JPH0226126Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、近赤外線ないし赤外線の範囲で作用
する白熱放射電球、ことに強めた放射線ビームが
生ずるようにバルブ・フイラメントの放射エネル
ギー出力を集束し向きを変える改良した設計の放
射線発生電球（radiation generating lamp）に
関する。 近赤外線又は赤外線を発生する電球は、分光光
度計と、減衰全反射法（ATR）分光光度計と、
1979年２月26日付米国特許願第15017号明細書に
記載してあるような近赤外線拡散反射法分光計と
のような多くの分析機器に広く使われている。 タングステン・フイラメント・バルブを持つ白
熱電球は、このような反射法分析機器に近赤外線
源として使うことが多い。これ等の白熱電球を使
う際の主な障害は、タングステン・フイラメント
は、近赤外線範囲で放射率が極めて低いことであ
る。従つてこのような白熱電球は放射出力が低
い。さらにこれ等の可視放出は、望ましくない迷
走光の原因になると共に電球の電力消費及び熱負
荷を増大させる。これ等の問題を補償するため
に、電球は通常一層低いフイラメント温度で動作
させられる。しかしフイラメント温度が一層低い
と、電球の放射出力にさらに損失を生ずる。 近赤外績拡散反射法分光計に対し、単色放射線
のビームを供給するようにするには、電球の出力
は、さらにろ波され、コリメートされて放射線の
強さをさらに低めなければならない。 従つて同じ又は一層低い電力消費量で現用のも
のより高いラジアンスを持つ放射線を供給するこ
とのできる、分光光度計及び類似の機器用の電球
の得られることが望ましい。 最近30％だけ低い電力を使い、同じ光出力を供
給することのできるエネルギー節約白熱電球が開
発されている。このライト・バルブは、その内面
に２色性の反射層を持つ新規な設計である。反射
面により光をガラス・バルブを通過させるが、熱
（赤外線）を集束してフイラメントにもどす。可
視光範囲では、タングステンフイラメントは良好
な放射体である。しかし白熱フイラメントからの
放射線の特性は、放出される放射線の10％だけが
可視光であつて、放出されるエネルギーの残りは
主として赤外線であるような性質である。この赤
外線エネルギーは反射され、フイラメントにもど
り、このフイラメントにより集束熱エネルギーが
主として吸収される。この吸収された熱により、
フイラメントのグロー状態を保つのに必要な外部
エネルギーの量が減少し、白熱電球の熱効率及び
電力消費効率が向上する。この白熱電球は、1979
年７月10日付米国特許第4160929号明細書に記載
されている。 標準設計の白熱電球を近赤外線から赤外線の範
囲で動作する電球に使うと、タングステン・フイ
ラメントはもはや良好な放出体ではなくなり、従
つて相当温度黒体より一層有効でない放射線源で
ある。しかし近赤外線範囲におけるタングステ
ン・フイラメントの良好な反射率を意味する低い
放射率は、一層高い強度の放射線を放出すること
のできる電球を提供するようにまわりの反射体と
協働して使うと有利であることが分つた。このこ
とは、まわりの反射スクリーンの窓を経て集束赤
外線を反射により向きを変えるように、フイラメ
ントを使用することにより達成される。反射され
る放射線は、電球から強められたビームの形で出
る。さらにこの電球の熱効率は、又、赤外線の若
干がフイラメントにより吸収され、したがつて電
力消費と、望ましくない可視光線の発生とを減少
させる程度に改善される。 本考案は、新規な放射線発生電球に関する。こ
の放射線発生電球は、近赤外線から赤外線までの
範囲で作動する。この放射線発生電球は、反射手
段により実質的に囲まれた白熱放射線源を備えて
いる。反射手段は、白熱源から出る放射線を受け
取り、この放射線を反射して放射線源に向つても
どす。反射手段は、発生させられ、反射させられ
た放射線の一部分が通過する窓を持つ。この放射
線源は、反射手段内に配置され（大体同心に）、
反射される放射線を受け取り窓に向いこの窓を通
るように向きを変えて、一層高い強さの放射線ビ
ームがこの窓を通過するようにする。すなわち電
球の放射線放出特性が向上する。 本考案の目的は、近赤外線ないし赤外線の範囲
で作用する新規な放射線発生電球を提供しようと
するにある。この範囲は、約700nmないし
