專利名稱：金屬鹵化物燈和車輛前燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于車輛前燈的金屬鹵化物燈(metal halidelamp)，這種金屬鹵化物燈包括沿縱向軸的圓筒形放電容器、所述放電容器具有密封含有Xe和可離子化填料的放電空間的陶瓷壁，還包括沿縱向軸、包圍該放電筒的圓筒形外殼。
本發(fā)明還涉及一種包括反射鏡和金屬鹵化物燈的車輛前燈。
背景技術：
從WO-A00/67294-A(PHN 17.434)中可以看到開篇段落中提到的這種燈。這種已知的帶有Hg、Xe和NaCe碘化物填料的金屬鹵化物燈尺寸緊湊(內徑小于2毫米)、發(fā)光效率比較高(75流明/瓦以上)，而且色彩特性好(其中，一般彩色重現(xiàn)指數(shù)CRI在50到65之間，而色溫CCT在3000到4000K之間)，其作為汽車的前燈是非常合適的。
在本說明書和結論中的陶瓷壁應理解為由諸如藍寶石致密燒結的多晶Al2O3或YAG之類的金屬氧化物制成的壁和由諸如AIN之類的金屬氮化物制成的壁。
已知的這種燈的一個缺點是這種金屬鹵化物燈的使用壽命低于期望的水平。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種可以消除以上缺點的措施。按照本發(fā)明，為此目的所提出的在開篇段落中提到的這種類型的金屬鹵化物燈的特征是外殼的背離放電容器的一部分表面做成一個負透鏡形狀。
對于用于車輛前燈的來說，已提出一些對汽車近光光束圖案(passing beam pattern)的要求。這些(法定)要求特別規(guī)定，在車輛的一定距離處測量，在車輛前燈發(fā)射的光束的照明區(qū)與眩目區(qū)之間生成比較陡峭的所謂截止(cut-off)。(實際上，這些要求規(guī)定了剛超過和低于所述截止的點/部位。)對于用于車輛前燈的金屬鹵化物燈來說，這些要求可以滿足，前提是放電容器的壁的厚度和/或內徑足夠小。然而，這些對尺寸的要求會導致放電容器內壁溫比較高。比較高的壁溫對金屬鹵化物燈的壽命具有不良的影響。增大放電容器的直徑和/或壁厚，會降低壁溫，但這樣做造成在光學方面更難以滿足對汽車近光光束圖案的要求。此外，較厚的放電容器壁導致在放電容器邊緣有較高的亮度。放電容器直徑(內徑)較大會導致在車輛一定距離處測得，作為車輛前燈發(fā)射的光束所投射的放電容器的像較大。通常，壁較厚會導致壁材料散射較大，以及使筒邊緣的亮度較高而筒中心的亮度較低。如果光束圖案內的筒像定位成使最大光通量的20％精確地處在截止線上，則較高亮度的筒邊緣就恰好超過眩目區(qū)內的截止線，從而使眩目更為嚴重。放電容器直徑(內徑)較大還會導致沿放電容器截面的亮度斜率不很陡峭。這樣的后果是使得按照汽車近光光束圖案的要求實現(xiàn)足夠高照明和所希望的銳截止更為困難。
本發(fā)明的發(fā)明者提出了通過將外殼的背離放電容器的部分做成負透鏡的形狀可以實際上使放電容器變得更小的設想。這意味著放電容器與外殼的組合發(fā)射的光呈現(xiàn)為來自較小的放電容器。這意味著可以增大放電容器和外殼的(實際)尺寸以降低壁溫。這將使金屬鹵化物燈的壽命增長。由帶有負透鏡的外殼包圍的放電容器的虛擬尺寸可以在不同程度上保持與由沒有負透鏡的外殼包圍的放電容器的尺寸相同。在實踐中發(fā)現(xiàn)，通過將放電容器做成比原來的尺寸大一些但仍小于圍有帶負透鏡的外殼的原來的放電容器的虛擬尺寸，按照本發(fā)明設計的圍有帶負透鏡的外殼的放電容器可以用來改善照明和光束截止的陡峭度。通過按照本發(fā)明增大放電容器的尺寸，可以改善照明特性，同時延長金屬鹵化物燈的使用壽命。
