EP0869537B1 - DC arc lamp - Google Patents
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- EP0869537B1 EP0869537B1 EP98104179A EP98104179A EP0869537B1 EP 0869537 B1 EP0869537 B1 EP 0869537B1 EP 98104179 A EP98104179 A EP 98104179A EP 98104179 A EP98104179 A EP 98104179A EP 0869537 B1 EP0869537 B1 EP 0869537B1
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- lamp
- lamp according
- longitudinal section
- cathode
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- H01J61/02—Details
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- H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
- H01J61/84—Lamps with discharge constricted by high pressure
- H01J61/86—Lamps with discharge constricted by high pressure with discharge additionally constricted by close spacing of electrodes, e.g. for optical projection
Definitions
- the present invention relates to a DC arc lamp according to the Preamble of claim 1.
- the color separation effect is caused by the anode between the lamps and cathode of the direct current arc lamp causes direct electrical field.
- the DC electrical field influences the concentration distribution of the light-generating Metal ions between anode and cathode. This will make the spatial Distribution of the metal ions between the anode and cathode is usually inhomogeneous.
- different concentration distributions arise for different types of metal ions on. Because different types of metal ions have different spectral Contributing to the total luminous flux of the lamp ultimately results in the unwanted Color separation effect.
- the invention relates to a DC arc lamp with a halogen filling.
- metal halides during lamp operation inside the discharge vessel.
- Metal halides have a higher one Vapor pressure as the corresponding elemental metals.
- the high specific arc powers typically approx. 80 W per mm arc length and more also high vapor pressures of the light-generating metal halides.
- the high luminous flux of the lamp is ensured.
- Another essential quality criterion - not only in the area of projection - are sufficient proportions of the primary colors blue, green and red for good color rendering and the desired color temperature.
- EP 0 714 118 A1 which is a DC short-arc metal halide lamp shows the preamble of claim 1 underlying.
- No. 2,965,790 also shows an arc lamp with an asymmetrically shaped one Piston in which the inner wall of the piston around the anode is wider than around the cathode.
- the invention is based on the technical problem of a DC arc lamp with improved operating properties, especially with regard to projection applications, and to provide an improved projection device.
- a DC arc lamp a filling of at least the following components: an ignition gas, mercury, a halogen and cadmium and / or zinc, characterized by the additional Component yttrium or a projection device with such a projection lamp.
- the proportion of red in the light generated can be due to lithium in the filling of the invention DC arc lamp are amplified.
- lithium predominantly shows a very long-wave emission, i.e. to a very deep red part leads.
- V ( ⁇ ) - or brightness sensitivity curve is shown.
- the spectral sensitivity of the human eye decreases significantly at the long-wave edge. Therefore, as far as the red component is based on the lithium emission, a corresponding one increased spectral power can be generated to the desired - and ultimately of interest - to generate luminous flux.
- a metal halide direct current arc lamp is necessary in addition to an ignition gas, e.g. Argon, and a halogen, e.g. Bromine or iodine, too It must contain mercury to build up the necessary burning voltage green color of mercury. That through the mercury content The specified green component must be red when setting the color temperature be compensated, which exacerbates the problem outlined above.
- an ignition gas e.g. Argon
- a halogen e.g. Bromine or iodine
- cadmium or zinc is used in the lamp filling according to the invention, this not only increases the red component, but also at the same time the color separation effect is reduced.
- the addition of cadmium or zinc thus allows a significant improvement compared to the (sole) addition of lithium for the red component the color separation problem and, with the same performance, an improved one Luminous flux.
- Zinc also has the advantage of the better over cadmium and mercury Environmental compatibility.
- Cadmium on the other hand, can be used for certain applications be advantageous because the red rendering is even better. So remains according to the invention in individual cases the possibility to choose between optimal lamp data and Environmental considerations.
- the following preferred concentrations come in particular for Cd and Zn into consideration: 0.05 to 3.0 ⁇ mol per ml vessel volume.
- concentration information refer to the sum of the individual concentrations of Cd or Zn, where the concentration of one of the two individual components can also be zero.
- the component yttrium together with the explained basic composition special advantages. These are the first in an improvement in luminous flux. Secondly, there is also a longer one Lamp life and thirdly a lower decrease in lamp luminous flux with the operating age of the lamp (so-called maintenance). Is yttrium thus to achieve the basic effects of the invention explained above not necessary, but has proven to be in terms of luminous flux, life and Maintenance surprisingly effective optional addition highlighted.
- a “blue element” preferred according to the invention is indium.
- rare earth metals especially dysprosium, as well as thallium.
- halogen for the setting of desired vapor pressures through the formation of metal halide compounds iodine and / or bromine are preferred.
- the anode In the case of direct current arc lamps, the anode is in principle a much stronger one exposed to thermal stress than the cathode and becomes accordingly hotter. So that it can withstand this thermal load, the anode is at DC arc lamps are generally much more solid than the cathode. In particular, it generally has a larger diameter.
- the temperature homogeneity of the lamp is improved by that the inside wall of the piston is wider around the anode than around the cathode. This can, depending on the selected shape of the electrodes and depending on the manufacturing technology Aspects, with different concrete geometric shapes can be achieved, with geometrically simple and therefore easy to manufacture piston shapes are preferred.
- the arc length is in Connection with the lamp power.
