JP2018124494A - Color combining prism and projector including the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve both a reduction in angle dependence and extension of the width of a reflection band to improve the efficiency in use of light in an actual use form of a projector.SOLUTION: A color combining prism used for a projector comprises a prism base, and a dichroic film that is formed on the prism base and has a reflection band and a transmission band. The dichroic film has a characteristic in which the average reflectance of the reflection band for light made incident on the dichroic film from the prism base side is higher than the average reflectance of the reflection band for light made incident on the dichroic film from the opposite side of the prism base.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、照明光の色分解および投影光の色合成を行う色合成プリズムと、その色合成プリズムを備えたプロジェクタとに関するものである。   The present invention relates to a color composition prism that performs color separation of illumination light and color composition of projection light, and a projector including the color composition prism.

近年、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス;登録商標)などの画像表示素子を複数用いて、スクリーン上に画像を投影するプロジェクタが普及している。このプロジェクタでは、光源から出射される光(白色光)が、照明光学系を介して色合成プリズムに入射し、色合成プリズムにて、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色光に分離され、各画像表示素子に導かれる。各画像表示素子では、入射する各色の照明光が画像データに応じて変調され、投影光として出射される。各色の投影光は、色合成プリズムにて合成され、投影レンズを介してスクリーンに導かれる。これにより、各画像表示素子に表示された画像がスクリーン上に拡大投影される。   In recent years, projectors that project an image on a screen using a plurality of image display elements such as DMD (Digital Micromirror Device; registered trademark) have become widespread. In this projector, light (white light) emitted from the light source enters the color synthesis prism via the illumination optical system, and red (R), green (G), and blue (B) are emitted by the color synthesis prism. Each color light is separated and guided to each image display element. In each image display element, incident illumination light of each color is modulated according to image data and emitted as projection light. The projection light of each color is synthesized by the color synthesis prism and guided to the screen via the projection lens. Thereby, the image displayed on each image display element is enlarged and projected on the screen.

ここで、従来の色合成プリズムについて、より詳細に説明する。図14は、従来の色合成プリズム100の詳細な構成を示す断面図である。なお、図14では、色合成プリズム100における照明光および投影光の正規の光路を二点鎖線で示し、後述する迷光となる光L1およびL2の光路を破線で示す。色合成プリズム100は、第1プリズム101、第2プリズム102および第3プリズム103を有している。第1プリズム101の第2プリズム102側の面には、ダイクロイック膜104Bが形成されており、ダイクロイック膜104Bと第2プリズム102との間には空気層が設けられている。また、第2プリズム102の第3プリズム103側の面には、ダイクロイック膜104Rが形成されており、ダイクロイック膜104Bと第3プリズム103との間には空気層が設けられている。ダイクロイック膜104Bは、B光を反射させ、R光およびG光を透過させるB反射(青反射)ダイクロイック膜である。ダイクロイック膜104Rは、R光を反射させ、B光およびG光を透過させるR反射(赤反射)ダイクロイック膜である。   Here, the conventional color synthesis prism will be described in more detail. FIG. 14 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of a conventional color synthesis prism 100. In FIG. 14, the regular optical paths of illumination light and projection light in the color synthesis prism 100 are indicated by two-dot chain lines, and the optical paths of light L1 and L2 that become stray light described later are indicated by broken lines. The color combining prism 100 includes a first prism 101, a second prism 102, and a third prism 103. A dichroic film 104B is formed on the surface of the first prism 101 on the second prism 102 side, and an air layer is provided between the dichroic film 104B and the second prism 102. A dichroic film 104 </ b> R is formed on the surface of the second prism 102 on the third prism 103 side, and an air layer is provided between the dichroic film 104 </ b> B and the third prism 103. The dichroic film 104B is a B reflection (blue reflection) dichroic film that reflects B light and transmits R light and G light. The dichroic film 104R is an R reflection (red reflection) dichroic film that reflects R light and transmits B light and G light.

上記構成の色合成プリズム100における正規光の光路について説明する。色合成プリズム100に入射した照明光(白色光)は、第1プリズム101を介してダイクロイック膜104Bに入射する。このうち、B光は、ダイクロイック膜104Bで反射され、第1プリズム101の内部で全反射された後、DMD105Bに導かれる。DMD105Bで反射された、画像データONに対応する光(投影光)は、第1プリズム101の内部で全反射された後、ダイクロイック膜104Bに入射し、そこで投影レンズに向かう方向に反射される。   An optical path of regular light in the color combining prism 100 having the above configuration will be described. Illumination light (white light) incident on the color combining prism 100 enters the dichroic film 104B via the first prism 101. Among these, the B light is reflected by the dichroic film 104B, totally reflected inside the first prism 101, and then guided to the DMD 105B. The light (projection light) reflected by the DMD 105B and corresponding to the image data ON is totally reflected inside the first prism 101 and then enters the dichroic film 104B where it is reflected in the direction toward the projection lens.

上記照明光のうち、R光およびG光は、ダイクロイック膜104Bを透過し、第2プリズム102を介してダイクロイック膜104Rに入射する。このうち、R光は、ダイクロイック膜104Rで反射され、第2プリズム102の内部で全反射された後、DMD105Rに導かれる。DMD105Rで反射された、画像データONに対応する光(投影光)は、第2プリズム102の内部で全反射された後、ダイクロイック膜104Rに入射し、そこで投影レンズに向かう方向に反射される。   Of the illumination light, R light and G light are transmitted through the dichroic film 104 </ b> B and enter the dichroic film 104 </ b> R via the second prism 102. Among these, the R light is reflected by the dichroic film 104R, totally reflected inside the second prism 102, and then guided to the DMD 105R. The light (projection light) corresponding to the image data ON reflected by the DMD 105R is totally reflected inside the second prism 102 and then enters the dichroic film 104R where it is reflected in the direction toward the projection lens.

