調整等離子體燈的諧振器組件的頻率的方法和系統的製作方法

2023-05-28 21:32:56 2

專利名稱：調整等離子體燈的諧振器組件的頻率的方法和系統的製作方法
調整等離子體燈的諧振器組件的頻率的方法和系統相關申請的交叉引用本申請要求2008年11月M日提交的、且共同轉讓的美國臨時專利申請 No. 61/117, 485的優先權，該申請以引證方式結合於此。關於聯邦資助的研究或開發的發明的權利的聲明不適用對以光碟提交的「序列表」、表格、電腦程式列表附錄的引用不適用
背景技術：
本發明總體上涉及照明技術。具體地，本發明提供了使用具有多個基本配置中的一個的等離子體照明裝置的方法和裝置。更具體地，本發明提供了用於調整等離子體照明裝置諧振器組件的頻率的方法和由此產生的系統。僅作為例子，這樣的配置可包括至少倉庫燈、體育場燈、小型和大型建築物內的燈、街燈、停車場燈、和其他可翻新的應用，等等。從很早開始，人類就使用多種技術用於照明。早期人類在夜間依靠火照明洞穴。 火通常要消耗木頭作為燃料。木頭燃料很快被從油和脂肪獲得的蠟燭取代。然後，蠟燭至少部分被燈取代。某些燈是以油或其他能源作為燃料的。煤氣燈曾很流行且對於諸如露營的戶外活動仍然很重要。在19世紀晚期，Thomas Edison發明了可靠的白熾燈，該白熾燈在燈泡內使用鎢絲，並耦接到一對電極。許多傳統建築物和住宅仍然使用白熾燈，通常稱為 Edison燈泡。雖然高度成功，但Edison燈泡消耗太多能量且通常效率低。螢光照明取代白熾燈用於某些應用。螢光燈一般由包含氣體材料的管構成，該管耦接到一對電極。電極耦接到電子鎮流器，電子鎮流器有助於引發(ignite)來自螢光照明的放電。傳統建築物結構通常使用螢光照明而非相對的白熾燈。螢光照明比白熾燈照明更高效，但通常具有更高的初始成本。Shuji Nakamura首先提出了有效的藍光發射二極體。藍光發射二極體形成白色固態照明(solid state light)的基礎，其通常是塗覆有黃色磷光材料的藍光發射二極體。 藍光激發磷光材料發射白光。藍光發射二極體使照明工業發生革命性變化，取代了傳統家用、建築物、和其他結構的照明設備。另一形式的照明設備就是通常所謂的無電極燈，其可用來放出用於高強度應用的光。Frederick Μ. hpiau是開發和改進無電極燈的先驅之一。這類無電極燈僅依靠固體陶瓷諧振器結構，該固體陶瓷結構對著封在燈泡內的填充物(fill)固定。燈泡經由射頻饋電器(rf feed)耦接到諧振器結構，rf饋電器將功率傳遞到填充物從而引起其放出高強度的照明。改進無電極燈的傳統技術的另一個例子在以Marc DeVincentis和Sande印 Mudunuri "Frequency Tunable Resonant Cavity For Use With An Electrodeless Plasma Lamp」的美國公開號No. 2008/0258627A1中描述，其局限於調諧具有缺陷的固體電介質諧振器。雖然有一定的成功，但無電極燈仍具有許多限制。作為例子， 無電極燈尚未大範圍成功應用。
從上述內容可以看到，需要改進用於照明的技術。

發明內容
根據本發明，提供了用於照明的技術。具體地，本發明提供了使用具有多種基本配置中的一種的等離子體照明裝置的方法和裝置。更特別地，本發明提供了用於調整等離子體燈的諧振器組件的頻率的方法和由此產生的系統，其可用於多種應用場合。調節(調諧) 諧振器組件頻率的能力顯著提高了製造產量，通過減小諧振器尺寸的公差而簡化了製造， 並改進了燈性能。此外，人們可補償由於溫度波動或老化而引起的諧振器的諧振頻率的任何變化。該等離子體燈可用於如下應用場合體育場、安全設施、停車場、軍事和防禦設施、 街道、大型和小型建築物、交通工具前燈、飛機著陸、橋梁、倉庫、UV水處理、農業、建築照明、 舞臺照明、醫療照明、顯微鏡、投影儀和顯示器、這些應用的任意組合，等等。在一個方面中，等離子體無電極燈包括基本中空的金屬體，緊密地接收兩個耦合元件，第一耦合元件連接到RF放大器的輸出端，且第二耦合元件連接到RF放大器的輸入端。該第一耦合元件在其頂表面導電連接(如，接地)到金屬燈體，而第二耦合元件不是這樣。燈進一步包括豎直金屬柱，該柱在其底表面接地而到達金屬燈體。燈進一步包括緊密接收金屬柱的介電襯套(sleeve)，且該介電襯套進而由燈體緊密地支撐。燈進一步包括燈泡，該燈泡被金屬柱緊密接收並封裝在受激發時形成輻射等離子體的氣體填充物。電磁能量在第一耦合元件與所述柱之間，並在所述柱與第二耦合元件之間耦合；該耦合本質上是感應性的和電容性的。在某些實施方式中，除了其他因素，耦合可以取決於激發頻率。在另一個方面，去除第二耦合元件，且將第一耦合元件連接到RF源的輸出端，RF源可進一步包括RF振蕩器和放大器。在一特定實施方式中，本發明提供等離子體燈設備。該燈包括殼體，其具有限定在殼體內的空間體積。在特定實施方式中，空間體積具有內部區域和外部區域。在特定實施方式中，殼體可以是基本中空的金屬體。在特定實施方式中，燈還包括耦接至空間體積的內部區域的支撐區域。燈具有支撐體，該支撐體具有設置在或部分設置在支撐區域內的外表面區域。在特定實施方式中，支撐體具有支撐長度、支撐第一端、和支撐第二端。第二端耦接到殼體的一個或多個部分。在特定實施方式中，支撐體可以是金屬柱或其他合適的構件， 包括金屬和介電材料的組合。