(57)【要約】  本発明は、放電電球壁（２５）と、放電電球壁によって封入された放電室（２１）とを有する放電電球（２）と、放電電球壁（２５）の外側輪郭の一部の上に設けられた多層干渉フィルタ（３）とを少なくとも含み、最低温度を有する領域、及び、最高温度を有する領域が、ランプの動作中、ランプの取付位置と無関係に、放電電球壁の内側輪郭と外側輪郭とにそれぞれ定着し、干渉フィルタ（３）は、主として、放電電球壁（２５）の材料の最大放射力と因果的な関係を有する赤外光の波長範囲内にある光を放電室（２１）に向かって反射する高圧放電ランプに関する。
2007528581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電球壁と、該放電電球壁によって封入された放電室とを有する放電電球と、
前記放電電球壁の外側輪郭の一部の上に設けられた多層干渉フィルタとを少なくとも含む高圧放電ランプであって、
最低温度を有する領域、及び、最高温度を有する領域が、当該高圧放電ランプの動作中、当該高圧放電ランプの取付位置と無関係に、前記放電電球壁の内側輪郭と前記外側輪郭とにそれぞれ定着し、
前記干渉フィルタは、主として、前記放電電球壁の材料の最大放射力と因果的な関係を有する赤外光の波長範囲内にある光を、前記放電室に向かって反射する高圧放電ランプ。
【請求項２】
より高い屈折率を有する層、及び、より低い屈折率を有する層が、前記多層干渉フィルタの層構造において交互に存在することを特徴とする、請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項３】
前記より低い屈折率を有する前記干渉フィルタは、好ましくは、主にＳｉＯ２を含み、前記干渉フィルタの前記第二層は、前記ＳｉＯ２よりも高い屈折率を有する材料、好ましくは、主にＺｒＯ２から成ることを特徴とする、請求項２に記載の高圧放電ランプ。
【請求項４】
前記第二層は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、窒化ケイ素、特に好ましくは、酸化ジルコニウム、又は、これらの材料の混合の群から選択される材料から成ることを特徴とする、請求項３に記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】
前記干渉フィルタは、前記最低温度を有する領域が前記放電電球壁の前記外側輪郭に定着する場所に、或いは、少なくとも、前記最低温度を有する領域が前記放電電球壁の前記外側輪郭に定着する場所に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項６】
前記干渉フィルタは、前記最低温度を有する領域が前記放電電球壁の前記外側輪郭に定着する場所に配置されないことを特徴とする、請求項１に記載の高圧放電ランプ。
【請求項７】
当該高圧放電ランプは、ＵＨＰランプである、当該高圧放電ランプ。
【請求項８】
前記放電電球壁の材料は、具体的には、石英から成り、よって、前記干渉フィルタ（３）は、２μｍから５μｍまでの波長範囲にある赤外光を主として反射し得ることを特徴とする、請求項７に記載の高圧放電ランプ。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の高圧放電ランプを少なくとも含む照明ユニット。
【請求項１０】
請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の高圧放電ランプを少なくとも含む投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電電球壁と、放電電球壁によって封入された放電室とを有する放電電球と、放電電球壁の外側輪郭の一部の上に設けられた多層干渉フィルタとを少なくとも含み、最低温度を有する領域、及び、最高温度を有する領域が、ランプの動作中、ランプの取付位置と無関係に、放電電球壁の内側輪郭と外側輪郭とにそれぞれ定着する高圧放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガス放電ランプ（ＨＩＤ又は高輝度放電ランプ）、具体的には、ＵＨＰ（超高性能）ランプが、それらの光学特性の故に、参照としてとりわけ投影目的のために用いられる。「ＵＨＰ」ランプ（フィリップス）という用語は、本発明の範囲内にある他の製造業者からのＵＨＰ型のランプも指し示す。
【０００３】
これらの用途のために、可能な限り点形状に近い光源が必要とされる、即ち、電極先端部間に定着する放電アークは、特定の長さを超えてはならない。さらに、可視光の可能な限り自然な分光組成と共に、可能な限り高い光度がしばしば求められる。
