專利名稱：高強度放電電弧管和相關(guān)燈組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于緊湊型高強度放電燈的電弧管，并且更具體地涉及由半透明的、透明的或大致透明的石英、硬質(zhì)玻璃或陶瓷放電室材料制造的緊湊型金屬鹵化物燈。特別地，本公開在機動車發(fā)光領(lǐng)域得到應(yīng)用，但是將理解選定的方面可在相關(guān)的放電燈環(huán)境中得到應(yīng)用，該放電燈環(huán)境遇到關(guān)于鹽池(salt pool)定位和最大化從燈組件發(fā)射的光通量的類似問題。為了本公開的目的，“放電室”指示電弧放電在其中正進行的放電燈的那部分，而術(shù)語“電弧管”表示通過在放電室中激勵電弧放電而生成光所需要的放電燈的最小結(jié)構(gòu)組件。電弧管還包含具有鑰箔片和外引線的夾緊密封件(在石英電弧管的情形下)或具有密封玻璃密封部和外引線的陶瓷凸出端塞或陶瓷支腳(在陶瓷電弧管的情形下)，這確保 “放電室”的真空密閉以及使放電室中的電極電連接到外部驅(qū)動電構(gòu)件的可能性。
背景技術(shù)：
高強度金屬鹵化物放電燈通過電離包含在電弧管的放電室中的填充物產(chǎn)生光，其中填充物典型地為在諸如氖、氬、氪或氙或其混合物的惰性氣體中的金屬鹵化物和諸如水銀的緩沖劑的混合物。電弧在放電室中在電極的內(nèi)終端之間啟動，該電極的內(nèi)終端在大部分情況下在相對端處延伸到放電室內(nèi)并且為填充物供給能量。在現(xiàn)有緊湊型高強度金屬鹵化物放電燈中，超劑量(overdosed)的量的熔融金屬鹵化物鹽池經(jīng)常存在于大體橢圓形或管狀放電室的中央底部定位中，該放電室在操作期間以水平定向配置。這在燈操作期間為放電室的最冷部并且因此經(jīng)常稱作為“冷點”定位。超劑量的熔融金屬鹵化物鹽池在放電室的內(nèi)壁表面的相當(dāng)大的部分上形成薄膜層，該超劑量的熔融金屬鹵化物鹽池與它的在放電室內(nèi)的劑料池(dose pool)之上產(chǎn)生的飽和蒸氣處于熱平衡并且位于冷點處。該熔融金屬鹵化物鹽池阻斷或過濾顯著量的從放電電弧發(fā)射的光。該劑料池由此通過在劑料池在室中所處的方向上增加光吸收和光散射而扭曲燈的空間強度分布，即其中。另外，劑料池改變經(jīng)過劑料池的薄液體膜的光的色調(diào)。當(dāng)設(shè)計形成光束的光學(xué)裝置時，諸如與這些類型的燈相關(guān)的機動車頭燈反射器的發(fā)光體和光學(xué)投射系統(tǒng)的設(shè)計者必須考慮這些問題。例如，扭曲的光射線被非透明的金屬或塑料防護物阻斷，或者光射線可在對于應(yīng)用而言不重要的方向上被分布。經(jīng)過劑料膜的這些扭曲的射線因而一般被忽略并且由此，該扭曲的射線表示在光學(xué)系統(tǒng)中的損耗，這是因為扭曲的射線不參加形成光學(xué)投射系統(tǒng)的主光束。在機動車前燈應(yīng)用中，例如這些散射和扭曲的射線用于輕微地照亮緊接機動車車輛前面的道路，或者扭曲的射線被引導(dǎo)到大大高于道路的道路標(biāo)識。由于這些損耗，故光學(xué)系統(tǒng)的效率典型地不高于大約40%到50%。
由于緊湊型放電燈在瓦數(shù)方面變得更小，并且還采用減小的幾何尺寸，故對于光源，需要解決方案，以便在光學(xué)系統(tǒng)中避免這種光收集損耗。這將導(dǎo)致實現(xiàn)更高的照亮水平，連同發(fā)光系統(tǒng)的更低的能耗。因而，需要解決與劑料池相關(guān)的強的陰影效應(yīng)和對圍繞燈設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)的性能和效率的影響，這是由于來自燈的不均勻的光強度分布。

發(fā)明內(nèi)容
