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Title:
INFRARED RADIATOR AND IRRADIATION DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/096365
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to an infrared radiator whose radiation source consists of a luminous means (2), which emits light and IR radiation, and whose bulb (1), which encloses said luminous means (2), is coated with an interference filter (13) that is only transparent to infrared radiation from a specified partial range of the wavelength range between 700 nm and 3500 nm. Electromagnetic radiation located outside this partial range is reflected back into the bulb (1).

Inventors:
SCHMIDT HANS-JOACHIM (DE)
Application Number:
PCT/DE2004/000608
Publication Date:
November 11, 2004
Filing Date:
March 24, 2004
Export Citation:
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Assignee:
PATENT TREUHAND GES FUER ELEKTRISCHE GLUEHLAMPEN MBH (DE)
SCHMIDT HANS-JOACHIM (DE)
International Classes:
A61N5/06; G02B5/28; H01J61/40; H01K1/26; H01K1/32; (IPC1-7): A61N5/06
Foreign References:
US4588923A1986-05-13
EP1072841A22001-01-31
US4184065A1980-01-15
Other References:
KOSTLIN H ET AL: "Optical filters on linear halogen-lamps prepared by dip-coating" JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS, NORTH-HOLLAND PHYSICS PUBLISHING. AMSTERDAM, NL, Bd. 218, September 1997 (1997-09), Seiten 347-353, XP004095600 ISSN: 0022-3093
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 2000, Nr. 14, 5. März 2001 (2001-03-05) -& JP 2000 314807 A (NIPPON SHINKU KOGAKU KK), 14. November 2000 (2000-11-14)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 2000, Nr. 20, 10. Juli 2001 (2001-07-10) -& JP 2001 066424 A (STANLEY ELECTRIC CO LTD), 16. März 2001 (2001-03-16)
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Claims:
Patentansprüche
1. l.
2. Infrarotstrahler mit einem Leuchtmittel (2) zum Erzeugen von Infrarotstrah lung, das im Innenraum (5) eines für Infrarotstrahlung durchlässigen Gefäßes (1) angeordnet ist, wobei das Gefäß (1) einen den Innenraum (5) umschlie ßenden Bereich (11) und mindestens ein damit verbundenes, verschlossenes Ende (10) besitzt, und wobei das Gefäß (1) mit einem Interferenzfilter (13) beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferenzfilter (13) sich mindestens über den gesamten, den Innenraum (5) umschließenden Bereich (11) erstreckt und das Interferenzfilter (13) der art ausgebildet ist, dass es für Infrarotstrahlung eines vorbestimmten Teilbe reiches aus dem Wellenlängenbereich von 700 nm bis 3500 nm transparent ist und von dem Leuchtmittel (2) emittierte Strahlung aus dem sichtbaren Spektralbereich sowie Infrarotstrahlung außerhalb des vorbestimmten Wel lenlängenbereichs in den Innenraum (5) des Gefäßes (1) zurückreflektiert wird.
3. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Interfe renzfilter (13) als Beschichtung auf der äußeren Oberfläche des Gefäßes (1) ausgebildet ist.
4. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leucht mittel (2) mindestens einen Glühkörper umfasst.
5. Infrarotstrahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, die Geometrie und die Abmessungen des mindestens einen Glühkörpers (2) derart gewählt sind, dass der Glühkörper (2) beim Betrieb des Infrarotstrah lers mit seinen Nennbetriebsdaten eine Temperatur von mindestens 2900 °C besitzt.
6. Infrarotstrahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindes tens eine Glühkörper (2) eine Glühwendel ist.
7. Infrarotstrahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß (1) axialsymmetrisch ausgebildet ist und die mindestens eine Glühwendel (2) a xial innerhalb des Gefäßes (1) ausgerichtet ist.
8. Infrarotstrahler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der den In nenraum (5) umschließende Bereich (11) des Gefäßes (1) als Ellipsoid aus gebildet ist.
9. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbe stimmte Teilbereich sich von 720 nm bis 920 nm erstreckt.
10. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbe stimmte Teilbereich sich von 800 nm bis 1000 nm erstreckt.
11. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbe stimmte Teilbereich sich von 800 nm bis 1200 nm erstreckt.
12. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbe stimmte Teilbereich sich von 800 nm bis 2000 nm erstreckt.
13. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbe stimmte Teilbereich sich von 2500 nm bis 3500 nm erstreckt.
14. Infrarotstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leucht mittel eine Gasentladung in Xenon ist.
15. Bestrahlungsvorrichtung mit einem Infrarotstrahler (7) nach einem oder meh reren der Ansprüche 1 bis 13.
16. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 14 mit einem Reflektor (8) für Infra rotstrahlung, der den Infrarotstrahler (7) umgibt.
Description:
Infrarotstrahler und Bestrahlungsvorrichtung Die Erfindung betrifft einen Infrarotstrahler gemäß des Oberbegriffs des Patentan- spruchs 1 und eine Bestrahlungsvorrichtung mit einem derartigen Infrarotstrahler.

