專利名稱：金屬反射器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造高精度金屬反射器的方法和一種金屬反射器。投影系統(tǒng)也構(gòu)成本發(fā)明的主題。
在實(shí)踐中，反射器具有廣泛的用途；特別可以提及頭燈反射器，尤其是汽車工業(yè)中的，和用于投影系統(tǒng)，例如數(shù)字投影儀的反射器。
DE10029905描述了一種用于汽車的反射器，其中通過沉積工藝施加冷光涂層。該反射器具有由塑料制成的基體。
這類塑料反射器具有不特別耐熱的缺點(diǎn)。特別的，如果該反射器配有眾所周知的冷光鏡涂層，即透過并部分吸收紅外線的層，那么特別是在高功率投影系統(tǒng)的情況下會(huì)產(chǎn)生高的熱應(yīng)力。
在實(shí)踐中同樣經(jīng)常使用的深拉拔金屬反射器通常不具有需要的精準(zhǔn)性。而且，這些反射器相對(duì)薄。由于材料的這種小體積，難以充分消散特別是投影系統(tǒng)中的熱量，因此反射器達(dá)到非常高的溫度。
US3944320描述了具有琺瑯涂層的冷光鏡。這類琺瑯涂層的明顯缺點(diǎn)是不能獲得非常高水平的精準(zhǔn)性，而這會(huì)對(duì)投影系統(tǒng)的光質(zhì)量有負(fù)面影響。而且，該琺瑯層是對(duì)高溫十分敏感的，因此這類鏡子不能用于高功率投影儀。
為了獲得良好的光學(xué)性能，主要將具有由玻璃制成的基體的反射器用于高功率投影儀中。這類反射器以相對(duì)高的精準(zhǔn)性而著名。然而，一個(gè)缺點(diǎn)是玻璃是相對(duì)差的熱導(dǎo)體，因此它很難消散特別是高功率投影儀中的熱量，這會(huì)導(dǎo)致高溫，特別是在反射器表面處。如果反射器具有冷光鏡涂層，即優(yōu)選地透射紅外線且在可見光譜的至少部分區(qū)域是反射性的層，則更是如此。因?yàn)橥ㄟ^玻璃體的一定量的紅外線被后者吸收，所以玻璃體被顯著地加熱。因此，在高功率投影系統(tǒng)中的玻璃反射器通常只具有有限的壽命。
相反，本發(fā)明基于提供具有良好光學(xué)性能的反射器的目的。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種對(duì)高溫不敏感并使產(chǎn)生的熱量可以很好消散的反射器。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有良好光學(xué)質(zhì)量并可以以高水平精準(zhǔn)性制造的金屬反射器和冷光鏡涂層的組合。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種具有良好光學(xué)性能和高熱量消散的投影系統(tǒng)。本發(fā)明也旨在制造具有容易更換的反射器的高功率投影系統(tǒng)。
通過如獨(dú)立權(quán)利要求之一所述的制造高精度反射器的方法，通過具有反射內(nèi)側(cè)和外側(cè)的反射器，通過涂覆金屬反射器的方法和投影系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
在各自的從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案和改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明，提供高精度反射器的制備首先提供由金屬制成的固體本體，然后通過材料去除加工工藝形成反射器的幾何形狀。因此能夠制備具有高精準(zhǔn)度的厚壁金屬反射器。相反，深拉拔金屬反射器由薄的材料組成。在這種情況下，通過深拉拔操作制造的幾何形狀完全不可能與使用材料去除加工工藝獲得的幾何形狀一樣精準(zhǔn)。
提供的固體材料的本體可具有任何希望的幾何形狀；例如可以想到的是用正方形鋼塊和圓形材料制造反射器。然而，提供其形狀已經(jīng)基本上對(duì)應(yīng)于反射器幾何形狀的半成品也是可以想到的，這樣不必除去更多的材料。
意想不到的是，發(fā)現(xiàn)由這種方法制造的金屬反射器具有與玻璃反射器相似的精準(zhǔn)性，可以具有相似的良好光學(xué)性能，而且制造起來比相應(yīng)高精度玻璃反射器便宜得多。
而且，可以使用材料去除加工工藝來制造任何希望的反射器幾何形狀，不僅包括拋物線形或橢圓形狀，而且包括任何希望的多面體形狀。
而且，根據(jù)本發(fā)明制造的金屬反射器以高的熱穩(wěn)定性而著名，尤其是以可以特別成功地消散熱量而著名，因?yàn)楹癖诘姆瓷淦鲙缀涡螤钍强赡艿摹?br> 在本方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，實(shí)施切削形成工藝，特別是，車削和銑削反射器。這類方法是在實(shí)際應(yīng)用中是常見的，并可以非常精準(zhǔn)地進(jìn)行，例如使用帶有鉆石頭的工具。
特別是，如果要制造更為復(fù)雜的幾何形狀，建議通過放電加工工藝制造至少部分反射器幾何形狀。特別是，使用這類加工工藝經(jīng)?？梢詢H實(shí)現(xiàn)狹窄的溝槽。
優(yōu)選的是對(duì)反射器表面，即反射器前側(cè)的反射表面進(jìn)行表面處理，特別是研磨、磨光或拋光，以產(chǎn)生低的粗糙度和高的尺寸精準(zhǔn)性。
在本方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，雖然制造了拋物線形或橢圓形反射器幾何形狀，但也可獲得任何其它希望的幾何形狀例如多面體幾何形狀。
在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)中，同樣通過材料去除工藝在反射器的后側(cè)即遠(yuǎn)離反射側(cè)的一側(cè)上制備一結(jié)構(gòu)。
