JPH07262973A - 電球用のパターン化された光学干渉コーティング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ビームの制御された、光度の高いランプを
提供する。 【構成】 干渉フィルタまたはコーティングが電球エン
ベロープ上に所定のパターンで設けられている。コーテ
ィングは電球エンベロープのガラスの外面に付加された
高い屈折率と低い屈折率の物質からなる交互の層で構成
される。コーティングは、コーティング自身に対してま
たはコーティングが設けられるエンベロープに対して幾
何学的に対称または非対称、連続的または非連続的であ
る。エンベロープはコーティングの堆積前にマスクさ
れ、マスクを除去することによりフィルタが所望のパタ
ーンに残る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パターン化された光学
干渉フィルタ、該フィルタを製造する好適方法、および
該フィルタの電球への使用に関する。更に詳しくは、本
発明は、連続的または非連続的、対称的または非対称的
な所定のパターンまたは幾何学的形状の光学干渉フィル
タ、および該フィルタの電球への使用に関する。

【０００２】

【従来の技術】多層光学干渉フィルタおよび該フィルタ
の電球への使用は、本技術分野に専門知識を有する者に
周知である。商業上の成功をかなり達成した光学干渉フ
ィルタを有する市販の高効率電球は、ゼネラルエレクト
リック社から入手し得るＨａｌｏｇｅｎ−ＩＲ^TM電球で
ある。簡単には、この電球は、放物形状の反射器の内側
に取り付けられたハロゲン白熱電球源のような小型のダ
ブルエンディッド型の直線状光源である。この光源は、
融解石英のエンベロープで組立製造され、該エンベーロ
ープの全外面上に配設された多層光学干渉フィルタを有
する。このフィルタは、可視光に対しては透明である
が、光源から発生する赤外線は反射して光源に戻してい
る。赤外線が反射されて光源に戻される度に、少なくと
も一部はその時電球から発生する可視光に変換される。

【０００３】光学干渉フィルタは、高い屈折率と低い屈
折率の耐火性金属酸化物の層を交互に設けて形成されて
いる。耐火性金属酸化物はこれらの種類の用途に使用さ
れている。これは、動作中フィラメントまたはアーク源
を取り囲んでいる高温ガラスまたは融解石英のエンベロ
ープの外面上の約４００−９００゜Ｃの比較的高い温度
に耐火性金属酸化物が耐えることができるからである。
このような酸化物には、例えば高い屈折率の物質として
はチタニア（titania ）、ハフニア（hafnia）、タンタ
ラ（tantala ）およびニオビア（niobia）があり、低い
屈折率の物質としてはシリカまたはフッ化マグネシウム
がある。

【０００４】多層光学干渉フィルタは、反射器上のコー
ルドミラーとしておよびホットミラー用に有用であり、
また放射された色を所望通り変更する反射器、電球およ
び電球レンズ上のコーティングまたはフィルムとして有
用である。このような光学干渉フィルタを電球のフィラ
メントまたはアークチャンバのエンベロープの表面に設
けたり、または電球の外側エンベロープ、反射器または
レンズの表面上に所定の非対称または対称パターンで設
けて、電磁スペクトルの種々の部分を所定の方向および
パターンで選択的に反射および透過できることは好まし
いことである。

【０００５】発生した光を所望の方向またはパターンで
反射するためにガラスエンベロープ上に対称に設けられ
た金属コーティングを有する比較的大きな通常の白熱電
球は本技術分野で知られているものである。しかしなが
ら、周知の装置に開示されている反射器物質は多くの理
由により欠陥があるように思える。例えば、周知の反射
器装置は４００゜Ｃ以上の高温に耐えることができなか
ったり、または幾何学的に対称かつ連続した構造に適用
されるのみである。多くの用途は平方センチメートル当
り４ワット（４ワット／ｃｍ² ）以上の電力密度を有す
る光源（例えば、ハロゲンまたはアーク管）を必要とす
る。反射コーティングが光源の外面上に設けられた場合
には、その時知られているコーティングでは、このよう
な電力密度範囲に関連する高温に耐えられないため不適
当であろう。また、多くの周知のコーティングは熱を反
射するであろうが、光学干渉コーティングでは、透過光
についての選択性、例えば光の波長、色、熱放射または
Ｕ．Ｖ．制御が制御可能ないくつかの変数のうちの典型
的なものである。

【０００６】従来の装置は、反射器でできるだけ多く光
源を空間的に包むことによりビーム状に発生する光を最
大にするように試みられていた。ビームを小さな角度の
コンパクトな構造に集中させ、同時に低い倍率の投影像
を形成するために、反射器は非常に大きくなければなら
なかった。しかしながら、近年、自動車およびディスプ
レイの照明のような種々の用途に使用するための更にコ
ンパクトな指向性照明システムに対する需要が増大しつ
つある。

【０００７】反射器の大きさに関する問題を処理する１
つの方法は、側面が小さな切頭楕円形状の反射器を使用
することである。ヘッドライトは切頭楕円形状の反射器
がそのように使用される１つの一般的な市販品である。
不運なことに、光源から発生した光の一部は反射器の活
性部分、すなわち楕円形の表面部分に到達しない。上側
および下側切頭反射面の間の放物状反射器の中心軸に一
列に揃えられた直線状光源の場合には、光源から上方ま
たは下方に放射し、上側および下側切頭面に直接到達す
る光は、無駄にされている。これに対して、放物状反射
面に到達するように後方に放射する光は所望のビームパ
ターンを達成するように制御されている。光源から直接
前方に放射し、すべての反射面をバイパスする光は、放
物状反射面による指向性制御に欠け、観察者に眩光とな
っている。切頭処理の結果、収集を無効率にし、ビーム
光度を低減している。これに対処するため、光源のパワ
ーを増大する必要がしばしばある。

【０００８】上述したゼネラルエレクトリック社が開発
したＨａｌｏｇｅｎ−ＩＲ^TM電球は、コンパクトな切頭
反射器の低減した収集効率の欠点のいくつかを克服して
いる。赤外線（ＩＲ）反射コーティングをエンベロープ
の全外側面上に塗布して被覆することにより、フィラメ
ント源の効率を増大している。ＩＲ反射コーティングは
従来の装置よりも望ましいものであるが、反射電球が更
にコンパクトになるに従って、収集効率およびビーム光
度に同じ損失をこうむる。上述した切頭形の自動車のヘ
ッドライト装置は、ほんの一例である。他のおよび広い
種々の照明システムを改良することができる。

【０００９】従って、所定の方向およびパターンに光源
から発生する電磁スペクトルの所望の部分を選択的に反
射したり透過するための所定のパターンに光源エンベロ
ープの外面上に設けた多層光学干渉フィルタを有する高
光度の白熱電球、アーク放電電球または無電極電球に対
する要望がある。光源から発生する光の大部分を所定の
方向およびパターンで例えば照明システムの反射面上に
投射させるコンパクトな手段を有する部分的にコーティ
ングされた光源を提供することが要望されている。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、経済的な方法で種々の目的を
同時に満足しながら、上述した問題およびその他のすべ
てを克服する新規な改良された電球コーティング方法、
コーティングされた電球、該コーティングされた電球を
使用した照明システムを意図しているものである。

【００１１】

【発明の概要】本発明は、パターン化された光学干渉フ
ィルタ、該フィルタを製造する方法、および該フィルタ
の電球および照明システムへの使用に関する。本発明に
よれば、光源はエンベロープおよび該エンベロープを透
過する平均電力密度が少なくとも４ワット／平方センチ
メートルになるように高温エンベロープの密閉チャンバ
内から光を発生する手段を有する。エンベロープは、該
エンベロープのコーティングされていない部分を透過す
る光の量を増大する方向に光発生手段からの光を反射す
るようにエンベロープの外面の一部上のみに設けられた
光学干渉コーティングを有する。

【００１２】本発明の更に他の態様によれば、光学干渉
コーティングはエンベロープの外面上に連続的、非連続
的、対称的または非対称的に配設される。本発明によれ
ば、エンベロープ上に光学干渉フィルタを形成する方法
は、光学干渉フィルタが要求されていないエンベロープ
の一部上に酸化ホウ素マスクを形成し、該マスク上に光
学干渉フィルタを付加し、該マスクを溶媒内で分解す
る。

