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Die
Erfindung betrifft eine Xenonlampe, welche beispielsweise in einem
Projektor unter Verwendung der DLP® (Digital
Light Processing)-Technik und dergleichen als Lichtquelle verwendet
wird.
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In
den letzten Jahren finden digitale Projektoren von einem Typ zunehmend
Verwendung, bei welchen man Bildelemente, wie DMD (Digital Micro-mirror
Device), LC-Anzeigen und dergleichen, mit einer Lichtquelle mit
hoher Leistung mit Licht bestrahlt, vergrößert
projiziert und somit auf einer Bildfläche Bilder abbildet.
Als Lichtquelle wird eine Xenonlampe mit hoher Helligkeit verwendet.
Es besteht ein Bedarf an einer noch höheren Leistung und
gleichzeitig auch an einer Verkleinerung der Lampe.
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1 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung einer Xenonlampe
1.
Eine derartige Xenonlampe
1 ist beispielsweise in der
JP 2004-1 34104 A offenbart.
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Die
Xenonlampe 1 umfasst ein Entladungsgefäß 10 aus
Quarzglas, welches aus einem Emissionsteil 2 sowie Seitenröhren 3a, 3b besteht,
sowie eine Kathode 4 und eine Anode 5, welche
innerhalb des Emissionsteils 2 gegenüberliegend
angeordnet sind. Die Kathode 4 und die Anode 5 werden
jeweils von einem Anschluss-Stift 6 aus Wolfram abgestützt. Ferner
sind Haltezylinder 7 aus zylindrischem Quarzglas, deren
Inneres mit einer Durchgangsöffnung versehen ist, welche
in der axialen Richtung verläuft, in den Seitenröhren 3a, 3b befestigt.
Der Anschluss-Stift 6 ist in den Haltezylinder 7 eingeschoben,
wird dort gehalten und zugleich jeweils mittels eines Gradienten-Verbindungsteils 8 in
den Seitenröhren 3a, 3b abgedichtet.
Die Anschluss-Stifte 6 fungieren auch als Außenanschlüsse,
welche von den äußeren Enden des Entladungsgefäßes 10 nach außen überstehen
und der Kathode 4 und der Anode 5 jeweils Leistung
zuführen.
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Eine
Erhöhung der Helligkeit der Xenonlampe 1 wird
konkret durch eine Regulierung des Abstandes zwischen der Kathode 4 und
der Anode 5 sowie der Menge des eingefüllten Gases
realisiert. Wenn man beispielsweise den Abstand zwischen der Kathode 4 und
der Anode 5 kleiner macht als bei einer herkömmlichen
Xenonlampe und die Menge des eingefüllten Gases in der Weise
vergrößert, dass man dieselben elektrischen Eigenschaften
wie bei einer herkömmlichen Xenonlampe erhalten kann, vergrößert
sich der elektrische Eingang pro Einheitslichtbogenlänge,
und die abgegebene Lichtenergie nimmt zu.
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Da
das von der Xenonlampe 1 abgegebene Licht nicht nur den
Bereich der sichtbaren Strahlung, sondern auch noch den UV-Bereich
und den Infrarot-Bereich erreicht, vergrößert
sich auch der Ausgang der UV-Strahlung bei einer Vergrößerung
der Lichtenergie.
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Die
UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner/gleich 200
nm im Licht, welches von der Xenonlampe 1 abgegeben wird,
führt nicht nur zu dem gravierenden Nachteil, im Entladungsgefäß 10 aus Quarzglas
Verzerrungen zu erzeugen, sondern reagiert mit der Atmosphäre,
welche in der Umgebung der Xenonlampe vorhanden ist, und erzeugt
Ozon. Wenn Ozon erzeugt wird, unterliegen optische Geräte
verschiedenen Beschädigungen, wie einer Verringerung der
Reflexionseigenschaften des Fokussierspiegels sowie des Reflektors,
einer Verringerung des Durchlassgrades des Filters und dergleichen.
Als Folge davon wird eine Verringerung der Beleuchtungsintensität
auf der bestrahlten Fläche verursacht.
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Es
ist bekannt, dass man die UV-Strahlung mit einer Wellenlänge
von kleiner/gleich 200 nm durch Dotieren von Titanoxid im Entladungsgefäß
10 der
Xenonlampe oder durch Vorsehen einer Titanoxidschicht auf der Oberfläche
des Entladungsgefäßes
10 abschirmen kann.
Dadurch, dass das Entladungsgefäß
10 Titanoxid
enthält, kann man UV-Strahlung abschirmen und die Erzeugung
von Ozon verhindern. Die Technik des Dotierens von Titanoxid wird
beispielsweise in der
JP
8-96751 A (
US 5,608,227
A ) offenbart. Die Technik, bei welcher mit Titanoxid überzogen
wird, wird beispielsweise in der
JP 11-96970 A offenbart.
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Wenn
man eine Xenonlampe, bei welcher für das Entladungsgefäß Titanoxid-haltiges
Quarzglas verwendet wird, über eine lange Zeit betreibt,
werden jedoch auf der Oberfläche des Entladungsgefäßes, welche
dem Emissionsraum ausgesetzt ist, weiße Kristalle niedergeschlagen.