按照本發(fā)明設計的金屬鹵化物燈的優(yōu)點是該放電容器具有非常緊湊的虛擬尺寸，使得這種燈非常適合用作汽車的前燈。由于與電極間距相比內徑很小，因此放電電弧長小，而放電電弧被放電容器壁包圍，使得放電電弧具有足夠直的形狀，適合用作汽車前燈的光源。發(fā)現(xiàn)內徑di≤2毫米適合實現(xiàn)用于(汽車)車輛所必須的窄光束輪廓，以及與該輪廓緊鄰的高亮度小光點。這樣的非常小的內徑使這種燈特別適合用作形狀復雜的前燈或所謂自由形狀的集光燈內的光源。這樣的反射鏡的優(yōu)點是不用對光源進行任何屏蔽就可以建立截止區(qū)。這樣的前燈的一個優(yōu)點是為了實現(xiàn)足夠陡的光束輪廓在形成需產(chǎn)生的光束過程中不需要獨立的近光光束帽(passing-beam cap)。di選擇成大到使最小接通壽命至少可以達到2000小時。按照本發(fā)明設計的金屬鹵化物燈在內徑di選擇成di≤2毫米時特別適合用于遵從歐洲近光光束要求的前燈。通常在這里要用近光光束帽來遮掉在電極端之間發(fā)射的部分光，使得該燈形成的光束不致使對面來的車輛和行人眩目。
適當選擇壁厚還可以有利地影響光源的光學尺寸，也稱為照度分布。當陶瓷放電容器的壁厚為dw≤0.4毫米時，金屬鹵化物燈可以用于形狀復雜的燈。雖然陶瓷壁材料本身通常具有很強的光散射特性，但在這里有益地實現(xiàn)了一種光學尺寸可與現(xiàn)有的裝有白熾燈絲的前燈的通常光學尺寸可比的光源。
優(yōu)選的是，燈的放電容器具有等于或小于120W/cm2的壁負荷(wallload)。壁負荷在這里定義為燈功率與放電容器壁的在電極端之間的部分的外表面之比。
具體地說，虛擬減小放電容器的尺寸從光學觀點來看所關心的是使光束所投射的放電容器的像滿足在所謂截止區(qū)域(cut-off region)內的要求。在按照本發(fā)明設計的金屬鹵化物燈的一個優(yōu)選實施例中，相對縱向軸的這個部分包括外殼的一段扇角α在20≤α≤110度的范圍內的段。優(yōu)選的是，α在30≤α≤60度的范圍內。
按照本發(fā)明設計的金屬鹵化物燈的一個優(yōu)選實施例的特征是形成負透鏡的部分包括扁平的表面。這樣一個部分很容易通過將金屬鹵化物燈的圓筒形外殼鋸掉一部分來實現(xiàn)。與圓筒形外殼相比，這個扁平部分起著負透鏡的作用。如果一個觀察者通過外殼的這個扁平表面觀看放電容器，觀察者很容易可以觀察到放電容器的虛擬尺寸。觀察者可以看到虛擬的較小的放電容器。
按照本發(fā)明設計的金屬鹵化物燈的另一個優(yōu)選實施例的特征是形成負透鏡的部分包括彎曲得比外殼的其余部分的彎曲小的曲面。這個彎曲得較小的部分與外殼的其余部分的彎曲相比起著負透鏡的作用。在另一個實施例中，形成負透鏡的部分在外殼上向內彎曲。在這種情況下，外殼具有凹入部分，從而得到光焦度更大的負透鏡。
具體地說，虛擬減小放電容器的尺寸從光學觀點來看所關心的是使光束所投射的放電容器的像可用于所謂截止區(qū)域。在按照本發(fā)明設計的金屬鹵化物燈的另一個優(yōu)選實施例中，將外殼的表面的背離放電容器的第一部分和第二部分做成負透鏡的形狀。優(yōu)選的是，第一和第二部分處在外殼的相對兩側。
從光學觀點來看，第一和第二部分通常選擇成相互平行。然而，如果這兩部分成一個小的夾角可能也是有益的。因此，按照本發(fā)明設計的金屬鹵化物燈的一個優(yōu)選實施例的特征是所述第一部分與外殼的其余部分之間的躍變(transition)限定了第一平面，所述第二部分與外殼的其余部分之間的躍變限定了第二平面，以及第一平面與第二平面彼此之間的夾角等于或小于10度。
