メタルハライドランプおよび赤外暗視システム
【課題】 寿命中の近赤外線の出力の維持率を改善して、赤外視認装置の光源として十分な近赤外放射を長期に行えるメタルハライドランプおよび赤外暗視システムを提供する。
【解決手段】
本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間１４が形成された放電部１１を有する内管１と、放電空間１４に封入され、近赤外域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物を含む放電媒体と、放電部１１を囲繞するように内管１に接続された、少なくとも一のアルカリ金属が添加されている外管５とを具備することを特徴とする。外管５に添加されたアルカリ金属としては、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）から選択された少なくとも一であるのが好適であり、総添加量は５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下が望ましい。
【解決手段】
本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間１４が形成された放電部１１を有する内管１と、放電空間１４に封入され、近赤外域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物を含む放電媒体と、放電部１１を囲繞するように内管１に接続された、少なくとも一のアルカリ金属が添加されている外管５とを具備することを特徴とする。外管５に添加されたアルカリ金属としては、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）から選択された少なくとも一であるのが好適であり、総添加量は５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下が望ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近赤外域の放射を利用するメタルハライドランプおよび赤外暗視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の安全手段として用いた赤外暗視システムの開発、実用化が進んでいる。当該赤外暗視システムの一例として、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）等の近赤外域に発光波長のある放電媒体を封入したメタルハライドランプを用いる方式がある。このようなメタルハライドランプの公知例としては、特開２００４−１３４１００号公報（以下、特許文献１）、特開２００３−２５７３６７号公報（以下、特許文献２）、特開２００５−１４２０４１号公報（以下、特許文献３）がある。なお、特許文献１および２は近赤外光専用のメタルハライドランプ、特許文献３は一のメタルハライドランプで可視光と近赤外光の両方を得ることができる可視光・近赤外光兼用のメタルハライドランプである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３４１００号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７３６７号公報
【特許文献３】特開２００５−１４２０４１号公報
【特許文献４】特開２００５−１８３２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような赤外暗視システムに用いられるメタルハライドランプでは、近赤外光を得る目的で封入されたカリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）が点灯中に放電空間の外に抜け出すことにより、寿命中に近赤外光の放射が減少し、効率が低下してしまうという課題がある。この課題については、特開２００５−１８３２７６号公報（以下、特許文献４）で知られており、特に可視光・近赤外光兼用のメタルハライドランプにおいて深刻である。当該課題に対し、特許文献４では、電極にカリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）を添加することで、寿命中にそれらを徐々に放電空間に補充し、近赤外放射の減少を抑制しようとしている。
【０００５】
しかしながら、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）を電極に添加する方法では、電極への添加量を多くすると機械的強度が弱くなり、電極が脆くなるという新たな課題が発生することがわかった。すなわち、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）の添加量によっては電極の消耗等が発生し、他の特性に大きな影響を与えかねない。また、当該方法は、電極価格が大幅に高くなってしまうという問題も招く。さらに、メタルハライドランプでは、タングステン電極に酸化物等、例えば酸化トリウムをちらつき対策としてドープして使用することが多々あるが、このような場合には、添加物の組成比が複雑になり、所望の特性を得るためのコントロールが難しい。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みたもので、その目的は寿命中の近赤外線の出力の維持率を改善して、赤外視認装置の光源として十分な近赤外放射を長期に行えるメタルハライドランプおよび赤外暗視システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間が形成された放電部を有する内管と、前記放電空間に封入され、近赤外域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物を含む放電媒体と、前記放電部を囲繞するように前記内管に接続された、少なくとも一のアルカリ金属が添加されている外管とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、寿命中の近赤外線の出力の維持率を改善して、赤外視認装置の光源として十分な近赤外放射を長期に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態のメタルハライドランプについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態のメタルハライドランプについて説明するための全体図である。
【００１０】
メタルハライドランプの主要部を構成する発光管ＬＢは２重管構造となっており、発光管ＬＢ内部には内管１が配置されている。内管１はランプ軸方向に細長い形状であって、その略中央部には略楕円形の放電部１１が形成されている。放電部１１の両端部には、板状の封止部１２ａ、１２ｂが形成されており、さらにその両端には、筒状の非封止部１３ａ、１３ｂが形成されている。なお、内管１は耐熱性と透光性に優れた材料であれば使用でき、例えば石英ガラスを使用可能である。
【００１１】
放電部１１の内部には、軸方向において、中央部が略円柱状、その両端部がテーパ状の放電空間１４が形成されている。この放電空間１４の容積は、ショートアーク型の放電ランプでは１００μｌ以下、自動車の前照灯用として用途を指定する場合には、放電空間の容積は１０μｌ〜４０μｌであるのが望ましい。
【００１２】
放電空間１４には、金属ハロゲン化物２および希ガスとからなる放電媒体が封入されている。
【００１３】
金属ハロゲン化物２として、近赤外域に好適な発光波長を有するカリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）から選択された少なくとも一のハロゲン化物が封入される。「近赤外域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物」とは、７５０〜１２００ｎｍの範囲に強い発光を有する金属のハロゲン化物のことを意味する。図２は、赤外暗視システムの近赤外光の受光手段であるＣＣＤカメラの一般的な感度を示した図であるが、７００ｎｍ以降よりも長波長域では感度が落ち、１２００ｎｍ以降の波長は受光できなくなることがわかる。一方、７５０ｎｍ以下の波長域は可視光が多く含まれている。そのため、赤外暗視システムにおいては７５０〜１２００ｎｍに強い発光を有するカリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）のハロゲン化物が必須である。
【００１４】
