(57)【要約】【課題】２つの透明な開口を備えた短アークランプを提供する。【解決手段】  短アークランプは内部の一体的な光反射鏡を備えたシールされた透明アーク室と、シールされたアーク透明室に対して外部に位置する外部の光反射素子とを有する。
2005521199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの透明開口部を備えた短アークランプにおいて、
（ａ）内部の一体的な光反射体を有するシールされた透明アーク室と；
（ｂ）前記シールされた透明アーク室に対して外部に位置する外部の光反射素子と；
を有することを特徴とする短アークランプ。
【請求項２】
前記シールされた透明アーク室が、
（i）前記シールされた透明アーク室の中心軸線に沿って長さ方向に延びる陽極と；
（ii）前記シールされた透明アーク室の前記中心軸線に沿って長さ方向に延びる陰極であって、前記陰極の先端が前記陽極の先端に対して反対側に向き、当該陽極および陰極が前記短アークランプのアークギャップを画定するギャップにより隔てられているような陰極と；
（iii）前記シールされた透明アーク室に空間を提供するために当該シールされた透明アーク室の前記中心軸線に沿って長さ方向に延び、同中心軸線に関して対称な透明チューブであって、同透明なチューブの空間が前記陽極、前記陰極および前記内部の一体的な凹状の反射素子を閉じ込め、前記透明なチューブが該シールされた透明アーク室内で発生する光の少なくとも一部を外方へ伝達するような透明なチューブと；
（iv）前記内部の一体的な凹状の反射素子および前記陽極を支持するため及び前記シールされた透明アーク室の陽極端部の気密囲いを可能にするために、前記透明なチューブの陽極端部に緊密に結合され、当該透明なチューブの内径を実質上横切って当該シールされた透明アーク室の前記半径方向軸線に平行に延びるベースと；
（v）前記内部の一体的な凹状の反射素子により反射されて平行光にされた光を前記短アークランプから出るように伝達するため及び前記シールされた透明アーク室の陰極端部の気密囲いを可能にするために、前記透明なチューブの陰極端部に緊密に結合され、当該透明なチューブの前記内径を実質上横切って延びる前記半径方向の軸線に平行な直径を有するように実質上円筒状の形状を有する透明な窓と；
を有することを特徴とする請求項１に記載の短アークランプ。
【請求項３】
前記内部の一体的な凹状の反射素子が、前記シールされた透明アーク室内で発生した光を前記陰極の方向へかつ前記窓を通して前記短アークランプから出るように反射し平行光にするために、当該シールされた透明アーク室の内部でこれと一体的に位置し、前記陽極のまわりに対称に装着され、前記陰極の方向に凹曲し、当該シールされた透明アーク室の前記中心軸線に関して対称になっていることを特徴とする請求項２に記載の短アークランプ。
【請求項４】
前記シールされた透明アーク室がさらに、
（vi）前記短アークランプの前記アークギャップをまたいで形成された短アークにより励起されるように、前記シールされた透明アーク室の空間に充填された前記ガスと；
（vii）前記シールされた透明アーク室の前記空間に前記ガスを流入および流出させるために、前記ベース内へ耐真空性を備えて嵌合され、同ベースを通って延びるガス輸送ラインと；
を有することを特徴とする請求項２に記載の短アークランプ。
【請求項５】
前記外部の光反射素子の焦点が前記内部の一体的な光反射鏡の焦点とほぼ一致することを特徴とする請求項１に記載の短アークランプ。
【請求項６】
前記外部の光反射素子が前記透明チューブの壁のまわりで対称に装着され、前記内部の一体的な光反射鏡の凹所の如き凹所を有するように凹状となっていることを特徴とする請求項２に記載の短アークランプ。
【請求項７】
前記陽極がタングステン、モリブデン、タルタン、炭素及びその組み合わせからなるグループから選択された材料で作られることを特徴とする請求項２に記載の短アークランプ。
【請求項８】
前記陰極がタングステン、トリウム化タングステン、炭素および六ホウ化ランタンからなるグループから選択された材料で作られることを特徴とする請求項２に記載の短アークランプ。
【請求項９】
前記内部の一体化した光反射鏡が銅、ニッケル、アルミニウム及びその組み合わせからなるグループから選択された材料で作られることを特徴とする請求項１に記載の短アークランプ。
【請求項１０】
前記外部の光反射素子が銅、ニッケル、アルミニウム、セラミックおよびプラスチックからなるグループから選択された材料で作られることを特徴とする請求項１に記載の短アークランプ。