5000nmの波長のエネルギーであると定義する。 本考案の他の目的は、前記範囲内で動作する放
射線発生装置から放出される放射線のラジアンス
を増加する装置を提供しようとするにある。 さらに本考案の目的は、定義した範囲内で動作
し迷走可視光線及び消費電力の一層少い、一層高
い強さを持つ放射線ビームを放出する放射線発生
電球を提供しようとするにある。 以下本考案電球の実施例を添付面図について詳
細に説明する。 第１図に示した第１の実施例による放射線発生
電球１０は、透過損失が最少になるようになるべ
くは薄い透明なガラス１２から作るのを好適とす
る白熱バルブ（bulb）１１を備えている。白熱バ
ルブ１１の中心にはなるべくはタングステンから
成るフイラメントを設けてある。白熱バルブ１１
はなるべくは球形にしてミラード反射スクリーン
（mirrored reflectivescreen）（以下単に反射スク
リーンと呼ぶ）１３の中心に同心に位置させてあ
る。反射スクリーン１３は、球形にするのが好適
であり黄銅殻１４を備えている。黄銅殻１４はそ
の内面に銀又は金から成るみがいたミラーコーテ
イング１５を備えている。反射スクリーン１３は
その側部に窓１６を形成してある。窓１６は黄銅
殻１４に切欠いた円形部分でよい。 白熱バルブ１１は、タングステンフイラメント
と、組合うソケツト１９にはまるねじ形口金１８
とを持つ標準形白熱バルブでよい。ソケツト１９
は、スクリーン１３を貫いて延び電力源（図示し
てない）に接続することのできる一層大きい口金
２０の一部である。 放射線発生電球１０はその目的としてフイラメ
ント源のラジアンスを高めなければならない。ラ
ジアンスという用語は、この場合単位立体角当た
りのフイラメント源の表面から規定された角度方
向におけるフイラメント源の単位射影面積当たり
の放射エネルギーの放出割合として定義される。
ラジアンスという用語はワツト／cm²／ステラジア
ンの単位を持つ。 放射線発生電球１０は近赤外放射ないし赤外放
射（700nmないし5000nm）の範囲で作用する。
放射線発生電球１０の作用では、フイラメント１
７にもどして集束することである。このことは、
フイラメント１７から全方向に出る赤外線及び若
干の可視光線から成る多数系の光線３を受ける反
射スクリーン１３によつてできる。黄銅殻１４の
ミラーコーテイング１５は、光線３を図示のよう
にフイラメント１７に向い反射する。 赤外線範囲では、タングステンフイラメント１
７は放射率が低い。又この放射率は、フイラメン
ト１７がエネルギーを容易には吸収しなくて、従
つてエネルギーの良好な反射体にならないことを
指示している。次いでフイラメント１７に向つて
もどされる光線３は、これ等の光線がフイラメン
ト１７に衝突するときに反射する。反射スクリー
ン１３からフイラメント１７への、又その逆の向
きの反覆反射後に、若干の光線３は窓１６を経て
放射線発生電球１０から外部に進む。すなわち反
射スクリーン１３は、光線３に積分効果を及ぼ
す。フイラメント１７から反射スクリーン１３の
遠い方の後部部分２１に出る光線２の若干は、フ
イラメント１７にはね返り、つる巻形フイラメン
ト構造のすきま又は間隔部を通過する。次いでフ
イラメント１７を通過する光線２は、図示のよう
に窓１６を介し放射線発生電球１０から出る。 フイラメント１７から窓１６に向つて直接出る
光線１はもちろん放射線発生電球１０から直接進
む。 反射スクリーン１３による光線３の積分に基づ
く放出のエンハンスメント（enhancement）エ
ネルギーE₁は次の式で表わすことができる。 E₁＝ａ（１−Ｅ）（１−Ａ）／〔１−ａ＋ａ（１−Ｅ）
（１−Ａ）〕−〔１−ａ＋ａ（１−Ｅ）（１−Ａ）〕²r
t²(1) この式でａはフイラメント像のフイリング
（filling）係数であり、 Ｅはフイラメント放射率であり、 Ａはビームが出るスクリーンの窓により定まる
全立体角の分数である。電球の支持部片及び口金
区域に基づく損失はこの説明のためには無視でき
るものと考えられる。 ｒはフイラメントを囲む反射スクリーンの反射
率であり、 ｔはフイラメントを納めるガラス球１１の透過
率である。 同様に窓１６を通過する反射光線２は、次の式
で示すように放射線発生電球１０から出るエネル
ギーE₂のエンハンスメントを生じさせる。 E₂＝１＋rt²（１−ａ） (2) 従つて積分用反射スクリーン１３に基づく放射
