DE3941799A1 - Discharge lamp contg. mercury vapour among inert gases - eliminates physiological damage by limitation of ranges of wavelength and colour temp. under e.g. electronic control - Google Patents

Discharge lamp contg. mercury vapour among inert gases - eliminates physiological damage by limitation of ranges of wavelength and colour temp. under e.g. electronic control

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Abstract

The light source is in the form of a discharge lamp generating a primary beam by mercury vaporisation convertible to visible light by fluorescent material. The vaporisation is carried out in an argon-krypton atmosphere. The primary radiation is converted by a multi-component fluorescent material combination continuously into light in the wave range lying between 350 and 800 nm. The max emission of the lamp is charged by a control command between 450 and 700 nm. The colour temp lies between approx 3000 and 5500 Kelvin. ADVANTAGE - Closer to daylight. (Previously notified in 9048/Printed in 9122)

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle sowie Verfahren zu deren Steuerung.The invention relates to a light source and to methods their control.

Künstliches Gebrauchslicht wird heute nahezu ausschließlich durch elektrische Lichtquellen erzeugt. Diese Lichtquellen werden in sehr vielfältigen Ausführungen und mit verschiedenen Prinzipien der Lichterzeugung hergestellt und eingesetzt. Je nach Einsatzzweck werden die Lichtquellen aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit, Lebensdauer, ihres Wirkungsgrades und ihrer Lichtqualität (Farbwiedergabe, Farbkonstanz) ausgewählt und verwendet. Gemeinsam ist all diesen in der Allgemeinbeleuchtung bisher bekannten Lichtquellen, daß sie ihr Lichtspektrum nicht gesteuert verändern können.Artificial light is now used almost exclusively generated by electrical light sources. These light sources are in very diverse designs and with different Principles of light production manufactured and used. Depending on the application, the light sources are based on their economy, durability, efficiency and their light quality (color rendering, color constancy) selected and used. Common to all of these is general lighting previously known light sources that you her Can not change the light spectrum in a controlled manner.

Im Gegensatz dazu verändert sich das natürliche Tageslicht in seiner Lichtfarbe ständig. Je nach Sonnenstand und Wetterlage kann sich die Tageslichtfarbe zwischen unter 4000 Kelvin Farbtemperatur bei untergehender Sonne und über 20 000 Kelvin Farbtemperatur bei klarem blauem Himmel bewegen. In contrast, natural daylight changes in its light color constantly. Depending on the position of the sun and Weather conditions, the daylight color can be between below 4000 Kelvin Color temperature in the setting sun and over 20,000 Kelvin Move color temperature with clear blue sky.  

Der menschliche Organismus ist mit einer Reihe von Funktionen tageslichtabhängig. Vom Auge ausgehend, bestehen Nervenverbindungen nicht nur zum Sehzentrum im Gehirn, sondern auch zur Zirbeldrüse, die ihrerseits über die Hypophyse den Hormonhaushalt des Körpers reguliert. Auf diesem Weg kann Licht direkt auf Stoffwechsel, Kreislauf und Enzymbildung einwirken.The human organism has a number of functions daylight dependent. Starting from the eye, there are nerve connections not just to the visual center in the brain, but also to the pineal gland, which in turn via the pituitary Regulates the body's hormonal balance. This way Light directly on metabolism, circulation and enzyme formation act.

Wird nun das veränderbare, natürliche Tageslicht ausschließlich oder beinahe ausschließlich von unveränderbarem und in seiner spektralen Zusammensetzung stark beschnittenem Kunstlicht (z. B. 3-Banden-Leuchtstofflampen) ersetzt, können physiologische Störungen in mancherlei Hinsicht eintreten.Now the changeable, natural daylight becomes exclusive or almost exclusively of unchangeable and in its spectral composition of highly trimmed artificial light (e.g. 3-band fluorescent lamps) can be replaced physiological disorders occur in many ways.

