JP2002518714A - 角度依存性の小さいダイクロィックフィルタ - Google Patents

角度依存性の小さいダイクロィックフィルタ

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JP2002518714A JP2000555445A JP2000555445A JP2002518714A JP 2002518714 A JP2002518714 A JP 2002518714A JP 2000555445 A JP2000555445 A JP 2000555445A JP 2000555445 A JP2000555445 A JP 2000555445A JP 2002518714 A JP2002518714 A JP 2002518714A
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Abstract

(57)【要約】 高屈折率の層（Ｈ）と低屈折率の層（Ｌ）とが交互に形成された多層薄膜ダイクロィックフィルタは３個のグループを有し、基板と隣接する下側グループは高屈折率層と低屈折率層との平均比率Ｒａ１を有し、第２の中間のグループは高屈折率層と低屈折率層との平均比率Ｒａ２を有し、第３のグループは高屈折率層と低屈折率層との平均比率Ｒａ３を有し、これらの比率は、Ｒａ１＜Ｒａ２＜Ｒａ３の関係を有する。このフィルタは改良された角度依存性及び波長性値を有し、例えばカラー投射表示装置に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フィルタリングされるべき波長光の入射角に対して低い感度を有す
るダイクロィックフィルタ及びこのようなフィルタを含む投射装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】
ダイクロィックフィルタは通常透明基板上に多層薄膜構造体を堆積することに
より形成されている。この多層構造体は、可視スペクトラルの光から選択した帯
域の波長光が透過し選択されなかった波長光を反射するように設計されている。
【０００３】 このダイクロィックフィルタは例えばカラー投射表示装置において有用であり
、この投射表示装置では、ダイクロィックフィルタを用いて白色光を赤、青及び
緑のサブビームに分離し、各サブビームを入力表示信号の対応するカラー信号成
分により個別に変調し、変調されたサブビームをフルカラー表示用に再結合して
スクリーン上に投射している。
【０００４】 サブビームの変調は、３本のサブビームの各々について３個の個別の液晶表示
（ＬＣＤ）パネルを用いて行われている。一方、例えば本明細書において参考と
して記載する米国特許第５５３２７６３号に記載されているある形式のカラー投
射装置においては、３本のサブビームの全てが単一のＬＣＤパネルにより変調さ
れている。これは、サブビームをＬＣＤパネルの高さよりも小さい幅を有するバ
ンド状断面に規定しカラーバンドをＬＣＤパネルの下方に向けて順次スクロール
すると共に、パネルのバンドによって照明される部分を対応する表示信号情報を
用いて同期アドレシングすることにより行われる。このような投射装置は、単一
パネルスクローリングラスタ（ＳＰＳＲ）プロジェクタと称されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】 ３パネル形式のプロジェクタ及び単一パネルのプロジェクタ共に、ダイクロィ
ックフィルタの遷移波長の角度依存性に起因するカラーの均一性を欠いている。
【０００６】 不幸なことに、市販のダイクロィックフィルタは必要な低い角度依存性を与え
ていない。投射装置に必要な急峻な遷移波長及び良好な透過性を有するフィルタ
は、入射光線の入射角の１°あたりの角度変化に対して１ｎｍから２ｎｍ又はそ
れ以上の角度依存性を呈している
【０００７】 本発明の目的は、角度依存性の小さい改良されたダイクロィックフィルタを実
現することにある。
【０００８】 本発明の別の目的は、良好な光透過特性及び光反射特性を有するダイクロィッ
クフィルタを実現することにある。
【０００９】 本発明の別の目的は、入射光線の入射角の１°当たりの角度変化に対して１．
５ｎｍ以下の角度依存性を有する改良されたフィルタを実現することにある。
【００１０】 本発明の別の目的は、入射光線の入射角の１°当たりの角度変化に対して２ｎ
ｍ以下の角度依存性を有すると共に４％ｎｍ以上の波長遷移を有する改良された
フィルタを実現することにある。
【００１１】 本発明の別の目的は、このような改良されたダイクロィックフィルタを１個以
上含むカラー投射表示装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決する手段】