一方、メタルハライドランプを可視光・近赤外光兼用光源として構成する場合、可視域に好適な発光波長がある金属のハロゲン化物も封入する必要がある。「可視域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物」とは、３８０〜７８０ｎｍの範囲に強い発光を有する金属のハロゲン化物のことを意味する。具体的には、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）などが挙げられる。
【００１５】
ここで、上記のように７５０〜７８０ｎｍは近赤外光および可視光として利用可能な範囲として重複しているが、この範囲は目的により近赤外光としても可視光としても利用しても良いことを意味する。例えば、近赤外専用光源では、７５０ｎｍまでの発光波長の光を近赤外発光として利用する方が効率、その他の面においても好適である。
【００１６】
また、ランプ電圧を上昇させる媒体も封入することが望ましい。ランプ電圧を上昇させる媒体としては、水銀（Ｈｇ）を用いることができるが、水銀フリーの構成とする場合には、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）などの金属のハロゲン化物を一または複数種用いることができる。
【００１７】
なお、金属ハロゲン化物２に結合されるハロゲンとしては、ヨウ素（Ｉ）が最も好適である。ただし、臭素（Ｂｒ）、塩素（Ｃｌ）または複数のハロゲンを組み合わせて使用してもよい。
【００１８】
希ガスとしては、キセノンが好適である。キセノンは、始動直後の発光効率が高く、主に始動用ガスとして作用するほか、８２０〜１０００ｎｍに近赤外域の発光波長を有するため、近赤外光の放射の増加も図ることができるためである。ちなみに、キセノンの圧力は常温（２５℃）において５ａｔｍ以上、さらに好適には１０〜１５ａｔｍであるのが望ましい。
【００１９】
ここで、可視光・近赤外光兼用光源の場合、上記のような放電媒体で構成されたメタルハライドランプは、定常点灯時の３８０〜７８０ｎｍと７５０〜１２００ｎｍとのランプの放射パワー比が０．５〜４．０：１であることが望ましい。
【００２０】
封止部１２ａ、１２ｂの内部には、マウント３ａ、３ｂが封止されている。
マウント３ａ、３ｂは、金属箔３ａ１、３ｂ１、電極３ａ２、３ｂ２、リード線３ａ３、３ｂ３からなる。
【００２１】
金属箔３ａ１、３ｂ１は、例えば、モリブデンからなる薄い金属板である。
【００２２】
電極３ａ２、３ｂ２は、タングステンを主体とする材料、例えばタングステンに酸化トリウムをドープした材料からなる。その先端は放電空間１４内で所定の電極間距離を保った状態で、対向配置されている。ここで、上記「所定の電極間距離」は、ショートアーク形ランプでは見た目の長さで５ｍｍ以下、自動車の前照灯に使用する場合はさらに４．２ｍｍ程度であるのが望ましい。
【００２３】
一方、基端側は金属箔３ａ１、３ｂ１の放電部１１側の端部に溶接によって接続されている。すなわち、金属箔３ａ１、３ｂ１との接合部分から放電空間１４までの電極部分は、封止部１２ａ、１２ｂの石英ガラスに封着されている。
【００２４】
リード線３ａ３、３ｂ３は、例えば、モリブデンからなり、放電部１１に対して反対側の金属箔３ａ１、３ｂ１の端部に、溶接等により接続されている。そして、リード線３ａ３、３ｂ３の他端側は、管軸に沿って封止部１２ａ、１２ｂの外部に延出している。なお、外部に延出した前端側のリード線３ｂ３には、ニッケルからなるＬ字状のサポートワイヤ３ｃの一端が接続され、その他端は、後述するソケット６の方向に延出している。そして、管軸と平行するサポートワイヤ３ｃの部分には、セラミックからなる絶縁スリーブ４が被覆されている。
【００２５】
上記で構成された内管１の外側には、管軸に沿って筒状の外管５が内管１と略同心状に設けられている。内管１と外管５の接続は、内管１両端の筒状の非封止部１３ａ、１３ｂ付近に外管５を溶着することにより行なわれており、内部空間は気密状態である。その空間には、例えば、窒素やネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスを一種または混合して封入したりすることができる。
【００２６】
ここで、外管５には、石英ガラスに紫外線の遮断作用を有する金属酸化物が添加されている。紫外線の遮断作用を有する金属酸化物としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）などが挙げられる。これらの総添加量としては数千ｐｐｍが望ましい。また、外管５には、上記金属酸化物に加え、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）から選択された少なくとも一のアルカリ金属が添加されている。
【００２７】
なお、上記アルカリ金属は、元素の状態で添加された場合のみならず、酸化物として添加された場合も含むものとする。すなわち、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化ルビジウム（Ｒｂ２Ｏ）、酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）等も含まれる。ちなみに、外管５に添加された各種アルカリ金属は、例えばプラズマ分光分析法を用いることで測定することが可能である。
【００２８】
発光管ＬＢの非封止部１３ａ側には、ソケット６が接続される。それらの接続は、非封止部１３ａ付近の外管５外周面に装着された金属バンド７１を、ソケット６の内管１保持側の開口端に形成された４本の金属製の舌片７２（図１では、２本を図示）により挟持することによって行なわれている。そして、接続をさらに強化するために、金属バンド７１および舌片７２の接触点を溶接している。なお、ソケット６の底部には底部端子８ａが形成されており、リード線３ａ３と接続されている。また、ソケット６の側部には底部端子８ｂが形成されており、サポートワイヤ３ｃと接続されている。
【００２９】
これらで構成されたメタルハライドランプは、管軸が略水平の状態で配置され、図３に示すように底部端子８ａ、側部端子８ｂに点灯回路９が接続されている。
【００３０】
点灯回路９について説明する。点灯回路９は、直流電源９１、ＤＣ−ＤＣ変換回路９２、ランプ電圧検出回路９３、ランプ電流検出回路９４、制御回路９５、ＤＣ−ＡＣ変換回路９６、駆動回路９７、イグナイタ９８により構成されている。
【００３１】
直流電源９１は、ランプＭＨＬを点灯するために必要な電力を供給する電源であって、車載用の場合、通常バッテリーが用いられる。
【００３２】
ＤＣ−ＤＣ変換回路９２は、入力値に対し、出力値を増減する回路である。つまり、直流電源９１の直流電圧が目的値よりも低い場合は昇圧チョッパを用いて昇圧し、直流電源９１の直流電圧が高い場合は降圧チョッパを用いて降圧するような回路が組まれている。
【００３３】
ランプ電圧検出回路９３は、ＤＣ−ＡＣ変換回路９６を介してランプＭＨＬと並列に接続されており、ランプ電圧を検出する。また、ランプ電流検出回路９４は、ＤＣ−ＡＣ変換回路９６を介してランプＭＨＬと直列に接続されており、ランプ電流を検出する。
【００３４】
制御回路９５は、ＤＣ−ＤＣ変換回路９２を制御する回路である。本実施の形態では、点灯直後には定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をランプＭＨＬに流し、その後、徐々にランプ電流を低減し、定格値になるように制御する。また、制御手段９５は、ランプ電圧検出回路９３、ランプ電流検出回路９４から検出値をフィードバックし、ＤＣ−ＤＣ変換回路９２を定電力制御する。
【００３５】
ＤＣ−ＡＣ変換回路９６は、直流入力を交流出力に変換する回路である。通常、４つのスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴによりブリッジ回路が構成されてなる。これらのスイッチング素子を駆動回路９７により制御して、低周波の交流波形を出力する。
【００３６】
イグナイタ９８は、ＤＣ−ＡＣ変換回路９６とランプＭＨＬの間に介在しており、始動時に２０ｋＶ程度のパルスをランプＭＨＬに印加できるよう構成されている。
【００３７】
この点灯回路９により、ランプＭＨＬは安定時は３５Ｗ、始動時は安定時電力に対して２倍以上である７５Ｗで点灯される。
【００３８】
以下に、本発明の一実施例を示す。
【００３９】
（実施例１）
放電容器１：石英ガラス製、放電空間１４の容積＝２５μｌ、内径Ａ＝２．６ｍｍ、外径Ｂ＝６．０ｍｍ、長手方向の球体長Ｃ＝７．８ｍｍ、
金属ハロゲン化物２：ＳｃＩ３＝０．１３ｍｇ、ＮａＩ＝０．２６ｍｇ、ＺｎＩ２＝０．２ｍｇ、ＣｓＩ＝０．０４ｍｇ、
