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Die
Erfindung betrifft eine Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum und eine
zugehörige
Ansteuerungseinrichtung, insbesondere eine industriell anwendbare
Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum, die
UV-Licht mittels einer Gasentladung in Wasserstoffgas oder Deuteriumgas
abstrahlt.
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Wenn
nachfolgend verkürzt
von einer Lampe gesprochen ist, ist darunter immer eine Lampe mit kontinuierlichem
UV-Spektrum zu verstehen.
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In
den letzten Jahren wird UV-Licht häufig zum Reinigen von Glassubstraten
und für
verschiedene fotochemische Reaktionen verwendet. Als UV-Lichtquelle
werden dabei häufig
Niederdruck-Quecksilberdampflampen
und Excimerlampen verwendet. Diese Lampen zeigen nahe einer jeweiligen
spezifischen Wellenlänge
ein starkes Spektrum. UV-Licht dieser spezifischen Wellenlänge sorgt
für verschiedene
chemische Reaktionen und für
eine Umwandlung bestrahlter Materialien. Niederdruck-Quecksilberdampflampen
emittieren Strahlung mit festen Wellenlängen bei 185 nm und 254 nm.
Excimerlampen emittieren bei mehreren verschiedenen Wellenlängen, sind
jedoch nicht dazu in der Lage, bei einer wahlfrei bestimmbaren Wellenlänge zu emittieren.
Auch können
sie Licht nicht in einem beliebigen Wellenlängenbereich mit beliebiger
Weite des Wellenlängenbereichs
emittieren. Daher können
sie auch nicht für
Bestrahlungen angewandt werden, die einen weiten Wellenlängenbereich
erfordern.
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Als
Lampe mit kontinuierlichem Spektrum vom Vakuum-UV- bis in den UV-Bereich
sind Deuteriumlampen gut bekannt. Insbesondere werden sie in weitem
Umfang wissenschaftlich verwendet. Derartige Lampen sind beispielsweise
in den folgenden Dokumenten offenbart:
- Patentdokument 1:
JP2001-015073A
- Patentdokument 2: JPH01-137554A
- Nichtpatentdokument: MURAYAMA Seiichi: "The Characteristics of Licht Source
and its Usage", Measuring
Method Series 9 of The Spectrascopical Society of Japan, S. 23-30,
Japan Scientific Societies Press, 1985.
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Der
Aufbau der im Patentdokument 1 und im Nichtpatentdokument beschriebenen
Deuteriumlampe ist der folgende. Ein metallischer Abschirmungskasten
mit einem feinen Loch ist in einem Entladungsgefäß mit einem Fenster zum Durchlassen
von UV-Licht angeordnet. Der Abschirmungskasten ist ein Raum, der
mit Ausnahme des feinen Lochs vollständig abgetrennt ist. In diesem
Abschirmungskasten ist eine Anode angeordnet, und außerhalb
desselben ist eine Kathode angeordnet. Zwischen der Anode und der
Kathode tritt durch das feine Loch hindurch bei Ansteuerung eine
Entladung auf, wobei die positive Säule der Entladung durch das
feine Loch gequetscht wird. Durch den eingeschränkten Entladungsabschnitt wird
intensives UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum emittiert.
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Diese
Deuteriumlampe zeigt eine lange Lebensdauer mit verbesserten Eigenschaften
der Wärmeabstrahlung
von der Anode. Die Anode und die Kathode sind in einer mit Gas gefüllten Entladungshülle aus
Glas angebracht. Mit der Anode und der Kathode sind elektrische
Zuleitungen verbunden, die abgedichtet durch die Entladungshülle verlaufen.
Außerdem
verfügt
die Lampe über
eine Fenster-Schirmelektrode, eine Kathoden-Schirmelektrode, eine Fokussierelektrode
und einen Keramikhalter. Die Anode ist an der Rückseite des Keramikhalters
angebracht. Dadurch ist die Wärmestrahlung
von ihr nach hinten verbessert. Im Patentdokument 2 ist eine industrielle
Deuteriumlampe mit mehreren Abstrahlungspunkten von jeweils ungefähr 1 mm
Durchmesser in einer rohrförmigen
Struktur offenbart.
