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EP2879159A1 - Flash lamp and method for generating a flash with high power density in the UV region - Google Patents

Flash lamp and method for generating a flash with high power density in the UV region Download PDF

Info

Publication number
EP2879159A1
EP2879159A1 EP14003921.5A EP14003921A EP2879159A1 EP 2879159 A1 EP2879159 A1 EP 2879159A1 EP 14003921 A EP14003921 A EP 14003921A EP 2879159 A1 EP2879159 A1 EP 2879159A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
discharge vessel
flash lamp
gas mixture
flash
ionizable gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP14003921.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Kaiser
Rainer Kling
Celal Mohan Ögün
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karlsruher Institut fuer Technologie KIT filed Critical Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Publication of EP2879159A1 publication Critical patent/EP2879159A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/52—Cooling arrangements; Heating arrangements; Means for circulating gas or vapour within the discharge space
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/70—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr
    • H01J61/80—Lamps suitable only for intermittent operation, e.g. flash lamp
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/84—Lamps with discharge constricted by high pressure
    • H01J61/90—Lamps suitable only for intermittent operation, e.g. flash lamp
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels

Definitions

  • the invention relates to a flash lamp for flash generation with high power density in the UV range and a method for generating flash with this flash lamp.
  • a lamp is to be understood as the luminous means of a luminaire, the luminaire designating the luminaire in which the lamp is to be installed for operation.
  • the gas discharge lamps used emit through the high gas pressure inside a broadband light spectrum, preferably in the visible spectral range.
  • a broadband light spectrum preferably in the visible spectral range.
  • low-pressure lamps as flashlight lamps, flash lamps for short, on the other hand, is limited by the basic mode of operation of the classic low-pressure lamp.
  • the low-pressure lamp has a sealed discharge vessel for this purpose.
  • the discharge vessel may be coated inside with metal halide salts or consist of a ceramic such as alumina.
  • the lamps contain mercury as a luminous gas or an ionizable gas mixture.
  • metal halide compounds can be used as the glow gas to mercury to replace or to expand the spectrum of noble gas discharges.
  • the ionizable gas mixture may consist of a starting gas having noble gases (eg, neon).
  • the starting gas is ignited by means of a protruding into the discharge vessel electrode, which causes the evaporation of the actual emitting material such as mercury.
  • the lamp takes a few minutes before all the light-emitting components are sufficiently heated.
  • Noble gas plasma and metal halide vapor together emit light of a broad spectral range. While the light spectrum can be changed by doping the metal halide, such lamps can not produce a high power density flash so that it is not yet possible to produce controlled ultraviolet radiation in the UV-B and UV-C range in such a flashlamp.
  • the ignition takes place here by means of electrodes.
  • the disadvantage here is that often repeated ignition of the lamp due to technology has a high electrode wear result.
  • the technical use of electrode-loaded low-pressure lamps as flash lamps is therefore not possible.
  • the present invention has the object to provide a flash lamp which generates a flash of high power density and thereby works wear.
  • the further object is to provide a method with which flash light with high power density in the UV range can be generated quickly and reliably. This object is achieved by the method having the features of independent claim 9.
  • a flashlamp for flash generation with high power density in the UV range has an at least partially translucent outer bulb.
  • the outer bulb can be transparent or translucent. This surrounds a filled with an ionizable gas mixture discharge vessel and an ignition device.
  • a tempering device is arranged close to the discharge vessel, which is designed such that it heats the ionizable gas mixture to a predetermined preheating temperature before the excitation.
  • “Close” here means that the temperature control device for discharge device in a predetermined distance frontally, laterally, directly adjacent or even inside or outside of the outer bulb can be arranged. This distance can range from a few millimeters to several centimeters.
  • a high power density results in particular in a range of 5 mW to 50 kW total power, preferably in a range of 1 W to 10 kW.
  • the preheating temperature in a range of 30 ° C to 60 ° C, preferably at 40 ° C, as set just in this area for mercury-containing gas mixtures, the optimum vapor pressure in the interior of the discharge vessel.
  • higher preheat temperatures in a range of 200 ° C and 500 ° C can be selected to achieve the respective optimum vapor pressure.
  • the temperature control device is arranged at a predetermined distance in front of or next to the discharge vessel or the outer bulb.
  • the temperature control can be arranged directly adjacent to the discharge vessel.
  • the tempering device can thus be advantageously arranged where it is needed and adapted to the external conditions of use.
  • the temperature control device may comprise a flow unit which provides a fluid flow of a gas or a liquid around the discharge vessel.
  • a flow unit which provides a fluid flow of a gas or a liquid around the discharge vessel.
  • This can be, for example, a fan which is arranged at a cylindrical outer piston at its end face and moves as gas located in the outer bulb air. It may be provided to allow other gases to flow with a higher thermal conductivity and liquids compared to air.
  • the temperature control device may be a planar heating element.
  • This can be a resistance heater or another electrical heating element that can be formed flat.
  • the heating element can surround one or more sections (e) of the discharge vessel along its longitudinal extent, wherein it can preferably rest on the outer surface of the discharge vessel.
  • the discharge vessel can be pre-tempered very easily and quickly.
  • the planar heating element has one or more transparent sections.
  • the heating element may also contain surfaces which have no heatable components. With this, radiation of any generated wavelength can emerge unhindered from the discharge vessel.
  • the tempering device is a radiation source such as an infrared radiation source.
  • This type of tempering device can be arranged outside the outer bulb at a suitable distance in a range of a few millimeters to a few centimeters.
  • the radiation to be emitted can be controlled with a suitable control unit and cover a large temperature range depending on the amount of radiation.
  • the tempering device is thus particularly flexible and easy to use.
  • the flashlamp can be an electrodeless flashlamp, to the ignition of the ionizable gas mixture
  • high frequency power can be coupled by means of a coupling device in the discharge vessel.
  • microwaves can be coupled into the gas mixture electrodelessly via the coupling device.
  • capacitive coupling methods are possible.
  • inductive coupling methods can also be used, as a result of which high-frequency power can be coupled electrodelessly into the gas mixture via high-frequency electrical or magnetic fields.
  • the discharge vessel forms the secondary winding of a transformer. The windings of these excitation coils are fed with a special operating device with a high-frequency alternating voltage, which generates this from the mains voltage or from a DC voltage.
  • the gas mixture itself can be a suitable metal vapor, which contains, for example, mercury or else sodium, indium or indium iodide.
  • a suitable metal vapor which contains, for example, mercury or else sodium, indium or indium iodide.
  • the desired wavelength of the emitting light can be chosen almost freely.
  • mercury-based discharges this is predominantly around 254 nm and thus much lower than can currently be realized by argon high-pressure flashlamps.
  • mercury-based radiation can advantageously be generated in the UV-C and UV-B range.
  • the invention further provides a method of flash generation with high power density in the UV range using the aforementioned flash lamp.
  • the flash lamp is electrically connected to the power source.
  • the discharge vessel and thus the ionizable gas mixture filled in the discharge vessel are heated to the predetermined preheating temperature by means of the tempering device.
  • the ionizable gas mixture in the discharge vessel is excited at high frequency, thereby producing a high power density flashlamp.
  • the invention uses the combination of temperature control and high-frequency excitation, resulting in the high power density of the flash.
  • the invention may provide that the tempering device heats the discharge vessel to the preheating temperature in a range of 30 ° C to 60 ° C, preferably 40 ° C, before ignition of the ionizable gas mixture , which creates optimal vapor pressure for mercury-containing gas mixtures.
