JPH10513566A

JPH10513566A - 電球用のガスの純度及び／又は圧力の測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH10513566A
Application number: JP8524578A
Authority: JP
Inventors: アイゼマン、ハンス; トウエステン、カーレン
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1998-12-22
Also published as: EP0809799B1; DE19505104A1; WO1996025658A1; US5920400A; EP0809799A1; DE59601776D1

Abstract

(57)【要約】本発明による方法によれば、圧力に依存しない（不純物の検出）もしくは圧力に依存する（ガス圧の測定）少なくとも１つのスペクトル線の強度が選択的に測定される。この間接検出は波長が不純物の励起エネルギーより高い励起エネルギーに相当するスペクトル線の強度を使用する。このスペクトル線の強度は不純物に対する尺度になる。又は、それぞれの不純吻の少なくとも１つのスペクトル線の強度が直接測定される。同相擾乱を除去するために、２つのスペクトル線が測定され、その測定値から比が形成される。アルゴン内の不純物の間接検出には特に波長λ₁＝７７２．４ｎｍ及びλ₂＝７３８．４ｎｍを持つアルゴン線の強度比が適することが実証され、そしてアルゴン圧力の測定には波長λ₁＝７６３．５ｎｍ及びλ₂＝７３８．４ｎｍを持つアルゴン線の強度比Ｖが適することが実証された。この測定方法は特に放電ランプの高速製造ライン内に組込むのに好適である。

Description

【発明の詳細な説明】電球用のガスの純度及び／又は圧力の測定方法及び装置本発明は、請求項１の前文に記載された電球又は放射器用のガス、特に希ガス又は混合ガス内の不純物の検出方法、ならびに請求項１８の前文に記載された電球又は放射器用のガス、特に希ガス、又は混合ガスのガス成分の圧力の測定方法に関する。さらに、本発明はこれらの方法を実施するための装置に関する。電球という呼称は白熱電球ならびに放電ランプを含むものとする。電気的放射器という概念は、主に可視領域外の、特に紫外線又は赤外線領域の電磁放射を放射するガス放電を意味するものとする。上記の方法はガス圧力もしくは不純物がガス放電、特にグロー放電の蛍光スペクトルに与える影響を利用する。この関係で不純物とは、電球又は放射器用のガス又は混合ガス（簡略のために以下においてはガス系と称する）内に存在することが望ましくないガス状、蒸気状又は固体状の物質を称するものとする。通常これらの不純物は検査できない態様で例えば汚染された洗浄ガス又は封入ガスによって、又は気密でないポンプ系及び封入系によってランプ製造中に既にガス系内へ達している。完成したランプの場合も不純物は例えばランプ球自体での漏れによって、又はランプ点灯中にも例えば汚染された電極又は不十分な封入圧に起因する高い電極焼損によってランプのガス系内へ達する。不純物が混入すると、どのような原因でも同じであるが、結局は機能しないランプ、又は寿命もしくはメンテナンスを制限された電球が生じることになる。それゆえ一般的な努力の目標は、ランプ製造時にもガス系への不純物の混入が出来るだけ僅かになるように配慮することにある。さらに完全な品質監視の意味で、受容できないほど高い不純物を持つかもしくは目標封入圧に対して許容できないほどの差を有する完成したランプを検知して排除することが望ましい。このような背景のもとに当該不純物の迅速かつ確実な検出ならびに封入圧の検査は極めて重要である。ガス純度の測定方法は書籍シリーズ「オスラム社の技術−科学研究報告書」（第１２巻、第５４６頁〜第５４９頁、シュプリンガー出版社、ベルリン、１９８６年発行）に掲載されたエム・ガウゲルの寄稿論文「スペクトル線比較によるハロゲン電球でのガス純度テスト」によって知られている。この寄稿論文ではハロゲン電球からの光は２つのビームスプリッタによって３つの光束に分割され、スペクトルに異なって感応する３つのホトマルチプライヤーに送られる。個々のホトマルチプライヤーの最大スペクトル感度は４１０ｎｍ、５２３ｎｍもしくは６１６ｎｍ、即ち電磁スペクトルの青色、緑色及び赤色範囲の波長のところににある。２つのアナログ割算器によってホトマルチプライヤー信号の比“赤色／青色 ”及び“赤色／緑色”が形成され、２つの比較器によって当該値が予め調整可能な公差範囲内にあるかどうかが比較される。当該値が公差範囲内にない場合には、ハロゲン電球は欠陥ありとして検知され、即ち封入欠陥及び／又は許容できないガス不純物が存在することになる。この解決策の欠点は、光学的構成を含む試験すべきハロゲン電球とホトマルチプライヤーは測定中は光不透過性ケース内に置かれていなければならないことにある。