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Bei
der herkömmlichen
Deuteriumlampe bestehen die folgenden Probleme. Der Abstrahlungspunkt
für UV-Licht
mit kontinuierlichem Spektrum ist auf den engen Bereich des feinen
Lochs mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm eingeschränkt. Daher
ist die Intensität
des UV-Lichts für
Beleuchtungsquellen, wie sie für
verschiedene fotochemische Reaktionen zu verwenden sind, unzureichend.
Selbst eine Lampe mit mehreren Abstrahlungspunkten, wie sie im Patentdokument
2 offenbart ist, kann für
keine ausreichend starke Beleuchtung sorgen, da die Abstrahlungspunkte
an diskreten Positionen vorhanden sind. Der Aufbau der Lampe ist
kompliziert, und es ist auch die Ansteuerungsabfolge kompliziert.
Insgesamt gilt, dass dann, wenn feine Löcher verwendet werden, eine
Begrenzung hinsichtlich der Erhöhung der
Strahlungsintensität
besteht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beleuchtungsintensität einer
Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum zu erhöhen, um es zu ermöglichen,
dass die Lampe eine große
Fläche
mit hoher Beleuchtungsintensität
bestrahlt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ansteuerungseinrichtung
zum Betreiben einer derartigen Lampe zu schaffen.
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Diese
Aufgaben sind durch die Lampe gemäß dem beigefügten Anspruch
1 und die Ansteuerungseinrichtung gemäß dem beigefügten Anspruch 6
gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lampe
hängen Abstrahlungspunkte
zusammen, wobei die Länge derselben
nicht begrenzt ist, so dass die Lampe intensives UV-Licht mit kontinuierlichem
Spektrum liefern kann, um eine große Fläche mit hoher Beleuchtungsstärke zu bestrahlen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten
Ausführungsformen
näher erläutert.
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1 zeigt
drei schematische Ansichten einer Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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2 zeigt
zwei schematische Ansichten einer Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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3 zeigt
drei schematische Ansichten einer Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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4 zeigt
zwei schematische Ansichten einer Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
in der 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist
eine Lampe mit kontinuierlichem UV-Spektrum zum Abstrahlen von UV-Licht
mit kontinuierlichem Spektrum mittels einer Entladung mit Dielektrikumsbarriere.
Zwei Elektroden sind jeweils durch ein Dielektrikum bedeckt, um
von einem Entladungsraum getrennt zu werden. Zwischen den Elektroden
ist eine Trennplatte mit Schlitzen vorhanden, um den Entladungspfad
einzuquetschen. Im Entladungsgefäß ist Deuteriumgas
eingeschlossen.
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Die 1(a) ist eine perspektivische Ansicht der
Lampe gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung. Die 1(b) ist eine Zeichnung
eines Schnitts entlang einer in der 1(a) dargestellten Röhrenachse
entlang einer in der 1(c) dargestellten
Linie AOB. Die 1(c) ist eine Schnittzeichnung
orthogonal zur Lampenachse. Das Entladungsgefäß 1 ist eine zylindrische
Hülle aus
künstlichem Quarz.
Sie muss nicht zylindrisch sein, jedoch sollte sie in etwa zylinderförmig ausgebildet
sein. Ein Abschirmungskasten 2 ist ein Kasten aus einer
dünnen Nickelplatte
und einer Einrichtung zum Isolieren der einen Elektrode gegen die
andere. Die Seite des Abschirmungskastens 2 nahe dem Zentrum
des Entladungsgefäßes ist
mit einer Trennwand 3 in Form einer dicken Molybdänplatte
verschweißt,
um die beiden Teile zu kombinieren. Die dicke Trennwand 3 kann
aus einem anderen Material bestehen, insoweit dieses hitzebeständig ist,
wie beispielsweise aus Wolfram. Die Dicke der Trennwand 3 beträgt bei dieser
Ausführungsform
ungefähr
2 mm. Ein Schlitz 4 ist eine lange Öffnung zum Einquetschen des
Entladungspfads, um eine Verengungsstelle zu bilden. Der Schlitz 4 ist
im Zentrum der Trennwand 3 vorhanden. Er verfügt über eine
Weite von 1 mm und eine Länge
von 300 mm.
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Quarzröhren 5 und 6 sind
dünn ausgebildet, und
sie bilden einen Teil des Entladungsgefäßes 1. Sie sind vom
Boden des Entladungsgefäßes 1 nach innen
hin verlängert.
