DE2129013A1

DE2129013A1 - Blitzlichtlampe

Info

Publication number: DE2129013A1
Application number: DE19712129013
Authority: DE
Inventors: Earl A Tallman Richard L Andrew Kenneth F Pittsburgh Pa Buzalski Bruce T Dover N J Gulbransen, (V St A )
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1970-06-15
Filing date: 1971-06-11
Publication date: 1971-12-23
Also published as: NL7108115A; CA941179A; US3675004A; GB1343475A; BE768524A

Description

Düsseldorf, 8. Juni 1971

,Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Blitzlichtlampe

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Blitzlichtlampen sowie Mehrfach-Blitzlampensysterne, in die solche Lampen eingebaut sind.

Die mit in Streifen geschnittener Zirkonfolie und unter Überdruck stehendem Sauerstoff gefüllte Blitzlichtlampe hat einen erheblichen Einfluß auf die Verwendung von Blitzlichtlampen bei der Aufnahme von Bildern gehabt. Die Verringerung der Lampengröße unter Aufrechterhaltung einer angemessenen Lichtausbeute hat die Verwendung von Blitzlichtlampen bequemer werden lassen. Zu einer weiteren Verstärkung des Einsatzes von Blitzlichtlampen auf dem Gebiet der Amateurfotografie haben Mehrfach-Blitzlampensysterne geführt.

Die mit in Streifen geschnittener Zirkonfolie gefüllte Blitzlichtlampe gibt Licht ab, das bei Erreichung des Scheitelwertes eine Farbtemperatur von etwa 4200° K aufweist. Um solche Lampen besser für den Einsatz in Verbindung mit sog. Außenaufnahme-Filmen zu machen, wird ein lichtabs-orbierendes blaues Filter vorgesehen, das einen höheren Anteil der längeren Wellenlängen des sichtbaren Lichtes als für die kürzeren Wellenlängen absorbiert, um so die Farbtemperatur des abgegebenen Lichtes zu erhöhen. Die Farbtemperatur des Lichtes, das von der mit in Streifen geschnittener Zirkonfolie gefüllten Standardlampe abgegeben wird, liegt bei etwa

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4200° K. Mit einer lichtabsorbierenden Schicht aus blauem Lack wird die Farbtemperatur des abgegebenen Lichtes auf etwa 5000° K oder höher verschoben.

Die Verwendung von Hafnium-Metall als brennbare Füllung in Verbindung mit Lampen für Brennebenen-KamerasysteiiEwurde schon früher vorgeschlagen, jedoch wiesen solche Lampen dann einen verhältnismäßig niedrigen Scheitelwert der abgegebenen Lumen und eine lange Dauer der Lichtabgabe auf. Es ist allgemein bekannt, daß durch Erhöhung der Querschnittsabmessungen der als Brennfüllung dienenden, in Streifen geschnittenen Folie die Zeit für den Anstieg auf den Scheitelwert der abgegebenen Lumen verzögert wird.

Erfindungsgemäß ist eine Blitzlichtlampe mit hermetisch abgedichtetem, lichtdurchlässigem Kolben, in dem eine vorgegebene Menge in Streifen geschnittener brennbarer Folie, ein verbrennungsförderndes, im wesentlichen Sauerstoff enthaltendes und auf einem bestimmten Druck befindliches Gas sowie eine Einrichtung zur Zündung der Folie eingeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die brennbare Folie Hafnium enthält und der Kolben sowie alle darauf aufgebrachten Schutzschichten für sichtbare Strahlungen im wesentlichen durchlässig sind, so daß bei maximaler Lichtabgabe durch die Lampe die Färbtemperatur nicht weniger als 4600° K beträgt.

Die Lampe nach der vorliegenden Erfindung gibt Licht mit einem we- W sentlich erhöhten Scheitelwert ab, der annähernd O,6 Megalumen/cm³ Lampenvolumen beträgt. Eine gewisse Einstellung der Färbtemperatur des abgegebenen Lichtes läßt sich durch Veränderung der Querschnittsfläche der brennbaren, in Streifen geschnittenen Folie von etwa 7,74 χ 10"⁶ cm² bis 12,25 χ 10~⁶ cm² bewirken, so daß die Farbtemperatur sich von 4600° bis 5000° K ändert.

