DE4011951C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Spektralverteilung eines von einer elektrodenlosen Lampe abgestrahlten Lichtes sowie auf eine Anordnung mit einer elektrodenlosen Lampe zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus der US-PS 44 31 947 ist eine Lampenanordnung bekannt, bei der der Lampenkolben eine Füllung aus zwei lichtemittierenden Stoffen enthält, von denen der eine bei der Betriebstemperatur nicht vollständig, der andere aber vollständig verdampft ist. Dabei soll erreicht werden, daß die Strahlungsintensität einer bestimmten Strahlungskomponente, d. h. einer bestimmten Wellenlänge entsprechenden Anteils der Strahlung, konstant gehalten wird. In der bekannten Lampenanordnung sind zwei Regelkreise vorgesehen, nämlich einer zur Regelung der Temperatur und einer zur Regelung der vom Anregungsoszillator erzeugten Energie. Der Temperaturregelkreis erhält ein Meßsignal von einem Temperaturfühler, der dem einen Ende des Kolbens der verwendeten Lampe zugeordnet ist. Der Regelkreis für die Anregungsenergie empfängt ein Meßsignal aus einem Photodetektor, der ein Ausgangssignal abgibt, das durch die Strahlung einer ganz bestimmten Wellenlänge hervorgerufen wird. Mit der bekannten Lampenanordnung ist es nur möglich, eine Strahlungsintensität einer bestimmten Strahlungskomponente konstant zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, womit es möglich ist, eine Lampe so zu steuern, daß die Spektralverteilung der emittierten Strahlung unabhängig von der Gesamtstrahlungsintensität ausgeglichen oder konstant gehalten werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet. Aufgrund dieses Verfahrens ist es auf einfache und vorteilhafte Weise möglich, die Spektralverteilung der Strahlung durch kontinuierliches Verändern der gasförmigen Anteile der verschiedenen Stoffe des Stoffgemisches direkt zu steuern. Durch Kühlen des Lampenkolbens kann nämlich der Dampfdruck der im Kolben befindlichen Stoffe kontinuierlich verändert werden, so daß die Intensität der Strahlungskomponenten in einem ersten charakteristischen Bereich zunimmt, während die Intensität der vom gasförmigen Stoffgemisch abgegebenen Strahlung in einem anderen charakteristischen Bereich abnimmt und umgekehrt.
Die mit Hilfe der Erfindung geschaffene Anordnung ist zur Lösung der Erfindungsaufgabe durch die im Patentanspruch 12 angegebenen Merkmale gekenzeichnet. Diese Anordnung ermöglicht die Lösung der Erfindungsaufgabe unter Verwendung eines einzigen Regelkreises, mit dessen Hilfe die Spektralverteilung der vom Lampenkolben ausgestrahlten Strahlung durch Verändern der gasförmigen Stoffanteile beeinflußt werden kann. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.
Fig. 1 ist eine schematische Wiedergabe einer Ausführungs­ form der Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Wiedergabe einer weiteren Aus­ führungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein für die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Lampe repräsentatives Emissionsspektrum.
Fig. 4 zeigt mögliche Signale, welche durch den Funktions­ generator der Fig. 1 und 2 erzeugt werden können.
Fig. 1 zeigt eine typische Anordnung mit einer elektrodenlosen Lampe. Die Anordnung enthält einen Mikrowellenhohlraum aus einem Reflektor 4 und einem Gitter 6, welches die Mikrowellenenergie im Hohlraum hält, aber für sichtbares und ultraviolettes Licht durchläs­ sig ist.
In dem Hohlraum ist eine Lampe mit einem Lampenkolben 8 mit einer geeigneten Füllung angeordnet. Die Mikrowellenenergie wird durch ein Magnetron 10 erzeugt und über einen Wellenleiter 12 an den Hohlraum geleitet, in welchen sie durch einen Kopplungsschlitz 14 eintritt. Die Mikrowellenenergie koppelt in den Lampenkol­ ben 8 ein und erzeugt ein Plasma. Das Plasma emittiert Licht, welches über den Reflektor 4 und durch das Gitter 6 aus dem Hohlraum nach außen gelangt.
Der Lampenkolben wird im Betrieb äußerst heiß und wird dadurch gekühlt, daß er mit einem oder mehreren Strahlen eines Kühl­ gases beaufschlagt wird, typischerweise mit Druckluft. Zusätz­ lich kann der Lampenkolben während des Beaufschlagens mit Kühlgas gedreht werden, was die Kühlwirkung wesentlich verbes­ sert. In Fig. 1 wird Druckluft von einer Quelle 20 an eine Dü­ se 22 geleitet, welche das Kühlgas auf den Lampenkolben rich­ tet. Zusätzlich wird der Lampenkolben durch einen Motor 24 über einen Kolbenschaft 26 gedreht.