Die Innenseite des Entladungsgefäßes 1 und
die Außenseite
der zwei Quarzröhren 5 und 6 bilden
ein luftdichtes Gefäß (einen
Entladungsraum). Die eine dünne
Quarzröhre 5 ist
so angeordnet, dass sie im Inneren des Abschirmungskastens 2 vorhanden
ist und durch diesen völlig
umschlossen ist. Die Innenseite der Quarzröhren 5 und 6 ist
die Außenseite
des Entladungsraums, und dort sind Elektroden 7 und 8 eingesetzt.
Die Elektroden 7 und 8 liegen im Inneren der Quarzröhren 5 und 6 eng beieinander.
In die Quarzröhren 5 und 6 ist
eine verdrillte Metallleitung eingesetzt, die die Elektroden 7 und 8 bildet.
Zwischen die Innenfläche
der Quarzröhren 5 und 6 und
die Elektroden 7 und 8 ist ein leitender Füllstoff
eingefügt.
In das Entladungsgefäß 1 ist Deuteriumgas
von mehreren kPa eingefüllt.
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Nun
werden die Funktion und der Betrieb der Lampe gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung mit dem oben angegebenen Aufbau erläutert. Zwischen
die Elektroden 7 und 8 wird eine hohe Sinusspannung
mit mehreren kHz gelegt. Demgemäß tritt
im Deuteriumgas zwischen den Elektroden 7 und 8 eine
Entladung an einer Dielektrikumsbarriere auf. Die Elektrode 7 befindet
sich inner halb des Abschirmungskastens 2, und die Elektrode 8 befindet
sich außerhalb
desselben. Da der Abschirmungskasten 2 mit Ausnahme des
Schlitzes 4 dicht verschlossen ist, tritt durch den Schlitz 4 hindurch
in unvermeidlicher Weise eine Entladung auf. Entsprechend den Eigenschaften
einer Entladung an einer Dielektrikumsbarriere ist diese nicht auf
einen Punkt an der Elektrodenfläche
lokalisiert. Die Entladung tritt vielmehr an der gesamten Oberfläche der
Elektrode auf. Daher ist die Entladung, obwohl sie an einer langen
Elektrode stattfindet, nicht auf einen Teil lokalisiert, und es
tritt über
die gesamte Elektrode hinweg eine beinahe gleichmäßige Entladung
auf.
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Daher
wird die Entladung entlang dem gesamten Schlitz 4 gleichmäßig gequetscht.
Die Stromdichte ist in der Entladungsengstelle am Schlitz 4 hoch,
weswegen UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum emittiert wird.
Daher kann entlang dem weiten und langen Bereich am Schlitz 4 entlang
der Lampenachse starkes UV-Licht durch eine Entladung an einer Dielektrikumsbarriere
in Deuteriumgas erzielt werden. UV-Licht bedeutet hier Licht im
Wellenlängenbereich
von ungefähr
10 nm bis ungefähr
400 nm, einschließlich
des Vakuum-UV-Bereichs (Wellenlängenbereich
von ungefähr
10 nm bis ungefähr
200 nm. Zwischen die Elektroden 7 und 8 kann eine
hohe Rechteckwechselspannung anstelle einer hohen Sinusspannung
angelegt werden.
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Das
Entladungsgas muss nicht unbedingt Deuteriumgas sein, sondern es
kann auch Wasserstoffgas oder eine Mischung eines Edelgases mit Deuteriumgas
oder Wasserstoffgas sein. Um die Lebensdauer der Lampe zu verlängern, kann
die Innenwand des Entladungsgefäßes 1,
die dem Schlitz 4 in der Gegend der Elektrode 8 gegenüber steht,
durch eine dünne
Platte wie eine Nickelplatte umgeben sein, solange nicht der Entladungspfad
unterbrochen wird. Auf diese Weise wird die Rekombination von Wasserstoffatomen
und Wasserstoffionen an der Innenseite der dünnen Platte aktiviert, damit
sich wieder Wasserstoffmoleküle
bilden, wodurch der Verlust an Wasserstoffgas im Entladungsgefäß verringert werden
kann.
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Da
die Lampe bei der ersten Ausführungsform
der Erfindung auf die obige Weise aufgebaut ist, kann sie in einem
weiten Bereich intensives UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum
liefern.