In dem kristallisierten Bereich entstehen Risse auf der Oberfläche
des Entladungsgefäßes, welche dem Emissionsraum
ausgesetzt ist, und die Titanoxidschicht, welche UV-Strahlung abschirmt,
wird zerstört. Wenn die im Emissionsraum entstehende UV-Strahlung
auf die Risse trifft, tritt deshalb der gravierende Nachteil auf,
dass im Quarzglas, aus welchem das Entladungsgefäß gebildet
ist, Spannungen entstehen, was eine Zerstörung des Entladungsgefäßes
verursacht.
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Die
Erfindung wurde gemacht, um den vorstehend beschriebenen Nachteil
zu beseitigen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Xenonlampe mit einem Entladungsgefäß aus
Titanoxid-haltigem Quarzglas anzugeben, bei welcher verhindert wird,
dass auf der Oberfläche des Entladungsgefäßes,
welche dem Emissionsraum ausgesetzt ist, Kristallisation entsteht,
welche eine Zerstörung des Entladungsgefäßes
verursacht.
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Die
Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung
bei einer Xenonlampe, welche ein Entladungsgefäß aus
Titanoxid-haltigem Quarzglas mit einem Emissionsteil sowie Seitenröhren
aufweist, welche an die beiden Enden des Emissionsteils angrenzen,
bei welcher innerhalb des Emissionsteils eine Kathode und eine Anode
gegenüberliegend angeordnet sind, die jeweils an einem
Ende eines Anschluss-Stifts angebracht sind, der jeweils in einer der
Seitenröhren angeordnet und durch Gradienten-Verbindungsteile
abgedichtet ist, und bei welcher in das Entladungsgefäß Xenon
eingefüllt ist, dadurch gelöst, dass in einem
Bereich, in welchem die Seitenröhre auf der Kathodenseite
an den Emissionsteil angeschlossen ist, ein zusammengezogener Bereich gebildet
ist, dass die Außenoberfläche des zusammengezogenen
Bereiches sowie ein Teil der Außenoberfläche des
Emissionsteils, welcher an den zusammengezogenen Bereich angrenzt,
mit einem leitenden Film versehen sind und dass der leitende Film an
die Kathode elektrisch angeschlossen ist.
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Die
Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung
dadurch gelöst, dass der Emissionsteil in einem Zwischenbereich,
welcher auf der Seite der Kathode zwischen der Seitenröhre
und der maximalen Auswölbung liegt, den Rest eines Auslassrohrs
aufweist, von welchem ausgehend auf der Außenoberfläche
auf der Anodenseite ein an die Anode elektrisch angeschlossener
Triggerdraht angeordnet ist.
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Die
Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung
beim ersten oder zweiten Aspekt dadurch gelöst, dass an
den beiden Enden des Entladungsgefäßes jeweils
ein Sockel vorhanden ist, dass einer der Sockel an mit der Kathode
verbunden ist und dass ein Draht mit gleichem elektrischen Potential,
welcher von dem vorstehend beschriebenen Sockel abgeleitet ist,
mit dem leitenden Film in Kontakt ist.
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Durch
die im ersten Aspekt der Erfindung beschriebene Xenonlampe kann
man durch die Maßnahme, dass die Außenoberfläche
des zusammengezogenen Bereiches im Bereich, in welchem die kathodenseitige
Seitenröhre an den Emissionsteil angrenzt, sowie ein Teil
der Außenoberfläche des Emissionsteils, welcher
an den zusammengezogenen Bereich angrenzt, mit einem leitenden Film
versehen sind, dass der leitende Film an die Kathode elektrisch angeschlossen
ist und dass der leitende Film auf das gleiche elektrische Potential
wie die Kathode festgelegt wird, das Entstehen einer Kristallisation
auf der Oberfläche des Entladungsgefäßes,
welche dem Emissionsraum ausgesetzt ist, verhindern.
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Durch
die im zweiten Aspekt der Erfindung beschriebene Xenonlampe wird
durch die Maßnahme, dass man ausgehend von einem Rest eines
Auslassrohrs auf der anodenseitigen Außenoberfläche einen
Triggerdraht anordnet, welcher an die Anode elektrisch angeschlossen
ist, durch den Vorsprung des Restes des Auslassrohrs ein Abweichen
des Triggerdrahtes auf die Kathodenseite hin verhindert, so dass
er in der Weise gehalten werden kann, dass er nicht mit dem leitenden
Film, welcher das gleiche elektrische Potential wie die Kathode
aufweist, in Kontakt kommt. Die Wirkung, dass durch den Triggerdraht
die Starteigenschaft gefördert wird, wird deshalb nicht
beeinträchtigt.
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Durch
die im dritten Aspekt der Erfindung beschriebene Xenonlampe kann
man durch die Maßnahme, dass ein Draht mit gleichem elektrischen
Potential, welcher vom Sockel abgeleitet ist, der mit der Kathode
verbunden ist, mit dem leitenden Film in Kontakt ist, den auf der
Außenoberfläche des Entladungsgefäßes
gebildeten leitenden Film auf einfache Weise auf gleiches elektrisches
Potential wie die Kathode festlegen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer Zeichnung weiter beschrieben. Es
zeigen schematisch:
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1 eine
Querschnittsdarstellung der Anordnung einer Xenonlampe;
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2 eine
Querschnittsdarstellung der Anordnung einer Quecksilberlampe, welche
eine Foliensiegelanordnung aufweist;
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3 eine
schematische Darstellung des Aussehens einer Xenonlampe; und
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4(a) bis (c) jeweils eine Teilansicht einer Xenonlampe
zur Darstellung eines Bereiches, in welchem ein leitender Film gebildet
ist.
