CN103843108B - 用于汽车前照灯的金属卤化物灯和具有所述灯的前照灯 - Google Patents

Abstract

描述一种放电灯和具有放电灯的前照灯。放电灯10包括放电容器16，放电容器16具有用于产生电弧的电极20。放电容器包括具有稀有气体和金属卤化物的填充物。为了避免由放电容器内的盐池22处的散射引起的不均匀性，所述灯进一步包括漫射部分24，该漫射部分被布置成使得在水平线以下发射的光的至少一部分被漫射并且在所述水平线以上发射的光不被漫射。前照灯包括反射器32，所述反射器具有反射在水平线以上发射的光的上反射器部分36和反射在水平线以下发射的光的下反射器部分38。漫射部分24被布置成使得在下反射器部分38处反射的光的至少一部分被漫射并且使得在上反射器部分36处反射的光不被漫射。

Description

用于汽车前照灯的金属卤化物灯和具有所述灯的前照灯

技术领域

本发明涉及放电灯并且涉及包括放电灯的汽车前照灯。

背景技术

如今在汽车的前照明系统中使用高强度放电灯。光由放电容器中的电弧产生。在前照灯内，光由反射器反射从而形成所得的光分布图案。

如今在汽车前照灯中使用的高强度放电灯在放电容器内包括填充物，该填充物包括至少诸如氙气的稀有气体和金属卤化物。

US5299101描述具有布置在反射器内的作为光源的金属卤化物放电灯泡的汽车前照灯。在放电灯的工作过程中，所发出的一部分光由放电容器底部的金属卤化物沉淀物散射。为了消除由此散射导致的闪烁光，在反射器的前部开口中布置具有漫射透镜阶梯的透镜，以使通过金属卤化物沉淀物发射并由反射器的下反射表面反射的光漫射。

发明内容

本发明的一个目标在于提出用于提供所需均匀光分布图案的放电灯和前照灯。

此目标通过根据权利要求1的放电灯并且通过根据权利要求8的前照灯来解决。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。

根据本发明的放电灯包括具有用于产生电弧的电极的放电容器。在该放电容器内，存在包括诸如氙气的稀有气体和金属卤化物的填充物。

在灯的工作中，以液体形式存在的一部分金属卤化物可以沉积在放电容器的底部。从电极之间的电弧发出的光可以在因此形成的“盐池”处被散射。然而，此光学散射效应并不恒定。盐池的精确尺寸和位置可以例如因机动车辆的不同工作（诸如像不同的加速等）而变化。同样，光学散射效应可以随着灯寿命而不同，例如，由于电极的回烧。

散射效应可能导致从前照灯（除了反射器之外，还可以包括诸如遮光器和投影透镜的其他光学元件）的光学系统产生的光分布图案内的不均匀。此外，由于散射效应并不恒定，所以不易于在不会产生所得光分布图案中的明显不均匀的情况下使用从电弧发射到盐池的大致方向中的光量来设计光学系统。本发明描述与盐池的变化的几何形状、尺寸以及空间透射率无关地显著改进所得光分布图案中的均匀性的方法。

为此目的，放电灯包括用于使从电弧发出的光漫射的漫射部分。

光学漫射效应可以例如通过在灯的透明部分上（诸如在放电容器本身上或者更优选地在提供于放电容器周围的外壳上）提供粗糙表面来获得。漫射部分用以使透射穿过其的光散射。然而，与盐池处的散射效应相反，此漫射效应恒定且可靠，并且因此可以被用于设计前照灯的光学系统。光学漫射效应可以通过诸如像由喷砂处理获得的随机分布的表面修饰来实现，或者替代性地也可以通过与通常的平坦表面不同的任何规则表面图案来实现。

然而，由于与大漫射部分有关的光学漫射效应也导致失焦，所以本发明提出并非从放电灯发出的所有光都应在漫射部分处被漫射，而是漫射部分应布置成使得仅在水平线以下发出的光在漫射部分处被漫射，并且在水平线以上发出的光在相同的漫射部分处不被漫射。因此，从电弧发出的大量光（诸如，至少在水平线以上发出的光，但是优选地甚至一部分在水平线以下发出的光）在漫射部分处不经受漫射。因此，漫射部分具有的尺寸和位置允许从根据本发明的放电灯发出的光仍包括用于前照灯的光学系统的高聚焦光部分。由于该漫射部分，至少对于在水平线以下发出的光的一部分，使用（恒定）散射来获得不经受由于盐池的不同尺寸、位置和几何形状而导致的变化的光。

