FR2509874A1 - Revetements optiques pour applications a temperatures elevees - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE DES REVETEMENTS OPTIQUES, NOTAMMENT POUR DES LAMPES A INCANDESCENCE DONT ON DOIT AUGMENTER L'EFFICACITE D'UTILISATION DE L'ENERGIE. DANS UNE APPLICATION PARTICULIERE DU REVETEMENT OPTIQUE A UNE LAMPE, CELLE-CI COMPREND UNE ENVELOPPE 11 FORMEE D'UNE MATIERE SENSIBLEMENT TRANSPARENTE CAPABLE DE RESISTER A DES TEMPERATURES ELEVEES, UN FILAMENT METALLIQUE 15 MONTE A L'INTERIEUR DE LA LAMPE AU POINT FOCAL, TANDIS QU'UN HALOGENE GAZEUX REMPLIT L'ENVELOPPE 11. UN FILTRE D'INTERFERENCE 14 EST FORME SUR UNE SURFACE EXTERNE DE L'ENVELOPPE 11 ET COMPREND DES COUCHES ALTERNEES CONSTITUEES AU MOINS PRIMORDIALEMENT DE BIOXYDE DE SILICIUM ET DE PENTOXYDE DE TANTALE. APPLICATION POUR LA FABRICATION DE REVETEMENTS OPTIQUES SOUMIS A DES TEMPERATURES ELEVEES.

Description

25098;

La présente invention concerne de façon générale des revêtements optiques et en particulier des revêtements optiques destinés à des applications o les températures sont élevées L'invention concerne en particulier des lampe à température élevée économisant l'énergie et comportant un

revêtement optique pour améliorer l'efficacité d'énergie.

Les revêtements optiques à pellicule fine du type filtre à interférence qui utilisent deux matières d'indices de réfraction différents n'ont généralement pas été appliqués dans des ambiances de température élevée o les revêtements sont exposés à l'air à des températures supérieures à 500 'C pendant plusieurs heures Normalement, les revêtements optiques à pellicule fine ne survivent pas

à ces ambiances de fonctionnement, et leur faiblesse pro-

vient d'une des causes suivantes: perte de l'adhésion du revêtement optique avec le substrat, interdiffusion des matières des couches à indice de réfraction élevé et faible du revêtement, diminution du rapport des indices des deux matières, évaporation des couches à pellicule fine ou bien augmentations inacceptables de l'absorption

du revêtement.

Une application o les revêtements optiques

à pellicule fine sont utiles, consiste à améliorer l'effi-

cacité d'éclairement des lampes à incandescence Il est bien connu que le fait d'appliquer un revêtement optique

du type miroir chaud à l'enveloppe d'une lampe à incan-

descence accroit son efficacité énergétique Le miroir chaud reflète l'énergie infrarouge émise par le filament en direction de celui-ci tout en transmettant la partie de lumière visible du spectre électromagnétique émis par le filament Ceci permet de réduire la quantité d'énergie électrique qu'on doit fournir au filament pour maintenir sa température de fonctionnement Par exemple, on divulgue dans les brevets des Etats- Unis d'Amérique No 3 949 259, N O 4 017 758, No 4 127 789, No 4 160 929 et N O 4 227 113 l'utilisation de différents types de miroirs chauds sur

tout ou partie d'une enveloppe de lampe à incandescence.

Cependant, aucune de ces références ne divulgue des applications spécifiques dans lesquelles le revêtement optique est formé sur une surface d'enveloppe de lampe

qui fonctionne dans l'air à une température dépassant sen-

siblement 5000 C. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 017 758 enseigne l'utilisation d'un revêtement optique du type

miroir chaud constitué par un coeposite d'un filtre à oxyde métal-

lique dopé fortement, formé au plus près du corps de fila-

ment de la lampe et d'un filtre d'interférence à plusieurs couches disposé soit près du filtre à oxyde métallique fortement dopé ou bien sur une surface différente de l'enveloppe

de la lampe Par exemple, dans ce dernier brevet des Etats-

Unis d'Amérique, on suggère que les deux filtres peuvent être disposés sur la paroi intérieure de l'enveloppe de la lampe ou à la fois sur la paroi extérieure ou bien un composant sur la paroi intérieure et l'autre sur la surface de la paroi extérieure respectivement Le brevet des Etats- Unis d'Amérique no 4 017 758 divulgue également une réalisation spéciale de lampe utilisant une enveloppe de lampe à double paroi et suggère diverses combinaisons qui

peuvent être utilisées pour disposer le filtre d'interfé-

rence et le filtre à oxyde métallique dopé sur les parois de

l'enveloppe de lampe dans une telle forme de réalisation.