- a reference to the piston size makes little sense, because the piston size due to the thermal load capacity of the piston material is determined and consequently in future material improvements (Ceramic instead of quartz glass) can decrease significantly.
- Quantitatively preferred ranges for the asymmetry of the piston shapes can be describe by the ratio of anode-side to cathode-side longitudinal section half-area. As illustrated in the exemplary embodiment, these are surfaces meant that in longitudinal section on both sides of one dividing the inner length of the piston in the middle and lie on the plane perpendicular to the lamp longitudinal axis, the lamp longitudinal axis each contain half of the inside length of the piston and the rest of the inside wall of the piston are limited. This ratio is preferably over 1.1 and further preferably less than 1.5.
- Shapes are often used in lamp bulb molding machines for simplified mold production half provided with internal surfaces corresponding to the piston shape, the can be described in longitudinal section by radii of curvature.
- the anode-side and the cathode-side end of the piston are often a longitudinal section radius of curvature (as illustrated in the embodiment in the figure) describe, it being preferred according to the invention that the anode-side Longitudinal section radius of curvature is smaller than the cathode side, preferably 50% to 80% of the latter. This means that the piston is stronger on the anode side curved or less flat. So another piston shape becomes on the anode side reached.
- the intention pursued according to the invention to reduce temperature gradients in the lamp can alternatively also by a suitable reflecting and / or absorbing Heat accumulation can be reached at the end of the piston on the cathode side.
- a suitable reflecting and / or absorbing Heat accumulation can be reached at the end of the piston on the cathode side.
- the figure shows in longitudinal section a DC short-arc lamp with a longitudinal axis 2, along which an anode 4 and a cathode 5 lie.
- a longitudinal direction in the Middle of the piston interior enclosed by a piston inner wall 3 that is bisecting an inner bulb length 7 is also one on the lamp longitudinal axis 2 perpendicular center plane 1 is drawn.
- the anode-side longitudinal section half surface differs specifically and the cathode-side longitudinal section half surface, each of which in the Figure left or right of the central plane lying longitudinal section area within the piston inner wall 3 corresponds.
- the figure shows that the anode-side curvature of the piston in longitudinal section Descriptive radius of curvature 8 significantly smaller than the corresponding one Radius of curvature 9 on the cathode side.
- the radius of curvature is preferably 8 50% - 80% of the radius of curvature 9. It can also be seen that the corresponding Longitudinal intersection centers above and below the lamp longitudinal axis 2 do not collapse and are different on the anode side and cathode side. However, the lamp is rotationally symmetrical about the lamp longitudinal axis 2.
- the corresponding asymmetrical piston design has the consequence that the piston around the anode 4, which is much thicker than the cathode 5, is sufficient Keeps a distance and thus a uniform temperature distribution overall results in the longitudinal direction.
- the figure shows that the distance between the anode 4 and the cathode 5, that is to say the arc length 6, is selected to be very short, in the present case 1.5 mm in comparison to radii of curvature of 4 mm (8) and 6 mm (9) and a lamp power of 270 W (specific power 180 W / mm).
- the inside length of the piston 7 is almost 10 times the length of the arc 6.
- An operating voltage of 35 V with a luminous flux of 18 klm results from a filling volume of 0.7 ml with a wall load of 65 W / cm 2 .
- a color temperature of 6,800 K was set with the following filling: 200 mbar argon, 20 mg mercury, 0.11 mg cadmium iodide (CdI 2 ) - corresponding to approx.0.43 ⁇ mol Cd per ml flask volume -, 0.42 mg mercury bromide (HgBr 2 ), 0.12 mg mercury iodide (HgI 2 ), 0.05 mg indium iodide (InI 2 ), 0.05 mg lithium iodide (LiI 2 ), 0.11 mg dysprosium and 0.05 mg yttrium.
- Cadmium can be replaced by zinc in a molar equivalent.
- Thallium iodide can be added up to a value of 0.2 mg / ml.
Landscapes
- Discharge Lamp (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
- Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrombogenlampe gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a DC arc lamp according to the
Preamble of
In jüngster Zeit besteht ein zunehmendes Interesse an der Verbesserung solcher Bogenlampen, insbesondere für Projektionsanwendungen. Bei Projektionsanwendungen sind vor allem die örtlich möglichst konzentrierte Lichterzeugung einerseits und andererseits die Homogenität der Lichterzeugung in diesem örtlichen Bereich von Interesse. Dabei spielt der sogenannte Farbtrennungseffekt eine wesentliche Rolle. Mit diesem Begriff wird eine örtliche Trennung des Schwerpunkts der Lichterzeugung für verschiedene Spektralbereiche bzw. Farben des erzeugten Lichts bezeichnet, was zu einer Verschlechterung der Lichtqualität für Projektionsanwendungen führt, die sich in Farbsäumen an Grenz- oder Randbereichen projizierter Bilder äußert.Recently there has been an increasing interest in improving such arc lamps, especially for projection applications. For projection applications are above all the locally concentrated light generation on the one hand and on the other the homogeneity of light generation in this local area of interest. The so-called color separation effect plays an important role here. With This term is a local separation of the focus of light generation for denotes different spectral ranges or colors of the generated light, which leads to leads to a deterioration in the quality of light for projection applications expressed in color fringes at border or edge areas of projected images.