特別是，根據(jù)本發(fā)明的方法能夠提供具有螺紋、具有散熱片或者具有定位或定心裝置的后側(cè)。因此能夠提供在后側(cè)具有功能性元件如定心銷、螺紋等的單件反射器。
在本文中，對(duì)于反射器基體來說特別有利的是基本上包括金屬，特別是不銹鋼、鋁、銅或銀。與玻璃不同，這些材料并不易于脆性破裂，因此復(fù)雜的幾何形狀或冷卻通道是可能的。具有高熱導(dǎo)率的金屬如某些鋼合金、鋁銅或銀是特別優(yōu)選的。
在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)中，反射器在其前側(cè)涂覆有反射層，特別是含鋁和銀的層。提高表面反射率的這類層通常是已知的。
特別是，也提供涂覆有合適的冷光鏡層的金屬反射器。這些是為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的、吸收紅外線并反射可見光譜區(qū)中至少部分可見光的涂層，這使得該金屬反射器成為冷光鏡。根據(jù)本發(fā)明的反射器的一個(gè)特別優(yōu)點(diǎn)是使熱量高度消散，因?yàn)檫@類涂層在反射器上導(dǎo)致顯著提高的熱應(yīng)力。
特別是，提供一種通過PVD(物理汽相沉積)或CVD(化學(xué)汽相沉積)工藝施加光學(xué)功能層，根據(jù)本申請(qǐng)的該層也包括冷光鏡層。以這種方式施加的層以高的尺寸精準(zhǔn)性而著名，其可以粘結(jié)地連接在基體上并能將其以薄膜厚度施加。
特別是，如果在一個(gè)裝置，例如真空裝置中施加至少兩層是有利的。在本文中，已經(jīng)特別研究了先施加反射層，再冷光鏡層。此外，也建議為反射器配備透明的防劃層或自清潔層。如果在一個(gè)裝置中施加這些層，正如同是優(yōu)選的，則可以在一個(gè)過程中進(jìn)行全部的涂覆操作。
本發(fā)明也涉及具有反射內(nèi)側(cè)和外側(cè)的反射器，該反射器包括金屬基底和至少一層通過PVD或CVD工藝沉積的涂層。
本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果適當(dāng)?shù)夭捎眠m合的工藝參數(shù)，則先前為塑料或玻璃涂覆開發(fā)的PVD和CVD工藝基本上也適用于金屬反射器的涂覆。特別是，具有沉積涂層，特別是反射涂層的這類金屬反射器可以獲得與玻璃反射器相似的良好光學(xué)性能，同時(shí)具有顯著提高的熱量消散和更長(zhǎng)的壽命。
為了提高熱量的消散，提供散熱片布置在反射器外側(cè)上。作為一種選擇或除此之外，反射器也可以具有用于連接外部冷卻線路的冷卻通道。因此能夠直接冷卻反射器并通過外部冷卻器消散熱量。特別是，為此處提供至少一個(gè)凸緣以連接外部冷卻劑線路。在本文中，重要的是反射器基體基本上包括金屬。非常難以在玻璃上形成精準(zhǔn)的螺紋和冷卻通道。
在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)中，反射器包括至少部分填充冷卻劑的腔室。冷卻劑可以在該腔室內(nèi)循環(huán)，在腔室中，例如也可存在散熱片，因此可以僅通過對(duì)流冷卻反射器。因此，甚至可以想到甚至為高功率投影儀提供沒有強(qiáng)制空氣循環(huán)的反射器。在高功率投影系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)制空氣循環(huán)具有噪聲相對(duì)大的缺點(diǎn)。這特別對(duì)電影放映的卷軸機(jī)操作工人來說是非常不利的。
在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)中，引入大約在操作溫度時(shí)發(fā)生相變的冷卻劑。例如，可想到的是反射器腔室僅部分填充這類冷卻劑，這通過冷凝和轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)使得較高的冷卻能力是可能的。
在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)中，反射器至少在其后側(cè)上具有定位裝置。應(yīng)將術(shù)語定位裝置理解為意味著為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的使反射器以限定的方式安裝在相應(yīng)支架上的任何設(shè)備。使用的定位裝置可以是銷，榫槽系統(tǒng)或者錐體，以及其它為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的裝置。本發(fā)明反射器的另一個(gè)好處是可以將這類定位裝置以高度精準(zhǔn)性安裝或引入到金屬基底上，然后使反射器精準(zhǔn)地安裝在限定的位置上。因此能夠提供反射器易于置換且在其置換后不用進(jìn)行調(diào)節(jié)的投影系統(tǒng)。
特別是，如果這是用于投影儀的反射器，則如果該反射器具有位于內(nèi)側(cè)上優(yōu)選吸收紅外線，即構(gòu)造為冷光鏡的涂層是有利的。
例如這類紅外線吸收層可包括不僅吸收紅外線光而且在可見光譜區(qū)吸收的黑色層。例如可以通過汽相沉積施加這些層。尤其，已經(jīng)證明TiCN、WCH和AlTiN層適合于此目的。特別是，吸收琺瑯層具有良好的承受熱應(yīng)力的能力。另一種選擇是通過電鍍或通過與基底材料化學(xué)反應(yīng)制備黑色層。以這種方式制造出吸收陽極化層。最后，也能夠施加黑色鉻和/或黑色鎳層，而通過電鍍最終沉積同樣適用于這些層。這類層在寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有非常好的吸收性能。
