PT752156E - Lampada para produzir um espectro de luz natural - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO EPÍGRAFE: “LÂMPADA PARA PRODUZIR UM ESPECTRO DE LUZ NATURAL”

Campo Técnico

Uma lâmpada que produz um espectro de luz de tipo natural.

C Técnica Anterior

Foram feitas várias tentativas para fornecer lâmpadas com produtos espectrais especificados. Assim, a patente U.S. 4 878 318 revela uma lâmpada com um determinado produto espectral.

Contudo, nenhuma das lâmpadas da técnica anterior produz um produto espectral que seja substancialmente idêntico à luz natural. É um objectivo desta invenção fornecer uma lâmpada integral que produz uma distribuição de luz espectral que é substancialmente idêntica em uniformidade à distribuição espectral da luz natural. Ç Revelação da Invenção A presente invenção é definida pelas reivindicações anexas 1-10.

De acordo com esta invenção, é fornecida uma lâmpada composta por um filamento posicionado dentro de um corpo reflector, de modo a que pelo menos 50 por cento da energia radiante do espectro visível emitida pelo filamento seja dirigida à superfície reflectora de tal corpo, e um revestimento de filtro nesse corpo reflector produza uma luz visível utilizável total, de acordo com uma fórmula especificada.

Breve Descrição dos Desenhos A presente invenção será melhor compreendida por referência aos desenhos anexos, em que numerais de referência idênticos se referem a elementos idênticos, e em que: 1

A Figura 1 é uma perspectiva seccional de uma modalidade preferida da montagem de lâmpada desta invenção; A Figura 2 é uma perspectiva seccional alargada de uma parte do reflector usado na montagem da Figura 1; A Figura 3 é um gráfico de um exemplo do espectro de luz natural; A Figura 4 é um gráfico de um exemplo do produto espectral de uma lâmpada incandescente; A Figura 5 é um gráfico da reflectância de um reflector;

As Figuras 6A, 6B, 6C, 6D, 6E e 6F são cada uma, uma tabela que especifica, para diferentes condições de fontes artificiais de luz, as propriedades do reflector que deve ser usado para uma fonte especificada e produto desejado; A Figura 7 é um gráfico do produto real de uma montagem de lâmpada produzido a partir dos dados da Figura 6 comparados com a luz natural real; A Figura 8 é uma perspectiva de corte do filamento usado na montagem da Figura 1; A Figura 9 é um esquema de uma montagem de iluminação composta pela montagem de lâmpada da Figura 1; A Figura 10 é uma modalidade alternativa da invenção; A Figura 11 é uma representação de outra montagem de iluminação preferida composta pela montagem de lâmpada da Figura 1 e/ou Figura 10; A Figura 12 é uma representação de outra montagem de iluminação preferida composta pela montagem de lâmpada da Figura 1;

As Figuras 13, 14 e 15 são perspectivas de corte de modalidades de outra lâmpada preferida desta invenção; A Figura 16 é uma perspectiva de topo dos filamentos das lâmpadas das Figuras 13, 14, e 15; A Figura 17 é uma perspectiva lateral dos filamentos da Figura 16 esquematicamente em circuito com uma fonte de voltagem variável;

As Figuras 18, 19 e 20 ilustram um dispositivo para controlar o produto espectral da lâmpada das Figuras 13-17. 2

Melhor Forma de Realização da Invenção A Figura 1 é uma perspectiva de corte de uma lâmpada incandescente preferida e unidade reflectora 10. A unidade 10 é composta por um reflector 12, um bolbo de lâmpada incandescente 14 preso e fixado no reflector 12 através da base 16 do reflector 12, e um filamento 18 colocado dentro do bolbo de lâmpada 14.

Um reflector é um tipo de superfície ou material usado para reflectir energia radiante. O reflector 12 usado na unidade 10 contém preferivelmente superfícies arqueadas 20. O reflector usado na lâmpada desta invenção tem preferivelmente determinadas características ópticas especificadas. O corpo reflector tem uma superfície que intercepta e reflecte energia radiante de espectro visível na gama dos 400 a 700 nanómetros. O filamento 18 usado é posicionado dentro do reflector de modo a que pelo menos 50 por cento da energia radiante de espectro visível seja dirigida à superfície reflectora. É preferível que o filamento 18 esteja posicionado de modo a que cerca de 90 por cento da energia radiante de espectro visível seja dirigida à superfície reflectora. O corpo reflector tem um revestimento na sua superfície a partir do qual a radiância reflectida de cada comprimento de onda da energia radiante de espectro visível dirigida à superfície reflectora quando combinada com a energia radiante de espectro visível que não se dirige à superfície reflectora produz um produto de luz total substancialmente de acordo com a fórmula R(1) = [D(1) - [S(1) x (1-X)]j/[S(1) x X], em que R(1) é a reflectância do revestimento reflector para o dito comprimento de onda, D(1) é a radiância do dito comprimento de onda para a temperatura de cor da luz natural, S(1) é a radiância total do dito filamento no dito comprimento de onda, e X é a percentagem de energia radiante de espectro visível dirigida à dita superfície reflectora.