【００１３】本方法の他の態様によれば、酸化ホウ素マ
スクを形成するステップは、酸化ホウ素の前駆物質を付
加し、該前駆物質を酸化ホウ素に変換する。

【００１４】

【発明の効果】本発明の主利点は、コーティングのない
予め選択された方向に光出力または光源輝度を増大する
ように電球エンベロープを選択的にコーティングするこ
とができることである。本発明の他の利点は、白熱電
球、アーク放電電球、および無電極電球のような種々の
電球への処理およびコーティングの適用性によって実現
される。

【００１５】本発明の更に他の利点は、光度を増大した
確実なビームパターンにある。本発明の更に他の利点お
よび利益は本発明を閲読し理解することにより本技術分
野に専門知識を有する者に明らかになるであろう。本発
明は、本明細書に詳細に記載され、その一部を構成する
添付図面に図示されている部品、部品の構成、好適実施
例、その形成方法の物理的形態を取っている。

【００１６】

【実施例の記載】次に、図面、特に図１を参照して、従
来の指向性照明システム５０について説明する。この照
明システムは、反射器５２および該反射器内で延び、か
つ該反射器と同軸に配設されている光源５４を有する。
反射器５２はほぼ切頭楕円形である。更に詳しくは、反
射器はベース部５２Ａ、中央部５２Ｂ、縁部５２Ｃ、第
１および第２の非反射面５２Ｄおよび５２Ｅからなる主
反射面を有する。面５２Ｄおよび５２Ｅは反射物質をコ
ーティングされたり、または反射物質で形成されてもよ
いが、指向性照明システムには積極的に貢献しない。

【００１７】光源５４は石英材からなるダブルエンディ
ッドエンベロープを有する。更に、光源は中央の楕円形
または球根状部分５８およびその内部に直線状の光発生
フィラメント６０を有する。エンベロープは球根状部分
から反対方向に互いに同軸的に延出している第１および
第２のシールされた端部６２，６４を有する。直線状の
フィラメント６０は石英のエンベロープの球根状部分内
に位置決めされ、エンベロープのシールされた端部によ
って両端が支持されている。光源５４は一対の上側およ
び下側接続部材７６，７８によって支持され、該接続部
材は反射器５２の後端部の開口部内に一対の上側および
下側導体部材８２，８４によって取り付けられたポット
プラグ８０から延出している。該導体部材は接続部材７
６，７８をフィラメント６０の両端に交互接続してい
る。

【００１８】図２−図５を参照すると、本発明は透明エ
ンベロープの外面９２の第１の部分に塗布された可視光
反射コーティング９０の形態の光学干渉フィルタであ
る。可視光反射コーティング９０はクラムシェルの形状
のパターンに塗布されている。クラムシェルの形状はベ
ースボールまたはテニスボール上を覆っている外側を形
成している対応する係合部のダンベルの形状に類似して
いる。更に詳しくは、クラムシェル形状のコーティング
９０は直線状フィラメント６０の活性光発生部と切頭放
物形反射器の主反射面５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃとの間を
通過するすべての光線の交差によって画定されるエンベ
ロープの表面領域を排除している透明エンベロープの外
側面上のパターンである。クラムシェルパターンの形状
は、反射器５２の主反射面がフィラメント６０の光発生
部を見て、非反射表面５２Ｄおよび５２Ｅが主にコーテ
ィングされた表面９０を見るものである。

【００１９】図４および図５から良くわかるように、ク
ラムシェルパターンコーティング９０はエンベロープの
球根状部分５８の頂上部、底下部および前面部を覆って
いるのに対して、２つの対向する側部分および後面部に
よって画定されるエンベロープの残りの面はコーティン
グされていない。コーティングのクラムシェルパターン
は、従来使用できない前方進行可視光および前方進行光
から反対方向に広がる従来使用できない可視光を反射
し、このような光をフィラメント６０の方に再び向けて
いる。この再び向けられた可視光の多くは、それからフ
ィラメントから分散され、反射器５２内に入る。コーテ
ィング９０は直接的な前方光の眩光を除去する光遮蔽手
段として作用する。また、上述したコーティングパター
ンは、透明エンベロープの外面の残りのコーティングさ
れていない部分が反射器５２の主反射面上のどの点でも
フィラメントの活性光発生部を見ることができるように
しているものであることを理解されたい。

【００２０】反射器と光源との間に維持された軸方向の
アライメントのために、また反射器の主反射部の切頭楕
円形状と光源５４のエンベロープ上の可視光反射コーテ
ィング９０のクラムシェルパターンの形状との実質的な
適合性のために、本改良型指向性照明システムは、大き
さを小さく保持しながら、光収集効率を改良し、光度を
増大した光ビームパターンを発生することができる。代
表的な例では、タンタラ／シリカの多層可視光反射コー
ティングを施した結果、コーティングされていないエン
ベロープに比較して、ビームルーメンを２５％増大する
ことができた。

【００２１】図６および図７を参照すると、透明エンベ
ロープの外面の第１の部分上にクラムシェル状パターン
に塗布された可視光とＩＲ光の組合せ反射光学干渉コー
ティング１１０の形態の他の構造の光学干渉フィルタを
有する変更された実施例が図示されている。透明エンベ
ロープの外面の第２の部分、すなわち残りの部分にはＩ
Ｒ光反射コーティング１１２のみが設けられている。こ
のように、透明エンベロープの球根状部の全外面はＩＲ
光を反射するようになっている。

【００２２】次に、図８−図１０を参照して、本発明の
特徴を有する関連した指向性照明システム１５０につい
て説明する。同様に、同じ構成要素は１００を加えられ
た同じ数字で示され（例えば、図１に示したような照明
システム５０は図８−図１０では照明システム１５０と
して示されている）、新しい構成要素は新しい数字で示
されている。この照明システム１５０は縦軸Ｌを有する
非対称反射器１５２および該反射器内に取り付けられた
直線状光源１５４を有する。この光源は反射器１５２の
縦軸と同軸的に延びる縦軸Ｓを有する。カバーレンズ１
５６が反射器の前方に固定されている。反射器は切頭半
放物形状部、非対称主反射部１５２Ａ、および軸Ｌ上に
存在する焦点を有する。

【００２３】好ましくは、光源１５４は球根状中央部１
５８およびシールされた直線状の両端部１６２，１６４
を有する石英材のダブルエンディッドエンベロープであ
る。直線状フィラメント１６０はその両端がエンベロー
プのシールされた両端部によって支持されている。光源
１５４は一対の内側および外側接続部材１７６，１７８
によって反射器のベース１５２Ｅ上に支持されている。
接続部材はベース部１５２Ｅから上方に延び、フィラメ
ント１６０の両端に接続されている。

【００２４】図８−図１０を継続して参照するとととも
に、図１１および図１２を追加して参照すると、この照
明システムは透明エンベロープの外面の第１の部分上に
塗布された光反射コーティング１９０の形態の光学干渉
フィルタを使用している。光反射コーティング１９０は
光源Ｓの縦軸に対するパターンで塗布されている。更に
詳しくは、コーティングのパターンは、エンベロープの
両端部１６２，１６４および球根状部分１５８のほぼ半
分を覆っている。エンベロープの球根状部分の上側開口
部、すなわちウインドゥ状領域２１６のみが光に対して
透明のままである。開口部２１６を通ってフィラメント
から上方に放射された光は、非対称反射器１５２によっ
て反射され、図８に示すように、まっすぐ前方にまたは
道路に向かって、傾斜して下方に向けられている。放物
形状の縦軸Ｌに平行に延出している水平面より上方に向
かう光は存在していない。従来の対称的な反射器では、
このような光は前方から近づいてくるドライバに対して
眩光となっている。

