DE2458360C2 - Gasentladungslampe - Google Patents

Description

Gasentladungslampen sind seit langer Zeit bekannt, sie werden für zahlreiche unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Dabei hängt die spezielle Struktur und Konfiguration der Lampen mehr oder weniger von dem jeweiligen Anwendungszweck ab, aber generell ist allen Lampen gemeinsam, daß sie einen abgedichteten transparenten oder transluzenten Mantel besitzen, der eine gasförmige Substanz, (ein Gas oder einen Dampf) enthält und einen sogenannten Plasma-Hohlraum begrenzt. Weiterhin sind die Lampen noch mit Mitteln zur Zufuhr elektrischer Fnergie versehen, um die gasförmige Substanz zu erregen und in ein Strahlung emittierendes Plasma zu überführen. Die Mittel zur Zufuhr der elektrischen Energie haben sehr häufig die Form zweier im Abstand voneinander innerhalb des Mantels angeordneter Elektroden, an die eine Betriebsspannung angelegt wird. Stattdessen können die Lampen aber auch mit Hochfrequenz-Energie gespeist werden, wobei die Hochfrequenz-Energie mit der Lampe reaktanz-gekop-

pelt ist, so daß Elektroden nicht erforderlich sind

Aus der FR-PS 15 85 032 ist eine Gasentladungslampe bekannt, bei der der den Plasma-Hohlraum umschließende Mantel wendelförmig ausgebildet ist und in zwei einen Abstand voneinander aufweisende, parallele Enden mündet, die an einer als Halterung dienenden Platte zu befestigen sind, wobei die Platte zum Einstecken und Befestigen der Enden Löcher enthält, die einen vorgegebenen Abstand voneinander haben. Dabei war die Aufgäbe zu lösen, bei konstantem Lochabstand eine Uefestigung zu ermöglichen, obwohl der Abstand der Anschlußenden des Mantels infolge von Herstellungstoleranzen bei den einzelnen Lampen unterschiedlich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Anschlußenden in Hülsen befestigt, deren Innendurchmesser so groß benessen ist, daß die Abstandstoleranzen ausgeglichen werden können. Die Befestigung der Anschlußenden in den Hülsen erfolgt dabei nicht starr, sondern elastisch durch Verwendung von Silikon-Kautschuk als Füll- oder Vergußmasse. Die als Stecker ausgebildeten freien Enden der Hülsen passen dann in die vorgegebenen Löcher und können durch jeweils eine Mutter an der Befestigungsplatte verschraubt werden.

Bei dieser bekannten Lampe ist also nur das physikalisehe Problem zu lösen, Abstandstoleranzen der Anschlußenden auszugleichen, ohne daß es darauf ankommt, welche genaue Lage der strahlende Plasma-Hohlraum im eingebauten Zustand einnimmt Dabei können von Lampe zu Lampe sowohl die seitliche Position der Wendel als auch ihr Abstand zur Befestigungsplatte unterschiedlich sein. Stets gleich ist nur der seitliche Abstand der Hülsen. Umständlich ist bei der bekannten Gasentladungslampe auch der Austausch, denn es sind jeweils zwei Muttern zu lösen und anschüeßend wieder festzuschrauben.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit Lampen, bei denen es sehr genau und kritisch auf die besondere Konfiguration und Position des (während des Betriebes den Licht emittierenden Teil der Lampe bildenden) Plasmas in bezug auf die Betriebsumgeh'jng, also auf die genaue Betriebslage in bezug auf das Bestrahlungsobjekt ankommt. Lampen dieser Art werden in vielen Fällen benötigt, beispielsweise bei dem in der DE-OS 24 10 924 beschriebenen Gerät zum Belichten von fotoempfindlichen Plättchen für die Herstellung von Halbleiter-Vorrichtungen. Bei diesem Gerät wird eine Quecksilber-Dampflampe von gebogener Konfiguration benötigt, deren lichtgebendes Plasma außerordentlich präzise in bezug auf die Betriebsumgebung positioniert sein muß.

