безэлектродная лампа (варианты)

Формула изобретения

1. Безэлектродная лампа, содержащая оболочку малого диаметра, которая содержит формирующий плазму наполнитель, средство для генерирования электромагнитной энергии, средство для подачи указанной электромагнитной энергии к указанной оболочке для возбуждения указанного наполнителя, причем в возбужденном состоянии указанный наполнитель испускает видимое излучение, и средство для вращения указанной оболочки с достаточно большой скоростью, отличающаяся тем, что оболочка имеет диаметр менее 1,27 см (полудюйма), а скорость вращения обуславливают наполнение разрядом, сформированным наполнителем, по существу, всего внутреннего объема оболочки.

2. Безэлектродная лампа по п.1, отличающаяся тем, что указанное средство для подачи содержит коаксиальное крепление, имеющее внутренний и внешний проводники.

3. Безэлектродная лампа по п.1, отличающаяся тем, что средство для вращения включает средство для вращения оболочки таким образом, чтобы в процессе вращения оболочки различные части лампы подвергались воздействию области или областей поля высокой интенсивности в разное время.

4. Безэлектродная лампа по п.3, отличающаяся тем, что область или области поля высокой интенсивности созданы посредством проводника, расположенного вблизи оболочки.

5. Безэлектродная лампа по п.4, отличающаяся тем, что содержит средство возбуждения, включающее коаксиальное средство связи и в которой проводник представляет собой внутренний проводник коаксиальных средств связи.

6. Безэлектродная лампа по п.5, отличающаяся тем, что внутренний проводник является пустотелым, а также содержит средство для подачи охлаждающего газа через внутренний проводник, который направлен на оболочку.

7. Безэлектродная лампа по п.1, отличающаяся тем, что реальное увеличение производительности составляет по крайней мере приблизительно 5%.

8. Безэлектродная лампа по п.1, отличающаяся тем, что реальное увеличение производительности составляет по крайней мере приблизительно 10%.

9. Безэлектродная лампа по п.1, отличающаяся тем, что свет, излучаемый разрядом, представляет собой молекулярное излучение.

10. Безэлектродная лампа по п.1, отличающаяся тем, что наполнитель, формирующий разряд при возбуждении, включает разновидность полимера.

11. Безэлектродная лампа по п.10, отличающаяся тем, что наполнитель, формирующий разряд, представляет собой наполнитель, содержащий серу.

12. Безэлектродная лампа по п.10, отличающаяся тем, что наполнитель, формирующий разряд, представляет собой наполнитель, содержащий селен.

13. Безэлектродная лампа по п.11 или 12, отличающаяся тем, что средство для подачи электромагнитной энергии к оболочке выполнено с возможностью возбуждения наполнителя относительно неоднородно по объему.

14. Безэлектродная лампа по п.13, отличающаяся тем, что средство для подачи электромагнитной энергии к оболочке включает коаксиальный возбудитель.

15. Безэлектродная лампа по п.14, отличающаяся тем, что коаксиальный возбудитель выполнен с возможностью подвода электромагнитной энергии к оболочке с направлением электрического поля, ориентированным в основном перпендикулярно к оси вращения оболочки.

16. Безэлектродная лампа по п. 1 или 11, отличающаяся тем, что безэлектродная оболочка лампы имеет максимальный внутренний размер меньше, чем 7 мм.

17. Безэлектродная лампа по п.14, отличающаяся тем, что безэлектродная оболочка лампы имеет максимальный внутренний размер меньше, чем 6 мм, а средства для вращения оболочки относительно оси выполнены с возможностью вращения оболочки со скоростью большей, чем приблизительно 8000 об/мин.

18. Безэлектродная лампа по п.6, включающая средство подачи охлаждающего газа под давлением на оболочку, отличающаяся тем, что содержит средство распределения потока охлаждающего газа для максимального увеличения производительности, которая получена высокоскоростным вращением оболочки.

19. Безэлектродная лампа, содержащая оболочку, заключающую в себе формирующий разряд наполнителя, содержащий серу, средство для подачи электромагнитной энергии к указанной оболочке для возбуждения указанного формирующего разряд наполнителя, чтобы сформировать разряд, который излучает свет, и средство для вращения указанной оболочки вокруг оси вращения, отличающаяся тем, что угловая частота w оболочки такова, что произведение w²r квадрата указанной угловой частоты на максимальный радиус r указанной оболочки, при радиальном измерении относительно оси вращения, составляет, по меньшей мере, около 1,7510⁵ см/с².

20. Безэлектродная лампа по п.19, отличающаяся тем, что r составляет меньше, чем приблизительно 3,5 мм.

21. Безэлектродная лампа по п.20, отличающаяся тем, что средства для подачи электромагнитной энергии включают коаксиальные средства возбуждения.

22. Безэлектродная лампа, содержащая оболочку, которая заключает в себя наполнитель, который включает в себя часть конденсируемого наполнителя, и средство, внешнее по отношению к указанной оболочке, для подачи к нему сверхвысокочастотной или радиочастотной энергии для возбуждения указанного наполнителя, причем указанное средство выполнено таким образом, что указанная энергия распределяется, по меньшей мере, во время этапа пуска лампы, в указанной оболочке таким образом, что она более высокая в определенной области или областях, отличающаяся тем, что стенка указанной оболочки имеет уменьшенную толщину в указанной определенной области или областях.

23. Безэлектродная лампа по п.22, отличающаяся тем, что стенка оболочки выполнена из кварца.

24. Безэлектродная лампа по п.22, отличающаяся тем, что наполнитель также включает стартовый газ, формирующий разряд в течение стартовой фазы лампы.

25. Безэлектродная лампа по п.22, отличающаяся тем, что оболочка имеет, в основном, сферическую форму, а средства для связывания энергии, внешние по отношению к оболочке, включают коаксиальные средства возбуждения, имеющие внешний и внутренний проводники, причем оболочка имеет уменьшенную толщину в области, которая расположена близко к внутреннему проводнику в течение работы лампы.

26. Безэлектродная лампа по п.25, отличающаяся тем, что область уменьшенной толщины представляет собой экваториальную область, и далее включающая средства для вращения оболочки вокруг оси через полюса.

27. Безэлектродная лампа по п. 24, отличающаяся тем, что наполнитель представляет собой наполнитель, содержащий серу.

28. Безэлектродная лампа по п. 24, отличающаяся тем, что наполнитель представляет собой наполнитель, содержащий селен.

29. Безэлектродная лампа по п.22, отличающаяся тем, что средства для связывания энергии включает шестигранный резонатор TM110 моды с одной или более щелями связи, а оболочка выполнена трубчатой по форме, причем оболочка имеет уменьшенную толщину в области или в соответствующих областях, которые размещены близко к щели связи или соответственно щелями связи.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение касается усовершенствования работы безэлектродных ламп.

При определенных условиях в безэлектродных лампах происходит разряд, который не распределяется по внутренней части оболочки, а зачастую локализуется в определенной части или частях баллона или оболочки. Примером такой ситуации может быть безэлектродная лампа, имеющая наполнитель, в котором основным излучающим компонентом является сера или селен или соединения этих элементов, при использовании сравнительно малого баллона.

Безэлектродные лампы, основанные на использовании наполнителя из серы и селена, описаны в международной заявке N WO 92/08240, на которую здесь производится ссылка. Кроме того, в тех случаях, когда необходим яркий источник света, в таких лампах желательно использовать малые баллоны, например менее 1/2 дюйма в диаметре. Одним из примеров являются системы проекционного телевидения на жидкокристаллических индикаторах (ЖКИ), где потребность в том, чтобы источник приближался к так называемому точечному источнику света, диктует то, что источник должен иметь сферическую форму и внутренний диаметр приблизительно не более 1/4 дюйма.

