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Die
Erfindung betrifft allgemein Reflektorlampen, insbesondere Reflektorlampen
mit Mitteln zur spektralen Beeinflussung des emittierten Lichts.
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Heute
werden Reflektorlampen vielfach mit Einrichtungen zur Änderung
der Spektralverteilung des vom eingesetzten Leuchtmittel emittierten
Lichts versehen. Bekannt sind diesbezüglich unter anderem sogenannte
Kaltlichtreflektoren, bei welchen ein transparenter Reflektorkörper mit
einer Interferenzschicht versehen ist, welche sichtbare Anteile
reflektiert und infrarote Anteile hindurchtreten läßt.
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Auch
ist es bekannt, Konversionsfilter einzusetzen, um die spektrale
Verteilung des Leuchtmittels so anzupassen, daß eine gewünschte Farbtemperatur erreicht
wird. Derartige Filter werden beispielsweise bei Operationslampen
(OP-Lampen) verwendet.
Als Konversionsfilter werden dabei üblicherweise Interferenzschichtsysteme
eingesetzt. Mit derartigen Interferenzschichten wird dazu vielfach
-ähnlich
wie bei Kaltlicht-Reflektoren- die Reflektorfläche versehen. Im Vergleich
zu metallischen Reflexionsschichten, wie beispielsweise der verbreiteten
Aluminiumbeschichtungen sind allerdings Interferenzschichtsysteme
immer aufwendiger herzustellen, da mehrere Schichten nacheinander
aufgebracht werden müssen.
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Insbesondere
für OP-Lampen
werden weiterhin auch Wärmeabsorptionsfilter
eingesetzt, um eine zu große
Aufheizung von Objekten vor der Lampe zu vermeiden.
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Alle
diese aus dem Stand der Technik bekannten Reflektorlampen benötigen zur
Erzielung der gewünschten
Eigenschaften, insbesondere Anpassung der Farbtemperatur und Reduzierung
der Wärmeabstrahlung
großflächige Beschichtungen,
entweder auf Vorsatzscheiben vor dem Reflektor oder auch auf der Reflektorfläche. Vorsatzscheiben
erhöhen
aber das Gewicht und die Herstellungskosten. Auch ist eine großflächige Beschichtung
der Reflektorinnenseite aufwendig und teuer. Zudem muß in diesem
Fall bei einer fehlerhaften Beschichtung der gesamte Reflektorkörper ausgetauscht
werden. Insbesondere kann es auch bereits bei der Herstellung der
Beschichtungen zu Fehlern, wie etwa wolkigen oder milchigen Stellen
auf einer Farbkonversionsschicht kommen, was verglichen mit einer
einfachen metallischen Reflexionsschicht zu erhöhtem Ausschuß führt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Reflektorlampe
bereitzustellen, bei welcher auf großflächige Filterschichten zur Änderung
der Spektralverteilung des ausgestrahlten Lichts verzichtet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird bereits in höchst überraschend
einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Demgemäß sieht
die Erfindung eine Reflektorlampe mit einem Reflektor und einer
zwischen einer als Bestandteil der Reflektorlampe vorhandenen oder
alternativ auch anordbaren Leuchtquelle und der Reflexionsfläche des
Reflektors angeordneten Filtereinrichtung mit einer oder mehreren
Filterschichten zur Infrarotreflexion und Farbkonversion vor. Die
Leuchtquelle kann insbesondere die Glühwendel eines Leuchtmittels oder
ein Gasentladungsraum eines Leuchtmittels sein. Erfindungsgemäß wird also
eine zwischen einer Leuchtquelle und Reflektorfläche angeordnete Filtereinrichtung
mit einer oder mehreren, insgesamt infrarotreflektierend und farbkonvertierend
wirkenden Filterschichten verwendet. Anders ausgedrückt ist
auf diese Weise die Filtereinrichtung zur Filterung von auf die
Reflektorfläche
gerichtetem Licht, beziehungsweise zur Filterung des Lichts vor
der Reflexion an der Reflektorinnenseite ausgebildet.
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Unter
einer Farbkonversion wird im Sinne der Erfindung eine Änderung
der spektralen Verteilung des sichtbaren Lichts derart verstanden,
daß die
Farbtemperatur des Lichts geändert
wird. Als sichtbares Licht wird dabei im allgemeinen der Spektralbereich
von 380 Nanometern bis 780 Nanometern Wellenlänge bezeichnet. Zur Änderung
der Farbtemperatur, beziehungsweise einer Farbkonversion kann aber
auch ein erweiterter Spektralbereich im Bereich von 360 Nanometern
bis 830 Nanometern berücksichtigt
werden, da das menschliche Auge auch in den Randbereichen des im
allgemeinen als sichtbar bezeichneten Spektralbereiches noch eine – wenn auch
nur geringe – Empfindlichkeit
hat.
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Als
infrarotreflektierende Schicht oder Schicht zur Infrarotreflexion
wird im Sinne der Erfindung insbesondere eine Schicht verstanden,
welche im Wellenlängenbereich
von 800 Nanometern bis zu wenigstens 1500 Nanometern eine Transmission
von weniger als 35% im Mittel aufweist.
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Für viele
Anwendungen, beispielsweise als Operationslampe oder Dentalspiegel
ist es dabei gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung von Vorteil, daß die eine oder mehreren Filterschichten
eine Anhebung der Farbtemperatur der Lichtquelle bewirken.
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Im
Sinne der Erfindung wird unter einer Reflektorlampe beispielsweise
auch eine Reflektoranordnung mit Filtereinrichtung verstanden, welche
dann unter Verwendung eines geeigneten Leuchtmittels mit Lichtquelle
eine Leuchte bildet. Die erfindungsgemäße Reflektorlampe muß demgemäß nicht
zwangsläufig
das Leuchtmittel mit der Leuchtquelle beinhalten, wobei andererseits
auch gemäß einer
weiteren Ausführungsform
das Leuchtmittel mit Leuchtquelle Bestandteil der Reflektorlampe
sein kann.
