专利名称：金属蒸汽放电灯、泛光灯、以及金属蒸汽放电灯照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种主要用于进行近红外线辐射的金属蒸汽放电灯，一种安装上述灯的聚光灯，以及一种用于金属蒸汽放电灯的照明装置。
背景技术：
为了夜间的安全，要对来访者的来往情况进行记录、以及/或者对入侵者进行监视/检测。
这种监视或者检测通过使用例如CCD摄像机来拍摄对象或者目标来实现。由于如果使用可见光，就可以知道摄像机的存在，并且光线是令人炫目的，并且使入侵者感觉到不舒服，所以广泛地采用人感觉不到的近红外线辐射来拍摄他们。
如果用电灯泡作为光源，可以发射出许多近红外光，但是可见光的效率要低于放电灯。此外，例如，日本专利申请KOKOKU公开No.4-70736公开了一种安全用近红外线照明装置和摄像装置，其中采用了低压稀有气体放电灯以发射出大量的近红外光，并适当地设置了灯管中稀有气体的种类和它的密封压力。
这一公开的低压稀有气体放电灯采用了一个相当长的玻璃灯泡。因此，当这种放电灯被用作近红外线照明装置或者被用在近红外摄像装置中时，如果被安装在室内或者户外某一确定位置，不会产生任何问题。然而，如果该放电灯用于诸如车辆的移动单元中，其缺点在于需要较大的空间。此外，如果放电灯采用卷绕的细灯丝作为电极，由于它们没有对碰撞或者振动表现出将强的抵抗性，所以这些灯丝可以很容易地被损坏。这意味着不能期待具有长时间的稳定的发光。
本申请的发明人最近对用作例如车辆的前灯的金属蒸汽放电灯给予了关注。这种放电灯发射出大量的近红外光并且可以做得象电灯泡一样小。
更具体地说，卤素灯通常被用作车辆的前灯，以便提高前面的可见度，从而确保夜晚或者在隧道中的安全。然而，最近已经采用了高压金属蒸汽放电灯，比如短弧型的金属卤化物灯，这种灯发射出具有比卤素灯更高强度和更大量的光线，并且对碰撞和振动存在较强抵抗力的电极。
尽管车辆之间的交通事故减少了，但是夜晚发生的行人和车辆之间的交通事故却没有减少。因此，需要有一种装置使得司机可以很快地看到行人从而避免事故的发生。由于金属蒸汽放电灯可以发射出更高亮度的光线，因此，该金属蒸汽放电灯可以比常规的卤素灯照亮更大的范围，从而使得司机可以具有更高的可见性并表现出更快的反应。
然而，明亮地照亮更大的区域意味着行人甚至在远处就能对光线感到刺眼并且觉得不舒服。
考虑到这些问题，需要使用高压金属蒸汽放电灯作为例如车辆的前灯或者金融机构的监控灯，从而可以用中等强度的近红外光和可见光来照射行人或者顾客。
发明内容
根据上述情况开发了本发明，目的在于提供一种金属蒸汽放电灯，这种金属蒸汽放电灯能够比传统的高压放电灯发射出更大量的近红外光线，并且提供一种装设有这种放电灯的聚光灯，以及一种金属蒸汽放电灯照明装置。
根据本发明的第一实施例，金属蒸汽放电灯包括耐火且透光的密封容器；一对安装到密封容器上的电极；以及密封在密封容器中的放电介质，放电介质包含有卤化物、稀有气体以及基本上不使用的水银。
其中当金属蒸汽放电灯处于发光状态时发射的大部分光具有近红外线波长(750-1100纳米)。
这种放电灯是高压放电灯，其中所有近红外线(750-1100纳米)辐射输出与所有可见光辐射输出的比率是50％或大于50％。因此，这种放电灯在可见度上具有劣势，但是它主要的辐射是近红外线辐射。这种放电灯包括不提供可见光辐射的放电灯。
第一实施例特征在于没有密封水银。如果水银与那些主要发射出近红外光线的物质(CsI，RbI，KI)密封在一起，水银会产生很高的蒸汽压，并且在可见光和紫外线区可以观察到大量的水银产生的辐射。这种情况与水银和ScI3，NaI等等密封在一起的情况正好相反，Sc和Na发射出很多的可见光，这显著地抑制了水银发射出来的可见光和紫外光线。水银的紫外射线会损伤前灯(特别是，由塑料制成的前灯)，因此对紫外射线的辐射量规定了上限。为了抑制紫外光线泄漏到所述灯的外部，目前采用的一种技术是制作放电灯的外管，利用例如吸收紫外线的石英材料。如果放电灯的水银发射出大量的紫外光线，则甚至上述这种技术都不能充分的抑制前述的泄漏。如果没有密封水银，灯电压也会相对低。然而，最近发现如果不密封水银，主要包括上述密封物质(CsI，RbI，KI)的等离子体就产生一个电极压降，该压降比密封水银时得到的压降(约为15伏)要低，上述密封物质主要发射近红外光线。这意味着即使灯电压较低，但电极中的电压损耗比率并没有提高，从而近红外线辐射效率没有降低。当然，由于水银对于环境有着不利的影响，因此希望在放电灯中不采用水银。
在上述实施例以及接下来的每一个实施例中，除非是那些已经被指定的特定的定义和技术含义，下列定义和技术含义均被赋予了一定的术语。
本发明中，可见光区和近红外线区分别代表着380-780纳米以及750-1100纳米的波长范围。750-780纳米的交叠范围内存在着低可见度的光线，因此这一范围内的光线是不刺眼的。此外，CCD摄像机显示出对这一范围内的光线的高感光度，因此CCD摄像机经常用于近红外射线。