【０００４】
可視光に関して光源の高い発光効率が関連する用途では、所望波長範囲の放射のみならず、関連用途のために有用ではない、或いは、関連用途のために有害でさえあり得る放射も放射される。この望ましくない放射は、少なくとも、想定される結果に関連して消費されるエネルギーの損失を招く。例えば、ＵＨＰランプの場合、ランプに対して適用される電気エネルギーの１００Ｗ毎にわずか約２５Ｗが、可視的放射に変換される。
【０００５】
もし高圧ガス放電ランプ、具体的には、ＵＨＰランプが用いられるならば、２つの本質的な要件が同時に満足されなければならない。
【０００６】
一方では、放電室又は放電電球の内側輪郭の表面での最高温度は、通常、石英ガラスから成るランプバルブの失透が生じるほどに高くなってはならない。ランプの放電室内部の強い対流が、放電アーク上方の領域を特に強く加熱するので、これは問題であり得る。
【０００７】
他方では、放電室の表面又は放電電球壁の内側輪郭での最低温度地点は依然として高い温度を有さなければならないので、可能ならば、水銀はそこに堆積せず、十分な程度まで蒸気状態に留まる。
【０００８】
これらの２つの相互に干渉する要件は、最高温度と最低温度との間の最大許容差が比較的小さいという結果を有する。
【０００９】
商業的に入手可能なＵＨＰランプは、現在では、それらの定格出力で動作するとき、この許容可能な温度範囲内にある。しかしながら、例えば、ランプが調光される点で、或いは、ランプの種類がより高いルーメン出力のために格上げされる点で、動作可能範囲の拡大の要求がある。
【００１０】
調光の場合には、前記最低温度地点の温度は、降下し過ぎてはならなない。従って、放電電球壁の温度における局所的上昇は必要である。出力増大の場合には、最高温度地点の温度は過度に上昇してはならない。
【００１１】
さらに、動作中、最高温度と最低温度との間に位置する温度を正に有する状況がランプ内部に形成される状況があるが、推定温度は意図される機能のために最適ではない。この実施例は、もし良好なランプ寿命が達成されるべきであるならば、放電室内部に配置される各部分の温度が特定値より下に降下してはならない電極によって形成される。電極が放電電球壁に進入する場所で、電極は放電室の放電電球壁によって冷却される。この壁がそこでより冷たければ冷たいほど、より冷却がなされる。従って、この冷却は電極を好ましくない温度範囲に至らせることが起こり得る。従って、そのような場合には、その温度は最低温度地点と最高温度地点との間に位置するが、電極が壁に進入する場所で壁を加熱することが望ましい。
【００１２】
本発明の意味では、放電電球壁は、放電室を機能的に封入するランプバルブの領域だけである。
【００１３】
米国特許第５，２２１，８７６号は、望ましくないＩＲ放射をランプバルブの領域に戻すことを通じて効率を増大し、それによって、後者を追加的に加熱するための根本的な解決原理を開示している。多層干渉フィルタは、反射器として働く。さもなければ照明目的に利用されない放射スペクトルのＩＲ光（赤外光）は、放電アークに反射して戻され、再吸収される。自動車ヘッドライト用のランプとして設計される考慮中の飽和ランプにおいて、ランプ全体は無差別に加熱される。具体的には、熱伝導及び対流の故に、ランプの関連する動作温度でのランプバルブ内部の金属ハロゲン化物の蒸発の増大につながるのは、主としてこの加熱である。最高温度地点の温度も上昇するので、上記の解決を高圧ガス放電ランプ、特に、ＵＨＰランプに適用することは可能ではない。それらがＩＲ範囲内で他の種類のランプと比べ低い放射強度を有することも、全てのＵＨＰランプに典型的である。
【００１４】
具体的には、放電電球壁の最低温度領域における温度上昇を達成し、同時に、ランプの発光効率を著しく増大するために、米国特許第５，９５２，７６８から既知の塗膜は、高圧ガス放電ランプからの熱移動を減少する。この塗膜は、全ての場合において可視光を透過し、且つ、ＵＶ光を吸収（反射）する多層干渉フィルタである。加えて、光源から起源するＩＲ光もフィルタによって光源に反射して戻され得る。ランプの発光効率の著しい増大を達成するために、より低温の放電電球壁の外面の比較的大きな領域を塗工することが必要である。塗膜は、放電電球壁の最低温度領域に配置されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、ランプバルブ又は放電電球は、工業大量生産において効果的に製造し得る干渉フィルタを有し、干渉フィルタがランプの発光効率を大幅に減じることなしに、ランプの動作範囲が拡大され、ランプの動作の信頼性が守られたままである、冒頭段落で述べられている種類の高圧ガス放電ランプ、及び、そのようなランプを備える照明ユニットを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の特徴は、請求項１の特徴的な機能によって達成される。
