EP0869538B1 - DC short arc lamp - Google Patents
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- EP0869538B1 EP0869538B1 EP98104178A EP98104178A EP0869538B1 EP 0869538 B1 EP0869538 B1 EP 0869538B1 EP 98104178 A EP98104178 A EP 98104178A EP 98104178 A EP98104178 A EP 98104178A EP 0869538 B1 EP0869538 B1 EP 0869538B1
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- H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
- H01J61/84—Lamps with discharge constricted by high pressure
- H01J61/86—Lamps with discharge constricted by high pressure with discharge additionally constricted by close spacing of electrodes, e.g. for optical projection
Definitions
- the present invention relates to a DC short arc lamp.
- arc lamps In recently there has been an increasing interest in improving such arc lamps, especially for projection applications.
- projection applications are above all the locally concentrated light generation on the one hand and on the other the spectral homogeneity of the luminous intensity distribution of the lamps of interest.
- Another essential quality criterion - not only in the area of projection - are sufficient proportions of the primary colors blue, green and red for good color rendering and the desired color temperature.
- the invention is based on the technical problem of a DC short arc lamp with improved operating properties, especially with regard to projection applications, and to provide an improved projection device.
- this problem is solved by a DC short arc lamp with a plane perpendicular to a lamp longitudinal axis asymmetrically shaped pistons that the inner wall of the piston around the anode is wider than around the cathode, in which the piston around and around the anode Cathode is curved around, the anode-side longitudinal section radius of curvature 50% to 80% of the radius of curvature on the cathode side is, or by a projection device with such Projection lamp.
- the anode is a very large number in DC short-arc lamps exposed to greater thermal stress than the cathode and becomes accordingly hotter.
- the anode is so that it can withstand this thermal load DC short arc lamps are generally much more solid than that Cathode. In particular, it generally has a larger diameter.
- the temperature homogeneity of the lamp is improved by that the inside wall of the piston is wider around the anode than around the cathode. This can, depending on the selected shape of the electrodes and depending on the manufacturing technology Aspects, with different concrete geometric shapes can be achieved, with geometrically simple and therefore easy to manufacture piston shapes are preferred.
- Shapes are provided which are in longitudinal section through radii of curvature
- the anode-side and the cathode-side end of the piston through a longitudinal section radius of curvature (as illustrated in the embodiment in the figure) describe, according to the invention the anode-side longitudinal section radius of curvature is smaller than the cathode side, namely 50% to 80% of the the latter is. This means that the piston bends more on the anode side or runs less flat. Another piston shape is achieved on the anode side.
- the longitudinal centers of curvature of the curvature above and do not have to coincide below the lamp longitudinal axis and and on the cathode side can be different, because otherwise the smaller Radius of curvature would result in a narrower piston shape.
- the arc length stands on the one hand in connection with the lamp power.
- the invention particularly preferred are short-arc lamps with specific arc length Outputs of more than 80, 100, 120 or best 150 W / mm.
- a reference on the piston size makes little sense, because the piston size due to the thermal Resilience of the piston material is determined and consequently in future material improvements (Ceramic instead of quartz glass) can decrease significantly.
- Quantitatively preferred ranges for the asymmetry of the piston shapes can be describe by the ratio of anode-side to cathode-side longitudinal section half-area. As shown in the example, these are surfaces meant that in longitudinal section on both sides of one dividing the inner length of the piston in the middle and lie on the plane perpendicular to the lamp longitudinal axis, the lamp longitudinal axis each contain half of the inside length of the piston and the rest of the inside wall of the piston are limited. This ratio is preferably over 1.1 and further preferably less than 1.5.
- the intention pursued according to the invention to reduce temperature gradients in the lamp can in principle also by a suitable reflective and / or absorbent Heat build-up on the cathode end of the piston can be tracked.
- the measure also comes in addition to the piston asymmetry according to the invention in question.
- it is preferred to apply such a heat accumulation to do without entirely because this means that the lamp is manufactured by at least one working step is simplified.
- the piston asymmetry can namely by suitable Forming the corresponding molds in a lamp bulb molding machine achieve without the conventional function otherwise would be changed. Another advantage is that shadowing is avoided.
- the lamp longitudinal axis preferably runs horizontally during operation, ie it is the lamp designed for horizontal operation.
- the DC short-arc lamp according to the invention since the DC short-arc lamp according to the invention above all has advantages that show up when projecting images is a projection device according to the invention characterized in that it has a projection lamp according to the invention contains.
- the entire projection device shows because of the improved light quality thus a better optical quality, and also with regard to the explained Luminous flux, service life and maintenance aspects also advantages in terms of Energy consumption and lamp replacement frequency. Therefore, also for the projection device generally claimed protection.
- red color rendering preferably between 5,000 and 8,000 Kelvin, preferably 6,000 and 7,000 Kelvin.
- the proportion of red in the light generated can be due to lithium in the filling of the invention DC short arc lamp are amplified.
- Lithium predominantly shows a very long-wave emission, i.e. to a very deep red Share leads.
- the physiological sensitivity of the human eye associated with the so-called V ( ⁇ ) - or brightness sensitivity curve is shown.
- the spectral Sensitivity of the human eye is clearly evident on the long-wave edge from. Therefore, as far as the red component is based on the lithium emission, a accordingly increased spectral power can be generated to achieve the desired - and ultimately interesting - to generate luminous flux.
