DE3718216C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Edelgasentladungslampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die sich insbesondere als Lichtquelle für einen Normalpapier-Kopierer oder ein Faksimile­ gerät eignet.

Bisher wurden Leuchtstofflampen als eine Art von Nieder­ druck-Quecksilberdampflampen als Belichtungs-Lichtquel­ len bei Normalpapier-Kopierern oder Faksimilegeräten verwendet. An eine solche Lichtquelle werden die folgen­ den Anforderungen gestellt:

• 1. Der Lichtemissionsteil muß langgestreckt sein, um eine breite Beleuchtungs­ fläche zu gewährleisten.
• 2. Die Lichtausgangsleistung bzw. der Lichtstrom muß groß sein, um eine hohe Beleuchtungs­ dichte auf der beleuchteten Fläche zu erzielen.
• 3. Die Lichtemission bzw. die Lichtstärke des Lichtemissionsteils muß in Längsrichtung der Lampe gleichmäßig sein, damit eine gleichmäßige Ausleuchtung der beleuchteten Fläche sichergestellt ist.

Bei derartigen Leuchtstofflampen ist in den Kolben Queck­ silber unter einem Dampfpartialdruck von etwa 666,6×10^-5 Pa eingeschlossen, während auch ein Edel­ gas wie Argon zur Herabsetzung der Zündspannung unter einem Partialdruck von einigen mbar in den Kolben einge­ schlossen ist. Bei solchen Lampen wird eine auf die Innenfläche des Kolbens aufgetragene Leucht­ stoffschicht durch eine von den Quecksilberatomen inner­ halb des Kolbens herrührende Ultraviolettstrahlung zur Emission von Licht angeregt. Die Licht­ ausbeute der Leuchtstofflampe hängt vom Quecksilberdampfdruck im Inneren des Kolbens ab. Der Quecksilberdampfdruck hängt wiederum von der Temperatur ab. Die Lichtausbeute einer eingeschlossenes Quecksilber enthaltenden Leuchtstofflampe variiert mithin in Abhängig­ keit von deren Umgebungstemperatur.

Es wurde bereits eine Edelgasentladungslampe vorgeschla­ gen, die mit einem Edelgas, wie Xenon, anstelle von Queck­ silber gefüllt ist. Es ist vorstellbar, eine solche Edel­ gasentladungslampe, deren Lichtausbeute durch die Um­ gebungstemperatur nur wenig beeinflußt wird, als Licht­ quelle für Normalpapier-Kopierer und Faksimilegeräte zu verwenden. Die Lichtausbeute einer Edelgasentladungs­ lampe ist aber im allgemeinen niedriger als diejenige einer Leuchtstofflampe. Bei einer Edelgasentladungslampe wird im Inneren des Kolbens eine Glimmentladung erzeugt, und die auf der Innenfläche des Kolbens befindliche Leuchtstoffschicht wird durch die von einer positiven Säule der Glimmentladung herrührende Ultraviolettstrah­ lung für die Erzeugung sichtbaren Lichts angeregt. Die Lichtausbeute kann durch Erhöhung des Einschlußdrucks des Edelgases im Kolben vergrößert werden. Dafür ist es beispielsweise nötig, Xenongas unter einem hohen Druck von einigen 10 mbar oder eini­ gen 100 mbar in einer Edelgasentladungslampe einzu­ schließen, um eine für die Praxis ausreichende Licht­ ausbeute zu erreichen. Der Einschluß des Edelgases unter hohem Druck im Kolben führt zur Erzeu­ gung einer schwankenden, schmalen positiven Säule. Dies bedeutet, daß die sich in Längsrichtung des Kolbens er­ streckende positive Säule der Glimmentladung in Rich­ tung des Kolbendurchmessers fluktuiert oder schwankt und damit längs der Kolbenachse instabil wird. Infolge­ dessen ist die Lichtstärke aufgrund eines variieren­ den Abstands zwischen der positiven Säule und der Leuchtstoffschicht auf der Kolbeninnenfläche in Kol­ benlängsrichtung nicht konstant. Demzufolge erzeugt die Leuchtstoffschicht eine sehr intensive Licht­ emission an einigen Stellen nahe der positiven Säule und eine schwache Lichtemission an anderen, von der positiven Säule entfernten Stellen. Mit einer Edel­ gasentladungslampe kann daher keine gleichmäßige Lichtstärke erzielt werden, weil die Lichtemission stellenweise in Kolben­ längsrichtung variiert.

