DE102015101804B4

DE102015101804B4 - Blitzlampenanordnung mit kapazitiver Kopplung zwischen Zündelektrode und Zündelektroden-Zuleitung bzw. entsprechende Blitzlampen-Lageranordnung

Info

Publication number: DE102015101804B4
Application number: DE102015101804.7A
Authority: DE
Inventors: Harald Gross; Georg Haasemann
Original assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2020-10-15
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: DE102015101804A1

Abstract

Blitzlampenanordnung (100), aufweisend:• ein Hüllrohr (102);• eine Gasentladungsröhre (104), welche zumindest teilweise in dem Hüllrohr (102) angeordnet ist;• eine Zündelektrode (106) zum Zünden der Gasentladungsröhre (104), wobei die Zündelektrode (106) außerhalb der Gasentladungsröhre (104) und vollständig innerhalb des Hüllrohrs (102) angeordnet ist; und• eine Zündelektroden-Zuleitung (108), welche vollständig außerhalb des Hüllrohrs (102) angeordnet ist und mit der Zündelektrode (106) durch die Wandung des Hüllrohrs (102) hindurch kapazitiv gekoppelt ist zum Zuführen eines Zündpulses zu der Zündelektrode (106),• wobei die Zündelektrode (106) als flächiger Reflektor eingerichtet ist und auf der Gasentladungsröhre (104) abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blitzlampenanordnung gemäß Anspruch 1 und eine Blitzlampen-Lageranordnung gemäß Anspruch 9. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängenden Ansprüchen.
Im Allgemeinen kann eine Gasentladungsröhre, eine Gasentladungslampe bzw. eine Niederdruckgasentladungslampe als Blitzlampe betrieben werden. Eine Gasentladungsröhre weist herkömmlicherweise eine Kathode und eine Anode innerhalb einer gasgefüllten Glasröhre auf. Die Gasentladungsröhre kann mittels eines Treiberschaltkreises betrieben werden, welcher mit der Kathode und der Anode der Blitzlampe gekoppelt ist. Der Treiberschaltkreis kann beispielsweise einen Kondensator aufweisen, welcher durch die Gasentladungsröhre hindurch entladen werden kann. Da die Gasentladungsröhre ohne Plasma, also im nicht gezündeten Zustand einen Isolator darstellt, kann es notwendig sein, die Gasentladungsröhre mittels einer Zündspannung zu zünden. Dabei kann der Treiberschaltkreis derart eingerichtet sein, z.B. eine oder mehrere Spulen aufweisen, dass sich der Kondensator nach dem Zünden der Gasentladungsröhre in Form eines Entladungspulses (Strompulses) durch die Gasentladungsröhre hindurch entladen kann, beispielsweise in Form einer elektrischen Gasentladung unter Aussendung von Licht (sichtbarem Licht, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht). Beispielsweise kann der Treiberschaltkreis derart eingerichtet sein, dass die Dauer des Entladungspulses bzw. die Dauer der elektrischen Gasentladung kleiner als ungefähr 50 ms oder kleiner als ungefähr 1 ms ist, so dass anschaulich ein Lichtblitz erzeugt wird. Mittels des Kondensators bzw. des Treiberschaltkreises kann ein Entladungspuls mit einer elektrischen Leistung im Kilowatt-Bereich oder Megawatt-Bereich bereitgestellt sein oder werden.
Die Blitzlampe kann beispielsweise mittels eines elektrischen Zündpulses aktiviert (gezündet) werden, wobei sich erst nach dem Zünden der Blitzlampe der Kondensator des Treiberschaltkreises durch die Blitzlampe hindurch entladen kann. Ferner kann eine Blitzlampe eine Selbstzündspannung aufweisen, z.B. eine bauartspezifische Mindestspannung, oberhalb derer die Blitzlampe zündet. Die Selbstzündspannung kann beispielsweise von dem Gasdruck in der Glasröhre, der Art des Gases, der Geometrie der Blitzlampe (z.B. die Länge der Blitzlampe bzw. der Abstand zwischen Kathode und Anode der Blitzlampe) abhängig sein. Ferner kann die Selbstzündspannung von dem Aufbau der Blitzlampenanordnung abhängig sein, z.B. von der Umgebung, in welcher die Gasentladungsröhre betrieben wird. Die Selbstzündungsspannung kann beispielsweise von einem verwendeten Kühlmedium abhängig sein.
Anschaulich kann eine Blitzlampe selbst als ein Schalter fungieren, da die Blitzlampe unterhalb der Selbstzündspannung den Treiberschaltkreis unterbricht. Somit kann zum Betreiben einer Gasentladungsröhre als Blitzlampe (oder Gasentladungslampe) eine Zündvorrichtung benötigt werden, welche die Gasentladungsröhre derart beeinflusst, dass der an die Gasentladungsröhre gekoppelte Kondensator des Treiberschaltkreises durch die dann nach dem Zünden elektrisch leitende Gasentladungsröhre entladen werden kann. Sobald die Gasentladungsröhre gezündet ist, kann das Versorgen der Gasentladung bei einer Betriebsspannung (z.B. bereitgestellt durch den Kondensator) kleiner oder größer als die Selbstzündspannung erfolgen, wobei die Betriebsspannung die Eigenschaften der Gasentladung beeinflussen kann.
DE 10 2013 109 171 A1 beschreibt eine Blitzlampe mit einer Zündvorrichtung zur Belichtung von Substraten, wobei die Blitzlampe ein langgestrecktes Entladungsrohr mit zwei Elektroden umfasst, welche im Entladungsrohr jeweils am Ende des Entladungsrohrs angeordnet und mit einer Stromzuführung verbunden sind, wobei das Entladungsrohr außen von einem zum Entladungsrohr beabstandeten Mantelrohr umgeben ist, wodurch ein Ringspalt zur Aufnahme eines flüssigen Kühlmediums zwischen dem Mantelrohr und dem Entladungsrohr ausgebildet ist, wobei die Zündvorrichtung zum Anlegen einer Zündspannung außerhalb des Entladungsrohrs angeordnet ist.
DE 15 39 422 A beschreibt eine Blitzentladungsröhre von gradliniger langgestreckter Form. DE 66 04 845 U beschreibt eine Anordnung zur Wiederzündung einer betriebswarmen, von einem Hüllgefäß umgebenen und mit einem Zündgerät verbundenen Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe.
DE 19 48 399 U beschreibt eine stabförmige Elektronenblitz-Entladungslampe, an deren Enden je eine Elektrode für die Hauptentladungsstrecke eingeschmolzen ist und deren Mantel auf seiner Außenfläche eine in axialer Richtung der Lampe langgestreckte Zündelektrode trägt. DE 10 2008 059 635 A1 beschreibt eine integrierte Gasentladungslampe, bei der ein Gasentladungslampenbrenner und eine Betriebselektronik für den Gasentladungslampenbrenner in einer Lampe integriert sind.
Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, eine Blitzlampenanordnung mit einer effizienten und zuverlässigen externen Zündung bereitzustellen. Beispielsweise wird eine Blitzlampenanordnung bereitgestellt, welche mindestens eine Gasentladungsröhre (z.B. eine Gasentladungsröhre mit einem Elektrodenabstand zwischen Anode und Kathode in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m) aufweist, die mittels eines Zünddrahtes oder eines Reflektors gezündet werden kann, wobei die Gasentladungsröhre in einem transparenten Hüllrohr (z.B. in einem Quarzglasrohr) derart angeordnet ist, dass die Gasentladungsröhre mittels eines Kühlmediums zwischen dem Hüllrohr und der Gasentladungsröhre gekühlt werden kann, und wobei der Zünddraht oder der Reflektor (z.B. in dem Kühlmedium) zwischen dem Hüllrohr und der Gasentladungsröhre angeordnet ist. Beispielsweise wird die Zündenergie, d.h. die Zündspannung, der Zündstrom bzw. die elektrische Zündleistung, kapazitiv von außen durch das Hüllrohr hindurch in den Zünddraht oder den Reflektor eingekoppelt, so dass kein elektrischer Leiter benötigt wird, der nach innen in das Hüllrohr hinein geführt werden müsste. Somit kann auch der Mantel des Hüllrohrs frei von einer Durchgangsöffnung sein, da die kapazitive Kopplung durch das Glas hindurch gewährleistet sein kann.
