KR100945182B1 - 반사경 램프 - Google Patents

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Abstract

특히 고압 가스 방전 램프[HID(고휘도 방전) 램프 또는 UHP(초고성능) 램프]의 형태의 광원, 뿐만 아니라 주 또는 2차 반사경(12), 및 이에 의해 광원(22)으로부터의 광이 광원(22)을 통해 주 반사경(12) 상에 반사되는 1차 반사경(25)으로 본질적으로 구성되는 반사경 램프가 설명된다. 1차 반사경(25)은, 예를 들면 반사 특성을 갖지 않거나 반사경 램프의 반사 특성에 악영향을 주는 반사 특성을 갖는 램프용 리드 스루 및/또는 체결 장치에 기인하여 광학적 비활성 구역인 주 반사경(12)의 구역이 흐려지도록 배열된다. 반사경 램프는 고휘도 효율에 의해 투영 적용에 특히 적합하다. 더욱이, 실질적으로 자동화된 따라서 비용 효과적인 램프의 조립체가 가능하다.
광원, 주 또는 2차 반사경, 1차 반사경, 반사경 램프, 반사 코팅

Description

반사경 램프 {Reflector lamp}
본 발명은 특히 고압 가스 방전 램프[HID(고휘도 방전) 램프 또는 UHP(초고성능) 램프]의 형태의 광원, 주 반사경(2차 반사경), 및 이에 의해 광원으로부터의 광이 주 반사경 상에 반사되는 1차 반사경으로 본질적으로 형성되는 반사경 램프에 관한 것이다.
이 종류의 반사경 램프들은 이들의 광학 특성에 기인하여 투영 용도로 특히 선호되어 사용되며, 예를 들면 독일 특허 출원 제 101 51 267.8호에 설명되어 있다. 본 출원에 필수적인 특징은 특히 가능한 한 높은 발광 효율 및 가능한 한 균일하게 투영면을 조명하는 방사 특성이다.
이들 특성의 최적화를 방해할 수 있는 문제점이 예를 들면 광원으로부터 출사되는 광이 부분적으로 흐려지고 및/또는 반사되지 않는 구역들에 입사되거나 반사경 램프의 방사 특성에 악영향을 미치는 반사 특성을 가질 수 있는 주 반사경 내의 램프를 위한 요소 및/또는 리드 스루(lead-through)를 체결함으로써 형성된다.
특정 광학적 활성 형상을 갖고 주 반사경(반사층)을 지지하는 반사경 부분과, 주로 램프를 체결하고 공급 라인들을 통과하기 위한 기능을 하는 네크부 사이를 구별하는 것이 이러한 연결에 유용하다. 2개의 부분은 반사경 개구 또는 광 방출 개구를 갖는 반사경 본체를 형성한다.
장착 동안, 램프는 주 반사경의 형상에 따라 반사경 본체에 정렬되고 그 후 최적의 광학 특성들 또는 특정 방사 특성을 달성하기 위해 정확한 위치에 고정(예를 들면 램프 시멘트에 의해)되어야 한다.
네크부는 수용된 램프가 정확하게 정렬되도록 치수 설정된다. 이는 한편으로는 반사경 본체의 제조 공차들을 그리고 다른 한편으로는 실제 광원, 즉 방전 램프에서의 방전 아크가 제조 기술의 이유로 방전 공간 내의 정확하게 규정되어 재현 가능한 위치를 점유하지 않을 수 있다는 사실을 고려하면서 수행되어야 한다. 따라서, 방전 아크는 광학적으로 검사되고 램프가 연소되는 동안 반사경의 초점, 즉 최적 위치 내로 유도되어야 한다. 이는 네크부의 직경 또는 개구가 램프를 조절하기 위해 충분한 공간이 이용 가능하도록 커야 한다는 것을 의미한다.
