DE3810917A1

DE3810917A1 - Reflektor

Info

Publication number: DE3810917A1
Application number: DE3810917A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Maruyama; Nobuo Matsushita
Original assignee: Toshiba Electric Equipment Corp
Current assignee: Toshiba Electric Equipment Corp
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1988-10-20
Also published as: US4838629A

Description

Die Erfindung betrifft einen Reflektor für eine Beleuch tungsvorrichtung, insbesondere eine Verbesserung eines Reflektors mit einem mehrschichtigen optischen Film, der einen Durchtritt von Infrarotstrahlung gestattet und ledig lich sichtbares Licht reflektiert.

Beleuchtungsvorrichtungen mit einem Reflexionsfilm, der Infrarotstrahlung durchläßt und lediglich sichtbares Licht reflektiert, sind bekannt. Der Reflexionsfilm er möglicht einen Durchtritt von in aus einer Lichtquelle, z. B. einer Wendel, einer Entladungslampe u.dgl., emittier tem Licht enthaltenen Infrarotstrahlung und eine Rück strahlung derselben und reflektiert lediglich sichtbares Licht (nach vorne). Somit trifft auf ein zu beleuchtendes Objekt keine Infrarotstrahlung auf, so daß ein Temperatur anstieg des Objekts verhindert werden kann.

Ein Beispiel für einen Reflexionsfilm mit Wellenlängen empfindlichkeit ist ein mehrlagiger optischer Film. Einen solchen Film erhält man durch Übereinanderlagern zweier oder mehrerer Arten dünner Schichten aus Materialien un terschiedlicher Brechungsindizes. Die Dicke dieser Schichten wird derart eingestellt, daß sie lediglich Lichtkomponenten einer beliebigen Wellenlänge stark reflektieren. Insbeson dere werden zu diesem Zweck mehrere bis einige zehn der artige Schichten jeweils einer Dicke von 1/4 der Wellen länge des Lichts die der Film reflektieren soll, unter Bildung des Reflexionsfilms aufeinandergestapelt. Infolge der Lichtinterferenz zwischen diesen Schichten werden Lichtkomponenten spezieller Wellenlängen stark reflektiert, während die anderen Lichtkomponenten durch die Schicht hindurchtreten. Mit anderen Worten gesagt, werden Schichten zweier oder dreier Arten aufeinanderge stapelt. Die Schichten können eine Dicke von 1/8 aufweisen, um die Freiheitsgradzahl, in der die Lichtkomponenten mit Wellenlängen innerhalb des Infrarotbereichs durch den Reflexionsfilm reflektiert werden, zu vermindern. Ein solcher mehrlagiger optischer Film dient dazu, lediglich Lichtkomponenten im Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht zu reflektieren, jedoch Lichtkomponenten anderer Wellenlängen, z. B. Infrarotstrahlung, hindurchzulassen. Dies führt dazu, daß keine Infrarotstrahlung auf das zu beleuchtende Objekt fällt und ein Temperaturanstieg des Objekts verhindert werden kann.

Bei einer mit einem solchen mehrlagigen optischen Film arbeitenden Beleuchtungsvorrichtung muß ein Reflektor körper, auf dem der betreffende Film abgelagert ist, aus einem Material hoher Infrarotdurchlässigkeit bestehen. Bei üblichen Beleuchtungsvorrichtungen besteht der Reflektor aus einem Glasmaterial. Wenn jedoch der Reflektor aus einem Glasmaterial besteht, bereitet die Herstellung des Reflek tors Mühe und ist mit hohen Kosten verbunden. Neben einer Erhöhung des Gesamtgewichts (des Reflektors bzw. der Be leuchtungsvorrichtung) besteht darüber hinaus auch noch die Gefahr einer leichten Beschädigung des Reflektors.

Um nun diesen Nachteilen zu begegnen, hat man bereits Reflektoren aus Kunstharzen hergestellt. Gemäß den Lehren des JP-GM 47-23 102 besteht der Reflektor aus einem Kunst harzfilm. Den betreffenden Reflektor erhält man durch Aus formen eines wärmehärtbaren Kunstharzfilms, auf dem ein Aluminiumreflexionsfilm abgelagert ist, zu einer gegebenen Form.