Beispielsweise kann das Kühlmedium Wasser aufweisen oder Wasser sein, z.B. de-ionisiertes Wasser (DI-Wasser). Somit kann ferner ein anderer Aspekt verschiedener Ausführungsformen anschaulich darin gesehen werden, eine effektive Zündung für eine als Blitzlampe eingerichtete Gasentladungsröhre bereitzustellen, wobei die Gasentladungsröhre von Kühlwasser umflossen wird. Anschaulich wurde erkannt, dass es aufgrund der vergleichsweise großen relativen Permittivität von Wasser (z.B. von ungefähr 80 bei ungefähr 20°C und Gleichstrom/Gleichspannung oder niederfrequentem Wechselstrom/Wechselspannung im Bereich bis ungefähr 3 GHz) schwierig sein kann, eine wassergekühlte Gasentladungsröhre großer Länge mittels eines Zünddrahtes von außen (externe Zündung) zu zünden.
Beispielsweise kann zum Zünden der Gasentladungsröhre ein sich änderndes elektrisches Feld mit einer entsprechend großen elektrischen Feldstärke notwendig sein, wobei das elektrische Feld mittels des Zünddrahtes und eines an den Zünddraht gekoppelten Zündgenerators oder Zündschaltkreises bereitgestellt werden kann. Anschaulich wurde erkannt, dass aufgrund des Kühlwassers, welches sich in der Umgebung des Zünddrahtes befindet (oder welches sich beispielsweise zwischen dem Zünddraht und elektrisch leitfähigen Bauteilen der Gasentladungsröhre befindet) ein Anteil des elektrischen Verschiebungsstroms für die Polarisation des Kühlwassers verloren gehen kann und nicht zur Erzeugung des elektrischen Feldes und somit nicht oder nur unwesentlich zur Zündung der Gasentladungsröhre beitragen kann.
Ferner kann die große relative Permittivität des Kühlwassers eine hohe Kapazität zwischen Zünddraht und Innenwandung der Blitzlampe nach sich ziehen und somit hohe elektrische Felder zur Zündung der Lampe verhindern. Beispielsweise kann der Zündgenerator oder der Zündschaltkreis für eine vordefinierte maximale Stromstärke, z.B. von mehreren Ampere auf der Sekundärseite eines Zündtransformators im Zündgenerator bei einer Spannung von beispielsweise ±25kV, ausgelegt sein, wobei diese Limitierung der Stromstärke des Zündgenerators oder des Zündschaltkreises das Laden der Kapazität des Zünddrahtes begrenzen kann. Somit kann die maximale Stromstärke des Generators beispielsweise nicht ausreichen, um die Gasentladungsröhre zu zünden, wenn kapazitiv bedingte, hohe elektrische Verschiebungsströme zum Aufbau des elektrischen Feldes erforderlich sind. Mit anderen Worten kann das Zünden der Gasentladungsröhre mittels eines Zünddrahtes aufgrund des Kühlwassers schwierig sein und herkömmliche Zünddrahtanordnungen müssten derart dimensioniert werden (z.B. die Leistung des Zündgenerators oder des Zündschaltkreises müsste derart groß sein und der Zünddraht musste derart dimensioniert werden, dass der Verschiebungsstrom aufgrund des Kühlwassers zusätzlich bereitgestellt werden kann und das die Zündanordnung den höheren Stromfluss auch bereitstellen kann), dass damit hohe Kosten und/oder ein hoher Aufwand verbunden sein können.
Ferner führt eine zu hohe Zündspannung bei einer herkömmlichen Blitzlampenanordnung, bei welcher der Zünddraht von außen in das Hüllrohr hinein geführt ist, zu einem nicht zu vernachlässigenden elektrischen Verluststrom zwischen dem Zünddraht (bzw. der elektrischen Zünddraht-Zuleitung) und der Anode (bzw. der elektrische Anodenzuleitung) und/oder der Kathode (bzw. der elektrische Kathodenzuleitung). Anschaulich kann es schwierig sein, den Zünddraht bzw. auch die Zünddraht-Zuleitung elektrisch zu isolieren bzw. abzuschirmen, so dass es schwierig sein kann, den Zünddraht bzw. die Zünddraht-Zuleitung in das Hüllrohr einer herkömmlichen Blitzlampenanordnung hinein zu führen. Mittels einer kapazitiven Einkopplung der Zündenergie von außen durch das Hüllrohr hindurch kann beispielsweise für die Zünddraht-Zuleitung eine effektivere Isolierung bereitgestellt sein oder werden, da sich dieser nun vollständig außerhalb des Hüllrohrs befindet, und somit im Wesentlichen keinen konstruktiven Einschränkungen (wie beispielsweise ein vordefinierter Durchmesser, welcher sich aus der Konstruktion des Hüllrohrs und der Gasentladungsröhre ergibt) unterworfen ist.
Beispielsweise kann eine Blitzlampenanordnung Folgendes aufweisen: ein transparentes Hüllrohr; ein Gasentladungsrohr, welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr angeordnet ist; und eine Zündelektrode, welche außerhalb des Gasentladungsrohrs und vollständig innerhalb des Hüllrohrs angeordnet ist; eine Zündelektroden-Zuleitung welche vollständig außerhalb des Hüllrohrs angeordnet ist und mit der Zündelektrode durch die Wandung des Hüllrohrs hindurch kapazitiv gekoppelt ist zum Zuführen eines Zündpulses zu der Zündelektrode.
Beispielsweise kann eine Blitzlampenanordnung Folgendes aufweisen: ein Hüllrohr; eine Gasentladungsröhre, welche zumindest teilweise in dem Hüllrohr angeordnet ist; und eine Zündelektrode zum Zünden der Gasentladungsröhre, wobei die Zündelektrode außerhalb der Gasentladungsröhre und vollständig innerhalb des Hüllrohrs angeordnet ist; eine Zündelektroden-Zuleitung, welche vollständig außerhalb des Hüllrohrs angeordnet ist und mit der Zündelektrode durch die Wandung des Hüllrohrs hindurch kapazitiv gekoppelt ist zum Zuführen eines Zündpulses zu der Zündelektrode.
Eine Gasentladungsröhre kann auch als eine Gasentladungslampe oder Blitzlampe bezeichnet sein oder werden. Anschaulich kann eine Gasentladungsröhre als Blitzlampe betrieben werden. Ferner kann eine Blitzlampenanordnung auch als eine Gasentladungsröhrenanordnung oder Gasentladungslampenanordnung bezeichnet sein oder werden. Anschaulich kann die Gasentladungsröhrenanordnung als Blitzlampenanordnung eingerichtet sein oder werden. Dazu kann die Gasentladungsröhre mit einem entsprechend eingerichteten Treiberschaltkreis gekoppelt sein oder werden. Ferner kann die Zündelektroden-Zuleitung mit einem entsprechend eingerichteten Zündpulsgenerator gekoppelt sein oder werden.
Ferner kann die Zündelektrode als flächiger Reflektor eingerichtet sein oder werden. Der flächige Reflektor kann beispielsweise in dem Hüllrohr festgeklemmt sein oder werden und/oder auf der Gasentladungsröhre abgestützt sein. Es versteht sich, dass der flächige Reflektor elektrisch leitfähig eingerichtet ist, z.B. kann der flächige Reflektor Aluminium und/oder eine Aluminiumlegierung (oder auch ein anderes Metall oder eine andere Metalllegierung) aufweisen oder daraus bestehen. Mit anderen Worten kann die Zündelektrode ein elektrisch leitfähiger flächiger Reflektor sein.
Beispielsweise kann der flächige Reflektor eine Einkopplungs-Struktur aufweisen zum kapazitiven Einkoppeln des Zündpulses in den flächigen Reflektor. Anschaulich kann ein Abschnitt des flächigen Reflektors derart eingerichtet sein, dass der Zündpuls mittels der kapazitiv gekoppelten Zündelektroden-Zuleitung effizient in den flächigen Reflektor eingekoppelt werden kann. Die Einkopplungs-Struktur kann elektrisch leitfähig sein und körperlich mit dem flächigen Reflektor verbunden sein.
Ferner kann die Zündelektrode als Zünddraht eingerichtet sein oder werden. Mit anderen Worten kann die Zündelektrode ein elektrisch leitfähiger Zünddraht sein.