希ガス：キセノン＝１０ａｔｍ、
金属箔３ａ１、３ｂ１：モリブデン製、
電極３ａ２、３ｂ２：トリエーテッドタングステン製、酸化トリウムの含有量＝１．０重量％、直径Ｒ＝０．３５ｍｍ、電極間距離Ｄ＝４．２ｍｍ、
リード線３ａ３、３ｂ３：モリブデン製、直径＝０．６ｍｍ、
外管５：ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２＋Ａｌ２Ｏ３（＝数千ｐｐｍ）とＫ２Ｏ（＝１０００ｐｐｍ）を添加した石英ガラス
実施例１のランプは可視光・近赤外光兼用光源である。このランプを図３の点灯回路を用いて点灯したところ、全光束は３０００ｌｍ、ランプ電圧は４３Ｖであった。また、定常点灯時の可視域（３８０〜７８０ｎｍ）と近赤外域（７５０〜１１００ｎｍ）との放射パワー比は２．８４：１であった。
【００４０】
図４は、実施例１に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率を示す図である。点灯条件は、日本電球工業会規格のＪＥＬ２１５−１９９８に規定されている点滅サイクルであり、近赤外放射パワー維持率は、３０００時間後の７５０〜１２００ｎｍの放射パワー／初期の７５０〜１２００ｎｍの放射パワーにより計算している。なお、光束維持率と近赤外放射パワー維持率は各２本について試験し、その平均値をとったものである。
【００４１】
結果より、通常の外管５であるランプＡと外管５にアルカリ金属を添加したランプＢ〜Ｙとを比較すると、光束維持率についてはほとんど差はないが、近赤外放射パワー維持率についてはランプＢ〜Ｙの方が高いことがわかる。例えば、ランプＡの光束維持率は７１％、近赤外放射パワー維持率は６２％であったのに対し、ランプＦの光束維持率は６８％、近赤外放射パワー維持率は９８％であり、近赤外放射パワー維持率について３０％も差が生じる結果となっている。
【００４２】
このような結果になった理由を実施例１であるランプＦと従来のランプＡとを比較しながら説明する。
【００４３】
図５は、点灯初期の実施例１（ランプＦ）の分光分布を示す図である。図からわかるように、可視域ではスカンジウムとナトリウム、近赤外域ではナトリウム、セシウム（Ｃｓ）、キセノンの発光を確認できる。近赤外域に発光があるナトリウム、セシウム（Ｃｓ）、キセノンについては、それぞれナトリウムは８２０ｎｍ付近、セシウム（Ｃｓ）は８５５ｎｍ付近と９００ｎｍ付近、キセノンは９１５ｎｍ付近に発光波長のピークがある。ちなみに、点灯初期は、放電空間に封入された金属ハロゲン化物や希ガスのみが影響するため、初期に関してはランプＡでも図５とほぼ同じ分光分布になる。
【００４４】
これらのランプについて３０００時間の点灯試験を行い、その期間中の光束維持率と近赤外放射パワー維持率を比較すると、図６のような結果になる。光束維持率については、ランプＡもＦもほぼ同じように低下しているが、近赤外放射パワー維持率については大きく相違する。すなわち、ランプＡでは点灯時間につれて常に下降傾向であるが、ランプＦでは約４００時間まで下降し、その後は上昇または維持している傾向がある。これは、点灯中に近赤外発光するナトリウム、セシウム（Ｃｓ）が放電空間から抜け、いったん近赤外放射パワーが低下するが、途中から外管５に添加したカリウム（Ｋ）が放電空間に侵入し、近赤外域の発光に寄与したためと考えられる（当該現象については、当社の先願である特願２００６−５１５１０号公報にも記載）。現に３０００時間点灯後の実施例１（ランプＦ）の分光分布を示した図７と点灯初期の分光分布である図５とを比較すると、初期の８２０ｎｍ付近のナトリウム発光、８５５ｎｍ付近と９００ｎｍ付近のセシウム（Ｃｓ）発光は放射パワーが減少し、３０００時間では新たに７６５ｎｍ付近にピークを持つカリウム（Ｋ）の発光波長が現れている。
【００４５】
ここで、外管５に添加するカリウム（Ｋ）等の量は、添加量が多いほど高い近赤外放射パワー維持率向上の効果が得られているが、図８から明らかなように、外管５への添加量が５００ｐｐｍ以上であれば、非常に高い効果を得ることができる。しかし、添加量が２００００ｐｐｍ以上になると内管１の材質の物理的性質に対し、外管５の材質の性質が大きく異なることになってしまうため、両者の封着が困難になる等の弊害が生じる。したがって、外管５へのアルカリ金属の添加量は、５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であるのが望ましい。なお、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）を複数組み合わせて添加する場合では、総添加量が５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であれば単体を添加する場合と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
（実施例２）
実施例２では、近赤外域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物として、ＣｓＩの代わりに、ＲｂＩを０．０４ｍｇ封入し、さらに外管５にはＫ２Ｏの代わりにＣｓ２Ｏを添加している。それ以外の構成は実施例１と同じである。
【００４７】
このランプを図３の点灯回路を用いて、始動時７５Ｗ、定常時３５Ｗの電力により点灯したところ、全光束は３１００ｌｍ、ランプ電圧は４２Ｖであった。また、定常点灯時の可視域（３８０〜７８０ｎｍ）と近赤外域（７５０〜１１００ｎｍ）との放射パワー比は３．２４：１であった。
【００４８】
図９は、実施例２に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率を示す図である。点灯条件等は、図４の試験のときと同じである。
【００４９】
結果、通常の外管５であるランプＡと外管５にアルカリ金属を添加したランプＢ〜Ｙとでは、光束維持率についてはほとんど差はないが、近赤外放射パワー維持率についてはランプＢ〜Ｙの方が高いことがわかる。すなわち、ほぼ図４と同じ結果が得られている。図１０は点灯初期、図１１は３０００時間点灯後の実施例２（ランプＶ）の分光分布を示す図であるが、初期に対し、３０００時間経過後は、ナトリウムおよびルビジウム（Ｒｂ）の発光は弱くなり、代わりにセシウム（Ｃｓ）の発光が現れていることから、実施例１と同じメカニズムが発生していることがわかる。また、図１２からわかるように、実施例２においても、外管５へのアルカリ金属の添加量は、５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であることが望ましい。
【００５０】
以上、この実施例２の結果から放電空間１４に封入する近赤外域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物や外管５に添加するアルカリ金属の種類を変更しても、本発明の効果が得られることを確認できた。
【００５１】
（実施例３）
実施例３では、電圧を上昇させる媒体としてＺｎＩ２の代わりにＨｇを０．３ｍｇ封入している。それ以外の構成は実施例１と同じである。
【００５２】
このランプを図３の点灯回路を用いて、始動時７５Ｗ、定常時３５Ｗの電力により点灯したところ、全光束は３２００ｌｍ、ランプ電圧は８５Ｖであった。また、定常点灯時の可視域（３８０〜７８０ｎｍ）と近赤外域（７５０〜１１００ｎｍ）との放射パワー比は３．３０：１であった。また、図４と同じ試験を行ったところ、同様の結果が得られた。
【００５３】
以上、この実施例３から水銀入り、水銀フリーのランプ構成にかかわらず、本発明の効果が得られることを確認できた。
【００５４】
（実施例４）
実施例４では、金属ハロゲン化物２としてＣｓＩを０．２ｍｇ、ＲｂＩを０．２ｍｇ封入し、電極３ａ２、３ｂ２は、先端（放電空間１４内に位置）径が０．５５ｍｍ、軸（封止部１２ａ、１２ｂ内に位置）径が０．３５ｍｍのものを使用している。それ以外の構成は実施例１と同じである。
【００５５】
このランプを図３の点灯回路を用いて、始動時７５Ｗ、定常時３５Ｗの電力により点灯したところ、全光束は２４０ｌｍ、ランプ電圧は２３Ｖであった。また、このランプの可視域（３８０〜７８０ｎｍ）の放射パワーは２．４Ｗ、近赤外域（７５０〜１１００ｎｍ）の放射パワーは７．９Ｗであった。ちなみに、図１３は点灯初期の実施例４の分光分布を示す図であるが、この図からもわかるように、実施例４はほぼ近赤外域のみに発光がある近赤外光専用光源である。
【００５６】
図１４は、実施例３に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率を示す図である。点灯条件等は、図４の試験のときと同じである。