Der Farbtrennungseffekt wird während des Lampenbetriebs durch das zwischen Anode und Kathode der Gleichstrombogenlampe wirkende elektrische Gleichfeld verursacht. Das elektrische Gleichfeld beeinflußt die Konzentrationsverteilung der lichterzeugenden Metallionen zwischen Anode und Kathode. Dadurch wird die räumliche Verteilung der Metallionen zwischen Anode und Kathode in der Regel inhomogen. Zudem stellen sich für verschiedenartige Metallionen unterschiedliche Konzentrationsverteilungen ein. Da verschiedenartige Metallionen unterschiedliche spektrale Beiträge zum Gesamtlichtstrom der Lampe leisten, resultiert schließlich der unerwünschte Farbtrenneffekt. The color separation effect is caused by the anode between the lamps and cathode of the direct current arc lamp causes direct electrical field. The DC electrical field influences the concentration distribution of the light-generating Metal ions between anode and cathode. This will make the spatial Distribution of the metal ions between the anode and cathode is usually inhomogeneous. In addition, different concentration distributions arise for different types of metal ions on. Because different types of metal ions have different spectral Contributing to the total luminous flux of the lamp ultimately results in the unwanted Color separation effect.
Desweiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Gleichstrombogenlampe mit einer halogenhaltigen Füllung. Dadurch befinden sich während des Lampenbetriebs Metallhalogenide innerhalb des Entladungsgefäßes. Metallhalogenide haben einen höheren Dampfdruck als die entsprechenden elementaren Metalle. Außerdem erzeugen die hohen spezifischen Bogenleistungen von typisch ca. 80 W pro mm Bogenlänge und mehr ebenfalls hohe Dampfdrücke der lichterzeugenden Metallhalogenide. Dadurch ist einerseits ein hoher Lichtstrom der Lampe sichergestellt. Andererseits verstärken die hohen Dampfdrücke im allgemeinen auch den Farbtrenneffekt.Furthermore, the invention relates to a DC arc lamp with a halogen filling. As a result, there are metal halides during lamp operation inside the discharge vessel. Metal halides have a higher one Vapor pressure as the corresponding elemental metals. Generate also the high specific arc powers of typically approx. 80 W per mm arc length and more also high vapor pressures of the light-generating metal halides. Thereby on the one hand a high luminous flux of the lamp is ensured. On the other hand, reinforce the high vapor pressures in general also the color separation effect.
Ein wesentliches weiteres Qualitätskriterium - nicht nur im Bereich der Projektion - sind ausreichende Anteile der Grundfarben blau, grün und rot für eine gute Farbwiedergabe und die angestrebte Farbtemperatur.Another essential quality criterion - not only in the area of projection - are sufficient proportions of the primary colors blue, green and red for good color rendering and the desired color temperature.
Zum Stand der Technik wird verwiesen auf die EP 0 714 118 A1, die eine Gleichstromkurzbogenmetallhalogenidlampe
zeigt, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1
zugrundeliegt.With regard to the prior art, reference is made to EP 0 714 118 A1, which is a DC short-arc metal halide lamp
shows the preamble of
Außerdem zeigt die US 2,965,790 eine Bogenlampe mit einem asymmetrisch geformten Kolben, bei dem die Kolbeninnenwand um die Anode herum weiter ist als um die Kathode.No. 2,965,790 also shows an arc lamp with an asymmetrically shaped one Piston in which the inner wall of the piston around the anode is wider than around the cathode.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Gleichstrombogenlampe mit verbesserten Betriebseigenschaften, insbesondere im Hinblick auf Projektionsanwendungen, und eine verbesserte Projektionsvorrichtung anzugeben.The invention is based on the technical problem of a DC arc lamp with improved operating properties, especially with regard to projection applications, and to provide an improved projection device.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst durch eine Gleichstrombogenlampe mit einer Füllung aus zumindest folgenden Bestandteilen: einem Zündgas, Quecksilber, einem Halogen und Cadmium und/oder Zink, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Bestandteil Yttrium bzw. eine Projektionsvorrichtung mit einer solchen Projektionslampe. According to the invention, this problem is solved by a DC arc lamp a filling of at least the following components: an ignition gas, mercury, a halogen and cadmium and / or zinc, characterized by the additional Component yttrium or a projection device with such a projection lamp.
Es hat sich als kritisch herausgestellt, für einen ausreichenden Rotanteil im Licht zu sorgen, einerseits zugunsten einer guten roten Farbwiedergabe und ferner, um eine gewünschte Farbtemperatur, etwa zwischen 5.000 und 8.000 Kelvin, vorzugsweise 6.000 und 7.000 Kelvin, einstellen zu können.It has turned out to be critical for a sufficient amount of red in the light ensure, on the one hand, in favor of good red color rendering and, furthermore, one desired color temperature, preferably between 5,000 and 8,000 Kelvin, preferably 6,000 and 7,000 Kelvin.