Bien que ce brevet se réfère particulièrement à l'utilisa-

tion des filtres composites dans les lampes aux halogènes qu'il divulgue, on y divulgue aucun exemple de matières

de filtre d'interférence qui pourraient survivre aux tempé-

ratures de fonctionnement de la surface de l'enveloppe de lampe d'une lampe aux halogènes Les seules matières à indice élevé de réfraction mentionnées dans ce brevet sont le séléniure de zinc, le sulfure de zinc et le bioxyde

de titane Ainsi, tandis que ce brevet des Etats-Unis -

d'Amérique mentionne l'utilisation de bioxyde de silicium en tant que couche à indice faible de réfraction dans un revêtement d'interférence (et on sait très bien que le bioxyde de silicium survit dans une ambiance à température

élevée), les matières à indice élevé de réfraction men-

tionnées dans ce brevet ne peuvent survivre à une ambiance de température élevée d'environ 800 'C sur la surface

externe de l'enveloppe d'une lampe aux halogènes.

C'est donc le but principal de la présente inven-

tion de fournir un revêtement optique comprenant des couches de matières à indice de réfraction faible et élevé et qui peuvent résister à une ambiance de température élevée supérieure à 5000 C. Un autre but de la présente invention est de fournir un filtre optique d'interférence à couches multiples

capable de résister à une ambiance de température élevée.

Un autre objet de la présente invention est de fournir un revêtement optique du type miroir chaud qui

peut être utilisé dans une ambiance de température élevée.

Un -autre objet encore de la présente invention est de fournir une enveloppe de lampe à cycle aux halogènes

ayant un filtre optique d'interférence formé sur sa sur-

face externe et qui pourra survivre à la température de

fonctionnement de l'enveloppe de la lampe.

Un autre but encore de la présente invention est de fournir une lampe aux halogènes comportant un filtre optique d'interférence économisant l'énergie, formé sur

une surface externe de l'enveloppe de la lampe.

La présente invention est basée sur la découverte qu'un revêtement optique qui comprend une première série de couches constituées au moins primordialement de bioxyde de silicium et une seconde série de couches constituées au moins primordialement de pentoxyde de tantale pourra survivre à une ambiance de température élevée même lorsque le revêtement optique fonctionne avec une ambiance de

température élevée dans l'air pendant une durée impor-

tante Beaucoup d'autres combinaisons de revêtement optique ayant le bioxyde de silicium comme matière à indice de réfraction faible et d'autres matières du type réfractaire à indice de réfraction élevé comme le bioxyde de titane

ne pourront pas survivre dans des ambiances de fonctionne-

ment similaires à température élevée On a également découvert que des revêtements optiques selon 1 'invention pourront survivre à une ambiance de température élevée de la surface externe d'une enveloppe de lampe aux halogènes ayant un faible rayon de courbure puisqu'une courbure faible augmente les problèmes des contraintes du revêtement

provenant des disparités thermiques.

Ainsi, l'un des aspects de la présente invention est caractérisé par un objet revêtu utilisable dans des ambiances de température élevée sensiblement supérieures

à 5000 C, l'objet comprenant un substrat sensiblement trans-

parent formé d'une matière capable de résister à une ambiance de température élevée et un-revêtement optique formé sur une surface du substrat et comprenant une première série de couches constituées au moins primordialement par du bioxyde de silicium et une seconde série de couches constituées au moins primordialement par du pentoxyde

de tantale Le revêtement optique peut comprendre par exem-

ple un filtre d'interférence formé par des couches alter-

nées desdites première et seconde séries Le filtre d'in-

terférence peut comprendre un filtre passe-bande prévu pour transmettre des radiations dans une première bande présélectionnée de longueurs d'ondes et pour refléter les radiations dans une région adjacente de longueurs d'ondes Un exemple particulier d'un tel filtre passe-bande est un miroir chaud ayant un facteur de transmission élevé pour

la lumière visible et un facteur de réflexion élevé pour l'infra-

rouge En variante, le filtre passe-bande peut être un filtre de couleur ayant un facteur de transmission élevé pour une partie présélectionnée du spectre de la lumière visible et un facteur de réflexion élevé pour les réjions voisines du spectre Le substrat sur lequel est formé le revêtement optique peut comprendre une enveloppe de lampe à quartz fondu pouvant être utilisée dans une lampe à incandescence à cycle aux halogènes fonctionnant à une température de surface d'enveloppe externe d'au moins environ 8000 C avec un filtre d'interférence formé sur la surface externe

de l'enveloppe de la lampe.

