(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの放射光を反射してその反射光を光投射口を介して投射する、凹面反射鏡本体の内表面に光反射膜が形成されてなる凹面反射鏡であって、
前記凹面反射鏡本体が、シリカガラスの粉末と、耐熱性金属の粉末との焼結体よりなることを特徴とする凹面反射鏡。
【請求項２】
耐熱性金属が、１０００℃以上の融点を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の凹面反射鏡。
【請求項３】
凹面反射鏡本体を形成する焼結体において、耐熱性金属の粉末に由来する成分濃度が１体積％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の凹面反射鏡。
【請求項４】
耐熱性金属の粉末に由来する成分濃度が２０体積％以下であることを特徴とする請求項３に記載の凹面反射鏡。
【請求項５】
光源ランプと、当該光源ランプからの放射光を反射する請求項１〜請求項４のいずれかに記載の凹面反射鏡とよりなることを特徴とする光源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凹面反射鏡、並びに当該凹面反射鏡を備えた光源ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば液晶プロジェクター装置の照明光源としては、例えば超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどの放電ランプよりなる光源ランプと、当該光源ランプから放射される光を高い効率で前方に投射する、前面に光投射口を有する凹面反射鏡とよりなる光源ユニットが用いられている。
【０００３】
ある種の光源ユニットの凹面反射鏡は、例えば凹面状の集光部と、この集光部の一端に続いて光軸方向前方に伸びる筒状部と、この筒状部の前端において光投射口を形成する前方外縁部と、当該集光部の他端に続いて光軸方向後方に伸びる筒状頸部とよりなる、例えば硼珪酸ガラス製の凹面反射鏡本体と、当該凹面反射鏡本体の集光部および筒状部における内表面に形成された光反射膜とにより構成されている。
【０００４】
このような構成の凹面反射鏡を備えた光源ユニットにおいては、光源ランプから放射された大部分の光は光投射口を介して前方に投射されるが、一部の光が光反射膜を透過し、更に凹面反射鏡本体を透過することにより、後方への光漏れが生じてしまう。
実際に、この光源ユニットを、例えば液晶プロジェクター装置の照明光源として用いる場合には、光源ユニットからの漏光が強烈であり、人間の肉眼に対して単に眩しいばかりでなく、長時間目視すると炎症を生じるおそれがある。このため、例えば凹面反射鏡本体の光投射口以外の部分を覆うように不透光性の遮光用部材を設けることなどの方法により、光源ユニットからの光漏れを防止している。
【０００５】
然るに、近年、液晶プロジェクター装置においては、より一層の小型化が切望されており、照明光源として用いられる光源ユニットにも、その収容スペースを狭小化すべく小型化が要請されているが、光源ユニットの小型化を試みたところ、実際上、遮光用部材を配置するためのスペースを十分に確保することが困難となり、結局、当該光源ユニットからの後方への光漏れを十分に防止することができない、という問題がある。
【０００６】
また、光源ユニットからの後方への光漏れを防止する他の方法として、凹面反射鏡本体の外表面全体に不透光性の塗料によって遮光膜を形成する方法などもあるが、このような遮光膜を形成した光源ユニットにおいては、光源ユニットを小型化することに伴って凹面反射鏡に係る光投射空間を小さくすると、光源ランプの点灯時において当該凹面反射鏡が一層高温となるため、遮光膜の剥離が生じたり、遮光膜に係る塗料の成分が蒸発して一時的に異臭を発生する、という弊害が生じてしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、後方に光が透過することを抑制することのできる凹面反射鏡を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、簡単な構成を有し、小型であっても後方への光漏れを抑制することができる光源ユニットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の凹面反射鏡は、光源からの放射光を反射してその反射光を光投射口を介して投射する、凹面反射鏡本体の内表面に光反射膜が形成されてなる凹面反射鏡であって、