Die Erfindung geht aus von einer Gasentladungslampe mit einem Plasma-Hohlraum von gebogener Konfiguration und kapillarem Querschnitt, der von einem strahlungsdurchlässigen rohrförmigen Mantel begrenzt und mit einer ionisierbaren Substanz gefüllt ist, wobei am Mantel Befestigungsmittel angebracht sind, mit denen die Lampe in einer Halterung festlegbar ist, und wobei Mittel zum Erregen des Plasmas im Plasma-Hohlraum vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungslampe der vorgenannten Art einschließlich ihrer Halterung so auszubilden, daß ein Einsatz in einem optischen System möglich ist, wo es darauf ankommt, daß der den Plasma-Hohlraum bildende Teil der Lampe ohne zusätzliche Justierarbeit innerhalb des optischen Systems stets präzise die gleiche Lage einnimmt, auch wenn ein Austausch der Gasentladungslampe erfolgt ist. Mit anderen Worten soll sowohl die Sockelbefestigung

selbst als auch die Befestigung in der Halterung so vorgenommen werden, daß die vorbestimmte räumliche Orientierung des Plasma-Hohlraumes innerhalb des optischen Systems stets gewährleistet ist.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß nur ein Befestigungssockel am einen Ende des Mantels vorgesehen ist, der wenigstens drei ebene Außenflächen besitzt, die symmetrisch verteilt sind und parallel zu seiner Achse verlaufen, wobei zwei der Außenflächen auf derselben Seite einer durch die Achse verlaufenden Ebene liegen und zur Anlage an komplementären ebenen Flächen der als Befestigungsblock ausgebildeten Halterung bestimmt sind, während die dritte Außenfläche sich auf der anderen Seite der Ebene befindet und zum Eingriff mit einem Klemmelement bestimmt ist, das die beiden Außenfischen in Eingriff mit den komplementären Flächen des Befestigungsblocks hält daß der Befestigungssockel eine koaxiale Bohrung aufweist, daß das eine Ende des Mantels einen zylindrischen Ansatz mit nennenswert kleineren axialen und radialen Abmessungen als die Bohrung besitzt, und daß der Ansatz in der Bohrung in einer solchen Position starr befestigt ist, daß eine vorgegebene räumliche Beziehung und Orientierung zwischen dem Mantel und den beiden ebenen Außenflächen des Befestigungssockels besteht

Es wird also dafür gesorgt daß die Lampe in dem Befestigungssockel immer eine bestimmte Lage zu den Außenflächen einnimmt, wobei die Außenflächen in Verbindung mit den korrespondierenden Flächen des Befestigungsblocks wiederum für eine genaue Orientierung innerhalb des optischen Systems sorgen. Von Vorteil ist dabei auch, daß zur Festlegung der Lampe im Befestigungsblock nur ein Klemmelement erforderlich ist, das einen schnellen Austausch der Lampe ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist bei der Gasentladungslampe nach Anspruch 1, bei welcher die Mittel zum elektrischen Erregen des Plasmas aus zwei im Plasma-Hohlraum angeordneten Elektroden bestehen, die dem Befestigungssockel zugekehrte Elektrode elektrisch mit dem Befestigungssockel verbunden, während die andere Elektrode elektrisch mit einer hochflexiblen Anschlußleitung verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 im vergrößerten Maßstab einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Gasentladungslampe,

F i g. 2 im Längsschnitt iine Halterung mit einem darin eingesetzten Befestigungssockel, der gegenüber dem Befestigungssockel der Lampe gemäß F i g. 1 leicht modifiziert ist,

F i g. 3 einen Querschnitt in der Ebene 3-3 der F i g. 2 und

Fig.4 im Längsschnitt eine alternative Ausführungsform eines Befestigungssockels für eine Gasentladungslampe.