Der Rotanteil im erzeugten Licht kann durch Lithium in der Füllung der erfindungsgemäßen Gleichstrombogenlampe verstärkt werden. Man findet jedoch, daß Lithium vorwiegend eine sehr langwellige Emission zeigt, also zu einem sehr tiefroten Anteil führt. Bei allen Anwendungen, die zu einem irgendwie gearteten visuellen Effekt führen, etwa bei der Projektion oder der Beleuchtung, sind jedoch nicht nur die rein physikalischen spektralen Leistungsanteile zu berücksichtigen, sondern darüber hinaus die physiologische Empfindlichkeit des menschlichen Auges, die mit der sogenannten V(λ)- oder Hellempfindlichkeitskurve dargestellt wird. Die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges nimmt dabei am langwelligen Rand deutlich ab. Daher muß, soweit sich der Rotanteil auf die Lithiumemission stützt, eine entsprechend erhöhte spektrale Leistung erzeugt werden, um den erwünschten - und letztlich interessierenden - Lichtstrom zu erzeugen.The proportion of red in the light generated can be due to lithium in the filling of the invention DC arc lamp are amplified. However, it is found that lithium predominantly shows a very long-wave emission, i.e. to a very deep red part leads. For all applications that have some kind of visual effect lead, for example in projection or lighting, but are not only pure to take into account physical spectral power shares, but also beyond the physiological sensitivity of the human eye with the so-called V (λ) - or brightness sensitivity curve is shown. The spectral sensitivity of the human eye decreases significantly at the long-wave edge. Therefore, as far as the red component is based on the lithium emission, a corresponding one increased spectral power can be generated to the desired - and ultimately of interest - to generate luminous flux.
Ferner hat sich herausgestellt, daß die Zugabe von Lithium zu der Lampenfüllung den oben erwähnten Farbtrennungseffekt verstärkt.It has also been found that the addition of lithium to the lamp fill enhances the color separation effect mentioned above.
Da die Füllung einer Metallhalogenid-Gleichstrom-Bogenlampe notwendigerweise neben einem Zündgas, z.B. Argon, und einem Halogen, z.B. Brom oder Jod, auch Quecksilber enthalten muß, um die notwendige Brennspannung aufzubauen, ist der grüne Farbanteil des Quecksilbers zu berücksichtigen. Die durch den Quecksilberanteil vorgegebene Grünkomponente muß bei der Farbtemperatureinstellung mit Rot kompensiert werden, was die oben skizzierte Problematik verschärft.Because the filling of a metal halide direct current arc lamp is necessary in addition to an ignition gas, e.g. Argon, and a halogen, e.g. Bromine or iodine, too It must contain mercury to build up the necessary burning voltage green color of mercury. That through the mercury content The specified green component must be red when setting the color temperature be compensated, which exacerbates the problem outlined above.
Wenn erfindungsgemäß Cadmium oder Zink in der Lampenfüllung verwendet wird, wird dadurch nicht nur der Rotanteil verstärkt, sondern darüber hinaus gleichzeitig der Farbtrennungseffekt verringert. Die Zugabe von Cadmium oder Zink erlaubt also im Vergleich zur (alleinigen) Lithiumzugabe für den Rotanteil eine wesentliche Verbesserung des Farbtrennungsproblems und, bei gleicher Leistung, einen verbesserten Lichtstrom.If cadmium or zinc is used in the lamp filling according to the invention, this not only increases the red component, but also at the same time the color separation effect is reduced. The addition of cadmium or zinc thus allows a significant improvement compared to the (sole) addition of lithium for the red component the color separation problem and, with the same performance, an improved one Luminous flux.
Quecksilber ist im Zusammenhang dieser Erfindung als Alternative zu den anderen beiden 2B-Elementen Cadmium und Zink deswegen nicht geeignet, weil es zwar in gewissem Umfang ebenfalls die Farbtrennung verringert, dabei jedoch übermäßig den Grünanteil des Lichts verstärkt.Mercury is in the context of this invention as an alternative to the others Both 2B elements cadmium and zinc are not suitable because they are in To some extent, the color separation also decreased, but excessively increases the amount of green light.
Zink bietet gegenüber Cadmium und Quecksilber ferner den Vorteil der besseren Umweltverträglichkeit. Cadmium andererseits kann für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein, weil die Rotwiedergabe noch besser ist. Erfindungsgemäß bleibt also im Einzelfall die Entscheidungsmöglichkeit zwischen optimalen Lampendaten und Umweltgesichtspunkten.Zinc also has the advantage of the better over cadmium and mercury Environmental compatibility. Cadmium, on the other hand, can be used for certain applications be advantageous because the red rendering is even better. So remains according to the invention in individual cases the possibility to choose between optimal lamp data and Environmental considerations.
Erfindungsgemäß kommen für Cd bzw. Zn insbesondere folgende bevorzugte Konzentrationen in Betracht: 0,05 bis 3,0 µmol pro ml Gefäßvolumen.According to the invention, the following preferred concentrations come in particular for Cd and Zn into consideration: 0.05 to 3.0 µmol per ml vessel volume.
Für verschiedene elektrische Lampenleistungen in Projektoren haben sich insbesondere
folgende Konzentrationsbereiche für Cd bzw. Zn bewährt:
Alle angegebenen Werte sind als Circa-Werte zu verstehen. Die Konzentrationsangaben beziehen sich auf die Summe der Einzelkonzentrationen von Cd bzw. Zn, wobei auch die Konzentration eines der beiden Einzelkomponenten Null sein kann.All stated values are to be understood as approximate values. The concentration information refer to the sum of the individual concentrations of Cd or Zn, where the concentration of one of the two individual components can also be zero.
