EP1134487B1

EP1134487B1 - Radiation modul as insert in lamp case

Info

Publication number: EP1134487B1
Application number: EP00123809A
Authority: EP
Inventors: Anke Schnabl; Karsten Ernesti; Beate Dr. Herter; Dieter Steck
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2020-11-02
Also published as: JP3654631B2; DE50014024D1; US20020039006A1; EP1134487A1; US6380697B1; DE20004366U1; JP2001318277A

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlermodul zum Einsatz in ein Lampengehäuse mit wenigstens einer im Inneren des Moduls befindlichen Entladungslampe als Strahlenquelle, welche eine im Inneren eines Entladungsraums mittels Plasma erzeugte UV-Strahlung ausgibt, wobei das Plasma durch Einkoppelung eines elektromagnetischen Feldes im Entladungsraum gebildet wird und die vom Plasma erzeugte Strahlung entlang einer vorgegebenen optischen Achse durch wenigstens einen ersten, für UV-Strahlung transparenten Körper als Fenster austritt, wobei im Bereich des Plasmas wenigstens eine Blende mit einer durchgehenden Bohrung entlang der Achse vorgesehen ist und entlang dieser Achse von einer Temperaturstrahlen erzeugte Strahlung durch einen zweiten transparenten Körper als Eintrittsfenster in den Entladungsraum eindringt und durch den ersten transparenten Körper zusammen mit der vom Plasma erzeugten UV-Strahlung entlang der Achse austritt.The invention relates to a radiator module for use in a lamp housing having at least one discharge lamp located inside the module as a radiation source which emits a generated inside a discharge space by means of plasma UV radiation, wherein the plasma is formed by coupling an electromagnetic field in the discharge space and the radiation generated by the plasma along a predetermined optical axis through at least a first body transparent to UV radiation as a window, wherein in the plasma is provided at least one aperture with a through hole along the axis and along this axis generated by a temperature rays radiation penetrates through a second transparent body as an entrance window into the discharge space and exits through the first transparent body together with the UV radiation generated by the plasma along the axis.

Aus der DE 195 47 519 A1 bzw. der entsprechenden US 5,814,951 A ist eine elektrodenlose Niederdruck-Entladungslampe, insbesondere Deuteriumlampe bekannt, die einen zylindersymmetrischen Blendenkörper aufweist, der an seinen Stirnseiten jeweils einen Hohlraum enthält. Die beiden Hohlräume sind durch eine Bohrung miteinander verbunden, welche als Blendenöffnung dient, um das mittels Einkoppelung eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes im Inneren erzeugte Plasma zwecks Intensitätserhöhung der abgegebenen Strahlung einzuschnüren. Beide Stirnseiten des zylindersymmetrischen Blendenkörpers sind mit einer hermetischen Abdichtung versehen, von denen wenigstens eine als Austrittsfenster ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Einkoppelung des elektromagnetischen Feldes auf kapazitivem Wege durch auf den Stirnflächen befindliche Elektroden, die wenigstens eine Öffnung für den Austritt der Strahlung aufweisen, sofern sie benachbart zu einem Austrittsfenster angeordnet sind.DE 195 47 519 A1 or the corresponding US Pat. No. 5,814,951 A discloses an electrodeless low-pressure discharge lamp, in particular a deuterium lamp, which has a cylindrically symmetrical diaphragm body which in each case contains a cavity at its end faces. The two cavities are interconnected by a bore which serves as an aperture to constrict the plasma generated by coupling in a high-frequency electromagnetic field in the interior for the purpose of increasing the intensity of the emitted radiation. Both end faces of the cylindrically symmetrical diaphragm body are provided with a hermetic seal, of which at least one is formed as an exit window. In a preferred embodiment, the coupling of the electromagnetic field takes place capacitively by electrodes located on the end faces, which have at least one opening for the exit of the radiation, provided that they are arranged adjacent to an exit window.