本発明の第１の概念に基づけば、ほぼ直線偏光した光をフィルタリングする多
層薄膜カラーフィルタを提供するものであって、このフィルタは、基板上に交互
に形成した高屈折率材料の薄膜Ｈ層と低屈折率材料の薄膜Ｌ層とを具え、ｎを層
の材料の屈折率としｄを層の物理的厚さとした場合に各層がｎｄの光学厚さを有
し、隣接するＨ層とＬ層とがＨＬ対を構成し、当該フィルタがＮ個のＨＬ対を有
し、各ＨＬ対がＨ層の光学厚さとＬ層の光学厚さとの比率Ｒを有し、前記ＨＬ対
が、基板と隣接する下側の第１のグループと、中間の第２のグループと、上側の
第３のグループとの３個のグループに分割され、第１のグループにおいてＨＬ対
が平均比率Ｒａｇ１を有し、第２のグループにおいてＨＬ対が平均比率Ｒａｇ２
を有し、第３のグループにおいてＨＬ対が平均比率Ｒａｇ３を有し、これらの比
率が、Ｒａｇ１＜Ｒａｇ２＜Ｒａｇ３の関係を有する。
【００１３】 本発明の第１の概念の実施例において、ＨＬ対の少なくとも半分は前記上側グ
ループに存在し、好ましくは下側グループは２〜４個のＨＬ対を具え、中間グル
ープは２〜５個のＨＬ対を具え、上側グループは９〜１５個のＨＬ対を具える。
【００１４】 本発明の第１の概念の実施例において、比率Ｒａｇ１はほぼ０．２から２．２
の範囲にあり、比率Ｒａｇ２はほぼ１．２から６．０の範囲にあり、前記比率Ｒ
ａｇ３は２から１０の範囲にある。
【００１５】 本発明の別の概念によれば、ほぼ直線偏光した光をフィルタリングする多層薄
膜カラーフィルタを提供するものであって、このフィルタは、基板上に交互に形
成した高屈折率材料の薄膜Ｈ層と低屈折率材料の薄膜Ｌ層とを具え、ｎを層の材
料の屈折率としｄを層の物理的厚さとした場合に各層がｎｄの光学厚さを有し、
隣接するＨ層とＬ層とがＨＬ対を構成し、当該フィルタがＮ個のＨＬ対を有し、
前記ＨＬ対が、基板と隣接する下側の第１のグループと、中間の第２のグループ
と、上側の第３のグループとの３個のグループに分割され、第１のグループがＨ
層の平均光学厚さＨａｇ１及びＬ層の平均光学厚さＬａｇ１を有し、第２のグル
ープがＨ層の平均光学厚さＨａｇ２及びＬ層の平均光学厚さＬａｇ２を有し、第
３のグループがＨ層の平均光学厚さＨａｇ３及びＬ層の平均光学厚さＬａｇ３を
有し、これらの平均光学厚さが、 Ｌａｇ１＞Ｌａｇ３ Ｌａｇ１＜Ｌａｇ３、及び Ｌａｇ１＞Ｌａｇ２、又はＨａｇ１＞Ｈａｇ２ の関係を有する。
【００１６】 本発明のこの概念の実施例において、平均光学厚さＨａｇ１はほぼ０．５から
４．０の範囲にあり、Ｌａｇ１はほぼ１．０から５．０の範囲にあり、Ｈａｇ２
はほぼ０．５から４．０の範囲にあり、Ｌａｇ２はほぼ０．３から１．５の範囲
にあり、Ｈａｇ３はほぼ１．０から５．０の範囲にあり、Ｌａｇ３はほぼ０．２
から１．２の範囲にある。
【００１７】 本発明の第３の概念によれば、ほぼ直線偏光した光をフィルタリングする多層
薄膜カラーフィルタを提供するものであって、このフィルタが、基板上に交互に
形成した高屈折率材料の薄膜Ｈ層と低屈折率材料の薄膜Ｌ層とを具え、ｎを層の
材料の屈折率としｄを層の物理的厚さとした場合に各層がｎｄの光学厚さを有し
、隣接するＨ層とＬ層とがＨＬ対を構成し、当該フィルタがＮ個のＨＬ対を有し
、各ＨＬ対がＨ層の光学厚さとＬ層の光学厚さとの比率Ｒを有し、平均比率Ｒａ
＝Σj （Ｈ／Ｌ）／ｊとし、ｊが２から４までの値を有する場合、前記平均比率
Ｒａが、第１のＨＬ対からＮ番目のＨＬ対まで増加する。
【００１８】 本発明のこの概念の実施例においては、平均比率Ｒａは、第１のＨＬ対からＮ
番目のＨＬ対までにおいて、ほぼ０．２５から８の範囲内にある。
【００１９】 この本発明の概念に実施例において、Ｈ層の平均光学厚さＨａは、第１のＨＬ
対からＮ番目のＨＬ対まで増加し、Ｌ層の平均光学厚さＬａは第１のＨＬ対から
Ｎ番目のＨＬ対まで減少し、前記平均が２〜４個の層対をとり、好ましくはＨａ
は０．３〜４．５の範囲にありＬａｈ３．５〜０．１の範囲にある。
【００２０】 フィルタの角度依存性を最小にするため、上側グループの薄いＬ層の少なくと
も数個の層をできるだけ薄くし気相堆積の場合ほぼ０．５〜０．２５の範囲とし
、厚いＨ層の少なくとも数個の層はできるだけ厚くし気相堆積の場合ほぼ２．５
〜４．０にする。この極めて薄い層Ｌ及び極めて厚いＨ層の数は、設計プロセス
を支配する最良メリット関数により決定する。
【００２１】 この本発明のフィルタは、放射の入射角の変化に対するフィルタの遷移波長の
角度依存性は２ｎｍ／１°以下であり、１ｎｍ／１°以下まで小さくなり、投射
装置に必要な良好で優れた透過及び反射特性が維持される。
【００２２】 このフィルタは、種々の波長光を分離及び／又は再結合することが望まれてい