【請求項１１】
前記ベースがステンレス鋼で作られることを特徴とする請求項２に記載の短アークランプ。
【請求項１２】
前記窓が石英、サファイア、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ゲルマニウム及びその組み合わせからなるグループから選択された材料で作られることを特徴とする請求項２に記載の短アークランプ。
【請求項１３】
前記透明なチューブが石英、サファイア、硫化亜鉛及びその組み合わせからなるグループから選択された材料で作られることを特徴とする請求項２に記載の短アークランプ。
【請求項１４】
前記ガスがキセノン、アルゴン、ネオン及びその組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とする請求項４に記載の短アークランプ。
【請求項１５】
前記ガスの圧力が約０．１気圧ないし約２０気圧の間であることを特徴とする請求項４に記載の短アークランプ。
【請求項１６】
（ｃ）前記シールされた透明アーク室を前記外部の光反射素子に取り付けるために使用される円形のフレームと；
（ｂ）前記シールされた透明アーク室を保持するためのソケットを有するアークランプハウジングと；
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の短アークランプ。
【請求項１７】
前記円形のフレームが同円形のフレームの中心において前記シールされた透明アーク室に取付けられ、当該円形のフレームの周辺において前記アークランプハウジングに取付けられることを特徴とする請求項１６に記載の短アークランプ。
【請求項１８】
前記アークランプハウジングの前記ソケットが前記シールされた透明アーク室の前記ベースを支持することを特徴とする請求項１７に記載の短アークランプ。
【請求項１９】
前記短アークランプが少なくとも約２°の発散度を有する光のビームを放出することを特徴とする請求項１に記載の短アークランプ。
【請求項２０】
前記短アークランプが少なくとも約２ｃｍの直径を有する光のビームを放出することを特徴とする請求項１に記載の短アークランプ。
【請求項２１】
前記短アークランプが各々異なる波長帯域を有する内側及び外側の領域を備えた光のビームを放出することを特徴とする請求項１に記載の短アークランプ。
【請求項２２】
前記内側の領域の前記波長帯域が赤外域内にあり、前記外側の領域の前記波長帯域が紫外／可視域内にあることを特徴とする請求項２１に記載の短アークランプ。
【請求項２３】
前記内側の領域の前記波長帯域が紫外／可視域内にあり、前記外側の領域の前記波長帯域が赤外域内にあることを特徴とする請求項２１に記載の短アークランプ。
【請求項２４】
前記ガスを通るアークが定電圧、電圧パルス、交番電圧及びその組み合わせからなるグループから選択される電気的な手段により点火されることを特徴とする請求項４に記載の短アークランプ。
【請求項２５】
前記アークが定電流、パルス電流、交番電流及びその組み合わせからなるグループから選択される電気的な手段により持続されることを特徴とする請求項２４に記載の短アークランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアークランプに関し、特に、アークからの光を同じ方向へ反射する内部及び外部の一体的な凹状の反射素子を備えた透明なシールされたアーク室を特徴とする短アークランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
短アークランプは、一般に、ガス加圧室の中心長手軸線に沿って位置するアークギャップとして普通知られるギャップにより隔てられた陽極及び陰極の基本素子を特徴とし、典型的にはパラボラ型反射鏡素子である凹状反射鏡素子がガス加圧室に対して内部または外部に位置する。
【０００３】
作動中、ギャップをまたいで高電圧が印加され、電気アークがアークギャップに沿って発生すると同時に励起されたガスから強い光が放出される。放出された光は凹状の反射鏡素子上へ発散されてその反射鏡素子により平行光にされ、短アークランプの透明な窓を通って流出し、特定の用途のための強い平行光にされた光源を提供する。
【０００４】
基本的には、短アークランプを構成する２種類の構造がある：
第１の構造は米国特許第４，６３３，１２８号明細書、米国特許第５，５６１，３３８号明細書、米国特許第５，４１８，４２０号明細書、米国特許第５，３９９，９３１号明細書、米国特許第４，９４０，９２２号明細書、米国特許第４，７２４，３５２号明細書および米国特許第５，８６９，９２０号明細書の教示を含む。
