JP2000082311A - ガラス製反射ミラー、およびその製造方法と、この反射ミラーを用いた光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 首部の内面にヒケを有さないガラス製反射ミ
ラー、およびその製造方法を提供することである。 【解決手段】 略お椀型で頂部開口に首部を有するもの
であって、この反射ミラー４０の内面の首部４１の根元
部分４２は±０．１１ｍｍ以内の凸凹とするべく処理が
施されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はガラス製反射ミラ
ー、およびその製造方法、さらにはガラス製反射ミラー
を用いた光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクタの光源には、メタルハ
ライドランプや超高圧水銀灯などの光源が用いられ、ス
クリーンに投射する画像を明るくするために、受光する
立体角度の大きい略お椀型の反射ミラーに内蔵される。
この反射ミラーによって、ランプから光を効率よく限ら
れた面積の被照射面に収束させることができる。その一
方で、これらの液晶プロジェクタ装置は、全体として小
型化が強く求められ、このため、反射ミラーも当然に小
型化が要求される。

【０００３】ここで、反射ミラーを小型化すれば、その
前面の開口径の制限により、受光立体角度が小さくなり、
光の利用率が落ちてしまう。このための工夫としては、
ランプから放射される受光立体角度が大きくなるように
焦点距離の短い反射ミラーを使用するとともに、より点
光源化したランプを使うことが考えられる。しかしなが
ら、反射ミラーの焦点距離を短くすると、反射ミラーの
首部付近における単位面積当たりに入射する光束量が大
きくなってしまう。

【０００４】さらに、反射ミラーでの特性を十分に発揮
させるためには、反射ミラーの内面形状を、設計した通
りの曲面形状に製作することである。しかしながら、こ
のような製作をすることは必ずしも容易なことではな
く、反射ミラーの内面形状に不所望な変位を生じてしま
うと、その面で反射されるランプからの放射光は、希望
する方向に向かわず、結果として限られた面積の被照射
面に収束させることができなくなってしまう。このよう
な場合は、光の利用効率を大きく低下させてしまう。例
えば、近年の1.3インチ液晶パネルを用いた3板式の液晶
プロジェクタにおいては、特開平8-234205、特開平9-14
6064等で示されるように光源からの光を効率良く均一に
被照射面に収束させるインテグレータレンズと偏光方向
を揃えるプリズムビームスプリッタなどの光学素子が配
置されている。 これらの光学素子における光線の有効角
度は、主光線に対し、±５゜程度である。

【０００５】反射ミラーは、一般に、素材がガラスであ
り、全体形状は略お椀型であるが、前述のようにその内
部にはランプを組み込むため、頂部開口には首部が設け
られている。すなわち、この首部にランプの一端を挿入
して、無機接着剤等で固定することで容易に位置決めが
できるからである。

【０００６】このような反射ミラーの製造方法は以下の
ように行われる。すなわち、溶融されたガラスを雌金型
に流し込み、雄金型でプレス成形させて、その後、当該
ガラスを冷却させて固まらせる。雄金型の凸部形状、お
よび雌金型の凹部形状は反射ミラーの曲面形状、および
首部形状を作るべく形状をなしている。ここで、プレス
成形直後、すなわち、雄金型を雌金型にプレスして引き
上げた直後のガラスの温度は６００℃以上の高温であ
り、室温との温度差はきわめて大きく、当該冷却段階に
おいて、その体積が収縮をおこしてしまう。そして最後
に冷えて固まる部分、すなわち、厚みの大きい部分の内
表面には、いわゆるヒケという、沈みを生じる現象を発
生させてしまう。図３はこのようなヒケを持つ反射ミラ
ーの概要図を表すものであるが、反射ミラー３０の内面
であって、首部３１に相当する部分にはヒケ３２を生じ
ていることが示される。このヒケは、前述のように厚み
の大きい部分の内面において現れるものであるため、一
般的には図に示すように首部３１の内面に現れることに
なる。このヒケ３２は、一例をあげれば、首部の伸びる
方向に０．２ｍｍ程度、沈むように発生する。