【００２５】コーティング１９０のパターンは、フィラ
メントを通り反射器に向かって光を反射するものであ
り、この光はそうでない場合には失われ、コーティング
がない場合には使用されないものである。これは光ビー
ムパターンの制御を改良し、その効率を増大している。
また、上述したコーティングパターンは、残りのコーテ
ィングされていない開口部またはウインドゥ状領域２１
６が反射器の非対称反射部分上のどの点においてもフィ
ラメント１６０の活性光発生部を見ることができるよう
にしているものである。フィラメント１６０の活性光発
生部はフィラメントの残りの部分および軸Ｓに対してエ
ンベロープの両端部１６２，１６４と同軸的に延びてい
る。

【００２６】図１２を参照すると、光源１５４の他の実
施例が示されている。図１０および図１１の光源と図１
２の光源との間の唯一の異なる点は、フィラメント１６
０の活性光発生部がフィラメントの残りの部分および光
源の軸Ｓに対してエンベロープの両端部に対して平行に
軸方向がずれていることである。フィラメントの軸方向
をずらすことにより、通常フィラメントによって遮断さ
れ、分散または吸収されていた光の多くが光源の大きさ
を増大することなく反射器の有効部分に到達することを
可能にする。これは制御の大した損失もなくルーメン出
力を増大する。

【００２７】反射器１５２と光源１５４の間に維持され
た軸方向の配列により、また半放物形状の反射器の反射
部１５２Ａと可視光反射コーティング１９０のパターン
との実質的な適合により、改良された指向性照明システ
ム１５０は、その小さな大きさを保持しているにも関わ
らず、光収集効率が良好で光度の増大した光ビームパタ
ーンを発生することができる。この光ビームパターンは
特に側面の小さいヘッドライトの低ビームパターンとし
て使用するのに有益である。代表的な例では、タンタラ
／シリカ多層可視光反射コーティングがＬＰＣＶＤ（低
圧化学蒸着法）によりエンベロープの一部上に堆積され
た。非対称反射器およびエンベロープ上に可視光反射コ
ーティングを設けた場合には、エンベロープ上に可視光
反射コーティングがなく、匹敵する対称反射器デザイン
に比較して、有用なビーム光度を７０％増大することが
できる。

【００２８】図１３を参照すると、従来の指向性照明シ
ステムが全体的に２５０で図示されている。便宜および
一貫性のために、図１３の従来の装置における同じ構成
要素および本発明の詳細を使用した図１４−図２０の実
施例における同じ構成要素は２００を加えられた同じ番
号で示される（例えば、図１に示すような照明システム
５０は本実施例では照明システム２５０として示され
る）。基本的には、従来のシステム２５０は反射器２５
２および該反射器２５２内に該反射器とほぼ同軸に延出
している光源２５４を有する。凸レンズ２５６は反射器
２５２の前側周辺部に固定されている。図１３の反射器
はほぼ切頭放物状の形状および縦軸Ｌを有する。光源２
５４は縦軸Ｓを有し、好ましくは石英のようなガラス材
からなるダブルエンディッドエンベロープを有する。光
源の中央部はほぼ楕円形状部２５８およびエンベロープ
の内側に設けられ、光源の縦軸Ｓに沿って延びている直
線状の光発生フィラメント２６０を有する。また、エン
ベロープは（図１３に示すように）一対のシールされた
両側の内側および外側直線状端部２６２，２６４を有
し、この端部は中央部２５８から反対方向に軸Ｓに沿っ
て互いに同軸に延出している。直線状フィラメント２６
０は石英エンベロープの中央部を通って位置決めされ、
その両端部２６０Ａ，２６０Ｂがエンベロープのシール
された両端部２６２，２６４によって（図１３に示すよ
うに）支持されている。光源２５４は、反射器の端部の
開口部に配設されているポットプラグ２８０に固定され
該ポットプラグから延出している一対の上側および下側
導電性取付部材２７６，２７８によって反射器２５２の
縦軸Ｌにほぼ同軸的に縦軸Ｓに対して支持されている。

【００２９】図１４および図１５を参照すると、本発明
の原理によって改良された光源２５４の一実施例が図示
されている。特に、この光源はエンベロープの外面２９
２を部分的に覆っている可視光反射コーティング２９０
の形態の光学干渉フィルタの１つの構造を有している。
この好適構成では、反射コーティング２９０は楕円形ま
たは球根状部分２５８の外面のほぼ半分および光源の縦
軸Ｓに対して対称なパターンの後方部または内端部２６
４上に塗布されている。コーティング２９０の対称的な
パターンは、コーティングが光発生フィラメント２６０
の活性部分の第１の、すなわち後方の軸方向部分２９４
（図１５）を遮蔽し、第２の、すなわち前方の軸方向部
分２９６を遮蔽しないままにしている。上述したパター
ンにおいてコーティング２９０が存在する部分は、フィ
ラメントの活性部の長さを実際よりも長さの短いフィラ
メントに匹敵させ、これにより縦軸Ｓに対する角度分布
が小さく、コーティング２９０がない場合よりも光度が
大きい光ビームパターンを形成している。

【００３０】コーティング２９０は、フィラメントの活
性部分の軸方向の後方部分２９４を遮蔽することによ
り、反射器２５２のベース部２５２Ａからの光の投射を
阻止し、該光をより好ましい部分に再び向けている。こ
れは図１３の投射フィラメント像ＸおよびＹの大きさを
図１４の投射フィラメント像ＡおよびＢと比較すること
により理解することができる。これは、（１）図１３に
示すように反射器のベース部分２５２Ａからの高倍率像
Ｘが図１４のフィラメントの活性部分の軸方向の後方部
分２９４をカバーしている反射コーティング２９０によ
って除去され、（２）図１４の反射器の中央部２５２Ｂ
からの像Ａが中間の倍率を有するがフィラメントの活性
部分の前方活性部分２９６のみを示し、図１４に示すよ
うに通常よりも短い像および一端がフィラメントの活性
部の中心部に発生するが他端が軸方向の前方部分２９６
の前方端部に発生しているという点において通常でない
像を形成し、（３）反射器の縁部２５２Ｃ近くからの低
倍率の像、すなわち図１３の像Ｙおよび図１４の像Ｂ
は、フィラメントのエンベロープのコーティングされた
半分からの反射によって生じる像Ｂが強度を増大するこ
とを除いて不変であること、例えば４０゜における像Ｂ
（図１８参照）が強度において約５０％増大することを
示している。

【００３１】したがって、反射器２５２の放物形状を光
源２５４のエンベロープの外面２９２の後方の半分をカ
バーしている反射コーティング２９０の対称パターンと
組み合わせることにより、シャープなビームカットオフ
が得られることにより角度分布パターンが改良され、こ
れにより照明システム２５０によって発生する光ビーム
の光度を増大する。代表的な例では、タンタラ／シリカ
多層可視光反射コーティングがコーティングパターンの
ホウ酸塩マスキングを使用したＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸
着法）によりエンベロープの一部上に堆積された。この
処理については後で詳細に説明する。ビーム径の約５０
％の低減が、コーティングされていないエンベロープに
比較して中心の光スポットの均一性の増大および輝度の
増大とともに、コーティングにより得られた。

【００３２】図１８は、コーティングされたエンベロー
プとコーティングされないエンベロープによって生じる
光ビームの光度を反射器の縦軸に対するビームの角度に
対して示すグラフである。図１９は、コーティングされ
ていない透明エンベロープを有する図１３の光源２５４
の周りに光度分布を示す図である。これに対して、図２
０は、透明エンベロープの半分上に可視光反射コーティ
ング２９０を有する図１４および図１５の光源の周りの
光度分布を示す図である。図２０の光ビームの分布の改
良および光度の増大は図１９に比べて容易に明らかであ
る。

【００３３】図１６を参照すると、可視光反射コーティ
ング２９０の形態の他の構造の光学干渉フィルタを有す
る光源２５４の変更された実施例が示されている。コー
ティングは図１４および図１５を参照して説明したコー
ティングとほぼ同じパターンの主要部分３００を有す
る。また、図１６の反射コーティングは、主要部分３０
０から間隔をあけて設けられた部分であって、球根状部
分２５８に取り付けられるエンベロープの前側端部、す
なわち外側端部２６２の外面に塗布された第２の部分３
０２を有する。