难熔且透光的密封容器形成了一个发光管，通常称作灯泡，由硬质玻璃构成，例如石英玻璃，硅酸铝玻璃等等，或者是透光的陶瓷制品，例如氧化铝等等。如果发光管是由玻璃制得的，设置在发光管的端部的密封部分能够借助压力密封或者收缩形成。另一方面，如果发光管是由陶瓷制得的，底盘和灯座可以借助于例如混合物来密封。这样的密封部分可以设置在一端或者设置在相对的两端。此外，形成在容器中的腔可以是圆柱形，椭圆形，球形或者是其中几种形状的组合。
当然对密闭容器进行气密地密封是关键。然而，密闭容器可以具有透光外管中容纳着发光管的单管结构，或者双管结构，这些管子在它们相反的端部彼此连接，或者是一种多管结构，其中除了发光管以及外管之外还设置了保护管。此外，容纳着发光管的外管的内部空间可以设置成真空状态或者惰性气体环境，或者是与外部空气相通。
金属蒸汽放电灯可以由例如短弧形金属卤化物灯构成。
向密封在密闭容器中的放电介质施加能量的时候，该放电介质发射光线。放电介质包括发射可见光的钠(Na)，钪(Sc)，以及稀土金属，例如镝(Dy)，铥(Tm)，钬(Ho)，钕(Nd)等中选择的至少一种金属的卤化物。
此外，放电介质还包括发射近红外光线的钾(K)，铯(Cs)以及铷(Rb)等中至少一种金属的卤化物。
如日本专利申请No.10-28134(日本专利申请KOKAI公告No.11-238488)所描述的，含有铝(Al)或者锌(Zn)的卤化物可以产生相当高的蒸汽压，而且这种物质含有的金属发射出比相较于上述可见光产生物质较少量的可见光，这种卤化物可以取代Hg被密封。无Hg灯在电特性方面是稳定的，相应的对环境也是有利的。
“基本上不使用水银”这种表述指出的含义是不包含水银，如果密闭容器中每立方厘米Hg的含量少于0.3毫克，优选的是0.2毫克或者更少，那么也允许Hg的存在。
上述描述中，可以使用碘I，溴Br或者氯Cl作为卤化物中的卤元素，例如以碘化物或者溴化物的形式。
此外，可以使用氙Xe，氩Ar，氪Kr等作为稀有气体。如果密封压力设置到大约1×102千帕或者更多，最大，大约15×102千帕，则可以增强光通量的启动特性，这适合于例如车辆前灯。
发光管的材料以及密封的放电介质的材料和质量可以根据所需的特性和放电灯的类型来进行合适地选择。
电极对可以由例如纯钨棒来形成，或者用绕线在电极棒上缠绕来形成，或者通过把烧结制品粘附到电极棒上来形成。电极棒的尖端可以作为电极来使用。如果电极对之间的距离落入了1毫米到6毫米的范围，电极形成点光源，因此增强了光的聚焦特性。此外，如果照明执行时使用交流电，电极也可以有相同的结构。然而，在直流照明的情况下，阳极的温度会突然的升高，因此优选的是阳极的发射部分制作的比阴极要大一些。
利用交流电或者直流电都可以使放电灯开始照明，并且可以具有各种形式的电路结构。然而，例如在车辆的前灯的情况下，使用从电池获得的直流电将会使得电路结构简单。此外，如果照明电路是这样一种组成，在金属蒸汽放电灯点亮后，提供一种三倍或者更多倍于额定灯电流的电流，再随着时间的推移降低电流，将增强光通量的启动特性。这种情况是在放电灯用在车辆前灯中时优选实施。
根据本发明的第二实施例的金属蒸汽放电灯包括耐火且透光的密封容器；一对安装到密封容器上的电极；以及密封在密封容器中的放电介质，放电介质包含第一卤化物和稀有气体，第一卤化物包括发射可见光(380-780纳米)的钠(Na)，钪(Sc)，以及稀土金属中至少一种的卤化物。
其中可见光辐射功率(380-780纳米)与近红外线辐射功率(750-1100纳米)的比率落在0.5∶1到4.0∶1的范围之内，该可见光辐射功率和近红外线辐射功率是当金属蒸汽放电灯处于发光状态时的输出功率。
这种放电灯适用于单管放电灯同时具有可见光辐射和近红外线辐射。
本发明中，如果近红外线辐射功率(750-1100纳米)(输出)设定为1，可见光辐射(380-780纳米)功率(输出)则为0.5到4。换言之，近红外线辐射功率是可见光辐射功率的1/4到2倍。
如果近红外线辐射功率(输出)与可见光辐射功率(输出)的比率少于1/4，则近红外线辐射功率就太低了而不能应用在例如红外线识别系统上。另一方面，如果比率大于2，可见光辐射功率就太低了而不能应用在例如车辆前灯上。
采用下列方式测量(计算)输出的可见光和近红外线辐射功率。首先，在可见光区，如同标准照明灯的情况，在积分球(integratingsphere)内点亮放电灯，从而测量包括可见光区每一种波长的辐射功率(W)。随后，借助分光镜测量200-2000纳米之间的相对辐射功率。作为这两个测量的结果，得到在200-2000纳米范围内的每一种波长的辐射功率(W)。
第一卤化物包括发射可见光(380-780纳米)的钠(Na)，钪(Sc)以及稀土金属中的至少一种。
这些发光物质限定为金属卤化物，这些金属卤化物的金属发射预定波长范围内的可见光和预定波长范围内的紫外线，它们很适合于根据发射效率和彩色再现性能而用于通常的应用。可以使用任一种或者多种卤化物。