Die in Fig. 1 als Beispiel für die Erläuterung der Erfindung gezeigte Lampe 10 ist eine Quecksilberlampe mit einer derart gebogenen Konfiguration, daß sie als Lichtquelle bei dem Gerät gemäß der schon erwähnten DE-OS 2t 10 924 verwendbar ist. Diese Lampe 10 besitzt einen rohrförmigen Mantel 12 aus Glas oder einem anderen StrMlungs-durchlässigen Material. Der gebogene mittlere Abschnitt des Mantels 12 emittiert dabei den Hauptt^il der verwendbaren Strahlung, im dargestellten Beispiel erstreckt sich dieser mittlere Abschnitt über einen Bogen von 85° mit einem Radius von etwa 14 mm. In Hinsicht auf die Erfindung sind jedoch weder die Länge des gebogenen Abschnittes noch die Schärfe der Biegung von irgendwelcher Bedeutung, diese Größen sind lediglich kritisch für den jeweiligen Verwendungszweck der Lampe.

Innerhalb des Mantels 12 befindet sich ein Plasma-Hohlraum 14 von kapillaren Dimensionen, d. h. bei dem beschriebenen Beispiel mit einem Durchmesser von 2 mm. Ar. seinen beiden Enden läuft der Mantel 12 jeweils in massive zylindrische Ansätze 16 bzw. 18 aus, die einen etwas geringeren Durchmesser haben als der Hauptteil des Mantels. Der Plasma-Hohlraum 14 endet kurz vor den Ansätzen 16 bzw. 18 und ist an seinen beiden Enden jeweils mit einer Elektrode 20 bzw. 22 versehen. Diese beiden Elektroden fehlen natürlich, wenn die elektrische Energie über eine Hochfrequenz-Ankopplung zugeführt wird; dann sind entsprechende andere Mittel zur Energiezufuhr vorgesehen, wie sie für elektrodenlose Gasentladungslampen bekannt sind.

Die Elektrode 20 ist über eine nick., weiter dargestellte Leitung elektrisch mit einer hoch-flexiLien Anschlußleitung 24 verbunden, weiche an ihrem einen Ende mechanisch an dem Ansatz 16 befestigt ist und an ihrem freien Ende ein Anschlußteil wie z. B. einen Bananenstecker Ά trägt. Die Flexibilität und Leitfähigkeit der Anschlußleitung 24 ist im dargestellten Beispiel dadurch sichergestellt, daß die Leitung aus einer rohrförmig geflochtenen Silberlitze hergestellt ist.

Der gegenüberliegende Ansatz 18 des Mantels 12 ist mit einem starren Befestigungssockel 28 versehen, dessen Konfiguration so beschaffen ist, daß der Mantel 12 und damit der Plasma-Hohlraum 14 in der Betriebslage eine geometrisch eindeutige Position und räumliche Orientierung bekommen. Im dargestellten Beispiel hat der Befestigungssockel 28 die Form eines Prismas von rechteckigem Längsschnitt und hexagonalem Querschnitt. Dieses Prisma ist mit einer konzentrischen Axialbohrung 30 versehen, welche an ihrem einen Ende durch eine Fläche 32, deren Außenseite genau senkrecht zur Gemeinsamen Achse des Prismas und der Bohrung verläuft, verschlossen ist.

Zum Zusammenbau der Lampe 10 wird der Ansatz 18 des Mantels 12 in die Bohrung 30 des Befesligungssokkels 28 eingeschoben. Der Durchmesser -jncl die Länge der Bohrung 30 sind so bemessen, daß der Ansatz 18 nach allen Richtungen hin, also longitudinal, lateral und angular, ein ausreichendes Spiel innerhalb der Bohrung 30 besitzt. Auf diese Weise ist es möglich, während des Zusammenbaus der Lampe mittels einer Montageschablone, einer Paßlehre oder einer anderen Justiereinrichtung die Lage des Mantels 12 (und zwar insbesondere des gebogenen Teils des Mantels 12) relativ zu den Außenflächen des Befestigungssockels 28 genau einzurichten, ohne daß der in die Bohrung 30 eingreifende Ansatz 18 Behinderungen auslöst. Nach dem Einrichten wird die Bohrung 30 mit einem Lötmittel 34 oder einer anderen Vergußmasse verfüllt, so daß die eingerichtete Position und räumlichö Orientierung des Mantels 12 relativ zum Befestigungssockel 28 dauerhaft fixiert wird.

