JP2817804B2 - メタルハライド高圧放電ランプ - Google Patents

メタルハライド高圧放電ランプ

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JP2817804B2
JP2817804B2 JP7503208A JP50320894A JP2817804B2 JP 2817804 B2 JP2817804 B2 JP 2817804B2 JP 7503208 A JP7503208 A JP 7503208A JP 50320894 A JP50320894 A JP 50320894A JP 2817804 B2 JP2817804 B2 JP 2817804B2
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    • H01J61/86Lamps with discharge constricted by high pressure with discharge additionally constricted by close spacing of electrodes, e.g. for optical projection

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、請求項1の上位概念部に記載されている1m
mアーク長当たり100〜180Wの平均アーク出力を有するメ
タルハライド高圧放電ランプに関する。
この種のメタルハライド高圧放電ランプは、特に、45
00〜7000Kの色温度及び全色温度範囲における良好な演
色を持つ光と、高い照度とを必要とするような医学(内
視鏡検査法)及び工学(ボロスコピー)におけるガラス
ファイバー照明系に使用される。
ガラスファイバー束内への光の無損失の入射は、良好
な集束、すなわち、ガラスファイバー束の有効直径より
小さいか又は高々等しい焦点直径を必要とする。相応す
る光点を発生するために、主としてアーク中心部は反射
器又は他の光学系によって結像される。今、アーク中心
部から放出された光がランプから全体として放射された
光の全スペクトル成分を含まない場合、集束された光の
演色性は集束されない光の演色性に比べて悪くなる可能
性がある。従って、上述した集束系内で使用することを
狙って、高温のアーク中心部においてもまた低温のアー
ク周縁部においても放出する充填物成分を見出すことは
非常に重要である。さらに、ガラスファイバー束の入口
において良好な集束及び高い照度を得るためには、特に
コンパクトなランプ寸法と、最大輝度(平均で数10kcd/
cm2)を持つ非常に短い光アーク(数mm)とが得られる
ように努力しなければならない。
ヨーロッパ特許第0193086号明細書により、良好な演
色性を持つ光を発し、同じように短い光アーク及び対応
して高い輝度を持つメタルハライド高圧ランプが公知で
ある。
しかしながら、このランプの充填物はカドミウムを含
むという欠点がある。環境保護の理由から、毒性重金属
のカドミウムはランプ寿命の終了後再び原料サイクルへ
供給されるか又は適当に処理されなければならず、この
ことはどちらの場合も相当なコスト高に結びつく、さら
に、Cd充填物を有するランプは擾乱的な緑色がかった色
合いを有し、そして色位置はプランク曲線の上方に位置
する。
本発明の課題は、非常に大きい輝度を持つ非常に短い
光アークを有し、かつ色位置がプランク曲線の近傍に位
置すると共に4500〜7000Kの色温度を有し、強く集束さ
れる反射器又はその他の光学系と特に組合わせても良好
な演色を持ち、そしてこのことをカドミウムフリーの充
填物を用いて達成するメタルハライド高圧放電ランプを
提供することにある。
この課題は請求項1の特徴事項によって解決される。
他の有利な特徴は請求項2以降に記載されている。
本発明によるメタルハライド高圧放電ランプは1mmア
ーク長当たり100〜180Wの比アーク出力で駆動される。
ランプの幾何学的寸法がコンパクトである場合(電極間
隔が非常に短く(数mm)かつ放電管容積が小さい(数十
分の一ml))、これは放電管の1cm2壁面積当たり70〜12
0Wの管壁負荷に相当する。放電管の本発明による充填物
成分によって、直径10mm以下の光点上に反射器又はその
他の光学系により集束することができる1cm2アーク面積
当たり25〜75kcdの平均輝度が得られる。本発明の特別
な利点は、良好な或は極めて良好な演色(Ra≧75)が集
束後も維持され続け、色位置はプランク曲線の近傍に位
置し、かつこのことが従来使用されていた毒性カドミウ
ムを無くした充填物を用いて得られるという点にある。
水銀、少なくとも1つの希ガス及び少なくとも1つの
ハロゲンから構成された本発明によるランプの充填物に
は、ジスプロシウム(Dy)、ハフニウム(Hf)、リチウ
ム(Li)及びインジウム(In)が添加される。1ml放電
管容積当たりμmolの充填量はDy、Hf及びLiに対してそ
れぞれ0.3〜3、Inに対して0.2〜2であるのが有利であ
る。
ジスプロシウムはその多線スペクトルによって電磁ス
ペクトルの可視領域の高い放射束を提供し、その上連続
スペクトル成分に寄与する。ハフニウムは同様に多線ス
ペクトルを発生し、さらにガラス球壁に強化ハロゲン被
覆を構築することによって失透傾向を減少させる。ハロ
ゲン化ハフニウムの高い蒸気圧によって、さらにガラス
球黒化の傾向が減少され、その結果ランプ寿命期間中の
有効光流が高められる。
リチウム及びインジウムによって、放射束は特に光ス
ペクトル範囲の赤色及び青色成分を高められる。全体的
に、放射された光は、プランク放射のスペクトル組成に
非常に接近した、すなわち、良好な或は極めて良好な演
色性を持つスペクトル組成を有している。個々の成分の
充填量の割合に応じて、4500〜7000Kの色温度を持つ光
が発生され得る。
本発明によるランプは、主として内部のアーク中心部
を結像する二色性スペクトル反射器内で有利に使用され
る。特に高温のアーク中心部で放射する両原子放射体の
