HU215225B - Fényvető lámpa - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya fényvető lámpa, amelynek őptikai tengelytmeghatárőzó, fényvisszaverő felületű fényvetője és sűgárfőrrásként a400–800 nm hűllámhőssztartőmányba eső látható fényt áteres tő bűrávalellátőtt halőgén izzólámpája van, ahől a találmány szerint a bűrának(13) az infravörös sűgárzást diffúz módőn áteresztő bevőnata (7) van,míg a fényvetőnek (5) mind a látható fény, mind p dig az infravörössűgárzás jelentős részét visszaverő tükröző felülete van. ŕ

Description

A találmány tárgya fényvető lámpa. A reflektorlámpa egy optikai tengelyt definiáló reflektorból és - sugárforrásként - látható fényt áteresztő burával ellátott halogén izzólámpából áll.

Ilyen lámpák ismeretesek például az EP-A 470496 sz. és az EP-A 460 913 számú európai szabadalmi bejelentésből. Az ezekben leírt halogén izzólámpák olyan réteggel vannak ellátva, amely a látható fényt átereszti és az infravörös sugárzást a lámpa belsejébe visszaveri (melegfénytükör). A lámpa egy fényvetőbe van behelyezve, amelynek az üvegsüvege belül interferenciás szűrőréteggel van bevonva, amely a látható fényt visszaveri és az infravörös sugárzást átereszti (hidegfénytükör). Az ilyen lámpák hideg tárgyak megvilágítására alkalmasak. A lámpát befogadó világítótest hőterhelése mindenesetre a hidegfény-tükör miatt nagyon magas.

Az EP 0 361674 számú szabadalmi leírás is egy interferenciabevonattal ellátott reflektorlámpát ismertet, ahol a reflektort hidegfénytükörként működő bevonattal látták el, amely az infravörös sugárzást átereszti és a látható fényt visszaveri. Ez a megoldás két lépést tartalmaz. Az egyik lépés szerint a lámpabura interferenciabevonatát úgy kell kialakítani, hogy az spektrálisan szelektív legyen. Ez azt jelenti, hogy az áteresztőképesség folyamatosan változik a látható fény hullámhossztartományában (400-800 nm), és ezenkívül még függ a beesési szögtől is. Az ilyen szűrőbevonat előállítása igen bonyolult, és nagyon érzékeny a gyártási hibákra és pontatlanságokra. A megoldás második lépése az, hogy az interferenciabevonatot a reflektor pontosan meghatározott geometriai tartományában viszik fel úgy, hogy a látható fénynek csak egy spektrális része reflektálódik, a többi meg nem reflektálódik, mivel a másik rész a geometriai viszonyok miatt nem a reflektor interferenciabevonattal ellátott részére esik. Emiatt feltételezhető, hogy a reflektorlámpa csak korlátozottan látja el a feladatát, mivel a fényhasznosítás és a látható fény nyalábosítása (fókuszálás a megvilágított tárgyra) az ilyen konstrukció esetén sok kívánnivalót hagy maga után, mert a látható fény egy része elvész. Egy további lényeges hátrány ennél a megoldásnál az, hogy a reflektor alakja nem lehet tetszés szerinti, hanem csak olyan, ami megfelel a geometriai követelményeknek.

Találmányunk célja olyan fényvető lámpa kialakítása, amelynek a hőterhelése kisugárzási irányban elfogadható értékű anélkül, hogy a világítótest hőterhelése túl nagy lenne.

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a búra el van látva egy bevonattal, amelynek a hatása következtében az infravörös sugárzás a burából diffúz módon sugárzódik ki, míg a fényvető visszaveri mind a látható fényt, mind az infravörös sugárzás jelentős részét.

A fényvető előnyös módon fémből vagy fémmel bevont hordozóanyagból készül. A fém elsősorban alumínium.

A fényvető előnyös módon átlátszó hordozóanyagként van kialakítva, amely széles sávú tükörként ható interferenciás szűrőréteggel van bevonva.

A lámpa buráján az infravörös sugárzást visszaverő eszközt előnyös módon interferenciás szűrőréteg képezi.

A bura előnyös módon úgy van kialakítva, hogy a bevonat hatékonyságát növeli.

A bura előnyös módon legalább közelítőleg ellipszoid vagy gömb alakú.

A burákra felhordott egyes rétegek vastagsága előnyös módon állandó.

A fényvetőn át a maradékfény áteresztése előnyös módon a teljes fényáram legalább 0,5%-ával egyenlő.