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Während zur
Farbkonvertierung sonst entweder die gesamte Reflektorfläche beschichtet
werden oder eine Vorsatzscheibe zur Farbkonvertierung vorgesehen
werden muß,
ist erfindungsgemäß eine vergleichsweise
kleine Fläche
mit der oder den Filterschichten ausreichend, um das gesamte, von
der Lichtquelle emittierte Licht zu filtern. Neben einer durch die
farbkonvertierende Eigenschaft der Filterschicht oder der Filterschichten wird
außerdem
durch die Infrarotreflexion an einer oder mehreren Filterschichten
der Filtereinrichtung auch eine geringere Wärmeabstrahlung erzielt. Darüber hinaus
kann auch eine erhöhte
Effizienz erzielt werden, wie sie etwa auch bei Halogenlampen mit
infrarotreflektierender Beschichtung erreicht wird. Bevorzugt wird
eine Halogenlampe als Leuchtmittel vorgesehen, ebenso können aber
auch andere Leuchtmittel mit Glühdraht,
wie Glühbirnen
oder auch Dampflampen, Hoch- oder Niederdruck-Gasentladungslampen
als Leuchtmittel eingesetzt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
die Filtereinrichtung eine sowohl infrarotreflektierend, als auch
farbkonvertierend wirkende Filterschicht. Auch ist es gemäß einer
weiteren Ausführungsform der
Erfindung ebenso möglich,
eine Filtereinrichtung mit mehreren Filterschichten vorzusehen,
wobei wenigstens eine der Filterschichten infrarotreflektierend
und wenigstens eine weitere Filterschicht farbkonvertierend wirkt.
Derartige Filterschichten können
selbstverständlich
auch mit einer sowohl infrarotreflektierend, als auch farbkonvertierend
wirkende Filterschicht kombiniert werden.
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Bevorzugt
umfaßt
die Filterschicht zur Farbkonversion eine mehrlagige Interferenzschicht.
Hierfür reicht
im allgemeinen bereits eine Interferenzschicht mit einem Wechselschichtsystem
mit drei bis zehn Lagen aus.
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Die
Filterschicht zur Farbkonversion kann bevorzugt so ausgestaltet
sein, daß eine
Farbkonversion von einer Farbtemperatur im Bereich von 2500 Kelvin
bis 3300 Kelvin auf eine Farbtemperatur von 4000 Kelvin bis 6500
Kelvin bewirkt wird. Bevorzugt wird eine Anhebung von etwa 3000
Kelvin auf 4300 K. In Farbkoordinaten umgerechnet entspricht dies
einer Konversion von (x/y) =(0,437/0,404) auf (x/y) = (0,368/0,369).
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Auch
zur Infrarotreflexion wird bevorzugt eine mehrlagige Interferenzschicht
eingesetzt. Weiterhin wird die Schicht zur Infrarotreflexion bevorzugt
farbneutral ausgelegt. Dies bedeutet, daß keine oder nur eine unwesentliche
Färbung
oder Farbänderung
im sichtbaren Bereich des mit dieser Filterschicht gefilterten Lichts auftritt.
Weiterhin kann für
die Erfindung eine mehrlagige Interferenzschicht eingesetzt werden,
die sowohl farbkonvertierend, als auch infrarotreflektierend wirkt.
Werden getrennte Filterschichten mit infrarotreflektierenden Eigenschaften
verwendet, so ist es von Vorteil, eine infrarotreflektierende Filterschicht
in Abstrahlrichtung der Lichtquelle so anzuordnen, daß das von
der Lichtquelle ausgehende Licht zuerst die infrarotreflektierende Filterschicht
durchquert.
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Die
infrarotreflektierende Filterschicht, insbesondere in Form einer
mehrlagigen Interferenzschicht wird bevorzugt außerdem so ausgelegt, daß deren
Transmission und/oder die Transmission der Filtereinrichtung im
Bereich von 800 Nanometern bis 1500 Nanometern, insbesondere im
Bereich von 800 bis 2000 Nanometern eine Transmission von weniger
als 30 %, bevorzugt weniger als 25 % im Mittel aufweist. Damit wird eine
gute Reflexion der Infrarot-Leistung des vorgesehenen oder vorhandenen
Leuchtmittels, insbesondere einer Halogen-Lampe erreicht.
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Gemäß noch einer
Weiterbildung der Erfindung kann auch eine Filtereinrichtung mit
einer infrarotreflektierenden Filterschicht, insbesondere in Form
einer mehrlagigen Interferenzschicht vorgesehen sein, deren Transmission
im Bereich von 850 Nanometern bis 1600 Nanometern eine Transmission
von weniger als 15 %, bevorzugt sogar weniger als 10 % im Mittel
beträgt.
Eine solche Schicht mit einer in dem genannten Wellenlängenbereich
besonders niedrigen Transmission und dementsprechend hoher Reflektivität kann auch
besonders vorteilhaft mit einer weiteren infrarotreflektierenden
oder sowohl infrarotreflektierend, als auch farbkonvertierend wirkenden
Filterschicht kombiniert werden. Damit wird eine Ausführungsform
erhalten, welche in einem weiten Wellenlängenbereich infrarotreflektierend
wirkt und im Wellenlängenbereich,
in dem Leuchtmittel wie insbesondere Halogenlampen oder Glühbirnen
ihre höchste
Infrarotleistung abgeben, besonders hohe Reflektivität aufweist.
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Gemäß noch einer
Weiterbildung kann auch eine niedrige Transmission, beziehungsweise
hohe Reflektivität
in einem, erweiterten Wellenlängenbereich
bis 2000 Nanometern erreicht werden. Dazu kann die Transmission
der Filtereinrichtung im Bereich von 800 bis 2000 Nanometern weniger
als 25 %, besonders bevorzugt weniger als 20 %, insbesondere weniger
als 15 % im Mittel betragen. Derartig niedrige Transmissionswerte
im weiten Infrarotbereich können
beispielsweise durch Kombination von zwei oder mehreren infrarotreflektierenden
Schichten erreicht werden.
