EP2507816B1

EP2507816B1 - Elektrische hochdruckentladungslampe für kosmetische hautbehandlung

Info

Publication number: EP2507816B1
Application number: EP10790894.9A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Berger
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: CN102725819B; DE102009056753A1; US20120248963A1; EP2507816A1; WO2011066967A1; CN102725819A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Hochdruckentladungslampe für eine kosmetische Hautbehandlung, umfassend ein Leuchtrohr aus Quarzglas, wobei in dem Leuchtrohr zumindest zwei Elektroden aus Metall mit einem gegenseitigen Abstand grösser als dem Innendurchmesser des Leuchtrohrs angeordnet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen elektrischen Hochdruckentladungslampe.
Eine Reihe von Untersuchungen hat gezeigt, dass die Bestrahlung einer menschlichen Haut mit Licht im Wellenbereich zwischen 530 bis 950 nm zu einer Reduktion der Falten und somit zu einer Hautverjüngung führt. Dieses wird vorrangig darauf zurückgeführt, dass durch das Licht im besagten Wellenlängenspektrum die Kollagenproduktion der Haut angeregt wird. Dieses führt zu einer Hautstraffung. Im Stand der Technik ist es bekannt, für solche Verfahren rote LEDs zu verwenden. Auf Basis dieser roten LEDs werden Lampen gebaut, die dann zur Bestrahlung von Hautpartien eingesetzt werden. Als nachteilig hat es sich herausgestellt, dass LEDs nur Linienspektren aufweisen, deren Bandbreite häufiger kleiner als 15 nm ist. Dadurch ergibt sich in Abhängigkeit von verschiedenen Hauttypen leider nicht die gewünschte Wirkung.
Bestrahlungslampen, die ein nahezu kontinuierliches Spektrum abstrahlen, sind beispielsweise elektrische Hochdruckentladungslampen. Solche elektrischen Hochdruckentladungslampen für kosmetische Hautbehandlungen sind beispielsweise aus der US 2008 255 547 A1 bekannt. Um die unerwünschten Wellenlängen zumindest teilweise zu absorbieren, werden solche Hochdruckentladungslampen hinter Filterscheiben angeordnet. Solche Anordnungen haben den Nachteil, dass ein zusätzliches Bauteil notwendig ist, um eine Bestrahlungslampe aufzubauen. Dieses zusätzliche Bauteil benötigt Platz und verursacht zusätzliche Kosten.
Die gattungsgemäße DE 10 2006 058 279 A1 schlägt daher vor, dass ein Leuchtrohr einer elektrischen Hochdruckentladungslampe aus Quarzglas besteht, das mit Vanadium und gegebenenfalls zusätzlich mit Cer und/oder Titan dotiert ist. Durch die Dotierungen kann auf eine Filterscheibe verzichtet werden, da diese die Strahlung in dem unerwünschten Bereich verringert. Nachteilig ist hieran, dass die Absorptionskanten der Vanadium-Dotierung nicht optimal sind, um das erwünschte Wellenlängenprofil zu erhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, insbesondere soll eine elektrische Hochdruckentladungslampe bereitgestellt werden, die das erwünschte Wellenlängenspektrum erzeugt oder eine Wellenlängenspektrum abstrahlt, das dem erwünschten möglichst nahe kommt. Zumindest sollen die besonders ungünstigen kurzen Wellenlängen unter 550 nm vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine elektrische Hochdruckentladungslampe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Weiterhin wird zur Lösung dieser Aufgabe eine Verwendung der erfindungsgemäßen elektrische Hochdruckentladungslampe vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind jeweils bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt. Merkmale und Details, die in Zusammenhang mit der elektrischen Hochdruckentladungslampe beschrieben werden, gelten-dabei auch in Zusammenhang mit der Verwendung und jeweils umgekehrt.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in dem Leuchtrohr ein Gas eingeschlossen ist und das Quarzglas mit Kupfer und Zinn dotiert ist, wodurch die Transmission des Leuchtrohrs für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 550 nm reduziert ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Leuchtrohr aus Quarzglas mit mindestens 99,5 Gew.-% SiO₂ besteht.
Auch kann vorgesehen sein, dass die elektrische Hochdruckentladungslampe ein Halogenstrahler ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Gas im Leuchtrohr Quecksilber und/oder Lithiumiodid umfasst.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass in dem Leuchtrohr ein oder mehrere Halogenverbindungen eines oder mehrerer Metalle der I. oder/und II. oder/und III. Gruppe des Periodensystems der Elemente enthalten sind.
Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Gas Quecksilberiodid und Lithiumiodid sowie Argon umfasst und dass das Gas vorzugsweise zusätzlich Thalliumiodid umfasst.
Zur Absorption unerwünschter hoher Wellenlängen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass auf der Oberfläche des Leuchtrohrs zumindest bereichsweise eine MetalloxidBeschichtung vorgesehen ist, die elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge länger als 800 nm dämpft.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Leuchtrohr an wenigstens einem Ende mit einem Belag versehen ist, der Wärmestrahlen reflektiert, insbesondere einem Belag umfassend Zirkonoxid.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass durch die Dotierung die Transmission für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 550 nm um 70 %, vorzugsweise um 80 % gegenüber einem undotierten Leuchtrohr reduziert ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass durch die Dotierung die Transmission für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 300 nm und 550 nm um 70 %, insbesondere 80 % gegenüber einem undotierten Leuchtrohr reduziert ist.
Auch ist es besonders vorteilhaft, wenn das Leuchtrohr elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 550 nm und 750 nm zu mindestens 70 % transmittiert.
Es wird erfindungsgemäß auch vorgeschlagen, dass das Leuchtrohr mit Titan dotiert ist.
Mit der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass das Leuchtrohr länglich ist, bevorzugt zylindrisch, besonders bevorzugt zylindrisch mit kreisförmiger Grundfläche ist.
Zur Lösung der Aufgabe ist ferner erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Leuchtrohr ein Gas eingeschlossen ist, wobei das Gas Quecksilber und Lithiumiodid aufweist, das Leuchtrohr zusätzlich mit Kupfer und Titan dotiert ist, um eine Transmission des Leuchtrohrs für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 550 nm zu reduzieren.
Einer der Kernpunkte der Erfindung ist darin zu sehen, eine elektrische Hochdruckentladungslampe zu verwenden. Die erfindungsgemäß ausgestaltete Hochdruckentladungslampe weist ein vergleichsweise kontinuierliches Spektrum auf und sorgt somit für eine Kollagenproduktion bzw. Hautverjüngung auch bei unterschiedlichen Hauttypen, im Vergleich zu einer Lampe aus LEDs. Um dieses Ziel zu erreichen bzw. die oben gestellte Aufgabe zu erfüllen, weist die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe ein Leuchtgas auf - im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als Gas bezeichnet -, welches Lithiumiodid umfasst. Durch die Nutzung von Lithiumiodid in Verbindung mit Quecksilber und/oder einer Quecksilberverbindung wird ein Emissionsspektrum erreicht, das seinen Schwerpunkt in dem Bereich zwischen 530 und 950 nm hat. Dabei werden auch Linienspektren angeregt, aber durch die sehr starke Verbreiterung des Emissionsspektrums ergibt sich ein nahezu kontinuierliches Spektrum mit hoher Intensität. Zusätzlich ist die erfindungsgemäße elektrische Hochdruckentladungslampe dadurch gekennzeichnet, dass das aus SiO₂ - auch als Quarzglas bezeichnet - hergestellte Leuchtrohr mit Kupfer und Zinn dotiert ist. Durch die Kupfer-Dotierung wird die vom Gas emittierte elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 550 nm gedämpft. Die Dotierung des Leuchtrohrs führt dazu, dass jenes wie ein Tiefpass im Frequenzbereich bzw. ein Hochpass im Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung wirkt. Durch die Dotierung wird keine Sprungfunktion in der Transmission erreicht, allerdings ermöglicht die Dotierung ein Herausfiltern eines wesentlichen Anteils - mindestens 50 % - möglicherweise schädigender UV (Ultraviolett)-Anteile im Licht der elektrischen Hochdruckentladungslampe. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass durch die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe ein nahezu kontinuierliches Spektrum im gewünschten Wellenlängenbereich zwischen 550 und 800 nm erreicht wird, so dass auch für unterschiedliche Hauttypen eine kosmetische Hautbehandlung zur Verfügung gestellt werden kann.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die Kombination von Kupfer und Zinn als Dotierung die gewünschte Absorption des unteren Wellenlängenbereichs dauerhaft erzielbar ist, das heißt, ohne dass sich die Absorptionseigenschaften des Leuchtrohrs mit der Zeit zu schnell verschlechtern. Wird Kupfer alleine eingesetzt, diffundiert dieses durch das Kristallgitter des Quarzglases und bildet Cluster. Grund dafür ist die hohe Temperatur, der das Leuchtrohr in der elektrischen Hochdruckentladungslampe ausgesetzt ist. Da die Kupfer-Cluster sich nicht wieder auflösen, ist zunehmend weniger Kupfer im Quarzglas verteilt. Die Dichte der Kupfer-Dotierungen nimmt also über die Betriebszeit zu schnell ab. Dadurch verschlechtern sich die Absorptionseigenschaften des dotierten SiO₂. Mit zunehmender Lebensdauer wird ein nur mit Kupfer dotiertes Leuchtrohr also zunehmend unerwünschte, schädigende, kurzwellige elektromagnetische Strahlung durchlassen. Es wurde überraschend gefunden, dass durch die Dotierung mit Zinn zusätzlich zum Kupfer die Bildung von Clustern bei hohen Temperaturen gehemmt oder sogar verhindert wird, und dass sich dieser Effekt vorteilhaft für Leuchtrohre von elektrischen Hochdruckentladungslampen ausnutzen lässt. Die erwünschten Absorptionseigenschaften des Leuchtrohrs bleiben so lange Erhalten und die erfindungsgemäße elektrische Hochdruckentladungslampe erzielt eine hohe Lebensdauer. Da eine Kupfer-Zinn-Legierung als Bronze bezeichnet wird, kann man auch von einer Bronze-Dotierung des Quarzglases sprechen.
Die Zinn-Dotierung begegnet also dem Problem, dass die Lebensdauer eines Leuchtrohrs aus Quarzglas, das mit Kupfer dotiert ist, sehr kurz ist, beziehungsweise, dass die Absorptionseigenschaften eines mit Kupfer dotierten Leuchtrohrs aus SiO₂ über die Zeit nachlassen. Dies ist der hohen Temperatur der elektrischen Hochdruckentladungslampe im Betrieb geschuldet. Hierdurch wird die Aufgabe gelöst, eine elektrische Hochdruckentladungslampe- bereitzustellen, die zum einen das vorteilhafte Spektrum abstrahlt, aber gleichzeitig auch im Betrieb nicht nachlässt, also keine unerwünschte Alterung erfährt. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass die Hochdruckentladungslampe beziehungsweise zumindest das Leuchtrohr nicht regelmäßig gewechselt werden muss, um eine Gefährdung des Bestrahlten auszuschließen. Dies spart Kosten, Ressourcen und Zeit und macht alle mit einer solchen erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe ausgerüsteten Geräte anwendungsfreundlicher.
Im Rahmen der Erfindung bezeichnet Kollagen ein bei Menschen und Tieren vorkommendes Strukturprotein des Bindegewebes (genauer: der extrazellulären Matrix). Im menschlichen Körper ist Kollagen mit über 30 % Anteil am Gesamtgewicht aller Proteine das am meisten verbreitete Eiweiß. Kollagen ist ein wesentlicher organischer Bestandteil von Knochen und Haut.
Im Rahmen der Erfindung bezeichnet das Dotieren einen Vorgang bei dem das SiO₂ Material der Leuchtröhre gezielt mit Fremdatomen kontaminiert wird. Die Fremdatome werden dabei durch Ionenbeschuss oder Diffusion etc. in die kristalline atomare Struktur eingefügt. Es gibt verschiedene Dotierungsverfahren, zum Beispiel Diffusion, Sublimation aus der Gasphase oder Beschuss mittels hochenergetischen Teilchenkanonen unter Vakuum (Ionenimplantation). Das Kupfer und das Zinn können aber auch in elementarer Form, als Bronze oder als besser als Oxide einer SiO₂-Schmelze beigemengt werden, um ein Quarzglas mit der gewünschten Dotierung herzustellen.
