JP2007523450A

JP2007523450A - セラミック発光管内の光の光学的制御

Info

Publication number: JP2007523450A
Application number: JP2006551117A
Authority: JP
Inventors: アレン，ゲーリー・アール; チャルマーズ，アラン・ジー; デューディク，デイビッド・シー; ヴァルガ，ヴィクタ−・ケイ; ブラウン，ピーター
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2005-01-06
Publication date: 2007-08-16
Also published as: EP1714304A1; WO2005076314A1; US20050168148A1

Abstract

【課題】好ましくは高圧放電ランプに用いられるセラミック発光管を提供する。
【解決手段】セラミック発光管は、発光管のバルブ区間の外面または内面に反射防止干渉コーティングを有し得る。発光管のバルブ区間の外壁の外面および／または内面は、効率を上げるためにほぼ球面とし得る。バルブ区間の外壁の壁厚は、アークから、発光管に光学的に結合された反射体のあらかじめ選択された領域に向かう光線にレンズ効果を与える形状にして効率を上げることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、光を生成するためのランプで使用するセラミック発光管に関し、より詳細には、高圧放電ランプのセラミック発光管からの光を光学的に制御することに関する。

高圧放電ランプは、水銀とハロゲンまたはメタルハライドとの混合物などの充填材料を、２つの電極間を通過する電気アークでイオン化することによって光を生成する。これらの電極および充填材料は、発光管内の半透明または透明なアークチャンバまたは放電チャンバ内に密封される。この発光管は、励起された充填材料を収容し、その圧力を維持し、放出光は、この発光管を通過し得る。従来、これらの発光管は石英で形成されていた。しかし、より高温高圧で動作するセラミック発光管が開発され、それによって、色温度、演色、および発光効率が改善され、充填材料との反応が低減された。米国特許第５，８６６，９８２号を参照されたい。この内容を参照により本明細書に組み込む。しかし、用いられるセラミック材料の屈折率は、石英よりも大きく、光を石英よりもかなり大きく散乱させる可能性もある。そのため、セラミック発光管に当たり、それを通過する光の制御が難しくなる。性能を高めるために放出光がより効果的かつ効率的に制御される改善されたセラミック発光管が求められている。本発明は、この要求を対象とする。本発明は、アークの間隙が、例えば約１ｍｍである短アーク放電ランプとして知られるものに特に応用可能であり、より一般には、良好に制御された光ビームを生成する任意のランプに応用可能である。
米国特許第５，８６６，９８２号米国特許第５，３５７，１６７号米国特許第５，１０９，１８１号米国特許第５，４９７，０４９号米国特許第５，５５２，６７１号米国特許第５，９５２，７６８号米国特許第６，１３７，２２９号米国特許第６，２７１，６２８号米国特許第６，５８３，５６３号米国特許出願公開第２００２／０１１７９６８号米国特許出願公開第２００２／０１７５６２４号

放電ランプ用のアークを生成するセラミック発光管が提供される。この発光管は、バルブ区間を有するセラミック製の外壁を備える。この発光管はさらに、このバルブ区間内のアークチャンバ内に充填材料を備え、１対の電極をさらに備える。このセラミック発光管は、ａ）バルブ区間の外面または内面の反射防止干渉コーティング、ｂ）バルブ区間の外壁のほぼ球面である外面または内面、およびｃ）アークから、発光管に光学的に結合された反射体のあらかじめ選択された領域に向かう光線にレンズ効果を与える形状になっているバルブ区間の外壁の壁厚、からなる群から選択される光学的に光を制御するための１つまたは複数の特徴を有する。

本明細書では、５〜２５または５から２５などの範囲が与えられたとき、この意味するところは、好ましくは少なくとも５であり、かつ、これとは別に、かつ無関係に、好ましくは２５以下であるということである。

図１を参照すると、本発明によるセラミック発光管１０の断面が示されている。発光管１０は、電極１２、１４、外部導線１６、１８、導電材料の本体２０、２２、円筒セラミック外郭または外壁２４、および端部栓２６、２８を備える。図に示すように、反射防止（Ａ／Ｒ）薄膜干渉コーティング３０は、発光管１０の外面に配設される。セラミック外郭２４は、外部導線１６、１８および電極１２、１４の長手方向軸によって画定される長手方向軸の周りで円筒形の形状になっており、外郭２４の外径は、４〜２０ｍｍ、より好ましくは６〜１０ｍｍとし得る。