Ferner kann sich die Zündelektrode, beispielsweise der Zünddraht oder der flächige Reflektor, entlang der Axialrichtung der Gasentladungsröhre erstrecken. Anschaulich kann die Gasentladungsröhre linear längserstreckt sein und der Zünddraht oder der flächige Reflektor kann im Wesentlichen entlang der Längserstreckung der Gasentladungsröhre angeordnet sein.
Beispielsweise kann die Blitzlampenanordnung ferner mindestens ein Elektrodenpaar aufweisen, wobei jeweils eine Elektrode des mindestens einen Elektrodenpaars an jeweils einem der beiden axialen Endabschnitte der Gasentladungsröhre angeordnet ist. Ferner kann das mindestens eine Elektrodenpaar mit einem Treiberschaltkreis gekoppelt sein oder werden.
Ferner kann die Zündelektroden-Zuleitung mit einem Zündpulsgenerator gekoppelt sein oder werden.
Ferner kann die Zündelektroden-Zuleitung gegen die Außenmantelfläche des Hüllrohrs geklemmt sein oder werden. Alternativ kann ein Spalt zwischen der Zündelektroden-Zuleitung und der Außenmantelfläche des Hüllrohrs bereitgestellt sein oder werden. Anschaulich kann sich somit die Wartung und/oder Montage der Blitzlampenanordnung vereinfachen.
Beispielsweise kann eine Blitzlampen-Lageranordnung Folgendes aufweisen: mindestens eine Blitzlampenanordnung; mindestens einen Endkopf zum Lagern und Versorgen der mindestens einen Blitzlampenanordnung; wobei der mindestens eine Endkopf eine Kühlmittelführung aufweist zum Einleiten von Kühlmittel (Wasser oder ein anderes Kühlmittel mit beispielsweise hoher relativer Permittivität) zwischen dem Hüllrohr und der Gasentladungsröhre.
Ferner kann die Gasentladungsröhre einen ersten Elektrodenbereich (Anodenbereich) mit einer Anode und einen zweiten Elektrodenbereich (Kathodenbereich) mit einer Kathode aufweisen, wobei sich zwischen den beiden Elektrodenbereichen ein Entladungsbereich der Gasentladungsröhre erstreckt. Dabei kann die Zündelektrode derart dimensioniert sein, dass sich diese nur zwischen den beiden Elektrodenbereichen erstreckt bzw. nur um Entladungsbereich der Gasentladungsröhre angeordnet ist. Anschaulich kann ein ausreichend großer Abstand zu den Elektroden der Gasentladungsröhre die Zündung zuverlässiger machen und ferner kann es günstig sein, dass das Licht die Elektrodenbereiche im Wesentlichen ungehindert (radial zur Gasentladungsröhre) verlässt.
Ferner kann die Gasentladungsröhre in dem ersten Elektrodenbereich und in dem zweiten Elektrodenbereich jeweils eine elektrische Zuleitung (Strom-/Spannungszuführung) aufweisen zum Betreiben der Gasentladungsröhre. Beispielsweise kann mittels der elektrischen Zuleitung oder elektrischen Zuführung ein Entladungspuls durch die Gasentladungsröhre hindurch entladen werden.
Beispielsweise kann das Kühlmedium Wasser aufweisen oder aus Wasser bestehen, z.B. aus destilliertem oder deionisiertem Wasser oder alternativ aus Wasser mit ionischen Verunreinigungen.
Beispielsweise kann eine Blitzlampenanordnung Folgendes aufweisen: eine Gasentladungsröhre (Blitzlampe), wobei die Gasentladungsröhre mindestens eine elektrische Zuleitung aufweist zum Versorgen der Gasentladungsröhre mit elektrischer Energie (z.B. in Form eines Entladungspulses), ein Hüllrohr, welches die Gasentladungsröhre umgibt, zum Aufnehmen eines Kühlmediums, ein Kühlmedium, zum Kühlen der Gasentladungsröhre, einen in dem Hüllrohr angeordneten Zünddraht oder Reflektor zum Zünden der Gasentladungsröhre, eine außerhalb des Hüllrohrs angeordnete elektrische Zündenergie-Zuleitung zum kapazitiven Einkoppeln der Zündenergie in den Zünddraht oder den Reflektor durch die Wandung des Hüllrohrs hindurch.
Beispielsweise kann die Blitzlampenanordnung einen Treiberschaltkreis aufweisen zum Bereitstellen eines Entladungspulses (Entladestrompulses) zum Betreiben (Erzeugen eines Lichtblitzes mittels) der Gasentladungsröhre. Der Treiberschaltkreis kann beispielsweise einen Kondensator und mindestens eine Spule aufweisen, welche in Reihe mit der Gasentladungsröhre geschaltet sein können, so dass der Kondensator durch die Gasentladungsröhre pulsförmig entladen werden kann.
Beispielsweise kann die Blitzlampenanordnung einen Zündschaltkreis aufweisen zum Bereitstellen und Einkoppeln eines Zündpulses (Zündspannungspulses) in die Zünddraht-Zuleitung und somit kapazitiv in den Zünddraht. Ferner kann der Zünddraht derart relativ zu der Gasentladungsröhre angeordnet sein, dass die Gasentladungsröhre aufgrund des von dem Zündpuls erzeugten elektrischen Feldes gezündet wird.
Beispielsweise kann die Gasentladungsröhre (die Gasentladungslampe bzw. die Blitzlampe) eine Länge von mehr als 1 m aufweisen, z.B. eine Länge von mehr als 2 m, z.B. ein Länge in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasentladungsröhre einen Abstand zwischen Kathode und Anode von mehr als 1 m aufweisen, z.B. einen Abstand von mehr als ungefähr 2 m, z.B. einen Abstand in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m.
Beispielsweise kann das Hüllrohr, welches die Gasentladungsröhre umgibt, ein transparentes Rohr (z.B. aus Quarzglas) sein.
Beispielsweise kann die Blitzlampenanordnung eine Lageranordnung aufweisen, mittels derer das Hüllrohr und die Gasentladungsröhre an jeweils beiden gegenüberliegenden Endabschnitten gelagert werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Blitzlampenanordnung mittels der Lageranordnung in einer Prozesskammer angeordnet sein oder werden, z.B. in einer Vakuumprozesskammer, Unterdruckprozesskammer oder Atmosphärendruck-Prozesskammer oder Prozesskammer mit einem Überdruck von mehreren Atmosphären.
Ferner kann die Lageranordnung derart eingerichtet sein, dass das Kühlmedium in dem transparenten Hüllrohr geführt werden kann. Anschaulich kann die Gasentladungslampe (Blitzlampe oder Gasentladungsröhre) wassergekühlt sein, wobei die Gasentladungslampe innerhalb des Mantelrohrs vom Kühlwasser umströmt und/oder bespült wird.
Beispielsweise kann das Hüllrohr länger sein als die Gasentladungsröhre, so dass die Gasentladungsröhre vollständig in dem Rohr aufgenommen sein kann.
Beispielsweise kann der Zünddraht Molybdän oder Edelstahl aufweisen oder aus Molybdän oder Edelstahl bestehen. Ferner kann der Zünddraht ein anderes geeignetes Metall oder eine Metalllegierung aufweisen. Ferner kann der Zünddraht ummantelt sein, z.B. mit Glas. Ferner kann der Zünddraht in einer Glaskapillare angeordnet sein oder werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1A und 1B jeweils eine Blitzlampenanordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2A bis 2C jeweils eine Blitzlampenanordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 eine Blitzlampen-Lageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 einen Abschnitt einer Blitzlampen-Lageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
5 eine Blitzlampen-Lageranordnung in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, welche Teil der Beschreibung bilden und in welchen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, gemäß denen die Erfindung implementiert werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Im Allgemeinen kann es bei wassergekühlten Blitzlampen mit externer Zündung (d.h. bei denen sich die Zündelektrode entlang der Lampenachse erstreckt, wobei die Zündelektrode dabei auch als Draht spiralförmig um die Blitzlampe herum verlaufen kann) in einem Strömungsrohr aufgrund der hohen Permittivität von Wasser (z.B. verglichen mit Luft) schwierig oder bei ungünstiger Geometrie von benachbarten Kammerbauteilen sogar unmöglich sein, eine zuverlässige Zündung mit Hilfe einer Zündelektrode außerhalb des Strömungsrohrs zu erreichen. Dies gilt insbesondere, wenn im Außenbereich des Strömungsrohrs ein Umgebungsdruck von beispielsweise 1*10^-3 mbar oder kleiner herrscht, der geeignet ist ein Plasma zu zünden.