る種々のシステム並びに入射角に対する遷移波長の低い感度が望まれている種々
のシステムにおいて有用であり、特にこのフィルタを例えば法線に対して３５〜
５５°の入射角で用いるシステムにおいて有用である。
【００２３】 このフィルタは、ＬＣＤパネル投射システム及び他のフラットパネル投射装置
において主カラービームを発生させ、これら主カラービームを再結合してスクリ
ーン上に投射するフルカラー表示を行うの有用である。
【００２４】 このフィルタは３個のパネルシステム又はＳＰＳＲカラーシステムのいずれか
と共に用いことができる。角度依存性が小さいことは、フィルタで透過し又は反
射したビームのカラーの純度を増加させ、最大分離及びカラーの最小シフト並び
に一層高いプロジェクタ効率に寄与し、これにより一層明るい表示装置が実現さ
れる。
【００２５】 本発明の別の概念によれば、１個又はそれ以上の本発明のフィルタを含む投射
表示装置を提供する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本明細書で用いる用語「薄い」、「厚い」及び「厚さ」等は、明記されない限
り光学厚さを意味する。光学厚さは、フィルタの設計角で当該フィルタに入射す
る光線が媒質を通過する方向に沿って測定する。従って、光学厚さは層の物理的
厚さに媒質の屈折率をかけたものに対してスネルの法則を用いて計算した媒質中
での光線の角度で除算したものである。
【００２７】 光学厚さは、本明細書では注目波長の中心波長の１／４波長（ＱＷＯＴ）の倍
数として一般的に表わされる。ＱＷＯＴはカットオフ波長の±１０％内の基準波
長を用いて取り出す。カットオフ波長は、（所望の偏光状態及び設計入射角にお
いて）入射光の５０％の光が透過し５０％の光が反射する設計波長とする。
【００２８】 本発明の多層薄膜ダイクロィックフィルタは、真空蒸着のような適当な既知の
技術により製造することができる。高屈折率材料（Ｈ）はＴｉＯ2 及びＴａ2 Ｏ 5 及びＮｂ2 Ｏ5 又は他の高屈折率材料を含むグループから選択され、低屈折率
材料（Ｌ）はＳｉＯ2 及びＭｇＦ2 又は他の適当な低屈折率材料を含むグループ
から選択される。ＴｉＯ 2 及びＳｉＯ 2 は予期される信頼性及びコストの面
から用いられ、ＴｉＯ 2 よりも大きな屈折率及びＳｉＯ 2 よりも小さな屈折
率の材料は設計上の利点が得られる。本明細書で説明するフィルタの全てはＨ層
として１個の材料を用いＬ層として１個の材料を用いるが、種々のＨ層及び／又
はＬ層の組合せは構造及び製造方法の複雑さの増大を犠牲にすれば有益である。
【００２９】 実施例 フィルタを設計する際、角度依存性を１°の入射角の変化当たり約０．７５ｎ
ｍ又はそれ以下に維持することを目的とする共に、波長遷移の傾きは１ｎｍ当た
り約８％又はそれ以上に維持し、波長遷移（一般的にはできるだけ急峻にする）
と角度遷移（一般的にはできるだけ低くする）との間のバランスについて適切に
考慮する。さらに、通常の注意を払い、反射光路と透過光路の両方について良好
な効率を維持する。これらの目的は、最適メリット関数の適切な目的に対して重
み付けを割り当てることにより達成される。
【００３０】 ＴＦＣａｌｅコンプュータプログラムを用い上記設計原理に基づき、４個の例
示的な小さな角度シフトカラー分離／再結合フィルタを設計し、その結果を実際
のサンプルを用いて実験的に確認した。
【００３１】 フィルタの形式、機能及び内容を以下の表Ｉに示す。
【００３２】 高屈折率材料（Ｈ）としてＴｉＯ2 を用い低屈折率材料（Ｈ）としてＳｉＯ 2 を用い、全てのサンプルはガラス基板上に形成した。全てのサンプルは、基板隣
接するＨ層（層１と称する）から開始し、空気と隣接するＬ層（Ｎ層と称する）
で終了する。全てのサンプルはＳ偏光の直線偏光した光に対して最適化する設計
に基づいている。これらの層は、基板と隣接するグループＩ（下側のグループ）
、グループII（中間グループ）及びグループIII （上側グループ）の３個のグル
ープのうちの１のグループに属するものと識別される。
【００３３】 層の厚さは、光が１／４波長を完全に通過するのに表示な距離として規定され
る１／４波長の光学厚さで表され、波長は約４５°の入射角において５０％の光
が透過する中心波長とする。
【００３４】 各サンプルについて、波長スペクトラムに対する透過率を示し、４５°の設計
入射角に対する設計した角度依存性及び測定された角度依存性の両方を１°当た
りのｎｍとして、カットオフ波長の５０％透過点からの±２．５ｎｍの範囲で測
定したものとして示す。４５°の設計入射角に対する波長遷移の傾きも１°当た
りのｎｍとして、カットオフ波長の５０％透過点からの±２．５ｎｍの範囲で測
定したものとして示す。
