(57)【要約】【課題】本発明は小型で且つ耐熱性と耐熱衝撃抵抗性とを兼ね備えた反射鏡を提供することを目的とする。また、誘電体多層膜をコートした金属基体を持つ反射鏡において光源から放射される熱によっても該誘電体多層膜が損傷されず光学的特性を維持できる反射鏡を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の金属反射鏡は、金属基体からなる略椀状反射鏡の反射面側表面に基体金属と同種の金属酸化物を含有するシリカ質酸化物からなる第１の層と、該第１の層の上に重なるシリカ質ガラスライニング層からなる第２の層と、該第２の層の上に重なる誘電体多層膜層からなる第３の層を設けたことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基体からなる略椀状反射鏡の反射面側表面に金属基体を構成する金属の酸化物を含有するシリカ質酸化物からなる第１の層と、該第１の層の上に重なるシリカ質ガラスライニング層からなる第２の層と、該第２の層の上に重なる誘電体多層膜層からなる第３の層を設けたことを特徴とする金属反射鏡。
【請求項２】
鉄系金属基体からなる略椀状反射鏡の反射面側表面に１質量％以上のＦｅＯを含有するシリカ質酸化物からなる第１の層と、該第１の層の上に重なるシリカ質ガラスライニング層からなる第２の層と、該第２の層上に重なる可視光反射機能を持つ誘電体多層膜層からなる第３の層を設けたことを特徴とする金属反射鏡。
【請求項３】
第１の層として形成されたシリカ質酸化物層の厚みが０．０１μｍ以上乃至５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の金属反射鏡。
【請求項４】
第２の層として形成されたシリカ質ガラスライニング層の厚みが１μｍ以上乃至５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の金属反射鏡。
【請求項５】
第３の層として形成された誘電体多層膜層の厚みが５０ｎｍ以上乃至５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の反射鏡
【請求項６】
バルブ内部に１５０ｍｇ／ｃｃ以上の水銀を封入した放電ランプを囲むように構成された金属基体からなる反射鏡であって、該反射鏡内面に金属基体側から、金属基体を構成する金属の酸化物を含有するシリカ質酸化物からなる第１の層と、該第１の層の上に重なるシリカ質ガラスライニング層からなる第２の層と、該第２の層の上に重なり可視光反射機能を持たせた誘電体多層膜層からなる第３の層を順次積層させた反射鏡を具備したことを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプなどの光源から放射される光を反射する反射鏡、及び該反射鏡を具備した光源装置に関し、更に詳しくは耐熱性と耐衝撃性とを兼ね備える必要がある環境下で使用される反射鏡、例えば液晶プロジェクター等に用いられる小型の超高圧水銀ランプ用の反射鏡、及び該反射鏡を具備した光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶プロジェクターなどの画像投影装置がプレゼンテーションツールとして広く利用されるようになった。該画像投影装置の光源としてはショートアーク型の放電ランプが使用されている。従来の該光源装置は例えば特開平１０−２２３０２３号公報に記載されているようにショートアーク型の放電ランプを取り囲むように凹面反射鏡内に配置している。
【０００３】
図４に従来の該光源装置の概略断面図、及び破線で囲んだ部分の拡大図を示す。該光源装置１００にはショートアーク型の放電ランプ１０１を取り囲むように凹面反射鏡１０２が配置されている。該凹面反射鏡１０２の頚部には中心孔１０３が設けられ該放電ランプ１０１のベース部１０４に固着された口金１０５が該中心孔１０３に挿入され接着剤１０６によって固定されている。また、該凹面反射鏡１０２の開口部側には前面ガラス１０７が設けられ、該放電ランプ１０１が何かの不具合で破裂した場合の破片が飛散するのを防止している。更に該凹面反射鏡１０２の反射面には基体である石英ガラス層１０９の上に誘電体多層膜１０８がコーティングされ、該放電ランプ１０１から放射される光が効率よく反射されるようになっている。該凹面反射鏡１０２には例えば硝珪酸ガラスを成型したものが使用されている。