그러나, 상기 네크부의 직경, 즉 그의 개구의 직경이 반사경에 이용 가능한 표면 영역의 상당 부분을 손실하지 않도록 광학적 이유로 가능한 한 작아야 하는 것이 또한 요구된다. 이는 램프가 비교적 깊이 반사경 내로 삽입되고 따라서 반사경의 후방 단부에 매우 근접하게 되는 경우에 특히 사실이다. 대략 7.5mm의 초점 길이를 갖는 일반적인 포물선형 반사경 및 그것의 방전 용기가 대략 9mm의 직경을 갖는 램프에서, 방전 용기는 반사경 표면으로부터 대략 3mm 이하의 거리일 수 있다. 따라서 광 방사의 비교적 큰 공간 각도가 비교적 작은 반사경 표면 영역과 연계되어, 이에 따라 큰 광 손실이 야기될 수 있다. 이러한 이유로 램프를 위해 예약된 반사경 내의 최후방 개구의 직경과 램프의 직경 사이의 최대 차이는 일반적으로 대략 1mm로 허용되어, 장착 및 조절에 이용 가능한 공간이 여전히 비교적 작다.
네크부의 요구되는 작은 개구는 또한 조정 및 장착의 자동화를 더욱 어렵게 한다. 램프는 작동 위치에서 정렬 가능하도록 그의 후방 단부에 의해 유지되어야 하며, 이는 램프가 일반적으로 주어진 작은 네크부 직경에서는 가능하지 않은, 네크부를 통한 반사경 본체 내로 도입되거나 또는 반사경의 광 방출 개구 내로 삽입을 위해 그의 전방 단부에 의해 파지(grip)되거나 그의 후방 단부에 의해 다시 파지되어야 한다는 것을 의미한다. 양쪽 대안들 모두는 상당한 기계적 지출을 필요로 하고, 이는 램프 시멘트의 비교적 느린 경화 및 도입에 의해 더욱 증가된다.
부가의 문제점은 반사경 본체의 최후방 부분, 특히 반사경 부분의 최후방 부분이 광 방출 윈도우의 구역에 위치한 전방부보다 덜 정확한 기하학적 형상으로 제조될 수도 있다는 것이다. 이것에 대한 이유는 벽 두께가 반사경 본체의 후방부에서 더 크고 네크부 및 적합한 체결 요소들이 또한 거기에 형성되기 때문이다. 이러한 기하학적 부정확성은 그 후방 반사경 부분에서의 모든 불규칙성이 그와 관련된 비교적 큰 공간 각도를 가져서 전방 반사경 부분에서의 불규칙성보다 훨씬 강한 방사 특성에 대한 영향을 갖기 때문에 매우 불리할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 반사경 부분의 후방 부분들 및/또는 반사경 부분 내의 다른 물체들에 의해 그의 광학 특성이 실질적으로 낮은 정도로 악영향을 받거나 또는 전혀 악영향을 받지 않는 개시 단락에서 언급한 종류의 반사경 램프를 제공하는 것이다.
더욱이, 본 발명의 목적은 유효 반사경 표면의 일부가 더 이상 이용 가능하지 않은 구조를 선택할 필요가 없이, 자동으로 따라서 비교적 작은 기계적 비용을 갖는 저비용으로 장착되어 정렬될 수 있는 반사경 램프를 제공하는 것이다.
다른 목적은 실질적인 광 손실 없이 알려진 반사경 램프들에 대해 가능한 것보다 상당히 훨씬 더 소형화될 수 있는 반사경 램프를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제 1 항에 따라, 광원, 주 또는 2차 반사경, 및 적어도 하나의 1차 반사경을 구비하며, 상기 1차 반사경은 상기 주 반사경의 광학적 비활성 구역들 또는 다른 물체들에 의해 흐려진 상기 주 반사경의 구역들의 방향으로 전파하는 광원으로부터 기원하는 광 부분들의 적어도 실질적인 반사를 상기 광원을 통해 상기 주 반사경으로 제공하는 반사경 램프에 의해 달성된다.
광학적 비활성 구역들은 예를 들면 주 반사경의 네크부의 개구 및 가능하게는 이러한 개구의 에지와 같은 반사경 램프의 방사 특성에 악영향을 미치는 반사 특성 또는 반사 특성들을 갖지 않는 구역들로 이해된다. 상기 광 부분들의 반사도는 본질적으로 선택된 반사경 재료의 반사도 및 1차 반사경의 형상 및 위치의 정확도에 따른다.
이 해결책의 특정 이점은 상술한 종류의 반사가 광원의 범위(즉, 실질적으로 방사 특성의 폭)를 상당히 증가시키지 않아 1차 반사경이 비교적 큰 치수를 가질지라도 투영 광학 시스템 내로의 삽입시에 어떠한 적응 문제점도 발생하지 않기 때문에, 반사경 램프가 특히 투영 용도들에 적합하다는 것이다.
