JP3031625B2 - 熱線吸収反射鏡 - Google Patents

熱線吸収反射鏡

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JP3031625B2 JP1243764A JP24376489A JP3031625B2 JP 3031625 B2 JP3031625 B2 JP 3031625B2 JP 1243764 A JP1243764 A JP 1243764A JP 24376489 A JP24376489 A JP 24376489A JP 3031625 B2 JP3031625 B2 JP 3031625B2
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悦司 内藤
了 吉田
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の分野] 本発明は、照明器具に用いられる反射鏡に関するもの
である。さらに詳しくは、本発明は、可視光を反射する
一方で、赤外線の反射を抑制した反射鏡に関するもので
ある。
[発明の技術的背景および従来技術] ハロゲンランプ等を光源とした照明器具には、光源か
らの光を充分に照明光として利用するために、光源の背
面に反射鏡が設けられていることが多い。この反射鏡
は、可視光は反射する一方、照明によって照らされる物
が高温にならないように赤外線は反射しないような工夫
がされているのが普通である。このような工夫が施され
た反射鏡は、熱線吸収反射鏡あるいは冷光反射鏡(コー
ルドミラー)などと呼ばれている。
上記のような熱線吸収反射鏡は、従来より、ガラス基
体表面に可視光は反射するが赤外線は透過する多層反射
膜を設け、光源から発せられた光のうち可視光成分を反
射する一方で、赤外線は反射することなく、基体のガラ
スを通して背面から外部へと逃がすような工夫がされて
いた。ところが、このような反射鏡は基体としてガラス
を用いているために、製作する上で形状に制限があるだ
けでなく、重量も重く、さらに衝撃にも弱いという欠点
があった。
これに対して最近、ステンレスなどの金属を基体とし
た熱線吸収反射鏡が開発されてきた。
金属基体を有する熱線吸収反射鏡は、通常、可視光に
対しては反射率が高く、赤外線に対しては透過率の高い
誘電体膜層と、この誘電体膜層を透過してきた赤外線を
吸収し熱へと変換して金属基体に伝える働きをする吸収
層とを金属基体表面上に設けることによって上記のよう
な性能が得られるようにされている。たとえば、特開昭
64−90401号公報には、吸収層としてケイ素、チタンお
よびクロムからなる群より選ばれる元素の黒色酸化物の
薄膜を用い、誘電体膜層として高屈折率物質膜と低屈折
率膜との交互積層膜を用いた反射鏡が開示されている。
また、特開昭63−269101号公報には、金属基体の表面を
予め酸化処理して、熱放射特性の良い酸化物膜を基体自
体に形成して吸収層とした反射鏡が開示されている。さ
らには、基体金属表面を黒色化処理(たとえば、アルミ
ニウム基体の場合ならば、黒色アルマイト処理)して、
この黒色被膜を吸収層とすることも提案されている(実
公平1−16081号公報参照)。
ところが、上記のような金属酸化物からなる吸収層は
いずれも、赤外線を熱へと変換し、その熱を基体金属へ
と伝える能力は優れているものの、耐久性という面では
問題がある。すなわち、前記酸化物吸収層の上に誘電体
多層膜を蒸着した場合、金属基体が熱膨張を起こすと該
吸収層と誘電体膜との間の付着力が弱い界面から剥離を
生じる。特に、ハロゲンランプ等の高輝度ランプの反射
鏡として使用する場合、点灯時と消灯時における温度差
が大きいために金属酸化物と誘電体との熱膨張の差も大
きく、点灯消灯の繰返しによってしばしば上記の剥離が
生じる。また、照明器具が湿度の高い環境で使用される
場合、この傾向はさらに顕著なものとなる。
一方、金属酸化物を用いずに、なんらかの方法で基体
金属表面を黒色化処理し、これを吸収層とする場合、黒
色化面には再研磨されない限り微細な凹凸が存在するの
で、この上に蒸着された誘電体膜は鏡面にならず白濁し
てしまうという問題がある。
[発明の要旨] 本発明は、耐久性に優れ、しかも誘電体膜を白濁させ
ることのない熱線吸収反射鏡を提供することを目的とす
るものである。
本発明の目的は、金属基体と、この金属基体表面上に
設けられた金属クロム薄膜および、該金属クロム薄膜表
面上に直接設けられた高屈折率物質と低屈折率物質とが
交互に積層されてなる誘電体多層膜とからなり、誘電体
多層膜を、可視光の波長領域である400〜700nmの範囲内
で設定した、短波長側中心波長と長波長側中心波長との
それぞれに対して1/4となるような光学膜厚を持つ、上
側多層膜部分と下側多層膜部分とから構成し、かつ金属
クロム薄膜と下側多層膜部分との間の誘電体膜、下側多
層膜部分と上側多層膜部分との間の誘電体膜、そして上
側多層膜部分の頂部の誘電体膜のそれぞれがいずれも、
上記の短波長側中心波長および長波長側中心波長に対し
