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之间的温及在所有温区域中良好的 乃至非常好的还原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，则被聚焦光的还原性能相对于未被聚焦光的还原性 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，它能发出具有良好还原性能地光。

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调，并且点位于普 朗克曲线的上方。

本发明的任务在于，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 线的点处具有4500及7000K之间的温，具有良好的还原 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。

这个任务将通过本发明的特征来解决。另外的有利特征由从 属权利要求得知。

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—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)—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还原 性能(Ra≥75)，其中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及蓝部分中的 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还 原性能。视每种成分充入量的比例而定，可产生出4500及7000K 之间温的光。

根据本发明的灯最好安装在反射二光的专门反射器中，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还原性能。此外通过使 用锂与铪的组合可达到高的稳定性，也就是在灯的使用寿命内 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(J)及溴(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 的一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。灯的一个电极杆3借助粘接剂4固定在陶瓷灯座5 中，而另一电极杆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与导流引线或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 的基本圆形光点。因此可用极坐标近
似表示为：
<math> <mrow> <mi>E</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>r</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&Phi;</mi> </mrow> <mrow> <mi>&pi;</mi> <msubsup> <mi>r</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </mfrac> <mo>&CenterDot;</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msup> <mi>r</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>/</mo> <msubsup> <mi>r</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </msup> </mrow> </math>
式中r表示径向坐标，而r_o表示光点半径。因此，半径r=r_o确定了
对光点中心的径向距离，其中r_o处光照强度比光点中心的最大光
照强度 <math> <mrow> <msub> <mi>E</mi> <mi>max</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>r</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mn>2</mn> <mi>&phi;</mi> <mo>/</mo> <mi>&pi;</mi> <msup> <mi>r</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </math> 缩小1/e²倍。这样定义的光点直径
d＝2×r_o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DINV 18730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1的灯2 的还原指数为Ra)。

表

充入成分的材料份额，单位为μmol：

Dy：0.5

Hf：0.45

Li：0.35

In：0.22

Cs：0.32

J：2.8

Br：3.9

Hg：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/cm2

Ra(灯，包括反射器)：80

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 器时良好还原性能的前题—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 常好的还原度。而由电弧边缘发射出的光相反地不具有良好的 还原性能，因为蓝—绿光谱分量明显地低(见光谱B)。