Selon un autre aspect de la présente invention, il est fourni un objet revêtu qui peut être utilisé dans des ambiances de température élevée sensiblement supérieures à 500 'C et qui comprend un substrat sensiblement transparen formé d'une matière capable de résister à une ambiance de température élevée et un revêtement optique formé sur

une surface du substrat et comprenant un filtre d'inter-

férence à couches multiples ayant un facteur de réflexion élevé des radiations infrarouges et une dispersion importante de la lumière visible Ce filtre d'interférence est formé en déposant sur le substrat une pile diélectrique à couches multiples composée de couches alternées constituées au moins primordialement de bioxyde de silicium et de pentoxyd de tantale,et on cuit ensuite le substrat revêtu dans l'air à une température d'au moins environ 11000 C. Selon un autre aspect de la présente invention,

on produit une lampe aux halogènes utilisant plus effi-

cacerent l'énergie La lampe aux halogènes comprend une enveloppe qui a une géométrie possédant un point, une ligne ou un plan focal interne et qui est formée d'une matière sensiblement transparente capable de résister à des températures de fonctionnement d'au moins 8000 C. Un filament métallique à point de fusion élevé est monté à l'intérieur de l'enveloppe de la lampe sensiblement au point, à la ligne ou au plan de focalisation et unhalogèn gazeux est destiné à remplir l'enveloppe Un filtre

d'interférence est formé sur la surface externe de l'enve-

loppe de la lampe et il est constitué de couches alternées incluant au moins primordialement du bioxyde de silicium

et du pentoxyde de tantale,respectivement.

Le filtre d'interférence formé sur la lampe aux halogènes peut être un filtre passe-bande ayant une transmittance ou un facteur de transmission élevé pour la lumière visib et une réflectance ou un facteur de réflexion élevé pour les radiations infrarouges:n variante, le filtre d'interférence peut comprendre un filtre passe-bande ayant une transmittance élevée des radiations dans une partie présélectionnée du spectre de lumière visible et une réf lectance élevée pour les radiation dans des régions voisines de longueurs d'ondes de manière à produire une lampe qui présente un rayonnement lumineux

d'une couleur prédéterminée.

Le filtre d'interférence formé sur la lampe

aux halogènes peut également comprendre un filtre disper-

sant la lumière visible et réfléchissant les infrarouges formé en déposant sur la surface externe de l'enveloppe de la lampe un empilage diélectrique de couches comprenant primordialement du bioxyde de silicium et du pentoxyde de tantale,avec transmittance élevée de lumière visible et réflectance élevée des infrarouges, l'enveloppe

et le filtre étant ensuite cuits dans l'air à une tempé-

rature d'au moins environ 11000 C pour convertir le filtre transmettant la lumière visible en un filtre dispersant

sensiblement la lumière visible.

La lampe aux halogènes selon la présente inven-

tion peut également utiliser un filtre d'interférence

multicouche formé sur des substrats employés comme ré-

flecteurs d'extrémité dans l'enveloppe de la lampe.

La présente invention permet pour la première

fois d'améliorer l'efficacité d'utilisation de l'énergie qui est appli-

quée de façon optimale à des lampes à cycle aux halogènes

du fait qu'on peut former un revêtement optique d'inter-

férence directement sur la surface externe de l'enveloppe de la lampe aux halogènes qui,généralementfonctionne à une température d'environ 8000 C Des améliorations des performances dans la gamme allant d'environ 25 à 30 % ont été mesurées dans des lampes à cycle d'halogène de

1500 watts auxquelles a été appliquée la présente inven-

tion Ce niveau d'amélioration ne serait pas atteint en pratique si le revêtement réfléchissant les infrarouges était placé sur une surface séparée entourant, avec un certain espacement, la surface externe de l'enveloppe de lampe de manière à réduire la température de fonctionnement

du revêtement.

Les revêtements optiques de la présente inven-

tion peuvent également trouver une application utile dans une grande variété d'autres ambiances de température élevée comme les vitres reflétant la chaleur pour les fours, les lampes à pompage laser et les lampes à décharge telles que les lampes à arc utilisées dans les appareils

de projection pour salles de spectacle et analogues.

L'invention est généralement applicable lorsqu'il s'agit de fournir des revêtements optiques à utiliser dans toute ambiance de température élevée ou les performances de revêtement optique du type filtre optique d'interférence procurent une amélioration de l'efficacité de fonctionnement ou d'autres aspects de fonctionnement de l'appareil o

est utilisé le revêtement.

D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention apparaîtront dans la description

détaillée suivante de formes de réalisation de la présente invention, à la lumière des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une élévation partiellement en coupe d'une lampe aux halogènes comportant un revêtement optique selon la présente invention; la figure 2 est une élévation montrant une partie d'un type de revêtement du genre miroir chaud basé sur les principes de la présente invention; la figure 3 est un graphique illustrant l'émission spectrale d'un corps noir; la figure 4 est un graphique montrant la transmittance pour la lumière visible et la réflectance pour les infrarouges en tant que caractéristiques d'un revêtement optique exemplaire selon la présente invention; la figure 5 est un graphique montrant la réflectance spectrale d'un composant de l'empilement diélectrique transmettant les ondes courtes du revêtement optique global illustré à la figure 2; la figure 6 est un graphique de la réflectance spectrale d'un empilage diélectriaue 2:1 utilisé canmie composante du revêtement optique illustré à la figure 2 la figure 7 est un graphique de la réflectance spectrale d'un autre empilage diélectrique laissant passer les ondes courtes et utilisé composante du revêtement optique illustré à la figure 2 la figure 8 est un graphique montrant la courbe de réponse spectrale de transmittance, réflectance et dispersion d'un revêtement optique dispersant la lumière visible et réfléchissant les infrarouges selon la présenté invention. On voit en se référant à la figure 1 que les principes de base de la présente invention sont illustrés dans leur application à une lampe au tungstène à cycle aux halogènes 10 Il est à noter cependant que les principes de base sont applicables à toute ambiance de température

élevée o le revêtement optique peut trouver son utilité.