セラミック外郭２４は、好ましくは多結晶イットリウムアルミニウムガーネット（ＰＣＹＡＧ）、すなわちＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２であり、次善には単結晶ＹＡＧ、次善にはサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、次善には微細結晶アルミナ（ＭＣＡ）、次善にはスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）またはＡｌＯＮ（Ａｌ_２３Ｏ_２７Ｎ_５）またはイットリアロックス（Ｙｔｔｒｉａｌｏｘ）（Ｙ_２Ｏ_３およびＺｒＯ_２）または多結晶アルミナ（ＰＣＡ）である。セラミック外郭２４の厚さは、好ましくは０．３〜３ｍｍ、より好ましくは１〜２ｍｍ、より好ましくは１．５〜１．６ｍｍである。

端部栓２６、２８は、好ましくはセラミックであり、好ましくは外郭２４と同じセラミック材料のものとする。こうすると、これらの熱膨張率が一致する。端部栓２６、２８の厚さは、外郭２４の厚さと同じまたは類似の厚さとする。あるいは、これらの端部栓は発光管に含めなくてもよい。外部導線１６、１８は、好ましくはモリブデンまたはニオブとする。電極１２、１４は、耐火金属、好ましくはタングステンとする。導電材料の本体２０、２２は、好ましくは当技術分野で周知のサーメット（セラミック−金属複合体）材料、あるいは、（好ましくはモリブデン製の）過剰巻き部を備えたモリブデン製マンドレルなどの金属導体とする。表面３２から表面３４までの内部バルブ長は、好ましくは５〜２０ｍｍ、より好ましくは６〜１５ｍｍ、より好ましくは８〜１２ｍｍとする。表面３２と３４の間のチャンバ３６は、アークチャンバまたは放電チャンバとも呼ばれ、当技術分野で周知の充填材料を含む。発光管１０のうちアークチャンバより遠位の部分は脚区間であり、脚区間３８が示されている。バルブ区間４０も示されている。

本発明の一態様は、セラミックの極めて大きな屈折率によるバルブ区間４０の外側セラミック表面からの大きな望ましくないフレネル反射を相殺するために発光管１０の外面に適用される反射防止（Ａ／Ｒ）薄膜干渉コーティング３０である。典型的には、好ましいセラミック材料の屈折率は１．７〜１．９の範囲であり、石英の屈折率は、可視波長範囲全体にわたって１．４６である。より具体的には、ＹＡＧの屈折率は１．８４であり、ＰＣＡまたはサファイアの屈折率は１．７７である。屈折率１．８４のＹＡＧ製のエンベロープまたはアークチャンバの内面および外面では、垂直入射角度の光の８．７％がフレネル反射するが、石英製エンベロープの各表面でのフレネル反射はわずか３．５％である。したがって、セラミック製エンベロープでは、典型的には、従来の石英製エンベロープに対して１つの表面当たりのフレネル反射は約５％大きく、すなわち、エンベロープの両面からのフレネル反射は１０％大きいことになる。フレネル反射光線の大部分を集光して、要求の厳しい応用例での有用な光ビームにすることは容易ではない。

典型的には、フレネル反射光は、鏡面反射して、概ねアーク光源に向かって戻る。この光がアーク源を真っ直ぐに通過する場合には、この光は、潜在的に有用なビーム出力光としてアーク源から再度出射することになる。しかし、（反射体の焦点に配置された）アーク源を通らないフレネル反射光は、おそらくは出力ビームから失われることになる。というのは、これらの光は、反射体の焦点外から出射することになるからである。したがって、本発明が組み込まれない典型的なセラミック発光管では、ビーム中に１０％ものあまり有用でない光を形成されることになる。