改進的放電光源將熔融金屬鹵化物鹽池放置在放電室中的期望位置處。放電光源包括電弧管，其具有縱向軸線和形成在其中的放電室。第一和第二電極具有沿著縱向軸線彼此隔開的內(nèi)終端并且各電極至少部分地延伸到放電室的相對端內(nèi)。放電室優(yōu)選為圍繞垂直于縱向軸線的第二軸線非對稱的。在另一示范性實施例中，放電室優(yōu)選地包括沿著縱向軸線隔開的不同直徑的第一 和第二球形部。在又一布置中，電弧管具有不同壁厚。不同厚度的壁可在放電室的第一和第二端處?？蛇x地，連同不均勻的壁厚，電弧管具有沿著它的長度一直大體相同的外徑。優(yōu)選地，在另一實施例中，室為圍繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)地對稱的。在另一示范性實施例中，形成放電室的壁的一部分包括凹內(nèi)表面。凹表面可在放電室的第一端處定位并且大體球形部在放電室的第二端處形成。同樣地，在該可選布置中，電弧管的壁部還可在放電室的第一和第二端處具有不同的第一和第二厚度。在又一實施例中，光傳輸電弧管包圍放電室。第一和第二電極在放電室的相對端處至少部分地延伸到放電室內(nèi)并且通過電弧間隙沿著縱向軸線分離。擴大尺寸的第一室區(qū)域在放電室的一端處定位并且部分地圍繞第一電極，第一室區(qū)域的尺寸大于圍繞電弧間隙的第二室區(qū)域的尺寸。擴大尺寸的第一室區(qū)域至少部分地定位成從電極的內(nèi)終端軸向向外，也就是朝向電弧管的密封部。本公開的主要優(yōu)點為在緊湊型高強度放電室中金屬鹵化物鹽池的受控的定位。另一優(yōu)點為劑料池朝向放電室的端部中的至少一個偏移并且對光分布具有更小的影響，由此導(dǎo)致燈更有效率并且提供更均勻的光強度分布。反過來，光學(xué)設(shè)計者可開發(fā)更有效的光學(xué)投射系統(tǒng)。在光源中提供預(yù)選的液體劑料池定位的又一優(yōu)點為解決吸收的、散射的和脫色的光射線的問題的能力。本公開的其它特征和優(yōu)點將通過閱讀和理解以下詳細(xì)描述而變得更顯而易見。


圖1-8為本公開的分別的實施例的縱向截面視圖。
具體實施例方式第一實施例在圖I中示出并且包括電弧管100，其包括配置在放電室106的相對端處的第一和第二密封端102、104。電弧管優(yōu)選地由半透明的、透明的、或大致透明的石英、硬質(zhì)玻璃、或陶瓷放電室材料制造。外引線108、110具有外終端部，其從各密封端向外延伸并且其中它的內(nèi)終端在密封端內(nèi)終止，其中在石英玻璃或硬質(zhì)玻璃電弧管生產(chǎn)技術(shù)中外引線分別與傳導(dǎo)板或箔片機械地互連并且電互連，該傳導(dǎo)板或箔片諸如例如鑰箔片112、114。第一和第二電極120、122具有外終端，其與例如相應(yīng)的鑰箔片112、114機械地結(jié)合并且電結(jié)合。電極包括內(nèi)終端部124、126，其在放電室的相對端處延伸到放電室106內(nèi)并且通過電弧間隙沿著縱向軸線128彼此分離。如本領(lǐng)域所熟知的，響應(yīng)于施加到第一和第二外引線的電壓，電弧在電極的內(nèi)終端124、126之間啟動或形成。填充材料密封地接收在放電室中并且響應(yīng)于生成電弧的激勵而達(dá)到放電狀態(tài)。典型地，在高強度金屬鹵化物放電燈中，填充物包括例如金屬鹵化物，并且可包括或可不包括水銀，這是因為存在從放電燈的填充物中減小或移除水銀的不斷增加的期望。如在背景技術(shù)中所描述，劑料材料的液相部通常位于水平地操作的放電室的底部中央部中。該劑料池不利地影響燈性能、光顏色，并且具有強的陰影效應(yīng)，其影響從燈發(fā)射的光強度和空間光強度分布。在圖I中，放電室為圍繞縱向軸線128旋轉(zhuǎn)地對稱的。然而，室為圍繞垂直于縱向軸線的軸線非對稱的。圖I的電弧管的特定幾何形狀最好地表征并且描述為雙球形部，其中第一和第二大體球形部140、142具有不同直徑D1、D2。球形部與放電室 的內(nèi)壁表面對齊并且球形部的中央在縱向軸線上定位。D1/D2的優(yōu)選比率為大約1.0〈D1/D2〈2.0。由于這個放電室構(gòu)造，故當(dāng)燈以水平位置操作時(這例如對機動車前燈而言為典型的)，冷點仍沿著放電室的更低部定位，但是冷點現(xiàn)在朝向一端，即朝向具有大直徑球形部140的放電室的末端或在圖I中示出的右手端，偏移。在這個實施例中的放電室的壁厚在密封端之間的整個放電室區(qū)域之上為大體恒定的。圖2與圖I具有許多相似性。