前記凹面反射鏡本体が、シリカガラスの粉末と、耐熱性金属の粉末との焼結体よりなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の凹面反射鏡においては、耐熱性金属が、１０００℃以上の融点を有するものであることが好ましい。
【００１０】
本発明の凹面反射鏡においては、凹面反射鏡本体を形成する焼結体において、耐熱性金属の粉末に由来する成分濃度が１体積％以上であることが好ましく、更に、当該成分濃度が２０体積％以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の光源ユニットは、光源ランプと、当該光源ランプからの放射光を反射する上記の凹面反射鏡とよりなることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明の凹面反射鏡によれば、凹面反射鏡本体を形成する焼結体においては、当該焼結体それ自体の内部に進入した光が、シリカガラス成分中に分散した状態で存在する耐熱性金属の粒子体によって反射および吸収されるため、光反射膜を透過した光が当該凹面反射鏡の後方に透過することを抑制することができる。
【００１３】
本発明の光源ユニットによれば、凹面反射鏡自体が光の透過を抑制するものであることから、その構造が簡単となり、小型であっても後方への光漏れを抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の光源ユニットの構成の一例を示す説明用断面図である。
この光源ユニット１０は、凹状であって集光空間を形成する集光部２１と、この集光部２１の前端（図１において左端）２１Ａに続いて光軸方向前方に伸び、反射空間を形成する筒状部２２と、この筒状部２２の前端（図１において左端）において光投射口を形成する前方外縁部２３と、当該集光部２１の後端（図１において右端）２１Ｂに続いて光軸方向後方に伸びる筒状頸部２５とよりなる凹面反射鏡本体２０Ａの内表面に、後述する光反射膜が形成された凹面反射鏡２０を備えてなり、この凹面反射鏡２０における筒状頸部２５の後端部には、当該筒状頸部２５の外径と適合した内径を有する筒状のホルダ４０が接着剤４２などによって固着されている。
【００１５】
そして、このホルダ４０の外端（図１において右端）には、外周縁に沿って複数個の通気用開口４１Ａが形成されると共に、中央に口金挿入用開口４１Ｂが形成された円板４１が接着剤などによって固着されている。そして、光源ランプ３０が、凹面反射鏡２０の集光空間と反射空間とよりなる光投射空間内に、当該凹面反射鏡２０の光軸と当該光源ランプ３０の管軸とが一致するように略水平に配置され、当該光源ランプ３０の後端（図１において右端）において、端子３８Ａを有する口金３８が円板４１の口金挿入用開口４１Ｂに挿通されて接着剤などによって固着されている。
図において、５０は、透光性を有する耐熱ガラス製の前面板であって、凹面反射鏡本体２０Ａにおける前方外縁部２３に、接着剤などにより固定されており、そのほぼ中央部には通気用の開口５１が形成されている。
【００１６】
この例における光源ランプ３０は、高圧水銀ランプであって、この高圧水銀ランプは、発光空間３２Ａを形成する略楕円状の発光管部３２と、その両端に続いて管軸方向外方、すなわち、光軸方向前方および後方に伸びるロッド状の封止管部３３Ａ、３３Ｂとよりなる、例えばシリカガラス製の放電容器３１を有してなり、発光空間３２Ａ内には、互いに対向するよう陰極３４と陽極３５とが配置されている。
陰極３４を先端に有する電極棒３６Ａは、前方（図１において左方）に伸びる封止管部３３Ａに配置された金属箔を介して前方に突出する外部リード棒３７Ａと電気的に接続されており、この外部リード棒３７Ａが、適宜のリード線に接続される。
一方、陽極３５を先端に有する電極棒３６Ｂも、後方（図１において右方）に伸びる封止管部３３Ｂにおいて、電極棒３６Ａと同様に、金属箔と、外部リード棒とを介してリード線と接続されており、このリード線が口金３８の端子３８Ａに接続される。
そして、発光空間３２Ａ内には、発光物質として、例えば０．０８〜０．３ｍｇ／ｍｍ3 となる量の水銀が封入されている。
【００１７】
上記の光源ユニット１０において、凹面反射鏡２０における凹面反射鏡本体２０Ａは、シリカガラス（ＳｉＯ2 ）の粉末と、耐熱性金属の粉末との焼結体よりなるものとされる。
【００１８】
この焼結体よりなる凹面反射鏡本体２０Ａは、シリカガラスの粉末に由来する成分（以下、「シリカ成分」ともいう。）と、耐熱性金属の粉末に由来する成分（以下、「金属成分」ともいう。）とにより構成されており、金属成分に係る耐熱性金属粒子体は、シリカ成分によって形成されるマトリックス中において、均一に分散した状態で存在している。
