專利名稱：高亮度微波燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波放電燈。本發(fā)明特別涉及微波腔體內(nèi)具有反射材料的燈。本發(fā)明還涉及密封的微波燈系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微波放電燈是本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的。在操作中，磁控管或其他微波能量源經(jīng)波導(dǎo)向微波腔體發(fā)射微波能量。包含填料的無電極燈泡設(shè)置在微波腔體內(nèi)。微波能量耦合至填料，當(dāng)被激發(fā)時(shí)填料發(fā)射光線。
授予Ury等人的題為“在微波腔體內(nèi)具有非傳導(dǎo)反射器的微波供電的燈”的第5,334,913號(hào)美國專利中揭示了一種微波放電燈，在微波腔內(nèi)包括反射器。該內(nèi)部反射器一般用作外部反射器的延續(xù)以傳導(dǎo)光輸出。


圖1是在市場中有售的，美國Fusion Liqhting，Inc.，Rockville，Mary Land生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)光驅(qū)動(dòng)1000微波放電燈的示意圖。磁控管和波導(dǎo)與電源供給和控制電路一起裝在外殼1中。把微波能量耦合到由屏幕4所限定的微波腔體3，該屏幕具有堅(jiān)實(shí)部分5和網(wǎng)格部分7，把燈泡9設(shè)置在微波腔體3中。在微波腔體3周圍，把外部反射器安裝到外殼1。燈泡填料一般是硫或硒填料，例如正如在第5,404,076號(hào)美國專利中所描述的。
正如在第5,841,233號(hào)美國專利中詳細(xì)描述的，在微波腔體3的內(nèi)部安裝了一臺(tái)分光鏡。正如圖2所示，分光鏡13是被安裝在屏幕4的堅(jiān)實(shí)部分5與網(wǎng)格部分7之間的接合處。分光鏡13與外部反射器11一起被用來把光從燈泡9傳出。燈泡9一般是位于外部反射器11的焦點(diǎn)上。
圖3是一微波燈的示意截面圖，該微波燈具有設(shè)置城微波腔體內(nèi)表面上的反射鍍膜層，正如在第5,903,091號(hào)美國專利中所揭示的。把反射膜層15設(shè)置在金屬外殼17內(nèi)表面上，這個(gè)外殼被配置成共振微波腔體。沒有鍍膜層的燈泡19也被設(shè)置在外殼17之內(nèi)。該外殼限定了孔徑21，這孔徑由一屏幕或網(wǎng)格23所覆蓋。把微波能量通過耦合條板傳給微波腔體。該能量被耦合到在燈泡19中的填料，當(dāng)它受激時(shí)發(fā)射出光。光主要通過孔徑21射出外殼17。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種利用在微波腔體內(nèi)側(cè)的光反射材料的微波放電燈，具體地說，本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供能有效地耦合到外部光學(xué)部件的高功率孔徑燈。本發(fā)明的另一目的是要提供一密封的微波放電燈系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，無電極微波放電燈包括微波能量源，微波腔體，一配置成要把微波能量源傳輸?shù)轿⒉ㄇ惑w的耦合結(jié)構(gòu)，設(shè)置在微波腔體內(nèi)的燈泡，該燈泡包括激發(fā)形成的填料，當(dāng)它受微波能量而激發(fā)時(shí)就發(fā)射出光，以及設(shè)置在微波腔體內(nèi)并與燈泡分開的反射器，在這里，該反射器限定了一個(gè)反射腔體，而其中的反射腔內(nèi)側(cè)面積顯著地小于微波腔體的內(nèi)側(cè)面積。在大多數(shù)的例子中，至少反射器的一部分與微波腔體隔開一個(gè)壁。
在某些例子中，限定發(fā)射光的孔徑的反射器的一部分，從靠近燈泡外表面的位置延伸到微波腔體的光透射端部分。例如，反射器的內(nèi)徑稍大于燈泡的外徑。反射器可能包括反射材料的中空?qǐng)A柱體，這圓柱體在兩個(gè)末端都是開口的，而燈泡適于把光反射進(jìn)這中空?qǐng)A柱體。另一種方法，反射器包括反射材料的中空?qǐng)A柱體，而這個(gè)圓柱體在一個(gè)末端是開口的，在另一個(gè)末端則是基本上被封閉的，其中的開口端限定了發(fā)射光的孔徑。把燈泡按到一根柄上，則基本上封閉著的末端包括適于接受該柄的一個(gè)開口。可能會(huì)把封閉著的末端從體球隔開或可能會(huì)把它靠近到燈泡。在某些例子中，把燈泡做成圓燈泡形狀，而把封閉的末端做成半球的形狀并靠近到燈泡。封閉末端可能比圓柱體的壁相對(duì)地較厚，以加速從燈泡的熱轉(zhuǎn)移。
較佳的是，反射器是用非導(dǎo)體的和高反射材料制成。例如，這材料包括石英或氧化鋁或它們的組合物。
在某些例子中，微波腔體是用具有堅(jiān)實(shí)壁的中空金屬圓柱體來限定的，除了一個(gè)孔徑外，它的一端是開口的，而另一端是封閉的，而其中反射器的外徑與微波腔體孔徑是緊密匹配的，在另一些例子中，微波腔體是由具有堅(jiān)實(shí)壁的中空金屬所限定的，它的兩個(gè)末端都是開口的，而其中的反射器包括反射材料的中空?qǐng)A柱體，它的一個(gè)末端是開口的，而另一末端基本上是封閉的，其中，反射器的一個(gè)開口端限定了發(fā)射光的孔徑，以及其中，反射圓柱體的外徑與金屬圓柱體的內(nèi)徑緊密地匹配。限定微波腔體的金屬圓柱體在結(jié)構(gòu)上要堅(jiān)固，這對(duì)阻止變形是有利的。反射器的封閉著的末端包括一單獨(dú)的反射盤，在大多數(shù)的例子中，反射圓柱體的封閉末端與微波腔體的壁是分開的，也可以是靠近燈泡的。
較佳的是，微波腔體基本上要在沒有環(huán)境污染的情況下密封起來。例如，如果微波腔體由具有堅(jiān)實(shí)壁的中空金屬圓柱體所限定，該圓柱體在發(fā)射光的孔徑區(qū)域的一個(gè)末端包括一個(gè)開口，則該開口可用石英板來覆蓋。在某些例子中，石英板包括設(shè)置在其上的或嵌入其中的一張導(dǎo)電網(wǎng)格。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，無電極燈包括共振腔，設(shè)置在共振腔中的燈泡，該燈泡包含激發(fā)形成的填料，與填料耦合的能量源，和在共振腔中具有介電常數(shù)大于空氣介電常數(shù)的介電材料，該介電材料填充了足夠數(shù)量的腔體，以要求腔體在尺寸上的減小來支持一個(gè)所想要的共振模式。較佳的是，該介電材料呈現(xiàn)出高反射率和高熱導(dǎo)率中的至少一個(gè)。還有較佳的是，介電材料的介電常數(shù)至少為2。更為較佳的是，介電材料呈現(xiàn)的介電常數(shù)至少為4。例如，該介電材料可包括氮化硼。
較佳的是，該介電材料占據(jù)了微波腔體的基本部分。例如，在燈包括用于把能量傳輸進(jìn)共振腔的耦合槽的情況中，該填料基本上占有了在耦合槽和燈泡間的共振腔的整個(gè)部分。如果燈泡是圓球形的，該介電材料可由圍繞在燈泡的半球凹口來限定。該介電材料可以支承該燈泡，或者，如果把燈泡附接到轉(zhuǎn)柄，則該介電材料可以限定一適于接受該轉(zhuǎn)柄的開口。