そうしないと同相擾乱信号、例えば周囲光によって誤測定が生ずる。というのは、この擾乱信号は３つのホトマルチプライヤーによってスペクトル的に全く異なった重み付けをなされ、それゆえ商形成の際に除去されないからである。米国特許第４７５９６３０号明細書により白熱電球の品質を測定する装置が知られている。この装置は、フィラメントとランプ球の外壁上に設けられた電極との間に放電を発生させる装置と、放電によって放出された５５０ｎｍと５７０ｎｍの間の波長範囲内の放射を分析する装置とを含んでいる。ランプの品質は、選択的に６６０ｎｍと６８０ｎｍの間の波長範囲内の放射と比較されるこの放射の時間特性によって判定される。米国特許第３２９２９８８号明細書では、６５０ｎｍ以上の波長を持つ封入ガス成分のアルゴンのスペクトル線の強度がランプ点灯中の蛍光ランプ内の水銀蒸気圧のコントロールに使われている。米国特許第５１６８３２３号明細書はガス内の不純物を測定する装置及び方法を提案している。この装置は、電極間にガスが通流する２つの対向配置された電極と、これらの電極に接続された低周波交流電源と、光学的測定装置とを含んでいる。交流電源によってアーク放電が発生させられ、その放射線が測定装置によって検出される。種々の不純物の固有スペクトル線の強度から不純物濃度が線形連立方程式によって求められる。本発明の第一の課題は、上述の欠点を除去し、かつ比較的簡単に実現可能で特にランプの製造に組込むことのできる電球又は放射器用のガス又は混合ガス内の不純物の検出方法を提供することにある。さらに、この方法が特に電球の機能及び／又は品質管理にも適するようにしたい。この課題は本発明によれば請求項１の特徴部分によって解決される。本発明のこの部分の他の有利な特徴は請求項１の従属項に記載されている。本発明の他の課題は電球又は放射器用のガス、特に希ガス又は混合ガスのガス成分の圧力の測定方法を提供することにある。さらにこの方法が特に電球又は放射器の機能及び／又は品質管理にも適するようにしたい。この課題は本発明によれば請求項１８の特徴部分によって解決される。他の有利な特徴は請求項１８の従属項に記載されている。本発明の更に別の課題は、提案された方法を実施することのできる装置を提供することにある。この課題は請求項３２に記載された装置によって解決される。この装置の他の有利な特徴は請求項３３乃至３８に記載されている。本発明の基本思想は、ガスもしくは混合ガスのガス成分及び場合によってはそれに含まれる不純物が電磁放射を送出するためにガス放電によって励起されることにある。場合によっては混入するガス状及び／又は蒸気状の不純物の検出、又はガスもしくはガス成分の圧力の測定はこの放射の１つ又は複数の適当なスペクトル線の測定された強度を用いて行われる。両方法に対して著しく重要な観点はスペクトル線の選択的測定である。即ち予備試験では、製造技術的な条件の下での信頼のおける結果は以下において説明する測定条件を遵守する場合にのみ得られることが判明した。不純物の検出方法のために重要なことは、強度が重要な範囲では殆ど圧力に依存しない１つ又は複数のスペクトル線を的確に使用することである。このようにしてガスの圧力変動に起因する誤測定が防止される。このことは特にランプ容器内の不純物を検出する際にもこの方法の実際の有用性のために重要である。というのは、ランプの封入圧は製造に起因してばらつくからである。強度が圧力に依存するスペクトル線はこのような理由から間違った結果をもたらす。本発明とは異なり放射の強度が比較的幅広い波長範囲に亘って集約されると、最悪の場合には同様に圧力に依存するスペクトル線が検出される。従って封入圧が変動すると誤測定になる。適当なスペクトル線の具体的な選択は場合によっては存在するガス成分、例えばメタルハライド高圧放電ランプの封入成分を考慮して行われる。その場合、蛍光スペクトルの他の線にオーバーラップ又は一致しない個々のスペクトル線のみが選択される。選択された線と隣接線との間の許容し得る間隔が測定のスペクトル分解能より大きいと有利であろう。これによって、望ましくないスペクトル線の強度が共に測定され、それにより悪い結果が生ずるのが阻止される。ガス、特に希ガスの圧力又は混合ガスのガス成分の圧力の測定方法のために、ガスもしくはそれぞれのガス成分の１つ又は複数のスペクトル線が使用され、その場合少なくとも１つのスペクトル線の強度が圧力に依存する。励起条件に依存する圧力範囲、一般に真空範囲から大気圧、特に約０．１ｋＰａと約４０ｋＰａの間の範囲では、適当なスペクトル線の強度は圧力の増加と共に増大する。圧力に依存する測定された強度及び校正測定値によってガスの絶対圧もしくは当該ガス成分の分圧が求められる。両方法の改善された変形例ではその都度２つのスペクトル線の強度から商が形成され、その場合少なくとも１つの線の強度は圧力に依存しない。