根据本发明的第三实施例的金属蒸汽放电灯特征在于，卤化物包括发射近红外线波长(750-1100纳米)光的钾(K)，铯(Cs)，以及铷(Rb)中至少一种的卤化物。
钾(K)的光谱线存在在766.4纳米，769.8纳米，1168.9纳米以及1177.1纳米。相似的，铯(Cs)的光谱线存在于760.9纳米，801.5纳米，807.9纳米，852.1纳米，876.1纳米，894.3纳米，917.2纳米，920.8纳米，1002.0纳米以及1012.0纳米。铷(Rb)的光谱线存在于775.7纳米，775.9纳米，761.9纳米，780.0纳米，794.7纳米以及887.3纳米。因此，这些发光物质具有在大约750-1100纳米的近红外区很高的辐射功率输出。
根据本发明的第四实施例的金属蒸汽放电灯特征在于，放电介质包括第一卤化物，第一卤化物是包括钠(Na)，钪(Sc)以及稀土金属中的至少一种金属的卤化物；第二卤化物，其产生相对高的蒸汽压，第二卤化物是发射出比第一卤化物中的金属发射出的可见光量少的、可见光的金属中的至少一种的卤化物；以及第三卤化物，其含有发射近红外光线的金属中的至少一种的卤化物，放电介质基本上不包括水银。
本发明中，第三实施例中使用到的卤化物包括发射可见光的钠(Na)，钪(Sc)以及稀土金属组成的元素组中的至少一种金属，并且这种金属的卤化物的蒸汽压在灯被点亮的时候不是特别高，这种卤化物被密封作为第一卤化物。
此外，密封的第二卤化物是在灯被点亮的时候蒸汽压相对高的卤化物，其中含有的金属是那些比第一卤化物中的金属不容易发射出可见光的镁(Mg)，铁(Fe)，钴(Co)，铬(Cr)，锌(Zn)，镍(Ni)，锰(Mn)，铝(Al)，锑(Sb)，铍(Be)，铼(Re)，镓(Ga)，钛(Ti)，锆(Zr)，铪(Hf)，锡(Sn)等组成的金属组中的至少一种。
“高蒸汽压”这种表述含义是指一种小于水银蒸汽压的压力，优选的是在灯被点亮的时候密闭容器中的压力大约为5个大气压或者少于5个大气压。此外，“比第一卤化物中的金属不容易发射出可见光”这种表述不是指可见光辐射绝对量值很少，而是指可见光辐射量相对很小。
实际上，铁(Fe)和镍(Ni)发射出的紫外光线的量大于可见光线，然而钛(Ti)，铝(Al)，锌(Zn)等等会发射出更大量的可见光。
如果那些放射出大量可见光的金属分别地进行辐射，由于施加的能量集中在其中，所有的金属放射出很大量的可见光线。然而，如果第二卤化物中的金属比第一卤化物中的金属不容易发射出可见光，其是由于前者发生辐射所需要的能量水平高于后者，则当第一和第二卤化物共存时，能量集中在第一卤化物上，第二卤化物中的金属的辐射量降低。
绝大多数卤化物比如AlI3，ZnI2等等的蒸汽压低于水银的蒸汽压，灯电压的调节范围也要比水银放电灯的窄。然而，灯电压的调节范围可以通过适当地密封一些卤化物来加宽。
此外，第二卤化物并没有被禁止发射可见光，如果发射的可见光量相对于放电灯辐射光线总量的比率小并且可见光辐射的影响较小小，那么可以发射可见光。
“基本上不使用水银”这种表述含义是指不含有水银，如果密闭容器中每立方厘米汞的含量少于0.3毫克，优选的是0.2毫克或者更少，则允许汞的存在。
如在第四实施例中详细说明的，第三卤化物包含发射近红外光线的钾(K)，铯(Cs)，以及铷(Rb)中至少一种。
如上述，放电灯密封了三种卤化物，也就是，第一卤化物，其包括发射预定波长范围内的可见光的金属，第二卤化物，它的蒸汽压相对较高并且含有比第一卤化物中的金属不容易发射出可见光的金属，第二卤化物取代了水银被密封，以及第三卤化物，其包含发射预定波长范围内的近红外光线的金属。
在这种放电灯中，被密封的第二卤化物的蒸发提供了预定的灯电压。此外，这种放电灯由于它不包括水银或者含有极少量的水银因此对环境有利。
因此，本发明的金属蒸汽放电灯可以在基本上不包括水银的条件下工作，并且具有与密封了水银的常规的放电灯基本上相同的电特性和放射特性。
为了同时利用可见光辐射和近红外线辐射，放电灯可以密封汞或者不密封汞。然而，出于对环境有利，推荐无汞灯。在欧洲，关于应该将在待售车辆中使用的汞的量逐渐减低至零的提案在1996年9月作为一项ELV(生命结束车辆(End of Life Vehicles))提案被公开。这项提案被2000年2月3日举行的欧洲会议采用。因此，汞Hg的使用被基本上禁止了。2002年10月的GRE(Groupe de Rapporteuss le eclairage)试图采用无汞HID前灯，并且在2003年7月的欧洲经济委员会规则中被采用。因此所有的有汞HID前灯将在不远的将来被无汞前灯替代。
根据第五实施例的金属蒸汽放电灯特征在于具有可见光阻挡滤光器。
可见光阻挡滤光器设置在灯泡中，该灯泡本身形成了密闭容器，或者设置在灯泡的表面上，从而减少或者阻挡可见光辐射以提高近红外线辐射的比率。
具体地说，灯泡材料混合有可以减少或者阻拦可见光辐射的材料，或者灯泡的表面覆盖着利用干涉原理，阻拦可见光并且允许近红外光线通过的薄膜，薄膜通过高和低折射率的薄膜交替堆叠而形成。
