CN101044589B - 金属卤化物灯和车辆前灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆前灯的金属卤化物灯，这种金属卤化物灯包括具有密封含有Xe和可离子化填料的放电空间的陶瓷壁的圆筒形放电容器(23)和围绕放电容器(23)的圆筒形外壳(21)。按照本发明，外壳(21)的背离放电容器(23)的表面的一部分(25，26)做成负透镜的形状。优选的是，该部分(25，26)包括外壳(21)的一段扇角α在30≤α≤60度之间的段。优选的是，形成负透镜的部分(25)做成扁平表面的形状。

Description

金属卤化物灯和车辆前灯
技术领域
本发明涉及一种用于车辆前灯的金属卤化物灯(metal halidelamp)，这种金属卤化物灯包括沿纵向轴的圆筒形放电容器、所述放电容器具有密封含有Xe和可离子化填料的放电空间的陶瓷壁，还包括沿纵向轴、包围该放电筒的圆筒形外壳。
本发明还涉及一种包括反射镜和金属卤化物灯的车辆前灯。
背景技术
从WO-A00/67294-A(PHN 17.434)中可以看到开篇段落中提到的这种灯。这种已知的带有Hg、Xe和NaCe碘化物填料的金属卤化物灯尺寸紧凑(内径小于2毫米)、发光效率比较高(75流明/瓦以上)，而且色彩特性好(其中，一般彩色重现指数CRI在50到65之间，而色温CCT在3000到4000K之间)，其作为汽车的前灯是非常合适的。
在本说明书和结论中的陶瓷壁应理解为由诸如蓝宝石致密烧结的多晶Al2O3或YAG之类的金属氧化物制成的壁和由诸如AIN之类的金属氮化物制成的壁。
已知的这种灯的一个缺点是这种金属卤化物灯的使用寿命低于期望的水平。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以消除以上缺点的措施。按照本发明，为此目的所提出的在开篇段落中提到的这种类型的金属卤化物灯的特征是外壳的背离放电容器的一部分表面做成一个负透镜形状。
对于用于车辆前灯的来说，已提出一些对汽车近光光束图案(passing beam pattern)的要求。这些(法定)要求特别规定，在车辆的一定距离处测量，在车辆前灯发射的光束的照明区与眩目区之间生成比较陡峭的所谓截止(cut-off)。(实际上，这些要求规定了刚超过和低于所述截止的点/部位。)对于用于车辆前灯的金属卤化物灯来说，这些要求可以满足，前提是放电容器的壁的厚度和/或内径足够小。然而，这些对尺寸的要求会导致放电容器内壁温比较高。比较高的壁温对金属卤化物灯的寿命具有不良的影响。增大放电容器的直径和/或壁厚，会降低壁温，但这样做造成在光学方面更难以满足对汽车近光光束图案的要求。此外，较厚的放电容器壁导致在放电容器边缘有较高的亮度。放电容器直径(内径)较大会导致在车辆一定距离处测得，作为车辆前灯发射的光束所投射的放电容器的像较大。通常，壁较厚会导致壁材料散射较大，以及使筒边缘的亮度较高而筒中心的亮度较低。如果光束图案内的筒像定位成使最大光通量的20％精确地处在截止线上，则较高亮度的筒边缘就恰好超过眩目区内的截止线，从而使眩目更为严重。放电容器直径(内径)较大还会导致沿放电容器截面的亮度斜率不很陡峭。这样的后果是使得按照汽车近光光束图案的要求实现足够高照明和所希望的锐截止更为困难。
本发明的发明者提出了通过将外壳的背离放电容器的部分做成负透镜的形状可以实际上使放电容器变得更小的设想。这意味着放电容器与外壳的组合发射的光呈现为来自较小的放电容器。这意味着可以增大放电容器和外壳的(实际)尺寸以降低壁温。这将使金属卤化物灯的寿命增长。由带有负透镜的外壳包围的放电容器的虚拟尺寸可以在不同程度上保持与由没有负透镜的外壳包围的放电容器的尺寸相同。在实践中发现，通过将放电容器做成比原来的尺寸大一些但仍小于围有带负透镜的外壳的原来的放电容器的虚拟尺寸，按照本发明设计的围有带负透镜的外壳的放电容器可以用来改善照明和光束截止的陡峭度。通过按照本发明增大放电容器的尺寸，可以改善照明特性，同时延长金属卤化物灯的使用寿命。