在特定實施方式中，燈具有耦接到支撐體的支撐第一端的氣體填充容器。氣體填充容器具有透明或半透明本體、內表面和外表面、在內表面內形成的腔體。氣體填充容器填充有諸如氬氣的惰性氣體和發光體或螢光體(諸如汞、鈉、鏑、硫或金屬滷化鹽(如溴化銦、溴化鈧、碘化鉈、溴化鈥、碘化銫)或其他類似材料)(或氣體填充容器可同時包含多種發光體或螢光體)。在另一個實施方式中，燈具有圍繞支撐體的一個或多個部分設置的石英體。在特定實施方式中，石英體配置有多個空間尺寸中的一個，以便為來自多個頻率中的諧振頻率提供所選的電容。燈還具有操作性地耦接到氣體填充容器的rf 源。在特定實施方式中，rf源配置有石英體以輸出諧振頻率，以用於氣體填充容器中的一種或更多氣體的放電。在優選實施方式中，放電是發出電磁輻射的氣體放電。在一個或多個實施方式中，氣體放電還包括與發光體或螢光體的相互作用。在可替換的特定實施方式中，本發明提供了等離子體燈設備。該燈具有殼體，該殼體具有限定在殼體內的空間體積。空間體積具有內部區域和外部區域。燈還具有耦接到空間體積內部區域的支撐區域。該燈進一步具有支撐體，該支撐體具有設置在或部分設置在支撐區域內的外表面區域。在特定實施方式中，支撐體具有支撐長度、支撐第一端、支撐第二端。該燈具有耦接到支撐體的支撐第一端的氣體填充容器。在優選實施方式中，氣體填充容器具有透明或半透明本體、內表面和外表面、在內表面內形成的腔體。燈還具有圍繞支撐體一個或多個部分設置的介電體。在優選實施方式中，介電體配置有為來自多個頻率中的諧振頻率提供所選的電容的空間尺寸。燈還具有操作性地耦接到氣體填充容器的至少第一端的rf源。在特定實施方式中，rf源配置有介電體以輸出諧振頻率，以用於氣體填充容器中的一種或多種氣體的放電。在優選實施方式中，放電是發射電磁輻射的氣體放電。在一個或多個實施方式中，氣體放電還包括與發光體或螢光體的相互作用。在可替換的特定實施方式中，本發明提供了製造等離子體燈的方法。該方法包括提供包括殼體的等離子體燈設備，殼體具有限定在殼體中的空間體積。在特定實施方式中， 空間體積具有內部區域和外部區域。在特定實施方式中，等離子體燈組件還具有耦接到空間體積的內部區域的支撐區域。該方法包括將包括耦接至支撐體的氣體填充容器的燈裝置插入到位於或部分位於殼體空間體積的內部區域的支撐區域內的區域。該方法還包括選擇石英體的空間尺寸以提供來自多個諧振頻率中的一個諧振頻率以及圍繞支撐體設置石英體。在特定實施方式中，石英體以所述空間尺寸配置從而提供來自多個頻率中的諧振頻率。而且，本發明提供無電極等離子體設備。該設備包括包括殼體的等離子體燈設備， 殼體具有限定在該殼體內的空間體積。根據特定實施方式，空間體積具有內部區域和外部區域。根據特定實施方式，等離子體燈組件具有耦接到空間體積的內部區域的支撐區域。 該設備還包括在殼體的外部區域內的一種或多種流體材料以及設置在或部分設置在殼體的支撐區域內的支撐體。該設備具有包括耦接到支撐體的至少一端的氣體填充容器的燈裝置。該設備具有設置在外部區域的一個或多個部分內的rf耦合元件。該rf耦合元件配置成供應能量給等離子體燈裝置。該設備具有調諧裝置，其操作性地耦接到一種或多種流體材料的一個或多個部分並配置成將諧振頻率從至少第一值改變到第二值。再進一步，本發明提供了配置等離子體燈的方法。該方法包括提供包括殼體的等離子體燈設備，殼體具有限定在殼體內的空間體積。空間體積具有內部區域和外部區域，等離子體燈組件具有耦接到空間體積的內部區域的支撐區域。根據一個或多個實施方式，外部區域包括一種或多種流體材料以形成腔體區域。該方法包括耦接設置在或部分設置在殼體的支撐區域內的支撐體以及耦接包括耦接於支撐體的至少一端的氣體填充容器的燈裝置。該方法包括耦接設置在外部區域的一個或多個部分內的rf耦合元件。Rf耦合元件配置成供應能量給等離子體裝置。該方法還包括提供調諧裝置，該調諧裝置操作性地耦接到一種或多種流體材料的一個或多個部分並配置成將諧振頻率從至少第一值改變到第二值。使用本發明可實現優於現有技術的益處。在特定實施方式中，本發明提供的方法和裝置具有輸入耦合元件、輸出耦合元件、和反饋耦合元件的配置，這些耦合元件提供對燈泡的電磁耦合，燈泡的功率傳遞和頻率諧振特徵很大程度上獨立於傳統電介質諧振器，但也可取決於傳統設計。在優選實施方式中，本發明提供具有改進的可製造性和設計靈活性的布置的方法和配置。其他實施方式可包括以互補方式與當前的耦合元件配置一起發揮作用的輸出耦合元件和燈泡的集成組件以及用於街道照明應用的相關方法。再進一步，本方法和裝置提供改進的熱傳遞特徵，以及進一步簡化現有的和新型街道照明裝置(如燈，等)的製造和/或翻新。在特定實施方式中，本方法和由此產生的結構在為商業應用製造方面相對簡單且成本低廉。在優選實施方式中，本發明的燈包括調諧裝置，其允許更高效的製造、燈設置、和維護。根據該實施方式，可實現這些益處中一個或多個。這些和其他益處的說明貫穿本說明書且在下面更具體地說明。本發明實現了這些益處和已知工藝技術背景下的其他益處。然而，對本發明本質和優點的進一步理解可通過參考說明書的後面部分和附圖來實現。