Die Lampe nach der vorliegenden Erfindung läßt sich auch in Mehrfach-Blitzlampensystemen in vorteilhafter Weise einsetzen. Eine als Einzelelement oder als Bestandteil eines Mehrfach-Blitzlampensystems verwendete Lampe nach der Erfindung eliminiert die Notwendigkeit, die herkömmliche lichtabsorbierende, farbkorrigierende

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Schicht aus blauem Lack zu verwenden, die zur Zeit auf Lampen für Außenaufnahme-Farbfilme aufgebracht wird. Die Qualität des von einer Lampe nach der Erfindung erzeugten Lichtes ist somit mit dem Licht einer mit blauer Farbe korrigierten Lampe nach dem Stand der Technik vergleichbar und statt dessen einsetzbar, ergibt jedoch eine nennenswert höhere Ausbeute.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 teilweise im Schnitt in gegenüber den natürlichen Abmessungen vergrößertem Maßstab eine Seitenansicht einer Blitzlichtlampe;

Fig. 2 ein Mehrfach-Blitzlampensystern mit Lampen entsprechend Fig. 1; und

Fig. 3 ein Diagramm, das das Lichtabgabeverhalten für eine in dem System der Fig. 2 geblitzte Lampe veranschaulicht, wobei längs der Abszisse die Zeit in ms aufgetragen ist und in die linke Ordinate zonale Lumen, in die rechte Ordinate dagegen zonale Lumensekunden eingetragen sind. Ebenso sind die vergleichbaren Lumenwerte einer in dem gleichen System enthaltenen Zirkon-Blitzlampe nach dem Stand der Technik, die eine vergleichbare Größe aufweist, eingetragen.

Fig. 1 zeigt eine Blitzlichtlampe 10 mit einem hermetisch abgedichteten, lichtdurchlässigen Glaskolben 12 und einer Zündanordnung, die einen beispielsweise aus Wolfram hergestellten elektrisch leitenden Glühfaden 18 aufweist. Ein leicht brennbarer herkömmlicher Zünder 20, etwa ein Gemisch aus pulverförmigem Zirkon und Kaliumperchlorat, ist auf den Glühfaden 18 oder die Unden von Zuleitungen 14, 16 in Nähe des Glühfadens 18 aufgebracht. Die Zuleitungen 14 und 16 sind dicht durch den Kolben geführt und elektrisch mit dem Glühfaden 18 verbunden. Die Außenseite des Glas-

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kolbens 12 ist mit einer klaren Lackschicht 24 versehen. Das brennbare Material bildet streifenförmig zerschnittene Folie 22, die im wesentlichen aus Hafnium-Metall besteht. Für eine Blitzlichtlampe mit einem Volumen von etwa 0,6 cm·' wird die im wesentlichen Hafnium enthaltende streifenförmig zerschnittene Folie in einer Menge von 44 mg eingebracht, was etwa 4 χ 10"^ Grammatom/cm·^ Lampenvolumen entspricht. Die Lampe wird mit einer Sauerstoffüllung von etwa 8 Atmosphären abgeschmolzen. Der Glaskolben 12 und die ihn umgebende herkömmliche, klare Lackschicht 24 lassen im wesentlichen alle sichtbaren Strahlungen durch, die bei Zündung der Lampe erzeugt werden. Die Lackschicht besteht typischerweise aus Zelluloseacetat.

P Es wurde gefunden, daß die Qualität der Lichtausbeute im "Hinblick auf die Farbtemperatur in einem gewissen Umfang durch Veränderung der Querschnittsabmessung der brennbaren streifenförmig zerschnittenen Folie bestimmt werden kann. Beispielsweise lag für die vorerwähnte Lampe mit einem Volumen von 0,6 cm^ die Farbtemperatur des abgegebenen Lichtes bei etwa 4600° K, wenn die streifenförmig zerschnittene Folie aus 0,0023 mm dicker und 0,0033 mm breiter Folie gebildet wurde, was somit eine QuerschnitiäEläche für die Streifen von 7,74 χ 10""^ cm^ ergab. Wenn die Breite der streifenförmig zerschnittenen Folie auf 0,0053 cm und die Querschnittsfläche der Streifen damit auf etwa 12,25 χ 10"^ cm"· erhöht wurde, so wurde die Farbtemperatur des abgegebenen Lichts auf etwa 5000° K

k angehoben.