【００５７】
結果からわかるように、通常の外管５であるランプＡと外管５にアルカリ金属を添加したランプＢ〜Ｙとでは、光束維持率についてはほとんど差はないが、近赤外放射パワー維持率についてはランプＢ〜Ｙの方が高いことがわかる。つまり、図４と傾向は同じである。なお、この実施例では、図４、９と比較して、３０００時間点灯後の光束維持率が高い結果となっているが、これは反応性の少ないＳｃＩ３を封入していないことが関係する。また、近赤外放射パワー維持率が小さい結果となっているが、これは近赤外光専用光源であるため可視域の発光が少ないことが関係する。すなわち、外管５から放電空間１４に侵入してきたアルカリ金属は可視域の発光エネルギーの一部を奪い、近赤外域の発光を増加させる作用があるが、実施例４ではもともとの可視域の発光エネルギーがわずかなので、近赤外域の発光があまり増加しなかったと考えられる。また、図１５からわかるように、実施例３においても、外管５へのアルカリ金属の添加量は、５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であることが望ましい。
【００５８】
以上、この実施例４から近赤外光専用光源であっても、本発明の効果が得られることを確認できた。
【００５９】
したがって、本実施の形態では、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）のアルカリ金属が添加されている外管５を放電部１１を囲繞するように内管１に接続することにより、それらのアルカリ金属が点灯中、徐々に外管５から放電空間１４に移動するため、十分な近赤外放射パワーを長期にわたり維持することができる。その際、外管５に添加するアルカリ金属の総添加量は５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であれば、高い効果を得ることができる。また、可視光・近赤外光兼用光源、近赤外光専用光源に限らず、本発明の効果を得ることができる。
【００６０】
（第２の実施の形態）
図１６は、本発明の第２の実施の形態の赤外暗視システムについて説明するための図である。
【００６１】
赤外暗視システムは、ランプＭＨＬ、反射鏡１０１、レンズ１０２、出光側可視光カットフィルター１０３、受光側可視光カットフィルター１０４、ＣＣＤカメラ１０５で構成されている。なお、図１６に示す赤外暗視システムは、可視光・近赤外光専用光源を用いた例である。
【００６２】
赤外暗視システムの出光側は、第１の実施の形態に記載したような近赤外光を発するランプＭＨＬを搭載した灯具により構成されている。灯具は、反射鏡１０１を備えており、その焦点付近にランプＭＨＬが取り付けられている。反射鏡１０１の出光側には配光制御のためのレンズ１０２が取り付けられている。また、レンズ１０２の一部には、例えば、７８０ｎｍ以下の波長域の光をカットする特性を有する出光側可視光カットフィルター１０３が配置されている。すなわち、この灯具では、出光側可視光カットフィルター１０３のない箇所からは可視光ＶＬが得られ、フィルターが配置された箇所からは近赤外光ＩＲＬ１が得られる。この可視光ＶＬは、対向車等に眩しくない配光でロービームとして利用される。
【００６３】
灯具から出光した近赤外光ＩＲＬ１は、照射対象ＩＯに照射される。そして、照射対象ＩＯに照射された近赤外光ＩＲＬ１は、反射して近赤外光ＩＲＬ２となり、受光手段であるＣＣＤカメラ１０５に入光する。その際、近赤外光ＩＲＬ２以外の光、例えば対向車のランプによる可視光等を受光し、誤った検出をしないよう、ＣＣＤカメラ１０５の受光レンズ付近にも出光側可視光カットフィルター１０３とほぼ同じ特性の受光側可視光カットフィルター１０４が取り付けられている。
【００６４】
したがって、本実施の形態では、第１の実施の形態のようなランプＭＨＬからの光を例えば、７８０ｎｍ以下の波長域の可視光はカットする可視光カットフィルター１０３、１０４により、近赤外光ＩＲＬ１を取り出し、照射対象ＯＢに反射した近赤外光ＩＲＬ２を受光するＣＣＤカメラ１０５により構成されているため、十分な近赤外放射を長期に行える赤外暗視システムを提供することができる。
【００６５】
なお、本発明の実施の形態は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。
【００６６】
カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）を添加した電極３ａ２、３ｂ２を本発明と併用しても良い。これにより、近赤外放射パワー維持率をさらに改善することができる。また、電極３ａ２、３ｂ２にコイルを巻装する場合、そのコイルにカリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）を添加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態のメタルハライドランプについて説明するための全体図。
【図２】赤外暗視システムの近赤外光の受光手段であるＣＣＤカメラの一般的な感度について説明するための図。
【図３】点灯回路について説明するための図。
【図４】実施例１に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図５】点灯初期の実施例１（ランプＦ）の分光分布について説明するための図。
【図６】ランプＡとランプＦの３０００時間までの光束維持率と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図７】３０００時間点灯後の実施例１（ランプＦ）の分光分布ついて説明するための図。
【図８】図４のアルカリ金属の添加量と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図９】実施例２に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図１０】点灯初期の実施例２（ランプＶ）の分光分布について説明するための図。
【図１１】３０００時間点灯後の実施例２（ランプＶ）の分光分布ついて説明するための図。
【図１２】図９のアルカリ金属の添加量と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図１３】点灯初期の実施例４の分光分布について説明するための図。
【図１４】実施例３に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図１５】図１３のアルカリ金属の添加量と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図１６】本発明の第２の実施の形態の赤外暗視システムについて説明するための図。
【符号の説明】
【００６８】
１ 内管
１１ 放電部
１２ａ、１２ｂ 封止部
１３ａ、１３ｂ 非封止部
１４ 放電空間
２ 金属ハロゲン化物
２ａ、２ｂ マウント
３ａ１、３ｂ１ 金属箔
３ａ２、３ｂ２ 電極
３ａ３、３ｂ３ リード線
３ｃ サポートワイヤ
４ 絶縁チューブ
５ 外管
６ ソケット
７１ 金属バンド
７２ 舌片
８ａ 底部端子
８ｂ 側部端子
９ 点灯回路
ＭＨＬ ランプ
１０３、１０４ 可視光カットフィルター
１０５ ＣＣＤカメラ
ＶＬ 可視光
ＩＲＬ 近赤外光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近赤外域の放射を利用するメタルハライドランプおよび赤外暗視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の安全手段として用いた赤外暗視システムの開発、実用化が進んでいる。当該赤外暗視システムの一例として、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）等の近赤外域に発光波長のある放電媒体を封入したメタルハライドランプを用いる方式がある。このようなメタルハライドランプの公知例としては、特開２００４−１３４１００号公報（以下、特許文献１）、特開２００３−２５７３６７号公報（以下、特許文献２）、特開２００５−１４２０４１号公報（以下、特許文献３）がある。なお、特許文献１および２は近赤外光専用のメタルハライドランプ、特許文献３は一のメタルハライドランプで可視光と近赤外光の両方を得ることができる可視光・近赤外光兼用のメタルハライドランプである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３４１００号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７３６７号公報