為了連同施加到黑色層上的干涉層一起實(shí)現(xiàn)良好的冷光性能，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)，至少布置在反射器內(nèi)側(cè)上的黑色層在可見光以及特別在直到1800納米波長(zhǎng)的紅外線光區(qū)域具有至少80％的吸收，優(yōu)選在直到2400納米波長(zhǎng)具有至少75％的吸收。
反射器的反射內(nèi)側(cè)有利地具有小于200nm，優(yōu)選小于50nm，特別優(yōu)選小于20nm的粗糙度平均值Ra。如此光滑的結(jié)構(gòu)以高的反射率而著名。在反射器的優(yōu)選實(shí)施方案中，至少內(nèi)側(cè)的公差帶寬度小于200μm，優(yōu)選小于50μm，特別優(yōu)選小于10μm。用金屬反射器，能夠提供離希望尺寸只有極小偏差的高精度元件。
在反射器的優(yōu)選實(shí)施方案中，至少在反射內(nèi)側(cè)上，其具有超過0.3mm，優(yōu)選超過0.8mm，特別優(yōu)選超過1.5mm厚的材料。因此，至少在制備反射器殼體時(shí)要形成使熱量特別好消散的相對(duì)厚壁的金屬結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用深拉拔金屬反射器時(shí)這種結(jié)構(gòu)是不可能的，因?yàn)樯罾喂に囍贿m用于薄壁金屬板。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，反射器是單件的形式。在本發(fā)明的上下文中，正如與本發(fā)明的主題描述的一樣，應(yīng)將反射器理解為包括冷卻通道、散熱片等的整體元件。
在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)中，反射器至少在后側(cè)具有橫截面基本上為火山口形狀的凹陷部。也稱為凹坑的這類凹陷部具有特別有利的作用，由此當(dāng)流體流經(jīng)反射器時(shí)，形成湍流或旋風(fēng)狀結(jié)構(gòu)，這能顯著的提高熱量的消散。
本發(fā)明的主題也是一種涂覆金屬反射器的方法。此方法包括提供含金屬的反射器基底和在反射器基體的表面上沉積功能層，特別是吸收層和/或反射層。應(yīng)將術(shù)語吸收層理解為至少在波長(zhǎng)譜的部分區(qū)域具有吸收性能的層。反射層至少在可見光波長(zhǎng)光譜的部分區(qū)域具有反射性能。通過沉積工藝，特別是化學(xué)或物理沉積工藝可以制得具有非常高精準(zhǔn)性的層。
供使用的反射器基底或是用固體材料通過材料去除加工工藝制備的基底或是深拉拔的金屬基體。
特別是，打算提供一種具有通過沉積工藝施加的冷光鏡涂層的冷光金屬反射器。
特別是通過沉積金屬層，然后氧化并沉積氧化物和氮化物層可以獲得這類層。
特別是，對(duì)于反射層，首先沉積特別是鋁或銀層以提高金屬反射器的表面反射率，因?yàn)樵S多金屬材料，特別是工具鋼，在可見光區(qū)本身只具有相對(duì)低的反射程度。
然后，提供作為冷光鏡層施加的由具有高和低折光指數(shù)的子層如氧化硅和氧化鈦制成的透明交替層。在本申請(qǐng)的上下文中，應(yīng)將術(shù)語透明理解為至少在可見光波長(zhǎng)光譜的部分區(qū)域具有透明性能的層。特別是，在交替層系統(tǒng)中還提供至少一氧化鉻層以部分吸收紅外線輻射。
本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的有利的沉積工藝包括PVD工藝，例如濺鍍涂覆工藝和蒸發(fā)涂覆工藝，也包括電子束物理汽相沉積，或CVD工藝，特別等離子增強(qiáng)的CVD工藝。
在方法的一種改進(jìn)中，特別是在對(duì)深拉拔金屬反射器的情況下，將散熱片焊接、釬焊或粘結(jié)的連接到后側(cè)上。特別是，在薄壁深拉拔金屬反射器的情況下，熱量的消散經(jīng)常是不充分的。因此，根據(jù)本發(fā)明，提供焊接到反射器后側(cè)的散熱片。
在一個(gè)特別的實(shí)施方案中，提供與反射器軸平行布置的翼片。應(yīng)將術(shù)語翼片理解為基本上朝后側(cè)逐漸變成點(diǎn)的金屬片。
在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)中，該翼片同時(shí)配有中心定位裝置，特別地將定位銷安裝在翼片的端部，通過該定位銷，可以將反射器精準(zhǔn)地安裝在相應(yīng)的支架中。
本發(fā)明的又一主題是投影系統(tǒng)，包括金屬反射器和用于金屬反射器的支架，并在反射器和支架間提供有定位裝置。
在本申請(qǐng)的上下文中，應(yīng)將金屬反射器理解為基本上包括金屬的反射器，即特別是根據(jù)本發(fā)明具有金屬基底的反射器。通過定位裝置，特別是定位銷，榫槽系統(tǒng)或錐體，能夠?qū)⒎瓷淦骶珳?zhǔn)地固定在支架中。從而，可提供一種具有反射器和支架的投影系統(tǒng)，這使得置換反射器成為可能，而后無需調(diào)節(jié)它。使用由固體材料制成的反射器是特別有利的，其中定位裝置可形成后側(cè)結(jié)構(gòu)的一部分。在本文中，制造具有高尺寸精準(zhǔn)性的這類金屬反射器，且用固體金屬材料特別成功地形成機(jī)械功能元件例如銷和螺釘對(duì)投影系統(tǒng)是有利的。
在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)中，在投影系統(tǒng)的反射器與支架間布有導(dǎo)熱膏。這進(jìn)一步提高了熱量從反射器到支架的消散。