Die in den hier beschriebenen Lampen verwendete Hafniumfolie ist typischerweise Metall von Reaktorqualität, das etwa 3 Gew% Zirkon enthält. Es wurden Lampen mit einer Brennfüllung hergestellt, die einen höheren Gewichtsanteil an Zirkon enthielt. Mit dem erhöhten Zirkonanteil sinkt die Farbtemperatur ab, und der Scheitelwert des abgegebenen Lichtes wird verringert. Brennfüllungen mit bis zu etwa 90 Gew% Hafnium - 10 Gew% Zirkon liefern noch ein verbessertes Farbtemperatur- und Lichtabgabe-Verhalten. Die Querschnittsfläche der Folie hat einen Einfluß auf die Farbtemperatur des abgegebenen Lichtes, wobei allgemein gilt, daß die Farbtemperatur umso höher ist, je größer die Querschnittsfläche ist.

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Fig. 2 zeigt eine wegwerfbare Mehrfach-Blitzlichtlarapeneinheit bzw. einen Blitzwürfel 30, wobei die Lampen nach der vorliegenden Erfindung sich ebenfalls einsetzen lassen. Der Blitzwürfel 30 weist ein im wesentlichen würfelförmiges lichtdurchlässiges Kunststoffgehäuse 32 auf, das vier Reflektoren 34 und eine entsprechende Anzahl Blitzlampen 36 einschließt. Die Blitzlampen 36 haben im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Lampe 10 der Fig. 1. Das Gehäuse 32 sitzt in einem Kunststoffsockel 38. Das Gehäuse 32 besteht aus einem Polystyren, das im wesentlichen für alle sichtbaren Strahlungen lichtdurchlässig ist. Um eine hohe Farbtemperatur für das abgegebene Licht zu erzielen, war es bisher üblich, entweder die einzelnen Lampen mit einer blauen Lackschicht zu versehen oder das Gehäuse 32 blau auszubilden.

Anhand des Begriffes der Färbtemperatur kann die Farbe einer Lichtquelle durch Vergleich mit der Farbe eines schwarzen Körpers beschrieben werden. Der Begriff Farbtemperatur impliziert also nicht eine Messung der tatsächlichen Temperatur, sondern steht nur für eine spektrale Verteilung, wobei angenommen wird, daß die Lichtquelle in ihrer Farbe einem schwarzen Körper weitgehend ähnlich ist. Es gibt kein allgemein anerkanntes Verfahren, um dem von einer Blitzlichtlampe abgegebenen Licht einen Farbtemperaturwert zuzuordnen. Bei der Bestimmung von Farbtemperaturen in der zuvor beschriebenen Weise für das von den Lampen nach der vorliegenden Erfindung abgegebene Licht wird das Verhältnis der Intensitäten von bei zwei Wellenlängen von beispielsweise 411 und 560 nm emittiertem Licht mit Hilfe von Fotoröhren gemessen. Zum Vergleich wurde dasselbe Wellenlängenverhältnis für herkömmliche, mit Zirkonfolie gefüllte Blitzlampen gemessen, wobei für mit Zirkonfolie gefüllte Blitzlampen allgemein davon ausgegangen wird, daß sie Strahlungen mit einer Farbtemperatur von 4200° K erzeugen.

Die bei dieser Farbtemperaturbestimmung verwendeten Fotoröhren waren lP39-Röhren; zwischen die Blitzlampen und die Fotoröhren wurden schmalbandige Interferenzfilter geschaltet. Die Filter haben bei einem 411 nm-Scheitel eine Durchlässigkeit von 34 %, bei einer Durchlässigkeits-Halbbreite von 10 nm, und bei 560 nm-Scheitel

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eine Durchlässigkeit von 50 % für eine Durchlässigkeits-Halbbreite von 14 nm.