セラミック発光管の外面または内面に適用されるＡ／Ｒコーティングは、典型的には、約６５〜９０％のフレネル反射を除去することができ、そのため、各表面での損失を約３〜４％減少させることができる。それによって、両面がＡ／Ｒコーティングされている場合には、ビーム出力が直接的に約６〜８％増加する。図１に示すように、Ａ／Ｒコーティング３０は、外郭２４および端部栓２６、２８の外面に配設することができる。あるいは、コーティング３０は、殻部２４の長さの外周にだけ（殻部２４に直交する露出端部には配設せずに）配設することもできるし、外壁２４の、アークチャンバの外側の部分、すなわち、バルブ区間４０の外面にだけ配設することもできる。好ましくは、バルブ区間の、全部またはほぼ全部の外面および／または内面にコーティング３０を被覆する。内面に適用される場合には、Ａ／Ｒコーティングは、表面３２と３４の間の内殻部の長さの周囲にだけ適用するだけでよい。適用されるＡ／Ｒコーティングは、好ましくはタンタラとシリカの交互層を使用する干渉薄膜コーティングとする。あるいは、タンタラの代わりに、チタニア、ニオビア、アルミナ、チタニア−タンタラなどの酸化物混合溶液などの材料、または当技術分野で周知の他の材料を使用することができる。好ましくは、Ａ／Ｒコーティングは、屈折率が１．４〜１．５のガラスまたは石英製の基板に通常適用する従来型のＡ／Ｒコーティングとするが、現在のＡ／Ｒコーティングを当技術分野で知られているように改変して、１．７〜１．９の、典型的には約１．８であるセラミックのより大きな屈折率に対応すべきである。

本発明でのＡ／Ｒコーティングは、特に、当技術分野で周知の任意の数の一般のコーティング技術を用いて、とりわけ、化学気相成長法（ＣＶＤ）、物理気相成長法（ＰＶＤ）、および蒸着法によって適用することができる。これらの汎用コーティングプロセスファミリに関連して多くの変形が存在する。それらには、金属−有機ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ支援ＣＶＤ（ＰＡＣＶＤ）、プラズマ−インパルスＣＶＤ（ＰＩＣＶＤ）、および大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）が含まれるが、これらに限定されるものではない。同様に多くのＰＶＤの変形も存在し、これらの大部分は、コーティング源としてスパッタ材料を使用する。一般の蒸着系では、例えば、コーティング材料源を溶解させ蒸発させるための電子ビーム、またはイオン支援蒸着法を利用する。当技術分野で周知のマスキング技術を利用して、バルブ区間４０の上にだけＡ／Ｒコーティングを形成することができる。

ここで、タンタラおよびシリカを用いたセラミックＹＡＧ基板のＡ／Ｒコーティングの例を挙げる。片面だけを被覆した。基板のすぐ隣の層１は、１６０．１３ｎｍのシリカとした。他の層は、層２を１２．４１ｎｍのタンタラ、層３を１８．８９ｎｍのシリカ、層４を１０１．４５ｎｍのタンタラ、層５を８２．３７ｎｍのシリカとした。被覆していないＹＡＧ基板の明所視反射率は、約１７．４％である。ＹＡＧ基板の片面に完全非反射性コーティングを被覆することに関連する公称値では、総反射率は約８．７％に減少する。５層設計の例では、予測反射率は約９．４％に減少し、これは、総反射率の約４１％の減少、または公称値の約９１％に相当する。当技術分野で周知の他のＡ／Ｒコーティングも発光管１０に使用し得る。

さらに、セラミック発光管１０の内面、好ましくは、例えば図１に示す真っ直ぐな円筒形のセラミック発光管の内面に、同じまたは類似のＡ／Ｒコーティングを適用することができる。ＣＶＤコーティング技術を利用してこのセラミック発光管の内面を被覆する場合、層の厚さの必要な制御を実現するために、アスペクト比（長さ／内径）を、好ましくは２０未満、より好ましくは１０未満とすべきである。このコーティングをＹＡＧ基板の内側および外側にともに適用すると、総反射率は約１．４％に減少し、これは、総反射率の９１％の減少に相当する。さらに、当技術分野で知られているように、このＡ／Ｒコーティング設計を改変して、紫外（ＵＶ）での反射損失を減少させることができる。発光管内のＵＶを抑制することは、下流の光学コンポーネントが光ビーム中のＵＶに曝されるのを低減する点で、かつ／または、アーク放電の有効性をさらに高めるのに有利なことがある。Ａ／Ｒコーティング３０は、好ましくは２〜１００層、より好ましくは３〜２０層、より好ましくは３〜７層を含む。