雑音信号及び伺相擾乱信号、特に周囲光もしくは散乱光がスペクトル的に接近して同一に評価されるように、両スペクトル線が狭い間隔で隣接すると好ましい。両スペクトル線の間隔は一般に約１００ｎｍ、好ましくは約５０ｎｍより少ない。この間隔内の上記擾乱信号はほぼ一定のスペクトル強度分布を有する。即ちこれらの信号は選択されたスペクトル線に比較して比較的幅広いので、商形成の際に十分に除去される。同様に、例えば電球においてランプ球の黒化によって惹き起こされる同相の信号減少が除去される。このような理由から、単一のスペクトル線の強度の原理的に可能な絶対測定（この絶対測定においては擾乱効果が測定結果を著しく悪くするが、これは一般に後で校正することができない。）よりも上述の比測定（比計量的測定法）が優れている。比測定のための適当なスペクトル線の選択は具体的なガスもしくはガス成分に従う。アルゴンが存在する場合、６５０ｎｍと８００ｎｍの間もしくは８００ｎｍと１０００ｎｍの間の波長範囲内の適当なスペクトル線が見出される。不純物の検出方法の具体的な実施態様においては、波長が測定すべき不純物のスペクトル線の励起エネルギーより高い励起エネルギーに相当するガスもしくはガス成分の少なくとも１つのスペクトル線が的確に選択される。その結果、場合によっては存在する不純物は優先的に励起される。簡単に言うと、ガス放電の電力の一部分は、ガスもしくはガス成分の選択されたスペクトル線に応じて励起された状態へ入る代わりに、この“損失チャネル”内へますます入る。これによって、選択されたスペクトル線の強度が減少し（対応する光学的転移は不純物によってますます“絞られる”、即ち所属する励起された状態の専有密度が減少する）、しかもこれは不純物（“絞りパートナー”）の濃度が高ければ高い程多くなる。このような理由から、選択されたスペクトル線の強度の減衰はランプ容器内に存在する不純物に対する間接的な検証となる。この間接検出法の利点は不純物が特殊なものではなくその全体が検出される点にある。これによりたった１回の測定によって、もしくは比計量的変形例の場合には２回の測定によって、簡単に不純物を検出することができる。それゆえこの方法は不純物が出現した際に相応する措置を講ずるために特に検査及び監視目的に好適である。このための例は不純物を有するランプ球を検出して排除するような電球の製造時の品質管理である。不純物を迅速かつ簡単に測定技術的に検出することによって、この方法は自動高速製造プロセスに良好に組込むことができる。ほぼ全ての望ましくない固体状（例えばガラス成形プロセスでの残渣）、及び／又は液状、及び／又はガス状もしくは蒸気状の不純物が検出されるが、これらの不純物は例えば排気プロセス又は封入プロセス中にランプ容器内へ達したものである。特に、検出可能な不純物は元素の酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）又は同様にこれらの元素の化合物、例えば水（Ｈ₂Ｏ）又は炭化水素（ＣＨ）等を含んでいる。この不純物の原因はポンプ系での漏れもしくは破損（例えばＯ、Ｈ₂Ｏ、オイル蒸気）、又は個別に汚染された成分（例えば酸化した電極表面からのＯ、電極表面に沈着したＨ₂Ｏ、又は吸湿性の金属ハロゲン化物）である。シリコンは電極上の被膜として出現し、例えばランプ球の欠陥のある挟搾によって生ぜしめられる。ランプ技術においてはとりわけ希ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）又はヘリウム（Ｈｅ）が使用される。これらは、励起エネルギーが同じように高く（一般に１０ｅＶ以上）、従ってこの方法に好適であるスペクトル線を有している。スペクトル線の有用性に対する他の基準は十分に雑音の上にある強度である。この要求は波長λ₁＝７３８．４ｎｍ、λ₂＝７７２．４ｎｍ及びλ₃＝８１１．５ｎｍを有するアルゴンのスペクトル線によって理想的なやり方で満たされる。検査すべきガスがアルゴンから構成されるかもしくは混合ガスがアルゴンを含む場合、この方法のためにこのスペクトル線の１つ又は複数を使用すると好ましい。個々のケースでは場合によっては他の封入成分及びその化合物のスペクトル線に重ならないスペクトル線が選択される。特に優れた変形例では、検出は波長λ₁＝７７２．４ｎｍ及びλ₂＝７３８．４ｎｍを有するアルゴン・スペクトル線の強度の商によって行われる。関係を明らかにするために、次の表１にはアルゴンと不純物の水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）及びシリコンに関する重要な励起エネルギー、ならびにそれらのスペクトル線の波長が示されている。この表１から、不純物の励起エネルギーは一部がアルゴンの励起エネルギーより相当下にあることが分かる。例えば水（Ｈ₂Ｏ）、ＯＨラ基、炭化水素等のような分子状の不純物の場合、電子的励起の他にさらに回転励起及び振動励起の損失チャネルが現れる。