【０００７】一方、反射ミラー内面のうち首部付近は、
その近くにランプが配置されているので、単位面積当た
りの受光立体角度は、その他の部分に比べて大きい。ま
た、この反射ミラー内面の首部付近においては、曲面変
位がわずかに生じたとしても、光学素子に入射する光線
角度に大きな影響を与えてしまう。つまり、反射ミラー
の内面であって首部付近は、製造段階ではヒケを生じや
すく、このヒケは不所望な曲面変位となって光利用効率
を大きく下げてしまうことになる。このような問題は、
上述したように近年の液晶プロジェクターでは、反射ミ
ラーの小型化がすすみ、具体的には有効口径が、75ｍｍ
以下、焦点距離が13mm程度の場合には、特に深刻な問題
として発生する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、反射鏡の内面であって首部に相当する位
置にヒケを有さないガラス製反射ミラー、およびその製
造方法とその反射ミラーを使用した光源装置を提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明のガラス製反射ミラーは、略お椀型で頂部
開口に首部を有するガラス製反射ミラーで、その内面で
あって、首部が形成される位置における設計曲面に対す
る光軸方向の変位が、±０．１１ｍｍ以下の凸凹とする
べく処理が施されていることを特徴とする。さらに、前
記処理は首部の体積を２２００ｍｍ³以下とすることを
特徴とする。さらに、前記処理は反射ミラーの首部をそ
の内面が外方に向けて広がることを特徴とする。さら
に、反射ミラーの首部は、その一部が凹部を有すること
を特徴とする。

【００１０】さらに、雌金型に溶融したガラスを入れ、
雄金型でプレス成型するガラス製反射ミラーの製造方法
であって、この雄金型のうち、反射ミラーの首部に相当
する位置には、冷却時に生ずる沈み量に相当する凹部が
形成されていることを特徴とする。さらに、ショートア
ーク型放電ランプと、この放電ランプを取り囲み、その
光軸が放電ランプのアーク方向と一致するように配置さ
れた略お椀型のガラス製反射ミラーとよりなる光学装置
において、反射ミラーの頂部開口には首部が形成される
とともに、この首部に接続継手部材を介して放電ランプ
を固定して、当該反射ミラーの内面であって、首部が形
成された位置における設計曲面に対する光軸方向の変位
が、±０．１１ｍｍ以下の凸凹とするべく処理が施され
ていることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はガラス製反射ミラーの製造
方法を示すものである。雌金型１１は成形する反射ミラ
ーの形状に対応した凹部を有するものであって、凹部の
底には反射ミラーの首部を形成する首部用穴１２を有す
る。この金型１１の中に溶融されたガラス１０を入れ
て、上部から雄金型１３で圧力をかけて押し込む。この
雄金型１３は、雌金型１１の凹部より若干小さくなって
おり、押し込んだときに生じる隙間において反射ミラー
の形が形成される。雄金型１３の押し下げは、ほとんど
瞬間的に行われ、その後、雄金型１３を上昇させて図１
に示す状態に再び戻る。この状態で自然冷却または強制
冷却によってプレス成形後のガラス１０を冷却させる。
そして、このガラス１０がある程度固まった状態におい
て雌金型１１から外し、アニール処理、ランプ挿入穴の
後加工が行われる。ここで、ガラス１０としては、例え
ば、ホウケイ酸ガラスやアルミナシリケートガラスが用
いられる。

【００１２】雄金型１３の頂部（雌金型の底に相当する
部分）であって、反射ミラーの首部に相当する位置には
凹部１４が形成されている。この凹部１４は前記ヒケに
対応して設けられたものであって、ヒケが生じる分だ
け、あらかじめ厚く成形させるためのものである。

【００１３】図２は雄金型１３を雌金型１１の側から見
た図（図１において矢印Ａで示す）であって、雄金型１
３の凹部１４は環状に形成されていることが示される。

【００１４】図４は雄金型１３を雌金型１１に押し下
げ、プレス成形した直後におけるガラス（反射ミラー）
の形状を示したものである。実際には、まだ雌金型１１
の中に入った状態であるが、便宜上、雌金型１１を省略
したものを表す。反射ミラー４０の首部４１の内面に
は、上記雄金型１３の凹部１４によって突起４２が形成
されている。そして、この突起４２は、前述のように当
該反射ミラーを冷却固化させて、当該部分がヒケとして
沈むことで、最終的には変位のない曲面を形成すること
ができる。

