專利名稱：：高壓汞蒸汽放電燈和制造高壓汞蒸汽放電燈的方法高壓汞蒸汽放電燈和制造高壓汞蒸汽放電燈的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高壓汞蒸汽放電燈，包括抗高溫材料的外殼，其具有放電容器和兩個電極，所述電極從兩個密封部分延伸到放電容器中并具有小于或等于2.5mm的電極間隙，優(yōu)選小于或等于1.5mm。放電容器包含填克物，其主要包括稀有氣體、氧氣、卣素和汞。卣素是氯、溴、碘或其混合物。汞的含量大于0.15mg/mm3。并且，本發(fā)明涉及制造這樣的高壓汞蒸汽放電燈的方法。為產(chǎn)生光，在高壓汞蒸汽放電燈的兩個電極之間激發(fā)電弧。因為電極間隙小，這些燈被稱為短弧燈。在操作中，汞蒸發(fā)并在含量為0.15mg/mm3時通常在燈中提供大約150巴的汞蒸汽壓。DE3813421Al中描述了這種類型的、但具有更高汞部分的高壓汞蒸汽放電燈的示例。這種具有高于100巴汞蒸汽壓的燈產(chǎn)生了高的亮度和相對連續(xù)的光譜。因此，這些高壓汞蒸汽放電燈通常被描述為UHP燈，其中UHP指由于高壓形成的"超高壓"或由于高亮度形成的"超高性能"。這些燈的主要應(yīng)用領(lǐng)域是它們在投射(projection,發(fā)射)系統(tǒng)中的使用。然而，燈的高電極負(fù)載導(dǎo)致了鎢從電極蒸發(fā)并沉積在放電容器的壁上。這導(dǎo)致了外殼變黑，其結(jié)果是導(dǎo)致后者劇烈發(fā)熱，特別是具有高的汞蒸汽壓時，導(dǎo)致外殼爆炸。對于前述燈，其進(jìn)一步被相對小尺寸的外殼或放電容器包圍。因此，這樣的壁變黑必須絕對地避免。作為對抗歸因于鵠傳輸?shù)谋谧兒诘膶Σ?，如所述，高壓汞放電燈包括少量的至少一種卣素氯、溴和碘。這些面素使得鴿循環(huán)傳輸，利用該循環(huán)從放電容器壁分離的鎢可以被傳輸回到電極。這種高壓汞放電燈具有的常見問題是，燈在工作期間變得非常熱。為了防止燈毀壞，因此應(yīng)當(dāng)保證燈不會過熱。眾所周知，應(yīng)當(dāng)特別地保證在密封部分的外部端燈熱度不會超過350'C到400°C，其中燈的金屬部分，即到電極的電源線，與周圍空氣接觸，以避免這些部分的迅速氧化，這些部分通常包括鉬。并且，應(yīng)當(dāng)理解，溫度朝密封部分遠(yuǎn)離主熱源的縱向方向降低，即遠(yuǎn)離在燈外殼中心的熱放電容器方向。為此，下面簡要描述燈中的熱傳導(dǎo)器件和溫度情況作用在密封部分末端的主要加熱機(jī)制是，從燈中心通過密封部分的材料向外的熱傳導(dǎo)。另外，鉬箔為熱傳導(dǎo)大約貢獻(xiàn)了10至20%。事實上，密封部分通過熱材料輻射而冷卻，例如熱石英材料的石英玻璃外殼，以及通過向周圍空氣的熱傳導(dǎo)而冷卻。根據(jù)Stefan-Boltzmami定律，當(dāng)存在與空氣的足夠大溫差時，兩種機(jī)制都提供最好的冷卻。然而，被反射器內(nèi)的輻射或通過光學(xué)系統(tǒng)反射回的額外熱量還使密封部分承受負(fù)擔(dān)。這里，主要有三種主要的機(jī)制在金屬反射器的情況下，熱輻射由熱放電容器向密封部分反射。這因為下述情況而放大反射器設(shè)計用于點光源，而熱放電容器具有較大的尺寸并且因此輻射不只是以期望的聚焦來成像。因為這個輻射從放電容器(dischargevessel)的熱材料中產(chǎn)生，所以其被密封部分相應(yīng)地再次吸收。即使在二色性反射器的情況下(類似于蒸發(fā)的冷光鏡)，其中僅反射可見光而盡可能地通過IR和UV輻射，來自放電電弧的輻射射到(strike)燈密封部分的末端。該輻射來自反射器的后部.由于放電弧也是擴(kuò)展的輻射源，所以射線也不是精確地聚焦，而它的一部分也射到燈的末端。因為這個輻射已經(jīng)通過放電容器區(qū)域內(nèi)的相同材料傳輸，所以該輻射沒有被外殼材料吸收，但其被密封部分中的金屬部分吸收。當(dāng)使用投射(projection)系統(tǒng)中慣用的光學(xué)系統(tǒng)時，整個情況變得更加嚴(yán)重，其中不希望的紅外和紫外輻射，并且在某些情況中，甚至不希望的顏色被反射回?zé)糁?。由于來自靠近橢圓反射器的第二焦點的區(qū)域，這種輻射的大部分也射到密封部分。因此，至此通常通過在這些位置能達(dá)到的工作溫度來確定密封部分的長度和由此UHP燈外殼的總長度。因此，為了進(jìn)一步使燈外殼小型化并由此也減小燈所嵌入的光學(xué)系統(tǒng)的大小，設(shè)定了密封邊界。本發(fā)明的目的是，提供前言所述類型的具有較小尺寸的高壓汞蒸汽放電燈，和制造高壓汞蒸汽放電燈的相應(yīng)方法，由此卻不超出密封部分末端的允許溫度。