DE102009022266A1

DE102009022266A1 - Xenonlampe

Info

Publication number: DE102009022266A1
Application number: DE102009022266A
Authority: DE
Inventors: Yasuro Himeji-shi Kikuchi; Kyosuke Himeji-shi Fujina
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2029-05-23
Also published as: CN101593662B; JP5167955B2; JP2009289454A; US20090295289A1; US8143787B2; DE102009022266B4; CN101593662A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Xenonlampe mit einem Entladungsgefäß, welches aus titanoxidhaltigem Quarzglas besteht, und einem Emissionsteil sowie Seitenröhren, welche an die beiden Enden des Emissionsteils angrenzen, bei welcher innerhalb des Emissionsteils eine Kathode sowie eine Anode gegenüberliegend angeordnet sind, bei welcher Anschluss-Stifte, von denen einer auf einem seiner Enden die Kathode und der andere die Anode trägt, durch Gradienten-Verbindungsteile abgedichtet sind, welche in den Seitenröhren angeordnet sind, und bei welcher in das Entladungsgefäß Xenon eingefüllt ist. Ein Bereich, in welchem die Seitenröhre auf der Kathodenseite an den Emissionsteil angeschlossen ist, bildet einen zusammengezogenen Bereich. Die Außenoberfläche des zusammengezogenen Bereiches sowie ein Teil der Außenoberfläche des Emissionsteils, welcher an den zusammengezogenen Bereich angrenzt, sind mit einem leitenden Film versehen, und der leitende Film ist an die Kathode elektrisch angeschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Xenonlampe, welche beispielsweise in einem Projektor unter Verwendung der DLP^® (Digital Light Processing)-Technik und dergleichen als Lichtquelle verwendet wird.
In den letzten Jahren finden digitale Projektoren von einem Typ zunehmend Verwendung, bei welchen man Bildelemente, wie DMD (Digital Micro-mirror Device), LC-Anzeigen und dergleichen, mit einer Lichtquelle mit hoher Leistung mit Licht bestrahlt, vergrößert projiziert und somit auf einer Bildfläche Bilder abbildet. Als Lichtquelle wird eine Xenonlampe mit hoher Helligkeit verwendet. Es besteht ein Bedarf an einer noch höheren Leistung und gleichzeitig auch an einer Verkleinerung der Lampe.
1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Xenonlampe 1. Eine derartige Xenonlampe 1 ist beispielsweise in der JP 2004-1 34104 A offenbart.
Die Xenonlampe 1 umfasst ein Entladungsgefäß 10 aus Quarzglas, welches aus einem Emissionsteil 2 sowie Seitenröhren 3a, 3b besteht, sowie eine Kathode 4 und eine Anode 5, welche innerhalb des Emissionsteils 2 gegenüberliegend angeordnet sind. Die Kathode 4 und die Anode 5 werden jeweils von einem Anschluss-Stift 6 aus Wolfram abgestützt. Ferner sind Haltezylinder 7 aus zylindrischem Quarzglas, deren Inneres mit einer Durchgangsöffnung versehen ist, welche in der axialen Richtung verläuft, in den Seitenröhren 3a, 3b befestigt. Der Anschluss-Stift 6 ist in den Haltezylinder 7 eingeschoben, wird dort gehalten und zugleich jeweils mittels eines Gradienten-Verbindungsteils 8 in den Seitenröhren 3a, 3b abgedichtet. Die Anschluss-Stifte 6 fungieren auch als Außenanschlüsse, welche von den äußeren Enden des Entladungsgefäßes 10 nach außen überstehen und der Kathode 4 und der Anode 5 jeweils Leistung zuführen.
Eine Erhöhung der Helligkeit der Xenonlampe 1 wird konkret durch eine Regulierung des Abstandes zwischen der Kathode 4 und der Anode 5 sowie der Menge des eingefüllten Gases realisiert. Wenn man beispielsweise den Abstand zwischen der Kathode 4 und der Anode 5 kleiner macht als bei einer herkömmlichen Xenonlampe und die Menge des eingefüllten Gases in der Weise vergrößert, dass man dieselben elektrischen Eigenschaften wie bei einer herkömmlichen Xenonlampe erhalten kann, vergrößert sich der elektrische Eingang pro Einheitslichtbogenlänge, und die abgegebene Lichtenergie nimmt zu.
Da das von der Xenonlampe 1 abgegebene Licht nicht nur den Bereich der sichtbaren Strahlung, sondern auch noch den UV-Bereich und den Infrarot-Bereich erreicht, vergrößert sich auch der Ausgang der UV-Strahlung bei einer Vergrößerung der Lichtenergie.
Die UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner/gleich 200 nm im Licht, welches von der Xenonlampe 1 abgegeben wird, führt nicht nur zu dem gravierenden Nachteil, im Entladungsgefäß 10 aus Quarzglas Verzerrungen zu erzeugen, sondern reagiert mit der Atmosphäre, welche in der Umgebung der Xenonlampe vorhanden ist, und erzeugt Ozon. Wenn Ozon erzeugt wird, unterliegen optische Geräte verschiedenen Beschädigungen, wie einer Verringerung der Reflexionseigenschaften des Fokussierspiegels sowie des Reflektors, einer Verringerung des Durchlassgrades des Filters und dergleichen. Als Folge davon wird eine Verringerung der Beleuchtungsintensität auf der bestrahlten Fläche verursacht.