一方、G光は、ダイクロイック膜104Rを透過し、第3プリズム103を介してDMD105Gに導かれる。DMD105Gで反射された、画像データONに対応する光(投影光)は、第3プリズム103、ダイクロイック膜104R、および第2プリズム102を介してダイクロイック膜104Bに入射し、そこでB光およびR光と合成される。そして、合成された各色の投影光は、第1プリズム101を介して投影レンズに向かう方向に導かれる。   On the other hand, the G light passes through the dichroic film 104 </ b> R and is guided to the DMD 105 </ b> G via the third prism 103. Light (projection light) reflected by the DMD 105G and corresponding to the image data ON is incident on the dichroic film 104B via the third prism 103, the dichroic film 104R, and the second prism 102, where B light and R light Synthesized. Then, the combined projection lights of the respective colors are guided in the direction toward the projection lens via the first prism 101.

図15は、ダイクロイック膜104Bの光学特性(入射光の波長と透過率との関係)を示しており、図16は、ダイクロイック膜104Rの光学特性(入射光の波長と透過率との関係)を示している。いずれの図面においても、破線は照明光についての光学特性を示しており、実線は投影光についての光学特性を示している。また、表1は、ダイクロイック膜104Bの膜構成を示しており、表2は、ダイクロイック膜104Rの膜構成を示している。なお、表1中のSubstance M2(メルク社製)は、酸化アルミニウム(Al23)と酸化ランタン(La23)との混合物である。 FIG. 15 shows the optical characteristics (relationship between incident light wavelength and transmittance) of the dichroic film 104B, and FIG. 16 shows the optical characteristics (relationship between incident light wavelength and transmittance) of the dichroic film 104R. Show. In any of the drawings, a broken line indicates an optical characteristic for illumination light, and a solid line indicates an optical characteristic for projection light. Table 1 shows the film configuration of the dichroic film 104B, and Table 2 shows the film configuration of the dichroic film 104R. In addition, Substance M2 (made by Merck) in Table 1 is a mixture of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and lanthanum oxide (La 2 O 3 ).

Figure 2018124494
Figure 2018124494

Figure 2018124494
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上記色合成プリズム100を用いた構成では、照明光と投影光とで、ダイクロイック膜104Bまたはダイクロイック膜104Rに対する入射角度が異なる。例えば、第1プリズム101、第2プリズム102および第3プリズム103の硝材が全てSchott社のBK7(屈折率1.52)に相当する場合、ダイクロイック膜104Bに対する照明光の入射角度は、32.1°であり、投影光の入射角度は、28.5°である。また、ダイクロイック膜104Rに対する照明光の入射角度は、19.1°であり、投影光の入射角度は、11.3°である。このように、同じダイクロイック膜に対して、照明光の入射角度は、投影光の入射角度よりも大きい。   In the configuration using the color synthesizing prism 100, the incident angle with respect to the dichroic film 104B or the dichroic film 104R differs between the illumination light and the projection light. For example, when the glass materials of the first prism 101, the second prism 102, and the third prism 103 all correspond to Schott BK7 (refractive index 1.52), the incident angle of the illumination light with respect to the dichroic film 104B is 32.1. The incident angle of the projection light is 28.5 °. The incident angle of the illumination light with respect to the dichroic film 104R is 19.1 °, and the incident angle of the projection light is 11.3 °. Thus, with respect to the same dichroic film, the incident angle of illumination light is larger than the incident angle of projection light.

誘電体多層膜で構成されるダイクロイック膜104B・104Rに対して入射角度が大きくなると、光学特性が短波長側にシフトする、いわゆるダイクロシフトが起こる。すなわち、図15および図16に示すように、入射角度の相対的に大きい照明光についての光学特性は、入射角度の相対的に小さい投影光についての光学特性よりも短波長側にシフトする。このように、ダイクロイック膜104B・104Rは、入射角度によって光学特性が異なる角度依存性を有するため、実線と破線とで挟まれた波長域の光(反射帯域と透過帯域との間の遷移帯の光)の利用効率が低下するとともに、その光が正規の光とは異なる方向に進行する迷光となって投影画像の画質劣化などの不具合をもたらす。   When the incident angle increases with respect to the dichroic films 104B and 104R formed of the dielectric multilayer film, so-called dichroic shift occurs in which the optical characteristics shift to the short wavelength side. That is, as shown in FIGS. 15 and 16, the optical characteristics of illumination light having a relatively large incident angle shift to the shorter wavelength side than the optical characteristics of projection light having a relatively small incident angle. As described above, since the dichroic films 104B and 104R have an angle dependency in which the optical characteristics differ depending on the incident angle, the light in the wavelength region sandwiched between the solid line and the broken line (the transition band between the reflection band and the transmission band). (Light) utilization efficiency is reduced, and the light becomes stray light that travels in a direction different from that of regular light, leading to problems such as deterioration in image quality of the projected image.

例えば、図14において、照明光に波長490nmの光L1が含まれる場合、光L1は、照明光の入射角度でダイクロイック膜104Bに入射するため、図15の破線の特性に従ってダイクロイック膜104Bで反射されずにそこを透過し、DMD105Gの方向に向かう。そして、DMD105Gで反射された光L1は、投影光の入射角度でダイクロイック膜104Bに入射するため、図15の実線の特性に従ってダイクロイック膜104Bで反射される。その結果、光L1は、正規のB光の光路とは異なる方向に進行する迷光(非正規光)となる。   For example, in FIG. 14, when the illumination light includes light L1 having a wavelength of 490 nm, the light L1 is incident on the dichroic film 104B at the incident angle of the illumination light, and is reflected by the dichroic film 104B according to the characteristics of the broken line in FIG. Without passing through, it goes in the direction of DMD 105G. The light L1 reflected by the DMD 105G is incident on the dichroic film 104B at the incident angle of the projection light, and is reflected by the dichroic film 104B in accordance with the characteristics indicated by the solid line in FIG. As a result, the light L1 becomes stray light (non-regular light) that travels in a direction different from the optical path of the regular B light.