In einer besonderen Ausgestaltung weist der Blendenkörper eine durchgehende Bohrung durch beide Stirnseiten entlang der optischen Achse mit einer jeweils durch eine der Elektroden geführten Öffnung auf, wobei jede der Öffnungen jeweils einem Strahlenaustrittsfenster benachbart angeordnet ist. Entlang der Strahlenachse ist eine zusätzliche Strahlenquelle angeordnet, wobei durch die Blendenaustrittsöffnung auch Strahlung der zusätzlichen Strahlungsquelle geführt wirdIn a particular embodiment, the diaphragm body has a through hole through both end sides along the optical axis with an opening guided in each case by one of the electrodes, wherein each of the openings is in each case arranged adjacent to a beam exit window. An additional radiation source is arranged along the beam axis, radiation of the additional radiation source also being guided through the diaphragm exit opening

Aus der DE 195 47 813 C2 ist ebenfalls eine elektrodenlose Entladungslampe mit Blendenkörper bekannt. Im Entladungsgefäß wird ein Plasma durch Einkoppelung eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes gebildet und durch das Plasma erzeugte Strahlung tritt aus dem Entladungsgefäß durch einen wenigstens für UV-Strahlen durchlässigen Bereich des Entladungsgefäßes aus, wobei im Bereich des Plasmas wenigstens ein Blendenkörper aus hochtemperaturbeständigem Werkstoff angeordnet ist, der wenigstens eine Öffnung zur Einschnürung des Plasmabereichs aufweist. Im Plasmabereich sind wenigstens zwei Blendenöffnungen in einer optischen Achse vorgesehen, entlang derer die Strahlung austritt,
wobei zur kapazitiven Einkoppelung des elektromagnetischen Feldes das Entladungsgefäß entlang der Strahlenachse jeweils an seinen Enden mit einer flächenhaften Elektrode versehen ist. Dabei enthält wenigstens eine der Elektroden eine Öffnung im Bereich der Achse des Strahlenaustritts, die einem für UV-Strahlen durchlässigen Austrittsfenster benachbart angeordnet ist.From DE 195 47 813 C2 also an electrodeless discharge lamp with diaphragm body is known. In the discharge vessel, a plasma is formed by coupling a high-frequency electromagnetic field and radiation generated by the plasma exits the discharge vessel through a permeable at least for UV rays portion of the discharge vessel, wherein in the plasma is arranged at least one diaphragm body made of high temperature resistant material, the has at least one opening for constriction of the plasma region. In the plasma region at least two apertures are provided in an optical axis, along which the radiation emerges,
wherein for capacitive coupling of the electromagnetic field, the discharge vessel along the beam axis is provided at its ends with a planar electrode. In this case, at least one of the electrodes has an opening in the region of the axis of the radiation outlet, which is arranged adjacent to an UV rays permeable exit window.

