具有接地耦合元件及改進(jìn)燈泡組件的無電極燈的制作方法
【專利說明】具有接地耦合元件及改進(jìn)燈泡組件的無電極燈
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年12月13日、申請(qǐng)?zhí)枮?01010586104.7、發(fā)明名稱為“具有接地耦合元件及改進(jìn)燈泡組件的無電極燈”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及利用等離子燈產(chǎn)生光的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明提供了由射頻電源驅(qū)動(dòng)而沒有使用燈泡內(nèi)部電極的等離子燈及相關(guān)方法。僅作為示例方式，可以將這種等離子燈應(yīng)用于諸如體育場、保全設(shè)備、停車場、軍事及防御、路燈、大小建筑物、車前照燈、飛機(jī)降落、橋梁、倉庫、UV水處理、農(nóng)業(yè)、建筑照明、舞臺(tái)燈光、醫(yī)用照明、顯微鏡、投影儀及顯示器、這些任何組合等的應(yīng)用場景中。
【背景技術(shù)】
[0003]等離子燈提供了極明亮的寬帶光，其用于諸如普通照明、投影系統(tǒng)、以及工業(yè)處理的應(yīng)用場景中。當(dāng)今制造的典型等離子燈含有氣體與痕量物質(zhì)(trace substances)的混合物，使用通過間隔很近的電極的大電流來激發(fā)該混合物以形成等離子。然而，該配置受到在燈泡內(nèi)的電極劣化的影響，因此，其壽命有限。傳統(tǒng)的等離子燈還存在其他制約。
[0004]綜上所述，可見高度期望用于改善等離子燈的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明，提供了涉及用于利用等離子燈來生成光的裝置和方法的技術(shù)。更具體地，本發(fā)明提供了由射頻源驅(qū)動(dòng)而沒有使用氣體填充容器(燈泡)內(nèi)部的電極的等離子燈和相關(guān)方法。作為實(shí)例，使用緊湊空氣共振器/波導(dǎo)將射頻源耦合至氣體填充容器。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中，不使用諸如氧化鋁或者石英的電介質(zhì)材料制作共振器/波導(dǎo)或者共振器/波導(dǎo)通常不含有諸如氧化鋁或者石英的電介質(zhì)材料。在優(yōu)選實(shí)施方式中，將緊湊空氣共振器布置在相對(duì)較小的空間中，并且可以具有基本上小于共振器的諧振頻率的1/2自由空間波長(lambda/2)的尺寸。另外，氣體填充容器(燈泡)的電弧基本上未被共振器/波導(dǎo)的主體圍繞，使得允許使用用于設(shè)計(jì)照明設(shè)備的其他光學(xué)部件和反射器。即，氣體填充容器實(shí)質(zhì)上包括電弧，該電弧基本上沒有被共振器/波導(dǎo)的主體的一部分或者多部分進(jìn)行任何機(jī)械封閉，使得允許使用這些反射器和其他光學(xué)部件。僅作為實(shí)例，可以將這種等離子燈應(yīng)用于諸如體育場、保全設(shè)備、停車場、軍事及防御、路燈、大小建筑物、橋梁、倉庫、農(nóng)業(yè)、UV水處理、建筑照明、舞臺(tái)燈光、醫(yī)用照明、顯微鏡、投影儀及顯示器、其任何組合等的應(yīng)用場景中。當(dāng)然，可以具有其他改進(jìn)、修改、以及選擇。
[0006]在【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明提供了一種等離子無電極燈。該燈包括緊密容納兩個(gè)耦合元件、基本上中空(氣腔)的導(dǎo)電體。這兩個(gè)耦合元件包括:連接至RF放大器的輸出端的第一耦合元件，以及連接至RF放大器的輸入端的第二耦合元件。如本文所使用的，術(shù)語“第一”和“第二”并不限于順序，而是應(yīng)當(dāng)理解為普通含義。第一耦合元件的另一端電連接(接地)至導(dǎo)電體的頂部表面處，而第二耦合元件沒有接地并且處于不同電勢。