Numa modalidade, o reflector 12 tem uma superfície interna côncava tal como, e.g., a superfície interna côncava 20. Na modalidade ilustrada na Figura 1, a superfície interna côncava oca 20 tem uma forma substancialmente parabólica que funciona como um espelho parabolóide.

Os reflectores típicos 12 que podem ser usados nesta invenção estão imediatamente disponíveis comercialmente. 3

O ponto focal do reflector 12, que também é conhecido como o seu “principal ponto de foco”, é o ponto no qual raios de luz paralelos incidentes convergem ou a partir do qual divergem depois de serem activados por uma lente ou espelho. O ponto focal de um reflector pode ser determinado por meios convencionais. Ver, por exemplo, as Patentes U.S. 5 105 347, 5 084 804, 5 047 902, 5 045 982, 5 037 191, 5 010 272, ou similares. O ponto focal 30 do reflector 12 localiza-se perto da posição 30. O filamento 18 localiza-se no ponto focal 30. O ponto focal 30 está preferivelmente localizado substancialmente abaixo da superfície de topo 26 do reflector 12 de tal modo que a distância 34 entre o ponto focal 30 e a superfície de topo 26 é pelo menos cerca de 50 por cento da profundidade 24 do reflector 12 e, mais preferivelmente, pelo menos cerca de 60 porcento da profundidade 24 do reflector 12. À medida que a profundidade 24 do reflector 12 aumenta, o reflector 12 irá aumentar a percentagem de energia radiante de espectro visível que é interceptada pela superfície reflectora. Relativamente à fórmula R(1) = [D(1) - [S(1) x (1-X)]]/[S(1) x X], X irá aumentar à medida que a profundidade 24 do reflector 12 aumenta. O reflector 12 tem um eixo de simetria 32. O filamento 18 está substancialmente alinhado com e é substancialmente paralelo ao eixo de simetria 32. A superfície reflectora 20 do reflector 12 está coberta com um sistema de camadas 36. Referindo a Figura 2, observar-se-à que o sistema de camadas 36 é composto por pelo menos cerca de cinco camadas 38, 40, 42 e 44 que estão revestidas com o substrato 46.

Preferivelmente, o substrato 46 consiste essencialmente num material transparente tal como, e.g., plástico ou vidro. O termo transparente refere-se à propriedade de transmitir radiação sem dispersão ou difusão apreciável. O material de substrato transparente é, e.g., vidro de borosilicato transparente. Vidros de borosilicato estão descritos nas Patentes U.S. 5 017 521, 4 944 784, 4 911 520,4 909 856, 4 906 270,4 870 034, 4 830 652 e similares.

Referindo novamente a Figura 2, a camada 38 é contígua à camada 40, que por sua vez é contígua à camada 42, que por sua vez é contígua à camada 44. 4

Embora possam ser depositadas sobre o substrato 46 um mínimo de pelo menos 5 camadas, é preferível ter pelo menos vinte desses revestimentos contíguos.

Numa modalidade, cada uma das camadas 38, 40, 42, e 44 é um material dielétrico (tal como o fluoreto de magnésio, óxido de silicone, sulfureto de zinco, e similares) que tem um índice de refracção que difere do índice de refracção de qualquer outra camada adjacente e contígua a essa camada. Em geral, os índices de refracção das camadas 38, 40, 42, e 44 variam de cerca de 1.3 a 2.6. Cada uma das camadas é depositada sequencialmente sobre o reflector como por deposição de vapor ou outros métodos bem conhecidos.

De acordo com o procedimento descrito abaixo, é produzido um reflector 12 com um produto espectral especificado. O produto espectral é calculado e determinado pelo método abaixo descrito por referência ao espectro de luz natural, e o espectro do bolbo usado na lâmpada 10. O espectro da luz natural é bem conhecido e é discutido, por exemplo, nos pedidos de Patente U.S. 5 079 683, 5 083 252 e 5 282 115; e um exemplo de tal espectro é ilustrado na Figura 3.

Referindo a Figura 3, observar-se-à que um gráfico que representa comprimento de onda (no eixo X) versus radiância, em watts (no eixo Y) é traçado para originar o espectro da luz natural. A Figura 4 é um gráfico similar para o bolbo incandescente 18.