- a metal halide direct current arc lamp is necessarily alongside an ignition gas, e.g. Argon, and a halogen, e.g. Bromine or iodine, too It must contain mercury to build up the necessary burning voltage green color of mercury. That through the mercury content The specified green component must be red when setting the color temperature be compensated, which exacerbates the problem outlined above.
- an ignition gas e.g. Argon
- a halogen e.g. Bromine or iodine
- cadmium (Cd) or zinc (Zn) is used in the lamp filling according to the invention surprisingly, this not only increases the red component, but also reduces the color separation effect at the same time.
- cadmium or zinc allows compared to (sole) lithium addition for the red portion a significant improvement in the color separation problem and, at same performance, an improved luminous flux.
- Zinc also has the advantage of the better over cadmium and mercury Environmental compatibility.
- Cadmium on the other hand, can be used for certain applications be advantageous because the red rendering is even better. So remains according to the invention in individual cases the possibility to choose between optimal lamp data and Environmental considerations.
- the following preferred concentrations come in particular for Cd and Zn considered: 0.2 to 2.0 ⁇ mol / ml, particularly preferably 0.3 to 1.8 .mu.mol / ml.
- the component shows yttrium together with the explained basic composition according to the invention Benefits.
- the first is an improvement in the luminous flux.
- the lamps have a longer lifespan and thirdly less decrease in lamp luminous flux with the operating age of the lamp (so-called maintenance).
- Yttrium is therefore used to achieve the above basic effects of the invention are not necessary, but have been found to be related on luminous flux, service life and maintenance surprisingly more effective optional Addition highlighted.
- a “blue element” preferred according to the invention is indium.
- rare earth metals especially dysprosium, as well as thallium.
- halogen for the setting of desired vapor pressures through the formation of metal halide compounds iodine and / or bromine are preferred.
- the figure shows in longitudinal section a direct current arc lamp with a longitudinal axis 2, along which an anode 4 and a cathode 5 lie.
- a piston inner wall 3 that is bisecting an inner bulb length 7 is also one on the lamp longitudinal axis 2 perpendicular center plane 1 is drawn.
- the anode-side longitudinal section half surface differs specifically and the cathode-side longitudinal section half surface, each of which in the Figure left or right of the central plane lying longitudinal section area within the piston inner wall 3 corresponds.
- the figure shows that the anode-side curvature of the piston in longitudinal section Descriptive radius of curvature 8 significantly smaller than the corresponding one Radius of curvature 9 on the cathode side.
- the radius of curvature is preferably 8 50% - 80% of the radius of curvature 9. It can also be seen that the corresponding Longitudinal intersection centers above and below the lamp longitudinal axis 2 do not collapse and are different on the anode side and cathode side. However, the lamp is rotationally symmetrical about the lamp longitudinal axis 2.
- the corresponding asymmetrical piston design has the consequence that the piston around the anode 4, which is much thicker than the cathode 5, is sufficient Keeps a distance and thus a uniform temperature distribution overall results in the longitudinal direction.
- the figure shows that the distance between the anode 4 and the cathode 5, that is to say the arc length 6, is selected to be very short, in the present case 1.5 mm in comparison to radii of curvature of 4 mm (8) and 6 mm (9) and a lamp power of 270 W (specific power 180 W / mm).
- the inside length of the piston 7 is almost 10 times the length of the arc 6.
- An operating voltage of 35 V with a luminous flux of 18 klm results from a filling volume of 0.7 ml with a wall load of 65 W / cm 2 .
- a color temperature of 6,800 K was set with the following filling: 200 mbar argon, 20 mg mercury, 0.11 mg cadmium iodide (CdI 2 ) - corresponding to approx.0.43 ⁇ mol Cd per ml flask volume -, 0.42 mg mercury bromide (HgBr 2 ), 0.12 mg mercury iodide (HgI 2 ), 0.05 mg indium iodide (InI 2 ), 0.05 mg lithium iodide (LiL 2 ), 0.11 mg dysprosium and 0.05 mg yttrium.
- Cadmium can be replaced by zinc in a molar equivalent.
- Thallium iodide can be added up to a value of 0.2 mg / ml.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstromkurzbogenlampe. In jüngster Zeit besteht ein zunehmendes Interesse an der Verbesserung solcher Bogenlampen, insbesondere für Projektionsanwendungen. Bei Projektionsanwendungen sind vor allem die örtlich möglichst konzentrierte Lichterzeugung einerseits und andererseits die spektrale Homogenität der Lichtstärkeverteilung der Lampen von Interesse.The present invention relates to a DC short arc lamp. In recently there has been an increasing interest in improving such arc lamps, especially for projection applications. For projection applications are above all the locally concentrated light generation on the one hand and on the other the spectral homogeneity of the luminous intensity distribution of the lamps of interest.
Ein wesentliches weiteres Qualitätskriterium - nicht nur im Bereich der Projektion - sind ausreichende Anteile der Grundfarben blau, grün und rot für eine gute Farbwiedergabe und die angestrebte Farbtemperatur.Another essential quality criterion - not only in the area of projection - are sufficient proportions of the primary colors blue, green and red for good color rendering and the desired color temperature.
Schließlich sind auch die Lampenlebensdauer und die sogenannte Maintenance - d.h. die Veränderung der lichttechnischen Werte, z.B. Lichtstrom, Farbtemperatur etc., der Lampe während ihrer Lebensdauer - von Interesse.Finally, the lamp life and the so-called maintenance - i.e. the change in the lighting values, e.g. Luminous flux, color temperature etc., the lamp during its lifetime - of interest.