このために必要なエネルギーはｍｅＶの範囲であるかもしくは数ｅＶの大きさ（約３ｅＶ以下）であり、それゆえ何れの場合にもアルゴンのために必要な励起エネルギーより明らかに小さい。この方法の他の具体的な実施態様においては、それぞれの不純物の１つ又は複数のスペクトル線の強度が的確に測定される。この利点は、この直接法によってそれぞれの不純物が特異的に検出即ち識別され、校正測定によってその濃度が測定される点にある。これによって、それぞれの不純物の原因、例えば炭化水素化合物（オイル蒸気）が出現した際にポンプ系の欠陥を見つけ出すことが簡単になる。この場合の欠点は、生じ得る各不純物に対して少なくとも１つのスペクトル線（もしくは帯）の強度がその都度測定されて評価されなければならないので、この直接法に比較的労力が掛かる点である。分子のＮ_z、ＣＮ、ＣＨ又はＣ_zの濃度の測定には、例えばそれぞれ波長３５７．７ｎｍ、３８８．３４ｎｍ、３８８．９ｎｍもしくは４６８．４８ｎｍ及び５１６．５ｎｍにおける分子帯の強度が好適である。同相擾乱を除去するために、この測定植は圧力に依存しない適当なスペクトル線の強度に関係付けられる。アルゴンが存在する場合、例えば波長７３８．４ｎｍを有するスペクトル線が好適である。表２には放電ランプにとっては一般的な幾つかの不純物が列挙されている。同様に直接検出に適する波長がリストアップされている。拡張形２段階法は直接測定法と間接測定法との組合わせである。第１工程で最初に間接測定法によって、主に不純物が存在するかどうかが検査される。不純物が存在する場合にのみ、第２段階で直接測定法によって不純物の個々の成分の定性的及び／又は定量的測定が行われる。この方法の他の変形例は放電ランプ、特にメタルハライド高圧放電ランプの品質を判定するのに使われる。この変形例では電極の品質を判定するためにランプの始動中におけるスペクトル線の時間に依存する強度変化が補助的に利用される。このためにランプ電極によってランプの放電管内にグロー放電が発生させられる。電極の性質及び状態（例えば表面、形状、材料）に応じて、このグロー放電は例えば最初に電極軸のところで燃焼し、その後電極先端部へ移行する。このために必要な時間は電極の品質に依存し、一般的に十分の数秒と数秒の間を変動する。この時間は電極が酸化されていたり及び／又は石英又は他の沈着物によって汚染されている場合ならびに電極形状が適当ではない場合には延ばされる。さらに、始動挙動は放電管内に場合によって存在する不純物と点弧ガスのごく僅かな封入圧とによって影響される。始動相の期間及びこの始動相中におけるスペクトル線の強度推移が予め定めた公差範囲内にある場合、ランプは品質要求を満たすことになる。それ以外の場合、ランプは欠陥品として又は不適格品として排除することができる。固体状又は液体状の封入成分を持つ放電ランプの場合、グロー放電が小電力で及び／又は短時間だけ、例えば間歇的に起こされると有利でる。このようにしてこの封入成分の重要部分が蒸気相になるのが阻止される。即ちさもなければ蒸気のスペクトル線が励起され、このスペクトル線が場合によっては存在する不純物を覆い、それにより誤測定が生ぜしめられる。アルゴンの圧力の測定方法の具体的な実施態様においては、λ＝７６３．５ｎｍの波長を持つスペクトル線の強度が測定される。他の圧力範囲、特に約０．１ｋＰａと約４０ｋＰａの間の範囲では、このスペクトル線の強度は圧力の増加と共に増大する。校正測定によって強度から圧力が直接求められる。比計量的変形例においては、この強度は第２スペクトル線の圧力に依存しない測定された強度に関係付けられる。例えば７３８．４ｎｍの波長を持つアルゴンのスペクトル線が好適である。本発明による方法を実施するための適当な装置は、ガスもしくは混合ガス及び場合によってそれらに含まれる不純物が存在する容器と、結合装置を介してその容器に接続されガス放電、特にグロー放電を発生させるエネルギー供給ユニットと、スペクトル線の強度を測定する分光測定装置と、測定値から必要に応じて不純物を検出するかもしくは特異な不純物を識別ししかもその濃度を発信し及び／又はガスもしくは混合ガスのガス成分の圧力（分圧）を求める評価装置とから構成される。容器は例えば、ランプ球、又はランプ製造ラインのポンプ系又はガス系に接続された試料容器とすることができる。エネルギー供給ユニットは例えば高周波発生器が好適である。この場合、結合装置は放電管内に配置された電極、例えば放電ランプのランプ電極又は外部電極から構成することができる。外部電極の場合、高周波発生器に接続された電極は容器の外壁上に設けられる。この変形例は誘電体電極を用いた容量性高周波放電とも称される。この変形例は白熱電球への使用に特に好適であり、その場合フィラメント自体を内部電極として使うこともできる。この場合にはさらに外部（誘電体）電極が必要なだけである。同様に容器は高周波発生器によって給電されるコイルの内部に配置することができ、それにより誘導性高周波放電が起こされる。