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Die
durch die 2 veranschaulichte zweite Ausführungsform
der Erfindung ist eine Lampe zum Abstrahlen von UV-Licht mit kontinuierlichem
Spektrum durch eine Entladung an einer Dielektrikumsbarriere. Zwei
Elektroden sind jeweils mit einem Dielektrikum bedeckt, um vom Entladungsraum
getrennt zu sein. Zwei Schlitze sind so ausgebildet, dass der Entladungspfad
durch einen Schlitz nach dem anderen verläuft, um dort jeweils gequetscht
zu werden. In das Entladungsgefäß ist Deuteriumgas
eingefüllt.
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Die 2(a) ist eine perspektivische Gesamtansicht
dieser Lampe. Die 2(b) ist eine Zeichnung
eines Schnitts orthogonal zur Lampenachse. Bei dieser Lampe bilden
Schlitze 15 und 16 Maßnahmen zum Zusammenquetschen
der Entladungspfade, um Verengungsstellen zu bilden. Quarzröhren 11 und 12 sind
jeweils dünnwandig
ausgebildet. Wie bei der ersten Ausführungsform sind sie vom Boden
des Entladungsgefäßes 1 hin
zur Innenseite verlängert.
In den Röhren
sind Elektroden 13 uns 14 vorhanden. Ein Abschirmungskasten 2 bildet
eine Maßnahme
zum Trennen der Elektroden. Sein Inneres ist durch eine Unterteilungswand 17 abgetrennt. In
einem Raum des Abschirmungskastens 2 sind die dünne Quarzröhre 11 und
die Elektrode 13, die ein Paar bilden, vorhanden. Ein anderes
Paar aus der Quarzröhre 12 und
der Elektrode 14 ist in einem anderen Raum des Abschirmungskastens 2 enthalten. An
jedem Raum ist an der Trennwand 3 in einem Teil des Abschirmungskastens 2 ein
Schlitz 15 bzw. ein Schlitz 16 ausgebildet. Sie
sind zur Außenseite
des Abschirmungskastens 2 hin angeordnet. D. h., dass die
zwei Schlitze in solcher Weise parallel zueinander aus gebildet sind,
dass der Entladungspfad vom einen zum anderen Schlitz verläuft. Die
anderen Komponenten sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform,
und sie tragen jeweils dieselbe Bezugszahl.
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Nun
werden die Funktion und der Betrieb der Lampe gemäß dieser
zweiten Ausführungsform
erläutert.
Der Entladungspfad verläuft
von der einen Elektrode aus dem einen Raum heraus durch den einen
Schlitz hindurch. Dann verläuft
er durch den anderen Schlitz hindurch, um die andere Elektrode zu erreichen.
Wie bei der ersten Ausführungsform
tritt über
die gesamte Elektrode hinweg eine Entladung an einer Dielektrikumsbarriere
auf, und vom gesamten Schlitz wird UV-Licht mit kontinuierlichem
Spektrum abgestrahlt. Da der Entladungspfad durch zwei Schlitze
verläuft,
wo er jeweils eine hohe Stromdichte zeigt, kann eine höhere Leuchtstärke als
mit einem einzelnen Schlitz erzielt werden.
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Das
Entladungsgas kann wiederum Wasserstoffgas statt Deuteriumgas oder
eine Mischung eines Edelgases mit Deuteriumgas oder Wasserstoffgas
sein. Jeder Schlitz kann an mehreren Punkten in mehrere Schlitze
unterteilt sein, die in einer Linie angeordnet sind. Auf diese Weise
kann eine thermische Verformung der Schlitze an der Verengungsstelle
des Entladungspfads vermieden werden.
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Mit
dieser Lampe der zweiten Ausführungsform
werden dieselben Vorteile wie bei der Lampe gemäß der ersten Ausführungsform
erzielt, wobei zusätzlich
die erzielbare Leuchtstärke
höher ist.
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Bei
der in der 3 dargestellten Lampe gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung isoliert der Abschirmungskasten eine der zwei Elektroden
aufgrund eines Abschnitts mit zwei Knicken. Zwischen dem Elektrodenpaar
ist eine Trennwand mit einem Schlitz vorhanden. In ein Entladungsgefäß ist Deuteriumgas
eingefüllt.