また、例えば、照明光に波長580nmの光L2が含まれる場合、光L2は、照明光の入射角度でダイクロイック膜104Rに入射するため、図16の破線の特性に従ってダイクロイック膜104Rで反射され、DMD105Rに入射する。そして、DMD105Rで反射された光L2は、投影光の入射角度でダイクロイック膜104Rに入射するため、図16の実線の特性に従ってダイクロイック膜104Rを透過して第3プリズム103に入射する。その結果、光L2も、正規のR光の光路とは異なる方向に進行する迷光(非正規光)となる。   Further, for example, when the illumination light includes light L2 having a wavelength of 580 nm, the light L2 is incident on the dichroic film 104R at the incident angle of the illumination light, and is reflected by the dichroic film 104R according to the characteristics of the broken line in FIG. Is incident on. The light L2 reflected by the DMD 105R is incident on the dichroic film 104R at the incident angle of the projection light. Therefore, the light L2 is transmitted through the dichroic film 104R and incident on the third prism 103 in accordance with the solid line characteristics of FIG. As a result, the light L2 also becomes stray light (non-regular light) that travels in a direction different from the optical path of the regular R light.

上記した光利用効率の低下および迷光による投影画像の画質劣化を回避すべく、ダイクロイック膜104B・104Rの角度依存性を小さくするためには、膜の構成材料に屈折率の高い材料を用いるほど有利である。例えば特許文献1では、高屈折率材料と低屈折率材料との交互層よりも、高屈折率材料と中間屈折率材料との交互層のほうが、角度依存性を小さくできることが示されている。   In order to reduce the angle dependency of the dichroic films 104B and 104R in order to avoid the above-described decrease in light use efficiency and deterioration in the image quality of the projected image due to stray light, it is more advantageous to use a material having a higher refractive index as the constituent material of the film. It is. For example, Patent Document 1 shows that an alternating layer of a high-refractive index material and an intermediate refractive index material can reduce the angle dependency compared to an alternating layer of a high-refractive index material and a low-refractive index material.

特許第3679746号公報(段落〔0036〕、〔0038〕等参照)Japanese Patent No. 3679746 (see paragraphs [0036], [0038], etc.)

ところが、上記のようにダイクロイック膜の構成材料の屈折率を高くすると、角度依存性が改善される一方で、反射帯域が狭まり、反射で使用する光の利用効率が低下するという新たな問題が生じることが種々の検討からわかった。例えば、図15の特性を持つダイクロイック膜104Bにおいて、膜の構成材料の屈折率を高くすると、反射帯域の短波長側が長波長側に近づいて反射帯域が狭くなることがわかった。したがって、プロジェクタの実使用形態において、光利用効率を向上させるためには、ダイクロイック膜の角度依存性を低減するとともに、必要な(広い)反射帯域を確保することが必要となる。しかし、角度依存性の低減および反射帯域の広幅化を両立させることができるダイクロイック膜は、未だ提案されていない。   However, when the refractive index of the constituent material of the dichroic film is increased as described above, the angle dependency is improved, but the reflection band is narrowed, and a new problem arises that the utilization efficiency of light used for reflection is lowered. From various studies, it was found out. For example, in the dichroic film 104B having the characteristics shown in FIG. 15, it is found that when the refractive index of the constituent material of the film is increased, the short wavelength side of the reflection band approaches the long wavelength side and the reflection band becomes narrow. Therefore, in order to improve the light utilization efficiency in the actual usage form of the projector, it is necessary to reduce the angle dependency of the dichroic film and to secure a necessary (wide) reflection band. However, a dichroic film that can achieve both reduction of the angle dependency and widening of the reflection band has not been proposed yet.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、プロジェクタの実使用形態において、角度依存性の低減および反射帯域の広幅化を両立させて、光の利用効率を上げることができるダイクロイック膜を有する色合成プリズムと、それを用いたプロジェクタとを提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its purpose is to reduce the angle dependency and widen the reflection band in an actual use form of the projector, thereby improving the light use efficiency. The object is to provide a color synthesizing prism having a dichroic film that can be raised, and a projector using the same.

本発明の一側面に係る色合成プリズムは、プロジェクタに用いられる色合成プリズムであって、プリズム基体と、前記プリズム基体上に形成され、反射帯域と透過帯域とを有するダイクロイック膜とを有し、前記ダイクロイック膜は、前記プリズム基体側から該ダイクロイック膜に入射する光についての前記反射帯域の平均反射率が、前記プリズム基体とは反対側から該ダイクロイック膜に入射する光についての前記反射帯域の平均反射率よりも高い特性を有する。   A color combining prism according to one aspect of the present invention is a color combining prism used in a projector, and includes a prism base and a dichroic film formed on the prism base and having a reflection band and a transmission band. The dichroic film has an average reflectance of the reflection band for light incident on the dichroic film from the prism base side, and an average of the reflection band for light incident on the dichroic film from the side opposite to the prism base. It has characteristics higher than reflectance.

前記ダイクロイック膜は、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した、平均屈折率がn1の第1の交互層と、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した、平均屈折率がn1よりも大きいn2である第2の交互層とを含み、前記第1の交互層および前記第2の交互層は、前記プリズム基体側からこの順で積層されていてもよい。   The dichroic film is formed by alternately laminating a high refractive index material and a low refractive index material, and alternately laminating a first alternating layer having an average refractive index of n1, and a high refractive index material and a low refractive index material. A second alternating layer having an average refractive index n2 larger than n1, and the first alternating layer and the second alternating layer may be laminated in this order from the prism base side.

前記第1の交互層の高屈折率材料の屈折率をnH1、低屈折材料の屈折率をnL1とし、前記第2の交互層の高屈折率材料の屈折率をnH2、低屈折材料の屈折率をnL2としたとき、
(nH1−nL1)/nH1>(nH2−nL2)/nH2
であってもよい。
The refractive index of the high refractive index material of the first alternating layer is nH1, the refractive index of the low refractive material is nL1, the refractive index of the high refractive index material of the second alternating layer is nH2, and the refractive index of the low refractive material. Is nL2,
(NH1-nL1) / nH1> (nH2-nL2) / nH2
It may be.

