CN101082683A - 反射镜、带灯的反射镜及反射镜的成形模 - Google Patents

Abstract

提供一种反射镜、带灯的反射镜及反射镜的成形模，上述反射镜在用作逐渐小型化的投影装置中的光源装置的反射镜中，高效反射从光源灯射出的光从而使其向前方射出。凹面形状的玻璃制反射镜的内表面至少由两个以上曲面形成，各曲面交叉的部位的曲率半径R为0.1mm≤R≤2.5mm。而且是在该反射镜中设置超高压水银灯的带灯的反射镜。反射镜的成形模具有：主体模，接受软化的玻璃材料的供给；和箭模，为了形成凹面形状的反射面而向主体模的腔内滑动，箭模至少由两个以上部件组合构成，并且两个以上曲面作为整体形成在外表面上，在不同曲面的边界构成上述两个以上部件的接合部，该接合部形成在箭模滑动的方向上。

Description

反射镜、带灯的反射镜及反射镜的成形模

技术领域

本发明涉及一种用作投影装置的光源或光纤的光源的凹面形状的反射镜、凹面形状的反射镜中具有超高压水银灯的带灯的反射镜、以及该凹面形状的反射镜成形时使用的成形模。

背景技术

用于图像显示的投影装置有液晶投影装置或DLP(テキサスインスッルメンッ公司商标)投影装置，作为这些投影装置用的光源，公知的有：金属卤化物灯，将稀土类金属的卤化物作为发光物质；或超高压水银灯，将水银作为发光物质，封入有大量的水银，以使亮灯时的水银蒸汽压力达到150大气压以上。

近年来，为了能够易于搬运这种投影装置，对小型轻量化的要求逐渐提高，因此投影装置用的液晶面板等面板逐年小型化。从而，为了在小型化的面板上有效进行集光，要求光源的进一步小型化和高亮度化。因此，近年来作为投影装置用光源，在上述灯中使用超高压水银灯。

另一方面，这种超高压水银灯(以下简称为灯)为了将由灯射出的光有效地会聚到具有一定面积的被照射面上，使用受光立体角度较大的凹面形状的反射镜，随着小型化的要求越来越高，如日本专利3557988号公报所示，例如提出了内表面上具有三个不同曲面的反射镜。具体而言，反射镜由旋转椭圆面的前方反射镜部分、球面的中央反射镜部分以及旋转椭圆面的后方反射镜部分构成。而且，通过使用该反射镜，可以将灯被中央反射镜部分反射的光引导到前方反射镜部分，而且由于存在后方反射镜部分，即使在反射镜的颈部存在灯插入用的贯通孔，也可以提高由灯射出的光的利用率。

发明人对使用内表面上具有三个不同曲面的该玻璃制的凹面形状的反射镜的光源装置，测量了其被照射面上的光束。

对同一批制造的多个反射镜测量光束的结果，即使使用内表面上具有三个不同曲面的反射镜，与使用一直使用的具有由旋转椭圆面等一个曲面构成的反射面的反射镜时的光束相比，也体现出很多不良性能。

因此，对具有玻璃制的凹面形状的反射镜并且在该反射面上具有两个以上曲面的反射镜的制造方法进行了研究。

投影装置的光源用的玻璃制反射镜通过使用成形模的挤压成形而制造。

图4(a)～(d)是用于说明一系列的制造工序的图。

成形模200具有：箭模210，形成待成形的玻璃制凹面反射镜的内表面形状；主体模220，形成反射镜的外侧形状；以及环形模230，堵塞箭模210与主体模220的上方端部的间隙，并形成玻璃制反射镜的前面开口部的形状。

如图4(b)所示，以往使用的是由单一部件构成的箭模。如图4(a)所示，主体模220具有适合于待成形的反射镜形状的内表面形状，在内表面的底部具有用于形成反射镜的颈部的开口的颈部用台状部221。在该主体模220中放入熔融的玻璃10N，如图4(b)的箭头所示，利用箭模210从上方施加压力并压入。如图4(b)所示，该箭模210略小于主体模220的内容积，熔融的玻璃10N受压扩张，反射镜的基体10a形成在此时产生的空腔C中。几乎是在瞬间将该箭模210压下，接下来，使箭模210上升。在该状态下进行自然冷却或强制冷却，从而冷却反射镜的基体10a。图4(d)是图4(c)中圆圈部分的放大图，如图4(d)所示，在玻璃进行冷却时，若空气被封在箭模210的外侧的两个曲面210A、210B的边界处的凹部215中，则玻璃的粘性随着冷却而增大，玻璃自身不再流入到凹部215内部。其结果判断出：在该反射镜的基体10a凝固到一定程度的状态下从主体模220中取出时，与箭模210的外侧的两个曲面210A、210B的边界对应的玻璃基体10a的曲面的交叉部位K的曲率半径R(mm)变大，呈现出带有圆角的形状。而且判断出，该曲率半径R的大小影响反射镜的光利用效率。