【００３５】フィルタＡ このフィルタは４８０ｎｍの基準波長を与え、グループＩ（下側グループ）に
４個のＨＬ対、グループII（中間グループ）として３個のＨＬ対及びグループII
I （上側グループ）に１０個のＨＬ対を有し、グループＩの高屈折率層と低屈折
率層の平均厚さ比Ｒａｇ１は約１．７とし、グループIIのＲａｇ２は約２．８と
し、グループIII のＲａｇ３は約６．９とすることを特徴とする。下側グループ
について、高屈折率層の平均厚さＨａｇ１は約２．５とし、低屈折率層の平均厚
さＬａｇ１は約１．５とする。中間グループについて、Ｈａｇ２は約２．７とし
Ｌａｇ２は約１．０とする。上側グループについて、Ｈａｇ３は約３．６としＬ
ａｇ３は約０．６とする。各層の厚さは以下の表IIに与えられ、図１にグラフと
して示す。 表II （フィルタＡ） 層 グループ ガラス（ＢＫ７） ＱＷＯＴ 境界 ＢＫ−７ １Ｉ ＴｉＯ2 2.51 ２ ＳｉＯ2 2.08 ３ ＴｉＯ2 2.44 ４Ｉ ＳｉＯ2 1.15 ５II ＴｉＯ2 2.63 ６ ＳｉＯ2 1.22 ７ ＴｉＯ2 2.41 ８II ＳｉＯ2 1.65 ９III ＴｉＯ2 2.46 10 ＳｉＯ2 0.75 11 ＴｉＯ2 2.73 12 ＳｉＯ2 1.12 13 ＴｉＯ2 2.83 14 ＳｉＯ2 1.00 15 ＴｉＯ2 3.23 16 ＳｉＯ2 0.57 17 ＴｉＯ2 3.68 18 ＳｉＯ2 0.49 19 ＴｉＯ2 3.53 20 ＳｉＯ2 0.61 21 ＴｉＯ2 3.48 22 ＳｉＯ2 0.59 23 ＴｉＯ2 3.59 24 ＳｉＯ2 0.49 25 ＴｉＯ2 3.70 26 ＳｉＯ2 0.46 27 ＴｉＯ2 3.57 28 ＳｉＯ2 0.55 29 ＴｉＯ2 3.52 30 ＳｉＯ2 0.49 31 ＴｉＯ2 3.68 32 ＳｉＯ2 0.29 33 ＴｉＯ2 3.68 34III ＳｉＯ2 1.45
【００３６】 フィルタＡの波長スペクトラムに対する透過率を図２に示し、図２において、
このフィルタは約５００ｎｍにおいて極めて急峻な波長遷移を示し、遷移点から
長波長側において優れた透過特性を示し遷移点より短波長側において優れた反射
特性を示す。設計した角度依存性は０．６０ｎｍ／°であり、サンプルの測定し
た値は０．５８ｎｍ／°である。波長遷移の測定した傾きは６．５％／ｎｍであ
る。
【００３７】フィルタＢ このフィルタは５５０ｎｍの基準波長を与え、グループＩに４個のＨＬ対を有
し、グループIIに５個のＨＬ対を有し、グループIII に９個のＨＬ対を有し、グ
ループＩの高屈折率層と低屈折率層の平均厚さ比Ｒａｇ１は約０．３とし、グル
ープIIのＲａｇ２は約３．１とし、グループIII のＲａｇ３は約６．３とするこ
とを特徴とする。下側グループについて、高屈折率層の平均厚さＨａｇ１は約１
とし、低屈折率層の平均厚さＬａｇ１は約３．２とする。中間グループについて
、Ｈａｇ２は約１．４としＬａｇ２は約０．５とする。上側グループについて、
Ｈａｇ３は約２．８としＬａｇ３は約０．４５とする。各層の厚さは以下の表II
I に与えられ、図３にグラフとして示す。 表III （フィルタＢ） 層 グループ ガラス（ＢＫ７） ＱＷＯＴ 境界 ＢＫ−７ １Ｉ ＴｉＯ2 0.67 ２ ＳｉＯ2 2.93 ３ ＴｉＯ2 1.18 ４ ＳｉＯ2 3.44 ５ ＴｉＯ2 0.67 ６Ｉ ＳｉＯ2 3.29 ７II ＴｉＯ2 1.30 ８ ＳｉＯ2 3.17 ９ ＴｉＯ2 1.13 10 ＳｉＯ2 0.64 11 ＴｉＯ2 1.34 12 ＳｉＯ2 0.48 13 ＴｉＯ2 1.55 14 ＳｉＯ2 0.47 15 ＴｉＯ2 1.61 16II ＳｉＯ2 0.43 17III ＴｉＯ2 1.62 18 ＳｉＯ2 0.43 19 ＴｉＯ2 3.91 20 ＳｉＯ2 0.44 21 ＴｉＯ2 1.69 22 ＳｉＯ2 0.43 23 ＴｉＯ2 3.87 24 ＳｉＯ2 0.43 25 ＴｉＯ2 1.62 26 ＳｉＯ2 0.43 27 ＴｉＯ2 3.83 28 ＳｉＯ2 0.43 29 ＴｉＯ2 1.69 30 ＳｉＯ2 0.44 31 ＴｉＯ2 3.88 32 ＳｉＯ2 0.45 33 ＴｉＯ2 1.21 34 ＳｉＯ2 0.59 35 ＴｉＯ2 3.62 36III ＳｉＯ2 1.56
【００３８】 フィルタＢの波長スペクトラムに対する透過率を図４に示し、図４において、
このフィルタは約５８０ｎｍから６００ｎｍの範囲において極めて急峻な波長遷
移を示し、遷移点から長波長側において優れた透過特性を示し遷移点より短波長
側において優れた反射特性を示す。設計した角度依存性は０．７８ｎｍ／°であ
り、サンプルの測定した値は０．８２ｎｍ／°である。波長遷移の測定した傾き
は８．７％／ｎｍである。
