(57)【要約】【課題】自動車のヘッドランプ用途に適したコンパクトな水銀フリー高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを提供する。【解決手段】水銀フリー高輝度放電（ＨＩＤ）ランプは、アーク・チャンバを画定する透明なエンクロージャ内に封止された一対の離間に配置された対向電極を有する。外部の透明なエンベロープは、第１および第２のテクスチャ加工された光散乱ストライプを、その内部表面上の実質的に反対側に有し、これらは一方の電極から他方の電極へ連続的に延びている。ストライプによって、アーク放電像の断面輝度分布が広がり、アーク像がより真っ直ぐになる一方で、光散乱損失が最小限に保たれるため、アーク・ピーク輝度は下がっても依然として望ましいレベルにある。他のバージョンでは、幅がより狭い複数のテクスチャ加工された光散乱ストライプを用いて、幅がより広い単一の光散乱ストライプの代わりにする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀フリー高輝度ガス放電ランプであって、
（ａ）一対の離間に配置された対向電極が内部に設けられ、放電チャンバを画定する放電容器と、
（ｂ）前記放電容器内に充填されたイオン化可能な充填材料と、
（ｃ）前記放電容器の周りに配置された外部エンベロープであって、前記外部エンベロープの内面上に形成された少なくとも１つの光散乱ストライプを有し、前記光散乱ストライプは、前記ランプの通電状態時に前記放電容器の前記２つの対向電極間に生じるアーク放電に略平行に、かつ前記一対のうちの一方の電極の領域から他方の電極の領域に連続的に延び、幅が前記外部エンベロープの最大横断寸法の約０．５〜１５％の範囲にある、外部エンベロープと、を備えるランプ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプによって、アーク放電像の断面輝度分布は、前記アーク放電像の前記断面輝度分布関数のピーク輝度の２０％点間の距離として画定される幅Ｓが、約０．７〜１．５ｍｍの範囲になるように変更される請求項１に記載のランプ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプによる光散乱の程度は、前記断面アーク放電像の前記ピーク輝度が約３０メガ・カンデラ／ｍ2以上となるように制御される請求項１に記載のランプ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプによる光散乱の程度は、前記断面アーク放電像の前記ピーク輝度が約５０メガ・カンデラ／ｍ2以上となるように制御される請求項１に記載のランプ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプによる光散乱損失は、約５パーセント（５％）未満に抑えられる請求項１に記載のランプ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプによる光散乱損失は、約３パーセント（３％）未満に抑えられる請求項１に記載のランプ。
【請求項７】
前記放電チャンバ内の前記２つの対向電極間の実質的に中間で測定される前記アーク放電像の曲がりの程度が、前記少なくとも１つの光散乱ストライプが前記外部エンベロープ上にない場合のランプ内の前記アーク像の曲がりと比べて、約１０〜３０％の範囲の量だけ減少する請求項１に記載のランプ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプは複数の光散乱ストライプを含む請求項１に記載のランプ。
【請求項９】
自動車のヘッドランプ用の水銀フリー高輝度ガス放電ランプであって、（ａ）一対の離間に配置された対向電極が内部に設けられ、放電チャンバを画定する放電容器と、
（ｂ）前記放電容器内に充填されたイオン化可能な充填材料と、
（ｃ）前記放電容器の周りに配置された外部エンベロープであって、前記外部エンベロープの内面上にそれぞれ形成された第１および第２の光散乱ストライプを有し、前記第１および第２の光散乱ストライプは、前記ランプの通電状態時に前記放電容器の前記２つの対向電極間に生じるアーク放電に略平行に、かつ前記一対のうちの一方の電極の領域から他方の電極の領域に連続的に延び、前記外部エンベロープの円周上で実質的に反対側に配置される、外部エンベロープと、を備える放電ランプ。
【請求項１０】
前記外部エンベロープの円周上の実質的に反対側に配置された前記第１および第２の光散乱ストライプの一方は、他方から、前記略管状の外部エンベロープの実質的に円形断面の幾何学的中心点で測定される中心角の範囲を定める量によって、対向する１８０度（１８０°）方向から約１５度（１５°）だけずれている請求項９に記載の放電ランプ。
【請求項１１】