根据第六实施例的金属蒸汽放电灯特征在于额定功率为100瓦或者小于100瓦。这种放电灯最适用于作为车辆的前灯或者聚光灯。
根据第七实施例的金属蒸汽放电灯特征在于电极对之间的间距在1毫米到6毫米的范围内。这种放电灯最适用于作为车辆的前灯或者聚光灯。
根据第八实施例的金属蒸汽放电灯特征在于稀有气体是5个大气压或者多于5个大气压的氙气Xe。氙气压的增加加快了光通量的启动。也就是，短时间内可以获得稳定的辐射。如果放电灯被用作车辆前灯则上述性质是特别重要的。
本发明的聚光灯的第一实施例特征在于，包括反射器；如第一到第八实施例中任一个描述的金属蒸汽放电灯，金属蒸汽放电灯设置在反射器上；以及覆盖在反射器前表面上的光线控制部件。
在这种结构中，金属蒸汽放电灯设置在反射体内，这种放电灯的可见光辐射被减少或者被阻挡并且近红外线辐射相对增多，光线控制部件比如透镜或者灯罩设置在反射器的开口部位。
光线控制部件控制从放电灯发出的可见光和近红外线辐射，从而提供了预定的光分配，并且防止反射器内的放电灯被打破或者被例如尘土弄脏。
光线控制部件并没有被限定为只是一种用于控制辐射分布的部件，也包括，例如，用于保护放电灯和反射体的灯罩。
聚光灯可以发射出从近红外线区到可见光区范围内的很宽的波长范围内的光线，并且可以应用在安装在室内或者室外的照明或者监控系统中，或者作为车辆的前灯，例如汽车或者火车。
例如，聚光灯可以与近红外线摄像系统相结合，其中聚光灯的放电灯向物体(人)发射近红外光线，近红外线摄像系统对于近红外线区的光线具有敏感性，它可以捕捉到从物体反射回来的近红外光线并且可以识别。
这种近红外线摄像系统可以在金融机构，保卫机构，机场，高速公路等等出于安全的考虑对来访者的来往情况进行记录、并且/或者监视/检测入侵者。
根据第二实施例的聚光灯的特征在于，其中可见光阻挡滤光器设置在光线控制部件的前和后表面的至少一个之上。
为了进一步提高红外线辐射的比率，光线控制部件可以通过加入一些减少或者阻挡可见光区的物质来形成。可选择的，光线控制部件的表面可以由具有多层干扰薄膜的可见光区阻挡滤光器来形成。也可以，将这种可见光区阻挡滤光器粘贴到光线控制部件的内部或者外部表面上。
可见光区阻挡滤光器可以相对于光线控制部件固定或者可移动。
根据本发明第三实施例的聚光灯特征在于，将第一或第二实施例中的聚光灯安装在车辆中。
装配了聚光灯的车辆可以使用聚光灯作为前灯，可发射出可见光和红外光线两种光线。车辆前灯用红外光线照亮物体(人)，CCD摄像机或者红外线检测系统等接收到从物体(人)反射回来的红外光线并形成物体的图像。司机通过图象、对于障碍的警报指示器等，识别路上有障碍(人)，因此可以快速存取措施。
这种前灯适合用作额定功率为100瓦或者小于100瓦的车辆前灯，也可以利用红外线辐射仅仅用于监视，或者既利用可见光辐射照明又同时利用红外线辐射进行监视。当然，即使灯被专门用于利用红外线辐射进行监视，也可能发射出一些可见光线。
根据本发明的第四实施例的聚光灯的特征在于具有可见光阻挡装置，用于在远光模式下阻挡可见光辐射并使红外线辐射通过；以及用于在短焦距光模式下，在灯的辐射方向上移走可见光阻挡装置的装置。
当前应用在大多数车辆中的四灯系统中，一对卤素灯在远光模式下被用作光源，并且一对金属蒸汽放电灯在短焦距光模式下被用作光源。
在发明实施例中，金属蒸汽放电灯在远光模式下点亮，可见光阻挡装置阻挡可见光，从而使得红外线识别装置感测红外光线。结果，位于车辆一定距离处的行人在没有感到刺眼时就被注意到了。
当聚光灯转换到短焦距光模式时，可见光阻挡装置被移走，发射出作为短焦距光的可见光。在这种情况下，当模式转换到短焦距光模式时，通常应用在远光灯模式下的卤素灯可以被临时应用在短焦距光的模式下。
在两灯系统中，这种情况中只有放电灯被设置在车辆相对的两端，这些灯可以以下列方式应用。在远光模式下，可见光作为远光来发射。此时，为了抑制刺眼的感觉，可以进行光线调节或者改变灯的本身。在短焦距光模式下，可见光阻挡装置被操作用于阻挡可见光，因此操作红外线识别装置。在这种情况下，如果可见光辐射没有被阻挡，则CCD摄像机所拍到的图像将会被晕光弄模糊。这是因为通常的CCD摄像机对于可见光也具有很高的感光度，参见图8。如果降低CCD摄像机的监视水平来避免上述情况，那么它的红外线识别能力也会降低。在短焦距光模式下，可见光可以作为短焦距光来应用，不需要移走可见光阻挡装置。
“可见光阻挡”这种表述含义是“可见光的完全阻挡”或者“可见光的减少”。
根据本发明的实施例的金属蒸汽放电灯照明装置特征在于，具有第一到第八实施例中任一种金属蒸汽放电灯；并且具有一照明电路，其在金属蒸汽放电灯点亮后，提供一种三倍或者更多倍于额定灯电流的电流，并随着时间的推移减小电流。
在发明的实施例中，具有上述组成的照明电路满足例如车辆前灯所需要的光通量的启动特性和红外线辐射的要求。照明电路还可以由交流电流或者直流电流中的任一个来操作。这里引用USP 6,353,289来作为照明电路的参考。
本发明另外的目的和优点将在接下来的描述中指出，其中一部分可以直接从叙述中获知，或者也可以在实践发明中展现。本发明的目的和优点依靠在下文中特别指出的手段和组合来实现和得到。
