CN1470065A - 闪光灯及闪光灯结构 - Google Patents

Abstract

闪光灯(10)，其具有一个由玻璃制成的气体填充的放电管(11)，并在各端分别借助于玻璃焊剂(13)熔封有一个功率电极(14、15)，该闪光灯具有一种玻璃，其具有下列一个或多个透过值Tw：在180nm时：Tw大于5％，优选大于9％；在200nm时：Tw大于30％，优选大于45％；在254nm时：Tw大于60％，优选大于80％。放电管(11)的内径大于等离子通道的直径值的1.2倍。触发电极(16)可以是反射器(30－33)的一部分或与该反射器电连接。闪光电容器(42)设计成用于超过370伏，优选超过400伏的充电电压。

Description

闪光灯及闪光灯结构

本发明涉及一种闪光灯及闪光灯结构。特别涉及在紫外线(UV)范围(波长＜450nm)内应用的闪光灯。

图5A示出了一个闪光灯50的通用结构。其具有一个封闭的玻璃体53，在该玻璃体中存在有在确定的压力下填充的气体，例如氙。该管状体53在其两端具有电极51。为了具备热阻系数，这些电极至少在该管内的区域中由钨制成。在该电极处有闪光电容器的直流电压，通常为大约300-350伏。该电压单独是不足以导致放电的。该直流电压只有在通过一个触发电极52电容地施加另一个触发放电开始的引弧电压(1000伏或更高的交流电压)的情况下才可引起放电，其中，在触发电极52上的引弧电压再次消失时，该放电才继续。通过玻璃套环54将电极51熔封在玻璃体53中。

图5B以横截面形式示出了一个公开结构的闪光灯50，其与一个反射器55相连。该反射器可以是一个抛物面反射器，其使由该闪光灯向周围发出的光线基本沿一直的方向取向。闪光灯50可以贴靠在反射器55上。该反射器可以是一个用作为触发电极的板，该板相应集成在电气布线中并被绝缘地保持。

特别是在紫外线(UV)范围的应用方面，公开的闪光灯存在许多问题：

传统使用的玻璃具有差的UV透过性。这意味着，尽管在闪光灯50中产生了UV光，但它们却已在玻璃内被吸收，使UV光到达不了玻璃之外。传统闪光灯特别由硬质硼硅玻璃制成，因为它允许对电极使用特别经济的熔封技术。然而，这样的硬质玻璃在0.5mm厚时不能再充份透过320nm或更短的波长，从而它不适于在UV范围内应用。

有某些玻璃具有改进的UV透过性。石英玻璃具有高熔点，由此需要费事的加工方法，该方法只适于制作高闪光能量(＞100Ws)的闪光灯。然而不适于制作低闪光能量(＜100Ws)的用于UV范围的闪光灯，因为这会是不经济的。

公开的闪光灯的另一个问题是玻璃壁变黑。在放电过程中闪光灯管中的电极有一定的程度的蒸发。金属蒸汽沉积在玻璃管53的内壁上。由此进一步损害了玻璃体的透过性，特别是对于UV线的透过性。在图5B所示的结构中可以看出，蒸发的钨材料的沉积在反射器55与玻璃管53接触的区域内出现一定程度的增加。然而，在此也可以观察到该沉积在玻璃管的内周上的平面分布。

最后，按图5B的公开的反射器结构的缺点在于，在闪光灯50和反射器55之间出现多次反射，这一方面由于反复吸收而减小了光输出，另一方面特别是由于入射光沿圆周的不均匀分布而增加了热负荷。

本发明的任务在于，提供一种闪光灯，其易于制造并且特别是良好地适用于在UV范围内应用。

本发明包括数个方面，它们可以单独使用，并可特别有利地结合起来使用。这些方面是：

A.提供了一种闪光灯，其主要在UV范围(波长＜450nm)内发射辐射功率，并且其每次闪光的能量低于100Ws，优选低于50Ws。

B.作为闪光灯体在结合基于玻璃焊剂的熔封电极工艺的情况下，采用一种具有良好UV透过性的低熔点玻璃。

C.选择玻璃管的内径，该内径大于在放电时的电弧直径。与一个单侧的、直线的触发电极相结合地优选该尺寸。

D.该触发电极通过一个反射器的折痕构成，其中该折痕可以是一个纵向折线，其沿玻璃管的纵向伸展并贴靠在玻璃管上。

E.使用尽可能高的氙填充压力。

F.使用相对高的充电电压。

通过使用上述特征A-F中的一个或数个的组合人们可以得到一种易于制造的闪光灯的良好UV输出。因此人们可以在紫外线效率范围内实现通过选择玻璃壁厚来影响特别是光谱的特定特征。与把玻璃壁制得尽可能地薄以得到尽可能低的吸收率的最初目标相反，则可以选择较厚的壁厚，或者可以较自由地选择玻璃材料，以获得闪光灯的确定的特性。

