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Die Erfindung betrifft eine Glühlampe mit einem ein optisches Spektrum realisierenden kontaktoptischen Dünnschichtsystem, das durch ein vakuumtechnisches Verfahren aufgetragen ist, mit einem zylindrischen Kolben, der an beiden Enden mit aus Metallfolien gebildeten und durch Quetschungen eingelöteten Stromzuführungen versehen ist, wobei zwischen den Stromzuführungen im inneren geschlossenen Raum des Kolbens konzentrisch eine Glühwendel angeordnet ist.
Verschiedene Lichtquellen, welche die Wärme- bzw. Erregungswirkung des elektrischen Stromes ausnutzen, emittieren die Lichtenergie zumeist nicht in dem dem Verwendungsziel entsprechenden Spektralbereich. Durch die gegenwärtigen Massnahmen wird diese Schwierigkeit so beseitigt, dass nur einen gewissen Anteil des von der Lichtquelle emittierten Spektrums durchlassende Vorsätze und/oder Reflektoren vor bzw. hinter der Lichtquelle vorgesehen werden.
Die optisch verlustlose Wirkungsweise von Dünnschichtsystemen, die aus Dielektrikum- - Schichten gebildet sind, welche auf Grund der Lichtinterferenz nach Bedarf über eine optische Transmissions- oder Reflexionsfunktion verfügen, lässt solche Systeme für Glühlampen geeignet erscheinen. Eine der Literaturstellen, in welchen Anordnungen von Interferenzschichten beschrieben sind, ist die Publikation von Dr. H. Koch :"Moderne Wärmeschutzelemente"in Feingerätetechnik, 14. Jahrgang, 1965, Nr. 2, Seiten 50 bis 60. Farbfilter, die nach dem Prinzip der Interferenz arbeiten, waren schon vorher bekannt. Ein solches Filter ist unter anderem in der DE-PS Nr. 716153 beschrieben.
Seit langem ist das Bestreben bekannt, zur Herabsetzung der Wärmestrahlung von Lichtquellen reflektierende Schichten zu verwenden. Solche Lösungen sind z. B. aus den US-PS Nr. 3, 221, 198 und Nr. 3, 400, 288 bekannt, wonach am Kolben einer Natriumdampfentladungslampe Zinnoxyd- bzw.
Indiumoxydschichten verwendet werden. Nach der US-PS Nr. 3, 931, 536 verwendet man für diesen Zweck im Vakuum abgeschiedene Ti02 -Si02 -Schichten, deren Reflexion im sichtbaren Bereich kleiner als 5% und Infrarotbereich von 800 bis 1200 nm grösser als 95% ist.
Bei Projektionslampen hat man ebenfalls versucht, die Infrarotkomponente aus dem projizierten Lichtbündel herauszusieben. Zu diesem Zweck sind die sogenannten Kaltlichtspiegel-Projektionslampen entwickelt worden, bei welchen auf das Paraboloid oder eine andere Reflexionsfläche der Lampen eine Interferenzschicht aufgetragen wurde, welche die Infrarotstrahlung durchlässt und nur das sichtbare Licht reflektiert. Eine derartige Lösung ist in der US-PS Nr. 3, 162, 785 beschrieben. Die vorerwähnten Lösungen dienen hauptsächlich zur Aussiebung des infraroten Gebietes der ausgestrahlten Energie ohne Wirkung auf das sichtbare Gebiet.
Aus der DE-OS 2811037 ist eine Glühlampe bekannt, bei welcher der Glühfaden so im Kolben angeordnet ist und der Kolben so geformt ist, dass wenigstens ein Teil der vom Glühfaden abgestrahlten Infrarotenergie zurück zum Glühfaden reflektiert wird. Zur Unterstützung dieser Wirkung ist ein transparenter Wärmespiegelüberzug vorzugsweise an der Innenseite des zweckmässig grösstenteils kugelförmig ausgebildeten Kolbens vorgesehen. Der Überzug ist von einer Metallschicht und wenigstens einer Schicht aus einem dielektrischen Material gebildet, die daneben angeordnet ist, um wenigstens im Mittel mehr als etwa 40% der vom Glühfaden abgestrahlten Energie über den Infrarotbereich zurück zum Glühfaden zu reflektieren und im Mittel über etwa 60% der vom Glühfaden abgestrahlten Energie über den sichtbaren Bereich, die den Überzug erreicht, hindurchzulassen.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine Glühlampe mit einem kontaktoptischen Dünnschichtsystem zu schaffen, welches in den interessierenden Spektralbereichen die Erzielung hoher Werte der Infrarotreflexion bzw. der Transmission des sichtbaren Lichtes ermöglicht und welches auch bei Anbringung an der Aussenseite des Glühlampenkolbens unter Betriebsbedingungen während der Lebensdauer der Glühlampe keine nachteiligen chemischen und physikalischen Veränderungen erleidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung bei einer Glühlampe der eingangs angegebenen Art im wesentlichen darin, dass an der äusseren Oberfläche des Kolbens ein alternierend aufgetragenes Ti02-Si02-Schichtsystem ausgebildet ist, in welchem System die optische Dicke n. d der Schichten (n = Brechungsindex ;
d = geometrische Schichtdicke) mit der Ausnahme der ersten und der letzten Schicht im sichtbaren und im nahen infraroten Gebiet ein Viertel der zu reflektierenden Abstimmungswellenlänge XR ist, wobei im Falle der maximalen Kurzwellendurchlässigkeit neben
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dem Reflexionsgebiet die optische Dicke der ersten und letzten SiOs-Schicht gleich ÀR/8, im Falle der Langwellendurchlässigkeit bei der TiOz-Schicht die optische Dicke gleich \R/8 ist.
