JP2005203356A - エネルギー効率の良いランプのための最適化された紫外線反射多層被膜 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 メタルハライドランプ(10)の光透過性外囲体(12)には、ハロゲン化金属プール(30)が封入される。外囲体の表面(42)上に付着された多層被膜(40)は、屈折率の異なる少なくとも2つの材料から成る幾つかの層を含み、これらの層は、協働して電磁スペクトルのUV領域の放射線を反射する。該被膜に垂直な入射角に対して被膜を最適化せずに、多層被膜は、アーク管表面上へのUV放射線の平均入射角(α)の10°以内であるように選択された角度にて最適化され、これによってハロゲン化金属プールに戻されるUV放射線の量を増大させる。被膜は、スペクトルのUV領域の反射率が高く、スペクトルの可視領域の光透過性が高くなると共に、ハロゲン化金属プールの加熱が改善されるように、UV光を反射してハロゲン化金属プールに戻すのが好ましい。
【選択図】 図1
Description
UV放射線捕捉用の薄膜状被膜40を付加することで、該被膜が無い場合にアーク管の外部に無用に放射されるはずのUV放射線が捕捉されることによって、ハロゲン化金属プールが有利且つ有意に加熱される。被膜40によるハロゲン化金属プールの加熱は、アルミナ末端被膜の有無にかかわらず、被覆されたQMHランプを、アルミナ末端被膜を有する従来の被覆されていないQMHランプよりも高い効率で有効に動作させることができる。
[実施例]
実施例1
UV被膜の非垂直最適化
30°の入射角αに対して最適化された多層被膜を、HIDメタルハライドランプ(GE MVR400/VBU)内の垂直方向に作動するアーク管に施した。このアーク管は、非ドープ石英で形成され、実質的に図1に示すようなアーク管であった。被膜は、石英基板上にTa2O3(高屈折率材料)とSiO2(低屈折率材料)から成る交互層で形成された。UV光線分布の実ピーク角度θpは、光線追跡プログラムを用いて、約26°でより大きな角度に曲っていることが確認され、その結果、30°が好ましい(平均)最適化角度αである。MVR400の場合においては、分布の3分の2は、0°〜45°の間に含まれることが分かった。
実施例2
30°にて最適化されたランプの性能における改善の算出
実施例1の30°にて最適化された高反射率ランプを、他のUV被膜付きランプと比較した。表3は、アークにより放出され、ハロゲン化金属プールが配置されたアーク管の端部まで被膜によって供給されるUVの量の光線追跡計算結果を反射率と最適化角度の関数として示している。この表に示された数値は、指定された波長領域内においてアークから放出された光線であり、最終的には反射されてハロゲン化金属プールへ戻る光線のパーセンテージを表している。従って、最適化角度α=30°にて最適化され、且つ高反射率(300〜370nm領域で平均98%)用に形成された被膜を備えた同等のアーク管の場合の49.9%と比較すると、垂直から15°にて最適化された低反射率(90%)の被膜付きアーク管の場合では、例えば近UV領域(300〜400nm)において放出されたUV光線の30.8%だけがハロゲン化金属プールに戻る。上述のことから明らかなように、プールに戻らないUVは実質的に無駄に消費され、アーク管壁を加熱するか、もしくはアーク管壁を透過する。高反射率(実施例1のランプの場合、96〜98%)と組み合せた30°における最適化は、約15°にて最適化され且つより低い反射率(Low−R)を有する同様のランプより優れる50%の改善をもたらし、約15°にて最適化され且つ高い反射率(High−R)を有するランプより優れる15%の改善をもたらすことが算出された。被覆されていないランプと比較して、30°にて最適化されたHIgh−Rのランプの場合には、LPWにおいて16%の増大が得られ、15°にて最適化されたLow−Rの被膜では、LPWにおいて2〜5%の増大に過ぎなかった。
10 バーナ
12 アーク管
14 内部チャンバ
16 気密シール部
20、22 電極
23 アーク放電
24、26 リード線
28 始動電極
30 蒸発可能材料
40 多層光学干渉被膜
42 外表面(アーク管壁44の)
44 壁(アーク管12)
50 内表面(アーク管壁44の)
52 シュラウド、外囲体
Claims (10)
- メタルハライドランプ(10)の効率を改善する方法であって、
アーク管(12)の表面(42)上に多層被膜(40)を配設する段階を含み、前記被膜が、屈折率の異なる少なくとも2つの材料から成る層を含み、これらの層が協働して電磁スペクトルのUV領域の放射線を反射し、前記被膜が、該被膜に衝突するUV放射線の少なくとも95%を反射するように最適化されており、
前記方法が更に、
アークからUV放射を生じさせるように前記ランプを作動させる段階と、
前記UV放射線を反射して前記ランプ内へ戻す段階と、
を含む方法。 - 前記被膜が、該被膜に衝突するUV放射線の少なくとも98%を反射するように最適化されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 300〜400nmの波長領域においてアークから放出されたUV放射線の少なくとも45%がハロゲン化金属プールに到達すること、
300nmと391nmとの間にある前記ランプのUV放射線の少なくとも平均90%が反射されること、
450〜650nm領域の少なくとも平均96%の投射が反射されること、
及び、
300nmと370nmとの間にある前記ランプのUV放射線の少なくとも平均95%が反射されること、
の内の少なくとも1つが真であるように、前記被膜がUV放射線を反射することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 被覆されていない時のランプのスペクトル分布を求める段階と、
前記UV放射が最大であるUVスペクトルの領域において、より大きな反射率を与えるように前記被膜を最適化する段階と、
を更に含む請求項1に記載の方法。 - 400〜450nmの波長領域内の可視光の一部を反射して前記ランプに戻す段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ランプ作動中の前記アーク管上への放射線の非垂直入射を考慮するよう選択された角度(∀)にて前記多層被膜を最適化する段階を更に含む請求項1に記載の方法。
- UV光が前記アーク管に衝突する平均角度を求める段階と、
前記被膜が最適化される角度を前記平均角度の約10°以内になるように選択する段階と、
を更に含む請求項6に記載の方法。 - 前記被膜が、複数の波長の各々におけるスペクトルパワーに正比例して、複数の波長の各々におけるUV光を反射するように最適化されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記アーク管の表面上に多層被膜を配設する段階が、ある角度で被膜を最適化するために、前記被膜内の層の各々の厚さと最適な層の数とを計算するためのコンピュータプログラムを利用することを含む請求項1に記載の方法。
- 外囲体(12)と、
ランプ作動時に放電を発生させるための前記外囲体内のハロゲン化金属プール(30)と、
前記外囲体の表面(42)上の多層被膜(40)と、
を備え、
前記被膜が、屈折率が異なる少なくとも2つの材料の層を含み、これらの層が協働して電磁スペクトルのUV領域内の放射線を反射し、前記多層被膜が、
a)アーク管上へのUV放射線の平均入射角の10°以内である角度にて前記外囲体に衝突するUV放射線の反射と、
b)前記被膜に衝突するUV放射線の少なくとも95%の反射と、
c)複数の波長の各々におけるスペクトルパワーに正比例する、複数の波長の各々におけるUV光の反射と、
の内の少なくとも1つに対して最適化されることを特徴とするメタルハライドランプ(10)。
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