(57)【要約】第１の基板と第２の基板を間隔を空けて配置し、周囲を接合することによってそれらの基板の間にガスチャンバを画定する。第１の基板は、可視光を透過する材料から形成される。一方の基板の内側表面は、ＵＶ光を可視光に変換することが可能な蛍光物質の層で覆われる。他方の基板の内側表面は、反射性物質の層で覆われる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光を透過する第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板をそれらの基板の間にガスチャンバを画定するようにして互いに間隔を空けた状態で固定する支持部材と、
前記基板のうちの一方の内側表面を覆う、ＵＶ光を可視光に変換することが可能な蛍光物質の層と、
前記基板のうちの他方の内側表面を覆う反射性物質の層と
を含むフラッシュランプ。
【請求項２】
密閉された前記ガスチャンバの中に支持される一対の電極を更に含む、請求項１に記載のフラッシュランプ。
【請求項３】
前記密閉されたガスチャンバを充填するガスを更に含み、前記ガスは、前記電極に電流を印加することによってイオン化することができ、該イオン化されたガスは、前記電磁スペクトルの可視光部分と紫外線（ＵＶ）部分の両方の光を放射する、請求項１に記載のフラッシュランプ。
【請求項４】
前記蛍光物質の層を覆う保護材料の層を更に含む、請求項１に記載のフラッシュランプ。
【請求項５】
前記蛍光物質の層は、前記第２の基板の内側表面上に延在し、前記反射性物質の層は、前記第１の基板の内側表面上に延在し、ＵＶ光を反射するが、可視光を通過させる、請求項１に記載のフラッシュランプ。
【請求項６】
前記蛍光物質の層は、前記第１の基板の内側表面上に延在し、前記反射性物質の層は、前記第２の基板の内側表面上に延在する、請求項１に記載のフラッシュランプ。
【請求項７】
前記反射性物質は金属である、請求項６に記載のフラッシュランプ。
【請求項８】
前記ガスは、キセノン、クリプトン、アルゴン、及びそれらの混合物からなる群の中から選択されたいずれか１つのガスである、請求項３に記載のフラッシュランプ。
【請求項９】
前記基板は概ね平坦である、請求項１１に記載のフラッシュランプ。
【請求項１０】
前記基板は、ガラス、石英、及び半透明のセラミック材料からなる群の中から選択されたいずれか１つの材料から形成される、請求項１に記載のフラッシュランプ。
【請求項１１】
可視光を透過する第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板を、それらの基板の間にガスチャンバを画定するようにして互いに間隔を空けた状態で固定する支持部材と、
前記第１の基板を覆う、ＵＶ反射性物質の層と、
前記第２の基板の内側表面を覆う、ＵＶ光を可視光に変換することが可能な蛍光物質の層と
を含むフラッシュランプ。
【請求項１２】
密閉された前記ガスチャンバの中に支持された一対の電極を更に含む、請求項１１に記載のフラッシュランプ。
【請求項１３】
前記基板は概ね平坦である、請求項１１に記載のフラッシュランプ。
【請求項１４】
前記蛍光物質の層を覆う保護材料の層を更に含む、請求項１１に記載のフラッシュランプ。
【請求項１５】
可視光を透過する第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板を、それらの基板の間にガスチャンバを画定するようにして互いに間隔を空けた状態で固定する支持部材と、
前記第１の基板の内側表面を覆う、ＵＶ光を可視光に変換し、該可視光を透過させることが可能な蛍光物質の層と、
前記第２の基板の内側表面を覆う反射性物質の層と
を含む、高効率フラッシュランプ。
【請求項１６】
密閉された前記ガスチャンバの中に支持された一対の電極を更に含む、請求項１５に記載のフラッシュランプ。
【請求項１７】
前記基板は概ね平坦である、請求項１６に記載のフラッシュランプ。
【請求項１８】
前記支持手段は、別個の外壁構造を有する、請求項１５に記載のフラッシュランプ。
【請求項１９】
可視光を透過する物質から形成されたエンベロープと、
前記エンベロープを充填するガスであって、該ガスは、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオン、及びそれらの混合物からなる群の中から選択されたいずれか１つのガスであり、該ガスは、前記エンベロープ内の電極に電流を印加することにより、又はＲＦエネルギー若しくはマイクロ波による励起によってイオン化することができ、該イオン化されたガスが、電磁スペクトルの可視部分と紫外線（ＵＶ）部分の両方の光を放射する、ガスと、