【００１７】
本発明に従ったランプは、放電電球壁と、放電電球壁によって封入された放電室とを有する放電電球と、放電電球壁の外側輪郭の一部の上に設けられた多層干渉フィルタとを少なくとも含む高圧放電ランプであって、最低温度を有する領域、及び、最高温度を有する領域が、当該高圧放電ランプの動作中、当該高圧放電ランプの取付位置と無関係に、放電電球壁の内側輪郭と外側輪郭とにそれぞれ定着し、干渉フィルタは、主として、放電電球壁の材料の最大放射力と因果的な関係を有する赤外光の波長範囲内にある光を放電室に向かって反射する。
【００１８】
選択されたフィルタが、主としてランプの動作温度で放電電球壁によって効果的に吸収される波長の光を、放電室に向かって反射することは、本発明にとって本質的である。本発明によれば、この吸収は十分な放射力が存在する波長範囲で効果的に行われ、よって、壁材料は透明ではない。フィルタは、本発明に従って、壁材料自体が最も効果的に放射するような波長範囲を用いて選択される。本発明は、ここでは、電磁波を有する放射に晒される物質又は媒体が、具体的には、それら自体が放射し得る周波数を吸収するという実験的結果を利用する。従って、フィルタは、バルブの材料又は放電電球壁の材料の透過領域の上の波長範囲にある放射を主として反射する。
【００１９】
普通の石英バルブ、及び、例えば、ほぼ１０００℃の動作温度を備えるＵＨＰランプのために、これは赤外光の波長範囲である。よって、フィルタは、未塗布の石英面と対称的に、放電電球の局所的表面の放射率における効果的な減少をもたらし、その結果、ランプは、より少ない熱放射を放射することができ、温度はこの領域において意図的に増大される。
【００２０】
干渉フィルタが、関連する用途のために不要な光の全ての波長範囲を提供せず、１つの波長範囲又は少数の波長範囲のみを選択的に提供するのは、このためである。干渉フィルタによって反射されるべき光の各波長範囲の選択は、具体的には、エネルギー考察に基づいて行われる、即ち、関連する波長範囲は、具体的には、干渉フィルタに対する反射後に壁材料中に吸収され得る十分な出力レベルを有さなければならない。
【００２１】
干渉フィルタのためのさらなる基準は、その必要な温度安定性、並びに、それが工業大量生産に適していなければならないという事実である。ここでは、透過されるべきスペクトル範囲と反射されるべきスペクトル範囲との間の鋭いカットオフの故に、反射器として作用するために、干渉フィルタが好ましい。広い領域に亘って、並びに、層順序の適切な手段を用いた必要な高い正確性を備えて、フィルタ特性を達成し得る。
【００２２】
フィルタ内で反射される放射の再吸収は、フィルタ内の吸収に加えて、追加的な熱供給を放電電球壁にもたらす。この再吸収及び所望のスペクトル領域への変換をどの程度実現し得るかは、具体的には、高圧ガス放電ランプのそれぞれの種類に依存する。
【００２３】
塗膜、例えば、多層干渉フィルタは、追加的に、未塗布の石英面に比べ、ランプ表面からの熱放射の減少をもたらすので、ランプはより少ない熱を出し、動作温度は相応して上昇する。
【００２４】
干渉フィルタは、そのような多層干渉フィルタの使用の所望の温度分野の最適な実現を達成するよう適切に選択され、寸法取られ、且つ、塗布されるべきである。
【００２５】
従属請求項は、本発明の有利なさらなる実施態様に関する。
【００２６】
より高い屈折率を有する層、及び、より低い屈折率を有する層は、多層干渉フィルタの層構造において交互に存在するのが好ましい。
【００２７】
そのような干渉フィルタは、普通、多層構造である。干渉フィルタの多層構造では、より高い屈折率の層と、より低い屈折率を有する層とが交互する。各層の屈折率は、具体的には、この観点で異なる少なくとも２つの誘電性材料が層構造内に見い出されるべきように選択される層の材料によって決定される。
【００２８】
干渉フィルタは、最低温度を有する領域が放電電球壁の外側輪郭に定着する場所に、或いは、少なくとも、最低温度を有する領域が放電電球壁の外側輪郭に定着する場所に配置されることがさらに好ましい。ランプ外面の絶対最低地点は、しばしば円筒形ランプ末端の両端に位置するが、しばしば放電電球壁の外側輪郭上にはない。
【００２９】
