DE2363378B2

DE2363378B2 - Verfahren zum Herstellen eines konkaven Glasreflektors mit vorbestimmter Lichtstreuung

Info

Publication number: DE2363378B2
Application number: DE2363378A
Authority: DE
Inventors: Robert E. South Hamilton Mass. Levin (V.St.A.)
Original assignee: GTE Sylvania Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1973-01-02
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1978-06-15
Also published as: CA988484A; JPS5941161B2; DE2363378A1; US3825742A; JPS5053056A; DE2363378C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines konkaven Glasreflektors mit vorbestimmter Lichtstreuung nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Es ist bekannt, konkave Glasreflektoren durch Pressen in einer zweiteiligen Form oder durch Blasen bzw. durch Absenken auf Grund der Schwerkraft in eine Form herzustellen. Beispiele dafür sind der Publikation von A. Sonnefeld »Der Hohlspiegel«, Berlin 1957, Seiten 131 und 132 sowie der DE-PS 627475 zu entnehmen. Danach ist es bekannt, Reflektoren dadurch herzustellen, daß eine Glasplatte auf eine vorerhitzte konkave Form gelegt wird und sich nach dem Erweichen ohne Anwendung von Werkzeugen unter Einwirkung der Schwerkraft in die Form absenkt, sodann abgekühlt und mit einer reflektierenden Schicht versehen wird.

Zur genauen Lichtlenkung muß die Reflektoroberfläche von Natur aus spiegelnd sein. Es ist jedoch oft notwendig, Unregelmäßigkeiten in der Lichtverteilung dadurch auszugleichen, daß man an jedem Punkt der reflektierenden Oberfläche eine Lichtstreuung um die Spiegelrichtung innerhalb eines genau begrenzten Kegels bewirkt. Die üblichen Verfahren zum Aufrau-

hen der reflektierenden Oberfläche, wie Ätzen, Sandstrahlbehandlungen usw., bewirken eine ungerichtete Lichtstreuung mit großem Streuwinkel von typischerweise In Sterad, also über den gesamten Halbraum. Der Streuwinkel kann begrenzt werden, indem man an einer Vielzahl von benachbarten Punkten auf der reflektierenden Oberfläche kleine (>klein< in bezug auf den Gesamtreflektor) Zonen von größerer oder geringerer Krümmung, als sie der eigentliche Reflektor aufweist, ausbildet. In der Vergangenheit erzielte man dies durch Ausbildung des Negativs der kleinen Elemente in einem Werkzeug, das der reflektierenden Oberfläche entspricht. Diese Technik ist, wie der GB-PS 961769 zu entnehmen ist, durch eine mit regelmäßigen Vertiefungen versehene Form angewendet worden, um entsprechende Glasreflektoren zu erzeugen, die eine vorbestimmte Lichtstreuung haben. Ein Glasreflektor mit einer derartigen Oberfläche ist besonders nützlich, wenn die Wärme des Lichtstrahlenbündels herabgesetzt werden muß. Ein Glasreflektor mit einem sogenannten Kaltlichtspielüberzug reflektiert das sichtbare Licht, während ein großer Teil der Infrarotenergie durch den Reflektor durchgelassen wird.

Davon ausgehend lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren zum Herstellen eines konkaven Glasreflektors durch Absenken auf Grund der Schwerkraft in eine entsprechend vorerhitzte konkave Form derart auszugestalten, daß eine vorbestimmte Lichtstreuung für Projektions- und Beleuchtungslampen erzielt wird, wobei die Oberfläche der Form mit einem gleichförmigen Muster von kleinen, konkaven sphärischen Eindellungen versehen ist. Diese Aufgabe wird bei dem genannten Verfahren durch die Verfahrensschritte gemäß dem Kennzeichen des ersten Patentanspruchs gelöst.

Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind den nachfolgenden Patentansprüchen zu entnehmen.

Der nach dem angegebenen Verfahren hergestellte Reflektor weist an einzelnen Stellen eine der allgemeinen Reflektorkrümmung überlagerte zusätzliche Krümmung auf, so daß sich lokale Zonen von erhöhter oder verminderter Krümmung ergeben und eine vorbestimmte Lichtstreuung des reflektierenden Lichts entsteht. Bei dem Absenkvorgang wird das erhitzte Glas im plastischen Zustand durch Luftdruck und Schwerkraft gegen die Oberfläche der Form gedrückt, so daß die Form nur mit der Außenseite des Glases in Berührung kommt. Auf diese Weise ist die anschließend mit einem reflektierenden Überzug versehene innere Oberfläche nicht durch Berührung mit Werkzeugen verunreinigt.