該燈進(jìn)一步包括燈泡耦合元件組件，其在燈體的導(dǎo)電體的底面處接地。電磁能是第一耦合元件與燈泡耦合元件組件之間、以及燈泡耦合元件組件與第二耦合元件之間的RF耦合。電磁能電容地、或者電感地、或者電感與電容組合地稱合至燈泡稱合元件組件內(nèi)部的燈泡。該燈可以進(jìn)一步包括反射器，以引導(dǎo)在燈泡耦合元件組件中的燈泡的光輸出。可替換地，該燈沒有設(shè)計(jì)任何反射器等。燈可以進(jìn)一步包括接地母線，其將燈泡耦合元件組件的頂部電連接或耦合至導(dǎo)電燈體?？商鎿Q地，接地母線可以將燈泡耦合元件組件的頂部電連接或耦合至反射器，接下來該反射器電連接至燈體。
[0007]在另一實(shí)施方式中，該燈可以包括:將第二耦合元件移除，第一耦合元件連接至RF源的輸出，RF源可以進(jìn)一步包括RF振蕩器和放大器。在優(yōu)選實(shí)施方式中，燈僅由第一耦合元件和燈泡耦合元件組件組成。
[0008]在又一實(shí)施方式中，燈體包括部分填充有電介質(zhì)插入物的金屬導(dǎo)電體。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，電介質(zhì)插入物可以為單一的材料、分層材料、合成材料、或者其他適當(dāng)?shù)目臻g配置和/或材料。
[0009]在【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明提供了一種可替換的無電極等離子燈。該燈包括通過內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置、具有透明或者半透明體的氣體填充容器，該氣體填充容器具有限定在內(nèi)部區(qū)域中的腔。該氣體填充容器通常包含:諸如氬或者氙(或者惰性氣體組合)的惰性氣體，以及諸如汞、三溴化銦、硫、溴化銫、以及其他的一種或者多種發(fā)光體?；旧贤ㄟ^配置在氣體填充容器的周圍區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)電體來環(huán)繞空氣共振器區(qū)域?？諝夤舱衿鲄^(qū)域(即，導(dǎo)電體)具有小于空氣共振器區(qū)域的基波諧振頻率的1/2自由空間波長的最大尺寸。輸入耦合元件將RF能量耦合到空氣共振器/波導(dǎo)。將輸入耦合元件的一端連接至包括振蕩器和放大器的RF源。將輸入耦合元件的另一端連接或者耦合至共振器/波導(dǎo)的導(dǎo)電體。將空氣共振器/波導(dǎo)內(nèi)部的RF能量耦合至輸出耦合(燈泡耦合)元件。將輸出耦合元件的一端連接或者耦合至共振器/波導(dǎo)的導(dǎo)電體，將輸出耦合元件的另一端連接至燈泡?？梢哉{(diào)節(jié)輸入耦合元件和輸出耦合元件的長度以及其間的距離以優(yōu)化在RF源與氣體填充容器(燈泡)之間的RF能量傳輸。RF能量使燈泡內(nèi)部的氣體離子化，并且蒸發(fā)發(fā)光體，導(dǎo)致燈泡產(chǎn)生在光譜的可見光和/或紫外線和/或紅外線部分的電磁輻射。
[0010]在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中，緊湊空氣共振器/波導(dǎo)的諧振頻率取決于其他參數(shù)中的單獨(dú)一個(gè)或者其組合。這些參數(shù)可包括:輸出耦合(燈泡耦合)元件的長度或者輸出耦合元件的電感、輸出耦合元件的直徑、導(dǎo)致共振器的電容改變的輸出耦合元件沿其長度與共振器/波導(dǎo)的導(dǎo)電體的壁之間的間距，這些參數(shù)中的一個(gè)或組合，以及其他參數(shù)。通過增大空氣共振器/波導(dǎo)的有效電容和電感，可以將共振器的尺寸基本上減小至小于共振器的基波諧振模式的自由空間的半波長。緊湊空氣共振器/波導(dǎo)基本上小于諸如在美國專利號(hào)6，476, 557B1中所描述的傳統(tǒng)裝置中的空氣共振器。
