(57)【要約】  本発明は、少なくとも、放電チャンバ（２１）を有し、少なくとも外側輪郭が放電チャンバ（２１）の領域で楕円形状を有するバーナ（２）と、放電チャンバ（２１）内に延び、放電チャンバ（２１）の最長の対称軸上に互いに対向して配置された２つの電極（４１，４２）と、放電チャンバ（２１）の領域のバーナ（２）の外側輪郭上に少なくとも配置された多層干渉フィルタ（３）とを有する、所定発光スペクトルを備える少なくとも所定波長範囲で光を発光する高圧放電ランプ（１）であって、所定波長領域からの光の少なくとも一部は、多層干渉フィルタ（３）を通過可能であり、且つ、所定波長領域からの光の他の部分は、２つの電極（４１，４２）間の空間に反射され得る高圧放電ランプに関する。
2006528412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定発光スペクトルを備える少なくとも所定波長範囲で光を発光する高圧放電ランプであって、少なくとも、
放電チャンバを有し、少なくともその外側輪郭が前記放電チャンバの領域で楕円形状を有するバーナと、
前記放電チャンバ内に延び、前記放電チャンバの最長の対称軸上に互いに対向して配置された２つの電極と、
前記放電チャンバの領域の前記バーナの前記外側輪郭上に少なくとも配置された多層干渉フィルタとを有し、
前記所定波長領域からの前記光の少なくとも一部は、前記多層干渉フィルタを通過可能であり、且つ、前記所定波長領域からの前記光の他の部分は、前記２つの電極間の空間に反射され得る高圧放電ランプ。
【請求項２】
前記多層干渉フィルタの層構造において、より高い屈折率を備えた層が、より低い屈折率を備えた層と交互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備えた前記多層干渉フィルタの前記層は、好ましくは、優勢的に二酸化ケイ素を有し、前記多層干渉フィルタの前記第二層は、二酸化ケイ素よりも高い屈折率を有する材料、好ましくは、優勢的に酸化ジルコニウムを有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４】
前記第二層は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオビウム、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、これらの材料の組み合わせを有する群からの材料を有す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】
前記所定発光スペクトルは、前記多層干渉フィルタが通過及び反射を可能にする前記光の前記部分の比率に関するフィルタ特性を選択することによって達成可能であ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】
当該高圧放電ランプはＵＨＰランプであ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７】
請求項１乃至６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１つ有する、投影システム、光ファイバケーブルを備える内視鏡システム、又は、照明システム。
【請求項８】
所定発光スペクトルを備える少なくとも所定波長範囲の光を発光する照明ユニットであって、少なくとも、
対称な放電チャンバを有するバーナと、該放電チャンバ内に延びる２つの電極と、を有する光源としての１つの高圧放電ランプと、
前記所定波長範囲からの前記光からの少なくとも一部が通過し得る多層干渉フィルタと、
前記光源と前記多層干渉フィルタとの間のビーム路に配置され、且つ、前記多層干渉フィルタを通過しない前記所定波長範囲からの前記光からの少なくとも一部を前記２つの電極間の空間内に反射する反射器とを有し、
前記２つの電極は、前記高圧放電ランプの最長の対称軸上に互いに対向して配置されている照明ユニット。
【請求項９】
請求項８に記載の照明ユニットを少なくとも１つ有する、光ファイバケーブルを備えた内視鏡システム、照明システム、又は、投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の発光スペクトルを備える少なくとも所定の波長範囲で光を発光する高圧放電ランプに関する。本発明は、所定の発光スペクトルを備える少なくとも所定の波長範囲で光を発光する照明システムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガス放電ランプ（ＨＩＤ［高輝度放電］ランプ）、具体的には、ＵＨＰ（超高性能）ランプは、その光学特性の故に、とりわけ好ましくは投影の目的で用いられる。本発明の目的のために、ＵＨＰランプ（フィリップス）という呼称は、他の製造業者によって製造されるＵＨＰ型ランプもカバーする。