더욱이, 반사경 램프의 방사 특성에 대한 광학적 비활성 구역들의 영향은 이들 구역들(예를 들면 네크부의 형태로)이 광원을 포함하는 램프의 자동 장착을 가능하게 하기 위해, 및/또는 네크부의 램프의 적어도 부분적인 위치 설정에 의해 실질적인 광 손실 없이 고도의 소형화를 달성하기 위해, 및/또는 램프 시멘트 대신에 램프를 위한 기계적 체결 수단을 사용하는 것이 가능하도록 알려진 반사경 램프와 비교하여 비교적 크게 형성되는 경우 적어도 상당히 제거되며, 이는 이들이 실질적으로 더욱 정확하고 신뢰적이고 견고한 램프의 체결을 가능하게 한다는 것을 의미한다.
마지막으로, 예를 들면 체결 요소들, 냉각 수단들 등과 같은 주 반사경의 구역 내의 물체에 의한 방사 특성에 대한 불리한 영향은 (가능하게는 부가의) 1차 반사경이 상기 물체들의 위치 및 치수를 고려하도록 위치되는 본 발명에 따라 회피될 수 있다.
종속항들은 본 발명의 유리한 부가의 실시예에 관한 것이다.
청구항 제 2 항 및 제 3 항은 그의 악영향이 바람직하게 제거될 수 있는 광학적 비활성 구역 또는 물체에 관한 것이다.
청구항 제 4 항 및 제 5 항에 규정된 바와 같은 1차 반사경은 특히 간단하고, 효율적이며 저비용인 방식으로 제조될 수 있다.
청구항 제 6 항 및 제 7 항의 실시예는 본 발명에 따른 반사경 램프의 특히 고도의 소형화를 가능하게 하고, 청구항 제 8 항의 실시예는 방사광의 강도 및 조성에 기인하여 투영 적용에 특히 유리하게 사용될 수도 있다.
본 발명의 다른 특징, 특성 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 제공된 이하의 바람직한 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 제 1 실시예의 개략 종단면도.
도 2는 제 2 실시예의 개략 종단면도.
도 3은 제 3 실시예의 개략 종단면도.
동일한 또는 대응 부품들은 도 1 내지 도 3에서 동일한 도면 부호로 나타낸다.
본 발명에 따른 반사경 램프는 이들 도면들로부터 알 수 있는 바와 같이 반사경 본체(1) 및 램프(2)로 구성된다.
반사경 본체(1)는 한편으로는 광학 반사층의 형태의 반사경 표면(주 또는 2차 반사경)(12)을 그 내부벽에 수반하는 반사경 부분(11)을 포함한다. 내부벽은 램프(2)의 광이 원하는 방사 특성으로 반사경 본체(1)의 광 방출 개구로부터 방출되도록 형성된다. 일반적으로, 이러한 형상은 포물선 구배(포물선 미러)를 갖지만, 타원형 및 다른 형상이 대안적으로 가능하고, 이 형상들은 주어진 적용에 요구되는 빔 생성의 특성에 따라 선택된다.
광학 반사층은 예를 들면 금속층 또는 서로의 상부에 놓인 단일 또는 다중 유전층으로 형성된다.
다른 한편, 반사경 본체(1)는 광 방출 개구에 대향하는 그것의 후방 단부에, 본질적으로 램프(2)를 수용하여 고정하기 위한 기능을 하는 네크부를 포함한다.
본 경우에 도시된 램프(2)는, 실제 광원(22)을 구성하는 아크 방전부가 2개의 전극들 사이뿐만 아니라 그를 통해 공급 전류가 도입되는 제 1 및 제 2 램프 단부(23, 24)에 여기되는 방전 공간을 갖는 버너(21)를 포함하는 가스 방전 램프이다. 적어도 제 1 램프 단부(23)는 램프(2)의 고정을 위해 반사경 본체(1)의 네크부(13)를 통해 연장된다.
대안적으로, 백열 램프 또는 몇몇 다른 광원이 사용될 수도 있다.
더욱이, 도 1 내지 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 램프(2)의 버너(21)는, 반사경 표면(12)과 마찬가지로 예를 들면 금속층 또는 다수의 중첩된 유전층(다층 2색성 필터)으로 형성되고 알려진 코팅 프로세스에 의해 제공되는 광학 반사층(1차 반사경(25)을 그 표면에 구비한다.