Wenn jedoch der Reflektor aus einem Kunstharz besteht, treten verschiedene Schwierigkeiten, beispielsweise das Problem der Wärmebeständigkeit, auf. Dies gilt insbesondere für Kunstharze niedriger Wärmebeständigkeit und relativ geringer Infrarotdurchlässigkeit. Wenn folglich der Reflektor aus einem Kunstharz hergestellt ist, werden einige Komponenten der durch einen mehrlagigen optischen Film hindurchgelassenen Infrarotstrahlung in dem Kunst harzmaterial des Reflektors absorbiert, wodurch sich die Temperatur des Kunstharzmaterials erhöht und die kritische Temperatur der Wärmebeständigkeit übersteigen kann. Folg lich können aus Kunstharzen hergestellte Reflektoren le diglich in Beleuchtungsvorrichtungen mit Lichtquellen niedriger Leistung, z.B. fluoreszierenden Lampen, zum Einsatz gelangen (vgl. JP-GM 47-23 102). Da der aus dem JP-GM 47-23 102 bekannte Reflektor einen aus Aluminium hergestellten Reflexionsfilm aufweist, reflektiert er un vermeidlich nicht nur sichtbares Licht, sondern auch IR-Strahlung.

Der Erfindung lag folglich die Aufgabe zugrunde, eine von den geschilderten Nachteilen freie Beleuchtungsvor richtung mit einem aus einem Kunstharzmaterial herge stellten Reflektor und einer Lichtquelle hoher Leistung bereitzustellen.

Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß durch Wahl geeig neter Kunstharzmaterialien für den Reflektor lösen. Der Reflektorkörper einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvor richtung besteht aus einem Harz auf Polyimid- oder Poly etherketonbasis. Auf dem Körper wird ein als Reflexionsfilm mit Wellenlängenselektivität dienender mehrlagiger opti scher Film ausgebildet. Die genannten Kunstharzmaterialien besitzen eine hohe Durchlässigkeit für Lichtkomponenten aus dem Infrarotwellenlängenbereich. Folglich wird Infrarot strahlung nicht absorbiert. Das Material selbst verbraucht lediglich eine geringe Wärmemenge. Darüber hinaus besitzen diese Kunstharzmaterialien eine hohe Wärmebeständigkeit.

Darüber hinaus trägt zur Lösung der anstehenden Aufgabe auch eine Begrenzung der Dicke des Reflektors bei. Die Dicke des erfindungsgemäßen Reflektorkörpers wird inner halb eines Bereichs von 50-300 µm gehalten. Wenn der Reflektor eine Dicke von 300 µm oder weniger aufweist, läßt sich die Infrarotabsorption auf einen niedrigeren Bereich begrenzen, so daß der auf eine Erwärmung der Kunstharzmaterialien zurückgehende Temperaturanstieg die Wärmebeständigkeitstemperatur der Materialien nicht über steigt. Wenn die Dicke des Reflektors 50 µm oder mehr be trägt, reichen die mechanische Festigkeit und Steifheit des Reflektors aus. Folglich läßt sich die Form der re flektierenden Oberfläche mit hinreichender Genauigkeit erhalten, um die (gewünschten) optischen Eigenschaften sicherzustellen. Die Kunstharzmaterialien besitzen nach der Formgebung hohe Oberflächenglätteeigenschaften und bilden damit Reflexionsflächen hoher Präzision. Wenn der Reflektorkörper dicker ist als 300 µm wird unnötig viel Material verbraucht, wodurch sich die Reflektorkosten erhöhen. Darüber hinaus benötigt man in solchen Fällen viel Zeit, um den Reflektorkörper im Falle, daß er aus einem hoch wärmebeständigen Material besteht, wärmebe handeln zu können. Dadurch sinkt der Wirkungsgrad der Herstellung des Reflektorkörpers unter gleichzeitiger Kostenerhöhung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erhält man den Reflektor durch Ausformen eines Films oder einer Folie des Kunstharzmaterials in eine gewünschte Form. Zu Verstärkungs zwecken wird an den Reflektor ein Rippenabschnitt angeformt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine schematisch darge stellte erste Ausführungsform einer erfindungsge mäßen Belichtungsvorrichtung;