专利文献：专利3557988号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种反射镜及具有该反射镜的带灯的反射镜，进而提供用于制造该反射镜的成形模，其中，在逐渐小型化的投影装置中使用的作为光源装置的反射镜中，高效反射来自光源灯的射出光并使其向前方射出。

发明人认真研究的结果，着眼于上述专利3557988号公报所示形状的反射镜的由两个以上曲面形成且各曲面交叉的部位的曲率半径R(mm)的大小，R成形为2.5mm以下的光利用效率，与和反射镜开口部直径相等的、由单一曲面形成的现有反射镜相比，具有优越的差异，进而曲率半径R在0.1mm以上时能得到较强的机械强度，发明人以此为突破口完成了本发明。

本发明的技术方案1的玻璃制凹面形状的反射镜，由以下几部分构成：对从灯射出的光进行反射的反射面；用于配置灯的颈部；以及形成在前方侧及后方侧的开口部，上述反射镜的内表面至少由两个以上曲面形成，各曲面交叉的部位的曲率半径R为0.1mm≤R≤2.5mm。

本发明的技术方案2为根据技术方案1所述的反射镜，上述曲面由前方反射镜部、中央反射镜部以及后方反射镜部构成，该前方反射镜部和该后方反射镜部为旋转椭圆面反射镜，该中央反射镜部由球面反射镜构成。

本发明的技术方案3的带灯的反射镜，在技术方案1或2所述的反射镜的颈部设置超高压水银灯。

本发明的技术方案4为根据技术方案1或技术方案2所述的反射镜的成形模，具有：主体模，接受软化的玻璃材料的供给；和箭模，为了形成凹面形状的反射面而向该主体模的内侧滑动，上述箭模至少由两个以上部件组合而成，并且两个以上曲面作为整体形成在外表面上，在不同曲面的边界构成上述两个以上部件的接合部，该接合部形成在箭模滑动的方向上。

根据技术方案1的发明，在至少由两个以上曲面形成的玻璃制反射镜中，各曲面交叉的部位的曲率半径R(mm)为0.1mm≤R≤2.5mm，从而成为光利用效率优异，机械强度大，适合于作为在投影装置用光源中使用的反射镜。

此外，根据技术方案2的发明，反射镜由前方反射镜部、中央反射镜部以及后方反射镜部构成，前方反射镜部和该后方反射镜部为旋转椭圆面反射镜，中央反射镜部为球面反射镜，从而成为光利用效率优异，机械强度大，非常适合于作为在投影装置用光源中使用的反射镜。

此外，根据技术方案3的发明，在本发明的反射镜中组装超高压水银灯，从而成为光利用效率优异，机械强度大，非常适合于作为投影装置用光源。

而且，根据技术方案4的发明，在凹面状的玻璃制的反射镜的成形模中，箭模至少由两个以上部件组合而成，并且两个以上曲面作为整体形成在外表面上，在不同曲面的边界构成上述两个以上部件的接合部，该接合部形成在箭模滑动的方向上，从而可以减小所制造的反射镜的曲面交叉的部位的曲率半径R(mm)，并使其在光利用效率优异的0.1mm≤R≤2.5mm范围内。