在本上下文中，诸如“水平”和“竖直”的参考是指反射器内用于产生通常从机动车辆前部水平发出的所得光分布图案的灯的可能取向。如技术人员将了解，通常用于汽车前照灯中的放电灯是沿水平取向工作。

根据本发明提供的在水平线以下的位置中的漫射部分不排除在其他位置（例如，在水平线以上）提供其他分离的漫射元件的可能性。

根据一个优选实施例，漫射部分是连续且定界的，即，不使从电弧发出的光漫射的非漫射部分布置在漫射部分周围。虽然在灯上可能存在用于其他目的的其他漫射零件，但是这些优选地与根据本发明的漫射部分分离。

根据放电灯的另一个优选实施例，可以在提供于放电容器周围的透明外罩壳上提供漫射部分。此外罩壳（也称为外灯泡）如今已经存在于许多放电灯中，并且用于诸如热稳定和/或紫外线过滤的目的。根据该优选实施例，在外罩壳上提供漫射部分。虽然有可能在外罩壳的内侧上提供漫射部分，但是尤其优选的是作为薄膜或涂层或作为外罩壳的外侧的表面修饰来提供。在定界漫射部分（即，具有围绕其布置的非漫射部分）的优选情况下，因此形成的漫射部分优选地是提供在表面上的漫射窗，其中围绕其的表面保持平滑且非漫射。

放电容器可以由石英玻璃制成。同样，外罩壳（如果存在）可以由石英玻璃制成。漫射部分可以作为石英玻璃的粗糙表面提供。此表面或“毛面”可以例如通过喷砂处理来提供。具体来说，优选的是通过激光处理（诸如通过用于提供粗糙表面结构的优选脉冲激光）来提供粗糙表面。在此上下文中，即使诸如孔等的表面结构以小距离彼此相邻形成，这也仍将被理解为连续的漫射部分。表面粗糙度应足够强以实现漫射效应。粗糙度Ra应在6µm以上。表面粗糙度的优选值为10-20µm。

虽然漫射部分对于消除由盐池引起的变化的光学效应有效，但是通常优选的是在漫射部分处仅提供必需的最小量散射来限制失焦。因此，通常应尽可能地限制漫射部分的尺寸，同时在所得光分布中仍获得所需的均匀性程度。

根据一个优选实施例，将漫射部分布置为提供在外壳的放电容器的下部的仅一部分上的漫射窗。因此，并非在水平线以下发出的所有光都被漫射。漫射窗优选地是在电弧周围的至少基本上圆柱形主体（诸如优选地外罩壳）上的表面区域。

漫射窗可以被布置成覆盖放电容器或外罩壳的下部，这样使得从电弧发出的通过盐池的潜在位置的所有光都被漫射。以此方式，将会消除盐池的任何不同光学效应，同时仍合理地限制散射量，并且因此维持聚焦。

然而，根据另一个优选实施例，可以更进一步限制漫射窗。这是因为如结合优选实施例将变得显而易见的，在汽车前照灯中形成的所得光分布图案中可以非常不同地使用从电弧发出的光的不同部分。在有利的反射器设计中，对于就均匀性而言的最重要区域（即，靠近光分布中心的区域）来说，不使用从电弧中心直接竖直发出的光。在这些有利设计中，用来投影到光分布图案中心的光是以与竖直方向成角度地从灯发出的。因此，根据一个优选实施例，可以轴向偏移布置漫射窗，以覆盖电极之间的一部分区域。因此，限制了漫射窗的范围，这样使得从电弧发射到下竖直方向的光的至少一部分可以从旁经过漫射部分。然而，以与下竖直方向成限定角度从电弧发出的光的一部分将通过漫射窗。正是这部分光被优选地用来产生所得光分布图案中的电弧的中心图像。

漫射窗的尺寸应足够大以在所得光分布图案中提供所需均匀性程度，但是除此以外应尽可能小。根据本发明的一个优选实施例，漫射窗具有对应于电极之间的（轴向）距离的1至3倍的轴向长度。漫射窗的宽度优选地使得以与下竖直方向成+/- 45°至+/- 85°发出的光被漫射。

根据本发明的前照灯除了如上所述的放电灯之外还包括至少一个反射器并且可选地包括诸如遮光器和投影透镜的其他光学元件。

灯布置在反射器中使得从灯发出的光由反射器反射。反射器包括不同的反射器部分，这些部分至少包括用于反射在水平线以上从灯发出的光的上反射器部分和用于反射在水平线以下从灯发出的光的下反射器部分。