リチウム及びインジウムの適当な選定によって、良好な
演色性がこの反射器の焦点においても維持され続ける。
さらに、リチウムをハフニウムと組合わせて使用するこ
とによって高い色安定性が得られる、すなわち、色温度
はランプ寿命中に僅かしか変化しない。
アーク安定化を図るために、放電管はさらに1cm3放電
管容積当たり3μmolまでのセシウムを含むことができ
る。ハロゲンサイクルを維持するために、ヨウ素及び臭
素を0.3〜1.5のモル比で使用することは有利である。さ
らにランプは1cm3放電管容積当たり数十〜数百μmolの
水銀と、基礎ガスとして希ガス、例えばアルゴンとを含
む。低温のランプにおける希ガスの充填圧は大気圧より
小さく(標準的には数10kPa)、それ結果この場合危険
のない取扱いが可能になる。他方では圧力範囲は十分に
高く、それゆえ点弧の際タングステン電極の不所望な蒸
発、従って放電管の黒化が広範囲に亘って防止される。
本発明によるメタルハライド高圧放電ランプはランプ
に強固に結合された反射器内で有利に使用されるが、強
固に結合された反射器を備えていないランプを使用する
ことももちろん可能である。
本発明を次の実施例に基づいて説明する。
図1は反射器を備えた本発明によるメタルハライド高
圧放電ランプを一部断面にて示した側面図である。
図2は図1のランプのアーク中心部からのスペクトル
及びアーク下縁からのスペクトルを示す。
図1は反射器1内に強固に取付けられた270Wの入力電
力を持つメタルハライド高圧放電ランプ2を示す。この
ランプ2はその軸線が反射器1の軸線に位置している。
一方の電極軸3はパテ4によってセラミック口金5内に
固定されているのに対して、他方の電極軸6は同時にリ
ード線として使われる銅バンド7によって反射器1のセ
ラミック閉鎖リング8に保持されている。メタルハライ
ド高圧放電ランプ2は容積が0.35mm2である放電管9を
有している。電極10、11は2.2mmの間隔にて気密に封着
されたモリブデン箔12、13を介してリード線14、15に結
合されている。一方の電流端子16は口金5内に取付けら
れ、他方の電流端子(図示されていない)は反射器1の
閉鎖リング8に取付けられている。
反射器1は照度E(r)のほぽガウス空間分布を持つ
光パワーΦのほぼ円形状の光点を焦点面に発生する。従
って、極座標においては近似的に次の式が当てはまる。
E(r)=(2Φ/πr0 2)・exp(−2r2/r0 2) なお、rは半径方向座標、r0は光点の半径を意味す
る。それゆえ、半径r−r0は、照度が光点の中心におけ
る最大照度Emax(r=0)=2Φ/πr0 2より1/c2倍小
さい、光点の中心からの半径方向距離を示す。光点のこ
のように定義された直径d=2×r0(DIN規格V18730に
よれば、この寸法内に光点の全光パワーの1−1/c2=8
6.5%が存在する)は約4mmである。その場合、焦点範囲
における火焦面の開口角は約60゜である。それゆえ、ほ
ぼ全光流が細いガラスファイバー束内へ効率的に入射す
ることができる。ガラスファイバー束の有効直径は、フ
ァイバー束の受入角が少なくとも60゜である場合、4mm
までの細さでよい。
次の表から、図1のランプ2の放電管9の本発明によ
る充填物ならびにこのランプの達成される照明光学的デ
ータ(反射器1を含むランプ2に対する演色評価数Ra)
が明らかである。
表 充填物成分のμmol単位量 Dy: 0.5 Hf: 0.45 Li: 0.35 In: 0.22 Cs: 0.32 I : 2.8 Br: 3.9 Hg:42.5 基礎ガス(Ar)の充填圧 :45kPa 放電管容積 :0.35cm3 電極間隔 :2.2mm 入力電力 :270W 管電圧 :40V 比アーク出力 :125W/mm 管壁負荷 :82W/cm2 効率 :701m/W 平均輝度 :35kcd/cm2 Ra(反射器を含むランプ):80 色温度 :5400K 寿命 :>250h アーク中心部から放出された光の平均化したスペクト
ル組成(集束形反射器を使用する場合の良好な演色のた
めの前提)が図2に示されている。図1で説明されたラ
ンプの、スペクトロメータによって測定された2つの放
射スペクトルが250〜925nmのスペクトル範囲に亘って示
されている。これらの放射スペクトルはアーク中心部の
光A及びアーク下縁の光Bに由来しており、放出された
光のスペクトル組成の位置依存性を示している。縦座標
には相対光強度が相対単位にてプロットされ、横座標に
は波長がナノメータ(nm)にてプロットされている。使
用されたスペクトロメータのスペクトル分解能は約1.5n
mである。そのスペクトル伝達関数は波長350nmより上に
対してはハロゲン電球のスペクトルによって補正され
た。水銀の最強線は、その他のスペクトルのパターンを
より良く認識し得るようにするために、完全には示され
ていない(その最強線の最大値は相対単位で約67000で
ある)。両スペクトルの2つの最も目立った特徴はアン
ダーグラウンド及びそれから生じる多数のスペクトル線
である。アンダーグラウンドは連続放射(遊離した電子
の再結合発光)、分子帯(例えば、ハロゲン化物原
子)、及び原子放射体(例えば、Dy、Hf)の密接する共
鳴線(これらの共鳴線は使用されたスペクトロメータに
よって個々の線に分解されなかった)から構成されてい
る。
本発明による充填物成分によって、所望のように、ア
ーク中心部から放出されその後反射器によって集束され
た光は、全可視範囲(約380〜780nm)内で測定されプラ
ンク分布に似たスペクトル組成を有している。良く分か
るように、特にインジウム及びリチウムによって緑−青
色範囲ならびに赤色範囲のスペクトルAの補充が達成さ
れ、その結果最終的にアーク中心部から放出された光の
良好な或は極めて良好な演色が得られる。それに対し
て、アーク周縁部から放出された光は良好な演色性を有
していない。というのは、青−緑色スペクトル成分は明
らかに平均値を下回っているからである(スペクトルB
参照)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 61/20