Fig. 2 einen teilweise vergrößerten Querschnitt durch einen Reflektor gemäß der in Fig. 1 dargestellten Belichtungsvorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung des Reflektors;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines anderen Ver fahrens zur Herstellung des Reflektors;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ver fahrens zur Herstellung des Reflektors;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ver fahrens zur Herstellung des Reflektors;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ver fahrens zur Herstellung des Reflektors;

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines weiteren Ver fahrens zur Herstellung des Reflektors;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Reflektors einer zweiten Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Belichtungsvorrichtung;

Fig. 10 einen Querschnitt des in Fig. 9 dargestellten Re flektors;

Fig. 11 eine Frontansicht des in Fig. 9 dargestellten Reflektors;

Fig. 12 einen teilweise vergrößerten Querschnitt durch den in Fig. 9 dargestellten Reflektor und

Fig. 13 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke eines Reflektorkörpers und seiner Infrarotdurchlässigkeit.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Belichtungs- oder Beleuchtungsvorrich tung. Diese besteht aus einem Projektor. Die Belichtungs oder Beleuchtungsvorrichtung enthält eine Lichtquelle 1, z.B. eine Halogenlampe, und einen Reflektor 2 zum Reflektie ren von aus der Lichtquelle emittiertem Licht. Von den aus der Lichtquelle 1 emittierten Lichtkomponenten wird durch den Reflektor 2 lediglich sichtbares Licht reflektiert, während Infrarotstrahlung durch den Reflektor 2 hindurch tritt und nach hinten gestrahlt wird. Somit wird lediglich das sichtbare Licht aus einer Öffnung 3 des Reflektors 2 nach vorne gestrahlt. Auf diese Weise läßt sich eine Temperaturerhöhung eines zu belichtenden Objekts verhindern.

Der Reflektor 2 besteht aus einem Körper 4 aus einem Kunst harzmaterial und einem auf der Innenfläche des Körpers 4 abgelagerten mehrlagigen optischen Film 5. Der Reflektor körper 4 besteht aus einem Harz auf Polyimid- oder Poly etherketonbasis. Die Dicke des Reflektorkörpers 4 ist auf einen Wert innerhalb eines Bereichs von 50-300 µm ein gestellt. Den mehrlagigen optischen Film 5 erhält man durch abwechselndes Ablagern mehrerer Filme 5 a hohen Brechungsindex aus einem Material hohen Brechungsindex und mehreren Filmen 5 b niedrigen Brechungsindex aus einem Material niedrigen Brechungsindex (vgl. Fig. 2). Die Dicke dieser Filme wird entsprechend den zu reflektierenden Lichtkomponenten, d.h. einem Wellenlängenbereich sicht baren Lichts, in geeigneter Weise gewählt. Sichtbares Licht wird in diesen Filmen interferiert und stark re flektiert. Infrarotstrahlung wird durch den mehrlagigen optischen Film 5 und danach durch den Reflektorkörper 4 durchgelassen und nach hinten gestrahlt. In dem mehr lagigen optischen Film 5 können der einen hohen Brechungs index aufweisende Film 5 a aus einem Titanoxidfilm (TiO₂) und der einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Film 5 b aus einem Siliziumoxidfilm (SiO₂) bzw. der Film 5 a aus einem Zinksulfidfilm (ZnS) und der Film 5 b aus einem Magnesiumfluoridfilm (MgF₂) bestehen. Einige bis mehrere zehn derartige Filme, in der Regel 15 bis 23 Filme, werden hierbei normalerweise übereinandergestapelt. Aus Verein fachungsgründen sind in Fig. 2 lediglich vier Schichten dargestellt.