La lampe à cycle aux halogènes 10 comprend une enveloppe 1 1 qui comporte un tube de quartz fondu 12 et une paire de

structures de montage et de scellement d'extrémité 13.

Plusieurs structures de support 16 portent un filament de tungtène enroulé 15 le long de l'axe central du tube à quartz 12 On peut prévoir des réflecteurs d'extrémité 17 à chaque bout du f ilament de tungstène 15 Lors du processus de fabrication, la lampe à cycle aux halogènes est formée en scellant le tube 12 par utilisation des sections terminales de scellement 13 et ensuite en évacuant le tube 12 et en le remplissant d'une atmosphère réactive

appropriée aux halogènes.

Durant le fonctionnement de la lampe aux halogènes , l'halogène gazeux réagit avec du tungstène évaporé du filament Le gaz résultant est décomposé chimiquement sur la surface chaude du filament de tungstène de telle

sorte que les atomes de tungstène sont déposés sur le fila-

ment et que l'halogène est libéré pour dégager des atomes de tungstène additionnels libérés Pour que la lampe à cycle aux halogènes fonctionne convenablement, le tube en quartz 12 doit être maintenu à une température élevée voisine d'environ 800 'C,et ceci est généralement réalisé en faisant en sorte que le diamètre du tube à quartz 12 soit relativement petit Par exemple, une lampe typique peut avoir environ une longueur de 25,4 cm -et un

diamètre d'environ 0,95 cm.

Selon la présente invention, on dépose un revête-

ment optique 14 sur la surface externe du tube à quartz 12.

Ce revêtement optique comprend une première série de couches constituéesau moins primordialement par du bioxyde de silicium et une seconde série de couches constituées au moins primordialement par du pentoxyde de tantale Le revêtement optique 14 peut être prévu pour avoir des formes diverses en fonction de la performance spectrale qu'on recherche pour le revêtement Généralement, le revêtement optique 14 comprend un ou plusieurs erpilages diélectriques o sont formés- des couches alternées de bioxyde de silicil

et de pentoxyde de tantale pour produire un filtre d'inter-

férence. Les couches de filtre optique sont considérées pour la commodité de l'exposé comme des couches de bioxyde de silicium et de pentoxyde detantale, mais il est à noter que les couches de bioxyde de silicium peuvent ne pas être constituées seulement de bioxyde de silicium et que les

couches de pentoxyde de tantale peuvent ne pas être consti-

tuées seulement de pentoxyde de tantale Dans chaque exempl E

des quantités d'autres constituants de pellicule diélectri-

que peuvent être présentes Par exemple/le pentoxyde de tantale peut également contenir un faible pourcentage

d'un autre oxyde réfractaire comme le bioxyde de titane.

Il est également à noter que le filtre optique 14 peut prendre des formes variées dont chacune suit le principe général selon lequel il s'agit d'un revêtement réfléchissar

sélectivement, c'est-à-dire qu'il est sensiblement transpa-

rent à des radiations de régions spectrales o l'on désire que la lampe 10 émette des radiations et est sensiblement

réfléchissant pour le reste du spectre d'émission substan-

tielle de radiations électromagnétiques par le filament

chaud En effectuant à nouveau une réflexion vers le fila-

ment chaud, le rayonnement qu'on ne désire pas que la lampe émette conserve l'énergie nécessaire par ailleurs

pour maintenir le filament à une température de fonctionne-

ment, ce qui réduit les besoins globaux en énergie destinéE

au fonctionnement de la lampe.

L'une des formes que peut prendre le revêtement optique 14 en variante est le modèle de revêtement 14 A illustré à la figure 2 et dont les paramètres de calcul sont mentionnés au tableau ci-dessous La performance globale-du revêtement est étudiée à la figure 4 Comme le montre la courbe 22 en traits interrompus, le revêtement 14 A a une transmittance élevée dans la région visible du

spectre de rayonnement électromagnétique comprise entre 400 nano-

mètres et 700 nanomètres, et a une réflectance élevée dans le reste du spectre, principalement l'infrarouge proche

o il y a une émission substantielle de radiation électro-

magnétique par le filament chaud de la lampe, comme le

montre la courbe 21 de la figure 4.