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Da
Infrarotstrahlung, welche auch eine Aufheizung des Reflektorkörpers bewirkt,
bereits vor dem Auftreffen auf die Reflektorinnenseite mittels der
Filtereinrichtung zumindest teilweise ausgefiltert wird, kann auch ein
weniger temperaturbeständiges
Reflektormaterial eingesetzt werden. So ermöglicht die Erfindung auch die Verwendung
eines Kunststoff-Reflektors. Selbstverständlich ist die Erfindung aber
auch in Verbindung mit Metall-, Glas- oder Glaskeramik-Reflektoren
geeignet. Auch kann allgemein auf eine aufwendige mehrlagige Interferenzbeschichtung
des Reflektors, wie sie etwa für
Kaltlicht-Reflektoren verwendet wird, verzichtet werden: Insbesondere
kann der Reflektor dann erfindungsgemäß mit einer metallischen Reflexionsbeschichtung
versehen werden. Gedacht ist hier insbesondere an eine reflektierende
Aluminiumschicht.
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Gemäß noch einer
Ausführungsform
der Erfindung ist außerdem
vorgesehen, daß die
Filtereinrichtung mehrere Schichten zur Infrarotreflexion aufweist.
Diese können
insbesondere auch unterschiedliche Reflexionscharakteristik aufweisen.
Insbesondere ist dies vorteilhaft mit Interferenzschichten, die
eine hohe Reflektivität
in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen
im Infraroten aufweisen. Mit einer derartigen Anordnung kann vorteilhaft
eine breitbandige Infrarotreflexion mit einem dennoch vergleichsweise
scharf begrenzten Übergang
zum transmittierten Wellenlängenbereich
erreicht werden.
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Die
Reflektorlampe kann auch bereits ein Leuchtmittel aufweisen. Dieses
kann gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung auch einen Bestandteil der Filtereinrichtung
bilden. Dazu kann das Leuchtmittel ein Lampenkolben umfassen, auf
welchem vorteilhaft zumindest eine Filterschicht der Filtereinrichtung
angeordnet ist. Dabei kann eine Filterschicht auf der Innenseite
und/oder. der Außenseite
des Lampenkolbens angeordnet sein.
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Gemäß noch einer
Ausführungsform
der Erfindung kann auch das Leuchtmittel, insbesondere eine Halogenbirne
oder Glühbirne
bereits die gesamte Filtereinrichtung bilden. Diese weist dann dementsprechend zumindest
eine auf dem Lampenkolben aufgebrachte Filterschicht zur Farbkonversion
und Infrarotreflexion auf. Es können
dabei ebenso getrennte Filterschichten für Farbkonversion und Infrarotreflexion
oder auch eine kombinierte Filterschicht, die sowohl farbkonvertierend,
als auch infrarotreflektierend wirkt, innen und/oder außen auf
dem Lampenkolben angeordnet sein. Beispielsweise können auch
wieder, ähnlich
wie oben beschrieben, zwei infrarotreflektierenden Filterschichten
vorgesehen werden, insbesondere auch mit unterschiedlicher Reflexionscharakteristik.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Filtereinrichtung
auch einen transparenten Hüllkolben
für ein
Leuchtmittel, welcher mit zumindest einer Filterschicht der Filtereinrichtung versehen
ist. Der Hüllkolben
kann – je
nach Anwendung und vorgesehenem oder verwendetem Leuchtmittel zylinderförmig, sphärisch oder
auch anders geformt sein. Die Zylinderform eignet sich besonders
gut für OP-Leuchten,
wenn die Lampe von hinten durch ein Loch im Reflektor durchgeführt wird,
die sphärische
Form eignet sich besonders für
Reflektoranordnungen ohne ein Loch in der Mitte des Reflektors.
Derartige Anordnungen sind beispielsweise bei Dentalspiegeln verbreitet,
bei welchen die Lampe, beziehungsweise das Leuchtmittel von vorne
mit Halterungen, beispielsweise Stegen befestigt wird. Geeignete
Materialien für
den Hüllkolben
sind Glas, insbesondere Borosilikatglas wegen seiner Temperaturwechselbeständigkeit,
Quarz oder Glaskeramik, die ebenfalls eine gute Temperaturbeständigkeit
und Temperaturwechselbeständigkeit
aufweisen.
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Gemäß noch einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Filtereinrichtung außerdem eine
Antireflexschicht. Damit können
Mehrfachreflexionen vermindert werden, welche ansonsten durch mehrfaches
Auftreffen des Lichts auf die farbkonvertierend wirkende Filterschicht
zu einer weiteren Farbänderung führen würde.
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Die
Filterschichten werden bevorzugt mit Vakumabscheideverfahren, wie
chemische oder physikalische Dampfphasenabscheidung aufgebracht.
Für Innenbeschichtungen,
beispielsweise eines Hüllkolbens oder
eines Lampenkolbens einer erfindungsgemäß verwendbaren Lampe eignet
sich insbesondere plasmaunterstützte
chemische Dampfphasenabscheidung. Außenbeschichtungen können beispielsweise
auch aufgesputtert oder aufgedampft werden.
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Die
Erfindung ist für
eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbar. Sie kann unter anderem
in Beleuchtungsvorrichtungen mit einer erfindungsgemäßen Reflektorlampe
oder einem Leuchtmittel mit einer oder mehreren Filterschichten
in Form einer Operationslampe, Dentalspiegel, Architekturbeleuchtung,
Bühnen-
oder Studiobeleuchtung verwendet werden.