【００１９】
凹面反射鏡本体２０Ａを形成する焼結体においては、金属成分の濃度が１体積％以上であることが好ましく、また、２０体積％以下であることが好ましい。
凹面反射鏡本体２０Ａにおいては、当該凹面反射鏡本体２０Ａに係る焼結体の内部に進入した光が耐熱性金属粒子体に反射および吸収されることから、光の透過を抑制することができるが、金属成分の濃度が１体積％以上であることにより、凹面反射鏡２０は有効に光の透過を抑制することができるものとなる。
また、金属成分の濃度が２０体積％以下であることにより、実用上必要とされる絶縁性が確保される。
【００２０】
金属成分を形成するための耐熱性金属としては、融点が、例えば１０００℃以上であり、シリカガラスとの共存下で加熱した際にシリカガラスと化学反応しないもの、すなわち、シリカガラスと化学反応を生じるようなアルカリ金属、アルカリ土類金属およびアルミニウム以外のものが用いられる。
実際上、好適に用いられる耐熱性金属としては、モリブデン、銅、タングステン、鉄、コバルト、ニッケルなどの遷移金属が挙げられる。
【００２１】
凹面反射鏡本体２０Ａは、最小肉厚部において例えば２ｍｍ以上の厚みを有するものであることが好ましく、特に２〜５ｍｍの厚みを有するものであることが好ましく、これにより十分な強度が得られる。
【００２２】
凹面反射鏡本体２０Ａの集光部２１および筒状部２２における内表面に形成される光反射膜は、例えば厚さ０．０５〜０．１５μｍのシリカ（ＳｉＯ2 ）層およびチタニア（ＴｉＯ2 ）層が交互に積層されてなる、例えば厚さ２０〜２５μｍの多層膜であって、主として赤外線領域および紫外線領域の光を透過し、かつ可視光を反射する機能を有するものである。
【００２３】
凹面反射鏡２０は、例えば、シリカガラスの粉末と、耐熱性金属の粉末とを、例えばステアリン酸などの適宜の有機バインダーと共に混合することによって耐熱性金属の粉末を適宜の割合で含有する混合粉末を得、この混合粉末を凹面反射鏡本体形成用金型などを用いて加圧成形することによって成形体を形成し、この成形体を焼結処理することによって得られた焼結体を、例えば切削、研磨することによって所望の形状に加工処理し、更に内表面を研磨することによって鏡面仕上げした凹面反射鏡本体２０Ａを得、当該凹面反射鏡本体２０Ａの所定の内表面に蒸着法などにより、例えばシリカ層と、チタニア層とを交互に積層して光反射膜を形成することによって製造することができる。
【００２４】
シリカガラスの粉末としては、平均粒子径２〜７μｍ、特に３〜５μｍのものが好適に用いられる。
また、耐熱性金属の粉末としては、平均粒子径１〜３μｍのものが好適に用いられる。これにより、所望の平均粒子径の耐熱性金属粒子体を含有する焼結体が得られる。
【００２５】
焼結処理としては、例えば水素雰囲気中において、最高加熱温度を１１００〜１２００℃として、２０〜３０分間加熱することによって仮焼結処理を行った後に、例えば真空中において、最高加熱温度を１７００〜１７５０℃として、５〜１０分間加熱することによって本焼結処理を行うことが好ましい。
【００２６】
以上のような光源ユニット１０によれば、光源ランプ３０から放射された光の大部分が光投射口を介して投射されて、例えば液晶プロジェクター装置による液晶パネルの照明用として利用される。そして、一部の光は凹面反射鏡２０における光反射膜を透過して凹面反射鏡本体２０Ａ中に入射するが、その入射光の大部分は凹面反射鏡本体２０Ａを構成する耐熱性金属粒子体に反射および吸収されるため、凹面反射鏡２０自体によって光の透過が抑制されることとなる。従って、この光源ユニット１０においては、例えば遮光用部材や遮光膜などの光を遮蔽するための専用の部材を用いることが不要となり、結局、簡単な構造によって十分に後方への光漏れを抑制することができ、その結果、このような構成の光源ユニット１０によれば、弊害を伴わずに容易に小型化を図ることができる。
【００２７】
そして、凹面反射鏡本体２０Ａに係る金属成分の濃度が１体積％以上である場合には、凹面反射鏡２０が有効に光の透過を抑制することができるものとなり、その結果、光源ユニット１０が、十分確実に後方への光漏れを抑制することができるものとなる。
また、特に金属成分の濃度が２０体積％以下である場合には、実用上必要とされる絶縁性が確保されることから、例えばリード線などの電気導入線が凹面反射鏡２０の光投射空間内に配置される場合にも、電気的な安全性を確保しながら光源ユニット１０の設計の自由度を大きくすることができる。
【００２８】
