CN101116169A - Nir白炽灯 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于产生近红外波长范围(NIR波长范围)中的光的白炽灯、尤其是卤素白炽灯，该白炽灯具有透光的灯泡、由灯泡包围的发光装置和布置在灯泡上的干涉滤波器，该干涉滤波器具有多个带有许多在光学上进行低折射的层和在光学上进行高折射的层的层堆(30，32，34)，其中，干涉滤波器(28)的第一层堆(30)被构造为用于吸收不期望的光谱的吸收滤波器，该吸收滤波器具有至少两个吸收层和一个被布置在这些吸收层之间的、在光学上进行低折射的中间层。根据本发明，吸收滤波器(30)具有对于基本上为红色的光谱范围中的光的微小透射，并且干涉滤波器(28)由于其它层堆(32，34)而拥有在NIR波长范围中的滤波器边缘。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的白炽灯。
背景技术
例如在车辆技术领域中，这样的白炽灯被用作有源夜视仪器的NIR(近红外)光源。
在例如被布置在车辆上的这样的夜视仪器中，安装在车辆前部上的NIR前灯发射出近红外辐射，该近红外辐射由公路上的或者公路边缘上的对象反射并且通过装备有CCD传感器或CMOS传感器的数字照相机来记录。从照相机接收到的图像被示在车辆内部中的平面屏幕上，或者借助平视显示器在司机的视野中被投影到挡风玻璃上。通过采用有源夜视仪器，在利用常规的汽车前灯能识别对象之前，这些对象对于车辆驾驶员变成可见的。为了不由对向交通将NIR前灯与尾灯或者制动灯相混淆，必要的是通过光学滤波系统完全抑制可见波长范围中的所有光。在此，通过陡峭的滤波器边缘(Filterkante)，从被抑制的可见波长范围(VIS范围)到适于拍照的(bildwirksame)NIR波长范围的过渡范围必须是非常窄的。由于陡峭的滤波器边缘，一方面防止过渡范围位于VIS波长范围中和发射不期望的红色余光，而另一方面防止过渡范围过远地延伸到NIR范围中并且辐射强度在该范围中下降。
从德国的公布文献DE 100 23 936 A1中，公知一种用于产生可见的红色光谱中的光的白炽灯，该白炽灯的灯泡具有由五个层堆(Schichtstapel)组成的耐热的氧化的干涉滤波器涂层。干涉滤波器的第一层堆构造了具有两个集成的薄的吸收剂层的吸收层，用于吸收不期望的蓝色和紫色光谱。安放在随后的四个层堆中的干涉涂层由在光学上进行低折射的层和在光学上进行高折射的层组成，并且这些干涉涂层用于进一步抑制来自紫色和蓝色光谱范围的光以及用于调节干涉滤波器在可见的红色光谱范围中的滤波器边缘。这样的白炽灯由于其陡峭的滤波器边缘而在波长为约590nm时产生可见的红色光。为了将滤波器边缘移到NIR波长范围中，必须将较厚的层用于干涉滤波器，但是这些较厚的层引起短波VIS范围中的透射性，并且由此发射对于NIR应用不期望的余光。
发明内容
本发明所基于的任务在于创造一种白炽灯，该白炽灯相对于常规的解决方案在同时在NIR波长范围中的透射性最大的情况下实现了改进地抑制可见光。
根据本发明，通过权利要求1所述的特征来解决该任务。在从属权利要求中说明了本发明的特别有利的实施方案。
根据本发明的用于产生近红外波长范围(NIR波长范围)中的电磁辐射的白炽灯具有透光的灯泡和布置在灯泡上的干涉滤波器，该灯泡包围发光装置，该干涉滤波器具有多个带有许多在光学上进行低折射的层和在光学上进行高折射的层的层堆。干涉滤波器的第一层堆被构造为具有至少两个吸收层和一个被布置在这些吸收层之间的在光学上进行低折射的中间层的吸收滤波器，用于吸收不期望的光谱。根据本发明，吸收滤波器具有对于基本上为红色的光谱范围中的光的微小透射，其中，干涉滤波器由于其它的层堆而拥有在NIR波长范围中的滤波器边缘。由于吸收滤波器在红色光谱范围中的微小透射，相对于现有技术必需更少的层堆，因为随后的层堆的层厚能按照陡峭的滤波器边缘和针对来自NIR光谱范围的光的高透射来进行优化。由此，在所希望的NIR范围中发射电磁辐射，并且在很大程度上防止发射不期望的红色余光。
