JP3120882B2 - 表面高反射鏡 - Google Patents
表面高反射鏡Info
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- JP3120882B2 JP3120882B2 JP03349304A JP34930491A JP3120882B2 JP 3120882 B2 JP3120882 B2 JP 3120882B2 JP 03349304 A JP03349304 A JP 03349304A JP 34930491 A JP34930491 A JP 34930491A JP 3120882 B2 JP3120882 B2 JP 3120882B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カメラ、望遠鏡、顕微
鏡等の光学製品に使用される表面反射多層膜を有する表
面高反射鏡に関する。
鏡等の光学製品に使用される表面反射多層膜を有する表
面高反射鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】光学製品に使用される表面高反射鏡の反
射材料としては、一般的には、可視から近赤外の範囲に
わたって反射率が高い銀が使用されている。しかしなが
ら、銀を使用する場合、単層膜では膜付着性、耐湿性、
耐硫化性等の点で劣るという問題がある。このため銀の
単層膜に下地層と、保護層とを形成した多層膜構成と
し、膜付着性、耐湿性、耐硫化性等を付与している。こ
のような多層膜構成の表面高反射鏡として、本発明者は
特願平2−317099号明細書において、図2に示す
ような基板1b上に硫化クロムからなる下地層3bと、
銀からなる反射層4bと、硫化クロムからなる保護層5
bと、二酸化ケイ素からなる保護層6bと、酸化アルミ
ニウムからなる保護層7bと、二酸化ケイ素からなる保
護層8bとを順次形成してなる表面高反射鏡を提案して
いる。
射材料としては、一般的には、可視から近赤外の範囲に
わたって反射率が高い銀が使用されている。しかしなが
ら、銀を使用する場合、単層膜では膜付着性、耐湿性、
耐硫化性等の点で劣るという問題がある。このため銀の
単層膜に下地層と、保護層とを形成した多層膜構成と
し、膜付着性、耐湿性、耐硫化性等を付与している。こ
のような多層膜構成の表面高反射鏡として、本発明者は
特願平2−317099号明細書において、図2に示す
ような基板1b上に硫化クロムからなる下地層3bと、
銀からなる反射層4bと、硫化クロムからなる保護層5
bと、二酸化ケイ素からなる保護層6bと、酸化アルミ
ニウムからなる保護層7bと、二酸化ケイ素からなる保
護層8bとを順次形成してなる表面高反射鏡を提案して
いる。
【0003】このような表面高反射鏡の耐久性は、40
℃〜60℃における加速耐湿テストにより評価されてい
る。前記のような構成の表面高反射鏡を、60℃、90
%RH、24時間の耐湿テストにより評価したところ樹
脂基板と積層膜とが剥離し、点状欠陥が生じる場合のあ
ることが見い出された。点状欠陥の発生要因としては、
樹脂の熱膨張や、樹脂の吸湿による膨潤の影響が考えら
れる。たとえば、図3のような平板形状の樹脂基材1c
に表面反射膜2cを形成した試料を加熱すると、樹脂基
材1cの熱膨張率が表面反射膜2cの熱膨張率よりも大
きいため、表面反射膜2cが引張応力を発生し、図4に
示すように試料全体が表面反射膜2cの方へ歪曲してし
まう。この結果、膜密着性が低下し、樹脂基材と表面反
射膜とが剥離して、点状欠陥が発生し、反射率等の光学
特性や表面反射膜の耐腐蝕性等が劣化してしまう。この
点状欠陥は通常雰囲気に戻すと徐々に消滅するが、膜付
着性が悪くなる原因となりやすく、反射膜の耐久性が低
下してしまう。近年、超精密金型加工機の出現と射出成
形技術の向上により、樹脂が光学部材として利用される
ようになってきている。特にポリカーボネート樹脂、ポ
リアセタール樹脂などのエンジニアリングプラスチック
は耐熱性に優れ、高温での使用が可能であるが、上記の
ような点状欠陥の発生に起因する問題点はいまだ解決さ