上記の色合成プリズムにおいて、
nH1=nH2
であってもよい。
In the above color synthesis prism,
nH1 = nH2
It may be.

前記ダイクロイック膜は、青色光の反射帯域を有しており、前記ダイクロイック膜を構成する前記第1の交互層および前記第2の交互層の高屈折率材料が、酸化チタンであってもよい。   The dichroic film has a blue light reflection band, and the high refractive index material of the first alternating layer and the second alternating layer constituting the dichroic film may be titanium oxide.

前記ダイクロイック膜は、赤色光の反射帯域を有しており、前記ダイクロイック膜を構成する前記第1の交互層および前記第2の交互層の高屈折率材料が、酸化ニオブであってもよい。   The dichroic film has a red light reflection band, and the high refractive index material of the first alternating layer and the second alternating layer constituting the dichroic film may be niobium oxide.

前記第1の交互層の低屈折率材料が、酸化アルミニウムであってもよい。   The low refractive index material of the first alternating layer may be aluminum oxide.

前記第2の交互層の低屈折率材料が、酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合材料であってもよい。   The low refractive index material of the second alternating layer may be a mixed material of aluminum oxide and lanthanum oxide.

本発明の他の側面に係るプロジェクタは、上述した色合成プリズムを備えている。   A projector according to another aspect of the present invention includes the color combining prism described above.

上記のプロジェクタは、光源と、複数の色に対応するデジタルマイクロミラーデバイスとをさらに備え、前記色合成プリズムは、前記光源から出射される照明光を各色に分解して各デジタルマイクロミラーデバイスに導く一方、各デジタルマイクロミラーデバイスから出射される投影光を合成して出射する構成であってもよい。   The projector further includes a light source and a digital micromirror device corresponding to a plurality of colors, and the color synthesis prism separates the illumination light emitted from the light source into each color and guides it to each digital micromirror device. On the other hand, the structure which synthesize | combines and radiate | emits the projection light radiate | emitted from each digital micromirror device may be sufficient.

上記のダイクロイック膜の構成によれば、プロジェクタの実使用状態において、プリズム基体側から入射してダイクロイック膜で反射する光の利用効率を上げることができる。特に、ダイクロイック膜において、表側(プリズム基体と接する側)と裏側(プリズム基体とは反対側)とで反射特性が異なるため、例えば、表側では、反射帯域を広く確保する層構成とし、裏側では、角度依存性を低減する層構成を採用することができる。角度依存性を低減することで、反射帯域と透過帯域との間の遷移帯の波長域が狭まるため、透過率が50%となるカットオフ波長付近の光の利用効率が増加する。また、反射帯域を広く確保することにより、反射で使用する光の利用効率を上げることができる。つまり、上記構成によれば、プロジェクタの実使用状態において、角度依存性の低減および反射帯域の広幅化を両立させて、光の利用効率を上げることができる。   According to the configuration of the dichroic film, it is possible to increase the utilization efficiency of light that is incident from the prism substrate side and reflected by the dichroic film in the actual use state of the projector. In particular, in the dichroic film, since the reflection characteristics are different between the front side (side in contact with the prism base) and the back side (side opposite to the prism base), for example, the front side has a layer configuration that ensures a wide reflection band, and on the back side, A layer configuration that reduces the angle dependency can be employed. By reducing the angle dependence, the wavelength band of the transition band between the reflection band and the transmission band is narrowed, so that the utilization efficiency of light near the cutoff wavelength where the transmittance is 50% increases. Further, by ensuring a wide reflection band, the utilization efficiency of light used for reflection can be increased. That is, according to the above configuration, in the actual use state of the projector, it is possible to reduce the angle dependency and widen the reflection band and increase the light use efficiency.

本発明の実施の一形態に係るプロジェクタの概略の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the schematic structure of the projector which concerns on one Embodiment of this invention. 上記プロジェクタのプリズムユニットを拡大して示す説明図である。It is explanatory drawing which expands and shows the prism unit of the said projector. 上記プリズムユニットの色合成プリズムの詳細な構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detailed structure of the color synthesis prism of the said prism unit. 実施例1の青反射ダイクロイック膜の光学特性を示すグラフである。3 is a graph showing optical characteristics of a blue reflective dichroic film of Example 1. 上記青反射ダイクロイック膜に対して投影光の光路で入射する光についての透過率および反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability and reflectance about the light which injects into the optical path of projection light with respect to the said blue reflective dichroic film | membrane. 上記青反射ダイクロイック膜に対して空気側から入射する光についての反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the reflectance about the light which injects from the air side with respect to the said blue reflective dichroic film | membrane. 比較例1の青反射ダイクロイック膜に対して投影光の光路で入射する光についての透過率および反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability and reflectance about the light which injects into the optical path of projection light with respect to the blue reflection dichroic film | membrane of the comparative example 1. 比較例1の青反射ダイクロイック膜に対して空気側から入射する光についての反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the reflectance about the light which injects into the blue reflective dichroic film | membrane of the comparative example 1 from the air side. 実施例2の赤反射ダイクロイック膜の光学特性を示すグラフである。6 is a graph showing optical characteristics of a red reflective dichroic film of Example 2. 上記赤反射ダイクロイック膜に対して投影光の光路で入射する光についての透過率および反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability and reflectance about the light which injects into the optical path of projection light with respect to the said red reflection dichroic film | membrane. 上記赤反射ダイクロイック膜に対して空気側から入射する光についての反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the reflectance about the light which injects from the air side with respect to the said red reflection dichroic film | membrane. 比較例2の赤反射ダイクロイック膜に対して投影光の光路で入射する光についての透過率および反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability and reflectance about the light which injects with the optical path of projection light with respect to the red reflection dichroic film | membrane of the comparative example 2. 比較例2の赤反射ダイクロイック膜に対して空気側から入射する光についての反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the reflectance about the light which injects into the red reflection dichroic film | membrane of the comparative example 2 from the air side. 従来の色合成プリズムの詳細な構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detailed structure of the conventional color synthesis prism. 上記色合成プリズムの青反射ダイクロイック膜の光学特性を示すグラフである。It is a graph which shows the optical characteristic of the blue reflective dichroic film | membrane of the said color synthesis prism. 上記色合成プリズムの赤反射ダイクロイック膜の光学特性を示すグラフである。It is a graph which shows the optical characteristic of the red reflection dichroic film | membrane of the said color synthesis prism.