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1 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung der Anordnung einer Xenonlampe 1,
die ein Entladungsgefäß 10 aufweist,
welches einen Emissionsteil 2 sowie Seitenröhren 3a, 3b aufweist, die
an die beiden Enden des Emissionsteils 2 angrenzen und über
dieses überstehen. Im Emissionsteil 2 sind eine
Kathode 4 und eine Anode 5 gegenüberliegend
angeordnet. Das Entladungsgefäß 10 ist aus
Titanoxid-haltigem Quarzglas gebildet und schirmt UV-Strahlung mit
einer Wellenlänge von kleiner/gleich 200 nm ab. In das
Entladungsgefäß 10, welches aus dem im
Wesentlichen kugelförmigen Emissionsteil 2 und
den zylindrischen Seitenröhren 3a, 3b gebildet
ist, welche sich von den beiden Enden dieses Emissionsteils 2 erstrecken,
ist als Entladungsgas Xenon (Xe) eingefüllt.
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An
den beiden Enden des Entladungsgefäßes 10 sind
geschlossene zylindrische Sockel 9a, 9b aus Messing
angeordnet. Sie sind dadurch befestigt, dass sie auf die offenen
Enden des hohlzylindrischen Rumpfes aufgeschoben werden, um die
Enden des Entladungsgefäßes 10 zu bedecken,
und zwischen diesen und dem Entladungsgefäß 10 ein
Klebemittel injiziert wird. In der Mitte des Inneren der Sockel 9a, 9b verlaufen
Leitungen 11, welche jeweils aus verdrilltem Draht aus
Kupfer bestehen und an Anschluss-Stifte 6 durch Hartlöten 12 elektrisch
angeschlossen sind, deren eines Ende jeweils eine der Elektroden 4, 5 trägt.
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Die
Anschluss-Stifte 6 stehen jeweils über eines der
beiden Enden des Entladungsgefäßes 10 über.
Sie weisen eine so genannte Stabsiegelanordnung auf, bei welcher
sie von Gradienten-Verbindungsteilen 8, welche in den Seitenröhren 3a, 3b angeordnet
sind, sowie von Haltezylindern 7 festgehalten werden. Die
Enden der Seitenröhren 3a, 3b sind jeweils
mit einer ringförmigen Kantenwand versehen. Mit dem Innenumfangsrand
der Kantenwand 13 ist ein zylindrischer, Gradienten-Verbindungsteil 8 verbunden.
Die Gradienten-Verbindungsteile 8 werden unter Verwendung
von Gradienten-Verbindungsglas (auch Zwischenglas genannt) mit einem
Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet, welcher zwischen dem
Wärmeausdehnungskoeffizienten beispielsweise von Quarzglas,
aus welchem das Entladungsgefäß 10 besteht,
und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten beispielsweise von
Wolfram, aus dem die Anschluss-Stifte 6 bestehen, liegt.
Das Ende des Gradienten-Verbindungsteils 8 auf der Seite
des Emissionsteils 2, welches entlang des Anschluss-Stifts 6 zur Seite
des Emissionsteils 2 hin verläuft, ist an den
Außenumfang des Anschluss-Stiftes 6 angeschlossen und
dichtet den Anschluss-Stift 6 ab.
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In
an den Emissionsteil 2 angrenzenden Bereichen der Seitenröhren 3a, 3b sind
zusammengezogene Bereiche 14a, 14b angeordnet,
welche in Richtung auf die Mittelachse in ihrem Durchmesser verkleinert
sind. In dem Emissionsteil 2, welcher mit den zusammengezogenen
Bereichen 14a, 14b verbunden ist, sind stabförmige
Röhrenteile 15a, 15b gebildet, deren
Durchmesser ungefähr gleich dem Durchmesser der Seitenröhren 3a, 3b ist.
Hieran angrenzend befinden sich im Wesentlichen kugelförmige
Auswölbungen. Diese Bereiche, in welchen die Seitenröhren 3a, 3b an
den Emissionsteil 2 angeschlossen sind, stellen die zusammengezogenen
Berei che 14a, 14b dar. Die stabförmigen
Röhrenteile 15a, 15b sind auf der Seite
des Emissionsteils 2 gebildet, welche an die zusammengezogenen
Bereiche 14a, 14b angrenzen.