Das Plancksche Strahlungsgesetz definiert als obere Grenze für reelle Flächen die spektrale Strahlungsdichte als eine Funktion der Temperatur. Man kann ein Verhältnis des Strahlungsvermögens schwarzer Körper bei bestimmten Wellenlängen X ₂ und ^ ₁ für eine Temperatur Tn bestimmen. Dieses Verhältnis kann dann entsprechend dem Planckschen Gesetz wie folgt verwendet werden:

C₂

Τ-

ι \ - log fx°2 \

*i / ψ*ιΐ

worin C₂ einen konstanten Wert von 1,43879 + O,OOOO6 cm/Grad hat und X 2 und X j Wellenlängen sind, bei denen die Verhältnisse r°₂ und r°± ermittelt wurden. Das Verhältnis r°2 gilt für das Schwarzkörper-Strahlungsvermögen der Probe, für die die Farbtemperatur T₂ bestimmt werden soll, das Verhältnis r⁰^ dagegen für das Schwarzkörper-Strahlungsvermögen einer eine Färbtemperatur T₁ aufweisenden Standardquelle. Durch experimentelle Bestimmung des Strahlungsvermögen-Verhältnisses bei λ 2 = 411 nm und A₁ = 560 nm für eine Zirkon-Blitzlampe mit einer Farbtemperatur des abgegebenen Lichtes " von etwa 4200° K und durch Messung desselben Verhältnisses für die Blitzlampen nach der Erfindung ist es somit möglich, die Färbtemperatur des abgegebenen Lichtes dieser Lampen zu ermitteln.

Es ist klar, daß diese Möglichkeit, die Farbtemperaturen zu messen, davon ausgeht, daß die spektrale Verteilung von Licht, das beim Verbrennen von im v/esentlichen Hafnium enthaltendem Metall-Metalloxid erzeugt wird, einem Zirkon-Zirkonoxid-System ausreichend ähnlich ist. Ebenso wird davon ausgegangen, daß eine Farbtemperatur von 4200° K für die Zirkonlampe die Basis für eine genaue Bestimmung der Farbtemperaturen der Lampen nach der vorliegenden Erfindung bildet. Die Berechtigung dieser Annahmen wird gestützt durch einen Vergleich des Farbfilmansprechens bei Verwendung der Lampen

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nach der Erfindung gegenüber einer mit einer klaren Lackschicht versehenen Zirkonlampe. Das Farbfilmansprechen der Hafniumlampen nach der vorliegenden Erfindung ist mit dem Ansprechen bei Verwendung einer Zirkonlampe vergleichbar, die mit einer blauen Lackschicht hoher Farbtemperatur versehen ist.

Venn davon ausgegangen wird, daß Zirkonlampen Licht mit einer Farbtemperatur von etwa 42OO° K erzeugen, so stellt dies einen Durchschnittswert für eine große Anzahl von untersuchten Lampen dar. Die für die Farbtemperaturen solcher Lampen gemessenen Werte weichen zwischen + 150° K von dem durchschnittlichen Wert von 4200° K ab. Derselbe Abweichungsbereich läßt sich für die Lampen nach der Erfindung beobachten, und wenn von einem Farbtemperaturbereich von 4600° K bis 5OOO° K für diese Lampen die Rede ist, so handelt es sich dabei um Durchschnittswerte, von denen die tatsächlich gemessenen Werte um annähernd jh 150° K abweichen.

Die Werte für die von Lampen nach der vorliegenden Erfindung abgegebene Licht werden mit den entsprechenden Werten für Lampen nach dem Stand der Technik mit in Streifen geschnittener Zirkonfolie, eingesetzt entsprechend Fig. 2, verglichen, und die Ergebnisse sind dabei in Fig. 3 gegenübergestellt. Kurve A gibt die Abhängigkeit der von der O,6 cm³-Lampe nach der vorliegenden Erfindung erzeugten zonalen Lumenwerte von der Zeit in ms wieder. Die Lampe erzeugt einen Lumen-Scheitelwert von etwa 60.000 zonalen Lumen, was einem Scheitelwert von etwa 0,1 zonalen Megalumen/cm³ Lampenvolumen entspricht. Kurve B veranschaulicht die gleichen Verhältnisse für die Lichtabgabe einer 0,6 cm^-Lampe, die mit in Streifen geschnittener Zirkonfolie gefüllt ist. Mit der Kurve C ist die Zonale Lumen. Sekunden-Abgabe der vorstehend beschriebenen Hafniumlampe als Funktion der Zeit in ms aufgetragen. Wie ersichtlich, werden bei etwa 25 ms etwa 600 Zonale Lumen. Sekunden erzeugt. Die Kurve C kann mit einer Kurve D verglichen werden, die die Zonale Lumen, χ Sekunden-Abgabe als Funktion der Zeit in Millisekunden für eine Lampe gleicher Größe wiedergibt, die mit in Streifen geschnittener Zirkonfolie gefüllt ist. Mit einer Kurve A¹ ist die zonale Lumen-Abgabe als Funktion der Zeit in ms für eine