Gemäß der Erfindung zeigt zusätzlich der Bestandteil Yttrium zusammen mit der erläuterten Grundzusammensetzung besondere Vorteile. Diese liegen zum ersten in einer Verbesserung des Lichtstroms. Darüber hinaus ergibt sich zweitens eine längere Lebensdauer der Lampen und drittens eine geringere Abnahme des Lampenlichtstroms mit dem Betriebsalter der Lampe (sogenannte Maintenance). Yttrium ist also zur Erzielung der vorstehend erläuterten grundlegenden Wirkungen der Erfindung nicht notwendig, hat sich jedoch als in bezug auf Lichtstrom, Lebensdauer und Maintenance überraschend wirkungsvoller optionaler Zusatz herausgestellt.According to the invention, the component yttrium together with the explained basic composition special advantages. These are the first in an improvement in luminous flux. Secondly, there is also a longer one Lamp life and thirdly a lower decrease in lamp luminous flux with the operating age of the lamp (so-called maintenance). Is yttrium thus to achieve the basic effects of the invention explained above not necessary, but has proven to be in terms of luminous flux, life and Maintenance surprisingly effective optional addition highlighted.
Als weitere optionale Zusätze sind verschiedene chemische Elemente denkbar, insbesondere zur Einstellung der Farbtemperatur und Verstärkung der Grundfarben. Vor allem darf die obige Erläuterung der Nachteile von Lithium nicht dahingehend verstanden werden, daß Lithium erfindungsgemäß ausgeschlossen wäre. Lithium kann in gewissen Mengen durchaus als "Rotelement" vorhanden sein, durch die erfindungsgemäße Verwendung von Cadmium bzw. Zink sind die erforderlichen Mengen jedoch geringer.Various chemical elements are conceivable as further optional additives, in particular for setting the color temperature and enhancing the basic colors. In front the above explanation of the disadvantages of lithium should not be understood to that effect be that lithium would be excluded according to the invention. Lithium can in certain quantities may be present as a "red element" by the inventive However, the required amounts are cadmium or zinc lower.
Die bevorzugt betrachtete Anwendung verlangt in den meisten Fällen einen hohen Blauanteil im Spektrum. Ein erfindungsgemäß bevorzugtes "Blauelement" ist Indium.The preferred application in most cases requires a high one Blue content in the spectrum. A “blue element” preferred according to the invention is indium.
Weitere optionale Zusätze vor allem zur Verstärkung des Lichtstroms sind die Seltenerdmetalle, vor allem Dysprosium, sowie Thallium.Other optional additives, especially to increase the luminous flux, are the rare earth metals, especially dysprosium, as well as thallium.
Als Halogen für die Einstellung gewünschter Dampfdrücke durch Bildung von Metallhalogenid-Verbindungen kommen bevorzugt Jod und/oder Brom in Betracht.As halogen for the setting of desired vapor pressures through the formation of metal halide compounds iodine and / or bromine are preferred.
Über das Füllungssystem hinausgehende Aspekte der Erfindung betreffen die geometrische Gestaltung der Lampe.Aspects of the invention that go beyond the filling system relate to the geometric Design of the lamp.
In vielen Anwendungsbereichen, insbesondere bei Projektionsvorrichtungen, spielt eine möglichst gute Lokalisierung der Lichterzeugung eine wichtige Rolle, weswegen die Erfindung von Kurzbogenlampen ausgeht. Nur mit einer möglichst geringen Bogenlänge läßt sich eine punktförmige Lichtquelle hinreichend gut annähern und damit eine gute optische Qualität bei der Projektion oder anderen Anwendungen, bei denen das von der Lampe emittierte Licht durch ein optisches System geschickt wird, erreichen.Plays in many areas of application, especially in projection devices the best possible localization of light generation is an important role, why the invention is based on short-arc lamps. Only with the shortest possible arc length a point light source can be approximated sufficiently well and thus good optical quality in projection or other applications where the light emitted by the lamp is sent through an optical system.
Zusätzlich dazu hat es sich hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Lichterzeugung in ihrer örtlichen Ausdehnung, und zwar auch bei guter Lokalisierung wie bei Kurzbogenlampen, erfindungsgemäß weiterhin als entscheidend herausgestellt, für eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung in der Lampe, insbesondere an der Kolbeninnenwand, zu sorgen. Dies betrifft vor allem Temperaturgradienten entlang der Strecke zwischen Kathode und Anode in der Lampe. Diese Temperaturgradienten können deutlich verringert werden, wenn die geometrische Form des die Füllung enthaltenden Lampenkolbens geeignet gewählt wird. Dazu ist sie erfindungsgemäß asymmetrisch, um auf die Asymmetrie der Temperaturverteilung der Elektroden einer Gleichstrombogenlampe angepaßt zu sein.In addition to that, it has changed in terms of uniformity of light generation their local expansion, even with good localization such as short-arc lamps, according to the invention also found to be crucial for a Temperature distribution as uniform as possible in the lamp, especially on the Inner wall of the piston. This mainly affects temperature gradients along the distance between cathode and anode in the lamp. These temperature gradients can be significantly reduced if the geometric shape of the fill containing lamp bulb is chosen appropriately. For this purpose, it is according to the invention asymmetrical to reflect the asymmetry of the temperature distribution of the electrodes DC arc lamp to be adapted.
