JP4645552B2 - 凹面反射鏡の製造方法、凹面反射鏡製造用金型、凹面反射鏡及び光源装置 - Google Patents
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Description
先ず、従来技術1について図5を参照して説明する。この技術は、第一の反射面71、第二の反射面及72及び第三の反射面73が、この順に光軸Lの前方(光投射口側)から連続するように凹面反射鏡基体70Aの内面に形成されたものである。そして、第一の反射面71及び第三の反射面73は回転楕円面(若しくは回転放物面)からなり、第二の反射面72はほぼ球面からなる。そして、第一及び第三の反射面71,73の第1焦点の位置と、第二の反射面72の略球面の中心位置とが一致し、かつ、これが反射鏡70に装着される放電ランプ60のアークのほぼ中央に一致するように構成される。
第一及び第三の反射面71,73が楕円面よりなる場合、アークの中心にある第一焦点F1から第一の反射面71に入射した光は光路(ア)を通り第二焦点F2に、第一焦点F1から第二の反射面72に入射した光は、当該第一焦点F1に戻った後、光軸Lを中心に対称位置に反射されて第一の反射面71に入射し、光路(イ)を通って第二焦点F2に向かって反射される。また、第一焦点F1から第三の反射面73に入射した光は光路(ウ)を通って第二焦点F2に向かって反射される。
この結果、第一の反射面71及び第二の反射面72とは膜厚分布が著しく相違し、第二の反射面72において所望の反射率を得ることができない。
また、凹面反射鏡の製造が容易な凹面反射鏡用金型を提供することにある。
また、第一の反射面に続いて球面状の第二の反射面が形成された凹面反射鏡において、反射膜を所期の通り確実に形成できると共に、異なる反射面であっても焦点位置の調整が極めて簡単に行えて、高い光の利用効率を実現することができる凹面反射鏡を提供すること、更には、この凹面反射鏡を用いた光源装置を提供することにある。
前記凹面反射鏡の基体を、第一の反射面部と第二の反射面部との間に分割代が形成されるように熱間プレスにより一体的に成形する工程と、
前記基体を分割代で切断して、基体を光軸の前後方向に分割する工程と、
前記第一の反射面部及び前記第二の反射面部の各々に光反射膜を形成し、第一の反射面及び第二の反射面を構成する工程と、
第一の反射面及び第二の反射面が連続するように、基体を再び組み合わせて一体化する工程と
を有することを特徴とする。
また、上記ガラス製凹面反射鏡用金型であって、前記ボトムモールドには、前記プランジャーの分割代形成部の外周に対応する箇所に、凹面反射鏡の外周部を、部分的に略円柱状若しくは略円錐状に形成する手段を備えていることを特徴とする。
また本発明に係る光源装置は、放電容器内に一対の放電電極が対向するよう設けられたショートアーク型放電ランプと、この放電ランプのアークの方向と光軸が一致する状態で当該放電ランプを取り囲むよう配設され、前方に光投射口を有する凹面反射鏡とよりなり、凹面反射鏡は、請求項1記載の製造方法により製造されたものであることを特徴とする。
特にガラス基体の熱間プレスにおいて、第一の反射面部と第二の反射面部との間に分割代が形成されているため、分割によっても焦点位置がずれることがない。
更に、凹面反射鏡の外表面を形成するボトムモールドに、分割代に対応する凹面反射鏡の外周に、該凹面反射鏡の外表面を略円柱状に形成する手段を備えていることで、ガラス基体を切断する際に外側から分割代を検知し易くなると共に、グラインダー等の刃先を安定化できて歩留まりを向上させることができる。
更にこの凹面反射鏡に光源ランプを組み込むことにより、プロジェクター装置用として好適な光源装置を得ることができる。
図1は本発明に係る、凹面反射鏡と光源ランプとよりなる光源装置の説明図であり、反射鏡の光軸を含む面で切断した断面図である。図2は、本発明に係る凹面反射鏡の基体を形成するための金型であり、プランジャー平面図及びボトムモールドの断面図、図3は本発明に係る金型を用いてガラスをプレスする工程を示す説明図である。また、図4は本発明に係る金型から製作された凹面反射鏡基体から凹面反射鏡の最終製品を製造する工程を説明する図である。
まず、図1を参照して本発明の実施形態である凹面反射鏡の最終形態について説明する。
(1)光源ランプ
光源ランプ10は、超高圧水銀ランプなどのショートアーク型放電ランプが好適する。点灯方式としては直流、交流いずれのランプでも可能であるが、ここでは交流点灯方式の超高圧水銀ランプの例で説明する。
光源ランプ10の発光管は、略球状の発光管部11と、この発光管部11の両端に連続する円柱状の封止部12とを備えた石英ガラスなどの光透過性材料より構成されており、この発光管部11の内部空間にタングステンからなる一対の電極13,14が対向するように配置されている。電極13,14の基端部には、シールに使用される金属箔15の一端部が接合され、封止部12を構成するガラスにより気密に埋設されてシールされている。金属箔15の他端部には、外部リード16の一端部が接合されており、他端部が外方に伸びて封止部12の外部に突出している。