La figure 3 montre le spectre de puissance irradiée provenant d'un corps noir à 3000 kelvins et on voit que seul un faible pourcentage du rayonnement total provenant du filament d'une lampe à cycle aux halogènes se trouve dans

la région de lumière visible comprise entre 400 et 700 manomètres.

La plus grande partie du rayonnement émis se trouve dans la région infrarouge au-dessus de la région de lumière visible du spectre A moins que la lampe ne soit utilisée à la fois pour chauffer et pour éclairer, l'émission du rayonnement infrarouge de la lampe est une perte d'énergie et dans certaines applications,produit un échauffement

indésirable de l'environnement Par exemple, lorsqu'une illu-

mination à grande intensité est nécessaire comme dans les théâtres et dans les salles de spectacle, l'effet de chauffage provenant des lampes à grande intensité n'est pas le bienvenu car il en résulte un échauffement excessif de la zone illuminée En utilisant un revêtement optique

14 transmettant la lumière visible et reflétant l'infra-

rouge sur la lampe 10, les radiations émises dans la région infrarouge sont réfléchies vers le filament 15 o elles servent utilement à maintenir le filament chauffé,tandis que la partie principale de la lumière visible émise par le filament s'échappe de la lampe et réalise un travail

utile en illuminant la zone environnante.

Si on se réfère en particulier à la figure 2 et au tableau suivant, on voit aue les performances du filtre global illustré à la figure 4 sont réalisées dans cet exemple en combinant trois typesd'eapilages diélectriques pour former un filtre global d'interférence 14 A Comme le montre le tableau ci-dessus, les couches appelées 21-27 forment un premier empilage diélectrique I qui a une conception d'empilage diélectrique exprimée généralement sous la forme de (L/2 H L/2)3 et qui comprend un filtre d'interférence de passage d'ondes courtes à une longueur d'onde de conception de 900 nanomètres La réflectance spectrale de cet empilage

de passage d' ondes courtes est montrée à la figure 5 Cet empi-

lage diélectrique est considéré comme un empilage laissant passer les ondes courtes parce qu' il a une réflectance très faible à des longueurs d'ondes inférieures à la longueur d'onde de conception de 900 nanomètres et ensuite une région de réflectance substantielle à des longueurs d'onde plus grandes que 900 nanomètres Le second empilage diélectrique II est un empilage diélectrique 2:1 à une longueur d'onde de conception de 1050 nanomètres, la conception de l'empilage étant généralement exprimée sous la forme (LHL)4 La réf lectance spectrale de cet empilage 2:1 est montrée sous

la forme de la courbe 24 de la figure 6.

TABLEAU

Couche Indice de réfraction Air 1, 000 i 1,458

2 21130

3 1,458

4 2,130

1,458

6 2,f 130 7 1 l,458

8 2,-130

9 1,4-58

2, 130

il i l,458 il, 1, 458

12 11458

13 2,130

14 1, 458

2, 130

16 1,945 8

17 2 130

18 1, 458

19 2, 1130

1, 458

' i 1458

21 1,4 58

22 2,130

23 1 l,458

24 2, 130

1,a 458

26 2, 130

27 1, 458

Substrat 1,460 *Longueur d'onde de référence épaisseur optique d'un quart Epaisseur physique (mni)

188 > 56

129, il

188, 56

129,111

129 P i 1 94,28

94, 28

,P O O

123),24

360, OU O

123), 24

360, 00

123,24

,P 00 94,r 28

77, 14

, 63

154, 28

, 63 154, 2 a , 63

77,I 14

à laquelle d'1 onde Epaisseur optioue* quart d'opdle la couche a une Ze troisième empilage diélectrique III utilisé dans le revêtement 14 A est un filtre de passage d'ondes

courtes à une longueur d'onde de conception de 1100 nano-

mètres ayant une conception généralement exprimée sous la forme (L/2 H L/2)5 Dans chacune des expressions ci-dessus, de la conception des divers empilages diélectriques I, II et III, le "L" désigne une couche de matière à faible indice de réfraction (c'est-à-dire du bioxyde de silicium dans ce cas) qui a une épaisseur optique d'un quart d'onde à la longueur d'onde de conception De même, la désignation "H" se réfère à une couche de matière ayant un indice de réfraction plus élevé (c'est-à-dire le pentoxyde de tantale dans ce cas) qui a une épaisseur optique d'un quart d'onde à la longueur d'onde de conception Si on se réfère

à J'e Mpilage I de passage d'ondes courtes pour lequel l'ex-

pression de la conception est sous la forme (L/2 H L/2) on voit ainsi que chacune des couches L/2 de la formule sont des couches qui ont une épaisseur optique égale

à un huitième d'onde à la longueur d'onde de conception.