因此，處于“200”系列中的相似參考標(biāo)記將指示相似構(gòu)件(例如電弧管100現(xiàn)將識別為電弧管200)，并且圖I的描述將應(yīng)用于圖2，除非另外特別注釋。圖2的布置僅包括在放電室206的一端處的單一球形部240。球形部的中央相對于電極220、222的內(nèi)終端224、226之間的電弧間隙的中點偏移或偏心(由參考標(biāo)記242表示)。在這個特別布置中，球形部的中央更靠近具有球形部的放電室的那端(也就是更靠近電極終端226)配置。在圖2中示出的相對端、或左手端具有鄰近第一電極的終端224終止的大體收斂構(gòu)造。另外，壁厚為在整個放電室的外圍范圍之上大體恒定的。由于這個構(gòu)造，冷點將沿著相對于圖2的放電室的右底部區(qū)域偏移的球形部240的底部區(qū)域定位。在圖3中，處于“300”系列中的相似參考標(biāo)記將用于描述相似構(gòu)件，而在圖4的實施例(其與圖3的實施例具有相似性)中，處于“400”系列中的參考標(biāo)記將用于描述相似構(gòu)件。這些實施例中的各個包括不同直徑的第一和第二球形部340、342和440、442。在圖3中，第一球形部340具有更大直徑并且更小直徑球形部342在放電室306的左手端處定位。還將理解，壁厚在沿著放電室的不同定位處為不同的。在圖3中，壁厚350(圍繞更大直徑Dl的球形部340定位)具有比壁部352 (圍繞更小直徑D2的球形部342定位)更大的厚度。在這個實施例中，在放電室的縱向范圍之上，鄰近第一球形部的第一或更厚壁部350過渡到鄰近第二球體的第二或更薄壁部352。這個構(gòu)造的不同壁厚350、352 (除了不同直徑的兩個球形部之外)也有助于冷點的定位和因此在電弧管中劑料池的定位。特別地在圖3中，在燈以水平定向操作的情形下，諸如在機動車放電頭燈組件中，冷點在沿著第一或更厚壁部350在第一球形部340的底部部分處定位。
相反，圖4也包括不同直徑D1、D2的第一和第二球形部440、442，其以與在圖I和3中的球形部相似的方式被定向。在此，然而，不同壁厚的定位相對于關(guān)于圖3示出和描述的布置而顛倒。也就是，鄰近大直徑球形部440的壁部450的厚度小于鄰近更小直徑球形部442配置的壁部452的壁厚。另外，作為結(jié)果，在電弧管的放電室內(nèi)的劑料池的受控的定位可為預(yù)定的或預(yù)選的。圖5和6的實施例示出用于控制劑料池的定位的另一方式。另外，相似構(gòu)件將分別由處于“500”和“600”系列中的相似參考標(biāo)記而識別。在圖5中，球形部540限定在放電室506中。在這種情況下，僅提供單一球形部，并且球形部為偏移的，這分別由圖5和6中的偏心尺寸542、642表示。在圖5和圖6中，在圍繞放電室的整個電弧管中的壁厚優(yōu)選為大致恒定的。這些實施例之間的主要區(qū)別為偏心度，也就是當(dāng)與具有更大直徑球形部640和更小偏心距642的圖6的實施例比較時，圖5中的更小直徑球形部540和更大偏心距542。在圖5和圖6的實施例中的各個中，包圍放電室506、606的電弧管壁的底部區(qū)域560、660分別被推進、凹陷、或向內(nèi)延伸。以這種方式，放電室的壁的內(nèi)表面部562、662具有大體凹表面。因此，在圖5和6中冷點將定位在非凹陷區(qū)中的底部的區(qū)域處，也就是在球形部的更低右手部下方，在其中劑料池將在燈操作期間存在，這是由于距電弧放電增加的距離。另外，這為劑料池提供預(yù)定的或精確的定位，使得光學(xué)設(shè)計者可充分地解決或調(diào)節(jié)劑料池的定位并且更有效地利用從放電室輸出的光。還重要的是觀察到在圖5和6中描繪的實 施例的情形下，相比于前面描繪的實施例，電弧管不再為圍繞它的縱向軸線旋轉(zhuǎn)地對稱的。在圖7和8中，相似參考標(biāo)號將分別以“700”和“800”系列指示相似構(gòu)件。類似于圖3和4的實施例，主要區(qū)別為分別在放電室706、806的不同定位處的不同壁厚750、752和850、852，除了球形部對冷點定位的作用之外，該不同壁厚750、752和850、852在放電室中控制冷點的定位。在圖7中，沿著右手邊緣的第一壁部750具有相對于在放電室的左手部上的第二壁部752的減小的厚度。