CN1049067C - 金属卤化物高压放电灯 - Google Patents

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Abstract

金属卤化物高压放电灯(2)工作在每mm电弧长度100及180W之间的电弧比功率上，特别适用于安装在光学系统(1)中。为了形成金属卤化物，在放电管(9)中包含各为每cm3管容积0.3及3μmol之间的镝、铪及锂及0.2及2μmol之间的铟，由此可在4500及7000K的色温下产生出25至75kcd/cm2之间的光照度。借助于专门的反光器(1)可产生具有约4mm直径及色还原指数Ra为80的光点。由此该灯可与细长玻璃纤维束联合应用于例如内诊窥镜中，作光照源用。

Description

金属卤化物高压放电灯
本发明涉及具有每mm电弧长度100及180W之间的平均电弧功率的一种金属卤化物高压放电灯。
这种类型的金属卤化物高压放电灯尤其是应用于医学(内诊窥镜)及技术(内孔表面检查仪)中的玻璃纤维光照系统，该系统要求具有4500及7000K之间的色温及在所有色温区域中良好的乃至非常好的彩色再现度以及高的光强度的光。
使光小损耗地耦合到玻璃纤维束要求有良好的聚焦，即聚焦直径应小于或最大等于玻璃纤维束的可利用直径。为了产生相应的光点，基本上电弧核心要通过一种反射器或其它的光学系统照射。如果现在由电弧核心发射的光未包含灯照射的总光的所有光谱成分，则被聚焦光的彩色再现性能相对于未被聚焦光的彩色再现性能就会变差。因此，对于应用在所述的聚焦系统中合乎目的充入成分的探求是极其重要的，这些成分不仅在较低温度的电弧边缘而且在高温的电弧核心也能发射光。此外，为了在玻璃纤维的输入端得到良好的聚焦及高的光强度，必须力图使灯的尺寸非常紧凑，及力图作到具有最大光照度(平均为几十kcd/cm2)的很短的光电弧(很少几个毫米)。
由EP0193086公知了具有类似的短电弧及相应高光照度的金属卤化物高压放电灯，它能发出具有良好彩色再现性能的光。
但其缺点为该灯的充入物中包含镉。出于环境保护之原因，该有毒的重金属镉在灯寿终后必须归入材料循环回收或以适当方式消除，然而这两种情况中的措施是和相应的费用关联的。此外具有Cd充入物的灯具有一种干扰的基色调，并且色点位于普朗克曲线的上方。
本发明的目的在于，开发一种金属卤化物高压放电灯，它具有携有非常高的光照度的非常短的光电弧，以及在接近普朗克曲线的色点处具有4500及7000K之间的色温，具有良好的彩色再现性能、尤其是与一个强聚光反射器或其它光学系统相组合也是如此，并且这个目标是利用无镉的充入物来实现的。
这个目的将通过本发明的特征来实现。根据本发明的金属卤化物高压放电灯具有每mm电弧长度100及180W之间的平均电弧功率，用于装在光学系统中，它具有由耐高温透光材料做的放电管、两个耐高温的电极及由汞、至少一种惰性气体、至少一种卤族元素、锂及另外的构成金属卤化物的金属组成的充入物，为了产生具有4500及7000K之间的色温及25及75kcd/cm2之间的光照度的光，所述充入物中包括作为卤化物成分的金属：镝、铪和铟。
根据本发明的金属卤化物高压放电灯工作在每mm电弧长度100及180W的电弧比功率上。在灯的紧凑几何尺寸一非常短的电极距离(很少几个mm)及很小的管容积(十分之几ml)一的情况下，这就相当于管壁负载为每cm2放电管管壁面积70-120W。借助于根据本发明的放电管的充入成分，可以达到每cm2电弧面积25-75kcd的平均光照度，其借助于一个反射器或其它光学系统可聚焦成一个光点，它的直径小于10mm。本发明的特殊价值在于：在聚焦后仍能保留良好的乃至非常好的彩色再现性能(Ra≥75)，其中色点位于普朗克曲线附近，并且是采用一种放弃了迄今所使用的有毒镉的充入物来实现的。