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Innerhalb
der zusammengezogenen Bereiche 14a, 14b ist jeweils
ein Haltezylinder 7 angeordnet, dessen Außenseite
mit einer Metallfolie umwickelt ist. Die zusammengezogenen Bereiche 14a, 14b werden
in der Weise durch Erwärmen zusammengezogen, dass sie mit
den Haltezylindern 7 in Kontakt kommen. Die Haltezylinder 7 werden
dadurch so befestigt, dass sie sich nicht bewegen. Ferner ist in
eine mittlere Durchgangsöffnung des Haltezylinders 7 ein
Anschluss-Stift 6 eingeschoben, dessen Außenseite
mit einer Metallfolie umwickelt ist. Somit wird das Gewicht der
Elektroden 4, 5, welche sich an den Spitzen der
Anschluss-Stifte 6 befinden, abgestützt. Auf diese
Weise werden die an den Spitzen der Anschluss-Stifte 6 gebildeten
Elektroden 4, 5 von den Seitenröhren 3a, 3b abgestützt
und innerhalb des Emissionsteils 2 gegenüberliegend
angeordnet. Ferner sind Kathode 4 und Anode 5 über
Anschluss-Stifte 6 an die Sockel 9a bzw. 9b elektrisch angeschlossen.
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Nachfolgend
werden die Zahlenwerte der Xenonlampe 1 beispielhaft gezeigt.
Es liegen:
- – der Außendurchmesser
der maximalen Auswölbung des Emissionsteils 2 in
einem Bereich von 40 mm bis 80 mm, beispielsweise bei 60 mm;
- – der Innenflächeninhalt des im Wesentlichen
kugelförmigen Emissionsteils 2 in einem Bereich von
4800 mm2 bis 20400 mm2,
beispielsweise bei 10700 mm2;
- – der Abstand zwischen der Anode 5 und der
Kathode 4 in einem Bereich von 3 mm bis 8 mm, beispielsweise
bei 4,5 mm;
- – die Eingangsleistung beim Betrieb in einem Bereich
von 3000 W bis 7000 W, beispielsweise bei 4200 W; und
- – die Röhrenwandlast des Emissionsteils 2 beim Betrieb
bei 0.3 W/mm2 bis 0.5 W/mm2,
konkret bei 0.38 W/mm2.
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Anschließend
wurden bei drei Sorten Lampen mit unterschiedlichen Spezifikationen
Betriebsversuche durchgeführt, um die Bedingungen zu erforschen,
unter welchen eine Kristallisation entsteht, welche auf der dem
Emissionsraum zugewandten Oberfläche des Entladungsgefäßes
niedergeschlagen wird. Nachfolgend werden die Spezifikationen der
Lampen 1 bis 3 aufgelistet:
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Lampe 1 – Xenonlampe
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- – Entladungsgefäß:
Titanoxid-haltiges Quarzglas, Gesamtlänge 300 mm, Außendurchmesser
der maximalen Auswölbung des Emissionsteils 60 mm, Gesamtlänge
des Emissionsteils 80 mm
- – hermetisch abschließende Anordnung: Stabsiegelanordnung
- – einzufüllendes Gas: Xenon (Xe) 2 MPa (Ruhedruck)
- – Abstand zwischen der Anode und der Kathode: 4.5 mm
- – Eingangsleistung: 4 kW
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Lampe 2 – Xenonlampe
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Xenonlampe
wie Lampe 1 und unter denselben Bedingungen hergestellt, aber Entladungsgefäß aus
einem Quarzglas-Material, das kein Titanoxid enthält.
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Lampe 3 – Quecksilberlampe
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- – Entladungsgefäß:
Titanoxid-haltiges Quarzglas, Gesamtlänge 300 mm, Außendurchmesser
der maximalen Auswölbung des Emissionsteils 80 mm, Gesamtlänge
des Emissionsteils 90 mm
- – hermetisch abschließende Anordnung: Folienversiegelung
- – eingefülltes Gas: Xenon (Xe) 0.2 MPa (Ruhedruck),
Quecksilber 30 mg/cm3
- – Abstand zwischen der Anode und der Kathode: 5.0 mm
- – Eingangsleistung: 4 kW
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Unter
dem Begriff ”Folienversiegelung” für die
hermetisch abschließende Anordnung der Quecksilberlampe
bei Lampe 3 ist die in 2 gezeigte Anordnung zu verstehen.
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Bei
der hermetisch abschließenden Anordnung durch die Folienversiegelung
ist das eine Ende eines Innenanschlusses 33, an dessen
anderem Ende eine Elektrode angeordnet ist, von einem im Wesentlichen
zylindrischen Glasbauteil 34 aus Quarzglas abgestützt,
welches im hermetisch abschließenden Teil 32 angeordnet
ist. Ferner wird das Ende eines Außenanschlusses 35,
welcher vom Entladungsgefäß 31 nach außen
abgeleitet wird, das heißt, welcher vom äußeren
Ende des hermetisch abschließenden Teils 32 nach
außen übersteht, vom Glasbauteil 34 abgestützt.
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Auf
der Außenumfangsfläche des Glasbauteils 34 sind
in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet fünf streifenförmige
Metallfolien 36 entlang der Röhrenachsrichtung
der Queck silberlampe zueinander parallel angeordnet. Ein Ende der
jeweiligen Metallfolie 36 ist an den Innenanschluss 33 elektrisch
angeschlossen, während das andere Ende an den Außenanschluss 35 elektrisch
angeschlossen ist. Der hermetisch abschließende Teil 32 und
das Glasbauteil 34 im Entladungsgefäß 31 sind über
die Metallfolien 36 aneinander angeschweißt, wodurch eine
hermetische Siegelanordnung gebildet wird. Ein Haltezylinder 37 stützt
den in ihn eingeschobenen Innenanschluss 33 und ist an
den hermetisch abschließenden Teil 32 angeschweißt.