在本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)中，反射器和支架能通過可閉鎖系統(tǒng)，特別是通過卡口式搭扣(bayonet closure)彼此連接。特別是，反射器可以鎖在支架中，并因此易于安裝和移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，也可以通過支架實(shí)現(xiàn)反射器，特別是具有冷光鏡涂層的反射器的冷卻。也提供冷卻劑在反射器和支架間。此冷卻劑可以是任何希望的流體，即包括空氣。如果還通過支架消散熱量，則適宜將具有良好熱導(dǎo)性的材料，特別是金屬用于支架。也可將散熱片設(shè)置在支架上。因此，可提供無需使用任何電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的投影系統(tǒng)。熱量可以僅通過輻射和對(duì)流消散。
在反射器前放置透明板或透鏡以提供保護(hù)或獲得更好的光學(xué)功能是有利的。
本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)使用優(yōu)選在紅外線區(qū)反射光線的板子，從而阻止熱輻射透到外部。特別是根據(jù)本發(fā)明快速消散熱量的金屬反射器的性能使這類設(shè)計(jì)成為可能。
下面參考附

圖1到圖10更為詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中圖1a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)反射鏡的示意截面圖，該反射鏡具有反射的鋁或銀層和位于其上的例如SiO2的保護(hù)層，圖1b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)反射鏡的示意截面圖，該反射鏡具有反射的鋁或銀層和位于其上、用于提高對(duì)光譜中可見光區(qū)反射的由SiO2和TiO2層組成的交替層系統(tǒng)，圖1c示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)反射鏡的示意截面圖，該反射鏡具有反射的鋁或銀層和位于其上的包括氧化鉻層的冷光鏡涂層和位于其上、由SiO2和TiO2層組成的交替層系統(tǒng)，圖1d示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)反射鏡的示意截面圖，該反射鏡具有反射的鋁或銀層和和位于其上、用于提高對(duì)光譜中可見光區(qū)反射的由SiO2和TiO2層組成的交替層系統(tǒng)，以及位于該交替層系統(tǒng)上的包括氧化鉻層的冷光鏡涂層和位于其上、由SiO2和TiO2層組成的交替層系統(tǒng)，圖1e示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)反射鏡的示意截面圖，該反射鏡具有反射的鋁或銀層和位于其上的包括氧化鉻層的兩部分冷光鏡涂層，以及位于該冷光鏡涂層上的、由SiO2和TiO2層組成的第一交替層系統(tǒng)，以及還有氧化鉻層和位于其上、由SiO2和TiO2層形成的交替層系統(tǒng)，圖1f示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)反射鏡的示意截面圖，該反射鏡具有反射的鋁或銀層和位于其上、用于提高對(duì)光譜中可見光區(qū)反射的交替層系統(tǒng)，和位于該交替層系統(tǒng)上的包含氧化鉻層的兩部分冷光鏡涂層，以及位于該冷光鏡涂層上、具有由SiO2和TiO2層組成的交替層系統(tǒng)，以及還有氧化鉻層和位于其上、由SiO2和TiO2層形成的交替層系統(tǒng)，圖1g示出了根據(jù)本發(fā)明具有吸收黑色層和位于其上的交替層系統(tǒng)的反射鏡的實(shí)施例，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的具有高功率燈的反射器的另一示意截面圖，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的包括散熱片的反射器的示意截面圖，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的具有散熱片的反射器的示意截面圖，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的具有火山口形凹陷部的反射器的示意截面圖，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的包括中心定位裝置和反射保護(hù)板的反射器的又一示意截面圖，圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的包括外部冷卻劑供給的反射器的示意截面圖，圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的反射器的又一示意截面圖，其包括裝配有用于冷卻流體的腔室和散熱片的基體，圖9示出了用于涂覆根據(jù)本發(fā)明的反射器的涂覆裝置，圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的投影系統(tǒng)的示意圖，圖11-13示出了黑色層反射率的光曲譜曲線，該黑色層可作為紅外線吸收層用于根據(jù)本發(fā)明的反射器冷光反射器涂層。
圖1a-1f示出了已施加涂層的各種實(shí)施方案中根據(jù)本發(fā)明的反射器的示意截面圖。該反射器是用金屬塊通過切削成型工藝制造的，因此具有厚壁的金屬基底2。反射器的幾何形狀基本上是拋物線形的。反射器1具有同心的切口9，通過該切開口能引入發(fā)光裝置。
根據(jù)圖1a中顯示的示范性實(shí)施方案，金屬基底2配備有銀或鋁反射層3和單層形式的保護(hù)層6例如SiO2。光源7示于反射器的中心。