附图说明

图1表示本发明的反射镜及带灯的反射镜的实施方式。

图2表示本发明的反射镜及带灯的反射镜的其他实施方式。

图3表示比较例的单一旋转椭圆面反射镜。

图4表示使用现有成形模的反射镜基体的成形工序。

图5是说明本发明的反射镜成形模的箭模的部件组合的图。

图6表示使用本发明的分割型成形模的反射镜基体的成形工序。

图7表示曲率半径测量的方法。

图8表示利用液晶光学系统评价光束时的装置结构。

图9表示本发明的反射镜的评价结果。

图10表示本发明的反射镜的反射光的光线轨迹。

具体实施方式

图1表示本发明的反射镜及带灯的反射镜的实施方式。在图1中，带灯的反射镜50的玻璃制反射镜10的内表面上有三个曲面。第一个曲面是在其端部形成光投射口14的前方反射镜部分11，第二个曲面是位于该前方反射镜部分11的后方的中央反射镜部分12，第三个曲面是位于中央反射镜部分12的后方的后方反射镜部分13。

前方反射镜部分11和后方反射镜部分13例如是旋转椭圆面反射镜，中央反射镜部分12的典型例是球面反射镜。

另外，在本发明中，旋转椭圆面反射镜的旋转椭圆面还包括非椭圆面，该非椭圆面考虑到了因放电灯发光部的玻璃具有厚度而产生折射并由此引起的光线轨迹的修正量，并且旋转椭圆面的概念还包括旋转抛物面。同样地，球面反射镜的球面也包括非球面，该非球面考虑到了因放电灯的发光部玻璃具有厚度而产生折射并由此引起的光线轨迹的修正量。

放电灯1是超高压水银灯，具有由密封部2、2′及发光部3构成的石英玻璃制的放电容器，发光部3内相对配置有一对电极4、4′。在发光部3中封入有水银和例如氩气等惰性气体、溴等卤素。放电灯1在反射镜的颈部15中插入密封部2′，并利用粘接剂8固定。5、5′是Mo金属箔，6、6′是内部引线，7、7′是外部引线。

如图10的光线轨迹所示，根据这种结构的带灯的反射镜50，在中央反射镜部分12的球面反射镜上反射的光切实地返回到作为发光源的电极4、4′之间的中心电弧上，到达前方反射镜部分11，并向前方集光，此外，达到反射镜颈部15的开口附近的光也依靠后方反射部分13向前方集光。另外，在图10中省略了Mo金属箔及外部引线。

在该图1及图10中，将前方反射镜部分11与中央反射镜部分12的曲面的交叉部位K1、和中央反射镜部分12与后方反射镜部分13的曲面的交叉部位K2上的曲率半径分别设为R1、R2时，该R1、R2都是0.1mm～2.5mm之间的值。

在这里，对本发明中说明的曲率半径(mm)的定义和测量方法进行说明。

图7(a)示意地表示反射镜的截面的一部分。对于反射镜的两个不同曲面的交叉部位的曲率半径R(mm)，使用如该图7(a)所示的具有接触式探针30的三维计测仪，将反射镜10的位置坐标读入到微机中。使三维计测仪的接触式探针30在反射镜10面上以微小间隔移动。此时各个测量的间隔例如为0.01mm。图7(b)是图7(a)中的方形部分的放大图。由利用接触式探针30得到的位置坐标的测量结果得出曲面的交叉部位K的中心点，并根据该中心点两侧的多个测量点的数据算出半径(mm)，使得上述多个测量点的数据如图7(b)所示都落在假想圆上，将该半径规定为曲率半径R(mm)。

接下来，对制造本发明的反射镜的方法进行说明。

图6(a)～(e)是用于说明一系列工序的图。

成形模100具有：箭模110，形成待成形的玻璃制凹面反射镜的内表面形状；主体模120，形成反射镜的外侧形状；以及环形模130，堵塞箭模110与主体模120的上方端部的间隙，并形成玻璃制反射镜的前面开口部的形状。成形模的材质例如使用SKD61。

在本发明的成形模中，箭模由两个以上部件构成。

图5表示用于说明箭模110的组合的示意图。箭模110由以下几部分构成：外侧模111，用于形成反射镜的前方反射镜部；内侧模112，用于形成中央反射镜部及后方反射镜部；以及中心模113，用于与主体模的颈部用台状部121共同作用而在反射镜的颈部形成贯通孔。如图5(b)所示，外侧模111和内侧模112分别形成筒状，形成一个箭模110。该外侧模111和内侧模112这两个部件的接合部，位于形成本发明的反射镜的前方反射镜部分与中央反射镜部分的曲面的交叉部位的部分，该接合部位于箭模滑动的方向上(图中的两个方向的箭头方向)。该接合部存在0.1～2.0mm的间隙。