A bura előnyös módon axiális spirált vesz körül.

A találmány csökkenti a hidegfénytükröknél masszívan hátrafelé (a világítótest felé) kibocsátott infravörös sugárzást, mégpedig úgy, hogy ezt a részt ugyan a kisugárzási irányban kibocsátja, de előzetesen úgy befolyásolja, hogy az infravörös sugárzás diffúz lesz. Ekkor csak a látható sugárzást sugározza sugárnyalábban, míg az irányíthatatlan infravörös sugárzás egyenletesen oszlik el. A világítótest a fényvetőhöz viszonyítva előnyös módon axiálisan van elhelyezve, hogy minimális legyen a közvetlen sugárzás, vagyis a fényvető egységet a fényvetőn bekövetkező irányváltoztatás nélkül elhagyó sugárzás részaránya. További tökéletesítés végett a bura végén létrehozható árnyékolás (például fém-oxid bevonat, ahogyan azt az EP-A 460913 számú európai szabadalmi bejelentés leírja). Lehet azonban keresztirányú spirálokat is alkalmazni.

Olyan eszköz alkalmazása, amelynek hatására az izzólámpa infravörös sugárzása diffúz módon sugárzódik, de amely a látható sugárzást nem módosítja, olyan állapotot hoz létre, amelyben a világítótest továbbra is a látható sugárzás forrásaként hat. Az infravörös sugárzás forrása viszont látszólag az egész bura, amelynek a világítótesthez képest jóval nagyobb méreteivel a fényvető nincs összehangolva.

Az infravörös sugárzás diffúz kisugárzását létrehozó eszközként különösen alkalmas a szokványos interferenciás szűrőréteg, amely melegfénytükörként hat. A nagy áteresztésű tartomány (kb. 400...800 nm hullámhosszú látható fény) és nagy visszaverésű tartomány (kb. 800 nm-nél nagyobb hullámhosszú infravörös sugárzás) közötti határéi előnyös módon kb.

700...900 nm-nél van. A bevonat nagy visszaverőképessége következtében az infravörös sugárzás a burában többszörösen visszaverődik, és ez végül azt a benyomást kelti, hogy az egész búra infravörös sugárzási forrást képez.

Az erre a célra alkalmazott rétegeket (váltakozva nagy és kis törésmutatójú rétegekből, például TiO2, Ta2O5, vagy Nb2O5, illetőleg SiO2 vagy MgF2 rétegekből álló összetett rétegeket) például az US-PS 5 179 468 vagy US-PS 5 138 219 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom ismerteti. Ezek az összetett rétegek méretezésüktől függően mind hidegfénytükörként, mind melegfénytükörként, mind szélessávú tükörként alkalmasak (lásd az US-PS 4663 557 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmat).

Egy másik változat szerint fém (például ezüst) alapú bevonatok hatnak úgy, hogy szelektív módon verik vissza az infravörös sugárzást. Ilyeneket ír le például az

HU 215 225 Β

US-PS 4249 101 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom.

Egy további változat szerint buborékképző szerves fémvegyületeket tartalmazó bevonatok hatnak úgy, hogy szelektív módon szórják az infravörös sugárzást (EP-A 176345 számú európai szabadalmi bejelentés). Alkalmazni lehet továbbá az infravörös sugárzást elnyelő rétegeket is (például vékony arany réteget), amelyek az elnyelt hőt újra kisugározzák. A találmány szempontjából csak az a jellemző a döntő, hogy a bura egy eszközzel, például a fentebb leírt bevonatokkal van ellátva, amelyek hatása következtében az infravörös sugárzás diffúz módon sugárzódik ki a bura felületéről.

Az a buráról diffúz módon kibocsátott infravörös sugárzás lehetővé teszi olyan fényvető alkalmazását, ami szélessávú tükörként visszaveri mind a látható fényt, mind az infravörös sugárzás jelentős részét. Ezen azt értjük, hogy a fényvető legalább a látható fénnyel határos, 800 és 1 200 nm közötti hullámhossztartományt visszaveri, mivel itt van az izzólámpa emissziójának súlypontja. A határéi megválasztása lehetővé teszi az optimális egyensúlyt a kisugárzás irányába eső (a fényvető nyílása felé irányuló) és az ellenirányú (a lámpafej, illetőleg a világítótest felé irányuló) hőterhelés között. Az alapvető követelményeket kielégítő anyag például egy alumínium fényvető, amely szélessávúan, 300 és több mint 2000 nm között visszaver. Különösen alkalmas egy hordozóanyag, elsősorban üveg vagy műanyag süveg, amely szélessávú interferenciás szűrőréteggel van ellátva. A rövidhullámú határéi előnyös módon kb.