圖1是根據本發明實施方式的燈的簡化側切視圖(side-cut view)，其包括燈體、 輸入和反饋耦合元件、介電襯套、中央金屬柱、和氣體填充燈泡；圖2示出圖1中的根據本發明實施方式的燈，燈以正反饋拓撲與RF放大器連接， 以便燈/放大器系統形成振蕩器，其是氣體填充燈泡的RF激發的源；圖3示出圖1中的根據本發明實施方式的燈，其中沒有反饋耦合元件，且具有連接到輸入耦合元件的RF激發源；圖4A是根據本發明實施方式的燈裝置的透視圖，其示出了石英體和分離的燈泡組件；圖4B是根據本發明的可替換實施方式的燈裝置的透視圖，其示出了空氣諧振器和分離的燈泡組件；圖4C是根據本發明實施方式的燈裝置的透視圖，其示出了調諧短截線/驅動器和燈泡組件；圖4D是根據本發明的可替換實施方式的燈裝置的透視圖，其示出了調諧短截線/ 驅動裝置和燈泡組件；圖5示出根據本發明實施方式的簡化燈裝置，其具有一定尺寸的石英體以實現諧振頻率；圖6是根據本發明實施方式的石英體的簡化示圖；以及圖7是示出了根據本發明實施方式的石英體長度與諧振頻率之間的關係的簡化示圖。
具體實施例方式根據本發明提供了用於照明的技術。具體地，本發明提供了使用等離子體照明裝置的方法和裝置，等離子體裝置具有多個基本配置中的一種，例如緊湊空氣諧振器、空氣諧振器、包括介電插入物或襯套的空氣諧振器。更具體地，本發明提供了用於調整等離子體燈的諧振器組件的頻率的方法和由此產生的系統，其可用於多種應用場合。僅作為例子，這樣的等離子體燈可用於如下應用場合體育場、安全設施、停車場、軍事和防禦設施、街道、大型和小型建築物、交通工具前燈、飛機著陸、橋梁、倉庫、UV水處理、農業、建築照明、舞臺照明、醫療照明、顯微鏡、投影儀和顯示器、這些應用的任何組合，等等。下面提供的描述使得本領域技術人員能夠實現和使用本發明，並將其結合到具體應用環境中。各種修改、以及不同應用場合中的多種使用對本領域技術人員是顯而易見的， 這裡限定的一般性原理可應用於寬範圍的實施方式。因此，本發明不旨在限於給出的實施方式，而是要與這裡公開的原理和新穎特徵一致的最寬泛的範疇相符。在下面的詳細說明中，闡述了大量特定細節以提供對本發明更透徹的理解。然而， 對本領域技術人員顯而易見的是，本發明的實施可以不限於這些特定細節。在其他情形中， 公知結構和裝置以方框圖的形式示出，而非詳細示出，以避免使本發明模糊不清。讀者的注意力被引導向與本說明書同時提交的所有文章和文獻，這些文章和文獻與本說明書對公眾開放查閱，並且所有這類文章和文獻的內容以引證方式結合於此。除非額外聲明，本說明書公開的所有特徵，(包括任何所附的權利要求、摘要、和附圖)可被用於相同、等同或類似目的的替換特徵取代。因此，除非另外明確聲明，否則每個公開的特徵僅是一系列通用的等同或類似特徵的一個例子。而且，沒有明確表述為執行專用功能的「用於...的裝置」、或執行特定功能的「用於...的步驟」的權利要求中的任何元素都不能解釋為35U. S. C.第112部分第6段中規定的「裝置」或「步驟」條款。具體地，在此權利要求中使用的"...的步驟」或"...的動作」 不是為了援引35U. S. C.第112部分第6段的規定。請注意，如果使用，則所用的描述詞左、右、前、後、頂部、底部、前向、反向、順時針和逆時針僅用於便利性目的，而不旨在暗示任何特定固定的方向。實際上這些詞用來反映物體不同部分之間的相對位置和/或方向。圖1是燈的側切示圖，總體上由標號100表示，其採用基本中空的金屬燈體600，包圍未填充的空間601。金屬燈體600構成電接地，如圖所示。通過電磁建模和實驗都已經發現整個燈操作對燈體600的外部形狀，或對被包圍的空間601的形狀不敏感。例如，本體 600可以是直線的，而中空空間601可以是圓柱形(cylindrical)的。當然，可以有其他變化、修改、和替換。燈體600包括中空伸出特徵650。中空空間601和中空伸出特徵605 —起接收介電襯套110。介電襯套110的示例性實施方式可以包括石英和氧化鋁，但也可使用各種介電常數的其他材料。伸出特徵650的高度、以及介電襯套110在伸出特徵650內的高度是設計變量，其用於調諧燈的最優操作頻率。輸出耦合元件120被緊密地接收在介電襯套 110內，該輸出耦合元件是實心金屬圓柱形柱、或是塗覆有高導電金屬層的介電材料、或是其他適合的構件。本領域技術人員將認識到橫截面可以為很多形狀，但圓形橫截面是優選的，因為其易於製造，同時避免可導致形成電弧的高電磁場集中(electromagnetic field concentration)，電弧會使得橫截面具有不期望的尖銳特徵。本發明的一個方面是輸出耦合元件120在點605處通過接觸接地而到達燈體600，如圖1所示。本發明的又一個方面是輸出耦合元件120的頂部緊密接收氣體填充燈泡130並與其密切接觸，氣體填充燈泡在被輸出耦合元件120附近的電磁場激發時形成發光等離子體絲115。對應於燈泡130的形狀的輕微下陷可存在於輸出耦合元件120的頂部以確定地接收燈泡；高溫介電材料(如氧化鋁)的薄層可配置有粘接劑以增強機械界面。在特定實施方式中，高溫介電材料的薄層是非常薄的介電材料。在一個或多個實施方式中，介電材料也可用作燈泡與金屬輸出耦合元件之間的擴散屏障。使用實心金屬柱120以及其與燈泡130的密切接觸提供了至少一個或多個優點熱經由傳導從燈泡130被有效地除去、遠離柱的電磁場強度快速減小、EMI最小化、以及消除柱120與周圍介電錶面之間的電弧形成。燈體600在底部開口接收同軸連接器610，以便連接器的外表面電接觸燈體600。示例性連接器類型是SMA，但其他類型也是可能的。同軸連接器610的絕緣中心導體611連接到輸入耦合元件630。