【００１５】このようにすることで、略お椀型で頂部開
口に首部を有するガラス製反射ミラーであって、その内
面の首部根元は±０．１１ｍｍ以下の凸凹とするべく処
理を施すことができる。ここで、凸凹処理を±０．１１
ｍｍ以下とすることで光の利用効率を減少させずにすむ
が、その理由は、以下のように考えることができる。ミ
ラー曲面が設計曲面に対しある角度で変位している場
合、反射ミラー焦点上の光線は、設計曲面に対しそのず
れ角度の2倍の角度で反射される。反射ミラーの首部付
近のこのずれ角度は、一様な変位であれば変位領域の長
さと深さで求まる。首部根本の厚みは、成形性の問題か
ら３〜５mm範囲が望ましく、この範囲で変位領域の長さ
は厚みに比例しており、代表的には５mm程度である。反
射ミラーの首部の光軸方向の変位が±０．１１ｍｍ で
あれば、反射ミラー曲面のずれ角度は、概略 Tan(０．１
１/（５/２）)-1 =２.５゜であり、反射ミラー焦点上の
反射光線のずれ角度は５゜で、前述した液晶プロジェク
ターの光学素子の有効角度の範囲内となる。厳密な光の
利用率という点からは、光源の位置、光源の大きさ、微少
範囲内の曲面のずれ角度の影響等が含まれるので見積も
りが難しいが、首部変位領域において、少なくても設計
曲面の半分以上の光利用率が期待できる。ここで、光軸
方向における変位とは、反射ミラーの光軸方向や放電ラ
ンプをアーク方向（電極軸方向）での変位を意味してお
り、図４において、Ｘで示す方向を示す。そして、この
方向における設計値との変位量を問題とするものであ
る。

【００１６】次に、反射ミラー内面を±０．１１ｍｍ以
下の凸凹とするべき別の手段として、首部の体積とその
長さを所定の範囲内にすることを発明した。このような
範囲内とすることで、上記ヒケを十分に小さくすること
ができ、かつ、所定の接着面積を確保するか、補助部材を
用いることで放電ランプを支持する首部本来の機能も維
持可能であることを確認している。但し、本発明では、
図５の反射ミラー首部の拡大図で示すように反射ミラー
５０の首部５１において、斜線で示す部分のプレス時の
体積を小さくすることで、ヒケを減少させようとするも
のである。

【００１７】ここで、首部５１の体積を変化させた反射
ミラーを４つ製作し、首部の体積と曲面変位の関係を検
討した。４つの反射ミラーは前記プレス加工によってホ
ウケイ酸ガラスで製作したが、雄金型にはヒケを考慮し
た凹部は有していない。４つの反射ミラーは、首部の肉
厚ｔが３〜５mm、首部の中心径ｄが１５〜２３mmの範囲
であり、具体的な反射ミラーの首部の体積は、３８００
ｍｍ³、３４５０ｍｍ³、３２６０ｍｍ³、２１００ｍｍ³
である（各々、反射ミラーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとする）。

【００１８】ここで、図６に、本来の設計値としての反
射ミラーの曲面ライン（図において実線）と、プレス成
形後の反射ミラーの曲面ライン（図において点線）を示
す。反射ミラーの光軸方向の曲面変位の最大値を最大曲
面変位として、上記各反射ミラーについて測定してみ
た。この結果、反射ミラーＡは０．２１ｍｍ、反射ミラ
ーＢは０．１8ｍｍ、反射ミラーＣは０．１6ｍｍ、反射
ミラーＤは０．０９ｍｍであった。すなわち、反射ミラ
ーＤのみが内面の凸凹処理を±０．１１ｍｍ以下とする
ことができたわけである。この結果から、首部の体積２
２００ｍｍ³以下とすることでヒケを小さくできること
がわかる。

【００１９】次に、金型の構造であるが、図７で示すよ
うな雄金型７０の頂部７１を突起状にする金型構造と、
図１で示したように雌金型に首部用穴１２を設ける金型
構造とがある。前者の方法における首部形状は、成形性
の問題としてある程度の厚み、例えば４mmの肉厚と、一
様性が必要とされる。さらに、首部の底部７２に余剰ガ
ラスを逃がす場合は点線部７３で切断することが必要と
なり、所定の首部長さを確保し、且つ、首部の体積を小さ
く場合に不利となる。これに対し、後者の方法を用いれ
ば、図８、図９にに示すように首部内面を外方に向けて
放射状に広がるようにし首部先端８０を細くすること
や、首部の一部に切り欠き９０を付けることが可能であ
り、このようにすることによって、放電ランプを支持す
る首部をしての長さを確保するとともに、ヒケの発生を
考慮すべくその体積を小さくすることができる。