400...450 nm-es tartományban, a hosszúhullámú határéi előnyös módon 1200 és 2 000 nm között van, elsősorban kb. 1500 nm. Ezt az elrendezést könnyebben lehet a kívánt eredmény (vagyis a lehető legkisebb előre irányuló termikus terhelés) szempontjából optimálni, mint az alumínium fényvetőt, amelynél az áteresztési és visszaverési viselkedés többé-kevésbé adott. A tömör alumínium fényvetőnek előnye viszont érzéketlensége (különösen hő iránt). Elvileg fémmel (elsősorban alumíniummal) bevont hordozóanyag is alkalmas.

A bura előnyös áteresztőképessége a látható tartományban 90% felett van. A fényvető előnyös visszaverőképessége a szélessávú tükör tartományában 0,9 (90%) felett van. A maradék áteresztés bizonyos része a fényvetőn át a világítótesthez elfogadható (a teljes fényáramnak nagyságrendileg 0,5...2%-a). Ez a látható sugárzási tartományban arra szolgál, hogy a fényvetőegység esztétikus benyomást nyújtson.

A fényvető lámpa, amit elsősorban általános világítási célokra használnak, és teljesítménye tipikusan 20 W és több mint 100 W között van, különösen alkalmas energiatakarékos lámpaként, amelyeknek a burája úgy van kialakítva, hogy fényhasznosításuk nagyobb, mivel az infravörös sugárzás különösen hatékony módon visszaverődik a világítótestre, és annak hőmérsékletét növeli. Ehhez különösen alkalmasak a gömb alakú vagy ellipszoid (szferoid) alakú és hasonló burák.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra a találmány szerinti fényvető lámpa, a

2. ábra a találmány szerinti fényvető lámpa egy további kiviteli alakja, a

3. ábra halogén izzólámpa sugárzásának összetétele és különböző fényvető spektrális visszaverőképessége, a

4. ábra a sugárzás térbeli eloszlása különböző fényvetőegységeknél.

Az 1. ábrán látható 1 fényvetőegység 50 W teljesítményfelvételű, 12 V-os, törpefeszültségű 2 izzólámpából áll, amely egy forgásszimmetrikus alumínium 5 fényvető szimmetriatengelyében 8 tapasszal szilárdan rögzítve van, úgyhogy a halogén 2 izzólámpa hossztengelye és az alumínium 5 fényvető szimmetriatengelye egybeesik, és a halogén 2 izzólámpa axiálisan elhelyezett 3 spirálja az 5 fényvető „égőfelületének” közelében van. (Az alumínium 5 fényvető vagy négykilences alumíniumból vagy 4 alumíniumbevonattal ellátott üveg hordozóanyagból készül). A fényvetőt 6 fedőtárcsa zárja el. A burát kvarcüveg- vagy keményüveghenger képezi, amely kívül - a korábban leírtak szerint - az infravörös sugárzást visszaverő, szóró vagy elnyelő 7 bevonattal van ellátva. Az 1 fényvetőegységet körülvevő 9 világítótestet vázlatosan ábrázoltuk. Az alumínium 5 fényvető spektrális visszaverő-képessége a 3. ábrán látható. Ez közel 4 000 nm-ig terjed és ezért az ugyancsak berajzolt lámpasugárzás legnagyobb részét visszaveri.

A 2. ábrán az azonos hivatkozási jelek azonos építőelemeket jelölnek. Ebben a kiviteli alakban azonban ellipszoid (vagy gömb) alakú 13 burával ellátott 10 izzólámpát alkalmazunk, amely több mint 20 rétegből (Ta2O5/SiO2) álló 11 interferenciás szűrővel van bevonva. Önmagában ismert melegfényszűrőről van szó, amely 400 és 800 nm között átereszt és 800 nm felett visszaver. A fényáteresztőképesség a látható tartományban 90% körüli, az infravörös sugárzás visszaverése kb. 65%. A burán az egyes rétegvastagságok közelítőleg állandóak.