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Je
nach Anordnung der farbkonvertierend wirkenden Filterschicht der
Filtereinrichtung ergibt sich weiterhin das Problem, daß die von
der Lichtquelle, wie etwa einer Glühwendel ausgehenden Lichtstrahlen
nicht senkrecht oder unter vorgegebenem Winkel auf die Filterschicht
treffen. Vielmehr wird dann eine gewisse Winkelverteilung der Lichtstrahlen
bis hin zu sehr schräg
auftreffenden Lichtstrahlen vorliegen. Insbesondere die vorgesehenen
Interferenzbeschichtungen zur Farbkonversion sind hinsichtlich der
durch die Interferenz bewirkte Farbortverschiebung abhängig vom
Einfallswinkel. Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung wird dazu eine farbkonvertierend wirkende
Filterschicht vorgesehen, bei welcher die Winkelverteilung, insbesondere
eine Kosinusverteilung, der von der Lichtquelle ausgehenden Intensität der Lichtstrahlen
zur Erreichung einer vorgegebenen Farbänderung im Schichtaufbau der
Filterschicht berücksichtigt
ist. Dabei ergeben sich insbesondere Schichtdicken der einzelnen
Lagen der Interferenzbeschichtung, welche von den Schichtdicken
abweichen, die für
eine vorgegebene Farbkonversion und senkrechtem Lichteinfall erhalten
werden.
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Wesentlich
für die
vorliegende Erfindungsidee ist aber, dass die Lichtstrahlen nicht
senkrecht durch den beschichteten Hüllkolben gehen, sondern zwangsweise
zum Teil recht schräg
durch die Konversionsschicht hindurch laufen. Da es sich um Interferenzschichten
handelt, hat dieses deutliche Auswirkungen auf die sich insgesamt
ergebende Farbkonversion und muss daher bei der Auslegung der Farbkonversionsbeschichtung
auf dem Hüllkolben
berücksichtigt
werden.
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Für eine genaue
Berechnung muss die Winkelverteilung der von der Lampe abgestrahlten
Lichtstärke (abhängig von
Form, Länge
und Einbaulage der Wendel) sowie der Winkelbereich, unter dem noch
Lichtstrahlen durch den Hüllkolben
auf den Reflektor treffen, bekannt sein.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher
erläutert,
wobei gleiche und ähnliche
Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale
verschiedener Ausführungsbeispiele
miteinander kombiniert werden können.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Reflektorlampe,
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2 eine
Variante der in 1 dargestellten Reflektorlampe,
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3A bis 3D Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäß beschichteter
Halogenlampen,
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4 die
Transmission einer sowohl infrarotreflektierend, als auch farbkonvertierend
wirkenden Filterschicht in Abhängigkeit
von der Lichtwellenlänge,
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5 die
Transmission einer Kombination einer infrarotreflektierenden und
einer farbkonvertierenden Filterschicht, sowie der einzelnen Filterschichten
in Abhängigkeit
von der Lichtwellenlänge,
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6 die
Transmission einer Kombination zweier infrarotreflektierender und
einer farbkonvertierenden Filterschicht in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge,
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7 die
Transmission verschiedener Filterschichten zur Farbkonversion in
Abhängigkeit
der Lichtwellenlänge
für senkrecht
einfallendes Licht, und
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8 die
Transmission verschiedener Filterschichten zur Farbkonversion, bei
welchen im Schichtaufbau eine Kosinusverteilung der Lichtintensität von –95° bis +45° berücksichtigt
ist in Abhängigkeit
der Lichtwellenlänge
jeweils für
kosinusverteiltes und senkrecht einfallendes Licht.
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Anhand
der in 1 im Querschnitt dargestellten Reflektorlampe
werden verschiedene Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert.
Alle Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer, als
Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneter Reflektorlampen
umfassen einen Reflektor 3 und eine zwischen einer Leuchtquelle und
der Reflexionsfläche 5 des
Reflektors 3 angeordneten Filtereinrichtung 10 mit
einer oder mehreren Filterschichten 30 zur Infrarotreflexion
und Farbkonversion. Als Leuchtquelle dient bei den anhand von 1 erläuterten
Ausführungsbeispielen
die Glühwendel 17 eines
Leuchtmittels in Form einer Halogenlampe 15. Bei der in 1 gezeigten
Reflektorlampe 1 wird die Halogenlampe durch eine Öffnung 19 im
Reflektor 3 elektrisch versorgt.
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Die
Zuleitungen und die Lampenhalterung sind der Einfachheit halber
nicht dargestellt.
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Da
durch die mit der oder den Filterschichten bewirkte kombinierte
Infrarotreflexion und Farbkonversion die Wärmeabstrahlung deutlich reduziert
wird, kann als Material neben Glas, Metall oder Glaskeramik auch Kunststoff
für den
Reflektor 3 verwendet werden.
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Weiterhin
ist es erfindungsgemäß zur Farbkonversion,
wie insbesondere zur Anhebung der Farbtemperatur nicht mehr notwendig,
auf den Reflektor großflächig eine
Farbkonversionsbeschichtung aufzubringen. So kann der Reflektor 3 auf
der Reflexionsfläche 5 mit
einer wesentlich einfacher herzustellenden metallischen Aluminiumschicht 5 als
Reflexionsschicht versehen werden. Um diese zu schützen, bietet
es sich allerdings noch an, eine Schutzschicht, wie etwa eine Siliziumoxidschicht 9 aufzubringen.
Auch wenn eine Farbkonversion erfindungsgemäß bereits mittels der Filtereinrichtung 10 vorgenommen
wird, kann selbstverständlich
alternativ oder zusätzlich
zur Siliziumschicht 9 oder einer vergleichbaren Schutzschicht
eine weitere Farbkonversionsschicht auf der Reflektorflähe 5 aufgebracht
sein.
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Die
Filtereinrichtung 10 umfaßt weiterhin einen Hüllkolben 11 für das Leuchtmittel,
beziehungsweise die Halogenlampe. Der in diesem Beispiel zylindrische
Hüllkolben 11 ist
mit wenigstens einer Filterschicht 30 beschichtet. Der
Hüllkolben 11 ist
mit zwei Filterschichten 30 dargestellt, wobei eine Filterschicht 31 auf
der Außenseite
und eine weitere Filterschicht 32 auf der Innenseite des
Hüllkolbens 11 angeordnet
ist. Dabei kann der Hüllkolben
alternativ eine der beiden Filterschichten 31, 32 oder
auch beide Filterschichten aufweisen. Bei dem Ausführungsbeispiel
mit einer Filterschicht 31 oder 32 kann gemäß einem
Ausführungsbeispiel
die Filterschicht 31 oder 32 sowohl infrarotreflektierend,
als auch farbkonvertierend wirken.