包括在内并且构成说明书一部分的附图示出了发明的实施例，并且它与前面所作描述，以及将在下面给出的对于实施例的具体描述用作对本发明原理进行说明。
图1是示出根据本发明一个实施例的金属蒸汽放电灯的正面视图；图2是示出根据本发明以CsI密封的辐射管(1A)的光谱分布(300到2000纳米)的曲线图；图3是示出根据本发明以KI密封的辐射管(1B)的光谱分布(300到2000纳米)曲线图；图4是示出根据本发明以(NaI+ScI3+Hg+CsI)密封的辐射管(2A)的光谱分布(300到2000纳米)的曲线图；图5是示出根据本发明以(NaI+ScI3+Hg+KI)封闭的辐射管(2B)的光谱分布(300到2000纳米)的曲线图；图6是示出根据本发明实施例的聚光灯(车辆前灯)的纵向局部剖视图；图7是示出用于对感测由车辆前灯发射的近红外光波长的红外线摄像系统进行说明的示意图；图8是示出CCD摄像机的感光度特性的曲线图；以及图9是示出以(NaI+ScI3+Hg)气体密封的常规发光管的光谱分布(300到2000纳米)的曲线图。
具体实施例方式
参照图1，描述发明的第一实施例。图1是示出双管结构的单头金属管状灯泡L1的正视图，其中，由金属蒸汽放电灯形成的发光管气密地容纳在外管中。
在放电灯L1中，例如由诸如短弧形的较小的金属蒸汽放电灯形成的发光管L被气密地容纳在外管4中。
图1中，参考符号1表示难熔、透光的气密灯泡，它在中间位置处具有一个膨胀的大体上呈球形或者椭球形腔11。通过融化并压制玻璃管部分形成的一对密封部分12设置在腔11的两个相反端。
每一个密封部分12气密地包含着由诸如钼形成的金属片21。主要由钨形成的电极棒22从每一个金属片21的一端伸进腔11，同时由例如钼形成的并延伸到灯泡1外部的外部导线23采用例如焊接的方式连接到每一个金属片12的另一端。电极棒22各自的尖端作为放电电极3，并且在腔11中以一个预定的空隙相对。
腔11密封有作为放电介质的金属卤化物以及预定的稀有气体，后面会进行说明。此外，外管4是石英玻璃圆柱，并且具有一个接合部分41，在接合部分41上灯泡1的一端通过例如加热/收缩与外管4形成为一个整体，灯泡1相对的另一端包含在灯泡内。所述的焊接可以气密地进行，从而使外管4包括真空或者稀有气体环境，或者可以不密封进行焊接，从而使外管4与外部气体连通。
大体上呈矩形形状的金属套(metal casing)5设置在圆柱形外管4较低的一端，从而使金属套5的侧面围绕着所述的较低的一端。金属套5与外管4进行接合，从而通过使它们的边缘(未示出)相互焊接，使金属壳5围绕外管4。此外，确保设置在金属套5上的多个薄片(未示出)通过焊接，处于固定组件(未示出)的上表面。
参考符号7表示，具有一个主单元71的灯座(cap)，所述的主单元71具有三个外直径，并且包括由耐热、电绝缘合成树脂材料比如聚苯氨或者聚乙烯酰亚胺形成的大直径法兰部分72、主单元部分73、以及小直径端子形成部分74。上述带有外管4的金属套5与固定组件(未示出)一起安装在主单元71形成的开口(未示出)中。因而得到的结构通过机械接合手段或者耐热粘合剂来固定。
从外管4的上端引出的外导线23与导线25连接。导线25穿过灯座7上的导孔，并与设置在端子形成部分74上的盘形端子部分78连接。另一方面，从较低端引出的外导线23连接到设置在端子形成部分74中的针形(pin-shaped)端子部分79上。参考符号26表示由例如陶瓷材料形成的绝缘管，它覆盖在导线25的暴露部分上。
在定位了放电电极3，灯座7的法兰部分72等之后，使外管4和灯座7相互固定。
在本实施例的金属蒸汽放电灯L1中，当灯座7连接到与具有诸如镇流器(ballast)的照明电路装置连接的插座(未示出)，并打开开关时，通过外导线23、以及也作为内部导线的金属片21和电极棒22，将预定电压施加到放电电极3上，其中所述的外导线23、金属片21和电极棒22与端子部分78和79进行电连接(外导线23之一经导线25进行电连接)。作为施加电压的结果，在发光管1中的电极3之间发生放电，并且通过照明电路装置可以进行稳定的照明。
现在将对上述实施例中的放电灯进行更详细地说明。
实例1在下面的表1中，1A-1D表示包含在近红外线区(750-1100纳米)表现出相对高的辐射功率(输出)的物质的灯(发光管L)。在每一个发光管L中，额定功率为35瓦，包括两端的密封部分12的气密灯泡的整个长度大约为50毫米，具有中间部分膨胀的大体上呈椭球形的腔11的最大直径部分的外部和内部直径分别为大约6毫米和大约2.7毫米，腔11的内部容积为大约0.05立方厘米，放电电极对3以大约4毫米的距离彼此相对。
此外，发光管L(1A-1D)的腔11充满如表1所示的物质并且不含有水银。表1说明了每一个发光管L(1A-1D)在可见光区V(380-780纳米)以及近红外线区R(750-1100纳米)的辐射功率输出(W)，以及功率比V/R。表1中的1H表示35瓦的传统卤素灯泡，以便于比较。