【００２０】次に、本発明のガラス製反射ミラーを使っ
た光学装置を説明する。図１０に光学装置を示す。反射
ミラー１００と放電ランプ１０１との固定は、接続継手
部材であるミラーベース１０２を介して行われている。
ここで、ランプ１０１は、安定器への引き出し線１０５
との接続、ランプ位置調整時の保持、強度補強等を目的
とした金属製のランプベース１０４を有しており、主接
着面をこのランプベース１０４にすることで十分な接着
強度と曲げ強度が得られている。尚、ランプ１０１には、
ランプの始動性を向上させることを目的としたトリガー
線１０５が付いており、絶縁の問題からランプベース１
０４に対し、１５mm程度の距離が取られている。放電ラン
プ１０１は、例えば、７５Ｖ１５０Ｗの電極間距離１．
４ｍｍの超高圧水銀ランプが使われる。このような構造
により、首部の光軸方向の長さを小さくすることで首部
全体の体積を小さくできるとともに、放電ランプとの固
定を接続継手部材によって完全なものとできる。具体的
には、焦点距離が１３ｍｍ以下である反射ミラーでは、
首部の長さを７ｍｍ程度まで短くする必要がある。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にガラス
製反射ミラーは、略お椀型で頂部開口に首部を有するも
のであって、この反射ミラーの内面の首部根元部分は±
０．１１ｍｍ以下の凸凹とするべく処理が施されている
ので、このような曲面形状の変位に基づく光利用効率の
低下を良好に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガラス製反射ミラーの製造方法を示
す。

【図２】本発明のガラス製反射ミラーの製造に使う雄型
金型を示す。

【図３】従来のガラス製反射ミラーの全体図を示す。

【図４】本発明のガラス製反射ミラーの製造工程の一段
階における状態を示す。

【図５】本発明のガラス製反射ミラーの首部の拡大図を
示す。

【図６】本発明のガラス製反射ミラーの曲面変位を説明
するための図である。

【図７】従来のガラス製反射ミラーの製造に使う金型を
示す。

【図８】本発明のガラス製反射ミラーの首部の拡大図を
示す。

【図９】本発明のガラス製反射ミラーを使用した光源装
置を説明するための図である。

【符号の説明】

１０：硝子素子 １１：雌金型 １２：雌金型の首部用穴 １３：雄金型 １４：雄金型の凹部 ３０：反射ミラー ３１：反射ミラーの首部 ３２：反射ミラーに生じたヒケ ４０：反射ミラー ４１：反射ミラーの首部 ４２：反射ミラーの製造段階で生じる突起 ５０：反射ミラー ５１：反射ミラーの首部 ５０：反射ミラー ５１：反射ミラーの首部 ７０：雄金型 ７１：雄金型の頂部 ７２：反射ミラー首部の底部 ７３：反射ミラー首部の切断部 ８０：反射ミラー首部の先端 ９０：反射ミラー首部の凹部 １００：反射ミラー １０１：ランプ １０２：ミラーベース １０３：無機系接着剤 １０４：ランプベース １０５：安定器への引き出し線 １０６：トリガーワイヤー １０７：ステム部

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年１０月２３日（１９９８．１０．
２３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１０】 本発明のガラス製反射ミラーを使った光学
装置を表す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】略お椀型で頂部開口に首部を有するガラス
   製反射ミラーであって、 この反射ミラーの内面であって、首部が形成される位置
   における設計曲面に対する光軸方向の変位が、±０．１
   １ｍｍ以下の凸凹とするべく処理が施されていることを
   特徴とするガラス製反射ミラー。
2. 【請求項２】前記処理は、反射ミラーの首部の体積を２
   ２００ｍｍ³以下とすることを特徴とする請求項１に記
   載するガラス製反射ミラー。
3. 【請求項３】前記処理は、反射ミラーの首部において、
   その内面が外方に向けて放射状に広がるようにしたこと
   を特徴とする請求項２に記載するガラス製反射ミラー。
4. 【請求項４】前記反射ミラーの首部は、その円環状の一
   部であって光軸方向に切り欠きを有することを特徴とす
   る請求項３に記載するガラス製反射ミラー。
5. 【請求項５】雌金型に溶融したガラスを入れ、雄金型で
   プレス成型するガラス製反射ミラーの製造方法であっ
   て、 前記雄金型のうち、反射ミラーの首部に相当する位置に
   は、冷却時に生ずる沈み量に相当する凹部が形成されて
   いることを特徴とするガラス製反射ミラーの製造方法。
6. 【請求項６】ショートアーク型放電ランプと、 この放電ランプを取り囲み、その光軸が放電ランプのア
   ーク方向と一致するように配置された略お椀型のガラス
   製反射ミラーとよりなる光学装置において、 前記反射ミラーの頂部開口には首部が形成されるととも
   に、この首部に接続継手部材を介して放電ランプを固定
   して、当該反射ミラーの内面であって、首部が形成され
   た位置における設計曲面に対する光軸方向の変位が、±
   ０．１１ｍｍ以下の凸凹とするべく処理が施されている
   ことを特徴とする光学装置。