Bei Gleichstrombogenlampen ist nämlich die Anode prinzipiell einer sehr viel stärkeren thermischen Belastung ausgesetzt als die Kathode und wird dementsprechend heißer. Damit sie dieser thermischen Belastung standhalten kann, ist die Anode bei Gleichstrombogenlampen generell sehr viel massiver ausgeführt als die Kathode. Insbesondere hat sie im allgemeinen einen größeren Durchmesser.In the case of direct current arc lamps, the anode is in principle a much stronger one exposed to thermal stress than the cathode and becomes accordingly hotter. So that it can withstand this thermal load, the anode is at DC arc lamps are generally much more solid than the cathode. In particular, it generally has a larger diameter.
Es hat sich als nachteilig erwiesen, daß die höhere Anodentemperatur einerseits und der größere Anodendurchmesser wegen der geringeren Entfernung zur Kolbeninnenwand und der größeren wärmeleitenden und wärmeabstrahlenden Oberfläche andererseits bei symmetrischer Ausführung des Lampenkolbens zu wesentlich höheren Temperaturen der Lampe an der Anodenseite, insbesondere auch an der Kolbeninnenwand führen. Daraus ergibt sich eine Beeinflussung der physikalischen Parameter der Entladung und Lichterzeugung. Ziel ist, eine möglichst geringe Temperaturdifferenz zwischen der heißesten und kältesten Stelle im Kolben zu erreichen. Bei gleichmäßiger Temperaturverteilung ist einerseits die Lichtemission homogen, andererseits kann die Temperatur auf einen optimalen Wert eingestellt werden, der sowohl den Anforderungen an die Lichtausbeute als auch denen an die Lebensdauer und Maintenance genügt. It has proven disadvantageous that the higher anode temperature on the one hand and the larger anode diameter due to the shorter distance to the inside wall of the piston and the larger heat-conducting and heat-radiating surface on the other hand with symmetrical design of the lamp bulb to much higher Temperatures of the lamp on the anode side, especially also on the inside wall of the bulb to lead. This has an influence on the physical parameters of discharge and light generation. The aim is to keep the temperature difference as small as possible between the hottest and coldest point in the flask. at uniform temperature distribution, on the one hand, the light emission is homogeneous, on the other hand the temperature can be set to an optimal value that both the requirements for the luminous efficacy as well as those for the service life and maintenance is enough.
Erfindungsgemäß wird die Temperaturhomogenität der Lampe dadurch verbessert, daß die Kolbeninnenwand um die Anode herum weiter ist als um die Kathode herum. Dies kann, je nach gewählter Form der Elektroden und abhängig von herstellungstechnischen Gesichtspunkten, mit verschiedenen konkreten geometrischen Formen erreicht werden, wobei geometrisch einfache und damit leicht herstellbare Kolbenformen bevorzugt sind.According to the invention, the temperature homogeneity of the lamp is improved by that the inside wall of the piston is wider around the anode than around the cathode. This can, depending on the selected shape of the electrodes and depending on the manufacturing technology Aspects, with different concrete geometric shapes can be achieved, with geometrically simple and therefore easy to manufacture piston shapes are preferred.
Vor allem im Hinblick auf die genannten Projektionsanwendungen sind, wie bereits erwähnt, möglichst kurze Bogenlängen anzustreben. Dabei steht die Bogenlänge im Zusammenhang mit der Lampenleistung. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind Kurzbogenlampen mit auf die Bogenlänge bezogenen spezifischen Leistungen von mehr als 80, 100, 120 oder am besten 150 W/mm. Eine Bezugnahme auf die Kolbengröße ist wenig sinnvoll, weil die Kolbengröße durch die thermische Belastbarkeit des Kolbenmaterials bestimmt ist und folglich bei zukünftigen Materialverbesserungen (Keramik anstatt Quarzglas) deutlich abnehmen kann.Especially with regard to the projection applications mentioned are, as already mentions striving for the shortest possible arc lengths. The arc length is in Connection with the lamp power. Are particularly preferred according to the invention Short arc lamps with specific powers of arc length more than 80, 100, 120 or best 150 W / mm. A reference to the piston size makes little sense, because the piston size due to the thermal load capacity of the piston material is determined and consequently in future material improvements (Ceramic instead of quartz glass) can decrease significantly.
Quantitativ bevorzugte Bereiche für die Asymmetrie der Kolbenformen lassen sich beschreiben durch das Verhältnis von anodenseitiger zur kathodenseitiger Längsschnitt-Halbfläche. Damit sind, wie im Ausführungsbeispiel veranschaulicht, Flächen gemeint, die im Längsschnitt beiderseits einer die Kolbeninnenlänge mittig teilenden und auf der Lampenlängsachse senkrechten Ebene liegen, die Lampenlängsachse jeweils zu einer Hälfte der Kolbeninnenlänge enthalten und im übrigen von der Kolbeninnenwand begrenzt sind. Dieses Verhältnis liegt bevorzugt über 1,1 und weiter bevorzugt unter 1,5.Quantitatively preferred ranges for the asymmetry of the piston shapes can be describe by the ratio of anode-side to cathode-side longitudinal section half-area. As illustrated in the exemplary embodiment, these are surfaces meant that in longitudinal section on both sides of one dividing the inner length of the piston in the middle and lie on the plane perpendicular to the lamp longitudinal axis, the lamp longitudinal axis each contain half of the inside length of the piston and the rest of the inside wall of the piston are limited. This ratio is preferably over 1.1 and further preferably less than 1.5.