表1
图2图示了表1中发光管1A(以CsI密封)的光谱分布(300到2000纳米)特性(横坐标表示“波长”(纳米)，纵坐标表示“相对辐射功率”)。从图2可以知道，发光管1A输出的大部分光处于800-1000纳米的近红外线波长范围内，即大约900纳米左右。
图3图示了表1中发光管1B(以KI密封)的光谱分布(300到2000纳米)特性(横坐标表示“波长”(纳米)，纵坐标表示“相对辐射功率”)。从图3可以知道，发光管1B输出的大部分光是波长为766.4和769.8纳米的钾(K)的光。
此外，发光管1C(以RbI密封)发射出在770-800纳米的近红外线波长范围内的强光(它的光谱分布特性没有示出)。
从表1可以明显的知道，发光管1A-1D在近红外线区的辐射功率要比可见光区的辐射功率高很多，当发光管处于发光状态的时候，辐射功率输出的大部分处于近红外线区。此外，管1A-1E的辐射功率要比传统的卤素灯泡1H高大约40％。
实例2在下面的表2中，2A-2G表示包含在可见光区(380-780纳米)与近红外线区(750-1100纳米)之间表现出几乎相同的辐射功率(输出)的材料的灯(发光管L)。这些灯同时适用于既可以作为用于前灯的照明灯光源又可以作为用于红外线识别装置的红外线光源，这将在后面进行说明。
在每一个发光管L中，额定功率(输入)为40瓦，包括两端的密封部分12的气密灯泡的整个长度大约为50毫米，具有中间部分膨胀的大体上呈椭球形的腔11的最大直径部分的外部和内部直径分别为大约6毫米和大约2.7毫米，腔11的内部容积为大约0.05立方厘米，放电电极对3以大约4毫米的距离彼此相对。
此外，发光管L(2A-2G)的腔11密封有如表2所示的物质。
表2
图4图示了表2中出现的发光管2A(以NaI+ScI3+Hg+CsI+Xe密封)的光谱分布(300到2000纳米)特性。相似地，图5图示了表2中发光管2B(以NaI+ScI3+Hg+KI+Xe密封)的光谱分布(300到2000纳米)特性。
发光管2A在可见光区显示出与传统的灯泡2H相同的特性，并且在近红外线区显出与前述发光管1A相同的特性。此外，发光管2B在可见光区显示出与传统的灯泡2H相同的特性，并且在近红外线区显出与前述发光管1B相同的特性。
此外，在发光管2A-2C以及2H中，密封的水银(Hg)在可见光区发射出较弱的光线。作为选择，发光管2D-2G密封了碘化锌(ZnI2)作为水银(Hg)的替代。因此，在发光管2D-2G中，锌(Zn)在可见光区发射出较弱的光。
如上述，由于Hg和Zn在可见光区不会对光谱分布作出很大的贡献，因此发光管2A-2C以及2H的光谱特性与发光管2D-2G是相似的。
表3说明了每一个发光管L(2A-2G)在可见光区V(380-780纳米)以及近红外线区R(750-1100纳米)的辐射功率输出(W)，功率比V/R，以及总的光通量值。表2中的2H表示用于比较的、35瓦的传统放电灯。
表3
从表3可以知道，如果在近红外线区的辐射功率(输出)增加，则在可见光区的辐射功率(输出)就会减小，但是在从可见光区到近红外线区范围内的区域(380-1100纳米)中的辐射效率却提高了。因此，可见光辐射功率(输出)的减小程度相对于近红外线区辐射功率的增加程度并不是很高。
例如，车辆前灯要求总光通量为2000lm或者更多，理想情况是2500lm或者更多。因此，尽管设置的发光管(2A-2H)具有相同的尺寸，但是将每一个所述的管L(2A-2G)的输入都设置在40瓦。
然而，尽管事实上在所述的管2A-2G上的负荷因而加大，但管2A-2H几乎具有相同的寿命。这是因为钾K，铯Sc，铷Rb等需要较低的电离电压，这就降低了电弧放电所需要的电弧温度。
使用如上所述的材料可以获得大量的近红外线辐射，而不会极大地降低总的光通量。这意味着利用单一的灯，可以实现可见光辐射和近红外线辐射。
需要将发光管(灯)(这种灯同时发射可见光和近红外光)在可见光区(380-780纳米)的总辐射功率(输出)与在近红外线区(750-1100纳米)的总辐射功率之间的比率限制在0.5∶1到4.0∶1的范围内。当比率为0.5∶1时，如果向所述的灯提供40瓦的功率，则该灯在近红外线区提供大约为1900lm的总的光通量、以及10瓦或者更大的总辐射功率输出。这是令人满意的。为了获得2000lm或者更大的光通量值，则要将额定功率设置得大于40瓦。
此外，当该比率为4.0∶1的时候，如果向所述的灯提供60瓦的功率，则可以获得大约5瓦的近红外线辐射功率输出。
参见图6，将说明根据本发明实施例的聚光灯。该聚光灯是一种作为车辆前灯的灯具8。图6是前灯的纵向局部剖视图。图中，与图1相似的部分用对应的参考符号表示，并且对其不再详细描述。
图6中，参考符号81表示反射器(反射镜)，该反射器是通过将由例如铝形成的反射薄膜(未示出)贴附到由耐热合成树脂，硬质玻璃或者金属片形成的反射体82的内表面上而形成的。光线控制部件83被设置在反射体81的前部开口处，该光线控制部分83由被设计成具有预定的光线分布特性的透镜来表示。