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Da
auf diese Weise bei der Folienversiegelung durch das Glasbauteil 34 eine
hermetische Siegelanordnung gebildet ist, dringt das eingefüllte
Gas nicht bis zum Ende des hermetisch abschließenden Teils 32,
dessen Temperatur auch im Betrieb niedrig ist. Um zu verhindern,
dass das eingefüllte Gas abkühlt und somit das
Quecksilber nicht vollständig verdampft, ist es bei einer
Quecksilberlampe erforderlich, die hermetisch abschließende
Anordnung durch eine Folienversiegelung zu bilden.
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Da
andererseits bei einer Xenonlampe der Druck des eingefüllten
Gases hoch ist, braucht eine hermetisch abschließende Anordnung
eine hohe Druckfestigkeit. Wenn man eine Folienversiegelung anwendet,
werden häufig ausgehend von den Spalten zwischen den Metallfolien 36 Risse
gebildet. Ferner muss man für eine Vergrößerung
der elektrischen Eingangsleistung die Anzahl der Metallfolien 36 vergrößern,
wodurch die Anzahl der Spalte, welche die Metallfolien 36 bilden,
sich vergrößert und die Wahrscheinlichkeit der
Rissbildung sich noch mehr erhöht. Die Anordnung ist deshalb
ungeeignet für eine Lichtquelle eines digitalen Projektors,
bei welchem ein besonderer Bedarf an einer Erhöhung der
Helligkeit besteht. Bei einer Xenonlampe ist es deshalb erforderlich,
die hermetisch abschließende Anordnung durch eine Stabversiegelung
zu bilden. Bei einer Stabversiegelung wird anhand der Gradienten-Verbindungsteile 8 abgedichtet,
was eine Rissbildung erschwert.
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Die
Lampen 1 bis 3 wurden jeweils betrieben und es wurde beobachtet,
ob auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche des
Entladungsgefäßes eine Kristallisation entsteht
oder nicht.
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Die
Lampen wurden unter Bedingungen betrieben, bei denen sie zwei Stunden
lang betrieben und 30 Minuten ausgeschaltet wurden, und dieses wiederholt
wurde. Das heißt, es wurde mit einer Unterbrechung von
30 Minuten jeweils zwei Stunden lang betrieben. Die Beobachtung,
ob die Kristallisation vorkam oder nicht, wurde jeweils nach 50
Stunden Betriebsdauer beim Ausschalten visuell durchgeführt.
Dies wurde wiederholt, bis eine Kristallisation vorkam.
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Der
Begriff ”Kristallisation” unterscheidet sich von
einer Schleierbildung auf der Innenseite des Entladungsgefäßes
und wird von sehr kleinen Rissen des Entladungsgefäßes
begleitet. Wenn eine Kristallisation entsteht, löst sich
das Quarzglas, aus welchem das Entladungsgefäß besteht,
auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche ab, wodurch
weißliche, äußerst kleine Glasbruchstücke
entstehen. Da dasselbe Phänomen wie bei einer Rissbildung
im Entladungsgefäß auftritt, kann ein auf dem betreffenden
technischen Gebiet tätiger Fachmann es visuell feststellen.
Der Zeitpunkt, zu welchem ein derartiges Phänomen auftrat,
wurde als Zeitpunkt der Entstehung einer Kristallisation bezeichnet,
und die Gesamtbetriebsdauer wurde festgehalten.
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Bei
der Lampe 1 entstand zu einem Zeitpunkt nach 100 Stunden Betrieb
eine Kristallisation.
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Bei
der Lampe 2 ist auch nach einem Betrieb von 500 Stunden keine Kristallisation
entstanden, wobei 500 Stunden eine durchschnittliche Lebensdauer
einer Xenonlampe bedeuten.
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Bei
der Lampe 3 ist auch nach einem Betrieb von 1000 Stunden keine Kristallisation
entstanden.
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Aus
den Versuchsergebnissen der Lampen 1 und 2 wurde festgestellt, dass
nur bei einer Verwendung von Quarzglas, welches Titanoxid enthält,
bei dem Entladungsgefäß eine Kristallisation entsteht. Ferner
wurde festgestellt, dass Titanoxid, welches im Entladungsgefäß enthalten
ist, irgendeine Wirkung auf die Kristallisation ausübt.
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Ferner
wurde aus den Versuchsergebnissen der Lampen 1 und 3 festgestellt,
dass bei einer Quecksilberlampe, in welche Quecksilber eingefüllt ist,
keine Kristallisation entsteht. Man kann sich vorstellen, dass der
Grund hierfür darin liegt, dass die Intensität
der Xenon-Excimer-Emission mit einer Hauptwellenlänge von
172 nm bei einer Xenonlampe größer ist als bei
einer Quecksilberlampe. Der Grund hierfür liegt darin,
dass die Xenongasmenge innerhalb der Lampe bei einer Xenonlampe
größer ist. Dies ist daraus ersichtlich, dass
der Xenon-Einfülldruck höher ist als bei einer
Quecksilberlampe.