Deshalb kann bei herkömmlichen Blitzlampenanordnungen ein Zünddraht in das Strömungsrohr von der auf Masse liegenden Seite der Blitzlampe (z.B. der Anodenseite) bis fast zur gegenüberliegenden Elektrode (z.B. zu der Kathode) eingeführt sein oder werden, wobei der Zünddraht durch den Endkopf (welcher zum Lagern des Strömungsrohrs und der Blitzlampe verwendet wird) hindurch nach außen geführt sein kann.
Auch bei luftgekühlten Blitzlampen mit Strömungsrohr, insbesondere für einen Einsatz im Vakuum, kann eine im Strömungsrohr angeordnete Zündelektrode vorteilhaft gegenüber einer Zündelektrode sein, welche außerhalb des Strömungsrohrs angeordnet ist, z.B. hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Zündung. Nachteilig bei der Anordnung des Zünddrahts im Strömungsrohr, wie es beispielsweise bei herkömmlichen Blitzlampenanordnungen erfolgt, kann sein, dass es zu Überschlägen zwischen der Zuleitung der Anode und der Zuleitung des Zünddrahts aufgrund deren räumlichen Nähe kommen kann. Unter Überschlägen können beispielsweise Verschiebungsströme verstanden werden, welche sich auch bei hochspannungsfesten Isolatoren ergeben und somit nicht mehr zur Zündung der Blitzlampe zur Verfügung stehen und die Isolation im Laufe des Betriebs zerstören. Außerdem sollte der Zünddraht parallel zur Lampenachse angeordnet werden, um ein zur Lampenachse symmetrisches Plasma auszubilden (bei einem spiralförmigen um die Lampenachse gewickelten Zünddraht kann sich ein spiralförmiges Plasma ergeben und somit eine inhomogene Lichtintensität entlang der Lampenachse). Die Aufhängung des Zünddrahtes innerhalb des Strömungsrohrs auf der Hochspannungsseite (z.B. der Kathodenseite) kann konstruktiv schwierig zu realisieren sein. Zudem absorbiert der Zünddraht einen Teil des emittierten Lichts, so dass dieser einen möglichst geringen Durchmesser aufweisen sollte.
Aufgrund des kleinen Abstandes zu benachbarten Blitzlampen kann die mechanisch/elektrische Konstruktion des Endkopfes mit integrierter Zuleitung des Zünddrahts eine Herausforderung sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine externe und zuverlässige Zündung von Blitzlampen mit einer Lichtbogenlänge von größer als 1000 mm bereitgestellt, welche sowohl für Luftkühlung als auch für Wasserkühlung geeignet ist. Dabei kann eine Zündung bereitgestellt sein oder werden, welche unabhängig vom Außendruck (z.B. außerhalb des Hüllrohrs) ist.
1A und 1B veranschaulichen jeweils eine Blitzlampenanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Blitzlampenanordnung 100 weist ein transparentes Hüllrohr 102 und eine Gasentladungsröhre 104 auf, welche koaxial zueinander angeordnet sind, wobei sich die Gasentladungsröhre 104 in dem Hüllrohr 102 erstreckt. Die Gasentladungsröhre 104 und das Hüllrohr 102 erstrecken sich beispielsweise beide in Axialrichtung (quer zu den Radialrichtungen 101, 103).
Wie in 1A dargestellt ist, kann eine Zündelektrode 106 zum Zünden der Gasentladungsröhre 104 innerhalb des Hüllrohrs 102 angeordnet sein. Es versteht sich, dass die Zündelektrode 106 außerhalb der Gasentladungsröhre 104 angeordnet ist. Mittels der Zündelektrode 106 kann ein elektromagnetischer Puls derart erzeugt werden, dass sich in der Gasentladungsröhre 104 ein so genannter Zündfaden ausbildet, aufgrund dessen dann die eigentliche Entladung in der Gasentladungsröhre 104 erfolgen kann. Dazu wird ein elektrischer Zündpuls in die Zündelektrode 106 eingekoppelt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Zündelektrode 106 vollständig innerhalb des Hüllrohrs 102 angeordnet sein oder werden. Mit anderen Worten muss die Zündelektrode 106 nicht aus dem Hüllrohr 102 hinaus geführt werden. Die Einkopplung des Zündpulses kann kapazitiv erfolgen. Somit kann beispielsweise auf eine elektrisch leitfähige Zuleitung verzichtet werden, welche bei einer herkömmlichen Blitzlampenanordnung genutzt wird, um die Zündelektrode 106 elektrisch zu kontaktieren bzw. welche bei einer herkömmlichen Blitzlampenanordnung mit der Zündelektrode in körperlichem Kontakt ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Zündelektrode 106 als Draht (als so genannter Zünddraht) bereitgestellt sein oder werden, welcher sich in Axialrichtung erstreckt. Dabei kann der Zünddraht entlang einer geraden Linie oder spiralförmig um die Gasentladungsröhre 104 herum angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zum Zuführen eines Zündpulses zu der Zündelektrode 106 (mit anderen Worten zum Einkoppeln eines Zündpulses in die Zündelektrode 106) eine Zündelektroden-Zuleitung 108 außerhalb des Hüllrohrs 102 derart angeordnet sein oder werden, dass die Zündelektroden-Zuleitung 108 und die Zündelektrode 106 durch die Wandung des Hüllrohrs 102 hindurch kapazitiv miteinander gekoppelt sind.
Dabei kann die Zündelektroden-Zuleitung 108 direkt an dem Hüllrohr 102 anliegen, wie in 1A veranschaulicht ist. Beispielsweise kann die Zündelektroden-Zuleitung 108 an das Hüllrohr 102 geklemmt sein zur einfachen Montage der Blitzlampenanordnung 100. Mit anderen Worten kann die Zündelektroden-Zuleitung 108 federnd gelagert sein oder selbst federelastisch eingerichtet sein, so dass die Zündelektroden-Zuleitung 108 gegen das Hüllrohr 102 geklemmt sein kann oder werden kann.
Alternativ kann die Zündelektroden-Zuleitung 108 in einem Abstand zu dem Hüllrohr 102 angeordnet sein oder werden, wie beispielsweise in 1B dargestellt ist. Anschaulich kann, z.B. im betriebsbereiten Zustand der Blitzlampenanordnung 100, ein Spalt 108s zwischen der Zündelektroden-Zuleitung 108 und dem Hüllrohr 102 bereitgestellt sein oder werden. Somit kann beispielsweise die Einkopplung des elektrischen Zündpulses in die Zündelektrode 106 beeinflusst werden. Beispielsweise können ausgehend von dem Zündpulse in der Zündelektroden-Zuleitung 108 so genannte Überschwinger in der Zündelektrode 106 erzeugt werden. Anschaulich können die Pulsform und/oder die Pulshöhe in die Zündelektrode 106 eingekoppelten Zündpulses verändert werden, z.B. kann somit die maximale Pulshöhe des Zündpulses in der Zündelektrode 106 größer sein als in der Zündelektroden-Zuleitung 108. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Spalt 108s eine Spaltbreite von weniger als 10 mm aufweisen, z.B. weniger als 5 mm, z.B. weniger als 3 mm, z.B. weniger als 2 mm, z.B. weniger als 1 mm oder z.B. eine Spaltbreite in einem Bereich von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 10,0 mm.
2A und 2B veranschaulichen jeweils eine Blitzlampenanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, welche analog zu der in 1A und 1B veranschaulichten Blitzlampenanordnung 100 aufgebaut ist, wobei jedoch die Zündelektrode 106 zusätzlich als eine optische Reflektorstruktur eingerichtet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Zündelektrode 106 als ein flächiger optischer Reflektor eingerichtet sein oder werden, so dass Licht (oder allgemein elektromagnetische Strahlung, z.B. im sichtbaren, infraroten und/oder ultravioletten Bereich), welches mittels der Gasentladungsröhre 104 erzeugt werden kann, entsprechend reflektiert wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Reflektor eine Reflektivität (auch als Reflexionsvermögen oder Reflexionsgrad bezeichnet) von mehr als 80% aufweisen, z.B. mehr als 85%, z.B. mehr als 90%, z.B. mehr als 95% oder eine Reflektivität in einem Bereich von ungefähr 80% bis ungefähr 99%, z.B. in einem Bereich von ungefähr 85% bis ungefähr 99%. Dabei kann sich die Reflektivität auf das von der Gasentladungsröhre 104 emittierte Spektrum beziehen. Beispielsweise kann der Reflektor Aluminium oder eine Aluminium-Legierung aufweisen oder daraus bestehen. Ferner kann der Reflektor entsprechend poliert (mit anderen Worten spiegelnd) sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Reflektor in dem Hüllrohr 102 festgeklemmt sein oder werden. Ferner kann der Reflektor auf der Gasentladungsröhre 104 abgestützt sein, wie beispielsweise in 2C veranschaulicht ist.