由于形成負透鏡的部分可以導致不希望有的反射，從而使光束圖案內眩目級別增強，因此有益的是使形成負透鏡的至少一個部分具有防反射的特性。這樣的防反射特性能可以以專業(yè)技術人員所知的方式通過將這部分涂上一層防反射膜來得到。


下面將結合一些實施例和附圖比較詳細地對本發(fā)明進行說明，在這些附圖中圖1示出了一種金屬鹵化物燈；圖2A示出了圖1這種已知的金屬鹵化物燈的放電容器和外殼的截面；圖2B示出了用光線追蹤計算的圖2A這種已知的金屬鹵化物燈的像；圖3A詳細示出了圖1這種金屬鹵化物燈的一個實施例的放電容器和外殼的截面；圖3B示出了用光線追蹤計算的圖3A的金屬鹵化物燈的像；圖4A詳細示出了圖1這種金屬鹵化物燈的另一個實施例的放電容器和外殼的截面；圖4B示出了用光線追蹤計算的圖4A這種金屬鹵化物燈的像；以及圖5給出了包括形狀復雜的反射鏡的金屬鹵化物燈的組合的車輛前燈的示意圖。
這些圖完全是示意性的，并沒有按比例繪制。為了清晰起見，有些尺寸特別作了夸張。在這些圖中，盡可能地用相同的附圖標記表示相同的組成部分。
具體實施例方式
圖1示出了沿縱向軸10配有圓筒形放電容器3和圓筒形外殼1的金屬鹵化物燈。放電容器3具有密封含有Xe和帶NaI和CeI3的可離子化填料的放電空間42的陶瓷壁43。Xe以高充氣壓力被添加到放電容器的可離子化填料中。Xe保證在燈點火后直接快速的光輸出。稀有氣體的充氣壓力的選擇還影響放電容器的熱平衡，因此就影響燈的使用壽命。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)為了使燈的壽命達到40,000次開關操作，要求壓力為5巴。優(yōu)選的是，充氣壓力處在7巴到20巴的范圍內，特別是在10巴到20巴的范圍內。這提供了實現(xiàn)相對非常高次數(shù)的開關壽命的可能性。
兩個電極4和5設置在內徑di≤2毫米的放電容器3內。放電容器兩端分別用相應的陶瓷凸出(伸出)芯桿34、35密閉，芯桿34、35各有一個窄的間隙讓各自的電流引線40、50通過，分別接到設置在放電容器內的電極4、5上，芯桿的背離放電空間的那端用熔化陶瓷接頭(圖1中未示出)以氣密方式與相應的導線連接。放電容器被圓筒形外殼1包圍(見圖2A、3A和3B)。該金屬鹵化物燈還配有燈頭插座2。在燈處在工作狀態(tài)時，電極4與5之間出現(xiàn)放電。電極4通過導線8接到形成燈頭2的一部分的第一電接觸點上。電極5通過導線9和19接到形成燈頭插座2的一部分的第二電接觸點上。導線19被陶瓷管190包圍。
圖2A示出了圖1這種已知的金屬鹵化物燈的放電容器13和外殼11的截面。這個截面是垂直于圖1中的縱向軸10的平面。在這種已知的金屬鹵化物燈中，放電容器13和外殼11做成圓形的。圖2A還示出了兩條指向距離配置在焦點為25毫米垂直于縱向軸10的拋物面反射鏡(圖2A中未示出)上的放電容器的中心(這個中心與圖1中縱向軸10上的一個點一致)50毫米處的虛點的所謂“極限(extreme)”光線。這兩條所謂“極限”光線之間的夾角是對放電容器的虛擬尺寸的度量(比較大的角度相應于放電容器的虛擬尺寸比較大)。