Para qualquer comprimento de onda particular, a radiância nesse comprimento de onda pode ser determinada quer para a luz natural quer para a lâmpada usada. Assim, relativamente às Figuras 3 e 4, pode ser retirada uma linha 50 a um comprimento de onda de 500 nanómetros para determinar tais radiâncias. A linha 50 intersecta o gráfico do espectro de luz natural no ponto 52 e indica que, num comprimento de onda de 500 nanómetros, tal espectro de luz natural tem uma radiância de 0.5 watts. A linha 50 intersecta o gráfico do espectro da lâmpada 18 no ponto 54 e indica que, num comprimento de onda de 500 nanómetros, tal lâmpada tem uma radiância de 0.5 watts. O reflector 12 é composto por um corpo reflector com um revestimento na superfície desse corpo a partir do qual a radiância reflectida de cada comprimento de 5

onda da dita energia radiante de espectro visível direccionada à dita superfície reflectora quando combinada com a dita energia radiante de espectro visível não direccionada à dita superfície reflectora, produz um produto de luz total substancialmente de acordo com a fórmula R(1) = [D(1) - [S(1) x (1-X)]]/[S(1) x X], em que R(1) é a reflectância do revestimento reflector para o dito comprimento de onda, D(1) é a radiância do dito comprimento de onda para a temperatura de cor da luz natural, S(1) é a radiância total do dito filamento no dito comprimento de onda, e X é a percentagem de energia radiante de espectro visível dirigida à dita superfície reflectora.

Com a utilização de tal fórmula e para qualquer comprimento de onda particular, pode determinar-se a reflectância desejada para o reflector 12. Este valor pode ser traçado no ponto 56 (ver Figura 5).

Através de tal método, para cada comprimento de onda pode ser construído um gráfico que apresente a reflectância desejada para o reflector 12. Um tal gráfico típico está apresentado na Figura 5. Pode observar-se que as Figuras 3, 4 e 5 e os dados nelas contidos, não reflectem necessariamente valores reais mas são apresentados apenas para ilustrar um método de construção dos valores desejados para o reflector 12.

Assim, e.g., os valores da reflectância desejada para um reflector parabólico com um substrato de borosilicato foram calculados a vários comprimentos de onda e para várias condições. A Tabela apresentada na Figura 6A revela os valores da reflectância desejada para um reflector que utiliza um bolbo com uma temperatura de cor de cerca de 2800 ou cerca de 3100 graus Kelvin e 100 porcento da luz incide no reflector, quando se pretende obter uma temperatura de cor de luz natural de cerca de 5000 graus Kelvin.

Relativamente à Figura 6A, é apresentada uma série de valores para comprimentos de onda de 380 a 780 nanómetros em incrementos de 10 nanómetros.

Para cada um desses comprimentos de onda, a exitância radiante é calculada e apresentada para a “Fonte de Corpo Negro” (“Black Body Source”). A exitância radiante é o fluxo radiante por unidade de área emitido por uma superfície. 6

A exitância radiante pode ser calculada de acordo com a bem conhecida Lei de Radiação de Planck; ver, e.g., página 1-13 de Walter G. Driscoll et al. “Handbook of Optics” (McGraw Hill Book Company, New York, 1978). Ver também as patentes U.S. 4 924 478, 5 098 197, e 4 974 182.

Para cada comprimento de onda, a irradiância espectral relativa pode ser calculada para condições de luz natural normais numa temperatura de cor especificada, de acordo com a conhecida equação de “Distribuição de Irradiância Espectral Relativa” que é apresentada, e.g., nas páginas 9-14 do dito “Handbook of Optics”. A irradiância espectral é a irradiância num intervalo por unidade de comprimento onda num determinado comprimento de onda, expresso em watts por unidade de área num intervalo por unidade de comprimento de onda. A reflectância para o desenho de “filtro óptimo”, em qualquer comprimento de onda particular, pode ser calculado através da fórmula R(1) = [D(1) - [S(1) x (1-X)]]/[S(1) x X]. R(1) é a reflectância do “Filtro Óptimo”. D(1) é o valor da irradiância espectral relativa que entra na coluna “Luz Natural Normal”. S(1) é a exitância radiante que entra na coluna “Fonte de Corpo Negro”. O valor de X pode ser prontamente calculado por rastreamento de raios (o cálculo matemático do percurso feito por um raio através de um componente ou sistema óptico). O rastreamento de raios é descrito, e.g., nas páginas 2-11 a 2-16 e 2-66,2-68, 2-69 e 2-72 a 2-76 do dito “Handbook of Optics”.

Com os valores de X, D(1) e S(1) , o valor da reflectância desejada (“Filtro Óptimo”) pode então ser prontamente calculado. A “Norma de Filtro Óptico” pode então ser calculada determinando o valor máximo do “Filtro Óptico”, dividindo este pelo valor para qualquer comprimento de onda particular, e multiplicando por 100. A Figura 6A apresenta os valores obtidos quando a temperatura de cor da luz natural desejada é de 5000 graus Kelvin e a temperatura de cor da fonte é de 3100 graus Kelvin. A Figura 6B apresenta os valores obtidos quando a temperatura de cor da luz natural desejada é de 4100 graus Kelvin e a temperatura de cor da fonte é de 3100 graus Kelvin. A Figura 6C apresenta os valores obtidos quando a temperatura de cor da luz natural desejada é de 6500 graus Kelvin e a temperatura de cor da fonte é de 3100 graus Kelvin. A Figura 6D apresenta os valores obtidos quando a temperatura de cor da luz natural desejada é de 4100 graus Kelvin e a temperatura 7

de cor da fonte é de 2800 graus Kelvin. A Figura 6E apresenta os valores obtidos quando a temperatura de cor da luz natural desejada é de 5000 graus Kelvin e a temperatura de cor da fonte é de 2800 graus Kelvin. A Figura 6F apresenta os valores obtidos quando a temperatura de cor da luz natural desejada é de 6500 graus Kelvin e a temperatura de cor da fonte é de 2800 graus Kelvin.