Als Hochdruckentladungslampen oder auch Gasentladungslampen werden im Rahmen der Erfindung Lichtquellen bezeichnet, die zur Lichterzeugung eine Gasentladung verwenden und dabei die spontane Emission durch atomare oder molekulare elektronische Übergänge und die Rekombinationsstrahlung eines durch elektrische Entladung erzeugten Plasmas ausnutzen. Bei dem das Plasma bildenden Gas handelt es sich erfindungsgemäß um ein Gemisch welches Quecksilber und Lithiumiodid enthält, wobei auch Edelgase enthalten sein können (Xenon, Krypton, Neon). Die beiden Elektroden in dem Leuchtrohr können Wolfram umfassen (massiv oder Drahtwickel). Die Stromdichte innerhalb des Leuchtrohrs ist so hoch, dass die Niederdruck-Entladung beim Start sofort in eine Bogenentladung übergeht, so dass sich der Innendruck durch steigende Temperatur und verdampfende Füllbestandteile stark erhöht. Die Elektroden erreichen je nach Bauart Temperaturen von etwa 1000° C bis mehrere 1000° C und werden nicht vorgeheizt. Aufgrund der höheren Dichte und der daraus resultierenden kleineren freien Weglänge der Teilchen befinden sich bei der Hochdruckentladungslampe (p > 0,1 bar bzw. > 10000 Pa) Elektronen- und Gastemperatur annähernd im Gleichgewicht. Im Gegensatz zu Leuchtröhren sind die Spannungen niedrig (50 bis 200 V) und die Entladungsströme (typisch 1 bis 10 A) deutlich höher.
Die Transmission beschreibt eine Größe für die Durchlässigkeit eines Mediums für elektromagnetische Wellen. Trifft eine Welle, die sich im Medium A bewegt; auf ein Medium B endlicher Dicke, so wird sie je nach den Stoffeigenschaften des Hindernisses zum Teil an den Grenzflächen reflektiert und beim Durchqueren ganz oder teilweise absorbiert. Der verbleibende Rest wird durch das Medium B hindurch transmittiert und tritt an der gegenüberliegenden Seite des Mediums B wieder aus. Die Transmission - auch als Transmissionsgrad bezeichnet - ist ein Maß für die "durchgelassene" Intensität.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Leuchtrohr ein oder mehrere Halogenverbindungen eines oder mehrerer Metalle der I. oder/und II. oder/und III. Gruppe des Periodensystems der Elemente enthalten sind. Lithiumverbindungen werden im Rahmen von Hochdruckentladungslampen nur sehr zurückhaltend verwendet, da bekannt ist, dass diese eine gewisse Aggressivität aufweisen, welche je nach Konzentration schwankt. Erfindungsgemäß kann die Lithiumkonzentration so gering sein, dass über die zu erwartende Lebensdauer keine oder nur eine geringe Schädigung des aus Quarzglas aufgebauten Leuchtrohrs zu erwarten ist. Wird allerdings eine sehr hohe Intensität der Strahlung des Gases in dem oben aufgeführten Wellenlängenbereich benötigt, kann zur Dämpfung der aggressiven Wirkung des Lithiumiodids das Gas des Leuchtrohrs zusätzlich mit einem Halogen bzw. einer Halogenverbindung ergänzt werden. Die Halogenverbindungen dissoziieren in das Plasma, wobei dennoch die Temperatur in der Nähe der Wand des Leuchtrohrs so niedrig ist, dass dieses vermutlich nur mit den Halogensalzen in Kontakt kommt und dadurch gegen möglicherweise schädliche Dämpfe des Lithiums abgeschirmt wird. Durch diese Art Abschirmung der Innenwand des Leuchtrohrs können auch hohe Konzentrationen von Lithiumiodid in dem Gas genutzt werden, welche sich entsprechend in hohe Leuchtintensitäten der Hochdruckentladungslampe umsetzen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Quecksilberiodid und Lithiumiodid sowie Argon aufweist. Dabei dient das Edelgas Argon zur Stabilisierung der Entladung. So wird ein besonders gleichmäßiges und langfristig nutzbares Spektrum erzeugt, welches in der Nähe eines Kontinuumstrahlers liegt und sich als besonders effizient und wirksam für kosmetische Hautbehandlungen herausgestellt hat. Neben den oben aufgeführten Halogenverbindungen hat es sich auch als vorteilhaft herausgestellt, ein nicht aggressives Metall wie etwa Thallium oder Thalliumiodid in das Gas einzubringen. Insbesondere Thalliumiodid hat sich als vorteilhaft erwiesen, da sich das Jod an den kühleren Wänden des Leuchtrohrs absetzt und dort mit dem zerstäubten Wolfram der Elektroden verbindet. Diese flüchtige Verbindung zersetzt sich bei hohen Temperaturen also insbesondere an den Elektroden. Das bewirkt, dass der in Folge der Schwärzung der Gefäßwand hervorgerufene Lichtabfall vermindert wird.
Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Leuchtrohr mit einer Metalloxidbeschichtung versehen ist, um elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge länger als 800 nm zu dämpfen. Durch die Kombination der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrischen Hochdruckentladungslampe mit einer Metalloxidbeschichtung ergibt sich ein Bandpassverhalten. Die Dotierung des Leuchtrohrs mit Kupfer und Zinn und gegebenenfalls auch Titan reduziert die Emission von UV-Strahlung aus der Hochdruckentladungslampe. Der IR (Infrarot)-Anteil des emittierten Lichtes kann durch eine Beschichtung des Leuchtrohrs mit wenigstens einem Metalloxid reduziert werden. Auch hier ergibt sich keine Dämpfung, die dem Verlauf einer Sprungfunktion entspricht. Dennoch ist durch die Metalloxidbeschichtung ab einer Wellenlänge von 850 nm eine Reduktion der Transmission um wenigstens 50 % gegenüber einem unbeschichteten Leuchtrohr zu erzielen. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Titanoxid als Metalloxid herausgestellt, da diese eine mindestens 50 %-ige Dämpfung der elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 1200 nm erzielt. Die erfindungsgemäß vorgesehene Metalloxidbeschichtung kann in einem Tauchbeschichtungsverfahren hergestellt werden. Die dabei verwendeten metallalkoholischen Beschichtungslösungen werden in einem thermischen Prozess in festhaftende Metalloxidschichten umgewandelt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Hochdruckentladungslampe zeichnet sich dadurch aus, dass das Leuchtrohr an wenigstens einem Ende mit einem die Wärmestrahlen reflektierenden Belag versehen ist. Durch das Erzeugen eines Plasmas in der Hochdruckentladungslampe entsteht ein nicht geringer Anteil an Wärmestrahlung. Um die Elektroden, welche sich an den jeweiligen äußeren Enden des länglichen Leuchtrohrs befinden, nicht zu beschädigen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese Enden mit einem die Wärmestrahlung reflektierenden Belag zu versehen. Eine besonders hohe Reflektivität für die Wärmestrahlung, welche in einem Gas das Quecksilber und Lithiumiodid enthält, aufweist, ergibt sich durch die Nutzung von Zirkonoxid. Zirkonoxid lässt sich leicht und einfach auf das Äußere des Leuchtrohrs aufbringen und bildet einen dauerhaften und beständigen Belag, der durch Reflexion die Wärmestrahlung von den Elektroden wegführt.
Wie oben dargelegt, zeichnet sich eine erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe durch drei Besonderheiten aus:

1. Das Gas enthält Quecksilber und Lithiumiodid, um so ein Emissionsspektrum im Wellenlängenbereich zwischen 550 und 800 nm zu erzielen.
2. Zusätzlich ist das Leuchtrohr, welches aus Quarzglas besteht, mit Kupfer und gegebenenfalls auch Titan dotiert, um so eine Transmission des Leuchtrohrs für auftretende elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 550 nm zu reduzieren.
3. Das Leuchtrohr ist auch mit Zinn dotiert, um ein Clustern des Kupfers zu verhindern und damit die Stabilität der Absorptionseigenschaften zu gewährleisten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass durch die Dotierung die Transmission des Leuchtrohrs für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 550 nm um 70 %, insbesondere 80 % gegenüber einem undotierten Leuchtrohr reduziert ist. Die angestrebte Reduktion der Transmission um die besagte Prozentzahl stellt sicher, dass keine UV-Strahlung zu einer Schädigung der Haut der Person führt, welcher mit der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe bestrahlt wird. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn durch die Dotierung die Transmission für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 300 nm und 550 nm um 70 %, insbesondere 80 % gegenüber einem undotierten Leuchtrohr reduziert ist. In dem zuletzt aufgeführten Wellenbereich findet noch eine nicht zu vernachlässigende Emission von elektromagnetischer Strahlung durch das Gas der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe statt. Dieser Anteil des Wellenlängenspektrums kann durch die Dotierung des SiO₂ des Leuchtrohrs mit Kupfer und gegebenenfalls auch mit Titan signifikant reduziert werden, um so etwaige Hautschäden zu vermeiden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der elektrischen Hochdruckentladungslampe zeichnet sich dadurch aus, dass das Leuchtrohr elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 550 nm und-750 nm mit zumindest 70 % transmittiert. Durch einen - neben der Dotierung - sehr reinen Aufbau des länglichen Leuchtrohrs aus mindestens 99,5 Gew.-% SiO₂ bevorzugt 99,75 Gew.-% SiO₂ ergibt sich eine nur geringe Dämpfung der elektromagnetischen Strahlung beim Durchgang durch das Leuchtrohr. So wird eine zufriedenstellende Transmission von zumindest 70 % für elektromagnetische Strahlung in dem interessanten Wellenlängenbereich zwischen 550 nm und 750 nm erreicht.