スペクトル分離装置は最も簡単な場合、測定すべきスペクトル線毎に狭帯域光（干渉）フィルタ（一般的な分解能は約５ｎｍ〜１０ｎｍ）から構成される。又は、放射を分散形素子（例えばプリズム又は格子）によってスペクトル成分に分解する、即ち光スペクトルを発生するスペクトロメータが好適である。他の利点はスペクトロメータの高い分解能（一般的に１ｍｍ以下）である。検出限界を高めるために、容器とスペクトル分離装置との間に光学素子（例えばレンズ又はミラー）を補助的に設置し、この光学素子によってスペクトル分離装置へ蛍光放射を案内し集束させると有利である。評価装置は最も簡単な場合１つ又は複数の検出器素子、例えばホトダイオード又はダイオード列もしくはダイオードアレイを有する。この検出器素子は放射のスペクトル成分をその都度の強度に相応する電圧信号に変換する。表示ユニットはこの電圧信号をアナログ又はディジタル表示にて見ることができるようにする。さらに、電圧信号は例えば比計量的変形例での商形成を実行する電子計算機へ供給することもできる。測定結果を用いかつ校正値に基づいて個々の不純物の濃度又はガス圧力を算出し、出力することができる。信号−雑音比を改善するために、及び／又は測定結果へ確率的強度変動が影響するのを減少させるために、計算機によって複数回の同種の測定に亘る累積平均値算出を実行すると有利である。放電ランプの製造時の分光的品質管理のための校正値を求めるためには次の方法が有効である。第１工程で、ランプの形式、例えばメタルハライド高圧放電ランプの機能及び性能に対する尺度として使われるパラメータの限界値が求められる。適当なランプパラメータは、例えば、点弧電圧（これは放電の点弧のために必要な電圧）、始動ピーク電圧（これはランプの投入後の電圧が安定なアーク放電の形成中に経る最大値）、再点弧ピーク電圧（これはランプ電極に印加された交流電圧のピーク値）、ならびにアーク引受時間（これはランプの投入からアークが形成されるまでの時間）である。上記電気的ランプパラメータの値はランプ内の不純物の増加と共に増大する。第２工程で、相応する比較測定において電気的ランプパラメータの値は分光測定値と相互関係を持たされる。このために例えば一定の不純物を有するランプが製造され、分光測定され、同様にそれぞれ求められた対応するランプパラメータに割付けられる。このようにして各ランプの形式及び種々の不純物の割合のためにスペクトル強度又は強度比の一連の値範囲が作られる。これらの値はランプ又はランプ封入物の不純物を実際に測定する際の基準として使われる。実際の測定値もしくはこれから算出された比がそれぞれの公差範囲内にある場合、不純物は僅少であり、それ以外の場合には受容することができず、当該ランプは排除されるかもしくは不純物の原因を取除くために製造が中断される。分光的品質管理の大きな利点は基礎になっている測定の速さである。一般的に数秒以内で結果が出る。これとは反対に、分光法の校正の枠内で述べた電気的ランプパラメータを求めるには数分かかる（例えばアーク引受時間の限界値は一般に６分まで許容されており、即ち場合によっては当該ランプを排除する前にはこの時間が経過するのを待たなければならないことになる）。本発明による方法は速ことによって高速ランプ製造ラインへの適用が可能になる。変形例によれば分光測定法は次のようにしてランプ製造方法に組込まれる。その場合の基本思想は、高速分光オンライン検査を主要な製造工程へ導入することにある。これによって不純物は場合によっては製造工程の早期段階で検出され、従来通常行われていたように完成した製品において初めて検出されるものではない。その結果、高速製造ラインではなおさら不良品を明らかに減少させることができる。分光測定が次の３つの製造段階で実施されると有利である。即ち１．製造ラインのガス系への不純物の混入をコントロールするために、ランプの放電管に封入し電極を取付ける前に、真空環状導管に接続された試料容器内での放電によって分光測定を行う。２．電極系及び放電管内壁への不純物の付着をコントロールするために、放電管内に電極を取付けた後に、放電管内の試料放電、特にランプ電極間での試料放電によって分光測定を行う。３．完成したランプの内部における不純物が予め定めた公差範囲内に在るかどうかを検査するために、放電管に封入して閉鎖した後に、放電管内の試料放電、特にランプ電極間での試料放電によって分光測定を行う。測定値が公差範囲内に在る場合、当該放電管もしくはそれに相当する完成したランプは規定通りの使用のために供され、それ以外の場合には排除される。次に本発明を幾つかの実施例に基づいて詳細に説明する。図１は試料容器内の不純物濃度の分光検出ならびにガス圧の測定装置の概略図を示す。図２は図１に示された装置を用いて求められた、試料容器内のアルゴン封入圧の関数として波長７６３．５ｎｍ及び７３８．４ｎｍを持つアルゴンの２つのスペクトル線の強度比を示す概略図を示す。図３はランプの放電管内の不純物の分光検出装置の概略図を示す。