凹面反射鏡２０における凹面反射鏡本体２０Ａは、焼結体であって優れた耐熱性を有するものであるため、光源ランプ３０の点灯によって当該凹面反射鏡本体２０Ａ自体が、例えば７００℃程度の高温になっても、例えば変形が生じることがない。従って、実際上、光源ランプ３０として、動作時に、例えば５００℃以上の高温となる超高圧水銀ランプなどを好適に使用することができる。
【００２９】
以上において、凹面反射鏡本体を形成するための絶縁性無機物質の粉末としてソーダライムガラスなどのアルカリ成分を含有するガラスの粉末を用いると、焼結処理時に気泡が生じて得られる焼結体が多孔質のものとなるため、実質的に凹面反射鏡として用いることができず、また、例えば硼珪酸ガラスの粉末を用いると、得られる凹面反射鏡は耐熱性の低いものとなるおそれがある。
【００３０】
一方、凹面反射鏡本体を形成するための耐熱性金属の粉末として、例えばアルミニウムの粉末を用いると、焼結処理時に気泡が生じて得られる焼結体が多孔質のものとなるため、実質的に凹面反射鏡として用いることができず、また、例えばアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の粉末を用いると、これらの金属がシリカガラスと反応することによって耐熱性に優れた複合材料を得ることができず、その結果、得られた凹面反射鏡は耐熱性の低いものとなるおそれがある。
【００３１】
従って、耐熱性金属としてシリカガラスとの共存下で加熱した際に化学反応を生じることのない、融点が１０００℃以上の特定のものを用いることにより、焼結処理中に弊害が生じることなく、シリカ成分によって形成されるマトリックス中に、金属成分が耐熱性金属粒子体として存在した状態の焼結体を確実に形成することができることから、凹面反射鏡本体２０を容易に製造することができる。
【００３２】
以上のような光源ユニット１０は、液晶プロジェクター装置において、液晶パネルを照明する照明光源などとして好適に用いることができる。
そして、光源ユニット１０においては、その用途に応じて、光源ランプ３０は、直流型、交流型のいずれのものであってもよい。また、光源ランプ３０は、高圧水銀ランプに限定されるものではなく、メタルハライドランプなどの放電ランプ、白熱ランプなどを用いることができる。
更に、光源ユニットにおいて、光源ランプを、その管軸が凹面反射鏡の光軸と一致するように装着するという配置方法に特に限定されるものではなく、適宜に設計することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。
【００３４】
本発明の作用効果を確認するため、次の実験を行った。
【００３５】
〔実験例１〕
図１に示されている凹面反射鏡２０の構成に従い、下記のようにして凹面反射鏡のサンプルを作製した。
＜サンプル作製例１＞
平均粒子径４μｍのシリカガラスの粉末と、耐熱性金属として平均粒子径２μｍのモリブデンの粉末とを、耐熱性金属の粉末を適宜の割合で含有するよう調製したものに、ステアリン酸を有機バインダーとして混合した混合粉末を、凹面反射鏡本体形成用金型内に充填し、２ＭＰａの圧力で加圧成形して得られた成形体を、水素雰囲気中において、最高加熱温度を１２００℃として３０分間加熱することによって仮焼結体を得、更にこの仮焼結体を真空中において、最高加熱温度を１７３０℃として１０分間加熱する焼結処理を行うことによって表１に示す金属成分の濃度を有する焼結体を得た。そして、この焼結体を最小肉厚部の厚みが２ｍｍとなるよう加工処理し、更に内表面を研磨することによって鏡仕上げして凹面反射鏡本体とした後、光投射空間に係る内表面に蒸着法により、シリカ（ＳｉＯ2 ）層と、チタニア（ＴｉＯ2 ）層とを交互に積層した、合計２６層の光反射膜を形成することによって凹面反射鏡のサンプルを作製した。
【００３６】
＜サンプル作製例２＞
モリブデンの粉末に代えて銅の粉末を用いた他は、サンプル作製例１と同様の方法により、表１に示す金属成分の濃度を有する焼結体よりなる凹面反射鏡を備えた凹面反射鏡のサンプルを作製した。
【００３７】
＜点灯テスト＞
作製した各々のサンプルについて、図１に示されている構成に従い、定格電圧８２Ｖ、定格電流２．４Ａ、定格電力２００Ｗの直流点灯用の超高圧水銀ランプを装着し、これを管軸方向が水平となる状態で定格点灯し、サンプル後方への光漏れを目視により確認すると共に、サンプルの後方に配置した照度計により測定される、超高圧水銀ランプの消灯時における測定値を基準とした、当該ランプの点灯時における測定値に係る差（以下、「比較照度」という。）を調べることにより、光透過の抑制効果の評価を行った。結果を表１に示す。