灯的漫射部分被布置成使得从下反射器部分反射的光的至少一部分被漫射，并且使得在上反射器部分处反射的光不被漫射。

优选的是，前照灯提供包括明/暗截止线的所得光分布图案。这种明/暗截止线（通常水平取向，并且如技术人员所知，可以包括与水平线成限定的小角度的部分）是获得不同照明功能（诸如最重要的低光束照明）所需的。明/暗截止线在截止线以上的低强度与以下的高强度之间具有强烈对比。虽然明/暗截止线可以仅由反射器的形状产生，但是在本发明的上下文中优选的是，明/暗截止线由提供用于截止光分布的部分的边缘的遮光器产生。

根据本发明的一个优选实施例，下反射器部分包括用来形成所得光分布图案的不同部分的不同部分或区域。优选地，下反射器部分包括反射来自放电灯的光以用于形成中心图像的第一下反射器部分。中心图像是投影到靠近所得光分布的中心的区域中的电弧的反射图像。第一下反射器部分可以被界定为下反射器部分的一部分，但是轴向定位在灯底座与灯电极之间的间隙中心之间。

优选的是，漫射部分被布置成使得从灯发射到在第一下反射器部分的至少一部分处被反射的这个方向中的光被漫射。因此，将漫射部分布置在对应于用来形成中心图像的光方向的位置处。所得光分布图案的此中心区域是就不均匀性（尤其是时变不均匀性）而言最关键的。由于由漫射部分引起的散射效应恒定，所以光学系统并且尤其是反射器的形状可以优选地被设计以从电弧的漫射图像形成中心图像。因此，可以实现所得光分布图案的有利均匀中心。

由于在有利的反射器设计中，第一下反射器部分轴向布置在电极后面，所以漫射部分优选地与电极轴向偏移地布置到与灯底座较靠近的方向中。根据一个尤其优选的实施例，漫射部分的轴向位置被选择成使得其轴向延伸最多达到电极之间的间隙中心而不会超过该中心。因此，从电极之间的中心到漫射窗边缘的方向可能与下水平方向形成一个角度，该角度优选地是0°（即，漫射部分向右延伸到达中心）至10°（即，漫射部分的边缘位于与中心一定轴向距离处）。

附图说明

本发明的这些和其他方面、特征以及优点将结合附图参照优选实施例的描述而显而易见并进行阐述，附图中：

图1示出放电灯的一个实施例的侧视图；

图2a示出根据图1的灯的放电容器和外灯泡的放大图；

图2b示出图2a的放电容器和外灯泡的截面图，其中截面是沿图2a中的线B-B获得；

图3示出前照灯的一个实施例的示意性侧视图；

图4示出从图3的前照灯发出的投影在屏幕上的光分布的投影的示意图。

具体实施方式

图1示出用于机动车辆前照灯中的高强度放电灯。放电灯10包括具有机械和电接头的底座12和用于产生光、机械并且电连接到底座12上的燃烧器14。燃烧器14包括石英玻璃放电容器16，并且在该放电容器16周围提供由石英玻璃制成的圆柱形外灯泡18。

在放电容器16内，在放电空间内提供电极20，其中其电极端片以距离d轴向布置（图2a）。根据大部分汽车规章，电极距离d为约4 mm，但是可以根据不同灯类型和规章而变化。

在放电空间内提供氙气和金属卤化物的填充物，这样使得可以通过施加高压来在电极20的端片之间点燃电弧。在点燃之后，将通过经由底座12处的电接头和放电容器16内的密封电触点施加电功率来维持电弧。通常，用于汽车前照灯的放电灯以20至40 W的稳态工作功率来工作。

由于通常相应放电灯的构造以及用于放电容器16的不同可用填充物本身是技术人员已知的，所以以下描述将集中在本发明的目标上，即，从电弧发出的光的可能散射。

在放电灯10沿所示水平取向工作时，液体金属卤化物的盐池22将在放电空间的下部中形成。从电弧发射到下方方向中的光因此可以取决于盐池22的尺寸、位置以及光学性质而被散射。然而，盐池的这些性质可能例如由于外力或随着灯10的寿命而改变。另外，盐池的位置和尺寸可以在具有不同内部形状的放电容器的不同灯之间变化。因此，散射效应也将会变化。在图1中所示的放电灯10的实施例中，在外灯泡18的外表面中提供漫射窗24。虽然本身由石英玻璃制成的外灯泡18是透明的，但是漫射窗24导致其一部分漫射，这样使得光被透射，但是散射了一定量。在图1中，这通过比较以下两者来示意性地展示：从电弧发射到从旁经过漫射窗24的方向中的光束26的第一实例，这样使得其可以在盐池22处被散射但是不被漫射窗24散射；以及从电弧发出的第二光束28，其穿过漫射窗24并且在那里被散射。