Erfindungsgemäß beansprucht wird ebenfalls eine Verwendung einer erfindungsgemäßen elektrischen Hochdruckentladungslampe in einem Bräunungsgerät oder Strahler für eine kosmetische Hautbehandlung. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe in einem Bräunungsgerät dient dazu, um die Kollagenproduktion in der Haut eines bestrahlten Körperteiles anzuregen. Die erfindungsgemäße Besonderheit bestehtdarin, dass die hier offenbarte Hochdruckentladungslampe direkt in handelsübliche Bräunungsgeräte - auch als Besonnungsgerät bezeichnet - eingebaut werden können. So können kommerziell genutzte Bräunungsgeräte - auch als Sonnenbanken bezeichnet - durch einen Austausch der integrierten Hochdruckentladungslampe gegen jene hier offenbarte in Behandlungsgeräte für die Haut umgerüstet werden. Es bedarf gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten LEDs keiner Montage neuer Elemente, Anschlüsse und/oder Halterungen, um die Quellen der elektromagnetischen Strahlung zu integrieren. Erfindungsgemäß reicht es aus, die hier offenbarte Hochdruckentladungslampe einfach zusätzlich oder in Alleinstellung in schon vorhandene Bräunungsgeräte zu integrieren.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen beschrieben sind.
Dabei können die in den Ansprüchen und der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

Figur.1: eine erfindungsgemäße elektrische Hochdruckentladungslampe in einer ersten Ausgestaltung,
Figur 2: die elektrische-Hochdruckentladungslampe in einer weiteren Ausgestaltung und
Figur 3: eine Ausschnittvergrößerung des Bereiches I aus Figur 2.

In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße elektrische Hochdruckentladungslampe 10 dargestellt. Diese Hochdruckentladungslampe 10 weist ein längliches Leuchtrohr 20 auf, welches aus einem wasserstoffarmen Quarz zur Verminderung des Lichtabfalles hergestellt ist. Das längliche Leuchtrohr 20 weist dazu mindestens 99,5 Gew.-% SiO₂ auf. An den jeweiligen Enden befinden sich Quetschungen 50, die das Leuchtrohr 20 gasdicht abschließen. Durch die Quetschungen 50 verlaufen Zuleitungsdrähte 55 mit denen elektrische Energie zu den Elektroden 21 gebracht werden kann. Der gegenseitige Abstand der Elektroden 21 zueinander ist groß gegenüber einem inneren Durchmesser des Leuchtrohrs 20. Die Elektroden 21 sind aus aktivierten, schwer schmelzbaren Materialien wie z. B. Wolfram hergestellt. Um die Elektroden 21 zu aktivieren, wurden diese mit Emissionsmaterialien wie zum Beispiel Erdalkalikarbonaten und/oder Thoriumoxid aktiviert. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Hochdruckentladungslampe 10 für kosmetische Hautbehandlungen genutzt werden soll und deshalb elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 550 nm und 800 nm abstrahlen soll. Um dieses zu erreichen, ist das Leuchtrohr 20 gefüllt mit einem Gas, welches Quecksilber 30 und Lithiumiodid 40 aufweist. Durch die Nutzung von Lithiumiodid 40 wird sichergestellt, dass sich ein verbreitertes Spektrum im gewünschten Wellenlängenintervall ergibt, das nahezu die Charakteristik eines Kontinuumspektrums aufweist. Weiterhin zeichnet sich das erfindungsgemäße Leuchtrohr 20 dadurch aus, dass es mit Kupfer und Zinn oder mit Kupfer, Zinn und Titan dotiert ist, um eine Transmission des Leuchtrohrs 20 für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 550 nm zu reduzieren. Durch die Dotierung wird sichergestellt, dass das von der Hochdruckentladungslampe 10 emittierte Licht nur sehr geringe Anteile im UV aufweist. Denn diese UV Anteile der elektromagnetischen Strahlung werden durch das entsprechend dotierte Leuchtrohr 20 absorbiert.