按照本发明设计的金属卤化物灯的优点是该放电容器具有非常紧凑的虚拟尺寸，使得这种灯非常适合用作汽车的前灯。由于与电极间距相比内径很小，因此放电电弧长小，而放电电弧被放电容器壁包围，使得放电电弧具有足够直的形状，适合用作汽车前灯的光源。发现内径di≤2毫米适合实现用于(汽车)车辆所必须的窄光束轮廓，以及与该轮廓紧邻的高亮度小光点。这样的非常小的内径使这种灯特别适合用作形状复杂的前灯或所谓自由形状的集光灯内的光源。这样的反射镜的优点是不用对光源进行任何屏蔽就可以建立截止区。这样的前灯的一个优点是为了实现足够陡的光束轮廓在形成需产生的光束过程中不需要独立的近光光束帽(passing-beam cap)。di选择成大到使最小接通寿命至少可以达到2000小时。按照本发明设计的金属卤化物灯在内径di选择成di≤2毫米时特别适合用于遵从欧洲近光光束要求的前灯。通常在这里要用近光光束帽来遮掉在电极端之间发射的部分光，使得该灯形成的光束不致使对面来的车辆和行人眩目。
适当选择壁厚还可以有利地影响光源的光学尺寸，也称为照度分布。当陶瓷放电容器的壁厚为dw≤0.4毫米时，金属卤化物灯可以用于形状复杂的灯。虽然陶瓷壁材料本身通常具有很强的光散射特性，但在这里有益地实现了一种光学尺寸可与现有的装有白炽灯丝的前灯的通常光学尺寸可比的光源。
优选的是，灯的放电容器具有等于或小于120W/cm2的壁负荷(wall load)。壁负荷在这里定义为灯功率与放电容器壁的在电极端之间的部分的外表面之比。
具体地说，虚拟减小放电容器的尺寸从光学观点来看所关心的是使光束所投射的放电容器的像满足在所谓截止区域(cut-off region)内的要求。在按照本发明设计的金属卤化物灯的一个优选实施例中，相对纵向轴的这个部分包括外壳的一段扇角α在20≤α≤110度的范围内的段。优选的是，α在30≤α≤60度的范围内。
按照本发明设计的金属卤化物灯的一个优选实施例的特征是形成负透镜的部分包括扁平的表面。这样一个部分很容易通过将金属卤化物灯的圆筒形外壳锯掉一部分来实现。与圆筒形外壳相比，这个扁平部分起着负透镜的作用。如果一个观察者通过外壳的这个扁平表面观看放电容器，观察者很容易可以观察到放电容器的虚拟尺寸。观察者可以看到虚拟的较小的放电容器。
按照本发明设计的金属卤化物灯的另一个优选实施例的特征是形成负透镜的部分包括弯曲得比外壳的其余部分的弯曲小的曲面。这个弯曲得较小的部分与外壳的其余部分的弯曲相比起着负透镜的作用。在另一个实施例中，形成负透镜的部分在外壳上向内弯曲。在这种情况下，外壳具有凹入部分，从而得到光焦度更大的负透镜。
具体地说，虚拟减小放电容器的尺寸从光学观点来看所关心的是使光束所投射的放电容器的像可用于所谓截止区域。在按照本发明设计的金属卤化物灯的另一个优选实施例中，将外壳的表面的背离放电容器的第一部分和第二部分做成负透镜的形状。优选的是，第一和第二部分处在外壳的相对两侧。
从光学观点来看，第一和第二部分通常选择成相互平行。然而，如果这两部分成一个小的夹角可能也是有益的。因此，按照本发明设计的金属卤化物灯的一个优选实施例的特征是：所述第一部分与外壳的其余部分之间的跃变(transition)限定了第一平面，所述第二部分与外壳的其余部分之间的跃变限定了第二平面，以及第一平面与第二平面彼此之间的夹角等于或小于10度。
由于形成负透镜的部分可以导致不希望有的反射，从而使光束图案内眩目级别增强，因此有益的是使形成负透镜的至少一个部分具有防反射的特性。这样的防反射特性能可以以专业技术人员所知的方式通过将这部分涂上一层防反射膜来得到。
附图说明
下面将结合一些实施例和附图比较详细地对本发明进行说明，在这些附图中：
图1示出了一种金属卤化物灯；
图2A示出了图1这种已知的金属卤化物灯的放电容器和外壳的截面；
图2B示出了用光线追踪计算的图2A这种已知的金属卤化物灯的像；
图3A详细示出了图1这种金属卤化物灯的一个实施例的放电容器和外壳的截面；
图3B示出了用光线追踪计算的图3A的金属卤化物灯的像；
图4A详细示出了图1这种金属卤化物灯的另一个实施例的放电容器和外壳的截面；