Der Aufbau des Dünnschichtsystems aus Titandioxyd und Siliziumdioxyd ohne Metallschicht ergibt eine auch bei hohen Betriebstemperaturen gegen Einflüsse der umgebenden Atmosphäre unempfindliche, stabile Anordnung. Das System lässt sich optisch so abstimmen, dass ein Anteil des Strahlungsspektrums auf den das Licht emittierenden Glühfaden zurückgestrahlt wird, wobei der andere Anteil des Spektrums beinahe absorptionsfrei aus der Lichtquelle herausgekoppelt wird.
Dies erlaubt einerseits die Herstellung von Farblichtquellen ohne Sonderfilterung, anderseits wird die Farbenkorrektion von Lichtquellen ermöglicht, die eine nicht entsprechende spektrale Energieverteilung (Farbtemperatur) haben.
Bei Glühlampen mit Wolframglühfaden lässt sich mit Schichtsystemen, die in der Nähe des Emissionsmaximums reflektieren, durch die homogene Heizung des Glühfadens eine höhere als die übliche Temperatur erreichen, unter gegebenen Konstruktions- und Energieeinspeisungsverhältnissen.
Auf Grund der obigen Prinzipien, d. h. durch Auftragen von Kontaktschichtsystemen, die entsprechende optische Eigenschaften besitzen, sind zylinderförmige Hochleistungs-Lichtquellen herstellbar, die in einem engen Band bestimmter Wellenlänge strahlen und einen bedeutenden Anteil der Lichtenergie auf den Glühfaden zurückstrahlen, wodurch eine sehr gute Möglichkeit geboten wird, den Wirkungsgrad der an sich bekannten Laser-Erregungslichtquellen mit Glühfaden zu erhöhen.
Die erfindungsgemässen kontaktoptischen Dünnschichtsysteme, die eine hohe mechanische und chemische Widerstandsfähigkeit besitzen, können mit einem an sich bekannten Vakuumdampf- oder Kathodenzerstäubungsverfahren unmittelbar auf die Oberfläche eines Quarz- oder Keramikkolbens aufgebracht werden. Da zu diesem Zweck für das sichtbare und nahe infrarote Gebiet nur die beinahe absorptionsfreien Metalloxyde in Betracht zu ziehen sind, können für das Anbringen der Schichten die zu diesem Zweck bekanntgewordenen, an sich bekannten Verfahren verwendet wer-
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die sich alle auf die reaktive Verdampfung von Metalloxyden in Monoxydform in Sauerstoffatmosphäre beziehen.
Im vorliegenden Falle wird das optische Dünnschichtsystem nicht auf eine ebene Oberfläche, sondern auf die äussere Oberfläche eines rohrförmigen Lampenkolbens aufgetragen, u. zw. derart, dass die Schichtdicke an jeder Stelle der Zylinderoberfläche gleich ist. Um dies zu erzielen, muss man im Vergleich mit den Abmessungen der Lichtquelle ein bedeutend grösseres Vakuumsystem verwenden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen und durch Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 schematisch eine zur Realisierung der Erfindung geeignete Vakuumaufdampfeinrichtung, Fig. 2 eine erfindungsgemässe Glühlampe und Fig. 3 die Transmissionskurve des an dem Glühlampenkolben angebrachten Überzuges.