Es ist bekannt, dass man die UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner/gleich 200 nm durch Dotieren von Titanoxid im Entladungsgefäß 10 der Xenonlampe oder durch Vorsehen einer Titanoxidschicht auf der Oberfläche des Entladungsgefäßes 10 abschirmen kann. Dadurch, dass das Entladungsgefäß 10 Titanoxid enthält, kann man UV-Strahlung abschirmen und die Erzeugung von Ozon verhindern. Die Technik des Dotierens von Titanoxid wird beispielsweise in der JP 8-96751 A ( US 5,608,227 A ) offenbart. Die Technik, bei welcher mit Titanoxid überzogen wird, wird beispielsweise in der JP 11-96970 A offenbart.
Wenn man eine Xenonlampe, bei welcher für das Entladungsgefäß Titanoxid-haltiges Quarzglas verwendet wird, über eine lange Zeit betreibt, werden jedoch auf der Oberfläche des Entladungsgefäßes, welche dem Emissionsraum ausgesetzt ist, weiße Kristalle niedergeschlagen. In dem kristallisierten Bereich entstehen Risse auf der Oberfläche des Entladungsgefäßes, welche dem Emissionsraum ausgesetzt ist, und die Titanoxidschicht, welche UV-Strahlung abschirmt, wird zerstört. Wenn die im Emissionsraum entstehende UV-Strahlung auf die Risse trifft, tritt deshalb der gravierende Nachteil auf, dass im Quarzglas, aus welchem das Entladungsgefäß gebildet ist, Spannungen entstehen, was eine Zerstörung des Entladungsgefäßes verursacht.
Die Erfindung wurde gemacht, um den vorstehend beschriebenen Nachteil zu beseitigen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Xenonlampe mit einem Entladungsgefäß aus Titanoxid-haltigem Quarzglas anzugeben, bei welcher verhindert wird, dass auf der Oberfläche des Entladungsgefäßes, welche dem Emissionsraum ausgesetzt ist, Kristallisation entsteht, welche eine Zerstörung des Entladungsgefäßes verursacht.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bei einer Xenonlampe, welche ein Entladungsgefäß aus Titanoxid-haltigem Quarzglas mit einem Emissionsteil sowie Seitenröhren aufweist, welche an die beiden Enden des Emissionsteils angrenzen, bei welcher innerhalb des Emissionsteils eine Kathode und eine Anode gegenüberliegend angeordnet sind, die jeweils an einem Ende eines Anschluss-Stifts angebracht sind, der jeweils in einer der Seitenröhren angeordnet und durch Gradienten-Verbindungsteile abgedichtet ist, und bei welcher in das Entladungsgefäß Xenon eingefüllt ist, dadurch gelöst, dass in einem Bereich, in welchem die Seitenröhre auf der Kathodenseite an den Emissionsteil angeschlossen ist, ein zusammengezogener Bereich gebildet ist, dass die Außenoberfläche des zusammengezogenen Bereiches sowie ein Teil der Außenoberfläche des Emissionsteils, welcher an den zusammengezogenen Bereich angrenzt, mit einem leitenden Film versehen sind und dass der leitende Film an die Kathode elektrisch angeschlossen ist.
Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung dadurch gelöst, dass der Emissionsteil in einem Zwischenbereich, welcher auf der Seite der Kathode zwischen der Seitenröhre und der maximalen Auswölbung liegt, den Rest eines Auslassrohrs aufweist, von welchem ausgehend auf der Außenoberfläche auf der Anodenseite ein an die Anode elektrisch angeschlossener Triggerdraht angeordnet ist.
Die Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung beim ersten oder zweiten Aspekt dadurch gelöst, dass an den beiden Enden des Entladungsgefäßes jeweils ein Sockel vorhanden ist, dass einer der Sockel an mit der Kathode verbunden ist und dass ein Draht mit gleichem elektrischen Potential, welcher von dem vorstehend beschriebenen Sockel abgeleitet ist, mit dem leitenden Film in Kontakt ist.
Durch die im ersten Aspekt der Erfindung beschriebene Xenonlampe kann man durch die Maßnahme, dass die Außenoberfläche des zusammengezogenen Bereiches im Bereich, in welchem die kathodenseitige Seitenröhre an den Emissionsteil angrenzt, sowie ein Teil der Außenoberfläche des Emissionsteils, welcher an den zusammengezogenen Bereich angrenzt, mit einem leitenden Film versehen sind, dass der leitende Film an die Kathode elektrisch angeschlossen ist und dass der leitende Film auf das gleiche elektrische Potential wie die Kathode festgelegt wird, das Entstehen einer Kristallisation auf der Oberfläche des Entladungsgefäßes, welche dem Emissionsraum ausgesetzt ist, verhindern.
Durch die im zweiten Aspekt der Erfindung beschriebene Xenonlampe wird durch die Maßnahme, dass man ausgehend von einem Rest eines Auslassrohrs auf der anodenseitigen Außenoberfläche einen Triggerdraht anordnet, welcher an die Anode elektrisch angeschlossen ist, durch den Vorsprung des Restes des Auslassrohrs ein Abweichen des Triggerdrahtes auf die Kathodenseite hin verhindert, so dass er in der Weise gehalten werden kann, dass er nicht mit dem leitenden Film, welcher das gleiche elektrische Potential wie die Kathode aufweist, in Kontakt kommt. Die Wirkung, dass durch den Triggerdraht die Starteigenschaft gefördert wird, wird deshalb nicht beeinträchtigt.