Als problematisch erweisen sich die bekannten Entladungslampen im Hinblick auf komplette UV-Vis-Lichtquellen für Analysezwecke, wobei eine Lampeneinheit eine Deuterium- und eine Wolframlampe in Durchscheinanordnung aufweist, die zusammen mit Shutter, SMA-Lichtleiteranschluß und Vorschaltgerät für beide Lampen auf einer Leiterplatte enthält. Bei Anordnungen mit einer Einkoppel-Optik - z. B. für Lichtwellenleiter - muss bei einem eventuellen Lampenaustausch eine Nachjustierung vorgenommen werden.Problematic turn out the known discharge lamps with respect to complete UV-Vis light sources for analysis purposes, wherein a lamp unit has a deuterium and a tungsten lamp in Durchscheinanordnung containing together with shutter, SMA fiber optic connection and ballast for both lamps on a circuit board. In arrangements with a coupling optics - z. For example, for optical fibers - a readjustment must be made in the event of a possible lamp replacement.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst einfache und handliche Strahlenquelle als Modul anzugeben, die für einen Platinenaufbau mit Lichtleitfaser-Einkoppelung geeignet ist. Weiterhin soll die Strahlenquelle auf verhältnismäßig einfache Weise austauschbar sein, wobei das ausgetauschte Modul korrekt einjustiert ist.The object of the invention is to provide a simple and handy radiation source as a module that is suitable for a board structure with optical fiber coupling. Furthermore, the radiation source should be exchangeable in a relatively simple manner, wherein the exchanged module is correctly adjusted.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als zusätzliche Strahlenquelle ein Temperaturstrahler innerhalb des Moduls entlang der optischen Achse in einer vorgegebenen Position fest angeordnet ist, wobei das Modul in eine Halterung des Lampengehäuses mit einer Einkoppel-Optik einsetzbar ist, und innerhalb der Halterung durch Formschluss des Moduls in Bezug auf die Einkoppel-Optik in einer vorgegebenen Position arretiert wird. Als zusätzliche Strahlenquelle ist ein Temperaturstrahler vorgesehen.The object is achieved in that fixed as an additional radiation source, a temperature radiator within the module along the optical axis in a predetermined position is arranged, wherein the module is inserted into a holder of the lamp housing with a coupling optics, and is locked within the holder by positive engagement of the module with respect to the coupling-optics in a predetermined position. As an additional source of radiation, a temperature radiator is provided.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 1 bis 11 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 1 to 11.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Modul zwecks Arretierung im Bereich seiner zur Einkoppel-Optik gerichteten Stirnfläche ein ringförmiges Justage-Element auf, welches in Bezug auf den ersten transparenten Körper und die optische Achse des Moduls in einer definierten Position unverrückbar einjustiert ist.In a preferred embodiment, the module for the purpose of locking in the region of its end face directed to the coupling optics on an annular adjustment element, which is immovably adjusted in relation to the first transparent body and the optical axis of the module in a defined position.

Vorzugsweise greift das Justage-Element in eine Ausnehmung der Halterung für die Koppel-Optik ein.Preferably, the adjustment element engages in a recess of the holder for the coupling optics.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist als Justage-Element ein Justier-Ring vorgesehen, welcher mittels einer Schraube in der Ausnehmung fixiert wird.In a preferred embodiment, an adjusting ring is provided as adjustment element, which is fixed by means of a screw in the recess.

Als zusätzliche Strahlenquelle wird eine Glühlampe eingesetzt.As an additional source of radiation, an incandescent lamp is used.

Zur Einkoppelung des elektromagnetischen Feldes sind außerhalb des Entladungsraumes befindliche Elektroden vorgesehen, die jedoch mit dem Strahlermodul eine bauliche Einheit bilden; dabei sind die Elektroden entlang der optischen Achse des Moduls angeordnet, wobei sie im Bereich der optischen Achse Aussparungen zum Strahlendurchgang aufweisen. Der prinzipielle Aufbau einer solchen Entladungsanordnung ist aus der eingangs genannten DE 195 47 519 bzw. US 5,814,951 oder DE 195 47 813 C2 bekannt.For coupling the electromagnetic field, electrodes located outside the discharge space are provided, which however form a structural unit with the radiator module; In this case, the electrodes are arranged along the optical axis of the module, wherein they have recesses for the passage of rays in the region of the optical axis. The basic structure of such a discharge arrangement is known from the aforementioned DE 195 47 519 or US 5,814,951 or DE 195 47 813 C2.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, dass nach einer Grundjustierung eines ersten Strahlermoduls im Lampengehäuse alle später im Austausch eingesetzten Module hinsichtlich ihrer Position zur Einkoppel-Optik reproduzierbar positioniert sind, so dass sich eine Nachjustierung erübrigt. Es ist somit gewährleistet, dass ein Strahlermodul ohne großen Aufwand vom Benutzer selbst ausgetauscht werden kann.It proves to be particularly advantageous that after a basic adjustment of a first radiator module in the lamp housing, all modules used later in replacement are positioned reproducibly with respect to their position for coupling optics, so that a readjustment is unnecessary. It is thus ensured that a radiator module can be replaced by the user himself without much effort.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.

Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Längsschnitt des Strahlermoduls, das in eine zum Lampengehäuse gehörenden Halterung eingesetzt ist;
Figur 2 zeigt schematisch die Einbringung des Strahlermoduls in die Halterung mit Einkoppel-Optik für den Lichtleiter;
Figur 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung schematisch die Anordnung des Strahlermoduls und seiner Halterung; weiterhin ist an der dem Strahlermodul abgewandten Seite der Lichtwellenleiter-Anschluss (SMA) erkennbar.

In the following the subject of the invention with reference to Figures 1 to 3 is explained in more detail.

Figure 1 shows a schematic representation of a longitudinal section of the radiator module, which is inserted into a lamp housing belonging to the holder;
Figure 2 shows schematically the introduction of the radiator module in the holder with coupling optics for the light guide;
Figure 3 shows a perspective view schematically the arrangement of the radiator module and its holder; Furthermore, the optical waveguide connection (SMA) can be seen on the side facing away from the radiator module.

Gemäß Figur 1 weist Strahlermodul 1 einen hermetisch dichten Entladungsraum 2 mit einer Umhüllung aus Quarzglas 4 auf, der in seinem Inneren drei Blenden 3 aus hochtemperaturbeständigem Material - wie beispielsweise Molybdän oder Wolfram - enthält,
wobei die Blenden jeweils eine Öffnung 5 entlang einer optischen Achse 6 aufweisen. Zur Anregung der Entladung sind im Inneren des Strahlermoduls 1 Elektroden 7, 8 vorgesehen, die jedoch durch ein Dielektrikum (Quarzglas) vom Entladungsraum 2 getrennt sind. Entlang der optischen Achse 6 ist ein erster transparenter Körper 12 als für UV-Strahlung durchlässiges Fenster (Quarzglas) erkennbar, durch das die mittels elektromagnetischer Anregung im Entladungsraum 2 als Plasma innerhalb der Öffnungen 5 erzeugte Strahlung austritt und in die Ausnehmung 9 der Halterung 11 für die Einkoppel-Optik 10 gelangt. Die Einkoppel-Optik 10 versorgt einen angeschlossenen Lichtwellenleiter 23 (gebrochen dargestellt) mit Strahlung, die aus dem Strahlermodul 1 austritt. Das Strahlermodul 1 weist entlang der optischen Achse 6 einen weiteren transparenten Körper 13 als zweites Fenster (Quarzglas) auf, der den Entladungsraum 2 von einem Raum 15 zur Aufnahme einer Glühlampe 16 als thermischer Strahler abteilt. Der transparente Körper 13 ist wenigstens für sichtbare Strahlung und InfrarotStrahlung durchlässig, während der erste transparente Körper 12 darüber hinaus auch für UV-Strahlung durchlässig sein muss.According to FIG. 1, radiator module 1 has a hermetically sealed discharge space 2 with a quartz glass envelope 4, which contains three diaphragms 3 made of high-temperature-resistant material, such as molybdenum or tungsten, in its interior.
wherein the apertures each have an opening 5 along an optical axis 6. To excite the discharge 1 electrodes 7, 8 are provided in the interior of the radiator module, which are separated by a dielectric (quartz glass) from the discharge space 2. A first transparent body 12 is visible along the optical axis 6 as a window permeable to UV radiation (quartz glass), through which the radiation generated as plasma within the openings 5 by means of electromagnetic excitation in the discharge space 2 emerges and into the recess 9 of the holder 11 the coupling optics 10 passes. The coupling optics 10 supplies a connected optical waveguide 23 (shown in broken lines) with radiation which emerges from the radiator module 1. The radiator module 1 has, along the optical axis 6, a further transparent body 13 as a second window (quartz glass), which divides the discharge space 2 from a space 15 for accommodating an incandescent lamp 16 as a thermal radiator. The transparent body 13 is permeable at least to visible radiation and infrared radiation, while the first transparent body 12 must also be transparent to UV radiation.