圖2B示出了在虛點觀察到的用光線追蹤計算的圖2A這種已知的金屬鹵化物燈的像。這個虛點距離放電容器的中心50毫米。圖2B中的像顯示在zy平面內，其中z軸為縱向軸(燈軸)。圖2B中的像沿軸的尺寸是與圖2A中“極限”光線的距離相應的放電容器13的虛擬外徑的度量。對于這種已知的金屬鹵化物燈，放電容器13的虛擬直徑實際上與放電容器13的實際直徑相同，即近似為2毫米。在這種已知的金屬鹵化物燈內的放電容器13的尺寸在放電容器13內產(chǎn)生比較高的壁溫。比較高的壁溫對金屬鹵化物燈的壽命具有有害的影響。
圖3A詳細示出了圖1這種金屬鹵化物燈的按照本發(fā)明的一個實施例設計的放電容器23和外殼21的截面。這個截面是垂直于圖1中的縱向軸10的平面。在圖3A這個例子中，外殼21的內徑近似為3毫米，而外殼21的外徑近似為7毫米。在按照本發(fā)明這個實施例設計的金屬鹵化物燈中，外殼21的一部分25、26形成為扁平的表面。該部分25、26可以很容易通過鋸掉圓筒形外殼21的一部分而形成。不必將外殼的扁平部分延伸到外殼21的整個長度；原則上只要切掉比放電空間42(即近似為放電容器23內兩個電極之間的距離)大一些(例如大4-5毫米)的部分就足夠了。在圖3A這個例子中，外殼21具有兩個扁平部分，在外殼的相對兩側，分別標為25和26。在另一個實施例中，外殼只有一個扁平部分。該扁平部分25、26起著負透鏡的作用。相對縱向軸10(見圖1)的扁平部分25、26包括外殼的一段扇角α在30≤α≤60度之間段。這個范圍由投射在所謂截止區(qū)域附近的像需服從對汽車近光光束方向圖案的要求(ECE R98要求)而設定。
在圖3A中，第一部分25與外殼21的其余部分之間的躍變限定了在圖3A這個截面圖中由線25A表示的第一平面(在圖3A這個例子中這個平面與扁平部分25一致)。此外，第二部分26與外殼21的其余部分之間的躍變限定了在圖3A這個截面圖中由線26A表示的第二平面(在圖3A這個例子中這個平面與扁平部分26一致)。優(yōu)選的是，第一平面和第二平面做成相互平行(即線25A與26A相互平行)。在另一個實施例中，第一平面和第二平面彼此之間形成一個夾角，優(yōu)選的是這個夾角小于10度(即線25A與26A彼此之間的夾角≤10度)。
圖3A還示出了兩條用箭頭表示的指向距離配置在焦點為25毫米垂直于縱向軸的拋物面反射鏡(圖3A中未示出)上的放電容器中心(這個中心與圖1中縱向軸10上的點一致)50毫米處的虛點的所謂“極限”光線。所述“極限”光線之間的夾角為放電容器23的虛擬尺寸的度量。
圖3B示出了在虛點觀察到的用光線追蹤計算的圖3A這種已知的金屬鹵化物燈的像。這個虛點距離放電容器中心50毫米。圖3B中的像顯示在zy平面內。圖3B中，像沿y軸的尺寸是與圖3A中“極限”光線的距離相應的放電容器23的虛擬外徑的度量。對于按照本發(fā)明這個實施例設計的金屬鹵化物燈，放電容器23的虛擬直徑明顯小于放電容器23的實際直徑，即近似為2毫米的70％，1.4毫米。在按照本發(fā)明這個實施例設計的金屬鹵化物燈中的放電容器23的尺寸使放電容器23內的壁溫比較低。比較低的壁溫對金屬鹵化物燈的壽命具有明顯的正面影響。
在圖3B的上、下部可見有些比較弱的反射像，其來自圖3A中標為26的部分。這樣的反射可以導致光束圖案上的增大的眩目級別。能形成這些比較弱的反射像的方式在圖3A中示意性地示為雙箭頭所示的光線。可以通過在扁平部分26的表面上涂敷防反射涂層(圖3A中未示出)，大大減小這種不希望的光線反射的影響。