主体模的内表面的底部具有用于形成反射镜的颈部的颈部用台状部121。以下，利用图6对本发明的反射镜的制造方法进行说明。如图6(a)所示，在主体模120中放入熔融的玻璃10N，如图6(b)所示，利用箭模110从上方施加压力并压入。玻璃的材质有多种，但考虑到耐热性，优选硼硅酸玻璃。如图6(b)所示，该箭模110略小于主体模120的内容积，熔融的玻璃10N受压扩展，反射镜的基体10a形成在此时产生的空腔C中。几乎是在瞬间将该箭模110压入(图6(c))。接下来，使箭模110上升，该部分未做图示。在该状态下进行自然冷却或强制冷却，从而冷却反射镜的基体10a。

图6(d)是图6(c)中的圆圈部分的放大图。如图6(d)所示，在本发明的成形模中，与箭模110外侧的两个曲面的交叉部位对应的凹部115，与形成在外侧模111和内侧模112之间的间隙S相连，由成形模100和反射镜的基体10a的玻璃封闭的空气穿过间隙S而泄漏到成形模100的上方，其结果，在该反射镜的基体10a凝固到一定程度的状态下从主体模120中拆下时，在成为玻璃面的前方反射镜部分和中央反射镜部分的两个曲面的交叉部位K处，曲率半径可以成形为预定大小以下。

另外，如图6(e)所示，将内侧模112进一步分割为两部分，也可以分为：第一内侧模112a，在对应于中央反射镜部分与后方反射镜部分的交叉部位的部位具有接合部；和第二内侧模112b。通过分割可以提高各成形模的部件周面端部的加工精度。

实施例

对曲面交叉的部位K的曲率半径R(mm)的大小和反射镜的性能，进行了与朝向反射镜前方的光束量有关的检测实验。

具体的检测实验条件如下。

实验中使用的放电灯是额定功率为200W的短弧形超高压水银灯，与图中的组装在反射镜10中的放电灯1的形状相同，具有发光管部的外径为10mm、内径为4.4mm且管轴方向长度为50mm的放电容器，在该发光管部内，以电极间距离1mm设置直径为1.2mm的相对电极4、4′，作为封入物封入有：水银0.25mg/mm³、作为惰性气体的氩气0.0133MPa、作为卤素的溴1×10^-6～1×10^-2μmol/mm³。

如图1所示，实验中使用的本发明的反射镜的前方反射镜部分11和后方反射镜部分13是旋转椭圆面反射镜，中央反射镜部分12是球面反射镜，旋转前方反射镜部分11的旋转椭圆面的第一焦点F1为5.4mm，后方反射镜部分13的旋转椭圆面的第一焦点F1为8.4mm，两个旋转椭圆面的F1与第二焦点F2的关系为F2-F1＝133.5mm。中央反射镜部分12的半径为10mm。

反射镜的材质使用低膨胀的硼硅酸玻璃。其厚度为平均5mm。从机械强度的观点出发，用作投影装置用的反射镜时，一般为此厚度。反射镜的前面开口部的最大有效反射开口直径为50mm。

准备了将曲面的交叉部位的曲率半径R改为0.05mm～5.00mm的10种反射镜。使该曲率半径R的值在下述两处曲面交叉部位相同，即：作为前方反射镜部分11和中央反射镜部分12的两个曲面的交叉部位、作为中央反射镜部分12和后方反射镜部分13的两个曲面的交叉部位。通过调整成形模的边界部的曲率半径，将反射镜基体制作成达到预定的R的大小。

覆盖在反射镜内表面上的反射膜是TiO2与SiO2的交替层压膜。

作为比较例，准备了图3所示的现有反射镜、即单一旋转椭圆面反射镜70，前面开口部的最大有效反射开口直径为50mm、焦点距离F1为6.5mm，F2为140mm，并组装有与实施例相同的放电灯1 。

将该反射镜作为比较例是因为作为现有投影装置用的反射镜而被广泛应用，并且适合于与本发明的反射镜的性能比较。

光束评价通过利用图8所示的光学系统测定的结果来进行。

具体而言，从反射镜的光射出口14经由光学透镜组40和距离该光学系统175mm的聚光透镜45，照射到液晶面60上，在该液晶面60上设置受光器(未图示)而测量光束量，其中上述光学透镜组40由以下透镜构成：距离上述光射出口14为46mm处的平凸透镜41、第一积分透镜42、第二积分透镜43以及场透镜44。