Das Verfahren zum Herstellen eines konkaven Glasreflektors wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführung des Reflektors beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Leuchte mit einem nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Reflektor mit vorbestimmter

Lichtstreuung,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Leuchte nach Fig. 1,

Fig. 3 einen vereinfachten Querschnitt durch eine bei der Herstellung des Reflektors nac'j Fig. 1 und 2 verwendete Form,

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt durch den in der Form nach Fig. 3 hergestellten Reflektor,

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt des Reflektor-Querschnitts nach Fig. 4,

Fig. 6 schematisch die Reflexion eines Lichtstrahlenbündels an einer mit einer Einbuchtung versehenen reflektierenden Oberfläche.

Eine Leuchte mit einem nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Reflektor ist in Fig. 1 und 2 gezeigt. Ein elliptischer Reflektor 10 ist auf seiner inneren konkaven Oberfläche 12 mit einer eine vorbestimmte Lichtstreuung liefernden Vertiefung versehen und mit einem selektiv reflektierenden Kaltlichtspiegelüberzug beschichtet. Die auf der äußeren konvexen Oberfläche 14 vorhandenen Vertiefungen bzw. Ausbuchtungen mit größerer Krümmung sind beim Abkühlen des GJases in einer Matrize gemäß Fig. 3 entstanden. Im Brennpunkt des Reflektors 10 ist die Lampe 18 durch den Lampensockel 16 gehaltert. Die Lampe 18 ist meist eine Wolframhalogenlampe mit Glühfaden und wird durch eine öffnung 20 im Scheitelpunkt des Reflektors eingeführt.

Eine typische Anordnung für das Absenkungsverfahren ist in Fig. 3 veranschaulicht, welche einen vereinfachten Querschnitt durch die Mitte einer Form 22 zum Senk-Formen eines mit Vertiefungen ve/sehenen Reflektors zeigt. Die konkave Oberfläche 24 der Form, der sich die äußere Reflektoroberfläche während des Absenkungsvorganges anpaßt, ist mit sphärischen Eindellungen 26 versehen, um die gewünschte Gestalt der Reflektoroberfläche zu schaffen. Vorzugsweise sind diese Eindellungen in einem systematisch gewählten Muster angeordnet.

Um ein Vakuum zwischen der Form und dem sich senkenden Glas herstellen zu können, enthält die mit Eindellungen versehene Oberfläche der Form eine Vielzahl von kleinen öffnungen mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 0,5 mm, von denen eine typische öffnung 28 eingezeichnet ist. Eine Aussparung 30 im mittleren Abschnitt der Form bewirkt eine zusätzliche Verdünnung des Glases in dem Bereich, wo die mittlere öffnung 20 (Fig. 2) im Reflektor ausgebildet werden soll. Die Form dieser Aussparung ist nicht kritisch. Kleinere Veränderungen im oberen Rand der Form 22 werden von den Methoden vorgeschrieben, die man zum Schneiden und Fertigarbeiten des Glases nach dem Formen anwendet.

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines konkaven Glasreflektors mit vorbestimmter Lichtstreuung gemäß der Erfindung wird die oben beschriebene Form vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 1000 und 1200° C vorerhitzt. Als nächstes wird ein flacher Glasrohling 32 so auf die öffnung der vorerhitzten Form 22 gelegt, daß er die Form ausreichend überlappt, um mit ihr eine Dichtung zu bilden. Das Glas ist typischerweise ca. 1,8 mm stark und besteht aus gewöhnlichem Kronglas mit einem mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von 87 bis 93 X 10"⁷ pro ^ü C zwischen 0° und 300° C. Dann erhitzt man das Glas, bis es seinen plastischen Zustand erreicht und sich unter der Einwirkung der Schwerkraft absenkt, während gleichzeitig zwischen dem Glasrohling 32 und der Form über die öffnungen 28 ein Vakuum hergestellt wird. Auf diese Weise wird das weichgemachte Glas gezwungen, sich ohne Werkzeuge gegen die mit den Eindellungen versehene Oberfläche der Form abzusenken, so daß das Glas> eine unbearbeitete konkave Oberfläche mit darin befindlichen Eindellungen erhält. Durch die Erzeugung des Vakuums kommt es zu einer innigen Berührung zwischen dem Glas und der Form, ohne daß Hohlräume gebildet werden, die bei einem Absenken nur mittels Schwerkraft auftreten könnten. Im Herstellungsverfahren werden die obigen Schritte typischerweise so durchgeführt, daß verschiedene Formen auf einem Förderband durch einen Ofen mit einer gesteuerten Temperatur im Bereich von ca. 1100° bis 1200° C geführt werden. Dann läßt man das durch Absenken geformte Glas bis zum festen Zustand abkühlen.