【００３９】フィルタＣ このフィルタは５５０ｎｍの基準波長を与え、グループＩに３個のＨＬ対を有
し、グループIIに２個のＨＬ対を有し、グループIII に１５個のＨＬ対を有し、
グループＩの高屈折率層と低屈折率層の平均厚さ比Ｒａｇ１は約０．３とし、グ
ループIIのＲａｇ２は約４．３とし、グループIII のＲａｇ３は約７．６とする
ことを特徴とする。下側グループについて、高屈折率層の平均厚さＨａｇ１は約
０．６とし、低屈折率層の平均厚さＬａｇ１は約２．１とする。中間グループに
ついて、Ｈａｇ２は約１．８としＬａｇ２は約０．４とする。上側グループにつ
いて、Ｈａｇ３は約２．０としＬａｇ３は約０．３とする。各層の厚さは以下の
表IVに与えられ、図５にグラフとして示す。 表IV （フィルタＣ） 層 グループ ガラス（ＢＫ７） ＱＷＯＴ 境界 ＢＫ−７ １Ｉ ＴｉＯ2 0.57 ２ ＳｉＯ2 2.30 ３ ＴｉＯ2 0.89 ４ ＳｉＯ2 2.17 ５ ＴｉＯ2 0.38 ６Ｉ ＳｉＯ2 1.78 ７II ＴｉＯ2 1.61 ８ ＳｉＯ2 0.39 ９ ＴｉＯ2 2.02 10II ＳｉＯ2 0.45 11III ＴｉＯ2 1.93 12 ＳｉＯ2 0.23 13 ＴｉＯ2 2.08 14 ＳｉＯ2 0.30 15 ＴｉＯ2 1.88 16 ＳｉＯ2 0.23 17 ＴｉＯ2 2.19 18 ＳｉＯ2 0.24 19 ＴｉＯ2 1.80 20 ＳｉＯ2 0.23 21 ＴｉＯ2 2.27 22 ＳｉＯ2 0.23 23 ＴｉＯ2 1.78 24 ＳｉＯ2 0.23 25 ＴｉＯ2 2.47 26 ＳｉＯ2 0.23 27 ＴｉＯ2 1.29 28 ＳｉＯ2 0.23 29 ＴｉＯ2 2.63 30 ＳｉＯ2 0.23 31 ＴｉＯ2 1.28 32 ＳｉＯ2 0.23 33 ＴｉＯ2 2.61 34 ＳｉＯ2 0.23 35 ＴｉＯ2 1.37 36 ＳｉＯ2 0.23 37 ＴｉＯ2 2.33 38 ＳｉＯ2 0.52 39 ＴｉＯ2 1.64 40III ＳｉＯ2 0.75
【００４０】 フィルタＣの波長スペクトラムに対する透過率を図６に示し、図６において、
このフィルタは約５００ｎｍから５２０ｎｍの範囲において極めて急峻な波長遷
移を示し、遷移点から長波長側において優れた透過特性を示し遷移点より短波長
側において優れた反射特性を示す。設計した角度依存性は０．８３ｎｍ／°であ
り、サンプルの測定した値は０．８６ｎｍ／°である。波長遷移の測定した傾き
は６．６％／ｎｍである。
【００４１】フィルタＤ このフィルタは５６５ｎｍの基準波長を与え、グループＩに４個のＨＬ対を有
し、グループIIに４個のＨＬ対を有し、グループIII に９個のＨＬ対を有し、グ
ループＩの高屈折率層と低屈折率層の平均厚さ比Ｒａｇ１は約０．３とし、グル
ープIIのＲａｇ２は約１．７とし、グループIII のＲａｇ３は約４．０とするこ
とを特徴とする。下側グループについて、高屈折率層の平均厚さＨａｇ１は約０
．９とし、低屈折率層の平均厚さＬａｇ１は約２．６とする。中間グループにつ
いて、Ｈａｇ２は約１．１としＬａｇ２は約０．７とする。上側グループについ
て、Ｈａｇ３は約２．５としＬａｇ３は約０．７とする。各層の厚さは以下の表
Ｖに与えられ、図７にグラフとして示す。 表Ｖ （フィルタＤ） 層 グループ ガラス（ＢＫ７） ＱＷＯＴ 境界 ＢＫ−７ １Ｉ ＴｉＯ2 0.60 ２ ＳｉＯ2 2.63 ３ ＴｉＯ2 1.37 ４ ＳｉＯ2 2.36 ５ ＴｉＯ2 0.52 ６ ＳｉＯ2 2.66 ７ ＴｉＯ2 1.07 ８Ｉ ＳｉＯ2 2.93 ９II ＴｉＯ2 0.96 10 ＳｉＯ2 0.87 11 ＴｉＯ2 1.07 12 ＳｉＯ2 0.55 13 ＴｉＯ2 1.19 14 ＳｉＯ2 0.63 15 ＴｉＯ2 1.27 16II ＳｉＯ2 0.67 17III ＴｉＯ2 3.32 18 ＳｉＯ2 0.65 19 ＴｉＯ2 1.25 20 ＳｉＯ2 0.64 21 ＴｉＯ2 3.36 22 ＳｉＯ2 0.61 23 ＴｉＯ2 1.30 24 ＳｉＯ2 0.59 25 ＴｉＯ2 3.38 26 ＳｉＯ2 0.54 27 ＴｉＯ2 1.36 28 ＳｉＯ2 0.60 29 ＴｉＯ2 3.46 30 ＳｉＯ2 0.45 31 ＴｉＯ2 1.30 32 ＳｉＯ2 0.52 33 ＴｉＯ2 3.31 34III ＳｉＯ2 1.62
【００４２】 フィルタＤの波長スペクトラムに対する透過率を図８に示し、図８において、
このフィルタは約５７０ｎｍから５８０ｎｍの範囲において極めて急峻な波長遷
移を示し、遷移点から長波長側において優れた透過特性を示し遷移点より短波長
側において優れた反射特性を示す。設計した角度依存性は０．７７ｎｍ／°であ