Durch die im dritten Aspekt der Erfindung beschriebene Xenonlampe kann man durch die Maßnahme, dass ein Draht mit gleichem elektrischen Potential, welcher vom Sockel abgeleitet ist, der mit der Kathode verbunden ist, mit dem leitenden Film in Kontakt ist, den auf der Außenoberfläche des Entladungsgefäßes gebildeten leitenden Film auf einfache Weise auf gleiches elektrisches Potential wie die Kathode festlegen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung weiter beschrieben. Es zeigen schematisch:
1 eine Querschnittsdarstellung der Anordnung einer Xenonlampe;
2 eine Querschnittsdarstellung der Anordnung einer Quecksilberlampe, welche eine Foliensiegelanordnung aufweist;
3 eine schematische Darstellung des Aussehens einer Xenonlampe; und
4(a) bis (c) jeweils eine Teilansicht einer Xenonlampe zur Darstellung eines Bereiches, in welchem ein leitender Film gebildet ist.
1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung der Anordnung einer Xenonlampe 1, die ein Entladungsgefäß 10 aufweist, welches einen Emissionsteil 2 sowie Seitenröhren 3a, 3b aufweist, die an die beiden Enden des Emissionsteils 2 angrenzen und über dieses überstehen. Im Emissionsteil 2 sind eine Kathode 4 und eine Anode 5 gegenüberliegend angeordnet. Das Entladungsgefäß 10 ist aus Titanoxid-haltigem Quarzglas gebildet und schirmt UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner/gleich 200 nm ab. In das Entladungsgefäß 10, welches aus dem im Wesentlichen kugelförmigen Emissionsteil 2 und den zylindrischen Seitenröhren 3a, 3b gebildet ist, welche sich von den beiden Enden dieses Emissionsteils 2 erstrecken, ist als Entladungsgas Xenon (Xe) eingefüllt.
An den beiden Enden des Entladungsgefäßes 10 sind geschlossene zylindrische Sockel 9a, 9b aus Messing angeordnet. Sie sind dadurch befestigt, dass sie auf die offenen Enden des hohlzylindrischen Rumpfes aufgeschoben werden, um die Enden des Entladungsgefäßes 10 zu bedecken, und zwischen diesen und dem Entladungsgefäß 10 ein Klebemittel injiziert wird. In der Mitte des Inneren der Sockel 9a, 9b verlaufen Leitungen 11, welche jeweils aus verdrilltem Draht aus Kupfer bestehen und an Anschluss-Stifte 6 durch Hartlöten 12 elektrisch angeschlossen sind, deren eines Ende jeweils eine der Elektroden 4, 5 trägt.
Die Anschluss-Stifte 6 stehen jeweils über eines der beiden Enden des Entladungsgefäßes 10 über. Sie weisen eine so genannte Stabsiegelanordnung auf, bei welcher sie von Gradienten-Verbindungsteilen 8, welche in den Seitenröhren 3a, 3b angeordnet sind, sowie von Haltezylindern 7 festgehalten werden. Die Enden der Seitenröhren 3a, 3b sind jeweils mit einer ringförmigen Kantenwand versehen. Mit dem Innenumfangsrand der Kantenwand 13 ist ein zylindrischer, Gradienten-Verbindungsteil 8 verbunden. Die Gradienten-Verbindungsteile 8 werden unter Verwendung von Gradienten-Verbindungsglas (auch Zwischenglas genannt) mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet, welcher zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten beispielsweise von Quarzglas, aus welchem das Entladungsgefäß 10 besteht, und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten beispielsweise von Wolfram, aus dem die Anschluss-Stifte 6 bestehen, liegt. Das Ende des Gradienten-Verbindungsteils 8 auf der Seite des Emissionsteils 2, welches entlang des Anschluss-Stifts 6 zur Seite des Emissionsteils 2 hin verläuft, ist an den Außenumfang des Anschluss-Stiftes 6 angeschlossen und dichtet den Anschluss-Stift 6 ab.
In an den Emissionsteil 2 angrenzenden Bereichen der Seitenröhren 3a, 3b sind zusammengezogene Bereiche 14a, 14b angeordnet, welche in Richtung auf die Mittelachse in ihrem Durchmesser verkleinert sind. In dem Emissionsteil 2, welcher mit den zusammengezogenen Bereichen 14a, 14b verbunden ist, sind stabförmige Röhrenteile 15a, 15b gebildet, deren Durchmesser ungefähr gleich dem Durchmesser der Seitenröhren 3a, 3b ist. Hieran angrenzend befinden sich im Wesentlichen kugelförmige Auswölbungen. Diese Bereiche, in welchen die Seitenröhren 3a, 3b an den Emissionsteil 2 angeschlossen sind, stellen die zusammengezogenen Berei che 14a, 14b dar. Die stabförmigen Röhrenteile 15a, 15b sind auf der Seite des Emissionsteils 2 gebildet, welche an die zusammengezogenen Bereiche 14a, 14b angrenzen.