Az 5 fényvető üveg hordozóanyagból áll, amelynek a belső körvonala több mint 20 rétegből (TÍO2/SÍO2) álló 12 interferenciás szűrőbevonattal van ellátva. A 12 interferenciás szűrő szélessávú tükörként hat, amelynek a visszaverőképessége kb. 400 és 1500 nm között 90% feletti értékű. Az egyes rétegek vastagsága a fényvető felületén változó. A spektrális visszaverőképességet a 3. ábra mutatja. Az 1500 nm határéi felett a világítótest sugárzási részesedése az 1500 és 4 000 nm közötti hullámhossztartományban elfogadható mértékű, úgyhogy az emisszió részben vagy teljesen hátrafelé irányul. Evégett kívánat esetén a rétegeket úgy lehet kialakítani, hogy a hosszúhullámú infravörös sugárzásban részben áteresztő módon (kb. 70%) hasson.

További, kb. 15%-os sugárzásrészesedés emittálódik diffúz burasugárzásként a 4000... 10 000 nm tartományban. Itt előnyös módon kihasználjuk azt a körülményt, hogy kb. 4000 nm-től maga a buraanyag (kvarcüveg vagy keményüveg) elnyeli a világítótest sugárzási részesedését, és így járulékosan az infravörös sugárzás diffúz kisugárzására szolgáló, találmány szerinti eszköz

HU 215 225 Β értelmében hat. Ezért nincs szükség az ebben a tartományban ható szűrőre.

Az interferenciás szűrő bevonattal ellátott fényvető az első kiviteli alak szerinti izzólámpával együtt is üzemeltethető.

A 3. ábrán összehasonlítás végett ábrázoltuk a bevezetésben ismertként említett - csak látható sugárzásrészeket visszaverő - hidegfényűikor (KLR) spektrális visszaverési viselkedését is.

A 4. ábrán vázlatosan ábrázoltuk különböző fényvetőegységek kisugárzási jelleggörbéjét. A folytonos vonal jelképezi a látható részt, a szaggatott vonal az infravörös sugárzási részt.

A 4a ábra szerinti példában szokványos, bevonat nélküli és alumíniumtükörrel ellátott fényvető lámpa látható. Itt a látható sugárzás és az infravörös sugárzás fényeloszlása gyakorlatilag megegyezik. Ezért az előre irányú hőterhelés rendkívül nagy (lásd a táblázatot).

A 4b ábra szerinti példában a bevezetésben ismertként említett, hidegfénytükörrel (KLR) ellátott fényvető lámpa látható. Jól látható a világítótestnek a hátrafelé irányuló infravörös sugárzás miatti jelentős felmelegedése (lásd a táblázatot). Az infravörös sugárzás egy maradó része továbbra is előre irányulva emittálódik.

A 4c ábra szerinti példában a találmány szerinti lámpabevonattal (IRC) és fényvetőbevonattal (IF) ellátott fényvető lámpa látható. Mindkét bevonat interferenciás szűrő alapú. Az infravörös sugárzás ugyan a 4a ábra szerinti példához hasonló módon nagyrészt előre emittálódik, de teljesen irányítatlanul, úgyhogy egyenletesen van elosztva. A pontszerű hőterhelés ezért kisebb és a fénykúp területén csak kissé nagyobb, mint a hidegfénytükrös (KLR) változatnál.

Végül a 4d ábra szerinti példában a találmány szerinti fényvető lámpa második kiviteli alakja látható, amelyben bevonattal ellátott halogén izzólámpát alumínium fényvetővel együtt alkalmazunk. Itt gyakorlatilag a teljes infravörös sugárzás diffúz módon előre emittálódik.

A lenti 1. táblázat szimulált világítótestben lévő, különböző fényvetőlámpákon végzett összehasonlító mérések eredményeit tartalmazza. A 4a ábra szerinti példának megfelelő bevonat nélküli lámpát tartalmazó alumínium fényvetőt, a 4b ábra szerinti példának megfelelő, bevonattal ellátott és bevonat nélküli lámpát tar15 talmazó hidegfénytükrös (KLR) fényvetőt, a 4d ábra szerinti példának megfelelő, bevonattal ellátott lámpát tartalmazó alumínium fényvetőt (ALU), valamint a 4c ábra szerinti példának megfelelő, bevonattal ellátott lámpát tartalmazó interferenciás szűrős fényvetőt (IF) alkalmaztunk. A lámpának hengeres burája volt. Egy 4c ábra szerinti példának megfelelő további mérés során elliptikus búrát alkalmaztunk.

A lámpák hőterhelését az előre mutató kisugárzási irányban fekete falap hőmérsékletének emelkedése alapján mértük. A falapba hőelem volt beágyazva. A távolság a fényvetőtől 30 cm volt.