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Die
Erfinder haben überlegt, welche Anordnung eine Xenonlampe,
bei welcher zur Unterdrückung eines Entstehens von Ozon
Titanoxid-haltiges Quarzglas für das Entladungsgefäß verwendet
wird, haben sollte, um das Entstehen einer Kristallisation auf der
dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche zu vermeiden.
Sie kamen nun auf die Idee, eine wie in 3 gezeigte
Xe nonlampe zu verwenden.
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3 ist
eine schematische Darstellung des Aussehens einer erfindungsgemäßen
Xenonlampe.
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Auf
der Außenoberfläche des Bereiches, in welchem
die kathodenseitige Seitenröhre 3b an den Emissionsteil 2 angeschlossen
ist, ist ein leitender Film 16, beispielsweise aus Gold
oder Platin, gebildet. Der leitende Film 16 ist auf den
Außenoberflächen des zusammengezogenen Bereiches 14b sowie
des stabförmigen Röhrenteils 15b und
auf den Außenoberflächen eines Teils der Seitenröhre 3b, welche
mit dem zusammengezogenen Bereich 14b verbunden ist, sowie
eines Teils des mit dem stabförmigen Röhrenteil 15b verbundenen
Emissionsteils 2 gebildet.
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Ferner
ist vom kathodenseitigen Sockel 9b ausgehend ein Draht 17 mit
gleichem elektrischen Potential angeordnet, welcher einteilig linear
beispielsweise aus Nickel-Chrom-Legierung mit einem Durchmesser
von 0.5 mm gebildet ist und entlang der kathodenseitigen Seitenröhre 3b verläuft.
Ein Ende des Drahtes 17 mit gleichem elektrischen Potential
ist beispielsweise an den kathodenseitigen Sockel 9b elektrisch
angeschlossen, indem er in eine im Sockel 9b angeordnete
kleine Öffnung eingeschoben und verdrillt ist. Der Draht 17 mit
gleichem elektrischen Potential, welcher vom kathodenseitigen Sockel 9b abgeleitet
wird, verläuft auf der Außenoberfläche
der Seitenröhre 3b entlang der Achsrichtung und
bildet außerdem einen ringförmiger Übertragungsteil 18, mit
welchem der kathodenseitige zusammengezogene Bereich 14b einmal
umwunden ist. Da auf der Außenoberfläche des kathodenseitigen
zusammengezogenen Bereiches 14b der leitende Film 16 gebildet ist,
kann man durch einen Kontakt des Übertragungsteils 18 mit
dem leitenden Film 16 den leitenden Film 16 an
die Kathode 4 elektrisch anschließen und auf das
gleiche elektrische Potential wie die Kathode festlegen.
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Ferner
ist im Emissionsteil 2 in einem Bereich zwischen der kathodenseitigen
Seitenröhre 3b und der maximalen Auswölbung
des Emissionsteils 2 ein Rest 19 eines Auslassrohrs
vorhanden. Im Prozess der Herstellung einer Xenonlampe wird nach
einer Bildung des Entladungsgefäßes 10,
welches aus dem Emissionsteil 2, an welchen ein Auslassrohr
angeschlossen ist, sowie aus den Seitenröhren 3a, 3b besteht,
von welchen die Anschluss-Stifte 6 mit Kathode 4 bzw.
Anode 5 abgestützt werden, über das Auslassrohr
Xenongas eingefüllt. Da die erfindungsgemäße
Xenonlampe 1 die in 1 gezeigte
hermetisch abschließende Anordnung aufweist, strömt
das Xenongas über die Spalte der Haltezylinder 7 in
das Innere der Seitenröhren 3a, 3b ein.
Mit dem Xenongas wird bis zu den Bereichen befüllt, in
welchen die Anschluss-Stifte 6 an den Gradienten- Verbindungsteilen 8 abgedichtet
sind. Man schließt nun das Auslassrohr hermetisch ab und
schneidet es ab, wobei der Rest den Rest 19 eines Auslassrohrs
bildet.
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Wie
in 3 gezeigt, ist ein Triggerdraht 20 angeordnet,
welcher von der anodenseitigen Seitenröhre 3a zum
Emissionsteil 2 hin verläuft. Ein Ende des Triggerdrahtes 20 ist
an den anodenseitigen Sockel 9a elektrisch angeschlossen,
verläuft auf der Außenoberfläche der
Seitenröhre 3a entlang der Achsrichtung, ist einmal
um den stabförmigen Röhrenteil 15a auf
der Anodenseite gewunden und verläuft ferner entlang der
Außenoberfläche des Emissionsteils 2,
wodurch ein ringförmiger Teil 21 gebildet wird,
welcher einmal um die Auswölbung des Emissionsteils 2 gewunden
ist. Der ringförmige Teil 21 ist zwar auf der Außenoberfläche
des Emissionsteils 2 bezüglich der Achsrichtung
des Emissionsteils 2 zwischen der Anode 5 und
er Kathode 4 bzw. an einer Stelle gebildet, welche über
die Kathode 4 hinausragt. Er wird jedoch vom Rest 19 eines
Auslassrohrs ausgehend auf der Seite der Anode 5 gebildet.