【００３４】図１７を参照すると、図１４および図１５
と同じコーティングパターンを有する光源２５４の他の
変更された実施例が示されている。しかしながら、図１
４および図１５のフィラメント２６０の活性部分は光源
２５４の縦軸Ｓに同軸的に延びているのに対して、図１
７ではフィラメントの活性部分は縦軸Ｓに対して軸方向
がずれて延びている。

【００３５】上述した実施例のすべてにおいては、光源
は反射器の軸に対してほぼ同軸または平行である。図２
１−図２７に示すように、照明システム３５０は光源の
軸Ｓに対してほぼ直角に反射器の軸Ｌを位置決めしてい
る。同じ構成要素は３００を加えられた同じ番号で示さ
れ（例えば、反射器５２は反射器３５２として示されて
いる）、新しい構成要素は新しい番号で示される。更に
詳しくは、図２１に示すように、この従来のシステムは
反射器３５２および該反射器内に延出している光源３５
４を有する。反射器はほぼ放物形状であり、縦軸Ｌを有
する。光源３５４は先の実施例で説明した光源とほぼ同
じダブルエンディッドエンベロープを有する。光源３５
４は反射器３５２の後端部の開口部に取り付けられたポ
ットプラグ３８０から延出している一対の上側および下
側導体部材３７６，３７８の間で支持されている。光源
は反射器３５２の縦軸Ｌを横切って、好ましくはほぼ直
角に延びるように導体部材によって支持されている。

【００３６】図２２および図２４を参照すると、可視光
内部反射コーティング３９０の形態の光学干渉フィルタ
の一構造を有する本発明の原理により改良された光源３
５４の他の実施例が示されている。好ましくは、コーテ
ィングは光源の透明なエンベロープの外面の第１の部分
に塗布される。可視光反射コーティング３９０は輪郭が
ほぼ半円筒状であり、エンベロープの外面領域の約半分
を占めている。更に詳しくは、コーティング３９０は反
射器３５２から離れて面するエンベロープの外面に塗布
されている。エンベロープの外面の第１の部分は、全表
面の約半分をカバーし、光源の縦軸Ｓに沿って縦軸を通
って画定される平面の一対の両側の一方に沿って存在し
ている。従って、コーティングパターンは縦軸Ｓに対し
て非対称にエンベロープに塗布される。

【００３７】図２２−図２５において、コーティング３
９０は外面の約半分を占有するように示されているが、
この関係はフィラメント３６０および放物状反射器３５
２の焦点が反射器の縁部に存在する特殊な場合に対する
ものである。焦点が反射器の縁部を越えるような大きな
湾曲を有するより深い反射器と使用する場合には、最適
なコーティングパターンは外面の半分以下、または外面
の約３分の１であることがわかった。また、上述したコ
ーティングパターンは、エンベロープの外面の残りのコ
ーティングされていない部分により反射器のどの点にお
いてもフィラメントの活性光発生部を見ることができる
ものであることを理解されたい。

【００３８】コーティング３９０のパターンは、反射器
３５２から離れる方向にフィラメント３６０から発生し
た可視光を反射し、この可視光をフィラメントの活性部
分に再び向けている。コーティングは直接的な前方への
眩光を除去する光遮蔽部として作用する。フィラメント
の活性光発生部はフィラメント３６０の残りの部分に対
して同軸的に延び、エンベロープの両端部３６２，３６
４は軸Ｓに対して同軸的に延びている。

【００３９】図２３および図２５を参照すると、光源３
５４の他の実施例が示されている。図２３および図２５
の光源と図２２および図２４の光源との唯一の異なる点
は、フィラメント３６０の活性光発生部は、軸方向がず
れているがフィラメントの残りの部分に平行であること
である。すなわち、フィラメントの活性光発生部は軸Ｓ
に対してずれるとともにエンベロープの両端３６２，３
６４に平行である。

【００４０】反射器３５２と光源３５４の間に横断した
配列を維持することにより、および反射器３５２の反射
部３５２Ａの形状と光源３５４のエンベロープ上の可視
光反射コーティング３９０のパターンの形状との実質的
な適合により、改良された指向性照明システムは、その
小さな大きさを保持しながら、光収集効率を改良し、光
度を増大した光ビームパターンを発生することができ
る。更に、ビームルーメンの増大は、光源３５４の縦軸
Ｓからフィラメント３６０の活性光発生部をずらすこと
により実現される。代表的な例では、タンタラ／シリカ
多層可視光反射コーティングをＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸
着法）によりエンベロープの半分上に堆積した結果、コ
ーティングされていないエンベロープに比較して、最大
光度が５０％大きくなり、ビームルーメンは５０％増大
した。

【００４１】図２６は、図２１のようにコーティングさ
れていないエンベロープを使用した従来の装置の光源の
周りに光度分布を示す図である。これに対して、図２７
は、透明なエンベロープの半分上に可視光反射コーティ
ング３９０を有する図２２の光源３５４の周り光度分布
を示す図である。図２７の光ビームの制御の改良および
光度の増大は図２６の場合に比べて容易に明らかであ
る。

【００４２】２つの関連する実施例が図２８−図３５に
示されている。上述した実施例、例えば図２−図７との
類似性は明らかである。これらの実施例は白熱タイプの
光源以外の光源への本発明の特徴の適用性を証明してい
るものである。図２８−図３１に示すように、アーク放
電電球が切頭放物状反射器内に示されている。更に詳し
くは、図２８は反射器４５２内に設けられたアーク放電
電球４５４を図示している。電球はポットエンド４８０
に取り付けられた導体４８２，４８４にそれぞれ支持さ
れている金属接続体４７６，４７８によって所定位置に
保持されている。反射器はほぼ放物状の主反射面４５２
Ａおよび上側および下側平坦面４５２Ｄおよび４５２Ｅ
を有する。平坦面４５２Ｄおよび４５２Ｅは放物状反射
面の垂直方向の広がりを制限、すなわち切頭しており、
したがって、また平坦切頭反射面と称する。上述したよ
うに、平坦切頭面は、電球から光を前方に反射する場合
に、主反射面４５２Ａよりもはるかに低い活性的な役割
を果たしている。

【００４３】アーク放電光源は、好ましくはメタルハラ
イドタイプである。これは、縦方向端部４６２および４
６４およびシールされたチャンバを有する中間の球根状
領域４５８からなる耐火性光透過エンベロープを有す
る。電極５１８および５２０は、典型的にはハロゲン化
金属を含むガス充填物を含有するチャンバ内でアーク間
隙５２１によって互いに間隔をあけて設けられている。
電極は少なくとも球根状部４５８の近傍において光源の
縦軸Ｌに対してほぼ一列に配列されている。好ましく
は、また、このような縦軸Ｌは放物状反射面４５２の縦
軸（図示せず）に対してほぼ一列に配列されている。通
常の方法では、電極５１８はリード線５２２および耐火
性箔５２４を介してインリード線５２６に接続されてい
る。同様に、電極５２０はリード線５３２および耐火性
金属箔５３４を介してインリード線５３６に接続されて
いる。図示されていないが、リード線５２２，５３２は
典型的には通常の方法で巻回され、ワイヤのそれぞれの
コイル部分が縦軸Ｌに沿って該リード線の一列配列を容
易にしている。

【００４４】図示の例では、光透過性耐火材からなる外
側アーク管エンベロープ５４０は光透過エンベロープ上
に形成され、縦軸Ｌに沿って互いに間隔をあけて設けら
れた端部５４２，５４４および中間の球根状領域５４６
を有する。外側エンベロープの両端部は隣接エンベロー
プと外側エンベロープの端部を一緒に融解することによ
りエンベロープの端部４６２，４６４にそれぞれ取り付
けられる。所望により、該エンベロープと外側エンベロ
ープとの間のスペース５６０は、例えばリチャード・Ｌ
・ハンスラ他（Richard L. Hansler, et al.）に発行さ
れ、本譲受人に譲渡された米国特許第４，９３５，６６
８号に教示されているように真空にすることができる。
更に、外側エンベロープは、外側エンベロープの端部５
４２，５４４をそれぞれ直接インリード線５２６，５３
６に融解すること等により他の構造（図示せず）を有す
るエンベロープに対して取り付けることができる。ま
た、上述した取り付け方法は上述した米国特許第４，９
３５，６６８号に教示されている。