Wie in 2C veranschaulicht ist, kann der Reflektor 106, d.h. der als Zündelektrode 106 verwendete elektrisch leitfähige flächige Reflektor 106, abschnittsweise oder vollständig auf der Gasentladungsröhre 104 aufliegen. Ferner kann auch eine Beschichtung als Reflektor verwendet werden, z.B. eine Aluminiumbeschichtung. Dabei kann die Beschichtung auf der Innenseite des Hüllrohrs 102 und/oder auf der Außenseite der Gasentladungsröhre 104 aufgebracht sein. Eine derartige Beschichtung kann beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 1 mm aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Einkopplungs-Struktur 208 verwendet werden, welche das kapazitive Einkoppeln des Zündpulses in den Reflektor 106 verbessern kann. Beispielsweise kann der Reflektor 106 (oder alternativ eine beliebige Reflektorstruktur 106) eine elektrisch leitfähige Einkopplungs-Struktur 208 aufweisen, welche auf der von der Gasentladungsröhre 104 abgewandten Seite des Reflektors 106 angeordnet ist, wobei sich die elektrisch leitfähige Einkopplungs-Struktur 208 in Richtung der Zündelektroden-Zuleitung 108 erstreckt. Die Einkopplung des Zündpulses von der Zündelektroden-Zuleitung 108 in den Reflektor 106 erfolgt somit kapazitiv von der Zündelektroden-Zuleitung 108 in die elektrisch leitfähige Einkopplungs-Struktur 208 und elektrisch leitend von der elektrisch leitfähigen Einkopplungs-Struktur 208 in den Reflektor 106.
Anschaulich, wie bezüglich der 1A bis 2C beschrieben ist, kann in das das Hüllrohr 102 (auch als Strömungsrohr oder Flowtube bezeichnet) ein elektrisch leitfähiger Reflektor 106 integriert sein oder werden, welcher sich auf die gesamte Lichtbogenlänge (welche von der Gasentladungsröhre 104 definiert ist) erstreckt (oder auch kürzer) und mittels einer Kontaktelektrode 108 außerhalb des Strömungsrohrs 104 kapazitiv mit einem Zündgenerator gekoppelt ist. Damit entfällt beispielsweise die elektrische Zuleitung des Zünddrahts im Endkopf der Anodenseite bzw. Kathodenseite der Gasentladungsröhre, wie es bei herkömmlichen Blitzlampenanordnungen der Fall sein kann.
Die Zündelektroden-Zuleitung 108 kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiger „Stempel“ sein oder einen elektrisch leitfähigen „Stempel“ aufweisen, welcher federgelagert auf dem Strömungsrohr 102 aufliegt, wobei die kapazitive Kopplung mittels einer Kontaktelektrode 208k erfolgt. An die Kontaktelektrode 208k kann eine elektrische Zuleitung 208z gekuppelt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Zündelektroden-Zuleitung 108 an einer beliebigen Stelle relativ zu dem Reflektor 106 angesetzt sein oder werden, z.B. in der Mitte bezüglich der axiale Ausdehnung des Reflektors 106.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Reflektor 106 wenige Zentimeter (z.B. weniger als 10 cm oder weniger als 20 cm) kürzer sein als der Lichtbogen lang ist (gemessen in Axialrichtung). Die Zündung wird jedoch mit kürzer werdender Länge des Reflektors 106 erschwert bis dahin, dass keine Zündung mehr erfolgen kann, was beispielsweise der Fall sein kann wenn bei einer Länge des Lichtbogens von 1700 mm der Reflektor 106 weniger als 1300 mm lang ist, wobei der Reflektor 106 in Axialrichtung zentriert zwischen Anode und Kathode der Gasentladungsröhre 104 angeordnet ist. Der Abstand zwischen Anode und Kathode der Gasentladungsröhre 104 kann beispielsweise die Länge des Lichtbogens definieren (gemessen in Axialrichtung). Allerdings kann die Zündung der Gasentladungsröhre 104 auch von anderen Faktoren wie beispielsweise der Ladespannung abhängen. Ist der Reflektor 106 dagegen wesentlich länger als die Lichtbogenlänge (z.B. mehr als 10 cm oder mehr als 20 cm), so besteht die Gefahr eines Überschlags zwischen Reflektor 106 und Zuleitungen der Gasentladungsröhre 104 (die Zuleitungen zur Anode und/oder Kathode der Gasentladungsröhre 104 können zwar isoliert sein, jedoch sind Verschiebungsströme trotzdem möglich), vgl. ferner beispielsweise 3.
Alternativ zum Stempel kann eine einfache Drahtschlaufe zur Zündung ausreichen, wobei die Drahtschlaufe um das Strömungsrohr 102 gewickelt sein kann. Obwohl die Kapazität zwischen Reflektor und Drahtschlaufe nur sehr gering ist, kann eine sichere Zündung erreicht werden. Im Experiment konnte die minimal erforderliche Ladespannung der Kondensatoren bei der gerade noch ein Betrieb der Blitzlampen (z.B. mit einer Lichtbogenlänge von 1700 mm) möglich ist aufgrund des Anordnens des Reflektors im Strömungsrohr auf weniger als ungefähr 3 kV abgesenkt werden. Diese Absenkung wurde sowohl für Luft- als auch für Wasserkühlung erreicht und zeigt eine sichere Zündung der Blitzlampe. Im Experiment betrug der lichte Abstand zwischen dem Reflektor und der auf Hochspannung liegenden Kathode ungefähr 6 cm. Ferner betrug der lichte Abstand zwischen dem Reflektor 106 und der auf Masse liegenden Anode ungefähr 1 cm. Alternativ kann die Zündung auch ohne Drahtschlaufe erfolgen, d.h. allein mittels eines elektrisch leitfähigen Zuleitungskabels.
Im Gegensatz zu einer Blitzlampenanordnung mit einem außerhalb des Strömungsrohrs bereitgestellten Reflektor ist keine zusätzliche Kühlvorrichtung für den Reflektor 106 innerhalb des Strömungsrohrs 102 erforderlich, da dieser mittels des Kühlkreislaufs der Blitzlampe gekühlt sein kann oder werden kann. Beispielsweise kann Rein-Aluminium als Material für den Reflektor 106 verwendet werden, wobei Rein-Aluminium hinsichtlich der optischen Eigenschaften bei Blitzlampen aufgrund des hohen Reflexionsgrades im UV/VIS-Bereich geeignet sein kann. Das Rein-Aluminium kann beispielsweise auf einem Aluminiumband, welche eine beliebig geeignete Dicke aufweist, abgeschieden sein oder werden (wobei das Aluminiumband beispielsweise eine Aluminium-Legierung aufweisen kann oder daraus bestehen kann). Ferner kann das Rein-Aluminium mittels einer Siliziumoxid-Schicht (z.B. SiO₂) gegen Korrosion geschützt sein oder werden. Somit können kostengünstige Reflektoren bereitgestellt sein oder werden, die im Kühlwasser verwendbar sind. Mittels eines Lampenfeldes (d.h. mehrere parallel in einer Ebene angeordnete Blitzlampen), welches mehrere Blitzlampen aufweist, bei denen jeweils der Reflektor 106 in dem Strömungsrohr 102 integriert ist, kann beispielsweise eine Lichtintensität in einer Substratebene erzeugt werden, welche höher ist als bei einem herkömmlichen Reflektor, welcher ein gesamtes Lampenfeld (d.h. mehrere parallel in einer Ebene angeordnete Blitzlampen) in Form eines „U“ umschließt.