图2a和图2b的放大图中更详细展示漫射窗24相对于电极20的端片并因此相对于电弧的尺寸和布置。如可见，漫射窗24是连续的，即，所覆盖的表面区域完全漫射。另外，漫射窗24是定界的，即，围绕其的外灯泡18的表面保持平滑且非漫射。在所示实施例中，漫射窗24的轴向长度L为电极20之间的距离d的约2.5倍。漫射窗24在轴向上并非中心地布置在电极20之间的间隙下方，而是朝向底座12轴向偏移布置。在所示实例中，漫射窗24的轴向偏移使得漫射窗24的右边缘25布置成：相比距离电极20之间的间隙中心来说更靠近底座12。在所示实例中，在穿过灯10的中心纵轴的竖直平面中从电极之间的间隙中心开始在下竖直方向与漫射窗24的边缘之间限定的角度β是约3°。在不同实施例中，窗24的轴向偏移可以不同，这样使得角度β可以在例如0°与10°之间变化。

在圆周扩展中，如从图2b可见，漫射窗24被布置成覆盖与下竖直方向成+/- α =70°的角度范围的方向。

因此，漫射窗24仅覆盖光发射方向的下一半的一部分。具体来说，角度范围α不能延伸到+/-90°，即，达到水平方向，但是漫射窗24保持在水平线之下距离h，如图2a中所示。因此，发射到水平方向中的光不被漫射。

图3示出汽车前照灯30，该前照灯包括具有容纳灯10的底座12的插座34的反射器32。反射器32包括具有上反射器部分36和下反射器部分38的内部反射表面。另外，前照灯包括遮光器40和投影透镜42。

在前照灯30的工作中，灯10的发射光由反射器32反射、部分地由遮光器40遮蔽并且随后通过投影透镜42投影从而形成所得光分布图案。

反射器32是复杂形状的反射器，其中上反射表面36和下反射表面38的形状被数学地设计以便从电弧的不同反射图像的叠加形成光分布图案。

图4示出此所得光分布图案在屏幕上的投影的象征表示。光分布图案包括通常水平地伸展的明/暗截止线44，其中倾斜部分与水平线形成一个角度。

反射器32被成形以在放电灯10内产生将投影到所得光分布图案的不同部分中的电弧图像。如图4中所示，光分布图案由布置在不同角度下的电弧图像形成。反射器32被成形为使得每个图像的角度取向指示光在其上被反射的反射器区域：从灯10发射到下竖直方向中的光将形成竖直取向的电弧图像，而水平发射的光将形成水平取向的电弧图像。

如图3中象征性所示，反射器32包括反射从电弧发射到所得光分布图案的周边部分54中的光的上反射器部分36。在图3和图4中，相应光束以及由此建立的周边图像46的实例被表示为点线。

如图3中进一步所示，下反射器部分38的一部分是第一下反射器部分48，其反射从放电灯10的电弧到光分布图案的中心部分52中的光，从而形成中心图像50。中心图像50和相应光束被表示为虚线。第一下反射器部分48轴向地定位在底座12与灯10的电极20之间的间隙中心之间。

如从图1和图3的比较可以理解，从灯10发射到第一下反射器部分48的方向中的光穿过漫射窗24。相应地，第一下反射器部分48被设计成将稍微漫射的中心图像50投影到所得光分布图案的中心部分52中。

因此，在图4中所示的所得光分布图案中，布置成靠近光分布图案的中心的中心部分52由漫射的中心图像50照亮，而位于距离中心较远的周边区域54由未被漫射的周边图像46照亮。在中心区域52内，照明是均匀的并且不经受盐池22的位置、尺寸和光学性质的变化。

虽然在附图和以上描述中详细说明和描述了本发明，但是这些说明和描述应认为是说明性或示例性而非限制性；本发明并不限于所披露的实施例。具体来说，虽然所描述的优选漫射窗24未对称地布置在电极20之间，并且并不覆盖电极之间的全部距离，但是替代地也有可能提供对称的漫射窗，或者在纵向方向上具有较大延伸的漫射窗。