Innerhalb der zusammengezogenen Bereiche 14a, 14b ist jeweils ein Haltezylinder 7 angeordnet, dessen Außenseite mit einer Metallfolie umwickelt ist. Die zusammengezogenen Bereiche 14a, 14b werden in der Weise durch Erwärmen zusammengezogen, dass sie mit den Haltezylindern 7 in Kontakt kommen. Die Haltezylinder 7 werden dadurch so befestigt, dass sie sich nicht bewegen. Ferner ist in eine mittlere Durchgangsöffnung des Haltezylinders 7 ein Anschluss-Stift 6 eingeschoben, dessen Außenseite mit einer Metallfolie umwickelt ist. Somit wird das Gewicht der Elektroden 4, 5, welche sich an den Spitzen der Anschluss-Stifte 6 befinden, abgestützt. Auf diese Weise werden die an den Spitzen der Anschluss-Stifte 6 gebildeten Elektroden 4, 5 von den Seitenröhren 3a, 3b abgestützt und innerhalb des Emissionsteils 2 gegenüberliegend angeordnet. Ferner sind Kathode 4 und Anode 5 über Anschluss-Stifte 6 an die Sockel 9a bzw. 9b elektrisch angeschlossen.
Nachfolgend werden die Zahlenwerte der Xenonlampe 1 beispielhaft gezeigt. Es liegen:

– der Außendurchmesser der maximalen Auswölbung des Emissionsteils 2 in einem Bereich von 40 mm bis 80 mm, beispielsweise bei 60 mm;
– der Innenflächeninhalt des im Wesentlichen kugelförmigen Emissionsteils 2 in einem Bereich von 4800 mm² bis 20400 mm², beispielsweise bei 10700 mm²;
– der Abstand zwischen der Anode 5 und der Kathode 4 in einem Bereich von 3 mm bis 8 mm, beispielsweise bei 4,5 mm;
– die Eingangsleistung beim Betrieb in einem Bereich von 3000 W bis 7000 W, beispielsweise bei 4200 W; und
– die Röhrenwandlast des Emissionsteils 2 beim Betrieb bei 0.3 W/mm² bis 0.5 W/mm², konkret bei 0.38 W/mm².

Anschließend wurden bei drei Sorten Lampen mit unterschiedlichen Spezifikationen Betriebsversuche durchgeführt, um die Bedingungen zu erforschen, unter welchen eine Kristallisation entsteht, welche auf der dem Emissionsraum zugewandten Oberfläche des Entladungsgefäßes niedergeschlagen wird. Nachfolgend werden die Spezifikationen der Lampen 1 bis 3 aufgelistet:
Lampe 1 – Xenonlampe

– Entladungsgefäß: Titanoxid-haltiges Quarzglas, Gesamtlänge 300 mm, Außendurchmesser der maximalen Auswölbung des Emissionsteils 60 mm, Gesamtlänge des Emissionsteils 80 mm
– hermetisch abschließende Anordnung: Stabsiegelanordnung
– einzufüllendes Gas: Xenon (Xe) 2 MPa (Ruhedruck)
– Abstand zwischen der Anode und der Kathode: 4.5 mm
– Eingangsleistung: 4 kW

Lampe 2 – Xenonlampe
Xenonlampe wie Lampe 1 und unter denselben Bedingungen hergestellt, aber Entladungsgefäß aus einem Quarzglas-Material, das kein Titanoxid enthält.
Lampe 3 – Quecksilberlampe

– Entladungsgefäß: Titanoxid-haltiges Quarzglas, Gesamtlänge 300 mm, Außendurchmesser der maximalen Auswölbung des Emissionsteils 80 mm, Gesamtlänge des Emissionsteils 90 mm
– hermetisch abschließende Anordnung: Folienversiegelung
– eingefülltes Gas: Xenon (Xe) 0.2 MPa (Ruhedruck), Quecksilber 30 mg/cm³
– Abstand zwischen der Anode und der Kathode: 5.0 mm
– Eingangsleistung: 4 kW

Unter dem Begriff ”Folienversiegelung” für die hermetisch abschließende Anordnung der Quecksilberlampe bei Lampe 3 ist die in 2 gezeigte Anordnung zu verstehen.
Bei der hermetisch abschließenden Anordnung durch die Folienversiegelung ist das eine Ende eines Innenanschlusses 33, an dessen anderem Ende eine Elektrode angeordnet ist, von einem im Wesentlichen zylindrischen Glasbauteil 34 aus Quarzglas abgestützt, welches im hermetisch abschließenden Teil 32 angeordnet ist. Ferner wird das Ende eines Außenanschlusses 35, welcher vom Entladungsgefäß 31 nach außen abgeleitet wird, das heißt, welcher vom äußeren Ende des hermetisch abschließenden Teils 32 nach außen übersteht, vom Glasbauteil 34 abgestützt.
Auf der Außenumfangsfläche des Glasbauteils 34 sind in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet fünf streifenförmige Metallfolien 36 entlang der Röhrenachsrichtung der Queck silberlampe zueinander parallel angeordnet. Ein Ende der jeweiligen Metallfolie 36 ist an den Innenanschluss 33 elektrisch angeschlossen, während das andere Ende an den Außenanschluss 35 elektrisch angeschlossen ist. Der hermetisch abschließende Teil 32 und das Glasbauteil 34 im Entladungsgefäß 31 sind über die Metallfolien 36 aneinander angeschweißt, wodurch eine hermetische Siegelanordnung gebildet wird. Ein Haltezylinder 37 stützt den in ihn eingeschobenen Innenanschluss 33 und ist an den hermetisch abschließenden Teil 32 angeschweißt.