本發(fā)明上面的目的，特點(diǎn)，和優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)自和組合獲得的。除非在明確地詳述，否則本發(fā)明就不應(yīng)被解釋為需要在此描述的二個(gè)或更多的特性。
附圖簡述本發(fā)明前面的其它目的，特性，和優(yōu)點(diǎn)將從下面示于附圖中較佳例子更為詳細(xì)的描述中得以明白，在這些附圖中相同的參考數(shù)字，一般都始終涉及到相同的部件。不需要對(duì)附圖標(biāo)出尺寸，代之以用側(cè)重點(diǎn)來圖解說明本發(fā)明的原理。
圖1是具有外部反射器的常規(guī)微波放電燈的的示意圖。
圖2是具有在微波腔體內(nèi)安裝分光鏡的微波腔體的斷片的透視圖。
圖3是具有設(shè)置在微波腔體內(nèi)表面反射鍍層膜的微波燈的截面示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面具有裝載著介電的微波腔體的第一個(gè)微波放電燈的局部截面示意圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，具有裝載著介電微波腔體的第二個(gè)微波放電燈的局部截面示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，具有裝載著介電微波腔體的第三個(gè)微波放電燈的斷片示意圖。
圖7是對(duì)第三例的第一個(gè)可選擇的發(fā)射器結(jié)構(gòu)的斷片截面圖。
圖8是對(duì)第三例的第二個(gè)可選擇的發(fā)射器結(jié)構(gòu)的斷片截面圖。
圖9是對(duì)第三例的第三個(gè)可選擇的發(fā)射器結(jié)構(gòu)的斷片截面圖。
圖10是對(duì)第三例的第四個(gè)可選擇的發(fā)射器結(jié)構(gòu)的斷片截面圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)微波放電燈的透視圖。
圖12是根據(jù)第四例的燈的示意圖。
圖13是根據(jù)第四例的燈的局部截面示意14是對(duì)第四例的第一個(gè)可選擇的發(fā)射器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖15是對(duì)第四例的第二個(gè)可選擇的發(fā)射器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖16是對(duì)第四例的第三個(gè)可選擇的發(fā)射器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖17是對(duì)第四例的第三個(gè)可選擇的發(fā)射器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖18是光強(qiáng)度對(duì)測量角度的極坐標(biāo)圖。
圖19是根據(jù)本發(fā)明的微波發(fā)射孔徑燈的炮譜分布與常規(guī)微波放電燈的比較圖。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的第五例微波放電燈的截面示意圖。
圖21是在圖20中的區(qū)域21處的放大圖。
圖22是對(duì)第五例的第一個(gè)可選擇結(jié)構(gòu)的放大圖。
圖23是常規(guī)磁控管的透視圖。
圖24是根據(jù)本發(fā)明的磁控管的透視圖。
圖25是根據(jù)本發(fā)明的第六例微波放電燈的部件分解透視圖。
實(shí)施發(fā)明的較佳方式在下面描述中，為了闡釋而非限定的目的，描述諸如特殊的結(jié)構(gòu)、界面、技術(shù)等的具體細(xì)節(jié)是為了要提供對(duì)本發(fā)明的完全了解。但是，具有本說明書好處的技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說將是顯然的，這就是本發(fā)明可以在不按照這些具體細(xì)節(jié)的其它例子中實(shí)線，在另外的場合，忽略了熱知的結(jié)構(gòu)，器件和方法，以不使發(fā)明的描述被不需要折細(xì)節(jié)弄糊涂。
來自常規(guī)微波發(fā)射供給的光是各向同性，換句話說，受激等離子體在所有的方向發(fā)射光。但是，在用作光源的許多應(yīng)用中，所要的光是要有方向性的。例如，對(duì)上面提到的Light Dtive1000的一個(gè)應(yīng)用中，要把光提供到一個(gè)中空的光管道或“光管”中，這管道把光從光源相對(duì)地均勻分布在某個(gè)距離上(例如，約為20米)。例如，有一種類型的光管，它利用光學(xué)采光薄膜(OLF)并僅能分布在某個(gè)光束角(例如，一般為26.5°半角或更小)進(jìn)入該管的光。另一類型的光管在第EP0889285號(hào)的歐洲專利公告中描述。這光管需要一個(gè)具有半角為4°到8°之間的比較窄的光束角。一種最佳的光管在第60/177,245號(hào)的美國專利申請(qǐng)中描述，以及對(duì)應(yīng)的第PCT/US 00/00494號(hào)的PCT申請(qǐng)，這最佳光管結(jié)合了不貴的材料和簡單的結(jié)構(gòu)來提供有效的和均勻的光分布系統(tǒng)，這系統(tǒng)可以有利地利用具有約為15°半角或更小的光束。
在Light Drive1000中，止面描述的屏幕4，分光鏡13，和反射器11被設(shè)計(jì)成盡可能多地把光傳導(dǎo)進(jìn)為OLF光管所想要的26.5°半角。但是，具有各向同性的光源，要有效地再和再傳導(dǎo)光是困難的。光從圓球的形狀“展現(xiàn)”到圓盤的形狀，一般是增加etendue*并降低光源的亮度，因此減少了能在所想要的光束角來傳導(dǎo)的有用光的量。這個(gè)問題被在分光鏡和外部反射器表面上的損耗所進(jìn)一步惡化。無遮蔽的燈泡對(duì)這樣的燈的輸出，一般約為135,000流明，而從外部反射器在所想要的光束角之內(nèi)測得的光輸出僅約為85,000流明，對(duì)應(yīng)的收集效率約為63％，因?yàn)楣夤鼙旧淼膿p耗，所以實(shí)際的輸出到要照明的空間的光甚至要低。
常規(guī)微波放電燈具有的另一問題是微波屏幕和外部的反射器有過早降級(jí)的傾向。反射器要經(jīng)受溫度也可能經(jīng)受環(huán)境的污染(例如，尤其是柴油機(jī)煙塵)，它們能在反射器表面氧化，因而降低光的傳遞，可以把反射率的前面密封起來(例如，用ITO鍍膜的覆蓋玻璃)，但是，這增加了成本，并降低了光輸出。還有，這覆蓋層把一反射器增加到可能使在反射器上的反射鍍膜層降級(jí)的溫度點(diǎn)。
比較脆性的網(wǎng)格形成了微波腔體結(jié)構(gòu)的一個(gè)基本部分。這樣的網(wǎng)格易于形變，這種形變可能會(huì)造成在燈操作上和/或效率上的問題。還有，來自燈泡光輸出的一顯著部分被網(wǎng)格截取。盡管這光的大部分會(huì)離開腔體，但是被截取的光被網(wǎng)格所散射并且只有這光的一部分在所需的光束角之內(nèi)進(jìn)入光管。