特别有利的组合是，上述特征B、C和D的成对组合(B和C、B和D、C和D)或者所有三个特征组的组合(B、C和D)，如此得到的闪光灯或许结合特征组E和F中的一个或两个。可以制造按特征组A的特别的闪光灯。

下面结合附图说明本发明的各个实施形式。附图所示为：

图1一个按本发明的闪光灯；

图2用于闪光灯的尺寸和定义；

图3闪光灯和反射器的按本发明的整体结构；

图4用于闪光灯的电路；

图5公开的实施形式。

总体而言本发明在于提供一种闪光灯，其在UV范围(波长＜450nm)内发射出多于30％，优选地多于50％，更优选地是多于70％的辐射功率，其每次闪光的能量低于100Ws，优选地低于50Ws，更优选地低于20Ws。每次闪光的能量可以高于1或2Ws。因此，所提供的闪光灯适用于家用领域，例如适用于物体的消毒。

该闪光灯可以是按图1所示的结构。图1以纵截面形式简要示出了一个闪光灯10。标号11表示闪光灯的玻璃体，该玻璃体优选为长圆柱形。在该闪光灯的纵向端有电极14和15，它们能以在下文详细说明的方式被熔封在玻璃体11中。电极14、15具有阳极14a和阴极15a。触发电极16设置在闪光灯的内腔12之外。触发电极16可以是一种传统的结构或者是一种将在下文详细说明的按本发明的结构。该触发电极最好沿闪光灯的纵向方向延伸。特别优选地是，该触发电极覆盖闪光灯的焦距(电极板15a、14a之间的区域)。

管状体11的玻璃具有良好的UV透过性。对其进行如下说明：

它具有低含量的多价离子，特别是铁。该含量低于用于传统闪光灯(照相用闪光灯)的玻璃的值的30％，优选低于10％。这适用于氧化铝并谱遍适用于碱与碱土金属的氧化物，这同样适用。

关于UV透过性，可以根据玻璃在确定波长时的透过值Tw对其进行说明：在180nm时Tw大于5％，优选地大于9％；在200nm时Tw大于30％，优选地大于45％；在254nm(汞谱线)时Tw大于60％，优选地大于80％。满足上述透过值的玻璃是Schott公司的8337B玻璃，据制造商所言，其在180nm时透过值为10％；在200nm时透过值为50％；在254nm时透过值为90％。在说明书和权利要求书中对Tw的说明在某种意义上是作为材料常数提出的，即针对厚度为0.5mm的玻璃而言。事实上，制成的闪光灯可以具有与其玻璃壁厚相关的其它的透过值，特别是在较厚的玻璃时该值较低，在较薄的玻璃时该值较高。

所使用的玻璃满足上述关于UV透过性或材料成分的条件中的一个或多个。由此随之而来的更困难的可加工性可以通过借助于玻璃焊剂13a、13b将电极14和15或电极结构14、14a、14b和15、15a和15b熔封到玻璃体11上而得以制止。电极14和15最好含有钨或由钨制成。穿过玻璃体11的长销14、15在穿过玻璃体11的通道的区域内由玻璃焊剂13a、13b围住(未示出)。该玻璃焊剂本身熔封住玻璃体11，该玻璃体如上所述地构成或具有上述特性。另外，在玻璃焊剂13a、13b和玻璃体11之间设置有一个密封环(未示出)，该密封环同样由玻璃制成。电极14和/或15也可以如图1所示那样，卧置在玻璃盘14b、15b中。这些玻璃盘可以借助于玻璃焊剂13固定在玻璃体11上。该固定可在玻璃盘14b、15b具有适当的直径的情况下如图所示那样在玻璃管11的圆柱形圆周上进行。

