差。这是因为在操作中的电子高压放电灯的高温。这满足了下述目的:提供电子高压放电灯,该电子高压放电灯不仅发射有利的光谱,而且在操作中时不变差,即不经历不期望的老化。可以看到优点在于,不必定期地更换高压放电灯和/或照明管以便防止对于被辐射的个体的任何危害。这节省了成本、资源和时间,并且使得配备了根据本发明的所述高压放电灯的所有设备更为用户友好。
在本发明的范围中,胶原应当被理解为表示在人和动物中存在的结缔组织(更精确地:细胞外基质)的结构蛋白质。在人体中,具有所有蛋白质总重量的30%份额的胶原构成最常见的蛋白质。胶原是骨骼和皮肤的重要有机成分。
在本发明的范围中,掺杂应当被理解为表示下述处理,其中照明管的SiO2材料有针对性地被杂质原子污染。在本上下文中,通过离子轰击或扩散等来向晶体原子结构中引入杂质原子。存在多种掺杂过程,例如,扩散、从气相升华或在真空中通过高能粒子枪进行轰击(离子注入)。然而,还可以以元素形式作为青铜或更好地作为氧化物向熔化的SiO2材料添加铜和锡,以便产生具有期望的掺杂的石英玻璃。
在本发明的范围中,高压放电灯或气体放电灯应当被理解为表示下述光源:该光源使用气体放电来产生光并且利用通过原子或分子电子跃迁的自发发射和通过电子放电产生的等离子体的复合辐射来用于该目的。根据本发明,产生等离子体的气体是包含汞和碘化锂的混合物,其中也可以在其中包含惰性气体(氙、氪、氖)。在照明管中的两个电极可以包括钨(固体或绕线)。在照明管内的电流密度在开始时对于低压放电是足够高的,以立即跃迁到电弧放电,使得内部压力因为升高的温度和填充管的蒸发成分而剧烈地增加。根据设计,电极达到大约1000℃至几千℃的温度并且不被预热。因为较高的密度和结果得到的粒子的较小自由路径,所以电子和气体温度在高压放电灯中大致平衡(p
> 0.1巴或> 10000帕斯卡)。与管光相反,电压是低的(50至200 V),并且放电电流显著地较高(通常1至10 A)。
透射率是描述介质对于电磁波的通透性的值。如果在介质A中传播的波撞击有限厚度的介质B,则该波根据障碍物的物质属性在边界表面处被部分反射,并且在其穿过期间被完全或部分地吸收。剩余部分穿过介质B,并且在其相对侧上从介质B离开。透射率—也称为透射度—是“被允许通过”的强度的度量。
根据本发明的高压放电灯的一个有利实施例的特点在于,所述照明管包含元素周期系的I或/和II或/和III族的一种或多种金属的一种或多种卤素化合物。锂化合物仅在有限程度上用在高压放电灯中,因为已知锂化合物显示出根据浓度改变的特定侵蚀性。根据本发明,锂浓度可以足够低,使得在预期的服务寿命上预期对于由石英玻璃构成的照明管没有损坏或仅有很小的损坏。然而,如果需要在上述波长范围中的气体的辐射很高,则可以向照明管的气体添加卤素和/或卤素化合物,以便衰减碘化锂的侵蚀效果。所述卤素化合物在等离子体中离解,但是照明管壁附近的温度足够低,使得所述照明管壁可能仅暴露于卤素盐,并且因此可能屏蔽可能的有害锂蒸气。所述照明管的内壁的这种类型的屏蔽还允许利用气体中的碘化锂的高浓度,该高浓度提供了高压放电灯的相应高的照明强度。
另一个有利实施例的特点在于,所述气体包括碘化汞和碘化锂以及氩。在本上下文中,惰性气体氩的目的是稳定放电。因此,产生特别均匀和长期的可用光谱,所述可用光谱类似于连续发射器,并且已经证明对于美容皮肤护理是特别高效和有效的。也已经证明为有利的是,除了上述的卤素化合物之外向气体内引入诸如铊或碘化铊的非侵蚀性金属。碘化铊尤其是已经证明是有利的,因为碘沉积在照明管的较冷的壁上,在此碘与蒸发的钨形成化合物。因此,所述挥发性化合物在非常高的温度下分解,即特别是在电极处分解。结果,减少了由管壁的变黑引起的在光强上的降低。
已经证明有利的是,提供具有金属氧化物涂层的照明管,以便衰减波长长于800 nm的电磁辐射。组合根据本发明提供的电子高压放电灯和金属氧化物涂层导致带通行为。使用铜和锡并且如果适用则也使用钛来掺杂照明管减少了来自高压放电灯的UV辐射的发射。可以通过使用至少一个金属氧化物对照明管涂层来减少所发射的光的IR(红外线)部分。这也不导致与阶梯函数的分布对应的衰减。但是使用金属氧化物的涂层与未涂层的照明管相比允许实现对从850
nm的波长的透射率降低至少50%。使用氧化钛作为金属氧化物已经被证明特别有利,因为氧化钛实现了电磁辐射在800