图4B示出了用光线追踪计算的图4A这种金属卤化物灯的像；以及
图5给出了包括形状复杂的反射镜的金属卤化物灯的组合的车辆前灯的示意图。
这些图完全是示意性的，并没有按比例绘制。为了清晰起见，有些尺寸特别作了夸张。在这些图中，尽可能地用相同的附图标记表示相同的组成部分。
具体实施方式
图1示出了沿纵向轴10配有圆筒形放电容器3和圆筒形外壳1的金属卤化物灯。放电容器3具有密封含有Xe和带NaI和CeI3的可离子化填料的放电空间42的陶瓷壁43。Xe以高充气压力被添加到放电容器的可离子化填料中。Xe保证在灯点火后直接快速的光输出。稀有气体的充气压力的选择还影响放电容器的热平衡，因此就影响灯的使用寿命。已经发现为了使灯的寿命达到40,000次开关操作，要求压力为5巴。优选的是，充气压力处在7巴到20巴的范围内，特别是在10巴到20巴的范围内。这提供了实现相对非常高次数的开关寿命的可能性。
两个电极4和5设置在内径di≤2毫米的放电容器3内。放电容器两端分别用相应的陶瓷凸出(伸出)芯杆34、35密闭，芯杆34、35各有一个窄的间隙让各自的电流引线40、50通过，分别接到设置在放电容器内的电极4、5上，芯杆的背离放电空间的那端用熔化陶瓷接头(图1中未示出)以气密方式与相应的导线连接。放电容器被圆筒形外壳1包围(见图2A、3A和3B)。该金属卤化物灯还配有灯头插座2。在灯处在工作状态时，电极4与5之间出现放电。电极4通过导线8接到形成灯头2的一部分的第一电接触点上。电极5通过导线9和19接到形成灯头插座2的一部分的第二电接触点上。导线19被陶瓷管190包围。
图2A示出了图1这种已知的金属卤化物灯的放电容器13和外壳11的截面。这个截面是垂直于图1中的纵向轴10的平面。在这种已知的金属卤化物灯中，放电容器13和外壳11做成圆形的。图2A还示出了两条指向距离配置在焦点为25毫米垂直于纵向轴10的抛物面反射镜(图2A中未示出)上的放电容器的中心(这个中心与图1中纵向轴10上的一个点一致)50毫米处的虚点的所谓“极限(extreme)”光线。这两条所谓“极限”光线之间的夹角是对放电容器的虚拟尺寸的度量(比较大的角度相应于放电容器的虚拟尺寸比较大)。
图2B示出了在虚点观察到的用光线追踪计算的图2A这种已知的金属卤化物灯的像。这个虚点距离放电容器的中心50毫米。图2B中的像显示在zy平面内，其中z轴为纵向轴(灯轴)。图2B中的像沿轴的尺寸是与图2A中“极限”光线的距离相应的放电容器13的虚拟外径的度量。对于这种已知的金属卤化物灯，放电容器13的虚拟直径实际上与放电容器13的实际直径相同，即近似为2毫米。在这种已知的金属卤化物灯内的放电容器13的尺寸在放电容器13内产生比较高的壁温。比较高的壁温对金属卤化物灯的寿命具有有害的影响。
图3A详细示出了图1这种金属卤化物灯的按照本发明的一个实施例设计的放电容器23和外壳21的截面。这个截面是垂直于图1中的纵向轴10的平面。在图3A这个例子中，外壳21的内径近似为3毫米，而外壳21的外径近似为7毫米。在按照本发明这个实施例设计的金属卤化物灯中，外壳21的一部分25、26形成为扁平的表面。该部分25、26可以很容易通过锯掉圆筒形外壳21的一部分而形成。不必将外壳的扁平部分延伸到外壳21的整个长度；原则上只要切掉比放电空间42(即近似为放电容器23内两个电极之间的距离)大一些(例如大4-5毫米)的部分就足够了。在图3A这个例子中，外壳21具有两个扁平部分，在外壳的相对两侧，分别标为25和26。在另一个实施例中，外壳只有一个扁平部分。该扁平部分25、26起着负透镜的作用。相对纵向轴10(见图1)的扁平部分25、26包括外壳的一段扇角α在30≤α≤60度之间段。这个范围由投射在所谓截止区域附近的像需服从对汽车近光光束方向图案的要求(ECE R98要求)而设定。