阳极14a可以(与所示情况不同)是钨丝的简单延伸，阴极15a相对于该钨丝可具有一个套，该套含有钨和/或镍和/或铌和/或钽和/或钛。

涉及其硬度，玻璃焊剂13具有很低温的温度响应。特别是该温度响应低于玻璃体11的已经是低熔点的玻璃的温度响应(特别是关系到软化点和相变点)几十度(摄氏)。玻璃焊剂的相应温度可以处于低于玻璃体11的玻璃的温度至少60或80℃。玻璃焊剂还具有一个热膨胀系数，该系数与钨丝的热膨胀系数的接近程度要大于与玻璃体11的玻璃的膨胀系数的接近程度。在热膨胀系数的温度响应方面，特别是在室温、加工温度和工作温度之间的范围内，情况同样是如此。通过使玻璃焊剂13和金属销14、15的热膨胀系数平衡，金属和玻璃之间的过渡便对裂纹和密封不良相对不敏感了，该裂纹和密封不良特别会由于基于温度变化所产生的交变负荷而随着灯的使用出现，或在制造过程的早期出现。玻璃焊剂13和玻璃体11之间的连接由于该材料相似性而是特别紧密的，因此也是稳定的。玻璃焊剂的低温处理允许一种爱护玻璃体11的也是低熔点的玻璃的工作过程。

图2示出了优选的尺寸确定特征，这些特征本身或在与前述特征相结合的情况下可得出特别好的闪光灯。图2A以横截面形式示出了闪光灯11。12是该闪光灯的内腔。13a表示玻璃焊剂，14a表示电极的端面。Di是该圆筒形玻璃管的内径。用Dlb表示电弧的直径，该电弧在电极14和15之间建立电弧时产生。因为该电弧在空间方向不一定要严格限定，所以可以将发射强度降低到最大值一半时的半径用作为该电弧直径的标准值。这在图2B中示出。该图中列出了发射强度I与半径r的关系曲线。在该示例中假设在半径r＝(即在管的中心处)时出现最大强度Imax。在降到半个最大值Imax/2处设定对电弧半径(电弧直径的一半，Dlb/2)的定义。

作为对内径Di和电弧直径Dlb的尺寸确定规定，即Di大于Dlb，特别是Di大于1.2Dlb，或者更为优选的是Di大于1.4Dlb，证明是有优点的。通过这样的尺寸确定规定防止热等离子体贴靠在玻璃内壁上，从而减小体11的玻璃的热负荷。当该玻璃是如上所述是低熔点玻璃时，这具有特别的优点。

当沿一条在玻璃内壁上严格限定的线进行触发(通过电极16触发)时，实现另一个优点。这并不意味着电极应该贴靠在玻璃内壁上。而是应该注意将由触发电极16耦合连接的电场可追溯到一个尽可能为点形式的导体(图2A的横截面)上，从而该馈给的触发电场至少在该触发电极附近径向伸展到一定程度。通过按图5B的配置是不能实现这一点的。按图2A的配置是有利的，其暗示出了一个在体11的外侧上的线形的触发电极16。下面将结合图3A和3B说明另一个实施形式。

该触发电极的线形的形式的优点在于，电极的在电弧触发期间蒸发的材料以空间限定的方式沉积在触发电极16的附近(随着闪光灯的使用而在玻璃内壁上线形地变黑)。结合前述尺寸确定规定实现的优点在于，已经沉积的材料少有可能通过电弧触发再次被分离并在内腔中被再次分布。

如此构形该触发电极是有利的，即在该触发电极与闪光灯管没有间隔的情况下该电极在截面图中不明显地沿闪光灯的圆周方向或切向方向伸展，这可以通过传统的丝线实现或如下述说明那样实现。

图3A和3B示出了一个闪光灯，其中该触发电极或引燃电极由反射板的一部分构成。图3A示出了一种实施形式，其中该触发电极由一个小桥31构成，该小桥固定在反射器30上。至少是小桥31由金属材料制成或是金属化了的。反射器30本身可以是金属的或是非金属的。小桥31则会并入闪光灯的电路中作为触发电极16并可相应地布线。

图3B示出了另一个实施形式。在此反射器32为折板结构。反射板32中的折痕33是长的并最好沿闪光灯10的纵向方向延伸，该折痕最好贴靠在闪光灯10的体11上(在装配好的状态中)。反射器32会可并入闪光灯的电路中并可相宜地布线。如果需要的话，反射器32应该被绝缘地保持。