优选地，构造吸收层的层厚和在光学上进行低折射的中间层的层厚，以致这些吸收层和中间层具有对于来自红色光谱范围的光的微小透射和对于来自NIR波长范围的电磁辐射的高透射。吸收滤波器尤其是在590nm至700nm的波长范围中具有小于或等于50％的透射。由于以上的阐述而优选地陡峭地构造根据本发明的干涉滤波器的滤波器边缘，以致在小于或等于50nm的波长范围中实现透射从10％到80％的过渡。
根据优选的实施例，两个吸收层由氧化铁Fe2O3组成。在层厚足够厚的情况下，Fe2O3层在紫色至红色光谱范围中拥有金属特性而在NIR波长范围中拥有介电特性。通过匹配和优化Fe2O3层的层厚，与在光学上进行低折射的中间层结合地实现NIR波长范围中的高透射和对于可见的紫色至红色光谱范围中的光的高吸收。
在优选的实施例中，直接布置在灯泡上的第一吸收层的层厚与跟随在光学上进行低折射的中间层的第二吸收层的层厚具有在约1∶3至1∶9的范围中的层厚比。
第一吸收层优选地具有在约20nm至40nm的范围中的层厚，和/或第二吸收层具有在约180nm至210nm的范围中的层厚。
优选地优化干涉滤波器，以致滤波器边缘位于NIR波长范围中，尤其是位于约760nm至1000nm的波长范围中，优选地位于780nm至790nm的范围中。由此确保了，根据本发明的白炽灯发射在NIR波长范围中的光谱，并且防止发射不期望的红色余光。
在本发明的优选的实施形式中，在光学上进行低折射的层是SiO2层，而在光学上进行高折射的层是Nb2O5层。但是也能应用其它的、在薄膜技术中通用的材料，诸如TiO2、Ta2O5、ZrO2、HfO2，或者应用金属氮化物。借助从一般的现有技术中公知的涂层方法，例如通过溅射过程或者CVD过程能实现干涉滤波器涂层。
在光学上进行低折射的层基本上具有在约100nm至130nm的范围中的层厚，而在光学上进行高折射的层基本上具有在约30nm至80nm的范围中的层厚，并且这两种层交替地被布置在灯泡上。
已证明为特别有利的是，由至少三个层堆和/或36个层来构造干涉滤波器。
干涉滤波器的第二层堆优选地从层厚约为10nm至20nm的在光学上进行高折射的层开始，和/或干涉滤波器的第三层堆以层厚约为25nm至45nm的在光学上进行高折射的层来结束。
根据本发明的白炽灯优选地作为红外辐射器被用于夜视仪器中，尤其是被用于NIR车辆前灯中。但是，该白炽灯也可被用作加热目的红外辐射器。
附图说明
以下借助优选的实施例来详细阐述本发明。
图1示出了根据本发明的优选实施例的白炽灯的侧视图，和
图2示出了干涉滤波器的三个层堆的透射曲线和根据现有技术的干涉滤波器的透射曲线，
图3示出了根据本发明的干涉滤波器的透射曲线。
具体实施方式
图1示出了一种用于产生NIR波长范围中的光的白炽灯1，该白炽灯1例如在NIR车辆前灯中被用作有源夜视仪器的光源。该白炽灯1拥有被构造为收缩封头(Quetschdichtung)2的灯座4和围绕灯轴A-A旋转对称的、经过排气管6密封的、由灯玻璃10所制成的灯泡8，该灯泡8包围发光装置12。发光装置12是在灯泡8中轴向对准的白炽灯丝16，该白炽灯丝16的灯丝抽头14分别与被嵌入灯泡8的收缩封头2中的钼箔18、20焊接。钼箔18、20分别与从收缩封头2中突出的电源线22、24相连接。用干涉滤波器28对灯泡8的基本上整个外表面26进行涂覆，该干涉滤波器28根据本发明对于在NIR波长范围中的电磁辐射拥有高透射，而对于其它光谱范围的电磁辐射几乎不透射。