【０００３】
これらの用途のために、電極チップ間に形成するアークが所与の長さを超えないよう、可能な限り点状の光源が必要とされるのが一般的である。加えて、可能な限り自然な可視光の分光組成を維持しながらの可能な限り高い輝度が概ね望ましい。光源の種類及び各場合におけるその動作は、発光される光のための所与の発光スペクトルを決定する。
【０００４】
特定の光関連用途の場合には、所望の、よって、所定の波長範囲が、そのパラメータに関してそのように定められる所望の発光スペクトルを備えて必要とされ、そのスペクトルは、光源の上述の従来的な発光スペクトルと異なる。もしこの光源がそれにも拘わらず用いられるならば、所望の所定発光スペクトルを得るために、適合が追加的な成分を用いて既知の方法で達成されなければならない。
【０００５】
ＵＨＰランプは、とりわけ約７５００Ｋの極めて高い色温度を備える所与の分光分布の故に、例えば、演色に関して厳しい要求のある用途には余り適さない。よって、追加的な手段、例えば、吸収フィルタ、及び、通例、追加的な費用と関連する措置を用いた適合の必要がある。
【０００６】
高圧ガス放電ランプは、例えば、白熱灯に比べより改良された効率を示すが、その効率のさらなる改良は、高圧ガス放電ランプに関する開発の焦点である。
【０００７】
望ましくない放射線をアーク領域に反射して戻すことによる、ガス放電ランプの効率を増大する問題に対する１つの基本的なアプローチは、米国特許第３，９３１，５３６号から既知である。この例では、望ましくない放射線の少なくとも部分的な再吸収はアーク内で生じ、そこでは、目的に従って、このエネルギー入力はランプの効率を増大する働きをする。例えば、多層干渉フィルタが反射器として用いられる。アークによって発光される光のスペクトルの少なくともそれらの部分は再吸収され、さもなければ、それらは照明目的のためには利用し得ない。光の所望波長範囲、即ち、所定パラメータを備える範囲内の各発光スペクトルに意図的な影響を及ぼすことは、詳説される解決を伴って可能ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、工業的な大量生産によって効果的に製造可能であり、且つ、所定の発光スペクトルを備えた所定の波長範囲での光の発光を保障する干渉フィルタを有する、上述の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た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】
【０００９】
本発明の目的は、請求項１の特徴によって達成される。
【００１０】
本発明に従ったランプは、少なくとも、放電チャンバを有し、少なくともその外側輪郭が放電チャンバの領域で楕円形状を有するバーナと、放電チャンバ内に延び、放電チャンバの最長の対称軸上に互いに対向して配置された２つの電極と、放電チャンバの領域のバーナの外側輪郭上に少なくとも配置された多層干渉フィルタとを有し、所定波長領域からの光の少なくとも一部は、多層干渉フィルタを通過可能であり、且つ、所定波長領域からの光の他の部分は、２つの電極間の空間に反射され得る。
【００１１】
所定波長範囲からの光の他の部分は、２つの電極管の空間、即ち、アーク又はプラズマの領域に反射され、この干渉フィルタを以前に通過しなかった。
【００１２】
２つの電極間の空間で最も広範囲に起こるプラズマ又はアークへの著しい再吸収のために、干渉フィルタからの光の反射部分が放射を通じて直接この空間に進入することが必要である。この場合には、再吸収割合の大きさは、例えば、試験によって、アークを通じた光の反射割合の考え得る多通路の所望の全体的効果が所望の発光スペクトルを招くよう設定されなければならない。この関係で、上述のような設定は、具体的には、対応する干渉フィルタ又はその設計によって可能とされる。対応する干渉フィルタの選択は、特に、輝線の減衰によって容易に達成される。
【００１３】
この関係で、電磁波を伴った照射に晒される物質又は媒体、例えば、プラズマは、具体的には、それらがそれらを自体を発光し得る周波数を吸収するという実証的命題が用いられる。
【００１４】
このため、光の全波長範囲は、干渉フィルタによって同程度には反射されないのが一般的である。通例、１つの波長範囲のみ又は複数の波長範囲が、選択的な方法で、全体的に又は部分的に反射される。この関係で、所望の発光スペクトルの本発明に従った設定は、具体的には、所望の波長範囲にある高エネルギー波長範囲（輝線）の出力を意図的に低減することの結果として行われる。干渉フィルタで反射されるべき光の各波長範囲の選択は、具体的には、エネルギーの観点から達成される、即ち、関連する波長範囲は十分な出力を特に有さなければならず、それは干渉フィルタでの反射後にプラズマ内で少なくとも部分的に吸収され得る。
【００１５】
干渉フィルタの選択のためのさらなる基準は、所要の温度安定性、及び、工業的大量生産に適する特性である。