れていなかった。
℃〜60℃における加速耐湿テストにより評価されてい
る。前記のような構成の表面高反射鏡を、60℃、90
%RH、24時間の耐湿テストにより評価したところ樹
脂基板と積層膜とが剥離し、点状欠陥が生じる場合のあ
ることが見い出された。点状欠陥の発生要因としては、
樹脂の熱膨張や、樹脂の吸湿による膨潤の影響が考えら
れる。たとえば、図3のような平板形状の樹脂基材1c
に表面反射膜2cを形成した試料を加熱すると、樹脂基
材1cの熱膨張率が表面反射膜2cの熱膨張率よりも大
きいため、表面反射膜2cが引張応力を発生し、図4に
示すように試料全体が表面反射膜2cの方へ歪曲してし
まう。この結果、膜密着性が低下し、樹脂基材と表面反
射膜とが剥離して、点状欠陥が発生し、反射率等の光学
特性や表面反射膜の耐腐蝕性等が劣化してしまう。この
点状欠陥は通常雰囲気に戻すと徐々に消滅するが、膜付
着性が悪くなる原因となりやすく、反射膜の耐久性が低
下してしまう。近年、超精密金型加工機の出現と射出成
形技術の向上により、樹脂が光学部材として利用される
ようになってきている。特にポリカーボネート樹脂、ポ
リアセタール樹脂などのエンジニアリングプラスチック
は耐熱性に優れ、高温での使用が可能であるが、上記の
ような点状欠陥の発生に起因する問題点はいまだ解決さ
れていなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題点を解決するためになされたものであって、点状欠
陥の発生を防止し、膜付着性、耐腐蝕性、耐久性、光学
特性に優れた表面高反射鏡を提供することを目的として
いる。
問題点を解決するためになされたものであって、点状欠
陥の発生を防止し、膜付着性、耐腐蝕性、耐久性、光学
特性に優れた表面高反射鏡を提供することを目的として
いる。
【0005】
【問題点を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研
究の結果、本発明者は樹脂基板と表面反射鏡との間に内
部応力が圧縮応力を示す二酸化ケイ素からなる第1の下
地層を形成することにより、高温高湿下において樹脂基
板に働く表面反射膜の引張応力を緩和でき、ひいては点
状欠陥の発生を防止することができるとの知見を得て本
発明を完成するに至った。すなわち、本発明の表面高反
射鏡は、樹脂基板表面上に形成された二酸化ケイ素から
なる第1の下地層と、前記第1の下地層上に形成された硫
化クロムからなる第2の下地層と、前記第2の下地層上
に形成された銀からなる反射層と、前記反射層上に形成
された保護層とを有し、前記第1の下地層の膜厚が25
〜100nmであることを特徴とする。
究の結果、本発明者は樹脂基板と表面反射鏡との間に内
部応力が圧縮応力を示す二酸化ケイ素からなる第1の下
地層を形成することにより、高温高湿下において樹脂基
板に働く表面反射膜の引張応力を緩和でき、ひいては点
状欠陥の発生を防止することができるとの知見を得て本
発明を完成するに至った。すなわち、本発明の表面高反
射鏡は、樹脂基板表面上に形成された二酸化ケイ素から
なる第1の下地層と、前記第1の下地層上に形成された硫
化クロムからなる第2の下地層と、前記第2の下地層上
に形成された銀からなる反射層と、前記反射層上に形成
された保護層とを有し、前記第1の下地層の膜厚が25
〜100nmであることを特徴とする。
【0006】
【実施例】図1は本発明の層構成を有する表面高反射鏡
を概略的に示す。本発明に係る表面高反射鏡は7層構造
であり、各層は真空蒸着法、スパッタリング法等により
形成されている。本発明に係る表面高反射鏡は、図1に
示されるように、基板1a上に二酸化ケイ素からなる第
1の下地層2aが形成され、第1の下地層2a上に硫化
クロムからなる第2の下地層3aが形成され、第2の下
地層3a上に銀からなる反射層4aが形成され、反射層
4a上に硫化クロムからなる第1の保護層5aが形成さ
れ、第1の保護層5a上に二酸化ケイ素からなる第2の
保護層6aが形成され、第2の保護層6a上に酸化アル
ミニウムからなる第3の保護層7aが形成され、第3の