  • the tempering device heats the discharge vessel to the preheating temperature in a range of 30 ° C to 60 ° C, preferably 40 ° C, before ignition of the ionizable gas mixture , which creates optimal vapor pressure for mercury-containing gas mixtures.
  • other preheating temperatures can be selected in order to achieve the optimum power output for the subsequent flashlight.
  • preheat temperatures ranging from 200 ° C up to 500 ° C can be selected.
  • a power of predetermined size can be coupled, so that the flash lamp can achieve a total power in a range of 5 mW to 50 kW.
  • this power is given as "radiation energy density", wherein by way of example a value of the radiation energy density of approximately 20 J / cm 2 can be stated.
  • a maximum power of 1 kW / cm 2 can be achieved.
  • the lamp usually has an efficiency of 50%, so that the lamp can be operated with an electrical power of about 2 kW / cm 2 .
  • a total of 75 kW of electric power is needed for a lamp with a diameter of 6 cm.
  • the power of the lamp can be varied accordingly.
  • the emitting material in the discharge vessel can be preheated to the preheating temperature and ignited electrodeless with the flash lamp according to the invention.
  • the invention may be of particular assistance in the fields of semiconductor technology as well as in the production of optical layers.
  • the invention can be used in the field of electronics manufacturing.
  • FIGS. 1 to 3 different embodiments of the flash lamp 1 according to the invention are shown, but the invention is not limited to the flashlamps shown. Variations in structure and combination of features are included in the scope of protection.
  • a flashlamp 1 shown schematically for flashlight generation with high power density has an outer bulb 2, which is transparent (fully translucent) or translucent (partially transparent), which is not shown figuratively.
  • Materials that are suitable for such an outer bulb 2 are, for example, quartz glass, alumina or borosilicate glass. The material is purposefully selected for the particular wavelength to be emitted, which is to be used.
  • the outer bulb 2 itself is cylindrical or tubular, but may also be in other shapes.
  • a tubular outer bulb 2 is widely used and many devices requiring a flash lamp are aligned with this shape. It can be a quick and uniform ignition and the light is radiated uniformly, so that a good illumination of the object to be illuminated is given.
  • a cylindrical discharge vessel 4 is arranged centrally in an inner space 3 of the outer bulb 2.
  • the discharge vessel 4 can be designed with different shapes, wherein the shapes can be adapted to the shapes of the outer bulb 2 accordingly.
  • the discharge vessel 4 is also made of a transparent material such as one of the aforementioned types of glass and is filled with an ionizable gas mixture 5. It contains as a luminous gas a metal which can be excited to emit light, such as mercury vapor and a starting gas of a noble gas (argon, xenon, krypton or neon), nitrogen or a mixture of the foregoing.
  • the ionizable gas mixture 5 may also be mercury-free and instead contain sodium, indium, metal halides such as indium iodide, zinc iodide, bismuth iodide, thalium iodide, etc. Instead of the metal also phosphorus or rare earths can be used.
  • an ignition device 6 is associated with the flashlamp 1, which is connected via a control device 9 for current limiting with a power supply 7 in electrical contact.
  • the ignition device 6 has a coupling device 8, which is operatively coupled to the discharge vessel 4.
  • the coupling device 8 can have a dielectric waveguide, via which high-frequency power can be introduced into the discharge vessel 4 as microwave radiation A (typical frequency 2.45 GHz).
  • the flash lamp 1 is operated for the duration of use, wherein the operating device 9 after ignition, if it has formed after the breakthrough of the discharge, limits the current to a constant value.
  • the flash lamp 1 is associated with a temperature control, which serves to heat the discharge vessel 4 to a predetermined preheating temperature.
  • a temperature control which serves to heat the discharge vessel 4 to a predetermined preheating temperature.
  • a different preheating temperature can be selected.
  • 40 ° C should be reached at the coldest point.
  • a preheating temperature of approximately 240 ° C. should be selected, for a thio-iodide-containing gas mixture 5 approximately 300 ° C.
  • the tempering device is in Fig. 1 a blower that flows tempered air into the flashlamp 1.
  • the air is allowed to flow around the discharge vessel 4 in order to heat it efficiently from all sides.
  • a planar resistance heater 13 is arranged around the discharge vessel 4, that it comprises the discharge vessel 4 in the longitudinal direction circumferentially. It lies directly on the outer surface. You can see in this figuratively shown Example that the resistance heater 13 is interrupted in sections, so that radiation can escape during a flash discharge.
  • discharge vessel 4 is included only in sections or that areas are left free.
  • an infrared radiation source 15 is shown as a further possible embodiment of the temperature control device.
  • the infrared radiation acts on the outer bulb 2 and can heat the interior 3. This is for the transmission of heat radiation, for example, filled with air. Thus, the discharge vessel 4 can be heated evenly.
  • the infrared radiation source 15 is adjustable so that a predetermined amount of radiation can be emitted to reach a certain temperature in the ionizable gas mixture 5.
  • the method for operating the flashlamp 1 or its mode of operation is clear from the example of a mercury discharge, but can be readily transferred to any other emitting materials.
  • the discharge vessel 4 is filled with the ionizable gas mixture 5, wherein the starting gas, preferably a noble gas and nitrogen or mixtures thereof, is used to adjust the conductivity of the discharge.
  • the starting gas preferably a noble gas and nitrogen or mixtures thereof.
  • the starting gas filling is optional, since the actually emitting material, such as mercury, is already present in the gas form to a sufficient extent due to the following external tempering.
  • the discharge vessel 4 is heated by the outer temperature control device. This can for example be done by the fluid flow, which is passed through the inner space 3 to the discharge vessel 4 around, as in Fig. 1 shown, is in contact with this after Fig. 2 , or by infrared radiation after Fig. 3 ,
  • the heating or temperature control is carried out so that the coldest point of the discharge vessel 4 has the preheating temperature at which the emitting material, here mercury, is present in a sufficient proportion in gaseous form.
  • the most efficient vapor pressure for the mercury-containing gas mixture 5 sets at a temperature of the coldest point at about 40 ° C. At this 40 ° C, the amount is about 1 Pa partial pressure. Depending on the volume of the discharge vessel, the proportion of mercury can then be calculated.
  • the height of the vapor pressure corresponds to the most efficient vapor pressure, which corresponds, for example, to mercury-containing lamps at a partial pressure of about 0.8 Pa x Pa.
  • a thus prepared gas mixture in the discharge vessel is ignited and operated by means of the ignition device 8 and the microwave radiation 12. For a short time, very high power densities in the discharge are possible before the temperature at the coldest point in the discharge vessel 4 increases significantly.
  • the power range of the flashlamp 1 can range from a few mW to several kW, ideal results in a power range of 5 W to about 100 W are achieved.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Blitzlichterzeugung mit hoher Leistungsdichte im UV-Bereich unter Verwendung einer Blitzlichtlampe (1), sowie der Blitzlichtlampe (1) selbst. Die Blitzlichtlampe (1) weist einen zumindest teilweise lichtdurchlässigen Außenkolben (2) auf, der ein mit einer ionisierbaren Gasmischung (5) gefülltes Entladungsgefäß (4) und eine Zündungsvorrichtung (6) umgibt. Dabei ist nahe dem Entladungsgefäß (4) eine Temperiervorrichtung angeordnet, wobei die Temperiervorrichtung dazu ausgebildet ist, die ionisierbaren Gasmischung (5) vor der Anregung auf eine vorbestimmte Vorwärmtemperatur zu erwärmen.The present invention relates to a method for flash generation with high power density in the UV range using a flash lamp (1), and the flash lamp (1) itself. The flashlamp (1) has an at least partially translucent outer bulb (2) having a an ionizing gas mixture (5) filled discharge vessel (4) and an ignition device (6) surrounds. In this case, a temperature control device is arranged near the discharge vessel (4), wherein the tempering device is adapted to heat the ionizable gas mixture (5) prior to the excitation to a predetermined preheating temperature.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blitzlichtlampe zur Blitzlichterzeugung mit hoher Leistungsdichte im UV-Bereich und ein Verfahren zur Blitzlichterzeugung mit dieser Blitzlichtlampe.The invention relates to a flash lamp for flash generation with high power density in the UV range and a method for generating flash with this flash lamp.