Der Vorsprung des Restes 19 eines Auslassrohrs hat die
Funktion, zu verhindern, dass der ringförmige Teil 21 sich
zum zusammengezogenen Bereich 14b auf der Kathodenseite hin
verschiebt.
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Bei
der Xenonlampe 1 kann man durch die Anordnung des Triggerdrahtes 20 auf
der Außenoberfläche des Emissionsteils 2 die
Durchbruchspannung beim Betriebsbeginn verringern. Durch eine Verringerung
der Durchbruchspannung kann man die elektrische Last der Betriebsvorrichtung
verringern und die Nachteile einer Leckage der Anlaufspannung, welche
von der Betriebsvorrichtung angelegt wird, sowie einer Vergrößerung
der Betriebsvorrichtung und einer Kostenerhöhung beseitigen.
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Da
ferner durch den Vorsprung des Restes 19 eines Auslassrohrs
der Triggerdraht 20 in der Weise angeordnet ist, dass er
sich nicht auf die Seite der Kathode 4 hin verschiebt,
kann man ihn ohne Kontakt mit dem leitenden Film 16 halten.
Die Wirkung, dass durch den Triggerdraht 20 die Starteigenschaft
gefördert wird, wird deshalb nicht beeinträchtigt.
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Auf
der Seite des kathodenseitigen Sockels 9b sind mehrere
kreisförmigen Öffnungen 22 auf dem Außenumfang
angeordnet. Auf der Seite des anodenseitigen Sockels 9a sind
mehrere ovale Öffnungen 23 auf dem Außenumfang
angeordnet. Diese kreisförmigen Öffnungen 22 sowie
die ovalen Öffnungen 23 sind zur Kühlung
der Seitenröhren 3a, 3b der Xenonlampe 1 angeordnet.
Man kann die Formen der kreisförmigen Öffnungen 22 sowie
der ovalen Öffnungen 23 auf geeignete Weise auswählen.
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Anschließend
wurden für die Xenonlampe mit der vorstehend beschriebenen
Anordnung Messobjekte unter zwei Bedingungen bereitgestellt, und es
wurde einen Betriebsversuch durchgeführt, um festzustellen,
ob auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche des
Entladungsgefäßes eine Kristallisation entsteht
oder nicht.
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Lampe 4 – Xenonlampe
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Xenonlampe,
wie Lampe 1 und unter denselben Bedingungen hergestellt, außer,
dass die Außenoberfläche des Bereiches, in welchem
die kathodenseitige Seitenröhre an den Emissionsteil angeschlossen
ist, mit einem leitenden Film versehen ist.
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Lampe 5 Xenonlampe
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Xenonlampe,
wie Lampe 4 und unter denselben Bedingungen hergestellt, außer,
dass ein Draht mit gleichem elektrischen Potential angeordnet ist, welcher
entlang der kathodenseitigen Seitenröhre verläuft.
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Die
Lampen 4 und 5 wurden jeweils unter denselben Bedingungen wie bei
den Lampen 1 bis 3 betrieben, und es wurde beobachtet, ob auf der
dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche des Entladungsgefäßes
eine Kristallisation entstand.
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Bei
der Lampe 4 war nach einem 100-stündigen Betrieb eine Kristallisation
entstanden.
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Bei
der Lampe 5 ist auch nach einem 500-stündigen Betrieb keine
Kristallisation entstanden.
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Aus
den Versuchsergebnissen der Lampen 4 und 5 wurde festgestellt, dass
es nicht ausreicht, wenn man einfach auf der Außenoberfläche
des Bereiches, in welchem die kathodenseitige Seitenröhre an
den Emissionsteil angeschlossen ist, einen leitenden Film bildet,
sondern dass man dadurch, dass man den leitenden Film auf gleiches
elektrisches Potential wie die Kathode festlegt, das Entstehen einer Kristallisation
auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche des Entladungsgefäßes
verhindern kann. Es wird angenommen, dass am Entstehen der Kristallisation
Alkalimetallionen im Quarzglas beteiligt sind. Man kann sich vorstellen,
dass die Alkalimetallionen durch die Differenz des elektrischen Potentials
zwischen der Außenseite und der Innenseite des Glases sich
zur Innenseite hin bewegen. Man kann sich vorstellen, dass man bei
diesem Versuch dadurch, dass man den leitenden Film auf das gleiche
elektrische Potential wie die Kathode festgelegt und man den leitenden
Film erdet, unterdrücken kann, dass die Kolbenaußenseite
po sitiv geladen wird, dass man infolgedessen die Differenz des elektrischen
Potentials zwischen der Innenseite und der Außenseite des
Kolbens verkleinern kann und dass man so eine Bewegung der Alkalimetallionen
zur Innenoberfläche des Kolbens hin unterdrücken
kann.
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Anschließend
wurden Messobjekte unter drei Bedingungen bereitgestellt, und es
wurden Betriebsversuche durchgeführt, um festzustellen,
ob im Fall verschiedener Änderungen des Bereiches, in welchem
der leitende Film gebildet ist, auf der dem Emissionsraum ausgesetzten
Oberfläche des Entladungsgefäßes eine
niedergeschlagene Kristallisation entsteht oder nicht.