根据表1，干涉滤波器28由总共36个干涉层和吸收层组成，这些干涉层和吸收层与现有技术相反，不是以五个层堆而是以三个层堆30、32、34从层编号1开始被布置在灯泡8的外表面26上。
干涉滤波器28的层结构由以溅射技术交替地被安放到灯泡8上的、在光学上进行低折射的层和在光学上进行高折射的层组成。
干涉滤波器28的第一层堆30被构造为吸收滤波器并且直接被安放在灯泡8上。吸收滤波器由Fe2O3(氧化铁)制成的第一吸收层和Fe2O3制成的第二吸收层、以及SiO2(二氧化硅)制成的在光学上进行低折射的中间层组成，该第一吸收层的物理层厚约为32nm，该第二吸收层具有约194nm的显著更大的物理层厚，该中间层被布置在两个吸收层之间的并且物理层厚大约为55nm。第一吸收层的层厚与第二吸收层的层厚构成了约1∶6的层厚比，也就是比第一吸收层显著更厚地构造第二吸收层。第二Fe2O3-吸收层由于其194nm的层厚而在紫色至红色光谱范围中具有金属特性，并且在NIR波长范围中具有介电特性。与在光学上进行低折射的SiO2中间层相结合，由此实现了在NIR波长范围中的高透射，和对于可见的紫色至红色光谱范围中的光的高吸收。通过根据本发明的、吸收滤波器在红色光谱范围中的微小透射，相对于现有技术只必需三个层堆来代替五个层堆，因为跟随第一层堆30的层堆32、34的层厚按照陡峭的滤波器边缘和对于来自NIR光谱范围的光的高透射来优化。由此发射了所希望的NIR范围中的光，并且防止发射不期望的红色余光。
由八次重复的层序列构成了第二层堆32，该第二层堆32由Nb2O5(五氧化二铌)制成的在光学上进行高折射的层和SiO2制成的在光学上进行低折射的层组成。该第二层堆32拥有对于来自紫色和蓝色光谱范围的光的微小透射，并且除了用于由第一层堆30所构成的吸收滤波器之外还用于进一步抑制绿色和黄色光谱。
第三层堆32同样由八次重复的层序列构成，该第三层堆32由Nb2O5制成的在光学上进行高折射的层和SiO2制成的在光学上进行低折射的层组成，并且除了用于抑制红色光谱之外，还用于将干涉滤波器28在NIR波长范围中的滤波器边缘调节在大约790nm处。在该堆中优化Nb2O5层的和SiO2层的层厚，以致干涉滤波器28在光波长约为790nm时具有从微小透射的可见光谱范围到高透射的NIR范围的陡峭过渡。
在图2中，通过曲线36示出了被构造为吸收滤波器的第一层堆30的透射特性，通过用点线勾画的曲线38示出了第二层堆32的透射特性，以及通过用点划线勾画的曲线40示出了第三层堆34的透射特性。此外还通过虚线曲线42勾画了按照根据DE 100 23 936 A1的现有技术的第一层堆的透射特性。
根据曲线36，构造第一层堆30的吸收滤波器，以致大部分地吸收对于NIR应用不期望的短波紫色至红色光谱范围(约＜720nm)。也就是，通过第一层堆30的吸收作用重叠了曲线38和40在约400nm至580nm的范围中的透射振荡。由于、根据本发明的、吸收滤波器在红色光谱范围中相对于根据现有技术的曲线42的减小透射，随后必需较少的层堆，因为按照陡峭的滤波器边缘和对于来自NIR光谱范围(＞780nm)的电磁辐射的高透射，优化跟随的层堆32、34的层厚。出于此原因，干涉滤波器28由三个层堆代替五个层堆来组成。通过干涉滤波器28的第二和第三层堆32、34，实现了进一步抑制黄色-红色光谱范围中的透射，并且实现了构造根据本发明的干涉滤波器28在NIR波长范围中的陡峭的滤波器边缘。根据图2，层堆34的滤波器边缘位于约790nm处，在该滤波器边缘中，根据曲线40的透射为入射光的50％。在图3中示出了由三个层堆30、32和34组成的根据本发明的完整的干涉滤波器28的透射曲线。完整的干涉滤波器28的滤波器边缘位于780nm与790nm之间。在干涉滤波器28在仅为37nm的窄波长范围的情况下，实现了透射从10％到80％的过渡。由此，在所希望的NIR范围中发射电磁辐射，并且防止发射不期望的红色余光。根据本发明的白炽灯1因而发射了NIR波长范围中的电磁辐射，并且在NIR车辆前灯中可被用作有源夜视仪器的红外辐射器。