て1/4となる光学膜厚とならないような光学膜厚とし、8
00〜1400nmの波長範囲における反射率の最大値を15%以
下としたことを特徴とする熱線吸収反射鏡を提供するに
ある。
本発明の反射鏡は、吸収層として、金属基体および誘
電体膜のいずれにも付着力の大きいクロム金属薄膜を用
いているので、吸収層が金属基体や誘電体膜から剥離す
ることが少ない。また、クロム金属薄膜の表面は滑らか
であるから、この上に直接形成される誘電体膜が白濁す
ることもない。
本発明の反射鏡においては、クロム金属膜の上に直接
形成する誘電体多層膜の各層の膜厚を、800nm〜1400nm
の波長範囲における反射率の最大値が15%以下になるよ
うに精密に調節することで、クロム金属膜による赤外線
の反射を抑制している。
本発明の熱線吸収反射鏡は、赤外線の反射率が低く、
耐久性に優れているのでハロゲンランプの反射鏡だけで
なく、さらに高出力の光源ランプの反射鏡としても利用
できる。
本発明における好ましい態様を以下に示す。
(1)上記800nm〜1400nmの波長範囲における反射率の
最大値が10%以下であることを特徴とする熱線吸収反射
鏡。
(2)上記誘電体多層膜の層数が18層から36層の範囲で
あることを特徴とする熱線吸収反射鏡。
[発明の詳しい記述] まず、添付図面を参照しながら、本発明の構成につい
て説明する。
第1図に、本発明の熱線吸収反射鏡の一例の断面図を
模式的に示す。第1図において、1は基体金属であるア
ルミニウム、2は吸収層であるクロム金属薄膜、3は誘
電体多層膜5を構成する高屈折率透明誘電体である硫化
亜鉛(ZnS)膜、4は硫化亜鉛(ZnS)膜3とともに誘電
体多層膜5を構成する低屈折率透明誘電体であるフッ化
マグネシウム(MgF2)膜、5は誘電体多層膜である。
第1図に示した反射鏡は、誘電体多層膜5が光源に面
するように使用される。光源から発せられた光のうち、
可視光は誘電体多層膜5によって反射され再び光源の方
向に向う一方、赤外線は誘電体多層膜5を透過し、クロ
ム金属薄膜の吸収層2に吸収され、熱へと変換される。
この熱は金属基体1へと伝えられて、外部へと放出され
る。
次に本発明の反射鏡の各部分について述べる。
金属基体としては、アルミニウム、鉄、ステンレスな
ど従来の金属基板を用いたコールドミラーに用いること
のできるものであれば、いかなるものでも用いることが
できる。
吸収層であるクロム金属薄膜は、真空蒸着、スパッタ
リングなど一般に行なわれる方法によって成膜すること
ができる。たとえば、粒状の金属クロムを原料とし、タ
ングステンボートなどの抵抗加熱蒸発源や電子ビーム蒸
発源を用いて、150℃から220℃に加熱された金属基体上
に毎秒0.25nm程度の速さで形成することができる。ま
た、金属基体の形状が曲率の大きな曲面などの場合は、
1×10-3Torr程度のアルゴンガスを導入することによっ
て金属基体表面に均一なクロム膜を形成することができ
る。膜厚の制御は光学モニターまたは水晶振動子モニタ
ーまたはこれらを併用することで容易に行なえる。クロ
ム膜の膜厚は、幾何学的膜厚(実際の膜厚)で50nm〜50
0nmの範囲である。
誘電体多層膜は高屈折率の誘電体と低屈折率の誘電体
とが交互に積層された構造を有している。高屈折率の誘
電体としては、硫化亜鉛(ZnS)、二酸化チタン(Ti
O2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)などが用いられ、また
低屈折率の誘電体としては、フッ化マグネシウム(Mg
F2)、二酸化ケイ素(SiO2)、Na3AlF6などを用いるこ
とができる。
誘電体多層膜の層数は18層から36層の範囲であり、膜
厚は可視光の波長領域(400nm〜700nm)で反射率が100
%程度になり、赤外線の波長領域(800nm〜1400nm)で
反射率の最大値が15%以下となるように設計される。こ
の800nm〜1400nmの波長範囲における反射率の最大値は1
0%以下であることがさらに好ましい。実際の膜厚の算
出はコンピュターによるシュミレーションによって行な
われ、各膜厚は、シュミレーションの結果による逐次近
似によって決定される。
誘電体多層膜の成膜は、クロム金属薄膜の場合と同
様、常法により行なう。すなわち、クロム金属薄膜の吸
収層の上に目的とする膜を順に、所定膜厚となるまで成
膜する。成膜は真空蒸着、スパッタリングなど一般に行
なわれる方法によって行ない、膜厚の制御も、クロム金
属薄膜の場合と同様、光学モニター、水晶振動子モニタ
ーなどを用いて行なうことができる。
以下、第1図に示したような、高屈折率物質として硫
化亜鉛(ZnS)を、低屈折率物質としてフッ化マグネシ
ウム(MgF2)を用い、各層の膜厚を下記第1表に示した
ようにした本発明の反射鏡(誘電体多層膜の層数:22)
を例にとって誘電体多層膜についてさらに説明する。た
だし、第1表に示した各膜厚は、実際の膜厚(幾何学的
膜厚)に各物質の屈折率を乗じた光学的膜厚である。
第2図には、この反射鏡の分光反射率特性を示す反射
スペクトルを示す。