Cada uma das Figuras 6A-6F assume uma reflexão de luz de 100 porcento (X=1). Para reflectâncias inferiores a 100 porcento, os valores são calculados do mesmo modo, como por exemplo, se na Figura 6A a luz incidente sobre o reflector for de 90 porcento, a reflectância (R) a 380 nanómetros será determinada por R(380) Ç = [D(380) - [S(380) x [1-0.9)]]]/[S(380) x 0.9] = [0.6977 - [0.3072 x 0.1]]/[0.3072 x 0.9]= 2.2124.

Este processo é repetido para cada comprimento de onda. O valor R máximo é então determinado, e então a “Norma de Filtro Óptico” é determinada de acordo com o método descrito noutro local desta especificação. Há muitas empresas que quando são confrontadas com um conjunto de valores de reflectância desejados a comprimentos de onda especificados, o substrato a ser usado e as dimensões do reflector desejado, podem conceber um revestimento para um reflector que uma vez revestido terá a forma e tamanho desejados e produzirá os valores de reflectância desejados. Assim, podem referir-se as seguintes empresas a título de ilustração, mas não se limitando a estas: Action Ç Research of Acton, Mass.; Bausch and Lomb Corporation of Rochester, Nova Iorque;

Evaporated Coatings Inc. of Willow Grove, Melles Griot Company of Irvine, Califórnia, Pensilvânia; OCLI Company of Santa Rosa, Califórnia, e Tyrolift Company Inc of West Babylon, Nova Iorque.

Existe uma multiplicidade de espectros de luz natural. O que caracteriza todos esses espectros, contudo, é que cada um deles contém uma quantidade relativamente igual de todas as cores do espectro. O dispositivo do requerente pode ser usado para simular qualquer espectro de luz natural. A Figura 7 é um gráfico do produto de uma montagem de lâmpada feita com o reflector com as propriedades de reflectância da Figura 6A e de acordo com a presente invenção. Para cada comprimento de onda, o produto da luz natural 8 (valores dos quadrados a cheio) e da lâmpada 10 (valores dos quadrados vazios) foram esquematizados.

Assumindo pelo menos 90 porcento de luz visível incidente sobre o reflector 12, o produto de luz total da lâmpada 10 compreenderá pelo menos 50 porcento da luz visível emitida pelo filamento 12.

Como empregue nesta especificação, o termo substancialmente idêntico refere-se a um produto de luz total que, para cada um dos comprimentos de onda entre 400 e 700 nanómetros num contínuo, se situa entre 30 porcento do valor D(1) determinado pela fórmula supramencionada e em que a média combinada de todos os ditos comprimentos de onda é de cerca de 10 porcento do D(1) combinado de todos os ditos comprimentos de onda.

Referindo novamente as Figuras 1 e 2, é preferível que, em diferentes pontos no reflector 12, a espessura do sistema de revestimentos 36 varie e que tal sistema de revestimento 36 não tenha uma espessura uniforme por toda a superfície do reflector 12.

Numa modalidade preferida, a superfície interior revestida 20 do reflector 12 é multi-facetada. Superfícies multi-facetadas estão descritas, e.g., nas Patentes U.S. 4 917 447, 4 893 132 e 4 757 513. A Figura 8 é uma perspectiva em corte parcial do filamento 18 dentro do bolbo 14, cujos detalhes do bolbo 14 e do reflector 12 foram omitidos por uma questão de simplificação. O filamento 18 localiza-se substancialmente no centro no ponto focal 30 e está alinhado com o eixo de simetria do reflector 12. O filamento 18 está ligado através de fios 60 e 62 a presilhas de ligação eléctrica 64 e 66, e deste modo a pinos 68 e 70 (ver Figura 1), que podem ser ligados num casquilho eléctrico. O filamento 18 é preferivelmente constituído ou composto por tungsténio. Este tipo de filamentos estão descritos nas Patentes U.S. 4 857 804, 4 998 044, 4 959 586,4 923 529, 4 839 559 e similares.

Um bolbo incandescente pode ser prontamente produzido com um filamento especificado e geometria de filamento por meios convencionais. Assim, e.g., pode utilizar-se o método das Patentes U.S. 5 037 342 (lâmpada de halogéneo de quartzo), 4 876 482 (uma lâmpada incandescente de halogéneo), e similares. 9 A Figura 8 ilustra um meio preferido de fixar um filamento 18 numa lâmpada (não representada na Figura 8). O filamento 18 emitirá radiação em torno de toda a sua superfície. Uma primeira parte de tal radiação será emitida entre as linhas imaginárias 200 e 202, e uma segunda parte de tal radiação será emitida entre as linhas imaginárias 204 e 206. A segunda parte de tal radiação excede substancialmente a primeira parte de tal radiação. Assim, é preferível orientar o filamento 18 de modo que fique substancialmente paralelo ao eixo de rotação 32 do reflector 12 (não representado). É preferível que o bolbo de alta intensidade 14 seja um bolbo de halogéneo ( de alta intensidade.