Aus dem Stand der Technik, nämlich aus der FR-A-1 254 794, aus der GB-A-689
962 und aus der US-A-2,965,790 sind Bogenlampen gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 bekannt. Diese Dokumente machen jedoch keine Aussagen über die
gekrümmte Form des Lampenkolbens
um die Anode Sezüglich der Form des Kolbens um
die Kathode. From the prior art, namely from FR-A-1 254 794, from GB-A-689
962 and from US-A-2,965,790 are arc lamps according to the preamble of
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Gleichstromkurzbogenlampe mit verbesserten Betriebseigenschaften, insbesondere im Hinblick auf Projektionsanwendungen, und eine verbesserte Projektionsvorrichtung anzugeben.The invention is based on the technical problem of a DC short arc lamp with improved operating properties, especially with regard to projection applications, and to provide an improved projection device.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst durch eine Gleichstromkurzbogenlampe mit einem bezüglich Ebenen senkrecht zu einer Lampenlängsachse dergestalt asymmetrisch geformten Kolben, daß die Kolbeninnenwand um die Anode herum weiter ist als um die Kathode, bei der der Kolben um die Anode herum und um die Kathode herum gekrümmt ist, wobei der anodenseitige Längsschnitt-Krümmungsradius 50% bis 80% des kathodenseitigen Langsschnitt-Krümmungsradius beträgt, bzw. durch eine Projektionsvorrichtung mit einer solchen Projektionslampe.According to the invention, this problem is solved by a DC short arc lamp with a plane perpendicular to a lamp longitudinal axis asymmetrically shaped pistons that the inner wall of the piston around the anode is wider than around the cathode, in which the piston around and around the anode Cathode is curved around, the anode-side longitudinal section radius of curvature 50% to 80% of the radius of curvature on the cathode side is, or by a projection device with such Projection lamp.
In vielen Anwendungsbereichen, insbesondere bei Projektionsvorrichtungen, spielt eine möglichst gute Lokalisierung der Lichterzeugung eine wichtige Rolle, weswegen die Erfindung von Kurzbogenlampen ausgeht. Nur mit einer möglichst geringen Bogenlänge läßt sich eine punktförmige Lichtquelle hinreichend gut annähern und damit eine gute optische Qualität bei der Projektion oder anderen Anwendungen, bei denen das von der Lampe emittierte Licht durch ein optisches System geschickt wird, erreichen.Plays in many areas of application, especially in projection devices the best possible localization of light generation is an important role, why the invention is based on short-arc lamps. Only with the shortest possible arc length a point light source can be approximated sufficiently well and thus good optical quality in projection or other applications where the light emitted by the lamp is sent through an optical system.
Zusätzlich dazu hat es sich hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Lichterzeugung in ihrer örtlichen Ausdehnung, und zwar auch bei guter Lokalisierung wie bei Kurzbogenlampen, erfindungsgemäß weiterhin als entscheidend herausgestellt, für eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung in der Lampe, insbesondere an der Kolbeninnenwand, zu sorgen. Dies betrifft vor allem Temperaturgradienten entlang der Strecke zwischen Kathode und Anode in der Lampe. Diese Temperaturgradienten können deutlich verringert werden, wenn die geometrische Form des die Füllung enthaltenden Lampenkolbens geeignet gewählt wird. Dazu ist sie erfindungsgemäß asymmetrisch, um auf die Asymmetrie der Temperaturverteilung der Elektroden einer Gleichstromkurzbogenlampe angepaßt zu sein. In addition to that, it has changed in terms of uniformity of light generation their local expansion, even with good localization such as short-arc lamps, according to the invention also found to be crucial for a Temperature distribution as uniform as possible in the lamp, especially on the Inner wall of the piston. This mainly affects temperature gradients along the distance between cathode and anode in the lamp. These temperature gradients can be significantly reduced if the geometric shape of the fill containing lamp bulb is chosen appropriately. For this purpose, it is according to the invention asymmetrical to reflect the asymmetry of the temperature distribution of the electrodes DC short arc lamp to be adapted.
Bei Gleichstromkurzbogenlampen ist nämlich die Anode prinzipiell einer sehr viel stärkeren thermischen Belastung ausgesetzt als die Kathode und wird dementsprechend heißer. Damit sie dieser thermischen Belastung standhalten kann, ist die Anode bei Gleichstromkurzbogenlampen generell sehr viel massiver ausgeführt als die Kathode. Insbesondere hat sie im allgemeinen einen größeren Durchmesser.In principle, the anode is a very large number in DC short-arc lamps exposed to greater thermal stress than the cathode and becomes accordingly hotter. The anode is so that it can withstand this thermal load DC short arc lamps are generally much more solid than that Cathode. In particular, it generally has a larger diameter.