Bekannte Lichtquellen sind beispielsweise Entladungslampen, in denen dadurch Licht erzeugt wird, daß Ladungsträger mit Atomen eines Gases oder Dampfes zusammenstoßen, welche die empfangene Energie in Form von Licht ausstrahlen. Je nachdem, ob in den Entladungsgefäßen nur ein geringer Druck von einigen mm Quecksilbersäule oder einigen at herrscht, unterscheidet man zwischen Niederdruck- und Hochdrucklampen. Erstere besitzen große Gefäße (hohe Leuchtdichte). Da der Widerstand der Lampen nach dem Einschalten abnimmt, muß ihnen ein Strombegrenzer vorgeschaltet werden, beispielsweise eine Drosselspule, die bei kleinem Ohmschen Widerstand einen hohen induktiven Widerstand besitzt, der keinen Wattverlust verursacht. Sie kann bei den Niederdrucklampen außerdem zum Erzeugen der zum Zünden notwendigen Überspannung benutzt werden. Known light sources are, for example, discharge lamps, in which light is generated in that charge carriers with Atoms of a gas or vapor collide which the radiate received energy in the form of light. Depending on, whether there is only a slight pressure of a few mm of mercury or a few at one between low pressure and high pressure lamps. The former have large vessels (high luminance). Since the The resistance of the lamps decreases after switching on they are preceded by a current limiter, for example a choke coil with a low ohmic resistance has a high inductive resistance with no wattage loss caused. You can with the low pressure lamps also to generate the overvoltage required for ignition to be used.  

Zum Stand der Technik zählen auch Entladungsröhren, die als Leuchtstofflampen mit dem Grundgas Argon von geringem Druck und eine kleine Menge Quecksilber gefüllt sind, das im Betriebszustand verdampft. Hierbei tritt außer dem sichtbaren Licht noch eine Ultraviolettstrahlung auf, die unsichtbar ist. Um diese in sichtbares Licht zu verwandeln, sind die Röhren an der Innenfläche mit einem Leuchtstoff versehen, der fluoresziert (bei Bestrahlung leuchtet). So trägt die UV-Strahlung zur Lichtabgabe bei. Es werden etwa 20% der zugeführten Leistung in Licht umgewandelt, gegenüber etwa 6% bei den Glühlampen. Durch Leuchtstoffzusätze kann weißes, gelbliches oder rötliches Licht erzielt werden.The prior art also includes discharge tubes, which are used as Fluorescent lamps with the basic gas argon of low pressure and a small amount of mercury filled in the Operating state evaporates. Here occurs beyond the visible Light still an ultraviolet radiation that is invisible is. To turn them into visible light, are the tubes on the inside with a phosphor provided, which fluoresces (lights up when irradiated). So UV radiation contributes to the emission of light. It will be about 20% of the power supplied is converted into light, as opposed to about 6% for incandescent lamps. With fluorescent additives white, yellowish or reddish light can be achieved.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Lichtquelle unter Meidung der erkannten Mängel zu schaffen.The inventor was aware of this state of the art set the goal of avoiding the detected light source Creating shortcomings.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient der grundsätzliche Gedanke, die Lichtquelle mit gezielt veränderbarem Lichtspektrum zu versehen und daraus resultierenden veränderbaren Lichtfarben und Farbwiedergabeeigenschaften. Bei der erfindungsgemäßen Lichtquelle handelt es sich um eine Entladungslampe, die in ihrer grundsätzlichen Wirkungsweise herkömmlichen Niederdruck-Entladungslampen gleicht. Mittels Quecksilberverdampfung - bevorzugt in einem Argon-Krypton Klima - wird eine Primärstrahlung erzeugt, deren Umwandlung in sichtbares Licht durch fluoreszierende Stoffe jedoch zwei Besonderheiten aufweist. The basic idea to solve this task is the light source with a specifically changeable light spectrum provided and the resulting changeable light colors and color rendering properties. In the case of the invention Light source is a discharge lamp, which in their basic mode of operation of conventional low-pressure discharge lamps equal. By means of mercury evaporation - preferred in an argon-krypton climate generates a primary radiation, its conversion into visible However, light through fluorescent substances has two special features having.  

Im Rahmen der Erfindung verwandelt die Lampe durch eine Mehrkomponenten-Leuchtstoffkombination die durch die Gasentladung erzeugte Primärstrahlung ständig in Licht im Wellenbereich zwischen 350 nm und 800 nm und ist damit in der Lage, den größten Teil des biologisch wirksamen Lichtspektrums (ca. 330 nm bis 870 nm) abzudecken.In the context of the invention, the lamp is transformed by a Multi-component phosphor combination through the Primary radiation generated in gas discharge continuously in light in Waveband between 350 nm and 800 nm and is therefore in capable of most of the biologically effective light spectrum (approx. 330 nm to 870 nm).