通過根據(jù)權(quán)利要求1的高壓汞蒸汽放電燈和根據(jù)權(quán)利要求8的方法，實現(xiàn)本發(fā)明目的。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸汽放電燈具有抗高溫材料的外殼，優(yōu)選為石英玻璃，或可選擇地為氧化鋁。這個外殼具有放電容器和優(yōu)選由鎢制成且從相對面的兩個密封部分延伸到放電容器中的兩個電極。這里，電極間隙小于2.5mm，優(yōu)選小于1.5mm。如上所述，放電容器包括填充物，其實際上包括稀有氣體、氧氣、和由氯、溴、碘或它們的混合物構(gòu)成的卣素，以及含量大于0.15mg/mm3的汞。構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸汽放電燈，使得燈外殼密封部分具有的截面表面積不大于6mmS和20mmZ之間、特別優(yōu)選地約為10mm2。這使燈的密封部分顯著減短，而仍保持在密封部分末端的許可溫度水平。通過廣泛計算、模擬和試驗的實驗已經(jīng)示出，除了上述的主加熱機(jī)制，還有第二基本加熱機(jī)制，其中能量從放電容器傳輸?shù)矫芊獠糠值哪┒?。燈中產(chǎn)生的一部分輻射不離開燈外殼，而是像在光波導(dǎo)中那樣，通過全內(nèi)反射(TIR)在密封部分內(nèi)傳導(dǎo)。輻射然后被密封部分內(nèi)的金屬部分吸收并顯著地促進(jìn)密封部分末端發(fā)熱。由于使得截面面積處于20mn^以下的有益外殼設(shè)置，這部分熱傳導(dǎo)可以相對于已知的UHP燈顯著地減小，所述已知的UHP燈具有的截面至少為一個25mi^或通常在它之上。這使得可以設(shè)計出小得多的密封部分。然而，密封部分的末端區(qū)域的溫度(其中金屬與空氣接觸)，保持在期望的350。C-400。C之下。這使得有可能設(shè)計更小的燈并進(jìn)而相應(yīng)更小的反射器，其結(jié)果是投射系統(tǒng)中的光學(xué)結(jié)構(gòu)總體上需要更小的空間。不僅大幅減小了投射器(projector,投射燈)的總體大小，而且也因此可以有益地大幅減少其成本。根據(jù)本發(fā)明用于制造這樣的高壓汞蒸汽放電燈的方法包括以下步驟第一，由抗高溫材料(優(yōu)選為石英玻璃)的管制造外殼，該外殼具有放電容器和在放電容器相對側(cè)面上的兩個保留的管部分(section)。電極然后插入到兩個管部分，電極通過相應(yīng)的通常由鉬制成的金屬帶部件連接到電源線。這里，所述電極被定位成使得它們延伸到放電容器中，并且實現(xiàn)小于2.5mm、優(yōu)選地小于1.5mm的精確限定電極間隙。另外，用上述填充物填充放電容器，并通過壓縮或熔化管部分成密封部分而密封放電容器，其中緊緊地將金屬帶部件嵌入到所述密封部分中。將管成形為放電容器，將電極插入到放電容器，以及填充、密封放電容器可以通過通常的方式進(jìn)行。為此目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道4艮多方法。因此，例如，第一電極可以插入并且然后被壓縮或熔化成在管部分側(cè)上的密封部分。然后引入卣化物(halide)和汞，第二電極與第一電極呈合適距離地插入，并且在稀有氣體填充完成后，最后密封第二管部分。然而，對于本發(fā)明而言，在最后的分析中，何時插入電極，何時提供填充物，以及何時在哪一側(cè)密封放電容器的順序并不是重要的。重要的僅僅是形成這樣的放電容器，以及將放電容器處的管部分壓縮或熔化成密封部分，以使密封部分具有的截面面積處于6加1112到20mmZ之間，優(yōu)選地約為10mm2。從屬權(quán)利要求包括本發(fā)明特別有利的實施例和其他實施例。特別地，制造高壓汞蒸汽放電燈的方法也可以設(shè)計成類似于關(guān)于高壓汞蒸汽放電燈的從屬權(quán)利要求，并且相反地高壓汞蒸汽放電燈也可以根據(jù)關(guān)于制造過程的從屬權(quán)利要求來進(jìn)一步實施。盡管密封部分具有小的截面面積，有利地保證在放電容器最厚處的放電容器的壁厚度(代表燈的中綿線(equator))大于或等于1Jmm，優(yōu)選地大于或等于l.6mm，并且特別優(yōu)選地大于或等于1.7mm。在實施例的特別優(yōu)選示例中，最厚處的放電容器外徑大約為7.1mm，在i亥處的內(nèi)徑為約3.5mm。這里，優(yōu)選地，燈外殼可以由外徑僅約為4.1mm和內(nèi)徑約為2mm的管形成。直到現(xiàn)在，這樣的燈通常由顯著更厚的管形成。如上所述，i文電容器的管部分可以通過壓縮(pressing)或熔化而成形為密封部分。熔化是這里優(yōu)選的方法，因為由此可以得到更大的壓縮強(qiáng)度。因此產(chǎn)生具有基本圓形直徑的密封部分。