【００１６】
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遷移の故に、干渉フィルタはそのような反射器として第一に適している。もし層の配列が適切に設計されているならば、フィルタ特性を所要の高レベルの正確性を伴って広範囲に生成し得る。
【００１７】
電力の供給に加えて、放射線の再吸収は、アークのためのエネルギーの追加的な供給を構成し、それは再びそれぞれのランプの種類のそれぞれの光スペクトルを発生する働きをする。この場合には、このエネルギーは、相当程度の電極損失を被る電極を介してよりも効率的にアークに進入する、という追加的な利点が達成される。
【００１８】
この所望の再吸収が所望の発光スペクトルの達成にどの程度寄与し得るかは、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。
【００１９】
もし干渉フィルタが放電チャンバ又はバーナの実質的に外側輪郭の全体に配置されるならば、通例、部分的塗膜の形態の干渉フィルタの場合に比べ、反射放射線のより大きな割合を再吸収のために使用し得る。
【００２０】
従属項は、本発明の有利なさらなる発展を包含する。
【００２１】
多層干渉層の層構造は、より高い屈折率を備える層が、より低い屈折率を備える層と交互に起こるようであることが好ましい。
【００２２】
そのような干渉フィルタは、多層構造であるのが一般的である。干渉フィルタが多層構造である場合、より高い屈折率を備える層が、より低い屈折率を備える層と交互する。各層の屈折率は、具体的には、層の選択材料によって決定され、そこでは、この点において相違する少なくとも２つの誘電性材料が層構造中に見い出されるべきである。
【００２３】
フィルタの透過及び反射特性は、フィルタの異なる層の設計、具体的には、その層の厚さによって決定される。
【００２４】
原理的には、フィルタの様々な層の屈折率間の差が大きければ大きいほど、所望のスペクトル標的機能はより容易に達成される。層の材料の屈折率値の間に大きな差がある場合には、通例、交互層の数、よって、しばしば干渉フィルタの全体的な厚さを低減し得る。もしランプバルブが具体的に水晶又はその類似物から成るならば、より低い屈折率を備える材料として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が用いられる。より高い屈折率を備える層の材料を選択するとき、ＵＨＰランプの従来的な動作温度が考慮されなければならず、その上方範囲は約１０００℃である。例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）が、この点において満足し得る耐熱性を示す。
【００２５】
加えて、干渉フィルタの通過又は反射を許容する光の部分の比率に関するフィルタ特性を選択することによって、所定の発光スペクトルを達成し得ることが好ましい。
【００２６】
本発明の目的は、請求項８に請求されるような照明ユニットによっても追加的に達成される。
【００２７】
本発明に従った所定発光スペクトルを備える少なくとも所定波長範囲の光を発光する照明ユニット照明ユニットは、少なくとも、対称な放電チャンバを有するバーナと、放電チャンバ内に延びる２つの電極と、を有する光源としての１つの高圧放電ランプと、所定波長範囲からの光からの少なくとも一部が通過し得る多層干渉フィルタと、光源と多層干渉フィルタとの間のビーム路に配置され、多層干渉フィルタを通過しない所定波長範囲からの光からの少なくとも一部を２つの電極間の空間内に反射する反射器とを有し、２つの電極は、高圧放電ランプの最長の対称軸上に互いに対向して配置される。
【００２８】
図面に示される実施態様の例を参照して本発明をさらに記載するが、本発明はそれに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明に従った高圧ガス放電ランプ（ＵＨＰランプ）の対称的な放電チャンバ２１を備えたランプバルブ１の概略的な断面図である。一体形バーナ２が、ガスで充填された放電チャンバ２１を密閉して封止し、この点に関しては従来的であり、その材料は従来的な硬質ガラス又は石英ガラスである。一体形バーナ２は、２つの円筒形の互いに対向するゾーン２２，２３を含み、約９ｍｍの直径を備える実質的に球形のゾーン２４がそれらの間に位置する。放電チャンバ２１の領域におけるバーナ２の外側輪郭は、楕円形状である。電極配列を備えた楕円形状の放電チャンバ２１は、ゾーン２４の中心に配置されている。電極配列は第一電極４１と第二電極４２とを実質的に含み、電極の対向チップ間で、アーク放電が放電チャンバ２１内で引き起こされ、アークは放電チャンバ内で高圧ガス放電ランプのための光源として働く。電極４１，４２の両端部は、放電チャンバ２１の最長の対称軸上に配置されて、ランプの端子５１，５２に接続され、ランプの動作のために必要な供給電圧が、電気端子を介して、一般線間電圧のために設計された図１．１には例証されていない電源によって供給される。