【特許文献３】特開２００５−１４２０４１号公報
【特許文献４】特開２００５−１８３２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような赤外暗視システムに用いられるメタルハライドランプでは、近赤外光を得る目的で封入されたカリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）が点灯中に放電空間の外に抜け出すことにより、寿命中に近赤外光の放射が減少し、効率が低下してしまうという課題がある。この課題については、特開２００５−１８３２７６号公報（以下、特許文献４）で知られており、特に可視光・近赤外光兼用のメタルハライドランプにおいて深刻である。当該課題に対し、特許文献４では、電極にカリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）を添加することで、寿命中にそれらを徐々に放電空間に補充し、近赤外放射の減少を抑制しようとしている。
【０００５】
しかしながら、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）を電極に添加する方法では、電極への添加量を多くすると機械的強度が弱くなり、電極が脆くなるという新たな課題が発生することがわかった。すなわち、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）の添加量によっては電極の消耗等が発生し、他の特性に大きな影響を与えかねない。また、当該方法は、電極価格が大幅に高くなってしまうという問題も招く。さらに、メタルハライドランプでは、タングステン電極に酸化物等、例えば酸化トリウムをちらつき対策としてドープして使用することが多々あるが、このような場合には、添加物の組成比が複雑になり、所望の特性を得るためのコントロールが難しい。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みたもので、その目的は寿命中の近赤外線の出力の維持率を改善して、赤外視認装置の光源として十分な近赤外放射を長期に行えるメタルハライドランプおよび赤外暗視システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のメタルハライドランプは、内部に放電空間が形成された放電部を有する内管と、前記放電空間に封入され、近赤外域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物を含む放電媒体と、前記放電部を囲繞するように前記内管に接続された、少なくとも一のアルカリ金属が添加されている外管とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、寿命中の近赤外線の出力の維持率を改善して、赤外視認装置の光源として十分な近赤外放射を長期に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態のメタルハライドランプについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態のメタルハライドランプについて説明するための全体図である。
【００１０】
メタルハライドランプの主要部を構成する発光管ＬＢは２重管構造となっており、発光管ＬＢ内部には内管１が配置されている。内管１はランプ軸方向に細長い形状であって、その略中央部には略楕円形の放電部１１が形成されている。放電部１１の両端部には、板状の封止部１２ａ、１２ｂが形成されており、さらにその両端には、筒状の非封止部１３ａ、１３ｂが形成されている。なお、内管１は耐熱性と透光性に優れた材料であれば使用でき、例えば石英ガラスを使用可能である。
【００１１】
放電部１１の内部には、軸方向において、中央部が略円柱状、その両端部がテーパ状の放電空間１４が形成されている。この放電空間１４の容積は、ショートアーク型の放電ランプでは１００μｌ以下、自動車の前照灯用として用途を指定する場合には、放電空間の容積は１０μｌ〜４０μｌであるのが望ましい。
【００１２】
放電空間１４には、金属ハロゲン化物２および希ガスとからなる放電媒体が封入されている。
【００１３】
金属ハロゲン化物２として、近赤外域に好適な発光波長を有するカリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）から選択された少なくとも一のハロゲン化物が封入される。「近赤外域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物」とは、７５０〜１２００ｎｍの範囲に強い発光を有する金属のハロゲン化物のことを意味する。図２は、赤外暗視システムの近赤外光の受光手段であるＣＣＤカメラの一般的な感度を示した図であるが、７００ｎｍ以降よりも長波長域では感度が落ち、１２００ｎｍ以降の波長は受光できなくなることがわかる。一方、７５０ｎｍ以下の波長域は可視光が多く含まれている。そのため、赤外暗視システムにおいては７５０〜１２００ｎｍに強い発光を有するカリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）のハロゲン化物が必須である。
【００１４】
一方、メタルハライドランプを可視光・近赤外光兼用光源として構成する場合、可視域に好適な発光波長がある金属のハロゲン化物も封入する必要がある。「可視域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物」とは、３８０〜７８０ｎｍの範囲に強い発光を有する金属のハロゲン化物のことを意味する。具体的には、ナトリウム（Ｎａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）などが挙げられる。
【００１５】
ここで、上記のように７５０〜７８０ｎｍは近赤外光および可視光として利用可能な範囲として重複しているが、この範囲は目的により近赤外光としても可視光としても利用しても良いことを意味する。例えば、近赤外専用光源では、７５０ｎｍまでの発光波長の光を近赤外発光として利用する方が効率、その他の面においても好適である。
【００１６】
また、ランプ電圧を上昇させる媒体も封入することが望ましい。ランプ電圧を上昇させる媒体としては、水銀（Ｈｇ）を用いることができるが、水銀フリーの構成とする場合には、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）などの金属のハロゲン化物を一または複数種用いることができる。
【００１７】
なお、金属ハロゲン化物２に結合されるハロゲンとしては、ヨウ素（Ｉ）が最も好適である。ただし、臭素（Ｂｒ）、塩素（Ｃｌ）または複数のハロゲンを組み合わせて使用してもよい。
【００１８】
希ガスとしては、キセノンが好適である。キセノンは、始動直後の発光効率が高く、主に始動用ガスとして作用するほか、８２０〜１０００ｎｍに近赤外域の発光波長を有するため、近赤外光の放射の増加も図ることができるためである。ちなみに、キセノンの圧力は常温（２５℃）において５ａｔｍ以上、さらに好適には１０〜１５ａｔｍであるのが望ましい。
【００１９】
ここで、可視光・近赤外光兼用光源の場合、上記のような放電媒体で構成されたメタルハライドランプは、定常点灯時の３８０〜７８０ｎｍと７５０〜１２００ｎｍとのランプの放射パワー比が０．５〜４．０：１であることが望ましい。
【００２０】
封止部１２ａ、１２ｂの内部には、マウント３ａ、３ｂが封止されている。
マウント３ａ、３ｂは、金属箔３ａ１、３ｂ１、電極３ａ２、３ｂ２、リード線３ａ３、３ｂ３からなる。
【００２１】
金属箔３ａ１、３ｂ１は、例えば、モリブデンからなる薄い金属板である。
【００２２】
電極３ａ２、３ｂ２は、タングステンを主体とする材料、例えばタングステンに酸化トリウムをドープした材料からなる。その先端は放電空間１４内で所定の電極間距離を保った状態で、対向配置されている。ここで、上記「所定の電極間距離」は、ショートアーク形ランプでは見た目の長さで５ｍｍ以下、自動車の前照灯に使用する場合はさらに４．２ｍｍ程度であるのが望ましい。
【００２３】
一方、基端側は金属箔３ａ１、３ｂ１の放電部１１側の端部に溶接によって接続されている。すなわち、金属箔３ａ１、３ｂ１との接合部分から放電空間１４までの電極部分は、封止部１２ａ、１２ｂの石英ガラスに封着されている。
【００２４】