線の放出エネルギーE_tの全エンハンスメントは次
の式で与えられる。 E_t＝E₁＋E₂−１ すなわち E_t＝rt²（１−ａ） ＋ａ（１−Ｅ）（１−Ａ）／〔１−ａ＋ａ（１−
Ｅ）（１−Ａ〕−〔１−ａ＋ａ（１−Ｅ）（１−Ａ）〕
²rt²(3) ａ＝0.5，Ｅ＝0.25，Ａ＝0.2，ｒ＝0.95，ｔ＝
0.92の理論値を使うとエネルギーエンハンスメン
トの値は次のようになる。 E_t＝2.45 この実施例においてＡ＝0.2すなわち20％であ
ることは、球形の反射スクリーン１３がフイラメ
ント１７のまわりの領域の80％を占めることを意
味する。この場合放射線の80％が反射スクリーン
１３で反射してフイラメント１７にもどる。 ラジアンスの真の増加は、反射放射線の若干が
フイラメント１７により吸収されるので理論的増
加より低い。しかしこのエネルギーの吸収はガラ
ス球１１の熱効率を高め放射線発生電球１０を一
層低い電力消費で作用させる。電力消費が減少す
ると、又望ましくない可視光線の発生も減少する
付加的利点がある。可視光線又は或る波長のエネ
ルギーは又ミラーコーテイング１５のほかに種種
の被覆（図示してない）を使い反射スクリーン１
３により選択的に吸収し又は選択的に反射するこ
とができる。前記したように反射スクリーン１３
で反射してフイラメント１７にもどつた放射線の
若干は吸収され、残余の放射線は反射される。こ
の反射される放射線の80％が、反射スクリーン１
３へもどり、反射してふたたびフイラメント１７
へもどる。損失は考えられるが、反射スクリーン
１３がフイラメント１７のまわりの領域の80％を
占めるので、反射スクリーン１３とフイラメント
１７との間で反射する放射線の量に対して損失の
％は非常に低いので、反射スクリーン１３とフイ
ラメント１７との間で反射が繰り返し行なわれ
る。窓１６から放出される放射線は、フイラメン
ト１７により直接放出される放射線と、反射スク
リーン１３から反射してフイラメント１７へもど
りフイラメント１７から反射して窓を通つて出て
行く放射線と、反射スクリーン１３から反射して
フイラメント１７を通り過ぎて直接窓から出て行
く放射線とから成る。反射スクリーン１３とフイ
ラメント１７との間で放射線を繰り返し反射さ
せ、フイラメント１７により可視光線を繰り返し
吸収することによつて、近赤外線ないし遠赤外線
範囲の放射線の強度が増加させられ、可視範囲の
放射線の比率が減少させられる。前記実施例にお
いてはＡ＝0.2であるが、これより若干多くても
少なくても、このような繰返しの反射を行なうこ
とは可能である。 第２図に示した本考案の第２の実施例による放
射線発生電球１０′は、口金３０内に固定した支
持部片２９により支えたフイラメント２７を備え
ている。フイラメント２７は、口金３０に対し密
封した球形のミラードガラス・バルブ（以下単に
ガラス・バルブと呼ぶ）２３内の中心に位置させ
てある。銀又は金から成るみがいた反射層２５は
ガラス・バルブ２３の内面に被覆し第１図にした
放射線発生電球１０と同様に放射線をフイラメン
ト２７にもどす。或る波長のエネルギーを選択的
に吸収し又は選択的に反射するように他の層を加
えてもよい。 ガラス・バルブ２３は、フイラメント２７から
反射され又フイラメント２７により生ずる放射線
の窓として作用する透明部分２４を備えている。 この実施例では第１図の場合のように内部白熱
バルブ１１に基づく透過損失は起らない。この場
合式(3)においてｔは１に等しく次にエンハンスメ
ント式が得られる。 E_t＝ｒ（１−ａ） ＋ａ（１−Ｅ）（１−Ａ）／〔１−ａ＋ａ（１−
Ｅ）（１−Ａ）〕−〔１−ａ＋ａ（１−Ｅ）（１−Ａ）
〕²r(4) この式に対して理論値によりエネルギーは次の
ようになる。 E_t＝3.05 例 タングステンハロゲン電球（ゼネラルエレクト
リツクコード1974）を直径3in.の金めつきした反
射球体内に入れた。この反射球体は２個の半部分
から成り、左半部分は電球を損傷しないではずす
ことができた。この球体に直径に沿い互に対向す
る位置に入口及び出口を設け、エンハンスメン
ト・エネルギーE_tが後部反射補助光線（エネルギ
ーE₂）を含まないようにした。電球フイラメン
トの像はSF6スロー（slow）・レンズにより観察
マスクに転送し、さらにエネルギーを集めてエプ