本发明不限于上面详细阐述的实施例，尤其是对于干涉层能应用其它的适当材料和涂层工艺。按照涂层工艺，可替换地例如也能将TiO2(二氧化钛)用作在光学上进行高折射的材料。于是根据不同的折射率，将TiO2的物理层厚调整大约0.9的系数。
此外，本发明也能利用另一数目的在光学上进行低折射的层和在光学上进行高折射的层以及层堆来实施。
本发明不限于上面阐述的实施例，本发明尤其是可被用于具有任意灯泡几何形状的白炽灯。除了用作夜视仪器的辐射源之外，本发明也可被用于其它的用途，例如用作IR热辐射器。
针对最少的可见余光意图使用该详细阐述的、优选的实施方案。通过修改层设计能以多种多样的方式和变型来调节余光值以及该层设计的所发射的色温。
公开了一种用于产生近红外波长范围(NIR波长范围)中的电磁辐射的白炽灯1、尤其是卤素白炽灯，该白炽灯1具有透光的灯泡8、由灯泡8所包围的发光装置12和布置在灯泡8上的干涉滤波器28，该干涉滤波器28具有多个带有许多在光学上进行低折射的层和在光学上进行高折射的层的层堆30、32、34，其中，干涉滤波器28的第一层堆30被构造为用于吸收不期望的光谱的吸收滤波器30，该吸收滤波器30具有至少两个吸收层和一个被布置在这些吸收层之间的、在光学上进行低折射的中间层。根据本发明，吸收滤波器30具有对于基本上为红色的光谱范围中的光的微小透射，其中该干涉滤波器28由于其它的层堆32、34而拥有在NIR波长范围中的滤波器边缘。
表1
| 干涉滤波器涂层的结构 | |||
| 层堆编号 | 层编号 | 层类型 | 大约的层厚[nm] |
| 30 | 1 | Fe2O3 | 32 |
| 2 | SiO2 | 55 | |
| 3 | Fe2O3 | 194 | |
| 32 | 4 | Nb2O5 | 14 |
| 5 | SiO2 | 116 | |
| 6 | Nb2O5 | 40 | |
| 7 | SiO2 | 116 | |
| 8 | Nb2O5 | 40 | |
| 9 | SiO2 | 116 | |
| 10 | Nb2O5 | 40 | |
| 11 | SiO2 | 116 | |
| 12 | Nb2O5 | 40 | |
| 13 | SiO2 | 116 | |
| 14 | Nb2O5 | 40 | |
| 15 | SiO2 | 116 | |
| 16 | Nb2O5 | 40 | |
| 17 | SiO2 | 116 | |
| 18 | Nb2O5 | 40 | |
| 19 | SiO2 | 116 | |
| 34 | 20 | Nb2O5 | 62 |
| 21 | SiO2 | 117 | |
| 22 | Nb2O5 | 71 | |
| 23 | SiO2 | 117 | |
| 24 | Nb2O5 | 71 | |
| 25 | SiO2 | 117 | |
| 26 | Nb2O5 | 71 | |
| 27 | SiO2 | 117 | |
| 28 | Nb2O5 | 71 | |
| 29 | SiO2 | 117 | |
| 30 | Nb2O5 | 71 | |