Fig. 4 zeigt in einem Querschnitt einer Reflektorhälfte die Dickeschwankungen des verformten Glases 34. Der durch die Aussparung 30 erzeugte dünne zentrale Abschnitt 36 wird anschließend ungefähr bei 38 abgeschnitten, so daß die Öffnung 20 (Fig. 2) entsteht. Ein vergrößerter Ausschnitt 40 des Glasquerschnitts ist schematisch in Fig. 5 gezeigt. Die äußere, konvexe Oberfläche 42 wird durch direkten Kontakt mit der konkaven Oberfläche 24 der Form 22 ausgebildet, während die schwächeren Vertiefungen 54 auf der Innenfläche 44 durch das Fließen des plastisch gewordenen Glases entstehen. Auf der Innenfläche 44 des verformten Glases wird eine dünne Schicht 46 aus reflektierendem Material, wie Aluminium, aufgebracht. Die Schicht 46 kann eine selektiv reflektierende Kaltlichtspiegelschicht sein, welche sichtbares Licht vom Glühfaden der Lampe 18 reflektiert, aber infrarote Strahlung nach hinten durch den Reflektor durchläßt.

Ein typischer Reflektor (Fig. 1 und 2), der für eine Optik für einen 35-mm-Projektor geeignet ist, hat die Form eines gestreckten Rotationsellipsoids mit einer großen Achse von 26,6 mm und einer kleinen Achse von 23,4 mm. Eine zum Formen dieses Reflektors hergestellte Matrizenform 22 berücksichtigt eine Glasdicke von 0,6 mm im Scheitelpunkt und eine Dikkenzunahme von 0,4 mm pro cm als Funktion der axial gemessenen Entfernung vom Scheitelpunkt. So wurde die Form um diesen Betrag zurückgesetzt. Die speziellen, angewendeten Werte basieren auf der Art und ursprünglichen Dicke des flachen Glasrohlings sowie auf der Temperaturverteilung und den Bearbeitungszeiten und -drücken des Absenkvorganges. 32 öffnungen 28 zum Herstellen des Vakuums sind in beliebigem Abstand um die Formoberfläche angeordnet, um ein gleichmäßiges Vakuum zu schaffen. Das Maß der Vertiefung auf der reflektierenden Oberfläche ist allgemein subjektiv festgelegt, da es gewöhnlich keine Spezifizierungen für eine örtliche Gleichförmigkeit gemäß der allgemein unerwünschten Banden- oder Fleckenbildung oder anderer Streifenbildungen gibt, die durch die Anordnung von Vertiefungen beeinflußt werden. Die Gleichförmigkeit der Ausleuchtung in den verschiedenen Teilen des Projektionsschirmes, wie sie durch das Verhältnis der Helligkeit in den Ekken und im Mittelpunkt definiert wird, ist nicht das Hauptkriterium für die Anordnung von Vertiefungen. Das erforderliche Ausmaß der von den Vertiefungen geschaffenen vorbestimmten Lichtstreuung ermittelte man durch Übereinstimmung von Experten über die Eignung der Projektionssysteme. Unter Berücksichti-

gung der Abnahme in der optischen Wirksamkeit einer auf der rückwärtigen Oberfläche ausgebildeten Vertiefung und der durch den Glasfluß auf der vorderen reflektierenden Oberfläche entstehenden, entsprechenden Vertiefung wurden die auf der rückwärtigen Oberfläche erforderlichen Vertiefungen so hergestellt, daß man auf der Form systematisch geordnete Vertiefungen 26 mit einem Krümmungsradius von 8 mm und einem mittleren Kreisdurchmesser von 1,5 mm ausbildete. Das führt zur Ausbildung eines im wesentlichen gleichförmigen Musters aus konkaven sphärischen Einbuchtungen bzw. Vertiefungen 54 auf der konkaven Oberfläche des abgesenkten Glases.