In der dargestellten, mit Elektroden versehenen Ausführungsform der Lampe 10 besteht der Befestigungssockel 28 aus einem elektrisch leitenden Material wie Kupfer oder Messing und ist elektrisch mit der Elektrode 22 verbunden. Bei Speisung der Lampe mit RF-Energie besteht der Befestigungssockel 28 vorzugsweise aus einem elektrisch nicht-leitenden Material.
Zum Betrieb wird der Befestieunsssockel 28 Her

Lampe 10 in eine Halterung eingesetzi. die an den Befestigungssockel angepaßt ist und Bezugsflächen besitzt, welche die Lage der Außenflächen des Befestigungssokkels bestimmen. Infolge der genauen Position und räumlichen Orientierung des Mantels 12 zum Befestigungssockel 28 ist dadurch gewährleistet, daß der Mante! 12 (und damit auch das lichtgebende Plasma, das sich bei Zufuhr der elektrischen Energie im Plasma-Hohlraum 14 ausbildet) zwangsläufig und reproduzierbar eine genaue Position und räumliche Orientierung zur Betriebsumgebung und damit zum Bestrahlungsobjekt bekommt, ohne daß es noch irgendwelcher besonderen Justierarbeiteii bedarf. Da die Position und räumliche Orientierung des Mantels 12 relativ zum Befestigungs-.sockel 28 in der Herstellungsstufe für alle Lampen genau gleich eingestellt wird, ist weiterhin auch in einfachster Weise ein Austausch von Lampen z. B. zu Reparaturzwecken möglich, ohne daß die neue Lampe gegenüher ihrrr Vorgängerin ein? andere La⁰¹O einnimmi und neu justiert werden muß.

In den Fig. 2 und 3 ist ein Befestigungsblock 36 gezeigt, der eine geeignete Halterung für den Betrieb der Lampe 10 gemäß Fig. 1 bildet. Dabei ist allerdings in den Fig. 2 und 3 eine etwas abgewandelte Ausführung 28' des Befestigungssockels dargestellt. Dieser Befestigungssockel 28' ist nicht, wie in F i g. 1, ein vollständiges hexagonales Prisma, sondern besitzt eine weitgehend zylindrische Außenfläche und ist nur an den beiden Enden dieser zylinderischen Außenfläche mit hexagonalen Flanschen 29 und 31 versehen. Die Funktion der beiden Flansche 29 und 31 in bezug auf das Einsetzen des Befestigungssockels in die Halterung ist aber gleich der Funktion eines vollständigen hexagonalen Prismas, so daß in der in F i g. 2 und 3 gezeigten Lampen-Halterung die Befestigungssockel 28 und 28' gleichermaßen verwendet werden können.

Der Befestigungsblock 36 ist in seinem Aufnahmeteil so an den Befestigungssockel 28 bzw. 28' angepaßt, daß der Befestigungssockel in dem Befestigungsblock eine genau definierte Lage bekommt. Zu diesem Zweck sind in dem Befestigungsblock 36 zwei ebene Bezugsflächen 38 und 40 vorgesehen, die im Winkel von 60" zueinander stehen, also in einem Winkel, der genau die Hälfte des Winkels zwischen zwei benachbarten Außenflächen eines regulären Sechsecks beträgt Diese beiden Bezugsflächen 38 und 40 sind somit komplementär zu zwei nicht-benachbarten und nicht-parallelen Außenflächen 42 und 44 der hexagonalen Flansche des Befestigungssockels 28' (bzw. der entsprechenden Flächen des Befestigungssockels 28).