在图3A中，第一部分25与外壳21的其余部分之间的跃变限定了在图3A这个截面图中由线25A表示的第一平面(在图3A这个例子中这个平面与扁平部分25一致)。此外，第二部分26与外壳21的其余部分之间的跃变限定了在图3A这个截面图中由线26A表示的第二平面(在图3A这个例子中这个平面与扁平部分26一致)。优选的是，第一平面和第二平面做成相互平行(即线25A与26A相互平行)。在另一个实施例中，第一平面和第二平面彼此之间形成一个夹角，优选的是这个夹角小于10度(即线25A与26A彼此之间的夹角＜10度)。
图3A还示出了两条用箭头表示的指向距离配置在焦点为25毫米垂直于纵向轴的抛物面反射镜(图3A中未示出)上的放电容器中心(这个中心与图1中纵向轴10上的点一致)50毫米处的虚点的所谓“极限”光线。所述“极限”光线之间的夹角为放电容器23的虚拟尺寸的度量。
图3B示出了在虚点观察到的用光线追踪计算的图3A这种已知的金属卤化物灯的像。这个虚点距离放电容器中心50毫米。图3B中的像显示在zy平面内。图3B中，像沿y轴的尺寸是与图3A中“极限”光线的距离相应的放电容器23的虚拟外径的度量。对于按照本发明这个实施例设计的金属卤化物灯，放电容器23的虚拟直径明显小于放电容器23的实际直径，即近似为2毫米的70％，1.4毫米。在按照本发明这个实施例设计的金属卤化物灯中的放电容器23的尺寸使放电容器23内的壁温比较低。比较低的壁温对金属卤化物灯的寿命具有明显的正面影响。
在图3B的上、下部可见有些比较弱的反射像，其来自图3A中标为26的部分。这样的反射可以导致光束图案上的增大的眩目级别。能形成这些比较弱的反射像的方式在图3A中示意性地示为双箭头所示的光线。可以通过在扁平部分26的表面上涂敷防反射涂层(图3A中未示出)，大大减小这种不希望的光线反射的影响。
图4A详细示出了图1这种金属卤化物灯的按照本发明另一个实施例设计的放电容器33和外壳31的截面。所示截面是垂直于图1中的纵向轴10的平面。在图4A这个例子中，外壳31的内径近似为3毫米，而外壳31的外径近似为7毫米。在按照本发明这个实施例设计的金属卤化物灯中，外壳31的一部分35、36形成为弯曲部分。在图4A这个例子中，外壳31具有两个弯曲部分，在外壳的相对两侧，分别标为35和36。弯曲部分35、36弯曲得比外壳31的其余部分弯曲的小一些(即弯曲部分的半径比外壳其余部分的半径大)。在另一个实施例中，外壳只有一个弯曲部分。弯曲部分35、36起着负透镜的作用。相对纵向轴10的弯曲部分35、36(见图1)包括外壳的一段扇角α在20≤α≤110度之间的段。这个范围由投射在所谓截止区域附近的像需服从对汽车近光光束方向图案的要求(ECE R98要求)而设定。
在图4A中，第一部分35与外壳31的其余部分之间的跃变限定了一个虚拟平面，在图4A中这个截面中示为线35A。此外，第二部分36与外壳21的其余部分之间的跃变限定了第二虚拟平面，在图4A中这个截面图中示为线36A。优选的是，第一平面和第二平面做成相互平行的(即线35A与36A相互平行)。在另一个实施例中，第一平面和第二平面彼此之间形成一个夹角，优选的是这个夹角小于10度(即线35A与36A彼此之间的夹角＜10度)。
图4A还示出了两条指向距离配置在焦点为25毫米垂直于纵向轴10的抛物面反射镜(图4A中未示出)上的放电容器中心(这个中心与图1中纵向轴10上的点一致)50毫米处的虚点的所谓“极限”光线。所述“极限”光线之间的夹角为放电容器33的虚拟尺寸的度量。
图4B示出了在虚点处观察到的用光线追踪计算的图4A这种金属卤化物灯的像。该虚点距离放电容器中心50毫米。图4B中的像显示在zy平面内。图4B中像沿y轴的尺寸是与图4A中“极限”光线的距离相应的放电容器33的虚拟外径的度量。对于按照本发明这个实施例设计的金属卤化物灯，放电容器23的虚拟直径小于放电容器23的实际直径，即按照所选的曲率近似为2毫米的85％，1.7毫米。在按照本发明这个实施例设计的金属卤化物灯中，放电容器33的这种尺寸可以使放电容器23内的壁温较低。比较低的壁温对金属卤化物灯的寿命具有明显的正面影响。
在图4B的上、下部，存在比图3B中所示的反射像弱得多的反射像。由于图3A中的外壳31的设计与图2A中的外壳21的设计不同，大大减小了反射光的影响。另一方面，图4B中所投射的像要比图3B中所投射的像大一些。