In der Druckschrift DE-PS 10 65 530 ist eine elektrische Edelgas-Hochdruck-Entladungslampe beschrieben, bei der die Lichtstärke beispielsweise durch Verspiegelung eines Entladungsgefäßes oder durch Auswahl eines geeigneten Leuchtstoffes erhöht werden kann. Im übrigen hat diese bekannte Edelgasentladungs­ lampe einen üblichen Aufbau.

In der Druckschrift DE-AS 10 12 688 ist eine elektrische Hochdruckgasentladungslampe mit einer Hilfs­ elektrode beschrieben, die dazu dient, das Zünden der Lampe beim Einschalten zu erleichtern. Nach dem Einschalten der Lampe wird die Hilfselektrode mittels eines Schalters wieder abgeschaltet.

Die Druckschrift GB-OS 20 81 498 beschreibt eine Entladungslampe, bei der die positive Säule in einer vorbe­ stimmten Richtung abgelenkt wird. Jedoch ist hier zu beachten, daß als Lichtemissionsgas in diese bekannte Ent­ ladungslampe Quecksilberdampf eingeschlossen ist. Wird nun Quecksilberdampf verwendet, so dehnt sich die positive Säule über den gesamten Bereich des Kolben aus. Mit anderen Worten, die angeregten Quecksilberionen, die die positive Säule bilden, diffundieren und erreichen die Kolbenwand, so daß sich die positive Säule über dem gesamten Bereich des Kolbens ausdehnt.

Schließlich beschreibt die Druckschrift DE-OS 26 44 821 eine Leuchtstofflampe mit einer Reflektor­ schicht, einer Lichtabschirmschicht und einer Leucht­ stoffschicht sowie einem Fenster. Auf die Position des Fensters wird dabei nicht näher eingegangen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Edelgasentladungslampe in Vorschlag zu bringen, die eine in Kolben­ längsrichtung gleichmäßig über eine Beleuchtungsfläche verteilte, höhere und von Schwankungen der Umgebungstemperatur praktisch unabhängige Lichtemission zu gewährleisten vermag.

Für eine Edelgasentladungslampe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil angegebenen Merkmale gelöst.

Weiterentwicklungen des Gegenstandes des Hauptanspruches sind in den Unteransprüchen 2-11 angegeben.

Bei der Edelgasentladungslampe tritt eine Glimm­ entladung als positive Säule über die im Kolben angeord­ neten Innenelektroden unter dem Einfluß der Zündschaltung auf, wobei Ultraviolettstrahlung erzeugt wird. Dabei wird die Ultraviolettstrahlung durch die Leuchtstoff­ schicht in sichtbares Licht umgewandelt, das wiederum über das Fenster auf eine Beleuchtungsfläche gerichtet wird. Aufgrund der Potentialdifferenz zwischen der Hilfs­ elektrode und der betreffenden Elektrode wird die posi­ tive Säule zur Hilfselektrode und in die Nähe der Leucht­ stoffschicht angezogen, so daß sie in Längsrichtung des Kolbens gleichmäßig verläuft. Als Ergebnis gewährleistet die Edelgasentladungslampe eine höhere und sta­ bile Lichtemission, die über die Länge des Kolbens hinweg konstant ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild zur allgemeinen Veranschaulichung einer Edelgasentladungslampenanordnung mit einer Edelgasentladungslampe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt durch eine Edelgasent­ ladungslampe gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Edelgasentladungs­ lampe nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Teil-Längsschnitt durch eine Edelgasent­ ladungslampe gemäß einer zweiten Aus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Edelgasentladungs­ lampe nach Fig. 4,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung zur Veranschau­ lichung einer auf einer Edelgasentladungslampe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Lichtabschirm­ schicht,