前記第１および第２の光散乱ストライプは、幅が前記外部エンベロープの最大横断寸法の約０．５〜１５パーセント（％）である請求項９に記載の放電ランプ。
【請求項１２】
前記第１および第２の光散乱ストライプはそれぞれ、幅が短い複数の光散乱ストライプを含む請求項９に記載の放電ランプ。
【請求項１３】
水銀フリー高輝度ガス放電ランプ中のアーク放電像を拡散して真っ直ぐにする方法であって、
（ａ）放電容器を用意して、イオン化可能な充填材料が充填された放電チャンバを内部に形成し、一対の離間に配置された対向電極を内部に配置することと、
（ｂ）前記放電容器の周りに外部エンベロープを配置することと、（ｃ）前記外部エンベロープの内面上に少なくとも１つの光散乱ストライプを形成して、前記少なくとも１つのストライプを、前記ランプの通電状態時に前記放電容器の前記２つの対向電極間に生じるアーク放電に略平行に配向し、前記少なくとも１つのストライプを、前記一対のうちの一方の電極の領域から他方の電極の領域に連続的に延び、幅が前記外部エンベロープの最大横断寸法の約０．５〜１５％となるように構成することと、を含む方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプを形成するステップは、前記アーク放電像の断面輝度分布を、幅Ｓ（前記アーク放電像の前記断面輝度分布関数のピーク輝度の２０％点間の距離として画定される）が約０．７〜１．５ｍｍの範囲となるように変更することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプを形成するステップは、前記断面アーク放電像の前記ピーク輝度が約３０メガ・カンデラ／ｍ2以上となるように光散乱の程度を制御するように前記少なくとも１つのストライプのテクスチャを構成することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプを形成するステップは、前記断面アーク放電像の前記ピーク輝度が約５０メガ・カンデラ／ｍ2以上となるように光散乱の程度を制御するように前記少なくとも１つのストライプのテクスチャを構成することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプを形成するステップは、前記光散乱損失を約５パーセント（５％）未満に抑えるように前記少なくとも１つのストライプのテクスチャを構成することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプを形成するステップは、前記光散乱損失を約３パーセント（３％）未満に抑えるように前記少なくとも１つのストライプの前記テクスチャを構成することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプを形成するステップは、前記少なくとも１つのストライプの前記テクスチャを、前記放電チャンバ内の前記２つの対向電極間の実質的に中間で測定される前記アーク放電像の曲がりの程度を、前記少なくとも１つの光散乱ストライプが前記外部エンベロープ上にない場合のランプ内の前記アーク像の曲がりと比べて約１０〜３０％の範囲の量だけ減少させるように構成することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの光散乱ストライプを形成するステップは、前記少なくとも１つのストライプを幅が短いストライプの集合として構成する複数の光散乱ストライプを形成することを含む請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、コンパクトな水銀フリー高輝度放電（ＨＩＤ）ランプに関し、特に、自動車のヘッドランプ用途を対象としたコンパクトなＨＩＤランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、一般照明に対する高輝度放電ランプ、また同様に、自動車のヘッドランプ用途に対するＨＩＤランプでは、望ましいランプ電圧およびランプの光束ならびに発光放電アーク体積の空間輝度分布および放出光のスペクトル・パワー密度分布を得るために、水銀が用いられてきた。自動車用途の場合、アーク輝度の適切な空間分布（簡単なアプローチでは、アーク幅、アーク曲がり、およびアーク長）が、夜間の車両運転中に車のヘッドランプから出される必要な前方道路照明を得るための最も重要な特性の１つである。
【０００３】
しかし、このような放電ランプを製造する際に水銀を使用することをやめて、製造中に有毒物質にさらされる危険を最小限にすること、およびこのようなランプを使用しなくなって廃棄する際にまたは事故が発生して有毒物質が不慮に流出した場合に、このような有毒物質が不必要に分散することを防止することが望まれている。
【０００４】