レー（Eppley）熱電対列により測定した。電球
温度を標準化するように、電圧電流比が一様なフ
イラメント抵抗を指示するまで電球電圧を調節し
た。 以下の第１表には前記した装置を使い反射球体
の前半部分を取付けて又は取りはずして測定した
測定値を記載してある。

【表】 後部半球部分のエネルギーを反射しガラス・バ
ルブにもどすことにより5.8％の放出エネルギー
のエンハンスメントが認められこれに伴い入力電
力が4.7％減少した。このことは第１の構造によ
る電球効率の11％の向上を意味する。 全球体（第２の構造）を経てガラス・バルブに
エネルギーを反射してもどすことにより（第２の
構造）35％の放出エネルギーのエンハンスメント
が認められ、これに伴い入力電力が21％減少し
た。このことはこの第２の構造では電球効率の71
％の向上を意味する。 この試験で利用できる利得はG.E.1974形電球の
低いガラス品質と、電球口金に対向する広い面積
と共にフイラメントのすぐ後方の球体区分が付加
的な利得の利用ができないことにより制限を受け
た。 第１図及び第２図の放射線発生電球は、フイラ
メントの酸化を防ぐために、フイラメントを真空
中に置くか又は不活性ガスにより囲むことを必要
とするのはもちろんである。 すなわち第１図において白熱バルブ１１は、真
空にされ、第２図においてガラス・バルブ２３
は、真空にしてある。 前記した材料は例示したものであり本考案の説
明のために使つただけである。当業者には明らか
なように他の材料を使つてもよい。 以上本考案をその実施例について詳細に説明し
たが本考案はなおその精神を逸脱しないで種種の
変化変型を行うことができるのはもちろんであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案電球の１実施例の軸断面図、第
２図は本考案電球の第２の実施例の軸断面図であ
る。 １０……放射線発生電球、１１……白熱バル
ブ、１３……反射スクリーン、１６……窓、１７
……フイラメント。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) (イ) 可視範囲内及び近赤外線ないし赤外線範
   囲内の放射線を発生する白熱放射線源と、 (ロ) 窓と口金取付部とを除いてミラード内面を
   持ち、前記白熱放射線源が内部の中心に配置
   される球形の反射装置と、 を備え、 前記反射装置が、前記放出される放射線を受
   取り、可視範囲内及び近赤外線ないし赤外線範
   囲内のこの放射線の少なくとも一部分を反射
   し、この放射線の反射される部分の実質的にす
   べてを前記白熱放射線源の方へ反射してもど
   し、 さらに前記白熱放射線源が、前記反射される
   放射線の一部分の向きを変えて前記窓を通過さ
   せ、可視範囲内の前記反射される放射線の少な
   くとも一部分を吸収し、前記反射される放射線
   の実質的な部分を反射して前記反射装置へもど
   し、近赤外線ないし赤外線範囲内の前記放射線
   発生電球の放出特性を高めるようにすることを
   特徴とする、近赤外線ないし赤外線範囲内で動
   作する放射線発生電球。 (2) 前記白熱放射線源を、タングステン・フイラ
   メント・バルブにより構成した実用新案登録請
   求の範囲第(1)項記載の放射線発生電球。 (3) 与えられた範囲の波長内のエネルギーを選択
   的に吸収するように、前記タングステン・フイ
   ラメントを囲む吸収手段を備えた実用新案登録
   請求の範囲第(2)項記載の放射線発生電球。 (4) 与えられた範囲の波長内のエネルギーを選択
   的に反射するように、前記タングステン・フイ
   ラメントを囲む反射手段を備えた実用新案登録
   請求の範囲第(3)項記載の放射線発生電球。 (5) 前記白熱フイラメント・バルブを、実質的に
   球形のバルブにより構成した実用新案登録請求
   の範囲第(1)項記載の放射線発生電球。 (6) 前記バルブに、与えられた範囲の波長内のエ
   ネルギーを選択的に吸収する吸収手段を設けた
   実用新案登録請求の範囲第(1)項記載の放射線発
   生電球。 (7) 前記バルブに、与えられた範囲の波長内のエ
   ネルギーを選択的に反射する反射手段を設けた
   実用新案登録請求の範囲第(6)項記載の放射線発
   生電球。