Referindo novamente a Figura 1, uma unidade de lâmpada 10 é preferivelmente composta por uma lâmina de cobertura 23 que, preferivelmente, consiste essencialmente num material transparente tal como, e.g., vidro. A lâmina de cobertura tem preferivelmente pelo menos cerca de 1.0 mm de espessura e pode ser presa ao reflector 12 por meios convencionais. A função da lâmina de cobertura 23 é a de prevenir danos a um utilizador na eventualidade pouco provável de explosão de uma unidade de lâmpada 10. Adicionalmente, se desejado, a lâmina de cobertura 23 pode ser revestida e, neste caso, pode também ser utilizada para filtrar a radiação ultravioleta. A Figura 9 é uma representação esquemática de uma montagem de lâmpada Q da presente invenção. A montagem de lâmpada 72 é composta por um controlador 74 que está electricamente ligado à lâmpada 10 e à lâmpada 76 por meio de fios 80, 82 e 84. A Figura 10 é uma representação esquemática de outra lâmpada preferida desta invenção. Relativamente a esta Figura, pode observar-se que a montagem de lâmpada 210 é composta por uma montagem de bolbo e reflector 214. A montagem de bolbo e reflector 214 compreendem um reflector 216 que, preferivelmente, tem uma forma não parabólica côncava adaptada para redireccionar a luz em direcção a uma lâmina de cobertura difusora primária 218, ou para um globo difusor 212, ou ambos. O filamento 220 pode ser orientado de modo substancialmente paralelo ao eixo de simetria do reflector 216, ou substancialmente 10

perpendicular a este. A superfície exterior 220 do reflector 216 está revestida com um revestimento de absorção da radiação 222. A energia radiante emitida a partir do filamento 220 que passa através do revestimento dieléctrico 224 será absorvida pelo revestimento 222 e convertida em energia térmica; esta energia de aquecimento, se necessário, será dissipada através da utilização de uma lâmina de dissipação de calor 226. A lâmpada 210 pode ser ligada a uma fonte de energia eléctrica por um casquilho roscado 228.

Um controlador 74 (ou outros meios de controlo similares) pode ser utilizado ( em conjugação com uma ou mais lâmpadas 10 e uma ou mais lâmpadas 76 para produzir uma distribuição espectral de brilho substancialmente constante e/ou irradiância enquanto passa de uma situação incandescente para uma de luz natural, ou vice-versa.

Uma disposição de lâmpadas 10 e 76 está ilustrada na Figura 11. Uma tal disposição pode ser utilizada com um sistema de iluminação de pista dupla de baixa voltagem.

Outro arranjo das lâmpadas 10 e 76 está ilustrado na Figura 12.

Uma Lâmpada de Temperatura de Cor Variável de Múltiplos Filamentos

As Figuras 13-20 ilustram uma lâmpada que permite a substituição das baterias de lâmpadas múltiplas, acima descritas, por uma única lâmpada ou bateria de lâmpadas do mesmo tipo e ainda assim permite variar a temperatura de cor do produto de luz. A lâmpada 300 contém substancialmente todos os elementos estruturais da lâmpada 10 (ver Figura 1) exceptuando as diferenças esquematicamente ilustradas nas Figuras 13-17. O bolbo 314 é composto por filamento 316 e filamento 318 que estão preferivelmente ligados em paralelo com uma fonte de energia. O filamento 318, tal como o filamento 18 (ver Figura 1), está substancialmente alinhado com e é substancialmente paralelo ao eixo de simetria do reflector 12 (ver Figura 1, elemento 32). O centro do filamento 318 está localizado em ou perto do ponto focal 322 do 11

'"V reflector 12 (localizado a uma distância f acima da base do reflector 12). O posicionamento exacto do filamento 318 no ou perto do ponto focal 322 dependerá da difusão de luz do feixe desejado emitida pelo filamento 318, mas geralmente o centro do filamento 318 deve localizar-se a uma distância de cerca de do 0.5f a 1.5f acima da base ou vértice 326 do reflector 12. Prefere-se, contudo, que o centro do filamento 316 se localize a cerca de 0.8f a 1.2f acima da base do reflector 12.

Uma fórmula R(1) = [D(1) - [S(1) x (1-X)]]/[S(1) x X] é utilizada de acordo com a invenção para determinar as características de reflectância do revestimento usado ( na superfície do reflector 12. A mesma fórmula é usada com a lâmpada 300.