示于圖3的燈可能提供比標(biāo)準(zhǔn)的Light Drire1000結(jié)構(gòu)比較多的有方向性的輸出。所圖示的燈利用了一層反射鍍膜層，這鍍膜層除了在孔徑21的區(qū)域內(nèi)、基本上與微波腔體共同擴(kuò)張的。換句話說，不包括孔徑面積在內(nèi)，反射腔體的內(nèi)側(cè)表面積基本上與微波腔體的內(nèi)側(cè)表面積相等。在此所使用的“反射腔體”被定義為由反射材料的內(nèi)部表面所限定的內(nèi)部容積。
在反射腔體內(nèi)側(cè)，一個(gè)光子在離開該燈之前可能被反射無數(shù)次。在腔體之內(nèi)每次反射涉及損耗，它減少了離開反射腔體的光的數(shù)量。用直接在燈泡上設(shè)置陶瓷外套來降低反射損耗是可能的，正如在上面用作參考的091專利中所描述的。但是，密集的外套是難以制造的，并且限止了那些與石英燈泡具有相似熱膨脹系數(shù)的材料選擇。電介質(zhì)裝載的腔體能夠控制燈的尺寸是所希望要的，尤其是，共振腔的尺寸，它可能是燈的最大組成部分。但是，這個(gè)尺寸通常是由驅(qū)動(dòng)頻率(例如，微波或射頻)所決定的，因?yàn)?，?duì)已知的驅(qū)動(dòng)頻率要支持合適的場模式，這腔體必須是某個(gè)最小的尺寸。由于驅(qū)動(dòng)頻率一般是由特殊元件的支配規(guī)則或可達(dá)性所約束，在以前的技術(shù)中，對(duì)無電極燈的共振腔至少應(yīng)為某一個(gè)尺寸是必要的。
在無電極燈設(shè)計(jì)中還有一個(gè)考慮是需要控制由燈泡產(chǎn)生的大量的熱。在某些情況中，在以前的技術(shù)中已經(jīng)使用了強(qiáng)通空氣冷卻。
符合本發(fā)明的一個(gè)方面，具有大于的介電常數(shù)的個(gè)電材料被用作填充共振腔的基本部分。這使得腔體在尺寸上有一基本降低成為可能，而提供穩(wěn)定的光輸出。
符合本發(fā)明的另一方面，介電材料是一種具有比較高的反射率的固體。所以提供了能讓光從腔體有效地提取出來的反射表面。
符合本發(fā)明的還有另一個(gè)方面，介電材料是一種比較好的荼熱材料，它提供了燈的改善的溫控。
圖1和圖2圖示出以前技術(shù)的無電極燈的一個(gè)例子，其中微波腔體3是用空氣填充的。燈泡9和反光鏡13兩者都是由介電材料制成，并安裝在腔體3之內(nèi)，但并不顯著地改變腔體3的共振模式。第一例本發(fā)明的第一例示于圖4，其中，相同的部件具有用于圖1那些的相同的參考數(shù)標(biāo)。參閱圖4，可以看到屏幕4a包括堅(jiān)實(shí)部分5a和網(wǎng)格部分7a。另外，介電材料24存在于波導(dǎo)25的頂部表面和燈泡9a之間。介電材料24具有大于空氣的常數(shù)的介電常數(shù)，并占據(jù)了共振腔3的相當(dāng)大的部分。為了對(duì)腔體3的尺寸提供顯示的減小，較佳的是，介電常數(shù)至少為2，而更佳的選擇是4或更高。
在示于圖4的例子中，介電材料填充了在耦合裝置各燈泡之間的整個(gè)區(qū)域。在本例中，介電材料是具有一半凹座26的介電塊，在凹座處放置著燈泡9a，可以用光學(xué)透明的粘合劑把燈泡9a固定到介電塊上。
正如上面所提到的，本發(fā)明的這個(gè)方面的另一優(yōu)點(diǎn)是它可以實(shí)現(xiàn)從燈泡提取出更多的有效光。根據(jù)本發(fā)明，可選擇介電材料4使之在光譜的優(yōu)選區(qū)域中具有高的光反射率。例如，感興趣的光譜區(qū)如果是在可見光區(qū)，則可選介電材料使它具有超過85％的反射率，而更佳的是大于98％。
另一關(guān)心之事是荼熱，由于已知無電極燈在非常熱的情況下運(yùn)作的，而有時(shí)需要強(qiáng)通氣冷。根據(jù)本發(fā)明，可把介電材料選為優(yōu)良的吸熱材料，以便用作為一良好的熱沉材料和/或使它具有高熱導(dǎo)率以把熱從燈泡導(dǎo)出。
一種優(yōu)選的，可用作介電材料的固體材料是氮化硼(BN)。它有4.1的介電常數(shù)和良好的光反射率和熱導(dǎo)率特性。另外，它對(duì)微波能量基本是是透明的，所以它基本上不會(huì)阻礙能量源轉(zhuǎn)移到填料。第二例要設(shè)法通過珠光輸出和在燈泡周圍的溫度均衡，在操作時(shí)無電極燈泡可能是有好處的。在示于圖5的第二例中，除了把燈泡9b安置在轉(zhuǎn)柄27上和介電材料24b為燈泡9b轉(zhuǎn)動(dòng)提供空隙和適于接受轉(zhuǎn)柄27的一個(gè)洞外，這燈基本上與第一例的相同。把轉(zhuǎn)柄27耦合到在操作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)燈泡9b的電動(dòng)機(jī)上。為轉(zhuǎn)動(dòng)燈泡的另一個(gè)安排包括把在這個(gè)情況下，在介電材料中要提供凹槽或溝道而不是洞了。還有，可把轉(zhuǎn)柄定位在不垂直于腔體軸的角度上(例如，在離軸30°和60°之間)，在這個(gè)情況下，應(yīng)該通過介電材料24b提供適于接受柄的適當(dāng)?shù)碾x軸孔。
許多無電極燈的操作頻率被設(shè)計(jì)為2.45GHz。在這個(gè)頻率上，可以攜帶電磁波的最小中空?qǐng)A柱形管的直徑為72mm。這也是對(duì)中空共振腔最小的可能直徑。對(duì)示于圖5中的例子，在微波腔體中設(shè)置了BN，按照本發(fā)明的這個(gè)方面，微波放電燈應(yīng)用了具有直徑為51mmm的共振腔，這個(gè)共振腔用了硫填料，在2.45GHz時(shí)提供了穩(wěn)定的操作?？砂驯景l(fā)明的這個(gè)方面有利地應(yīng)用到具有共振腔的無電極燈上，這些腔適用于包括射頻和高于頻率的其它頻率。反射器根據(jù)本發(fā)明的另一方面，把具有簡單結(jié)構(gòu)的反射器設(shè)置在微波腔體之內(nèi)，并限定了反射腔，在它的容積中包含有燈泡反及具有比微波腔體的內(nèi)側(cè)表面足夠小的內(nèi)側(cè)表面積以造成增加離開反射腔的光數(shù)量。用減小相對(duì)于微波腔體的反射腔的內(nèi)側(cè)表面積，腔體內(nèi)側(cè)的反射次數(shù)和相應(yīng)的損耗被減小了。從而改善了系統(tǒng)的效率。反射器通常是與燈泡(它可能轉(zhuǎn)動(dòng))分離的以及由反射器限定的提取外殼把孔徑從燈泡延伸直到微波腔體的透射光的末湍。有利的是，這種類型的內(nèi)反射器的使用，避免了對(duì)光透明微波屏幕(除了在孔徑區(qū)域內(nèi))和在焦點(diǎn)上具有燈泡的外部反射器的需要。在微波腔體的頂部仍然使用了透明屏幕，但是這個(gè)位置離燈泡的熱負(fù)載還相當(dāng)遠(yuǎn)，以及正如下面所指出的，可以采取合適的測量以使屏幕不會(huì)降級(jí)。