【００４５】面Ｐの右側の外側エンベロープの球根状領
域のほぼすべては可視光反射コーティング４９０を塗布
されている。コーティング４９０はアーク放電によって
発生した光をアーク放電に向けて反射する。このため
に、外側エンベロープの球根状領域５４６は縦軸Ｌに沿
ってほぼ楕円形または球形である。この結果、光源の放
物状反射面４５２Ａに向かう光は反射面によって有効に
制御され、所望のビームパターンを達成することができ
る。

【００４６】可視光反射コーティング４９０は、図２８
に示すように、また図３０および図３１にそれぞれ簡略
化された上面図および側面図で示すように、光源４５４
上に位置決めされている。図３０において、光線は２つ
の成分を有する。主反射面４５２Ａは、反射されていな
い状態の第１の成分、およびコーティング４９０で反射
され、アーク間隙５２１内のアーク放電に再び向かう第
２の成分を受ける。放電はそれ自身から放射した光に対
してはほとんど透明であるので、第２の成分の光は大部
分放電を通過し、主反射面に達する。そして、主反射面
４５２Ａは累積された第１および第２の成分の光を光線
として前方に向ける。図３１の側面図は同様に図３０の
光線の上述したパターンに沿って進み、反射面４５２Ａ
によって前方に反射されつつある光線を示している。

【００４７】放物状反射面がアーク放電に一致する見掛
け上の位置をもってコーティング４９０によって反射さ
れた光の例えば約３分の１を収集する場合には、ビーム
ルーメンは理論的に約２０％ないし３０％増大する。可
視光反射コーティング４９０は、例えば、以下に詳細に
説明し図示するパターンを達成するためにホウ酸塩マス
クを使用して、例えばＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着法）に
よってエンベロープ上に堆積されたタンタラおよびシリ
カからなる交互の２７層を有する。

【００４８】上述したコーティングは耐火性であり、光
源の動作中に遭遇する高温に耐えることができる。これ
に対して、従来の金属コーティング（例えば、アルミニ
ウムまたは銀）はこのような動作温度のもとでは正常に
動作しないであろう。更に、上述したコーティングは、
鏡状であり、光線を光源の縦軸Ｌに向けて反射すること
をかなり補助する光学干渉フィルタを形成する。他方、
アルミナのような粉末材料から形成され可視光を反射す
る拡散コーティングは、光を縦軸Ｌに向けて反射する能
力がかなり少ない。従って、拡散コーティングは放物状
反射面によって「見られる」につれて、光源の見掛け上
の大きさが増大することになり、この結果ビーム制御は
少なくなり、典型的には眩光を生じる。上述したコーテ
ィング４９０の著しい特徴はここに記載した他のすべて
の可視光反射コーティングに適用されることが好まし
い。光学干渉フィルタの他の望ましい特性は、異なる周
波数範囲の光を選択的に透過したりまたは反射するよう
に設計できることである。光学干渉フィルタで形成され
た場合、コーティング４９０は例えば赤外線を反射した
りまたは可視光の好ましくない色を透過するように設計
することができる。これは所与の組の高い屈折率および
低い屈折率の材料に対して層の厚さおよび層の数を選択
することにより達成される。

【００４９】光学干渉フィルタによって提供される更に
他の利点は改良された色の混合である。従来のアーク電
球では、色分離が発生する。発生した放射の部分を本質
的に透明な光源を通して方向付する反射コーティングを
追加することにより色の混合を行うことができる。ビー
ムルーメンを増加することに加えて、上述した図２８−
図３１の光源上の可視光反射コーティング４９０は、光
源からの直接的な前方進行光が前方に投射されることを
防止する光遮蔽部として作用する。このような直接的な
前方進行光は放物状反射面４５２Ａによって反射される
ことから得られる高度の指向性制御に欠けている。自動
車のヘッドライトでは、例えば、ヘッドライトを見なが
ら前方から近づいてくるドライバはこのような制御され
ない光によって生じる眩光から保護される。

【００５０】図３２−図３５はアーク放電型の他の光源
を示している。図３２の光源の可視光反射コーティング
４９０の構成を除いて、この光源の他の部分は同じ番号
を付された部分の上述した説明に同じである。光源上の
可視光反射コーティング４９０は図２−図７の実施例と
同様にクラムシェルパターン（図３２および図３３）を
画定している。クラムシェルパターンは、アーク間隙内
のアークが主反射面４５２Ａ上のどの点からでも「見
る」ことができるが、可能な程度において平坦な切頭面
４５２Ｄおよび４５２Ｅ上のどの点からも見ることがで
きないように構成されることが好ましい。コーティング
４９０でカバーされた外側エンベロープの球根状領域の
その部分の好ましい球形または楕円形のために、コーテ
ィングで受けられ反射されたアーク間隙内のアークから
の光はアークを通って戻り収束される。この結果、放物
状反射面４５２Ａに向けられた光はこのような放物状反
射面によって最も効率的に制御され、所望のビームパタ
ーンを達成することができる。

【００５１】図３４および図３５はそれぞれ所望のクラ
ムシェルパターンを有する照明システムの簡略化された
上面図および側面図を示している。図示の光線は、クラ
ムシェルパターン（図３２参照）の上側および下側によ
り光源からの光線が平坦な切頭反射面４５２Ｄおよび４
５２Ｅに達することを実質的に防止していることを示し
ている。これらの面は光を前方に反射することができな
いので、これらの面に達する光線はほとんど役に立たな
いものである。代わりに、クラムシェルのコーティング
パターンは、そうでない場合に無用に平坦な切頭面に到
達する光を受け、この光を光線で示すように再び後方の
放物状の主反射面に向ける。主反射面はこの光を有効な
前方に反射する。勿論、図示の光線はアーク放電からの
直接反射面で受けられる光の成分も有する。

【００５２】更に、光源のコーティングの可視光反射コ
ーティング４９０のクラムシェルパターンは、アーク放
電からの反射されない光が直接前方に送出されないよう
に阻止している。クラムシェルパターンによって回避さ
れるが、このような直接前方進行光は放物状反射面によ
って反射されることから得られる高度の指向性制御のな
い成分を前方光ビームに加える。

【００５３】２０％以上のビームルーメンの増大は、コ
ーティングされない光源と比較して、クラムシェルコー
ティングパターンに対して期待される。このような目的
のために、可視光反射コーティング４９０は、図示のパ
ターンを達成すべくホウ酸塩マスクを使用して、ＬＰＣ
ＶＤによってエンベロープ上にタンタラとシリカの交互
の層を堆積することによって形成される。

【００５４】図３６は、本発明の原理が適用される更に
他のタイプの照明システムまたは電球を示している。図
示のように、無電極高光度放電電球６００はイオン化可
能ガス充填物６０４を含有するアーク管６０２を有す
る。高周波ＲＦ信号が励起コイル６０６によって供給さ
れ、イオン化可能ガスをガス放電状態に励起する。起動
補助部６０８がアーク管に付設され、通常同様な融解石
英材で構成される。低圧ガスまたはガス混合物６１０は
ガス充填物６０４よりも低い絶縁破壊値を有し、起動回
路６１２によって始動される放電状態を達成する。ガス
６１０は放電状態に一度達すると、アーク管６０２内に
放電を始動するように作用する。このようにして、可視
光が電球から発生する。この種の無電極電球の詳細は本
技術分野で周知のものであり、これ以上の説明はここで
は不必要である。

【００５５】本発明によれば、アーク管６０２および／
または起動補助部６０８の部分は光学干渉フィルタまた
はコーティング６２０を設けることができる。発生した
放射光の選択された部分はアーク放電に向かって反射さ
れ、少なくともその一部は可視光に変換され、効率を全
体的に増大する。更に、光源のコーティングを選択する
ことにより、設計者に光を所定の方向およびパターンで
投射することを可能にする。