I. Stand der Technik Ein derartiger Infrarotstrahler ist beispielsweise in der europäischen Offenlegungs- schrift EP 1 072 841 A2 offenbart. Diese Schrift beschreibt einen Infrarotstrahler, der im wesentlichen ähnlich wie eine Glühlampe aufgebaut ist. Als Infrarotstrahlungs- quelle dient eine Glühwendel, die während des Betriebs sowohl Infrarotstrahlung als auch Licht emittiert. Der Infrarotstrahler ist von einem parabolischen Reflektor um- geben, der die Infrarotstrahlung in die gewünschte Richtung lenkt und sichtbare Strahlung transmittiert. Die Reflektoröffnung ist durch eine lichtundurchlässige Fil- terscheibe abgedeckt. Das die Glühwendel umschließende Gefäß des Infrarotstrahlers ist im Kuppenbereich mit einer lichtreflektierenden, vorzugsweise als Kaltlichtspie- gel ausgebildeten Beschichtung versehen.

II. Darstellung der Erfindung Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen effizienten Infrarotstrahler mit einem mög- lichst einfachen Aufbau bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Pa- tentansprüchen offenbart.

Der erfindungsgemäße Infrarotstrahler besitzt ein Leuchtmittel zum Erzeugen von Infrarotstrahlung, das im Innenraum eines für Infrarotstrahlung durchlässigen Gefä- ßes angeordnet ist. Das Gefäß weist einen den Innenraum umschließenden Bereich und mindestens ein damit verbundenes, verschlossenes Ende auf. Außerdem ist das

Gefäß mit einem Interferenzfilter beschichtet, das sich erfindungsgemäß mindestens über den gesamten, den Innenraum umschließenden Gefäßbereich erstreckt und der- art ausgebildet ist, dass es für Infrarotstrahlung eines vorbestimmten Teilbereiches aus dem Wellenlängenbereich von 700 nm bis 3500 nm transparent ist und von dem Leuchtmittel emittierte Strahlung aus dem sichtbaren Spektralbereich sowie Infrarot- strahlung außerhalb des vorbestimmten Wellenlängenbereichs in den Innenraum des Gefäßes zurückreflektiert wird. Mittels des vorgenannten Interferenzfilters ist ge- währleistet, dass von dem erfindungsgemäßen Infrarotstrahler im wesentlichen nur Infrarotstrahlung aus dem gewünschten Wellenlängenbereich emittiert wird. Die von dem Leuchtmittel generierte sichtbare Strahlung und die unerwünschte Infrarotstrah- lung werden in den Innenraum des Gefäßes zurückreflektiert und dienen zur Aufhei- zung des Leuchtmittels. Dadurch wird die Effizienz des Infrarotstrahlers gesteigert und es kann ohne weitere Hilfsmittel eine Emission des von dem Leuchtmittel gene- rierten Lichts sowie des unerwünschten Teils der Infrarotstrahlung weitgehend ver- hindert werden.

Vorzugsweise ist das Interferenzfilter als Beschichtung auf der äußeren Oberfläche des Gefäßes ausgebildet, um eine Beschädigung des Interferenzfilters durch eine chemische Reaktion mit den im Gefäß eingeschlossenen Substanzen zu vermeiden.

Als Infrarotstrahlungsquelle wird vorteilhaft entweder ein Glühkörper, vorzugsweise eine Glühwendel, oder eine Gasentladung in Xenon verwendet. Bei diesen Infrarot- strahlungsquellen handelt es sich zwar um Leuchtmittel, da sie neben der erwünsch- ten Infrarotstrahlung auch Licht erzeugen, es hat sich aber gezeigt, dass sich mit ih- nen eine höhere Effizienz erzielen lässt als mit anderen Infrarotstrahlungsquellen.