保護層7a上に二酸化ケイ素からなる第4の保護層8a
が形成されている。
を概略的に示す。本発明に係る表面高反射鏡は7層構造
であり、各層は真空蒸着法、スパッタリング法等により
形成されている。本発明に係る表面高反射鏡は、図1に
示されるように、基板1a上に二酸化ケイ素からなる第
1の下地層2aが形成され、第1の下地層2a上に硫化
クロムからなる第2の下地層3aが形成され、第2の下
地層3a上に銀からなる反射層4aが形成され、反射層
4a上に硫化クロムからなる第1の保護層5aが形成さ
れ、第1の保護層5a上に二酸化ケイ素からなる第2の
保護層6aが形成され、第2の保護層6a上に酸化アル
ミニウムからなる第3の保護層7aが形成され、第3の
保護層7a上に二酸化ケイ素からなる第4の保護層8a
が形成されている。
【0007】基板1aとしては、ポリカーボネート樹
脂、ポリアセタール樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン
樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ABS樹脂等の
樹脂材料が特に制限されることなく用いられる。第1の
下地層2aは二酸化ケイ素からなり、その膜厚は好まし
くは25〜100nmであり、特に好ましくは50〜7
5nmである。この第1の下地層2aの内部応力は圧縮
応力である。第1の下地層2aは前記樹脂基板1aと後
述する表面反射膜3a〜8aとの熱膨張差や水分吸収に
よる膨張差を緩和する目的で挿入されている。樹脂基板
1aの熱膨張率は表面反射膜3a〜8aの熱膨張率より
も大きいため、樹脂基板1aと表面反射膜3a〜8aと
の積層体を加熱すると表面反射膜3a〜8aが引張応力
を発現し、積層体全体が表面反射膜3a〜8aの方へ歪
曲する(図5参照)。そこで、前記のような内部応力が
圧縮応力である第1の下地層2aを樹脂基板1aと表面
反射膜3a〜8aとの間に挿入することにより、高温高
湿下で発生する表面反射膜3a〜8aの引張応力が緩和
されるため、積層体の歪曲を防止することができる。
脂、ポリアセタール樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン
樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ABS樹脂等の
樹脂材料が特に制限されることなく用いられる。第1の
下地層2aは二酸化ケイ素からなり、その膜厚は好まし
くは25〜100nmであり、特に好ましくは50〜7
5nmである。この第1の下地層2aの内部応力は圧縮
応力である。第1の下地層2aは前記樹脂基板1aと後
述する表面反射膜3a〜8aとの熱膨張差や水分吸収に
よる膨張差を緩和する目的で挿入されている。樹脂基板
1aの熱膨張率は表面反射膜3a〜8aの熱膨張率より
も大きいため、樹脂基板1aと表面反射膜3a〜8aと
の積層体を加熱すると表面反射膜3a〜8aが引張応力
を発現し、積層体全体が表面反射膜3a〜8aの方へ歪
曲する(図5参照)。そこで、前記のような内部応力が
圧縮応力である第1の下地層2aを樹脂基板1aと表面
反射膜3a〜8aとの間に挿入することにより、高温高
湿下で発生する表面反射膜3a〜8aの引張応力が緩和
されるため、積層体の歪曲を防止することができる。
【0008】引張応力は表面反射膜3a〜8aが樹脂基
板1aを表面反射膜3a〜8aの方へ曲げようとする応
力であり(図5参照)、圧縮応力は第1の下地層2aが
基板1aを基板1aの方へ曲げようとする応力である。
(図6参照)。したがって、圧縮応力を発現する二酸化
ケイ素層を第1の下地層2aとして樹脂基板1aと表面
反射膜3a〜8aとの間に形成することにより、樹脂基
板1aと表面反射膜3a〜8aとの熱膨張差に起因する
歪曲を緩和できる。第2の下地層3aより表面側は耐擦
傷性、耐腐蝕性、膜付着性、光学特性の維持のため、二
酸化ケイ素層を増加することができないので、樹脂基板
1aと第2い表面高反射鏡が得られる。第2の下地層3