Für technische Anwendungen, wie z. B. das Aushärten von Lacken und Klebstoffen, oder der Temperaturbehandlung von dünnen Schichten in der Halbleitertechnik werden energetische Blitzlampen eingesetzt, um kurzzeitige Strahlung zu erzeugen. Derzeit werden dafür meist thermische Strahler in Form von Glühlampen oder Gasentladungslampen mit einem hohen Gasdruck genutzt. Lampe ist definitionsgemäß als Leuchtmittel einer Leuchte zu verstehen, wobei die Leuchte das Beleuchtungsgerät bezeichnet, in das die Lampe für den Betrieb einzubauen ist.For technical applications, such. As the curing of paints and adhesives, or the thermal treatment of thin films in semiconductor technology, energy flash lamps are used to produce short-term radiation. At present, mostly thermal radiators in the form of incandescent lamps or gas discharge lamps with a high gas pressure are used. By definition, a lamp is to be understood as the luminous means of a luminaire, the luminaire designating the luminaire in which the lamp is to be installed for operation.

Die verwendeten Gasentladungslampen emittieren durch den hohen Gasdruck im Inneren ein breitbandiges Lichtspektrum, bevorzugt im sichtbaren Spektralbereich. Jedoch sind gerade im Bereich der technischen Blitzlampen Freiheiten in der Wahl der Wellenlänge des emittierten Lichts erwünscht, die derzeit durch zusätzliche Filter im System eingeschränkt werden müssen.The gas discharge lamps used emit through the high gas pressure inside a broadband light spectrum, preferably in the visible spectral range. However, it is precisely in the field of technical flashlamps that freedom in the choice of the wavelength of the emitted light is desired, which currently has to be restricted by additional filters in the system.

Der Einsatz von Niederdrucklampen als Blitzlichtlampen, kurz Blitzlampen, hingegen ist durch die prinzipielle Funktionsweise der klassischen Niederdrucklampe limitiert. Zunächst wird in dieser Lampenart eine ionisierbare Gasmischung zu einem Plasma angeregt. Die Niederdrucklampe weist dazu ein abgedichtetes Entladungsgefäß auf. Das Entladungsgefäß kann im Inneren mit Metall-Halogenid-Salzen beschichtet sein oder aus einer Keramik, wie Aluminiumoxid bestehen. In der Regel enthalten die Lampen Quecksilber als Leuchtgas bzw. eine ionisierbare Gasmischung. Es können ferner Metall-Halogen-Verbindungen als Leuchtgas verwendet werden, um Quecksilber zu ersetzen oder das Spektrum der Edelgas-Entladungen zu erweitern. Ferner kann die ionisierbare Gasmischung aus einem Startgas bestehen, das Edelgase (z. B. Neon) aufweist. Das Startgas wird mittels einer in das Entladungsgefäß ragenden Elektrode gezündet, was das Verdampfen des eigentlich emittierenden Materials wie bspw. Quecksilber bewirkt. Um die vor der Zündung noch festen Bestandteile zu verdampfen, benötigt die Lampe einige Minuten, bevor alle Licht emittierenden Bestandteile genügend erwärmt sind. Edelgasplasma und Metall-Halogenid-Dampf emittieren gemeinsam Licht eines breiten Spektralbereiches. Zwar kann das Lichtspektrum durch Dotieren des Metall-Halogenids verändert werden, jedoch können derartige Lampen keinen Blitz mit hoher Leistungsdichte erzeugen, so dass es bislang nicht möglich ist, kontrolliert Ultraviolettstrahlung im UV-B und UV-C Bereich in einer solchen Blitzlampe zu erzeugen.The use of low-pressure lamps as flashlight lamps, flash lamps for short, on the other hand, is limited by the basic mode of operation of the classic low-pressure lamp. First, in this type of lamp, an ionizable gas mixture is excited to a plasma. The low-pressure lamp has a sealed discharge vessel for this purpose. The discharge vessel may be coated inside with metal halide salts or consist of a ceramic such as alumina. In general, the lamps contain mercury as a luminous gas or an ionizable gas mixture. Also, metal halide compounds can be used as the glow gas to mercury to replace or to expand the spectrum of noble gas discharges. Further, the ionizable gas mixture may consist of a starting gas having noble gases (eg, neon). The starting gas is ignited by means of a protruding into the discharge vessel electrode, which causes the evaporation of the actual emitting material such as mercury. In order to vaporize the solid components before ignition, the lamp takes a few minutes before all the light-emitting components are sufficiently heated. Noble gas plasma and metal halide vapor together emit light of a broad spectral range. While the light spectrum can be changed by doping the metal halide, such lamps can not produce a high power density flash so that it is not yet possible to produce controlled ultraviolet radiation in the UV-B and UV-C range in such a flashlamp.

Die Zündung erfolgt hierbei mittels Elektroden. Nachteilig hierbei ist, dass ein oft wiederholtes Zünden der Lampe technologiebedingt einen hohen Elektrodenverschleiß zur Folge hat. Der technische Einsatz elektrodenbehafteter Niederdrucklampen als Blitzlampen ist somit nicht möglich.The ignition takes place here by means of electrodes. The disadvantage here is that often repeated ignition of the lamp due to technology has a high electrode wear result. The technical use of electrode-loaded low-pressure lamps as flash lamps is therefore not possible.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Blitzlichtlampe bereitzustellen, die ein Blitzlicht hoher Leistungsdichte erzeugt und dabei verschleißarm arbeitet.Based on this prior art, the present invention has the object to provide a flash lamp which generates a flash of high power density and thereby works wear.

Diese Aufgabe wird durch eine Blitzlichtlampe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a flashlamp with the features of independent claim 1.

Die weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Blitzlicht mit hoher Leistungsdichte im UV-Bereich schnell und zuverlässig erzeugt werden kann. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9 gelöst.The further object is to provide a method with which flash light with high power density in the UV range can be generated quickly and reliably. This object is achieved by the method having the features of independent claim 9.

Bevorzugte Ausführungsformen der Blitzlichtlampe und des Verfahrens werden durch die Unteransprüche beschrieben.Preferred embodiments of the flashlamp and the method are described by the subclaims.