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をa〜bと表記した場合、その数値範囲に下限aおよび上限bの値は含まれるものとする。また、本発明は、以下の内容に限定されるものではない。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in this specification, when a numerical range is described as ab, the value of the lower limit a and the upper limit b shall be included in the numerical range. The present invention is not limited to the following contents.

(プロジェクタについて)
図1は、本実施形態のプロジェクタ10の概略の構成を示す説明図である。プロジェクタ10は、光源1と、照明光学系2と、プリズムユニット3と、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス)4と、投影レンズ5とを有している。DMD4は、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色に対応するDMD4R、DMD4G、DMD4B(図3参照)で構成されている。
(About the projector)
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a projector 10 according to the present embodiment. The projector 10 includes a light source 1, an illumination optical system 2, a prism unit 3, a DMD (digital micromirror device) 4, and a projection lens 5. The DMD 4 is composed of DMD 4R, DMD 4G, and DMD 4B (see FIG. 3) corresponding to each color of red (R), green (G), and blue (B).

光源1は、各DMD4を照明する光(照明光)を出射するものであり、発光部11と、リフレクタ12とで構成されている。発光部11は、例えば白色光を発光する放電ランプで構成されている。リフレクタ12は、発光部11から出射される光を反射させて照明光学系2に導く反射板であり、回転楕円面の反射面を有している。上記の発光部11は、リフレクタ12の一方の焦点位置に配置されている。   The light source 1 emits light (illumination light) that illuminates each DMD 4, and includes a light emitting unit 11 and a reflector 12. The light emitting unit 11 is constituted by, for example, a discharge lamp that emits white light. The reflector 12 is a reflecting plate that reflects light emitted from the light emitting unit 11 and guides it to the illumination optical system 2 and has a spheroidal reflecting surface. The light emitting unit 11 is disposed at one focal position of the reflector 12.

照明光学系2は、光源1からの光を各DMD4に導くための光学系であり、ロッドインテグレータ21と、照明リレー系22と、ミラー23とを有している。ロッドインテグレータ21は、光源1からの光の光量分布を均一化して出射する。照明リレー系22は、ロッドインテグレータ21の光出射面の像をリレーして各DMD4に投影することにより、各DMD4を均一に照明する。この照明リレー系22は、複数のレンズで構成されている。複数のレンズによってロッドインテグレータ21からの光を集光することにより、上記光の利用効率を向上させることができる。ミラー23は、照明リレー系22から出射される光を反射させてプリズムユニット3に導く。   The illumination optical system 2 is an optical system for guiding light from the light source 1 to each DMD 4, and includes a rod integrator 21, an illumination relay system 22, and a mirror 23. The rod integrator 21 emits light with a uniform light quantity distribution from the light source 1. The illumination relay system 22 uniformly illuminates each DMD 4 by relaying and projecting the image of the light exit surface of the rod integrator 21 onto each DMD 4. The illumination relay system 22 is composed of a plurality of lenses. The light utilization efficiency can be improved by condensing the light from the rod integrator 21 with a plurality of lenses. The mirror 23 reflects the light emitted from the illumination relay system 22 and guides it to the prism unit 3.

図2は、プリズムユニット3を拡大して示す説明図である。プリズムユニット3は、TIRプリズム31と、色合成プリズム32とを有している。TIRプリズム31は、照明光学系2から入射する照明光を全反射させる一方、各DMD4からの画像光(投影光)を透過させる全反射プリズム(臨界角プリズム)であり、2つのプリズム31a・31bを、空気層を介して貼り合わせて構成されている。TIRプリズム31によって照明光の光路を折り曲げることにより、プロジェクタ10をコンパクトに構成することができる。なお、図2では、例として、DMD4Gに入射する照明光およびDMD4Gから出射される投影光の光路のみを示している。   FIG. 2 is an explanatory view showing the prism unit 3 in an enlarged manner. The prism unit 3 includes a TIR prism 31 and a color synthesis prism 32. The TIR prism 31 is a total reflection prism (critical angle prism) that totally reflects the illumination light incident from the illumination optical system 2 and transmits the image light (projection light) from each DMD 4, and includes two prisms 31 a and 31 b. Are bonded together via an air layer. By bending the optical path of the illumination light by the TIR prism 31, the projector 10 can be configured compactly. In FIG. 2, only the optical paths of illumination light incident on DMD 4G and projection light emitted from DMD 4G are shown as an example.

色合成プリズム32は、TIRプリズム31からの光を、RGB各色光に分離して各DMD4に導くとともに、各DMD4からの反射光(投影光)を同一光路に合成する。なお、色合成プリズム32の詳細については後述する。TIRプリズム31および色合成プリズム32は、図示しない固定部材に接着剤を介して固定され、一体的に保持されている。   The color synthesis prism 32 separates the light from the TIR prism 31 into RGB color lights and guides them to each DMD 4 and synthesizes the reflected light (projection light) from each DMD 4 into the same optical path. Details of the color synthesis prism 32 will be described later. The TIR prism 31 and the color combining prism 32 are fixed to a fixing member (not shown) via an adhesive and are held integrally.