これまで、高輝度放電ランプ中の水銀に取って代わる試みが複数あった。最新の水銀フリーＨＩＤランプの基本的な初期および寿命中の光学特性は、その水銀含有対応物の光学特性に近づいている。しかし、その技術要求のすべてを完全に満たすことはできない。一例として、水銀フリー高輝度放電ランプは、水銀充填の高輝度放電ランプ内に存在するアークよりも細くて湾曲したアーク幾何学的形状を有する放電アークを示すことが分かっている。
【０００５】
加えて、放電チャンバ内の離間に配置された対向電極間のアークの長さに沿った水銀フリー放電アークのアーク輝度分布の断面は、依然として、強度がより高い「焦点」または局所化領域を、電極に隣接する領域内に含んでいる。図５に、水銀フリー高輝度放電アークの軸方向のアーク中心線温度分布に対する例を示す。アークの中央領域が約５０００〜６０００Ｋの温度に達するのに対して、アークの端の領域、すなわち電極に隣接する領域では、急上昇して７０００〜８０００Ｋの温度に達することが分かる。
【０００６】
したがって、水銀フリー放電ランプ内での放電アークの横方向および軸方向の両方の空間輝度分布をレベルを同じにする方法または手段を提供することが求められている。このような水銀フリーＨＩＤランプから「均質化された」アーク輝度分布が得られれば、ミラー・リフレクタまたはレンズを用いることによってアークからの光線を集束ビームに分布させるのに必要な光学系が著しく単純になるであろう。
【０００７】
図１を参照して、自動車のヘッドランプ用途に対する道路表面の望ましい照明の領域を、「ロー・ビーム」または「すれ違いビーム」照明モードに対して示す。このタイプの道路照明は、シャープな明から暗への遷移、すなわち対向車線の方向における水平線に沿った「カット・オフ・ライン」（ラインＡ）、および走行車両車線の方向において約１５°の量だけ上方に傾くラインに沿った別の「カット・オフ・ライン」（ラインＢ）を有する。図２を参照して、走行車両からの水銀フリー・アーク放電ヘッドランプの典型的な照明レベルを、「ロー・ビーム」モード・ヘッドランプ動作に対して示す。最も暗い領域が最大照度の領域を示している。図３に、走行車両の望ましい「ハイ・ビーム」または「ドライビング・ビーム」ヘッドランプ動作モードに対する典型的な照明分布を示す。最大照度を最も暗い陰影において示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０１４５６２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したように、アークからの光線によって構成される望ましいアーク像空間輝度分布を得ることを、ランプのコストを著しく増加させることなく高輝度アーク放電ランプの製造に容易に取り入れられる方法で行なうために、水銀フリー放電アークの湾曲および細さの増大を補償することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示では、コンパクトな高輝度水銀フリー・アーク放電ランプ、特に、自動車のヘッドランプ用途に適したランプであって、第１のテクスチャ加工された光散乱ストリップまたはストライプを、外部エンベロープまたは外部バルブの内部表面の一方の側で用い、第２のテクスチャ加工された光散乱ストライプを、外部エンベロープの実質的に反対側で用い、各ストライプは放電容器の一方の電極から対向電極へ延びるランプについて説明する。テクスチャ加工された光散乱ストライプは、アーク長に沿って連続的であるとともにアーク放電に実質的に平行であり、アークの空間輝度分布をその横断面内においてより均一にする、すなわち、アーク放電像をより真っ直ぐにしてより幅広くする。同時に、テクスチャ加工された光散乱ストライプによって、電極に隣接するアークのより高温領域（しばしば「焦点」と言われる）からのアーク輝度不均一効果が減少する。
【００１１】
あるバージョンでは、第１および第２のストライプが、テクスチャ加工された表面として外部エンベロープの内部表面上に形成されて、それぞれ外部エンベロープの実質的に反対側にあり、また他のバージョンでは、２つの複数または組のストライプが、所望の間隔だけ離れて（実質的に外部エンベロープの反対側に）形成されて、設けられていても良い。
【００１２】
本開示の水銀フリー高輝度放電ランプは、テクスチャ加工された光散乱ストライプが電極間を連続的に延びるとともに放電容器の長手軸に沿ってアーク放電と実質的に平行に進むものであるが、ストライプの幅が、外部エンベロープの最大横断寸法の約０．５〜１５％の範囲である。
【００１３】