前記エンベロープの内側表面を覆う、ＵＶ光を可視光に変換し、該可視光を透過させることが可能な蛍光物質の層と
を含むフラッシュランプ。
【請求項２０】
前記エンベロープの外部に配置され、前記エンベロープを通って伝送された可視光を収集し、再放射するための反射器を更に含む、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
[発明の背景]
小型デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）やカメラ付き携帯電話は、画像センサのサイズやコストを削減するために、しばしば極小ピクセルサイズの比較的小型な画像センサを有する。しかしながら、そのような小型画像センサの光収集能力は、周囲光が少ない条件下で所望の品質の画像を撮影する場合には適さないことが多い。これはカメラ付き携帯電話の場合に特に言える。なぜなら、そのような機器のユーザは、薄暗い光の室内環境でスナップショットを撮影することが多いからである。そのため、小型デジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話は一般に、周囲光が比較的少ない条件下でも満足な写真を撮影できるようにするために、フラッシュランプを内蔵している。
【０００２】
小型デジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話で一般に使用されているフラッシュランプの１つのタイプとして、キセノン・アーク放電ランプがある。ガラス、石英、又は半透明のセラミックの管の中に入れたガスの原子、又は分子は、ガスに電流を流すか、又は管に無線周波数（ＲＦ）の電磁波、又はマイクロ波を近づけることによってイオン化される。イオン化により、通常は可視光、又は紫外線（ＵＶ）が生成される。ただし、多少の赤外線（ＩＲ）も放射されることがある。アーク放電ランプによって放射される光の色温度は、管やエンベロープの中に入れたガス、又は他の物質の混合物だけでなく、その圧力や量、そして、通電タイプによっても変わる。キセノン・アーク放電ランプは主に、キセノンガスが充填され、通常は、点火後すぐにその最大出力に到達するため、カメラのフラッシュランプとして使用するのに適している。
【０００３】
カメラで使用する場合、キセノン・アーク放電ランプは、その動作に補助エネルギー貯蔵源を必要とする。補助エネルギー貯蔵源には通常、コンデンサが使用され、コンデンサは、充電式電池に接続された回路を通して充電される。コンデンサのサイズはフラッシュランプよりも大きいことが多く、小型カメラの設計では、それが問題となる。
【０００４】
キセノン・アーク放電ランプは、比較的効率的に電気エネルギーを光エネルギーに変換する。ただし、光学的作用はあまり大きくない。なぜなら、放射光スペクトルは、非常に高い色温度（すなわち、約１２０００ケルビン（Ｋ））を有する黒いボディの発光体によって放射される放射スペクトルに類似するからである。つまり、生成される光子の多くは、可視光に比べて高いエネルギー周波数を有する。すなわち、それらの光子は、約２００（ｎｍ）〜４００（ｎｍ）の範囲の紫外線（ＵＶ）として放射される。効率的な放電状態を作りだすために、キセノン・アーク放電ランプによって放射されるＵＶ光の量は、実際には、放射される可視光の量よりも多くすることができる。写真フラッシュのような可視光としての用途の場合、放電時の電流密度は低減される。電気−光間の変換効率と可視光の出力はトレードオフの関係にある。一方、変換効率を高くする場合、ＵＶ光は通常、キセノン・アーク放電ランプのガラス・エンベロープによって吸収される。また、場合によっては、黄色のフィルタを使用して、生成される濃い青色の光の量を低減することにより、フラッシュランプの色温度を調節することがある。図１は、従来のキセノン・アーク放電ランプの一般的なスペクトル分布、及びウィンドウ通過率を示すグラフである。図１において、波長の単位はナノメートル（ｎｍ）であり、光出力分布の単位はパーセント（％）である。この例の場合、光分布は、ＵＶ光の３５％よりも広く、可視光部分（約４００ｎｍ〜７００ｎｍ）については約２６パーセント（２６％）である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[発明の概要]
互いに間隔を空けて配置され、縁部に沿って支持部材によって互いに接合された第１の基板、及び第２の基板を含み、それらの基板の間にガスチャンバが画定されたフラッシュランプ。第１の基板は、可視光を透過する物質から形成される。一方の基板の内側表面上には、ＵＶ光を可視光に変換することが可能な蛍光物質の層が延存する。他方の基板の内側表面上には、反射性物質の層が延在する。