In der Belichtungsvorrichtung wird durch den mehrlagigen optischen Film 5 hindurchgelassene Infrarotstrahlung durch den Körper 4 beim Durchtritt desselben nicht ab sorbiert. Wenn als Lichtquelle 1 eine Hochleistungsent ladungslampe verwendet wird, läßt sich auf diese Weise der Körper 4 gegen eine thermische Zerstörung schützen. Da Harze auf Polyimid- und Polyetherketonbasis eine relativ hohe Durchlässigkeit für Lichtkomponenten im Infrarotwellenlängenbereich aufweisen, läßt sich folglich bei einem aus diesen Kunstharzen bestehenden Reflektor körper 4 eine Infrarotabsorption (im Körper) unterdrücken und eine Temperaturerhöhung (des Körpers) verhindern. Mit steigender Dicke des Körpers 4 erhöht sich unweigerlich auch die Absorption beim Durchtritt der Infrarotstrahlung (vgl. Fig. 13). Wenn jedoch die Dicke des Körpers 4 ver mindert wird, sinkt auch die Infrarotabsorption unter Vermeidung oder Verminderung des Temperaturanstiegs des Körpers 4. Da die genannten Kunstharze eine hohe Wärmebe ständigkeit aufweisen, sind sie im Hinblick darauf von großem Vorteil. Es wurden Untersuchungen hinsichtlich der Bedingungen, unter denen die Temperatur des Körpers 4 die Wärmebeständigkeitstemperatur des Materials nicht über steigt, angestellt, und zwar unter Beachtung der Beziehung zwischen der Leistung einer Lichtquelle und der Reflektor fläche in einer üblicherweise aufgebauten Belichtungsvor richtung. Hierbei zeigt es sich, daß in Fällen, in denen die Dicke des Körpers 300 µm oder weniger beträgt, seine Temperatur unter der Wärmebeständigkeitstemperatur des Kunstharzmaterials liegt. Wenn jedoch der Körper 4 eine sehr geringe Dicke erhält, reicht die mechanische Festig keit nicht mehr aus, insbesondere verschlechtert sich hier bei die Präzision der Reflexionsfläche. Für einen prakti schen Gebrauch reichen bei einer Dicke von mindestens 50 µm die mechanische Festigkeit und die Präzision der Reflexionsfläche aus.

Der Körper 4 des Reflektors 2 besitzt eine relativ geringe Dicke. Somit lassen sich Reflektorkörper einer gegebenen Form mit geringen Kosten aus Kunstharzfilmen oder -folien einer Dicke innerhalb des angegebenen Bereichs herstellen.

Gemäß Fig. 3 wird ein Film bzw. eine Folie 11 aus dem Kunstharzmaterial zur Herstellung eines Reflektorkörpers gewünschter Form erwärmt und zwischen einer unteren Form 7 mit einer Ausnehmung 6 und einer oberen Form 9 mit einem Vorsprung 8 verpreßt. Auf der Innenfläche des Körpers läßt sich z. B. durch Vakuumbedampfen ein mehrlagiger optischer Film ablagern.

Fig. 4 veranschaulicht ein weiteres Formgebungsverfahren. Bei diesem Verfahren bedient man sich einer unteren Form 12 mit einer Saugleitung 14. Das Innere der Ausnehmung wird durch die Saugleitung 14 evakuiert, während Kantenabschnitte des Films oder der Folie 11 mit Hilfe von metallischen Preßteilen 13 festgehalten werden. Der Film bzw. die Folie wird in diesem Falle durch den negativen Druck in die ge wünschte Form gebracht.

Die Fig. 5 veranschaulicht ein weiteres Formgebungsver fahren. Bei diesem Verfahren befindet sich der Film bzw. die Folie 11 zwischen der unteren Form 17 mit einer Aus nehmung 6 und der oberen Form 15 mit einer Druckleitung 16. Durch die Druckleitung 16 wird Druckluft zugeführt, so daß der Film bzw. die Folie unter Druck in die gewünschte Form gebracht wird.

Die Fig. 6 veranschaulicht ein weiteres Formgebungsver fahren. Bei diesem Verfahren werden eine untere Form 12 entsprechend Fig. 4 und eine obere Form 15 entsprechend Fig. 5 miteinander kombiniert, wobei der Film bzw. die Folie durch negativen und positiven Druck in die gewünschte Form gebracht wird.