【００５６】このようなパターン化された干渉フィルタ
を得るために、２５０−７００゜Ｃの広い範囲の温度の
ストレスのもとで粘性のある流れとなることができ、フ
ィルタ材にもまたはエンベロープにも悪影響を与えない
媒体内で溶解できる固体マスキング材でエンベロープは
まずマスクされる。このマスクは、フィルタの堆積後に
エンベロープから除去した時、所望のパターンで基板上
にフィルタを残すパターンでエンベロープに付加させ
る。多層光学干渉フィルタは、本技術分野に専門知識を
有する者に周知の適当な手段により前記マスクされたエ
ンベロープ上に付加させる。

【００５７】本発明の一実施例では、酸化ホウ素の前駆
物質のようなマスキング材の前駆物質が光源のエンベロ
ープの外面に付加させる。それから、該前駆物質は多層
フィルタまたはコーティングの堆積前に酸化ホウ素に変
換される。他の実施例では、酸化ホウ素材またはその前
駆物質は化学蒸着法によりエンベロープに付加させる。
蒸着法、蒸発またはスパッタリングマスキング法の場合
には、エンベロープはまずデカルコマニア（decals）、
テープ、ラッカーのようなコーティング用有機被覆化合
物等のような適当な材料で予めマスクまたはコーティン
グされなければならなず、この予めマスクされたエンベ
ロープ上に酸化ホウ素の前駆物質が付加される。デカル
コマニア（decals）、テープまたはラッカーの予備マス
クはパターン化された干渉フィルタが要求されているパ
ターンでエンベロープに付加され、酸化ホウ素または酸
化ホウ素の前駆物質が予めマスクされたエンベロープ上
に付加される。

【００５８】代わりに、予備マスクは、酸化ホウ素の前
駆物質のエンベロープ上へのスプレイと組み合わせられ
た機械的マスクまたはステンシルを使用して達成するこ
とができる。機械的予備マスクは、酸化ホウ素またはそ
の前駆物質を付加するための蒸発、スパッタリングまた
は他の物理的蒸着（ＰＶＤ）法のような見通し線処理と
良好に作用する。また、酸化ホウ素または酸化ホウ素の
前駆物質は、後で燃焼してホウ酸を残すメチルセルロー
スまたはアクリル酸のような適当な粘性材（viscosifie
r ）を使用することにより調整される粘性を有する同じ
ものの飽和溶液中のこれらの物質のいずれかの水成スラ
リーをスプレイ、ディップ、または塗りつけることによ
り付加することができる。

【００５９】酸化ホウ素または酸化ホウ素の前駆物質を
形成するための堆積の後、予備マスクは酸化ホウ素、酸
化ホウ素の前駆物質またはエンベロープを溶解しないま
たは悪影響を与えない液体または蒸気媒体内においてエ
ンベロープから分離溶解される。代わりに、ラッカーの
ようなある予備マスク化合物は酸化ホウ素の前駆物質か
ら酸化ホウ素への変換の間の熱分解によって元の位置で
除去される。ある実施例では、予備マスクは必要ではな
く、エンベロープは液体酸化ホウ素前駆物質内に部分的
に浸されたり、または該前駆物質がエンベロープ上にブ
ラシで塗られたり、ペイントされたり、または塗り付け
られ、酸化ホウ素を除去した後、（マスクされたエンベ
ロープ上に付加された）光学干渉フィルタの所望のパタ
ーンが達成される。

【００６０】トリブチルホウ酸塩（tributyl borate ）
およびトリメソクシボロキシン（trimethoxyboroxine）
は、本発明の実施に有用であることがわかり、ディップ
コーティング、ペインティング、ブラシングおよび塗り
付けによりエンベロープのような基板に塗布された液体
の酸化ホウ素前駆物質である。一例として、融解石英ま
たはガラスの電球のエンベロープを有する白熱電球のよ
うな電球は、光学干渉フィルタが要求されていないエン
ベロープの表面の部分の上のみに粘性のある液状のトリ
ブチルホウ酸塩（tributyl borate ）およびトリメソク
シボロキシン内にディップされたり、ブラシで塗られた
り、ペイントされたり、または塗り付けられる。電球の
エンベロープ上の余分なトリブチルホウ酸塩は、毛細血
管ウィッキング装置のような繊維材を使用することによ
り除去される。それから、トリブチルホウ酸塩（または
トリメソクシボロキシン）が付加された電球のエンベロ
ープは、（コーティングされた電球エンベロープを沸騰
水上に配置すること等により）水、蒸気または高湿度環
境に接触させられ、前駆物質の液体をホウ酸に替える。
トリブチルホウ酸塩またはトリメソクシボロキシンはＨ
₂ Ｏと反応して、ホウ酸（Ｈ₃ ＢＯ₃ ）を形成する。こ
れは、液体のトリブチルホウ酸塩の前駆物質が存在して
いたエンベロープ上に霜のように見える個体のホウ酸を
形成する。

【００６１】このように形成されたホウ酸は、いくらか
多孔性であり、ピンホールを有し、取り扱いにより容易
に損傷されたり、傷つけられる。この結果、これは本発
明の実施に有効であるように密度を高められ、酸化ホウ
素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）に変換されなければならない。これは、
典型的には５５０゜Ｃ−８００゜Ｃの範囲の適当な高い
温度に加熱し、ホウ酸を酸化ホウ素に変換することによ
り容易に達成される。また、この高い温度は残存する有
機物質を除去するとともに、酸化ホウ素のコーティング
とガラス基板間の良好な接着を促進する。６５０゜Ｃで
５分ないし１０分間空気中で加熱することにより研究室
で良好に作用した。

【００６２】酸化ホウ素は、２５０゜Ｃ以上の温度（す
なわち、２５０−７００゜Ｃ）で粘性の流れを示すガラ
ス材であり、これは本発明の処理の実施に有益で重要な
特徴である。粘性の流れはマスクにおけるピンホールの
ような欠陥を除去する。また、マスクされたエンベロー
プ上にフィルタを付加する場合の蒸着処理の間に発生す
る固有のストレスを軽減するように作用する。このスト
レスが軽減されない場合には、マスクがフィルタの形成
中において剥離することがある。これはまた剥離が発生
したエンベロープの所にフィルタが付着されることを意
味する。これは勿論好ましくないことである。

【００６３】この固有のストレスは、堆積処理に固有の
ものであり、熱的膨張および収縮の差から発生するもの
と同じでない。耐火性金属酸化物からなる光学干渉フィ
ルタを付加した場合には、酸化ホウ素マスクの僅かな粘
性の流れにより、上に設けられている干渉フィルタ材が
ひび割れし、マスクおよび上に設けられているフィルタ
の続いての除去を補助する。また、酸化ホウ素の非結晶
性のガラス質の性質がマスクのフィルムの欠陥を減らす
ように加わる。これは結晶物質で発生する形態学的相変
化により引っ張りストレスがマスクに発生しないためで
ある。従って、化学蒸着処理（ＣＶＤ）のような高い温
度で行われる光学干渉フィルタ堆積処理でマスクとして
有用であるためには、ストレスを軽減し、フィルタ堆積
処理の間のマスクの剥離およびひび割れを避けるため
に、マスキング材は好ましくは粘性の流れを呈している
べきである。

【００６４】一般に、酸化ホウ素マスクは厚さが約０．
１ないし２ミクロン、好ましくは０．５ないし０．７ミ
クロンの広い範囲にある。コーティングがあまり厚い場
合には、固体状態の酸化ホウ素とシリカエンベロープと
の間の熱膨張のミスマッチによりガラスまたは融解石英
のエンベロープに不良が生じる。あまり薄い場合には、
ピンホールが生じ、マスクは更に除去し難くなる。

【００６５】１ミクロン台以上の酸化ホウ素マスクの厚
さを達成するために、トリブチルホウ酸塩の前駆物質の
２回以上の付加に続いてホウ酸への加水分解が必要にな
るかもしれない。トリメソクシボロキシンを使用した結
果、たった１回のディップを使用して１ミクロンの厚さ
のマスクが可能である。ディップコーティングの場合に
は、電球、または光源のフィラメントまたはアーク室の
外側エンベロープ面は室温で液体のトリブチルホウ酸塩
内にディップされる。トリブチルホウ酸塩の場合には、
１回のディップの結果、加水分解および酸化物への変換
の後、密度を高められた酸化ホウ素フィルムはほんの
０．５ミクロン半の厚さになることがわかった。処理を
繰り返すことにより約１ミクロンの厚さの酸化ホウ素が
生成された。