また、発光管部11の内部空間には、発光物質としての水銀、ハロゲンガス及び希ガスが封入されている。水銀は点灯時の内部空間の水銀蒸気圧が150気圧以上(好ましくは200気圧以上)となるよう0.15mg/mm3以上(好ましくは0.20mg/mm3以上)封入される。ハロゲンガスは、ハロゲンサイクルにより発光管部11の内壁に黒化が生じることを防止することを目的としており、10−6μmol/mm3〜10−2μmol/mm3封入される。希ガスは始動補助性を改善する目的で、例えばアルゴンガスが0.0133MPa程度封入される。
凹面反射鏡20は、光放射口21を有する第一の反射鏡基体201と、その後端に接続された第二の反射鏡基体202とにより、基体20Aが構成される。この基体20Aは、ガラスの熱間プレス成形でほぼこの形状に一体的に成形したガラス成形体を、分割部27において光軸に垂直な面で切断した後、再度接合して構成したものである。
この第一の反射面22と光学的に連続するように第二の反射面23が形成されている。第二の反射面23は、第二の反射鏡基体202の内面に形成され、中心位置が光源ランプ10のアークの中心に一致する略球面状の反射面を形成している。なお、第二の反射面23は、発光管部11におけるレンズ効果などが勘案されるため完全な球面状とは限らないが、入射光を焦点に戻す反射面よりなるものである。
この第三の反射面24もまた第二の反射鏡基体202上に形成されている。
しかも、第一の反射鏡基体201と第二の反射鏡基体202とは、同じ金型で一体に構成されていたものであり、分割部27で接合することで簡単に焦点位置を一致させることができ、生産性が良好で、高い集光率が得られる凹面反射鏡とすることができる。
従って、反射面を複数有する凹面反射鏡20であるにもかかわらず、光源ランプ10に対しての位置合せ作業が容易で生産性が良好であることに加えて、光の利用効率が格段に高い光源装置100となる。
続いて、図2〜図4を参照して上記凹面反射鏡を製造する工程について詳述する。
(1)ガラス製凹面反射鏡用金型
図2は、本発明に係る凹面反射鏡の基体を形成するための金型の説明図である。
同図において、ガラスを熱間プレスするための金型40は、上方に開口し凹面反射鏡の外表面形状がその内面に成形されたボトムモールド(胴型)43と、この上部開口縁に沿って配置されるリングモールド42、その外表面に所定の反射面形状が形成されたプランジャー(矢型)41より構成されている。
なおこの胴部形成部43Aの長さは、プランジャー41の分割代形成部41Aよりも長いものとされ、例えば2.1mm〜9mmである。
上述した本発明に係る金型40を用い、図3(a)〜(c)に示すようにガラスをプレス成形する。
まず、図3(a)で示すようにボトムモールド43の内部に、ゴブ45と呼ばれる加熱され柔らかくなったガラスの塊を定量落下させて導入する。このボトムモールド43の上部にリングモールド42を被せてプランジャー41を挿入する
続いて、図3(b)に示すようにプランジャー41、リングモールド42及びボトムモールド43と、ゴブ45との間に空隙が無くなるまでプランジャー41を加圧挿入する。
ゴブ45が冷えて流動性がなくなると金型をはずして徐冷して完全に冷ました後、図2(c)に示すように凹面反射鏡用のガラス成形体50が完成する。
また胴部502は、切断する際にグラインダーの刃などを光軸に対して垂直方向に正しく入れるために設けられる。なお分割代501の幅よりも大きく形成されることで、ガラス成形体の外側からであっても内側に形成された分割代501が視認し易くなり、正規の位置において切断することができる。
なおこれらの金型は、ガラスのひけによる収縮の程度を予め見込んで成形され、固まった後に所定の反射面が形成されることは言うまでもない。また、分割代501の形成を見込んで、各反射面の焦点位置が設計されることも当然である。
本発明に係る凹面反射鏡の製造工程について図4を参照しながら説明する。
図4(a)は上記ガラスの熱間プレス工程により得たガラス成形体50である。前述したように内面に分割代501が、外面に胴部502が形成されている。このガラス成形体50を分割代501において紙面において上下方向に切断する。
この後、必須工程ではないが、分割代501の断面を研磨してきれいにしてもよい。また、研磨により内側の分割代501の残痕を除去若しくは小さくすることもできる。なお、基体の外表面においては、胴部502の幅を内面の分割代501の幅よりも大きく形成しているため、胴部502の痕跡が確実に形成される。
図4(b)は切断後のガラス成形体であり、これにより第一の反射鏡基体201と第二の反射鏡基体202とが構成される。なお、符号27a,27bは分割部である。