Häufig werden Formen in Lampenkolbenformmaschinen der vereinfachten Formherstellung halber mit der Kolbenform entsprechenden Innenflächen versehen, die sich im Längsschnitt durch Krümmungsradien beschreiben lassen. Insbesondere lassen sich häufig das anodenseitige und das kathodenseitige Ende des Kolbens durch einen Längsschnitt-Krümmungsradius (wie im Ausführungsbeispiel in der Figur veranschaulicht) beschreiben, wobei erfindungsgemäß bevorzugt ist, daß der anodenseitige Längsschnitt-Krümmungsradius kleiner als der kathodenseitige ist, vorzugsweise 50% bis 80% des letzteren beträgt. Das heißt, daß sich der Kolben anodenseitig stärker krümmt bzw. weniger flach verläuft. So wird anodenseitig eine weitere Kolbenform erreicht. Zu beachten ist, daß dabei die Längsschnitt-Krümmungszentren der Krümmung oberhalb und unterhalb der Lampenlängsachse nicht zusammenfallen müssen und anoden- und kathodenseitig verschieden liegen können, weil sich sonst durch den kleineren Krümmungsradius eine engere Kolbenform ergäbe.Shapes are often used in lamp bulb molding machines for simplified mold production half provided with internal surfaces corresponding to the piston shape, the can be described in longitudinal section by radii of curvature. In particular let the anode-side and the cathode-side end of the piston are often a longitudinal section radius of curvature (as illustrated in the embodiment in the figure) describe, it being preferred according to the invention that the anode-side Longitudinal section radius of curvature is smaller than the cathode side, preferably 50% to 80% of the latter. This means that the piston is stronger on the anode side curved or less flat. So another piston shape becomes on the anode side reached. It should be noted that the longitudinal centers of curvature of the The curvature above and below the lamp's longitudinal axis does not coincide must and can be different on the anode and cathode side, because otherwise the smaller radius of curvature would result in a narrower piston shape.
Die erfindungsgemäß verfolgte Absicht, Temperaturgradienten in der Lampe abzubauen, kann alternativ auch durch einen geeigneten reflektierenden und/oder absorbierenden Wärmestaubelag am kathodenseitigen Kolbenende erreicht werden. Diese Maßnahme kommt im Prinzip auch zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Kolbenasymmetrie in Frage.The intention pursued according to the invention to reduce temperature gradients in the lamp, can alternatively also by a suitable reflecting and / or absorbing Heat accumulation can be reached at the end of the piston on the cathode side. This In principle, the measure also comes in addition to the piston asymmetry according to the invention in question.
Bei der Asymmetrie kann man aber auf einen solchen Wärmestaubelag ganz verzichten. Der Vorteil ist, daß damit die Herstellung der Lampe um mindestens einen Arbeitsschritt vereinfacht wird. Die Kolbenasymmetrie läßt sich nämlich durch geeignete Formgebung der entsprechenden Formwerkzeuge in einer Lampenkolbenformmaschine erreichen, ohne daß dadurch der konventionelle Funktionsablauf anderweitig verändert würde. Ein weiterer Vorteil ist, daß Abschattungen vermieden werden.In the case of asymmetry, however, such a heat accumulation layer can be dispensed with entirely. The advantage is that the lamp is thus manufactured by at least one working step is simplified. The piston asymmetry can namely by suitable Forming the corresponding molds in a lamp bulb molding machine achieve without the conventional function otherwise would be changed. Another advantage is that shadowing is avoided.
In der Figur ist ein konkretes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lampe gezeigt. Die bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels offenbarten Merkmale können auch einzeln oder in anderer Kombination erfindungswesentlich sein.In the figure is a specific embodiment for a lamp according to the invention shown. The features disclosed in the description of this embodiment can also be essential to the invention individually or in another combination.
Die Figur zeigt im Längsschnitt eine Gleichstrom-Kurzbogenlampe mit einer Längsachse
2, entlang der eine Anode 4 und eine Kathode 5 liegen. In Längsrichtung in der
Mitte des durch eine Kolbeninnenwand 3 eingeschlossenen Kolbeninnenraums, also
eine Kolbeninnenlänge 7 halbierend, ist ferner eine auf der Lampenlängsachse 2
senkrecht stehende Mittelebene 1 eingezeichnet. The figure shows in longitudinal section a DC short-arc lamp with a
Die Figur zeigt deutlich, daß der Kolben bezüglich dieser Mittelebene 1 asymmetrisch
geformt ist. Konkret unterscheiden sich die anodenseitige Längsschnitt-Halbfläche
und die kathodenseitige Längsschnitt-Halbfläche, denen jeweils der in der
Figur links bzw. rechts von der Mittelebene liegende Längsschnittflächenbereich
innerhalb der Kolbeninnenwand 3 entspricht.The figure clearly shows that the piston is asymmetrical with respect to this
Ferner zeigt die Figur, daß der die anodenseitige Krümmung des Kolbens im Längsschnitt
beschreibende Krümmungsradius 8 deutlich kleiner als der entsprechende
kathodenseitige Krümmungsradius 9 ist. Vorzugsweise beträgt der Krümmungsradius
8 50% - 80% des Krümmungsradius 9. Man erkennt ferner, daß die entsprechenden
Längsschnittkrümmungsmittelpunkte oberhalb und unterhalb der Lampenlängsachse
2 nicht zusammenfallen und anodenseitig und kathodenseitig unterschiedlich liegen.