根据本发明的灯其充入物是由汞、至少一种惰性气体及至少一种卤族元素组成的，其中还添加了镝(Dy)、铪(Hf)、锂(Li)及铟(In)。其充入量以每ml管容量μmol为单位计，对于Dy、Hf及Li有利地是各为0.3及3之间，而对于In为0.2及2之间。
镝对电磁波谱的可见区域的高光通量提供了它的多条线谱，并且附加地对连续分量也作出贡献。铪也同样产生多条线谱，此外可减少玻璃剥露的倾向，因为在管壁上它形成了增强的卤素层。此外由于卤化铪的高蒸气压力也避免了管壁变黑的倾向，因此在灯工作寿命期间可利用的光通量增大了。
利用锂及铟可增强尤其是光谱区域的红色及蓝色部分中的光通量。由此使发射的光总地具有一种非常接近于普朗克辐射光谱的组成十分接近的光谱组成，即具有良好的乃至非常好的彩色再现性能。视每种成分充入量的比例而定，可产生出4500及7000K之间色温的光。
根据本发明的灯最好安装在反射二色光的专门反射器中，它实质上使内部电弧核心聚焦成象。通过对尤其适于在高温电弧核心发光的两种原子发光物质锂及铟的合乎目的之选择，即使在这种反射器聚焦的情况下也能保留良好的彩色再现性能。此外通过使用锂与铪的组合可达到高的色稳定性，也就是在灯的使用寿命内色温仅变化很小。
为了稳定电弧在放电管中可附加地包括每cm3管容量最多可达到3μmol的铯(Cs)。为了维持卤素循环，以0.3及1.5之间的克分子比采用碘(I)和溴(Br)是有利的。此外，该灯包含典型为每cm3管容量几十至几百μmol的汞，及一种惰性气体，例如氩(Ar)作为主气体。在灯冷态时惰性气体的充气压力小于大气压—典型为几十KPa，因此在此情况下可以作到无危险的人工操作。另一方面其压力区域足够大，因此在点弧时可避免不期望的钨电极蒸发，并由此可进一步防止放电管变黑。
根据本发明的金属卤化物高压灯虽然最好用于固定与灯连接的反射器中，但也可以使灯不用固定连接的反射器。
以下借助实施例详细说明本发明，附图为：
图1：根据本发明的带有反射器的金属卤化物高压放电灯部分剖割的侧视图；
图2：图1中灯电弧核心(A)及电弧下边缘(B)的光谱。
图1表示固定地装在一个反射器1内的、吸收功率为270W的—个金属卤化物高压放电灯2。其中灯2的轴线位于反射器1的轴线上。灯的一个灯杆3借助粘接剂4固定在陶瓷灯座5中，而另一灯杆6通过同时用作导流件的铜带7被保持在反射器1的陶瓷密封环8上。该金属卤化物高压放电灯2具有一个放电管9，它的容积为0.35cm3。电极10、11以2.2mm的距离通过真空密封熔焊的钼箔12、13与导流引线14、15相连接。一个电流连接端子16设在灯座5上，而另一个(图中看不到)装在反射器1的密封环8上。
反射器1在燃弧平面中产生具有约为圆形形状空间分布的光照强度E(r)的光能量Φ的基本圆形光点。因此可用极坐标近似表示为： E ( r ) = 2 Φ π r 0 2 · e - 2 r 2 / r 0 2
式中r表示径向坐标，而r0表示光点半径。因此，半径r＝r0确定了对光点中心的径向距离，其中r0处光照强度比光点中心的最大光照强度Emax(r＝0)＝2Φ/πr2缩小1/e2倍。这样定义的光点直径d＝2×r0约为4mm，在这个尺度内具有整个光点光能能量的1-1/e2＝86.5％(根据DINV18730的试行标准)。而且在焦点的范围中光辐射的开角约为60°。几乎所有的光通量可以有效地被耦合到细长的玻璃纤维束中，其中玻璃纤维束的可利用直径可以小到4mm为止，只要纤维束的受光角至少为60°即可。