Eine mögliche Füllung für den Lampenkolben 8, welche Strahlung im sichtbaren Bereich emittiert, kann Quecksilber, Indium­ chlorid, Zinnjodid und Quecksilberchlorid enthalten. Eine aus­ schließliche Quecksilberfüllung, welche gemeinhin in elektro­ denlosen Lampen verwendet wird, emittiert in erster Linie ein Linienspektrum, während der Zusatz von Indiumchlorid, Zinn­ jodid und Quecksilberchlorid ein Kontinuum im sichtbaren Be­ reich liefert. Das Emissionsspektrum dieser Lampe ist im blauen Teil des Spektrums stark und im roten schwach.
Bei der hier zu beschreibenden Lampenanordnung wird der Füllung ein Stoff zugefügt, wel­ cher im roten Bereich emittiert, und welcher bei der Betriebs­ temperatur der Lampe noch nicht vollständig verdampft ist. Da­ mit kann die spektrale Ausgangsleistung im roten Bereich be­ einflußt werden, indem die Temperatur des Lampenkolbens ge­ steuert wird. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zugefügte Stoff ein Lithiumhalogenid, und sein Zusatz liefert eine spektrale Ausgangsleistung mit guter farblicher Ausgewogenheit. Das Spektrum des von einer solchen Füllung ausgesandten Lichts ist in Fig. 3 gezeigt.
In Fig. 1 ist ein Filter 30 eingezeichnet und so angeordnet, daß Licht von der Lampe 8 darauf fällt. Das Filter 30 ist ein Bandpaßfilter, welches ausschließlich Licht im roten Bereich des Spektrums durchläßt, und ein Fotodetektor 32 zum Erzeugen eines Meßsignals schließt sich an.
Weiter ist ein Funktionsgenerator 34 vorgesehen, welcher zeit­ abhängige Bezugssignale mit gewünschter Signalform abgeben kann. Die Ausgangssignale des Fotodetektors 32 und des Funktionsgenerators 34 werden einem Komparator 36 zugeführt, welcher ein Differenzsignal er­ zeugt. Dieses Differenzsignal wird auf das Kühlsystem rückge­ koppelt, um die Menge des kühlenden Fluids zu steuern, mit welchem der Lampenkolben beaufschlagt wird.
Als Beispiel für eine Steuerung der Versorgung mit Kühlfluid ist in Fig. 1 ein Nadelventil 40 eingezeichnet, dessen Stel­ lung über einen Schrittmotor 42 gesteuert wird. Alternativ könnte auch der Einlaß in die Luftversorgung 20 gedrosselt oder die Versorgung entlüftet werden, um die Kühlung zu steu­ ern.
Wann immer das Maß der Ausgangsleistung im roten Bereich des Spektrums von dem durch den Funktionsgenerator 34 vorgegebenen Wert abweicht, ergibt sich ein Differenzsignal, welches die Stärke der Kühlung des Lampenkolbens 8 ändert, bis das Dif­ ferenzsignal gleich oder nahe Null ist. Wenn z.B. zuviel Rot im Spektrum enthalten ist, was am Ausgang des Fotodetektors 32 erkennbar ist, wird das diesem entsprechende Meßsignal größer als das Bezugssignal aus dem Funktionsgenerator, und das Dif­ ferenzsignal kann so beschaffen sein, daß es die Kühlung des Lampenkolbens verstärkt, damit mehr von dem Füllstoff Lithium­ halogenid kondensiert und so der rote Strahlungsanteil abnimmt. Wenn andererseits das Licht zuwenig Rot enthält, kann das Dif­ ferenzsignal so beschaffen sein, daß es die Kühlung vermin­ dert, damit mehr von dem Lithiumhalogenid verdampft, und die Ausgangsleistung im roten Bereich zunimmt.