将上述放电灯L1的法兰部分72插入并且定位在设置于反射体82的背表面的中部上的固定器(holder)84的通孔内。结果，由固定器84通过弹性构件85，从后面固定法兰部分72，从而完成了整个灯具8。
在如上所述结构的灯装置8中，由于使用了在光源部分和灯座7之间具有高精度的尺寸和位置关系的灯L1，因此当插座9连接到灯座7上，并且由通过插座9连接的照明电路装置使灯具发光时，可以获得变化范围较小的预定光分布特性。
图7是说明用于感测由车辆前灯发射的近红外线波长光的红外线摄像系统的示意图。
在图7中，参考符号7A表示从作为车辆前灯的灯具8中设置的作为实例1的放电灯L1发射出的光的模式，参考符号M表示距离车辆大约100米远并且被车辆的前灯8照到的、正在路R上行走的行人。参考符号61表示设计成可以感测到400-1200纳米辐射的CCD摄像机，参考符号62表示用于显示由CCD摄像机61拍摄到的图像的监视器，以及参考符号63表示利用诸如声音警示有行人M正在经过的报警器。
此外，参考符号8F表示滤光器，用于滤除可见光，并使近红外光通过。这个滤光器可以与在远光(high beam)和短焦距光(low beam)之间切换同步地进行开关操作。
CCD摄像机61是公知的装置，具有如图8所示的感光度特性。图8中，横坐标表示光的波长(纳米)，纵坐标表示对应于感光度的电压(伏)。所示的感光度对应于对近红外光辐射高度敏感的实例1或者2的放电灯L1的感光度。
例如，假定在夜间行车的时候，车辆从前灯8的放电灯L1中发光，所述的灯具有和实例1相同的光谱分布特性，灯照射到的物体被CCD摄像机61拍摄下来，然后显示在监视器62上，并且由司机进行监视。
如果在前方的路段R上没有任何阻碍，就显示路段本身。然而，如果，例如，一个行人M正在穿过路R，近红外光线就会照在行人M的身上，CCD摄像机61捕捉到图像并在监视器62上显示，因此提醒司机注意到行人并为了避免发生事故采取例如减速的措施。
司机可以借助于由警告信号发生装置63产生的警报以及显示在监视器62上的图像获知有障碍、行人等等。此外，这些信息也可显示在车辆导航装置的屏幕上。
落在CCD摄像机广泛使用的范围内的、由实例1中的放电灯L1发射的近红外光线的波长显示出很高的感光度。因此，当实例1中的放电灯L1作为如图7所示的红外线摄像装置的光源应用的时候，红外线摄像装置的识别范围要大于利用通常的卤素灯泡1H的情况。
具体地说，当采用卤素灯泡1H时，识别的范围大约是90米。另一方面，当采用实施例中的放电灯1A-1D的时候，识别范围是大约180米，也就是，增加一倍。这使得司机很快地清楚状况以避免事故的发生。
此外，卤素灯1H的寿命大约是800小时，然而放电灯1A-1D即使被频繁地开关寿命却是3000小时或者更长，因此很有效地减少维护费用和工作量。
如上所述，发射近红外线的放电灯1A-1D非常适合于CCD摄像机的感光度特性，可以在例如红外线摄像装置中作为寿命长，容易维护的光源应用。
并且，由前述实例2中的放电灯L1发射的光线在可见光区和近红外线区都具有很高的亮度。因此，实例2中的放电灯L1可以同时作为照射明亮的可见光的车辆前灯，以及用于例如红外线摄像装置的光源。这比一个光源要么作为前灯要么作为用于红外线摄像装置的光源具有更多的有利条件。
实施例的放电灯可以制造得更小巧，并由于电极不具有卷绕的灯丝，它们显示出对振动和碰撞的更强的抵抗性。因此，它们相对于前面提到过的日本专利申请KOKOKU公开号No.4-70736中公开的低压气体放电灯，可以制成更小巧紧凑，寿命更长长的聚光灯，该聚光灯具有高效率以及对振动具有较强的抵抗性。
此外，如果实施例的放电灯L1作为前灯的副灯应用或者作为用作近红外线辐射的光源，则可以采用可见光阻挡滤光器，它是通过在气密管1或者光线控制部件83的材料中混合用于减少或者屏蔽可见光的物质得到的。可替代的，可以在密闭管1或者光线控制部件83的表面覆盖一层由可以减少或者阻拦可见光的物质构成的薄膜，或者覆盖多层干涉薄膜。
用于减少或者阻拦可见光的滤光器可以固定在光线控制部件83的辐射侧。
此外，可以设置可移动的滤光器，使其可以在两个位置之间移动，一个位置是灯用作发射可见光的前灯处，一个位置是灯发射红外线光处。例如，如图6中的虚线所示，片状滤光器8F设置在光线控制部件83和放电灯L1之间。在这种情况下，片状滤光器8F可以垂直设置，以便获得红外线辐射，也可以水平设置，以便获得可见光辐射。片状滤光器8F也可以是可折叠的，从而可以打开或者折叠，以便分别用于使光屏蔽或者使光通过。
如果实施例的放电灯L1既用作前灯又用作近红外线辐射的光源，或者作为既有远距离辐射又有近距离辐射的前灯，则放电灯可以在可见光过滤位置和标准位置之间移动。在这种情况下，放电灯可以被电磁阀或者由发动机产生的负压容易地移动。
本发明并不局限于上面描述的实施例。例如，尽管在实施例中，红外线照像系统应用在诸如汽车的车辆的前灯中，它也可以应用在金融机构，机场，高速公路等的安全系统中。