Die Fig. 7 veranschaulicht ein weiteres Formgebungsver fahren. Bei diesem Verfahren bedient man sich einer unteren Form 12 gemäß Fig. 4. Der Film bzw. die Folie 11 wird auf die untere Form 12 gelegt, worauf dessen Kanten abschnitte mittels metallischer Preßteile 19 festgehalten werden. Danach wird der Film bzw. die Folie 11 mit Hilfe einer oberen Form 20 mit einem Vorsprung 18 verpreßt. Bei diesem Verfahren wird der Film bzw. die Folie durch den negativen Druck und einen mechanischen Preßdruck in die gewünschte Form gebracht.

Je nach der Dicke des Films oder der Folie bzw. der ge wünschten Form des Reflektors lassen sich die geschilder ten Formgebungsverfahren in geeigneter Weise auswählen.

Wenn die Herstellung (eines Reflektorkörpers) mit Hilfe des Films oder der Folie nicht ohne weiteres möglich ist, kann man den Reflektorkörper auch entsprechend Fig. 8 durch Spritzguß herstellen. Bei diesem Verfahren bedient man sich einer drehbaren unteren Form 21 mit einer Ausnehmung 23 und einer oberen Form 22 mit einem Vorsprung 24. Zwischen die Ausnehmung 23 der unteren Form 21 und den Vorsprung 24 der oberen Form 22 wird ein nicht gehärtetes Harzmaterial gespritzt, worauf das Harzmaterial gehärtet wird, während die drehbare untere Form 21 in Drehbewegung versetzt ist. Nach diesem Verfahren lassen sich auch Reflektorkörper komplizierter Form herstellen und die Körperdicke lokal ändern.

Die Fig. 9 bis 12 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind am Reflektor mehrere Rippenabschnitte gebildet, um den Reflektor zu verstärken. Insbesondere ist um ein Loch 37 zum Einsetzen einer Lampe ein kreisförmiger Rippenabschnitt 34 ausge bildet. Vom Rippenabschnitt 34 ausgehend sind vier Rippen abschnitte 36 in radialer Richtung gebildet. Darüber hinaus ist an einem Flanschabschnitt 32 eine kreisförmige Rippe 33 gebildet. Auf einer Innenfläche eines Körpers 31 des Reflektors der angegebenen Form ist ein mehrlagiger opti scher Film 38 abgelagert (vgl. Fig. 12). Der Reflektor körper ist zur Erhöhung seiner mechanischen Festigkeit und zur Gewährleistung einer hohen Präzision der Reflexions fläche durch die Rippenabschnitte verstärkt. Durch diese Rippenabschnitte findet eine gewisse Streuung von Licht komponenten statt. Da jedoch diese Rippenabschnitte nur eine geringe Breite aufweisen, beeinträchtigen sie die optischen Eigenschaften insgesamt nicht. Die durch diese Rippenabschnitte hervorgerufene Lichtstreuung läßt sich dazu ausnutzen, dem Reflektor eine gewünschte Lichtver teilungscharakteristik zu verleihen. Die Rippenabschnitte können einheitlich mit dem Reflektorkörper hergestellt werden, indem man eine Form mit Vorsprüngen oder Ausnehmungen verwendet.

Claims

1. Reflektor zum Reflektieren von aus einer Lichtquelle emittiertem Licht, gekennzeichnet durch einen Körper (4) aus einem Harz auf Polyimid- oder Polyetherketonbasis einer Dicke von 50-300 µm und einen auf dem Körper abgelagerten, für IR-Strahlung durchlässigen, sichtbares Licht reflektierenden Reflexionsfilm (5), der aus ab wechselnd aufeinanderliegenden mehreren Schichten (5 a) hoher Brechungsindizes und mehreren Schichten (5 b) niedriger Brechungsindizes gebildet ist.

2. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) aus einer Folie (11) gebildet ist und Rippenabschnitte (33, 34, 36) aufweist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Reflektors, dadurch ge kennzeichnet, daß man eine Folie (11) aus einem Kunst harz unter Erwärmen mittels einer Form (7, 9, 12, 17, 19, 21, 22) in eine gegebene Form preßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Form mit Vorsprüngen oder Ausnehmungen zur Bildung von Rippenabschnitten (33, 34, 36) verwendet.