Gemäß eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird zu diesem Zweck der Glühkörper während des Betriebs des Infrarotstrahlers mit seinen Nennbetriebsdaten vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 2900 °C er- hitzt.

Das Gefäß des Infrarotstrahlers ist vorteilhaft axialsymmetrisch ausgebildet und der vorzugsweise als Glühwendel ausgebildete Glühkörper ist axial in dem Gefäß ausge- richtet, um eine optimale Aufheizung des Glühkörpers durch die von dem Interfe-

renzfilter in den Innenraum zurückreflektierte Strahlung bzw. das in den Innenraum zurückreflektierte Licht zu gewährleisten. Vorzugsweise ist der den Innenraum um- schließende Bereich des Gefäßes als Ellipsoid ausgebildet, um die Winkelabhängig- keit der Reflexion an dem Interferenzfilter zu minimieren, so dass die Dicke des In- terferenzfilters über den gesamten Bereich im wesentlichen konstant bleiben kann.

Der vorbestimmte Teilbereich des Wellenlängenbereiches von 700 nm bis 3500 nm, in dem das Interferenzfilter transparent ist, ist abhängig von der Verwendung des erfindungsgemäßen Infrarotstrahlers. Soll der erfindungsgemäße Infrarotstrahler für Fotokameras mit Infrarotfilm verwendet werden, so erstreckt sich der transparente Teilbereich vorteilhaft von 720 nm bis 920 nm. Für die Verwendung bei elektroni- schen Kameras mit Halbleiter-Aufnahmesensoren auf Siliziumbasis erstreckt sich der transparente Teilbereich des Interferenzfilters vorteilhaft von 800 nm bis 1000 nm.

Für die Verwendung bei elektronischen Kameras mit Halbleiter-Aufnahmesensoren auf Basis von Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) erstreckt sich der transparente Teilbereich des Interferenzfilters vorteilhaft von 800 nm bis 2000 nm. Für die Ver- wendung als Heiz-oder Wärmestrahler erstreckt sich der transparente Teilbereich des Interferenzfilters vorteilhaft von 800 nm bis 1200 nm. Für die Verwendung in Wasserkochern oder Trocknungseinrichtungen erstreckt sich der transparente Teilbe- reich des Interferenzfilters vorteilhaft von 2500 nm bis 3500 nm. Das Interferenzfil- ter ist derart ausgebildet, dass seine Transmission in dem transparenten Teilbereich mindestens 80% der in diesem Teilbereich von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung beträgt und seine Transmission bei Wellenlängen außerhalb des transpa- renten Teilbereiches höchstens. 10% beträgt. Die Transparenz für elektromagnetische Strahlung kürzerer Wellenlängen als die aus dem transparenten Teilbereich ist vor- zugsweise sogar noch deutlich geringer als 10%. Für Licht beträgt sie vorzugsweise nur 0, 1%.

Um eine gerichtete Emission der von dem erfindungsgemäßen Infrarotstrahler er- zeugten Infrarotstrahlung zu erzielen, kann der Strahler vorteilhaft in eine Bestrah- lungsvorrichtung eingesetzt werden, die einen den Infrarotstrahler umgebenden Re- flektor besitzt. Als Reflektor eignet sich ein parabolischer Metallkörper, zum Bei-

spiel aus Aluminium, oder ein parabolischer Kunststoff-oder Glaskörper, dessen Innenseite mit einer Metallschicht versehen ist.