金属卤化物灯最好在它工作状态的发光效率≥80流明/瓦。这种灯辐射的光在灯寿命为250小时时具有分别为65和3500K的CRI和CCT值。在工作了2000小时后以上这些量的值成为≤75流明/瓦、≈60-65和3650K。
在按照本发明设计的这种灯的另一个实施例中，外壳在陶瓷凸出芯杆区域涂有热反射涂层。这个涂层可以与放电容器上的涂层结合使用，也可以用来代替放电容器上的外涂层。优选的是，反射涂层涂在外壳壁的内表面上，因为这种方法可以使光束内的光通量损耗比涂层涂在外表面上时的光通量损耗小。
图5给出了包括按照本发明的形状复杂的抛物面反射镜50的金属卤化物灯51的组合的车辆前灯的示意图。该金属卤化物灯包括沿z轴(即图1中的纵向轴)的圆筒形放电容器和圆筒形外壳。在图5中示意性地示出了一些金属卤化物灯51发出的并被反射镜50反射的光线。
优选的是，形成负透镜的部分定向在根据汽车近光光束图案的要求(ECE R98要求)的在照明区和眩目区之间生成截止的反射镜部分的方向。
本发明的专利保护范围不局限于这些实施例。本发明体现为各个新特征和这些特征的各种组合。任何附图标记并不是对权利要求保护范围的限制。词“包括”并不排除还存在没有列在一项权利要求内的其他部件或步骤。所谓“一个部件”中的“一个”并不排除存在多个这样的部件。

Claims (10)

1.一种用于车辆前灯的金属卤化物灯，所述金属卤化物灯包括：
沿纵向轴(10)的圆筒形放电容器(3；13；23；33)，
所述放电容器(3；13；23；33)具有密封含有Xe和可离子化填料的放电空间(42)的陶瓷壁(43)，以及
沿纵向轴(10)围绕放电容器(3；13；23；33)的圆筒形外壳(1；11；21；31)，
其特征是
外壳(21；31)的背离放电容器(23；33)的部分(25，26；35，36)做成负透镜的形状，使得如果观察者通过外壳(21；31)的所述部分(25，26；35，36)观看放电容器(23；33)，则该观察者观察到放电容器(23；33)的虚拟直径小于放电容器(23；33)的实际直径。
2.根据权利要求1所述的金属卤化物灯，其特征是相对纵向轴(10)的做成负透镜形状的部分(25，26；35，36)包括外壳(21；31)的一段扇角α在20≤α≤110度之间的段。
3.根据权利要求1或2所述的金属卤化物灯，其特征是所述形成负透镜的部分(25，26)包括扁平表面。
4.根据权利要求1或2所述的金属卤化物灯，其特征是所述形成负透镜的部分(35，36)包括弯曲的比外壳(31)的其余部分弯曲小的曲面。
5.根据权利要求1或2所述的金属卤化物灯，其特征是所述外壳(21；31)的背离放电容器(23；33)的所述部分(25，26；35，36)的第一部分(25；35)和第二部分(26；36)都做成负透镜的形状。
6.根据权利要求5所述的金属卤化物灯，其特征是所述第一和第二部分(25，26；35，36)处在外壳(21；31)的相对两侧。
7.根据权利要求5所述的金属卤化物灯，其特征是
所述第一部分与外壳的其余部分之间的跃变限定了第一平面(25A；35A)，
所述第二部分与外壳的其余部分之间的跃变限定了第二平面(26A；36A)，以及
所述第一平面(25A；35A)与第二平面(26A；36A)的彼此之间的夹角等于或小于10度。
8.根据权利要求5所述的金属卤化物灯，其特征是所述形成负透镜的部分(25，26；35，36)中的至少一个部分具有防反射特性。
9.一种车辆前灯，所述车辆前灯包括反射镜(50)和根据权利要求1或2所述的金属卤化物灯(51)。
10.根据权利要求1或2所述的车辆前灯，其特征是所述形成负透镜的部分定向在根据汽车近光光束图案的要求的在照明区和眩目区之间生成截止的反射镜部分的方向。
CN2004800127967A 2003-05-12 2004-05-06 金属卤化物灯和车辆前灯 Expired - Fee Related CN101044589B (zh)

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