Beim Einsetzen des Befestigungssockels 28 bzw. 28' in dem Befestigungsblock 36 kommen somit die beiden Außenflächen 42 und 44 zur Anlage an den Bezugsflächen 38 und 40, wodurch der Befestigungssockel eine genau definierte Lage einnimmt. Diese Lage wird mittels einer Klemmeinrichtung 46, die auf eine dritte, in bezug auf die Außenflächen 42 und 44 wiederum nichtbenachbarte und nicht-parallele Außenfläche 48 des Befestigungssockels einwirkt gegen Verdrehungen und Verschiebungen gesichert Die axiale Position des Befestigungssockels 28' (bzw. 28) ist durch eine Anschlagplatte 50 sichergestellt an der die Endfläche 32 des Befestigungssockels anliegt

Die Klemmeinrichtung 46 enthält eine Klemmplatte 52, die im Bereich ihrer einen Längskante auf der Außenfläche 48 des Befestigungssockels 28' (bzw. 28) aufliegt Die gegenüberliegende Außenkante der Klemmplatte 52 stützt sich auf einer Rippe 54 ab, welche parallel zu den Bezugsflächen 38 und 40 verläuft und vom Befestigungsblock 36 aus etwa um den Betrag aufragt, um den auch, bei eingesetztem Befestigungssockel, die Außenfläche 48 über den Befestigungsblock 36 hinaus nach oben vorsteht. Dadurch ist sichergestellt, daß sich die Klemmplatte 52 stets flächig auf die Außenfläche 48 des Befestigungssockels 28' (bzw. 28) auflegt. Das Festklemmen der Klemmplatte 52 erfolgt mittels eines Schraubenbolzens 56, der sich durch eine nicht weiter ίο dargestellte Bohrung in der Klemmplatte 52 hindurch erstreckt und in eine Gewindebohrung des Befestigungsblocks 36 eingeschraubt ist. Der auf der Oberseite der Klemmplatte 52 befindliche Kopf 58 des Schraubenbolzen 56, der die Klemmplatte 52 gegen den Befestigungssockel 28' (bzw. 28) drückt, ist zweckmäßig ein Rändelkopf von verhältnismäßig großem Durchmesser, damit das Einsetzen und gegebenenfalls Austauschen der Lampe 10 von Hand ohne Werkzeug erfolgen kann. Zwischen der Unterseite der Klemmplatte 52 und dem Befestigungsbbck 36 ist um den Schaft des Schraubenbolzens 56 noch eine Schraubenfeder 60 angeordnet, die bei der in F i g. 2 und 3 gezeigten Lage der Klemmplatte 52 komprimiert ist und die beim Lösen des Schraubenbolzens 56 ein leichtes Abheben der Klemmplatte 52 vom Befestigungssockel 28'(bzw. 28) sicherstellt.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß das Linsetzen der Lampe 10 in den Befestigungsblock 36 'ine sehr einfache Angelegenheit ist. Es braucht lediglich der Befestigungssockel 28 bzw. 28' so in den Befestigungsblock 36 eingesetzt zu werden, daß die beiden Außenflächen 42 und 44 des Befestigungssokkels an den beiden Bezugsflächen 38 und 40 des Befestigungsbiocks und die Endfläche 32 des Befestigungssokkels an der Anschlagplatte 50 des Befestigungsblocks zur Anlage kommen. Dadurch ist die genaue Lage des lichtgebenden Plasma-Bereichs relativ zur Betriebsumgebung bereits vollständig sichergestellt, und es ist nur noch erforderlich, mittels der Klemmplatte 52 und des Schraubenbolzens 56 diese Lage zu fixieren, während irgendwelche Arbeiten zur Feineinstellung oder Justierung der Lampe nicht mehr notwendig sind.

Der Befestigungsblock 36 sorgt, im Falle einer mit Elektroden versehenen Lampe, über den Befestigungssockel 28 bzw. 28' und die darin enthaltene Leitung für die Stromzufuhr zur Elektrode 22. Die andere Elektrode 20 wird über die hochflexible Anschlußleitung 24 an den Stromkreis angeschlossen. Die hohe Flexibilität der Leitung 24 stellt dabei sicher, daß auf das freie Ende der Lampe 10 keinerlei Spannungen übertragen werden, so durch die die Lampe deformiert und aus ihrer genauen Lage abgelenkt werden könnte.