り、サンプルの測定した値は０．６２ｎｍ／°である。波長遷移の測定した傾き
は８．５％／ｎｍである。
【００４３】 Ｌａｇの最大値はグループＩに見い出される。全ての例示したフィルタに関し
て、グループＩの低屈折率層の平均厚さＬａｇは１．５以上であり、ほぼ２付近
の範囲内にある。フィルタＡを除いて、グループＩの比Ｒａｇは全て１以下であ
り、典型的には０．３付近にある。Ｈ層及びＬ層の厚さは、グループＩ及びIII
よりもグループIII において一層似ており、比Ｒａｇは例示したフィルタの各々
において１以上である。ＨａｇはグループIII において最も大きく、ＨＬ対の数
はグループIII が最も大きく、例示したフィルタの各々において全ての層対の約
1/2 又はそれ以上を具えている。
【００４４】 フィルタＢおよびＤは別の類似性を有している。グループIII に関して、これ
らフィルタは厚い層と薄い層とが交互する順次のＨ層（薄いＬ層により分離され
ている）をそれぞれ有している。フィルタＢに関して、厚いＨ層の厚さにおいて
全て同様であり、３．８ｎｍの平均厚さを有し、薄いＨ層も厚さにおいて類似し
１．５５ｎｍの平均厚さを有する。これらの層の厚さの比Ｈthick ／Ｈthinは評
価されることができ約２．５である。フィルタＤに関して、厚いＨ層は３．４の
平均厚さを有し、薄いＨ層は１．３１の平均厚さを有し、これら層厚さの比は約
２．６でありフィルタＢの比と同様である。
【００４５】 図９はカラー投射表示装置の一部分の構成を示す図であり、この表示装置は、
白色光源１０と、ミラー１３及び１６と、ダイクロックフィルタ１２，１４，１
５及び１７と、投射レンズ１８とを具える。光源１０からの白色光はフィルタ１
２に入射し、このフィルタにおいて赤及び緑の光は透過し青の光は反射する。青
のビームはミラー１３によりフィルタ１４及び１７に向けて反射する。フィルタ
１４は青のビームをフィルタ１７に向けて反射し、フィルタ１７はこの青のビー
ムを投射レンズ１８に向けて反射する。青及び緑のビームはフィルタ１２を透過
しフィルタ１５に入射し、このフィルタ１５により緑のビームはフィルタ１４に
向けて反射し、赤のビームはミラー１６に向けて透過しミラー１６によりフィル
タ１７に向けて反射し、赤のビームはこのフィルタ１７を投射レンズ１８に向け
て透過する。フィルタ１５で反射した緑のビームもフィルタ１４及び１７で反射
し投射レンズ１８に入射する。従って、図示の装置の作用は、初めに白色光を赤
、青及び緑のビームに分割し、次にこれらのビームを合成しレンズ１８により表
示面に投射することである。青、緑及び赤の光路中にＬＣＤパネルのような電気
−光学光変調手段１９を挿入する。尚、図面を簡単にするため、投射レンズ１８
に向かう光路に沿って光を伝播させるために必要なレンズは図示されていない。
【００４６】 変形例として、前述した米国特許第５５３２７６３号に記載されているように
、３本の主ビームはバンド状に形成し単一の電気−光学光変調パネルに沿ってス
クロールするように構成することができる。
【００４７】 本発明は限定された数の実施例に基づけて説明した。他の実施例及び変形例が
当業者にとって想到され、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲内において変
形や変更が可能である。例えば、本発明のダイクロィックフィルタは基板上にＨ
層とＬ層とを交互に形成した多層薄膜構造体として説明したが、たと遷移層とし
て或は順次の層の接着性を改良するに及び／又は光学的結合を改善するため１個
又はそれ以上の付加的な層を層構造体と基板との間に存在させることができる。
界面媒質に対する保護又は遷移を改良するため、多層構造体の上側に付加的な層
を存在させることができる。界面媒質は通常空気であるが、多層構造体がプリズ
ムのような光学素子に埋設されている場合界面媒質は液体又は固体となる。
【００４８】 さらに、上述した説明はＨ層とＬ層との層対が下側グループ、中間グループ及
び上側グループに分割されている例示的なフィルタの説明にとどまるが、１個の
グループの層対を付加的な層により分離し或は同一又は隣接するグループの他の
層対中に分散させることもできる。ある実施例において、中間の屈折率材料Ｍは
数個のＨ層又はＬ層により部分的に置換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるフィルタＡの層厚さプロファイルを示す線図的グラフで
ある。
【図２】 フィルタＡの基準波長（ｎｍ）に対する透過率（％）を示す。
【図３】 本発明によるフィルタＢの層厚さプロファイルを示す線図的グラフで
ある。
【図４】 フィルタＢの基準波長（ｎｍ）に対する透過率（％）を示す。
【図５】 本発明によるフィルタＣの層厚さプロファイルを示す線図的グラフで