nm和1200 nm之间的波长范围中的至少50%衰减。可以通过浸渍涂层过程来产生根据本发明提供的金属氧化物涂层。在所述过程中使用的金属酒精溶液在热处理中被转换为稳固附着的金属氧化物层。
根据本发明的电子高压放电灯的另一个有利实施例的特点在于,所述照明管至少在一个末端上被提供反射热辐射的涂层。在高压放电灯中生成等离子体产生热辐射的主要部分。为了不损害位于细长照明管的各个外末端上的电极,已经证明为有利的是,向所述末端提供反射热辐射的涂层。通过使用氧化锆得出对于在气体中包含汞和碘化锂的热辐射的特别高的反射率。氧化锆可以简单地和容易地被应用到照明管的外部,并且形成将热辐射引导得通过反射而远离电极的持久和耐用的涂层。
如上所述,通过三个特质来表征根据本发明的高压放电灯:
1.气体包含汞和碘化锂,以便因此获得在550和800 nm之间的波长范围中的发射光谱。
2.另外,由石英玻璃构成的照明管被掺杂铜,并且如果适用则也被掺杂钛,以便因此减小照明管对波长短于550 nm的电磁辐射的透射。
3.还使用锡来掺杂照明管,以便防止铜成簇,并且因此保证吸收属性的稳定性。
另一个有利实施例提供了掺杂,以与未掺杂的照明管相比将照明管对波长短于550 nm的电磁辐射的透射减小70%,特别是减小80%。透射的指定百分比的期望的减小保证了UV辐射不损害用根据本发明的高压放电灯所辐射的人的皮肤。还已经证明特别有利的是,与未掺杂的照明管相比,将对波长在300
nm和550 nm之间的电磁辐射的透射减小70%,特别是减小80%。在后一个波长范围中,仍然有某些不可忽略的电磁辐射的发射通过根据本发明的高压放电灯的气体。可以通过使用铜并且如果适用则也使用钛来掺杂照明管的SiO2来显著地减小波长光谱的所述部分,以便防止可能的皮肤损害。
电子高压放电灯的另一个有利实施例的特点在于,照明管透射波长在550 nm和750 nm之间的电磁辐射的至少70%。由在重量上至少99.5%的SiO2、优选地在重量上99.75%的SiO2将细长的照明管构造得诸如非常纯—除了掺杂之外—导致在电磁辐射穿过照明管期间所述电磁辐射的仅轻微的衰减。因此实现了对于感兴趣的波长范围在550
nm和750 nm之间的电磁辐射的至少70%的满意透射。
根据本发明的电子高压放电灯在用于美容皮肤护理的日光浴设备或发射器中的使用也根据本发明被要求保护。根据本发明的高压放电灯在日光浴设备中的使用用于引起在被辐射的身体部分的皮肤中的胶原产生。根据本发明的特质在于,在此公开的高压放电灯可以被直接集成到普通的商用日光浴设备(也称为太阳光浴)中。因此,用于商业目的的日光浴设备—也称为日晒床—可以通过在皮肤的护理设备中将集成的高压放电灯更换为在此公开的高压放电灯来转换。不像从现有技术已知的LED,不必进行新元件、连接和/或支架的任何安装来集成电磁辐射源。根据本发明,仅将在此公开的高压放电灯另外或单独地集成在预存在的日光浴设备中就足够了。
附图说明
由从属权利要求和下面的说明中本发明的另外的优点、特征和细节显而易见,在下面的说明中,参考附图详细描述本发明的几个示例性实施例。在本上下文中,在权利要求和说明书中所述的特征可以单独地或以任何组合地是对于本发明重要的。在附图中:
图1示出根据本发明的电子高压放电灯的第一实施例;
图2示出电子高压放电灯的另一个实施例;
图3示出来自图2的区域I的放大细节。
具体实施方式
图1示出根据本发明的电子高压放电灯10。所述高压放电灯10包括细长的照明管20,该照明管20由低氢石英构成,以便降低光的损失。因为这个目的,细长的照明管20在重量上包括至少99.5%的SiO2。以气密方式封闭照明管20的卷边50位于相应的末端处。导线55延伸通过卷边50,并且可以用于向电极21供应电能。电极21彼此之间的相互距离相对于照明管20的内径是大的。从诸如钨的难以熔化的激发材料产生电极21。使用诸如碱土碳酸盐和/或氧化钍的发射材料激发电极21。本发明提供了用于美容皮肤护理的高压放电灯10,并且因此该高压放电灯应当发射波长范围在550
nm和800 nm之间的电磁辐射。为了实现这个目的,使用包括汞30和碘化锂40的气体来填充照明管20。碘化锂40的使用确保了,结果得到的光谱被加宽并且具有期望的波长范围并且近乎具有连续光谱的特性。根据本发明的照明管20进一步的特点在于它被掺杂铜和锡或者铜、锡和钛,以便减小照明管20对波长短于550