另外，包圍放電室706的電弧管壁的底部區(qū)域760被推進、凹陷、或向內(nèi)延伸，使得放電室的壁的內(nèi)表面部762具有在放電室的一端處的凹表面，和非凹陷區(qū)，即在球形部740的更低右手部下方。另一方面，在圖8中，壁厚為顛倒的。也就是，第一壁部850具有比在圖8的左手部上的第二壁部852的厚度更大的厚度。該實施例也包括包圍放電室806的電弧管壁的底部區(qū)域860，其形成在放電室的一端處沿放電室的內(nèi)壁表面部862的凹表面，和非凹陷區(qū)，即在鄰近球形部840的另一端下方。類似前面，由于在放電室的底部部分處的凹陷的放電室，故在圖7和8描繪的實施例的情形下電弧管沿著它的縱向軸線的旋轉(zhuǎn)對稱也消失了。具有根據(jù)描述的實施例的電弧管的燈的發(fā)射的空間光強度分布變得更旋轉(zhuǎn)地對稱，并且發(fā)射光中的全部可由光學(xué)系統(tǒng)使用，以形成更強烈的主光束，例如在機動車應(yīng)用的情形下更好地照亮道路。以這種方式，燈功耗可減小，同時仍輸出高照明水平。作為實例，應(yīng)用具有更低能耗(例如25W)的高強度放電燈的更有效的頭燈可被設(shè)計，同時仍保持在鹵素白熾水平之上的道路照明。相信整個系統(tǒng)成本可減少大約35%-40%，這是因為低于2000流明燈光通量的現(xiàn)有規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)不需要清洗和校平設(shè)備。另外，更均勻的燈性能可在通用燃燒常規(guī)發(fā)光應(yīng)用的情形下實現(xiàn)，這是因為液體劑料池總是存在于放電室的端部中的至少一個的附近處，而與燈定向無關(guān)。以該方式，具有根據(jù)描述的實施例中的一個的電弧管的高強度放電燈可在室內(nèi)應(yīng)用中得到更廣泛的普及，并且室內(nèi)發(fā)光可具有更高質(zhì)量和效率。本公開參考優(yōu)選實施例而描述。顯然，在閱讀和理解前述詳細(xì)描述之后，更改和替 換可被本領(lǐng)域技術(shù)人員想到。例如，將理解，在某些情況下，上面描述的不同特征中的一個或多個可單個地使用或結(jié)合地使用。意圖是，本公開解釋為包括所有這樣的更改和替換。
權(quán)利要求
1.一種放電光源，其包括 電弧管，其具有縱向軸線和形成在其中的放電室； 第一和第二電極，其具有沿著所述縱向軸線彼此隔開的內(nèi)終端，并且各電極至少部分地延伸到所述放電室內(nèi)；和 所述放電室為圍繞垂直于所述縱向軸線的第二軸線非對稱的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放電光源，其特征在于，所述室包括沿著所述縱向軸線隔開的不同直徑的第一和第二大體球形部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放電光源，其特征在于，所述電弧管的壁部在所述放電室的第一和第二端處具有不同的第一和第二厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放電光源，其特征在于，所述放電室為圍繞所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)地對稱的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放電光源，其特征在于，所述電弧管的壁部在所述放電室的第一和第二端處具有不同的第一和第二厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的放電光源,其特征在于,形成所述放電室的壁的一部分包括大體凹表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放電光源，其特征在于，形成所述放電室的壁的一部分包括大體凹表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的放電光源，其特征在于，所述凹表面定位在所述放電室的第一端處，并且大體球形部形成在所述放電室的第二端處。