優(yōu)選地，保證密封部分的直徑在2.5mm和5mm之間，優(yōu)選為約3.6mm,以取得所希望的截面表面積。為了在放電容器的中心區(qū)域?qū)崿F(xiàn)必要的壁厚度，同時實現(xiàn)密封部分區(qū)域中相應(yīng)小的截面面積，用于形成放電容器的管在該放電容器的最厚處在軸向方向被壓縮超過250%,優(yōu)選地超過300%,同時徑向膨脹。下面將描述實現(xiàn)這樣的壓縮的方法。為了保持密封部分盡可能短，必須完全嵌入在密封部分中的金屬帶部分的長度優(yōu)選小于或等于12mm。特別優(yōu)選地，電極插入到高壓汞蒸汽放電燈中，其呈桿狀并且設(shè)計成使得最遲在一段工作時間后，它們每一個在它們的尖端具有在電極縱向方向延伸的突出(projection)。這種簡單的、桿狀電極可以相對便宜地制造。直到現(xiàn)在，通常在高壓汞蒸汽放電燈中使用包括細(xì)鵠桿的電極，其具有厚的、固體電極頭或具有在其前端纏繞在鎢桿周圍的線圈。可選擇地，鎢桿本身可以在末端成螺旋形地纏繞。上述引用的DE3813421A1示出了這樣的示例。通過這樣相對厚的電極頭，保證了在大的電流范圍上，即在燈的啟動期間和工作期間保持電極的穩(wěn)定性，并改善了通過輻射的冷卻。在一般UHP燈中這種電極頭的典型直徑是，對于100WUHP燈為800pm，對于275WUHP燈為2000nm。這種具有固體頭或限定線團(tuán)的電極的制造方法顯然需要大量的成本，其增加了高壓汞蒸汽放電燈的總價格。然而，進(jìn)一步的研究驚奇地示出，適當(dāng)?shù)臉?gòu)造，即選擇這種桿狀、基本上圓柱狀電極的適當(dāng)尺寸，能使得電極最遲在工作一段指定時間后將確實展現(xiàn)出期望的突出(projection)。這種突出(projection)的長度能達(dá)到約為相關(guān)電極的直徑的大小，選擇桿狀電極的尺寸，使得該突出成形為它的長度、形狀和電極尖端處的位置基本穩(wěn)定-即從長遠(yuǎn)看-除了通常的短暫波動。當(dāng)使用這樣的簡單電極來制造燈時，成本會顯著降低。根據(jù)本發(fā)明，對于電極的精確設(shè)計有許多可選的方法，以^使它們在特定的工作時間之后在它們的尖端具有突出首先，可以使用簡單桿狀電極，選擇其直徑和自由電極長度，其由從相應(yīng)電極從密封部分的出口(即電極和例如石英玻璃之間的接觸點)到相關(guān)電極的尖端的距離限定，使得在燈工作期間最遲在具體給定的工作時間內(nèi)自發(fā)形成突出。人們在實驗中吃驚地發(fā)現(xiàn)，在一定溫度條件下(即，對于特定工作電流)，通過適當(dāng)選擇直徑和電極長度，簡單桿狀電極在電極尖端處具有這樣突出的強(qiáng)烈增長，并且在燈的整個壽命周期期間突出保持足夠的穩(wěn)定。另外，與初始的桿狀幾何結(jié)構(gòu)相比，這個增長的突出保證了電弧的穩(wěn)定性并且減小每個電流單位輸入到電極中的功率，因而減小了在密封部分方向的熱流。優(yōu)選地，使用桿狀電極，其電極直徑^600，優(yōu)選^500fim，特別優(yōu)選S450nm。優(yōu)選地，電極直徑^200，特別優(yōu)選^300nm。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)選擇正好在突出之后的桿狀電極尖端處的電極直徑，導(dǎo)致在工作時間內(nèi)由鎢積累在此處形成膨脹。這導(dǎo)致在突出后面的點處的桿直徑增加，而另外由此形成的電極表面起皺提供了電極的增強(qiáng)輻射冷卻。優(yōu)選地，可以設(shè)計電極，以使電極尖端的突出生長在燈工作的頭30個小時內(nèi)發(fā)生，最強(qiáng)烈的生長過程部分已經(jīng)在工作的頭IO個小時內(nèi)發(fā)生。同時，生長過程與在工作的頭30個小時內(nèi)高壓汞蒸汽放電燈中工作電壓超過5V的減小有關(guān)，為了在開始的小時內(nèi)避開生長過程，即為了在開始提供適當(dāng)形成的電極，也可在制造期間例如在桿狀電極被插入前，通過利用激光輻照桿狀電極的尖端來產(chǎn)生突出。然而，必須選擇桿狀電極的直徑和這些電極(包括突出)的自由電極長度，以使相應(yīng)的突出在高壓汞蒸汽放電燈的工作期間保持足夠穩(wěn)定。為此，必須精確地選擇尺寸，如上所述。激光處理僅僅保證電極從一開始便具有所需形狀的突出。在燈制造中，這樣的激光處理是附加步驟，但該步驟與制造上述具有加厚頭的電極的昂貴成本，或與制造螺旋狀電極相比便宜很多。這意味著，具有這種電極的燈也可以采用經(jīng)濟(jì)得多的方法來制造。特別有利地，本發(fā)明可應(yīng)用于高壓汞蒸汽放電燈，其具有20至60W之間的功率級別(powerrating)，優(yōu)選大約40或50W的功率級別。