本發明的關鍵方面是輸入耦合元件630在連接器610附近與燈體 600電隔離，但在點631處在相對面上與燈體600直接電接觸。所謂的接地耦合元件允許對中央柱120的有效電磁耦合。根據一個或多個實施方式，輸入耦合元件與輸出耦合元件之間的耦合取決於輸入耦合元件的長度、耦合元件之間的間隔、以及耦合元件的直徑、以及可能的其他因素。同軸連接器620的絕緣中心導體621連接到反饋耦合元件635。同軸連接器620的外表面被燈體600接收並與其電接觸，同時反饋耦合元件635不與燈體600DC電接觸。電磁能量從輸入耦合元件630強烈耦合到輸出耦合元件120，且進而耦合到燈泡 130內的氣體填充物。本發明的一個方面是電磁能量源與中央柱/燈泡系統(120/130)之間的阻抗匹配通過輸入耦合元件630與輸出耦合元件120之間的間隔來良好調節。這提供了不會施加額外製造負擔的有效調整機質。電磁能量從輸出耦合元件120弱耦合到反饋耦合元件635。該反饋耦合的強度通過反饋耦合元件635的長度來調節。通過電磁模擬，並通過直接測量來尋找輸入耦合元件630與輸出耦合元件120之間的耦合以及輸出耦合元件120與反饋耦合元件635之間的耦合，其將是高度頻率選擇性的。介電襯套110的存在用來減少最優耦合的頻率，這是理想的總體特性。此外，最優頻率可易於通過調整介電襯套110的長度和厚度來調諧，而不施加額外的製造負擔。圖2示出具有圖1中的正反饋、自振蕩配置的燈的燈系統。輸入耦合元件630使用同軸纜線與RF放大器輸出端211電磁連接，而反饋耦合元件635使用同軸纜線與RF放大器輸入端212電磁連接。燈的頻率選擇性在包括輸入耦合元件630、燈100、反饋耦合元件635、和放大器210的電路中提供諧振振蕩器。也就是，電路將以任何頻率諧振，對此環路增益比個體(unity)大，且對此全程(round-trip)相變是2_pi的整數倍。如本領域技術人員可以理解的，全程相變可利用各種手段修改(tailor，剪裁)，比如調整燈與放大器之間的同軸纜線的長度，以及結合中性(passive)或有源RF相移器元件。如上所述，本發明的優點是通過改變介電襯套110的尺寸來調諧諧振頻率的能力，以及通過輸入耦合元件 630與輸出耦合元件120之間的間隔距離來對燈100與放大器210進行阻抗匹配的能力。圖3所示的燈系統與圖2中的燈系統在RF源方面不同，該RF源不是分布式振蕩器電路，而是與RF放大器210的RF放大器輸入端212導電連接的獨立的振蕩器205。RF 放大器輸出端211與輸入耦合元件630導電連接，其傳遞RF功率給燈體100。輸入耦合元件630與輸出耦合元件120之間的耦合的諧振特徵是與RF源頻率匹配和阻抗匹配的，以最優化RF功率傳送。如上所述，本發明的顯著優點是通過改變介電襯套110的尺寸來調諧諧振頻率的能力，以及通過輸入耦合元件630與輸出耦合元件120之間的間隔距離來對燈100 與放大器210進行阻抗匹配的能力。當然，可以有其他變化、修改、和替換。圖4A是根據本發明實施方式的燈裝置400的立體圖，其示出了石英體和分離的燈泡組件。該圖僅是例示性的，其不應限制本文權利要求的範圍。本領域技術人員將認識到其他變化、修改、和替換。如所示的，本發明提供了等離子體燈設備400。該燈具有殼體401， 其具有限定在該殼體內的空間體積。該空間體積具有內部區域和外部區域。在特定實施方式中，殼體由導電或金屬材料製成，但也可是其他材料。當然，可以有其他變化、修改、和替換。
在特定實施方式中，燈還具有耦接到空間體積的內部區域的支撐區域403或405。 在特定實施方式中，支撐區域可以由殼體的一部分或其他獨立構件形成。當然，可以有其他變化、修改、和替換。在特定實施方式中，支撐區域可以是環形、多邊形、或配置成支撐體的其他形狀，這將在下面說明。如所示的，燈進一步具有支撐體(輸出耦合元件)407，其具有設置在或部分設置在支撐區域內的外表面區域。在特定實施方式中，支撐體具有支撐長度、支撐第一端、和支撐第二端。在特定實施方式中，支撐體由導電金屬材料、或塗覆有高導電金屬層的介電材料、和其他合適材料製成。當然，可以有其他變化、修改、和替換。在特定實施方式中，燈具有耦合到支撐體的支撐第一端的氣體填充容器408。在優選實施方式中，氣體填充容器具有透明或半透明本體、內表面和外表面、在內表面內形成的腔體。在特定實施方式中，氣體填充容器是燈泡，該燈泡保持惰性氣體(如氬氣)以及發光體或螢光體(如汞、鈉、鏑、硫或金屬商化鹽(如溴化銦、溴化鈧、碘化鉈、溴化鈥、碘化銫) 或其他類似材料)(或燈泡可同時包含多種發光體或螢光體)。同樣如所示的，燈還具有圍繞支撐體一個或多個部分設置的介電體409。在優選實施方式中，介電體配置有為來自多個頻率中的諧振頻率提供所選的電容的空間尺寸。在特定實施方式中，介電體由石英或其他材料製成。介電體配置為環形形狀或其他形狀以圍繞支撐構件裝配。在特定實施方式中，介電體具有選擇的尺寸和形狀以便為諧振頻率提供選擇的電容。當然，可以有其他變化、修改、和替換。如所述的，燈還具有其他元件。在特定實施方式中，燈還具有操作性地耦接到氣體填充容器的至少第一端的rf源。在特定實施方式中，rf源配置有介電體以輸出諧振頻率， 以用於氣體填充容器中的一種或多種氣體的放電。Rf源包括放大器或其他適合的裝置。當然，可以有其他變化、修改、和替換。圖4B是根據本發明實施方式的燈裝置的立體圖，其示出了空氣諧振器和分離的燈泡組件。