反射器32的形状可以是轴对称的，如图3B的截面所示。该反射器具有两个最好是对称的彼此在折痕33处碰头的凹形半部。其横截面形状可以是“W”形，其中，这些形状除折痕33之外可以在中心处可以是适当地成拱形形状。折痕33处的内角α可以是120°或者更小，优选为90°或者更小，更为优选地是60°或者更小。可以根据整体结构所需的散射和聚焦特性对反射器半部进行构形设计。

通过结合图3B所说明的反射器结构可以避免多次折射。因为向后发射的光线(在图3B的下侧)不会返回到闪光灯10的玻璃体11上，而是横向地闪开玻璃体11并随后向前，这在图3B中通过几条光路34a、b、c示意性地示出。由此管11的后壁的特别的热负荷被很大程度地避免了。这导致不对称热膨胀的减小以及闪光灯管受热的减小，减少受热的区域恰恰是由于所选择的触发电极结构蒸发的材料在内其侧上沉积的区域。该降低的温度导致已经沉积的材料再次蒸发和到处沉积的倾向有所减小。

另外，通过避免多次折射改善了光输出，因为UV射线恰恰是在管11的玻璃中被特别强地吸收。在只有一次再反射(原来是出来，然而再进入，最终再出来)时，玻璃的吸收率将会三次起作用，使相应的光线一方面在输出方面会有损失，另一方面会促使玻璃受到不希望的加热。

一个结合图3A和B所说明的反射器被视为本发明的独立部分，和在某些情况下可单独要求保护的部分。

图4示出了一种闪光灯结构。它具有一个闪光灯10，该闪光灯具有上述特征。一个电容器42用于容纳用于最初供给闪光过程的电能。该电能可例如取自一个可能经过变压的和经过整流的交流电压，该交流电压通过接线端子41向电容器42充电。该电能供给也可以从一个电池进行。一种用于为电容器充电的合适的较高的直流电压则会通过一个削波器和线圈/变压器产生，并加到端子41上。电容器42最好是一个电解电容器。

其接线端子与闪光灯10的接线端子14和15相连，使这些接线端子上加有电容电压。另一个小的电容器43用于产生触发电压。它也被充电。通过开关45的动作该电容器43被短路。据此在变压器44的初级线圈44a中产生的电流变化或电压变化具有交流电压部分，该交流电压部分通过一个适当规格的变压器44变高。其次级线圈44b与闪光灯的触发电极16(例如按图3)相连。

因此，开关45用于闪光的触发。该开关可以是电气、电子或手动操作的开关。该触发电压只是触发闪光所需的。相应地，电容器43也可以是较小的规格。一旦闪光灯10被点燃(通过在触发电极16上施加触发电压)，由于产生的等离子体闪光灯10的电阻便显著下降，使来自闪光灯电容器42的电容电压自身足以保持放电的进行。该放电可以自行消退(电容器42部分变空)或通过适当的未示出的开关结构中断。

该闪光灯电容器超过370伏，优选超过400伏并低于450伏，优选低于430伏的是为充电电压/工作电压设计的。相对高的工作电压导致相对高的充电电流，该电流由于等离子体的非线性通常是超比例地高。由此产生相对热的等离子体，该等离子体特别是在UV范围内发射大量的能量。此外，根据公式E＝0.5CU²(E＝电容器中的能量，C＝电容，U＝电压)在相同的闪光能量时可以选择较小的闪光电容器。另外，一个相对“小”的闪光电容42也是有利的，因为用于放电(t＝R*C42)的时间常数t则变小，据此放电持续时间变短，温度变高并且因此UV部分变得更高。根据闪光电容器42方面的经济性考虑构成可选择的电压的上限(并且因此可能间接地构成可选择的电容的下限)。太高的电容电压需要昂贵的电容，从而450或430伏的充电电压上限可能看来是很有意义的。优选闪光灯电容器的电容优选地在500μF以下，更为优选地是在300μF以下。

用于增加UV输出的另一个可能性在于，提高闪光灯10中的填充压力，特别是的氙填充压力。通过提高该填充压力，等离子通道在闪光过程中变窄，并且又不明显降低峰值电流和闪光功率和闪光能量。通过等离子通道的变窄，等离子变热，从而在紫外线范围内发射出更多的能量。然而增加的氙填充压力也提高了在触发电极16上的所需触发电压。由于该电压为了避免飞弧而不能任意提高，所以触发条件也对氙填充压力设置了上限。氙填充压力可高于0.5bar，优选高于1.5bar，更为优选地是高于2bar。