【０００４】
最近では該光源装置１００に用いる放電ランプ１０１は高い演色性を持ち高輝度の放電ランプとして例えば１５０ｍｇ／ｃｃ以上の水銀を封入した超高圧水銀ランプが多く用いられている。また、近年の該画像投影装置のモバイルタイプ登場により該光源装置においても更なる小型軽量化が求められると同時に、内部に配置された超高圧水銀ランプに対する防爆性や排熱性に対する要求が高まっている。
【０００５】
ところが、石英ガラス等から成る該反射鏡自身を小型軽量化するために肉厚を薄くすれば、該反射鏡内に配置された超高圧水銀ランプが何らかの不具合によって破裂等した場合に該反射鏡自身も破壊されてしまうといった問題があった。また、防爆構造を高めるために該反射鏡自身の肉厚を厚くすると光源装置自身の小型軽量化といった市場からの要求に答えられないばかりか、該超高圧水銀ランプから放射される熱を受けた該反射鏡の反射面と外表面との間で温度差による熱歪が生じ該反射鏡を破壊に至らしめると言った問題があった。
【０００６】
このような問題を解決するために、該反射鏡を構成する基体材料として金属を用いたものも提案されている。例えば、特開平８−２１２８１９号公報には、概略皿形状の反射鏡であって、該反射鏡基体材料が金属で構成され該反射面に金属酸化物を設けた上に重ねて可視光反射赤外吸収する多層膜を配置したものが記載されている。
【０００７】
図５に従来の金属反射鏡の構成、及び破線で囲んだ部分の拡大図を示す。金属反射鏡２００は、金属基体２０１として例えばアルミニウムを用い、該金属基体２０１の反射面側２０２に多層膜層２０３を設けている。また、該金属基体２０１と多層膜層２０３との間に金属酸化物層２０４を設けている。該金属酸化物層２０４は該金属基体２０１への熱吸収性を良好にするために設けられており、該金属基体２０１がアルミニウムの場合では黒色のアルマイトを該金属基体２０１表面に該酸化物層２０４として形成させている。
【０００８】
しかし、該公報に開示されているように金属基体の表面に直接誘電体多層膜をコートする方法では最近利用される超高圧水銀ランプから放射される熱に対して耐久性がなく光学的特性を損なってしまう。具体的には、熱による金属基体の膨張収縮に対して誘電体多層膜の膨張収縮が整合せず該誘電体多層膜が金属基体表面から浮き上がったり剥がれたりするといった問題を生じる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２２３０２３号公報
【特許文献２】
特開平８−２１２８１９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は小型で且つ耐熱性と耐衝撃性とを兼ね備えた反射鏡を提供することを目的とする。また、誘電体多層膜をコートした金属基体を持つ反射鏡において光源から放射される熱によっても該誘電体多層膜が損傷されず光学的特性を維持できる反射鏡を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の金属反射鏡は、金属基体からなる略椀状反射鏡の反射面側表面に金属基体を構成する金属の酸化物を含有するシリカ質酸化物からなる第１の層と、該第１の層の上に重なるシリカ質ガラスライニング層からなる第２の層と、該第２の層の上に重なる誘電体多層膜層からなる第３の層を設けたことを特徴とする。
【００１２】
これにより、金属基体が熱的に膨張や収縮を起しても反射面側表面に設けられた各層が該金属基体から浮き上がったり剥がれ落ちたりすることがなく良好な光学特性を維持できるといった利点がある。特に、該金属基体の反射面側最表面に設けられた第１の層に該金属基体と同種の金属酸化物が含まれていることにより該金属基体との接着強度が増すといった利点がある。更に、第２の層として設けられたシリカ質ガラスライニング層により、金属基体の表面状態に関係なく表面精度の高い良好な面を形成でき第３の層として光学的に良好な誘電体多層膜を形成できるといった利点が有る。
【００１３】
また、本発明の金属反射鏡は、鉄系金属基体からなる略椀状反射鏡の反射面側表面に１質量％以上のＦｅＯを含有するシリカ質酸化物からなる第１の層と、該第１の層の上に重なるシリカ質ガラスライニング層からなる第２の層と、該第２の層上に重なる可視光反射機能を持つ誘電体多層膜層からなる第３の層を設けたことを特徴とする。