여기서 층 또는 코팅(25)이 버너(21)의 최후방 반부에, 즉 네크부(13)의 개구에 인접한 부분에 위치하고, 예를 들면 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 버너(21)의 "적도(equqtor)"까지, 즉 광원(22)(아크 방전부 또는 백열 코일)의 대략 기하학적 중심의 레벨까지 전방 방향(광 방사의 방향)으로 연장된다.
따라서, 이러한 코팅(25)은 적어도 실질적으로 풍부한 반사경 표면(12)의 최후방 또는 흐려진 부분의 광학 기능을 제공한다. 따라서, 반사경 램프의 방사 특성에 대한 반사경 표면(12)의 최후방 부분의 비교적 낮은 광학 품질의 부정적인 영향이 또한 적어도 실질적으로 제거된다.
이 결과들 중에서 네크부(13)의 개구의 크기가 상술한 반사경 표면(12)에서의 손실에 대해 더 이상의 중요하지 않고, 따라서 충분한 공간이 그의 정렬에 대해 이용 가능하면서 특히 램프(2)가 후방으로부터의 반사경 본체(1) 내로 도입될 수 있도록 크게 형성될 수도 있다. 이는 또한 비교적 적은 비용으로 자동화된 조립 및 조절의 가능성을 전개한다.
더욱이, 반사경 본체(1)의 후방 단부는 또한, 예를 들면 적합한 기계적 조절 가능 체결 요소가 램프 시멘트 대신에 램프(2)에 사용될 수 있도록 상당히 더 자유롭게 치수 설정될 수 있다.
코팅(25)을 구비하는 표면은 광원(22)으로부터 기원하여 코팅(25)에 입사하는 광이 적어도 실질적으로 자신을 향해 반사되고 따라서 광원(22)을 통해 반사경 표면(12) 상에 조준되도록 유리하게 성형된다. 이러한 배면 반사(back reflection)는 광원(22)의 연장부가 코팅(25)에서의 반사에 의해 증가되지 않는, 즉 광원의 방사 특성이 실질적으로 확장되지 않아 특히 투영 시스템에서 부가의 적응 문제가 광학 투영 시스템 내로의 삽입시에 발생하지 않는 부가의 장점을 갖는다.
도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에서, 네크부(13)의 직경은 램프(2)가 요구되는 방식으로 내부의 그의 제 1 램프 단부(23)에 의해 조절되어 체결될 수 있도록, 본 경우에는 반사경 본체(1)의 광 방출 개구를 통해 종래의 방식으로 네크부 내로 삽입되도록 치수 설정된다. 본 실시예에서의 코팅(25)은 대략적으로 광원(22)의 기하학적 중심의 레벨에 위치한 버너(21)의 대략 "적도"와 네크부(13)에 위치된 제 1 램프 단부(23)의 시작점 사이로 버너(21)의 표면상에서 연장된다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 네크부(13)는 램프(2)가 이 네크부(13)를 통해, 즉 후방으로부터 반사경 본체(1) 내로 삽입될 수 있도록 하는 직경을 갖는다.
도 2의 제 2 실시예에서, 버너(21)의 일부가 네크부(13)의 내부에 위치되고, 반사 코팅(25)은 네크부(13)의 개구 및 가능하게는 불충분한 광학 특성을 가질 수도 있는, 상기 개구를 바로 둘러싸는 반사경 표면(12)의 구역을 광학적으로 대신하는 반사경 본체(1)의 광 방출 개구의 방향으로만 네크부(13)의 내부에 위치한 제 1 램프 단부(22)의 시작점으로부터 연장된다.
또한 (비교적 협소한) 네크부(13)의 개구를 둘러싸는 반사경 표면(12)의 후방 부분이 코팅(25)으로 인해 광학적으로 더 이상 필요하지 않다는 것이 이들 실시예로부터 명백해진다.
도 3에 도시된 제 3 실시예에서, 제 1 램프 단부(22) 뿐만 아니라 반사경 본체(1)의 네크부(13) 내부에 위치한 버너(21)의 대략 반부가 반사경 표면(12)의 기하학적(실제) 연속부가 버너(21)를 통해 연장하도록 형성된다.