III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 Eine Seitenansicht eines Infrarotstrahlers gemäß des bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiels der Erfindung Figur 2 Eine Bestrahlungsvorrichtung mit dem in Figur 1 abgebildeten Infrarot- strahler Figur 3 Eine Seitenansicht eines Infrarotstrahlers gemäß eines zweiten Ausfüh- rungsbeispiels der Erfindung Bei dem in Figur 1 schematisch abgebildeten Infrarotstrahler handelt es sich im we- sentlichen um eine Halogenglühlampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ungefähr 50 Watt. Sie besitzt ein einseitig abgedichtetes Gefäß 1 aus Quarzglas, das mit Ultraviolette Strahlung absorbierenden Dotiermitteln versehen ist. Im Innenraum des Gefäßes 1 ist eine Glühwendel 2 aus Wolfram angeordnet, die mittels zweier aus dem abgedichteten Ende 10 des Gefäßes 1 herausragender Stromzuführungen 3,4 mit elektrischer Energie versorgt wird. Der den Innenraum 5 des Gefäßes 1 um- schließende Bereich 11-das heißt, der Gefäßbereich außerhalb des abgedichteten Endes 10 und der dem abgedichteten Ende 10 gegenüberliegenden Kuppe 12-besitzt im wesentlichen die Form eines Ellipsoids, der rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse A-A der Halogenglühlampe bzw. des Infrarotstrahlers ist. Die Kuppe 12 des Gefäßes 1 wird von dem abgeschmolzenen und abgedichteten Pumprohr gebil- det. Die Glühwendel 2 ist axial in dem ellipsoidförmigen Bereich angeordnet. Die äußere Oberfläche des ellipsoidförmigen Bereiches 11 und die Kuppe 12 des Gefäßes 1 sind mit einem Interferenzfilter 13 beschichtet, das im wesentlichen nur für Infra- rotstrahlung aus dem Wellenlängenbereich von 800 nm bis 1000 nm transparent ist.

Das während des Betriebs von der Glühwendel 2 emittierte Licht und die von ihr

generierte, außerhalb des transparenten Wellenlängenbereich liegende Infrarotstrah- lung werden von dem Interferenzfilter 13 im wesentlichen auf die Glühwendel 2 zu- rückreflektiert und dienen zu ihrer Aufheizung. Das Interferenzfilter 13 ist in bekannter Weise aus einer Vielzahl von einander abwechselnden optisch niedrig- und hochbrechenden Schichten aus Si02 und TiO2 aufgebaut. Um die Transparenz im kurzwelligen Bereich unterhalb von 800 nm, insbesondere für Licht, weiter zu reduzieren, kann das Interferenzfilter 13 außerdem Absorberschichten, zum Beispiel aus Fe203 umfassen. Die Lichtdurchlässigkeit des Interferenzfilters 13 beträgt ca.

0, 1% des von der Glühwendel 2 emittierten Lichts. Die Glühwendel 2 wird während des Betriebs auf eine Temperatur von 2900 °C erhitzt.

Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bestrahlungsvor- richtung 6, die im wesentlichen aus dem in Figur 1 abgebildeten Infrarotstrahler 7 und einem parabolischen Aluminiumreflektor 8 besteht. Zusätzlich kann die Bestrah- lungsvorrichtung 6 gegebenenfalls Kühlmittel, beispielsweise einen Ventilator, um- fassen. Das abgedichtete Ende 10 des Infrarotstrahlers 7 ist in den Reflektorhals 80 eingesetzt, so dass der Infrarotstrahler 7 in der Symmetrieachse des Aluminiumre- flektors 8 angeordnet ist. Die vom Infrarotstrahler 7 generierte Infrarotstrahlung wird von dem Aluminiumreflektor 8 in eine Richtung parallel zur Symmetrieachse des Reflektors 8 gelenkt. Diese Bestrahlungsvorrichtung 6 eignet sich beispielsweise als Infrarotstrahlungsquelle für ein Infrarotfernlicht von Kraftfahrzeugen.

In der Figur 3 ist schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen Infrarotstrahlers dargestellt. Dieser Infrarotstrahler ist weitgehend identisch zu dem Infrarotstrahler gemäß des ersten Ausführungsbeispiels. Er unterscheidet sich von diesem nur durch die Form des Gefäßes 1 im Bereich der dem abgedichteten Ende 10 gegenüberliegenden Kuppe. Aus diesem Grund wurden in den Figuren 1 und 3 für identische Teile der Infrarotstrahler dieselben Bezugszeichen verwendet.

Das Gefäß 1 des in Figur 3 abgebildeten Infrarotstrahlers besitzt im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Infrarotstrahler keinen Pumprohransatz 12. Das Evaku- ieren des Gefäßes 1 und Einbringen der Halogenfüllung geschieht über das Ende 10 des Gefäßes 1 bevor es abgedichtet wird, beispielsweise indem die vorgenannten Fertigungsschritte innerhalb einer Schutzgasatmosphäre unter Reinraumbedingungen durchgeführt werden. Alternativ kann auch ein Pumprohr (nicht abgebildet) verwen- det werden, das zwischen den Stromzufiihrungen 3,4 in dem abgedichteten Ende 10 angeordnet ist.