В патентной заявке США N 4887192, близкой к настоящей заявке по существу, на которую здесь также производится ссылка, описаны СВЧ-резонаторы для соединения с малыми баллонами, то есть менее 1/2 дюйма.

Однако было обнаружено, что, когда малый баллон, имеющий наполнитель из серы (включая аргон как стартовый газ), устанавливают в СВЧ-резонатор, описанный в патентной заявке США N 4887192, нормальная работа не достигается. Чаще всего наблюдают локализованный разряд, флотирующий в верхней части баллона, причем спектр, излучаемый флотирующим разрядом, отличается от ожидаемого.

Следующей проблемой в работе безэлектродных ламп, и в особенности в излучающих видимый свет, является наличие "мерцания" или "фликкера". Употребляемый здесь термин "мерцание" означает любое перемещение в проецируемом свете, которое наблюдает зритель. Это перемещение может отвлекать зрителя от проецируемого изображения или даже вызывать утомление глаз.

Причина эффекта мерцания заключается в том, что баллон или оболочка сами по себе являются визуально несовершенными и вращаются во время работы. Таким образом, оболочка может, например, иметь нарушение эксцентриситета, что означает, что баллон является недостаточно круглым, если его оболочка сферическая. Для улучшения охлаждения оболочку безэлектродных ламп вращают при подаче охлаждающего газа (например, сжатого воздуха), что позволяет лампе функционировать при повышенных плотностях мощности, см., например, патент США N 4485332. Именно вращение оболочки, имеющей нарушение, вызывает видимое мерцание или фликкер, когда баллон вращают с целью охлаждения на обычной скорости, приблизительно 300 оборотов в минуту.

В патенте США N 4954756 предлагается вращать баллоны на скорости, достаточной для того, чтобы вызывать перераспределение плазмы благодаря центробежным силам наполнителя. Например, в абзаце 4, строке 30 этого патента утверждается, что для баллонов диаметром от 0,75 до 1,5 дюймов можно применять скорость вращения в диапазоне от 1500 до 2500 оборотов в минуту. Следует отметить, что между состоянием вращения при низкой скорости и при высокой скорости не имеется значительного изменения в спектральном распределении энергии в баллоне, хотя имеется изменение в направлении распределения мощности. Эффект пограничного слоя, описанный в патенте США N 4954756, отличается от эффекта локализованного разряда, который описан здесь, поскольку в эффекте пограничного слоя образуется разряд, который полностью распределяется во внутренней части оболочки, но не присутствует на границе, в то время как в эффекте, описанном здесь, разряд не распределяется полностью во внутренней части объема баллона. Кроме того, поскольку эффект перераспределения согласно патенту США N 4954756 связан с центробежными силами в баллоне, то для того, чтобы получить этот эффект, для баллонов с внутренним диаметром 1/4 дюйма требуется скорость вращения по крайней мере 4500 оборотов в минуту.

Выше было указано, что известны безэлектродные лампы, в которых на разрядную оболочку, содержащую разрядную среду и не содержащую электродов, подают электромагнитное поле микроволнового или радиочастотного диапазона. Разряд, возбуждаемый с помощью одной из многих известных схем зажигания, поддерживается энергией приложенного поля. Разрядную среду, обычно называемую наполнителем, тщательно выбирают так, чтобы излучение, производимое разрядом, имело желательный характер. Например, если нужен ультрафиолетовый свет, можно использовать ртутный наполнитель сравнительно низкой плотности, и наоборот, если необходим видимый свет для освещения или получения изображений, то наполнитель может включать подходящую смесь ртутных и металлических галоидных соединений. Как упомянуто выше, видимый наполнитель, в котором излучение производит вещество, включающее серу и/или селен, описан в международной заявке N WO 92/08240, которая по существу сходна с настоящим изобретением.

Во многих случаях применения желательно получить малый яркий источник, который требует малую разрядную оболочку. Примером такого применения являются автомобильные фары, ЖКИ или подобные электрооптические проекционные системы, а также источники для фотолитографии. В патентах США N 4975625 (Lynch et аl.) и N 4877192 (Simpson et al.), которые сходны по существу с настоящим изобретением, описаны микроволновые лампы с объемными резонаторами, у которых на сравнительно малые разрядные баллоны подают поля высокой интенсивности. Однако при попытке присоединения даже к меньшим баллонам (с внутренним диаметром от 5 до 8 мм) увеличиваются не только потери сопротивления в резонаторе, но также и общая добротность ламп, что вызывает нестабильность частоты при использовании промышленных магнетронных источников.

Из предшествующего уровня техники известна арматура для микроволновых коаксиальных безэлектродных ламп, например, описанная в патентах США N 3993927 (Haugsjaa et al.), N 4223250 (Kramaer et al.), N 4605701 (Haugsjaa et al. ). Арматура коаксиальных ламп обычно включает внутренний проводник, размещенный вплотную с разрядным баллоном, а также заземление или структуру противоположной полярности, возможно охватывающую баллон или расположенную поперек баллона. Эта арматура выходит из строя из-за того, что поле и разряд высокой интенсивности в баллоне рядом с внутренним проводником вызывают образование локализованной области, имеющей намного более высокую плотность энергии, чем окружающий разряд, который присоединяется к внутренней стенке разрядной оболочки. Баллон быстро расплавляется и разрушается за несколько минут или секунд. Это явление обычно называют дуговым разрядом.

Без углубления в теорию следует отметить, что дуговой разряд образуется, когда плазма, которая концентрируется вблизи оболочки баллона, вызывает эмиссию электронов из оболочки, которая, в свою очередь, далее усиливает плазму, что выводит положение из-под контроля и ведет к образованию дугового разряда.

Проблема образования дугового разряда исследована в патентах США N 3942058 (Haugsjaa et al. ) и N 4178534 (McNeil et al.). В обоих патентах представлены уравнение Ре-Ph=Pr, где Ре определено как мощность, получаемая электрическим возбуждением, Ph - мощность, потерянная в виде тепла, и Pr - мощность излучаемой эмиссии, а также второе уравнение Ре =n_euE², где n_е -плотность электронов, u - подвижность электронов и Е - напряженность электрического поля. Это уравнение рассматривает плотность мощности приложенного электрического поля по аналогии с омическим нагреванием. Оба патента предлагают возбуждающую структуру, направленную на уменьшение напряженности электрического поля близь внутренних стенок разрядной оболочки так, чтобы Ре понизился до точки, при которой не происходит никакого разрядного излучения вблизи стенок оболочки, и, таким образом, предотвращается образование дугового разряда у стенок внутри разрядной оболочки. В этих патентах утверждается, что предотвращение образования дугового разряда может увеличивать срок службы баллона на несколько порядков.

Часто желательно, чтобы коаксиальная арматура была компактной. Однако, поскольку размер баллона уменьшен ради получения малого яркого источника с рабочей длиной волны, которая остается фиксированной на промышленной длине волны, способ, предложенный вышеупомянутыми патентами, не может быть осуществлен, потому что трудно обеспечить изменение интенсивности разряда по объему баллона так, чтобы разряд был изолирован от стенок. Кроме того, с точки зрения оптики нежелательно иметь источник, который является пространственно неоднородным.