Dans la forme de réalisation physique du filtre, la premièr et la dernière couche de l'empilage I, c'est-à-dire les couches 21 et 27 du tableau 1,sont des couches réelles d'un huitièm d'onde faites de la matière de bioxyde de silicium à indice de réfraction faible Par ailleurs, les couches 23 et

25 sont des couches d'un quart d'ronde car elles sont consti-

tuées par deux couches d'un huitième d'onde formées en même temps La même analyse est valable pour l'enmilage III de passage d'ondes courtes qui utilise cinq composants d'une conception de forme (L/2 H L/2) Les couches I et II sont des couches d'un huitième d'onde, tandis que les couches 3, 5 7 et 9 sont en fait des couches d'un quart d'onde, car

elles sont la somme de deux couches d'un huitième d'onde.

De plus, lorsqu'on construit réellement le filtre, les couches 11, 11 ' et 12 deviennent une couche physique et les couches 20, 20 ' et 21 deviennent une seule couche physique de la matière de bioxyde de silicium à faible

indice de réfraction.

Les désignations des couches respectives sur le côté droit de la figure 2 doivent être interprétées comme suit: les désignations H et L se réfèrent à nouveau à une couche d'un quart d'onde d'une matière à indice faible et élevé respectivement et les indications A, B, et C se réfèrent aux trois longueurs d'ondes différentes de conception, A signifiant une longueur d'onde de conception de 900 nanomètres, B désignant une longueur d'onde de conception de 1050 nanomètres et C désignant une longueur

d'onde de conception de 1100 nanomètres.

D'autres types de revêtements optiques peuvent être également utiles pour une lampe 10 à cycle aux halogènes comme montré à la figure 1 Par exempleun revêtement optique 18 peut être formé sur les réflecteurs d'extrémité 17 de la lampe Dans ce cas, le revêtement optique 18 peut

être calculé pour refléter toutes les composantes des radia-

tions émises par le filament 15 car ceci aura tendance à maintenir l'énergie émise dans les directions des réflecteurs d'extrémité à l'intérieur de la cavité de l'enveloppe 12 o elle peut exécuter un travail utile en chauffant le filament et en maintenant par ailleurs la température

interne de la lampe.

D'autres conceptions du filtre optique 14 peuvent être recherchées dans certaines applications Par exemple, dans certaines applications, on désire que la lampe produise une lumière colorée Une méthode pour réaliser une lumière colorée consiste à filtrer la lumière visible émise par la lampe à travers un filtre de couleur du type absorbant qui ne transmet que la composante désirée du spectre de lumière visible Cependant, un tel filtre absorbant gaspille l'énergie émise par la lampe et dissipe cette énergie dans le filtre lui-même Selon la présente invention, le revêtement optique14 peut être conçu pour avoir une bande passante qui ne comprend qu'une partie choisie du spectre visible,si bien que seulement cette portion de la radiation émise par la lampe sort de celle-ci tandis que toutes les radiations à des longueurs voisines,y compris des portions du spectre visible et infrarougesont réfléchies à nouveau vers l'intérieur de la lampe et sur le filament de manière à accroître le rendement énergétique de toute la lampe La conception d'un filtre passant sur une bande étroite, ayant une transmittance élevée seulement dans une partie du spectre de la lumière visible correspondant à la couleur

désirée qu'on cherche à faire émettre par la lampe,corres-

pond bien à l'état de la technique, par exemple aux ensei-

gnements généraux du chapitre 7 de H A Macleod, "Thin Film Optical Filters, American Elsevier Publishing Company, New York ( 1969) De tels filtres pourraient également être conçus en utilisant le principe indiqué au chapitre 20 de MIL HBK 144 publié en octobre 1962 par The Department of Defense Le chapitre 20 est intitulé "Application of

Thin Film Coatings" et son auteur est Philip Baumeister.

Chacun de ces documents enseigne toutes les conceptions et les structures de filtres optiques diélectriques qui peuvent

se baser sur les caractéristiques de la présente invention.

En d'autres termes, il est à noter que la présente invention peut s'appliquer généralement à tous types de filtres

optiques et en particulier à des filtres optiques d'inter-

férence du typepasse-bande ou du type marginal.

En général, le revêtement optique 14 de la figure 1 serait formé sur l'enveloppe de lampe 11 dans une chambre de revêtement sous vide utilisant la technologie normale de revêtement sous vide Par exemple, le fait de déposer le revêtement optique sur une enveloppe de lampe de faible diamètre peut être réalisé dans une chambre normale d'application de revêtement du type planétaire en ajoutant un autre degré de rotation qui fait tourner chaque tube de lampe à quartz le long de son axe de manière que toutes les parties de sa surface externe soient exposées uniformément

à la source de revêtement à l'intérieur de la chambre.

Généralement, les couches de bioxyde de silicium et de pentoxyde de tantale du revêtement sont déposées toutes deux selon une méthode par gaz réactif sur un substrat qui est maintenu à une température d'au moins environ 2750 C On peut utiliser soit des sources d'évaporation à faisceaux

électroniques ou des sources chauffées par résistance.