這些是相對小的燈，其也可以表示為小型化的高壓汞蒸汽放電燈。優(yōu)選被調(diào)整的另一參數(shù)是燈的壁負(fù)載，其應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為^0.7W/mm2,特別優(yōu)選為SlW/mm2。鹵素量，其中優(yōu)選采用溴，有利地處于lO—Vmole/mm3和2xl0"nmole/mm3之間。如上所述根據(jù)本發(fā)明的高壓汞蒸汽放電燈可以用在任何投射系統(tǒng)中。特別地，在優(yōu)選地進(jìn)一步設(shè)計的變體中，其中密封部分具有更小截面面積，該燈可以特別有益地用在用于具有橢圓反射器的高壓汞蒸汽放電燈的投射系統(tǒng)中，所述反射器兩個焦點之間的距離^50mm，優(yōu)選地S45mm。至今在投射系統(tǒng)中使用的反射器具有顯著更大的焦點距離，其總體導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)需要在投射器外殼中更大的空間。然而，該燈原則上也可以用在其它應(yīng)用中，例如應(yīng)用在自動移動(automotive)的部件中、醫(yī)療器械中或其它發(fā)光部件中。下面將參考附圖描述本發(fā)明的這些和其它部分，盡管本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)被限制于此。在這種情況下，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。在附圖中圖l示出在第一次啟動(start-up)前的第一實施例高壓汞蒸汽放電燈的縱向截面。圖2示出圖1的高壓汞蒸汽放電燈的縱向截面，但是是在啟動之后，具有電極尖端的放大示意圖。圖3示出工作幾分鐘后的本發(fā)明高壓汞蒸汽放電燈實施例的射線圖。圖4示出工作約200個小時以后的本發(fā)明高壓汞蒸汽放電燈實施例的X光照片。圖5繪畫出對于不同的自由電極長度和不同電極直徑，電極溫度T與距離電極尖端的距離之間的關(guān)系。圖6的示意圖示出用于根據(jù)不同電極直徑的燈的平均工作電流I選擇自由電極長度L的有利區(qū)域。圖7是示出本發(fā)明高壓汞蒸汽放電燈中電壓降與工作時間關(guān)系的示意圖。圖8示意性地示出橢圃反射器，其中安裝有圖1的高壓汞蒸汽放電燈，以及圖9示出在示意性表示的投射系統(tǒng)中具有根據(jù)圖7的高壓汞蒸汽放電燈的反射器的功能設(shè)置。在圖1和圖2中示意性示出的高壓汞蒸汽放電燈1和在圖3和4中示出的高壓汞放電燈是各自以約50W的功率工作的優(yōu)選實施例。以通常地方式，燈1包括石英玻璃外殼2，其中中心設(shè)置放電容器3和在放電容器3的相對側(cè)設(shè)置兩個密封部分4。電極5和6從密封部分4延伸到放電容器3中。這些電極5、6在密封部分4中連接到各自的鉬箔部件8，鉬箔部件8在它們的另外末端連接到通常為鉬線的電源線9。電極間隙de,即在電極5和6的互相面對尖端之間的距離約為1.5mm。除了具有稀有氣體，在本發(fā)明的情況下是200mBar壓力的氬.)，放電容器3填充有氧氣、汞和卣化物，這里為溴。氧氣僅僅以很少量存在。通常，引入到燈中的氧氣量僅使金屬部分的表面能被氧化便足夠。溴的量約為lxl0Vmole/mm3。汞的量大于或等于0.15mg/mm3并且小于或等于0.35mg/mm3。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，總的汞量為6mg(這大致對應(yīng)于(U7mg/mm3)。燈的壁負(fù)載超過0.7W/mm2。燈的外殼由具有4.1mm的外徑和2mm的內(nèi)徑的石英玻璃管制成。放電容器3在玻璃車床上成型，其中管在頭架和尾架中兩端固定。管在其中心區(qū)域被加熱時，頭架(headstock)和尾架(tailstock)彼此靠近以壓縮中間區(qū)域的材料，即在放電容器的最厚點處壓縮。同時，通過內(nèi)部過壓力在加熱區(qū)域徑向加寬該管，例如通過注入惰性氣體，以便得到放電容器的所需形狀。放電容器的具體外部形狀可以通過來自外部凹模的壓力從外部確定。例如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從US4389201中獲知該方法。為了在放電容器3的中心位置中實現(xiàn)材料盡可能大的壓縮，壓縮和膨脹過程優(yōu)選采取至少兩個階段，即首先進(jìn)行壓縮，然后拉伸，然后再次壓縮，最后再拉伸。該過程可以進(jìn)行更長時間，直到實現(xiàn)了所需形狀。完成的放電容器于是在最厚位置上具有7.1mm的外殼外徑da和3.5mm的外殼內(nèi)徑di。這表明壁厚度dw約為1.7mm,相當(dāng)于對于玻璃管的原始壁厚度壓縮了大約300°/o。