誘電体多層膜は、一般に、可視光波長領域の長波長側
を反射するための部分(スタック:積層部分)と可視光
波長領域の短波長側を反射するためのスタックから成っ
ている。第1表に示した反射鏡の場合、No.2〜No.11の
スタックが長波長側を反射し、No.12〜No.23のスタック
が短波長側を反射するように設計されている。
従来の金属酸化物を吸収層とした反射鏡では、これら
スタックを構成する各層は、光学的膜厚が反射しようと
する波長領域の中心波長の1/4となるように設計され
る。ところが、本発明の反射鏡は、吸収層としてクロム
金属薄膜を用いているので、従来のように中心波長の1/
4となるようにスタックの光学的膜厚を設計すると赤外
線の反射率を低く抑えることができない。このことを示
すために、第3図には吸収層としてクロム金属薄膜を用
い、誘電体多層膜の膜厚を従来のようにした反射鏡の分
光反射率特性を示す。第3図に示したように、上記のよ
うな反射鏡では800nm〜1400nmの波長範囲における反射
率の最大値は30%以上になる。
従って、本発明の反射鏡においては、誘電体多層膜の
膜厚はコンピュターによるシュミレーションによって精
密に決定される。第1表に示した反射鏡の場合、No.2、
No.12、No.21、No.22およびNo.23の各層の膜厚を精密に
調節することによって赤外線の反射を抑制している。
次に本発明の実施例を記載する。ただし、これらの各
例は本発明を限定するものではない。なお、以下の実施
例は、すべて上記の真空蒸着法による常法によって作成
した。
[実施例1] 第1図に断面図を示したような、高屈折率物質として
硫化亜鉛(ZnS)を、低屈折率物質としてフッ化マグネ
シウム(MgF2)を用い、各層の膜厚を下記第1表に示し
たようにした本発明の反射鏡(誘電体多層膜の層数:2
2)を製作した。
この熱線吸収反射鏡の分光反射特性を測定した結果を
第2図に示した。第2図に示したように、この反射鏡の
800nm〜1400nmの波長範囲における反射率の最大値は10
%以下であった。また、可視光の反射を妨げる白濁も生
じていなかった。
さらに、この熱線吸収反射鏡について、330℃、2000
時間の連続加熱試験、熱湯による30分以上の煮沸試験、
粘着テープによる引き離し試験および25℃、湿度100
%、260時間の環境試験を行なったところ、これらいず
れの耐久試験においても反射鏡に剥離が生じることはな
かった。
以上の各実施例より明らかなように、本発明の熱線吸
収反射鏡は耐久性に優れ、赤外線の吸収にも優れたもの
である。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の熱線吸収反射鏡の一例の断面を模式的
に示した図である。 第2図は本発明の熱線吸収反射鏡の一例の分光反射特性
を示す反射スペクトルである。 第3図はクロム金属薄膜の吸収層と従来の誘電体多層膜
とを有する熱線吸収反射鏡の分光反射特性を示す反射ス
ペクトルである。 1:基体金属、2:クロム金属薄膜吸収層、 3:高屈折率透明誘電体膜 4:低屈折率透明誘電体膜 5:誘電体多層膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 和雄 神奈川県川崎市宮前区有馬1丁目10番3 号 (56)参考文献 特開 平1−251503(JP,A) 特開 平2−288008(JP,A) 特開 昭64−90401(JP,A) 特開 昭63−269102(JP,A) 実開 昭61−61501(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 5/08 F21V 7/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属基体と、この金属基体表面上に設けら
    れた金属クロム薄膜および、該金属クロム薄膜表面上に
    直接設けられた高屈折率物質と低屈折率物質とが交互に
    積層されてなる誘電体多層膜とからなり、誘電体多層膜
    を、可視光の波長領域である400〜700nmの範囲内で設定
    した、短波長側中心波長と長波長側中心波長とのそれぞ
    れに対して1/4となるような光学膜厚を持つ、上側多層
    膜部分と下側多層膜部分とから構成し、かつ金属クロム
    薄膜と下側多層膜部分との間の誘電体膜、下側多層膜部
    分と上側多層膜部分との間の誘電体膜、そして上側多層
    膜部分の頂部の誘電体膜のそれぞれがいずれも、上記の
    短波長側中心波長および長波長側中心波長に対して1/4
    となる光学膜厚とならないような光学膜厚とし、800〜1
    400nmの波長範囲における反射率の最大値を15%以下と
    したことを特徴とする熱線吸収反射鏡。
  2. 【請求項2】高屈折率物質が硫化亜鉛で、かつ低屈折率
    物質がフッ化マグネシウムである特許請求の範囲第1項
    記載の熱線吸収反射鏡。
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