另外，在所示实施例中，灯10的光被无漫射或遮蔽地发射到除了漫射窗24之外的所有空间方向中。如技术人员已知，存在放电灯通常已知的各种修改，包括漫射表面修饰或遮蔽元件，诸如细条纹。应强调的是，本发明与这些其他漫射/遮蔽元件的不同之处在于：其被布置成将可能在盐池22处散射的光漫射，即，漫射窗24被布置在水平线以下。然而，这并不意欲排除替代性的灯，这些灯除了在电极下的漫射窗24之外还包括布置在不同位置中的其他遮蔽元件或漫射元件。具体来说，优选的是，漫射窗24与那些其他漫射或遮蔽元件界定开，即，非漫射部分保持在其周围。

本领域技术人员在学习附图、披露内容和随附权利要求来实践所要求保护的发明时可以理解和实现所披露的实施例的其他变体。

在权利要求中，词语“包括”或“包含”并不排除其他元件，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求或不同实施例中列举的某些方法的简单事实并不指示这些方法的组合不能有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应解释为限制范围。

Claims (12)

1.一种用于汽车前照灯的放电灯，其包括：

- 具有用于产生电弧的电极（20）的放电容器（16），

- 其中所述放电容器（16）包括填充物，所述填充物包括至少稀有气体和金属卤化物，

- 其中所述放电灯进一步包括漫射部分，所述漫射部分被布置成使得在水平线以下发射的光的至少一部分在所述漫射部分处被漫射，从而使得光通过所述漫射部分被透射且散射一定量的光，并且在所述水平线以上发射的光在所述漫射部分处不被漫射，所述水平线由所述放电灯在所述前照灯中的操作位置所限定。

2.根据权利要求1所述的放电灯，其中

- 所述漫射部分是连续的，

- 并且其中非漫射部分围绕所述漫射部分布置。

3.根据权利要求1或2所述的放电灯，其中

- 所述放电灯包括围绕所述放电容器（16）提供的透明外罩壳（18），

- 并且其中所述漫射部分提供在所述放电容器（16）的外侧上或者在所述外罩壳（18）的内侧或外侧上。

4.根据权利要求3所述的放电灯，其中

- 所述放电容器（16）和/或所述外罩壳（18）由石英玻璃制成，

- 并且所述漫射部分包括石英玻璃的粗糙表面。

5.根据权利要求1或2所述的放电灯，其中

- 所述漫射部分被布置为仅提供在所述放电容器（16）或外罩壳（18）的下部的一部分上的漫射窗（24）。

6.根据权利要求5所述的放电灯，其中

- 所述漫射窗（24）被布置成覆盖所述电极（20）之间的空间的仅一部分。

7.根据权利要求5所述的放电灯，其中

- 所述漫射窗（24）的轴向长度是所述电极（20）之间的距离d的1至3倍。

8.一种汽车前照灯，其包括至少：

- 根据权利要求1或2所述的放电灯（10），以及

- 反射器（32），其中所述放电灯（10）布置在所述反射器（32）内，这样使得从所述放电灯（10）发出的光由所述反射器（32）反射从而形成所得光分布图案，

- 其中所述反射器（32）至少包括反射在所述水平线以上从所述放电灯（10）发出的光的上反射器部分（36）和反射在所述水平线以下从所述放电灯（10）发出的光的下反射器部分（38），

- 并且其中所述漫射部分被布置成使得在所述下反射器部分（38）处反射的光的至少一部分被漫射，并且使得在所述上反射器部分（36）处反射的光不被漫射。

9.根据权利要求8所述的前照灯，其中

- 所述前照灯被设置成将从所述放电灯（10）发射的光形成为包括明/暗截止线的所得光分布图案。

10.根据权利要求9所述的前照灯，所述前照灯进一步包括布置成提供所述明/暗截止线的遮光器（40）。

11.根据权利要求8所述的前照灯，其中

- 所述反射器（32）被成形以使得所述下反射器部分（38）的第一下反射器部分（48）反射从所述放电灯（10）发出的光以形成投影到所述光分布图案的中心区域中的中心图像（50），

- 其中所述漫射部分被布置成使得从所述放电灯（10）发出以在所述第一下反射器部分（48）处反射的光被漫射。

12.根据权利要求11所述的前照灯，其中

- 所述第一下反射器部分（48）被布置在轴向地处于所述电极（20）之间的间隙后面的位置中。