CN1826681A - 一种高压放电灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压放电灯，可至少以限定的波长范围和限定的发射光谱发光，其具有至少一个灯头(2)，灯头包括放电腔(21)，至少灯头(2)放电腔(21)部分的形状是椭圆形；两个延伸到放电腔(21)中的电极(41，42)，电极相对设置并且位于放电腔(21)的对称长轴线；和多层的干涉滤光片(3)，其至少设置在灯头(2)外表面上的放电腔(21)部分，其中至少部分的限定波长范围的光通过干涉滤光片(3)，另一部分的限定波长范围的光可反射到两个电极(41，42)之间的空间。

Description

一种高压放电灯
技术领域
本发明涉及一种高压放电灯，可至少以限定的波长范围和限定的发射光谱发光。本发明还涉及一种发光系统，至少以限定的波长范围和限定的发射光谱发光。
背景技术
高压气体放电灯(高密度放电HID灯)，尤其是超高性能UHP放电灯，因其具有的光学性能，主要用于投影目的。对于本发明的目的，UHP灯(Philips的)还包括其他制造商生产的UHP型灯。
对于这些应用，光源要求尽可能为点状，使得电极尖端之间形成的电弧不超过给定长度。此外，通常要求产生最大可能的光强度，同时尽可能保持可见光的自然分光光谱组成。这种类型的光源及其各种情况下的操作确定了光的给定发射光谱。
在一些与光有关的应用中，希望的及限定的波长范围要求具有相对一些参数形成的希望的发射光谱，这些光谱不同于上面提到的光源的普通发射光谱。不过，如果使用这种光源的话，需要通过已知方式使用另外的元件进行调整，以便得到希望的限定发射光谱。
例如，UHP灯不能很好地适合某些要求颜色重现的应用场合，因为其给定光谱分布具有非常高的大约为7500K的色温。因此，需要使用另外的机构，如吸收干涉滤光片，和措施来调整，这些机构和措施导致了额外的成本。
尽管，高压气体放电灯相对白炽灯显示出改进的效率，但其效率的进一步提高是高压气体放电灯的研发重点。
提高气体放电灯的效率的一个基本方法是将不希望的辐射反射回电弧区，这个方法可从美国专利3,931,536了解。在该方法中，不希望的辐射至少部分在电弧区进行重吸收，为此，能量输入用于提高灯的效率。比如，多层的干涉滤光片可用作反射体。至少电弧发射的光的一部分光谱被重新吸收，否则这部分光线不能用来发光。公开的技术方案不能使得光的希望波长范围的各发射光谱，如具有限定参数的波长范围的发射光谱，形成有效的作用。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提出一种上面提到类型的高压气体放电灯，和具有这种灯的发光单元，其设有可工业化大规模生产的干涉滤光片，可保证发出的光具有限定的波长范围和限定的发射光谱。
本发明的目的通过权利要求1的特征部分实现。
根据本发明的灯包括至少一个灯头，灯头包括放电腔，至少所述灯头放电腔部分的形状是椭圆形；两个延伸到放电腔中的电极，电极相对设置并为位于放电腔的对称长轴线；和多层的干涉滤光片，其设置在灯头的外表面的放电腔区域，其中，至少部分的限定波长范围的光通过干涉滤光片，另一部分的限定波长范围的光反射到两个电极之间的空间。
反射回两个电极之间的空间，即电弧区域或等离子区域，的其他部分的限定波长范围的光未通过该干涉滤光片。
由于等离子或电弧区的显著重新吸收，在两个电极之间空间产生强烈的重吸收，干涉滤光片反射的部分光必须直接通过辐射进入这个空间。在这种情况下，重吸收部分的大小必须设置成，可通过适当的实验，使到达电弧的可能多个通路的反射光部分的希望的整体效应产生希望的发射光谱。在这点上，如上所述的设定可通过选择相应的干涉滤光片或设计干涉滤光片。选择相应的干涉滤光片很容易实现，尤其是用于衰减发射谱线的。
在这个方面，使用了经验结论，物质或介质，如等离子，当暴露于电磁波的辐射下，吸收的频率是可以进行发射的频率。
因此，光的整个波长范围一般不能被干涉滤光片反射到相同程度。通常，只有一个波长范围或多个波长范围通过选择的方式整体或部分地反射。在这点上，本发明的希望的发射光谱的设定可通过有目的地降低希望波长范围内的高能波长范围(发射谱线)的能量来形成。选择干涉滤光片反射的光线的各波长范围可根据能量的观点来进行，即相关波长范围具有足够的能量，其至少部分在干涉滤光片反射后被等离子吸收。