Eine Blitzlichtlampe zur Blitzlichterzeugung mit hoher Leistungsdichte im UV-Bereich nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist einen zumindest teilweise lichtdurchlässigen Außenkolben auf. Der Außenkolben kann hierbei transparent oder transluzent sein. Dieser umgibt ein mit einer ionisierbaren Gasmischung gefülltes Entladungsgefäß und eine Zündungsvorrichtung. Dabei ist erfindungsgemäß eine Temperiervorrichtung nahe dem Entladungsgefäß angeordnet, die so beschaffen ist, dass sie die ionisierbare Gasmischung vor der Anregung auf eine vorbestimmte Vorwärmtemperatur erwärmt.A flashlamp for flash generation with high power density in the UV range according to an embodiment of the invention has an at least partially translucent outer bulb. The outer bulb can be transparent or translucent. This surrounds a filled with an ionizable gas mixture discharge vessel and an ignition device. In this case, according to the invention, a tempering device is arranged close to the discharge vessel, which is designed such that it heats the ionizable gas mixture to a predetermined preheating temperature before the excitation.

"Nahe" bedeutet hierbei, dass die Temperiervorrichtung zum Entladungsgerät in einem vorbestimmten Abstand stirnseitig, seitlich, direkt anliegend oder auch innerhalb bzw. außerhalb des Außenkolbens angeordnet sein kann. Dieser Abstand kann sich zwischen einigen Millimetern bis zu mehreren Zentimetern erstrecken."Close" here means that the temperature control device for discharge device in a predetermined distance frontally, laterally, directly adjacent or even inside or outside of the outer bulb can be arranged. This distance can range from a few millimeters to several centimeters.

Indem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Entladungsraum innerhalb des Entladungsgefäßes vortemperiert und die ionisierbare Gasmischung mit einem hochfrequenten Wechselfeld elektrodenlos betrieben werden kann, kann eine hohe Leistungsdichte erzeugt werden. Eine hohe Leistungsdichte ergibt sich insbesondere in einem Bereich von 5 mW bis 50 kW Gesamtleistung, bevorzugt in einem Bereich von 1 W bis 10 kW.By pretempering the discharge space within the discharge vessel with the device according to the invention and the ionizable gas mixture being able to be operated without electrodes with a high-frequency alternating field, a high power density can be generated. A high power density results in particular in a range of 5 mW to 50 kW total power, preferably in a range of 1 W to 10 kW.

Vorteilhaft kann die Vorwärmtemperatur in einem Bereich von 30°C bis 60°C, bevorzugt bei 40°C liegen, da sich gerade in diesem Bereich für quecksilberhaltige Gasmischungen der optimale Dampfdruck im Inneren des Entladungsgefäßes einstellt. Für quecksilberfreie Gasmischungen können alternativ höhere Vorwärmtemperaturen in einem Bereich von 200°C und 500°C gewählt werden, um den jeweiligen optimalen Dampfdruck zu erreichen.Advantageously, the preheating temperature in a range of 30 ° C to 60 ° C, preferably at 40 ° C, as set just in this area for mercury-containing gas mixtures, the optimum vapor pressure in the interior of the discharge vessel. For mercury-free gas mixtures, alternatively, higher preheat temperatures in a range of 200 ° C and 500 ° C can be selected to achieve the respective optimum vapor pressure.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Temperiervorrichtung in einem vorbestimmten Abstand vor oder neben dem Entladungsgefäß oder dem Außenkolben angeordnet ist. Alternativ kann die Temperiervorrichtung direkt an dem Entladungsgefäß anliegend angeordnet sein. Die Temperiervorrichtung kann damit vorteilhaft dort angeordnet werden, wo sie benötigt wird und den äußeren Nutzungszuständen angepasst werden.According to the invention it can be provided that the temperature control device is arranged at a predetermined distance in front of or next to the discharge vessel or the outer bulb. Alternatively, the temperature control can be arranged directly adjacent to the discharge vessel. The tempering device can thus be advantageously arranged where it is needed and adapted to the external conditions of use.

Um eine einfache und zuverlässige Temperierung zu erreichen, kann die Temperiervorrichtung eine Strömungseinheit aufweisen, die einen Fluidstrom aus einem Gas oder einer Flüssigkeit um das Entladungsgefäß herum bereitstellt. Dies kann bspw. ein Gebläse sein, das bei einem zylinderförmigen Außenkolben an dessen Stirnseite angeordnet ist und als Gas die im Außenkolben befindliche Luft bewegt. Es kann vorgesehen sein, auch andere Gase mit einer im Vergleich zu Luft erhöhten Wärmeleitfähigkeit sowie Flüssigkeiten strömen zu lassen.In order to achieve a simple and reliable temperature control, the temperature control device may comprise a flow unit which provides a fluid flow of a gas or a liquid around the discharge vessel. This can be, for example, a fan which is arranged at a cylindrical outer piston at its end face and moves as gas located in the outer bulb air. It may be provided to allow other gases to flow with a higher thermal conductivity and liquids compared to air.

Ferner kann in einer weiteren Ausführungsform die Temperiervorrichtung ein flächiges Heizelement sein. Dies kann ein Widerstandsheizer oder auch ein anderes elektrisches Heizelement sein, das sich flächig ausbilden lässt. Dabei kann das Heizelement einen oder mehrere Abschnitt(e) des Entladungsgefäßes entlang seiner Längsausdehnung umgeben, wobei es bevorzugt an der äußeren Oberfläche des Entladungsgefäßes anliegen kann. Damit kann das Entladungsgefäß sehr einfach und schnell vortemperiert werden.Furthermore, in a further embodiment, the temperature control device may be a planar heating element. This can be a resistance heater or another electrical heating element that can be formed flat. In this case, the heating element can surround one or more sections (e) of the discharge vessel along its longitudinal extent, wherein it can preferably rest on the outer surface of the discharge vessel. Thus, the discharge vessel can be pre-tempered very easily and quickly.

Dabei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das flächige Heizelement einen oder mehrere transparente Abschnitte aufweist. Alternativ kann das Heizelement auch Flächen, die keine heizbaren Komponenten aufweisen, enthalten. Hiermit kann Strahlung jeglicher erzeugter Wellenlänge aus dem Entladungsgefäß ungehindert austreten.In this case, it can be provided according to the invention that the planar heating element has one or more transparent sections. Alternatively, the heating element may also contain surfaces which have no heatable components. With this, radiation of any generated wavelength can emerge unhindered from the discharge vessel.

In einer weiteren Ausführungsform der Temperiervorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Temperiervorrichtung eine Strahlungsquelle wie etwa eine Infrarotstrahlungsquelle ist. Diese Art von Temperiervorrichtung kann außerhalb des Außenkolbens in einem geeigneten Abstand in einem Bereich von wenigen Millimetern bis wenigen Zentimetern angeordnet sein. Die abzugebende Strahlung kann mit einer dafür geeigneten Steuereinheit geregelt werden und je nach Strahlungsmenge einen großen Temperaturbereich abdecken. Die Temperiervorrichtung ist damit besonders flexibel und einfach einzusetzen.In a further embodiment of the temperature control device can be provided be that the tempering device is a radiation source such as an infrared radiation source. This type of tempering device can be arranged outside the outer bulb at a suitable distance in a range of a few millimeters to a few centimeters. The radiation to be emitted can be controlled with a suitable control unit and cover a large temperature range depending on the amount of radiation. The tempering device is thus particularly flexible and easy to use.