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的放電光源，其特征在于，所述電弧管的壁部在所述室的第一和第二端處具有不同的第一和第二厚度，其中，更厚的壁部定位在包括所述凹表面部的壁的第一端處。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的放電光源，其特征在于，所述電弧管的壁部在所述放電室的第一和第二端處具有不同的第一和第二厚度，并且更厚的壁部定位在所述第二端處，并且包括所述凹表面的壁部定位在所述第一端處。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放電光源，其特征在于，所述放電室為圍繞所述縱向軸線旋轉(zhuǎn)地對稱的。
12.—種放電光源，其包括 電弧管，其具有縱向軸線和形成在其中的放電室； 第一和第二電極，其具有沿著所述縱向軸線彼此隔開的內(nèi)終端，并且各電極至少部分地延伸到所述放電室內(nèi)；和 劑料池區(qū)域，其鄰近所述放電室的至少一端定位并且至少部分地在所述電極的內(nèi)終端的軸向外部延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的放電光源，其特征在于，所述放電室的中央部的壁表面比所述劑料池區(qū)域的壁表面更接近所述縱向軸線。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的放電光源，其特征在于，所述劑料池區(qū)域包括鄰近所述放電室的各端的第一和第二部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的放電光源，其特征在于，還至少包括配置在所述放電室中的劑料池區(qū)域的軸向外部的錐形部。
16.一種在放電光源中控制冷點的定位的方法，其包括 提供電弧管，其具有縱向軸線和形成在其中的放電室； 使第一和第二電極定向，所述第一和第二電極具有沿著所述縱向軸線彼此隔開的內(nèi)終端，并且各電極至少部分地延伸到所述放電室內(nèi)；并且 使所述放電室形成為圍繞垂直于所述縱向軸線的第二軸線非對稱的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括使不同第一和第二厚度的所述電弧管的壁部形成在所述放電室的第一和第二端處。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括使大體凹表面沿著形成所述放電室的壁的一部分形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述凹表面定位在所述放電室的具有更厚壁的端部處。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述凹表面定位在所述放電室的具有更薄壁的端部處。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括在所述放電室的與所述凹表面相對的端部處的大體球形部。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括使大體凹表面沿著形成所述放電室的壁的一部分形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括使不同直徑的第一和第二大體球形部形成在所述放電室的相對端處。
全文摘要
放電光源包括具有放電室的電弧管，該放電室具有用于金屬鹵化物劑料池或鹽池的預(yù)定定位，其最小化對從光源發(fā)射的光的影響。放電室優(yōu)選為圍繞垂直于縱向軸線的第二軸線非對稱的。在一個實施例中，放電室優(yōu)選地包括沿著縱向軸線隔開的不同直徑的第一和第二大體球形部。在又一布置中，電弧管具有不同壁厚。在另一示范性實施例中，形成放電室的壁的一部分包括大體凹表面。這些特征可單個地或結(jié)合地使用。
文檔編號H01J61/33GK102906852SQ201180027399
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者T.潘伊克, A.博羅茨基, I.燦伊, C.霍爾瓦特 申請人:通用電氣公司