An das Elektrodenpaar wird eine pulsförmige Spannung angelegt, damit
es zu einer pulsförmigen
Entladung kommt, um einen Zustand mit anormaler Glimmentladung zu
erzielen, die beendet wird, bevor ein Übergang auf eine Bogenentladung
erfolgt.
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Die 3(a) ist eine perspektivische Ansicht der
gesamten Lampe gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung. Die 3(b) ist eine Darstellung
eines Schnitts orthogonal zur Achse. Die 3(c) zeigt
einen bei einem Ansteuerungsvorgang anzulegenden Spannungsverlauf.
Gemäß der 3 sind
die Elektroden 21 und 22 konkave Metalldrähte mit
einem Querschnitt mit zwei Knicken. Stromzuleitungen 21' und 22' sind am Stutzen 20 des
Entladungsgefäßes 1 abgedichtet
in das Innere des Entladungsgefäßes 1 geführt. Sowohl
die Elektrode 21 im Abschirmungskasten 2 als auch
die externe Elektrode 22 sind am Stutzen mit diesen Stromzuleitungen 21' und 22' verbunden.
Außerdem
ist in diesem Fall die Elektrode 21 durch die Hülle 23,
die dem Abschirmungskasten 2 ähnlich ist, bedeckt, um zu
verhindern, dass auf dem weg vom Stutzen 20 zum Abschirmungskasten 2 eine
Entladung auftritt. Die anderen Komponenten sind dieselben wie bei
der ersten und der zweiten Ausführungsform,
und sie tragen dieselben Bezugszahlen.
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Nun
werden die Funktion und der Betrieb der Lampe gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert. Die
Spannung mit dem in der 3(c) dargestellten Signalverlauf
wird an die Elektroden 21 und 22 angelegt, um
eine Ansteuerung durch Wechselspannungspulse auszuführen. Die
Entladung beginnt bei der ansteigenden Flanke des Pulses. Zunächst beginnt
eine Dunkelentladung, und dann entsteht eine Glimmentladung. Bei
der Glimmentladung sind die an der Kathode abfallende Spannung und.
die Stromdichte vor der Kathode konstant, und der Strom steigt an.
Da der Querschnitt der Elektrode zweifach abgeknickt ist, tritt
ein Hohlkathodeneffekt auf. Dieser führt zu einer Glimmentladung
im Inneren der zweifach abgeknickten Elektrode. Der Entladungsstrom
steigt beim Fortschreiten der Glimmentladung an, und die Entladungsfläche an der Kathodenoberfläche wird größer. Schließlich tritt
im gesamten Inneren der zweifach abgeknickten Elektrode eine Entladung
auf. Dann ändert
sich diese in den Zustand einer anormalen Glimmentladung. Dabei
fällt die
an der Kathode abfallende Spannung, während die Stromdichte ansteigt.
Dies kann zu einer Bogenentladung führen, wenn der Strom weiter
ansteigt. Jedoch werden die Spannung und die Weite des Pulses so
eingestellt, dass die Entladung endet, bevor sie auf eine Bogenentladung
wechselt, nachdem sie die gesamte Elektrode überdeckt hat.
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Durch
die auf die obige Weise geeignet eingestellte Pulsbreite kann eine
Entladung erzeugt werden, die sich bei jedem Puls stabil über die
gesamte Elektrode erstreckt. Im Ergebnis bildet sich im gesamten
Schlitz 4 der Trennwand 3 ein ausgebreiteter Entladungspfad.
Der Entladungspfad wird durch den Schlitz 4 gequetscht,
um eine Verengungsstelle zu bilden, an der die Stromdichte hoch
wird. Daher wird über
eine große
Fläche
entlang dem gesamten Schlitz 4 UV-Licht mit kontinuierlichem
Spektrum emittiert.
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Bei
der beschriebenen Ausführungsform
ist die Elektrode im Schnitt zweifach abgeknickt, jedoch besteht
keine notwendige Einschränkung
auf diese Form. Es kann sich um eine beliebige Form wie eine ebene
oder eine V-Form handeln, insoweit die Funktion ähnlich ist. Die Spannungsversorgung
der Ansteuerungseinrichtung muss derartige Pulse erzeugen, dass
es zu einer anormalen Glimmentladung kommt, die die gesamte Elektrodenfläche bedeckt, und
dass die Entladung beendet wird, bevor ein Übergang auf eine Bogenentladung
erfolgt.