Die als Temperaturstrahler ausgebildete Glühlampe 16 erzeugt ein Spektrum, das sich an den UVA-Bereich anschließt und bis zum Infrarotbereich reicht, während die im Entladungsraum 2 erzeugte UV-Strahlung den Spektralbereich von UV-A, UV-B und UV-C aufweist. Das Strahlermodul 1 weist im Bereich der Einkoppel-Optik 10 einen mit dem Strahlermodul 1 fest verbundenen umlaufenden Ring 17 auf, dessen Position in Bezug auf die optische Achse 6 und die sich daran anschließende Einkoppel-Optik 10 so justiert ist, dass die Strahlung aus der Glühlampe 16 und aus dem Entladungsraum 2 auf dem Weg zur Einkoppel-Optik 10 so optimiert wird, dass sie ohne größere Verluste in den Lichtwellenleiter 23 eintreten kann.The trained as a temperature radiator bulb 16 generates a spectrum that adjoins the UVA range and extends to the infrared range, while the UV radiation generated in the discharge space 2 has the spectral range of UV-A, UV-B and UV-C. The radiator module 1 has in the region of the coupling optics 10 a fixedly connected to the radiator module 1 circumferential ring 17, the position of which is adjusted with respect to the optical axis 6 and the subsequent coupling-optics 10 so that the radiation from the Incandescent lamp 16 and from the discharge space 2 on the way to coupling optics 10 is optimized so that they can enter into the optical waveguide 23 without major losses.

Aufgrund einer Anfangsjustierung mit Hilfe von Ring 17 und einer hier nicht erkennbaren Ausnehmung im Strahlermodul 1 wird eine dauerhafte Justierung gebildet, die auch bei Austausch eines Strahlermoduls 1 erhalten bleibt, ohne dass bei Einsetzen eines neuen Strahlermoduls irgendwelche Nachjustierungsmaßnahmen erforderlich sind. Die Halterung 11 ist auf einer Leiterplatte 26 befestigt, auf der die zugehörige Elektronik untergebracht ist.Due to an initial adjustment with the aid of ring 17 and a not recognizable recess in the radiator module 1, a permanent adjustment is formed, which is maintained even when replacing a radiator module 1, without any readjustment measures are required at the onset of a new radiator module. The holder 11 is mounted on a printed circuit board 26, on which the associated electronics is housed.

Anhand Figur 2 ist die Halterung 11 für die Einkoppel-Optik 10 (gemäß Figur 1) mit ihrer Ausnehmung 18 erkennbar, in die das Strahlermodul 1 teilweise so eingeführt wird, dass der zur Justierung vorgesehene umlaufende Ring 17 formschlüssig in Ausnehmung 18 eingeführt und mittels einer anhand Figur 3 erkennbaren Schraube 21 in dieser Position in Halterung 11 arretiert wird. Ring 17 ist dabei gegenüber dem restlichen Strahlermodul 1 mit Hilfe einer hier nicht erkennbaren Ausnehmung im Strahlermodul 1 so positioniert, dass nach Einführen des Strahlermoduls 1 in Halterung 11 stets eine optimale Justierung der Lampenanordnung gewährleistet ist.Based on Figure 2, the holder 11 for the coupling optics 10 (according to Figure 1) with its recess 18 can be seen, in which the radiator module 1 is partially inserted so that the provided for adjustment circumferential ring 17 positively inserted into recess 18 and by means of a 3 recognizable screw 21 is locked in this position in the holder 11. Ring 17 is positioned relative to the rest of the radiator module 1 with the aid of a not visible in the radiator module 1 so that after insertion of the radiator module 1 in holder 11 is always an optimal adjustment of the lamp assembly is guaranteed.