对于本领域的技术人员，另外的优点和修改是易于理解的。因此，本发明稍宽的范围不局限在文中指出或者描述的特定细节和那些典型实施例中。因此，在不脱离如由所附的权利要求及其等价物所限定的本发明包含的精神或范围的情况下，可以进行各种修改。
权利要求
1.一种金属蒸汽放电灯，其特征在于，包括难熔且透光的密封容器(1)；一对安装到所述密封容器上的电极(3)；密封在所述密封容器中的放电介质，放电介质包含有卤化物、稀有气体、以及基本上不使用的水银；以及从金属蒸汽放电灯发射的大部分光具有近红外线波长(750-1100纳米)。
2.如权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征在于卤化物包括辐射近红外线波长(750-1100纳米)光的钾(K)，铯(Cs)，以及铷(Rb)中至少一种的卤化物。
3.如权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征在于还包括可见光阻挡滤光器。
4.如权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征在于金属蒸汽放电灯的额定功率是100瓦或者更小。
5.如权利要求1所述的金属蒸汽放电灯，其特征在于所述电极对之间的距离落在1毫米到6毫米之间的范围内。
6.一种金属蒸汽放电灯，其特征在于，包括耐火且透光的密封容器(1)；一对安装到所述密封容器上的电极(3)；密封在密封容器中的放电介质，所述的放电介质包含第一卤化物和稀有气体，第一卤化物包括发射可见光(380-780纳米)的钠(Na)、钪(Sc)、以及稀土金属中至少一种的卤化物；以及可见光辐射功率(380-780纳米)与近红外线辐射功率(750-1100纳米)的比率落在0.5∶1到4.0∶1的范围之内，该可见光辐射功率和近红外线辐射功率是当金属蒸汽放电灯处于发光状态时的输出功率。
7.如权利要求6所述的金属蒸汽放电灯，其特征在于所述的放电介质包括第二卤化物，其产生相当高的蒸汽压力，第二卤化物是发射出比第一卤化物金属发出的可见光量少的、可见光的金属中的至少一种的卤化物；第三卤化物，其包括发射近红外光线的金属中的至少一种金属的卤化物；以及放电介质基本上不使用水银。
8.如权利要求6所述的金属蒸汽放电灯，其特征在于放电介质包括发射近红外线波长(750-1100纳米)光的钾(K)，铯(Cs)，以及铷(Rb)中至少一种的卤化物。
9.如权利要求6所述的金属蒸汽放电灯，其特征在于还包括可见光阻挡滤光器。
10.如权利要求6所述的金属蒸汽放电灯，其特征在于金属蒸汽放电灯的额定功率是100瓦或者小于100瓦。
11.如权利要求6所述的金属蒸汽放电灯，其特征在于所述电极对之间的距离落在1毫米到6毫米之间的范围内。
12.如权利要求6所述的金属蒸汽放电灯，其特征在于稀有气体是氙，5个大气压或者多于5个大气压的氙被密封在密封容器中。
13.一种聚光灯，其特征在于，包括反射器(81)；如权利要求1-12中任一项所述的金属蒸汽放电灯(L1)，金属蒸汽放电灯设置在反射器上；以及光线控制部件(83)，其覆盖在反射器的前表面上。
14.如权利要求13所述的聚光灯，其特征在于所述的聚光灯安装在车辆中用作前灯。
15.如权利要求13所述的聚光灯，其特征在于还包括可见光阻挡装置(8F)，用于在远光模式下阻挡可见光并使近红外线光通过；以及，在短焦距光模式下，从金属蒸汽放电灯的辐射方向上移走可见光阻挡装置的装置。
16.如权利要求13所述的聚光灯，其特征在于还包括可见光阻挡滤光器(8F)，其设置在光线控制部件的前和后表面的至少一个上。
17.如权利要求16所述的聚光灯，其特征在于聚光灯装在车辆上，用作前灯。
18.如权利要求17所述的聚光灯，其特征在于可见光阻挡滤光器(8F)在远光灯模式下，阻挡可见光并使近红外线光通过，并且还包括在短焦距光模式下，从金属蒸汽放电灯的辐射方向上移走可见光阻挡滤光器的装置。
19.一种金属蒸汽放电灯照明装置，其特征在于，包括如权利要求1-12中任一项所述的金属蒸汽放电灯；以及照明电路，在金属蒸汽放电灯点亮后，提供三倍或者更多倍于额定的灯电流的电流，再随着时间的推移减小电流。
全文摘要
公开了一种金属蒸汽放电灯，它的近红外线辐射强于常规的高压放电灯，一种采用了上述放电灯的聚光灯，以及一种金属蒸汽放电灯照明装置。金属蒸汽放电灯包括耐火透光的密封容器(1)，安装在密封容器(1)上的一对电极(3)，以及密封在密封容器(1)中并且包含着卤化物和稀有气体的放电介质。当放电灯处于开状态时发射的大部分光线具有近红外线波长(750－1100纳米)。
文档编号H01J61/18GK1497658SQ20031011961
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月8日 优先权日2002年10月8日
发明者石神敏彦, 三, 上村幸三, 松田干男, 男, 蛭田寿男, 佳, 高西宏佳, 井上英夫, 夫 申请人:哈利盛东芝照明有限公司, 东芝照明技术株式会社