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Um
zu verhindern, daß ungefiltertes
Licht von der Leuchtquelle nach vorne emittiert wird, ist der Hüllkolben 11 bei
diesem Ausführungsbeispiel
außerdem
mit einem Deckel 20 abgeschlossen. Der Deckel 20 weist
eine konvex geformte, zur Halogenlampe 13 weisende reflektierende
Seite 21 auf. Damit wird Licht, welches im wesentlichen
axial von der Glühwendel 17 ausgehend
auf den Deckel 20 trifft, so abgelenkt, daß es zumindest
teilweise durch den Hüllkolben 11 tritt
und vom Reflektor 3 reflektiert wird. Um dies zu erreichen, kann
die Seite 21 des Deckels 20 auch anders, beispielsweise
konkav, spitz- oder stumpfkegelig geformt sein.
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Wird
ein Hüllkolben 11 mit
einer inneren Filterschicht 32 und einer auf der Außenseite
aufgebrachten weiteren Filterschicht 31 versehen, kann
dann weiterhin eine der Filterschichten 31, 32 infrarotreflektierend und
die andere Filterschicht 32, 31 farbkonvertierend
sein. Die infrarotreflektierende Filterschicht 31 oder 32 wird
dazu bevorzugt farbneutral ausgelegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
mit mehreren separaten Filterschichten 30 wird bevorzugt
die innere Filterschicht 32 als infrarotreflektierende
Filterschicht ausgebildet. Damit ist die infrarotreflektierende
Filterschicht in Abstrahlrichtung der Lichtquelle so angeordnet,
daß das
von der Lichtquelle ausgehende Licht vor dem Passieren der farbkonvertierenden
Filterschicht 31 zuerst die infrarotreflektierende Filterschicht 32 durchquert,
um einerseits die Infrarotreflexion nicht zu beeinflussen und andererseits
eine Aufheizung des Hüllkolbens 11 zu
reduzieren. Auch eine Anordnung, bei welcher der Lampenkolben 15 mit
einer farbkonvertierenden Schicht ausgestattet ist und ein Hüllkolben
mit einer oder zwei infrarotreflektierenden Filterschichten 31, 32 verwendet
wird, kann aber andererseits vorteilhaft sein. Diese Anordnung bietet
den Vorteil, daß die
Halogenlampe als Verschleißteil
nur mit vergleichsweise wenigen Lagen für eine farbkonvertierend wirkende
Schicht ausgestattet werden muß,
so daß dementsprechend
billiger herzustellende Lampen eingesetzt werden können.
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Gemäß noch einem
anhand von 1 illustrierten Ausführungsbeispiel
ist auch das Leuchtmittel in Form der Halogenlampe 13 Bestandteil
der Filtereinrichtung 10. Dazu ist auch auf dem Lampenkolben 15 eine Filterschicht 33 aufgebracht.
Diese kann beispielsweise infrarotreflektierend sein. Zusätzlich zu
dieser Filterschicht 33 ist auf dem Hüllkolben 11 eine weitere
Filterschicht 31 oder 32 vorhanden.
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Die
Filterschicht 33 ist bei der in 1 gezeigten
Reflektorlampe auf der Außenseite
des Lampenkolbens 15 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann
eine Filterschicht aber auch auf der Innenseite vorhanden sein.
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Gemäß noch einem
Ausführungsbeispiel
werden drei Filterschichten, nämlich
eine Filterschicht 33 auf dem Lampenkolben und je eine
Filterschicht 31, 32 auf der Innen- und Außenseite
des Hüllkolbens 11 vorgesehen.
Dabei wirken zwei der Schichten 31, 32, 33 infrarotreflektierend
und die dritte Filterschicht 31, 32 oder 33 farbkonvertierend.
Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung wird auch hier wieder die Filterschicht 33 auf dem
Lampenkolben 15 infrarotreflektierend ausgeführt. Die
beiden infrarotreflektierenden Schichten, beispielsweise die Schichten 32 und 33 weisen
dabei unterschiedliche Reflexionscharakteristik in Form einer hohen
Reflektivität
bei jeweils unterschiedlichen Wellenlängenbereichen im Infraroten
auf. Damit kann dann vorteilhaft eine hohe Reflektivität über einen
breiten Wellenlängenbereich
im Infraroten und damit eine besonders wirksame Unterdrückung der
Wärmeabstrahlung
erzielt werden. Die dritte Filterschicht, beispielsweise die Filterschicht 31 oder 32 wirkt
bei diesem Beispiel dann farbkonvertierend.
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Wird
demgegenüber
ein Hüllkolben 11 mit
Filterschichten 30 verwendet, welche bereits die gewünschte Veränderung
der Spektralverteilung-Unterdrückung
von Infrarotanteilen und Farbkonversion bewirken, können andererseits
vorteilhaft unbeschichtete und damit günstigere Leuchtmittel für eine erfindungsgemäße Reflektorlampe 1 verwendet
werden.
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Sowohl
für die
Farbkonversion, als auch für
die Infrarotreflexion sind die eine oder mehreren Filterschichten 30 aller
vorstehend und nachfolgend beschriebener Ausführungsbeispiele insbesondere
als mehrlagige Interferenzschichten ausgebildet. Dies gilt ebenfalls
für eine
Filterschicht 30, die durch geeignete Abfolge und Dicke
der Lagen kombiniert sowohl farbkonvertierend, als auch infrarotreflektierend
wirken. Geeignet als Interferenzschicht sind allgemein beispielsweise
Wechselschichten mit Titanoxid- und Siliziumoxid-Lagen.