圖4A詳細示出了圖1這種金屬鹵化物燈的按照本發(fā)明另一個實施例設計的放電容器33和外殼31的截面。所示截面是垂直于圖1中的縱向軸10的平面。在圖4A這個例子中，外殼31的內徑近似為3毫米，而外殼31的外徑近似為7毫米。在按照本發(fā)明這個實施例設計的金屬鹵化物燈中，外殼31的一部分35、36形成為扁平的表面。在圖4A這個例子中，外殼31具有兩個彎曲部分，在外殼的相對兩側，分別標為35和36。彎曲部分35、36彎曲得比外殼31的其余部分彎曲的小一些(即彎曲部分的半徑比外殼其余部分的半徑大)。在另一個實施例中，外殼只有一個彎曲部分。彎曲部分35、36起著負透鏡的作用。相對縱向軸10的彎曲部分35、36(見圖1)包括外殼的一段扇角α在20≤α≤110度之間的段。這個范圍由投射在所謂截止區(qū)域附近的像需服從對汽車近光光束方向圖案的要求(ECE R98要求)而設定。
在圖4A中，第一部分35與外殼31的其余部分之間的躍變限定了一個虛擬平面，在圖4A中這個截面中示為線35A。此外，第二部分36與外殼21的其余部分之間的躍變限定了第二虛擬平面，在圖4A中這個截面圖中示為線36A。優(yōu)選的是，第一平面和第二平面做成相互平行的(即線35A與36A相互平行)。在另一個實施例中，第一平面和第二平面彼此之間形成一個夾角，優(yōu)選的是這個夾角小于10度(即線35A與36A彼此之間的夾角＜10度)。
圖4A還示出了兩條指向距離配置在焦點為25毫米垂直于縱向軸10的拋物面反射鏡(圖4A中未示出)上的放電容器中心(這個中心與圖1中縱向軸10上的點一致)50毫米處的虛點的所謂“極限”光線。所述“極限”光線之間的夾角為放電容器33的虛擬尺寸的度量。
圖4B示出了在虛點處觀察到的用光線追蹤計算的圖4A這種金屬鹵化物燈的像。該虛點距離放電容器中心50毫米。圖4B中的像顯示在zy平面內。圖4B中像沿y軸的尺寸是與圖4A中“極限”光線的距離相應的放電容器33的虛擬外徑的度量。對于按照本發(fā)明這個實施例設計的金屬鹵化物燈，放電容器23的虛擬直徑小于放電容器23的實際直徑，即按照所選的曲率近似為2毫米的85％，1.7毫米。在按照本發(fā)明這個實施例設計的金屬鹵化物燈中，放電容器33的這種尺寸可以使放電容器23內的壁溫較低。比較低的壁溫對金屬鹵化物燈的壽命具有明顯的正面影響。
在圖4B的上、下部，存在比圖3B中所示的反射像弱得多的反射像。由于圖3A中的外殼31的設計與圖2A中的外殼21的設計不同，大大減小了反射光的影響。另一方面，圖4B中所投射的像要比圖3B中所投射的像大一些。
金屬鹵化物燈最好在它工作狀態(tài)的發(fā)光效率≥80流明/瓦。這種燈輻射的光在燈壽命為250小時時具有分別為65和3500K的CRI和CCT值。在工作了2000小時后以上這些量的值成為≤75流明/瓦、≈60-65和3650K。
在按照本發(fā)明設計的這種燈的另一個實施例中，外殼在陶瓷凸出芯桿區(qū)域涂有熱反射涂層。這個涂層可以與放電容器上的涂層結合使用，也可以用來代替放電容器上的外涂層。優(yōu)選的是，反射涂層涂在外殼壁的內表面上，因為這種方法可以使光束內的光通量損耗比涂層涂在外表面上時的光通量損耗小。
圖5給出了包括按照本發(fā)明的形狀復雜的拋物面反射鏡50的金屬鹵化物燈51的組合的車輛前燈的示意圖。該金屬鹵化物燈包括沿z軸(即圖1中的縱向軸)的圓筒形放電容器和圓筒形外殼。在圖5中示意性地示出了一些金屬鹵化物燈51發(fā)出的并被反射鏡50反射的光線。
優(yōu)選的是，形成負透鏡的部分定向在根據(jù)汽車近光光束圖案的要求(ECE R98要求)的在照明區(qū)和眩目區(qū)之間生成截止的反射鏡部分的方向。
本發(fā)明的專利保護范圍不局限于這些實施例。本發(fā)明體現(xiàn)為各個新特征和這些特征的各種組合。任何附圖標記并不是對權利要求保護范圍的限制。詞“包括”并不排除還存在沒有列在一項權利要求內的其他部件或步驟。所謂“一個部件”中的“一個”并不排除存在多個這樣的部件。