Da auf diese Weise bei der Folienversiegelung durch das Glasbauteil 34 eine hermetische Siegelanordnung gebildet ist, dringt das eingefüllte Gas nicht bis zum Ende des hermetisch abschließenden Teils 32, dessen Temperatur auch im Betrieb niedrig ist. Um zu verhindern, dass das eingefüllte Gas abkühlt und somit das Quecksilber nicht vollständig verdampft, ist es bei einer Quecksilberlampe erforderlich, die hermetisch abschließende Anordnung durch eine Folienversiegelung zu bilden.
Da andererseits bei einer Xenonlampe der Druck des eingefüllten Gases hoch ist, braucht eine hermetisch abschließende Anordnung eine hohe Druckfestigkeit. Wenn man eine Folienversiegelung anwendet, werden häufig ausgehend von den Spalten zwischen den Metallfolien 36 Risse gebildet. Ferner muss man für eine Vergrößerung der elektrischen Eingangsleistung die Anzahl der Metallfolien 36 vergrößern, wodurch die Anzahl der Spalte, welche die Metallfolien 36 bilden, sich vergrößert und die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung sich noch mehr erhöht. Die Anordnung ist deshalb ungeeignet für eine Lichtquelle eines digitalen Projektors, bei welchem ein besonderer Bedarf an einer Erhöhung der Helligkeit besteht. Bei einer Xenonlampe ist es deshalb erforderlich, die hermetisch abschließende Anordnung durch eine Stabversiegelung zu bilden. Bei einer Stabversiegelung wird anhand der Gradienten-Verbindungsteile 8 abgedichtet, was eine Rissbildung erschwert.
Die Lampen 1 bis 3 wurden jeweils betrieben und es wurde beobachtet, ob auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche des Entladungsgefäßes eine Kristallisation entsteht oder nicht.
Die Lampen wurden unter Bedingungen betrieben, bei denen sie zwei Stunden lang betrieben und 30 Minuten ausgeschaltet wurden, und dieses wiederholt wurde. Das heißt, es wurde mit einer Unterbrechung von 30 Minuten jeweils zwei Stunden lang betrieben. Die Beobachtung, ob die Kristallisation vorkam oder nicht, wurde jeweils nach 50 Stunden Betriebsdauer beim Ausschalten visuell durchgeführt. Dies wurde wiederholt, bis eine Kristallisation vorkam.
Der Begriff ”Kristallisation” unterscheidet sich von einer Schleierbildung auf der Innenseite des Entladungsgefäßes und wird von sehr kleinen Rissen des Entladungsgefäßes begleitet. Wenn eine Kristallisation entsteht, löst sich das Quarzglas, aus welchem das Entladungsgefäß besteht, auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche ab, wodurch weißliche, äußerst kleine Glasbruchstücke entstehen. Da dasselbe Phänomen wie bei einer Rissbildung im Entladungsgefäß auftritt, kann ein auf dem betreffenden technischen Gebiet tätiger Fachmann es visuell feststellen. Der Zeitpunkt, zu welchem ein derartiges Phänomen auftrat, wurde als Zeitpunkt der Entstehung einer Kristallisation bezeichnet, und die Gesamtbetriebsdauer wurde festgehalten.
Bei der Lampe 1 entstand zu einem Zeitpunkt nach 100 Stunden Betrieb eine Kristallisation.
Bei der Lampe 2 ist auch nach einem Betrieb von 500 Stunden keine Kristallisation entstanden, wobei 500 Stunden eine durchschnittliche Lebensdauer einer Xenonlampe bedeuten.
Bei der Lampe 3 ist auch nach einem Betrieb von 1000 Stunden keine Kristallisation entstanden.
Aus den Versuchsergebnissen der Lampen 1 und 2 wurde festgestellt, dass nur bei einer Verwendung von Quarzglas, welches Titanoxid enthält, bei dem Entladungsgefäß eine Kristallisation entsteht. Ferner wurde festgestellt, dass Titanoxid, welches im Entladungsgefäß enthalten ist, irgendeine Wirkung auf die Kristallisation ausübt.
Ferner wurde aus den Versuchsergebnissen der Lampen 1 und 3 festgestellt, dass bei einer Quecksilberlampe, in welche Quecksilber eingefüllt ist, keine Kristallisation entsteht. Man kann sich vorstellen, dass der Grund hierfür darin liegt, dass die Intensität der Xenon-Excimer-Emission mit einer Hauptwellenlänge von 172 nm bei einer Xenonlampe größer ist als bei einer Quecksilberlampe. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Xenongasmenge innerhalb der Lampe bei einer Xenonlampe größer ist. Dies ist daraus ersichtlich, dass der Xenon-Einfülldruck höher ist als bei einer Quecksilberlampe.
Die Erfinder haben überlegt, welche Anordnung eine Xenonlampe, bei welcher zur Unterdrückung eines Entstehens von Ozon Titanoxid-haltiges Quarzglas für das Entladungsgefäß verwendet wird, haben sollte, um das Entstehen einer Kristallisation auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche zu vermeiden. Sie kamen nun auf die Idee, eine wie in 3 gezeigte Xe nonlampe zu verwenden.
3 ist eine schematische Darstellung des Aussehens einer erfindungsgemäßen Xenonlampe.