ある。
【図６】 フィルタＣの基準波長（ｎｍ）に対する透過率（％）を示す。
【図７】 本発明によるフィルタＤの層厚さプロファイルを示す線図的グラフで
ある。
【図８】 フィルタＤの基準波長（ｎｍ）に対する透過率（％）を示す。
【図９】 少なくとも１個の本発明の改良されたダイクロィックフィルタを含む
カラー投射表示装置の実施例の線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １， 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ほぼ直線偏光した光をフィルタリングする多層薄膜カラーフィル
    タであって、基板上に交互に形成した高屈折率材料の薄膜Ｈ層と低屈折率材料の
    薄膜Ｌ層とを具え、ｎを層の材料の屈折率としｄを層の物理的厚さとした場合に
    各層がｎｄの光学厚さを有し、隣接するＨ層とＬ層とがＨＬ対を構成し、当該フ
    ィルタがＮ個のＨＬ対を有し、各ＨＬ対がＨ層の光学厚さとＬ層の光学厚さとの
    比率Ｒを有し、前記ＨＬ対が、基板と隣接する下側の第１のグループと、中間の
    第２のグループと、上側の第３のグループとの３個のグループに分割され、第１
    のグループにおいてＨＬ対が平均比率Ｒａｇ１を有し、第２のグループにおいて
    ＨＬ対が平均比率Ｒａｇ２を有し、第３のグループにおいてＨＬ対が平均比率Ｒ
    ａｇ３を有し、これらの比率が、Ｒａｇ１＜Ｒａｇ２＜Ｒａｇ３の関係を有する
    フィルタ。
  2. 【請求項２】 前記ＨＬ対の少なくとも半分が前記上側グループに存在する請求
    項１に記載のフィルタ。
  3. 【請求項３】 前記比率Ｒａｇ１がほぼ０．２から２．２の範囲にあり、前記比
    率Ｒａｇ２がほぼ１．２から６．０の範囲にあり、前記比率Ｒａｇ３が２から１
    ０の範囲にある請求項１に記載のフィルタ。
  4. 【請求項４】 前記下側グループが２個から４個のＨＬ対を有し、前記中間グル
    ープが２個から５個のＨＬ対を有し、前記上側グループが９個から１５個のＨＬ
    対を有する請求項１に記載のフィルタ。
  5. 【請求項５】 前記比率Ｒａｇ１をほぼ１．７とし、前記比率Ｒａｇ２をほぼ２
    ．８とし、前記比率Ｒａｇ３をほぼ６．９とした請求項１に記載のフィルタ。
  6. 【請求項６】 前記下側グループに４個のＨＬ対が存在し、前記中間グループに
    ３個のＨＬ対が存在し、前記上側グループに１０個のＨＬ対が存在する請求項６
    に記載のフィルタ。
  7. 【請求項７】 前記比率Ｒａｇ１をほぼ０．３とし、前記比率Ｒａｇ２をほぼ３
    ．１とし、前記比率Ｒａｇ３をほぼ６．３とした請求項１に記載のフィルタ。
  8. 【請求項８】 前記下側グループに４個のＨＬ対が存在し、前記中間グループに
    ５個のＨＬ対が存在し、前記上側グループに９個のＨＬ対が存在する請求項７に
    記載のフィルタ。
  9. 【請求項９】 前記比率Ｒａｇ１をほぼ０．３とし、前記比率Ｒａｇ２をほぼ４
    ．３とし、前記比率Ｒａｇ３をほぼ７．６とした請求項１に記載のフィルタ。
  10. 【請求項１０】 前記下側グループに３個のＨＬ対が存在し、前記中間グループ
    に２個のＨＬ対が存在し、前記上側グループに１５個のＨＬ対が存在する請求項
    ９に記載のフィルタ。
  11. 【請求項１１】 前記比率Ｒａｇ１をほぼ０．３とし、前記比率Ｒａｇ２をほぼ
    １．７とし、前記比率Ｒａｇ３をほぼ４．０とした請求項１に記載のフィルタ。
  12. 【請求項１２】 前記下側グループに４個のＨＬ対が存在し、前記中間グループ
    に４個のＨＬ対が存在し、前記上側グループに９個のＨＬ対が存在する請求項１
    １に記載のフィルタ。
  13. 【請求項１３】 前記上側グループのＨ層の少なくとも１個のＨ層を、上側グル
    ープの最も厚いＨ層の厚さのほぼ半分の厚さを有する薄い層とした請求項１に記
    載のフィルタ。
  14. 【請求項１４】 前記上側グループの薄いＨ層がほぼ１．３１から１．５５の範
    囲の平均厚さを有し、上側グループの残りの厚いＨ層がほぼ３．４から３．８の
    範囲の平均厚さを有する請求項１３に記載のフィルタ。
  15. 【請求項１５】 前記厚いＨ層の平均厚さと薄いＨ層の平均厚さとの比率がほぼ
    ２．５から２．６の範囲にある請求項１４に記載のフィルタ。
  16. 【請求項１６】 少なくとも１個のＨ層が埋設され、異なる材料の薄い層が０．
    ２ｎｍの厚さを有する請求項１に記載のフィルタ。
  17. 【請求項１７】 Ｎ番目の層がガス媒質と隣接する請求項１に記載のフィルタ。