В попытке разработать микроволновые лампы с малыми баллонами изобретатели столкнулись с требованиями высокой напряженности поля для подачи мощности высокой плотности на малые яркие баллоны. Специалисты в данной области техники считают, что проблема образования дугового разряда обостряется при такой высокой плотности мощности и высокой напряженности поля на баллонах.

Желательно, чтобы описанные выше безэлектродные лампы имели высокую производительность и низкие требования к охлаждению.

Производительность лампы - это мера света, излучаемого по сравнению с электрической энергией, которая должна быть подана на лампу, чтобы произвести такой излучаемый свет. Это - очень важная мера характеристики лампы, потому что увеличение производительности только на нескольких процентов может привести к значительным сокращениям производственных расходов после определенного времени эксплуатации лампы.

Кроме того, безэлектродные лампы сильно нагреваются во время работы, и их обычно охлаждают, направляя на баллон сжатый воздух. Недостатком использования сжатого воздуха является шум, причем требования к охлаждению меньших баллонов пропорционально больше, чем к большим баллонам. Однако при повышении производительности лампы большее количество подаваемой энергии преобразуется в свет, при этом меньшее количество преобразуется в теплоту, а это требует меньше сжатого воздуха для охлаждения, который соответственно генерирует меньшее количество шума.

Как правило, принято считать, что производительность определенной разрядной лампы зависит от состава и плотности разрядного наполнителя, а также от плотности мощности, которая подается на наполнитель.

Известны разрядные лампы, в частности безэлектродные разрядные лампы, которые содержат конденсирующийся наполнитель. Когда лампа не работает и холодна, конденсирующаяся часть наполнителя конденсируется на внутренней части оболочки лампы. Эти лампы, как правило, также содержат газ, который остается газообразным даже при низких температурах. Этот газ облегчает старт, что будет описано ниже, и, к тому же, может также выполнять цель воздействия на характеристики плазмы, изменяя теплопроводность плазмы.

Известно множество безэлектродных ламп, которые соединены емкостно и индуктивно возбуждаются микроволнами. Общим для всех этих ламп является то, что мощность подается к лампам не через электроды, проникающие в баллон, а посредством создаваемых вне электромагнитных колебаний. Изменение вида электромагнитного поля зависит от структуры и работы внешнего источника электромагнитного поля. Обычно имеются некоторые области в баллоне, на которые подают более высокое электромагнитное поле, по крайней мере во время старта.

Процесс старта разрядной лампы с конденсирующимся наполнителем и стартовым газом имеет несколько ступеней. На первой ступени подается электромагнитное поле, затем в течение нескольких минут в баллоне происходит ионизация, возможно, под воздействием космического гамма-излучения или фотоэлектронов, испускаемых из оболочки или конденсирующегося наполнителя под действием излучения из вспомогательного источника ультрафиолетового света или какого-либо другого воздействия. Электромагнитное поле дает энергию электронам, и происходит лавинный разряд, который вызывает ионизацию всего стартового газа (в некоторой степени, например, первичную или вторичную ионизацию), чтобы сформировать из него плазму.

Эта начальная плазма будет иметь мощность относительно малой плотности и во внутренней части баллона может изменяться по интенсивности, которая отличается от устойчивого состояния плазмы. Плазма стартового газа нагревает оболочку баллона и, таким образом, вызывает испарение конденсирующегося наполнителя, который в свою очередь ионизируется, чтобы принять участие в разряде. Поскольку конденсирующийся наполнитель испаряется, разряд приобретает все большую мощность до тех пор, пока не испаряется весь наполнитель, и мощность достигает значения своего устойчивого состояния. Изменение мощности, поглощаемой баллоном, происходит потому, что импеданс баллона изменяется по мере того, как конденсирующийся наполнитель испаряется, а давление в баллоне увеличивается.

После отключения мощности от лампы конденсирующийся наполнитель конденсируется во внутренней области лампы, которая охлаждается быстрее всего. Этой частью может быть область, подвергнутая наиболее сильному внешнему охлаждению, например, под действием охлаждающей воздушной струи, или область, которая поддерживается самой холодной при работе на полной мощности.

Как указано выше, интенсивность плазмы стартового газа имеет некоторые вариации во внутренней части баллона. Если плазма стартового газа не достаточно интенсивна в той области баллона, где конденсируется конденсирующийся наполнитель, то требуется длительное время для испарения конденсирующегося наполнителя и соответственно для старта баллона. Такой старт даже может быть невозможен, а если и осуществляется, то интервал настолько варьируется от одного старта до следующего, что его невозможно повторить.

В предлагаемой настоящим изобретением линейной микроволновой безэлектродной лампе как охлаждающий воздух, так и излучение микроволновой мощности к баллону подаются с одной и той же стороны. Таким образом, после отключения мощности наполнитель конденсируется на той стороне баллона, на которую подается мощность при повторном старте лампы.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения оболочку безэлектродной лампы, способной производить локализованный разряд, который не полностью наполняет внутреннюю часть оболочки, если оболочка не вращается или вращается при низкой скорости, вращают с достаточно высокой скоростью, чтобы заставить разряд полностью наполнять внутреннюю часть оболочки.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения безэлектродная лампа с наполнителем, включающим серу или селен, способная производить локализованный разряд, который не полностью заполняет внутреннюю часть оболочки, если оболочка не вращается или вращается при низкой скорости, вращают с достаточно высокой скоростью, чтобы заставить разряд полностью заполнять внутреннею часть оболочки.

Согласно еще одному аспекту изобретения визуально несовершенную оболочку безэлектродной лампы, например оболочку, имеющую эксцентриситет, вращают с достаточно высокой скоростью для устранения вышеупомянутого эффекта мерцания.

Согласно другому аспекету изобретения баллон безэлектродной лампы вращают, чтобы устранить возникновение дугового разряда.

Соответственно, предлагается безэлектродная лампа, в которой характеристика электромагнитного поля, установленная рядом со стенкой баллона, является такой, что может вызывать в баллоне дуговой разряд. Баллон вращают таким образом, чтобы вынудить области баллона, соответствующие областям с характеристиками электромагнитного поля, при которых образуются дуговые разряды, постоянно перемещаться при вращении. Изобретателями было обнаружено, что перемещение имеет тенденцию устранять механизм образования дугового разряда Есть предположение, что дуговые разряды могут формироваться около области сильного поля, но что удаление от области сильного поля предотвращает возникновение дуговых разрядов путем перемещения области их формирования при вращении.

Это изобретение, в частности, можно использовать в коаксиальных лампах, в которых разрядная оболочка расположена около проводящего возбуждающего элемента, создающего поля высокой напряженности по крайней мере в одной части объема, занимаемого разрядной оболочкой, что создает в лампе предпосылки для возникновения дуговых разрядов. Ось вращения предпочтительно расположена таким образом, чтобы ни одно пятно на стенке баллона, подходящее на баллоне близко к области сильного поля (области, близкой к проводящему элементу), не оставалось там, а удалялось при вращении. Фактически, согласно этому изобретению возможно создать такие условия, которые действительно обостряют проблему образования дугового разряда, но которые, однако, желательны с конструктивной точки зрения, т.е. нагрузка высокой мощности, малые баллоны, и при этом избежать проблем образования дугового разряда.

Согласно примеру воплощения этого изобретения, который будет подробно изложен ниже, коаксиальная лампа содержит внутренний проводник, который создает возле баллона область сильного поля. Баллон вращается относительно оси, которая является не параллельной, а предпочтительно близкой к нормали по отношению к внутреннему проводнику, так, что баллон однородно возбуждается при высокой плотности для обеспечения однородного яркого источника света, в результате чего исключается возникновение дугового разряда.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения улучшение производительности лампы и сниженные требования к охлаждению достигаются путем вращения на высокой скорости баллона безэлектродной лампы, который содержит светоизлучающий наполнитель.