【０００５】
これらの短アークランプの教示の各々において、（一体的なパラボラ型反射鏡表面および透明な窓により耐真空性空間を構成する）アーク室は、数気圧以上のガス圧力に耐えるために、一般的には中実セラミック材料である不透明な中実材料をくりぬいた部分で構成される。
【０００６】
一般に、短アークランプの共通の制限は、その反射鏡の短い焦点距離のため、光源の位置および形状に対するその高感度にある。
【０００７】
この制限は、大きな反射鏡を有する短アークランプが使用される以外に当てはまる。しかし、大きな反射鏡を収容するためにこのような構造に必要とされる大きなアーク室を構築することは高価であり、履行が技術的に困難であり、従って、第２の構造が使用される；その短アークランプは比較的高いガス圧力でガラス又は石英により作られた透明な囲い内に閉じ込められたアーク室を特徴とし、外部の反射鏡を有する。
【０００８】
このような短アークランプは米国特許第５，３６９，５５７号明細書及び米国特許第４，７３４，８２９号明細書に記載されている。
【０００９】
光の反射表面がアーク室の囲いの外部にのみ位置するようなこれらの教示の各々において、透明な囲いは外部の反射鏡へ光を有効に伝達する利点を有する。
【００１０】
さらに、後方に放出された光は放電室自体の部品により外部の反射鏡へ到達するのを阻止され、それゆえ、放射線損失が生じる。
【００１１】
したがって、第２の構造に実質上似ているがその制限を回避する短アークランプの新規な第３の形状を有することが有利と思われる。すなわち、上述の放射線損失を防ぐ透明なシールされたアーク室を特徴とする短アークランプを有することが有用である。
【００１２】
そのうえ、上述した第１及び第２の構造の両短アークランプに対する共通の特徴は、ビームの波長スペクトルがビーム断面のどの部分もおおよそ均一になることである。この例外は、例えば米国特許第５，６５５，８３２号明細書に記載されているような２つの異なる光源を組み込んだアークランプにより形成された異なる色を持つ光ビームである。
【特許文献１】米国特許第４，６３３，１２８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，５６１，３３８号明細書
【特許文献３】米国特許第５，４１８，４２０号明細書
【特許文献４】米国特許第５，３９９，９３１号明細書
【特許文献５】米国特許第４，９４０，９２２号明細書
【特許文献６】米国特許第４，７２４，３５２号明細書
【特許文献７】米国特許第５，８６９，９２０号明細書
【特許文献８】米国特許第５，３６９，５５７号明細書
【特許文献９】米国特許第４，７３４，８２９号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，６５５，８３２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
単一のアーク室から放出されている放射線が２つの同心の領域を有する光ビームを形成するように分割され、内側の領域が１つの波長帯域例えば赤外域を有し、外側の領域が第２の波長帯域例えば可視／紫外域を有するような短アークランプは現在まで存在しない。
本発明はこの課題を解決し、他の関連する利点を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は２つの透明部分：平坦な窓及び円筒状のチューブを有する短アークランプである。窓及びチューブは例えば可視域及び赤外域のような異なる波長帯域内で透過性となるように異なる材料で作ることができる。アーク室内では、陽極の背後に平坦な窓を介してアークから光を反射させる内部の凹状の反射鏡がある。アーク室の外部には、円筒状のチューブを介して放出する光を反射させる外部の凹状の反射鏡がある。
【００１５】
両方の反射鏡は光を同じ方向に反射し、電極ギャップ及びアーク室の形状に関連する発散角度を有するほぼ平行光にされたビームを生じさせる。
【００１６】
平行光にされたビームは実質上同じ方向に反射された光の２つの別個の同心ビームの重なりであり、この場合、各ビームは特徴的な波長帯域、例えば、第１のビームは紫外／可視域、第２のビームは赤外域を有することができる。
【００１７】
本発明によれば、２つの透明開口部を備えた短アークランプが提供され、ランプは（ａ）内部の一体的な光反射体を有するシールされた透明アーク室と、（ｂ）シールされたアーク透明室に対して外部に位置する外部の光反射素子とを有する。
【００１８】