제 2 및 특히 제 3 실시예는 반사경 부분(11)의 초점 거리 및 버너(21)의 직경이 실질적으로 서로 독립적으로 선택될 수도 있다는 부가의 장점을 갖는다. 이는 반사경 부분(11)의 초점 거리가 광 손실을 회피하기 위해 버너(21)의 반경보다 커야 하는 공지의 반사경 램프와 비교하여 실질적으로 동일한 광 포착 효율을 위한 반사경 램프의 부가의 소형화를 가능하게 한다.
더욱이, 모든 실시예는 버너(21)의 표면에 비대칭적으로 및 특히 비회전 대칭적으로 반사 코팅(25)을 제공하는 가능성을 제공한다. 이는 장착 요소, 램프 접점, 예를 들면 안테나, 또는 냉각 디바이스 등과 같은 점화 보조부 등의 부가의 부품이 램프(2)의 다음에 반사경 본체(1) 내부에 존재하는 경우에 특히 유용할 수도 있다. 이러한 경우에, 코팅(25)의 에지는 코팅(25)이 광을 자신에게 재반사하고 광원(22)을 통해 반사경 표면(12)의 자유 구역 상에 조준하는 동안 상기 부품들이 흐려지도록 연장될 수 있다.
대안적으로, 버너 표면 상의 국부 코팅의 형태의 부가의 1차 반사경이 이들 물체의 위치 및 치수에 대응하도록 배열될 수도 있다.
1차 및 2차 반사경의 바람직한 조합은 참조에 의해 본 명세서에 합체된 인용 공보인 DE 101 51 267.8호에 개시되어 있다. 다양한 반사 코팅 및 재료가 상기 공보에 개시되어 있고, 그 재료로부터 코팅이 원하는 광학 특성(예를 들면 2색성 반사 코팅)을 성취하고 적용 가능할 때 반사경 부분(11) 및 버너(21)의 재료에 가능한 한 밀접하게 대응하는 열 팽창 계수를 달성하도록 바람직하게 구성된다. 이들 재료는 특히 SiO2, TiO2, 및/또는 ZrO2, 및/또는 Ta2O5이다.

Claims (9)

  1. 반사경 램프에 있어서,
    광원(22),
    주 또는 2차 반사경(12), 및
    적어도 하나의 1차 반사경(25)을 구비하며,
    상기 적어도 하나의 1차 반사경(25)은,
    상기 광원(22)으로부터 기원하고, 상기 광원(22)을 포함하는 램프(2)를 위해 제공되는 상기 주 또는 2차 반사경(12)의 네크부(13)의 형태인 상기 주 반사경(12)의 광학적 비활성 구역들 또는 다른 물체들에 의해 흐려진 상기 주 반사경(12)의 구역들의 방향으로 전파되는 광 부분들의 반사를 상기 광원(22)을 통해 상기 주 반사경(12)에 제공하는, 반사경 램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학적 비활성 구역은 상기 광원(22)을 포함하는 램프(2)를 제공하는 상기 주 반사경(12)에서의 관통 통로로 형성되는 반사경 램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 물체들은 체결 수단, 냉각 수단, 점화 수단, 또는 상기 광원(22)을 활성화하고 또는 작동하기 위해 제공된 수단인, 반사경 램프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 반사경은 상기 광원(22)을 포함하는 램프(2)의 표면에 제공된 광학적 반사 코팅(25)으로 형성되는, 반사경 램프.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광학적 반사 코팅(25)은 금속층 또는 복수의 유전층 또는 2색성 필터로 형성되는, 반사경 램프.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 반사경(12)의 기하학적 연속부가 상기 램프(2)의 버너(21)를 통과하도록, 상기 광원(22)을 포함하는 램프(2)를 도입하기 위한 네크부(13)와 상기 주 반사경(12)을 지지하는 반사경 부분(11)을 갖는 반사경 본체(1)를 구비하는, 반사경 램프.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 반사경(12)의 초점 거리가 수용된 램프(2)의 버너(21)의 반경보다 작도록, 상기 광원(22)을 포함하는 램프(2)를 도입하기 위한 네크부(13)와 주 반사경(12)을 지지하는 반사경 부분(11)을 구비하는, 반사경 램프.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원(22)은 고압 가스 방전 램프(2)에서의 아크 방전부인, 반사경 램프.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 반사경 램프를 구비하는 투영 시스템.
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