図２を参照すると、バルブ区間４２が、図に示すように電極間のほぼ中央にある焦点４４の周りで楕円形（あるいは、任意の凹曲面）の外面および内面を有する点を除き、発光管１０と同じセラミック発光管が示されている。（当技術分野で知られているように、アークは焦点のところに配置され、この焦点は、電極間のほぼ中央にあり、反射体の焦点である。）例えば、これらの外面および内面は、焦点４４の下またはその先に中心がある円の弧とすることができる。こうすると、図１に示す真っ直ぐな円筒バルブ区間４０と比較して、バルブ区間４２の内面および外面から反射するより大きな割合の光線４６、４８が焦点４４を通って戻り、そのため、制御された有用なビーム出力の一部として利用されるという利益がある。Ａ／Ｒコーティング３０を適用することもできる。ただし、アークを通してフレネル反射光線を戻すように方向づける曲面の利点は、フレネル反射を減少させるためのＡ／Ｒコーティングのないセラミック発光管に対してより有用である。

図３を参照すると、バルブ区間５０が、図に示すように、（断面で示すと円に見える）球形またはほぼ球形で同心の、焦点５２に中心がある外面および内面を伴う球形になっている点を除き、図２の発光管と同じセラミック発光管が示されている。また、Ａ／Ｒコーティング３０を適用することができるが、見やすいように示していない。そのため、図３には、バルブ区間の外壁の外面および内面が球形またはほぼ球形で示されている。アークを通してフレネル反射光線を戻すように方向づける球面の利点は、フレネル反射を減少させるためのＡ／Ｒコーティングのないセラミック発光管に対してより有用である。こうすると、バルブ区間５０の内面および外面から反射する光線５４の多くの、またはかなりの、または重大な割合が、あるいは、大部分またはほぼ全部が焦点５２を通って戻り、そのため、制御された有用なビーム出力の一部として利用されるという利益がある。この設計は、図１の設計よりも好ましい図２の設計よりもはるかに好ましい。というのは、バルブ区間の内面および外面から反射する光線のより多くの部分が焦点を通って戻り、有用なビーム出力の一部として利用されるからである。好ましさは劣るが、バルブ区間の両面ではなく、その内面または外面を、焦点５２のところに中心をもつ球形とし得る。

図２〜図６の発光管は、Ａ／Ｒコーティング３０を設けないものとし得るが、上記で説明したように、Ａ／Ｒコーティング３０を有することが好ましい。

図４に、見やすいようにＡ／Ｒコーティングが示されておらず、図に示すように、放出光線にレンズ効果を与えるレンズ部分６２を形成するためにバルブ区間５６に厚みを付けた点を除き、図１の発光管と同じセラミック発光管を示す。例えば、図１に、電極間のほぼ中央の焦点５９から発し、セラミック外壁２４をほぼ真っ直ぐな経路で通過する光線５８が示されている。しかし、図４では、光線６４は、焦点６０から発し、セラミック外壁のレンズ部分６２を通過するときに、レンズ効果を受け、すなわち曲がる。壁厚を変化させ、レンズ部分６２を設けることによって、アークからの光線がレンズ効果を受けて反射体のより有利な領域（反射体の中心部分または中央部分など）に向かい、それによって、この用途のために収集される全体的な光が改善される。光線のレンズ効果を実現するために、セラミック外壁の形状を、外面の曲率が内面の曲率よりも大きくなり、それによって、壁厚が赤道６６のところで最大になり、脚区間６８、７０に向かって徐々に滑らかに薄くなる凸レンズのように働くか、または凸レンズとなるように改変する。こうすると、所望のレンズ効果が実現される。図４に示すように、バルブ区間５６の内面は、電極の長手方向軸によって画定される長手方向軸の周りで円筒形状になっている。