Согласно предпочтительным особенностям этой части изобретения вещество светоизлучающего наполнителя является таким, чтобы производить молекулярное излучение при возбуждении, и включает, например, такие вещества, которые содержат разновидности полимеров. Полезные эффекты изобретения могут быть реализованы в большей степени, если лампу возбуждают в таком режиме, когда прикладываемое электрическое поле в объеме наполнителя является относительно неоднородным.

Было обнаружено, что вращение баллона на высокой скорости приводит к увеличению производительности. Кроме того, получаемое увеличение производительности является значительным. Под указываемым здесь "значительным" увеличением производительности понимают увеличение производительности по крайней мере приблизительно на 5% или более, где "производительность" определена как видимая световая мощность, излучаемая лампой, деленная на входную мощность микроволнового или радиочастотного поля. Согласно предпочтительному примеру осуществления изобретения, которое раскрыто здесь, достигаемое увеличение производительности составляет приблизительно 15%.

Кроме того, согласно настоящему изобретению лампа может работать при значительном снижении требований к охлаждению. Это позволяет использовать менее шумный источник сжатого охлаждающего газа, что также является важным преимуществом. Под "значительным снижением" давления охлаждающего газа здесь имеют ввиду давление охлаждающего газа, которое по крайней мере приблизительно на 20% ниже того, которое было бы необходимо при отсутствии увеличения производительности, получаемой при вращении на высокой скорости.

Из ссылки на известный уровень техники можно указать патент США N 4485332, содержащий изложение идеи вращения оболочки безэлектродной лампы, на которую направлен по крайней мере один поток сжатого воздуха с целью более эффективного охлаждения лампы. До появления изобретения по патенту США N 4485332 сжатый охлаждающий воздух направляли на неподвижный баллон, в результате чего охлаждение было недостаточно эффективным, и лампу должны были эксплуатировать при более низких плотностях мощности, чтобы предотвратить перегрев.

В патенте США N 4954756 изложена идея вращения оболочки безэлектродной лампы с высокими скоростями (1500-2500 оборотов в минуту для оболочек диаметром от 0,75 до 1,5 дюймов) для получения выравненной температуры поверхности баллона и для изменения свойств пространственной эмиссии лампы. В патенте далее утверждается, что существует обратная взаимосвязь между требуемой скоростью вращения и диаметром баллона. Не имеется никакого упоминания о том, что получено увеличение производительности лампы по патенту США N 4954756.

Здесь указано, что при вращении баллонов определенных размеров описанным образом локализованные разряды и эффекты дугового разряда не возникают. Несмотря на то, что предотвращение этих эффектов имеет важное значение для успешной работы лампы, увеличение производительности лампы таким образом не достигается.

Конкретными примерами подходящего светоизлучающего вещества наполнителя являются сера и селен и их соединения. Было обнаружено, что такие вещества либо сами по себе, либо вместе с добавками генерируют свет с высокой эффективностью и обеспечивают хорошую цветопередачу. Лампы на основе этих веществ в качестве наполнителя раскрыты в международной заявке N WO 92/08240. К тому же, в лампе, которая возбуждается коаксиальным возбудителем, электрическое поле по всему объему наполнителя является неоднородным. Малые баллоны, например менее 1/2 дюйма в диаметре, являются предпочтительными во многих случаях применения из-за оптических требований специфических систем и входят в настоящее изобретение.

Согласно предпочтительному примеру осуществления изобретения возможно использовать очень малый баллон с внутренним диаметром приблизительно 5 мм, который имеет наполнитель, содержащий серу, и возбуждается в коаксиальном режиме при значительном увеличении производительности путем вращения баллона с высокой скоростью - более чем приблизительно 8000 об/мин.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения оболочка безэлектродной лампы имеет уменьшенную толщину стенок в той области стенки оболочки, где желательно конденсировать наполнитель после отключения мощности. Такие более тонкие участки стенки охлаждаются быстрее ввиду их более высокой теплопроводности между внутренними и внешними поверхностями и их более низкой теплоемкости (более низкой тепловой массы).

Оболочку безэлектродной лампы можно подвергать внешнему принудительному охлаждению, причем оболочка лампы может быть изготовлена таким образом, чтобы более тонкие стенки находились в той области стенки оболочки, где желательно конденсировать наполнитель после отключения мощности.

Согласно предпочтительному примеру осуществления изобретения толщина стенки сферической оболочки безэлектродной лампы изменяется как функция увеличения угла, то есть - от экватора до полюсов с минимальной толщиной стенки на экваторе. То же самое относится к электромагнитному полю, которое является наиболее интенсивным вблизи экватора, а также к радиально направленному охлаждающему воздуху.

Согласно следующему примеру осуществления изобретения безэлектродная лампа с удлиненной оболочкой возбуждается резонатором ТМ110, который создает на оболочке относительно однородное поле. Оболочка имеет сегмент вдоль осевой длины, более тонкие стенки которого расположены возле щели связи резонатора для получения из него при старте сильного прямого излучения. Таким образом, предлагается безэлектродная лампа с быстрым и гарантированным стартом.

Изобретение поясняется с помощью прилагаемых чертежей.

На фиг. 1a показан баллон безэлектродной лампы в нежелательном режиме работы.

На фиг. 1b показан баллон безэлетродной лампы в желательном режиме работы.

На фиг. 2 показана безэлектродная лампа согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 показано схематическое изображение другого примера осуществления изобретения.

На фиг. 4 показано схематическое изображение следующего примера осуществления изобретения.

Фиг. 5 - 7 иллюстрируют различные аспекты осуществления изобретения, касающиеся охлаждения лампы.

На фиг. 8 показан еще один пример осуществления изобретения.

Фиг. 9 - вид лампы в разрезе согласно следующему примеру осуществления изобретения.

Фиг. 10 - схематическое изображение еще дальнейшего воплощения изобретения.

Фиг. 11 - детальный вид в разрезе баллона согласно примеру осуществления изобретения на фиг. 10.

На фиг. 1a изображен баллон безэлектродный лампы 12. Этот баллон является частью безэлектродной лампы (не показана), который, как известно специалистам, может питаться микроволновой или радиочастотной энергией. Много различных структур могут быть применены к такой безэлектродной лампе.

Известно, что для более эффективного охлаждения баллона необходимо вращать баллон относительно оси, обозначенной стержнем баллона, при одновременной подаче одного или более потоков охлаждающего газа, например сжатого воздуха, направленных на баллон. Согласно предшествующему уровню техники, чтобы произвести такое охлаждение, баллон обычно вращают со скоростью 300 об/мин.

В некоторых конструкциях безэлектродных ламп, в зависимости от одного или большего числа возбуждений баллона, наполнителя баллона и размера баллона, может образовываться локализованный разряд, обозначенный цифрой 14 на фиг. 1а. Считается, что в определенной ситуации его образование обусловлено распределением плотности электрического поля в баллоне.

На фиг.1а показан случай, когда разряд не полностью заполняет внутренний объем баллона или оболочки и лампа работает с низкой производительностью. Кроме того, характеристики разряда могут быть такими, что он непригоден для использования.

Изобретателем было обнаружено, что, когда баллон вращается на достаточно высокой скорости, происходит такое изменение разряда, при котором он полностью заполняет внутренний объем баллона. Помимо этого, увеличивается световой выход лампы, а характеристики разряда улучшаются.