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Bevorzugt
bewirken die eine oder mehreren Filterschichten 30 auf
dem Hüllkolben
und/oder dem Lampenkolben der beschriebenen Ausführungsbeispiele weiterhin eine
Anhebung der Farbtemperatur. Um unter Verwendung einer Halogenlampe 13 einen
für Operationslampen
oder Dentalspiegel geeigneten, weißen Farbton zu erreichen, ist
beispielsweise eine Farbkonversion von typischerweise 2500 Kelvin
bis 3300 Kelvin, insbesondere von etwa 3000 Kelvin als typische
Farbtemperatur einer Halogenlampe auf 4000 bis 6500 Kelvin geeignet.
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2 zeigt
eine Variante der in 1 dargestellten Reflektorlampe 1.
Bei dieser Variante ist die Halogenlampe 13 mit einer vor
der Reflektorfläche 5 angeordneten
Halterung 40 gehaltert. Der Hüllkolben 11 ist in
diesem Beispiel sphärisch
geformt. Die Abfolge der Filterschichten 30 auf Hüllkolben
und/oder Lampenkolben kann jeweils entsprechend den anhand von 1 erläuterten
Ausführungsbeispielen
sein. Aufgrund der sphärischen
Form des Hüllkolbens
erfolgt außerdem
eine besonders wirksame Rückreflexion
zur Glühwendel, so
daß es
sich hier besonders anbietet, zumindest eine der Schichten 31, 32 infrarotreflektierend
auszuführen.
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Anstelle
einer der Filterschichten 30 der in den 1 oder 2 dargestellten
Filtereinrichtungen 10 kann gemäß noch eines Ausführungsbeispiels
eine Antireflexschicht aufgebracht sein, um Mehrfachreflexionen
zu unterdrücken.
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Bei
beiden, in den 1 und 2 dargestellten
Reflektorlampen kann außerdem
eine Halogenlampe 13 eingesetzt werden, welche eine oder
mehrere Filterschichten 30 aufweist, die sowohl infrarotreflektierend,
als auch farbkonvertierend wirken. In diesem Fall kann auch der
Hüllkolben 11 entfallen.
Ausführungsbeispiele
derartiger Lampen 13 werden im folgenden anhand der 3A bis 3D dargestellt.
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Bei
dem in 3A gezeigten Ausführungsbeispiel
ist auf der Außenseite
des Lampenkolbens 15 der Lampe 13 eine sowohl
infrarotreflektierend, als auch farbkonvertierend wirkende Filterschicht 34 abgeschieden.
Bei dem in 3B gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die den Innenraum 14 mit der Glühwendel 17 umschließende Innenwandung 18 mit
einer solchen Filterschicht 34 versehen.
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Die
in 3C gezeigte Halogenlampe umfaßt eine Außenbeschichtung mit einer sowohl
infrarotreflektierend, als auch farbkonvertierend wirkenden Filterschicht 34 und
eine zusätzliche
Innenbeschichtung mit einer infrarotreflektierenden Filterschicht 35.
Die Filterschichten 34 und 35 weisen dabei unterschiedliche
Reflexionscharakteristiken im Infraroten auf, um eine Rückreflexion
in einem breiten Infrarot-Wellenlängenbereich, beispielsweise
von 800 Nanometern bis 2000 Nanometern mit einer Transmission unter
30 % im Mittel zu erreichen. Bei der in 3D dargestellten
Lampe 13 ist auf der Innenseite 18 eine infrarotreflektierende
Filterschicht 35 und auf der Außenseite 16 des Lampenkolbens 15 eine
farbkonvertierend wirkende Filterschicht 36 abgeschieden.
Gemäß einer
Variante der in den 3C und 3D gezeigten
Ausführungsbeispiele
können die
Schichten 34, 35, beziehungsweise 35, 36 auch
jeweils vertauscht angeordnet sein.
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Derartige
Leuchtmittel, wie sie beispielhaft in den 3A bis 3D dargestellt
sind, können
selbstverständlich
auch ohne Reflektorlampen 1, wie sie die 1 und 2 zeigen,
vertrieben und eingesetzt werden.
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4 zeigt
die errechnete Transmission einer sowohl infrarotreflektierend,
als auch farbkonvertierend wirkenden Filterschicht in Abhängigkeit
von der Lichtwellenlänge.
Die Filterschicht aus abwechselnden Titanoxid und Siliziumoxid-Lagen umfaßt insgesamt
41 Lagen mit einer Gesamtdicke von 3,66 Mikrometern. Weiterhin ist
die Schicht für
eine Farbkonversion von einer Farbtemperatur von 3000 Kelvin auf
4300 Kelvin ausgelegt.
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Die
mittlere Transmission dieser Filterschicht beträgt im Bereich von 800 bis 1500
Nanometern gerade noch 18 %, im Bereich von 800 bis 2000 Nanometern
Wellenlänge
ebenfalls nur 19,8 %, also jeweils deutlich unter 25 %.
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5 zeigt
die errechnete Transmission einer Kombination einer infrarotreflektierenden
und einer farbkonvertierenden Filterschicht, sowie der einzelnen
Filterschichten in Abhängigkeit
von der Lichtwellenlänge.
Die infrarotreflektierende Schicht umfaßt 40 Lagen mit einer Gesamtdicke
von 3,5 Mikrometern. Als farbkonvertierende Schicht wurde eine sechslagige
Schicht angenommen. Die Berechnung wurde, ebenso wie bei dem in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel
für senkrechten
Lichteinfall durchgeführt.
Auch diese Farbkonversionsschicht wurde für eine Konversion von 3000
K auf 4300 K optimiert.
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Eine
derartige Ausführungsform
ist besonders kostengünstig
beispielsweise durch Kombination einer Halogenlampe mit infrarotreflektierender
Filterschicht 33 und einer Farbkonversionsschicht 31 oder 32 auf
dem Hüllkolben 11 einer
wie in 1 oder 2 gezeigten Reflektorlampe realisierbar,
da Lampen mit infrarotreflektierender Schicht bereits in großen Stückzahlen
hergestellt werden und kommerziell erhältlich sind.