Es hat sich als nachteilig erwiesen, daß die höhere Anodentemperatur einerseits und der größere Anodendurchmesser wegen der geringeren Entfernung zur Kolbeninnenwand und der größeren wärmeleitenden und wärmeabstrahlenden Oberfläche andererseits bei symmetrischer Ausführung des Lampenkolbens zu wesentlich höheren Temperaturen der Lampe an der Anodenseite, insbesondere auch an der Kolbeninnenwand rühren. Daraus ergibt sich unter anderem eine Beeinflussung der physikalischen Parameter der Entladung und Lichterzeugung. Ziel ist, eine möglichst geringe Temperaturdifferenz zwischen der heißesten und kältesten Stelle der Kolbeninnenwand zu erreichen. Bei gleichmäßiger Temperaturverteilung ist einerseits die Lichtemission homogen, andererseits kann die Temperatur auf einen optimalen Wert eingestellt werden, der sowohl den Anforderungen an die Lichtausbeute als auch denen an die Lebensdauer und Maintenance genügt.It has proven disadvantageous that the higher anode temperature on the one hand and the larger anode diameter due to the shorter distance to the inside wall of the piston and the larger heat-conducting and heat-radiating surface on the other hand with symmetrical design of the lamp bulb to much higher Temperatures of the lamp on the anode side, especially also on the inside wall of the bulb stir. Among other things, this results in an influence on the physical Discharge and light generation parameters. The goal is to be as low as possible Temperature difference between the hottest and coldest point on the inside of the piston to reach. With uniform temperature distribution, on the one hand, there is light emission homogeneous, on the other hand the temperature can be set to an optimal value be that of the requirements for the luminous efficacy as well as those to the lifespan and maintenance is sufficient.
Bei ungleichmäßiger Temperaturverteilung mit großen Temperaturdifferenzen besteht hingegen die Problematik der Bildung von Belägen an den kalten Stellen der Kolbeninnenwand durch kondensierte Füllungsbestandteile oder Elektrodenmaterial (in der Regel Wolfram). Kondensierte Füllungsbestandteile können wie ein Interferenzfilter wirken, was zwangsläufig zu einer zunehmenden spektralen Inhomogenität der Lichtstärkeverteilung der Lampe führt. Beläge aus Elektrodenmaterial bewirken eine Verringerung der Lichtstärke aus den betroffenen Bereichen der Kolbeninnenwand und insgesamt eine Verringerung des Lichtstroms der Lampe im Verlaufe ihrer Lebensdauer. Aus beiden Effekten resultiert letztendlich eine schlechte Maintenance. Die Lebensdauer wird andererseits durch eine zunehmende Entglasung des Lampenkolbens an den heißen Stellen verkürzt. Die tatsächliche Gewichtung dieser unerwünschten Effekte ist im konkreten Fall von den Absolutwerten der Temperaturverteilung und Temperaturdifferenzen der Kolbeninnenwand abhängig, die wiederum durch die Auslegung der Lampe - unter anderem der geometrischen Abmessungen der Lampe, der elektrischen Leistungsaufnahme und der Lampenfüllung - beeinflußbar ist.If there is an uneven temperature distribution with large temperature differences on the other hand, the problem of the formation of deposits in the cold places of the Inner wall of the piston due to condensed filling components or electrode material (usually tungsten). Condensed filling components can act like an interference filter act, which inevitably leads to increasing spectral inhomogeneity the luminous intensity distribution of the lamp. Effect pads made of electrode material a reduction in the light intensity from the affected areas of the inner wall of the bulb and overall a reduction in the luminous flux of the lamp over the course of its life Lifespan. Both effects ultimately result in poor maintenance. On the other hand, the lifespan is increased by devitrification of the lamp bulb shortened in the hot places. The actual weighting of these unwanted Effects in the specific case are from the absolute values of the temperature distribution and temperature differences of the inner wall of the piston, which in turn by designing the lamp - including the geometric dimensions the lamp, the electrical power consumption and the lamp filling - can be influenced is.
Erfindungsgemäß wird die Temperaturhomogenität der Lampe dadurch verbessert, daß die Kolbeninnenwand um die Anode herum weiter ist als um die Kathode herum. Dies kann, je nach gewählter Form der Elektroden und abhängig von herstellungstechnischen Gesichtspunkten, mit verschiedenen konkreten geometrischen Formen erreicht werden, wobei geometrisch einfache und damit leicht herstellbare Kolbenformen bevorzugt sind.According to the invention, the temperature homogeneity of the lamp is improved by that the inside wall of the piston is wider around the anode than around the cathode. This can, depending on the selected shape of the electrodes and depending on the manufacturing technology Aspects, with different concrete geometric shapes can be achieved, with geometrically simple and therefore easy to manufacture piston shapes are preferred.
Dabei sind Formen vorgesehen, die sich im Längsschnitt durch Krümmungsradien beschreiben lassen und in Lampenkolbenformmaschinen vereinfacht mit der Kolbenform entsprechenden Innenflächen hergestellt werden können. Insbesondere lassen sich das anodenseitige und das kathodenseitige Ende des Kolbens durch einen Längsschnitt-Krümmungsradius (wie im Ausführungsbeispiel in der Figur veranschaulicht) beschreiben, wobei erfindungsgemäß der anodenseitige Längsschnitt-Krümmungsradius kleiner als der kathodenseitige ist, nämlich 50% bis 80% des letzteren beträgt. Das heißt, daß sich der Kolben anodenseitig stärker krümmt bzw. weniger flach verläuft. So wird anodenseitig eine weitere Kolbenform erreicht. Zu beachten ist, daß dabei die Längsschnitt-Krümmungszentren der Krümmung oberhalb und unterhalb der Lampenlängsachse nicht zusammenfallen müssen und anoden- und kathodenseitig verschieden liegen können, weil sich sonst durch den kleineren Krümmungsradius eine engere Kolbenform ergäbe.Shapes are provided which are in longitudinal section through radii of curvature Let describe and in lamp bulb molding machines simplified with the bulb shape corresponding inner surfaces can be produced. In particular let the anode-side and the cathode-side end of the piston through a longitudinal section radius of curvature (as illustrated in the embodiment in the figure) describe, according to the invention the anode-side longitudinal section radius of curvature is smaller than the cathode side, namely 50% to 80% of the the latter is. This means that the piston bends more on the anode side or runs less flat. Another piston shape is achieved on the anode side. To note that the longitudinal centers of curvature of the curvature above and do not have to coincide below the lamp longitudinal axis and and on the cathode side can be different, because otherwise the smaller Radius of curvature would result in a narrower piston shape.