Пороговая скорость, на которой разряд начинает полностью заполнять внутренний объем баллона, изменяется в зависимости от специфики лампы. Кроме того, имеется диапазон скоростей вращения, в пределах которых может образовываться разряд либо в состоянии, показанном на фиг. 1a, либо в состоянии, показанном на фиг. 1b, или разряд в некотором состоянии между этими двумя, поэтому баллон должен обычно вращаться на скорости, превышающей этот диапазон, как только образуется разряд в состоянии, которое описано на фиг. 1b.

На фиг. 2 показан пример осуществления настоящего изобретения, касающийся лампы, которая питается микроволновой энергией. Справа на рисунке расположен магнетрон 1, соединенный с первой секцией волновода 2. Эти компоненты размещаются так, чтобы микроволновый режим ТЕ01 возбуждал волновод с вертикальной ориентацией электрического поля. Волновод соединен с циркулятором 3, согласованным с рассеивающей нагрузкой типа блока карбида кремния. Циркулятор в свою очередь соединен с большим концом секции 4 трапециевидного волновода. На дальнем, меньшем конце трапециевидного волновода находится диафрагма связи 5. За соединяющей диафрагмой расположен резонатор 6, подобный описанному в патенте США N 4887192, включающий входную секцию 7 и рефлектор 9. На верхней стороне рефлектора расположен участок проволочной сетки 16. Этот пример осуществления отличается от примеров, изложенных в патенте США N 4887192, в котором рефлектор выступает из нижней части, а не из верхней части входной секции.

Стержень 20 поддерживает баллон 12 под углом 60 градусов по отношению к электрическому полю, то есть на чертеже - вертикально. Это соответствует патенту США N 4902935 (Wood et al.), который по существу близок к настоящему изобретению. Баллон вращается на высокой скорости относительно оси, концентрической со стержнем, с помощью двигателя, который соединен со стержнем.

Как показано в предпочтительном примере осуществления изобретения, баллон имеет сферическую оболочку с внутренним диаметром 9,5 мм. Баллон содержит наполнитель из 1,8 миллиграммов серы и 60 тор аргона. В этом примере осуществления изобретения пороговая угловая скорость составила 2000 об/мин. При скорости ниже 1500 об/мин разряд входит в нежелательный режим, в то время как при скорости более 2000 об/мин этого не происходит. При скорости от 1500 до 2000 об/мин может происходить как одно, так и другое, поэтому баллон должен предпочтительно вращаться со скоростью около 2000 об/мин, чтобы исключить работу в нежелательном режиме.

Хотя для конкретной лампы, показанной и описанной здесь, необходимая скорость вращения для стабилизации однородного разряда составляет 2000 об/мин, разумеется, что для стабилизации разряда других типов ламп потребуются другие минимальные скорости. Следует отметить, что необходимая скорость может быть легко определена экспериментально с помощью двигателя с переменной скоростью.

На фиг. 2 в резонаторе установлен диэлектрический рефлектор 9 для улучшения совокупной оптической производительности. Рефлектор может иметь форму эллипсоида или параболоида, если лампу используют с проекционной системой на ЖКИ. Рефлектор может иметь форму эллипсоида, если лампу используют в проекционной системе типа фильмового канала, например в кинопроекционной системе.

Стержень баллона проходит через отверстие 21 в рефлекторе 9. Сопло для сжатого воздуха 10 направляет струю воздуха на баллон 12. Воздушная струя проходит через отверстие 17 в рефлекторе 9. Воздушное сопло соединено с источником сжатого воздуха 11, например компрессором.

Согласно другому аспекту изобретения в безэлектродной лампе, которая испускает видимый свет, исключается мерцание или фликкер-эффект. Такой эффект может быть обусловлен нарушением в оболочке баллона, например эксцентриситетом формы или другим нарушением. Таким образом, вследствие производственных допусков небольшие эксцентриситеты являются обычным явлением. Если свет от лампы проецируется рефлектором и/или линзой, то возникающий в результате эффект мерцания может смущать зрителя.

Согласно одному из аспектов изобретения обнаружено, что эффект мерцания может быть исключен путем вращения баллона с достаточно высокой скоростью.

Обнаружено, что для лампы, показанной на фиг. 2, эффективная скорость вращения для устранения мерцания составляет 2000- 2500 об/мин. Если свет, проецируемый лампой, увеличивается, то может потребоваться более высокая скорость.

На фиг. 3 описан пример осуществления изобретения, касающийся предотвращения дугового разряда. К арматуре лампы, в общем обозначенной как 31, подводят энергию из экспериментальной установки системы питания, в общем обозначенной как 32.

Система питания имеет следующую конфигурацию. Микроволновый источник питания 33, например промышленный микроволновой источник - магнетрон, производит от нескольких десятков до нескольких сотен ватт микроволновой мощности предпочтительно при стандартной частоте 2,45 ГГц. Источник 33 присоединен к трехканальному циркулятору 34, который изолирует источник 33 от непоглощенной мощности, отражаемой из арматуры 31. Циркулятор соединен с измерителем мощности 35, который измеряет прямую и отраженную мощность, и с рассеивающей нагрузкой 36, поглощающей отраженную мощность. Мощность проходит через измеритель мощности 35 к секции волновода 37а, которая соединена с арматурой 31.

Все линии соединения, обозначенные цифрами 37, 37а, представляют собой прямоугольный волновод. Рассеивающая нагрузка 36 соединена непосредственно с циркулятором 34. В промышленной конструкции систему питания 32 обычно упрощают, исключая измеритель мощности 35, циркулятор 34 и рассеивающую нагрузку 36, как, например, в примере осуществления изобретния, описанном ниже на фиг. 4.

На фиг. 3 арматура 31 установлена на средней линии верхней поверхности широкой стороны 38 прямоугольного волновода 37а. Прямоугольный волновод 37, 37а имеет соответствующий размер для распространения микроволнового режима ТЕ10 так, чтобы электрическое поле было поляризовано нормально к широким стенкам волновода 37а. Полый трубчатый элемент внутреннего проводника 39 размещен перпендикулярно и входит в отверстие 40 на средней линии верхней поверхности широкой стороны 38. Отверстие имеет немного больший размер, чем внутренний проводник 39, для обеспечения зазора изолирующего промежутка между внутренним проводником 39 и верхней широкой стенкой 38 волновода. Внутренний проводник прикрепляют тефлоновой шайбой 41 на средней линии верхней поверхности стенки широкой стороны 38, к которому она крепится нейлоновым стопорным винтом 42. Тефлоновую шайбу 41 в свою очередь прикрепляют двумя тефлоновыми стойками 43, 43", к которым она крепится двумя металлическими винтами 41 а (один из которых показан). Металлические винты 41а зенкуются в тефлоновую шайбу, чтобы предотвратить образование с ними дуги. Стойки 43, 43" устанавливают, чтобы разместить шайбу 41 в области слабого электрического поля в арматуре 31 так, чтобы она не взаимодействовала или не поглощала микроволновый сигнал. Верхняя часть внутреннего проводника расположена вблизи сферической оболочки 42а разрядного баллона 42. Длина внутреннего проводника может быть выбрана соответствующей для получения резонанса. Нижний конец внутреннего проводника выступает вниз приблизительно на 1/6 высоты волновода. Это проникновение выбрано для обеспечения хорошего соединения между арматурой и волноводом 37а. Отверстие 40, шайба 41 и установленный на верхней стенке широкой стороны волновода наружный проводник 44 являются концентрическими по отношению к внешней части внутреннего проводника 39. Наружный проводник 44 включает твердую цилиндрическую часть стенки 44а, которая выступает из верхней стенки широкой стороны волновода 38, и участок профилированной в форме усеченного конуса сетки 44b, которая присоединена к верхней части цилиндрической секции 44a и закрывает камеру, сформированную наружным проводником 44. Стержень баллона 42 проходит через участок сетки 44b вне наружного проводника 44, где он соединен с валом электрического двигателя 45, который сам крепится простым каркасом, не показанным на чертеже. Стержень баллона 42 может быть перпендикулярным для внутреннего проводника 39.