図５は、レンズ部分７２が、焦点８２のところに中心をもつ球形の内面７６と、放物面、楕円面その他の湾曲外面７８とを有するバルブ区間７４を設けることによって実現される点を除き、図４と同じである。このように、バルブ区間７４の内面７６は、電極の長手方向軸によって画定される長手方向軸の周りで非円筒球根形状を画定する。図からわかるように、赤道８０から脚区間に向かって壁厚が減少するために、レンズ部分７２が形成される。この設計は、１つには、球形内面７６から反射する光が焦点８２に反射されて戻り、そのため、有用なビーム出力として利用され、外面７８にＡ／Ｒコーティング３０を設けて、外面７８からの反射を減少させるか、または最小限に抑えることができる点で利益がある。あるいは、外面７８は、焦点８２に中心をもつほぼ球形とし（すなわち、図３の外面７７に類似のもの）、内面７６は、（ａ）レンズ形状が得られるように、外面７８の曲率半径よりも長い、またはかなり長い曲率半径の弧とするか、あるいは、（ｂ）図２の内面８１のような楕円または浅い曲面とするレンズ部分７２を設けることができる。その結果、好ましくは滑らかに湾曲した外面と、平坦または滑らかに湾曲した内面とを有し、赤道のところでより厚く、脚区間に近づくにしたがって徐々に薄くなるレンズが得られる。

図に示すように、脚区間８４および８６がバルブ区間７４に結合または合体するところ、すなわち、外壁８８がレンズ部分７２に合体するところで、壁厚が、好ましくは同一またはほぼ一定に維持され、それによって、外壁８８からレンズ部分７２に滑らかに移行し、次いで、レンズ部分７２が徐々に厚くなる。レンズ部分６２および７２に関して、赤道のところのレンズ部分の厚さと、レンズ部分が脚区間の外壁と合体するところのレンズ部分の厚さとの比は、好ましくは１０〜１．０１、より好ましくは５〜１．０５、より好ましくは３〜１．１、より好ましくは２．５〜１．３、より好ましくは２またはほぼ２である。

図６を参照すると、図５の発光管に類似のセラミック発光管９０を備える反射体ランプ９２が示されている。発光管９０は、当技術分野で知られているように好ましくは放物面または楕円面の反射体９４に装着され、それと光学的に結合する。こうすると、レンズ部分９６による利益が示される。すなわち、光線９７がレンズ効果を受けずに放出される場合、光線９７は、反射体９４に当たらず、有用なビーム出力にならない。しかし、レンズ部分９６のために、光線９７ａは曲がり、すなわちレンズ効果を受け、その結果、光線９７ａは、反射体９４に当たり、そのため集光され、有用なビーム出力として利用される。光線９８もレンズ効果を受け、反射体９４のより有利な領域に向かう。

好ましくは、図１のセラミック製の外郭または外壁２４は、押出しによって作製される。図２〜図６の発光管の（バルブ区間を含む）セラミック製の外郭または外壁は、射出成形法または流し込み成形法その他の当技術分野で周知の方法によって作製し得る。射出成形する場合、この外郭または外壁は、適宜、（赤道６６または８０に沿って分離した）対称な２つの断片の形で作製することができ、次いで、合わせて焼結される。

本発明の別の態様は、バルブ区間からのバルク散乱が小さいセラミック発光管を提供することである。材料の大部分で散乱する光は、光線をその入射経路から偏向させることがある。散乱した光線は、合焦した光ビーム外に外れ、全体性能を低下させることがある。焼結多結晶材料におけるバルク散乱は、残余の孔および粒界によって生じる。これらの寸法は、典型的には１０〜５０μｍの範囲である。石英または単結晶セラミックなどのガラス質材料では、粒界がなく、密度は理論値の１００％であり、そのため、内部空隙がない。これらの材料では事実上、バルク散乱がない。多結晶セラミック材料におけるバルク散乱は、密度を大きくすることによって減少させることができ、それによって、多孔性が減少し、内部空隙が減少する。あるいは、粒径を大きくして粒子の数を減少させるか、さらには、粒径を約１μｍ以下に小さくすることによってバルク散乱を減少させることができる。

バルク散乱の量を減少させるか、または最小限に抑えるために、好ましくは、セラミック材料は、サファイア（単結晶アルミナＡｌ_２Ｏ_３）または単結晶イットリウムアルミニウムガーネット（ＳＣＹＡＧ）、すなわちＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、次善には多結晶スピネル（ＰＣスピネル）、すなわちＭｇＡｌ_２Ｏ_４、次善には多結晶イットリウムアルミニウムガーネット（ＰＣＹＡＧ）、すなわちＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、次善には多結晶アルミナ（ＰＣＡ）、すなわちＡｌ_２Ｏ_３とする。好ましい実施形態では、バルブ区間の外壁は単結晶でできている。