选择干涉滤光片的其他标准是必要的温度稳定性和具有适合工业化大规模生产。
干涉滤光片主要适合用作反射体，因其可传送和反射光谱范围之间的尖锐过渡。如果层的顺序设计的适当，可在很宽的范围内产生滤光特性，并具有必要的高精度。
除了提供的电能，辐射的重吸收向电弧提供了额外的能量，用于产生各类型灯的各光谱。另外具有的优越性是能量进入电弧要比通过电极更有效率，没有值得考虑的电极损耗。
该希望的重吸收对实现希望的发射光谱的作用程度取决于各高压气体放电灯的类型。
如果将干涉滤光片实际设置在放电腔或灯头的整个外表面，相比部分涂层形式的干涉滤光片，由于存在相互反射，通常反射的辐射的较大部分可进行重吸收。
附属权利要求包含了本发明进一步开发的优越的特征。
多层干涉滤光片的层结构最好是具有较高折射率的层与具有较低折射率的层交替设置。
干涉滤光片一般是多层结构。在干涉滤光片具有多层结构的情况下，具有较高折射率的层与具有较低折射率的层交替设置。各层的折射率由该层选择的材料决定，层结构中至少要有两个折射率不同的电介质材料。
干涉滤光片的传送和反射特征由干涉滤光片各层设计来决定，具体是层的厚度。
原理上，过滤片的各层的折射率之间的差别越大，希望的光学指标函数越容易实现。层的材料的折射率的值之间的差别大，通常交替设置的层数和干涉滤光片的整体厚度可以减少。如果灯泡由石英或类似材料组成，SiO2通常用作具有较低折射率层的材料。当选择具有较高折射率层的材料时，必须考虑传统的UHP灯的操作温度范围，其上限大约为1000℃。例如二氧化锆(ZrO2)材料显示出耐高温性能，可满足这方面的要求。
实现限定的发射光谱最好通过选择干涉滤光片特性，该特性应涉及通过干涉滤光片的或从干涉滤光片反射的光线部分的比例。
本发明的目的可通过如权利要求8所述的发光单元来实现。
根据本发明的发光单元，至少可以限定波长范围及限定发射光谱来发光，其包括至少一个作为光源的高压放电灯，放电灯包括带有放电腔的灯头，延伸到放电腔中的两个电极，电极相对设置并且位于高压放电灯的对称长轴线；多层的干涉滤光片，至少一部分的限定波长范围的光线可通过干涉滤光片；反射体，其设置在光源和干涉滤光片之间的光束路径上，可反射至少一部分限定波长范围的光线到两个电极之间的空间，这部分光线未通过干涉滤光片。
附图说明
参考附图中显示的示例性实施例，对本发明进行进一步介绍，本发明不受这些实施例的限制。附图中：
图1是高压气体放电灯(UHP灯)的带有18层干涉滤光片的灯泡的示意性部分截面图；和
图2显示了根据本发明的发光单元的32层干涉滤光片的设计。
具体实施方式
图1是根据本发明的高压气体放电灯(UHP灯)带有对称放电腔21的灯泡1的示意性截面图(见图1.1)。单件的灯头2，其密封通常充有气体的放电腔21，其所用材料通常为硬玻璃或石英玻璃，其包括两个圆柱形相对的区域22，23，其间设有基本球形区24，直径大约为9毫米。灯头2的外表面相对放电腔21的区域是椭圆形。设有电极的椭圆形放电腔21位于区24的中心。电极机构主要包括第一电极41和第二电极42。放电腔21中的电极的相对尖端之间进行电弧放电，电弧用作高压气体放电灯的光源。电极41，42的端部，其位于放电腔21的对称长轴线，连接到灯的电端子51，52。通过电端子操作灯的电压由电源提供，其未在图1.1中显示，电源可是普通线电压。
干涉滤光片3设置在区24的整个外表面。干涉滤光片3总共大约为1.2微米厚，其具有多层结构。干涉滤光片3或其结构的设计清楚显示于图1.2。干涉滤光片3是18层结构，SiO2层总厚度大约为682纳米，ZrO2层的总厚度大约为467纳米。
干涉滤光片3的两个不同层3.1和3.2的特征在于具有不同的折射率，具有较低折射率的层与具有较高折射率的层交替设置。SiO2用作具有较低折射率的层3.2的材料，ZrO2用作具有较高折射率的层3.1的材料。
干涉滤光片3主要反射波长范围为大约420到大约530纳米的光，主要通过大于520纳米的波长范围(限定波长范围)的光。一部分大于约520纳米波长范围(限定波长范围)的光根据本发明反射到两个电极41和42之间的区域，以便进行至少部分重吸收。
干涉滤光片3的分层结构在通过已知溅射工艺制造期间形成。
在具有上述灯泡1和额定功率120瓦的UHP灯的情况下，进行比较的灯超过正常时效未出现重大损坏，即使在满/高载荷运行数千小时后。