【００６６】また、酸化ホウ素マスク前駆物質、すなわ
ちホウ酸は、マスクすべき対象物、すなわちエンベロー
プを含む反応室内において室温でトリメチルホウ酸塩蒸
気を水蒸気と反応させることにより大気圧化学蒸着（Ａ
ＰＣＶＤ）法によって生成された。この処理では、窒素
ガスの蒸気は液体トリメチルホウ酸塩によって泡立たせ
られ、窒素ガスの別の蒸気は水蒸気で泡立たせられ、２
つの蒸気は別々に電球またはマスクされる他の対象物を
含む反応室内に供給される。トリメチルホウ酸塩蒸気は
水蒸気と反応され、エンベロープ上のホウ酸（Ｈ₃ ＢＯ
₃ ）コーティングを形成し、それから加熱されて、酸化
ホウ素を形成する。この処理を使用することにより、酸
化ホウ素の１ミクロンの厚さのコーティングを容易に達
成することができる。液体金属有機前駆物質処理の場合
のように、このように形成されたホウ酸は密度を高め酸
化ホウ素に変換されるように加熱処理されなければなら
ず、上述したように５分ないし１０分間で約６５０゜Ｃ
の温度が適当であることがわかった。

【００６７】ＡＰＣＶＤ処理では、デカルコマニアおよ
び接着テープのような種々の予備マスクを使用すること
により複雑な対称および非対称の酸化ホウ素マスクパタ
ーンが達成された。ホウ酸が形成された後、デカルコマ
ニアまたはテープが取り除かれ、コーティングされたエ
ンベロープの上に残っているホウ酸は加熱により酸化ホ
ウ素に変換される。

【００６８】酸化ホウ素コーティングが形成された後、
所望の多層光学干渉フィルタが酸化ホウ素マスクエンベ
ロープに付加される。これは、このようなフィルタを付
加するために現在使用されている、例えば真空蒸着、イ
オンプレーティング、スパッタリング、プラズマＣＶ
Ｄ、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）および低圧ＣＶＤ（Ｌ
ＰＣＶＤ）のような化学蒸着（ＣＶＤ）法を含む周知の
デポジション法を使用して行うことができる。

【００６９】本発明の方法の実施では、全体で２６ない
し３２層を形成するチタニアとシリカからなる交互の
層、およびタンタラとシリカからなる交互の層で形成さ
れる耐火性酸化金属多層光学干渉フィルタが電球のフィ
ラメントおよびアークチャンバの外面にＬＰＣＶＤ法を
使用して３５０−６００゜Ｃの範囲内の温度で付加され
た。この部分の処理については、本発明の譲受人に譲渡
され、ここに引用により取り入れられている米国特許第
４，９４９，００５号および第５，１３８，２１９号に
開示されている。また、米国特許第４，９４９，００５
号は５５０−６７５゜Ｃの間の温度でタンタラおよびシ
リカからなるフィルタの焼きなましについても開示して
いる。

【００７０】要約すると、光学干渉フィルタを付加する
前に、コーティングされていない図示の電球エンベロー
プの外面の部分をデカルコマニアで予めマスクする。そ
れから、この予めマスクされた電球はトリブチルホウ酸
塩にディップされ、取り出され、余分なトリブチルホウ
酸塩がペーパタオルでウィッキングすることにより取り
除かれる。トリブチルホウ酸塩をコーティングされた電
球は沸騰水上に保持され、ホウ酸塩をホウ酸に加水分解
し、それから６５０゜Ｃのオーブン内に１０分間置か
れ、ホウ酸を酸化ホウ素に変換する。この処理は２回繰
り返される。

【００７１】それから、上述したコールドミラーが３５
０−６００゜Ｃの範囲の温度でＬＰＣＶＤ法を使用し
て、酸化ホウ素でマスクされた電球上に付加される。フ
ィルタがマスクされた電球上に形成された後、電球は冷
却され、水中に置かれて酸化ホウ素が分解され、酸化ホ
ウ素およびその上に付加されたフィルタ材を除去する。
それから、電球は加熱され、前記米国特許第４，９４
９，００５号の焼きなまし処理に続いて残りのコールド
ミラーのパターン化された光学干渉フィルタを焼きなま
しする。

【００７２】本発明について好適実施例およびその形成
方法を参照して説明した。本明細書を閲読し理解した場
合には、変更および改造が可能であることは明らかであ
る。このようなすべての変更および改造が特許請求の範
囲またはその等価な範囲内に入る限りにおいては、本発
明はこれらのすべてを含むものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の指向性照明システムの部分破断正面斜視
図であり、該照明システムは切頭放物形状反射器および
該反射器に対して軸方向に一列に配列されている光源を
有し、該光源は直線状の活性光発生部および透明エンベ
ロープ部を有する。

【図２】図１に類似した指向性照明システムの概略平面
図であり、光源の透明エンベロープ部分の外面の第１の
部分にクラムシェル形状のパターンで付加された光反射
光学干渉コーティングを有する。

【図３】図２の線３−３に沿った指向性照明システムの
概略側面図である。

【図４】図２の光源の単独で示されている拡大概略平面
図である。

【図５】図２の単独で示されている光源の拡大概略側面
図である。

【図６】図４に類似した光源の平面図であり、該光源は
透明エンベロープの外面の第１の部分上にクラムシェル
形状のパターンで付加された可視光およびＩＲ光反射光
学干渉コーティングを有し、またＩＲ光反射コーティン
グは透明エンベロープの球根状部の全外面を覆うように
透明エンベロープの外面の第２の部分上に付加されてい
る。

【図７】図６の光源の概略側面図である。

【図８】本発明の特徴による光反射コーティングを有す
る光源エンベロープおよび非対称反射器を使用した指向
性照明システムの部分断面拡大側面図である。

【図９】図８の指向性照明システムの概略平面図であ
る。

【図１０】図９の線１０−１０に沿った指向性照明シス
テムの概略側面図である。

【図１１】図８の指向性照明システムの光源の概略拡大
平面図であり、直線状の活性光発生エレメントが光源の
縦軸に対してほぼ同軸的に延びている。

【図１２】図１１に類似した光源の概略拡大平面図であ
り、直線状の活性光発生エレメントが光源の縦軸に対し
て軸方向がずれて延びている。

【図１３】従来の指向性照明システムの部分断面側面図
であり、放物状反射器および該反射器に対して軸方向に
一列に配列された光源を有し、該光源は透明エンベロー
プおよび該エンベロープの内部に配設された直線状活性
光発生エレメントを有する。

【図１４】図１３に類似した指向性照明システムの側面
図であり、光源の透明エンベロープの外面のほぼ半分の
上に光源の縦軸に対して対称パターンで付加された反射
性光学干渉コーティングを有する。

【図１５】図１４の指向性照明システムによって使用さ
れる光源の側面図であり、エンベロープの外面上に所定
のパターンの反射コーティングを有し、光発生エレメン
トは光源の縦軸にほぼ同軸的に延びている。

【図１６】図１５に類似した図であり、第１および第２
のパターン部分に付加された反射コーティングを示して
いる。

【図１７】図１５に類似した図であり、エンベロープの
縦軸に対して軸方向がずれて延びている光発生エレメン
トを示している。

【図１８】コーティングされたエンベロープおよびコー
ティングされていないエンベロープによって発生する光
ビームの光度を反射器の縦軸に対するビーム角度に対し
て示すグラフである。

【図１９】図１３のコーティングされていない透明エン
ベロープを有する光源の周りの光度分布を示す図であ
る。

【図２０】図１４のコーティングされた透明エンベロー
プを有する光源の周りの光度分布を示す図である。

【図２１】従来の指向性照明システムの部分断面側面図
であり、放物状反射器および該反射器を横切って一列に
配列された光源を有し、該光源は透明エンベロープおよ
び該透明エンベロープに対してほぼ同軸的に延びている
直線状活性光発生エレメントを有する。