本発明によれば、シールされた透明アーク室は、（i）シールされた透明アーク室の中心軸線に沿って長さ方向に延びる陽極と、（ii）シールされた透明アーク室の中心軸線に沿って長さ方向に延びる陰極であって、陰極の先端が陽極の先端に対して反対側に向き、陽極および陰極が短アークランプのアークギャップを画定するギャップにより隔てられているような陰極と、（iii）シールされたアーク室に空間を提供するためにシールされたアーク室の中心軸線に沿って長さ方向に延び、その中心軸線に関して対称な透明なチューブであって、透明なチューブの空間が陽極、陰極および内部の一体的な凹状の反射素子を閉じ込め、透明なチューブがシールされたアーク室内で発生する光の少なくとも一部を外方へ伝達するような透明なチューブと、（iv）内部の一体的な凹状の反射素子および陽極を支持するため及びシールされたアーク室の陽極端部の気密囲いを可能にするために、透明なチューブの陽極端部に結合されたベースと、（v）内部の一体的な凹状の反射素子により反射されて平行光にされた光を短アークランプから出るように伝達するため及びシールされたアーク室の陰極端部の気密囲いを可能にするために、透明チューブの陰極端部に結合された透明な窓と、を有する。
【００１９】
本発明の他の利点は次の図面に関連する次の説明を読んだときに明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ここで、添付図面を参照して、単なる例として、本発明を説明する。
ここでの本実施の形態は全てを網羅することを意図するものではなく、また本発明の範囲をいかなる方法でも制限する意図のものではなく；むしろ、本発明を明確にするため及び当業者がその教示を利用できるようにするために例として使用される。
【００２１】
本発明の短アークランプは透明なシールされたアーク室と内部の一体的な反射素子および外部の一体的な凹状の反射素子とのユニークな組み合わせを特徴とし、両方の反射素子はアークからの放射線を同じ方向へ反射する。
【００２２】
ここで図面を参照すると、図１は全体を符号１０で示す本発明の短アークランプの好ましい実施の形態の軸方向断面側面図を示す概略図である。短アークランプ１０はシールされたアーク室１２と、外部の凹状の反射素子１４とを有する。
【００２３】
シールされたアーク室１２
ここで参照する図２に分解部品図で示すシールされたアーク室１２は次の主要な素子：すなわち、陽極部材２０、陰極部材２２、内部の凹状の反射素子２４、透明なチューブ２６、アーク室ベース４０、透明な窓３０およびガス輸送ライン３２を含む気密の円筒状本体である。
【００２４】
アーク室１２は更に付加的な素子：すなわち、陽極ホルダ３４、ベーススリーブ４４、陰極／窓スリーブ３６および陰極２２を陰極／窓スリーブ３６に接続する支柱２５を有する。
【００２５】
図１において、アーク室１２の中心に沿って延びる長手軸線はここではＣにより示し、シールされたアーク室１２の基準半径方向はＲにより示し、この場合、中心の長手軸線Ｃは基準半径方向Ｒに垂直である。非限定的な例においては、Ｃ軸線に沿ったアーク室１２の長さは約６０ないし約１５０ｍｍの間であり、Ｒ方向に沿ったアーク室１２の直径は約３０ないし約６０ｍｍの間である。
【００２６】
陽極部材２０はアーク室１２の中心軸線Ｃに沿って長さ方向に延びる。陽極２０は好ましくはタングステン、モリブデン、タンタルまたはその合金の如き高融点金属で作られるが、黒鉛の如き非金属材料で作ることもできる。陽極先端部４８は好ましくは尖った形状を有するが、球状、円錐状または平坦な形状にすることもできる。
【００２７】
内部の反射素子２４の非反射部分は中空のシリンダ２５であり、これは放出するビームの反対方向の方へ長さ方向に延び、ベース４０内へ螺入される。
【００２８】
延長部２５は好ましくは銅で作った管状のインサートである陽極ホルダ３４を収容し、このインサートは陽極２０を剛直に保持するために陽極２０の平坦な端部分２０´を取り囲む。
【００２９】
互いに対面し中心軸線Ｃに沿って位置する陽極先端部４８及び陰極先端部５０は約１ｍｍないし約１０ｍｍの範囲の長さのギャップ５２により分離され、短アークランプ１０のアークギャップを画定する。電極を炭化する任意の既知又は標準の方法にしたがって、炭素の層（図示せず）が陽極先端部４８及び／又は陰極先端部５０に選択的に付加されて、短アークランプ１０の作動中電極の寿命を延ばす。
【００３０】
内部の一体的な反射素子２４は、シールされたアーク室１２内で発生した光を反射し、シールされたアーク室１２の中心軸線Ｃに平行な方向において、窓３０を通して、平行光にするためのものである。