Ferner kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, die gegenseitige Erwärmung benachbarter Blitzlampen (bzw. Blitzlampenanordnung 100) in einem Blitzlampenfeld aufgrund von Lichtabsorption des Plasmas auf ein Minimum reduziert sein oder werden, da jede Blitzlampe 104 wenigstens teilweise von einem Reflektor 106 umgeben ist.
Um die Position des Reflektors zu fixieren, insbesondere bei einem Öffnungswinkel zum Substrat von mehr als 170° für den Lichtaustritt, können beispielsweise Sprengringe an beiden Enden des Reflektors 106 eingesetzt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Reflektor 106 gegen die Innenwand des Hüllrohrs 102 geklemmt sein oder werden.
Alternativ kann an den axialen Endabschnitten des Reflektors auf einem kurzen Stück entlang der Hauptachse der Blitzlampe (d.h. entlang der Axialrichtung), z.B. auf einer Länge von weniger als 5 mm, der Öffnungswinkel auf z.B. 120° verkleinert werden. Somit kann beispielsweise der Reflektor 106 zumindest teilweise (z.B. nur an den axialen Endabschnitten) auf der Gasentladungsröhre 104 aufliegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Reflektor 106 rinnenförmig eingerichtet sein. Ferner kann die Form der reflektierenden Fläche des Reflektors derart eingerichtet sein, dass eine vordefinierte räumliche Lichtverteilung mittels der Gasentladungsröhre 104 und des Reflektors 106 erzeugt werden kann.
Ist die Lagerung langer Strömungsrohre 102 und Blitzlampen 104 (z.B. aufgrund einer für ein zu bestrahlendes Substrat erforderlichen homogenen Lichtintensität) nur an deren Endabschnitten möglich, so ergeben sich aufgrund der Gravitation Durchbiegungen in Abhängigkeit vom Außendurchmesser der verwendeten Glasrohre, des Gewichts und anderen Faktoren. So kommt es beispielsweise vor, dass sich das Strömungsrohr 102 im mittleren Bereich am stärksten in Richtung Erdoberfläche durchbiegen kann und die darin enthaltene Blitzlampe 104 aufgrund des Auftriebs im Wasser das Strömungsrohr berührt. Daraus resultiert beispielsweise eine ungleichmäßige Kühlung der Blitzlampe. Wenn nun der eingebaute Reflektor an dieser Stelle z.B. mit einem Prägeverfahren derartig verformt ist, dass kleine „Noppen“ oder Stege hervorstehen, so kann ein Abstand zwischen Reflektor und Strömungsrohr und somit ein höherer Wasserfluss zur verbesserten Kühlung erzwungen werden. Der optische Einfluss dieser Stege ist dabei minimal. Der Reflektor 106 hat in diesem Fall die zusätzliche Funktion eines Abstandhalters zwischen dem Hüllrohr 102 und der Gasentladungsröhre 104.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Reflektor 106 sowohl die Innenmantelfläche des Hüllrohrs 102 als auch die Außenmantelfläche der Gasentladungsröhre 104 berühren, so dass der Reflektor 106 einen minimal möglichen Abstand zwischen der Innenmantelfläche des Hüllrohrs 102 und der Außenmantelfläche der Gasentladungsröhre 104 definiert.
Anstelle eines Reflektors 106 im Strömungsrohr 102, der kapazitiv mit einer Elektrode 108 und somit mit einem Zündgenerator außerhalb des Strömungsrohrs 102 gekoppelt ist, kann ein Draht 106 entweder parallel oder spiralförmig zur Lampenachse direkt am Gasentladungsrohr zwischen Kathode und Anode angebracht sein oder werden, wie beispielsweise in 1A und 1B veranschaulicht ist. Die spiralförmige Anordnung ermöglicht beispielsweise einen schnelleren Zündvorgang im Vergleich zu einem parallel zur Lampenachse geführten Draht und somit geringere Schwankungen der Lichtemission von Blitz zu Blitz. Bei zu großem Abstand der Windungen bewirkt das spiralförmig entstehende Plasma allerdings eine inhomogene Lichtverteilung in der Lampenlängsachse innerhalb eines Blitzes.
Bei sehr langen Blitzlampen, z.B. mit einer Lichtbogenlänge von mehr als ungefähr 1 m, kann eine flexible Befestigung oder eine flexible Lagerung der Blitzlampe erforderlich sein, so dass eine Längenausdehnung der Blitzlampe im Betrieb kompensiert (z.B. abgefedert) werden kann.
3 veranschaulicht eine mittels zweier Lagervorrichtungen 310 (auch jeweils als Endkopf 310 bezeichnet) gelagerte Blitzlampenanordnung 100. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Blitzlampenanordnung 100 ein Hüllrohr 102 (z.B. ein transparentes Glas-Rohr oder Quarzglas-Rohr) und eine Gasentladungsröhre 104 (auch als Blitzlampe bezeichnet) aufweisen, wie vorangehend beschrieben ist, wobei die Gasentladungsröhre 104 jeweils an deren axialen Endabschnitten eine Elektrode aufweist, d.h. eine Kathode 104k und eine Anode 104a. Die beiden Elektroden 104a, 104k sind mittels elektrischer Zuleitungen 104z elektrisch kontaktiert. Die elektrischen Zuleitungen 104z können flexible Kabel sein oder auch starre, massive Leiter. Die elektrischen Zuleitungen 104z können zumindest abschnittsweise mit einer elektrischen Isolation ummantelt sein oder werden.
Mittels der beiden Endköpfe 310 können die Gasentladungsröhre 104 und das Hüllrohr 102 jeweils an deren axialen Endabschnitten gelagert sein oder werden. Ferner können die beiden Endköpfe 310 derart eingerichtet sein, dass die elektrischen Zuleitungen 104z entsprechend zu den Elektroden 104a, 104k geführt sein können oder werden können. Ferner können die beiden Endköpfe 310 derart eingerichtet sein, dass Kühlmittel, z.B. gasförmiges und/oder flüssiges Kühlmittel (z.B. Kühlwasser), zwischen dem Hüllrohr 102 und der Gasentladungsröhre 104 geführt werden kann.
Mit anderen Worten ist in 3 eine Blitzlampen-Lageranordnung 300 dargestellt, wobei die Blitzlampen-Lageranordnung 300 Folgendes aufweisen kann: mindestens eine Blitzlampenanordnung 100, wie hierin gemäß verschiedenen Ausführungsformen beschrieben ist; und mindestens einen Endkopf 310 zum Lagern und Versorgen der mindestens einen Blitzlampenanordnung 100 wobei der mindestens eine Endkopf 310 eine Kühlmittelführung aufweist zum Einleiten von Kühlmittel zwischen dem Hüllrohr 102 und der Gasentladungsröhre 104.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasentladungsröhre 104 (die axiale Blitzlampe 104) einen Innendurchmesser (quer zur Längserstreckung des Entladungsrohrs) in einem Bereich von ungefähr 1,0 cm bis ungefähr 5,0 cm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1,0 cm bis ungefähr 3,0 cm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1,5 cm bis ungefähr 2,0 cm. Ferner kann es notwendig sein, dass die elektrischen Anschlüsse 104z (Zuleitungen oder Zuführungen) der Gasentladungsröhre 104 ausreichend gekühlt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Hüllrohr 102 länger als die Gasentladungsröhre 104 sein, so dass auch die elektrischen Anschlüsse 104z der Gasentladungsröhre 104 im Kühlwasser angeordnet sind.
Wie in 3 veranschaulicht ist, muss die Zündelektrode 106 nicht aus dem Hüllrohr 102 heraus geführt werden, da eine kapazitive Einkopplung des Zündpulses mittels der Zündelektroden-Zuleitung 108 durch die Wandung des Hüllrohrs 102 hindurch erfolgt. Somit muss das Hüllrohr 102 keine Durchgangsöffnung oder Aussparungen in dessen Wandung aufweisen und das das Hüllrohr 102 kann intakt bleiben, d.h. anschaulich mechanisch stabiler insbesondere unter Wärmeeinwirkung.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die beiden Endköpfe 310 derart eingerichtet sein, dass nur die entsprechende Zuleitung 104z zum Anschließen der Anode 104a bzw. der Kathode 104k der Gasentladungsröhre 104 durch den jeweiligen Endkopf 310 geführt sind. Mittels der Endköpfe 310 kann beispielsweise ein Kühlmedium 104k in das Hüllrohr 102 hinein geleitet werden und aus dem Hüllrohr 102 abgeführt werden.