隨后，例如，提供了一側(cè)緊扣在鉬箔上以及引線9上的電極。然后放電容器3填充汞滴形式的汞。這通常在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行。然后插入第二電極6。此后，玻璃管部件在一側(cè)被密封以產(chǎn)生在該側(cè)圍繞放電容器3密封的密封部分。隨后，從仍然打開的側(cè)為放電容器3填充所希望的卣化物，例如以德國專利文獻(xiàn)DE3813421A1中所述的甲基溴化物的形式，并填充所希望的稀有氣體，最后進(jìn)行第二密封，由此完全密封放電容器3。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說;.....這些方法例如還可以從US4389201中獲知。電極優(yōu)選借助監(jiān)控系統(tǒng)的幫助來定位，以得到精確確定的電極間隙de。一方面i..初始玻璃管的小厚度保證了密封部分4或密封的直徑僅為3.6mm，即密封的截面面積約為10mm2。另一方面，在形成放電容器的強(qiáng)壓縮過程保證了放電容器的區(qū)域內(nèi)的壁厚度足夠厚以能經(jīng)受200bar或更大的高汞蒸汽壓力。在本發(fā)明情況下，鉬箔的長度僅為12mm以下，密封部分的長度僅為約15mm。因此，在放電容器的長度約為7mm的情況下，有可能設(shè)計具有約36至38mm總長度的燈外殼2。選定的燈尺寸，特別是密封部分4的小直徑ds和有關(guān)的更小截面面積，實現(xiàn)了在密封部分4比已知燈中更短的情況下密封部分4的外端的溫度低于允許的溫度400°C。該結(jié)構(gòu)使得在實驗中甚至可能實現(xiàn)在密封部分的外末端處溫度顯著減小。因此，作為對比，UHP燈以傳統(tǒng)方式由玻璃管制造，該玻璃管具有約6mm的直徑，并且這些是與如圖1所示由4mm玻璃管制得的UHP燈對比。由4mm管制得的燈的密封部分具有的截面面積是由6mm管制造的燈的截面面積的一半。截面的減小導(dǎo)致密封部分末端溫度降低了100K。為了能夠盡可能經(jīng)濟(jì)地開發(fā)燈，使用簡單的桿狀電極，但是根據(jù)平均工作電流I選擇電極直徑d和從電極5、6的尖端到從密封部分4的石英玻璃出口點之間的自由電極長度L，以使在工作過程中，優(yōu)選在工作的頭10個小時中，在電極尖端形成基本穩(wěn)定的突出(projection)7。這在圖2中示出，其中額外示出了在電極尖端區(qū)域的燈1放大細(xì)節(jié)(示意性示出)。突出7實現(xiàn)了發(fā)7電極5、6在其最外尖端即在突出7的區(qū)域內(nèi)具有高于汞熔點的足夠高溫度，以保證充分的電子發(fā)射。同時，這些突出7保證了放電弧的穩(wěn)定位置，從而避免了電弧閃爍。圖3和4示出了本發(fā)明的燈的另一原型的X光照片。圖3示出了在工作幾分鐘以后的燈，圖4示出了在工作大約200個小時以后的相同的燈。這里，電極間隙大約為0.9mm。燈以50W的額定瓦數(shù)工作。這樣的根據(jù)本發(fā)明的燈，能通過常用的驅(qū)動器以所謂的脈沖工作方式工作。例如，在W095/35645,WO00/36882和WO00/36883中可以找到適于形成穩(wěn)、定電極突出的有利電流波形以及用于操作燈的適當(dāng)驅(qū)動器的描述。每次為了形成X光照片，工作被中斷，并且X光照片(radiograph)從冷燈產(chǎn)生。如圖3所示幾乎尚未工作的燈的X光照片所示，電極最初為簡單的桿狀電極。特別地，對于左手邊的電極5可以很明顯地辨別之。幾乎為球形的點ll是由于汞，該汞在燈冷卻情況下凝結(jié)并通常以液滴方式沉積在電極5、6上，在開啟燈后立即重新蒸發(fā)。右手邊的電極6與左手邊的電極5—樣是桿狀的，但是不同的汞沉積12產(chǎn)生效果使桿狀在這里不能很容易地被辨別出來。通過比較，圖4清楚地示出了在工作期間所希望的突出7如何在電極5、6的尖端形成。同時，鴒直接沉積在尖端7的后邊，導(dǎo)致了電極5、6的膨脹10。在這個位置直徑增加了10%。同時，這個區(qū)域的電極表面起皺了。通過表面的膨脹和起皺，顯著地改善了電極5、6的輻射冷卻。電極5、6處存留的明顯膨脹13、14再次由凝結(jié)的汞引起，該汞在燈冷卻情況下沉積在電極5、6上，在工作期間再次蒸發(fā)。為了實現(xiàn)在桿狀電極5、6處突出7的希望增長，不能僅選擇任何桿狀電極，但是應(yīng)該注意，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)所希望的平均工作電流I適當(dāng)選擇直徑d和自由電極長度L。如果電極5、6太長，在工作期間它們將在過渡區(qū)域變得非常熱，并且通常將在燈開啟期間損壞。