Contudo, no cálculo das propriedades do revestimento, o filamento 318 é usado principalmente para determinar as variáveis S(1) e X. A lâmpada 300 também compreende um segundo filamento 316 que está colocado centralmente dentro do reflector 14 em torno do seu eixo óptico e acima do filamento 318. O ponto central 328 do filamento 316 está disposto no bolbo 314 a uma distância 324 acima do vértice 326 do reflector 12, cuja distância 324 tem preferivelmente o dobro do comprimento focal (f) do reflector 12 mas geralmente tem cerca de 1.5 a 2.5 vezes o comprimento focal f. Numa modalidade preferida, a distância 324 tem cerca de 1.8 a 2.2 vezes esse comprimento focal f e o rebordo superior 25 do reflector 12 (ver Figura 1) tem cerca de 2.0 a 2.5 vezes o (/ comprimento focal f do vértice 26.

Os filamentos 316 e 318 preferivelmente tem formas substancialmente helicoidais. O filamento 318 preferivelmente tem uma forma helicoidal substancialmente linear. O filamento 316 tem preferivelmente uma forma helicoidal substancialmente arqueada, mais preferivelmente aproximando-se de um circulo completo tanto quanto é estruturalmente possível, com o seu eixo helicoidal transversal ao eixo óptico do reflector 12 e o centro arqueado do filamento 316 no eixo óptico do reflector 12.

Cada um dos filamentos 316 e 318 pode ser constituído substancialmente pelo mesmo material ou materiais similares aos usados no fabrico do filamento 18. Assim, ao determinar o produto de luz desejado de cada um dos filamentos 316 e 318, os filamentos 316 e 318 podem ser feitos do mesmo material incandescente ou 12 de um material diferente e ter espessuras e comprimentos iguais ou diferentes, como é conhecido no ramo. Os filamentos devem ser construídos de modo a que a energia radiante visível emitida pelo filamento 318 seja pelo menos igual mas preferivelmente duas vezes aquela que é emitida pelo filamento 316. Os filamentos 316 e 318 devem produzir cada um uma temperatura de cor global de cerca de 2300 graus Kelvin a cerca de 3000 graus Kelvin.

Cada uma das Figuras 13, 14 e 15 apresentam meios diferentes de distribuição da luz dos filamentos 316 e 318.

Na modalidade representada na Figura 13, o invólucro de vidro 312 do bolbo ( 314, que pode ser transparente ou translúcido, contém um revestimento reflector infravermelho 313 que pode estar disposto na sua superfície interna ou externa; o revestimento 313 está depositado na superfície interna do invólucro 312. O revestimento 313 está preferivelmente colocado em volta de toda a periferia daquela parte do invólucro 312 que engloba os raios de saída 330 e 332 do filamento 318. O revestimento do reflector 313 tem um comprimento que é preferivelmente pelo menos igual ao comprimento do filamento 318. Prefere-se que nenhuma parte do revestimento 313 sofra o impacto dos raios emitidos pelo filamento 316. A parte infravermelha dos raios de luz compósitos 330 e 332 inicialmente emitida pelo filamento 318 é reflectida (ver raios 334 e 336, que são raios (_ infravermelhos reflectidos) pelo revestimento 313 de volta ao filamento 318, enquanto a parte visível dos raios 330 e 332 é transmitida (ver raios 338 e 340). Os raios infravermelhos 334 e 336 reflectidos de volta ao filamento 318 aquecem mais o filamento 318 e fazem-no emitir radiação adicional e deste modo aumentam a sua eficiência de saída.

Pode utilizar-se como revestimento 313 qualquer revestimento infravermelho conhecido pelos peritos na arte. Assim, podem utilizar-se um ou mais dos revestimentos descritos na patente U.S. 4 346 324.

Colocado no invólucro de bolbo 312 está um reflector de luz visível hemisférico 342 posicionado abaixo do filamento 316 e adaptado para reflectir os raios de luz que emite para cima e para fora da lâmpada 300. Os raios de luz que de outro modo se deslocariam do filamento 316 indo embater no reflector 12 são 13

reflectidos para cima e para fora pelo reflector 342. O reflector 342 é feito estruturalmente de um modo convencional, como, e.g., um revestimento dicróico colocado num substrato dieléctrico adequado ou através de um espelho metálico. A Figura 14 ilustra outro meio de distribuir os raios emitidos pelos filamentos 316 e 318. Um reflector plano 344 é usado no lugar do reflector hemisférico 342, e o invólucro 312 do bolbo 314 é moldado com um plano convexo ou lente de menisco 346. A divergência de feixe desejada é obtida a partir das propriedades ópticas da lente 346 e o seu posicionamento em frente ao reflector 344 e filamento 316. A lâmpada 300 pode também incluir uma lâmina de cobertura difusora 218. ( Os filamentos 316 e 318 estão ligados por pinos conectores 350, 351, e 352, nos quais o pino 350 é a guia positiva comum a ambos os filamentos 316 e 318. Os pinos 351 e 352 são electricamente as guias negativas para os filamentos 318 e 316, respectivamente. Em funcionamento, a lâmpada 300 é ligada a uma tomada de três pinos. Os dois conectores negativos 355 e 356, que incluem resistores variáveis 357 e 358, permitem que um operador mude a voltagem a cada um dos filamentos 318 e 316 e varie separadamente a intensidade de luz de cada filamento e deste modo varie a temperatura de cor total e/ou intensidade do bolbo 300. Alternativamente, é possível incorporar os resistores variáveis 357 e 358 dentro da base da lâmpada 300 (ver base 16 da lâmpada 10 na Figura 1), de modo a funcionar numa tomada de dois pinos padronizada. Para fazer variar as voltagens {K separadamente para os filamentos neste caso, pode aceder-se aos resistores pelo exterior da lâmpada 300, como por anéis de controlo rotativos na periferia exterior do reflector ou base ou controlo rádio ou meios de sinalização infravermelhos.