各色に対応するDMD4は、入射光を変調して画像を表示する画像表示素子である。より詳しくは、DMD4は、各画素に対応する複数の微小ミラーをマトリクス状に有しており、画像データに応じて各微小ミラーを回動させることにより、画像データONに対応する投影光を投影レンズ5に向かう方向に反射させ、画像データOFFに対応する光を、投影レンズ5に向かう方向から逸れるように反射させる。   The DMD 4 corresponding to each color is an image display element that displays an image by modulating incident light. More specifically, the DMD 4 has a plurality of micromirrors corresponding to each pixel in a matrix, and projects projection light corresponding to the image data ON by rotating each micromirror according to the image data. The light corresponding to the image data OFF is reflected so as to deviate from the direction toward the projection lens 5.

上記の構成において、光源1から出射された光は、照明光学系2を介してプリズムユニット3のTIRプリズム31に入射し、TIRプリズム31のプリズム31aの内部で全反射された後、色合成プリズム32に入射し、そこでRGBの各色光に分解される。各色光は、対応するDMD4に入射し、そこで画像データに応じて変調される。各DMD4から出射される投影光(画像データONに対応する光)は、色合成プリズム32に入射し、そこで合成された後、TIRプリズム31(プリズム31a・31b)を透過し、投影レンズ5を介して被投影面(例えばスクリーン)に導かれる。これにより、各DMD4に表示された各色の画像が合成され、被投影面上に拡大投影される。なお、被投影面は、壁であってもよい。   In the above configuration, the light emitted from the light source 1 enters the TIR prism 31 of the prism unit 3 via the illumination optical system 2, is totally reflected inside the prism 31a of the TIR prism 31, and then is a color synthesis prism. 32, where it is decomposed into RGB color lights. Each color light enters the corresponding DMD 4 where it is modulated according to the image data. Projection light (light corresponding to the image data ON) emitted from each DMD 4 is incident on the color synthesis prism 32, synthesized there, and then transmitted through the TIR prism 31 (prisms 31 a and 31 b), through the projection lens 5. Through the projection surface (for example, a screen). As a result, the images of the respective colors displayed on the DMDs 4 are combined and enlarged and projected onto the projection surface. Note that the projection surface may be a wall.

(色合成プリズムの詳細)
次に、上記の色合成プリズム32の詳細について説明する。図3は、色合成プリズム32の詳細な構成を示す断面図である。色合成プリズム32は、いわゆるフィリップスタイプの色合成プリズムであり、第1プリズム61、第2プリズム62および第3プリズム63を有している。第1プリズム61、第2プリズム62および第3プリズム63は、いずれもガラスからなるプリズム基体であり、例えばSchott社のBK7(屈折率1.52)で構成されている。
(Details of color composition prism)
Next, details of the color combining prism 32 will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the color synthesis prism 32. The color combining prism 32 is a so-called Philips type color combining prism, and includes a first prism 61, a second prism 62, and a third prism 63. The first prism 61, the second prism 62, and the third prism 63 are all prism bases made of glass, and are made of, for example, BK7 (refractive index 1.52) manufactured by Schott.

第1プリズム61の第2プリズム62側の面には、ダイクロイック膜64Bが形成されており、ダイクロイック膜64Bと第2プリズム62との間には空気層が設けられている。また、第2プリズム62の第3プリズム63側の面には、ダイクロイック膜64Rが形成されており、ダイクロイック膜64Bと第3プリズム63との間には空気層が設けられている。ダイクロイック膜64Bは、B光を反射させ、R光およびG光を透過させる特性を有し、ダイクロイック膜64Rは、R光を反射させ、B光およびG光を透過させる特性を有している。つまり、いずれのダイクロイック膜64B・64Rにおいても、反射帯域と透過帯域とを有している。なお、以下では、B光を反射するダイクロイック膜のことを、B反射(青反射)ダイクロイック膜とも称し、R光を反射するダイクロイック膜のことを、R反射(赤反射)ダイクロイック膜とも称する。   A dichroic film 64 </ b> B is formed on the surface of the first prism 61 on the second prism 62 side, and an air layer is provided between the dichroic film 64 </ b> B and the second prism 62. A dichroic film 64R is formed on the surface of the second prism 62 on the third prism 63 side, and an air layer is provided between the dichroic film 64B and the third prism 63. The dichroic film 64B has characteristics of reflecting B light and transmitting R light and G light, and the dichroic film 64R has characteristics of reflecting R light and transmitting B light and G light. That is, both dichroic films 64B and 64R have a reflection band and a transmission band. Hereinafter, a dichroic film that reflects B light is also referred to as a B reflection (blue reflection) dichroic film, and a dichroic film that reflects R light is also referred to as an R reflection (red reflection) dichroic film.

上記構成の色合成プリズム32における正規光の光路について説明する。色合成プリズム32に入射した照明光(白色光)は、第1プリズム61を介してダイクロイック膜64Bに入射する。このうち、B光は、ダイクロイック膜64Bで反射され、第1プリズム61の内部で全反射された後、DMD4Bに導かれる。DMD4Bで反射された、画像データONに対応する光(投影光)は、第1プリズム61の内部で全反射された後、ダイクロイック膜64Bに入射し、そこで投影レンズ5に向かう方向に反射される。   The optical path of regular light in the color combining prism 32 having the above configuration will be described. The illumination light (white light) incident on the color combining prism 32 enters the dichroic film 64B via the first prism 61. Among these, the B light is reflected by the dichroic film 64B, totally reflected inside the first prism 61, and then guided to the DMD 4B. The light (projection light) corresponding to the image data ON reflected by the DMD 4B is totally reflected inside the first prism 61 and then enters the dichroic film 64B where it is reflected in the direction toward the projection lens 5. .