Gemäß der Erfindung kann die Blitzlichtlampe eine elektrodenlose Blitzlichtlampe sein, zu deren Zündung der ionisierbaren Gasmischung Hochfrequenzleistung mittels einer Kopplungseinrichtung in das Entladungsgefäß eingekoppelt werden kann. Bevorzugt können über die Kopplungseinrichtung elektrodenlos Mikrowellen in die Gasmischung eingekoppelt werden. Ferner sind kapazitive Einkopplungsmethoden möglich. In einer alternativen Ausführungsform können auch induktive Einkopplungsmethoden verwendet werden, wodurch Hochfrequenzleistung über hochfrequente elektrische oder magnetische Felder elektrodenlos in die Gasmischung eingekoppelt werden kann. Das Entladungsgefäß bildet hierzu die Sekundärwicklung eines Transformators. Die Wicklungen dieser Anregungsspulen werden mit einem speziellen Betriebsgerät mit einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist, die dieses aus der Netzspannung oder auch aus einer Gleichspannung erzeugt.According to the invention, the flashlamp can be an electrodeless flashlamp, to the ignition of the ionizable gas mixture high frequency power can be coupled by means of a coupling device in the discharge vessel. Preferably, microwaves can be coupled into the gas mixture electrodelessly via the coupling device. Furthermore, capacitive coupling methods are possible. In an alternative embodiment, inductive coupling methods can also be used, as a result of which high-frequency power can be coupled electrodelessly into the gas mixture via high-frequency electrical or magnetic fields. For this purpose, the discharge vessel forms the secondary winding of a transformer. The windings of these excitation coils are fed with a special operating device with a high-frequency alternating voltage, which generates this from the mains voltage or from a DC voltage.

Die Gasmischung selbst kann ein geeigneter Metalldampf, der bspw. Quecksilber oder auch Natrium, Indium oder Indiumiodid enthält, sein. Je nach verwendetem Material kann die gewünschte Wellenlänge des emittierenden Lichts nahezu frei gewählt werden. Für Entladungen auf Quecksilberbasis liegt diese vorwiegend bei etwa 254 nm und somit wesentlich niedriger als es durch Argon-Hochdruck-Blitzlampen derzeit realisiert werden kann. Auch kann auf Quecksilberbasis vorteilhaft Strahlung im UV-C und UV-B Bereich erzeugt werden.The gas mixture itself can be a suitable metal vapor, which contains, for example, mercury or else sodium, indium or indium iodide. Depending on the material used, the desired wavelength of the emitting light can be chosen almost freely. For mercury-based discharges, this is predominantly around 254 nm and thus much lower than can currently be realized by argon high-pressure flashlamps. Also, mercury-based radiation can advantageously be generated in the UV-C and UV-B range.

Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Blitzlichterzeugung mit hoher Leistungsdichte im UV-Bereich unter Verwendung der vorgenannten Blitzlichtlampe vor. Zunächst wird die Blitzlichtlampe mit der Stromquelle elektrisch verbunden. Danach werden das Entladungsgefäß und damit die in das Entladungsgefäß gefüllte ionisierbare Gasmischung mittels der Temperiervorrichtung auf die vorbestimmte Vorwärmtemperatur erwärmt. Schließlich wird die ionisierbare Gasmischung in dem Entladungsgefäß hochfrequent angeregt und dadurch ein Blitzlicht hoher Leistungsdichte erzeugt.The invention further provides a method of flash generation with high power density in the UV range using the aforementioned flash lamp. First, the flash lamp is electrically connected to the power source. Thereafter, the discharge vessel and thus the ionizable gas mixture filled in the discharge vessel are heated to the predetermined preheating temperature by means of the tempering device. Finally, the ionizable gas mixture in the discharge vessel is excited at high frequency, thereby producing a high power density flashlamp.

Vorteilhaft nutzt die Erfindung die Kombination zwischen Temperierung und hochfrequenter Anregungsweise, woraus die hohe Leistungsdichte des Blitzlichts resultiert.Advantageously, the invention uses the combination of temperature control and high-frequency excitation, resulting in the high power density of the flash.

Um einen optimalen Dampfdruck der ionisierbaren Gasmischung im Inneren des Entladungsgefäßes zu erreichen, kann die Erfindung vorsehen, dass die Temperiervorrichtung das Entladungsgefäß vor Zündung der ionisierbaren Gasmischung auf die Vorwärmtemperatur in einem Bereich von 30°C bis 60°C, vorzugsweise auf 40°C erwärmt, was gerade für quecksilberhaltige Gasmischungen einen optimalen Dampfdruck erzeugt. Je nach Gasmischung können auch andere Vorwärmtemperaturen gewählt werden, um so die optimale Leistungsausbeute für das anschließende Blitzlicht zu erreichen. Für quecksilberfreie Gasmischungen können Vorwärmtemperaturen in einem Bereich von 200°C bis zu 500°C gewählt werden.In order to achieve an optimum vapor pressure of the ionizable gas mixture in the interior of the discharge vessel, the invention may provide that the tempering device heats the discharge vessel to the preheating temperature in a range of 30 ° C to 60 ° C, preferably 40 ° C, before ignition of the ionizable gas mixture , which creates optimal vapor pressure for mercury-containing gas mixtures. Depending on the gas mixture, other preheating temperatures can be selected in order to achieve the optimum power output for the subsequent flashlight. For mercury-free gas mixtures, preheat temperatures ranging from 200 ° C up to 500 ° C can be selected.

Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zum hochfrequenten Anregen der ionisierbaren Gasmischung eine Leistung vorbestimmter Größe eingekoppelt werden kann, so dass die Blitzlichtlampe eine Gesamtleistung in einem Bereich von 5 mW bis 50 kW erreichen kann. Für die Temperaturbehandlung bspw. von Schichten wird diese Leistung als "Strahlungsenergiedichte" angegeben, wobei beispielhaft ein Wert von der Strahlungsenergiedichte von in etwa 20 J/cm2 angegeben werden kann. Wird die Blitzlampe mit einer Blitz-Pulsdauer von 20 ms betrieben, kann eine Höchstleistung von 1 kW/cm2 erreicht werden. Die Lampe hat in der Regel eine Effizienz von 50 %, so dass die Lampe mit einer elektrischen Leistung von in etwa 2 kW/cm2 betrieben werden kann. Damit wird für eine Lampe mit einem Durchmesser von 6 cm insgesamt 75 kW elektrische Leistung gebraucht. Abhängig von der aufzubringenden Strahlungsenergiedichte kann die Leistung der Lampe entsprechend variiert werden.Furthermore, it can be provided according to the invention that for the high-frequency excitation of the ionizable gas mixture, a power of predetermined size can be coupled, so that the flash lamp can achieve a total power in a range of 5 mW to 50 kW. For the temperature treatment, for example, of layers, this power is given as "radiation energy density", wherein by way of example a value of the radiation energy density of approximately 20 J / cm 2 can be stated. Will the flash lamp operated with a flash pulse duration of 20 ms, a maximum power of 1 kW / cm 2 can be achieved. The lamp usually has an efficiency of 50%, so that the lamp can be operated with an electrical power of about 2 kW / cm 2 . Thus, a total of 75 kW of electric power is needed for a lamp with a diameter of 6 cm. Depending on the applied radiation energy density, the power of the lamp can be varied accordingly.