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Edelgasentladungs­ lampe nach Fig. 6,

Fig. 8 eine schematische und graphische Darstellung der Lichtausbeute bei der Edelgasentladungslampe gemäß Fig. 6,

Fig. 9 einen Querschnitt durch eine Edelgasentladungs­ lampe gemäß einer vierten Ausführungs­ form der Erfindung,

Fig. 10 eine schematische und graphische Darstellung der Lichtausbeute bei der Edelgasentladungs­ lampe nach Fig. 9 und

Fig. 11 einen Querschnitt durch eine Edelgasentladungs­ lampe gemäß einer fünften Ausführungs­ form der Erfindung.

Im folgenden ist eine erste Ausführungsform einer Edel­ gasentladungslampe anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert.

Die Edelgasentladungslampenanordnung 1 umfaßt eine Hoch­ frequenz-Zündschaltung 3, Kondensatoren 4 und 5 sowie eine Edelgasentladungslampe 7. Die Zündschaltung 3 ist an eine Wechselstromquelle 2, z. B. ein Wechselstrom­ netz angeschlossen. Zwei Ausgangsklemmen der Zündschal­ tung 3 sind jeweils über die Kondensatoren 4 und 6 mit entsprechenden Innenelektroden der Edelgasentladungs­ lampe 7 verbunden. Die Kondensatoren 4 und 6 besitzen Werte von z. B. 150 pF bzw. 220 pF.

In den Fig. 2 und 3 ist die einen Kolben 8 aufweisende Edelgasentladungslampe 7 näher veranschaulicht. Der langgestreckte Kolben 8 ist aus Quarzglas oder einem Weich- oder Hartglas geformt; sein Innendurchmesser beträgt z. B. 2-10 mm. Ein als Hauptkomponente Xenon enthaltendes Edelgas ist in den Kolben unter einem Druck von z. B. 4000-21330 Pa einge­ schlossen; in diesem Bereich nimmt die Lichtausbeute proportional zum Gasdruck zu.

Im Inneren des Kolbens 8 sind zwei z. B. aus Nickel be­ stehende Innenelektroden 10, 11 zueinander entgegengesetzter Polarität in einem gegen­ seitigen Abstand längs der Achse des Kolbens 8 ange­ ordnet. Zuleitungen 12 und 13, welche durch die Stirn­ wände des Kolbens 8 luftdicht hindurchgeführt sind, sind an die Hochfrequenz-Zündschaltung 3 angeschlossen. Auf der Innenfläche des Kolbens 8 ist eine Leuchtstoff­ schicht 9 ausgebildet.

Die Edelgasentladungslampe 7 weist ein Fenster 17 zur Steuerung der Beleuchtungsrichtung auf. Von der Leucht­ stoffschicht 9 emittiertes sichtbares Licht tritt durch das Fenster 17 hindurch und wird auf eine zu beleuchtende Fläche oder Beleuchtungsfläche geworfen. Bei dieser Aus­ führungsform ist die Leuchtstoffschicht 9 unter Fest­ legung des Fensters 17 nur teilweise auf der Innen­ fläche des Kolbens 8 ausgebildet.

Auf der Außenfläche des Kolbens 8 ist praktisch über des­ sen Gesamtlänge hinweg eine Hilfselektrode 15 angeformt, die vorzugsweise über den Kolben 8 hinweg dem Fenster 17 gegenübersteht. Die Hilfselektrode 15 wird z. B. durch Auftragen eines pastenförmigen Cu-C-Gemisches an der entsprechenden Stelle der Außenfläche des Kolbens 8 und Sintern der Anordnung geformt.