例如，根據(jù)本發(fā)明，把反射器設(shè)置在微波腔體之內(nèi)，并在燈泡的周圍，至少有反射器的一部分與微波腔體的壁相隔開一段距離。較佳的是，燈泡不要鍍膜層或只是部分鍍膜層(例如，2π立體弧度或較少)，從而減少制造的復(fù)雜性。較佳的是，反射器由非導(dǎo)體，高反射材料制成。更佳的是，反射器材料還有低的微波損耗以把在微波能量耦合到填料時(shí)材料可能會(huì)有的影響降為最小。合適的反射器材料包括，例如，石英和氧化鋁或它們的組合物。第三例圖6是根據(jù)本發(fā)明微波放電燈第三例的片斷截面圖。磁控近，波導(dǎo)，和電源(未示出)是常規(guī)的部件諸如，例如，在上面作為參考的Light Drive1000中應(yīng)用的那些部件。燈泡29被設(shè)置在微波腔體31之中。微波腔體31由圓柱形金屬管33所限定，這管子是一端開口的，這一端裝到安放知耦合槽(未示出)之上的波導(dǎo)，而在另一端35除了孔徑37之外是封閉的。一屏幕或網(wǎng)格39覆蓋著孔徑37以把微波能量包含在微波腔體31之內(nèi)，而讓光逸出。在gws29周圍設(shè)置了反射器41，并除了在孔徑37的區(qū)域之外，與微波腔體31的壁相隔開一段距離。
金屬管33具有長度和內(nèi)徑以提供所想要的微波共振模式。例如，長度約為125mm(5英寸)和內(nèi)徑約為75mm(3英寸)可以支持較佳的TE111的共振模式。不過，從反射器41的介電負(fù)載可對(duì)這些尺寸造成小的變化。有利的是，根據(jù)本發(fā)明，金屬管33和封閉端35在結(jié)構(gòu)上是堅(jiān)固的，因而對(duì)形變是高抗力的?？砂呀饘俟?3和封閉端35鍛壓或澆鑄成單塊結(jié)構(gòu)。另外一個(gè)方法是，可把封閉端用焊接或其它常規(guī)方法整個(gè)地與金屬管33連起來。
與常規(guī)微波放電燈作比較，本發(fā)明的燈提供了電磁的和光學(xué)的設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)更易適宜于有效的熱一機(jī)械的包裝。例如，Light Drive1000的網(wǎng)格屏幕，在操作的情形下，可達(dá)到高達(dá)600℃的局部溫度。有利的是，在小于200℃的溫度下操作時(shí)，金屬管33可傳導(dǎo)來自燈泡的熱負(fù)載，而一般約為150℃。
網(wǎng)格39是一比較低密度，精細(xì)金屬的量器網(wǎng)格，它僅截取離開孔徑的光的一小部分。因?yàn)樵谖⒉ㄇ惑w的這一端處的微波場是較低的，所以網(wǎng)格39的密度與，例如，沿著腔體圓柱形壁所使用的網(wǎng)格7，如圖1和2所示，相比較是較低的。如果需要或者想要，可所網(wǎng)格39制備上保持鍍膜層，這保護(hù)層在高溫下有效地防止屏幕的降級(jí)，正如在第WO 98/56213號(hào)PCT公告中所描述的。
反射器41是一根圓柱體的陶瓷管，它在一端開口，而在另一端43除了為燈泡的轉(zhuǎn)柄的一個(gè)可選擇的開口外，在并不需要或得益于燈泡轉(zhuǎn)動(dòng)的燈的系統(tǒng)中，封閉端43是完全封閉的，而反射器41是適宜于把燈泡29安裝在微波腔體31中所相憷的位置上。反射器41的外直徑與孔徑37的內(nèi)直徑是緊密匹配的。正如示于圖6，反射器41的圓柱體壁與燈泡29是靠近的，而封閉端43不與燈泡29靠近。從圖6看是顯然的，則反射器41所限定的反射腔45的內(nèi)側(cè)表面積比微波腔體31的內(nèi)表面積是小了很多。
反射器41是例如，按在‘091專利或第WO 99/36040號(hào)PCT公告所描述的來制作的，這兩上文件都被包括在這里作為參考，反射器材料可以是氧化鋁或石英或它們的組合物。例如，反射器41可以由90％的鋁和10％的石英的具有所想要的氣孔率的氣體鋁/石英組合物制成。反射器41可以模子中制造，和可以用熟知的陶瓷技術(shù)大量生產(chǎn)。有利的是，氧化鋁反射器是高度反射的(例如＞98％)并即使在溫度超過1000℃時(shí)還能保持它的高反射率。
另一方法是，反射器41可以包括散射和鏡面反射材料的組合物。例如，一層由500nm的氧化鋁鍍膜層所保護(hù)的銀或鋁的薄的(例如，約100nm)鍍膜層可被應(yīng)用到最靠近孔徑37的反射器41的最后幾個(gè)厘米上。在微波腔體31的這個(gè)末端處較低的微波場和比有效膚深少得多的金屬厚度的結(jié)合使得實(shí)現(xiàn)鏡面材料吸收少量微波功率。與燈泡的距離使得材料能隨由燈泡產(chǎn)生的熱。
圖7是對(duì)第三例的第一個(gè)可選擇的反射器結(jié)構(gòu)的斷片截面圖。在圖7中，除了反射器51的封閉端靠近燈泡29之外，與反射器41相似。與反射器41相比較，反射器51進(jìn)一步沽小了由反射器51所限定的反射腔55的內(nèi)側(cè)表面積，從而減少了反射損耗。
圖示于圖7的放電燈也包括了設(shè)置在孔徑37和網(wǎng)格39上透射光的覆蓋層。例如，這樣的一種覆蓋層可由熔凝石英盤或板提供。覆蓋層57降低了可能通過網(wǎng)格39進(jìn)入微波腔體的灰塵或污染物的量。另一方法是，網(wǎng)格39可以嵌在覆蓋層中。
圖8是對(duì)第三例的第二個(gè)可選擇的反射器結(jié)構(gòu)的斷片截面圖。在圖8中，反射器61，除了反射器61的封閉端63是半球狀的和靠近燈泡29之外，與反射器51相似。與反射器51相比，反射器61進(jìn)一步減小了由反射器61所限定的反射腔65的內(nèi)側(cè)表面積，從而減少了反射損耗。在圖8中的燈包括一層苒有屏幕或網(wǎng)格的透射光的覆蓋層。
圖9是對(duì)第三例的第三個(gè)可選擇的反射器結(jié)構(gòu)的斷片截面圖。反射器71具有比較厚的封閉端73和外向的斜削邊壁75。正如上面所指出的，在微波腔體中的介電材料的基本數(shù)量可能會(huì)改變由腔體所支持的諧振模式。因此，腔體的高度和/或直徑可能會(huì)降低對(duì)所想要的微波共振模式的支持。燈泡19a被放在比較靠近孔徑37的位置，從而減少了反射腔的內(nèi)側(cè)表面積而減少了反射損耗。在圖9中，消除了燈泡轉(zhuǎn)柄，因此燈泡19a在轉(zhuǎn)動(dòng)了。有利的是，為了控制熱的目的，反射器71的大小和形狀被應(yīng)用來改善反射器71的熱導(dǎo)率。一種可選擇的鏡面反射的薄膜鍍層77覆蓋了反射器71的最后的幾個(gè)厘米。當(dāng)然，這些特性和優(yōu)點(diǎn)也可應(yīng)用于具有轉(zhuǎn)動(dòng)燈泡的燈。
圖10是對(duì)第三例的第四個(gè)可選擇的反射器結(jié)構(gòu)的斷片截面圖。反射器81具有在兩端部開口的圓柱體陶瓷管的簡單結(jié)構(gòu)。燈泡19b在孔徑37對(duì)面的燈泡側(cè)面上，在2π立體弧度上有著反射鍍膜層以把不通過孔徑37傳導(dǎo)到反射器81。例如，反射鍍膜層可以包括雙向色性的鍍膜層，它至少在整個(gè)紫外和或見光區(qū)域是高度反射的。另一方法是，燈泡19b可以包括具有反射的陶瓷部分和光透射部分的復(fù)合燈泡，如在第WO 98/53475號(hào)的PCT公告中所描述的，這個(gè)公告的全部包括在這里作為參考。
在第三例的每個(gè)可選擇的結(jié)構(gòu)中，從孔徑輸出的光絕對(duì)量可能低于由無孔徑系統(tǒng)所產(chǎn)生的光的絕對(duì)量。但是，能被照明系統(tǒng)有效地收集和利用的有用光卻可望得到增加。