nm的电磁辐射的透射。该掺杂确保了由高压放电灯10发射的光仅包括UV中的很小部分。因为电磁辐射的这些UV部分被适当地被掺杂的照明管20吸收。
为了进一步稳定在照明管20中包含的气体,所述气体可以包括碘化汞和碘化锂以及氩。在本上下文中,作为惰性气体的氩确保了在两个电极21之间的等离子体的特别稳定的燃烧。此外,有可能在照明管20中包含一种或多种卤素化合物。令人惊讶地,所述卤素化合物已经显示出减小了锂在高浓度下的可能有害效应。因此,也可以在高碘化锂浓度下使用根据本发明的高压放电灯10,而不会造成对于由石英玻璃构成的照明管20的损害。
图2示出根据本发明的高压放电灯10的另一个有利实施例。与来自图1的实施例相比的差别仅是另外在照明管20的末端处提供了热辐射反射涂层60。有利地,所述反射涂层60由氧化锆构成。由电极21和/或气体的等离子体产生的热辐射通过反射涂层60被反射到照明管20的内部22和/或周围。
在另一个实施例中,高压放电灯10也可以包括在图3中所示的金属氧化物涂层80,该金属氧化物涂层80也用于电磁辐射的衰减。图3示出来自图2的区域I的放大细节,并且因此示出电极21的区域中的照明管20的内壁的截面。使用铜70、锡70’和/或钛70’来掺杂根据本发明的照明管20的SiO2。这实现的是减小了照明管20对波长短于550 nm的电磁辐射110的透射。使用铜70、锡70’和/或钛70’进行掺杂使得照明管20吸收波长短于550 nm的电磁辐射110。根据本发明,照明管20的外部表面可以另外被提供有金属氧化物涂层80。有利地,所述涂层由氧化钛构成。所述金属氧化物涂层80衰减波长长于800 nm的电磁辐射110’。使用金属氧化物进行掺杂和涂层使得照明管20显示出带通滤波器的属性。只有波长在550
nm和800 nm之间的电磁辐射110”到达高压放电灯的周围,而几乎没有衰减。在本上下文中,本发明提供了在照明管20或涂层80中最多吸收上述波长的光的30%。电磁辐射110”的剩余部分出到周围环境100中,并且可以用于美容皮肤护理。
首先,发光气体30、40在照明管20的内部22产生电磁辐射110。电磁辐射110进入照明管20的石英壁。在该位置,电磁辐射主要在小于550
nm的波长范围中在石英玻璃的掺杂70、70’处被部分地吸收。在较低的波长范围中被滤波的电磁辐射110’然后进入金属氧化物涂层80,其中另一部分吸收主要在大于750 nm或800
nm的波长范围中进行。并且最后,已经在较高和较低波长范围中被滤波的电磁辐射110”从高压放电灯出到周围环境100中。
在电子高压放电灯10的操作期间产生热量。在该处理中,照明管20被暴露于高达1000℃的范围中的温度。在这些温度时,铜70可以在石英玻璃内扩散。为了防止铜在石英玻璃中凝集或成簇,另外使用锡70’来掺杂石英玻璃。锡70’防止铜簇的形成,并且因此防止在SiO2基质中的铜70的密度减小。
因为使用铜70来掺杂石英玻璃对于高压放电灯10的期望的吸收属性是重要的,因此在石英玻璃中的铜簇的形成和铜浓度的同时减小导致照明管20的吸收属性的变差。因此,随着高压放电灯10的服务时间增加,将在小于550
nm的不期望的波长范围中发射越来越多的电磁辐射110”。通过使用锡70’来另外掺杂石英玻璃来防止或至少抑制这一点。可以添加或掺杂铜70和锡70’以用几乎相等的量来掺杂。
可以另外用钛70’对SiO2进行掺杂,以便获得另外的吸收并且使得吸收范围更均匀。
在前面的说明书和在权利要求、附图和示例性实施例中公开的本发明的特征可以单独或以任何组合对于本发明的各个实施例的实现是重要的。
附图标记列表
10 电子高压放电灯
20 照明管
21 电极
22 照明管的内部
30 汞
40 碘化锂
50 卷边
55 导线
60 反射涂层
70 铜
70’ 锡,钛
80 金属氧化物涂层
100 周围环境
110、110’、110” 电磁辐射
Claims (21)
1.用于美容皮肤护理的电子高压放电灯(10),包括由石英玻璃构成的照明管(20),其中以彼此之间大于照明管(20)的内径的距离来在照明管(20)中布置由金属构成的至少两个电极(21),其特征在于