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Das
Entladungsgas muss wiederum nicht notwendigerweise Deuteriumgas
sein, sondern es kann auch Wasserstoffgas oder eine Mischung eines Edelgases
mit Deuteriumgas oder Wasserstoffgas sein. Um die Lebensdauer der
Lampe zu verlängern, kann
sich ein Rand des Abschirmungskastens 2 nach außen erstrecken,
um die Elektrode 22 an der Außenseite des Abschirmungskastens 2 abzudecken, solange
dabei nicht der Entladungspfad unterbrochen wird. Auf diese weise
wird die Rekombination von Wasserstoffatomen und Wasserstoffionen
aktiviert, damit an der Innenfläche
der dünnen
Platte wieder Wasserstoffmoleküle
entstehen. Dadurch kann der Verlust an Wasserstoffgas im Entladungsgefäß verringert
werden. Außerdem
kann der Schlitz an mehreren Punkten in mehrere Schlitze unterteilt
werden, die in einer Linie angeordnet sind. Auf diese Weise kann
eine thermische Verformung der Schlitze an der Verengungsstelle
des Entladungspfads vermieden werden.
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Da
die Lampe gemäß dieser
dritten Ausführungsform
auf die obige Weise aufgebaut ist, kann die Leuchtstärke des
UV-Lichts mit kontinuierlichem Spektrum über eine große Fläche auf
einen hohen Wert gebracht werden. Die Lampe kann mit fester Pulsbreite
angesteuert werden. Andernfalls kann die Ansteuerungseinrichtung
so aufgebaut sein, dass die Spannung (der Strom) abgeschaltet wird,
während der
Lampenstrom überwacht
wird, um die Entladung zu beenden, wenn bei der anormalen Glimmentladung
ein spezieller Strom erkannt wird, um vor dem Übergang auf eine Bogenentladung
abzuschalten.
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Bei
der in der 4 dargestellten vierten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Elektrode mit einem Dielektrikum bedeckt,
um gegen den Entladungsraum isoliert zu sein. Die andere Entladung
ist eine Wendel, die mit einem Material für Thermoemission beschichtet
ist. Zwischen den Elektroden ist eine Trennwand mit Schlitzen vorhanden.
In das Entladungsgefäß ist Deuteriumgas
eingeschlossen.
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Die 4(a) ist eine perspektivische Ansicht der
gesamten Lampe der vierten Ausführungsform. Die 4(b) ist eine Darstellung eines Schnitts
orthogonal zur Lampenachse. In der 4 sind die Elektroden 34a–34f für Thermoemission
Wendeln (dünne
Wolframdrähte),
die als Spule gewickelt sind), wobei mit den beiden Enden zwei Leitungsdrähte verbunden
sind. Diese Elektroden sind mit einem Thermoemissionsmaterial beschichtet.
Eine dünne Quarzröhre 30 erstreckt
sich vom Boden zur Innenseite des Entladungsgefäßes 1 aus künstlichem Quarz.
Eine Elektrode 33 ist in der dünnen Quarzröhre 30 vorhanden.
Die Quarzröhre 30 und
die Elektrode 33 sind im Abschirmungskasten 2 angeordnet. Der
Stutzen 10 und der Abschirmungskasten 2 sind durch
einen Mantel 35 isoliert, damit es zwischen ihnen zu keiner
Entladung kommt.
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Die
Elektrode 33 im Abschirmungskasten 2 ist so lang
wie der gesamte leuchtende Teil. Sie ist mit einem Dielektrikum
abgedeckt (der dünnen Quarzröhre 30).
Dann wirkt sie als Elektrode einer Entladung an einer Dielektrikumsbarriere.
Andererseits sind die Zuleitungsdrähte 31 und 32 aus
Nickel parallel außerhalb
des Abschirmungskastens 2 angeordnet. Sie sind am Stutzen 10 mit
den Stromzuleitungen 31' und 32' verbunden.
Die Zuleitungsdrähte 31 und 32 sind
mit den mehreren Elektroden 34a–34f für Thermoemission
verbunden. Jeder von Schlitzen 4a–4f ist jeder Elektrode
für Thermoemission
ausgebildet, um den Entladungspfad einzuquetschen. Die anderen Komponenten
sind dieselben wie bei den bisherigen Ausführungsformen, wobei dieselben
Bezugszahlen verwendet sind.