該圖僅是示例性的，其不應限制本文權利要求的範圍。本領域技術人員可認識到其他變化、修改、和替換。本實施方式中使用相似的參考標號，這只是為了例示的目的而不限制本文權利要求的範圍。如所示的，本發明提供等離子體燈設備。該燈具有殼體，殼體具有在殼體內限定的空間體積。空間體積具有內部區域和外部區域。在特定實施方式中， 該殼體由導電或金屬材料製成，但也可是其他材料。當然，可以有其他變化、修改、和替換。在特定實施方式中，燈還具有耦接到空間體積的內部區域的支撐區域。在特定實施方式中，支撐區域可由殼體的一部分或其他獨立構件形成。當然，可以有其他變化、修改、 和替換。在特定實施方式中，支撐區域可以是環形、多邊形、或配置成支撐體的其他形狀，這將在下面進一步說明。如所示的，燈進一步具有支撐體(輸出耦合元件)，該支撐體具有設置在或部分設置在支撐區域內的外表面區域。在特定實施方式中，支撐體具有支撐長度、支撐第一端、和支撐第二端。在特定實施方式中，支撐體由導電金屬材料、或塗覆有高導電金屬層的介電材料、或其他合適材料製成。同樣如所示的，支撐體一端可配置有機械螺紋或其他附接裝置， 以機械耦接到殼體的一個或多個部分。在優選實施方式中，機械螺紋可允許容易地製造和/ 或更換支撐體。此外，螺紋允許相對於所述本體和其他燈元件來調整支撐體的高度。在優選實施方式中，螺紋可經由固定螺釘或其他緊固件鎖定，以防止組裝完成後支撐體的運動。可替換地，支撐體可經由粘接工藝(如，粘膠)、焊接、或其他技術附接到所述本體。當然，可以有其他變化、修改、和替換。在特定實施方式中，燈具有耦接到支撐體的支撐第一端的氣體填充容器。在優選實施方式中，氣體填充容器具有透明或半透明本體、內表面和外表面、在內表面內形成的腔體。在特定實施方式中，氣體填充容器是燈泡，該燈泡保持惰性氣體(如氬氣)以及發光體或螢光體(如汞、鈉、鏑、硫或金屬商化鹽(如溴化銦、溴化鈧、碘化鉈、溴化鈥、碘化銫)或其他類似材料)(或燈泡可同時包含多種發光體或螢光體)。當然，可以有其他變化、修改、 和替換。還是如所示的，燈包括可以基本沒有前述介電體的空氣諧振器結構422。在其他實施方式中，空氣諧振器結構可以與介電體或其他本體結合。在優選實施方式中，空氣諧振器結構包括一定體積的一種或多種流體材料。根據一個或多個實施方式，其中，該一種或多種流體材料可以來自空氣、氮氣、氬氣或其他惰性氣體、或這些氣體的任何組合。在其他類似材料中，流體也可以是氣體、蒸汽、液體、或其他非固體材料中的任何一種或它們的組合。在優選實施方式中，流體基本無溼氣並且是乾燥的。乾燥流體對防止來自(例如)微波吸收或其他影響的寄生損耗是有用的。在其他實施方式中，流體可以是稍微含溼氣的。在一個或多個實施方式中，空氣諧振器結構可配置成合適的形狀和尺寸，以便為來自多個頻率中的諧振頻率提供選擇的電容。在特定實施方式中，流體可配置為環形形狀或其他形狀，從而圍繞支撐元件裝配或填充，如所示的。在特定實施方式中，流體區域具有所選擇的尺寸和形狀，以便為諧振頻率提供所選擇的電容。當然，可以有其他變化、修改、和替換。如所述的，燈還具有其他元件。在特定實施方式中，燈還具有rf源，其操作性地耦接到氣體填充容器的至少第一端。在特定實施方式中，rf源配置有用以輸出諧振頻率的流體區域，以用於氣體填充容器中的一種或多種氣體的放電。rf源包括放大器或其他合適裝置。當然，可以有其他變化、修改、和替換。圖4C和4D是根據本發明實施方式的燈裝置的立體圖，其示出了調諧短截線/驅動裝置和燈泡組件。如所示的，圖4D還示出耦接到調諧短截線的介電材料。該圖僅是說明性的，其不應限制本文權利要求的範圍。本領域技術人員將認識到其他變化、修改、和替換。 本實施方式中使用相似的參考標號，這只是為了說明的目，而不限制本文權利要求的範圍。 如所示的，本發明提供了等離子體燈設備。燈具有殼體(如金屬)，殼體具有限定在該殼體內的空間體積。空間體積具有內部區域和外部區域。在特定實施方式中，殼體由導電或金屬材料組成，但也可以是其他材料。當然，可以有其他變化、修改、和替換。在特定實施方式中，燈還具有耦接到空間體積的內部區域的支撐區域。在特定實施方式中，支撐區域可由殼體的一部分或其他獨立的構件製成。當然，可以有其他變化、修改、和替換。在特定實施方式中，支撐區域可以是環形、多邊形、或配置成支撐體的其他形狀，這將在下面進一步說明。如所示的，燈進一步具有支撐體(輸出耦合元件)，該支撐體具有設置或部分設置在支撐區域內的外表面區。在特定實施方式中，支撐體具有支撐長度、支撐第一端、和支撐第二端。在特定實施方式中，支撐體由導電金屬材料、或塗覆有高導電金屬層的介電材料、 或其他合適材料製成。同樣如所示的，支撐體的一端可配置有機械螺紋或其他附接裝置，以機械耦接到殼體的一個或多個部分。在優選實施方式中，機械螺紋可允許容易地製造和/或更換支撐體。此外，螺紋允許相對於所述本體和其他燈元件來調整支撐體的高度。在優選實施方式中，螺紋可經由固定螺釘或其他緊固件鎖定以防止組裝完成後支撐體的運動。可替換地，支撐體可經由粘接工藝(如粘膠)、焊接、或其他技術附接到所述本體。當然，可以有其他變化、修改、和替換。在特定實施方式中，燈具有耦接支撐體的支撐第一端的氣體填充容器。在優選實施方式中，氣體填充容器具有透明或半透明本體、內表面和外表面、在內表面內形成的腔體。