リード線３ａ３、３ｂ３は、例えば、モリブデンからなり、放電部１１に対して反対側の金属箔３ａ１、３ｂ１の端部に、溶接等により接続されている。そして、リード線３ａ３、３ｂ３の他端側は、管軸に沿って封止部１２ａ、１２ｂの外部に延出している。なお、外部に延出した前端側のリード線３ｂ３には、ニッケルからなるＬ字状のサポートワイヤ３ｃの一端が接続され、その他端は、後述するソケット６の方向に延出している。そして、管軸と平行するサポートワイヤ３ｃの部分には、セラミックからなる絶縁スリーブ４が被覆されている。
【００２５】
上記で構成された内管１の外側には、管軸に沿って筒状の外管５が内管１と略同心状に設けられている。内管１と外管５の接続は、内管１両端の筒状の非封止部１３ａ、１３ｂ付近に外管５を溶着することにより行なわれており、内部空間は気密状態である。その空間には、例えば、窒素やネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスを一種または混合して封入したりすることができる。
【００２６】
ここで、外管５には、石英ガラスに紫外線の遮断作用を有する金属酸化物が添加されている。紫外線の遮断作用を有する金属酸化物としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）などが挙げられる。これらの総添加量としては数千ｐｐｍが望ましい。また、外管５には、上記金属酸化物に加え、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）から選択された少なくとも一のアルカリ金属が添加されている。
【００２７】
なお、上記アルカリ金属は、元素の状態で添加された場合のみならず、酸化物として添加された場合も含むものとする。すなわち、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化ルビジウム（Ｒｂ２Ｏ）、酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）等も含まれる。ちなみに、外管５に添加された各種アルカリ金属は、例えばプラズマ分光分析法を用いることで測定することが可能である。
【００２８】
発光管ＬＢの非封止部１３ａ側には、ソケット６が接続される。それらの接続は、非封止部１３ａ付近の外管５外周面に装着された金属バンド７１を、ソケット６の内管１保持側の開口端に形成された４本の金属製の舌片７２（図１では、２本を図示）により挟持することによって行なわれている。そして、接続をさらに強化するために、金属バンド７１および舌片７２の接触点を溶接している。なお、ソケット６の底部には底部端子８ａが形成されており、リード線３ａ３と接続されている。また、ソケット６の側部には底部端子８ｂが形成されており、サポートワイヤ３ｃと接続されている。
【００２９】
これらで構成されたメタルハライドランプは、管軸が略水平の状態で配置され、図３に示すように底部端子８ａ、側部端子８ｂに点灯回路９が接続されている。
【００３０】
点灯回路９について説明する。点灯回路９は、直流電源９１、ＤＣ−ＤＣ変換回路９２、ランプ電圧検出回路９３、ランプ電流検出回路９４、制御回路９５、ＤＣ−ＡＣ変換回路９６、駆動回路９７、イグナイタ９８により構成されている。
【００３１】
直流電源９１は、ランプＭＨＬを点灯するために必要な電力を供給する電源であって、車載用の場合、通常バッテリーが用いられる。
【００３２】
ＤＣ−ＤＣ変換回路９２は、入力値に対し、出力値を増減する回路である。つまり、直流電源９１の直流電圧が目的値よりも低い場合は昇圧チョッパを用いて昇圧し、直流電源９１の直流電圧が高い場合は降圧チョッパを用いて降圧するような回路が組まれている。
【００３３】
ランプ電圧検出回路９３は、ＤＣ−ＡＣ変換回路９６を介してランプＭＨＬと並列に接続されており、ランプ電圧を検出する。また、ランプ電流検出回路９４は、ＤＣ−ＡＣ変換回路９６を介してランプＭＨＬと直列に接続されており、ランプ電流を検出する。
【００３４】
制御回路９５は、ＤＣ−ＤＣ変換回路９２を制御する回路である。本実施の形態では、点灯直後には定格ランプ電流の３倍以上のランプ電流をランプＭＨＬに流し、その後、徐々にランプ電流を低減し、定格値になるように制御する。また、制御手段９５は、ランプ電圧検出回路９３、ランプ電流検出回路９４から検出値をフィードバックし、ＤＣ−ＤＣ変換回路９２を定電力制御する。
【００３５】
ＤＣ−ＡＣ変換回路９６は、直流入力を交流出力に変換する回路である。通常、４つのスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴによりブリッジ回路が構成されてなる。これらのスイッチング素子を駆動回路９７により制御して、低周波の交流波形を出力する。
【００３６】
イグナイタ９８は、ＤＣ−ＡＣ変換回路９６とランプＭＨＬの間に介在しており、始動時に２０ｋＶ程度のパルスをランプＭＨＬに印加できるよう構成されている。
【００３７】
この点灯回路９により、ランプＭＨＬは安定時は３５Ｗ、始動時は安定時電力に対して２倍以上である７５Ｗで点灯される。
【００３８】
以下に、本発明の一実施例を示す。
【００３９】
（実施例１）
放電容器１：石英ガラス製、放電空間１４の容積＝２５μｌ、内径Ａ＝２．６ｍｍ、外径Ｂ＝６．０ｍｍ、長手方向の球体長Ｃ＝７．８ｍｍ、
金属ハロゲン化物２：ＳｃＩ３＝０．１３ｍｇ、ＮａＩ＝０．２６ｍｇ、ＺｎＩ２＝０．２ｍｇ、ＣｓＩ＝０．０４ｍｇ、
希ガス：キセノン＝１０ａｔｍ、
金属箔３ａ１、３ｂ１：モリブデン製、
電極３ａ２、３ｂ２：トリエーテッドタングステン製、酸化トリウムの含有量＝１．０重量％、直径Ｒ＝０．３５ｍｍ、電極間距離Ｄ＝４．２ｍｍ、
リード線３ａ３、３ｂ３：モリブデン製、直径＝０．６ｍｍ、
外管５：ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２＋Ａｌ２Ｏ３（＝数千ｐｐｍ）とＫ２Ｏ（＝１０００ｐｐｍ）を添加した石英ガラス
実施例１のランプは可視光・近赤外光兼用光源である。このランプを図３の点灯回路を用いて点灯したところ、全光束は３０００ｌｍ、ランプ電圧は４３Ｖであった。また、定常点灯時の可視域（３８０〜７８０ｎｍ）と近赤外域（７５０〜１１００ｎｍ）との放射パワー比は２．８４：１であった。
【００４０】
図４は、実施例１に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率を示す図である。点灯条件は、日本電球工業会規格のＪＥＬ２１５−１９９８に規定されている点滅サイクルであり、近赤外放射パワー維持率は、３０００時間後の７５０〜１２００ｎｍの放射パワー／初期の７５０〜１２００ｎｍの放射パワーにより計算している。なお、光束維持率と近赤外放射パワー維持率は各２本について試験し、その平均値をとったものである。
【００４１】
結果より、通常の外管５であるランプＡと外管５にアルカリ金属を添加したランプＢ〜Ｙとを比較すると、光束維持率についてはほとんど差はないが、近赤外放射パワー維持率についてはランプＢ〜Ｙの方が高いことがわかる。例えば、ランプＡの光束維持率は７１％、近赤外放射パワー維持率は６２％であったのに対し、ランプＦの光束維持率は６８％、近赤外放射パワー維持率は９８％であり、近赤外放射パワー維持率について３０％も差が生じる結果となっている。
【００４２】
このような結果になった理由を実施例１であるランプＦと従来のランプＡとを比較しながら説明する。
【００４３】
図５は、点灯初期の実施例１（ランプＦ）の分光分布を示す図である。図からわかるように、可視域ではスカンジウムとナトリウム、近赤外域ではナトリウム、セシウム（Ｃｓ）、キセノンの発光を確認できる。近赤外域に発光があるナトリウム、セシウム（Ｃｓ）、キセノンについては、それぞれナトリウムは８２０ｎｍ付近、セシウム（Ｃｓ）は８５５ｎｍ付近と９００ｎｍ付近、キセノンは９１５ｎｍ付近に発光波長のピークがある。ちなみに、点灯初期は、放電空間に封入された金属ハロゲン化物や希ガスのみが影響するため、初期に関してはランプＡでも図５とほぼ同じ分光分布になる。
【００４４】
これらのランプについて３０００時間の点灯試験を行い、その期間中の光束維持率と近赤外放射パワー維持率を比較すると、図６のような結果になる。光束維持率については、ランプＡもＦもほぼ同じように低下しているが、近赤外放射パワー維持率については大きく相違する。すなわち、ランプＡでは点灯時間につれて常に下降傾向であるが、ランプＦでは約４００時間まで下降し、その後は上昇または維持している傾向がある。これは、点灯中に近赤外発光するナトリウム、セシウム（Ｃｓ）が放電空間から抜け、いったん近赤外放射パワーが低下するが、途中から外管５に添加したカリウム（Ｋ）が放電空間に侵入し、近赤外域の発光に寄与したためと考えられる（当該現象については、当社の先願である特願２００６−５１５１０号公報にも記載）。現に３０００時間点灯後の実施例１（ランプＦ）の分光分布を示した図７と点灯初期の分光分布である図５とを比較すると、初期の８２０ｎｍ付近のナトリウム発光、８５５ｎｍ付近と９００ｎｍ付近のセシウム（Ｃｓ）発光は放射パワーが減少し、３０００時間では新たに７６５ｎｍ付近にピークを持つカリウム（Ｋ）の発光波長が現れている。