| 31 | SiO2 | 117 | |
| 32 | Nb2O5 | 71 | |
| 33 | SiO2 | 117 | |
| 34 | Nb2O5 | 71 | |
| 35 | SiO2 | 117 | |
| 36 | Nb3O5 | 36 |
Claims (15)
1.用于产生近红外波长范围(NIR波长范围)中的电磁辐射的白炽灯，该白炽灯具有透光的灯泡(8)、由所述灯泡(8)包围的发光装置(12)和布置在所述灯泡(8)上的干涉滤波器(28)，该干涉滤波器(28)具有多个带有许多在光学上进行低折射的层和在光学上进行高折射的层的层堆(30，32，34)，其中，所述干涉滤波器(28)的第一层堆(30)被构造为用于吸收不期望的光谱的吸收滤波器(30)，该吸收滤波器(30)具有至少两个吸收层和一个被布置在所述吸收层之间的、在光学上进行低折射的中间层，其特征在于，所述吸收滤波器(30)具有对于基本上为红色的光谱范围中的光的微小透射，并且所述干涉滤波器(28)由于其它层堆(32，34)而拥有在NIR波长范围中的滤波器边缘。
2.按权利要求1所述的白炽灯，其中，优化所述吸收层的层厚和所述在光学上进行低折射的中间层的层厚，以致所述吸收层和所述中间层具有对于来自红色光谱范围的光的微小透射和对于来自NIR波长范围的光的高透射。
3.按权利要求1或2所述的白炽灯，其中，直接布置在所述灯泡上的第一吸收层的层厚与跟随在光学上进行低折射的中间层的第二吸收层的层厚具有在约1∶3至1∶9的范围中的层厚比。
4.按权利要求3所述的白炽灯，其中，所述两个吸收层是Fe2O3层。
5.按权利要求3或4所述的白炽灯，其中，所述第一吸收层具有在约20nm至40nm的范围中的层厚，和/或所述第二吸收层具有在约180nm至210nm的范围中的层厚。
6.按以上权利要求之一所述的白炽灯，其中，所述在光学上进行低折射的层是SiO2层，而所述在光学上进行高折射的层是Nb2O5层。
7.按以上权利要求之一所述的白炽灯，其中，所述在光学上进行低折射的层基本上具有在约100nm至130nm的范围中的层厚，而所述在光学上进行高折射的层基本上具有在约30nm至80nm的范围中的层厚，并且交替地布置所述在光学上进行低折射的层和所述在光学上进行高折射的层。
8.按以上权利要求之一所述的白炽灯，其中，所述干涉滤波器(28)由至少三个层堆(30，32，34)组成。
9.按权利要求8所述的白炽灯，其中，所述干涉滤波器(28)的第二层堆(32)在辐射方向上具有层厚约为10nm至20nm的在光学上进行高折射的第一层，和/或所述干涉滤波器(28)的第三层堆(34)具有层厚约为25nm至45nm的最后的在光学上进行高折射的层。
10.按以上权利要求之一所述的白炽灯，其中，所述干涉滤波器(28)具有36个层。
11.按以上权利要求之一所述的白炽灯，其中，构造所述干涉滤波器(28)，以致该干涉滤波器(28)的滤波器边缘位于760nm至1000nm的波长范围中，优选地位于780nm至790nm的范围中。
12.按权利要求1所述的白炽灯，其中，所述吸收滤波器(30)对于波长范围为590nm至700nm的光的透射小于或等于50％。
13.按权利要求1或11所述的白炽灯，其中，构造所述滤波器边缘，以致在小于或等于50nm的波长范围中进行透射从10％到80％的过渡。
14.按以上权利要求之一所述的白炽灯，其中，所述灯(1)在夜视仪器中、尤其是在NIR车辆前灯中得到采用。
15.按以上权利要求之一所述的白炽灯，其中，所述灯(1)被用作加热目的的电红外辐射器。
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