Vorteilhaft kann mit der erfindungsgemäßen Blitzlichtlampe das emittierende Material in dem Entladungsgefäß auf die Vorwärmtemperatur vorgewärmt und elektrodenlos gezündet werden. Die Erfindung kann insbesondere in den Bereichen der Halbleitertechnik sowie bei der Herstellung optischer Schichten behilflich sein. Allgemein kann die Erfindung im Bereich der Elektronikherstellung eingesetzt werden.Advantageously, the emitting material in the discharge vessel can be preheated to the preheating temperature and ignited electrodeless with the flash lamp according to the invention. The invention may be of particular assistance in the fields of semiconductor technology as well as in the production of optical layers. In general, the invention can be used in the field of electronics manufacturing.

Weitere Ausführungsformen, sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung deutlich und besser verständlich. Unterstützend hierbei ist auch der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung. Es zeigt

Fig. 1
eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Blitzlichtlampe;
Fig. 2
eine schematische Ansicht eine weiteren Ausführungsform der Blitzlichtlampe, und
Fig. 3
eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Blitzlichtlampe.
Other embodiments, as well as some of the advantages associated with these and other embodiments, will become apparent and better understood by the following detailed description. Supporting here is the reference to the figures in the description. It shows
Fig. 1
a schematic view of an embodiment of a flash lamp according to the invention;
Fig. 2
a schematic view of another embodiment of the flash lamp, and
Fig. 3
a schematic view of an alternative embodiment of the flash lamp.

In den Figuren 1 bis 3 sind verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Blitzlampe 1 gezeigt, die Erfindung ist aber nicht auf die gezeigten Blitzlichtlampen beschränkt. Variationen in Aufbau und Kombination der Merkmale sind im Schutzumfang enthalten.In the FIGS. 1 to 3 different embodiments of the flash lamp 1 according to the invention are shown, but the invention is not limited to the flashlamps shown. Variations in structure and combination of features are included in the scope of protection.

Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Blitzlichtlampe 1 zur Blitzlichterzeugung mit hoher Leistungsdichte hat einen Außenkolben 2, der transparent (volllichtdurchlässig) oder transluzent (teillichtdurchlässig) ausgebildet ist, was figurativ nicht dargestellt ist. Materialien, die sich für einen solchen Außenkolben 2 eignen sind bspw. Quartzglas, Aluminiumoxid- oder auch Borsilikatglas. Das Material wird zweckbestimmt für die jeweilige zu emittierende Wellenlänge ausgewählt, die genutzt werden soll.In the Fig. 1 A flashlamp 1 shown schematically for flashlight generation with high power density has an outer bulb 2, which is transparent (fully translucent) or translucent (partially transparent), which is not shown figuratively. Materials that are suitable for such an outer bulb 2 are, for example, quartz glass, alumina or borosilicate glass. The material is purposefully selected for the particular wavelength to be emitted, which is to be used.

Der Außenkolben 2 selbst ist zylinder- oder röhrenförmig ausgestaltet, kann aber auch in anderen Formen vorliegen. Ein röhrenförmiger Außenkolben 2 ist weit verbreitet und viele Geräte, die eine Blitzlampe benötigen, sind auf diese Form ausgerichtet. Es kann eine schnelle und gleichmäßige Zündung erfolgen und das Licht wird gleichförmig abgestrahlt, so dass eine gute Ausleuchtung des zu beleuchtenden Gegenstandes gegeben ist.The outer bulb 2 itself is cylindrical or tubular, but may also be in other shapes. A tubular outer bulb 2 is widely used and many devices requiring a flash lamp are aligned with this shape. It can be a quick and uniform ignition and the light is radiated uniformly, so that a good illumination of the object to be illuminated is given.

Ferner ist in einem Innenraum 3 des Außenkolbens 2 ein zylindrisches Entladungsgefäß 4 mittig angeordnet.Furthermore, a cylindrical discharge vessel 4 is arranged centrally in an inner space 3 of the outer bulb 2.

Das Entladungsgefäß 4 kann mit unterschiedlichen Formen ausgestaltet sein, wobei die Formen den Formen des Außenkolbens 2 entsprechend angepasst werden können. Das Entladungsgefäß 4 besteht ebenfalls aus einem transparenten Material wie einem der vorgenannten Glasarten und ist mit einer ionisierbaren Gasmischung 5 befüllt. Es enthält als Leuchtgas ein Metall, das zur Lichtemission angeregt werden kann, wie etwa Quecksilberdampf und ein Startgas aus einem Edelgas (Argon, Xenon, Krypton oder Neon), Stickstoff oder einer Mischung aus den Vorgenannten. Die ionisierbare Gasmischung 5 kann auch quecksilberfrei sein und stattdessen Natrium, Indium, Metall-Halogenide, wie Indiumiodid, Zinkiodid, Bismuthiodid, Thaliumiodid etc. enthalten. Anstatt des Metalls können auch Phosphor oder Seltene Erden Verwendung finden.The discharge vessel 4 can be designed with different shapes, wherein the shapes can be adapted to the shapes of the outer bulb 2 accordingly. The discharge vessel 4 is also made of a transparent material such as one of the aforementioned types of glass and is filled with an ionizable gas mixture 5. It contains as a luminous gas a metal which can be excited to emit light, such as mercury vapor and a starting gas of a noble gas (argon, xenon, krypton or neon), nitrogen or a mixture of the foregoing. The ionizable gas mixture 5 may also be mercury-free and instead contain sodium, indium, metal halides such as indium iodide, zinc iodide, bismuth iodide, thalium iodide, etc. Instead of the metal also phosphorus or rare earths can be used.

Um die ionisierbare Gasmischung 5 zu zünden, ist eine Zündungsvorrichtung 6 der Blitzlichtlampe 1 zugeordnet, die über ein Betriebsgerät 9 zur Strombegrenzung mit einer Stromversorgung 7 in elektrischem Kontakt verbunden ist. Die Zündungsvorrichtung 6 weist eine Kopplungseinrichtung 8 auf, die mit dem Entladungsgefäß 4 operativ gekoppelt ist. Dazu kann die Kopplungseinrichtung 8 einen dielektrischen Wellenleiter aufweisen, über den hochfrequente Leistung als Mikrowellenstrahlung A (typische Frequenz 2,45 GHz) in das Entladungsgefäß 4 eingebracht werden kann.In order to ignite the ionizable gas mixture 5, an ignition device 6 is associated with the flashlamp 1, which is connected via a control device 9 for current limiting with a power supply 7 in electrical contact. The ignition device 6 has a coupling device 8, which is operatively coupled to the discharge vessel 4. For this purpose, the coupling device 8 can have a dielectric waveguide, via which high-frequency power can be introduced into the discharge vessel 4 as microwave radiation A (typical frequency 2.45 GHz).

Über das Betriebsgerät 9 wird die Blitzlichtlampe 1 für die Dauer der Nutzung betrieben, wobei das Betriebsgerät 9 nach dem Zünden, wenn nach dem Durchbruch der Entladung gebildet hat, den Strom auf einen konstanten Wert begrenzt.About the operating device 9, the flash lamp 1 is operated for the duration of use, wherein the operating device 9 after ignition, if it has formed after the breakthrough of the discharge, limits the current to a constant value.