【０００６】
全図面を通じて、類似の参照符号は類似の部材であることを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
［詳細な説明］
カメラが、１０ルーメン秒の出力のフラッシュランプを必要とし、そのフラッシュランプの変換効率が、１ワット当たり１０ルーメンである場合、コンデンサは、１ジュールに相当する１ワット秒を貯蔵しなければならない。フラッシュランプの変換効率が、１ワット当たり２０ルーメンに向上した場合、コンデンサは、二分の一ジュールしか貯蔵する必要はないであろう。つまり、コンデンサの物理的サイズは約５０％だけ低減できるだろうと考えるのが妥当である。また、フラッシュランプの変換効率を向上させれば、電力を節約することもでき、したがって、バッテリーの充電が必要になるまでに撮影可能な写真の枚数も増やすことができる。
【０００８】
図２は、円筒形エンベロープ１２を有するアーク放電フラッシュランプ１０を含む照明システムの形をした本発明の第１の実施形態を示している。円筒形エンベロープ１２は、その内側表面上に、蛍光物質からなる蛍光体コーティング１４を備える。エンベロープ１２は、ガラス、石英、又は半透明のセラミック材料から形成される。エンベロープ１２は充填ガスで満たされる。充填ガスは、周囲圧力、高圧、又は大気圧よりも低い圧力を有する場合がある。充填ガスは、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオン、又はそれらの混合物を含む場合がある。図面では、充填ガスはエンベロープ１２の中に球形１６で描かれている。コーティング１４は、イオン化された充填ガスから放射されたＵＶ光（破線）を可視光（実線）に変換し、可視光はコーティング１４を通過して対象物へと伝達される。図面には描かれていないが、エンベロープ１２の中には、充填ガスをイオン化するために印加される適当な電気信号の端子となる一対の電極が存在する。可視光の一部は、周囲の外部反射器１８によって捕捉され、前方へと再放射される。外部反射器１８の構成には、円筒形、放物線形、又は楕円形などがある。蛍光体コーティング１４の成分は、アーク放電（励起光源）の出力スペクトル、及びランプの所望の放射によって決まる。一般的には、従来の蛍光管やプラズマディスプレイに使用されるものと同じ成分が使用され、また、ＬＥＤに関係する成分を使用してもよい。一般的な蛍光体、及び蛍光体混合物は、ガス放電ランプの設計技術における当業者にとって既知のものである。エンベロープ１２の直径は、比較的小さいことが好ましく、例えば１ミリメートル、又は２ミリメートルであるため、フラッシュランプ１０は、小型デジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話（図示せず）に組み込むことができる。フラッシュランプ１０の効率を向上させれば、エネルギー源として比較的小さなコンデンサを使用することが可能となり、また、電力も節約することができる。
【０００９】
製造プロセスの観点からすれば、小さな円筒形エンベロープ１２の内側に高品質の蛍光物質のコーティング１４を蒸着することは難しい場合がある。また、フラッシュランプ１０のアーク放電は、高エネルギーのプラズマをバースト状に生成する。プラズマは、蛍光物質のコーティング１４に損傷を与えたり、フラッシュランプのＵＶ変換能力を低下させたりする場合がある。図３Ａ、及び図３Ｂは、円筒形フラッシュランプ１０が抱える上記の問題を低減するために、平坦な基板、及びコーティングを使用した本発明による代替実施形態を示している。
【００１０】
図３Ａを参照すると、高効率フラッシュランプ２０は、可視光を透過する概ね平坦な上側（第１の）基板２２、及び概ね平坦な下側（第２の）基板２４を有する。第１の基板２２、及び第２の基板２４は、２枚の基板の間に密閉ガスチャンバ２６を画定するようにして互いに間隔を空けた状態で概ね平行に支持される。これにより、外壁構造２８が形成される。第１の基板２２は、ガラス、石英、又は半透明のセラミック材料から形成することが好ましい。第２の基板２４は、第１の基板２２と同じ材料から形成することが好ましいが、可視光を透過しない材料から形成してもよい。ただし、第２の基板２４は、第１の基板２２と同じ熱膨張率を有する材料から形成すると有利である。
【００１１】