【００３１】
陽極２０のまわりで対称に装着された内部の一体的な反射素子２４は陰極２２に対面する方向で凹曲し、シールされたアーク室１２の中心軸線Ｃに関して対称である。
【００３２】
内部の一体的な反射素子２４は、好ましくはパラボラの幾何学形状を有する研磨した外観を備えた反射性表面２４´を有するが、楕円又は他の非球面幾何学形状とすることができる。
【００３３】
シールされたアーク室１２の作動中に加熱されたときに反射鏡が膨張するのを許容するために、反射素子２４の寸法は透明なチューブ２６の内径よりも小さい。
【００３４】
内部の一体的な反射素子２４は好ましくは銅、ニッケル又はアルミニウムの如き金属で作られるが、研磨した表面及び、適当な反射性を生み出すためにアルミニウム、ロジウム又は銀の如き金属のコーティングを有するセラミックの如き非金属材料で作ることもできる。
【００３５】
内部の一体的な反射素子２４は、好ましくは中心軸線Ｃ上で陰極先端部５０の最先端において又はその近傍に位置する焦点５６を特徴とする。短アークの発生中、焦点５６で放出する光の一部は内部の一体的な凹状の反射素子２４の反射性表面２４´上に発散し、この表面により平行光にされる。
【００３６】
陰極／窓スリーブ３６は金属製の尾片であり、これは好ましくはコバー（鉄コバルトニッケル合金）で作られ、ろう付け又は接着剤結合により透明なチューブ２６の陽極端部２６´に耐真空性をもって装着される。
【００３７】
陰極２２は支柱により透明なチューブ２６の中心で剛直に位置決めされ、これらの支柱は好ましくは3本の金属アーム２５で構成され、シールされたアーク室１２に沿って進行する光のビームを遮断しないように十分薄い。
【００３８】
アーム２５はその一側で陰極／窓スリーブ３６の内側部分に取付けられ、その他側で、アームは陰極２２を強固に適所に保持するために陰極２２の先の尖っていない先端部２２´を取り囲む。
【００３９】
アーム２５は好ましくはモリブデン又はタングステンの如き耐火金属で作られる。アーム２５に取付けられたジルコニウム金属の薄いストリップ（図示せず）はアーク室１２を満たすガス内の不純物のための捕獲体として作用する。
【００４０】
陰極２２はシールされたアーク室１２の中心軸線Ｃに沿って長さ方向に延び、陰極先端部５０は陽極２０の先端部４８と対面する。陰極２２は好ましくは（酸化トリウムで合金化された）トリウム化タングステンの如き低電子動作機能を備えた高融点金属で作られるが、黒鉛又は六ホウ化ランタンの如き非金属材料で作ることもできる。陰極先端部５０は好ましくは尖った形状であるが、球状又は円錐状の形状とすることもできる。
【００４１】
平行光にされた光はチューブの直径よりも僅かに狭い例えば約３０ｍｍないし約５０ｍｍの間の典型的な横断面を備えた平行な光線５８の形をしており、透明な窓３０を通って短アークランプ１０から出る。
【００４２】
透明なチューブ２６は選択された波長帯域を有する光に対して透過性であり、外部の反射素子１４（以下参照）により反射すべき光を伝達するために使用される。
【００４３】
透明なチューブ２６は（約０．１４ミクロンないし約６ミクロンの間の帯域において透過性の）サファイア、（約０．１２ミクロンないし約４ミクロンの間の帯域において透過性の）石英、（約０．５ミクロンないし約１２ミクロンの間の帯域において透過性の）硫化亜鉛又は（約０．５ミクロンないし約２０ミクロンの間の帯域において透過性の）セレン化亜鉛からなるグループから選択された材料で作られ、その中に閉じ込められた内部ガス圧力に安全に耐える壁厚を有する。
【００４４】
内部の反射鏡／陽極組立体を収容するベース４０は半径方向の軸線Ｒに平行に実質上透明なチューブ２６の内径の長さにわたって延び、シールされたアーク室１２の中心軸線Ｃに関して対称である。好ましくはステンレス鋼の如き金属で作られたベース４０はベーススリーブ４４に緊密に耐真空溶接され、このベーススリーブはコバー（鉄ニッケルコバルト合金）で作られ、透明なチューブ２６の陽極端部２６´´に緊密に耐真空性をもってろう付けされるか又はにかわ付けされる。
【００４５】
透明なチューブ２６の陰極端部に位置する透明な窓３０は透明なチューブ２６の内径にわたって延びる半径軸方向Ｒにおける直径及び半径軸方向Rにおける平坦な側部を備えたディスク形状を有し、シールされたアーク室１２の中心軸線Ｃに関して対称である。
【００４６】