このように、第一、第二の反射鏡基体201,202が分割されているので、例えば真空蒸着やスパッタリングによった成膜法を用いた場合でも、蒸着源或いはスパッタ源が反射面に対して確実に付着することになり、所期の反射機能を備えた反射面を形成することができる。
なお第一、第二の反射鏡基体201,202の結合方法としては、第一の反射鏡基体の光投射口及び第二の反射鏡基体のホール部の各縁部にそれぞれの形状に適合した取付枠を被せ、第一の反射鏡基体と第二の反射鏡基体を分割部が当接するよう配置した状態で、取付枠に引張りバネを具備した固定用アームを接続することにより第一の反射鏡基体と第二の反射鏡基体を互いの方向に弾力的に付勢して固定する方法などを採用することができる。
(1)第一の反射鏡基体(201)
第一の反射面(22)は長軸が34.05mm、短軸が19.29mmの楕円面を有し、光放射口(21)の開口径が37.2mmである。また、光軸方向の全長は18.4mmである。
(2)第二の反射鏡基体(202)
第二の反射面(23)は半径11.4mmの球面を有する。光軸方向の全長は4.16mmである。
第三の反射面(24)は長軸が35.05mm、短軸が22.29mmの楕円面を有し、ホール部(25)の開口径が10mmである。光軸方向の全長は3.36mmである。
また、本発明に係る凹面反射鏡の金型によれば、第一の反射面を有する第一の反射鏡基体と第二の反射面を有する第二の反射鏡基体とを分割する際の作業工程が簡便かつ確実に行える、ガラス成形体を得ることができる。
この結果、反射面における反射効率が高く、かつ製造が容易な凹面反射鏡を得ることができ、更に、この凹面反射鏡とショートアーク型放電ランプよりなる光源ランプとを組合せることにより、プロジェクター装置用に最適な光源装置を提供することをすることができる。
1 放電ランプ
11 発光管部
12 封止部
13,14 電極
15 金属箔
16 外部リード
20 凹面反射鏡
20A 基体
201 第一の反射鏡基体
202 第二の反射鏡基体
21 光放射口
22 第一の反射面
23 第二の反射面
24 第三の反射
25 ホール部
26 接着剤
27 分割部
40 製造金型及び凹面反射鏡
41 プランジャー(矢型)
42 リングモールド
43 ボトムモールド(胴型)
45 ゴブ(軟化したガラス塊)
50 ガラス成形体
Claims (5)
- 光軸を中心とした回転面により構成された第一の反射面及び第二の反射面とを少なくとも有し、かつ第一、第二の反射面がこの順に光軸方向に配置されてなるガラス製凹面反射鏡の製造方法であって、
前記凹面反射鏡の基体を、第一の反射面部と第二の反射面部との間に分割代が形成されるように熱間プレスにより一体的に成形する工程と、
前記基体を分割代で切断して、基体を光軸の前後方向に分割する工程と、
前記第一の反射面部及び前記第二の反射面部の各々に光反射膜を形成し、第一の反射面及び第二の反射面を構成する工程と、
第一の反射面及び第二の反射面が連続するように、基体を再び組み合わせて一体化する工程と
を有することを特徴とする凹面反射鏡の製造方法。 - 光軸を中心とした回転面により構成された第一の反射面及び第二の反射面とを少なくとも有し、かつ第一、第二の反射面がこの順に光軸方向に配置されてなるガラス製凹面反射鏡を製造するガラス整形用の金型であり、
凹面反射鏡の外表面形状がその内面に成形されたボトムモールドと、このボトムモールドの開口縁に沿って配置されるリングモールドと、その外表面に所定の反射面形状が形成されたプランジャーを具備して構成され
前記プランジャーは、第一の反射面形成部と第二の反射面形成部との間に略円柱状若しくは略円錐台状部分からなる分割代形成部を備えていることを特徴とするガラス製凹面反射鏡用金型。 - 請求項2記載のガラス製凹面反射鏡用金型であって、
前記ボトムモールドには、前記プランジャーの分割代形成部の外周に対応する箇所に、凹面反射鏡の外周部を、部分的に略円柱状若しくは略円錐台状に形成する手段を備えていることを特徴とする請求項2記載のガラス製凹面反射鏡用金型。 - 光軸を中心とした回転面により構成された互いに異なる曲面からなる第一と第二の反射面を有し、当該第一、第二の反射面がこの順に光軸方向に配置された全体が凹面状をなす凹面反射鏡であって、
請求項1記載の製造方法により製造されたものであることを特徴とする凹面反射鏡。 - 放電容器内に一対の放電電極が対向するよう設けられたショートアーク型放電ランプと、この放電ランプのアークの方向と光軸が一致する状態で当該放電ランプを取り囲むよう配設され、前方に光投射口を有する凹面反射鏡とよりなり、
凹面反射鏡は、請求項1記載の製造方法により製造されたものであることを特徴とする光源装置。
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