上記照明光のうち、R光およびG光は、ダイクロイック膜64Bを透過し、第2プリズム62を介してダイクロイック膜64Rに入射する。このうち、R光は、ダイクロイック膜64Rで反射され、第2プリズム62の内部で全反射された後、DMD4Rに導かれる。DMD4Rで反射された、画像データONに対応する光(投影光)は、第2プリズム62の内部で全反射された後、ダイクロイック膜64Rに入射し、そこで投影レンズ5に向かう方向に反射される。   Of the illumination light, R light and G light are transmitted through the dichroic film 64 </ b> B and enter the dichroic film 64 </ b> R via the second prism 62. Among these, the R light is reflected by the dichroic film 64R, totally reflected inside the second prism 62, and then guided to the DMD 4R. The light (projection light) corresponding to the image data ON reflected by the DMD 4R is totally reflected inside the second prism 62 and then enters the dichroic film 64R where it is reflected in the direction toward the projection lens 5. .

一方、G光は、ダイクロイック膜64Rを透過し、第3プリズム63を介してDMD4Gに導かれる。DMD4Gで反射された、画像データONに対応する光(投影光)は、第3プリズム63、ダイクロイック膜64R、および第2プリズム62を介してダイクロイック膜64Bに入射し、そこでB光およびR光と合成される。そして、合成された各色の投影光は、第1プリズム61を介して投影レンズ5に向かう方向に導かれる。   On the other hand, the G light passes through the dichroic film 64R and is guided to the DMD 4G via the third prism 63. The light (projection light) reflected by the DMD 4G and corresponding to the image data ON is incident on the dichroic film 64B via the third prism 63, the dichroic film 64R, and the second prism 62, where B light and R light Synthesized. Then, the combined projection light of each color is guided to the projection lens 5 through the first prism 61.

ここで、ダイクロイック膜64B・64Rに対する照明光および投影光の各入射角度は、図14の構成で示した従来の色合成プリズム100におけるダイクロイック膜104B・104Rに対する照明光および投影光の各入射角度と同じである。具体的には、ダイクロイック膜64Bに対する照明光の入射角度は、プリズム基体(BK7)側からの入射で32.1°(空気層側からの入射では53.8°)であり、投影光の入射角度は、プリズム基体(BK7)側からの入射で28.5°(空気層側からの入射では46.4°)である。また、ダイクロイック膜64Bに対する照明光の入射角度は、プリズム基体(BK7)側からの入射で19.1°(空気層側からの入射では29.8°)であり、投影光の入射角度は、プリズム基体(BK7)側からの入射で11.3°(空気層側からの入射では17.2°である。   Here, the incident angles of the illumination light and the projection light with respect to the dichroic films 64B and 64R are the incident angles of the illumination light and the projection light with respect to the dichroic films 104B and 104R in the conventional color synthesis prism 100 shown in the configuration of FIG. The same. Specifically, the incident angle of the illumination light with respect to the dichroic film 64B is 32.1 ° when incident from the prism base (BK7) side (53.8 ° when incident from the air layer side), and the incident light of the projection light is incident The angle is 28.5 ° when incident from the prism base (BK7) side (46.4 ° when incident from the air layer side). The incident angle of the illumination light to the dichroic film 64B is 19.1 ° when incident from the prism base (BK7) side (29.8 ° when incident from the air layer side), and the incident angle of the projection light is 11.3 ° when incident from the prism base (BK7) side (17.2 ° when incident from the air layer side).

このように、照明光と投影光とでダイクロイック膜64B・64Rに対する入射角度が異なるため、ダイクロイック膜64B・64Rは、前述した角度依存性を有しており、その結果、図14で示したような迷光となる非正規光が生じる。つまり、照明光の入射角度では反射されず、投影光の入射角度では反射される光L1や、照明光の入射角度では反射されるが、投影光の入射角度では反射されない光L2が生じる。しかし、本実施形態では、以下に示すようなダイクロイック膜64B・64Rの膜構成を採用することにより、ダイクロイック膜64B・64Rの角度依存性を低減し、これによって、迷光となる非正規光を減らして投影画像の画質劣化を回避している。   As described above, since the incident angles with respect to the dichroic films 64B and 64R are different between the illumination light and the projection light, the dichroic films 64B and 64R have the angle dependency described above, and as a result, as shown in FIG. Non-regular light is generated as stray light. That is, light L1 that is not reflected at the incident angle of the illumination light but reflected at the incident angle of the projection light, or light L2 that is reflected at the incident angle of the illumination light but not reflected at the incident angle of the projection light is generated. However, in the present embodiment, by adopting the film configuration of the dichroic films 64B and 64R as described below, the angle dependency of the dichroic films 64B and 64R is reduced, thereby reducing non-regular light that becomes stray light. This avoids degradation of the projected image quality.

以下、ダイクロイック膜64Bの詳細について、実施例1として説明し、ダイクロイック膜64Rの詳細について、実施例2として説明する。なお、実施例1および2との比較のため、比較例についても併せて説明する。   Hereinafter, details of the dichroic film 64B will be described as Example 1, and details of the dichroic film 64R will be described as Example 2. For comparison with Examples 1 and 2, a comparative example will also be described.

(実施例1)
表3は、実施例1のダイクロイック膜64Bの層構成を示している。ダイクロイック膜64Bは、第1の交互層G1と、第2の交互層G2とを含んでいる。第1の交互層G1および第2の交互層G2は、プリズム基体側(第1プリズム61側)からこの順で積層されている。なお、表3中のM3は、後述するSubstance M3を指す。
Example 1
Table 3 shows the layer structure of the dichroic film 64B of Example 1. The dichroic film 64B includes a first alternating layer G1 and a second alternating layer G2. The first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 are stacked in this order from the prism base side (first prism 61 side). Note that M3 in Table 3 indicates Substance M3 described later.

Figure 2018124494
Figure 2018124494

第1の交互層G1は、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した、平均屈折率がn1の交互層であり、表3では、第1層〜第26層の領域に対応している。第1の交互層G1において、上記高屈折率材料としては、屈折率が2.36の酸化チタン(TiO2)を用いており、上記低屈折率材料としては、屈折率が1.63の酸化アルミニウム(Al23)を用いている。 The first alternating layer G1 is an alternating layer having an average refractive index of n1 in which high refractive index materials and low refractive index materials are alternately stacked. In Table 3, the first alternating layer G1 corresponds to the first to 26th layer regions. doing. In the first alternating layer G1, titanium oxide (TiO 2 ) having a refractive index of 2.36 is used as the high refractive index material, and an oxide having a refractive index of 1.63 is used as the low refractive index material. Aluminum (Al 2 O 3 ) is used.