根據(jù)圖1b中顯示的示范性實(shí)施方案，金屬基底2設(shè)有銀或鋁反射層3和交替層4。在此示范性實(shí)施方案中，交替層4包括通過濺鍍交替施加的總共三層氧化鈦和氧化硅層。與反射器1的未涂覆金屬表面的反射相比，此示范性實(shí)施方案中施加的交替層具有提高對(duì)至少一些可見光反射的功能。光源7示于反射器的中心。
根據(jù)圖1c中顯示的示范性實(shí)施方案，金屬基底2配備有銀或鋁反射層3和部分吸收的氧化鉻層5以及交替層4。在此示范性實(shí)施方案中，交替層4包括通過濺鍍交替施加的總共四層氧化鈦和氧化硅層。這個(gè)示范性實(shí)施方案的功能是反射的金屬基底上的冷光鏡涂層的功能。光源7示于反射器的中心。
根據(jù)圖1d中顯示的示范性實(shí)施方案，金屬基底2配備有銀或鋁反射層3和位于其上用于提高金屬表面反射的交替層4。在這個(gè)示范性實(shí)施方案中，交替層4包括通過濺鍍交替施加的總共三層氧化鈦和氧化硅層。已將包括部分吸收氧化鉻層5和另一交替層4的冷光鏡涂層施加到此高反射表面上。在此示范性實(shí)施方案中，此另一交替層4包括通過濺鍍交替施加的總共四層氧化鈦和氧化硅層。此示范性實(shí)施方案的功能是在特別高的反射金屬基底上的冷光鏡涂層的功能。光源7示于反射器的中心。
根據(jù)圖1e中顯示的示范性實(shí)施方案，金屬基底2配備有銀或鋁反射層3。已將分開的冷光鏡涂層施加到此反射層3上，所述冷光鏡涂層在每種情形下都包括部分吸收氧化鉻層5和隨后的交替層4。在此示范性實(shí)施方案中，交替層4包括通過濺鍍交替施加的總共四層氧化鈦和氧化硅層。此示范性實(shí)施方案的功能是具有特別好冷光鏡作用的反射金屬基底上的冷光鏡涂層的功能。光源7示于反射器的中心。
根據(jù)圖1f中顯示的示范性實(shí)施方案，金屬基底2配備有銀或鋁反射層3和位于其上用于提高金屬表面反射的交替層4。在示范性實(shí)施方案中，交替層4包括通過濺鍍交替施加的總共三層氧化鈦和氧化硅層。已將分開的冷光鏡涂層施加在此交替層4上，所述冷光鏡涂層在每種情形下均包括部分吸收氧化鉻層5和隨后的交替層4。在此示范性實(shí)施方案中，交替層4包括通過濺鍍交替施加的總共四層氧化鈦和氧化硅層。此示范性實(shí)施方案的功能是具有特別好冷光鏡作用的特別高反射金屬基底上的冷光鏡涂層的功能。光源7示于反射器的中心。
圖1g顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一反射器實(shí)施例的示意截面圖。吸收黑色層33已被施加在反射器的內(nèi)側(cè)上，已將如同冷光反射器那樣反射可見光并傳輸紅外線光的交替層系統(tǒng)施加到此黑色層33上。紅外光被黑色層33吸收并轉(zhuǎn)換成熱量，并可以被反射器體或金屬基底吸收，以及可使用冷卻劑適當(dāng)?shù)叵ⅰ?br> 例如，黑色層可包括通過汽相沉積施加的TiCN，WCH或AlTiN層。關(guān)于承受溫度變化的能力，也已經(jīng)證明吸收琺瑯層是特別合適的。也可以通過電鍍將這類層形成為吸收陽極化層。
如果根據(jù)本發(fā)明的黑色層在可見光以及特別在直到1800納米波長(zhǎng)的紅外線光區(qū)具有至少80％的吸收，優(yōu)選直到2400納米波長(zhǎng)具有至少75％的吸收，那么該黑色層是特別合適的。
圖2也顯示了具有厚壁金屬基底2、反射層3和基于如圖1c所示實(shí)施方案的實(shí)施例的紅外線吸收冷光鏡涂層的反射器1的示意截面圖。提供的光源7是高功率燈。
圖3也顯示了根據(jù)本發(fā)明的反射器1的示意性實(shí)施例。此反射器1也是通過切削成型工藝由固體金屬塊制造的。該反射器為單件形式。在其后側(cè)上，金屬基底2具有曲折的散熱片8，而在其前側(cè)，它也配備有反射層3和基于如圖1c所示的實(shí)施方案中實(shí)施例的紅外線吸收冷光鏡涂層。
圖4以示意性透視圖的方式說明了根據(jù)本發(fā)明的反射器的另一示范性實(shí)施方案。反射器1在側(cè)壁上具有散熱片8和鉆孔形式的切口9，這使得可以引入發(fā)光裝置(未示出)。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的反射器的另一示范性實(shí)施方案。此反射器1在后側(cè)上具有火山口形凹陷部10形式、也稱為凹坑的結(jié)構(gòu)。滿足合適的邊界條件，這些凹座導(dǎo)致在冷卻流體流過中產(chǎn)生紊流。以這種方式能顯著地提高來自反射器的熱量的消散。
圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的反射器的1的另一示意截面圖。作為定位裝置，此反射器具有定位銷11，利用該定位銷可以將反射器安裝在支架(未示出)的規(guī)定位置中。此外，在前側(cè)上設(shè)置紅外線吸收板12，因此只有少量的紅外線幅射漏到外界中。
圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明反射器的1的示范性實(shí)施方案的示意截面圖。此反射器也包括金屬基底2。該反射器具有冷卻通道13隱藏于其中的曲折散熱片8。冷卻通道可以在入口14和出口15處與外部冷卻線路(未示出)連接。
圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的反射器的另一有利實(shí)施方案。反射器1包括由金屬基底2構(gòu)成的、在邊緣側(cè)具有散熱片8的金屬基體。在后側(cè)，反射器1也具有填充有冷卻劑的腔室16，而這又通過對(duì)流進(jìn)一步提高了腔室內(nèi)的冷卻。因此，甚至在反射器1包括高功率發(fā)光裝置形式的光源7的情況下，也能夠通過例如電動(dòng)操作的風(fēng)扇用強(qiáng)制循環(huán)的空氣消散。
圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于涂覆工藝的涂覆裝置20的示范性實(shí)施方案。涂覆裝置20包括其上布置有反射器基底22的傳送帶21。傳送帶的傳送方向由箭頭標(biāo)出。首先，使用銀或鋁靶25通過濺鍍工藝施加反射銀或鋁層。然后，使用鉻靶26通過濺鍍施加鉻層。然后，基底移過硅靶27和鈦靶28。通過設(shè)在它們之間的氧等離子源23能夠由鉻層制作氧化鉻層并施加交替氧化鈦和氧化硅層系統(tǒng)。通過至少一個(gè)真空泵24對(duì)該裝置抽真空。
圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明投影系統(tǒng)的示意圖。反射器具有定位銷11形式的定位裝置，該定位銷是金屬基體2的一部分。在反射器1中設(shè)置高功率照明燈形式的光源7。定位銷11使得反射器1可以安裝在支架30的規(guī)定位置。然后，固定反射器1，通過可以旋入支架30的螺釘31而使其不能脫落。
圖11-13顯示了紅外線吸收層在各種示范性實(shí)施方案中的光譜吸收性能，該層例如可以用作圖1g顯示的反射器的黑色層33或替換如圖1c-1f或圖2中顯示的示范性實(shí)施方案中的吸收氧化鉻層5。在本文中，圖11顯示了黑色鉻層的光譜反射。優(yōu)選通過電鍍將這類層沉積在金屬反射體上。從圖11中可以看出，這類層在寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有非常好的吸收性能，光譜吸收約為在從小于300nm到超過2400nm的范圍內(nèi)輻射的95％。
圖12顯示了作為黑色層的黑色陽極化層的吸收性能。在這種情況下在可見光譜區(qū)的吸收特別高，然后在紅外線區(qū)的反射率緩慢提高?？傊?，可以看出用黑色陽極化層吸收了從400納米到2400納米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射的85％-95％。
最后，圖13顯示了吸收琺瑯層形式的黑色層的光譜反射率。吸收性能與具有黑色陽極化層或黑色鉻層的吸收性能相比稍差，但在這種情況下，在可見光以及特別在紅外區(qū)也獲得平均至少75％的吸收。光譜吸收在從紫外線區(qū)到2400納米的紅外區(qū)甚至超過75％，特別在直到1800納米波長(zhǎng)的范圍內(nèi)超過約80％。而且，琺瑯層與金屬基底具有非常好的粘結(jié)和非常好的承受溫度變化的能力。
名稱列表1反射器2金屬基底3反射層4交替層5氧化鉻層6保護(hù)層7光源8散熱片9切口10凹陷部11定位銷12板13冷卻通道14入口15出口16腔室20涂覆裝置21傳送帶22基底23氧源24真空泵25Al或Ag靶26Cr靶27Si靶28Ti靶30支架31螺釘33黑色層
權(quán)利要求
1.一種用于制造高精度反射器的方法，包括以下步驟提供包括至少一種金屬的本體，使用至少一種材料去除加工工藝制造反射器幾何形狀。
2.如權(quán)利要求1的制造反射器的方法，其中，材料去除加工工藝包括切削成型工藝，特別是車削和/或銑削。
3.如權(quán)利要求1的制造反射器的方法，其中，材料去除加工方法包括放電加工。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的制造反射器的方法，其中，至少分段研磨、磨光或拋光反射器表面。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的制造反射器的方法，其中，制造基本上為拋物線形或橢圓形的反射器幾何形狀。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的制造反射器的方法，其中，使用材料去除加工工藝在反射器的后側(cè)上制造至少一種結(jié)構(gòu)。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的制造反射器的方法，其中，所述結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)螺紋、散熱片和/或定位裝置。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的制造反射器的方法，其中，本體包括不銹鋼、鋁、銅和/或銀。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的制造反射器的方法，其中，反射器涂有反射層，特別是包括鋁和/或銀的層。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的制造反射器的方法，其中，將交替層，特別是包括氧化硅和氧化鈦的交替層施加到反射層上。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的制造反射器的方法，其中，反射器涂有冷光鏡層。
12.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的制造反射器的方法，其中，冷光鏡層包括氧化鉻層。
13.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的制造反射器的方法，其中，將交替層，特別是包括氧化硅和氧化鈦的交替層施加到冷光鏡層上。
14.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的制造反射器的方法，其中，通過PVD或CVD工藝沉積至少一個(gè)層。
15.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的制造反射器的方法，其中，在一個(gè)涂覆裝置中施加至少兩個(gè)層。
16.一種特別是可以通過如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法制造的具有反射內(nèi)側(cè)和外側(cè)的反射器，該反射器包括金屬基底和通過PVD或CVD工藝沉積的至少一層涂層。