Vor allem im Hinblick auf die genannten Projektionsanwendungen sind, wie bereits erwähnt, möglichst kurze Bogenlängen anzustreben. Dabei steht die Bogenlänge einerseits im Zusammenhang mit der Lampenleistung. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind Kurzbogenlampen mit auf die Bogenlänge bezogenen spezifischen Leistungen von mehr als 80, 100, 120 oder am besten 150 W/mm. Eine Bezugnahme auf die Kolbengröße ist wenig sinnvoll, weil die Kolbengröße durch die thermische Belastbarkeit des Kolbenmaterials bestimmt ist und folglich bei zukünftigen Materialverbesserungen (Keramik anstatt Quarzglas) deutlich abnehmen kann.Especially with regard to the projection applications mentioned are, as already mentions striving for the shortest possible arc lengths. The arc length stands on the one hand in connection with the lamp power. According to the invention particularly preferred are short-arc lamps with specific arc length Outputs of more than 80, 100, 120 or best 150 W / mm. A reference on the piston size makes little sense, because the piston size due to the thermal Resilience of the piston material is determined and consequently in future material improvements (Ceramic instead of quartz glass) can decrease significantly.
Quantitativ bevorzugte Bereiche für die Asymmetrie der Kolbenformen lassen sich beschreiben durch das Verhältnis von anodenseitiger zur kathodenseitiger Längsschnitt-Halbfläche. Damit sind, wie im Ausrührungsbeispiel veranschaulicht, Flächen gemeint, die im Längsschnitt beiderseits einer die Kolbeninnenlänge mittig teilenden und auf der Lampenlängsachse senkrechten Ebene liegen, die Lampenlängsachse jeweils zu einer Hälfte der Kolbeninnenlänge enthalten und im übrigen von der Kolbeninnenwand begrenzt sind. Dieses Verhältnis liegt bevorzugt über 1,1 und weiter bevorzugt unter 1,5.Quantitatively preferred ranges for the asymmetry of the piston shapes can be describe by the ratio of anode-side to cathode-side longitudinal section half-area. As shown in the example, these are surfaces meant that in longitudinal section on both sides of one dividing the inner length of the piston in the middle and lie on the plane perpendicular to the lamp longitudinal axis, the lamp longitudinal axis each contain half of the inside length of the piston and the rest of the inside wall of the piston are limited. This ratio is preferably over 1.1 and further preferably less than 1.5.
Die erfindungsgemäß verfolgte Absicht, Temperaturgradienten in der Lampe abzubauen, kann im Prinzip auch durch einen geeigneten reflektierenden und/oder absorbierenden Wärmestaubelag am kathodenseitigen Kolbenende verfolgt werden. Diese Maßnahme kommt im Prinzip auch zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Kolbenasymmetrie in Frage. Bevorzugt ist es jedoch, auf einen solchen Wärmestaubelag ganz zu verzichten, weil damit die Herstellung der Lampe um mindestens einen Arbeitsschritt vereinfacht wird. Die Kolbenasymmetrie läßt sich nämlich durch geeignete Formgebung der entsprechenden Formwerkzeuge in einer Lampenkolbenformmaschine erreichen, ohne daß dadurch der konventionelle Funktionsablauf anderweitig verändert würde. Ein weiterer Vorteil ist, daß Abschattungen vermieden werden.The intention pursued according to the invention to reduce temperature gradients in the lamp, can in principle also by a suitable reflective and / or absorbent Heat build-up on the cathode end of the piston can be tracked. This In principle, the measure also comes in addition to the piston asymmetry according to the invention in question. However, it is preferred to apply such a heat accumulation to do without entirely, because this means that the lamp is manufactured by at least one working step is simplified. The piston asymmetry can namely by suitable Forming the corresponding molds in a lamp bulb molding machine achieve without the conventional function otherwise would be changed. Another advantage is that shadowing is avoided.
Bevorzugt verläuft die Lampenlängsachse im Betrieb horizontal, ist die Lampe also für Horizontalbetrieb ausgelegt.The lamp longitudinal axis preferably runs horizontally during operation, ie it is the lamp designed for horizontal operation.
Da die erfindungsgemäße Gleichstromkurzbogenlampe vor allem Vorteile zeigt, die sich bei der Projektion von Bildern zeigen, ist eine erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erfindungsgemäße Projektionslampe enthält. Die gesamte Projektionsvorrichtung zeigt wegen der verbesserten Lichtqualität damit eine bessere optische Qualität, und ferner hinsichtlich der erläuterten Aspekte Lichtstrom, Lebensdauer und Maintenance auch Vorteile im Hinblick auf Energieverbrauch und Lampenwechselhäufigkeit. Daher wird auch für die Projektionsvorrichtung allgemein Schutz beansprucht. Insbesondere ist eine Projektionsvorrichtung mit horizontal eingebauter Lampe bevorzugt.Since the DC short-arc lamp according to the invention above all has advantages that show up when projecting images is a projection device according to the invention characterized in that it has a projection lamp according to the invention contains. The entire projection device shows because of the improved light quality thus a better optical quality, and also with regard to the explained Luminous flux, service life and maintenance aspects also advantages in terms of Energy consumption and lamp replacement frequency. Therefore, also for the projection device generally claimed protection. In particular, is a projection device preferred with horizontally installed lamp.