非常短的電極5、6導(dǎo)致強(qiáng)烈的放電電弧跳躍并由于過多的熱量傳輸?shù)搅嗣芊獠糠?額外使密封部分再次結(jié)晶。為了示出電極溫度與自由電極長度L和電極直徑d之間的關(guān)系，圖5中示出了為了尋找適當(dāng)尺寸而實施的模擬的結(jié)果。沿著電極的以K為單位的電極溫度T畫出作為離電極尖端以nm為單位的距離的函數(shù)。3680K電極材料的熔化溫度Tm也^皮示出。最頂端畫的線示出直徑d為300jim和自由電極長度L為3000nm的電極的溫度梯度。其下的虛線曲線示出同一電極的溫度梯度，但自由電極長度L僅為2500nm。第三、點狀曲線示出直徑d為400nm和自由電極長度L為3000nm的電極的溫度梯度，并且最下面的點狀虛曲線示出直徑d為400fim和自由電極長度L為2500nm的相應(yīng)電極的溫度梯度。對于該仿真，每次采用的平均工作電流I為0.8A。這里輸入到電極的功率約為8W/A。這些才莫擬清晰地示出電極直徑d和自由電極長度L都影響沿著電極的溫度梯度。應(yīng)當(dāng)可以理解丄—工作電流I對溫度梯度也有影響，其中平均工作電流I越大，溫度越高。然而為了更清楚起見，這在圖5中沒有示出。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了實現(xiàn)處于理想形狀的電極尖端處的突出7的希望增長，桿狀電極(5,6)的直徑應(yīng)當(dāng)在220jim和420nm之間，自由電極長度L應(yīng)當(dāng)根據(jù)工作電流和電極直徑d在一定固定邊界內(nèi)選擇。這里，上限值，即最大自由電極長度Lmax，和下限值，即最小自由電極長度Lmin，能通過以下進(jìn)行計算Lmin="-8d+(15.d-7)I(1)最大電極長度Lmax=8,4-8.d+(15.d-7)I(2)取決于電極直徑d和高壓汞蒸汽放電燈(1)的希望平均工作電流I。在等式(1)和(2)中，電流I用單位A表達(dá)，電極直徑d,最小自由電極長度Ln^，和最大自由電極長度Lmax都以單位mm表達(dá)。平均工作電流I涉及RMS值(均方根值)，不是最大值，在脈沖工作的情況下，最大值可以高得多。圖6再一次示出根據(jù)對于不同電極直徑的電流I計算的自由電極長度L的上限和下限值Lmax、Lmin。自由電極長度L以mm為單位并作為以A為單位的電流的函數(shù)而繪制。所畫曲線示出對于300nm電極直徑的自由電極長度L上限和下限值，虛線曲線示出350pm的電極直徑d的極限值，點曲線示出對于400nm電極直徑d的值。這幅圖也示出，對于一定的工作電流I，優(yōu)選選擇某一電極直徑d,以使能保證特別好的增長過程。因此，可以在電流約為0.6A至1A的電流范圍內(nèi)選擇300nm的電極直徑d，優(yōu)選在約0.8A至約1.2A的電流范圍內(nèi)選擇350nm的電極直徑d，在約1A至約1.4A的范圍內(nèi)選擇400fim的電極直徑d。在下列表中示出的值或范圍表示實驗中確定的理想值，其中可以在電極尖端處得到希望突出的最佳增長<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>通過以下示例的方式示出許多結(jié)構(gòu)，例如從等式(1)和(2)或從上述表中可以得到1)具有球形放電容器的第一高壓汞蒸汽放電燈以50W工作，并具有1.3mm的電極間隙。該工作電壓為62.5V且平均工作電流為0.8A。于是，應(yīng)當(dāng)選擇具有優(yōu)選為0.3mm直徑和2.5mm的自由電極長度的桿電極。2)具有球形放電容器的第二高壓汞蒸汽放電燈以50W工作并具有1mm的電極間隙。工作電壓為50V，平均工作電流為1A。于是，應(yīng)當(dāng)選擇具有優(yōu)選為0.35mm直徑和2.8mm自由電極長度的桿電極。3)具有橢圓形放電容器的第三高壓汞蒸汽放電燈以40W工作并具有1.5mm的電極間隙。工作電壓為67V，平均工作電流為0.6A。于是，應(yīng)當(dāng)選擇具有優(yōu)選為0.3mm的直徑和3.1mm自由電極長度的桿電極。4)具有橢圓形放電容器的第四高壓汞蒸汽放電燈以40W工作并具有1.35mm的電極間隙。工作電壓為60V,平均工作電流為0.66A。于是，應(yīng)當(dāng)選擇具有優(yōu)選為0.28mm的直徑和2.9mm自由電極長度的桿電極。在電極尖端處的突出的生長過程，最好通過測量依賴工作時間的工作電壓來跟隨。給定相同的壓力和相同的功率，電壓由電極間隙確定，電極尖端處希望投射的生長導(dǎo)致電極間隙的減小，所以同時電壓降也將表示所述生長過程。這在圖7中進(jìn)行了表示，其中相對以小時為單位的工作時間繪制了以V為單元的工作電壓。這里燈工作-為了盡可能理想化地模擬燈的工作-每次工作兩個小時然后冷卻15分鐘。