図１は試料容器内の不純物濃度の検出及び測定ならびにガス圧の測定方法を実施するための装置の概略図を示す。この装置はガラス製管状試料容器１（断面図で示されている）と、この管状試料容器１を部分的に包囲する中実のテフロン製矩形ブロック２と、このブロック２内に部分的に突入してそこで試料容器１の外壁上に直径方向に対向配置された２本の金属製ピン状電極３、４と、一次巻線６が高周波送信器７に接続され二次側８が電極３、４に接続された高電圧変成器５と、高周波送信器７に接続されたトリガパルス発生器９と、第１の端部がブロック２の一部分内に突入し試料容器１の外壁近くに配置された光導波路１０と、この光導波路１０の第１の端部の端面の直前に配置されたフィルタ１１と、入力端が光導波路１０の第２の端部に接続され出力端がコンピュータ１３に接続された光スペクトロメータ１２と、試料容器１を備えたブロック２、電極３、４、フィルタ１１及び高電圧変成器５を包囲する金属製遮蔽ケース１４とから構成されている。なお、光導波路１０、及び高電圧変成器５と高周波送信器７との間の接続ケーブルは遮蔽ケース１４の当該開口部を通ってその内部へ導かれている。管状試料容器１の直径は約２０ｍｍである。この容器の両端面にはそれぞれ１つの金属フランジ（試料容器１の概略断面図には示されていない）が設けられている。この金属フランジによって、予め排気された試料容器１が電球製造時に通常はガス封入・ポンプ系又はガス封入された製造セル（グローブボックスとも称される）に接続され、動作又は封入ガスもしくは混合ガスを封入される。試料容器１の内部のガスもしくは混合ガスは電極３、４と、高電圧変成器５と、高周波送信器７とによってイオン化される。このために高周波送信器７は高電圧変成器５によって電極３、４間では４９ｋＶまでのピーク・ピーク値に達する約１２０ｋＨｚの周波数を持つ交流電圧を供給する。ガス放電への最大電力入力は約２００Ｗである。高周波送信器７はトリガパルス発生器９によって駆動される。ガス放電の蛍光放射の一部分は約３００ｎｍ以上の放射のみを透過させるフィルタ１１を介して光導波路１０内へ供給される。この放射は０．５ｍの焦点距離と１ｍｍ当たり１００ラインを持つ格子（図示されていない）とを有するスペクトロメータ１２へ送られる。格子によって作られたスペクトルはダイオードアレイ（図示されていない）上に結像する。このアレイの個々のダイオードは０．５ｎｍの狭い波長範囲の放射強度を相応する電圧信号へ変換する。この電圧信号は本発明による方法による継続処理のために計算機１３へ導かれる。図２は図１に示された装置を用いて得られた種々異なるアルゴン封入圧の測定結果の例を示す。波長７６３．５ｎｍ及び７３８．４ｎｍを持つアルゴンの２つのスペクトル線の強度の比Ｖが任意の単位で図１の試料容器１内のアルゴン封入圧ｐ〔ｋＰａ〕の関数として示されている。この図２から分かるように、その比は圧力の増加と共に最初は連続的に増大する。約２０ｋＰａの圧力から、その比は広い圧力範囲に亘ってほぼ一定になる。この理由は４９ｋＶに制限された電極電圧にある。ピエゾ抵抗式マノメータを用いた比較測定が示すように、圧力は図１の装置及び上述の方法を用いて５％の精度で約２０ｋＰａのアルゴン封入圧まで測定することができる。図３はランプの放電管内の不純物の検出方法を実施するための装置の概略図を示す。この装置はメタルハライド高圧放電ランプ１５と、このランプ１５の電極に接続されトリガパルス発生器１７によって駆動される高周波送信器１６と、半透過性ミラー１８と、それぞれ後続のホトダイオード２１、２２を備えた２つの干渉フィルタ１９、２０（なお第１の干渉フィルタ１９はそれに所属するホトダイオード２１を含めてミラー１８の透過側に向けられ、第２の干渉フィルタ２０はそれに所属するホトダイオード２２を含めてミラー１８の反射側に向けられている）と、ホトダイオード２１、２２に接続された２チャネル形電圧計２３と、この電圧計２３の両チャネルに接続された計算機２４とから構成されている。高周波送信器１６によって短時間の間（一般に十分の数秒ないし数秒の間）、小電力（一般に十分の数ワットないし数ワット）のグロー放電が点弧される。これによって、一方ではランプ１５内の点弧ガスのアルゴン及び場合によっては存在する不純物が蛍光に励起され、他方ではランプ内の残りの封入成分の重要な励起が阻止される。干渉フィルタ１９、２０は約７３８．５ｎｍもしくは７７２．４ｎｍの波長に関して±２ｎｍの範囲内の放射のみを透過させる。ホトダイオード２１、２２はスペクトル放射成分の強度に相応する電圧号をそれぞれ発生し、この電圧信号が電圧計２３の両チャネルによって測定される。計算機２４は両チャネルを読取り、対応する電圧値の比を算出し、その比から及び校正値によって大きさを求める。この大きさが公差範囲内にある場合、ランプ１５は品質要求を満たすことになる。それ以外の場合には、ランプは受容できない不純物に基づいて欠陥品として排除される。本発明は上述の実施例に限定されない。特に、種々の実施例の個々の特徴を互いに組み合わせることもできる。