Anhand Figur 3 ist die auf einer Leiterplatte 26 angeordnete Halterung 11 zur Arretierung von Strahlermodul 1 erkennbar. Die hier nicht erkennbare Glühlampe ist entlang der optischen Achse 6 fixiert im Lampenraum 15 (Figur 1) angeordnet, wobei die erzeugte Strahlung ebenfalls entlang der Achse 6 austritt und durch beide als Fenster ausgebildeten transparenten Körper (Quarzglas) des Entladungsraumes geführt wird. Die von Plasmakugeln im Bereich der Blendenöffnungen 5 (Figur 1) erzeugte UV-Strahlung tritt ebenfalls entlang der optischen Achse 6 durch den ersten transparenten Körper 12 (Quarzglas-Fenster) in die Einkoppel-Optik 10 aus, von wo aus sie in einen hier gebrochen dargestellten Lichtwellenleiter 23 geführt wird.With reference to FIG. 3, the holder 11 arranged on a printed circuit board 26 can be seen for arresting the emitter module 1. The incandescent lamp, which is not recognizable here, is arranged fixedly in the lamp chamber 15 (FIG. 1) along the optical axis 6, the generated radiation also emerging along the axis 6 and passing through both the transparent body (quartz glass) of the discharge space formed as a window. The UV radiation generated by plasma spheres in the region of the apertures 5 (FIG. 1) also passes along the optical axis 6 through the first transparent body 12 (quartz glass window) into the coupling optics 10, from where they are refracted into one here shown optical waveguide 23 is guided.

Claims

Radiator module (1) for insertion into a lamp housing with at least one discharge lamp as a radiation source, located in the interior of the module, which emits UV radiation produced by means of plasma in the interior of a discharge chamber (2), wherein the plasma is formed by coupling an electromagnetic field in the discharge chamber (2) and the radiation produced by the plasma exits along a predetermined optical axis (6) through at least a first body (12) which is transparent to UV radiation, as a window, wherein at least one diaphragm (3) with a continuous bore (5) is provided in the region of the plasma along the axis (6), and radiation produced along this axis (6) by an additional radiation source (16) penetrates through a second transparent body (13) as an entry window into the discharge chamber (2) and exits along the axis (6) through the first transparent body (12) together with the UV radiation produced by the plasma, characterised in that a temperature radiator is rigidly arranged, as the additional radiation source (16), inside the module (1) along the optical axis (6) in a predetermined position, the module being insertable in a mounting (11) of the lamp housing with a coupling lens (10) and being locked and held in a predetermined position inside the mounting (11) by the positive fit of the module (1) with respect to the coupling lens (10).
Radiator module according to claim 1, characterised in that for the purpose of locking in the region of its end face directed toward the coupling lens (10), the module (1) has an annular adjusting element (17), which is non-displaceably adjusted in a defined position with respect to the first transparent body (12), as the outlet window, and the optical axis (6) of the module.
Radiator module according to claim 2, characterised in that the adjusting element engages in a recess (18) of the mounting for the coupling lens (10).
Radiator module according to claim 2 or 3, characterised in that an adjusting ring (17) is provided as the adjusting element, which is fixed by means of a screw in the recess (18).
Radiator module according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the discharge chamber (2) is surrounded by quartz glass (4).
Radiator module according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the diaphragms (3) located in the discharge chamber (2) consist of molybdenum or tungsten.
Radiator module according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the discharge chamber (2) has a filling of deuterium with a cold fill pressure in the range of 5 mbar to 200 mbar.
Radiator module according to any one of claims 1 to 7, characterised in that electrodes (7, 8) located outside the discharge chamber (2) are provided to couple the electromagnetic field.
Radiator module according to claim 8, characterised in that the electrodes (7, 8) are arranged along the optical axis (6) of the module (1), wherein they have openings in the region of the optical axis (6) for the passage of rays.
Radiator module according to any one of claims 1 to 9, characterised in that an incandescent lamp is provided as the additional radiation source (16).
Radiator module according to any one of claims 1 to 10, characterised in that the housing of the module (1) consists of temperature-resistant plastics material.