【００１４】
これにより、金属基体を加工性に優れたステンレスや鋳鉄により簡便に作成することができ、且つ誘電体多層膜を構成しても該反射鏡表面から浮き上がったり剥がれ落ちたりすることなく安価な反射鏡を提供できるといった利点がある。
【００１５】
更には、前記発明に加えて第１の層として形成されたシリカ質酸化物層の厚みが０．０１μｍ以上乃至５０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
これにより、基体材料である金属との接着強度を高め該金属基体が熱的に膨張収縮しても該金属表面から該第１の層が剥離することがなく、且つ第２の層との膨張収縮率の差を十分に吸収できる。該第１の層の厚みが０．０１μｍ以下では金属基体との接合力が弱くなり結果として該第１の層に続く第２の層であるガラスライニング層が剥離するといった不具合が生じる。また、該第１の層の厚みが５０μｍ以上になると金属基体と該第２の層であるガラスライニング層との間の膨張収縮の差を十分に吸収できなくなり、該金属基体と該第２の層であるガラスライニング層との間で歪が発生し剥離が生じるといった不具合が起こる。
【００１７】
また、第２の層として形成されたシリカ質ガラスライニング層の厚みが１μｍ以上乃至５００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
これにより、金属基体表面の面粗さに影響を受けずに誘電体多層膜を形成する表面の平滑度を上げることができる。しかし、該厚みが１μｍ以下の場合は金属表明の面粗さを十分に緩和できず、該第２の層上に誘電体多層膜を形成した場合に光学的反射率を上げることができないといった不具合が生じる。また、該第２の層の厚みを５００μｍ以上にすると熱的な影響を受けた場合に該第２の層自身が割れるといった不具合が生じる。
【００１９】
また、第３の層として形成された誘電体多層膜層の厚みが５０ｎｍ以上乃至５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２０】
これにより、可視光領域の光を効率良く反射することができるといった利点がある。特に多層膜層の厚みが５０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲では９０％を超える反射率を確保できる。該厚みが５０ｎｍ以下では反射率を十分確保できないといった不具合が生じる。また、該厚みが５００ｎｍ以上になると膜形成に時間が係り経済的ではないばかりか、該第３の層である多層膜層が剥離しやすくなるといった不具合が生じる。
【００２１】
更には、本発明の光源装置は、バルブ内部に１５０ｍｇ／ｃｃ以上の水銀を封入した放電ランプを囲むように構成された金属基体からなる反射鏡であって、該反射鏡内面に金属基体側から、金属基体を構成する金属の酸化物を含有するシリカ質酸化物からなる第１の層と、該第１の層の上に重なるシリカ質ガラスライニング層からなる第２の層と、該第２の層の上に重なり可視光反射機能を持たせた誘電体多層膜層からなる第３の層を順次積層させた反射鏡を具備したことを特徴とする。
【００２２】
これにより、反射鏡内に配置された超高圧水銀ランプが何かの不具合によって破裂等しても該超高圧水銀ランプの破片によって該反射鏡が割れることが無く、且つ良好な光学特性を維持できる光源装置を提供できるといった利点がある。更には、該超高圧水銀ランプから放射される熱によっても反射面側に形成された誘電体多層膜の光学特性が劣化しない金属反射鏡をもった光源装置を提供できるといった利点がある。また、該光源装置に配置された該超高圧水銀ランプから金属反射鏡に放射される熱を効率よく排熱できるため、該超高圧水銀ランプの寿命や発光効率を改善した光源装置が提供できるといった利点がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の金属反射鏡の概略断面図、及び破線で囲んだ部分の拡大図を図１に示す。金属反射鏡１の形状は光軸に沿った断面が概略楕円形状であって、基体材料として金属を使用している。該金属基体２の材料としては、銅、銅合金（Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｓｕ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ系合金等）、アルミニウム、アルミニウム合金（例えばＡｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎｍｎ系合金等）などが使用できるが、望ましくは鉄、及び鉄合金（例えば、鋳鉄、銑鉄、ステンレス等）などである。