本開示の水銀フリーＨＩＤアーク放電ランプでは、アーク放電像の断面輝度分布が変更されて、アーク放電像の断面輝度分布関数のピーク輝度の２０％点間の距離として画定される幅Ｓが約０．７〜１．５ｍｍの範囲にある。さらなる優位性として、本開示の水銀フリーＨＩＤランプによって、放電チャンバ内の２つの対向電極間の実質的に中間で測定されるアーク放電像の曲がりの程度が、テクスチャ加工された光散乱ストライプが外部エンベロープ上にない場合のランプ内のアーク像の曲がりの程度と比べて、約１０〜３０％の範囲の量だけ減少する。
【００１４】
あるバージョンにおける本開示のＨＩＤランプでは、断面アーク放電像のピーク輝度が約３０メガ・カンデラ／ｍ2以上となるように光散乱の程度を制御下に維持するストライプが提供され、別のバージョンでは、約５０メガ・カンデラ／ｍ2以上となるように提供される。開示内容の本実施において、あるバージョンの光散乱損失は約５％未満に抑えられ、別のバージョンでは約３％未満に抑えられている。
【００１５】
したがって、本水銀フリー高輝度放電ランプの外部エンベロープの内部のテクスチャ・ストライピングによって、アーク湾曲が最小限になり、アーク像の輝度が広がってより一様に分布して、ヘッドランプ用途に対してビームを配向フォーカスすることが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】水平方向のカット・オフ・ラインＡを伴う対向車線における望ましい照明領域と１５°のカット・オフ・ラインＢを伴う走行車線において許される照明とを示す車道の斜視図である。
【図２】「ロー・ビーム」モードの照明における道路表面上の照度分布の斜視図である。
【図３】「ハイ・ビーム」モードのヘッドランプ動作における道路表面上の照度分布を示す図２と同様の図である。
【図４】本開示による外部エンベロープの内部表面上にテクスチャ加工された光散乱ストライプを伴う水銀フリー高輝度放電ランプの長手方向の断面図である。
【図５】本開示による水銀フリー高輝度放電ランプのアーク軸に沿ったアーク長の関数としてのアーク放電中心線温度分布のグラフである。
【図６】図４の線６−６を示す部分に沿って見た断面図である。
【図７】各テクスチャ加工された光散乱ストライプがより小さい幅の複数のストライプであるときの実施形態を表わす本開示の水銀フリー高輝度放電ランプの別のバージョンの図６と同様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図４を参照して、本開示の水銀フリー高輝度放電（ＨＩＤ）ランプのあるバージョンが、全体的に１００で示されている。ランプは、アーク放電チャンバ１０４を形成する透明なエンクロージャ１０２を備えている。アーク放電チャンバ１０４は、その対向する端部に、左側電極１０６と、左側電極１０６と離間にかつ対向して配置された対応する右側電極１０８とを配置し、これらはその壁を封止配置で通って外側に延びている。電極１０６、１０８にはそれぞれ電気リード線（それぞれ１１０、１１２）が取り付けられていて、電位源（図示せず）への接続が図られている。電気リード線１１０、１１２は一般的に、アーク・チューブ端部に真空気密封止部分１１４、１１６を構成する複合部品を含んでおり、その構造は、アーク・チャンバ材料と電気リード線１１０および１１２の構成部品との熱膨張係数の不整合によって誘起されるすべての機械的応力に耐えるものとなっている。エンクロージャ１０２とチューブ１１４、１１６とは、水銀フリー・アーク放電ランプの放電容器を構成しており、外部の透明なエンベロープまたはチューブ１１８内に配置されている。エンクロージャ１０２には、イオン化可能な材料たとえば希ガス（水銀の代わりとなる好適な材料）とランプの望ましい電気および光学特性を得るための必要な他の充填成分とが、当該技術分野で知られた仕方で充填されて封止されている。
【００１８】
水銀フリー高輝度放電ランプが通電されると、アークが電極１０６、１０８間に形成される。図４において、アークを全体的に１２０で暗い陰影によって、電極１０６、１０８間の距離に沿って見られるような略湾曲した構成を有するとして示す。
【００１９】
テクスチャ加工された第１のストライプが、全体的に１２２で示され、エンベロープ１１８の内部表面に沿って形成されている。第１のストライプは、幅が参照文字「Ｗ」によって示され、テクスチャ加工された構成が、長手方向に連続して、かつ２つの対向電極１０６、１０８間に生じるアーク放電と実質的に平行に延びている。
【００２０】