如此将前述多个特征组合起来，可以实现相对高的UV输出。它们可以是如此高的，从而最终可以使用闪光灯的体11的玻璃的吸收参数用来调节闪光灯的某些特性。例如为了获得确定的光谱或分布，最终选择的玻璃壁的厚度可比考虑机械稳定性以及考虑热电压负荷所必需的厚度厚。

闪光灯的典型尺寸和数据可以是：

内径Di在3和6.5mm之间，典型地是在4.5和5.5mm之间，

焦距(电极14a和15a之间的距离)在15和25mm之间，典型地是18-22mm，

玻璃壁厚是0.2-0.8mm，典型地是0.4-0.6mm，

氙填充压力为0.5-5.5bar，典型地为1.5-4.5bar，

闪光电容器电容为100-300μF，优选为150-250μF，

每次闪光的能量在5和17Ws之间，优选地是在10和15Ws之间。

Claims (18)

1.闪光灯(10)，其具有一个由玻璃制成的气体填充的放电管(11)，并在各端各具有一个功率电极(14、15)，其特征在于，

使用一种玻璃，其在0.5mm的厚度时具有下列一个或多个透过值Tw：

在180nm时：Tw大于5％，优选大于9％；

在200nm时：Tw大于30％，优选大于45％；

在254nm时：Tw大于60％，优选大于80％。

2.按权利要求1所述的闪光灯，其特征在于，至少一个功率电极(14、15)借助于玻璃焊剂(13a、13b)与该放电管相连接，其中该玻璃焊剂具有一个软化点和/或一个相变点，其至少低于放电管(11)的玻璃的各自软化点和/或相变点60℃。

3.优选按上述权利要求中任一项所述的闪光灯(10)，其具有一个放电管(11)、功率电极(14、15)、一个触发电极(16)和一个反射器(30-33)，其特征在于，触发电极(16)是反射器(30-33)的一部分或与该反射器电连接。

4.按权利要求3所述的闪光灯(10)，其特征在于，触发电极(16)通过反射板(32)中的一个折痕(33)构成。

5.按权利要求3或4所述的闪光灯，其特征在于，该反射器具有两个在折痕(33)处彼此相碰合的半部。

6.按上述权利要求3-5中任一项或多项所述的闪光灯(10)，其特征在于，折痕(33)沿闪光灯(10)的纵向方向伸展。

7.优选按上述权利要求中任一项或多项所述的闪光灯(10)，其具有一个放电管(10)、在管(10)端上的功率电极(14、15)和一个触发电极(16)、其特征在于，放电管(11)的内径大于等离子通道的直径的1.2倍。

8.按权利要求7所述的闪光灯(10)，其特征在于，放电管(11)的内径大于等离子通道的直径的1.4倍。

9.按权利要求8所述的闪光灯(10)，其特征在于，触发电极(16)在放电管(11)的圆周方向上或切向方向上没有明显的伸展。

10.优选按上述权利要求中任一项或多项所述的闪光灯(10)，其具有一个放电管(11)和一种含有氙的气体填充物，其特征在于，该氙填充压力大于0.5bar，优选大于1.5bar。

11.按权利要求10所述的闪光灯(10)，其特征在于，该填充压力小于4.5bar。

12.具有优选按上述权利要求中任一项所述的闪光灯(10)和一个由此与之相连的闪光电容器(42)的闪光灯结构，其特征在于，闪光电容器(42)是为超过370伏，优选超过400伏的充电电压设计的。

13.按权利要求12所述的闪光灯结构，其特征在于，闪光电容器(42)是为低于450伏，优选低于430伏的充电电压设计的。

14.按权利要求12或13所述的闪光灯结构，其特征在于，闪光电容器(42)的电容在300μF以下。

15.闪光灯(10)，其具有由玻璃制成的放电管(11)，其特征在于，该壁厚超过一个考虑了机械和热稳定性而选择的值。

16.按权利要求15所述的闪光灯(10)，其特征在于，如此选择该壁厚，即在一个确定的波长时或在一个确定的波长范围内实现一个确定的吸收特性。

17.优选按上述权利要求中任一项所述的闪光灯，主要在UV范围(波长＜450nm，优选＜350nm)内发射辐射功率。

18.优选按上述权利要求中任一项所述的闪光灯，其每次闪光的能量低于100Ws，优选低于50Ws，更为优选地是低于20Ws。

Images