Ferner hat es sich als kritisch herausgestellt, für einen ausreichenden Rotanteil im Licht zu sorgen, einerseits zugunsten einer guten roten Farbwiedergabe und ferner um eine gewünschte Farbtemperatur, etwa zwischen 5.000 und 8.000 Kelvin, vorzugsweise 6.000 und 7.000 Kelvin, einstellen zu können.Furthermore, it has turned out to be critical for a sufficient proportion of red in the To provide light, on the one hand in favor of good red color rendering and further a desired color temperature, preferably between 5,000 and 8,000 Kelvin, preferably 6,000 and 7,000 Kelvin.
Der Rotanteil im erzeugten Licht kann durch Lithium in der Füllung der erfindungsgemäßen Gleichstromkurzbogenlampe verstärkt werden. Man findet jedoch, daß Lithium vorwiegend eine sehr langwellige Emission zeigt, also zu einem sehr tiefroten Anteil führt. Bei allen Anwendungen, die zu einem irgendwie gearteten visuellen Effekt führen, etwa bei der Projektion oder der Beleuchtung, sind jedoch nicht nur die rein physikalischen spektralen Leistungsanteile zu berücksichtigen, sondern darüber hinaus die physiologische Empfindlichkeit des menschlichen Auges, die mit der sogenannten V(λ)- oder Hellempfindlichkeits-Kurve dargestellt wird. Die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges nimmt dabei am langwelligen Rand deutlich ab. Daher muß, soweit sich der Rotanteil auf die Lithiumemission stützt, eine entsprechend erhöhte spektrale Leistung erzeugt werden, um den erwünschten - und letztlich interessierenden - Lichtstrom zu erzeugen.The proportion of red in the light generated can be due to lithium in the filling of the invention DC short arc lamp are amplified. However, one finds that Lithium predominantly shows a very long-wave emission, i.e. to a very deep red Share leads. For all applications that are somehow visual Effect, such as projection or lighting, are not only to consider the purely physical spectral power shares, but above addition, the physiological sensitivity of the human eye associated with the so-called V (λ) - or brightness sensitivity curve is shown. The spectral Sensitivity of the human eye is clearly evident on the long-wave edge from. Therefore, as far as the red component is based on the lithium emission, a accordingly increased spectral power can be generated to achieve the desired - and ultimately interesting - to generate luminous flux.
Ferner hat sich herausgestellt, daß die Zugabe von Lithium zu der Lampenfüllung den oben erwähnten Farbtrennungseffekt verstärkt.It has also been found that the addition of lithium to the lamp fill enhances the color separation effect mentioned above.
Da die Füllung einer Metallhalogenidgleichstrombogenlampe notwendigerweise neben einem Zündgas, z.B. Argon, und einem Halogen, z.B. Brom oder Jod, auch Quecksilber enthalten muß, um die notwendige Brennspannung aufzubauen, ist der grüne Farbanteil des Quecksilbers zu berücksichtigen. Die durch den Quecksilberanteil vorgegebene Grünkomponente muß bei der Farbtemperatureinstellung mit Rot kompensiert werden, was die oben skizzierte Problematik verschärft.Because the filling of a metal halide direct current arc lamp is necessarily alongside an ignition gas, e.g. Argon, and a halogen, e.g. Bromine or iodine, too It must contain mercury to build up the necessary burning voltage green color of mercury. That through the mercury content The specified green component must be red when setting the color temperature be compensated, which exacerbates the problem outlined above.
Wenn erfmdungsgemäß Cadmium (Cd) oder Zink (Zn) in der Lampenfüllung verwendet wird, wird dadurch überraschenderweise nicht nur der Rotanteil verstärkt, sondern darüber hinaus gleichzeitig der Farbtrennungseffekt verringert. Die Zugabe von Cadmium oder Zink erlaubt also im Vergleich zur (alleinigen) Lithiumzugabe für den Rotanteil eine wesentliche Verbesserung des Farbtrennungsproblems und, bei gleicher Leistung, einen verbesserten Lichtstrom.If cadmium (Cd) or zinc (Zn) is used in the lamp filling according to the invention surprisingly, this not only increases the red component, but also reduces the color separation effect at the same time. The addition of cadmium or zinc allows compared to (sole) lithium addition for the red portion a significant improvement in the color separation problem and, at same performance, an improved luminous flux.
Quecksilber ist im Zusammenhang dieser Erfindung als Alternative zu den anderen beiden 2B-Elementen Cadmium und Zink deswegen nicht geeignet, weil es zwar in gewissem Umfang ebenfalls die Farbtrennung verringert, dabei jedoch übermäßig den Grünanteil des Lichts verstärkt.Mercury is in the context of this invention as an alternative to the others Both 2B elements cadmium and zinc are not suitable because they are in To some extent, the color separation also decreased, but excessively increases the amount of green light.