Gemäß Fig. 1 ist die Hilfselektrode 15 über einen Konden­ sator 5 an eine Verzweigung zwischen dem Kondensator 4 und der einen Ausgangsklemme der Zündschaltung 3 ange­ schlossen. Der Kondensator 5 besitzt dabei eine Kapa­ zität von 330 pF.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Edelgasentladungs­ lampenanordnung ist nachstehend erläutert.

Wenn die Edelgasentladungslampe 7 gezündet werden soll, wird die Frequenz der Wechselstromquelle 2 durch die Hochfrequenz-Zündschaltung 3 in eine Hochfrequenz von z. B. 30 kHz umgewandelt. Der Hochfrequenzstrom wird an die Innenelektroden der Entladungslampe 7 angelegt, wobei unter Bildung einer positiven Säule 14 gemäß Fig. 2 eine Glimmentladung über die Innenelektroden 10 und 11 auftritt; der Lampenstrom beträgt dabei 7 mA.

Wenn die Hilfselektrode 15 nicht am Kolben 8 angebracht ist, unterliegt die positive Säule 14, wie eingangs erwähnt, instabilen Schwankungen in Richtung des Durch­ messers des Kolbens 8. Bei der dargestellten Ausführungs­ form erstreckt sich die Hilfselektrode 15 praktisch über die Gesamtlänge des Kolbens 8, wobei aufgrund der Wir­ kungsweise der Kondensatoren 4, 5 und 6 eine Potential­ differenz zwischen der Hilfselektrode 15 und der jewei­ ligen Innenelektrode 10 oder 11 herbeigeführt wird. Die positive Säule 14 tritt aufgrund dieser Potentialdif­ ferenz zwischen den Innenelektroden 10 und 11 auf und wird praktisch über die Gesamtlänge des Kolbens 8 hin­ weg in Richtung auf die Hilfselektrode 15 gezogen. In­ folgedessen befindet sich die positive Säule 14 gleich­ mäßig in der Nähe der Leuchtstoffschicht 9, so daß eine stabile positive Säule erhalten wird. Die Lichtstärke der Edelgasentladungslampe 7 ist daher über ihre Länge hinweg gleichmäßig verteilt. Aufgrund der starken An­ näherung der positiven Säule 14 an die Leuchtstoff­ schicht 9 verstärkt diese die Lichtemissionsintensi­ tät unter Erhöhung der Lichtaus­ beute der Edelgasentladungslampe 7. Da hierbei die Hilfselektrode 15 dem Fenster 17 über den Kolben 8 hinweg gegenüberstehend angeordnet ist, wird das sicht­ bare Licht von der Leuchtstoffschicht 9 über das Fenster 17 mit hohem Wirkungsgrad ausgestrahlt. Wenn hierbei die Hilfselektrode unmittelbar mit der auf demselben Potentialpegel liegenden Innenelektrode verbunden ist, unterliegt die positive Säule einer teilweisen Schwebung, ohne in Richtung der Hilfselektrode gezogen zu werden, wodurch das Lichtverteilungsschema beein­ trächtigt wird. Aus diesem Grund ist es erforderlich, daß die Hilfselektrode auf einem Potentialpegel liegt, der von dem der Innenelektrode verschieden ist.

Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen eine Edelgasentladungs­ lampe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Hilfselektrode 15 an Masse liegt und nicht über einen Kondensator an die Hochfre­ quenz-Zündschaltung 3 angeschlossen ist. Bei an Masse liegender Hilfselektrode 15 besteht eine Potential­ differenz zwischen Hilfselektrode 15 und Innenelektrode 10 oder 11. Mit der zweiten Ausführungsform wird somit im wesentlichen dieselbe Wirkung erreicht wie mit der ersten Ausführungsform.