透明な窓３０は内部の一体的な反射素子２４により反射され平行光にされた光を短アークランプ１０から出るように伝達するために、及びシールされたアーク室１２の陰極端部２６´の気密性をもって閉鎖を可能にするために使用される。透明な窓３０は選択された波長を有する光に対して透過性の材料で作られる。透明な窓３０の厚さは比較的高いガス圧力に耐えるように選択される。
【００４７】
特に、透明な窓３０は石英、サファイア、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ゲルマニウム又はこれらの組み合わせからなるグループから選択された材料のものである。
【００４８】
透明な窓３０は陰極／窓スリーブ３６に緊密に耐真空性をもって接続、例えばにかわ付け又はろう付けされる。
【００４９】
ベース４０内に耐真空性をもって嵌合されベースを通って延びる好ましくは管状のガス輸送ライン３２はベース４０内の経路３５を介してシールされたアーク室１２の空間に対して出入りするようにガスを輸送するためのものである。
【００５０】
ガス輸送ライン３２は銅又はステンレス鋼の如き金属のチューブで作られる。
【００５１】
ガス（図示せず）はシールされたアーク室１２の空間を占め、電極間のギャップをまたいで形成される短アークにより励起される。
【００５２】
電子励起されると、ガスは特有の波長帯域を有する光を放出する。
【００５３】
ガスは純粋ガス又はガスの混合物、例えば大気圧から約２０気圧まで加圧されたキセノンガス、アルゴンガス、ネオンガス及びその混合物からなるグループから選択されたガスのいずれかである。
【００５４】
アークランプ１２への電気的な接続は正極（または接地）及び負極を有する電気コネクタをベース４０及び陰極／窓スリーブ３６にそれぞれ適用することにより行われる。
【００５５】
外部の一体的な反射素子１４
短アークランプ１０の外部反射鏡と等しくみなされる外部の反射素子１４は透明なチューブの外壁の外側に位置し、透明なチューブ２６の外壁のまわりで対称に装着される。その位置はシールされたアーク室１２に対してＣ方向に僅かに調整することができる（以下参照）。
【００５６】
外部の一体的な反射素子１４の反射表面１４´は陰極２２に対面する方向において凹状であり、シールされたアーク室１２の中心軸線Ｃに関して対称である。外部の一体的な凹状の反射素子１４の凹所は好ましくはパラボラ即ち双曲線状であるが、楕円状、球状又はある他の非球面幾何学形状とすることができる。
【００５７】
外部の反射素子１４は好ましくはニッケル又はアルミニウムの如き金属で作られるが、ガラス、セラミック又は平滑な耐熱性複合材料の如き非金属材料で作ることもできる。
【００５８】
透明な窓３０の方向の方へ向いた外部の反射素子１４の凹状の反射面１４´は研磨され、ニッケル、アルミニウム、ロジウム、銀又は金の如き金属の反射性層又はコーティングを特徴とする。
【００５９】
外部の凹状の反射素子１４は透明なチューブ２６によりシールされたアーク室１２内から伝達される光を反射し、シールされたアーク室１２の中心軸線Ｃに平行な方向において、短アークランプ１０から出るように平行光にするためのものである。
【００６０】
短アークランプ１０の好ましい実施の形態によれば、外部の反射素子１４は、好ましくは中心軸線Ｃ上で陰極先端部５０の端部において又はその近傍に位置する、内部の一体的な反射素子２４のものとほぼ同じ焦点５６を特徴とする。
【００６１】
その結果、外部の反射素子１４は、内部の一体的な反射素子２４がアーク室１２の窓３０を通して光束５７を反射し平行光にするのと同じ方向において、アーク室１２の透明なチューブ２６を通して伝達される光束５９を反射し、平行光にする。
【００６２】
外部の反射鏡１４は、平坦な周辺リング１８´と、光出力及び窓帯１６を邪魔しないようにビーム６０の伝播の方向に平行な面となるように位置決めされた複数の薄い平坦なアーム１５とを有するフレーム１８を使用して、シールされたアーク室１２に対して位置決めされ、固定される。
【００６３】
フレーム１８及びその素子はアルミニウムの如き軽量の剛性のある金属で作られる。
【００６４】
シールされたアーク室／外部反射鏡の組立体の正面図はここで参照する図３に示す。フレーム１８の窓帯１６はフレーム１８をシールされたアーク室１２に取り付けるために陰極／窓スリーブ３６の窓端部３６´を固定して取り囲む。
【００６５】
リング１８´は、穴１８´´を介して、その前部に開口を備えた閉じた構造体であるランプハウジング１７に取付けられる。アークランプハウジング１７は矩形又は任意の他の曲線状のフレーム形状を有し、好ましくはアルミニウムの如き金属で作られるが、例えばセラミック又は耐熱性で剛性のあるプラスチックのような他の材料で作ることもできる。