Zink bietet gegenüber Cadmium und Quecksilber ferner den Vorteil der besseren Umweltverträglichkeit. Cadmium andererseits kann für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein, weil die Rotwiedergabe noch besser ist. Erfindungsgemäß bleibt also im Einzelfall die Entscheidungsmöglichkeit zwischen optimalen Lampendaten und Umweltgesichtspunkten.Zinc also has the advantage of the better over cadmium and mercury Environmental compatibility. Cadmium, on the other hand, can be used for certain applications be advantageous because the red rendering is even better. So remains according to the invention in individual cases the possibility to choose between optimal lamp data and Environmental considerations.
Erfindungsgemäß kommen für Cd bzw. Zn insbesondere folgende bevorzugte Konzentrationen in Betracht: 0,2 bis 2,0 µmol/ml, besonders bevorzugt 0,3 bis 1,8 µmol/ml.According to the invention, the following preferred concentrations come in particular for Cd and Zn considered: 0.2 to 2.0 µmol / ml, particularly preferably 0.3 to 1.8 .mu.mol / ml.
Als weitere Ausgestaltung der Erfindung zeigt der Bestandteil Yttrium gerade zusammen mit der erläuterten erfindungsgemäßen Grundzusammensetzung besondere Vorteile. Diese liegen zum ersten in einer Verbesserung des Lichtstroms. Darüber hinaus ergibt sich zweitens eine längere Lebensdauer der Lampen und drittens eine geringere Abnahme des Lampenlichtstroms mit dem Betriebsalter der Lampe (sogenannte Maintenance). Yttrium ist also zur Erzielung der vorstehend erläuterten grundlegenden Wirkungen der Erfindung nicht notwendig, hat sich jedoch als in bezug auf Lichtstrom, Lebensdauer und Maintenance überraschend wirkungsvoller optionaler Zusatz herausgestellt.As a further embodiment of the invention, the component shows yttrium together with the explained basic composition according to the invention Benefits. The first is an improvement in the luminous flux. About that secondly, the lamps have a longer lifespan and thirdly less decrease in lamp luminous flux with the operating age of the lamp (so-called maintenance). Yttrium is therefore used to achieve the above basic effects of the invention are not necessary, but have been found to be related on luminous flux, service life and maintenance surprisingly more effective optional Addition highlighted.
Als weitere optionale Zusätze sind verschiedene chemische Elemente denkbar, insbesondere zur Einstellung der Farbtemperatur und Verstärkung der Grundfarben. Vor allem darf die obige Erläuterung der Nachteile von Lithium nicht dahingehend verstanden werden, daß Lithium erfindungsgemäß ausgeschlossen wäre. Lithium kann in gewissen Mengen durchaus als "Rotelement" vorhanden sein, durch die erfindungsgemäße Verwendung von Cadmium bzw. Zink sind die erforderlichen Mengen jedoch geringer.Various chemical elements are conceivable as further optional additives, in particular for setting the color temperature and enhancing the basic colors. In front the above explanation of the disadvantages of lithium should not be understood to that effect be that lithium would be excluded according to the invention. Lithium can in certain quantities may be present as a "red element" by the inventive However, the required amounts are cadmium or zinc lower.
Die bevorzugt betrachtete Anwendung verlangt in den meisten Fällen einen hohen Blauanteil im Spektrum. Ein erfindungsgemäß bevorzugtes "Blauelement" ist Indium.The preferred application in most cases requires a high one Blue content in the spectrum. A “blue element” preferred according to the invention is indium.
Weitere optionale Zusätze vor allem zur Verstärkung des Lichtstroms sind die Seltenerdmetalle, vor allem Dysprosium, sowie Thallium.Other optional additives, especially to increase the luminous flux, are the rare earth metals, especially dysprosium, as well as thallium.
Als Halogen für die Einstellung gewünschter Dampfdrücke durch Bildung von Metallhalogenid-Verbindungen kommen bevorzugt Jod und/oder Brom in Betracht.As halogen for the setting of desired vapor pressures through the formation of metal halide compounds iodine and / or bromine are preferred.
In der Figur ist ein konkretes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lampe gezeigt. Die bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels offenbarten Merkmale können auch einzeln oder in anderer Kombination erfindungswesentlich sein.In the figure is a specific embodiment for a lamp according to the invention shown. The features disclosed in the description of this embodiment can also be essential to the invention individually or in another combination.
Die Figur zeigt im Längsschnitt eine Gleichstromktirzbogeniampe mit einer Längsachse
2, entlang der eine Anode 4 und eine Kathode 5 liegen. In Längsrichtung in der
Mitte des durch eine Kolbeninnenwand 3 eingeschlossenen Kolbeninnenraums, also
eine Kolbeninnenlänge 7 halbierend, ist ferner eine auf der Lampenlängsachse 2
senkrecht stehende Mittelebene 1 eingezeichnet.The figure shows in longitudinal section a direct current arc lamp with a
Die Figur zeigt deutlich, daß der Kolben bezüglich dieser Mittelebene 1 asymmetrisch
geformt ist. Konkret unterscheiden sich die anodenseitige Längsschnitt-Halbfläche
und die kathodenseitige Längsschnitt-Halbfläche, denen jeweils der in der
Figur links bzw. rechts von der Mittelebene liegende Längsschnittflächenbereich
innerhalb der Kolbeninnenwand 3 entspricht. The figure clearly shows that the piston is asymmetrical with respect to this
Ferner zeigt die Figur, daß der die anodenseitige Krümmung des Kolbens im Längsschnitt
beschreibende Krümmungsradius 8 deutlich kleiner als der entsprechende
kathodenseitige Krümmungsradius 9 ist. Vorzugsweise beträgt der Krümmungsradius
8 50% - 80% des Krümmungsradius 9. Man erkennt ferner, daß die entsprechenden
Längsschnittkrümmungsmittelpunkte oberhalb und unterhalb der Lampenlängsachse
2 nicht zusammenfallen und anodenseitig und kathodenseitig unterschiedlich liegen.