在特定實施方式中，氣體填充容器是燈泡，其保持惰性氣體(如氬氣)以及發射體或螢光體(如汞、鈉、鏑、硫或金屬商化鹽(如溴化銦、溴化鈧、碘化鉈、溴化鈥、碘化銫)或其他類似材料)(或燈泡可同時包含多種發光體或螢光體)。當然，可以有其他變化、修改、和替換。還是如所示的，燈包括可以基本上沒有前述的介電體的空氣諧振器結構。在其他實施方式中，空氣諧振器結構可以與介電體或其他本體結合。在優選實施方式中，空氣諧振器結構包括一定體積的一種或多種流體材料。根據一個或多個實施方式，其中，該一種或多種流體材料可以來自空氣、氮氣、氬氣或其他惰性氣體、或這些氣體的任何組合。在其他類似材料中，流體也可以是氣體、蒸汽、液體、或其他非固體材料中的任何一種或它們的組合。 在優選實施方式中，流體基本無溼氣並且是乾燥的。乾燥流體對防止源自(例如)微波吸收或其他影響的寄生損耗是有用的。在其他實施方式中，流體可以稍微含溼氣。在一個或多個實施方式中，空氣諧振器結構可配置成合適的形狀和尺寸，以便為來自多個頻率中的諧振頻率提供選擇的電容。在特定實施方式中，流體可配置為環形形狀或其他形狀，以圍繞支撐構件裝配或填充，如所示的。在特定實施方式中，流體區域具有選擇的尺寸和形狀，以為諧振頻率提供選擇的電容。當然，可以有其他變化、修改、和替換。如所述的，燈還具有其他元件。在特定實施方式中，燈還具有rf源，其操作性地耦接到氣體填充容器的至少第一端。在特定實施方式中，rf源配置有用以輸出諧振頻率的流體區域，以用於氣體填充容器中的一種或多種氣體的放電。rf源包括放大器或其他合適裝置。當然，可以有其他變化、修改、和替換。在一個或多個實施方式中，本設備還具有調諧裝置423，其操作性地耦接到一種或多種流體材料的一個或多個部分。在特定實施方式中，調諧裝置配置成將諧振頻率從至少第一值改變到第二值。根據一個或多個實施方式，所述值的每一個可以是單個值或值的範圍。如所示的，調諧裝置被配置並耦接到殼體的一個或多個部分，但可配置在其他位置。根據實施方式，調諧裝置由合適材料製成並配置有一定尺寸和形狀。在一個或多個實施方式中，調諧裝置包括調諧短截線，該調諧短截線可插入到殼體的外部區域中以將一種或多種流體材料的體積從第一體積改變到第二體積。也就是，當調諧短截線插入體積區域時，該體積通常減少。在特定實施方式中，調諧裝置包括圍繞支撐體的一個或多個部分配置的石英體429。優選地，根據特定實施方式，石英體配置成用以從多個頻率中提供諧振頻率的空間尺寸。可替換地，調諧裝置至少包括介電材料、金屬材料、或半導體材料。包括短截線的裝置可基本上由金屬、電介質、或半導體材料製成，其可以是勻質的或合成物。在其他實施方式中，該裝置可以是分層的或具有其他空間構型。在優選實施方式中，調諧裝置包括調諧短截線和耦接到該調諧短截線的驅動裝置，所述調諧短截線可插入到外部區域中以將一種或多種流體材料的體積從第一體積改變到第二體積。在一個或多個實施方式中，驅動裝置至少包括電機、壓電材料、或MEMS、或能夠使短截線空間地移動到外部區域中的其他設備/裝置，或著可替換地或組合地，能夠使短截線空間地移入或移出該空間區域。在一個或多個實施方式中，該設備還包括耦接到驅動裝置427的反饋處理裝置 425。反饋處理裝置經配置成接收來自燈裝置的輸出的一個或多個參數的反饋。這樣的輸出可以是電壓、電流、阻抗、反射rf、電磁輻射、溫度、頻率或多個頻率、或其他輸出、或這些輸出的組合。在優選實施方式中，一個或多個參數可以包括來自輸入耦合元件的反射rf功率和/或來自燈泡的電磁輻射(如，可見的)輸出。反饋處理裝置可包括一個或多個光電傳感器，其經配置捕獲電磁輸出。反饋處理裝置自動或半自動地使驅動裝置保持，或引起短截線的移動以增加和/或減少殼體內的空間體積。作為例子，反饋處理裝置使用配置為傳感器的rf耦合器(如，二極體)，其由微處理器/控制器單元監查。處理器/控制器單元接收源自燈泡的反饋的信息，並輸出控制信號到驅動裝置。根據反饋，驅動裝置配置成將短截線移入和移出空氣諧振器區域以改變其體積。根據特定實施方式，體積的改變有效地導致空氣諧振器結構的尺寸的變化。反饋處理裝置導致有效地控制燈泡的光的輸出(如，最大值、降低亮度、最小值)。調諧裝置進一步的細節可在本說明書中發現，且在下面更具體說明。更進一步，本發明的燈包括為溫度補償而配置的調諧裝置。在特定實施方式中，調諧裝置包括一種或多種材料，如電介質。這類材料可以是鈦基材料、鉭基材料、鋁基材料、鋅基材料(如BaSiCoNb)、鋇基材料(如BaSiTa氧化物，BaZnCoNb)、它們的組合、和其他材料。 在特定實施方式中，一種或多種材料配置成具有用以在一操作溫度範圍內提供一定範圍的諧振頻率的有效介電常數。當然，可以有其他變化、替換、和修改。也就是，根據一個或多個實施方式，圖4A、圖4B、圖4C和圖4D中的特徵和/或元件的任何一個或多個可以組合、進一步分開、或修改。圖5示出了根據本發明實施方式的簡化的燈裝置500，其具有用以實現諧振頻率的一定尺寸的石英體。該圖僅是例示，其不應限制本為權利要求的範圍。本領域技術人員將認識到其他變化、修改、和替換。在特定實施方式中，每個石英體501、503可配置有不同的尺寸，但也可以是其他尺寸。在特定實施方式中，不同尺寸主要是不同高度，但可以是直徑和其他配置。當然，可以有其他變化、修改、和替換。圖6中提供了石英體的其他配置，該圖是根據本發明實施方式的石英體的簡化示圖。該圖僅是例示，其不應限制本文權利要求的範圍。本領域技術人員將認識到其他變化、修改、和替換。圖7是示出了根據本發明實施方式的石英體尺寸與諧振頻率之間的關係的簡化圖700。該圖僅是例示，其不應限制本文權利要求的範圍。本領域技術人員將認識到其他變化、修改、和替換。如圖所示，水平軸是石英的長度，豎直軸是頻率，但可以有其他關係。在特定實施方式中，隨著石英高度的增加(增加長度)，諧振頻率降低。當然，可以有其他變化、修改、和替換。雖然上面是特定實施方式的完整說明，但可以使用各種修改、替換結構和等同物。 作為例子，調諧裝置可以是具有一個或多個空間構型的介電襯套，但其可以相對於支撐構件移動。可替換地，調諧裝置也可插入空氣諧振器結構中，這引起空氣諧振器結構的體積改變並導致諧振頻率變化。在其他實施方式中，調諧裝置可以是這些和其他元件的組合。因