在照明管(20)中密封气体,并且使用铜(70)和锡(70’)来掺杂石英玻璃,由此减小照明管(20)对波长短于550 nm的电磁辐射的透射。
2.根据权利要求1所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
照明管(20)由石英玻璃构成,所述石英玻璃包括在重量上至少99.5%的SiO2。
3.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
电子高压放电灯(10)是卤素灯。
4.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
照明管(20)中的气体包括汞(30)和/或碘化锂(40)。
5.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
照明管(20)包含元素周期系统的I或/和II或/和III族的一种或多种金属的一种或多种卤素化合物。
6.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
所述气体包括碘化汞和碘化锂(40)以及氩。
7.根据权利要求6所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
所述气体包括碘化铊。
8.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
至少在照明管(20)的部分表面上提供金属氧化物涂层(80),所述金属氧化物涂层(80)衰减波长长于800 nm的电磁辐射。
9.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
照明管(20)至少在一个末端上被提供反射热辐射的涂层(60)。
10.根据权利要求9所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
所述涂层(60)包括氧化锆。
11.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
与未掺杂的照明管(20)相比,掺杂将对波长小于550 nm的电磁辐射的透射降低70%。
12.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
与未掺杂的照明管(20)相比,掺杂将对波长小于550 nm的电磁辐射的透射降低80%。
13.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
与未掺杂的照明管(20)相比,掺杂将对波长在300 nm和550 nm之间的电磁辐射的透射降低70%。
14.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
与未掺杂的照明管(20)相比,掺杂将对波长在300 nm和550 nm之间的电磁辐射的透射降低80%。
15.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
照明管(20)透射波长在550 nm和750 nm之间的电磁辐射的至少70%。
16.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
使用钛(70’)来掺杂照明管(20)。
17.根据权利要求1或2所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
照明管(20)是细长的。
18.根据权利要求17所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
照明管(20)是圆柱形的。
19.根据权利要求18所述的电子高压放电灯(10),其特征在于
照明管(20)是具有圆形基面的圆柱形的。
20.根据前述权利要求的任何一项所述的电子高压放电灯(10)在用于美容皮肤护理的日光浴设备中的使用。
21.根据权利要求20所述的电子高压放电灯(10)的使用,其特征在于
所述日光浴设备是日光浴灯。
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