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Auch
hier liegt die mittlere Transmission für die Kombination der beiden
Filterschichten im Bereich von 800 bis 1500 Nanometern Wellenlänge mit
18,6 %, sowie im Bereich von 800 bis 2000 Nanometern mit 20,5 %
deutlich unter 25 % mittlerer Transmission.
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Sowohl
bei der in 4, als auch bei der in 5 gezeigten
Transmissionscharakteristik zeigt sich ein Anstieg der Transmission
unterhalb von 600 Nanometern. Bei dem in 5 gezeigten
Beispiel wird dies speziell durch die farbkonvertierende Filterschicht
bewirkt. Dieser Anstieg der Transmission ist wesentlich für die farbkonvertierende
Eigenschaft der Filterschicht gemäß 4, beziehungsweise
den beiden Filterschichten des in 5 gezeigten
Beispiels. Aufgrund der zu niedrigeren Wellenlängen ansteigenden Transmission
wird eine Anhebung der Farbtemperatur bewirkt. Die Größe der Anhebung,
beziehungsweise der Farbortverschiebung ist von der Lage des Anstiegs
der Transmission auf der Wellenlängenskala
abhängig.
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Weiterhin
ist zu erkennen, daß die
Transmission der infrarotreflektierenden Schicht des in 5 gezeigten
Beispiels im sichtbaren Wellenlängenbereich
plateauförmig
verläuft.
Aufgrund dieser Eigenschaft ist die infrarotreflektierende Schicht
farbneutral.
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In 6 ist
die Transmissionscharakteristik noch einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind
mehrere Schichten zur Infrarotreflexion, sowie eine Filterschicht
zur Farbkonversion, also insgesamt drei Filterschichten vorgesehen.
Dabei weisen die beiden Schichten zur Infrarotreflexion insbesondere
unterschiedliche Reflexionscharakteristik auf.
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Die
mit „IRC-Beschichtung
und 6-Schichter" bezeichnete
Kurve zeigt die Transmission einer Kombination einer infrarotreflektierenden
Schicht – eine
sogenannte IRC-Schicht – mit einer
sechslagigen Filterschicht zur Farbkonversion. Der Schichtaufbau
dieser Schichten und damit der Verlauf der Transmission entspricht
dem anhand von 5 dargestellten Beispiel. Zusätzlich wird
bei dem in 6 dargestellten Beispiel eine
weitere, als „Super-IRC-Beschichtung" bezeichnete infrarotreflektierende
Filterschicht eingesetzt. Diese Interferenzschicht weist zwar oberhalb
von 1600 Nanometern Wellenlänge
wieder einen starken Anstieg der Transmission auf, dafür beträgt deren
Transmission im Bereich von 850 Nanometern bis 1600 Nanometern weniger
als 15 %, insbesondere sogar weniger als 10 % im Mittel. Bei dem
in 6 dargestellten Beispiel beträgt die errechnete mittlere
Transmission in diesem Wellenlängenbereich
sogar nur 5,8 %.
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In
Kombination mit den beiden anderen Interferenz-Filterschichten wird dann eine hohe
Infrarotreflektivität
in einem weiten Infrarot-Wellenlängenbereich
erreicht. So kann eine Transmission der Filtereinrichtung im Bereich
von 800 bis 2000 Nanometern weniger als 25 %, besonders bevorzugt
weniger als 20 %, insbesondere weniger als 15 im Mittel erreicht
werden. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Transmission der drei
kombinierten Filterschichten in diesem Wellenlängenbereich sogar nur 7 % im
Mittel. Weiterhin beträgt
die Gesamtransmission im IR-Bereich von 800 nm bis 1600 nm nur noch
etwa 1% und im anschließenden
Bereich bis 2200 nm nur noch durchschnittlich etwa 20%. Damit kann
insbesondere bei diesem Ausführungsbeispiel
auf einen zusätzlichen
Wärmeabsorptionsfilter
komplett verzichtet werden.
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In
Bezug auf 1 oder 2 kann eine
derartige Ausführungsform
realisiert werden, indem beispielsweise eine Filterschicht 33 auf
dem Lampenkolben 15 als „Super-IRC-BEschichtung", eine innere Filterbeschichtung 32 auf
dem Hüllkolben
als weitere IRC-Beschichtung, beziehungsweise infrarotreflektierende Beschichtung
mit einer wie in 5 gezeigten Transmissionscharakteristik
und als Filterschicht 31 außen auf dem Hüllkolben 11 eine
sechslagige Filterschicht zur Farbkonversion vorgesehen wird. Diese
Zuordnung ist rein beispielhaft und selbstverständlich können die drei Filterschichten 31 bis 33 auch
in beliebiger anderer Weise den drei Beschichtungen gemäß dem in 6 gezeigten
Beispiel zugeordnet werden.
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7 zeigt
die Transmission verschiedener Filterschichten zur Farbkonversion
in Abhängigkeit
der Lichtwellenlänge
für senkrecht
einfallendes Licht. Die Transmission wurde für 5- bis 9-lagige Interferenz-Filterschichten
berechnet. Die Filterschichten dieses Beispiels bestehen aus abwechselnden
Siliziumoxid- und Titanoxid-Lagen. Die Schichtabfolgen und Schichtdicken
der einzelnen Lagen dieser Filterschichten zur Farbkonversion sind
in nachstehender Tabelle angegeben (alle Zahlenangaben in Nanometern):
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Die
in vorstehender Tabelle aufgelisteten Filterschichten zur Farbkonversion
sind wieder für
eine Anhebung der Farbtemperatur von 3000 K auf 4300 K ausgelegt.
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Derartige
Filterschichten sind beispielweise für eine wie in 2 dargestellte
Reflektorlampe als Filterschicht 31 oder 32 auf
dem Hüllkolben 11 geeignet.
Da der Hüllkolben 11 dieses
Beispiels sphärisch
und die Leuchtquelle in Form der Glühwendel im Zentrum des sphärischen
Kolbens angeordnet ist, treffen die Lichtstrahlen überwiegend
im wesentlichen senkrecht auf die Oberflächen des Hüllkolbens.