Wie ferner in 4 zum Teil veranschaulicht ist, kann die Gasentladungsröhre 104 beispielsweise einen ersten Elektrodenbereich 304a mit einer Anode 104a aufweisen, sowie in analoger Weise einen zweiten Elektrodenbereich mit der Kathode 104k, wobei sich zwischen den beiden Elektrodenbereichen ein Entladungsbereich 104g der Gasentladungsröhre 104 erstreckt (vgl. auch 3). Die Gasentladungsröhre 104 kann beispielsweise mit einem Gas gefüllt sein, z.B. mit einem Edelgas, Stickstoff oder einem entsprechenden Gasgemisch. Dabei kann der Druck des Gases oder des Gasgemisches in der Gasentladungsröhre 104 kleiner als ungefähr 2 bar, kleiner als ungefähr 1 bar oder kleiner als ungefähr 0,5 bar oder kleiner als ungefähr 0,25 bar sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Elektroden 104k, 104a der Gasentladungsröhre 104 Wolfram aufweisen, wobei die Elektroden 104k, 104a jeweils mittels eines Elektrodenanschlusses 104s (welcher ebenfalls Wolfram aufweisen kann) durch das Glasrohr 104h der Gasentladungsröhre 104 hindurch elektrisch kontaktiert sind. Anschaulich kann sich ein Abschnitt 104s der Elektroden 104k, 104a aus dem Glasrohr 104h der Gasentladungsröhre 104 heraus erstrecken. An dem jeweiligen Elektrodenanschluss 104s der Elektroden 104k, 104a kann die Zuleitung 104z elektrisch leitfähig befestigt sein. Die Zuleitungen 104z können beispielsweise flexibel eingerichtet sein, z.B. als flexibles Kupferkabel.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Zündelektrode 106 (z.B. der Zünddraht 106) zumindest teilweise mit einer elektrischen Isolation ummantelt sein. Dabei kann die Isolation der Zündelektrode 106 derart eingerichtet sein, dass das Kühlmedium 104k von der Isolation verdrängt wird, wobei die Isolation eine geringere relative Permittivität aufweist als das Kühlmedium 104k. Es versteht sich, dass ein Vergleich der relativen Permittivitäten verschiedener Materialien unter gleichen Bedingungen erfolgt, z.B. bei gleicher Temperatur und gleicher Frequenz, so dass beispielsweise die Temperaturabhängigkeit und die Frequenzabhängigkeit der relativen Permittivität berücksichtigt sind. Beispielsweise kann die als Zünddraht eingerichtete Zündelektrode 106 teilweise oder vollständig mit Glas (z.B. Quarzglas) ummantelt sein oder werden.
Wie in 3 und 4 veranschaulicht ist, kann die Zündelektrode 106 in Axialrichtung vollständig zwischen den beiden Elektroden 104a, 104k angeordnet sein oder werden. Wenn die Zündelektrode 106 als Reflektor eingerichtet ist, kann somit beispielsweise Licht aus den beiden Elektrodenbereichen die Gasentladungsröhre 104 radial verlassen, so dass die Elektrodenbereiche geschont werden. Dagegen kann das Licht, welches den Entladungsbereich 104g radial verlässt, in Richtung der Gasentladungsröhre 104 zurück reflektiert werden.
5 veranschaulicht eine Blitzlampen-Lageranordnung 300, wobei mehrere Blitzlampenanordnungen 100 (und somit auch mehrere Gasentladungsröhren 104) nebeneinander angeordnet sind, so dass ein Blitzlampenfeld bereitgestellt wird. Die jeweiligen Gasentladungsröhren 104 und Hüllrohre 102 der mehreren Blitzlampenanordnungen 100 sind mittels mindestens zweier Endkopfanordnungen 510 gelagert.
Zum kontrollierten Zünden jeder der Gasentladungsröhren 104 kann ein elektrischer Zündpuls mittels eines Zündgenerators 508 erzeugt werden und mittels der Zündelektroden-Zuleitung 108 und der jeweils kapazitiv gekoppelten Zündelektrode 106 in die jeweilige Gasentladungsröhre 104 derart eingekoppelt werden, dass das Bilden eines Plasmafadens innerhalb der jeweiligen Gasentladungsröhre 104 angeregt wird. Der gebildete Plasmafaden senkt die Impedanz der jeweiligen Gasentladungsröhre 104, so dass eine an der jeweiligen Gasentladungsröhre 104 anliegende Spannung zu einem Entladungsstrom in der Gasentladungsröhre 104 führt. Mit anderen Worten kann mittels des elektrischen Zündpulses eine gepulste Gasentladung angeregt werden. Die Entladespannung und somit der Endladestrom wird mittels eines Treiberschaltkreises 502 (z.B. für alle Gasentladungsröhren 104 gemeinsam) oder mittels mehrerer Treiberschaltkreise 502 (z.B. mittels jeweils einem Treiberschaltkreis 502 pro Gasentladungsröhre 104) bereitgestellt, wobei der Treiberschaltkreis 502 mindestens einen Ladungsspeicher aufweist. Der Ladungsspeicher kann beispielsweise einen Kondensator oder mehrere Kondensatoren aufweisen. Ferner kann der Treiberschaltkreis 502 mindestens eine Spule aufweisen, welche beispielsweise in Reihe mit dem mindestens einen Ladungsspeicher geschaltet sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mittels nur einer Zündelektroden-Zuleitung 108 mehrere Gasentladungsröhren 104 im Wesentlichen gleichzeitig gezündet werden. Dazu kann sich die eine Zündelektroden-Zuleitung 108 quer zur Axialrichtung erstrecken und somit mit den jeweiligen Zündelektroden 106 der mehreren Gasentladungsröhren 104 kapazitiv gekoppelt sein. Somit können die mehreren Gasentladungsröhren 104 beispielsweise synchron gezündet werden, z.B. mit einem Zeitversatz von weniger als 100 µs, weniger als 50 µs oder weniger als 10 µs. Anschaulich kann der Zündpuls derart bereitgestellt werden, dass alle gemeinsam gezündeten Gasentladungsröhren 104 einander überlagernde Lichtblitze erzeugen, deren maximale Lichtintensität möglichst zeitgleich erreicht ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Zündpuls mit einer Pulsdauer länger als ungefähr 200 µs erzeugt werden oder mit einer Pulsdauer kürzer als ungefähr 200 µs, z.B. mit einer Pulsdauer kürzer als 100 µs, z.B. mit einer Pulsdauer kürzer als 50 µs, z.B. mit einer Pulsdauer kürzer als 10 µs, z.B. mit einer Pulsdauer in einem Bereich von ungefähr 0,1 µs bis ungefähr als 10 µs.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung 100 Folgendes aufweisen: mehrere Gasentladungsröhren 104, mindestens einen Treiberschaltkreis 502 zum Bereitstellen einer Betriebsspannung an den mehreren Gasentladungsröhren 104, wobei der Treiberschaltkreis 502 derart eingerichtet sein kann, dass ein elektrischer Entladungspuls erzeugt werden kann, sobald die mehreren Gasentladungsröhren 104 gezündet werden; einen Zündschaltkreis 508 zum Erzeugen eines elektrischen Zündpulses zum Zünden der mehreren Gasentladungsröhren 104, wobei der elektrische Zündpuls mittels einer (z.B. genau einer) Zündelektroden-Zuleitung 108 kapazitiv in jeweils mindestens eine Zündelektrode 106 eingekoppelt wird. Wie vorangehend beschrieben ist dabei jeweils die Zündelektrode 106 innerhalb des Hüllrohrs 102 angeordnet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Zünden der mehreren Gasentladungsröhren 104 mittels eines gemeinsamen Zündschaltkreises 508 erfolgen.