Der Funktionsgenerator 34 kann ein gängiger Typ und so einge­ richtet sein, daß er jede gewünschte Signalform des Bezugssignals erzeugt. Bei­ spielsweise sind in Fig. 4 drei beispielhafte Bezugssignale 50, 52 und 54 in Abhängigkeit von der Zeit ge­ zeigt. Durch das Bezugssignal 50 wird die Ausgangsleistung im roten Spektralbereich konstant gehalten, während sie durch die Bezugssignale 52 und 54 linear gesteigert bzw. vermindert wird. Beispielsweise kann die Verwendung des Bezugssignals 52 zweckmäßig sein, wenn bei einer Filmaufnahme der Effekt eines Sonnenunter­ gangs simuliert werden soll, bei welchem das Licht eine zuneh­ mende rote Komponente aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführung der hier beschriebenen Lampenanordnung wird das Ver­ hältnis der spektralen Anteile von rotem zu grünem oder blauem Licht gebildet. Das Meßsignal, welches dem jeweiligen Verhältnis entspricht, wird an den Komparator angelegt, und ein Differenzsignal wird erzeugt, wenn das Meßsignal vom Bezugssignal aus dem Funktionsgenerator abweicht, welches an den anderen Eingang des Komparators gelangt. In Fig. 2 sind gleiche Komponenten mit Fig. 1 entsprechenden Bezugszahlen be­ zeichnet, und ein Bandpaßfilter 42′ ist vorgesehen, welches Licht im grünen oder blauen Bereich durchläßt, wobei dem Fil­ ter ein Fotodetektor 44 nachgeschaltet ist. Die Ausgangssi­ gnale der Fotodetektoren 32′ und 44 gelangen zu einem Teiler 46, dessen Ausgangssignal an den Komparator 36′ angelegt wird. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 34′ gelangt an den an­ deren Eingang des Komparators. Wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 wird das Ausgangssignal des Komparators rückgekoppelt, um die Menge des Kühlfluids zu steuern, mit welchem der Lam­ penkolben beaufschlagt wird.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist sehr nützlich, um die Lam­ penleistung im gesamten Spektrum unter Kontrolle zu halten. Wenn nämlich die Temperatur des Lampenkolbens wächst, wächst auch die spektrale Ausgangsleistung im grünen/blauen Bereich, wobei der entsprechende Zuwachs im roten Bereich wesentlich kleiner ist. Dies liegt daran, daß die den grün/blauen Licht­ anteil erzeugenden Füllstoffe vollständig verdampft sind, und ihr Dampfdruck mit zunehmender Temperatur steigt. Bei der hier beschriebenen Füllung kann sich der Dampfdruck aller vollstän­ dig verdampften Bestandteile in gleicher Weise wie die Tempe­ ratur ändern, so daß, außer im roten Bereich, die spektrale Ausgewogenheit erhalten bleibt. Durch Messung des Verhältnis­ ses Rot zu Grün, und durch Steuerung der Kühlung des Lampen­ kolbens mit dem oben beschriebenen Differenzsignal, wird die Farbe des Lichts eingestellt.
Die Aufgabe des Bezugssignals 50 in Fig. 4 besteht darin, das Ver­ hältnis Rot zu Grün konstant zu halten. Dies ist eine wichtige Ausführungsform der Lampenanordnung, weil es in vielen Anwendungen erwünscht ist, die Spektralverteilung bei Temperaturänderungen des Lampenkolbens ausgeglichen zu halten. Solche Änderungen können unbeabsichtigt sein und beispielsweise auf Änderungen der Versorgungsspannung oder der Umgebungstemperatur zurück­ gehen, welche den Lampenkolben beeinflussen. Bei Verwendung einer bei Betriebstemperatur nicht vollständig verdampften Füllsubstanz wie Lithiumhalogenid kann dies der einzige Weg sein, ein gewünschtes Spektrum zu erreichen, und die Möglich­ keit, eine solche Lampe spektral ausgewogen zu halten, ist be­ merkenswert.
Beispielsweise können Änderungen der Mikrowellenenergie sowohl eine direkte, wie auch eine indirekte Wirkung auf die Licht­ leistung haben, nämlich Änderungen in der Intensität des Lichts sowie Temperaturänderungen, welche die Spektralvertei­ lung beeinflussen. Wenn z.B. die Leistung des Magnetrons ab­ nimmt, nimmt das Verhältnis von rotem zu grünem Licht in dem Maße ab, wie der Lampenkolben kühler wird, d.h. das Licht sieht grüner aus. Mit der hier beschriebenen Lampenanordnung wird dies gemessen, und die Menge der Kühlluft wird reduziert, um das gewünschte Farb­ verhältnis zu erhalten, auch wenn die gesamte Ausgangslei­ stung des Lichts vermindert wird.
Anstelle der Verwendung je zweier Filter und Fotodetektoren wie in Fig. 2 ist es möglich, drei solche Detektoren zu ver­ wenden, beispielsweise entsprechend dem roten, grünen und blauen Anteil des Spektrums. In diesem Fall können anstelle eines Verhältnisses deren zwei zur Steuerung der Spektralver­ teilung verwendet werden, beispielsweise Rot zu Grün und Rot zu Blau, oder, wenn gewünscht, drei Verhältnisse mit der ent­ sprechenden Rückkoppelung zur Temperatursteuerung, um diese Verhältnisse mit dem Bezugsignal aus dem Funktionsgenerator in Übereinstimmung zu halten.