Le dépôt par gaz réactif implique de purger l'oxygène dans la chambre durant le processus de dépôt Pour obtenir un bon rendement de revêtements optiques sur les enveloppes delampes ayant un faible rayon de courbure, on a découvert qu'il est préférable de disposer la source de revêtement par rapport au substrat du tube à quartz de telle manière que l'angle moyen d'arrivée de la matière déposée au niveau

du substrat ne soit pas supérieur à environ 350.

Des revêtements optiques utilisant les principes et les matières de la présente invention ont été construits et testés à des températures allant jusqu'à 11000 C A des températures inférieures à 11000 C, les performances optiques du filtre restent sensiblement constantes sans qu'on puisse déceler une perte d'adhérence du revêtement,

un accroissement de l'absorption du revêtement ou une inter-

diffusion des couches de celui-ci On a également trouvé qu'en cuisant le revêtement à 11000 C à l'air pendant un certain nombre d'heures, le revêtement peut être transformé en un filtre réfléchissant l'infrarouge et dispersant sensiblement la lumière visible à partir d'un filtre

réfléchissant l'infrarouge et transmettant la lumière visi-

ble Les performances spectrales d'un tel filtre sont illustrées à la figure 8 Lorsque le revêtement optique est exposé à ce niveau de température dans l'air pendant une période importante, il se subdivise en plusieurs petites iles qui dispersent beaucoup la lumière de la partie visible du spectremais qui apparaissent comme une pellicule

continue réfléchissante aux radiations de la région infra-

rouge Les performances spectrales de la figure 8 concernent un revêtement optique ayant une conception mentionnée au tableau ci-dessus D'autres concertions de revêtements pourraient être envisagées dans le but de rendre optimale la dispersion de la région visible et de changer par ailleurs la courbe de réponse de la transmittance, réflectance et distribution

spectrale du filtre.

Des lampes réelles à cycle d'halogène utilisant le revêtement optique dont la conception est illustrée à la figure 2 et dont les paramètres se trouvent au tableau ci-dessi ont été fabriquées et expérimentées pour démontrer l'amélic ration de l'efficacité énergétique de la lampe provenant de l'application du revêtement optique Des lampes de 1500 watts ont été testées; elles ont révélé des améliora- tions des performances allant de 25 à 30 % Les amélioratic des performances qui se sont révélées correspondent bien aux améliorations théoriques de pourcentage qui ont été calculées comme étant dans la gamme allant de 30 à 35 q Comme indiqué précédemment, les principes de la présente invention pourraient s'appliquer à d'autres types d'ambiances de lampes tels que les lampes à décharge o un plasma excité émet de la lumière à diverses longueurs d'ondes Etant donné le grand nombre d'électrons libres dans le plasma, celui-ci est un bon absorbeur ainsi qu'un bon émetteur En conséquence, l'idée de faire réfléchir vers le plasma les composantes non désirées de la lumière émise par celui-ci devrait également améliorer l'efficacitÈ énergétique des lampes à arc Les principes de la présente invention peuvent aussi être appliqués à des lampes à pompage laser qui utilisent soit plusieurs lampes à éclairs soit des lampes incandescentes fonctionnant de façon continue autour d'une tige de rubis à l'intérieur d'une cavité Comme la tige du laser à rubis absorbe la lumière dans certaines régions du spectre, on peut réaliser des améliorations du rendeoent énergétique en plaçant sur les lampes de pompage un revêtement optique qui ne transmet à la tige du laser que la lumière utile La lumière non recherchée est réfléchie vers la lampe de pompage pour

améliorer son efficacité.

Il est à noter que bien que les principes qui sont à la base de la présente invention aient été discutés ci-dessus en relation avec plusieurs formes de réalisation

alternées, d'autres applications nombreuses de ces prin-

cipes peuvent être découvertes par les spécialistes de cette technique Il en résulte que l'invention n'est pas limitée aux applications particulières données à titre d'exemple ci-dessus mais peut être employée dans toute ambiance de revêtement à température élevée ou le revêtement optique peut être utilisé pour améliorer certains aspects des performances du dispositif auquel est appliqué le revêtement.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1 Objet revêtu destiné à être utilisé dans des

environnements de température élevée dépassant sensible-

ment 5000 C, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat sensiblement transparent formé d'une matière capable de résister à l'environnement de température élevée ainsi qu'un revêtement optique formé sur une surface dudit substrat et comprenant une première série de couches I

constituées au moins primordialement par du bioxyde de sili-

cium et une seconde série de couches Il constituées au moins

primordialement de pentoxyde de tantale.

2 Objet revêtu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement optique comprend un filtre d'interférence formé par des couches alternées

desdites première et seconde séries de couches I et II.