In der F i g. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel 28" eines Befestigungssockels für die Lampe dargestellt Dieser Befestigungssockel 28" hat praktisch die gleiche Konfiguration wie der Sockel 28', unterscheidet sich von diesem aber darin, daß der Ansatz 18 des Mantels 12 nicht durch Vergußmasse, sondern durch eine Anzahl von Einstellschrauben (von denen die Schrauben 62,64, 66, 68 und 70 zeichnerisch dargestellt sind) gehalten wird. Von diesen Einstellschrauben erstrecken sich die Schrauben 62, 64,66 und 68 paarweise einander entgegengesetzt durch die hexagonalen Flansche 29' und 3V des Sockeis 28". Ein entsprechender, nicht weiter dargestellter Satz von vier Schrauben ist in einer Ebene senkrecht zu der Zeichenebene der F i g. 4 angeordnet Diese beiden Sätze von Einstellschrauben ermöglichen eine genaue laterale und angulare Einstellung der Lage des Ansatzes 18 innerhalb der Bohrung 30. Die axiale Ein-

stellung erfolgt mittels der weiteren Einstellschraube 70, die sich durch die Endfläche 32' des Sockels 28" hindurch erstreckt. Mit den Einstellschrauben läßt sich unter Verwendung "jiner Vergußmasse eine genaue Position und räumliche Orientierung des Mantels 12 relativ zum Befestigungssockel 28" erreichen und dauerhaft aufrechterhalten.

Dif 5" i g. 4 veranschaulicht weiterhin auch eine etwas modifizierte Form des Festklemmens des Befestigungssockels 28" im Befestigungsblock 36. Es ist eine etwas abgewandelte Klemmplatte 52' vorgesehen, die so bemessen und angeordnet ist, daß sie auf dem zylindrischen Mittelteil des Sockels 28" und nicht auf den beiden hexagonalen Endflanschen 29' und 31' aufliegt. In der Wirkung unterscheidet sich die Klemmplatte 52' aber nicht von der Klemmplatte 52.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gasentladungslampe mit einem Plasma-Hohlraum von gebogener Konfiguration und kapillarem Querschnitt, der von einem strahlungsdurchlässigen rohrförmigen Mantel begrenzt und mit einer ionisierbaren Substanz gefüllt ist, wobei am Mantel Befestigungsmittel angebracht sind, mit denen die Lampe in einer Halterung festlegbar ist, und wobei Mittel zum Erregen des Plasmas im Plasma-Hohlraum vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Befestigungssockel (28,28', 28") am einen Ende des Manteis (12) vorgesehen ist, der wenigstens drei ebene Außenflächen (42,44,48) besitzt, die symmetrisch verteilt sind und parallel zu seiner Achse verlaufen, wobei zwei der Außenflächen (42, 44) auf derselben Seite einer durch die Achse verlaufenden Ebene liegen und zur Anlage an komplementären ebenen Flächen der als Befestigungsblock (3Si ausgebildeten Halterung bestimmt sind, während die dritte Außenfläche (48) sich auf der anderen Seite der Ebene berindet und zum Eingriff mit einem Klemmelement (46) bestimmt ist, das die beiden Außenflächen (42, 44) in Eingriff mit den komplementären Flächen des Befestigungsblocks (36) hält, daß der Befestigungssocke! (28, 28', 28") eine koaxiale Bohrung (30) aufweist, daß das eine Ende des Mantels (12) einen zylindrischen Ansatz (18) mit nennenswert kleineren axialen und radialen Abmessungen als die Bohrung (30) besitzt, und daß der Ansatz (18) ^:n der Bohrung (30) in einer solchen Position starr befestigt ist, daß eine vorgegebene räumliche Beziehung und Orientierung zwischen dem Mantel (12) und den beiden ebenen Außenflächen (42,44) des Befestigungssocke. > besteht.

2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, bei welcher die Mittel zum elektrischen Erregen des Plasmas aus zwei im Plasma-Hohlraum angeordneten Elektroden bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Befestigungssockel (28,28', 28") zugekehrte Elektrode (22) elektrisch mit dem Befestigungssokkel verbunden ist, während die andere Elektrode (20) elektrisch mit einer hochflexiblen Anschlußleitung (24) verbunden ist.