電極３０及び３２（図３Ａ）は、外壁構造２８の中を通って延存し、外壁構造２８は、電極の内側端部をガスチャンバ２６の中に支持する。密閉ガスチャンバ２６の中には、充填ガスが密閉状態で格納される。充填ガスは、周囲に比べて高い圧力に維持され、電極３０及び３２に印加される適当な電流によってイオン化することができ、イオン化されたガスは、電磁スペクトルの可視光部分と紫外線（ＵＶ）部分の両方の光を放射する。独立した回路（図示せず）を使用して、フラッシュランプ２０の点火を容易にしてもよい。図３Ａにおいて、充填ガスの分子は、概略的に球形３３で描かれている。イオン化は、マイクロ波、又はＲＦエネルギーの適当な印加によって達成することができるので、電極は必須ではない。蛍光体の層３４は、下側基板２４の内側表面をコーティングしている。この蛍光物質は、ＵＶ光を可視光に変換することが可能な既知のタイプの蛍光物質である。ＵＶ反射性物質の層３６は、上側基板２２の内側表面をコーティングしている。蛍光物質の層３４は、適当な保護材料の層３８で覆われている。
【００１２】
本発明による他の実施形態でも同様であるが、フラッシュランプ２０のインピーダンス及び放電電流は、たとえ充填ガスの最初の放射光の大半がＵＶ光であったとしても、最大の電気−光変換が達成されるように選択される。充填ガスがイオン化されると、それによって放射される光の可視部分（図３Ａに実線矢印で示す）は、上側基板２２を通過して対象物へと伝送される。イオン化された充填ガスによって生成される可視光の一部は、ＵＶ反射層３６を通過し、更に上側基板２２を通過して直接伝送される。イオン化された充填ガスによって放射される可視光の残りの部分は、下側基板２４を覆う層によって反射された後、ＵＶ反射層３６を通過し、更に上側基板２２を通って間接的に伝送される。イオン化された充填ガス（図３Ａに破線矢印で示す）によって放射されるＵＶ光は、蛍光体層３４へと直接伝送されるか、又はＵＶ反射層３６によって反射された後、蛍光物質の層３４へと伝送される。蛍光体層３４は、それらのＵＶ光を電磁スペクトルにおける可視部分の光に変換し、その可視光は、ＵＶ反射層３６を通過し、更に上側基板２２を通過して、対象物へと伝送される。
【００１３】
図３Ａにおいて、フラッシュランプ２０の外壁構造２８は、概略的な形で描かれている。外壁構造２８は、上側基板２２と下側基板２４の間に挟まれた適当な寸法の独立した矩形フレームであってよく、それらの基板の間に密閉ガスチャンバ２６が画定される。したがって、外壁構造２８は、平坦な上側基板２２と平坦な下側基板２４を互いに間隔を空けて平行な状態で支持するとともに、それらの基板を外周部で互いに接合し、それらの基板の間に密閉ガスチャンバ２６を画定する。あるいは、プラズマディスプレイの製造時に使用されるものと同様の製造プロセスを使用することもでき、それにより、可撓性の層を使用して極小のキャビティをガラス製のシートに格子状にエッチング、又はサンドブラストし、そのガラス製のシートによって、複数の外壁構造２８を形成する場合がある。フラッシュランプセルのアレイを形成するために、それらの外壁構造は上側基板２２と下側基板２４の間に挟まれる。フラッシュランプはそれらをあわせたものによって構成される。
【００１４】
電極３０及び３２（図３Ａ）は、別個の部品（アノード３０、及びカソード３２として概略的に描かれている）として外壁構造に一体化してもよいし、適当な厚さの薄膜材料をスクリーンプリントすることにより、導電性トレース（図示せず）として形成してもよい。蛍光体の層３４は、従来の蒸着法を使用して、下側基板２４上に蒸着することができる。保護層３８は、二酸化シリコンのような適当な反射性コーティングから形成される場合がある。実際には、同様に可視光を透過するＵＶ反射層３６として、例えば、誘電体反射鏡、又はナノスケールの粒子の層が使用される。生成されたＵＶ光を有効に利用するために、ＵＶ反射層３６は、広い範囲の角度にわたるＵＶ光に対して高い反射率を有するように設計すると有利である。この種のフィルタでは一般的であるが、大きな角度における可視光の反射率を増加させても、フラッシュランプ２０の光出力が減少することはない。反射されたＵＶ光は、拡散反射により下側基板２４で反射され、上側基板２２を通過するまで再利用され続ける。また、大きな角度における可視光の反射率を増加させると、生成される放射光の方向転換が容易になり、実質的に、フラッシュランプ２０の放射角の調節が容易になる。複数の蛍光体の適当な混合物は、所望の励起波長、放射波長、及び吸収波長を有する蛍光体の適当な重量パーセンテージに基づいて選択される。
【００１５】