Охлаждающее сопло 46 направляет воздух из источника охлаждающего воздуха 48, например компрессора, через сетку 44b на оболочку баллона 42a. Охлаждающее сопло может быть установлено так, чтобы нормально направлять воздух и на стержень баллона 42, и на внутренний проводник 39, иначе говоря, так, чтобы эти три элемента могли быть взаимно перпендикулярными.

Скользящий закорачивающий шунт 47 установлен на конце волновода 37a для настройки при эксперименте.

В модели, сконструированной как показано на фиг. 3, частота работы составляла 2,45 ГГц. Использовали: волновод 37a типа WR284; внутренний проводник с внешним диаметром 0,030 дюйма, длиной 1,900 дюймов, выступающий в волновод на 0,270 дюйма: сплошную секцию 44a наружного проводника с внутренним диаметром 1,00 дюйма, длиной 1,270 дюйма; сетчатую секцию 44b с более малым диаметром нижнего основания в 1,100 дюйма, с верхним диаметром 0,500 дюймов и высотой 0,90 дюйма. Оболочка баллона 42a была сферической с внутренним диаметром 6,5 мм, объемом 0,144 кубических сантиметров и толщиной стенок 0,5 мм. Оболочка баллона 42a была размещена на 0,030 дюймов от плоскости поперек верхней части внутреннего проводника. Оболочка баллона 42a содержала наполнитель из приблизительно 1 миллиграмма серы и 60 тор аргона. Охлаждающий воздух под давлением 15 фунтов на квадратный дюйм подавали через охлаждающее сопло 46, которое имело отверстие 0,050 дюймов. Выходная мощность на магнетроне была от 200 до 300 Ватт. Баллон вращался со скоростью 3000 об/мин. Как известно специалистам в данной области техники, предпочтительная скорость будет изменяться для каждой специфической лампы в зависимости от таких факторов, как склонность наполнителя к формированию дуги (например, степень электроотрицательности) и величина прикладываемой мощности.

На фиг. 4 показан второй пример осуществления изобретения. Элементы, соответствующие показанным на фиг. 3, обозначены теми же самыми цифрами. Микроволновой источник 33 подает питание через секции волновода 37, 37а. Секция волновода 37а соединена со ступенчатой секцией 37b, которая включает две ступени по высоте волновода, соединенные с низкой по высоте секцией волновода 37с. Ступени служат как преобразователь импеданса, для частичного согласования импеданса волновода 37, 37а с импедансом арматуры 50, которая установлена на верхней стенке широкой стороны волновода 51 низкой по высоте секции волновода 37с. Внутренний проводник 52 установлен на нижней широкой стенке 53 уменьшенной по высоте секции волновода 37с и выступает вверх через отверстие 54 в верхней широкой стенке 51. Отверстие является достаточно большим, чтобы обеспечить необходимый изолирующий зазор. Верхняя часть 52a внутреннего проводника 52 размещена от ближайшей стороны баллона обычно на расстоянии порядка от долей до нескольких тысячных дюйма. В показанном на чертеже примере осуществления изобретения верхняя часть 52a внутреннего проводника 52 является сферической поверхностью, центрированной по центру баллона. Однородный зазор, сформированный между верхней частью 52a внутреннего проводника 52 и баллона, обеспечивает поступление более однородного количества нагрузки на единицу мощности на поверхность баллона 42 около внутреннего проводника 32.

Охлаждающий воздух подают из источника 48 через трубопровод 49 к нижней части внутреннего проводника 52 на более низкой широкой стенке 53, через канал 52b по длине внутреннего проводника 52 к одному или более охлаждающим воздушным соплам 52с на верхней поверхности 52a и направляют струю на баллон 42. Наружный проводник включает цилиндрическую стенку 56, соединенную с верхней широкой стенкой 51, и имеет почти такую же высоту, как внутренний проводник 52, и полусферическую сетчатую часть 57, соединенную с цилиндрической стенкой. Сетка 57 служит для накопления энергии для возбуждения, а также для передачи выходного излучения из баллона. Диэлектрический рефлектор 58 размещен вокруг баллона внутри сети. Металлический рефлектор 59 размещен вокруг баллона вне сети. Контур внутреннего рефлектора 58 является продолжением контура внешнего рефлектора 59.

Стержень баллона 42 проходит через отверстие в сетке 57 к двигателю 45, который служит для вращения баллона во время работы, что предотвращает образование дугового разряда в баллоне. Баллон сконструирован так, чтобы части баллона, которые подходят близко к области поля высокой напряженности около конца 52а внутреннего проводника 52, не оставались там, а постоянно совершали круговое вращение.

Испытания, проводимые изобретателями, показали, что, если баллон вращается относительно оси, параллельной внутреннему проводнику 52, так, что области баллона остаются около конца 52а внутреннего проводника 52, то образование дуги и повреждение баллона происходят в пределах секунд.

Отмечено, что средний проводник, из которого подают охлаждающую жидкость, размещен очень близко к баллону. Это иллюстрируется более ясно на фиг. 5 - 7, на которых показан примерный коаксиальный центральный проводник 60, имеющий множество пропускных каналов 62, в каждый из которых подают струю охлаждающего воздуха 64 из отверстия в конце пропускного канала. Согласно аспекту изобретения круглое отверстие, через которое подается охлаждающая струя, имеет определенный диаметр. Было обнаружено, что улучшенные результаты получают тогда, когда отверстие размещено к баллону по крайней мере на расстоянии, равном такому определенному диаметру отверстия, умноженному на три. Эта зависимость также сохраняется, если в качестве охлаждающего источника используют обычное сопло для охлаждения (не коаксиальный проводник). В специфической конструкции согласно фиг. 5 - 7 каждое отверстие имеет диаметр 0,033 дюйма и расположено на расстоянии 0,08 дюйма от баллона, причем размер А составляет 0,02 дюйма, а размер В составляет 0,06 дюйма.

Преимущество расположения охлаждающего источника так близко заключается в уменьшении шума. Таким образом, шум при охлаждении может создавать проблему, причем шум возрастает с увеличением длины пути охлаждающего потока. Кроме того, было обнаружено, что когда охлаждающий источник размещен очень близко к баллону, то охлаждающее сопло захватывает меньшее количество горячего воздуха, окружающего баллон, и охлаждение происходит более эффективно.

Далее со ссылкой на фиг. 8 описан следующий пример осуществления изобретения. На арматуру лампы, в общем обозначенную 90, подают мощность из экспериментальной установки системы питания, в общем обозначенной цифрой 72.

Система питания имеет следующую конфигурацию. Источник микроволновых или радиочастотных колебаний 73 генерирует мощность. Плотность мощности, подаваемой на баллон, составляет предпочтительно от приблизительно нескольких сотен до приблизительно 10,000 Ватт на кубический сантиметр объема баллона.