【００４５】
ここで、外管５に添加するカリウム（Ｋ）等の量は、添加量が多いほど高い近赤外放射パワー維持率向上の効果が得られているが、図８から明らかなように、外管５への添加量が５００ｐｐｍ以上であれば、非常に高い効果を得ることができる。しかし、添加量が２００００ｐｐｍ以上になると内管１の材質の物理的性質に対し、外管５の材質の性質が大きく異なることになってしまうため、両者の封着が困難になる等の弊害が生じる。したがって、外管５へのアルカリ金属の添加量は、５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であるのが望ましい。なお、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）を複数組み合わせて添加する場合では、総添加量が５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であれば単体を添加する場合と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
（実施例２）
実施例２では、近赤外域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物として、ＣｓＩの代わりに、ＲｂＩを０．０４ｍｇ封入し、さらに外管５にはＫ２Ｏの代わりにＣｓ２Ｏを添加している。それ以外の構成は実施例１と同じである。
【００４７】
このランプを図３の点灯回路を用いて、始動時７５Ｗ、定常時３５Ｗの電力により点灯したところ、全光束は３１００ｌｍ、ランプ電圧は４２Ｖであった。また、定常点灯時の可視域（３８０〜７８０ｎｍ）と近赤外域（７５０〜１１００ｎｍ）との放射パワー比は３．２４：１であった。
【００４８】
図９は、実施例２に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率を示す図である。点灯条件等は、図４の試験のときと同じである。
【００４９】
結果、通常の外管５であるランプＡと外管５にアルカリ金属を添加したランプＢ〜Ｙとでは、光束維持率についてはほとんど差はないが、近赤外放射パワー維持率についてはランプＢ〜Ｙの方が高いことがわかる。すなわち、ほぼ図４と同じ結果が得られている。図１０は点灯初期、図１１は３０００時間点灯後の実施例２（ランプＶ）の分光分布を示す図であるが、初期に対し、３０００時間経過後は、ナトリウムおよびルビジウム（Ｒｂ）の発光は弱くなり、代わりにセシウム（Ｃｓ）の発光が現れていることから、実施例１と同じメカニズムが発生していることがわかる。また、図１２からわかるように、実施例２においても、外管５へのアルカリ金属の添加量は、５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であることが望ましい。
【００５０】
以上、この実施例２の結果から放電空間１４に封入する近赤外域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物や外管５に添加するアルカリ金属の種類を変更しても、本発明の効果が得られることを確認できた。
【００５１】
（実施例３）
実施例３では、電圧を上昇させる媒体としてＺｎＩ２の代わりにＨｇを０．３ｍｇ封入している。それ以外の構成は実施例１と同じである。
【００５２】
このランプを図３の点灯回路を用いて、始動時７５Ｗ、定常時３５Ｗの電力により点灯したところ、全光束は３２００ｌｍ、ランプ電圧は８５Ｖであった。また、定常点灯時の可視域（３８０〜７８０ｎｍ）と近赤外域（７５０〜１１００ｎｍ）との放射パワー比は３．３０：１であった。また、図４と同じ試験を行ったところ、同様の結果が得られた。
【００５３】
以上、この実施例３から水銀入り、水銀フリーのランプ構成にかかわらず、本発明の効果が得られることを確認できた。
【００５４】
（実施例４）
実施例４では、金属ハロゲン化物２としてＣｓＩを０．２ｍｇ、ＲｂＩを０．２ｍｇ封入し、電極３ａ２、３ｂ２は、先端（放電空間１４内に位置）径が０．５５ｍｍ、軸（封止部１２ａ、１２ｂ内に位置）径が０．３５ｍｍのものを使用している。それ以外の構成は実施例１と同じである。
【００５５】
このランプを図３の点灯回路を用いて、始動時７５Ｗ、定常時３５Ｗの電力により点灯したところ、全光束は２４０ｌｍ、ランプ電圧は２３Ｖであった。また、このランプの可視域（３８０〜７８０ｎｍ）の放射パワーは２．４Ｗ、近赤外域（７５０〜１１００ｎｍ）の放射パワーは７．９Ｗであった。ちなみに、図１３は点灯初期の実施例４の分光分布を示す図であるが、この図からもわかるように、実施例４はほぼ近赤外域のみに発光がある近赤外光専用光源である。
【００５６】
図１４は、実施例３に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率を示す図である。点灯条件等は、図４の試験のときと同じである。
【００５７】
結果からわかるように、通常の外管５であるランプＡと外管５にアルカリ金属を添加したランプＢ〜Ｙとでは、光束維持率についてはほとんど差はないが、近赤外放射パワー維持率についてはランプＢ〜Ｙの方が高いことがわかる。つまり、図４と傾向は同じである。なお、この実施例では、図４、９と比較して、３０００時間点灯後の光束維持率が高い結果となっているが、これは反応性の少ないＳｃＩ３を封入していないことが関係する。また、近赤外放射パワー維持率が小さい結果となっているが、これは近赤外光専用光源であるため可視域の発光が少ないことが関係する。すなわち、外管５から放電空間１４に侵入してきたアルカリ金属は可視域の発光エネルギーの一部を奪い、近赤外域の発光を増加させる作用があるが、実施例４ではもともとの可視域の発光エネルギーがわずかなので、近赤外域の発光があまり増加しなかったと考えられる。また、図１５からわかるように、実施例３においても、外管５へのアルカリ金属の添加量は、５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であることが望ましい。
【００５８】
以上、この実施例４から近赤外光専用光源であっても、本発明の効果が得られることを確認できた。
【００５９】
したがって、本実施の形態では、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）のアルカリ金属が添加されている外管５を放電部１１を囲繞するように内管１に接続することにより、それらのアルカリ金属が点灯中、徐々に外管５から放電空間１４に移動するため、十分な近赤外放射パワーを長期にわたり維持することができる。その際、外管５に添加するアルカリ金属の総添加量は５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であれば、高い効果を得ることができる。また、可視光・近赤外光兼用光源、近赤外光専用光源に限らず、本発明の効果を得ることができる。
【００６０】
（第２の実施の形態）
図１６は、本発明の第２の実施の形態の赤外暗視システムについて説明するための図である。
【００６１】
赤外暗視システムは、ランプＭＨＬ、反射鏡１０１、レンズ１０２、出光側可視光カットフィルター１０３、受光側可視光カットフィルター１０４、ＣＣＤカメラ１０５で構成されている。なお、図１６に示す赤外暗視システムは、可視光・近赤外光専用光源を用いた例である。
【００６２】
赤外暗視システムの出光側は、第１の実施の形態に記載したような近赤外光を発するランプＭＨＬを搭載した灯具により構成されている。灯具は、反射鏡１０１を備えており、その焦点付近にランプＭＨＬが取り付けられている。反射鏡１０１の出光側には配光制御のためのレンズ１０２が取り付けられている。また、レンズ１０２の一部には、例えば、７８０ｎｍ以下の波長域の光をカットする特性を有する出光側可視光カットフィルター１０３が配置されている。すなわち、この灯具では、出光側可視光カットフィルター１０３のない箇所からは可視光ＶＬが得られ、フィルターが配置された箇所からは近赤外光ＩＲＬ１が得られる。この可視光ＶＬは、対向車等に眩しくない配光でロービームとして利用される。