17.如前一權(quán)利要求的反射器，該反射器至少在外側(cè)具有散熱片。
18.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器，該反射器包括冷卻通道。
19.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器，該反射器包括至少一個(gè)用于與外部冷卻劑線路連接的凸緣。
20.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器，該反射器包括至少一個(gè)至少部分填充有冷卻劑的腔室。
21.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的反射器，其中，冷卻劑在近似操作溫度處發(fā)生相變，特別是冷卻劑包括丙烷和成丁烷。
22.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器，該反射器包括定位裝置，特別是銷、槽、榫或錐體。
23.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器，該反射器至少在內(nèi)側(cè)上具有吸收紅外線輻射的涂層。
24.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的反射器，該反射器至少在內(nèi)側(cè)上包括黑色層。
25.如權(quán)利要求24的反射器，其中，黑色層包括TiCN，WCH或AlTiN層。
26.如權(quán)利要求24或25的反射器，其中，黑色層包括吸收琺瑯層。
27.如權(quán)利要求24到26中的任一項(xiàng)的反射器，其中，黑色層包括吸收陽極化層。
28.如權(quán)利要求24到26中的任一項(xiàng)的反射器，其中，黑色層包括黑色鉻和/或黑色鎳層。
29.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器，該反射器包括黑色層，該黑色層布置在至少反射器的內(nèi)側(cè)上，并在可見光以及特別在直到1800納米波長(zhǎng)的紅外線光區(qū)具有至少80％的吸收率，優(yōu)選在直到2400納米的波長(zhǎng)具有至少75％的吸收率。
30.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器，其中內(nèi)側(cè)的表面具有小于200nm，優(yōu)選小于50nm，特別優(yōu)選小于20nm的平均粗糙度Ra。
31.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器，該反射器至少在內(nèi)側(cè)具有小于200μm，優(yōu)選小于50μm，特別優(yōu)選小于10μm的公差帶范圍。
32.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器，該反射器至少在反射內(nèi)側(cè)上具有超過0.3mm，優(yōu)選超過0.8mm，特別優(yōu)選超過1.5mm的材料厚度。
33.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器，該反射器是單件形式的。
34.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器，該反射器至少在后側(cè)上具有橫截面基本上為火山口形狀的凹陷部。
35.一種用于涂覆金屬反射器，特別如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的金屬反射器的方法，包括以下步驟提供反射器基底，至少在反射器基底的頂側(cè)上沉積至少一功能層，特別是吸收層和/或反射層。
36.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，使用的基底是通過材料去除加工工藝由固體材料制造的反射器基底。
37.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，使用的反射器基底是深拉拔的金屬反射器基底。
38.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，沉積基本上吸收紅外線的層。
39.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，沉積并氧化金屬層。
40.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，通過汽相沉積將吸收黑色層至少施加到反射器的內(nèi)側(cè)上。
41.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，將含TiCN，WCH或AlTiN的吸收黑色層至少施加到反射器的內(nèi)側(cè)上。
42.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，將吸收琺瑯層至少施加到反射器的內(nèi)側(cè)上。
43.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，至少在反射器的內(nèi)側(cè)上通過電鍍或與基體材料的化學(xué)反應(yīng)制造吸收陽極化層。
44.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中，將吸收黑色鉻或黑色鎳層至少施加到反射器的內(nèi)側(cè)上。
45.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)用于涂覆金屬反射器的方法，其中，沉積氧化物和/或氮化物層。