【００３０】
干渉フィルタ３が、ゾーン２４の外面全体に亘って配置されている。干渉フィルタ３は全体的に約１．２μｍの厚さであり、複数の層を含む。干渉フィルタ３の設計又はその構造は図１．２から明らかである。干渉フィルタ３は１８層構造であり、Ｓｉ０２（二酸化ケイ素）層の全体的な層の厚さは約６８２ｎｍに達し、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）層の全体的な層の厚さは約４６７ｎｍに達する。
【００３１】
干渉フィルタ３の２つの異なる層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、ここでは、低い率を備える層はより高い率を備える層と交互する。ＳｉＯ２はより低い率を備える層３．２のための材料として働き、ＺｒＯ２はより高い率を備える層３．１のための層として働く。
【００３２】
干渉フィルタ３は、原理的には、約４２０〜約５３０ｎｍの波長範囲からの光を反射し、原理的には、約５２０ｎｍより大きい波長範囲（所定波長範囲）からの光を通過させる。少なくとも部分的な再吸収があるよう、５２０ｎｍよりも大きい波長範囲（所定波長範囲）からの光の一部は、本発明に従って、２つの電極４１，４２の間の領域に反射される。
【００３３】
干渉フィルタ３の層状の塗布は、それ自体は既知のスパッタリングによって製造プロセス中に遂行される。
【００３４】
上述のランプバルブ１を備え、且つ、１２０Ｗの最良電力で動作するＵＨＰランプの場合、完全／高負荷範囲の数千時間の動作後でさえ、比較可能なランプの通常の老化を超える大幅な減損は見られなかった。
【００３５】
本発明に従ったＵＨＰランプは、発光及び電気特性に関して、所謂ウルブリヒト球を用いた標準的な測定方法によって、１２０Ｗの入力電力で測定された。放射電力は可視光範囲（４００〜７８０ｎｍ）で２２．９１Ｗに達した。５８５３ｌｍの光量の場合、４４．８ｌｍ／Ｗの効率が得られた。約１２．８％の赤色比の場合、色温度は４２５６Ｋに達した。所望（所定）の発光スペクトルに関しては、低い色温度が目標である。
【００３６】
他方、上述の干渉フィルタ３を備えない比較可能なＵＨＰランプの類似の測定は、以下の値を生成した。放射電力は可視光範囲（４００〜７８０ｎｍ）で３０．９７ｌｍに達した。７３２５ｌｍの光量の場合、６１．３ｌｍ／Ｗの効率が得られた。８．７％の赤色比の場合、色温度は７７９１Ｋに達した。
【００３７】
本発明の特に有利な発展は、投影目的のために働く高圧ガス放電ランプに関する。
【００３８】
本発明のさらなる詳細、特徴、及び、利点は、さらなる好適実施態様に関する以下の記載によって明らかにされる。
【００３９】
所望（所定）の発光スペクトルに関して、ここでは演色率の向上が目標である。
【００４０】
照明ユニットは少なくとも標準的なＵＨＰランプから成り、即ち、具体的には、ＵＨＰランプ自体は干渉フィルタを有さない。ＵＨＰランプは従来的な方法で調節されて反射器内に固定される。
【００４１】
照明ユニットは多層干渉フィルタを追加的に含み、所定波長範囲からの光の少なくとも一部がそこを通過する。多層干渉フィルタは、それ自体は既知のスパッタリング方法によって、例えば、石英ガラスの平面的な担体基板に塗布される。平面的な担体基板は、反射器の出力光ビーム内に位置付けられる。
【００４２】
反射器は、光源と干渉フィルタとの間のビーム路内に配置され、干渉フィルタを通過しない所定波長範囲からの光の少なくとも一部が、２つの電極間の空間内に反射されるのを可能にする。
【００４３】
図２に従った干渉フィルタを備える本発明に従った照明ユニットは、演色指数に関して、標準的な測定方法によって、１２０ＷのＵＨＰランプ入力電力で測定された。約１２．１％の赤色比、及び、７４．６のＲａ８の演色指数の場合、色温度は６０１６Ｋに達した。
【００４４】
他方、上述の干渉フィルタ３を有さないＵＨＰランプを備えた比較可能な照明ユニットの類似の測定は、以下の値を生成した。約９．１％の赤色比及び６５．０のＲａ８の演色指数の場合、色温度は７９３９Ｋに達した。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】１８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２】本発明に従った照明ユニットの３２層干渉フィルタの設計を示す表である。
【図１】
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【図２】
2006528412.tif 000004
【国際調査報告】
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