【００６６】
アークランプハウジング１７は反射鏡１４の縁部１４´´を強固に固定する。その反対面において、ランプハウジング１７は、シールされたアーク室ソケット（図示せず）を介して、シールされた短アーク室１２のベース４０を強固に固定する。
【００６７】
したがって、反射鏡１４が動かないように固定され、、短アーク室１２に対して強固に保持するような剛直な構造体が形成される。
【００６８】
短アーク組立体の最終の固定前に、ビーム・アラインメント中に、外部の反射鏡１４の焦点の位置は、陰極／窓スリーブ３６の窓縁部３６´の頂部上で窓帯１６を前後に摺動させ、シールされたアーク室ソケット内でベース４０を同時に相互直線摺動させることにより、内部の反射鏡２４の焦点の位置に対して変えることができる。
【００６９】
ビーム特徴
短アークランプ２０の上述の説明によれば、特定の用途に適する、異なるタイプの材料の選択及び短アークランプ１０の素子の寸法に関する実質的な融通性、並びに、短アークランプ１０を作動させるための異なる作動条件の選択に関する融通性がある。
【００７０】
種々の異なる作動条件で作動する全体的に開示された短アークランプ１０の多大な種々の異なる特定の形を形成するための異なる形式の材料及び寸法の使用の種々の異なる組み合わせ及び置換のすべてを列挙することなく、本発明の短アークランプ１０の一般的な作動がここで開示され、いくつかの選択された特定の例がそれに続く。
【００７１】
図１を再度参照すると、シールされたアーク室１２は真空にされ、次いで、シールされたアーク室１２を適当なガス処理及び供給設備（図示せず）に接続するガス輸送ライン３２を使用して、ガスで加圧される。適当な形状を付され位置決めされた陽極２０及び陰極２２への連結部に接続された電源装置（図示せず）を使用して、短アークランプ１０の特定のタイプの材料、形状及びパラメータに従って、アークギャップ５２間の破壊電圧に等しいか又はそれより大きい、アークギャップ５２間の電圧を発生させる。
【００７２】
短アークランプ１０に供給された電力は当業界で既知の短アークランプに適する任意の形の電力であり、例えば定電圧、パルス電圧、交番電圧、定電流、パルス電流又は交番電流である。
【００７３】
いずれの場合も、電力送給機構は少なくとも２つの段階を有する：
第１の段階においては、アークを発生させるのに必要な破壊電圧が電極間で確立され、第２の段階においては、一層低い電圧での持続電流が提供され、アークギャップ５２間のアークを維持する。
【００７４】
それにより、電位が陽極２０と陰極２２との間に確立される。アークギャップ５２間電流の確立と同時に、アークギャップ５２のごく近傍での光の発生又は放出と共に、ガス３２の励起が起こる。
【００７５】
ギャップ５２で発生した光の一部例えば光線５７は内部の一体的な凹状の反射素子２４の反射面２４´上に発散し、この表面により反射され、平行光にされる。
【００７６】
内部の一体的な凹状の反射素子２４のパラボラ形状のため、この平行光にされた光はシールされたアーク室１２の中心軸線Ｃに平行な平行光線５８の形をとり、陽極方向に向かい、透明な窓３０を通過し、短アークランプ１０から放出される。
【００７７】
同時に、アークギャップ５２で発生した光の他の部分例えば光線５９は透明なチューブ２６を通って伝達され、外部の凹状の反射素子１４の反射面１４´上に発散し、この表面により反射され、平行光にされる。
【００７８】
外部の凹状の反射素子２４のパラボラ形状のため、この平行光にされた光もシールされたアーク室１２の中心軸線Ｃに平行な平行光線６０の形をとり、シールされたアーク室１２と外部の凹状の反射素子１４との間の空間を通過し、短アークランプ１０を出る。
【００７９】
結果は、（窓３０の面で）約２０ｃｍ又はそれ以上の直径を有する反射光ビーム６１であり、これは光の２つの同心のビーム５９、６０が重ねられたものであり、おおよそ均等な光量の分布及び約２度又はそれ以上のビーム発散度を有し、この発散は最終的なアークギャップの寸法、完全でない光学素子、及び光学アラインメントにおける不可避の公差の結果である。
【００８０】
上述したような外部の反射素子１４の焦点に対して放電ギャップの位置を調整することにより、放出ビーム６１の強度プロフィールを幅広く調整することができる。
【００８１】
それゆえ、本発明に係る短アークランプ１０の形状及び操作により、先行技術のランプ形状に比べて光収集が改善されたため、比較的高い全光エネルギ及び平行光にされた全光束密度を提供し、内部の反射鏡と透明なチューブ／透明な窓との組み合わせを有しないランプ構造に比べてランプのサイズを小さくすることができる。