この光透過の抑制効果の評価においては、実質上、目視によって後方への光漏れが確認されず、しかも比較照度が１０ｌｘ（ルクス）以下である場合を「Ａ」とし、目視によって後方への光漏れが確認されると共に、比較照度が１０ｌｘ（ルクス）を超えて１００ｌｘ（ルクス）以内の範囲である場合を「Ｂ」とし、目視によって後方への光漏れが確認されると共に、比較照度が１００ｌｘ（ルクス）を超える場合を「Ｃ」とした。
【００３８】
【表１】
0003932834.tif 000002
【００３９】
以上の実験からは、凹面反射鏡は、凹面反射鏡本体がシリカガラスの粉末と、耐熱性金属の粉末との焼結体よりなるものであることにより、後方に光が透過することを抑制することができ、特に、焼結体における金属成分の濃度が１体積％以上である場合には、凹面反射鏡が有効に後方への光の透過を抑制することができるものとなることが理解される。
また、凹面反射鏡は、シリカガラスの粉末と、耐熱性金属の粉末とによって焼結処理において化学反応を生じることがなく、所期の状態の焼結体が得られることから、容易に製造することができることが確認された。
更に、金属成分の濃度が２０体積％以下である場合には、絶縁破壊電圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上であり、実用上必要とされる絶縁性が確保されることが確認された。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明がこれによって制限されるものではない。
【００４１】
＜実施例１＞
図１に示されている構成に従い、凹面反射鏡と、光源ランプとして超高圧水銀ランプとを備えた光源ユニットを作製した。
この凹面反射鏡は、平均粒子径４μｍのシリカガラスの粉末と、耐熱性金属として平均粒子径２μｍのモリブデンの粉末とを、耐熱性金属の粉末の含有割合が２体積％となるよう調製したものに、ステアリン酸を有機バインダーとして混合した混合粉末を、凹面反射鏡本体形成用金型内に充填し、２ＭＰａの圧力で加圧成形して成形体を得た。その後、成形体を水素雰囲気中において、最高加熱温度を１２００℃として３０分間加熱することによって仮焼結体を得、更にこの仮焼結体を真空中において、最高加熱温度を１７３０℃として１０分間加熱する焼結処理を行うことによって金属成分の濃度が２体積％の焼結体を得、この焼結体を最小肉厚部の厚みが２ｍｍとなるよう加工処理し、更に内表面を研磨することによって鏡仕上げして凹面反射鏡本体とした後、光投射空間に係る内表面に蒸着法により、シリカ（ＳｉＯ2 ）層と、チタニア（ＴｉＯ2 ）層とを交互に積層した、合計２６層の光反射膜を形成したものである。
また、超高圧水銀ランプは、発光空間内に、発光物質として０．２５ｍｇ／ｍｍ3 の水銀が封入されており、定格電圧８２Ｖ、定格電流２．４Ａ、定格電力２００Ｗの直流点灯用のランプである。
【００４２】
以上の光源ユニットにおいて、超高圧水銀ランプを管軸方向が水平となる状態で定格点灯し、点灯中における光漏れを目視にて観察したところ、実質上、漏れ光がないことが確認された。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の凹面反射鏡によれば、凹面反射鏡本体を形成する焼結体においては、当該焼結体それ自体の内部に進入した光が、シリカガラス成分中に分散した状態で存在する耐熱性金属の粒子体によって反射および吸収されるため、光反射膜を透過した光が当該凹面反射鏡の後方に透過することを抑制することができる。
【００４４】
本発明の光源ユニットによれば、凹面反射鏡自体が光の透過を抑制するものであることから、その構造が簡単となり、小型であっても後方への光漏れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光源ユニットの構成の一例を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
１０    光源ユニット
２０    凹面反射鏡
２０Ａ    凹面反射鏡本体
２１    集光部
２１Ａ    前端
２１Ｂ    後端
２２    筒状部
２３    前方外縁部
２５    筒状頸部
３０    光源ランプ
３１    放電容器
３２    発光管部
３２Ａ    発光空間
３３Ａ、３３Ｂ    封止管部
３４    陰極
３５    陽極
３６Ａ、３６Ｂ    電極棒
３７Ｂ    外部リード棒
３８    口金
３８Ａ    端子
４０    ホルダ
４１    円板
４１Ａ    通気用開口
４１Ｂ    口金挿入用開口
４２    接着剤
５０  前面板
５１    開口
【図１】
0003932834.tif 000003