Allerdings ist die Lampe rotationssymmetrisch um die Lampenlängsachse 2.Furthermore, the figure shows that the anode-side curvature of the piston in longitudinal section
Descriptive radius of
Die entsprechende asymmetrische Kolbengestaltung hat zur Folge, daß der Kolben
um die im Vergleich zur Kathode 5 sehr viel dickere Anode 4 herum einen ausreichenden
Abstand hält und sich somit insgesamt eine gleichmäßige Temperaturverteilung
in Längsrichtung ergibt.The corresponding asymmetrical piston design has the consequence that the piston
around the anode 4, which is much thicker than the
Schließlich zeigt die Figur, daß der Abstand zwischen der Anode 4 und der Kathode
5, also die Bogenlänge 6, sehr kurz gewählt ist, im vorliegenden Fall 1,5 mm im
Vergleich zu Krümmungsradien von 4 mm (8) und 6 mm (9) und einer Lampenleistung
von 270 W (spezifische Leistung 180 W/mm). Die Kolbeninnenlänge 7 beträgt
vorliegend knapp das 10-fache der Bogenlänge 6. Es ergibt sich eine Brennspannung
von 35 V bei einem Lichtstrom von 18 klm aus einem Füllungsvolumen von 0,7 ml
bei einer Wandbelastung von 65 W/cm2.Finally, the figure shows that the distance between the anode 4 and the
Mit folgender Füllung wurde eine Farbtemperatur von 6.800 K eingestellt: 200 mbar Argon, 20 mg Quecksilber, 0,11 mg Cadmiumjodid (CdI2)- entsprechend ca. 0,43 µmol Cd pro ml Kolbenvolumen -, 0,42 mg Quecksilberbromid (HgBr2), 0,12 mg Quecksilberjodid (HgI2), 0,05 mg Indiumjodid (InI2), 0,05 mg Lithiumjodid (LiL2), 0,11 mg Dysprosium sowie 0,05 mg Yttrium. Cadmium kann dabei moläquivalent durch Zink ersetzt sein. Thalliumjodid kann zugegeben werden bis zu einem Wert von 0,2 mg/ml.A color temperature of 6,800 K was set with the following filling: 200 mbar argon, 20 mg mercury, 0.11 mg cadmium iodide (CdI 2 ) - corresponding to approx.0.43 µmol Cd per ml flask volume -, 0.42 mg mercury bromide (HgBr 2 ), 0.12 mg mercury iodide (HgI 2 ), 0.05 mg indium iodide (InI 2 ), 0.05 mg lithium iodide (LiL 2 ), 0.11 mg dysprosium and 0.05 mg yttrium. Cadmium can be replaced by zinc in a molar equivalent. Thallium iodide can be added up to a value of 0.2 mg / ml.
Claims (14)
- DC short-arc lamp having a bulb shaped asymmetrically, with reference to planes (1) perpendicular to a lamp longitudinal axis (2), in such a way that the bulb inner wall (3) is wider around the anode (4) than around the cathode (5), and that the bulb is curved around the anode (4) and around the cathode (5), characterized in that the anode-side radius of curvature (8) of the longitudinal section is 50% to 80% of the cathode-side radius of curvature (9) of the longitudinal section.
- Lamp according to Claim 1, in which a specific power referred to the arc length (6) is greater than 80 W/mm.
- Lamp according to Claim 1 or 2, in which the ratio between an anode-side half-surface of the longitudinal section and a cathode-side half-surface of the longitudinal section is greater than 1.1, the half-surfaces of the longitudinal section being situated in the longitudinal section through the lamp on both sides of a plane centrally dividing the internal length of a bulb of the lamp and perpendicular to the lamp longitudinal axis (2), and the lamp longitudinal axis (2) in each case includes half of the bulb inner length and is, moreover, bounded by the bulb inner wall (3).
- Lamp according to Claim 3, in which the ratio is smaller than 1.5.
- Lamp according to one of the preceding claims, having a bulb without a heat concentrating coating.
- Lamp according to one of the preceding claims, having a filling made of at least the following constituents: argon as ignition gas, mercury and a halogen, characterized by the additional constituent: cadmium and/or zinc.
- Lamp according to Claim 6, having the fill constituent of yttrium.
- Lamp according to Claim 6 or 7, having the fill constituent of lithium.
- Lamp according to one of Claims 6 to 8, having the fill constituent of indium.
- Lamp according to one of Claims 6-9, having a rare-earth metal, in particular dysprosium, as fill constituent.
- Lamp according to one of Claims 6-10, having the fill constituent of thallium.
- Lamp according to one of Claims 6-11, in which the halogen is present in the form of iodine and/or bromine.
- Use of a lamp according to one of the preceding claims, having a horizontally running lamp longitudinal axis (2).
- Projection device having a lamp according to one of Claims 1-12 as a projection lamp.
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