在實驗開始時電極間隙為1.25mm，即，在桿狀電極處尚無突出。從該圖可以看出，電壓在工作的最初10小時內(nèi)下降了不止10V，然后在工作的最初30小時期間進(jìn)一步下降。這說明，在燈的最初工作小時內(nèi)已經(jīng)形成了所希望的投射。該圖也示出，當(dāng)長時間范圍觀察時-除了常規(guī)的波動之外-投射保持非常穩(wěn)定，即在燈進(jìn)一步壽命期間內(nèi)，燈電極間隙沒有如同工作的最初30個小時一樣顯著地改變。進(jìn)行的計算和測試清楚地表明，令人吃驚地可能制造具有優(yōu)異工作性能且具有對于制造而言及其經(jīng)濟(jì)的筒單桿狀電極的UHP燈。這足以保證根據(jù)想象的工作電流選擇適當(dāng)?shù)碾姌O尺寸。另外，由上述方法制造的燈具有的優(yōu)點在于它們非常短。這使得能將燈與橢圓反射器組裝在一起，所述橢圓反射器具有的焦點距離與當(dāng)前的投射系統(tǒng)的焦點距離相比短得多。圖6中示意性地示出了這種情況。圖6僅示出了燈1的示意性設(shè)置，在反射器15中沒有用于接觸燈1電源線的器件。從圖中很清楚，反射器15具有第一焦點Fl焦點Fi在燈1放電容器的中心。另外，反射器15具有位于前方遠(yuǎn)處的第二焦點F2，其在反射器15外部。焦點距離dp為45mm,因此遠(yuǎn)低于在投射系統(tǒng)中傳統(tǒng)使用的反射器的通常焦點距離。該小的焦點距離dp具有的優(yōu)點在于，投射系統(tǒng)的整個光學(xué)結(jié)構(gòu)能被制造得更短。圖9中示意性地示出了這種投射系統(tǒng)23。從燈1開始，光在反射器15中反射到第二焦點F2。該焦點F2例如直接位于傳統(tǒng)變色裝置中，例如在變色盤16上，這保證了依次產(chǎn)生臨時不同的顏色。從變色盤(colorchangerdisk)16，光由匯聚透鏡17傳輸?shù)斤@示裝置18上。這種顯示裝置18可以是，例如德州儀器公司的DLP⑧系統(tǒng)(DLP-數(shù)字光處理)。這種顯示裝置18包括某種芯片，其上固定有多個微移動鏡以作為獨(dú)立顯示元件，每個鏡子對應(yīng)將被表現(xiàn)的每個像素。這些鏡子由光照明。根據(jù)投射面上(即在待表現(xiàn)的圖像中)的像素應(yīng)該呈現(xiàn)亮還是呈現(xiàn)暗，傾斜相關(guān)的鏡以使光被反射到投射表面上或遠(yuǎn)離它而朝向吸收器?？蛇x擇地，可以使用其它系統(tǒng)，例如LCD(液晶顯示器)系統(tǒng)，利用它有可能實現(xiàn)光的限定減少。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，作為不同變色裝置的多種顯示裝置18以及它們在投射系統(tǒng)23中的工作。圖像然后通過物鏡19投射到投射表面20上。燈1通過常用的燈控制單元21工作。另外，整個投射系統(tǒng)23通過系統(tǒng)控制單元22控制，該控制單元22驅(qū)動燈控制單元21、變色器16、顯示裝置18,如果必要還控制物鏡19，并為了燈1的工作同步特別地設(shè)置變色器16和顯示裝置18。由于本發(fā)明的燈的突出性能，特別是密封部分末端處的低溫，在不導(dǎo)致反射器內(nèi)燈過熱的情況下，甚至有可能使用由前面的安全屏幕封閉的反射器。這種安全屏幕具有的優(yōu)點在于，在燈長時間工作后損壞破碎的情況，玻璃片不會到達(dá)投射系統(tǒng)的其它部分，但與反射器15—起的燈1可以很容易地被最后用戶更換。最后,再次指出，圖以及說明書中實際表示的燈和方法僅僅是實施例的示例，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很大程度上改變它們。另外，為了完整起見，應(yīng)當(dāng)指出，不定冠詞"一"或"一個"的使用不排除相關(guān)特征也可以用多數(shù)來表示。權(quán)利要求1.一種高壓汞蒸汽放電燈(1)，包括抗高溫材料外殼(2)，其具有放電容器(3)和從兩個密封部分(4)延伸到放電容器(3)的兩個電極(5，6)，所說兩個電極具有小于或等于2.5mm，優(yōu)選小于或等于1.5mm的電極間隙(de)，其中該放電容器(3)包含填充物，其基本包括下述物質(zhì)稀有氣體、氧氣、由氯、溴、碘、或其混合物組成的鹵素，以及含量大于或等于0.15mg/mm3的汞，其中密封部分(4)每一個具有在6mm2和20mm2之間優(yōu)選約10mm2的截面表面積。2.如權(quán)利要求1所述的高壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，在放電容器(3)最厚處的放電容器(3)壁厚度(dw)大于或等于1.3mm,優(yōu)選大于或等于1.6mm，特別優(yōu)選地大于或等于1.7mm。