正如從前面的插述和數(shù)據(jù)中看到的，根據(jù)本發(fā)明的微波放電燈提供比常規(guī)的各向同性光源更多的定向光輸出。因?yàn)楣庠谳^窄的光束角射出，所以光有效地耦合進(jìn)光學(xué)元件中。諸如錐形光管，復(fù)合拋物面收集器，球狀透鏡，以及其它反射器或透鏡。采用這些光學(xué)系統(tǒng)中的任何一種，可望按照本發(fā)明的燈能提供比采用常規(guī)各向同性光源能獲得的更好的光集合效率。第四例圖11是根據(jù)本發(fā)明的第四例微波放電燈的透視圖。圖12是根據(jù)第四例的燈的示意圖。圖13是根據(jù)第四例的燈的局部截面示意圖。
參考圖11-13，磁控管131提供微波能量給波導(dǎo)133。波導(dǎo)133采用尺寸為86mm×43mm(3.4″×1.7″)的標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)和具有由順向和調(diào)諧所決定的長度。波導(dǎo)133包括厚度已定的隔離器133a以提供波導(dǎo)133具有所想要的全部長度(在產(chǎn)品中不需要隔離器133a)。能量通過耦合口137傳導(dǎo)進(jìn)微波腔體135。燈泡139設(shè)置在腔體135之內(nèi)。燈泡139被裝在與電動(dòng)機(jī)43耦合的轉(zhuǎn)柄141上。燈泡轉(zhuǎn)柄141通過耦合口137(它是一個(gè)細(xì)長的開口)和在波導(dǎo)133上的另一開口138而穿過。開口138剛媽比轉(zhuǎn)柄131大一點(diǎn)點(diǎn)，并在磁控管的頻率時(shí)在截止之下?？赊D(zhuǎn)柄141上設(shè)置低摩擦的套筒或密封的滾珠軸承(未示出)，并通過洞138把來自波導(dǎo)133的灰塵或其它污染物封在外面。風(fēng)扇145通過氣體通道146為磁控管提供冷卻空氣。
另一方法是，燈泡轉(zhuǎn)柄可以通過與耦合口不同的一個(gè)開口進(jìn)入微波腔體。眾多的這種可選擇的安排在本技術(shù)領(lǐng)域中是熟知的。對(duì)燈泡轉(zhuǎn)柄和電動(dòng)機(jī)的較佳的另一可選擇的安排是像在上面提到的Light Drive1000中應(yīng)用的，其中，進(jìn)入微波腔體的一個(gè)獨(dú)自的開口被提供在鄰近耦合口的地方，而把燈泡轉(zhuǎn)柄設(shè)置在波導(dǎo)的個(gè)面。
微波腔體135是由基本上是圓柱體管135a所限定的，圓柱體管的一個(gè)末端與波導(dǎo)133的一個(gè)導(dǎo)電表面相鄰接，該表面限定了耦合口，并在另一末端被屏幕或網(wǎng)格147所限定。管子135被安裝在波導(dǎo)頂表面上的配套凸緣上，被夾持器151a嵌入并固定在那里。網(wǎng)格147用夾持器151b固定到管子135a。網(wǎng)格147是光透射的而能容納微波能量。管子135a及其邊界表面限定了一個(gè)微波腔體，這個(gè)腔體被設(shè)計(jì)成當(dāng)燈在操作時(shí)支持微波共振模式。較佳的是，例如，管子135a具有以前提到過的尺寸以支持TE111共振模式。
正如示于圖13的，反射器135一般是圓柱體形狀的，它的外徑接近地對(duì)應(yīng)于微波腔體135的內(nèi)徑。反射器153在一端155是封閉的(除了接納燈泡轉(zhuǎn)柄141的洞之外)，而在另一udmj157是開口的。反射器153的開口端157限定了一個(gè)孔徑，通過這個(gè)孔徑，光離開這微波腔體135。
在第四例中，反射器153的開口端157基本上與管子135a的末端是對(duì)準(zhǔn)的，而反射器153的封閉端155從管子135a的末端有間隔，并在極接近于燈泡139處，反射腔的內(nèi)側(cè)表面積減小了。正如從圖13可明顯地看到。反射腔的內(nèi)側(cè)表面積顯著地小于微波腔體135的內(nèi)側(cè)表面積，不包括孔徑面積157在內(nèi)。
意外的是，亮度主要依賴于輸出孔徑的尺寸，并不需要反射材料應(yīng)接于燈泡。用具有強(qiáng)抑制住孔徑的反射陶瓷盤覆蓋反射腔，用圖13的例子可以獲得相似的亮度，正如圖6-10的例子所獲得的。但是，本例的結(jié)構(gòu)與示于圖6-10的孔徑結(jié)構(gòu)相比是較簡單的結(jié)構(gòu)，并提供了較好的熱控制特性。因此，制造成本被顯著地降低而保留了所想要的亮度。
對(duì)反射器153合適的材料是氧化鋁絕緣紙，它可用部件號(hào)碼300A(陶瓷紙)從Contronics Corporation，Brooklyn，N Y，USA市場上買到。氧化鋁絕緣紙主要由氧化鋁(Al2O3)的纖維加上結(jié)合劑構(gòu)成，這結(jié)合劑把纖維固定在一起構(gòu)成像布一樣的材料。反射器153是如下構(gòu)成的。具有為燈泡轉(zhuǎn)柄而在那里通過的開口的一片圓盤狀的絕緣紙材料被粘結(jié)到一相似地相稱的石英盤上，并放在燈泡的后面位置上，于是形成了封閉端155。把絕緣紙盤的直徑做到一相對(duì)于微波腔體的圓柱形壁有貼身合適的尺寸。把一張具有對(duì)應(yīng)于微波探的內(nèi)圓周所想要的寬和長的絕緣紙狹窄卷起來并放入微波腔體的內(nèi)側(cè)以形成反射器的圓柱形壁。用于反射器153的絕緣紙為1/8″厚，其測量到的反射率約為92％。當(dāng)在約900℃以上燃燒時(shí)，結(jié)合到被燒掉，留下的幾乎全部是純氧化鋁，它幾乎沒有柔性，基本上是自承重的。正如下面指出的，反射器材料較佳的是具有更高的反射率。
圖14是對(duì)第四例的第一個(gè)可選擇的反射器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。反射器161是一模壓的陶瓷杯，正如上面描述的關(guān)于圖6-10而制作的。反射器161是具有測量到的反射率約為98％剛性的，自承重結(jié)構(gòu)。反射器161由一根或多根石英桿163支撐的，例如，它通過在135a的洞延伸。石英桿163的兩端是彎曲的以保持163在適當(dāng)?shù)奈恢?。反射?61的外徑比微波腔體135的內(nèi)徑約為小一些，所以反射器161是容易地被放入在腔體135的位置。反射器161的開口端延伸到這腔體光透射端。一石英盤165被按壓配合到腔體135的光透射端并在由反射器161開口端所提供的凸出部167上。圓盤165有效地把灰塵和其它污染物封在腔體135之外。網(wǎng)格147覆蓋著石英盤165。
與示于圖14的例子相比較，反射器161的反射更強(qiáng)，因而提供了更多的有效光輸出。還有，反射器161的陶瓷材料具有比氧化鋁絕緣紙更高的熱導(dǎo)率，所以腔體的內(nèi)表面是較冷的。為了在燈的整個(gè)操作范圍提供良好的熱接觸，可以把反射器161構(gòu)造成使得它的外徑與管子135a的內(nèi)徑精密地對(duì)應(yīng)，而在高于管子135a的最高操作溫度的一個(gè)下把它放入管子135a中與之配合。在冷卻的時(shí)候，這個(gè)配合體提供了具有良好的熱接觸的緊貼配合。初步的熱循環(huán)試驗(yàn)指出即使不非常低的溫度下機(jī)械地保持聲音仍是足夠堅(jiān)固的。
圖15是對(duì)第四例的第二個(gè)可選擇的反射器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。反射器171，除了反射器171的封閉端靠近燈泡139外與反射器161的結(jié)構(gòu)相似。還有，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中網(wǎng)格147與石英盤165的位置對(duì)換了一下。
