JPH08506450A - メタルハライド高圧放電ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に光学系（１）内へ組込むのに適するメタルハライド高圧放電ランプ（２）は１ｍｍアーク長当たり１００〜１８０Ｗの比アーク出力で駆動される。金属ハロゲン化物を形成するために、放電管（９）は１ｃｍ³放電管容積当たりそれぞれ０．３〜３μｍｏｌのジスプロシウム、ハフニウム及びリチウム、ならびに０．２〜２μｍｏｌのインジウムを含み、これによって４５００〜７０００Ｋの色温度において２５〜７５ｋｃｄ／ｃｍ²の輝度が発生され得る。特殊反射器（１）によって、約４ｍｍの直径及び８０の演色評価数Ｒａを持つ光点が得られる。これによって、、ランプを、照明用の、例えば内視鏡検査法における細いガラスファイバー束と組合わせて使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 メタルハライド高圧放電ランプ 本発明は、請求項１の上位概念部に記載されている１ｍｍアーク長当たり１０ ０〜１８０Ｗ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、４５００〜７０００Ｋ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、主としてアーク山心部は反射器又は他の光学系 によって結像される。今、アーク山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、強く集束させ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７０〜１２０Ｗ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のできる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、４５００〜７０ ００Ｋ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３μｍ ｏｌ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愼圧は大 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詳細に説明する。 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／πｒ_o ²）・ｅｘｐ（−２ｒ²／ｒ_o ²） なお、ｒは半径方向座標、ｒ_oは光点の単径を意味する。それゆえ、半径ｒ− ｒ_oは、照度が光点の中心における最大照度Ｅ_max（ｒ＝０）＝２Φ／πｒ_o 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×ｒ_o（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＝８６．５％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。 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２ ５０〜９２５ｎｍ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１．５ｎｍ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 ゲン化物分子）、及び原子放射体（例えば、Ｄｙ、Ｈｆ）の密接する共鴫線（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）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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．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０．３〜３μｍｏｌであることを特徴とする請求項１記載のラン プ ３．インジウムの充填量は放電管容積の１ｃｍ³当たり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．放電管はさらに放電管容積の１ｃｍ³当たり３μｍｏｌ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．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．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。 ７．３〜１０ｍｍの直径を持つ光点上にアーク中心部を結像させる際、Ｒａ≧７ ５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。