3.如權(quán)利要求l或2所述的高壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，在放電容器(3)最厚處的放電容器外徑(da)約為7.1mm，在該位置的內(nèi)徑(di)約為3.5mm。4.如權(quán)利要求1至3任意一個所述的高壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，電極(5、6)通過密封部分(4)中的緊密地嵌入金屬帶部件(8)連接到電源線(9),每個金屬帶部件(8)的長度小于或等于12mm。5.如權(quán)利要求1至4任意一個所述的高壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，電極(5，6)是桿狀，且設(shè)計成使得最遲在特定工作期限后，它們在其尖端處具有突出(7)，其在電極(5,6)的縱向方向上延伸。6.如權(quán)利要求1至5任意一個所述的高壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，壁負(fù)栽大于或等于0.7W/mm2，優(yōu)選大于或等于1W/mm2。7.如權(quán)利要求1至6任意一個所述的高壓汞蒸汽放電燈，其特征在于，高壓汞蒸汽放電燈(1)的額定工作功率是在20和60W之間。8.制造高壓汞蒸汽放電燈(1)的方法，包括以下步驟-由耐高溫材料的管制造外殼(2)，所述外殼具有放電容器(3)和在放電容器(3)的相對兩側(cè)保留的兩個管部分，-插入電極(5，6)到所述兩個管部分，其中每一個電極通過相應(yīng)金屬帶部件(8)連接到電源線(9)，使得電極(5，6)延伸到放電容器(3)內(nèi)并且電極間隙(de)小于或等于2.5mm，優(yōu)選小于或等于1.5mm，-為放電容器(3)提供填充物，該填充物基本包括下面的物質(zhì)稀有氣體、氧氣、由氯、溴、碘、或其混合物組成的鹵素，以及含量大于或等于0.15mg/mm3的汞，-通過將管部分壓縮或熔化成密封部分(4)來密封放電容器(3)，其中金屬帶部件(8)緊密地嵌入到所述密封部分，其中形成放電容器(3)以及將放電容器(3)的管部分壓縮或熔化成密封部分U)，使得密封部分(4)具有的截面表面積在6mn^和20mm2之間，優(yōu)選約為10mm2。9.如權(quán)利要求8的方法，其特征在于，燈外殼(2)由具有約4.1mm的外徑和約2mm內(nèi)徑的管形成。10.如權(quán)利要求8或9的方法，其特征在于，形成放電容器(3)并將放電容器(3)處的管部分熔化成密封部分(4)，使得每個密封部分(4)的直徑(ds)是在2.5mm和5mm之間，優(yōu)選約為3.6mm。11.如權(quán)利要求8至IO任意一個所述的方法，其特征在于，為了形成放電容器(3)，管在軸向方向被壓縮超過250%,優(yōu)選超過300%,在放電容器(3)最大厚度的位置同時發(fā)生徑向膨脹。12.如權(quán)利要求8至11任意一個所述的方法，其特征在于，鹵素含量在10Vmole/mm3和2xl0Vmole/mm3之間。13.—種投射燈系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1至7的任一所述的高壓汞蒸汽放電燈。14.一種投射燈系統(tǒng)，用于如前述權(quán)利要求1至7的任意一個所述的高壓汞蒸汽放電燈(1)，該投射燈系統(tǒng)具有橢圓反射器(15)，工作期間能在該橢圓反射器中使用所述高壓汞放電燈(1),其中反射器(15)的兩個焦點(F,，F(xiàn)2)之間的距離(df)小于或等于50mm，優(yōu)選小于或等于45mm。全文摘要高壓汞蒸汽放電燈(1)，包括抗高溫材料外殼(2)，其具有放電容器(3)和從兩個密封部分(4)延伸到放電容器(3)的兩個電極(5，6)，所說兩個電極具有小于或等于2.5mm優(yōu)選小于或等于1.5mm的電極間隙(d_e)，其中放電容器(3)包含填充物，其基本包括下面的物質(zhì)稀有氣體，氧氣，由氯、溴、碘、或其混合物組成的鹵素，以及含量大于或等于0.15mg/mm³的汞，其中密封部分(4)每一個具有在6mm²和20mm²之間，優(yōu)選約為10mm²的截面表面積。也描述了制造該高壓汞蒸汽放電燈(1)的方法和用于該高壓汞蒸汽放電燈的投射燈系統(tǒng)。文檔編號H01J61/82GK101351867SQ200680050364公開日2009年1月21日申請日期2006年12月21日優(yōu)先權(quán)日2006年1月3日發(fā)明者H·莫恩克,P·佩卡斯基申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司