15此，上面的描述和說明不應被認為是對本發明範圍的限制，本發明的範圍由權利要求限定。
權利要求
1.一種等離子體燈設備，包括殼體，具有限定在所述殼體內的空間體積，所述空間體積具有內部區域和外部區域；支撐區域，耦接於所述空間體積的內部區域；支撐體，具有設置在或部分設置在所述支撐區域內的外表面區域，所述支撐體具有支撐長度、一支撐第一端、和一支撐第二端，所述第二端耦接於所述殼體的一個或多個部分；氣體填充容器，耦接於所述支撐體的支撐第一端，所述氣體填充容器具有透明或半透明本體、內表面和外表面、形成在所述內表面內的腔體；石英體，圍繞所述支撐體的一個或多個部分設置，所述石英體配置有多個空間尺寸中的一個，以便為來自多個頻率中的諧振頻率提供選擇的電容；以及rf源，操作性地耦接於所述氣體填充容器，所述rf源配置有所述石英體以輸出所述諧振頻率，以用於所述氣體填充容器中的一種或多種氣體和發光體的放電。
2.根據權利要求1所述的燈，其中，所述支撐區域以環狀方式配置。
3.根據權利要求1所述的燈，其中，所述支撐區域是連續區域。
4.根據權利要求1所述的燈，其中，所述支撐區域是一個或多個支撐結構。
5.根據權利要求1所述的燈，其中，所述諧振頻率的範圍從約IOMHz至約10GHz。
6.根據權利要求1所述的燈，其中，所述諧振頻率小於約450MHz。
7.根據權利要求1所述的燈，其中，所述諧振頻率小於約250MHz。
8.根據權利要求1所述的燈，其中，所述石英體包括配置成將裝配至所述支撐體的一部分的開口以及配置成將裝配在所述支撐區域的一部分內的外部區域。
9.根據權利要求1所述的燈，其中，所述石英體具有約3.8的介電常數。
10.根據權利要求1所述的燈，其中，所述石英體是具有從1到N編號的不同高度的多個石英體中的一個，其中N是整數。
11.根據權利要求1所述的燈，其中，所述石英體包括外部暴露表面區域。
12.根據權利要求1所述的燈，其中，所述石英體配置為環狀的環。
13.根據權利要求1所述的燈，其中，所述石英體包括一個或多個區域。
14.根據權利要求1所述的燈，進一步包括圍繞所述支撐構件的一個或多個部分配置的第二介電體。
15.根據權利要求1所述的燈，其中，所述殼體是導電的。
16.根據權利要求1所述的燈，其中，所述支撐體是導電的。
17.根據權利要求1所述的燈，其中，所述支撐體包括實心金屬、金屬合金、或塗覆有導電層的陶瓷材料。
18.根據權利要求1所述的燈，其中，所述支撐體配置為從所述氣體填充容器吸取一部分熱能，以將所述氣體填充容器保持在這樣的溫度對於石英氣體填充容器該溫度低於約 1200攝氏度且對於半透明氧化鋁氣體填充容器該溫度低於約1600攝氏度，從而基本保持所述氣體填充容器無變形。
19.根據權利要求1所述的燈，其中，所述支撐體包括耦接於所述氣體填充容器的邊界區域，所述邊界區域配置成將與所述rf能量源相關聯的電磁場的一部分與所述氣體填充容器的至少一部分隔開。
20.根據權利要求17所述的燈，其中，所述氣體填充容器的所述部分是光學暴露區域。
21.根據權利要求1所述的燈，進一步包括在圍繞所述氣體填充容器的一部分的附近範圍內的最大電磁場區域，所述氣體填充容器的所述部分是光學暴露區域。
22.—種等離子體燈設備，包括殼體，具有限定在所述殼體內的空間體積，所述空間體積具有內部區域和外部區域；支撐區域，耦接於所述空間體積的內部區域；支撐體，具有設置在或部分設置在在所述支撐區域內的外表面區域，所述支撐體具有支撐長度、一支撐第一端、和一支撐第二端，所述第二端耦接於所述殼體的一個或多個部分；氣體填充容器，耦接於所述支撐體的第一端，所述氣體填充容器具有透明或半透明本體、內表面和外表面、形成在所述內表面內的腔體；介電體，圍繞所述支撐體的一個或多個部分設置，所述介電體配置有用以為來自多個頻率中的諧振頻率提供選擇的電容的空間尺寸；以及rf源，操作性地耦接於所述氣體填充容器的至少第一端，所述rf源配置有所述介電體以輸出所述諧振頻率，以用於所述氣體填充容器中的一種或多種氣體的放電。
23.根據權利要求22所述的燈，其中，所述支撐區域以環狀方式配置。
24.根據權利要求22所述的燈，其中，所述支撐區域是連續區域。
25.根據權利要求22所述的燈，其中，所述支撐區域是一個或多個支撐結構。
26.根據權利要求22所述的燈，其中，所述諧振頻率的範圍從約IOMHz至約10GHz。
27.根據權利要求22所述的燈，其中，所述介電體是石英體，該石英體包括配置成將裝配至所述支撐體的一部分的開口以及配置成將裝配在所述支撐區域的一部分內的外部區域。
28.根據權利要求22所述的燈，其中，所述介電體是介電常數為約1.2以上的石英體。