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Demgegenüber ergibt
sich beispielsweise bei einem zylindrischen Hüllkolben, wie er in der in 1 gezeigten
Lampe 1 vorgesehen ist, auch bei uniformer Abstrahlung
in alle Richtungen bereits eine breitere Winkelverteilung der auftreffenden
Lichtstrahlen. Je weiter dabei ein Zylindersegment des Hüllkolbens
von der Wendel 17 entfernt ist, desto schräger wird
der Lichteinfall. Hinzu kommt, daß die räumliche Intensitätsverteilung
der von der Halogenlampe ausgehenden Lichtstrahlen inhomogen ist.
Als übliche
Näherung
wird dabei eine Kosinus-Verteilung der Intensität angesetzt, wobei die maximale
Intensität,
entsprechend dem Kosinus von 0 Grad senkrecht aus der Lampe heraus
liegt. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel wird dementsprechend die
maximale Intensität
senkrecht zur optischen Achse des Reflektors abgestrahlt.
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Die
farbkonvertierende Filterschicht der Filtereinrichtung, wie sie 1 zeigt,
kann daher gemäß noch einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung so ausgestaltet sein, daß die Winkelverteilung der
von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen zur Erreichung einer
vorgegebenen Farbänderung
im Schichtaufbau der Filterschicht berücksichtigt ist.
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8 zeigt
berechnete Transmissionsverläufe
in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
für verschiedene Konversionsfilterschichten,
bei welchen die winkelabhängige Intensitätsverteilung
der Lichtquelle in der Abfolge und Dicke der Lagen der Filterschichten
berücksichtigt
worden ist.
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Dazu
wurde bei der Berechnung davon ausgegangen, dass die Abstrahlcharakteristik
im relevanten Bereich kosinusförmig
sei. Dies ist üblicherweise
eine gute Näherung
für die
Abstrahlcharakteristik von Halogenlampen. Weiterhin wurde angenommen,
dass bei dem betreffenden Reflektor alle Lichtstrahlen in einem Abstrahlwinkel
von 0°,
also senkrecht aus der Lampe 13, beziehungsweise bei der
in 1 dargestellten Lampe 1 senkrecht zur
optischen Achse des Reflektors 3 heraus bis zu 45° auf den
Reflektor treffen. Bei Winkeln darüber hinaus gelangen keine Strahlen
mehr auf die Reflektorfläche.
Für die
Berechnung der Gesamtwirkung wurde daher eine Kosinusverteilung
von – 45° auf der
einen Seite (Wert: 0,707) über
0° (Wert:
1,0) bis zu 45° auf
der anderen Seite (Wert: 0,707) angenommen und in die Vorgabe zur
Berechnung der Schichtabfolge hineingesteckt. Um insgesamt dieselbe
Farbkonversionswirkung, also von 3000 K ausgehend wiederum dieselben
Farbkoordinaten (x/y) =(0,368/0,369) auf 4300 K zu erhalten, müssen die
Schichtdicken aller Schichten passend geändert werden. In diesem Beispiel
wurde von den oben aufgeführten
verschiedenen Varianten von Farbkonversionsschichten mit 5 bis 9
Schichten aus abwechselnden TiO2- und SiO2-Lagen ausgegangen und die entsprechenden
Berechnungen durchgeführt.
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In
der nachstehenden Tabelle sind die zugehörigen Schichtdickenabfolgen
der Filterschichten mit den in 8 gezeigten
Transmissionsverläufen
bei der Verwendung von standardmäßigen Materialien
TiO2 und SiO2 für die Einzellagen
aufgelistet (alle Zahlenangaben in Nanometern). Alle Schichtdickenfolgen
ergeben wiederum dieselbe Farbkonversion von 3000 K auf 4300 K,
allerdings unter Berücksichtigung
einer Winkelverteilung mit einer Kosinusfunktion von –45° bis 45°.
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Die
in 8 gezeigten Spektralkurven unterscheiden sich
bei Berücksichtigung
der Winkelverteilung (offene Symbole) in ihrem Kurvenverlauf nicht
so sehr von den in 7 dargestellten Kurvenverläufen, da
sie ja gerade so berechnet worden sind, dass sie, ausgehend von
den vorgegebenen Schichtdesigns der in anhand von 7 erläuterten
Varianten wiederum genau dieselben Farbkoordinaten ergeben. Betrachtet
man jedoch den Spektralverlauf durch diese Schichtabfolgen unter
senkrechtem Einfall (schwarze Symbole), so erkennt man einen deutlichen
Versatz der abfallenden Kante im Kurvenverlauf, da es sich ja um
deutlich geänderte
Schichtabfolgen handelt.
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Würde man
also beispielsweise in üblicher
Weise für
senkrechten Lichteinfall berechnete Filterschichten zur Farbkonversion
auf einem wie in 1 gezeigten zylindrischen Hüllkolben 11 abscheiden,
würde sich als Resultat
eine vom vorgegebenen Wert abweichende Farbkonversion ergeben.
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Es
ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend
beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist,
sondern vielmehr in vielfältiger
Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen
Ausführungsbeispiele
auch miteinander kombiniert werden.
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- 1
- Reflektorlampe
- 3
- Reflektorkörper
- 5
- Reflektorfläche
- 7
- Reflexionsbeschichtung,
Al-Schicht
- 9
- SiO2-Schutzschicht
- 10
- Filtereinrichtung
- 11
- Hüllkolben
- 13
- Halogenlampe
- 14
- Innenraum
von 15
- 15
- Lampenkolben
- 16
- Außenseite
von 15
- 17
- Glühwendel
- 18
- Innenwandung
von 15
- 19
- Öffnung in 3
- 20
- Deckel
auf 11
- 21
- reflektierende
Seite von 20
- 30,
31,
- Filterschicht
- 32,
33
-
- 34
- sowohl
infrarotreflektierend, als auch
-
- farbkonvertierend
wirkende Filterschicht 34
- 35
- infrarotreflektierenden
Filterschicht
- 36
- farbkonvertierend
wirkende Filterschicht