【００２４】
該金属基体２と該金属基体２の凹面部内側である反射面側表面３には第１の層４として該金属基体２と同種の金属酸化物を含むシリカ質酸化物層が厚み０．０１μｍ乃至５０μｍ、好ましくは０．１μｍ乃至１０μｍで形成されている。具体的には、金属酸化物としてＦｅＯ、シリカ質酸化物層としては石英ガラスが含まれた懸濁液を金属基体にスプレーガン等で塗布し、乾燥後大気中で３分程度焼成することにより形成される。この焼成温度を制御することで該第１の層と第２の層とが同時に形成される。本発明では焼成温度を８３０℃で行った。また、焼成時間が短時間であることにより金属酸化物を含む層と第２の層であるガラスライニング層とが明確に分かれるといった現象が起こる。
【００２５】
該第１の層４に重ねて第２の層５としてシリカ質ガラスライニング層が厚み１μｍ乃至５００μｍ、好ましくは１０μｍ乃至２００μｍで形成され、該第２の層５に重ねて可視光反射機能を持った誘電体多層膜からなる多層膜層として第３の層６が設けられている。該第２の層５の表面における平滑度は面粗さＲａでＲａ１０ｎｍ乃至３０ｎｍである。
【００２６】
また、該第３の層６である多層膜層の成分としてはＴｉＯ２―ＳｉＯ２が代表的であり、本実施例では該ＴｉＯ２―ＳｉＯ２層を２８層積層している。該多層膜層の積層数は２０層乃至３０層が望ましく、積層された該多層膜層の物理厚みは５０ｎｍ乃至５００ｎｍである。該多層膜層は可視光域として波長４３０ｎｍ乃至８００ｎｍの光を反射率が９７％で反射するように設計されている。
【００２７】
前記の本発明を採用した金属反射鏡と、金属基体に直接誘電体多層膜を形成した従来の金属反射鏡との分光反射率特性を測定比較した。図２にその結果を示す。図２は、縦軸に本発明の反射鏡における波長５５０ｎｍの反射率を１００％とした場合の相対反射率（％）、横軸に波長（ｎｍ）を示した。本発明を採用した金属反射鏡は全体に高い反射率と可視光域での平坦な反射領域を持っている。一方、従来の金属反射鏡では全体に反射率は低く、可視光域で反射率が局所的に低下する波長領域を持っている。この結果より、本発明の金属反射鏡は可視光域では安定し且つ高い反射特性を持つことが判る。
【００２８】
図３には本発明の金属反射鏡を利用した光源装置の概略断面図、及び破線で囲んだ部分の拡大図を示す。該光源装置１０は、凹面反射鏡１１の内部に配置された超高圧水銀ランプ１２から成っている。該凹面反射鏡１１の開口側には前面ガラス１３が配置されている。また、該凹面反射鏡１１は、金属基体１４と、該金属基体１４の反射面側に金属酸化物を含有するシリカ質酸化物からなる第１の層１５と、該第１の層１５の上に重なるシリカ質ガラスライニング層からなる第２の層１６と、該第２の層１６の上に重なる誘電体多層膜からなる多層膜層１７とから成っている。また、該金属基体の反射面でない外側表面１８にも第１の層１５、及び第２の層１６を設けて該外側表面１８を熱による酸化から保護することもできる。更に、該金属基体１４の該外側表面１８側に冷却用のフィン１９を設けることでより冷却効率を上げることができる。
【００２９】
該金属反射鏡の製作方法について示す。基体材料としては金属、例えは鉄やステンレス等を用い、絞り加工、切削加工、プレス加工等により金属厚みを例えば０．５ｍｍの楕円ミラー形状に加工したものを用いる。次いで、該金属基体表面に第１の層と第２の層との形成を行う。例えば、該金属基体と同一金属の各酸化物が設定された組成になるように原料を混合し、一定の粒径になるようにボールミルなどで粉砕、その後水などと混合して懸濁液を作製する。または、該懸濁液を該金属基体上に塗布し焼成するときに加える熱によって該金属基体自身から熱拡散により拡散させることによって該第１の層を形成することもできる。具体的には、該金属基体として鉄を用いた場合、石英ガラス３２質量％、長石１６質量％、炭酸カリウム９．６質量％、硝酸ナトリウム４．