Jedoch ist es auch möglich, das Emissionsmaximum der Lampe zwischen 450 und 700 nm zu verändern. Dadurch kann die Lichtfarbe und die Farbwiedergabeeigenschaft durch diesen Steuerbefehl vorgegeben werden. Der Bereich der möglichen Farbtemperaturen liegt zwischen ca. 3000 Kelvin und ca. 5500 Kelvin.However, it is also possible to set the emission maximum of the lamp to change between 450 and 700 nm. This allows the Light color and the color rendering property by this Control command can be specified. The range of possible Color temperatures are between approx. 3000 Kelvin and approx. 5500 Kelvin.

Zur näheren Erläuterung dieser Alternative ist als einzige Figur der Zeichnung ein Farbortdiagramm der CIE XY, 1931 beigefügt; der Bereich der möglichen Farborte liegt dort in einem dem Kurvenzug des Planck′schen Strahlers angenäherten Parallelogramm mit den Eckpunkten x0,335 y0,365/x0,330 y0,310/x0,450 y0,420/x 0,425 y0,375.To further explain this alternative is the only one FIGURE OF THE DRAWING A COLOR PLACE CHART OF CIE XY, 1931 attached; the range of possible color locations is in one approximated the curve of the Planck radiator Parallelogram with the corner points x0.335 y0.365 / x0.330 y0.310 / x0.450 y0.420 / x 0.425 y0.375.

Die gezielte Veränderung der Lichtfarbe im Betriebszustand der Lampe ist erfindungsgemäß durch mehrere Verfahren zu erreichen. Sie unterscheiden sich durch ihre Bereichsgrößen und durch die Stabilität, mit der die Lichtfarbe gehalten wird. The targeted change of the light color in the operating state According to the invention, the lamp can be closed by several methods to reach. They differ in their area sizes and by the stability with which the light color is held becomes.  

Durch die gezielte Veränderung der Quecksilberdampftemperatur durch eine Leistungsregelung der Lampe mittels Phasenanschnittregelung oder dimmbarer elektronischer Vorschaltgeräte kann bei optimierter Kombination in Abhängigkeit des Temperatur-Emissionsverhaltens bestimmter Leuchtstoffe eine Veränderung der erzeugten Lichtfarbe erreicht werden.By deliberately changing the mercury vapor temperature by regulating the power of the lamp by means of phase control or dimmable electronic ballasts can with optimized combination depending on the Temperature emission behavior of certain phosphors Change in the generated light color can be achieved.

Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, die Lichtquelle aus einem phototropen Glas herzustellen oder mit einer Hülle zu überziehen, deren Transmissionsfarben die Lichtfarbe - in Abhängigkeit von Temperatur und Lichtstrom - verändern.It has proven to be particularly cheap Manufacture light source from a phototropic glass or with to cover a shell, the transmission colors of which Light color - depending on temperature and luminous flux - change.

Auch ist es möglich, die Primärstrahlungswellenlänge zu steuern; Primärstrahlungsquellen mit verschiedenen Spektrallinien werden über die Betreibungsspannung der Lampe in verschiedener Intensität aktiviert. Die Leuchtstoffe werden nach ihrem Emissionsverhalten in Abhängigkeit von der Erregungsstrahlung kombiniert. Die Veränderung der Lichtfarbe ist somit direkt spannungsabhängig. It is also possible to increase the primary radiation wavelength Taxes; Primary radiation sources with different spectral lines are different over the operating voltage of the lamp Intensity activated. The phosphors are according to their emission behavior depending on the Combined excitation radiation. The change in light color is therefore directly voltage-dependent.  

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die Lichtquelle durch die gezielte Veränderung der Wechselstromfrequenz zu steuern, wobei die Lichtfarbe durch unterschiedliches Nachleuchtverhalten verschiedener Leuchtstoffe verändert wird.It is also within the scope of the invention to pass the light source through the targeted change in the AC frequency control, the light color by different Afterglow behavior of different phosphors changed becomes.

Als Steuerparameter für die gezielte Änderung der Lichtfarbe bietet sich im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl von Möglichkeiten an, die je nach Anwendung vollkommen unterschiedlich sein können. Die nachfolgende Aufzählung ist nur beispielhaft:
* Aktuelle Tageslichtfarbe;
** Tageszeit (Imitation von natürlichen Tageslichtfarben in Abhängigkeit von der Tageszeit);
*** Beleuchtungsstärke;
**** Manuelle Steuerung (Farbabmusterung, Demonstration, Diagnose, Therapie).As control parameters for the targeted change in the color of light, there are a number of possibilities within the scope of the invention, which can be completely different depending on the application. The following list is only an example:
* Current daylight color;
** Time of day (imitation of natural daylight colors depending on the time of day);
*** illuminance;
**** Manual control (color matching, demonstration, diagnosis, therapy).