Die mehreren Gasentladungsröhren 104 können Teil eines gemeinsamen Lampenfelds der Blitzlampenanordnung 100 zum Erzeugen von Lichtblitzen sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Lampenfeld mehrere Gasentladungsröhren 104 aufweisen, z.B. zwei, drei, vier, fünf, mehr als fünf, z.B. zehn oder z.B. zwanzig Gasentladungsröhren 104. Zum Erzeugen von Lichtblitzen können die Gasentladungsröhren 104 eines Lampenfeldes einzeln, in Gruppen oder gemeinsam gezündet werden, wobei sich die von den jeweils gezündeten Gasentladungsröhren 104 erzeugten Lichtblitze überlagern können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Treiberschaltkreis 502 derart eingerichtet sein, dass der elektrische Entladungspuls (welcher durch die Gasentladungsröhre 104 hindurch fließt) eine maximale Amplitude der Stromstärke von größer als ungefähr 1 kA aufweist, z.B. von größer als ungefähr 5 kA, z.B. von größer als ungefähr 25 kA. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrische Entladungspuls eine Pulsdauer von weniger als ungefähr 50 ms aufweisen, z.B. eine Pulsdauer von weniger als ungefähr 10 ms, z.B. eine Pulsdauer von weniger als ungefähr 1 ms, z.B. eine Pulsdauer von weniger als ungefähr 0,5 ms, z.B. eine Pulsdauer von weniger als ungefähr 250 µs, z.B. eine Pulsdauer von weniger als ungefähr 100 µs.
Das Zünden einer Gasentladungsröhre 104 kann das kurzzeitige Aktivieren der Gasentladungsröhre 104 aufweisen zum Erzeugen eines Lichtblitzes (anschaulich ist die Gasentladungsröhre 104 dann beispielsweise als eine Blitzlampe eingerichtet). Dabei kann die Gasentladungsröhre 104 für eine vordefinierte Zeitspanne Licht emittieren. Die vordefinierte Zeitspanne kann beispielsweise kürzer als ungefähr 50 ms sein, z.B. kürzer als ungefähr 10 ms, z.B. kürzer als ungefähr 1 ms, z.B. kürzer als ungefähr 0,5 ms, z.B. kürzer als ungefähr 250 µs.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Zündschaltkreis 508 derart eingerichtet sein, dass der elektrische Zündpuls eine maximale Spannung in einem Bereich von ±1 kV ungefähr bis ungefähr ±50 kV, z.B. in einem Bereich von ±2 kV ungefähr bis ungefähr ±4 kV, aufweist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Zündschaltkreis 508 derart eingerichtet sein, dass der elektrische Zündpuls eine maximale Stromstärke in einem Bereich von ungefähr 1 A bis ungefähr 1 kA aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Zündgenerator 508 zum Zünden einer Gasentladungsröhre 104 oder zum gleichzeitigen Zünden mehrerer Gasentladungsröhren 104 verwendet werden, wobei das Zünden mittels eines einzigen elektrischen Zündpulses erfolgen kann. Der Zündpuls kann beispielsweise eine Halbwertsbreite von kleiner als 1 ms, z.B. kleiner als 200 µs, z.B. kleiner als ungefähr 20 µs, z.B. kleiner als ungefähr 10 µs, z.B. kleiner als ungefähr 5 µs, aufweisen. Dabei kann ein zeitgleiches (synchrones) Zünden mehrerer Gasentladungslampen derart erfolgen, dass alle zeitgleich gezündeten Gasentladungslampen Lichtblitze erzeugen, deren maximale Lichtintensität gleichzeitig oder zumindest innerhalb eines Zeitfensters mit einer vordefinierten Zeitspanne (der Zünd-Toleranzzeit) erreicht ist.
Die Halbwertsbreite des elektrischen Zündpulses muss allerdings derart groß gewählt sein oder werden, dass dieser eine ausreichende elektrische Verschiebung in der Gasentladungslampe erzeugen kann (mittels des elektrischen Feldes), so dass eine Gasentladung ausgelöst wird. Die notwendige Halbwertsbreite kann von der Bauart und der Bauform der Gasentladungslampe abhängen. Beispielsweise kann ein elektrischer Zündpuls mit einer Halbwertsbreite in einem Bereich von ungefähr 0,1 µs bis ungefähr 1 ms eine ausreichende elektrische Verschiebung in einer langen Gasentladungslampe (z.B. länger als 1 m) erzeugen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mittels der als Reflektor eingerichteten Zündelektrode 106 mehrere Zündfäden in einer Gasentladungsröhre 104 erzeugt werden. Dies führt zu einer effizienten Zündung der Gasentladungsröhre 104, da mehr Plasma innerhalb der Gasentladungsröhre 104 erzeugt wird, als bei nur einem erzeugten Zündfaden entstehen würde. Dies kann beispielsweise von der effizienten Einkopplung des Zündpulses in den Reflektor 106 und/oder der Geometrie des Reflektors 106 verursacht werden, vgl. z.B. 2A.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Zündelektrode 106 (z.B. der Draht oder der Reflektor) mittels einer Klemme in dem Hüllrohr 102 befestigt sein oder werden. Alternativ kann die Zündelektrode 106 (z.B. der Draht oder der Reflektor) an die Innenwandung des Hüllrohrs 102 geklebt werden.

Claims

Blitzlampenanordnung (100), aufweisend: • ein Hüllrohr (102); • eine Gasentladungsröhre (104), welche zumindest teilweise in dem Hüllrohr (102) angeordnet ist; • eine Zündelektrode (106) zum Zünden der Gasentladungsröhre (104), wobei die Zündelektrode (106) außerhalb der Gasentladungsröhre (104) und vollständig innerhalb des Hüllrohrs (102) angeordnet ist; und • eine Zündelektroden-Zuleitung (108), welche vollständig außerhalb des Hüllrohrs (102) angeordnet ist und mit der Zündelektrode (106) durch die Wandung des Hüllrohrs (102) hindurch kapazitiv gekoppelt ist zum Zuführen eines Zündpulses zu der Zündelektrode (106), • wobei die Zündelektrode (106) als flächiger Reflektor eingerichtet ist und auf der Gasentladungsröhre (104) abgestützt ist.
Blitzlampenanordnung gemäß Anspruch 1, wobei der flächige Reflektor in dem Hüllrohr (102) festgeklemmt ist.
Blitzlampenanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der flächige Reflektor eine Einkopplungs-Struktur aufweist zum kapazitiven Einkoppeln des Zündpulses in den flächigen Reflektor.
Blitzlampenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die Zündelektrode (106) entlang der Axialrichtung der Gasentladungsröhre (104) erstreckt.
Blitzlampenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: mindestens ein Elektrodenpaar (110a, 110k), wobei jeweils eine Elektrode des mindestens einen Elektrodenpaars (110a, 110k) an jeweils einem der beiden axialen Endabschnitte der Gasentladungsröhre (104) angeordnet ist.
Blitzlampenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zündelektroden-Zuleitung (108) mit einem Zündpulsgenerator gekoppelt ist.
Blitzlampenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zündelektroden-Zuleitung (108) gegen die Außenmantelfläche des Hüllrohrs (102) geklemmt ist oder wobei ein Spalt zwischen der Zündelektroden-Zuleitung (108) und der Außenmantelfläche des Hüllrohrs (102) bereitgestellt ist.
Blitzlampenanordnung gemäß Anspruch 5, wobei der Reflektor (106) gemessen in Axialrichtung weniger als 20 cm kürzer ist als die Lichtbogenlänge.
Blitzlampen-Lageranordnung (300), aufweisend: • mehrere Blitzlampenanordnungen (100), wobei jede der mehreren Blitzlampenanordnungen (100) folgendes aufweist: ein Hüllrohr (102); eine Gasentladungsröhre (104), welche zumindest teilweise in dem Hüllrohr (102) angeordnet ist; und eine Zündelektrode (106) zum Zünden der Gasentladungsröhre (104), wobei die Zündelektrode (106) außerhalb der Gasentladungsröhre (104) und vollständig innerhalb des Hüllrohrs (102) angeordnet ist; • mindestens zwei Endkopfanordnungen (510) zum Lagern der mehreren Blitzlampenanordnungen (100); und • eine Zündelektroden-Zuleitung (108), welche vollständig außerhalb der jeweiligen Hüllrohre (102) der mehreren Blitzlampenanordnungen (100) angeordnet ist und mit der jeweiligen Zündelektrode (106) der mehreren Blitzlampenanordnungen (100) durch die Wandung des jeweiligen Hüllrohrs (102) hindurch kapazitiv gekoppelt ist zum gleichzeitigen Zuführen eines Zündpulses zu den Zündelektroden (106) der mehreren Blitzlampenanordnungen (100).
Blitzlampen-Lageranordnung (300) gemäß Anspruch 9, wobei jede der Zündelektroden (106) als flächiger Reflektor eingerichtet ist.