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】耐熱性で光透過性の材料から成る放電管
    (9)と、2つの耐熱性電極(10、11)と、水銀、少な
    くとも1つの希ガス、少なくとも1つのハロゲン及び金
    属ハロゲン化物を形成する他の金属から成る充填物とを
    備え、1mmアーク長当たり100〜180Wの平均アーク出力を
    有する、特に光学系(1)内へ組込むためのメタルハラ
    イド高圧放電ランプ(2)において、4500〜7000Kの色
    温度を持つ光及び25〜75kcd/cm2の輝度を発生するため
    に、充填物はハロゲン化物形成金属としてジスプロシウ
    ム、ハフニウム、リチウム及びインジウムを含むことを
    特徴とするメタルハライド高圧放電ランプ。
  2. 【請求項2】ジスプロシウム、ハフニウム及びリチウム
    の充填量はそれぞれ放電管容積の1cm3当たり0.3〜3μm
    olであることを特徴とする請求項1記載のランプ。
  3. 【請求項3】インジウムの充填量は放電管容積の1cm3
    たり0.2〜2μmolであることを特徴とする請求項1記載
    のランプ。
  4. 【請求項4】放電管はさらに放電管容積の1cm3当たり3
    μmolまでのセシウムを含むことを特徴とする請求項1
    記載のランプ。
  5. 【請求項5】放電管はハロゲン化物化合物用のハロゲン
    としてヨウ素及び臭素を含むことを特徴とする請求項1
    記載のランプ。
  6. 【請求項6】ヨウ素と臭素のモル比は0.3〜1.5であるこ
    とを特徴とする請求項5記載のランプ。
  7. 【請求項7】3〜10mmの直径を持つ光点上にアーク中心
    部を結像させる際、Ra≧75の光の演色評価数が得られる
    ことを特徴とする請求項1記載のランプ。
JP7503208A 1993-07-02 1994-06-20 メタルハライド高圧放電ランプ Expired - Lifetime JP2817804B2 (ja)

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