aは硫化クロムからなり、その膜厚は1〜35nmとす
ることが好ましく、特に3〜11nmとすることが好ま
しい。第2の下地層3aを形成することにより、所望の
膜厚の反射層4aを容易に形成できるようになる。
板1aを表面反射膜3a〜8aの方へ曲げようとする応
力であり(図5参照)、圧縮応力は第1の下地層2aが
基板1aを基板1aの方へ曲げようとする応力である。
(図6参照)。したがって、圧縮応力を発現する二酸化
ケイ素層を第1の下地層2aとして樹脂基板1aと表面
反射膜3a〜8aとの間に形成することにより、樹脂基
板1aと表面反射膜3a〜8aとの熱膨張差に起因する
歪曲を緩和できる。第2の下地層3aより表面側は耐擦
傷性、耐腐蝕性、膜付着性、光学特性の維持のため、二
酸化ケイ素層を増加することができないので、樹脂基板
1aと第2い表面高反射鏡が得られる。第2の下地層3
aは硫化クロムからなり、その膜厚は1〜35nmとす
ることが好ましく、特に3〜11nmとすることが好ま
しい。第2の下地層3aを形成することにより、所望の
膜厚の反射層4aを容易に形成できるようになる。
【0009】第2の下地層3a上に形成された銀からな
る反射層4aは、50〜250nmの膜厚を有するのが
好ましく、特に85〜215nmとすることが好まし
い。膜厚が50nm未満であると、完全な反射とならず
にハーフミラー化するので好ましくなく、また膜厚が2
50nmを超えると耐久性が劣化するので好ましくな
い。銀からなる反射層4a上に形成された第1の保護層
5aは、硫黄イオンが反射層4aに侵入することを防ぐ
ために、硫化クロムにより形成する。第1の保護層5a
は、1〜10nmの膜厚を有するのが好ましく、特に2
〜5nmの膜厚とするのが好ましい。膜厚が10nmを
超えると、硫化クロムは吸収性を有するため、可視全域
で反射率の低下を生じるため好ましくない。
る反射層4aは、50〜250nmの膜厚を有するのが
好ましく、特に85〜215nmとすることが好まし
い。膜厚が50nm未満であると、完全な反射とならず
にハーフミラー化するので好ましくなく、また膜厚が2
50nmを超えると耐久性が劣化するので好ましくな
い。銀からなる反射層4a上に形成された第1の保護層
5aは、硫黄イオンが反射層4aに侵入することを防ぐ
ために、硫化クロムにより形成する。第1の保護層5a
は、1〜10nmの膜厚を有するのが好ましく、特に2
〜5nmの膜厚とするのが好ましい。膜厚が10nmを
超えると、硫化クロムは吸収性を有するため、可視全域
で反射率の低下を生じるため好ましくない。
【0010】第1の保護層5a上に形成された第2の保
護層6aは、二酸化ケイ素からなり、後述する第3の保
護層7aとの組合せにより表面反射光の色調を調整する
ために形成されている。第2の保護層6aは、50〜8
0nmの膜厚を有するのが好ましく、特に65〜75n
mとすることが好ましい。第2の保護層6a上に形成さ
れた第3の保護層7aは表面からの水分の侵入を防止
し、また表面反射光の色調を調整するために、酸化アル
ミニウムにより形成する。第3の保護層7aは20〜6
0nmの膜厚を有するのが好ましく、特に30〜50n
mとすることが好ましい。第3の保護層7a上の第4の
保護層8aは、耐擦傷性等を強化するために二酸化ケイ
素により形成する。第4の保護層8aは、7〜23nm
の膜厚とするのが好ましく、特に20〜60nmとする
のが好ましい。膜厚が7nm未満であると耐擦傷性等が
不十分であり、また膜厚が23nmを超えると反射光の
色調を損なうので好ましくない。
護層6aは、二酸化ケイ素からなり、後述する第3の保
護層7aとの組合せにより表面反射光の色調を調整する
ために形成されている。第2の保護層6aは、50〜8
0nmの膜厚を有するのが好ましく、特に65〜75n
mとすることが好ましい。第2の保護層6a上に形成さ
れた第3の保護層7aは表面からの水分の侵入を防止
し、また表面反射光の色調を調整するために、酸化アル
ミニウムにより形成する。第3の保護層7aは20〜6
0nmの膜厚を有するのが好ましく、特に30〜50n
mとすることが好ましい。第3の保護層7a上の第4の