図３Ｂは、本発明による他の実施形態４０を示している。この実施形態は、類似の部品を示す類似の参照符号から分かるように、図３Ａに示したフラッシュランプ２０に似た構成を持つ。ただし、フラッシュランプ４０では、蛍光物質の層３４’は、上側基板２２の内側表面上に延在し、反射物質の層３８’は、蛍光物質の層３４’の上に延在している。金属製反射層４２は、下側基板２４の内側表面上に延在している。この実施形態の場合、蛍光物質の層３４’は、ＵＶ光を可視光に効率的に変換し、生成された可視光を透過させるだけでなく、アーク放電によって生成された可視光も透過させなければならない。ただし、可視光の効率的な透過が可能な比較的薄い厚さである場合、ＵＶ光の大半は、変換されることなく蛍光体層を通過し、通常は、フラッシュランプの外側エンベロープによって吸収される。
【００１６】
図２における蛍光物質のコーティング１４、図３Ａにおける蛍光物質の層３４、及び図３Ｂにおける蛍光物質の層３４’の厚さは、約５マイクロメートル〜１００マイクロメートルであることが望ましく、約２０〜３０マイクロメートルであると更に望ましい。蛍光体のコーティング、すなわち層の厚さは、可視光を吸収し過ぎないように十分に薄いものでなければならず、かつ、過度の量のＵＶ光が可視光に変換されることなく通過されることがないように十分に厚いものでなければならない。
【００１７】
図４Ａを参照すると、この図は、図３Ａのフラッシュランプ２０に似た本発明による代替実施形態５０を示している。ただし、この実施形態では、前述の金属製反射層５２が、下側基板２４の内側表面と、蛍光物質の層３４の間に挟まれている。そのため、変換層３４を比較的薄くすることができる。したがって、変換層３４を通過したＵＶ光は、ＵＶ反射層３６へと反射され、さらに蛍光物質の層３４へと戻され、可視光に変換される。
【００１８】
図４Ｂを参照すると、この図は、図３Ｂのフラッシュランプ４０に似た本発明による実施形態６０を示している。ただし、この実施形態では、前述のＵＶ反射層６２が、上側基板２２の内側表面と、蛍光物質の層３４’の間に挟まれている。さらに別の保護材料の層６４が、蛍光物質の層３４’とＵＶ反射層６２の間に挟まれている。この構成によれば、蛍光物質の層３４’の厚さを比較的薄くすることができる。
【００１９】
図５を参照すると、本発明による実施形態７０は、可視光に対して透明な物質から形成された上側基板２２及び下側基板２４を有する。したがって、この実施形態は、一方から放射された可視光を収集し、再放射するための反射器（図示せず）とともに使用される。フラッシュランプ７０は図４Ｂの実施形態６０に似ているが、前者は、下側基板２４の内側表面上を覆うＵＶ反射層７２、蛍光物質の層７４、及び保護層７６からなる多層構造を更に有する。
【００２０】
本発明による図６の代替実施形態８０は図４Ａの実施形態５０に似ているが、前者は、上側基板２２の外側表面に取り付けられた、可視光に対して透明な適当な材料から形成されたドーム形の凸レンズ８２を含む。レンズ８２は、アーク放電ランプによって放射された可視光を収集し、ビームとして収束させる。レンズ８２の形や寸法は、所望の光パターンや、所望の拡散（もしあれば）の量に応じて異なる場合がある。
【００２１】
本発明による幾つかの実施形態について説明したが、その変形も、当業者にとっては明らかであろう。例えば、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、及び図６のフラッシュランプの概念は、対向する概ね平坦な２枚の基板を使用する代わりに、円筒形、すなわち概ね管状の透明なエンベロープを使用してもよい。それらはＵＶ反射層、金属製反射層、又はそれらの任意の組み合わせの上に延在させることができる。したがって、本発明によって提供される保護は、特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のキセノン・アーク放電ランプの一般的なスペクトル分布、及びウィンドウ通過率を示すグラフである。
【図２】反射器の隣りに配置された円筒型アーク放電フラッシュランプの形を有する、本発明による第１の実施形態を示す略断面図である。
【図３Ａ】平坦な部品を使用した本発明による代替実施形態を示す略断面図である。
【図３Ｂ】平坦な部品を使用した本発明による代替実施形態を示す略断面図である。
【図４Ａ】本発明による更に別の実施形態を示す略断面図である。
【図４Ｂ】本発明による更に別の実施形態を示す略断面図である。
【図５】本発明による更に別の実施形態を示す略断面図である。
【図６】本発明による更に別の実施形態を示す略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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