Claims (12)

1. Lichtquelle in Form einer Entladungslampe, in der mittels Quecksilberverdampfung eine Primärstrahlung erzeugbar sowie durch fluoreszierende Stoffe in sichtbares Licht umwandelbar ist.1. Light source in the form of a discharge lamp, in the a primary radiation by means of mercury evaporation producible as well as visible through fluorescent substances Light is convertible. 2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quecksilberverdampfung in einem Argon-Krypton-Klima durchgeführt wird.2. Light source according to claim 1, characterized in that mercury evaporation in an argon-krypton climate is carried out. 3. Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Gasentladung erzeugte Primärstrahlung durch eine Mehrkomponenten- Leuchtstoffkombination ständig in Licht im Wellenbereich zwischen 350 nm und 800 nm umgewandelt wird.3. Light source according to claim 1 or 2, characterized characterized by the gas discharge generated primary radiation by a multi-component Fluorescent combination constantly in light in the wave range is converted between 350 nm and 800 nm. 4. Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Emissionsmaximum der Lampe durch einen Steuerbefehl zwischen 450 und 700 nm verändert wird.4. Light source according to claim 1 or 2, characterized in that the emission maximum of the lamp by changed a control command between 450 and 700 nm becomes. 5. Lichtquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Farbtemperaturen zwischen ca. 3000 Kelvin und ca. 5500 Kelvin liegt. 5. Light source according to claim 4, characterized in that the range of color temperatures is between about 3000 Kelvin and is about 5500 Kelvin.   6. Lichtquelle nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Farborte in einem dem Kurvenzug des Planck′schen Strahlers angenäherten Parallelogramm mit den Eckpunkten x0,334 y0,365/x 0,330 y0,310/x0,450 y0,420/x0,425 y0,375 liegt.6. Light source according to claim 4 or 5, characterized in that the range of color loci in a Curved curve of the Planck radiator approximated Parallelogram with the corner points x0.334 y0.365 / x 0.330 y0.310 / x0.450 y0.420 / x0.425 y0.375 lies. 7. Verfahren zum Steuern der Lichtquelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die gezielte Veränderung der Quecksilberdampftemperatur durch eine Leistungsregelung der Lampe mittels Phasenanschnittregelung oder ein dimmbares elektronisches Vorschaltgerät.7. Method of controlling the light source after at least one of claims 1 to 6, characterized by the targeted change in mercury vapor temperature by regulating the power of the lamp by means of phase control or a dimmable electronic Ballast. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle aus einem phototropen Glas hergestellt ist.8. The method according to claim 7, characterized in that the light source is made of a phototropic glass is. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle mit einer Hülle überzoen ist, mit deren Transmissionsfarben die Lichtfarbe in Abhängigkeit von Temperatur und Lichtstrom veränderbar ist.9. The method according to claim 7, characterized in that the light source is covered with an envelope, with whose transmission colors the light color depending of temperature and luminous flux is changeable. 10. Verfahren zum Steuern der Lichtquelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfarbe direkt spannungsabhängig gesteuert wird.10. Method of controlling the light source after at least one of claims 1 to 6, characterized in that the light color is controlled directly depending on the voltage becomes. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Primärstrahlungsquellen mit verschiedenen Spektrallinien über die Betreibungsspannung der Lampe in verschiedener Intensität aktiviert sowie die Leuchtstoffe nach ihrem Emissionsverhalten in Abhängigkeit von der Erregungsstrahlung kombiniert werden. 11. The method according to claim 10, characterized in that primary radiation sources with different Spectral lines over the operating voltage of the lamp activated in different intensities as well as the Phosphors according to their emission behavior Dependence on the excitation radiation combined will.   12. Verfahren zum Steuern der Lichtquelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die gezielte Veränderung der Wechselstromfrequenz, wobei durch unterschiedliches Nachleuchtverhalten verschiedener Leuchtstoffe die Lichtfarbe verändert wird.12. Method of controlling the light source after at least one of claims 1 to 6, characterized by the deliberate change of the AC frequency, whereby by different afterglow behavior different Phosphors the light color is changed.
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