保護層8aは、耐擦傷性等を強化するために二酸化ケイ
素により形成する。第4の保護層8aは、7〜23nm
の膜厚とするのが好ましく、特に20〜60nmとする
のが好ましい。膜厚が7nm未満であると耐擦傷性等が
不十分であり、また膜厚が23nmを超えると反射光の
色調を損なうので好ましくない。
【0011】実施例1 図1に示す構成と同じ構成の表面高反射鏡を作成するた
めに、まず2mm厚のポリカーボネート樹脂からなる基
板1a上に、二酸化ケイ素からなる第1の下地層2aを
真空蒸着法により膜厚0nm、25nm、50nm、7
5nm、100nm、125nmとそれぞれ条件を変え
て形成して第1の下地層2aとし、さらに硫化クロムか
らなる第2の下地層3aを膜厚7nm形成し、銀からな
る反射層4aを膜厚100nm形成し、硫化クロムから
なる第1の保護層5aを膜厚3nm形成し、二酸化ケイ
素からなる第2の保護層6aを膜厚75nm形成し、酸
化アルミニウムからなる第3の保護層7aを膜厚38n
m形成し、二酸化ケイ素からなる第4の保護層8aを膜
厚12nm形成した。
めに、まず2mm厚のポリカーボネート樹脂からなる基
板1a上に、二酸化ケイ素からなる第1の下地層2aを
真空蒸着法により膜厚0nm、25nm、50nm、7
5nm、100nm、125nmとそれぞれ条件を変え
て形成して第1の下地層2aとし、さらに硫化クロムか
らなる第2の下地層3aを膜厚7nm形成し、銀からな
る反射層4aを膜厚100nm形成し、硫化クロムから
なる第1の保護層5aを膜厚3nm形成し、二酸化ケイ
素からなる第2の保護層6aを膜厚75nm形成し、酸
化アルミニウムからなる第3の保護層7aを膜厚38n
m形成し、二酸化ケイ素からなる第4の保護層8aを膜
厚12nm形成した。
【0012】[膜付着性試験]上記実施例の各表面高反
射鏡を、それぞれ温度40℃、湿度95%RHの恒温室
に放置し、216時間経過するまで24時間毎にセロハ
ンテープによる剥離試験を行い、膜付着性試験を行っ
た。結果はいずれも216時間以上と良好であった。
射鏡を、それぞれ温度40℃、湿度95%RHの恒温室
に放置し、216時間経過するまで24時間毎にセロハ
ンテープによる剥離試験を行い、膜付着性試験を行っ
た。結果はいずれも216時間以上と良好であった。
【0013】[耐腐蝕性試験]上記実施例の各表面高反
射鏡について、10重量%の(NH4)2S水溶液の液
面から100mm上方に、本実施例の表面高反射鏡を設
置し、4時間経過後の表面状態の変化および波長400
nmにおける反射率の変化を調べる耐腐蝕性試験を行っ
た。この結果、試験前後における表面状態の変化は認め
られず、また波長400nmにおける反射率変化も0%
であった。また、反射色調についての試験を行なったと
ころ、ほぼニュートラルな反射色調を得ることができ
た。
射鏡について、10重量%の(NH4)2S水溶液の液
面から100mm上方に、本実施例の表面高反射鏡を設
置し、4時間経過後の表面状態の変化および波長400
nmにおける反射率の変化を調べる耐腐蝕性試験を行っ
た。この結果、試験前後における表面状態の変化は認め
られず、また波長400nmにおける反射率変化も0%
であった。また、反射色調についての試験を行なったと
ころ、ほぼニュートラルな反射色調を得ることができ
た。
【0014】[耐湿テスト]上記実施例の各表面高反射
鏡を、それぞれ温度60℃、湿度95%RHの恒温室に
24時間放置した後、表面状態を観察した。結果を表1
に示す。
鏡を、それぞれ温度60℃、湿度95%RHの恒温室に
24時間放置した後、表面状態を観察した。結果を表1
に示す。
【0015】
【表1】
【0016】表1の結果から、二酸化ケイ素からなる第
1の下地層2aの膜厚が50〜75nmの時に点状欠陥
が発生していないことがわかり、本発明の樹脂光学部品
の表面高反射鏡は優れた耐湿性を示すことがわかる。
尚、実施例では、反射層4a上に四つの保護層5a〜8
aを形成した場合について説明したが、保護層の層数や
構造は実施例の構造に限定されない。