Auf der Außenoberfläche des Bereiches, in welchem die kathodenseitige Seitenröhre 3b an den Emissionsteil 2 angeschlossen ist, ist ein leitender Film 16, beispielsweise aus Gold oder Platin, gebildet. Der leitende Film 16 ist auf den Außenoberflächen des zusammengezogenen Bereiches 14b sowie des stabförmigen Röhrenteils 15b und auf den Außenoberflächen eines Teils der Seitenröhre 3b, welche mit dem zusammengezogenen Bereich 14b verbunden ist, sowie eines Teils des mit dem stabförmigen Röhrenteil 15b verbundenen Emissionsteils 2 gebildet.
Ferner ist vom kathodenseitigen Sockel 9b ausgehend ein Draht 17 mit gleichem elektrischen Potential angeordnet, welcher einteilig linear beispielsweise aus Nickel-Chrom-Legierung mit einem Durchmesser von 0.5 mm gebildet ist und entlang der kathodenseitigen Seitenröhre 3b verläuft. Ein Ende des Drahtes 17 mit gleichem elektrischen Potential ist beispielsweise an den kathodenseitigen Sockel 9b elektrisch angeschlossen, indem er in eine im Sockel 9b angeordnete kleine Öffnung eingeschoben und verdrillt ist. Der Draht 17 mit gleichem elektrischen Potential, welcher vom kathodenseitigen Sockel 9b abgeleitet wird, verläuft auf der Außenoberfläche der Seitenröhre 3b entlang der Achsrichtung und bildet außerdem einen ringförmiger Übertragungsteil 18, mit welchem der kathodenseitige zusammengezogene Bereich 14b einmal umwunden ist. Da auf der Außenoberfläche des kathodenseitigen zusammengezogenen Bereiches 14b der leitende Film 16 gebildet ist, kann man durch einen Kontakt des Übertragungsteils 18 mit dem leitenden Film 16 den leitenden Film 16 an die Kathode 4 elektrisch anschließen und auf das gleiche elektrische Potential wie die Kathode festlegen.
Ferner ist im Emissionsteil 2 in einem Bereich zwischen der kathodenseitigen Seitenröhre 3b und der maximalen Auswölbung des Emissionsteils 2 ein Rest 19 eines Auslassrohrs vorhanden. Im Prozess der Herstellung einer Xenonlampe wird nach einer Bildung des Entladungsgefäßes 10, welches aus dem Emissionsteil 2, an welchen ein Auslassrohr angeschlossen ist, sowie aus den Seitenröhren 3a, 3b besteht, von welchen die Anschluss-Stifte 6 mit Kathode 4 bzw. Anode 5 abgestützt werden, über das Auslassrohr Xenongas eingefüllt. Da die erfindungsgemäße Xenonlampe 1 die in 1 gezeigte hermetisch abschließende Anordnung aufweist, strömt das Xenongas über die Spalte der Haltezylinder 7 in das Innere der Seitenröhren 3a, 3b ein. Mit dem Xenongas wird bis zu den Bereichen befüllt, in welchen die Anschluss-Stifte 6 an den Gradienten- Verbindungsteilen 8 abgedichtet sind. Man schließt nun das Auslassrohr hermetisch ab und schneidet es ab, wobei der Rest den Rest 19 eines Auslassrohrs bildet.
Wie in 3 gezeigt, ist ein Triggerdraht 20 angeordnet, welcher von der anodenseitigen Seitenröhre 3a zum Emissionsteil 2 hin verläuft. Ein Ende des Triggerdrahtes 20 ist an den anodenseitigen Sockel 9a elektrisch angeschlossen, verläuft auf der Außenoberfläche der Seitenröhre 3a entlang der Achsrichtung, ist einmal um den stabförmigen Röhrenteil 15a auf der Anodenseite gewunden und verläuft ferner entlang der Außenoberfläche des Emissionsteils 2, wodurch ein ringförmiger Teil 21 gebildet wird, welcher einmal um die Auswölbung des Emissionsteils 2 gewunden ist. Der ringförmige Teil 21 ist zwar auf der Außenoberfläche des Emissionsteils 2 bezüglich der Achsrichtung des Emissionsteils 2 zwischen der Anode 5 und er Kathode 4 bzw. an einer Stelle gebildet, welche über die Kathode 4 hinausragt. Er wird jedoch vom Rest 19 eines Auslassrohrs ausgehend auf der Seite der Anode 5 gebildet. Der Vorsprung des Restes 19 eines Auslassrohrs hat die Funktion, zu verhindern, dass der ringförmige Teil 21 sich zum zusammengezogenen Bereich 14b auf der Kathodenseite hin verschiebt.
Bei der Xenonlampe 1 kann man durch die Anordnung des Triggerdrahtes 20 auf der Außenoberfläche des Emissionsteils 2 die Durchbruchspannung beim Betriebsbeginn verringern. Durch eine Verringerung der Durchbruchspannung kann man die elektrische Last der Betriebsvorrichtung verringern und die Nachteile einer Leckage der Anlaufspannung, welche von der Betriebsvorrichtung angelegt wird, sowie einer Vergrößerung der Betriebsvorrichtung und einer Kostenerhöhung beseitigen.