[0011]在【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明提供了等離子燈裝置。該裝置包括氣體填充容器，該氣體填充容器具有通過內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者半透明體，限定在內(nèi)部區(qū)域中的腔。該裝置還具有配置在氣體填充容器的周圍區(qū)域內(nèi)的空氣共振器區(qū)域。在【具體實(shí)施方式】中，空氣共振器區(qū)域具有小于空氣共振器區(qū)域的基波諧振頻率的1/2自由空間波長的最大尺寸。該裝置具有rf源，配置為生成小于或等于2.5GHz并耦合至空氣共振器區(qū)域的諧振頻率。
[0012]在可替換的【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明提供了可替換的等離子燈裝置。該裝置具有波導(dǎo)體，該波導(dǎo)體具有小于諧振頻率的1/2自由空間波長的最大尺寸。從三坐標(biāo)系統(tǒng)的任一維中選擇該最大尺寸。
[0013]在又一可替換的實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了又一可替換的等離子燈裝置。該裝置具有氣體填充容器，該氣體填充容器具有通過內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者半透明體，限定在內(nèi)部區(qū)域中的腔。在【具體實(shí)施方式】中，氣體填充容器具有第一端部和第二端部。該裝置具有空間上位于氣體填充容器的中央?yún)^(qū)域內(nèi)的最大溫度分布。在【具體實(shí)施方式】中，該中央?yún)^(qū)域在第一端部和第二端部之間。在優(yōu)選實(shí)施方式中，最大溫度分布在外部表面區(qū)域的周圍區(qū)域內(nèi)，基本上不受固體共振器主體區(qū)域的干擾。
[0014]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，等離子燈裝置進(jìn)一步包括:至少25瓦的電源，所述電源配置有rf源。
[0015]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，等離子燈裝置具有至少每瓦60流明的效能。
[0016]仍進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了等離子燈裝置。該裝置包括:氣體填充容器，該氣體填充容器具有通過內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者半透明體，限定在內(nèi)部區(qū)域中的腔；以及rf源，耦合至氣體填充容器以使電磁輻射至少穿過50%的外部表面區(qū)域而沒有反射回氣體填充容器的內(nèi)部區(qū)域。
[0017]此外，本發(fā)明提供了用于放射來自等離子燈裝置的電磁輻射的方法。該方法包括:使用被配置為向氣體填充容器提供rf能量的至少一個(gè)或者多個(gè)rf源從氣體填充容器的內(nèi)部區(qū)域中生成電磁輻射，以及將來自氣體填充容器的內(nèi)部區(qū)域的一部分電磁輻射通過氣體填充容器的至少50%的外部表面區(qū)域傳輸而基本上沒有反射回氣體填充容器的內(nèi)部區(qū)域。
[0018]仍進(jìn)一步地，在又一個(gè)可替換實(shí)施方式中本發(fā)明提供了無電極等離子燈裝置。該裝置具有氣體填充容器，該氣體填充容器具有:通過內(nèi)部區(qū)域和外部表面區(qū)域所配置的透明或者半透明體，限定在沒有一個(gè)或者多個(gè)電極結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域中的腔。該裝置具有被配置為與氣體填充容器配合的支撐體，由電磁輻射引起電弧零件，并且該裝置具有在內(nèi)部區(qū)域中空間上設(shè)置的第一端和第二端。在優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)從與電弧零件的第一端和第二端之間的中央部正交的假想線的外沿360度內(nèi)的任何空間位置觀看時(shí)，至少50%的電弧零件露出。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中，將電弧