Das erfindungsgemässe kontaktoptische Dünnschichtsystem wird in einer in Fig. l dargestellten Hochvakuum-Aufdampfeinrichtung mit einem Durchmesser von 700 mm, welche eine vertikale Achse besitzt und über eine Seitentür verfügt, hergestellt. Die Einrichtung gemäss Fig. l weist im wesentlichen einen Rezipienten --1--, einen Photometerhalter --2--, eine Drehscheibe --3--, ein drehbares Substrat --4-- und Antriebsrollen --5-- auf. Die gleichmässige Schichtverteilung wird durch die zweckmässige Anordnung der Quellen bzw. durch den Drehmechanismus der Einrichtung sichergestellt. Die Ausbildung des Drehsystems ermöglicht die Heizung der zylinderförmigen Substratoberfläche zur Erzielung einer guten Schichthaftung.
Die Messung der Schichtdicke wird mittels eines ebenen Messglases durchgeführt, das an der vertikalen Achse der Vakuumkammer angeordnet ist. Bei der Messung wird der sogenannte Übertragungsfaktor in Betracht gezogen, der für die in der Zeiteinheit auf dem Messglas bzw. auf der sich in zwei Dimensionen drehenden zylinderförmigen Oberfläche abgeschiedenen optischen Schicht, unter vorbestimmten Verdampfungsparametern, in erster Linie bei vorgegebenem Sauerstoffdruck, charakteristisch ist.
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In Fig. 2 ist als Ausführungsbeispiel eine 1000 W-Halogenglühlampe mit Wolframfaden, einer wirksamen Länge von 90 mm und einem Kolbendurchmesser von 10 mm mit einem aus Si02 -Ti02- - Schichten gebildeten kontaktoptischen Dünnschichtsystem dargestellt.
Die Lampenkonstruktion weist einen Lampenkolben --1-- (Glas oder Quarz), je eine Quetschung - -2--, stromeinleitende Molybdänfolien --3--, je einen Keramikisolator --4--, in dessen Mitte die Zuleitung der Stromzuführung eingebettet ist, und einen durch Zentrierringe --6-- unterstütz- ten Glühfaden --5-- auf. Diese Lampenkonstruktion wurde durch Einhaltung der nachstehenden Parameter mit den aus Metalloxydschichten bestehenden Interferenzschichten überzogen. Dadurch wurde ein definierter farbiger Überzug vorbestimmter selektiver Durchlässigkeit hergestellt.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Parameter gemäss dem Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es können im Rahmen der Erfindung auch andere Parameter realisiert werden. Aufdampfmaterialien sind Ti02 und Si02, welche abwechselnd auf die Oberfläche aufgebracht werden.
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Vakuumdruck <SEP> : <SEP> 1 <SEP> x <SEP> 10-'bar
<tb> Reaktive <SEP> Atmosphäre <SEP> : <SEP> 6 <SEP> x <SEP> 10-'mbar <SEP> 02 <SEP>
<tb> Aufdampftemperatur <SEP> : <SEP> 2800C <SEP>
<tb> Aufdampfgeschwindigkeit <SEP> : <SEP> SiO <SEP> = <SEP> 18 <SEP> A/s
<tb> TiO <SEP> = <SEP> 16 <SEP> A/s
<tb> Schichtdickenmessung <SEP> : <SEP> optisch, <SEP> auf <SEP> ebenem <SEP> Glas, <SEP> in <SEP> Reflexion <SEP> ; <SEP> Übertragung <SEP> der <SEP> kondensierten <SEP> Schichtdicke <SEP> am <SEP> ebenen <SEP> Glas <SEP> und <SEP> der <SEP> Dicke <SEP> der <SEP> auf
<tb> das <SEP> Rohr <SEP> aufgebrachten <SEP> Schicht <SEP> = <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> (in <SEP> Abhängigkeit <SEP> von
<tb> dem <SEP> verwendeten <SEP> reaktiven <SEP> Gasdruck)
<tb> Drehzahl <SEP> des <SEP> rohrförmigen
<tb> Trägers <SEP> :
<SEP> um <SEP> die <SEP> vertikale <SEP> Achse <SEP> der <SEP> Vakuumkammer <SEP> : <SEP> 15 <SEP> Umdr/min
<tb> um <SEP> seine <SEP> eigene <SEP> Achse <SEP> : <SEP> etwa <SEP> 500 <SEP> Umdr/min
<tb> Schichtstruktur <SEP> :/LH/'o <SEP> L/2
<tb> Eichungswellenlänge <SEP> : <SEP> 1010 <SEP> nm
<tb> Band <SEP> mit <SEP> hoher
<tb> Reflexion <SEP> : <SEP> 810-1200 <SEP> nm
<tb> Transmission <SEP> im <SEP> Bereich
<tb> 400 <SEP> bis <SEP> 2000 <SEP> nm <SEP> : <SEP> gemäss <SEP> Fig. <SEP> 3. <SEP>
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