Allerdings ist die Lampe rotationssymmetrisch um die Lampenlängsachse 2.Furthermore, the figure shows that the anode-side curvature of the piston in longitudinal section
Descriptive radius of
Die entsprechende asymmetrische Kolbengestaltung hat zur Folge, daß der Kolben
um die im Vergleich zur Kathode 5 sehr viel dickere Anode 4 herum einen ausreichenden
Abstand hält und sich somit insgesamt eine gleichmäßige Temperaturverteilung
in Längsrichtung ergibt.The corresponding asymmetrical piston design has the consequence that the piston
around the
Schließlich zeigt die Figur, daß der Abstand zwischen der Anode 4 und der Kathode
5, also die Bogenlänge 6, sehr kurz gewählt ist, im vorliegenden Fall 1,5 mm im
Vergleich zu Krümmungsradien von 4 mm (8) und 6 mm (9) und einer Lampenleistung
von 270 W (spezifische Leistung 180 W/mm). Die Kolbeninnenlänge 7 beträgt
vorliegend knapp das 10-fache der Bogenlänge 6. Es ergibt sich eine Brennspannung
von 35 V bei einem Lichtstrom von 18 klm aus einem Füllungsvolumen von 0,7 ml
bei einer Wandbelastung von 65 W/cm2.Finally, the figure shows that the distance between the
Mit folgender Füllung wurde eine Farbtemperatur von 6.800 K eingestellt: 200 mbar Argon, 20 mg Quecksilber, 0,11 mg Cadmiumjodid (CdI2)- entsprechend ca. 0,43 µmol Cd pro ml Kolbenvolumen -, 0,42 mg Quecksilberbromid (HgBr2), 0,12 mg Quecksilberjodid (HgI2), 0,05 mg Indiumjodid (InI2), 0,05 mg Lithiumjodid (LiI2), 0,11 mg Dysprosium sowie 0,05 mg Yttrium. Cadmium kann dabei moläquivalent durch Zink ersetzt sein. Thalliumjodid kann zugegeben werden bis zu einem Wert von 0,2 mg/ml.A color temperature of 6,800 K was set with the following filling: 200 mbar argon, 20 mg mercury, 0.11 mg cadmium iodide (CdI 2 ) - corresponding to approx.0.43 µmol Cd per ml flask volume -, 0.42 mg mercury bromide (HgBr 2 ), 0.12 mg mercury iodide (HgI 2 ), 0.05 mg indium iodide (InI 2 ), 0.05 mg lithium iodide (LiI 2 ), 0.11 mg dysprosium and 0.05 mg yttrium. Cadmium can be replaced by zinc in a molar equivalent. Thallium iodide can be added up to a value of 0.2 mg / ml.
Claims (19)
- DC arc lamp having a fill comprising at least the following constituents:characterized by the additional constituent:argon as firing gas,mercury anda halogen,cadmium and/or zinc,yttrium.
- Lamp according to Claim 1, including the filling constituent lithium.
- Lamp according to one of the preceding claims, comprising the filling constituent indium.
- Lamp according to one of the preceding claims, including a rare-earth element, in particular dysprosium, as a filling constituent.
- Lamp according to one of the preceding claims, comprising the filling constituent thallium.
- Lamp according to one of the preceding claims, in which the halogen is in the form of iodine and/or bromine.
- Lamp according to one of the preceding claims, in which the total concentration for cadmium and/or zinc is within the following range overall: 0.05 to 3.0 µmol per ml volume of the lamp vessel.
- Lamp according to Claim 7, in which, depending on the electrical power consumption, the following concentrations for cadmium and/or zinc, in total, apply:
Power consumption of the lamp Concentration in µmol/ml up to 170 W 0.3 to 3.0 170 to 300 W 0.2 to 2.0 300 to 3000 W 0.05 to 1.0 - Lamp according to one of the preceding claims, having a cathode-side heat accumulation coating.
- Lamp according to one of the preceding claims, having a bulb which is shaped asymmetrically with regard to planes (1) perpendicular to a lamp longitudinal axis (2), in such a manner that the bulb inner wall (3) is wider around the anode (4) than around the cathode (5).
- Lamp according to one of the preceding claims as a short-arc lamp.
- Lamp according to Claim 11, in which a specific power, based on the arc length (6), is greater than 80 W/mm.
- Lamp according to one of Claims 10-12, in which the ratio between an anode-side longitudinal section half surface and a cathode-side longitudinal section half surface is greater than 1.1, the longitudinal section half surfaces lying, in longitudinal section through the lamp, on either side of a plane which centrally divides the inner length of a bulb of the lamp and is perpendicular to the lamp longitudinal axis (2), and these half surfaces including the lamp longitudinal axis (2) in each case over half the bulb inner length and, otherwise, being delimited by the bulb inner wall (3).
- Lamp according to Claim 13, in which the ratio is less than 1.5.
- Lamp according to one of Claims 10-14, in which an anode-side longitudinal section radius of curvature (8) is shorter than a cathode-side longitudinal section radius of curvature (9).
- Lamp according to Claim 15, in which the anode-side longitudinal section radius of curvature (8) amounts to 50% to 80% of the cathode-side longitudinal section radius of curvature (9).
- Lamp according to one of the preceding claims as a daylight lamp.
- Use of a lamp according to one of the preceding claims with a horizontally running lamp longitudinal axis (2).
- Projection device having a lamp according to one of the preceding claims 1-17 as projection lamp.
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