Der Blitzlichtlampe 1 ist eine Temperiervorrichtung zugeordnet, die dazu dient, das Entladungsgefäß 4 auf eine vorbestimmte Vorwärmtemperatur aufzuheizen. Je nachdem, welche ionisierbare Gasmischung 5 verwendet wird, kann eine andere Vorwärmtemperatur gewählt werden. Für eine quecksilberhaltige Gasmischung 5 sollten an der kältesten Stelle 40 °C erreicht werden. Für eine indiumiodidhaltige Gasmischung 5 sollte eine Vorwärmtemperatur von in etwa 240°C, für eine thaliumiodidhaltige Gasmischung 5 sollten in etwa 300°C gewählt werden.The flash lamp 1 is associated with a temperature control, which serves to heat the discharge vessel 4 to a predetermined preheating temperature. Depending on which ionizable gas mixture 5 is used, a different preheating temperature can be selected. For a mercury-containing gas mixture 5, 40 ° C should be reached at the coldest point. For an indium iodide-containing gas mixture 5, a preheating temperature of approximately 240 ° C. should be selected, for a thio-iodide-containing gas mixture 5 approximately 300 ° C.

Die Temperiervorrichtung ist in Fig. 1 ein Gebläse, das temperierte Luft in die Blitzlichtlampe 1 hinein strömt. Die Luft wird hier um das Entladungsgefäß 4 herum strömen gelassen, um dieses effizient von allen Seiten zu erwärmen.The tempering device is in Fig. 1 a blower that flows tempered air into the flashlamp 1. The air is allowed to flow around the discharge vessel 4 in order to heat it efficiently from all sides.

In der alternativen Ausführungsform, die in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein flächiger Widerstandsheizer 13 so um das Entladungsgefäß 4 angeordnet, dass er das Entladungsgefäß 4 in Längsrichtung umfänglich umfasst. Er liegt dabei direkt an der äußeren Oberfläche an. Man sieht in diesem figurativ gezeigten Beispiel, dass der Widerstandsheizer 13 abschnittsweise unterbrochen ist, so dass Strahlung bei einer Blitzlichtentladung austreten kann.In the alternative embodiment, which is in Fig. 2 is shown, a planar resistance heater 13 is arranged around the discharge vessel 4, that it comprises the discharge vessel 4 in the longitudinal direction circumferentially. It lies directly on the outer surface. You can see in this figuratively shown Example that the resistance heater 13 is interrupted in sections, so that radiation can escape during a flash discharge.

In anderen, nicht gezeigten Beispielen ist es möglich, dass das Entladungsgefäß 4 nur in Abschnitten umfasst ist oder dass Flächen frei gelassen werden.In other examples, not shown, it is possible that the discharge vessel 4 is included only in sections or that areas are left free.

In Fig. 3 ist eine Infrarotstrahlungsquelle 15 als eine weitere mögliche Ausführungsform der Temperiervorrichtung dargestellt. Die Infrarotstrahlung wirkt dabei auf den Außenkolben 2 und kann den Innenraum 3 erwärmen. Dieser ist zur Übertragung der Wärmestrahlung bspw. mit Luft gefüllt. So kann das Entladungsgefäß 4 gleichmäßig erwärmt werden. Mit einer Steuereinheit 16 ist die Infrarotstrahlungsquelle 15 so einstellbar, dass eine vorbestimmte Menge an Strahlung abgegeben werden kann, um eine bestimmte Temperatur im ionisierbaren Gasgemisch 5 zu erreichen.In Fig. 3 an infrared radiation source 15 is shown as a further possible embodiment of the temperature control device. The infrared radiation acts on the outer bulb 2 and can heat the interior 3. This is for the transmission of heat radiation, for example, filled with air. Thus, the discharge vessel 4 can be heated evenly. With a control unit 16, the infrared radiation source 15 is adjustable so that a predetermined amount of radiation can be emitted to reach a certain temperature in the ionizable gas mixture 5.

Das Verfahren zum Betrieb der Blitzlichtlampe 1 bzw. ihre Funktionsweise wird am Beispiel einer Quecksilber-Entladung deutlich, lässt sich aber auf beliebige andere emittierende Materialien ohne weiteres übertragen.The method for operating the flashlamp 1 or its mode of operation is clear from the example of a mercury discharge, but can be readily transferred to any other emitting materials.

Das Entladungsgefäß 4 ist mit der ionisierbaren Gasmischung 5 befüllt, wobei das Startgas, bevorzugt ein Edelgas und Stickstoff oder Mischungen aus diesen, verwendet wird, um die Leitfähigkeit der Entladung einzustellen. Die Startgasfüllung ist dabei optional, da das eigentlich emittierende Material, wie Quecksilber, durch die folgende externe Temperierung bereits in ausreichendem Maße in der Gasform vorliegt.The discharge vessel 4 is filled with the ionizable gas mixture 5, wherein the starting gas, preferably a noble gas and nitrogen or mixtures thereof, is used to adjust the conductivity of the discharge. The starting gas filling is optional, since the actually emitting material, such as mercury, is already present in the gas form to a sufficient extent due to the following external tempering.

Das Entladungsgefäß 4 wird durch die äußere Temperiervorrichtung erwärmt. Dies kann bspw. durch den Fluidstrom geschehen, der durch den Innenraum 3 um das Entladungsgefäß 4 herum geleitet wird, wie in Fig. 1 dargestellt, sich mit diesem in Kontakt befindet nach Fig. 2 , oder durch Infrarotstrahlung nach Fig. 3 . The discharge vessel 4 is heated by the outer temperature control device. This can for example be done by the fluid flow, which is passed through the inner space 3 to the discharge vessel 4 around, as in Fig. 1 shown, is in contact with this after Fig. 2 , or by infrared radiation after Fig. 3 ,

Die Erwärmung bzw. Temperierung erfolgt so, dass die kälteste Stelle des Entladungsgefäßes 4 die Vorwärmtemperatur aufweist, bei der das emittierende Material, hier Quecksilber, in einem ausreichenden Anteil in Gasform vorliegt. Der effizienteste Dampfdruck für die quecksilberhaltige Gasmischung 5 stellt sich bei einer Temperatur der kältesten Stelle bei etwa 40°C ein. Bei diesen 40°C beträgt die Menge in etwa 1 Pa Partialdruck. Abhängig von dem Volumen des Entladungsgefäßes kann der Anteil an Quecksilber dann berechnet werden. Idealerweise entspricht die Höhe des Dampfdrucks dabei dem effizientesten Dampfdruck, was bspw. für quecksilberhaltige Lampen bei einem Partialdruck von etwa 0,8 Pa x Pa entspricht.The heating or temperature control is carried out so that the coldest point of the discharge vessel 4 has the preheating temperature at which the emitting material, here mercury, is present in a sufficient proportion in gaseous form. The most efficient vapor pressure for the mercury-containing gas mixture 5 sets at a temperature of the coldest point at about 40 ° C. At this 40 ° C, the amount is about 1 Pa partial pressure. Depending on the volume of the discharge vessel, the proportion of mercury can then be calculated. Ideally, the height of the vapor pressure corresponds to the most efficient vapor pressure, which corresponds, for example, to mercury-containing lamps at a partial pressure of about 0.8 Pa x Pa.

Ein so vorbereitetes Gasgemisch in dem Entladungsgefäß wird mittels der Zündungsvorrichtung 8 und der Mikrowellenstrahlung 12 gezündet und betrieben. Kurzzeitig sind dabei sehr hohe Leistungsdichten in der Entladung möglich, bevor sich die Temperatur am kältesten Punkt im Entladungsgefäß 4 wesentlich erhöht.A thus prepared gas mixture in the discharge vessel is ignited and operated by means of the ignition device 8 and the microwave radiation 12. For a short time, very high power densities in the discharge are possible before the temperature at the coldest point in the discharge vessel 4 increases significantly.