A hátra irányuló hőterhelést a szimulált világítótest (fémgömbház) hőmérsékletének emelkedése alapján határoztuk meg.

Az 1. táblázat tartalmazza a mért hőmérsékleteket a különböző lámpáknál és fényvetőknél.

1. táblázat

A fényvető és a lámpa típusa (fedőtárcsával)	Hátrasugárzás, mint egy szimulált lámpa hőmérsékletének emelkedése, t, °C	Előresugárzás a DIN VDE szerint t, °C
ALU, bevonat nélküli 1 mp-val	112	180
KLR, bevonat nélküli 1 mp-val	173	75
KLR, IRC bevonat 1 mp-val	175	67
IF, IRC bevonat 1 mp-val	134	96
IF, elliptikus 1 mp-val	123	86
ALU, IRC bevonat 1 mp-val	125	128

Míg a hidegfénytükrös (KLR) lámpánál a lámpaburán lévő infravörös sugárzást visszaverő bevonat (IRC=Infra-Red-Coating) csak kismértékben befolyásolja az előre irányuló sugárzást, addig ugyanennek a kialakításnak a hatása az alumínium fényvetőknél megdöbbentő. A hőmérsékletterhelés kb. 180 °C-ról kb. 125 °C-ra csökken. A hátra irányuló sugárzás drasztikusan csökken (kb. 170 °C helyett most csak kb.

120 °C). A sugárzási irányban még jobb hatás érhető el, ha fényvetőként interferenciás szűrő szélessávú tük55 rőt alkalmazunk. A sugárzás előre irányban kb. 95 °Cra csökken, és így már a szokványos hidegfénytükrös (KLR) lámpák nagyságrendjébe kerül anélkül, hogy a világítótest terhelése jelentősen növekedne (kb. 135 °C). Még jobb eredményeket lehet formázott burá60 jú energiatakarékos lámpákkal elérni, mivel itt az inf4

HU 215 225 Β ravörös sugárzás részaránya a teljes sugárzásban amúgy is kisebb. A szóban forgó példában az infravörös sugárzásos terhelés előre irányban kb. 85 °C-ra, amíg a világítótest terhelése kb. 125 °C-ra csökken. Ez az érték nagyjából megegyezik a világítótest szokványos terhelésével abban az esetben, amelyben előre irányban nincsenek hőcsökkentő intézkedések (a 4a ábra szerinti kísérlet).

A fényvetőben alumínium helyett alkalmazni lehet más, hasonló tulajdonságokkal rendelkező fémből, például ezüstből készült bevonatot is.

Claims (8)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Fényvető lámpa, amelynek optikai tengelyt meghatározó, fényvisszaverő felületű fényvetője és sugárforrásként a 400-800 nm hullámhossztartományba eső látható fényt áteresztő burával ellátott halogén izzólámpája van, azzal jellemezve, hogy a burának (13) az infravörös sugárzást diffúz módon áteresztő bevonata (7) van, míg a fényvetőnek (5) mind a látható fény, mind pedig az infravörös sugárzás jelentős részét visszaverő tükröző felülete van.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti fényvető lámpa, azzal jellemezve, hogy a fényvető (5) fémből vagy fémmel bevont hordozóanyagból készül, és a fém elsősorban alumínium.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti fényvető lámpa, azzal jellemezve, hogy a fényvető (5) átlátszó hordozóanyagként van kialakítva, amely szélessávú tükörként ható interferenciás szűrő (12) réteggel van bevonva.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti fényvető lámpa, azzal jellemezve, hogy a lámpa buráján (13) az infravörös sugárzást visszaverő bevonatot interferenciás szűrő (11) képezi.
5. 5. A 4. igénypont szerinti fényvető lámpa, azzal jellemezve, hogy a bura (13) a bevonat hatékonyságát növelő módon, legalább közelítőleg ellipszoid vagy gömb alakúra van kialakítva.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti fényvető lámpa, azzal jellemezve, hogy a burákra (13) felhordott egyes rétegek vastagsága állandó.
7. 7. A 3. igénypont szerinti fényvető lámpa, azzal jellemezve, hogy fényvetőn (5) át a maradékfény áteresztése a teljes fényáram legalább 0,5%-ával egyenlő.
8. 8. Az 1. igénypont szerinti fényvető lámpa, azzal jellemezve, hogy a bura (13) axiális spirált (3) vesz körül.