図６を参照して、テクスチャ加工された光散乱ストライプ１２２を示す。ストライプ１２２は、エンベロープ１１８の断面を通る水平線に沿って配置され、同様の構成およびテクスチャの第２のストライプ１２３が、エンベロープ１１８の実質的に反対側に沿って配置されている。しかし、ストライプ１２３は、水平方向から約１５°の量だけ起きたところに配置されている。本実施においては、テクスチャ加工されたストライプを、ランダムに粗面化された表面として形成するかまたは規則的な光学格子状構造によって形成することが、満足のいくものであることが分かっている。ストライプ１２２、１２３は、幅Ｗが外部エンベロープ１１８の最大横断寸法の約０．５〜１５％の範囲である。またストライプ１２２、１２３によって、アーク放電像の断面輝度分布関数の２０％ピーク輝度点間の距離として画定される放電アーク像の幅Ｓ’が、約０．７〜１．５ｍｍの範囲に減少する。本実施において、断面アーク放電像のピーク輝度が、あるバージョンでは約３０カンデラ／ｍｍ2以上となり、別のバージョンでは５０カンデラ／ｍｍ2以上となるように、ストライプ１２２、１２３によって光散乱の程度が制御下に維持される。ストライプ１２２、１２３によって生じる光散乱損失は、約５％未満、好ましくは約３％未満に抑えられている。
【００２１】
図６の左側の図を参照して、テクスチャ加工されたストライプ１２２を通ったアーク放電像の輝度分布の図式表現を例示する。２つのプロットを示している。細い方の線は、ストライプ１２２がない場合のアーク像の輝度分布を例示しており、距離「Ｓ」は、アーク放電像の断面輝度分布関数の２０％ピーク輝度の点の幅を示している。太い方の線プロットの距離Ｓ’は、ストライプ１２２がある場合のアーク像の２０％ピーク輝度点の点間の対応する距離Ｓ’を示す。これらの２つのプロットによれば、アーク放電像の中央部分で輝度が減少していること、および中央部分に横方向に隣接する領域で輝度が上がって輝度分布が広がっていることが、図式的に例示されている。
【００２２】
図６の右側の図式表現を参照して、ストライプ１２３がない場合のアーク放電像に対して、アーク放電像の断面輝度分布関数の２０％ピーク輝度点間の幅Ｓの輝度分布の同様の表現を示し、ストライプ１２３の存在によって形成されるアーク像に対しては幅Ｓ’の分布によって示す。
【００２３】
図７を参照して、本開示の水銀フリーＨＩＤランプの別の実施形態を全体的に２００で示す。ランプは、透明な密閉エンクロージャ２０２によって形成されるアーク放電チャンバ２０３を有している。チャンバ２０３は、イオン化可能な材料が充填され、一対の離間に配置された対向電極を有している。電極の一方は２０４で示され、内部に配置されて、外部の透明なエンベロープ２０６によって囲まれている。外部エンベロープ２０６は、合計幅Ｗの一対のテクスチャ加工されたストライプ２０８、２１０が、エンベロープ２０６の内面の一方の側に形成され、少なくとも電極（たとえば電極２０４）の長さを含む距離だけ、エンベロープの長さに沿って軸方向に延びている。ストライプ２１２、２１４からなる同様の組が、エンベロープ２０６の内部表面上の反対側に、合計幅Ｗを有して設けられている。ストライプ２１２、２１４の組は、外部エンベロープ２０６の円周上の実質的に反対側に配置されているが、正確に反対の１８０度（１８０°）方向から約１５度（１５°）だけずれている。図７のバージョン２００のストライプの合計幅Ｗおよび光散乱特性は、図６のバージョン１００のそれらと同様である。図７の左側および右側の図式表現を参照して、各側面図での２つの図式表現から分かることは、ストライプ２０８、２１０および２１２、２１４によって、断面輝度分布関数の２０％ピーク輝度点間の距離としての幅Ｓ’によって示されるアーク放電像の同様の広がりが得られ、幅Ｓ’は実質的に、ストライプ２０８、２１０および２１２、２１４がない場合の高輝度放電ランプに対する幅Ｓの同様の分布よりも幅が広いということである。
【００２４】
以上、本開示の水銀フリー高輝度ガス放電ランプによって、アーク放電像として、中央のピーク輝度がわずかに減少しているが、幅がかなり広く、断面輝度分布が一様に分布しているアーク放電像が、外部エンベロープの内部に設けられた少なくとも１つのテクスチャ加工されたストライプによる光散乱によって得られる。加えて、テクスチャ加工されたストライプが一方の電極から対向電極へ連続的にかつアーク放電と平行に延びているため、より真っ直ぐなアーク像が得られるとともに、電極に隣接するアークの「焦点」または高温領域の強度が低下する。したがって、本開示の水銀フリー高輝度ガス放電ランプによって、ランプの空間アーク輝度分布を改善して、ランプを特に自動車のヘッドランプ装置に適したものにするための簡単で低コストな技術が提供される。自動車のヘッドランプ装置では、具体的に画定されたビームを、道路表面上での照明の領域および強度を制御するためのレンズまたはリフレクタによって発生させなければならない。
【００２５】
本発明を、好ましい実施形態を参照して説明してきた。明らかに、前述の詳細な説明を読んで理解すれば、変更および修正が他の者に想起される。本発明を、このような変更および修正をすべて含むものと解釈することが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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