  18. 【請求項１８】 前記Ｎ番目の層が固体又は液体の光学媒質と隣接する請求項１
    に記載のフィルタ。
  19. 【請求項１９】 ほぼ直線偏光した光をフィルタリングする多層薄膜カラーフィ
    ルタであって、基板上に交互に形成した高屈折率材料の薄膜Ｈ層と低屈折率材料
    の薄膜Ｌ層とを具え、ｎを層の材料の屈折率としｄを層の物理的厚さとした場合
    に各層がｎｄの光学厚さを有し、隣接するＨ層とＬ層とがＨＬ対を構成し、当該
    フィルタがＮ個のＨＬ対を有し、前記ＨＬ対が、基板と隣接する下側の第１のグ
    ループと、中間の第２のグループと、上側の第３のグループとの３個のグループ
    に分割され、第１のグループがＨ層の平均光学厚さＨａｇ１及びＬ層の平均光学
    厚さＬａｇ１を有し、第２のグループがＨ層の平均光学厚さＨａｇ２及びＬ層の
    平均光学厚さＬａｇ２を有し、第３のグループがＨ層の平均光学厚さＨａｇ３及
    びＬ層の平均光学厚さＬａｇ３を有し、これらの平均光学厚さが、 Ｌａｇ１＞Ｌａｇ３ Ｌａｇ１＜Ｌａｇ３、及び Ｌａｇ１＞Ｌａｇ２、又はＨａｇ１＞Ｈａｇ２ の関係を有するフィルタ。
  20. 【請求項２０】 平均光学厚さＨａｇ１がほぼ０．５から４．０の範囲にあり、
    Ｌａｇ１がほぼ１．０から５．０の範囲にあり、Ｈａｇ２がほぼ０．５から４．
    ０の範囲にあり、Ｌａｇ２がほぼ０．３から１．５の範囲にあり、Ｈａｇ３がほ
    ぼ１．０から５．０の範囲にあり、Ｌａｇ３がほぼ０．２から１．２の範囲にあ
    る請求項１９に記載のフィルタ。
  21. 【請求項２１】 Ｈａｇ１をほぼ２．５とし、Ｌａｇ１をほぼ１．５とし、Ｈａ
    ｇ２をほぼ２．７とし、Ｌａｇ２をほぼ１とし、Ｈａｇ３をほぼ３．６とし、Ｌ
    ａｇ３をほぼ０．６とした請求項２０に記載のフィルタ。
  22. 【請求項２２】 Ｈａｇ１をほぼ１とし、Ｌａｇ１をほぼ３．２とし、Ｈａｇ２
    をほぼ１．４とし、Ｌａｇ２をほぼ０．５とし、Ｈａｇ３をほぼ２．８とし、Ｌ
    ａｇ３をほぼ０．４５とした請求項２０に記載のフィルタ。
  23. 【請求項２３】 Ｈａｇ１をほぼ０．６とし、Ｌａｇ１をほぼ２．１とし、Ｈａ
    ｇ２をほぼ１．８とし、Ｌａｇ２をほぼ０．４とし、Ｈａｇ３をほぼ２とし、Ｌ
    ａｇ３をほぼ０．３とした請求項２０に記載のフィルタ。
  24. 【請求項２４】 Ｈａｇ１をほぼ０．９とし、Ｌａｇ１をほぼ２．６とし、Ｈａ
    ｇ２をほぼ１．１とし、Ｌａｇ２をほぼ０．７とし、Ｈａｇ３をほぼ２．５とし
    、Ｌａｇ３をほぼ０．７とした請求項２０に記載のフィルタ。
  25. 【請求項２５】 ほぼ直線偏光した光をフィルタリングする多層薄膜カラーフィ
    ルタであって、基板上に交互に形成した高屈折率材料の薄膜Ｈ層と低屈折率材料
    の薄膜Ｌ層とを具え、ｎを層の材料の屈折率としｄを層の物理的厚さとした場合
    に各層がｎｄの光学厚さを有し、隣接するＨ層とＬ層とがＨＬ対を構成し、当該
    フィルタがＮ個のＨＬ対を有し、各ＨＬ対がＨ層の光学厚さとＬ層の光学厚さと
    の比率Ｒを有し、平均比率Ｒａ＝Σj （Ｈ／Ｌ）／ｊとし、ｊが２から４までの
    値を有する場合、前記平均比率Ｒａが、第１のＨＬ対からＮ番目のＨＬ対まで増
    加するフィルタ。
  26. 【請求項２６】 前記平均比率Ｒａが、第１のＨＬ対からＮ番目のＨＬ対までに
    おいて、ほぼ０．２５から８の範囲内にある請求項２５に記載のフィルタ。
  27. 【請求項２７】 前記Ｈ層の平均光学厚さＨａが、第１のＨＬ対からＮ番目のＨ
    Ｌ対まで増加し、前記Ｌ層の平均光学厚さＬａが第１のＨＬ対からＮ番目のＨＬ
    対まで減少し、前記平均が２〜４個の層対をとる請求項２５に記載のフィルタ。
  28. 【請求項２８】 前記Ｈａが０．３から４．５の範囲にあり、前記Ｌａが３．５
    〜０．１の範囲にある請求項２５に記載のフィルタ。
  29. 【請求項２９】 白色光源と、前記光源からの光を２個又はそれ以上のカラービ
    ームに分離する手段と、前記カラービームを表示信号に応じて変調する電気−光
    学手段と、変調されたカラービームを表示面上に投射する手段とを具えるカラー
    投射表示装置において、請求項１、１９又は２５のいずれか１項に記載の少なく
    とも１個のダイクロィックフィルタを含むカラー投射表示装置。
JP2000555445A 1998-06-19 1999-06-17 角度依存性の小さいダイクロィックフィルタ Pending JP2002518714A (ja)

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