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Lampe 6 – Xenonlampe
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Xenonlampe,
wie Lampe 5 und unter denselben Bedingungen hergestellt, außer,
dass gemäß 4(a) der
mit dem leitenden Film 16 versehene Bereich auf der Außenoberfläche
des zusammengezogenen Bereiches 14b sowie der Außenoberfläche eines
Teils der Seitenröhre 3b, die mit dem zusammengezogenen
Bereich 14b verbunden ist, angebracht wurde. Ferner ist
ein Draht 17 mit gleichem elektrischen Potential angeordnet.
Der leitende Film 16 weist das gleiche elektrische Potential
wie die Kathode auf.
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Lampe 7 – Xenonlampe
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Xenonlampe,
wie Lampe 6 und unter denselben Bedingungen hergestellt, außer,
dass gemäß 4(b) der
mit dem leitenden Film 16 versehene Bereich zusätzlich
zur Außenoberfläche des zusammengezogenen Bereiches 14b sowie
zur Außenoberfläche eines Teils der Seitenröhre 3b,
welche mit dem zusammengezogenen Bereich 14b verbunden ist,
auf die Außenoberfläche des stabförmigen
Röhrenteils 15b erweitert wurde. Der mit dem leitenden Film 16 versehene
Bereich ist vom Ende auf der Seite des Emissionsteils des leitenden
Films 16 der Lampe 6 zur Seite des Emissionsteils hin 4
mm in der Achsrichtung erweitert.
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Lampe 8 – Xenonlampe
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Xenonlampe,
wie Lampe 6 und unter denselben Bedingungen hergestellt, außer,
dass gemäß 4(c) der
mit dem leitenden Film 16 versehene Bereich zusätzlich
zur Außenoberfläche des zusammengezogenen Bereiches 14b sowie
zur Außenoberfläche eines Teils der Seitenröhre 3b,
welche mit dem zusammengezogenen Bereich 14b verbunden ist,
auf die Außenoberfläche des stabförmigen
Röhrenteils 15b sowie eines Teils des hiermit
verbundenen Emissionsteils 2 erweitert wurde. Der mit dem leitenden
Film 16 versehene Bereich ist im Vergleich zur Lampe 6 vom
Ende auf der Seite des Emissionsteils des leitenden Films 16 zur
Seite des Emissionsteils hin 10 mm in der Achsrichtung erweitert.
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Die
Lampen 6 bis 8 wurden jeweils unter denselben Bedingungen wie bei
den Lampen 1 bis 3 betrieben, und es wurde beobachtet, ob auf der
dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche des Entladungsgefäßes
eine Kristallisation gebildet wurde.
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Bei
der Lampe 6 ist nach einem 100-stündigen Betrieb eine Kristallisation
entstanden.
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Bei
der Lampe 7 ist auch nach einem 500-stündigen Betrieb keine
Kristallisation entstanden.
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Bei
der Lampe 8 ist auch nach einem 500-stündigen Betrieb keine
Kristallisation entstanden.
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Aus
dem Versuchsergebnissen der Lampen 6 bis 8 wurde festgestellt, dass
der mit dem leitenden Film versehene Bereich nur auf der Außenoberfläche des
zusammengezogenen Bereiches wie bei der Lampe 6 keine Wirkung der
Unterdrückung einer Kristallisation hat, und dass er, wenn
er auf der Außenoberfläche des an den zusammengezogenen
Bereich angrenzenden stabförmigen Röhrenteils,
wie bei der Lampe 7, gebildet wird, oder wenn er zusätzlich
zur Lampe 7 auch auf der Außenoberfläche der an
den zusammengezogenen Bereich angrenzenden Auswölbung gebildet
wird, wie bei der Lampe 8, die Wirkung der Unterdrückung
einer Kristallisation hat. Das heißt, man hat festgestellt,
dass man keine Wirkung der Unterdrückung einer Kristallisation
hat, wenn man nur auf der Außenoberfläche des
zusammengezogenen Bereiches, welcher den Bereich darstellt, in welchem
die kathodenseitige Seitenröhre an den Emissionsteil angeschlossen
ist, den leitenden Film bildet und ihn auf gleiches elektrisches
Potential wie die Kathode festlegt, und dass man die Wirkung der
Unterdrückung einer Kristallisation hat, wenn man auf der
Außenoberfläche des an den zusammengezogenen Bereich
angrenzenden Teils des Emissionsteils den leitenden Film bildet
und ihn auf gleiches elektrisches Potential wie die Kathode festlegt.
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Wenn
man den Bereich, in welchem der leitende Film gebildet wird, erweitert
und in der Weise bildet, dass die Außenoberfläche
des Emissionsteils vom leitenden Film weitgehend bedeckt wird, kann das
Licht aus dem Emissionsraum nicht mehr effektiv austreten. Es ist
deshalb erforderlich, dass der mit dem leitenden Film versehene
Bereich nicht über den Lichtaustrittswinkel hinüberragt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2004-134104
A [0003]
- - JP 8-96751 A [0008]
- - US 5608227 A [0008]
- - JP 11-96970 A [0008]