根据本发明的UHP灯在能量输入为120W的条件下通过标准测量方法使用所谓的乌而伯利特Ulbricht球形光度计测量光和电特性。在可见光范围(大约为400到780纳米)的辐射功率大约为22.91瓦。在光量为5853流明的情况下，得到的效率为48.8流明/瓦。在红色比率大约为12.8％的情况下色温为4256K。相对希望的(限定的)发射光谱，得到了低色温。
另一方面，进行比较的UHP灯，但其无上面提到的干涉滤光片3，的类似测量得到了下面的数值。在可见光范围(大约为400到780纳米)的辐射功率为30.97瓦，当光量为7325流明时，得到效率为61.3流明/瓦。在红色比率大约为8.7％时色温为7791K。
本发明具有优越性的开发成果涉及用于投影的高压气体放电灯。
通过下面的其他优选实施例的介绍显示了本发明的其他细节、特征和优点。
相对希望的(限定的)发射光谱，目的是能够提高颜色重现指数。
发光单元至少包括标准的UHP灯，尤其是本身不带有干涉滤光片的UHP灯。UHP灯可进行调节，通过普通的方式固定到反射体。
发光单元还包括多层的干涉滤光片，至少一部分限定波长范围的光可通过干涉滤光片，通过已知的溅射方法，可到达平面的载体基片，如用石英玻璃制造的。平面的载体基片位于反射体的输出光束路径上。
反射体设置在光源和干涉滤光片之间的光束路径，允许未通过干涉滤光片的至少部分限定波长范围的光反射到两个电极之间空间。
根据本发明的具有图2干涉滤光片的发光单元在UHP灯功率为120瓦的条件下通过标准的测量方法测量颜色重现指数。在红色比率为大约12.1％的情况下色温为6016K，颜色重现指数Ra8为74.6。
另一方面，进行比较的具有UHP灯但不带有上述干涉滤光片3的发光单元的类似测量得到下列数值。红色比率大约为9.1％时色温为7939K，颜色重现指数Ra8为65.0。

Claims (9)

1.一种高压放电灯，可至少以限定的波长范围和限定的发射光谱发光，至少包括：
灯头(2)，所述灯头包括放电腔(21)，至少所述灯头(2)放电腔(21)部分的形状是椭圆形；
两个电极(41，42)，延伸到放电腔(21)中，电极相对设置并且位于放电腔(21)的对称长轴线；和
多层的干涉滤光片(3)，其至少设置在灯头(2)的外表面上的放电腔(21)部分，其中至少部分的限定波长范围的光通过干涉滤光片(3)，另一部分的限定波长范围的光可反射到两个电极(41，42)之间的空间。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，在多层的干涉滤光片(3)的层结构中，具有较高折射率的层(3.1)与具有较低折射率的层(3.2)交替设置。
3.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述干涉滤光片(3)的具有较低折射率的层(3.2)优选主要由SiO2组成，干涉滤光片(3)的第二层(3.1)优选主要由二氧化锆(ZrO2)材料组成，二氧化锆具有比二氧化硅较高的折射率。
4.根据权利要求3所述的高压放电灯，其特征在于，所述第二层(3.1)的材料可从氧化钛，氧化钽，氧化铌，氧化铪，氮化硅，尤其是氧化锆ZrO2，或这些材料的混合物中选择。
5.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，限定的发射光谱可通过选择干涉滤光片特性来得到，所述干涉滤光片特性涉及允许通过的和反射的光部分的比例。
6.根据权利要求1所述的高压放电灯，其特征在于，所述高压气体放电灯是超高性能放电灯。
7.一种投影系统或内诊镜系统，具有光纤光缆或发光系统，发光系统具有至少一个权利要求1到6中任一项所述的灯。
8.一种发光单元，其至少以限定的波长范围和限定的发射光谱发光，至少具有：
一个作为光源的高压放电灯，其包括灯头，所述灯头具有对称的放电腔，两个延伸到放电腔中的电极，电极相对设置并对称于高压放电灯的长轴线；和
多层的干涉滤光片，至少部分的限定波长范围的光可通过干涉滤光片；和
反射体，其设置在所述光源和所述干涉滤光片之间的光束路径上，可反射至少一部分的限定波长范围的光，这部分的光不通过所述干涉滤光片，而是到达所述两个电极之间的空间。
9.一种内诊镜系统，具有光纤光缆、发光系统或投影系统，其具有至少一个权利要求8所述的发光单元。
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