3 Objet revêtu selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre d'interférence ( 14) est

un filtre passe-bande destiné à transmettre des rayonne-

ments dans une première bande présélectionnée de longueurs d'ondes et à réfléchir le rayonnement des régions voisines

de longueurs d'ondes.

4 Objet revêtu selon la revendication 3, caractérisé en ce que le filtre passe-bande est un miroir chaud ayant une transmittance élevée pour la lumière

visible et une réflectance élevée pour l'infrarouge.

Objet revêtu selon la revendication 3, caractérisé en ce que le filtre passe-bande est un miroir froid ayant une réflectance élevée pour la lumière visible

et une transmittance élevée pour l'infrarouge.

6 Objet revêtu selon la revendication 3, caractérisé en ce que le filtre passe-bande est un filtre de couleur ayant une transmittance élevée pour une partie présélectionnée du spectre de lumière visible et une

réflectance élevée pour les régions voisines du spectre.

7 Objet revêtu selon l'une des revendications

4 et 6, caractérisé en ce que le substrat comprend de la silice fondue constituant une enveloppe ( 11) de lampe destinée à être utilisée dans une lampe à incandescence à cycle aux halogènes fonctionnant à une température de surface d'enveloppe externe ( 12) d'au moins environ 800 C, et en ce que le filtre d'interférence ( 14) est formé

sur la surface externe ( 12) de ladite enveloppe de lampe.

8 Objet revêtu à utiliser dans des ambiances de température élevée sensiblement supérieure à 500 C, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat sensiblement transparent formé d'une matière pouvant résister à ladite ambiance de température élevée, et un revêtement optique formé sur une surface du substrat et comprenant un filtre d'interférence à couches multiples ayant une réflectance élevée pour le rayonnement infrarouge et une dispersion élevée pour la lumière visible, ledit filtre d'interférence

étant formé en déposant sur le substrat un empilage diélectri-

que multicouche composé de couches alternées constituées au moins primordialement par du bioxyde'de silicium et du pentoxyde de tantale,et ensuite en cuisant le substrat revêtu dans l'air à une température d'au moins environ

1100 C.

9 Lampe aux halogènes comprenant une enveloppe ( 11) dont la géométrie a un point, une ligne ou un plan focal interne et qui est formée à partir d'une matière

sensiblement transparente capable de résister à des tempé-

ratures de fonctionnement d'au moins environ 860 C, caractérisée en ce qu'elle comprend un filament métallique

( 15) à haut point de fusion monté à l'intérieur de l'enve-

loppe ( 11) sensiblement au point, ligne ou plan de focalisation, l'enveloppe étant remplie d'un halogène gazeux et un filtre d'interférence ( 14) étant formé sur une surface externe ( 12) de l'enveloppe ( 11) et comprenant des couches alternées constituées au moins primordialement

par du bioxyde de silicium et du pentoxyde de tantale.

Lampe aux halogènes selon la revendication 9, caractérisée en ce que le filtre d'interférence ( 14) est un filtre passe-bande ayant une transmittance élevée pour

la lumière visible et une réflectance élevée pour le rayon-

nement infrarouge.

11 Lampe aux halogènes selon la revendication caractérisé en ce que le filtre d'interférence est un filtre passe-bande ayant une transmittance élevée pour les radiations se trouvant dans une partie présélectionnée du spectre de lumière visible et une réflectance élevée pour les radiations se trouvant dans des régions voisines

de longueurs d'ondes de telle manière que la lumière prove-

nant de la lampe ait une couleur présélectionnée.

12 Lampe aux halogènes selon la revendication l caractérisée en ce que le filtre d'interférence ( 14) est un filtre réfléchissant l'infrarouge et dispersant la lumi Z visible formé en déposant sur ladite surface externe ( 12) de l'enveloppe ( 11) de la lampe un empilage diélectrique multicouche, composé primordialement par lesdites couches de bioxyde de silicium et de pentoxyde de tantale,et préser tant une transmittance élevée pour la lumière visible

ainsi qu'une réflectance élevée pour l'infrarouge, et en-

suite en cuisant ladite enveloppe et ledit filtre dans l'air à une température d'au moins environ 11000 C pour convertir ledit filtre transmettant de la lumière visible

en un filtre dispersant sensiblement la lumière visible.

13 Lampe aux halogènes selon l'une quelconque

des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que l'envelol

( 11) de la lampe comprend une enveloppe généralement cylin-

drique ainsi que des réflecteurs ( 17) montés à chaque extrémité de ladite enveloppe, les réflecteurs ( 17) étant formés d'une matière sensiblement transparente sur laquelle est formé un filtre d'interférence multicouche

( 18) comprenant des couches alternées consti-

tuées au moins primordialement par du bioxyde de silicium et du pentoxyde de tantale,tandis qu'elle présente une réflectance élevée pour toutes les radiations émises par

le filament ( 15).