【００６３】
灯具から出光した近赤外光ＩＲＬ１は、照射対象ＩＯに照射される。そして、照射対象ＩＯに照射された近赤外光ＩＲＬ１は、反射して近赤外光ＩＲＬ２となり、受光手段であるＣＣＤカメラ１０５に入光する。その際、近赤外光ＩＲＬ２以外の光、例えば対向車のランプによる可視光等を受光し、誤った検出をしないよう、ＣＣＤカメラ１０５の受光レンズ付近にも出光側可視光カットフィルター１０３とほぼ同じ特性の受光側可視光カットフィルター１０４が取り付けられている。
【００６４】
したがって、本実施の形態では、第１の実施の形態のようなランプＭＨＬからの光を例えば、７８０ｎｍ以下の波長域の可視光はカットする可視光カットフィルター１０３、１０４により、近赤外光ＩＲＬ１を取り出し、照射対象ＯＢに反射した近赤外光ＩＲＬ２を受光するＣＣＤカメラ１０５により構成されているため、十分な近赤外放射を長期に行える赤外暗視システムを提供することができる。
【００６５】
なお、本発明の実施の形態は上記に限られるわけではなく、例えば次のように変更してもよい。
【００６６】
カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）を添加した電極３ａ２、３ｂ２を本発明と併用しても良い。これにより、近赤外放射パワー維持率をさらに改善することができる。また、電極３ａ２、３ｂ２にコイルを巻装する場合、そのコイルにカリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）を添加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態のメタルハライドランプについて説明するための全体図。
【図２】赤外暗視システムの近赤外光の受光手段であるＣＣＤカメラの一般的な感度について説明するための図。
【図３】点灯回路について説明するための図。
【図４】実施例１に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図５】点灯初期の実施例１（ランプＦ）の分光分布について説明するための図。
【図６】ランプＡとランプＦの３０００時間までの光束維持率と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図７】３０００時間点灯後の実施例１（ランプＦ）の分光分布ついて説明するための図。
【図８】図４のアルカリ金属の添加量と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図９】実施例２に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図１０】点灯初期の実施例２（ランプＶ）の分光分布について説明するための図。
【図１１】３０００時間点灯後の実施例２（ランプＶ）の分光分布ついて説明するための図。
【図１２】図９のアルカリ金属の添加量と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図１３】点灯初期の実施例４の分光分布について説明するための図。
【図１４】実施例３に関し、外管に添加するアルカリ金属の種類、添加量を変えて３０００時間点灯させたときの光束維持率と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図１５】図１３のアルカリ金属の添加量と近赤外放射パワー維持率について説明するための図。
【図１６】本発明の第２の実施の形態の赤外暗視システムについて説明するための図。
【符号の説明】
【００６８】
１ 内管
１１ 放電部
１２ａ、１２ｂ 封止部
１３ａ、１３ｂ 非封止部
１４ 放電空間
２ 金属ハロゲン化物
２ａ、２ｂ マウント
３ａ１、３ｂ１ 金属箔
３ａ２、３ｂ２ 電極
３ａ３、３ｂ３ リード線
３ｃ サポートワイヤ
４ 絶縁チューブ
５ 外管
６ ソケット
７１ 金属バンド
７２ 舌片
８ａ 底部端子
８ｂ 側部端子
９ 点灯回路
ＭＨＬ ランプ
１０３、１０４ 可視光カットフィルター
１０５ ＣＣＤカメラ
ＶＬ 可視光
ＩＲＬ 近赤外光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電空間が形成された放電部を有する内管と、
前記放電空間に封入され、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）から選択された少なくとも一のハロゲン化物を含む放電媒体と、
前記放電部を囲繞するように前記内管に接続された、少なくとも一のアルカリ金属が添加されている外管とを具備することを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記外管に添加されたアルカリ金属は、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）から選択された少なくとも一であることを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】
前記外管に添加されたアルカリ金属の総添加量は５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記放電媒体として、可視域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物とマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）から選択された少なくとも一の金属のハロゲン化物をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプからの光のうち、所定波長域の可視光をカットするフィルターと、
前記近赤外光を受光する受光手段とを具備することを特徴とする赤外暗視システム。
【請求項１】
内部に放電空間が形成された放電部を有する内管と、
前記放電空間に封入され、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）から選択された少なくとも一のハロゲン化物を含む放電媒体と、
前記放電部を囲繞するように前記内管に接続された、少なくとも一のアルカリ金属が添加されている外管とを具備することを特徴とするメタルハライドランプ。
【請求項２】
前記外管に添加されたアルカリ金属は、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）から選択された少なくとも一であることを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ。
【請求項３】
前記外管に添加されたアルカリ金属の総添加量は５００ｐｐｍ以上、２００００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のメタルハライドランプ。
【請求項４】
前記放電媒体として、可視域に好適な発光波長を有する金属のハロゲン化物とマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ベリリウム（Ｂｅ）、レニウム（Ｒｅ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）から選択された少なくとも一の金属のハロゲン化物をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のメタルハライドランプ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載のメタルハライドランプと、
前記メタルハライドランプからの光のうち、所定波長域の可視光をカットするフィルターと、
前記近赤外光を受光する受光手段とを具備することを特徴とする赤外暗視システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
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【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−１１７５６０（Ｐ２００８−１１７５６０Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９７５７３（Ｐ２００６−２９７５７３）
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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