Wie erwähnt, dient das in der Edelgasentladungslampe 7 vorgesehene Fenster 17 zur Steuerung der Beleuchtungs- oder Ausstrahlrichtung des von der Leuchtstoffschicht emittierten sichtbaren Lichts. Zur zwangsläufigen Steue­ rung dieser Ausstrahlrichtung ist bei einer dritten Aus­ führungsform gemäß den Fig. 6 und 7 eine auch das Fenster 17 festlegende Lichtabschirmschicht 16 auf der Außen­ fläche des Kolbens 8 ausgebildet; dabei kann die Leucht­ stoffschicht 9 über die gesamte (zylindrische) Innen­ fläche des Kolbens 8 hinweg ausgebildet sein. Da die Lichtabschirmschicht 16 unter Festlegung des Fensters 17 ausgebildet ist, wird das von der Leuchtstoffschicht emittierte sichtbare Licht nur über das Fenster 17 abgestrahlt und damit bezüglich seiner Beleuchtungs- oder Ausstrahlrichtung gesteuert; infolgedessen kann eine verstärkte Ausleuchtung einer zu beleuchtenden Fläche erzielt werden.

Wie durch die Kennlinie nach Fig. 8 angegeben, ist die Lichtstärke der Edelgasent­ ladungslampe 7 längs der Axialrichtung über die Länge des Kolbens 8 praktisch gleichmäßig verteilt, und zwar zu einem solchen Grad, daß die Lampe einwandfrei für praktischen Einsatz geeignet ist. In Fig. 8 stellt die relative Lichtstärke eine Lichtverteilung jeweils eines 6 mm von der Entladungslampe entfernten Abschnitts über die Länge der Lampe hinweg dar. Die in Fig. 8 dargestellte Lichtstärkeverteilung ist jedoch in keinem Fall über die axiale Länge des Kolbens 8 hin­ weg konstant; der Grund dafür ist nachstehend angegeben. Tatsächlich wird die positive Säule 14 zur Hilfselek­ trode 15 hin gezogen und in Annäherung an die Innenwand­ fläche des Kolbens 8 gebracht; dabei besteht jedoch im Fall einer vergleichsweise breiteren Hilfselektrode 15 die Möglichkeit, daß die positive Säule 14 eine in Fig. 8 in strichpunktierter Linie eingezeichnete Mäanderform annimmt. Wenn nämlich die Breite der Hilfselektrode 15 die Breite des Fensters 17 übersteigt oder dessen Breite praktisch gleich ist, zeigt die positive Säule 14 eine Mäanderform mit einer größeren Amplitude. Wenn sich die positive Säule 14, wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 8 angedeutet, nahe der Seitenkante der Hilfs­ elektrode 15 befindet, wird das ausgestrahlte Licht durch die Lichtabschirmschicht 16 teil­ weise abgeschirmt, und zwar im Vergleich zu einem Fall, in welchem sich die positive Säule 14 in der Mitte der Breite der Hilfselektrode 15 befindet. Infolgedessen ist die Lichtausbeute etwas niedriger.

Bei einer Edelgasentladungslampe gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist eine Hilfs­ elektrode vorgesehen, deren Breite W1 kleiner ist als die Breite W2 des Fensters 17.

Dabei besitzt insbesondere der Kolben 8 einen Innen­ durchmesser d von 4,8 mm (Außendurchmesser: 5,8 mm) bei einem Einschlußwinkel R des Fensters 17 von 60°. Die Öffnungsweite oder -breite W2 des Fensters 17 beträgt damit praktisch 3,0 mm. Dagegen besitzt die Hilfselektrode 15 eine Breite W1 von 1,8 mm, die im Vergleich zur Breite W2 des Fensters 17 ausreichend klein ist. Der Einschlußwinkel R beträgt vorzugsweise 30-90°.