Da ferner durch den Vorsprung des Restes 19 eines Auslassrohrs der Triggerdraht 20 in der Weise angeordnet ist, dass er sich nicht auf die Seite der Kathode 4 hin verschiebt, kann man ihn ohne Kontakt mit dem leitenden Film 16 halten. Die Wirkung, dass durch den Triggerdraht 20 die Starteigenschaft gefördert wird, wird deshalb nicht beeinträchtigt.
Auf der Seite des kathodenseitigen Sockels 9b sind mehrere kreisförmigen Öffnungen 22 auf dem Außenumfang angeordnet. Auf der Seite des anodenseitigen Sockels 9a sind mehrere ovale Öffnungen 23 auf dem Außenumfang angeordnet. Diese kreisförmigen Öffnungen 22 sowie die ovalen Öffnungen 23 sind zur Kühlung der Seitenröhren 3a, 3b der Xenonlampe 1 angeordnet. Man kann die Formen der kreisförmigen Öffnungen 22 sowie der ovalen Öffnungen 23 auf geeignete Weise auswählen.
Anschließend wurden für die Xenonlampe mit der vorstehend beschriebenen Anordnung Messobjekte unter zwei Bedingungen bereitgestellt, und es wurde einen Betriebsversuch durchgeführt, um festzustellen, ob auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche des Entladungsgefäßes eine Kristallisation entsteht oder nicht.
Lampe 4 – Xenonlampe
Xenonlampe, wie Lampe 1 und unter denselben Bedingungen hergestellt, außer, dass die Außenoberfläche des Bereiches, in welchem die kathodenseitige Seitenröhre an den Emissionsteil angeschlossen ist, mit einem leitenden Film versehen ist.
Lampe 5 Xenonlampe
Xenonlampe, wie Lampe 4 und unter denselben Bedingungen hergestellt, außer, dass ein Draht mit gleichem elektrischen Potential angeordnet ist, welcher entlang der kathodenseitigen Seitenröhre verläuft.
Die Lampen 4 und 5 wurden jeweils unter denselben Bedingungen wie bei den Lampen 1 bis 3 betrieben, und es wurde beobachtet, ob auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche des Entladungsgefäßes eine Kristallisation entstand.
Bei der Lampe 4 war nach einem 100-stündigen Betrieb eine Kristallisation entstanden.
Bei der Lampe 5 ist auch nach einem 500-stündigen Betrieb keine Kristallisation entstanden.
Aus den Versuchsergebnissen der Lampen 4 und 5 wurde festgestellt, dass es nicht ausreicht, wenn man einfach auf der Außenoberfläche des Bereiches, in welchem die kathodenseitige Seitenröhre an den Emissionsteil angeschlossen ist, einen leitenden Film bildet, sondern dass man dadurch, dass man den leitenden Film auf gleiches elektrisches Potential wie die Kathode festlegt, das Entstehen einer Kristallisation auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche des Entladungsgefäßes verhindern kann. Es wird angenommen, dass am Entstehen der Kristallisation Alkalimetallionen im Quarzglas beteiligt sind. Man kann sich vorstellen, dass die Alkalimetallionen durch die Differenz des elektrischen Potentials zwischen der Außenseite und der Innenseite des Glases sich zur Innenseite hin bewegen. Man kann sich vorstellen, dass man bei diesem Versuch dadurch, dass man den leitenden Film auf das gleiche elektrische Potential wie die Kathode festgelegt und man den leitenden Film erdet, unterdrücken kann, dass die Kolbenaußenseite po sitiv geladen wird, dass man infolgedessen die Differenz des elektrischen Potentials zwischen der Innenseite und der Außenseite des Kolbens verkleinern kann und dass man so eine Bewegung der Alkalimetallionen zur Innenoberfläche des Kolbens hin unterdrücken kann.
Anschließend wurden Messobjekte unter drei Bedingungen bereitgestellt, und es wurden Betriebsversuche durchgeführt, um festzustellen, ob im Fall verschiedener Änderungen des Bereiches, in welchem der leitende Film gebildet ist, auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche des Entladungsgefäßes eine niedergeschlagene Kristallisation entsteht oder nicht.
Lampe 6 – Xenonlampe
Xenonlampe, wie Lampe 5 und unter denselben Bedingungen hergestellt, außer, dass gemäß 4(a) der mit dem leitenden Film 16 versehene Bereich auf der Außenoberfläche des zusammengezogenen Bereiches 14b sowie der Außenoberfläche eines Teils der Seitenröhre 3b, die mit dem zusammengezogenen Bereich 14b verbunden ist, angebracht wurde. Ferner ist ein Draht 17 mit gleichem elektrischen Potential angeordnet. Der leitende Film 16 weist das gleiche elektrische Potential wie die Kathode auf.
Lampe 7 – Xenonlampe
Xenonlampe, wie Lampe 6 und unter denselben Bedingungen hergestellt, außer, dass gemäß 4(b) der mit dem leitenden Film 16 versehene Bereich zusätzlich zur Außenoberfläche des zusammengezogenen Bereiches 14b sowie zur Außenoberfläche eines Teils der Seitenröhre 3b, welche mit dem zusammengezogenen Bereich 14b verbunden ist, auf die Außenoberfläche des stabförmigen Röhrenteils 15b erweitert wurde. Der mit dem leitenden Film 16 versehene Bereich ist vom Ende auf der Seite des Emissionsteils des leitenden Films 16 der Lampe 6 zur Seite des Emissionsteils hin 4 mm in der Achsrichtung erweitert.