權利要求
1.一種用于車輛前燈的金屬鹵化物燈，所述金屬鹵化物燈包括沿縱向軸(10)的圓筒形放電容器(3；13；23；33)，所述放電容器(3；13；23；33)具有密封含有Xe和可離子化填料的放電空間(42)的陶瓷壁(43)，以及沿縱向軸(10)圍繞放電容器(3；13；23；33)的圓筒形外殼(1；11；21；31)，其特征是外殼(21；31)的背離放電容器(23；33)的表面的一部分(25，26；35，36)做成負透鏡的形狀。
2.根據(jù)權利要求1所述的金屬鹵化物燈，其特征是相對縱向軸(10)的部分(25，26；35，36)包括外殼(21；31)的一段扇角α在20≤α≤110度之間的段。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的金屬鹵化物燈，其特征是所述形成負透鏡的部分(25，26)包括扁平表面。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的金屬鹵化物燈，其特征是所述形成負透鏡的部分(35，36)包括彎曲的比外殼(31)的其余部分彎曲的小的曲面。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的金屬鹵化物燈，其特征是所述外殼(21；31)的背離放電容器(23；33)的表面的第一部分和第二部分(25，26；35，36)都做成負透鏡的形狀。
6.根據(jù)權利要求5所述的金屬鹵化物燈，其特征是所述第一和第二部分(25，26；35，36)處在外殼(21；31)的相對兩側。
7.根據(jù)權利要求5所述的金屬鹵化物燈，其特征是所述第一部分與外殼的其余部分之間的躍變限定了第一平面(25A；35A)，所述第二部分與外殼的其余部分之間的躍變限定了第二平面(26A；36A)，以及所述第一平面(25A；35A)與第二平面(26A；36A)的彼此之間的夾角等于或小于10度。
8.根據(jù)權利要求5所述的金屬鹵化物燈，其特征是所述形成負透鏡的部分(25，26；35，36)中的至少一個部分具有防反射特性。
9.一種車輛前燈，所述車輛前燈包括反射鏡(50)和根據(jù)權利要求1或2所述的金屬鹵化物燈(51)。
10.根據(jù)權利要求10所述的車輛前燈，其特征是所述形成負透鏡的部分定向在根據(jù)汽車近光光束圖案的要求的在照明區(qū)和眩目區(qū)之間生成截止的反射鏡部分的方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于車輛前燈的金屬鹵化物燈，這種金屬鹵化物燈包括具有密封含有Xe和可離子化填料的放電空間的陶瓷壁的圓筒形放電容器(23)和圍繞放電容器(23)的圓筒形外殼(21)。按照本發(fā)明，外殼(21)的背離放電容器(23)的表面的一部分(25，26)做成負透鏡的形狀。優(yōu)選的是，該部分(25，26)包括外殼(21)的一段扇角α在30≤α≤60度之間的段。優(yōu)選的是，形成負透鏡的部分(25)做成扁平表面的形狀。
文檔編號H01J61/82GK101044589SQ200480012796
公開日2007年9月26日 申請日期2004年5月6日 優(yōu)先權日2003年5月12日
發(fā)明者J·P·M·安塞姆斯, J·C·M·亨德里克, H·穆勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司