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Hafniumfolien-Lampe nach der vorliegenden Erfindung aufgetragen, wobei die Folie etwa 0,0023 mm dick und etwa 0,0033 cm breit war. Die Kurve C gibt die Zonalen Lumen. Sekunden als Funktion der Zeit in Millisekunden für diese Lampe wieder. Die Kurven der Fig. 3 zeigen, daß die Verwendung einer dünner geschnittenen Folie zu einem rascheren Anstieg auf den Scheitelwert, einem erhöhten Lumen-Scheitelwert und zu einem rascheren Anstieg auf einen hohen Lumen χ Sekunden-Wert führt. Das Diagramm der Fig. 3 bezieht sich auf zonale Lumen und Zonale Lumen. Sekunden. Der im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung verwendete Ausdruck Zonale Lumen bedeutet die Lumenwerte für ein quadratisches Feld, das von einem 40°-Winkelfeld gebildet wird, das sowohl in der vertikalen als auch der horizontalen, von der Lampe ausgehenden Ebene projiziert wird. Die gegebenen zonalen Lumenwerte wurden unter Verwendung des Mehrfach-Blitzlampensystems der Fig. 2 gemessen. Die erhaltenen absoluten Werte sind zwar nur für dieses spezielle System von Bedeutung, jedoch zeigt das relative Verhalten der Lampen nach der vorliegenden Erfindung gegenüber den Lampen nach dem Stand der Technik deutlich die erfindungsgenäß erzielbaren Vorteile.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bestimmte Lampengröße und bestimmte Füllparameter beschrieben, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist ersichtlich, daß sowohl größere als auch kleinere Blitzlichtlampen in der gleichen Weise hergestellt werden können. So konnte beispielsweise eine weitere Ausführung gefertigt werden, bei der der Glaskolben eine sog. M-2-Kolbengröße mit einem Volumen von annähernd 5 cm^ hat. Dieser Kolben wurde mit im wesentlichen Hafnium enthaltender brennbarer Folie in einer Menge von etwa 88 mg und mit Sauerstoff mit einem Durck von etwa 1,6 Atmosphären gefüllt.

Patentansprüche: 10 9 8 5 2/1702

Claims

Patentansprüche

. Blitzlichtlampe mit hermetisch abgedichtetem lichtdurchlässigern Kolben, in dem eine vorgegebene Menge in Streifen geschnittener brennbarer Folie, ein verbrennungsforderndes, im wesentlichen Sauerstoff enthaltendes,auf einem bestimmten Druck befindliches Gas sowie eine Einrichtung zur Zündung der Folie eingeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die brennbare Folie Hafnium enthält und der Kolben sowie alle darauf aufgebrachten Schutzschichten für sichtbare Strahlungen im wesentlichen durchlässig sind, so daß bei maximaler Lichtabgabe durch die Lampe die Färbtemperatur nicht weniger als 4600° K beträgt.
2. Blitzlichtlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Färbtemperatur des abgegebenen Lichtes durch Änderung der Querschnittsfläche der in Streifen geschnittenen Folie von etwa 7,74 χ 10"⁶ cm² bis 12,25 χ 10"⁶ cm² auf Werte zwischen 4600 und 5000° K eingestellt wird.
3. Blitzlichtlampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der brennbaren Folie etwa 4 χ 10~4 Grammatom/cm^ Lampenvolumen ausmacht und die Sauerstoffüllung unter einem Druck in der Größenordnung von 8 Atmosphären steht, wobei der Scheitelwert der abgegebenen Lumen in der Größenordnung von 0,6 Megalumen/cm^ Lampenvolumen liegt.
4. Blitzlichtlampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die brennbare Folie bis zu 10 Gew% Zirkon enthält.

KN/hs 3

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L e e r s e i t e