圖16是對(duì)第四例的第三個(gè)可選擇的反射器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。一覆蓋盤180包括設(shè)置在盤180的兩個(gè)相對(duì)側(cè)面上兩個(gè)嵌入地傳導(dǎo)網(wǎng)格182和184。管子135a和盤180在燈泡139周圍形成了機(jī)械的和電磁的密封。初步試驗(yàn)指出由有特殊意義的介電(例如，石英)層所隔開的兩上相繼的屏幕，顯著地把來自燈的EM1切斷到不需要進(jìn)一步屏蔽的程度。有利的是，用來操縱來自圓盤180的光的任何更多的光學(xué)元件與燈的熱和電磁屏蔽要求克關(guān)。對(duì)特殊的微波腔體大小和孔徑大小，可能在網(wǎng)格大小(即，金屬絲間距)，網(wǎng)格傳導(dǎo)性，如通過網(wǎng)格的微波泄漏之間有一個(gè)折衷。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，網(wǎng)格不需像在常規(guī)微波放電燈所要求的在機(jī)械上自承重。代之以，網(wǎng)格182，184可以是極為精良的規(guī)格傳導(dǎo)材料，這兩個(gè)網(wǎng)格被設(shè)置在圓盤180的兩側(cè)面。例如，采用金屬版印刷技術(shù)，可以用網(wǎng)板印刷把網(wǎng)格印到盤上或用光學(xué)圖案形成把網(wǎng)格做到盤上。另一個(gè)方法是，可把用肉眼可見的網(wǎng)格嵌入玻璃熔料中。于是可用玻璃密封層的添加赤保護(hù)沉積的材料。有利的是，覆蓋盤180用比常規(guī)微波腔體網(wǎng)格屏幕低的光損耗為代價(jià)提供較同程度的EM1屏蔽。
如果需要或相民，圓盤180可用能選擇通過所想要的濾長的光，極化或其它特必的雙色性鍍膜層來制備。正如在’091專利中描述的，光的不想要的組分能被反射回到填料使之吸收，并再發(fā)射，因此，再循環(huán)這不想要的光而改善了系統(tǒng)的效率。也是有利的是，圓盤18p可包括操縱離開孔徑的光的一個(gè)透鏡或其它光學(xué)元件。例如，用石英制成的坪凸透鏡可以處理出現(xiàn)在微波腔體的那個(gè)末端的溫度，并可像在上面描述的包括兩個(gè)傳導(dǎo)網(wǎng)格182，184那樣來加工。
在最近燈泡的封閉端的最中心區(qū)域中(例如，在燈泡轉(zhuǎn)周圍)，可能會(huì)在反射器161，171上一個(gè)熱點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，反射器181的封閉端部分183是被做得比圓柱體壁部分較厚以改善在末端部分183的最中心區(qū)域的軸向和徑向的熱流。如果需要或想要，可把末端部分180延伸到接觸腔體的底。正如上面指出的，在腔體中，介電材料的基本數(shù)量可能要求腔體尺寸的合適調(diào)整。
圖17是對(duì)第四例的第四個(gè)可選擇的反射器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。除了反射器161由第二電介材料193的一個(gè)環(huán)形套筒支承著外，反射器191與反射器161是相似的。第二材料193幫助轉(zhuǎn)移傳導(dǎo)。有利的是，第二材料193不需要與反射器191是相同的材料，而代之的是可以在不考慮它的光學(xué)特性下來選擇它。例如，反射器191可以包括高反射率的氧化鋁，而第二材料可能包括氮化硼。正如以上所指出的，在腔體中介電材料的一個(gè)顯著的數(shù)量可能要求腔體尺寸的合適調(diào)節(jié)。
圖18是光強(qiáng)度對(duì)角度的極坐標(biāo)圖。用于測量燈結(jié)構(gòu)最接近對(duì)應(yīng)于圖14所示的結(jié)構(gòu)。燈泡是一個(gè)具有外徑約為35mm和內(nèi)徑約為33mm的圓球形燈泡。燈泡是用26mg的硫，50Torr的氬氣，和少量的氪85。反射腔的內(nèi)徑約為69mm。當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于這個(gè)特殊例子。適用于提供有用光輸出的任何燈泡和填料的組合可能被應(yīng)用在有適當(dāng)?shù)嘏渲玫奈⒉ㄇ惑w和反射腔。典型可選擇的填料包括，硒，碲，包括銦鹵化物，以及以汞為基的各種填料。
朗伯因子由下式?jīng)Q定 此外E0＝E(θ＝0)是在一垂直于縱向腔體的軸的平面上測量的照明度。
對(duì)于上面的燈結(jié)構(gòu)，朗伯因子是在約0.79和0.81之間。朗伯因子一般是具有較小直徑的杯的較小而具有較大直徑的杯的則較大。一般來說，當(dāng)直徑增加時(shí)，則亮度降低。但是，如果杯太小，則燈泡可能會(huì)過熱和/或光可能被截留在燈泡的下面和杯的底部，這樣也會(huì)降低亮度。較佳的是，與一朗伯源相比較，朗伯因子小于1，一般地，它指出較多的光是在對(duì)腔體給軸的小角度上被發(fā)射的。
來自孔徑的光輸出是具有高亮度的二維的，成圓盤形的輸出。當(dāng)與合適的外部反射器或其它的光學(xué)鏡片組合時(shí)，可能會(huì)提供一高度有方向性的輸出(例如，狹光束)。這樣一種高亮度，平面的輸出是很適于驅(qū)動(dòng)光管或光纖束。高度定向的光束，當(dāng)采用小角度或“微光”反射在長距離上傳播時(shí)特別有用，正如上面提到的’245申請(qǐng)中描述的。
圖19是本發(fā)明的微波發(fā)射孔烴燈的光譜分布與常規(guī)微波放電燈的比較圖。常規(guī)燈應(yīng)用具有相對(duì)高的填充密度的硫燈泡，為了要提供相關(guān)顏色溫度(CCT)，常規(guī)燈基本上與本發(fā)明的燈所產(chǎn)生的CCT是相同的。從圖19看是明顯的，從與常規(guī)的燈的比較，即使色溫大致是相同的，由本發(fā)明的燈所產(chǎn)生的光譜是一個(gè)具有較多藍(lán)色和紅色的較廣的光譜。密封系統(tǒng)發(fā)明人已經(jīng)觀察到環(huán)境污染對(duì)微波燈操作和壽命有不利的效應(yīng)。來自亮度加速的壽命試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)建議能提供基本上無污染的操作環(huán)境的密封系統(tǒng)提供比可比較的非密封系統(tǒng)長好幾倍的壽命。如幾例的密封的微波腔體已在上面給出。
第五例圖20是根據(jù)本發(fā)明的第五例微波放電燈的截面示意圖。圖21是在圖20中的區(qū)域21處的放大圖。把螺紋連接的光透射“環(huán)罩”覆蓋201用來密封微波放電燈。圓柱體金屬管203限定了微波腔205。管子203是被澆鑄的或機(jī)加工的，它提供與螺紋連接的覆蓋201匹配的螺紋連接部分205之內(nèi)。在穿通部分207區(qū)域中，管子203提供了一個(gè)臺(tái)肩213。把石英盤215放在臺(tái)肩213的位置上，并用傳導(dǎo)屏幕或網(wǎng)格217覆蓋。把一個(gè)具有外徑略小于臺(tái)肩213外徑的O-環(huán)219放在屏幕217和覆蓋201之間的位置上。O-環(huán)是被覆蓋201所壓擠，并把屏幕217固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫聊辉侔咽⒈P215固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。?duì)O-環(huán)合適的材料包括用鎳/石墨填充的硅樹脂。密封的微波腔顯著地降低了污染的可能性，并且也提供了良好的電磁密封。