在图9的表中表示评价结果。表示的是：在将使用图3所示的现有反射镜时的光束量设为1的情况下，使用本发明的反射镜时的光束量。可知若曲率半径R≤2.5mm，则液晶面处的光束量大于使用现有的反射镜时的光束量。

特别是若曲率半径R≤1.5mm，则与现有的反射镜相比，光束量增加5％，该5％的光束量的增加，对现在市场上流通的投影装置而言，能以相同功率提供更亮的投影装置，因此在节省电能方面效果很显著。

另外，若曲率半径R大于2.5mm，则在反射面的曲面交叉部位向不必要的方向反射，因此结果光束量比现有的反射镜低。另一方面，若减小曲率半径R，如果过于尖锐，则应力容易集中，机械强度减弱。若在高温下使作为液晶投影装置光源的超高压水银灯亮灯，则从热应力的观点看，应使玻璃的厚度变薄，但为了承受灯意外破损时的冲击，构成反射镜的玻璃厚度在焦点附近要保持4mm以上，从而保持反射镜的强度，这一点很关键。

反射镜在高温下，产生反射镜外表面与内表面的温度差，从而产生热应力，在曲面的交叉部位容易集中应力。由于该热变形的积累，反射镜的强度显著下降，会产生裂缝。

由于裂缝的产生，反射镜的强度显著下降，在水银灯意外破裂的情况下，其破裂片破坏反射镜，该破裂片会溅到投影装置的外部，因此非常危险。

因此，对机械强度进行了与曲率半径R的下限值有关的如下力学检测。

准备10种反射镜，与在上述实施例中使用的材质、厚度相同，曲面的交叉部位的曲率半径R改为0.05mm～5.00mm，并在反射镜中安装与上述实施例相同的超高压水银灯，反复进行亮灯试验。在反复500次亮灯10分钟、熄灭10分钟的循环的情况下，目视确认了在曲率半径R为0.05mm的反射镜中的曲面的交叉部位产生了裂纹。

从这一点可以认为：在反射面交叉的部位保持0.1mm以上的曲率半径R时，集中在交叉部位的应力得到缓解，即使在灯意外破裂时也可以防止反射镜的破损。

因此，反射镜的内表面在至少由两个以上曲面形成的玻璃制凹面形状的反射镜中，各曲面交叉的部位的曲率半径R在0.1mm≤R≤2.5mm时，可以认为是光利用效率高、机械强度大的反射镜。

在以上说明中，对具有三个曲面反射面的反射镜进行了说明，但如图2所示，对具有两个曲面反射面的反射镜同样可以适用。图2的带灯的反射镜具有作为前方反射镜部分11的旋转椭圆反射镜和作为后方反射镜部分13的球面反射镜这两个曲面。此时，有一个曲面的交叉部位K。灯的部件名称与图1相同，因此省略。此时，曲面的交叉部位K的曲率半径为0.1mm≤R≤2.5mm。

此外，无论是交流型的放电灯还是直流型的放电灯，都可以适用本发明的反射镜。

Claims (4)

1.一种玻璃制的凹面形状的反射镜，由以下几部分构成：对从灯射出的光进行反射的反射面；用于配置灯的颈部；以及形成在前方侧及后方侧的开口部，其特征在于：

上述反射镜的内表面至少由两个以上曲面形成，各曲面交叉的部位的曲率半径R为0.1mm≤R≤2.5mm。

2.根据权利要求1所述的反射镜，其特征在于：

上述曲面由前方反射镜部、中央反射镜部以及后方反射镜部构成，该前方反射镜部和该后方反射镜部为旋转椭圆面反射镜，该中央反射镜部由球面反射镜构成。

3.一种带灯的反射镜，其特征在于：

在权利要求1或2所述的反射镜的颈部设置超高压水银灯。

4.根据权利要求1或2所述的反射镜的成形模，具有：主体模，接受软化的玻璃材料的供给；和箭模，为了形成凹面形状的反射面而向该主体模的内侧滑动，其特征在于：

上述箭模至少由两个以上部件组合而成，并且两个以上曲面作为整体而形成在外表面上，在不同曲面的边界构成上述两个以上部件的接合部，该接合部形成在箭模滑动的方向上。

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