Bei dieser Anordnung wird beim Zünden der Lampe die posi­ tive Säule 14 in Richtung auf die Hilfselektrode 15 ge­ zogen und damit in dichte Nähe zur Seiten- oder Zylinderwand des Kolbens 8 gebracht. Da hierbei die Breite W1 der Hilfselektrode 15 kleiner ein­ gestellt ist als die Breite (oder Weite) W2 des Fensters 17, ist selbst im Fall einer Mäanderbewegung der posi­ tiven Säule 14 deren Mäanderformbreite gemäß Fig. 10 kleiner als die Breite des Fensters 17. Die entsprechend ausgebildete Edelgasentladungslampe 7 gewährleistet damit eine konstante und stabile Lichtstärke über ihre Längs­ erstreckung.

Fig. 11 zeigt eine Edelgasentladungslampe 7 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, bei welcher an­ stelle der Lichtabschirmschicht 16 eine Reflexions­ schicht 18 zwischen der Innenfläche des Kolbens 8 und der Leuchtstoffschicht 9 ausgebildet ist. Die Reflexions­ schicht 18 trägt zur Steuerung der Beleuchtungs- oder Ausstrahlrichtung der Edelgasentladungslampe 7 dadurch bei, daß sie das von der Leuchtstoffschicht 9 emittierte sichtbare Licht abschirmt und reflektiert.

Claims (12)

1. Edelgasentladungslampe (7), mit:

• - einem langgestreckten Kolben (8), in den ein Edelgas eingeschlossen ist,
• - zwei innerhalb des Kolbens (8) längs dessen Achse voneinander beabstandet angeordneten Innenelektroden (10, 11), die zwischen sich eine positive Säule (14) erzeugen, wenn eine vorbestimmte Spannung zwischen die Elektroden (10, 11) angelegt ist,
• - einer auf der Innenfläche des Kolbens (8) vorge­ sehene Leuchtstoffschicht (9) und
• - einer Hilfselektrode (15) auf der Außenfläche des Kolbens (8),

dadurch gekennzeichnet, daß

• - zum Heranziehen der positiven Säule (14) in eine vorbestimmte Richtung zur Innenfläche des Kolbens (8) die Hilfselektrode (15) sich längs des gesamten Bereichs der positiven Säule (14) erstreckt und
• - während des Lampenbetriebs eine Potentialdiffe­ renz zwischen der Hilfselektrode (15) und jeder der Innenelektroden (10, 11) besteht.

2. Edelgasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (7) ferner ein der Hilfselektrode (15) gegenüberstehend ausgebildetes Fenster (17) aufweist, über das von der Lampe emittiertes sichtbares Licht in einer vorbestimmten Richtung austritt.

3. Edelgasentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelgas im wesentlichen aus Xenon besteht.

4. Edelgasentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelgas unter einem Druck von 4000-21330 Pa in die Lampe eingefüllt ist.

5. Edelgasentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Lampe (7) im Bereich von über 2 mm bis unter 10 mm liegt.

6. Edelgasentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite W1 der Hilfselektrode (15), in Umfangsrichtung gesehen, kleiner ist als die Breite oder Weite W2 des Fensters (17).

7. Edelgasentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (17) nicht mit der auf der Innenfläche des Kolbens (8) ausgebildeten Leuchtstoffschicht (9) bedeckt ist.

8. Edelgasentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenfläche des Kolbens (8) mit Ausnahme eines vorbestimmten, das Fenster (17) festlegenden Bereichs eine Lichtabschirm­ schicht (16) angeordnet ist.

9. Edelgasentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teilbereich zwischen der Innenfläche des Kolbens (8) und der Leuchtstoff­ schicht (9) eine Lichtreflexionsschicht (18) aus­ gebildet ist, wobei das Fenster (17) hiervon nicht bedeckt ist.

10. Edelgasentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (15) mit einer Zündschaltung (3) über einen Kondensator (5) ver­ bunden ist.

11. Edelgasentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (15) an Masse liegt.