應(yīng)用故障自動(dòng)保險(xiǎn)熔絲的自熄滅燈和阻塞電路在第4,013,919，4,361,782，4,376,259和4,752,718號(hào)的美國專利中作為例子描述，其中的每一個(gè)都結(jié)合在此作為參考。其它自熄滅燈在本技術(shù)領(lǐng)域中是敦知的，并根據(jù)牌號(hào)名稱Saf-T-Gard在市場上可從奇異公司買到以及根據(jù)牌號(hào)名稱Safety LifeguardTM下可從飛利浦買到。通常是，這些型號(hào)的自動(dòng)保險(xiǎn)電路已被用于檢測具有潛在傷害的紫外光輸出的高強(qiáng)度放電燈外包殼的破裂。
較佳的是，把微波放電燈構(gòu)成使射頻干擾和其它潛在的微波泄漏減到最小。覆蓋201，較佳的是，包括吸收微波的玻璃，并對(duì)燈起到次級(jí)射頻密封(此處初級(jí)密封是屏幕217)。覆蓋201也保護(hù)屏幕217筆圓盤215免受損壞。把在覆蓋201和圓盤215之間的內(nèi)部容器中的氧掉，可充以一惰性氣體。根據(jù)本發(fā)明，把故障自動(dòng)保險(xiǎn)熔絲223設(shè)置在空間221中，并電連接到合適的線路上，如果覆蓋201或圓215被刺破或換句話說被打破時(shí)，它就使微波燈不能工作。例如，故障自動(dòng)保險(xiǎn)熔絲223與那些在前面作參考的自熄滅燈專利中所描述的以及在市場上可買到的燈相似。可把故障自動(dòng)保險(xiǎn)熔絲223與用于燈的電源串聯(lián)相接，因而當(dāng)熔絲不能通導(dǎo)時(shí)就使燈不能工作。較佳的是，熔絲223是控制線中的一部分，這控制線路探測熔絲223的一個(gè)條件，當(dāng)熔絲223的這個(gè)條件指出密封已被條破時(shí)，就自動(dòng)閉掉該燈。
圖22是對(duì)第五例的第一個(gè)可選擇結(jié)構(gòu)的放大圖。圓柱體金屬管203a是機(jī)加工和或澆鑄的，使其具有螺紋連接的區(qū)段207，它也限定具有壁區(qū)段207b的管道207a。石英盤215a被放在管子203a中，位于管道207a的壁區(qū)段的范圍內(nèi)。圓盤215a也是被反射器211所支承。屏幕217a覆蓋了圓盤215a，并且延伸到管道207a，在那里，屏幕被擠壓o-環(huán)219的覆蓋201卡緊。磁控管冷卻微波放電燈一般是采用磁控管來產(chǎn)生微波能量的。在燈的系統(tǒng)中磁控管是潛在的最短留存的元件。磁控管的陽極產(chǎn)生大量的熱，所以在操作時(shí)必須要冷卻。如果陽極過熱，磁控管的有用壽命顯著地降低。
圖23是常規(guī)磁控管的透視圖。磁控管包括與許多冷卻散熱片305熱接觸的陽極303。在操作時(shí)，空氣穿過冷卻散熱片移動(dòng)以提供對(duì)流型冷卻。在開放系統(tǒng)(即非密封系統(tǒng))足夠量的強(qiáng)迫空氣對(duì)流冷卻是易于為維持陽極的合適的操作溫度創(chuàng)造條件的。
圖24是根據(jù)本發(fā)明的磁控管的透視圖。磁控管311包括與熱導(dǎo)材料315熱接觸的陽極313，熱導(dǎo)材料被配置成傳導(dǎo)來自陽極的熱轉(zhuǎn)移。該熱導(dǎo)體由，例如，鋁或銅制成。可能采用其它的熱傳導(dǎo)材料，且可能采用熱導(dǎo)體315與嵌入熱管的組合。熱導(dǎo)體315被固定在陽極上，例如，用按壓配合，熱收縮，焊接，銅焊，或其它的常規(guī)方法。
對(duì)于對(duì)流型冷卻，在一具有不足的內(nèi)部空氣流的密封系統(tǒng)中，熱導(dǎo)體較佳的是與另外的配置成可自由對(duì)流和輻射熱轉(zhuǎn)移的散熱器熱接觸。其它的散熱器可以是密封燈系統(tǒng)，系統(tǒng)的外殼，或與燈分開的外部散熱器的一部分。在某些應(yīng)用中，對(duì)于密封燈系統(tǒng)，用于燈的托架或其它支承結(jié)構(gòu)都可以被有效地用作為外部散熱器。例如，當(dāng)這樣一種灑用于公用桿上(例如，對(duì)于街燈)時(shí)，外部散熱器可包括桿的金屬結(jié)構(gòu)來有效地消散來自陽極的熱。有利的是，對(duì)強(qiáng)迫空氣冷卻需要的減少，減小了當(dāng)燈工作時(shí)用消滅或減小對(duì)用于提供這種冷卻的內(nèi)部風(fēng)扇的大小和/或速度的噪聲水平。
磁控管的這種傳導(dǎo)性冷卻也可被施用到需要戶外操作，苛刻的環(huán)境，或在噪聲或航空污染不注意的地方的其它應(yīng)用中。第六例密封燈系統(tǒng)在一有限的容積內(nèi)產(chǎn)生熱能，必須把這熱輸運(yùn)到密封系統(tǒng)的外表面，而把所有的系統(tǒng)元件維持在可接受的溫度。較佳的是，把特別對(duì)熱敏感的元件與燈系統(tǒng)產(chǎn)生熱的部件隔離開來。這些元件也必須接收它們自己的適當(dāng)散熱。
根據(jù)本發(fā)明，把糨系統(tǒng)分成幾個(gè)的子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)禁止環(huán)境污染物的滲入，每個(gè)都有自己的散熱器。
由低熱導(dǎo)材料制成的熱斷路器把子系統(tǒng)分隔開。另一外殼可以包含所有的子系統(tǒng)和在密封子系統(tǒng)的外部表面上任意選擇地提供冷卻空氣。
圖25是根據(jù)本發(fā)明的第六例微波放電燈的部件分解透視圖。燈系統(tǒng)401包括由熱隔板407分隔開的第一個(gè)子系統(tǒng)403和第二個(gè)子系統(tǒng)405。第一個(gè)子系統(tǒng)403包括磁控管403a，波導(dǎo)403b，和微波腔體403c(包括燈泡)，第二個(gè)子系統(tǒng)包括電源電路405a，電機(jī)405b，和風(fēng)扇405c，第一子系統(tǒng)采用了第一個(gè)散熱器410。第二個(gè)子系統(tǒng)采用了第二個(gè)散熱器420。熱隔板較佳的是厚約為1.5-2.5mm(0.06-0.1英寸)的不銹鋼板。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的密封燈系統(tǒng)類似于示于圖25的系統(tǒng)。它具有如下的不同處。磁控管，波導(dǎo)，和微波腔體被設(shè)置在封閉的外殼中。除了散熱器控制了也延伸在微波腔體外的外殼的整個(gè)長度外，外殼的兩個(gè)相反持設(shè)置的側(cè)面包括與散熱器410類似的散熱器組件。磁控管陽極散熱器的兩個(gè)側(cè)面都與外殼的散熱器側(cè)面熱接觸。一單獨(dú)的散熱器或抽取器也為微波腔體作好把來自腔體壁的熱傳導(dǎo)到外殼的散熱側(cè)面的準(zhǔn)備。外殼的頂壁限定了一微波腔體的光透射端準(zhǔn)直的和靠近的洞。用于外部反射器的安裝板被裝在頂壁的外表面上。外殼的一個(gè)相反設(shè)置的底壁包括一片厚約為6mm(1/4英寸)的起熱隔離作用的膠質(zhì)玻璃片。