【図２２】図２１に類似した指向性照明システムの概略
側面図であり、光源の透明エンベロープの外面の第１の
部分上に付加された可視光反射光学干渉コーティングを
有する。

【図２３】図２２に類似した指向性照明システムの概略
側面図であり、透明エンベロープの縦軸に対して軸方向
がずれて延びている直線状の活性光発生エレメントを有
する。

【図２４】図２２の単独で示されている光源の概略拡大
側面図である。

【図２５】図２３の単独で示されている光源の概略拡大
側面図である。

【図２６】図２１のコーティングされていない透明エン
ベロープを有する光源の周りの光度分布を示す図であ
る。

【図２７】図２２のコーティングされた透明エンベロー
プを有する光源の周りの光度分布を示す図である。

【図２８】本発明による反射電球の斜視図であり、反射
コーティングで選択的に覆われた光源を示すように部分
的に破断されている。

【図２９】図２８の反射電球に使用することができる上
述したコーティングで選択的に覆われた光源の簡略側面
図である。

【図３０】図２８の反射電球の概略平面図であり、上述
したコーティングのない図２９の光源の部分から発生す
る光線を示している。

【図３１】図２８の反射電球の概略側面図であり、上述
したコーティングのない図２９の光源の部分から発生す
る光線を示している。

【図３２】上述したコーティングで選択的に覆われた他
の光源の簡略側面図であり、図２８の反射電球に使用す
ることができる。

【図３３】上述したコーティングで選択的に覆われた他
の光源の簡略平面図であり、図２８の反射電球に使用す
ることができる。

【図３４】図２８の反射電球の概略平面図であり、上述
したコーティングのない図３２および図３３の覆われた
光源の部分から発生する構成を示している。

【図３５】図２８の反射電球の概略側面図であり、上述
したコーティングのない図３２および図３３の覆われた
光源の部分から発生する構成を示している。

【図３６】本発明によるエンベロープの一部上にコーテ
ィングを有する高圧無電極電球を示す部分断面正面図で
ある。

【符号の説明】

５２ 反射器 ５２Ａ，５２Ｂ，５ＳＣ 主反射面 ５４ 光源 ５８ 球根状部 ６０ フィラメント ９０ 可視光反射コーティング ９２ 外面 １５０ 照明システム １５２ 反射器 １５４ 光源 １５８ 球根状部 １６０ フィラメント １９０ 反射コーティング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレデリック・ウォルター・ダイニイズ アメリカ合衆国、オハイオ州、チャグリ ン・フォールズ、バーチモント・ドライ ブ、7620番 (72)発明者 カール・ヴァーノン・ガンター アメリカ合衆国、オハイオ州、トゥインズ バーグ、シャロンブルック・ドライブ、 1288番 (72)発明者 ジョン・マーティン・ダベンポート アメリカ合衆国、オハイオ州、リンドハー スト、グラハム・ドライブ、5138番 (72)発明者 トーマス・マイケル・ゴルズ アメリカ合衆国、オハイオ州、ウィローグ バイ・ヒルズ、ロジャース・ロード、 38470番 (72)発明者 ロルフ・スベアー・バーグマン アメリカ合衆国、オハイオ州、クリーブラ ンド・ハイツ、バークレイ・アベニュー、 3236番 (72)発明者 フレデリック・フランシス・アールグレン アメリカ合衆国、オハイオ州、ユークリッ ド、グリーンブライア・コート、203番 (72)発明者 ゲイリー・ロバート・アレン アメリカ合衆国、オハイオ州、チェスター ランド、ウッドランズ・トレイル、7745番 (72)発明者 マーク・エルトン・ダフィー アメリカ合衆国、オハイオ州、シェイカ ー・ハイツ、チャドボーン・ロード、3125 番 (72)発明者 リチャード・ローウェル・ハンスラ アメリカ合衆国、オハイオ州、ペッパー・ パイク、ベルコート・ロード、28120番

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を発生する手段と、 該光発生手段を受け入れる密閉チャンバおよび外面を有
   するガラス質の光透過エンベロープであって、該エンベ
   ロープおよび前記光発生手段は前記エンベロープを透過
   する平均電力密度が少なくとも４ワット／ｃｍ² である
   ような大きさに形成されている前記エンベロープと、 前記エンベロープの外面のコーティングされていない部
   分を透過する光の量を増大する方向に前記光発生手段か
   らの光を反射するように前記エンベロープの外面の一部
   上のみに設けられた多層光学干渉コーティングとを有す
   る光源。
2. 【請求項２】 光源からの光を受けて、該光を所望の方
   法で方向付けする反射器を有する光学システムに使用さ
   れる光源であって、該光源は、 光を発生する手段と、 該光発生手段を受け入れる密閉チャンバおよび外面を有
   するガラス質の光透過エンベロープであって、該エンベ
   ロープおよび前記光発生手段は前記エンベロープを透過
   する平均電力密度が少なくとも４ワット／ｃｍ² である
   ような大きさに形成されている前記エンベロープと、 前記反射器からの光を最大にする方向に前記光発生手段
   からの光を反射するように前記エンベロープの外面の一
   部上のみに設けられた多層光学干渉コーティングとを有
   する光源。
3. 【請求項３】 前記エンベロープは縦軸を有し、前記光
   学干渉コーティングは前記エンベロープの外面上に前記
   縦軸に対して対称に設けられている請求項２記載の光
   源。
4. 【請求項４】 前記光学干渉コーティングは前記エンベ
   ロープの少なくとも４分の１を覆う主面を有する請求項
   ３記載の光源。
5. 【請求項５】 前記エンベロープは縦軸を有し、前記光
   学干渉コーティングは前記エンベロープの外面上に前記
   縦軸に対して非対称に設けられている請求項２記載の光
   源。
6. 【請求項６】 前記光学干渉コーティングは前記外面の
   約３分の１ないし２分の１を覆っている請求項５記載の
   光源。
7. 【請求項７】 密閉チャンバを囲むエンベロープおよび
   該エンベロープの少なくとも一部の温度が４００゜Ｃよ
   り高くなるように第１の縦軸に沿って配設された光発生
   手段を有する光源と、 該光源からの光を受け、該光を所望の方向に向けるよう
   に前記光源に対して配設された活性部を有する反射器
   と、 光が前記反射器の前記活性部に向かって反射されるよう
   な構成で前記エンベロープの外面の一部上のみに配設さ
   れた多層光学干渉反射コーティングとを有する照明シス
   テム。
8. 【請求項８】 高温光源に使用される電球エンベロープ
   の選択された部分上にパターン化された光学干渉フィル
   タを形成する方法であって、 前記光学干渉フィルタが要求されていない前記電球エン
   ベロープの一部上にマスクとして酸化ホウ素のコーティ
   ングを形成し、 酸化ホウ素が粘性を有するような温度で前記光学干渉フ
   ィルタをコーティングされた基板に付加し、 酸化ホウ素コーティングおよび該コーティング上に付加
   された前記光学干渉フィルタを除去して、パターン化さ
   れた光学干渉フィルタを形成するステップを有する前記
   方法。
9. 【請求項９】 電球エンベロープの外面上に所定のパタ
   ーンで光学干渉フィルタを形成する方法であって、 前記エンベロープの外面の第１の部分に酸化ホウ素コー
   ティングを付加し、 前記第１の部分を含む前記エンベロープの外面に光学干
   渉フィルタを付加し、 水溶液中で酸化ホウ素コーティングを分解することによ
   り、酸化ホウ素コーティングおよび該コーティング上の
   光学干渉フィルタを除去するステップを有する前記方
   法。
10. 【請求項１０】 密閉チャンバおよび外面を有するエン
    ベロープであって、該エンベロープを透過する平均電力
    密度が少なくとも４ワット／ｃｍ² であるような大きさ
    に形成された前記エンベロープと、 前記チャンバ内から光を発生する手段と、 前記外面の一部上に酸化ホウ素マスクを形成し、前記外
    面上にコーティングを付加し、酸化ホウ素マスクおよび
    該マスク上に付加された光反射コーティングを除去し
    て、パターン化された光学干渉フィルタを画定すること
    により前記エンベロープの外面上に形成された光学干渉
    コーティングとを有する光源。