46.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)用于涂覆金屬反射器的方法，其中，在金屬基底上沉積至少一層反射層。
47.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，施加的反射層是鋁和/或銀層。
48.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，將透明保護(hù)層施加到反射器上。
49.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，施加透明交替層。
50.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，交替層包括氧化硅和氧化鈦。
51.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，沉積至少一層氧化鉻層。
52.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，通過PVD，特別是濺鍍或蒸發(fā)涂覆或CVD工藝施加至少一個(gè)層。
53.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，在一個(gè)真空裝置中施加至少兩個(gè)層。
54.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，將散熱片基本上焊接、釬焊或粘結(jié)連接到后側(cè)上。
55.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，將散熱片基本形成為與反射器軸平行排列的翼片。
56.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，翼片包括中心定位裝置，特別是定位銷。
57.一種投影系統(tǒng)，包括金屬反射器和用于該金屬反射器的支架，其中，在反射器與支架間設(shè)有定位裝置。
58.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的用于涂覆金屬反射器的方法，其中在反射器基底上，特別是通過濺鍍沉積首先是反射層，特別是包括鋁或銀的層，然后是吸收紅外線輻射的層，特別是氧化鉻層，再然后是交替層，特別是包括氧化硅和氧化鈦的交替層。
59.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的用于涂覆金屬反射器的方法，其中，在涂覆裝置中依次沉積所述層。
60.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的投影系統(tǒng)，其中，定位裝置是定位銷、榫和槽和/或錐體。
61.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的投影系統(tǒng)，其中，在反射器與支架間布置導(dǎo)熱膏。
62.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的投影系統(tǒng)，其中，反射器是可更換的。
63.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的投影系統(tǒng)，其中，反射器和支架可以通過卡口式搭扣連接。
64.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的投影系統(tǒng)，其中，可以將反射器鎖合在支架中。
65.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的投影系統(tǒng)，其中，反射器是如在前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的反射器。
66.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的投影系統(tǒng)，其中，在反射器和支架間可以引導(dǎo)冷卻劑。
67.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的投影系統(tǒng)，其中，支架包括具有良好熱導(dǎo)性的材料，特別是金屬。
68.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的投影系統(tǒng)，其中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇不形成投影系統(tǒng)的一部分。
69.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的投影系統(tǒng)，其中，在反射器前面布置至少一個(gè)透明板和/或透鏡。
70.如前一項(xiàng)權(quán)利要求的投影系統(tǒng)，其中，所述板反射紅外線光。
71.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的投影系統(tǒng)，其中，可以通過對(duì)流冷卻反射器和/或支架。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造高精度反射器及其涂層的方法。使用材料去除加工工藝由固體材料制造反射器，且該反射器涂覆有冷光鏡層。
文檔編號(hào)F21V3/02GK1912454SQ200610138980
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者A·梅爾騰斯, T·屈佩爾, L·措格 申請(qǐng)人:肖特股份公司