典型的な応用例でのこれらの材料の屈折率「ｎ」、２つの表面について得られるフレネル反射「Ｒ」、および光収集効率「ｅ」は、バルク散乱およびフレネル反射損失をともに補償すると、以下のようになる。
１．サファイア：ｎ＝１．７７、Ｒ＝１５．４％、ｅ＝９２％
２．ＳＣＹＡＧ：ｎ＝１．８４、Ｒ＝１７．５％、ｅ＝９０％
３．ＰＣスピネル：ｎ＝１．７２、Ｒ＝１４．０％、ｅ＝９０％
４．ＰＣＹＡＧ：ｎ＝１．８４、Ｒ＝１７．５％、ｅ＝８５％
５．ＰＣＡ：ｎ＝１．７７、Ｒ＝１５．４％、ｅ＝５５％
好ましくは、本発明は、ランプに関連して用いられ、好ましくは、アークの隙間が極めて短く、ビームパターンが極めて精確に制御され、以下の好ましい特徴を有する高圧放電ランプに関連して用いられる。ワット数がより小さいランプおよびより大きいランプのパラメータは、これらの値からそれに応じて増減する。
１．充填材料：水銀、ハロゲン（好ましくは臭素、次善には他のハロゲン）、希ガス（好ましくはアルゴン）、および少量の酸素。当技術分野で知られているように、好ましい短アーク放電ランプでは、充填物はメタルハライドを含まない。
２．動作中の水銀蒸気圧：２〜６００気圧、より好ましくは５〜６００気圧、より好ましくは５０〜６００気圧、より好ましくは１００〜４００気圧、より好ましくは２００〜３００気圧、より好ましくは２２５〜２７５気圧、より好ましくは約２５０気圧
３．添加水銀量：０．０１〜２ｍｇ／ｍｍ^３、より好ましくは０．０５〜１．５ｍｇ／ｍｍ^３、より好ましくは０．１〜１ｍｇ／ｍｍ^３、より好ましくは約０．５ｍｇ／ｍｍ^３
４．電極間隔（隙間）：０．２〜１０ｍｍ、より好ましくは０．２〜５ｍｍ、より好ましくは０．５〜２ｍｍ、より好ましくは０．７〜１．３ｍｍ、より好ましくは約１ｍｍ
５．公称電圧：３０〜３００Ｖ、より好ましくは６０〜１２０Ｖ、より好ましくは約７５Ｖ
６．公称ワット数：１０〜３０００Ｗ、より好ましくは５０〜５００Ｗ、より好ましくは１００〜３００Ｗ、より好ましくは約３００Ｗ。典型的には、ランプは５０〜７０ＬＰＷを提供する。
７．壁負荷（アークチャンバの内部表面積に基づく）：０．１〜５Ｗ／ｍｍ^２、より好ましくは１〜３Ｗ／ｍｍ^２、より好ましくは約２Ｗ／ｍｍ^２
８．アークチャンバの内部容積：１０〜１０００ｍｍ^３、より好ましくは５０〜３００ｍｍ^３、より好ましくは約２００ｍｍ^３
９．電極の直径、形状、および寸法は、石英短アークランプについて当技術分野で知られている。米国特許第５，３５７，１６７号、第５，１０９，１８１号、および第５，４９７，０４９号を参照されたい。これらを参照により本明細書に組み込む。シャンク直径は、好ましくは０．１〜１ｍｍ、より好ましくは０．３〜０．５ｍｍ、より好ましくは約０．５ｍｍである。ヘッド径は、好ましくは０．３〜５ｍｍ、より好ましくは１〜２ｍｍ、より好ましくは約２ｍｍである。
１０．充填物中で臭素を用いる場合、添加する臭素の量は、好ましくは１０^−１２〜１０^−７モル／ｍｍ^３、より好ましくは約１０^−１１〜１０^−９モル／ｍｍ^３である。他のハロゲンを用いる場合も、この量は同様である。