29.根據權利要求22所述的燈，其中，所述介電體是具有從1到N編號的不同高度的多個介電體中的一個，其中N是整數。
30.根據權利要求22所述的燈，其中，所述介電體包括外部暴露表面區域。
31.根據權利要求22所述的燈，其中，所述介電體配置為環狀的環。
32.根據權利要求22所述的燈，其中，所述介電體包括一個或多個區域。
33.根據權利要求22所述的燈，其中，所述介電體包括填充材料。
34.根據權利要求22所述的燈，其中，所述介電體基本上沒有在所述介電體的外部區域上的一個或多個邊緣。
35.根據權利要求22所述的燈，其中，所述介電體至少通過所述支撐構件的外表面與所述介電體的外部區域之間的一間隙隔開。
36.根據權利要求22所述的燈，其中，所述介電體配置成從所述氣體填充容器吸取一部分熱能，以將所述氣體填充容器保持在低於一確定溫度的溫度處，以便基本保持所述氣體填充容器無變形。
37.一種製造等離子體燈的方法，所述方法包括提供等離子體燈設備，所述等離子體燈設備包括殼體，所述殼體具有限定在所述殼體內的空間體積，所述空間體積具有內部區域和外部區域，所述等離子體燈組件還具有耦接於所述空間體積的內部區域的支撐區域；將包括耦接於支撐體的氣體填充容器的燈裝置插入至位於或部分位於所述殼體的空間體積的內部區域的支撐區域內的區域；選擇石英體的空間尺寸以從多個諧振頻率中提供諧振頻率；以及圍繞所述支撐體設置所述石英體，所述石英體以所述空間尺寸配置以便從多個頻率中提供所述諧振頻率。
38.一種無電極等離子體燈，包括等離子體燈設備，包括殼體，該殼體具有限定在所述殼體內的空間體積，所述空間體積具有內部區域和外部區域，所述等離子體燈組件具有耦接於所述空間體積的內部區域的支撐區域； 一種或多種流體材料，位於所述殼體的外部區域內； 支撐體，設置在或部分設置在所述殼體的支撐區域內； 燈裝置，包括耦接於所述支撐體的至少一端的氣體填充容器； rf耦合元件，設置在所述外部區域的一個或多個部分內，所述rf耦合元件配置成供應能量給所述等離子體燈裝置；以及調諧裝置，操作性地耦接於所述一種或多種流體材料的一個或多個部分，並配置成將諧振頻率從至少第一值改變至第二值。
39.根據權利要求38所述的等離子體燈，其中，所述一種或多種流體材料形成空氣諧振器區域。
40.根據權利要求38所述的等離子體燈，其中，所述調諧裝置包括能插入所述外部區域中以將所述一種或多種流體材料的體積從第一體積改變至第二體積的調諧短截線。
41.根據權利要求38所述的等離子體燈，其中，所述調諧裝置包括石英體，該石英體圍繞所述支撐體的一個或多個部分配置，所述石英體以所述空間尺寸配置以便從多個頻率中提供所述諧振頻率。
42.根據權利要求38所述的等離子體燈，其中，所述調諧裝置至少包括介電材料、金屬材料、或半導體材料。
43.根據權利要求38所述的等離子體燈，其中，所述調諧裝置包括能插入所述外部區域中以將所述一種或多種流體材料的體積從第一體積改變至第二體積的調諧短截線以及耦接於所述調諧短截線的驅動裝置。
44.根據權利要求38所述的等離子體燈，其中，所述調諧裝置包括能移動進入所述一種或多種流體材料的一個或多個部分的調諧短截線以及耦接於所述調諧短截線的驅動裝置，所述驅動裝置至少包括電機、壓電材料、或MEMS，且所述驅動裝置耦接於反饋處理裝置。
45.根據權利要求38所述的等離子體燈，其中，所述一種或多種流體材料是基本乾燥的空氣或氮氣，從而保持所述外部區域基本上至少不形成電弧。
46.根據權利要求38所述的等離子體燈，其中，所述殼體包括導電材料。
47.根據權利要求38所述的等離子體燈，其中，所述調諧裝置包括一種或多種材料，所述一種或多種材料具有配置成在一操作溫度範圍內提供一諧振頻率範圍的有效介電常數。
48.一種配置等離子體燈裝置的方法，所述方法包括提供等離子體燈設備，所述等離子體燈設備包括殼體，所述殼體具有限定在所述殼體內的空間體積，所述空間體積具有內部區域和外部區域，所述等離子燈組件具有耦接於所述空間體積的內部區域的支撐區域，所述外部區域包括一種或多種流體材料以形成腔體區域；耦接設置或部分設置在所述殼體的支撐區域內的支撐體； 耦接包括耦接於所述支撐體的至少一端的氣體填充容器的燈裝置； 耦接設置在所述外部區域的一個或多個部分內的rf耦合元件，所述rf耦合元件配置成供應能量給所述等離子體燈裝置；以及提供調諧裝置，該調諧裝置操作性地耦接於所述一種或多種流體材料的一個或多個部分並配置成將諧振頻率從至少第一值改變至第二值。
全文摘要
一種等離子體無電極燈，包括基本中空的金屬體，緊密地接收兩個耦合元件，第一耦合元件連接到RF放大器的輸出端，且第二耦合元件連接到RF放大器的輸入端。第一耦合元件在其頂表面導電連接(接地)到金屬燈體，而第二耦合元件不是。該燈進一步包括豎直金屬柱，該柱在柱的底表面接地而達到金屬燈體。燈進一步包括介電襯套，其緊密地接收金屬柱，且其進而由燈體緊密地支撐，或著可替換地或結合地由調諧短截線緊密地支撐。燈進一步包括由金屬柱緊密地接收並封裝氣體填充物的燈泡，氣體填充物在受激發時形成發光等離子體。
文檔編號H01J7/46GK102210002SQ200980144773
公開日2011年10月5日 申請日期2009年11月24日 優先權日2008年11月24日
發明者弗雷德裡克·M·埃斯皮奧, 蒂莫西·J·布洛克特, 邁赫蘭·馬特路比安 申請人:託潘加科技有限公司