Lampe 8 – Xenonlampe
Xenonlampe, wie Lampe 6 und unter denselben Bedingungen hergestellt, außer, dass gemäß 4(c) der mit dem leitenden Film 16 versehene Bereich zusätzlich zur Außenoberfläche des zusammengezogenen Bereiches 14b sowie zur Außenoberfläche eines Teils der Seitenröhre 3b, welche mit dem zusammengezogenen Bereich 14b verbunden ist, auf die Außenoberfläche des stabförmigen Röhrenteils 15b sowie eines Teils des hiermit verbundenen Emissionsteils 2 erweitert wurde. Der mit dem leitenden Film 16 versehene Bereich ist im Vergleich zur Lampe 6 vom Ende auf der Seite des Emissionsteils des leitenden Films 16 zur Seite des Emissionsteils hin 10 mm in der Achsrichtung erweitert.
Die Lampen 6 bis 8 wurden jeweils unter denselben Bedingungen wie bei den Lampen 1 bis 3 betrieben, und es wurde beobachtet, ob auf der dem Emissionsraum ausgesetzten Oberfläche des Entladungsgefäßes eine Kristallisation gebildet wurde.
Bei der Lampe 6 ist nach einem 100-stündigen Betrieb eine Kristallisation entstanden.
Bei der Lampe 7 ist auch nach einem 500-stündigen Betrieb keine Kristallisation entstanden.
Bei der Lampe 8 ist auch nach einem 500-stündigen Betrieb keine Kristallisation entstanden.
Aus dem Versuchsergebnissen der Lampen 6 bis 8 wurde festgestellt, dass der mit dem leitenden Film versehene Bereich nur auf der Außenoberfläche des zusammengezogenen Bereiches wie bei der Lampe 6 keine Wirkung der Unterdrückung einer Kristallisation hat, und dass er, wenn er auf der Außenoberfläche des an den zusammengezogenen Bereich angrenzenden stabförmigen Röhrenteils, wie bei der Lampe 7, gebildet wird, oder wenn er zusätzlich zur Lampe 7 auch auf der Außenoberfläche der an den zusammengezogenen Bereich angrenzenden Auswölbung gebildet wird, wie bei der Lampe 8, die Wirkung der Unterdrückung einer Kristallisation hat. Das heißt, man hat festgestellt, dass man keine Wirkung der Unterdrückung einer Kristallisation hat, wenn man nur auf der Außenoberfläche des zusammengezogenen Bereiches, welcher den Bereich darstellt, in welchem die kathodenseitige Seitenröhre an den Emissionsteil angeschlossen ist, den leitenden Film bildet und ihn auf gleiches elektrisches Potential wie die Kathode festlegt, und dass man die Wirkung der Unterdrückung einer Kristallisation hat, wenn man auf der Außenoberfläche des an den zusammengezogenen Bereich angrenzenden Teils des Emissionsteils den leitenden Film bildet und ihn auf gleiches elektrisches Potential wie die Kathode festlegt.
Wenn man den Bereich, in welchem der leitende Film gebildet wird, erweitert und in der Weise bildet, dass die Außenoberfläche des Emissionsteils vom leitenden Film weitgehend bedeckt wird, kann das Licht aus dem Emissionsraum nicht mehr effektiv austreten. Es ist deshalb erforderlich, dass der mit dem leitenden Film versehene Bereich nicht über den Lichtaustrittswinkel hinüberragt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2004-134104 A [0003]
- JP 8-96751 A [0008]
- US 5608227 A [0008]
- JP 11-96970 A [0008]

Claims

Xenonlampe mit einem Entladungsgefäß, welches aus Titanoxid-haltigem Quarzglas besteht, und einem Emissionsteil sowie Seitenröhren, welche an die beiden Enden des Emissionsteils angrenzen, bei welcher innerhalb des Emissionsteils eine Kathode sowie eine Anode gegenüberliegend angeordnet sind, bei welcher Anschluss-Stifte, von denen einer auf einem seiner Enden die Kathode und der andere die Anode trägt, durch Gradienten-Verbindungsteile abgedichtet sind, welche in den Seitenröhren angeordnet sind, und bei welcher in das Entladungsgefäß Xenon eingefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich, in welchem die Seitenröhre auf der Kathodenseite an den Emissionsteil angeschlossen ist, einen zusammengezogenen Bereich bildet, dass die Außenoberfläche des zusammengezogenen Bereiches sowie ein Teil der Außenoberfläche des Emissionsteils, welcher an den zusammengezogenen Bereich angrenzt, mit einem leitenden Film versehen sind, und dass der leitende Film an die Kathode elektrisch angeschlossen ist.
Xenonlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Emissionsteil in einem Bereich zwischen der Seitenröhre auf der Kathodenseite und der maximalen Auswölbung des Emissionsteils ein Rest eines Auslassrohrs gebildet ist und an dem Rest des Auslassrohres ein auf der Außenoberfläche des Emissionsteils verlaufender und an die Anode elektrisch angeschlossener Triggerdraht anliegt.
Xenonlampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Enden des Entladungsgefäßes jeweils ein Sockel angebracht ist, dass einer der Sockel mit der Kathode verbunden ist und dass ein Draht mit gleichem elektrischen Potential, welcher von dem Sockel abgeleitet ist, mit dem leitenden Film in Kontakt ist.