好ましくは、本発明は、ビデオプロジェクタランプ、さらには、自動車、光ファイバ、ディスプレイ、医療機器、科学機器、特殊分野の高輝度放電ランプの応用例での短アークセラミック発光管に用いる。その他、商業的には、良好に制御された光ビーム（光輝度、低グレアなど）を必要とする応用例でのセラミックまたは高屈折率の発光管を使用する任意のランプ製品で用いる。本発明は、高温白熱ハロゲンランプでも利用することができる。この場合の応用例では、透明なセラミック発光管によるコンパクトでより小型のエンベロープ、さらには、透明なセラミック発光管を伴うコンパクトな無電極高輝度放電ランプが望まれる。本発明は、セラミック発光管を伴うあらゆる高圧放電ランプ、好ましくは（メタルハライドを含まない）高圧水銀ランプ、次善には（水銀およびメタルハライドを含む）高圧水銀−メタルハライドランプおよび（充填物中に水銀を含まない）高圧メタルハライドランプ、さらには白熱ハロゲンランプおよび無電極高輝度放電ランプに応用される。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、好ましい実施形態の要素の代わりに均等物を使用し得ることが当業者には理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲を逸脱することなく、本発明の教示に特定の状況または材料を適合させるために、多くの改変を加えることができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれるあらゆる実施形態を含むことが意図されている。

本発明によるセラミック発光管の断面図である。本発明によるセラミック発光管の代替実施形態の断面図である。本発明によるセラミック発光管の代替実施形態の断面図である。本発明によるセラミック発光管の代替実施形態の断面図である。本発明によるセラミック発光管の代替実施形態の断面図である。本発明によるセラミック発光管を備える反射体ランプの概略断面図である。

Claims

放電ランプ用のアークを生成するセラミック発光管であって、バルブ区間を有するセラミック外壁と、前記バルブ区間内のアークチャンバ内の充填材料とを備え、前記セラミック発光管は、
ａ）前記バルブ区間の外面または内面の反射防止干渉コーティング、
ｂ）前記バルブ区間の前記外壁のほぼ球面である外面または内面、および、
ｃ）前記アークから、前記発光管に光学的に結合された反射体のあらかじめ選択された領域に向かう光線にレンズ効果を与える形状になっている前記バルブ区間の前記外壁の壁厚、からなる群から選択される光学的に光を制御するための１つまたは複数の特徴を有する、発光管。
前記バルブ区間の外面または内面に反射防止干渉コーティングを有する、請求項１記載の発光管。
前記バルブ区間の前記外面のほぼ全部に前記反射防止干渉コーティングを有する、請求項２記載の発光管。
前記バルブ区間の前記外壁の前記外面または内面はほぼ球面である、請求項１記載の発光管。
前記バルブ区間の前記外壁の前記外面はほぼ球面である、請求項４記載の発光管。
前記バルブ区間の前記外壁の前記内面はほぼ球面である、請求項４記載の発光管。
前記バルブ区間の前記外壁の前記内面はほぼ球面である、請求項５記載の発光管。
前記バルブ区間の前記外壁の前記壁厚は、前記アークから、前記発光管に光学的に結合された反射体のあらかじめ選択された領域に向かう光線にレンズ効果を与える形状になっている、請求項１記載の発光管。
前記バルブ区間の前記内面は、電極の長手方向軸によって画定される長手方向軸の周りで円筒形になっている、請求項８記載の発光管。
前記バルブ区間の前記内面は、電極の長手方向軸によって画定される長手方向軸の周りで非円筒球根形状を画定する、請求項８記載の発光管。
前記バルブ区間の前記外壁の前記外面はほぼ球面である、請求項８記載の発光管。
前記バルブ区間の前記外壁の前記内面はほぼ球面である、請求項８記載の発光管。
前記バルブ区間の前記外面のほぼ全部に前記反射防止干渉コーティングを有する、請求項１２記載の発光管。
前記バルブ区間の前記外壁は単結晶でできている、請求項１記載の発光管。
ビデオプロジェクタランプ内に配設される、請求項１記載の発光管。
さらに１対の電極を備える、請求項１５記載の発光管。
前記バルブ区間の前記外壁は、サファイア、単結晶イットリウムアルミニウムガーネット、および多結晶イットリウムアルミニウムガーネットからなる群から選択されるセラミックでできている、請求項４記載の発光管。