Assim, fazendo variar a voltagem fornecida aos filamentos 318 e 316, pode variar-se o produto numa única lâmpada 300 para obter temperaturas de cor de cerca de 2300 graus Kelvin a 10 000 graus Kelvin com irradiâncias variando de cerca de 50 pé-velas a mais de 200 pé-velas.

Como aplicação adicional importante desta invenção demonstraram-se, através das Figuras 18-20, meios específicos para fazer variar a temperatura de cor geral de uma lâmpada de tarefa 370 usada como um computador a cores em aplicações para computador em que as combinações de cor são essenciais. Nesta modalidade, como apresentado na Figura 20, díodos sensíveis à luz 362 e 364 14 cobertos respectivamente por filtro azul 372 e filtro vermelho 374, estão posicionados contra uma superfície de ecrã 366 de um monitor de computador a cores 368. Cada um dos filtros 362 e 364 transmitirá apenas luz nos comprimentos de onda correspondentes apresentados nas Figuras 18 e 19, respectivamente, para manter a temperatura de cor adequada da lâmpada de tarefa 370 posicionada sobre o monitor a cores 368. Utilizando um circuito de equilíbrio de luz bem conhecido na arte, os resistores variáveis 357 e 358 são então ajustados até aos díodos vermelho e azul atingirem um ponto nulo para ajustar a temperatura da lâmpada de tarefa 370 para a temperatura de cor desejada. Além disso, a irradiância medida nos filtros 372 e 374 pode ser usada para controlar a intensidade geral da lâmpada.

Deve compreender-se que a descrição acima é apenas um modo de ilustração da invenção e que podem ser efectuadas modificações no dispositivo, nos componentes e nas suas propriedades e dimensões e na sequência de combinações e passos do processo.

Para esclarecimentos adicionais, o leitor é remetido para o texto original do pedido de Patente PCT n° US95/03470, do qual deriva este pedido de patente Europeia.