由下表中可以看到根据本发明的图1中灯2的放电管9内的充入成分及该灯达到的光技术数据(对于包括反射器I的灯2的彩色再现指数为Ra)。表充入成分的材料份额，单位为μmol：Dy：0.5Hf：0.45Li：0.35In：0.22Cs：0.32I：2.8Br：3.9Hg：42.5主气体(Ar)的充气压力：45KPa放电管容积：0.35cm3电极距离：2.2mm输入功率：270W燃弧电压：40V比弧功率：125W/mm管壁负荷：82w/cm2光产生量：70lm/w平均照度：35kcd/cm2Ra(灯，包括反射器)：80色温：5400k寿命：＞250h
由电弧核心发射的光的平衡光谱成分—作为使用聚焦反射器时良好彩色再现性能的前题—被表示在图2中。图中描绘了借助光谱分析仪测出的由图1中所示灯发出的光谱范围为250及925nm之间的两个发射光谱。它们来源于电弧核心A及电弧的下边缘B，并表明了发射光的光谱成分的位置依赖性。在纵坐标上以相对单位表示了相对光强度及在横坐标上以毫微米(nm)表示出波长。所使用的光谱分析仪的光谱分辨率为约1.5nm。它的光谱传递函数借助一个卤化物白炽灯的光谱对于波长＞350nm进行校正。汞的最强的线没有完全表示出，以便对其余光谱的结构能更好地识别(该所述线的最大值约为67000相对单位)。这两个光谱的两个最引人注目的特征是基调及由其上升高的许多光谱线。基调是由连续光(未束缚的电子的再组合光)、分子带(例如卤族化合物分子)及原子发光物(如Dy、Hf)的紧密相邻的谐振线组成的，它们不能由所使用的光谱分析仪分辨出其中的各条线。
通过根据本发明的充入成分，正如所期望的，由弧核心发射的并通过反射器聚焦的光具有测量为在整个可见光范围(约380-780nm)内的光谱成分，它们类似于普朗克分布。如可清楚看到的，尤其通过铟及锂，使光谱A能实现填入到绿-蓝及红光区域中，因此最后可实现由电弧核心发射的光具有良好的乃至非常好的彩色再现度。而由电弧边缘发射出的光相反地不具有良好的彩色再现性能，因为蓝-绿光谱分量明显地低(见光谱B)。

Claims (6)

1.金属卤化物高压放电灯(2)，具有每mm电弧长度100及180W之间的平均电弧功率，用于装在光学系统(1)中，它具有由耐高温透光材料做的放电管(9)、两个耐高温的电极(10、11)及由汞、至少一种惰性气体、至少一种卤族元素、锂及另外的构成金属卤化物的金属组成的充入物，其特征在于：为了产生具有4500及7000K之间的色温及25及75kcd/cm2之间的光照度的光，所述充入物中包括作为卤化物成分的金属：镝、铪和铟。
2.根据权利要求1所述的灯，其特征在于：镝、铪、及锂的充入量均在每cm3管容量0.3及3μmol之间。
3.根据权利要求1所述的灯，其特征在于：铟的充入量在每cm3管容量0.2及2μmol之间。
4.根据权利要求1所述的灯，其特征在于：该放电管附加地包括每cm3管容量最多可达到3μmol的铯。
5.根据权利要求1所述的灯，其特征在于：该放电管包含用于卤化物的卤族元素碘和溴。
6.根据权利要求5所述的灯，其特征在于：碘和溴的克分子比在0.3及1.5之间。
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