Zu einer weiteren Stabilisierung des in dem Leuchtrohr 20 enthaltenen Gases kann dieses Quecksilberiodid und Lithiumiodid sowie Argon aufweisen. Argon sorgt dabei als Edelgas für ein besonders stabiles Brennen des Plasmas zwischen den beiden Elektroden 21. Weiterhin ist es möglich, dass in dem Leuchtrohr 20 ein oder mehrere Halogenverbindungen enthalten sind. Diese Halogenverbindungen haben überraschenderweise gezeigt, dass sie eine möglicherweise schädigende Wirkung des Lithiums bei hohen Konzentrationen reduzieren. Somit kann die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe 10 auch bei hohen Lithiumiodid Konzentrationen verwendet werden, ohne dass es zu einer Schädigung des aus Quarzglas aufgebauten Leuchtrohrs 20 kommt.
In Figur 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe 10 dargestellt. Diese unterscheidet sich von jener aus Figur 1 nur dadurch, dass zusätzlich ein Wärmestrahlen reflektierender Belag 60 an den Enden des Leuchtrohrs 20 vorgesehen ist. Dieser reflektierende Belag 60 besteht vorteilhafterweise aus Zirkonoxid. Mittels des reflektierenden Belags 60 werden Wärmestrahlen, die von den Elektroden 21 und/oder dem Plasma des Gases erzeugt werden, in das Innere 22 des Leuchtrohrs 20 bzw. in die Umgebung reflektiert.
Die Hochdruckentladungslampe 10 kann in einer weiteren Ausgestaltung noch eine Metalloxidbeschichtung 80 aufweisen, die ebenfalls zur Dämpfung von elektromagnetischer Strahlung dient, was Figur 3 verdeutlicht. Die Figur 3 ist eine Ausschnittvergrößerung des Bereiches I aus der Figur 2 und zeigt einen Schnitt durch die Innenwand des Leuchtrohrs 20 im Bereich der Elektroden 21. Das SiO₂ des erfindungsgemäßen länglichen Leuchtrohrs 20 ist mit Kupfer 70, Zinn 70' und/oder Titan 70' dotiert. Dadurch wird erreicht, dass die Transmission des Leuchtrohrs 20 für elektromagnetische Strahlung 110 mit einer Wellenlänge kürzer als 550 nm reduziert wird. Durch die Dotierung mit Kuper 70, Zinn 70' und/oder Titan 70' absorbiert das Leuchtrohr 20 die elektromagnetische Strahlung 110, die eine Wellenlänge aufweist, welche kleiner ist als 550 nm. Erfindungsgemäß kann zusätzlich die äußere Oberfläche des Leuchtrohrs 20 mit einer Metalloxidbeschichtung 80 versehen sein. Dabei handelt es sich vorteilhafterweise um Titanoxid. Diese Metalloxidbeschichtung 80 dämpft elektromagnetische Strahlung 110', welche eine Wellenlänge von mehr als 800 nm aufweist. Durch seine Dotierung sowie die Beschichtung mit einem Metalloxid entwickelt das Leuchtrohr 20 das Verhalten eines Bandpasses. Nur noch elektromagnetische Strahlung 110" mit einer Wellenlänge zwischen 550 nm und 800 nm gelangt nahezu ungedämpft in die Umgebung der Hochdruckentladungslampe. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Licht der genannten Wellenlänge zu maximal 30 % in der Leuchtröhre 20 oder der Beschichtung 80 absorbiert wird. Der Rest der elektromagnetischen Strahlung 110" tritt in die Umgebung 100 aus und kann für kosmetische Hautbehandlungen genutzt werden.
Zunächst wird durch das leuchtende Gas 30, 40 eine elektromagnetische Strahlung 110 im inneren 22 des Leuchtrohrs 20 erzeugt. Die elektromagnetische Strahlung 110 tritt in die Quarzwände des Leuchtrohrs 20 ein. Dort erfolgt eine teilweise Absorption an den Dotierungen 70, 70' des Quarzglases vor allem im Wellenlängenbereich unter 550 nm. Die im unteren Wellenlängenbereich gefilterte elektromagnetische Strahlung 110' tritt dann in die Metalloxidbeschichtung 80 ein, wo eine weitere teilweise Absorption vor allem im Wellenlängenbereich über 750 nm oder 800 nm erfolgt. Schließlich tritt die im oberen und unteren Wellenlängenbereich gefilterte elektromagnetische Strahlung 110" aus der Hochdruckentladungslampe in die Umgebung 100 aus.