Lisboa, Θ AGSWTS (MH 0*

FRANCISCO DE NOVAES

ACCNTC OFICIAI. DA PRO?«£OADt tVDUS i RIAS

Av. Ducjí» D’ Ávila, 32, ΐ - 1000 LISíiOÁ TU..: 547703 / 3155038 15

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1- Uma lâmpada integral (10) para produzir uma distribuição de luz espectral, que é substancialmente idêntica, em uniformidade, à distribuição de luz espectral de uma luz natural desejada, por todo o espectro de luz visível de cerca de 400 a cerca de 700 nanómetros, caracterizada pelo facto de compreender: (a) um filamento (18) que, quando activado por energia eléctrica, emite energia radiante, pelo menos através da totalidade do espectro visível com comprimentos de onda (1) de cerca de 400 a cerca de 700 nanómetros, a níveis não (' uniformes de energia radiante por todo o espectro visível; (b) um corpo reflector (12) com uma superfície (20) para interceptar e reflectir tal energia radiante de espectro visível, e estando o dito filamento posicionado dentro do dito reflector de modo a que, pelo menos 50 porcento, da dita energia radiante de espectro visível se dirija à dita superfície reflectora; e (c) um revestimento de filtro (38-44) na superfície do dito corpo reflector (12), com um nível de reflectância concebido de modo a reflectir a radiância de todos os comprimentos de onda da totalidade da dita energia radiante de espectro visível direccionada à dita superfície reflectora, e que, quando combinada com a radiância da energia radiante de espectro visível do filamento, que não está direccionada à dita superfície reflectora, produz uma luz visível total utilizável de radiância relativamente uniforme por todos os comprimentos de onda (1), do espectro visível, substancialmente de acordo com a fórmula R(1) = [D(1) -[S(1) x (1-X)]]/[S(1) x X], em que R(1) é a reflectância do revestimento reflector para cada um desses comprimentos de onda 1, D(1) é a radiância do dito comprimento de onda 1 para a luz natural desejada, S(1) é a radiância total do dito filamento no dito comprimento de onda, e X é a percentagem de energia radiante de espectro visível do filamento dirigida à dita superfície reflectora.
2. 2- Uma lâmpada, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto de o dito produto de luz total, a cada um dos ditos comprimentos de onda, ser de, pelo menos, cerca de 30 porcento de D(1) determinado pela dita fórmula, mas em que a média combinada de todos os ditos comprimentos de onda de 400 a 700 nanómetros é de cerca de 10 porcento do D(1), combinado de todos os ditos comprimentos de onda. 1
3. 3- Uma lâmpada, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto de a luz dirigida ao dito reflector ser, pelo menos, 90 porcento da luz emitida pelo filamento.
4. 4- Uma lâmpada, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto de compreender um reflector infravermelho (313) que envolve substancialmente o filamento, para redireccionar a radiação infravermelha, emitida pelo filamento, de volta ao filamento.
5. 5- Uma lâmpada, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto de o dito reflector (12) ser um reflector parabólico e posicionando-se, o ( dito filamento (18) substancialmente paralelo ao eixo de simetria do dito reflector.
6. 6- Uma lâmpada, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto de o dito revestimento ser formado, pelo menos, por 5 camadas (38-44) de material dieléctrico.
7. 7- Uma lâmpada, conforme reivindicado na reivindicação 6, caracterizada pelo facto de cada uma das ditas camadas de material dieléctrico ter um índice de refracção de cerca de 1.3 a cerca de 2.6.
8. 8- Uma lâmpada, conforme reivindicado na reivindicação 7, caracterizada pelo facto de o dito revestimento ter uma espessura não uniforme em toda a superfície do dito reflector.
9. 9- Um sistema de iluminação, caracterízado pelo facto de compreender, pelo menos, uma lâmpada, conforme reivindicado na reivindicação 1, pelo menos uma lâmpada incandescente (316) com uma temperatura de cor não superior a 3100 Kelvin, e meios de controlo (72) para fazer variar o produto de ambas as ditas lâmpadas, de modo que o produto da dita temperatura de cor, dos ditos sistemas de iluminação, varia sem modificação substancial da radiância do sistema.
10. 10- Uma lâmpada integral para produzir uma distribuição de luz espectral variável, caracterizada pelo facto de compreender: (a) um primeiro filamento (18, 318) que, quando excitado por energia eléctrica, emite energia radiante pelo menos através do espectro visível de cerca de 400 a cerca de 700 nanómetros. (b) um corpo reflector (12) com uma base, uma extremidade aberta, e uma superfície reflectora (38-44), entre a base e a extremidade aberta, para interceptar e 2

    reflectir essa energia radiante de espectro visível do primeiro filamento, o dito primeiro filamento estando posicionado dentro do dito reflector de modo a que pelo menos 70 porcento da energia radiante de espectro visível seja direccionada em direcção à dita superfície reflectora, a superfície reflectora (38-44) compreendendo um revestimento de filtro com um nível de reflectância para reflectir a radiância de cada comprimento de onda da energia radiante de espectro visível a partir do primeiro filamento direccionado à dita superfície reflectora, e cuja energia radiante de espectro visível reflectida, quando combinada com a radiância da energia radiante de espectro visível do primeiro filamento, que não se dirige à dita superfície ( reflectora, produz uma luz visível total utilizável que tem uma uniformidade que corresponde substancialmente à distribuição de luz espectral de uma luz natural desejada e que está substancialmente de acordo com a fórmula R(1) = [D(1) - [S(1) x (1-X)]]/[S(1) x X], em que R(1) é a reflectância do revestimento reflector para cada um desses comprimentos de onda 1, D(1) é a radiância do dito comprimento de onda 1, para a luz natural desejada, S(1) é a radiância total do dito filamento no dito comprimento de onda, e X é a percentagem de energia radiante de espectro visível do filamento dirigida à dita superfície reflectora; (c) um segundo filamento (316) que, quando excitado por energia eléctrica, emite energia radiante pelo menos através do espectro visível de cerca de 400 a cerca de 700 nanómetros, o segundo filamento posicionado dentro do reflector ( entre o primeiro filamento e a extremidade aberta do reflector, de tal modo que 60 por cento da energia radiante emitida pelo segundo filamento não se dirige à superfície reflectora mas passa directamente através da extremidade aberta do reflector, para produzir uma luz visível utilizável do segundo filamento que tem uma temperatura de cor geral baixa de cerca de 2300 Kelvin a cerca de 3000 Kelvin; e (d) meios de ligação eléctrica (350) para permitir que uma voltagem variável seja aplicada separadamente a cada um dos ditos primeiro e segundo filamentos (316, 318), para fornecer separada e independentemente um produto de luz variável de cada um dos ditos primeiro e segundo filamentos para produzir um produto de luz combinada variando da dita temperatura de cor baixa até à temperatura de luz natural desejada. 3 Lisboa, « q λλπ

    f L, FRANCISCO D E NOVAES AGENTE OFICIAL DA PRORRlí.DADL INDUSl RIAl AV. Duque D' Ávila, 32, Ϊ - 1000 USBOA Ta,: 5477Ú3 / 3155038 4