【００８２】
さらに、透明な壁及び透明な窓の双方を有することにより、０．４μｍないし約６μｍの波長の光の伝達を許容する例えば透明なチューブのためのサファイア及び１４μｍまでの波長の光を伝達する透明な窓のための硫化亜鉛のような透明な材料の選択における融通性を持たせることができる。したがって、２つの異なる波長帯域を備えた光の複合光線を得ることができる。
【実施例】
【００８３】
本発明の重要な特徴は、短アークランプ１０が概して言えばシールされたアーク室１２を出、具体的には短アークランプ１０を出る全光エネルギの大きさ及び波長帯域の可変で調節可能な特徴を有する光源を提供するような構造を有する。特に、シールされたアーク室１２はアークギャップ５２で発生した光が、短アークランプ１０を出るための２つの経路があることを特徴とする。
【００８４】
第１の経路は内部の一体的な凹状の反射素子２４から反射し、透明な窓３０を通過する光であり、第２の経路は透明なチューブ２６を通過し、外部の凹状の反射素子１４から反射する光である。
【００８５】
短アークランプ１０の特定の実施の形態の第１の例では、シールされたアーク室１２内の透明な窓３０及び透明なチューブ２６が各々サファイア又は石英を含む材料で作られている。
【００８６】
この場合、内部の一体的な凹状の反射素子２４によって透明な窓３０を通過することにより及び透明なチューブ２６を通過して外部の凹状の反射素子１４から反射することにより短アークランプ１０を出るすべての光エネルギの波長帯域は（石英又はサファイアをそれぞれ使用すると）約０．２ミクロンないし約２．５ミクロンの間又は約０．４ミクロンないし約６ミクロンの範囲内にある。
【００８７】
短アークランプ１０の特定の実施の形態の第２の例では、シールされたアーク室１２内の透明な窓３０は硫化亜鉛、セレン化亜鉛又はゲルマニウムからなるグループから選択された材料で作られ、透明なチューブ２６はサファイア又は石英を含む材料で作られる。
【００８８】
この場合、内部の一体的な凹状の反射素子２４を介し、透明な窓３０を通過して短アークランプ１０を出る光エネルギの一部の波長帯域は中間赤外線にまで達し、外部の凹状の反射素子１４を介して短アークランプ１０を出る光エネルギの残りの部分の波長帯域は（石英又はサファイアをそれぞれ使用すると）約０．２ミクロンないし約２．５ミクロン又は約０．４ミクロンないし約６ミクロンの範囲内にある。
【００８９】
短アークランプ１０の特定の実施の形態の第３の例では、シールされたアーク室１２内の透明な窓３０はサファイア又は石英を含む材料で作られ、透明なチューブ２６は硫化亜鉛を含む材料で作られる。
【００９０】
この場合、内部の一体的な凹状の反射素子２４により透明な窓３０を通過して短アークランプ１０を出る光エネルギの一部の波長帯域は（石英又はサファイアをそれぞれ使用すると）約０．２ミクロンないし約２．５ミクロン又は約０．４ミクロンないし約６ミクロンの範囲内にあり、透明なチューブ２５を通過し、外部の一体的な凹状の反射素子１４を介して短アークランプ１０を出る光エネルギの残りの部分の波長帯域は約０．４ないし約１４ミクロンの間にある。
【００９１】
短アークランプ１０の特定の実施の形態の第４の例では、シールされたアーク室１２内の透明な窓３０及び透明なチューブ２６の双方は各々硫化亜鉛、セレン化亜鉛又はゲルマニウムからなるグループから選択された材料で作られる。この場合、内部の一体的な凹状の反射素子２４によって透明な窓３０を通過することにより及び透明なチューブ２６を通過して外部の凹状の反射素子１４から反射することにより短アークランプ１０を出るすべての光エネルギの波長帯域は中間赤外線まで達する。
【００９２】
限られた数の実施の形態及びその例に関して本発明を説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明の多くの変形、修正及び他の応用を行うことができることを認識できよう。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】短アークランプの軸方向断面側面図である。
【図２】短アークランプのシールされたアーク室の分解部品図である。
【図３】短アークランプの横断方向の前面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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