Während des Betriebs der elektrischen Hochdruckentladungslampe 10 entsteht Wärme. Das Leuchtrohr 20 ist dabei Temperaturen im Bereich von bis zu 1000° C ausgesetzt. Bei diesen Temperaturen kann Kupfer 70 im Quarzglas diffundieren. Um zu verhindern, dass sich das Kupfer zu Klumpen beziehungsweise Clustern im Quarzglas verbindet, ist in das Quarzglas zusätzlich Zinn 70' dotiert. Das Zinn 70' verhindert die Bildung von Kupfer-Clustern und damit die Verringerung der Dichte des Kupfers 70 in der SiO₂-Matrix.
Da die Dotierung des Quarzglases mit Kupfer 70 maßgeblich für die erwünschten Absorptionseigenschaften der Hochdruckentladungslampe 10 ist, würde die Bildung der Kupfer-Cluster bei gleichzeitiger Verringerung der Kupfer-Konzentration im Quarzglas zu einer Verschlechterung der Absorptionseigenschaften des Leuchtrohrs 20 führen. Mit zunehmender Lebensdauer der Hochdruckentladungslampe 10 würde also immer mehr elektromagnetische Strahlung 110" im unerwünschten Wellenlängenbereich unter 550 nm emittiert. Dies wird durch die zusätzliche Dotierung des Quarzglases mit Zinn 70' verhindert oder zumindest gebremst. Kupfer 70 und Zinn 70' können dazu in gleichen Mengen zugegeben beziehungsweise eindotiert werden.
Eine Dotierung des SiO₂ mit Titan 70' kann zusätzlich erfolgen, um eine zusätzliche Absorption zu erzielen und den Absorptionsbereich gleichmäßiger zu gestalten.
Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10: elektrische Hochdruckentladungslampe
20: Leuchtrohr
21: Elektroden
22: Inneres des Leuchtrohrs
30: Quecksilber
40: Lithiumiodid
50: Quetschung
55: Zuleitung
60: reflektierender Belag
70: Kupfer
70': Zinn, Titan
80: Metalloxidbeschichtung
100: Umgebung
110, 110', 110": elektromagnetische Strahlung

Claims

Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) für eine kosmetische Hautbehandlung, umfassend ein Leuchtrohr (20) aus Quarzglas, wobei in dem Leuchtrohr (20) zumindest zwei Elektroden (21) aus Metall mit einem gegenseitigen Abstand größer als dem Innendurchmesser des Leuchtrohrs (20) angeordnet sind, und wobei
in dem Leuchtrohr (20) ein Gas eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglas mit Kupfer (70) und Zinn (70') dotiert ist, wodurch die Transmission des Leuchtrohrs (20) für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 550 nm reduziert ist.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Leuchtrohr (20) aus Quarzglas mit mindestens 99,5 Gew.-% SiO₂ besteht.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Hochdruckentladungslampe (10) ein Halogenstrahler ist.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gas im Leuchtrohr (20) Quecksilber (30) und/oder Lithiumiodid (40) umfasst.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Leuchtrohr (20) ein oder mehrere Halogenverbindungen eines oder mehrerer Metalle der I. oder/und II. oder/und III. Gruppe des Periodensystems der Elemente enthalten sind.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gas Quecksilberiodid und Lithiumiodid (40) sowie Argon umfasst und dass das Gas vorzugsweise zusätzlich Thalliumiodid umfasst.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Oberfläche des Leuchtrohrs (20) zumindest bereichsweise eine MetalloxidBeschichtung (80) vorgesehen ist, die elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge länger als 800 nm dämpft.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Leuchtrohr (20) an wenigstens einem Ende mit einem Belag (60) versehen ist, der Wärmestrahlen reflektiert, insbesondere einem Belag (60) umfassend Zirkonoxid.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
durch die Dotierung die Transmission für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 550 nm um 70 %, vorzugsweise um 80 % gegenüber einem undotierten Leuchtrohr (20) reduziert ist.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
durch die Dotierung die Transmission für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 300 nm und 550 nm um 70 %, insbesondere 80 % gegenüber einem undotierten Leuchtrohr (20) reduziert ist.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Leuchtrohr (20) elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 550 nm und 750 nm zu mindestens 70 % transmittiert.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Leuchtrohr (20) mit Titan (70') dotiert ist.
Elektrische Hochdruckentladungslampe (10) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Leuchtrohr (20) länglich ist, bevorzugt zylindrisch, besonders bevorzugt zylindrisch mit kreisförmiger Grundfläche ist.
Verwendung einer elektrischen Hochdruckentladungslampe (10) nach einem der vorherigen Ansprüche in einem Bräunungsgerät oder Strahler zur kosmetischen Hautbehandlung.