７質量％、酸化コバルト１質量％、酸化ニッケル０．３質量％、等の混合物を約１４００℃で溶融した後、固化し、ガラス質のフリットを形成する。該フリットを粉砕した後、該フリットの量１００ｇに対して珪石粉１０ｇ、シリカゲル１．５ｇ、ベンナイト０．５ｇ、亜硝酸ソーダ０．２ｇ、水５０ｇの各割合で混合し、これをボールミル等で約２００メッシュ以下の微粒径に整え、懸濁液を作製する。該懸濁液を基材にスプレー法、あるいは浸漬法で塗布し、室温または１５０℃程度の温度で乾燥させ、焼成する。焼成時間と雰囲気は該懸濁液の成分、基体材料の成分によって適宜調整するが例えば８００℃から８５０℃の温度で１分から５分間焼成させる。このような処理によって、ＦｅＯを含有する第１の層が約１から１０μｍの厚さで形成される。また、ＦｅＯをほとんど含有しない第２の層であるシリカライニング層が焼成後の厚さで１μｍから５００μｍ、望ましくは１０μｍから２００μｍの厚みで形成される。このようにガラスライニングされた金属反射鏡を例えば真空炉中に保持し蒸着する等により誘電体多層膜を形成する。
【００３０】
【発明の効果】
金属で反射鏡を構成することにより防爆性を高めると伴に小型化を可能にすることができるといった効果がある。更には、金属基体からなる反射鏡の表面にシリカ質の層が構成されているので多層膜の光学特性が良く、熱ストレスに対する耐抗性が優れている。
【００３１】
また、金属基体が熱的に膨張や収縮を起しても反射面側表面に設けられた各層が該金属基体から浮き上がったり剥がれ落ちたりすることがなく良好な光学特性を維持できるといった利点がある。特に、該金属基体の反射面側最表面に設けられた第１の層に該金属基体と同種の金属酸化物が含まれていることにより該金属基体との接着強度が増すといった利点がある。更に、第２の層として設けられたシリカ質ガラスライニング層により、金属基体の表面状態に関係なく表面精度の高い良好な面を形成でき光学的に良好な誘電体多層膜等からなる多層膜層を形成できるといった利点が有る。
【００３２】
更には、反射鏡内に配置された超高圧水銀ランプが何かの不具合によって破裂等しても該超高圧水銀ランプの破片によって該反射鏡が割れることが無く、且つ良好な光学特性を維持できる光源装置を提供できるといった利点がある。また、該超高圧水銀ランプから放射される熱によっても反射面側に形成された誘電体多層膜の光学特性が劣化しない金属反射鏡をもった光源装置を提供できるといった利点がある。
【００３３】
また、該光源装置に配置された該超高圧水銀ランプから金属反射鏡に放射される熱を効率よく排熱できるため、該超高圧水銀ランプの寿命や発光効率を改善した光源装置が提供できるといった利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における金属反射鏡の構成を示す概略断面図
【図２】本発明の金属反射鏡と従来の金属反射鏡との分光反射スペクトル比較図
【図３】本発明における光源装置の構成を示す概略断面図
【図４】従来における石英ガラス製の反射鏡の構成を示す概略断面図
【図５】従来における金属反射鏡の構成を示す概略断面図
【符号の説明】
１      金属反射鏡
２      金属基体
３      反射面側表面
４      第１の層
５      第２の層
６      第３の層
１０    光源装置
１１    凹面反射鏡
１２    超高圧水銀ランプ
１３    前面ガラス
１４    金属基体
１５    第１の層
１６    第２の層
１７    多層膜層
１８    外側表面
１９    フィン
１００  光源装置
１０１  放電ランプ
１０２  凹面反射鏡
１０３  中心孔
１０４  ベース部
１０５  口金
１０６  接着剤
１０７  前面ガラス
１０８  誘電体多層膜
１０９  石英ガラス層
２００  金属反射鏡
２０１  金属基体
２０２  反射面側
２０３  多層膜層
２０４  金属酸化物層
【図１】
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【図２】
2004309787.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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