Die Wirkungsweise der Vertiefungen ist in Fig. 6 veranschaulicht. Man stelle sich ein Lichtstrahlenbündel 48 vor, das auf eine glatte reflektierende Oberfläche SO fällt. Das reflektierte Strahlenbündel 52 befindet sich im Spiegelwinkel mit praktisch keiner Veränderung in der Divergenz. Ist die Lichtquelle ungleichförmig in ihrer Leuchtdichte, wie z. B. ein gewendelter Leuchtfaden, so können sich diese Ungleichförmigkeiten grob gesagt »abbilden« und eine unerwünschte ungleichmäßige Beleuchtungsstärke erzeugen. Befindet sich eine Vertiefung 54 im Reflexionspunkt, so hat das reflektierte Lichtstrahlenbündel eine bedeutende Divergenz, etwa über den Raumwinkel 56. Dies führt dazu, daß irgendeine teilweise Abbildung der Lichtquelle durch das System vermieden wird. Trotzdem wird das einfallende Lichtstrahlenbündel immer noch hauptsächlich in der Richtung des Spiegelwinkels reflektiert. Würde man jedoch eine Oberfläche mit vollkommen gestreuter Reflexion vorsehen, so wäre das reflektierte Licht über einen großen Raumwinkel von annähernd 2π Sterad gestreut, wodurch die Bündelungswirkung des konkaven Reflektors vermindert oder ausgeschaltet wäre. Dementsprechend sind spiegelnd reflektierende Vertiefungen auf der reflektierenden Oberfläche des verformten Glases angeordnet, um eine verbesserte Bündelungswirkung für bestimmte Anwendungen, wie beim Flutlicht und in Projektionslampen, zu schaffen.

Das Absenkungsverfahren macht es möglich, viel dünneres Glas zu verwenden, als es typischerweise für Reflektoren aus gepreßtem Glas erforderlich ist. Zum Beispiel beträgt die maximale Dicke des abgesenkten Glasreflektors mormalerweise viel weniger als 2,5 mm, während ein Reflektor aus gepreßtem Glas typischerweise viel dicker als 2,5 mm ist, z. B. 4,6 mm. Ein dünneres Glas hat einen viel höheren Widerstand gegenüber plötzlichen Temperaturveränderungen, so daß die abgesenkten Reflektoren aus den weniger teueren Glassorten mit höherer Wärmeausdehnung, z. B. dem gewöhnlichen Kronglas, hergestellt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines konkaven Glasreflektors mit vorbestimmter Lichtstreuung für Projektions- oder Beleuchtungslampen durch Absenken auf Grund der Schwerkraft in eine entsprechend vorerhitzte konkave Form, wobei die Oberfläche der Form mit einem gleichförmigen Muster von kleinen, konkaven, sphärischen Eindellungen versehen ist,gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Die Form (22), die an ihrer inneren Oberfläche (24) eine Vielzahl von konkaven Oberflächenkrümmungen (26) sowie eine Vielzahl von öffnungen (28) besitzt, an die eine Pumpeinrichtung angeschlossen ist, wird vorerhitzt;

b) eine Glasscheibe (32) mit einem Durchmesser, der etwas größer ist als der obere Randdurchmesser der Form (22), wird nach Auflegen auf die Form bis zum plastischen Zustand erhitzt;

c) sodann wird ein Vakuum zwischen der Form (22) und dem sich absenkenden Glas erzeugt, so daß sich dieses innig an die Oberfläche (24) anlegt, indem die Schwerkraft unterstützt wird, wobei

d) das abgesekte Glas über einen wesentlichen Teil seiner inneren Oberfläche (44) das geordnete Muster der Form (22) annimmt;

e) nach dem Abkühlen des Glases wird die innere Oberfläche mit mindestens einem sichtbares Licht reflektierenden Überzug versehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glasscheibe (32) mit einer Dicke von maximal 2,5 mm benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glasscheibe (32) aus einer Glassorte, mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 87 bis 93 X 10~⁷ pro ° C zwischen 0° und 300° benutzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sine Form (22) benutzt wird, die an der inneren Oberfläche (24) öffnungen (28) mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm aufweist.