Источник 73 соединен с тремя отверстиями циркулятора 74, который изолирует источник 73 от непоглощенной мощности, отражаемой из арматуры 90. Циркулятор соединен с измерителем мощности 75, который измеряет прямую и отраженную мощность, и рассеивающей нагрузкой 76, которая поглощает отраженную мощность. Мощность подается через измеритель мощности 75 к секции волновода 77а, которая соединена с арматурой. Все линии соединения, обозначенные цифрами 77, 77а, представляют собой прямоугольные волноводы. Рассеивающая нагрузка 76 соединена непосредственно с циркулятором 74. В окончательной промышленной конструкции система питания 72 может быть значительно упрощена путем исключения измерителя мощности 75, циркулятора 74 и рассеивающей нагрузки 76, если конструкция фиксирована и окончательно настроена.

Секция волновода 77а соединена со ступенчатой секцией 77b, которая включает две ступени по высоте волновода, соединенные с низкой по высоте секцией волновода 77с. Ступени служат как преобразователь импеданса для частичного согласования импеданса волновода 77, 77а с импедансом арматуры 90, установленной на верхней стенке широкой стороны волновода 91 низкой по высоте секции волновода 77с. Внутренний проводник 92 установлен на нижней широкой стенке 93 уменьшенной по высоте секции волновода 77с и выступает вверх через отверстие 94 в верхней широкой стенке 91. Внутренний проводник фиксирован стопорной гайкой 100. Отверстие в верхней широкой стенке 91

достаточно большое, чтобы обеспечить необходимый изолированный зазор. Верхняя часть 92а внутреннего проводника 92 размещена под нижней стороной баллона. В показанном примере осуществления изобретения верхняя часть внутреннего проводника 92 утоплена. Охлаждающий воздух подают из источника 80 по трубопроводу 95 к нижней части внутреннего проводника 92 на нижней широкой стенке 93, через отверстие 92b вдоль длины внутреннего проводника 92 к одному или более инжекционным отверстиям охлаждающего воздуха в основании углубления 92а и направляют струю на баллон 82. Предпочтительно охлаждающие отверстия (не показаны) представляют собой два отверстия по 0,9 мм, расположенные вдоль экватора баллона, и два отверстия по 0,5 мм, расположенные у соответствующих полюсов баллона. (Стержень баллона 83 примыкает к баллону на одном полюсе). Все отверстия размещаются по окружности диаметром 3,0 мм, центрированной ниже баллона. Наружный проводник включает открытую цилиндрическую стенку 96, соединенную с верхней широкой стенкой 91. Он более высокий, чем внутренний проводник. Хотя в экспериментальной модели даже с открытой верхней частью наружного проводника 96 утечка была небольшой, тем не менее верхняя часть может быть покрыта соответственно профилированным концевым фрагментом, например плоским фрагментом или сферическим фрагментом. Цилиндрическая стенка 96 может быть по крайней мере частично перфорированной или сеткоподобной и может служить наружным проводником, являясь при этом одновременно в целом прозрачной для излучения лампы. Металлический рефлектор 99 размещен вокруг баллона вне наружного проводника 96. Внутренний проводник 92 и наружный проводник 96 формируют коаксиальную структуру возбуждения, которая производит электромагнитные поля высокой напряженности, необходимые для подключения к малым безэлектродным разрядным лампам высокой мощности.

Стержень баллона 82 проходит через отверстие в сетке 96 и отверстие в рефлекторе 99 к двигателю 85, с которым он механически соединен и который предназначен для вращения баллона посредством стержня относительно его оси во время работы.

В коаксиальной структуре возбуждения, сформированной внутренним проводником 92 и наружным проводником 96, в области между баллоном 82 и внутренним проводником 92 создают сильные электромагнитные поля. Эти поля имеют тенденцию к образованию дугового разряда между баллоном и внутренним проводником, если на них не подается охлаждающий воздух, выходящий из отверстий в верхней части 92а внутреннего проводника. Отмечено, что, хотя наружный проводник 96 показан как цилиндр с диаметром, не намного большим, чем у внутреннего проводника, допускается, что наружный проводник может быть намного больше и может выполнять двойную роль, например рефлектора или кожуха.

Согласно настоящему изобретению баллон вращается при высокой скорости, которая является достаточной для увеличения производительности лампы.

В качестве наполнителя используют вещества, которые испускают молекулярное излучение, включая такие вещества, которые для возбуждения включают разновидности полимеров. Такие вещества включают серу и селен и их соединения, а также подобные молекулярные эмиттеры. Отмечено, что в случае серы в дополнение к S₂ при возбуждаемом разряде формируются также полимерные изотопы типа S₄ и S₆.

Можно использовать любой наполнитель, содержащий светоизлучающую серу или селен, например, включая элементную серу или селен или соединения, например InS, As₂S₃, S₂Cl₂, Cs₂, In₂S₃, SeS, SeO₂, SeCl₄, SeTe, CSe₂, P₂Se и SeAs, a также другие светоизлучающие соединения серы и селена. Наполнитель может иметь низкое давление пара при комнатной температуре и высокое давление пара при рабочей температуре лампы.

Как указано выше, имеется обратная зависимость между диаметром баллона и скоростью вращения. Для наполнителя, содержащего серу, при подаче на баллон микроволновой мощности по крайней мере 150 Ватт при угловой частоте вращения w и максимальном радиусе баллона r, измеренном от оси вращения, было определено, что увеличение производительности, согласно настоящему изобретению получают в случае, когда w²r составляет по крайней мере 1,7510⁵ cм/сек².

Эксперимент 1.

Испытательная модель, в которой изобретение работало как описано ниже, имела следующие особенности: баллон имел сферическую форму с внутренним диаметром 5 мм и толщиной стенки мм 1/2. Баллон был сделан из кварца и содержал разрядный наполнитель из 0,3 мг серы и 150 тор аргона. Четыре охлаждающих отверстия диаметром 0,030"" были расположены на равном рассеянии по окружности диаметром 3,0 мм на конце 22а внутреннего проводника. Внутренний проводник был 4,75 мм в диаметре, а конец располагался на расстоянии 2,0 мм от баллона в осевом направлении. Микроволновая частота составляла 2,45 ГГц. Мощность, подаваемая на баллон, была 220 Ватт.

Для испытательных целей перед рефлектором в центре отражаемого им луча размещали измеритель света, чтобы измерить световой выход из баллона. При наличии рефлектора считываемые данные не являются показателем абсолютной яркости, потому что излучение из баллона не изотропно, однако, поскольку рефлектор собирает излучение из всех частей баллона, то он представляет показатель относительной средней яркости всего баллона как измененяемый экспериментальный параметр. Баллон вращался со скоростью 3800 об/мин. Эта скорость была достаточной для образования разряда, который заполнил весь баллон, а также достаточной для предотвращения образования дугового разряда.

Для поддержания температуры баллона ниже максимальной характерной температуры 1000^oC, которая определяется в соответствии с требованиями срока службы баллона, необходимо было давление охлаждающего воздуха в 10 фунтов на квадратный дюйм. Это количество охлаждающего воздуха производило слышимый шум в 83 децибела, который измеряли с помощью реакции по А Weighted, которая приближена к реакции человеческого уха. В использовании различных скоростей двигателей, доступных изобретателям со скоростями от 2000 до 3800 об/мин, никакого изменения в производительности не было обнаружено.

Эксперимент 2.