Claims

【特許請求の範囲】１．ガスもしくは混合ガスのガス成分及び場合によってはそれに含まれる不純物が電磁放射線を放出するためにガス放電によって励起され、不純物を検出するためにこの放射線のスペクトル成分の強度が測定される電球又は放射器用のガス、特に希ガス又は混合ガス内の不純物の検出方法において、スペクトル成分として重要な範囲では殆ど圧力に依存しない強度を持つ少なくとも１つのスペクトル線が的確に選択されることを特徴とする電球又は放射器用のガス又は混合ガス内の不純物の検出方法。２．波長が検出すべき不純物の励起エネルギーより高い励起エネルギーに相当するガス又はガス成分のスペクトル線が的確に選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。３．ガスがアルゴンから成るかもしくは混合ガスがアルゴンを含む場合、７３８．４ｎｍ、７７２．４ｎｍ、８１１．５ｎｍの波長を持つアルゴンの１つ又は複数のスペクトル線が選択されることを特徴とする請求項２記載の方法。４．それぞれの不純物のスペクトル線が的確に選択され、その場合このスペクトル線の強度は当該不純物の濃度に対する直接的な尺度となることを特徴とする請求項１記載の方法。５．不純物は分子のＮ_z、ＣＮ、ＣＨ又はＣ₂の１つ又はそれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。６．スペクトル線は３５７．７ｎｍ、３８８．３４ｎm、３８８．９ｎｍ又は４６８．４８ｎｍもしくは５１６．５ｎｍの波長を有し、それぞれ所属する分子の分子帯のスペクトル部分であることを特徴とする請求項４又は５記載の方法。７．ガスがアルゴンから成るかもしくは混合ガスがアルゴンを含む場合、不純物のスペクトル強度は殆ど圧力に依存しないアルゴン線の強度に正規化されることを特徴とする請求項４乃至６の１つに記載の方法。８．アルゴン線の波長は７３８．４ｎｍであることを特徴とする請求項７記載の方法。９．２つのスペクトル線の強度の商が形成され、その場合両スペクトル線は狭い間隔で隣接し、それにより雑音信号及び同相擾乱信号が商形成の際に十分に除去されることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。１０．両スペクトル線の波長差は約１００ｎｍより少ないことを特徴とする請求項９記載の方法。１１．波長差は好ましくは５０ｎｍより少ないことを特徴とする請求項１０記載の方法。１２．商形成のために、６５０ｎｍと１０００ｎｍの間の範囲内の波長を持つスペクトル線が選択されることを特徴とする請求項９記載の方法。１３．ガスがアルゴンから構成されるかもしくは混合ガスがアルゴンを含む場合、商は波長λ₁＝７７２．４ｎｍ及びλ₂＝７３８．４ｎｍを持つアルゴンのスペクトル線の強度から形成されることを特徴とする請求項１１記載の方法。１４．ガス放電はグロー範囲内で起こされることを特徴とする請求項１記載の方法。１５．ガス放電は高周波によって発生させられることを特徴とする請求項１記載の方法。１６．ガス放電は高圧放電ランプの内部で発生させられ、少なくとも１つのスペクトル線の強度の高さの他に、ランプの始動相後の強度がその準定常値に到達するまでの時間が補助的に測定され、その強度の高さ及び時間からランプ封入物の不純物ならびに電極品質が求められることを特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載の方法。１７．ガス放電は放電ランプの内部で発生させられ、以下次の補助的な工程、ａ）ランプの機能及び性能を特徴的に示す電気的パラメータを求めること、ｂ）少なくとも１つのスペクトル線を測定すること、ｃ）不純物のために点弧を悪くされたかもしくは点弧されず、ならびに場合によっては安定なアーク放電を遅らされるかもしくはアーク放電を形成されないランプを含めて幾つかの種々に汚染されたランプのために工程ａ）及びｂ）を繰り返して電気値を相応する分光値へ割付けること、を行い、それによってこの種のランプの品質を分光評価するためにスペクトル強度もしくは強度比を校正した値の基準セットを形成することを特徴とする請求項１乃至１６の１つに記載の方法。１８．ガスもしくは混合ガスのガス成分が電磁放射線を放出するためにガス放電によって励起され、この放射線のスペクトル成分の強度から圧力（分圧）の大きさが求められる電球又は放射器用のガス、特に希ガス又は混合ガスのガス成分の圧力の測定方法において、放射線のスペクトル成分として、圧力に依存する強度を持つガス又はガス成分の少なくとも１つのスペクトル線が的確に選択され、その場合強度からガスもしくは当該ガス成分の圧力（分圧）が測定されることを特徴とする電球又は放射器用のガス又は混合ガスのガス成分の圧力の測定方法。１９．