もしフィルタがこのように配置されるならば、放電電球壁の最低温度領域における温度上昇を最も効果的に達成し得る。この構成は、干渉フィルタが設けられる選択された場所における温度上昇のみならず、放電電球壁における温度均衡にも、所望な方法で影響を及ぼし得る。例えば、最低温度領域の場所をシフトし得ることも可能であり、結果として得られる（新しい）最低温度地点は、異なる温度、即ち、以前の最低温度地点よりも高い温度を有する。
【００３０】
干渉フィルタは、最低温度を有する領域が放電電球壁の外側輪郭に定着する場所に、或いは、少なくとも、最低温度を有する領域が放電電球壁の外側輪郭に定着する場所に配置されないことが代替的に好ましいが、干渉フィルタなしで温度が勝る場所では、上昇されるべきである。
【００３１】
この構成は設計のためのさらなる可能性を開く。例えば、それによって、動作範囲の拡張を達成することが可能である。
【００３２】
ＵＨＰランプの放電電球壁の材料が、具体的には石英から成り、従って、干渉フィルタは、ほぼ２μｍより上の波長範囲からのＩＲ光を主として反射し得ることがさらに好ましい。
【００３３】
本発明の目的は、請求項９に請求されるような照明ユニットによってもさらに達成される。
【００３４】
本発明のさらなる詳細、特徴、及び、利点は、図面を参照して与えられる好適実施態様の後続の記載から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１は、本発明に従った高圧ガス放電ランプ（ＵＨＰランプ）の放電室２１を備えるランプバルブ１を概略的に示す断面図である。目的のために通例のガスが充填された放電室２１を密閉して封入し、且つ、普通、その材料が硬化ガラス又は石英ガラスである、一体ピースとして形成される放電電球２は、２つの円筒形の相互に対向する領域２２，２３を含み、それらの間には、約９ｍｍの直径を備える実質的に球形領域２４が存在する。放電電球壁２５の外側輪郭は、放電室２１の領域にほぼ球形形状を有する。電極配列を備える放電室２１は、領域２４内で中央に配置されている。電極配列は、実質的に、第一電極４１と、第二電極４２とを含み、発光アークは高圧ガス放電ランプにおける光源として働くよう、発光アーク放電が、放電室２１内で、その相互に対向する先端の間で励起される。
【００３６】
ＵＨＰランプの対称軸状に配置される電極４１，４２の端部は、ランプの端子５１，５２に接続され、それらを介して、ランプを動作するのに必要な供給電圧が、公共本線電源への接続のために設計された供給ユニット（図１には示されていない）を用いてランプに供給される。
【００３７】
干渉フィルタ３が、放電電球壁２５の外面の一部の上に配置されている。干渉フィルタ３は、放電電球２の長手軸に沿って、領域２４の外面の上、即ち、放電電球壁２５の上に中心的に配置され、且つ、ほぼ４ｍｍの直径を有する。
【００３８】
干渉フィルタ３の２つの別々の層３．１及び３．２は、具体的には、異なる屈折率によって特徴付けられ、より低い屈折率の層は、毎回、より高い屈折率の層に続く。ＳｉＯ２が、より低い屈折率の層３．２の材料として働き、層３．１のより高い屈折率の材料は、ＺｒＯ２である。
【００３９】
干渉フィルタ３は、２μｍから５μｍまでの範囲の波長にあるＩＲ光を主として反射する。干渉フィルタ３は、可視的波長範囲において、ほぼ９０％の透過率を有する。温度差、即ち、干渉フィルタ３を用いた温度と干渉フィルタを用いない温度との間の差は、ほぼ４０Ｋである。ランプが水平取付位置にある状態で、干渉フィルタ３を放電電球壁２５の最低温度領域に塗布した。
【００４０】
ＵＨＰランプの普通の動作位置は、水平位置である。放電室２１の外面における最高温度地点が最上部にあり、且つ、最低温度地点が底部にある場合には、例えば、上方側からの強制冷却のような手段が採られない限り、温度分布は上昇する。
【００４１】
干渉フィルタ３の層状塗布は、それ自体既知のスパッタリング方法を用いて製造プロセス中に行われる。
【００４２】
１２０Ｗの定格出力で動作される上記のようなランプバルブ１を備えるＵＨＰランプに関して、上方の負荷限界の領域内で数千時間動作した後でも、比較可能なランプの普通の時効を越える感知し得る損傷を観察し得ない。
【００４３】
本発明の特に有利な実施態様は、投影目的のために働く高圧ガス放電ランプに関する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】多層干渉フィルタを備える高圧ガス放電ランプ（ＵＨＰランプ）のランプバルブを概略的に示す断面図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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