Использовали ту же самую испытательную модель, что и в эксперименте 1. Скорость вращения была увеличена до 12000 об/мин. При давлении охлаждающего воздуха 10 фунтов на квадратный дюйм световой выход увеличился на 6%, а температура баллона понизилась примерно до 100^oC. После уменьшения давления охлаждающего воздуха до 5 фунтов на квадратный дюйм температура баллона возвратилась к 1000^oC, а световой выход соответственно увеличился далее, давая суммарное увеличение относительного выхода, равное 15%. Шум струи охлаждающего воздуха (измеряемый как описано выше) был уменьшен до 71 децибела путем понижения давления. Таким образом, реализованы два важных преимущества: первое - увеличение светового выхода, а второе - снижение шума лампы. В итоге становится очевидно, что высокоскоростное вращение изменяет характеристики производительности преобразования энергии плазмы таким образом, что большее количество входной энергии преобразуется в свет и меньше рассеивается в виде тепла.

Для описанных выше малых баллонов, включающих наполнитель, содержащий серу, повышение производительности получают при пороговых скоростях вращения всего в 8000 об/мин. Поскольку изобретение может быть использовано с баллонами различных размеров, то для получения производительности согласно изобретению при скорости, нормализованной для максимального радиуса баллона r и пороговой угловая частоте w, w²r составляет по крайней мере 1,7510⁵ см/сек².

После достижения пороговой скорости было обнаружено, что увеличение производительности происходит с монотонной скоростью до достижения пологого участка кривой, где не происходит никакого увеличения или уменьшения производительности. Для детально описанной выше лампы пологий участок кривой начался приблизительно при 13000 об/мин. Было обнаружено, что пороговая скорость и скорость пологого участка кривой зависят от мощности, подаваемой на баллон, причем более высокая мощность обычно требует более высокой скорости.

Описанный выше световой источник представляет собой яркий источник, который работает при относительно высокой производительности. Его использование может быть особенно предпочтительно в проекционных системах. Несмотря на то, что вышеупомянутое изобретение было описано в отношении баллона, имеющего сферическую форму, она не является обязательной, хотя баллоны, имеющие соотношение максимального и минимального внутренних размеров, меньше, чем приблизительно 5, являются предпочтительными для специфического применения, например для проекционного источника на жидких кристаллах.

Хотя согласно предпочтительному примеру осуществления изобретения, подробно описанному выше, коаксиальная арматура 90 является средством подачи электромагнитной энергии к баллону, на практике могут быть использованы такие средства, как микроволновой резонатор, индуктивная катушка связи или емкостные электроды связи.

На фиг. 9 показан поперечный разрез баллона лампы. Баллон включает разрядную оболочку 150 и стержень 112, который проходит вдоль полярной оси баллона. Внутренняя поверхность стенки оболочки в среднем имеет диаметр приблизительно 5 мм. На полосе 154 в 60^o, а именно 30^o выше экватора и 30^o ниже экватора, толщина стенки баллона составляет около 0,5 мм с допуском 0,05 мм. Экватор определяют относительно оси стержня 112 как полярной оси. Толщина стенки на полюсах 156 и 158 составляет 0,6 мм в пределах того же самого допуска. Толщина стенки между 60^o экваториальной полосы 154 и полюсами постепенно суживается между двумя указанными толщинами.

Когда мощность выключают, наполнитель конденсируется на более тонкой стенке экваториальной полосы 154.

Стержень включает секцию 160 диаметром 1,5 мм, которая выступает приблизительно на 23 мм из баллона. Присоединенная к нему трапециевидная секция 162 имеет длину приблизительно 5 мм, а последняя секция имеет в диаметре приблизительно 25 мм и 164,4 мм по длине. Последняя секция закреплена на двигателе вращения. Последняя секция имеет канавку 166 для закрепления баллона на моторном валу двигателя (не показан) и зажимную секцию 168, которая облегчает сборку баллона и двигателя. Зажимная секция и канавка раскрыты в патенте США N 4947080, близком по существу с настоящим изобретением.

Согласно изобретению наполнитель баллона содержит конденсирующееся вещество в таких количествах по отношению к давлению пара, что часть материала будет конденсироваться, когда лампа охлаждается. Не ограничиваясь данным примером, наполнитель может содержать наполнители, включающие, но не ограниченные ртутью, и содержащие или не содержащие добавки галоиднометаллических соединений или галоидооксидов металла, или наполнители, содержащие серу. Наполнитель может также содержать вещество, которое является газообразным, когда лампа холодна, включая, но не ограничиваясь неоном, аргоном, криптоном или ксеноном или их смесями. Такой газ может быть включен в количествах от меньше, чем 1 до нескольких сотен тор, предпочтительно от 1 до 1000 тор (измеряемый при комнатной температуре), предпочтительно от приблизительно 20 до 200 тор. В предпочтительном примере осуществления изобретения наполнителем является наполнитель, содержащий серу. Не ограничиваясь примером, наполнитель может быть составлен из элементарной серы или соединений серы, включая lnS, As₂S₃, S₂Cl₂, Cs₂, In₂S₃ или SeS. Наполнитель может находиться под давлением между приблизительно 1 и 20 атмосфер при рабочей температуре и может быть возбужден удельной мощностью по крайней мере приблизительно 50 Ватт/см³. Например, баллон, показанный и описанный на фиг. 1 и 2, может содержать приблизительно 0,3 мг серы и 150 тор аргона.

Во время стартовой фазы газового разряда, как описано во вступительном разделе описания, разряд концентрируется вблизи экватора и на стороне экватора, близкой к концу внутреннего коаксиального проводника. Когда энергия возбуждения выключена, конденсирующийся наполнитель конденсируется на экваториальной полосе 154 оболочки разрядного баллона. После старта лампы конденсирующийся наполнитель, сконденсированный на экваториальной полосе, быстро испаряется под действием нагревающего стартового разряда газа, который происходит вблизи экватора.

Соответственно на фиг. 10 представлено дальнейшее воплощение изобретения. Микроволновая мощность подводится через пару щелей связи 131 и 131" из волноводов (не показаны) в шестигранный резонатор 132 и поддерживает там режим ТМ110 электромагнитной моды. Имеется также компонент электромагнитного поля, которое не представлено ТМ110 модой, но находится в форме излучения из щелей 131, 131". Вся верхняя часть резонатора 132 является экраном 133, который пропускает свет. Внутри резонатора размещен парный интерференционный рефлектор, составленный из диэлектрических половинных рефлекторов 134, 134". Удлиненный безэлектродный разрядный баллон 135 размещен между половинами рефлектора 134, 134". Разрядный наполнитель может включать наполнитель из ртути, металлических добавок галоидного соединения и стартовый газ в широких пределах таких наполнителей, хорошо известных из уровня техники. Охлаждение воздуха обеспечивается подачей охлаждающего воздуха через охлаждающие вентиляционные отверстия 137 к баллону 135. Охлаждающие отверстия 137 находятся в нижней части резонатора, а воздух направлен вверх к баллону. Охлаждение является однородным по длине баллона.

На фиг. 11 представлен детальный поперечный разрез удлиненного разрядного баллона 135. Разрядный баллон имеет два сечения с уменьшенной толщиной стенки 135А, 135А". Эти два сечения размещены в непосредственной близости к щелям связи 131, 131" в установленном положении.

Когда мощность выключена, наполнитель будет конденсироваться на сечениях уменьшенной толщины стенки 135А, 135А". Так как эти сечения расположены близко к щелям связи, они будут подвергаться сильным электромагнитным полям после включения лампы, и, таким образом, старт будет облегчен.

Следует отметить, что приведенные выше конкретные примеры осуществления изобретения допускают различные изменения и дополнения, которые очевидны специалистам в данной области техники. Поэтому изобретение ограничивается только формулой изобретения, а также эквивалентными признаками.