1の下地層2aの膜厚が50〜75nmの時に点状欠陥
が発生していないことがわかり、本発明の樹脂光学部品
の表面高反射鏡は優れた耐湿性を示すことがわかる。
尚、実施例では、反射層4a上に四つの保護層5a〜8
aを形成した場合について説明したが、保護層の層数や
構造は実施例の構造に限定されない。
【0017】
【発明の効果】以上詳述した様に本発明では、樹脂基板
表面上に形成された二酸化ケイ素からなる第1の下地層
と、前記第1の下地層上に形成された硫化クロムからな
る第2の下地層と、前記第2の下地層上に形成された銀
からなる反射層と、前記反射層上に形成された保護層と
を有し、前記第1の下地層の膜厚が25〜100nmで
あるので、60℃、95%RH、24時間のような厳し
い耐湿条件においても欠陥の発生しない優れた樹脂光学
部品の表面高反射鏡を得ることができる。
表面上に形成された二酸化ケイ素からなる第1の下地層
と、前記第1の下地層上に形成された硫化クロムからな
る第2の下地層と、前記第2の下地層上に形成された銀
からなる反射層と、前記反射層上に形成された保護層と
を有し、前記第1の下地層の膜厚が25〜100nmで
あるので、60℃、95%RH、24時間のような厳し
い耐湿条件においても欠陥の発生しない優れた樹脂光学
部品の表面高反射鏡を得ることができる。
【図1】本発明に係る表面高反射鏡の層構成を示す断面
図である。
図である。
【図2】従来技術に係る表面高反射鏡の層構成を示す断
面図である。
面図である。
【図3】引張応力および圧縮応力についての説明図であ
る。
る。
【図4】引張応力および圧縮応力についての説明図であ
る。
る。
【図5】引張応力および圧縮応力についての説明図であ
る。
る。
【図6】引張応力および圧縮応力についての説明図であ
る。
る。
1a 樹脂基板 2a 第1の下地層 3a 第2の下地層 4a 反射層 5a 第1の保護層 6a 第2の保護層 7a 第3の保護層 8a 第4の保護層
Claims (4)
- 【請求項1】 樹脂基板表面上に形成された二酸化ケイ
素からなる第1の下地層と、 前記第1の下地層上に形成された硫化クロムからなる第
2の下地層と、 前記第2の下地層上に形成された銀からなる反射層と、 前記反射層上に形成された保護層とを有し、 前記第1の下地層の膜厚が25〜100nmである、 ことを特徴とする表面高反射鏡。 - 【請求項2】 前記保護層は、前記反射層上に形成され
た硫化クロムからなる第1の保護層と、前記第1の保護
層上に形成された二酸化ケイ素からなる第2の保護層
と、前記第2の保護層上に形成された酸化アルミニウム
からなる第3の保護層と、前記第3の保護層上に形成さ
れた二酸化ケイ素からなる第4の保護層とで構成されて
いる請求項1記載の表面高反射鏡。 - 【請求項3】 前記第2の下地層の膜厚が1〜35nm
であり、前記反射層の膜厚が50〜250nmであり、
前記第1の保護層の膜厚が1〜10nmであり、前記第
2の保護層の膜厚が50〜80nmであり、前記第3の
保護層の膜厚が20〜60nmであり、前記第4の保護
層の膜厚が7〜23nmである請求項2記載の表面高反
射鏡。 - 【請求項4】 前記第1の下地層の内部応力が圧縮応力
である請求項1、2又は3記載の表面高反射鏡。
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03349304A JP3120882B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 表面高反射鏡 |
GB9421648A GB2281411B (en) | 1991-10-31 | 1992-10-26 | Surface reflecting mirror with three protective layers |
GB9222448A GB2261079B (en) | 1991-10-31 | 1992-10-26 | Surface reflecting mirror |
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