Eine bestimmte Füllung für die hier beschriebene Lampe ent­ hält 8,6 mg/ml Quecksilber, 0,7 mg/ml Zinnchlorid (SnCl2), 0,21 mg/ml Indiumjodid (InI3), 0,1 mg/ml Lithiumjodid (LiI2), 1,4 mg/ml Quecksilberjodid (HgI2) und Argon bei einem Druck von 120 hPa (90 Torr). Der Bereich der Betriebstemperatur für diese Füllung wird mit 800°C bis 1000°C geschätzt; in diesem Temperaturbereich ist das Lithiumhalogenid noch nicht voll­ ständig verdampft. Natriumjodid ist ein anderer Stoff, welcher in Verbindung mit bestimmten Füllungen als unvollständig ver­ dampfter Stoff verwendet werden kann.
Damit ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der spektralen Verteilung einer elektrodenlosen Lampe offenbart.
In den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen werden analoge elektrische Schaltkreise verwendet. Es können natürlich auch digitale Schaltkreise zur Signalerzeugung, zum Teilen der Signale, zum Vergleich und für die Rückkoppelung verwendet werden, so daß der hier verwendete Begriff "Signal" gleichermaßen digitale wie auch analoge Signale umfaßt.
Die Lampenanordnung wurde im Zusammenhang mit einem bestimmten Lampenfüllstoff beschrieben, welcher nicht vollständig verdampft ist und zur Steuerung der spektralen Verteilung im sichtbaren Bereich dient, jedoch ist der Anwendungsbe­ reich nicht darauf beschränkt. Die Verwendung eines jeden sol­ chen Stoffes, welcher nicht vollständig verdampft ist, ist möglich, um eine spektrale Steuerung in irgendeinem bestimmten Teil des Spektrums über die Temperatur der Lampe zu erreichen, wenn die Substanz in den entsprechenden Bereich des Spektrums emittiert.
Die beschriebene Lampenanordnung wird nutzbringend auch in jenen Fällen ange­ wandt, in denen mehr als ein Stoff bei Betriebstemperatur nicht vollständig verdampft ist. Im allgemeinen haben solche Stoffe unterschiedliche Temperaturkoeffizienten des Dampf­ drucks, und die Verhältnisse der Anteile in der Dampfphase ändern sich mit der Betriebstemperatur. Im Ergebnis ändert sich die spektrale Verteilung des Lichts oder die Farbe mit der Betriebstemperatur. Auch in solchen Systemen kann die Er­ findung zur Steuerung der spektralen Zusammensetzung einge­ setzt werden, indem die spektralen Bereiche vermessen werden, welche jeweils für den strahlenden Stoff charakteristisch sind, um das steuernde Meßsignal zu erzeugen.

Claims (18)

1. Verfahren zur Steuerung der Spektralverteilung des von ei­ ner elektrodenlosen Lampe abgestrahlten Lichtes, gekenn­ zeichnet durch folgende Schritte:
Verwenden einer elektrodenlosen Lampe, deren Lampenkolben eine Füllung hat, welche einen ersten, lichtemittierenden Stoff, der Strahlung in einem ersten charakteristischen Bereich des Spektrums emittiert, und einen anderen lichtemittierenden Stoff oder andere lichtemittierende Stoffe enthält, der bzw. die Strahlung in einem zweiten, vom ersten charakteristischen Bereich verschiedenen charakteristischen Bereich emittieren, wobei die Betriebstemperatur der Lampe der erste lichtemittierende Stoff nicht vollständig verdampft ist, während der andere lichtemittierende Stoff oder die anderen lichtemittierenden Stoffe vollständig verdampft ist bzw. sind,
Beaufschlagen des Lampenkolbens während des Betriebs mit Kühl­ gas,
Messen der Größe der spektralen Lampenleistung in dem ersten charakteristischen Bereich des Spektrums, und Erzeugen eines auf dieser Größe basierenden Meßsignals,
Erzeugen eines Bezugssignals und
Vergleichen des Meßsignals mit dem Bezugssignal, und Ändern der Menge des Kühlgases, mit welchem der Lampenkolben beaufschlagt wird, wenn sich das Meßsignal von dem Bezugssignal unterscheidet, bis das Meßsignal gleich oder annähernd gleich dem Bezugssignal ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schrit­ te:
Messen der Größe der spektralen Lampenleistung in dem zweiten charakteristischen Bereich des Spektrums,
Bilden des Verhältnisses der beiden gemessenen Größen, und
Verwenden dieses Verhältnisses der gemessenen Größen als Meßsignal.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal ein von der Zeit abhängiges Signal ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Bezugssignals linear anwächst.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem ersten charakteristischen Bereich des Spektrums emittierende Stoff ein Lithiumhalogenid ist, und daß der charakteristische Bereich im roten Bereich des Spektrums liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lithiumhalogenid Lithiumjodid ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite charakteristische Bereich des Spektrums im blauen oder im grünen Bereich des Spektrums liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere oder die anderen lichtemittierenden Stoffe Quecksilber, ein Indiumhalogenid und ein Zinnhalogenid enthält bzw. enthalten.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lithiumhalogenid Lithiumjodid ist, daß das Indiumhalogenid Indiumchlorid ist, und daß das Zinnhalogenid Zinnjodid ist.
10. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Schritte:
Messen der Größe der spektralen Lampenleistung in einem drit­ ten charakteristischen Bereich des Spektrums,
Bilden der Verhältnisse der ersten und/oder der zweiten Größe zu der Größe, welche dem dritten charakteristischen Bereich des Spektrums zugeordnet ist, und Bilden des entsprechenden Verhältnissignals,
Erzeugen eines weiteren Funktionssignals für jedes der zusätzlich gebildeten Verhältnisse, und
Vergleichen der Verhältnissignale mit den entsprechenden Bezugssignalen und, wenn sich ein Unterschied ergibt, Ändern der Menge des Kühlgases, mit welchem der Lampenkolben beaufschlagt wird, bis die Verhältnissignale gleich oder annähernd gleich den Bezugssignalen sind.
11. Anordnung mit einer elektrodenlosen Lampe zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch:
eine elektrodenlose Lampe, deren Lampenkolben eine Füllung hat, welche einen ersten lichtemittierenden Stoff enthält, welcher Strahlung in einem ersten charakteristischen Bereich des Spektrums emittiert, und einen anderen lichtemittierenden Stoff oder andere lichtemittierende Stoffe enthält, der bzw. die Strahlung in einem zweiten, vom ersten charakteristischen Bereich verschiedenen charakteristischen Bereich emittieren, wobei bei Betriebstemperatur der Lampe der erste lichtemittierende Stoff nicht vollständig verdampft ist, während der andere lichtemittierende Stoff oder die anderen lichtemittierenden Stoffe vollständig verdampft ist bzw. sind,
eine Vorrichtung, um den Lampenkolben während des Betriebs mit Kühlgas zu beaufschlagen,
eine Vorrichtung zum Messen der Größe der spektralen Lampen­ leistung in dem ersten charakteristischen Bereich des Spektrums, und zum Erzeugen eines auf dieser Größe basierenden Meßsignals,
eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Bezugssignals,
eine Vorrichtung zum Vergleichen des Meßsignals mit dem Bezugssignal, und
eine Vorrichtung, um die Menge des Kühlgases zu ändern, mit welchem der Lampenkolben beaufschlagt wird, wenn sich das Meßsignal von dem Bezugssignal unterscheidet, bis das Meßsignal gleich oder annähernd gleich dem Bezugssignal ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch:
eine Vorrichtung zum Messen der Größe der spektralen Lampen­ leistung in einem anderen charakteristischen Bereich des Spek­ trums, und
eine Vorrichtung zum Bilden des Verhältnisses der beiden ge­ messenen Größen und zur Verwendung dieses Verhältnisses als Meßsignal.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Größe des Funktionssignals von der Zeit abhängig ist.
14. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem charakteristischen Bereich des Spektrums emittierende Stoff ein Lithiumhalogenid ist, und daß der charakteristische Bereich im roten Bereich des Spektrums liegt.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Lithiumhalogenid Lithiumjodid ist.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite charakteristische Bereich des Spektrums im blauen oder im grünen Bereich des Spektrums liegt.
17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der andere oder die anderen lichtemittierenden Stoffe Quecksilber, ein Indiumhalogenid und ein Zinnhalogenid enthält bzw. enthalten.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Lithiumhalogenid Lithiumjodid ist, daß das Indiumhalogenid Indiumchlorid ist, und daß das Zinnhalogenid Zinnjodid ist.
DE4011951A 1989-04-17 1990-04-12 Verfahren und anordnung zur steuerung der spektralen verteilung der von einer elektrodenlosen lampe abgestrahlten leistung Granted DE4011951A1 (de)

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