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Nun
werden die Funktion und der Betrieb dieser Lampe gemäß der vierten
Ausführungsform erläutert. Es
wird eine elektrische Spannung von mehreren Volt an die zwei Leitungsdrähte 31 und 32 gelegt,
um das Thermoemissionsmaterial auf eine passende Temperatur zu erhitzen.
Zwischen die Elektrode 33 und den einen Zuleitungsdraht
der Thermokathode wird eine Sinuswelle oder eine Rechteckwelle mit
hoher Spannung zur Entladung angelegt. Die Entladung tritt zwischen
den Elektroden 34a–34f für Thermoemission
und der anderen, gemeinsamen Elektrode 33 auf. Ausgehend
von schmalen Bereichen an den Elektroden 34a–34f für Thermoemission
bildet sich zur anderen Elektrode hin ein fächerförmiger Entladungspfad aus,
wobei der Strom auf vergleichsweise kleine Bereiche jeder Elektrode
konzentriert wird. Die für
die Entladung erforderliche Spannung kann abgesenkt werden, und es
kann auch der Energieverbrauch gesenkt werden, da für einen
Teil der Elektrode eine solche mit Thermoemission verwendet ist.
Demgemäß kann eine einfache
Spannungsversorgung verwendet werden, und die Lampe erzielt eine
hohe Effizienz.
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Das
Entladungsgas muss wiederum nicht notwendigerweise Deuteriumgas
sein, sondern es kann beispielsweise Wasserstoffgas oder ein Gemisch
eines Edelgases mit Deuteriumgas oder Wasserstoffgas sein. Um die
Lebensdauer der Lampe zu verlängern,
kann sich ein Rand des Abschirmungskastens 2 nach außen hin
erstrecken, um die Elektroden 34a–34f an der Außenseite
des Abschirmungskastens 2 zu bedecken, solange dabei nicht
der Entladungspfad unterbrochen wird. Auf diese Weise kann wiederum
der Verlust von Wasserstoffgas im Entladungsgefäß verringert werden.
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Auch
mit der Lampe gemäß dieser
vierten Ausführungsform
kann über
eine große
Fläche
eine hohe Leuchtstärke
erzielt werden.
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Bei
einer Lampe gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung ist zwischen den Elektroden wiederum eine Trennwand
mit Schlitzen vorhanden. In das Entladungsgefäß ist Deuteriumgas eingeschlossen.
An das Elektrodenpaar wird eine hochfrequente Spannung von 500 kHz
bis 100 MHz angelegt. Dabei ist der Grundaufbau dieser Lampe derselbe
wie bei den bisherigen Ausführungsformen.
Jedoch besteht ein Unterschied dahingehend, dass die Entladung mit
einem hochfrequenten Strom von über 500
kHz ausgeführt
wird. Bei einer Hochfrequenzentladung wird für das Material des Abschirmungskastens 2 und
des Schlitzes 4 eine Keramik mit hohem Schmelzpunkt verwendet,
beispielsweise Aluminiumoxid oder Bornitrid. Zwischen die Elektroden
wird eine hochfrequente Spannung von beispielsweise 13,56 MHz gelegt.
Im Ergebnis tritt zwischen den Elektroden eine Hochfrequenzentladung
auf. Dabei hängt
die Entladung zwischen den Elektroden von der Intensität des hochfrequenten
elektrischen Felds ab, die wiederum von der an die Elektroden angelegten
hochfrequenten Spannung abhängt.
Dabei ist das elektrische Feld unabhängig von der Position konstant,
da die Elektroden parallel angeordnet sind. Daher tritt in der Richtung
der Achse eine Hochfrequenzentladung auf gleichmäßige Weise auf, ähnlich der
positiven Säule
einer Glimmentladung. Da der Entladungspfad durch den Schlitz 4 gequetscht
wird, bildet sich an dieser Verengungsstelle ein Plasma mit hoher
Stromdichte. Demgemäß kann wie
bei den bisherigen Ausführungsformen
starkes UV-Licht mit kontinuierlichem Spektrum über eine große Bestrahlungsfläche erzielt
werden.