Der Leistungsbereich der Blitzlichtlampe 1 kann sich dabei über einige mW bis hin zu mehreren kW erstrecken, wobei ideale Ergebnisse in einem Leistungsbereich von 5 W bis in etwa 100 W erreicht werden. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Blitzlichtlampe 2 Außenkolben 3 Innenraum des Außenkolbens 4 Entladungsgefäß 5 Gasmischung 6 Zündungsvorrichtung 7 Stromquelle 8 Kopplungseinrichtung 9 Betriebsgerät 10 Strömungseinheit 11 Luft 12 Mikrowellenstrahlung 13 Heizelement 14 Stromquelle 15 Infrarotstrahlungsquelle 16 Steuereinheit The power range of the flashlamp 1 can range from a few mW to several kW, ideal results in a power range of 5 W to about 100 W are achieved. LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 Flash lamp 2 outer envelope 3 Interior of the outer bulb 4 discharge vessel 5 gas mixture 6 ignition device 7 power source 8th coupling device 9 control gear 10 flow unit 11 air 12 microwave radiation 13 heating element 14 power source 15 Infrared radiation source 16 control unit

Claims (11)

Blitzlichtlampe (1) zur Blitzlichterzeugung mit hoher Leistungsdichte im UV-Bereich, die
einen zumindest teilweise lichtdurchlässigen Außenkolben (2) aufweist, der ein mit einer ionisierbaren Gasmischung (5) gefülltes Entladungsgefäß (4) und eine Zündungsvorrichtung (6) umgibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Temperiervorrichtung nahe dem Entladungsgefäß (4) angeordnet ist, wobei die Temperiervorrichtung dazu ausgebildet ist, die ionisierbare Gasmischung (5) vor der Anregung auf eine vorbestimmte Vorwärmtemperatur zu erwärmen.Flash lamp (1) for flash generation with high power density in the UV range, the
an at least partially translucent outer bulb (2) surrounding a discharge vessel (4) filled with an ionizable gas mixture (5) and an ignition device (6),
characterized in that
a tempering device is arranged near the discharge vessel (4), wherein the tempering device is adapted to heat the ionizable gas mixture (5) to a predetermined preheating temperature before the excitation. Blitzlichtlampe (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperiervorrichtung - in einem vorbestimmten Abstand vor oder neben dem Entladungsgefäß (4) oder dem Außenkolben (2) angeordnet ist, oder - direkt an dem Entladungsgefäß (4) angeordnet ist. Flash lamp (1) according to claim 1,
characterized in that
the tempering device - Is arranged at a predetermined distance in front of or next to the discharge vessel (4) or the outer bulb (2), or - Is arranged directly on the discharge vessel (4). Blitzlichtlampe (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorwärmtemperatur in einem Bereich von 30°C bis 60°C, bevorzugt bei 40°C liegt.Flash lamp (1) according to claim 1 or 2,
characterized in that
the preheating temperature is in a range of 30 ° C to 60 ° C, preferably 40 ° C. Blitzlichtlampe (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperiervorrichtung eine Strömungseinheit (10) aufweist, die einen Fluidstrom, insbesondere aus einem Gas oder einer Flüssigkeit, um das Entladungsgefäß (4) herum bereitstellt.Flash lamp (1) according to at least one of claims 1 to 3,
characterized in that
the temperature control device has a flow unit (10) which provides a fluid flow, in particular of a gas or a liquid, around the discharge vessel (4). Blitzlichtlampe (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperiervorrichtung ein flächiges Heizelement (13) ist, das einen oder mehrere Abschnitte des Entladungsgefäßes (4) entlang seiner Längsausdehnung umgibt, bevorzugt an der äußeren Oberfläche des Entladungsgefäßes (4) anliegt.Flash lamp (1) according to at least one of claims 1 to 3,
characterized in that
the temperature control device is a planar heating element (13) which surrounds one or more sections of the discharge vessel (4) along its longitudinal extent, preferably abutting the outer surface of the discharge vessel (4). Blitzlichtlampe (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das flächige Heizelement (12) einen oder mehrere transparente Abschnitte aufweist oder Flächen, die keine heizbaren Komponenten aufweisen, enthält.Flash lamp (1) according to claim 5,
characterized in that
the planar heating element (12) has one or more transparent sections or contains surfaces which have no heatable components. Blitzlichtlampe (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperiervorrichtung eine Strahlungsquelle, bevorzugt eine Infrarotstrahlungsquelle (15) ist.Flash lamp (1) according to at least one of claims 1 to 3,
characterized in that
the tempering device is a radiation source, preferably an infrared radiation source (15). Blitzlichtlampe (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Blitzlichtlampe (1) eine elektrodenlose Blitzlichtlampe (1) ist, wobei zur Zündung der ionisierbaren Gasmischung (5) Hochfrequenzleistung mittels einer Kopplungseinrichtung (7), bevorzugt über Mikrowellen, in das Entladungsgefäß (4) einkoppelbar ist.Flash lamp (1) according to at least one of claims 1 to 7,
characterized in that
the flashlamp (1) is an electrodeless flashlamp (1), wherein for the ignition of the ionizable gas mixture (5) high frequency power by means of a coupling device (7), preferably via microwaves, in the discharge vessel (4) can be coupled. Verfahren zur Blitzlichterzeugung mit hoher Leistungsdichte im UV-Bereich unter Verwendung der Blitzlichtlampe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
umfassend die Schritte - elektrisch Verbinden der Blitzlichtlampe (1) mit der Stromquelle (7), - Erwärmen des Entladungsgefäßes (4) und damit der im Entladungsgefäß (4) gefüllten ionisierbaren Gasmischung (5) mittels der Temperiervorrichtung (10) auf die vorbestimmte Vorwärmtemperatur, - hochfrequent Anregen der ionisierbaren Gasmischung (5) in dem Entladungsgefäß (4) und dadurch Erzeugen eines Blitzlichts hoher Leistungsdichte. A high-power-density ultraviolet-forming method using the flashlamp (1) according to any one of claims 1 to 8,
comprising the steps electrically connecting the flashlamp (1) to the power source (7), Heating the discharge vessel (4) and thus the ionizable gas mixture (5) filled in the discharge vessel (4) by means of the temperature control device (10) to the predetermined preheating temperature, - High frequency exciting the ionizable gas mixture (5) in the discharge vessel (4) and thereby generating a high power density flash light. Verfahren nach Anspruch 9,
wobei
die Temperiervorrichtung (10) das Entladungsgefäß (4) vor Zündung der ionisierbaren Gasmischung (5) auf die Vorwärmtemperatur in einem Bereich von 30°C bis 60°C, vorzugsweise auf 40°C erwärmt.Method according to claim 9,
in which
the tempering device (10) heats the discharge vessel (4) to the preheating temperature in a range from 30 ° C to 60 ° C, preferably to 40 ° C, prior to ignition of the ionizable gas mixture (5). Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
wobei
zum hochfrequenten Anregen der ionisierbaren Gasmischung (5) eine Leistung vorbestimmter Größe eingekoppelt wird, so dass die Blitzlichtlampe (1) eine Gesamtleistung in einem Bereich von 5 mW bis 50 kW erreicht.Method according to claim 9 or 10,
in which
for high-frequency excitation of the ionizable gas mixture (5) a power of predetermined size is coupled, so that the flash lamp (1) reaches a total power in a range of 5 mW to 50 kW.
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