ガスがアルゴンから成るかもしくは混合ガスがアルゴンを含む場合、アルゴンの圧力（分圧）は波長λ＝７６３．５ｎｍを持つスペクトル線の強度から求められることを特徴とする請求項１８記載の方法。２０．圧力は２つのスペクトル線の強度の商から求められ、その場合第２のスペクトル線の強度は圧力に依存せず、両スペクトル線は、雑音信号及び同相擾乱信号が商形成の際に十分に除去されるように、狭い間隔で隣接していることを特徴とする請求項１８記載の方法。２１．両スペクトル線の波長差は約１００ｎｍより少ないことを特徴とする請求項２０記載の方法。２２．波長差は好ましくは５０ｎｍより少ないことを特徴とする請求項２１記載の方法。２３．ガスがアルゴンから成るかもしくは混合ガスがアルゴンを含む場合、商形成のために特に波長７３８．４ｎｍを持つアルゴンのスペクトル線の強度が使用されることを特徴とする請求項２０記載の方法。２４．放電はグロー範囲内で起こされることを特徴とする請求項１８記載の方法。２５．ガス放電は高周波によって発生させられることを特徴とする請求項１８記載の方法。２６．ガス内の不純物を検出するための分光法に放電ランプの製造方法に以下の補助的な工程、即ちａ）ガス系の不純物を検査するために、ランプの放電管に封入する前に、ランプ製造ラインのガス系内での試料放電によって分光測定を行うこと、ｂ）電極系及び放電管の囲壁上の不純物を検査するために、放電管内へ電極を取付けた後に、放電管内での試料放電によって分光測定を行うこと、ｃ）完成したランプの内部における不純物が予め定めた公差範囲内にあるかどうかを検査するために、放電管に封入して閉鎖した後に、放電管内での試料放電によって分光測定を行うこと、が組込まれることを特徴とする請求項１乃至２５の１つに記載の方法。２７．以下の補助的な工程ｄ）、即ち完成したランプの内部での冷封入圧が予め定めた公差範囲内にあるかどうかを検査するために、放電管に封入して閉鎖した後に、放電管内での試料放電によって分光測定を行うことが実行されることを特徴とする請求項２６記載の方法。２８．以下の補助的な工程ｅ）、即ち工程ａ）及び／又はｂ）での測定値が予め定めた公差範囲外にある場合、放電管に封入して閉鎖する前に、製造を中断することが実行されることを特徴とする請求項２６記載の方法。２９．次の付加的な工程ｆ）、即ち工程ｃ）及び／又はｄ）での測定値が予め定めた公差範囲外にある場合、当該放電管を排除することが実行されることを特徴とする請求項２６又は２７記載の方法。３０．工程ａ）の試料放電は真空環状導管に接続された試料容器内で行われることを特徴とする請求項２６記載の方法。３１．工程ｂ）、ｃ）及び必要に応じてｄ）の試料放電は放電管の電極間で行われることを特徴とする請求項２６又は２７記載の方法。３２．ガスもしくは混合ガス及び場合によってはそれに含まれる不純物が存在する容器（１；１５）と、結合装置（３、４、５）を介して容器（１）に結合されガス放電を発生させるエネルギー供給ユニット（７；１６）と、スペクトル線の強度を測定する分光測定装置（１２；１８〜２２）と、測定値から不純物濃度もしくはガス又はガス成分の圧力（分圧）を求める評価装置（１３；２３、２４）とによって請求項１乃至３１の１つに記載された方法を実施するための装置。３３．エネルギー供給ユニットは高周波送信器（７；１６）から構成され、結合装置は高電圧変成器（５）及び２つの高周波電極（３、４）から構成され、その場合高周波電極は高電圧変成器（５）の二次巻線（８）に接続され、高周波送信器（７）は高電圧変成器（５）の一次巻線（６）に接続されていることを特徴とする請求項３２記載の装置。３４．容器は放電ランプ（１５）の放電管から構成され、その場合放電管の内部に２つの電極が配置され、これらの電極は気密に外部へ導出されたリードにそれぞれ接続されており、そのリードはエネルギー供給ユニット（１６）に接続され、それにより電極が結合装置の構成要素となることを特徴とする請求項３２記載の装置。３５．高周波電極（３、４）の少なくとも１つは容器の外壁上に配置されていることを特徴とする請求項３３記載の装置。３６．容器は白熱電球のランプ球から構成され、そのランプ球の外壁上に第１の高周波電極が設けられており、ランプ球の内部に気密に外部へ導出されたリードに接続されたフィラメントが配置され、そのリードは高周波送信器に接続され、それによりフィラメントが第２の高周波電極として使われることを特徴とする請求項３５記載の装置。３７．スペクトル測定装置は検出器を備えたスペクトロメータから構成され、その場合スペクトロメータによって放射線はそのスペクトル成分に分解され、このスペクトル成分は検出器へ送られてこの検出器によってその強度に相応する信号に変換されることを特徴とする請求項３２記載の装置。３８．評価装置は、電気信号を読込み、継続処理し、その結果ガス圧力及び／又は不純物濃度を送信する計算機から構成されていることを特徴とする請求項３７記載の装置。