一單獨(dú)的外殼容納了用于燈的電源和用于燈泡的電動(dòng)機(jī)。在本較佳的例子中，電動(dòng)機(jī)僅轉(zhuǎn)動(dòng)燈泡以及一單獨(dú)的電扇使在單獨(dú)的電源外殼之內(nèi)的空氣作循環(huán)。電源板被裝到散熱器420上，如圖25所示。燈外殼和電源外殼彼此被機(jī)械地連接，以及在它們之間形成了合適的電連接。另外用金屬薄片制成的外殼或屏蔽罩被包在外面的，氣候密封的的電扇強(qiáng)迫空氣通過曝露的散熱處以改善密封的燈和電源單元的冷卻，因?yàn)楸瘸Ｒ?guī)微波放電燈需要較少的強(qiáng)迫空氣，所以，幾乎不產(chǎn)生噪音。
應(yīng)該理解本發(fā)明已通過與圖示例子相連作了描述，但不限于這些例子。許多變化將會(huì)發(fā)生在本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員。
權(quán)利要求
1.一種無電極微波放電燈，其特征在于包括微波能量源；微波腔體；設(shè)置為使微波能量從所述能量源向微波腔體發(fā)射的耦合結(jié)構(gòu)；設(shè)置在微波腔體之內(nèi)的燈泡，該燈泡包括構(gòu)成放電形成填料，當(dāng)被微波能量激發(fā)時(shí)填料發(fā)射光；以及設(shè)置在微波腔體之內(nèi)并與燈泡分開的反射器，該反射器限定一包容在其提及內(nèi)的燈泡和光發(fā)射孔徑的反射腔體，反射腔的內(nèi)表面面積明顯小于微波腔體的內(nèi)側(cè)表面面積。
2.如權(quán)利要求1所述的無電極燈，其特征在于反射器至少一部分與微波腔體的壁隔開。
3.如權(quán)利要求1所述的無電極燈，其特征在于限定光發(fā)射孔徑的反射器部分從緊隔燈泡外表面的一個(gè)位置延伸到微波腔體的光透射端部。
4.如權(quán)利要求3所述的無電極燈，其特征在于反射器內(nèi)徑比燈泡外徑稍為大一點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的無電極燈，其特征在于該反射器包括反射材料的中空?qǐng)A柱體，圓柱體兩端開口并且燈泡適于使光線反射入中空?qǐng)A柱體。
6.如權(quán)利要求3所述的無電極燈，其特征在于該反射器包括反射材料的中空?qǐng)A柱體，圓柱體一端開口而另一端基本上封閉，開口端限定了光發(fā)射孔徑。
7.如權(quán)利要求6所述的無電極燈，其特征在于該燈泡固定在轉(zhuǎn)柄并且基本封閉的端包括適于容納轉(zhuǎn)柄的開口。
8.如權(quán)利要求6所述的無電極燈，其特征在于封閉端與該燈泡隔開一段距離。
9.如權(quán)利要求6所述的無電極燈，其特征在于封閉端緊隔燈泡。
10.如權(quán)利要求6所述的無電極燈，其特征在于燈泡為圓球狀并且封閉端為半球狀且緊隔燈泡。
11.如權(quán)利要求6所述的無電極燈，其特征在于封閉端相對(duì)圓柱體的壁較厚以促進(jìn)來自燈泡的熱轉(zhuǎn)移。
12.如權(quán)利要求6所述的無電極燈，其特征在于反射器由非傳導(dǎo)和高反射的材料制成。
13.如權(quán)利要求12所述的無電極燈，其特征在于材料包括石英或氧化鋁或它們的組合。
14.如權(quán)利要求1所述的無電極燈，其特征在于微波腔體由帶堅(jiān)實(shí)壁的中空金屬圓柱體限定，圓柱體的一端開口而另一端除了一個(gè)孔徑外是封閉的，并且反射器外徑適于與微波腔體孔徑的直徑精密配合。
15.如權(quán)利要求1所述的無電極燈，其特征在于微波腔體由帶堅(jiān)實(shí)壁的中空金屬圓柱體所限定，圓柱體的兩端開口，并且反射器包括反射材料的中空?qǐng)A柱體，該圓柱體一端開口而另一端基本封閉，反射圓柱體的開口端限定光發(fā)射孔徑，該反射圓柱體的外徑與金屬圓柱體的內(nèi)徑精密配合。
16.如權(quán)利要求15所述的無電極燈，其特征在于限定微波腔體的金屬圓柱體在結(jié)構(gòu)上是剛性的并是抗形變的。
17.如權(quán)利要求15所述的無電極燈，其特征在于反射器封閉端包括一單獨(dú)的反射盤。
18.如權(quán)利要求15所述的無電極燈，其特征在于反射圓柱體的封閉端與微波腔體的壁是分離的。
19.如權(quán)利要求18所述的無電極燈，其特征在于反射腔體的封閉端緊隔燈泡。
20.如權(quán)利要求1所述的無電極燈，其特征在于密封的微波腔體對(duì)環(huán)境基本上無污染。
21.如權(quán)利要求20所述的無電極燈，其特征在于微波腔體由帶堅(jiān)實(shí)壁的中空金屬圓柱體限定，圓柱體在光發(fā)射孔徑的一端開口，并且該開口被石英板覆蓋。
22.如權(quán)利要求21所述的無電極燈，其特征在于石英板包括設(shè)置其上或嵌入其內(nèi)的導(dǎo)體網(wǎng)格。
23.一種無電極燈，其特征在于包括共振腔；設(shè)置在共振腔中的燈泡，燈泡包含放電形成填料；耦合至填料的能量源；以及介電常數(shù)大于空氣介電常數(shù)的位于共振腔內(nèi)的介電材料，介電材料填充減少腔體尺寸所需的足夠的腔體容量以支持所需的諧振模式。
24.如權(quán)利要求23所述的無電極燈，其特征在于介電材料顯示出高反射率和高熱導(dǎo)率中的至少一個(gè)。
25.如權(quán)利要求24所述的無電極燈，其特征在于介電材料包括氮化硼。
26.如權(quán)利要求23所述的無電極燈，其特征在于介電材料呈現(xiàn)出至少為2的介電常數(shù)。
27.如權(quán)利要求26所述的無電極燈，其特征在于介電材料顯示出至少為4的介電常數(shù)。
28.如權(quán)利要求27所述的無電極燈，其特征在于介電材料包括氮化硼。
29.如權(quán)利要求23所述的無電極燈，其特征在于介電材料占據(jù)微波腔體的大部分。
30.如權(quán)利要求29所述的無電極燈，其特征在于燈包括用于傳導(dǎo)能量至共振腔的耦合槽，并且介電材料基本上占據(jù)耦合槽與燈泡之間的共振腔的整個(gè)部分。
31.如權(quán)利要求30所述的無電極燈，其特征在于燈泡是圓球形的并且介電材料限定了燈泡周圍的半球凹座。
32.如權(quán)利要求31所述的無電極燈，其特征在于介電材料支承燈泡。
33.如權(quán)利要求31所述的無電極燈，其特征在于燈泡附著在轉(zhuǎn)柄上，并且介電材料限定了容納轉(zhuǎn)柄的開口。
全文摘要
無電極微波放電燈包括微波能量源;微波腔體(3),設(shè)置成從能量源向微波腔體(3)發(fā)射微波能量的結(jié)構(gòu)(25);設(shè)置在微波腔體(3)內(nèi)的燈泡(9a),當(dāng)它被微波能量激發(fā)時(shí)發(fā)射光;以及電介質(zhì)材料(24),它以足夠的數(shù)量填充在微波腔體(3)內(nèi)從而減少腔體此次以支持所需的共振模式。
文檔編號(hào)H01J65/04GK1350698SQ00807335
公開日2002年5月22日 申請(qǐng)日期2000年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月12日
發(fā)明者D·A·柯克帕特里克, J·T·多蘭, D·A·馬克倫納, B·P·特納, J·E·辛普森 申請(qǐng)人:熔化照明股份有限公司