第2の交互層G2は、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した、平均屈折率がn2の交互層であり、表3では、第27層〜第64層の領域に対応している。第2の交互層G2において、上記高屈折率材料としては、屈折率が2.36の酸化チタン(TiO2)を用いており、上記低屈折率材料としては、屈折率が1.84のSubstance M3(メルク社製)を用いている。なお、Substance M3は、酸化アルミニウム(Al23)と酸化ランタン(La23)との混合材料である。 The second alternating layer G2 is an alternating layer having an average refractive index of n2 in which high-refractive index materials and low-refractive index materials are alternately stacked. In Table 3, it corresponds to the regions of the 27th to 64th layers. doing. In the second alternating layer G2, titanium oxide (TiO 2 ) having a refractive index of 2.36 is used as the high refractive index material, and Substance having a refractive index of 1.84 is used as the low refractive index material. M3 (Merck) is used. Substance M3 is a mixed material of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and lanthanum oxide (La 2 O 3 ).

表4は、第1の交互層G1および第2の交互層G2の各平均屈折率を示している。なお、本明細書において、「平均屈折率」とは、交互層を構成する各層の屈折率の単純平均ではなく、各層の膜厚(物理膜厚)を考慮した平均屈折率、つまり、屈折率の重み付き平均である。具体的には、平均屈折率は、以下の式によって算出される。なお、膜厚の単位はnmである。
平均屈折率={各層の光学膜厚(=物理膜厚×屈折率)の総和}/{各層の全膜厚(物理膜厚)}
Table 4 shows the average refractive indexes of the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2. In this specification, the “average refractive index” is not a simple average of the refractive indexes of the layers constituting the alternating layers, but an average refractive index in consideration of the film thickness (physical film thickness) of each layer, that is, the refractive index. Is a weighted average of Specifically, the average refractive index is calculated by the following formula. The unit of film thickness is nm.
Average refractive index = {total film thickness of each layer (= physical film thickness × refractive index)} / {total film thickness of each layer (physical film thickness)}

Figure 2018124494
Figure 2018124494

表4に示すように、第1の交互層G1の平均屈折率n1は、1.91であり、第2の交互層G2の平均屈折率n2は、2.17である。つまり、第2の交互層G2の平均屈折率n2は、第1の交互層G1の平均屈折率n1よりも大きい。   As shown in Table 4, the average refractive index n1 of the first alternating layer G1 is 1.91, and the average refractive index n2 of the second alternating layer G2 is 2.17. That is, the average refractive index n2 of the second alternating layer G2 is larger than the average refractive index n1 of the first alternating layer G1.

図4は、表3で示した層構成のダイクロイック膜64Bの光学特性(入射光の波長と透過率との関係)を示している。ダイクロイック膜64Bは、屈折率が2.36の高屈折率材料(TiO2)と、屈折率が1.84でやや高めの低屈折率材料(Substance M3)とを交互に積層した第2の交互層G2を含んでいる。このため、図15で示した従来のB反射ダイクロイック膜の光学特性と比較すると、破線と実線との間の波長域(反射帯域と透過帯域との間の遷移帯)が狭まっており、角度依存性が低減されていることがわかる。 FIG. 4 shows the optical characteristics (relation between the wavelength of incident light and the transmittance) of the dichroic film 64B having the layer structure shown in Table 3. The dichroic film 64B is a second alternating layer in which a high refractive index material (TiO 2 ) having a refractive index of 2.36 and a low refractive index material (Substance M3) having a refractive index of 1.84 are slightly higher. Layer G2 is included. For this reason, compared with the optical characteristics of the conventional B reflection dichroic film shown in FIG. 15, the wavelength range between the broken line and the solid line (the transition band between the reflection band and the transmission band) is narrowed and is angle-dependent. It can be seen that the property is reduced.

しかも、ダイクロイック膜64Bが、第2の交互層G2に加えて、第2の交互層G2よりも平均屈折率が低い第1の交互層G1を含んでおり、第1の交互層G1が第2の交互層G2よりもプリズム基体側(第1プリズム61)側に位置しているため、プリズム基体側から入射する光を、第2の交互層G2よりも先に第1の交互層G1によって反射させてDMD4Bに導くことができる。これにより、平均屈折率が高いことによって反射帯域が狭まるという第2の交互層G2の影響(デメリット)を低減しながら、平均屈折率の低い第1の交互層G1によって必要な(広い)反射帯域を確保することが可能となる。このことは、図4における波長400〜420nmあたりの光学特性が、図15における同じ帯域の光学特性よりも改善されていることからも容易に理解できる。   In addition to the second alternating layer G2, the dichroic film 64B includes the first alternating layer G1 having an average refractive index lower than that of the second alternating layer G2, and the first alternating layer G1 is the second alternating layer G1. Because it is located on the prism base side (first prism 61) side with respect to the alternating layer G2, the light incident from the prism base side is reflected by the first alternating layer G1 prior to the second alternating layer G2. To the DMD 4B. Thereby, while reducing the influence (demerit) of the second alternating layer G2 that the reflection band is narrowed by the high average refractive index, the necessary (wide) reflection band is required by the first alternating layer G1 having a low average refractive index. Can be secured. This can be easily understood from the fact that the optical characteristics in the wavelength range of 400 to 420 nm in FIG. 4 are improved compared to the optical characteristics in the same band in FIG.

また、図5は、実施例1のダイクロイック膜64Bに対して投影光の光路で入射する光(第1プリズム61側から入射する光)についての透過率および反射率を示しており、図6は、実施例1のダイクロイック膜64Bに対して空気側(第1プリズム61とは反対側)から入射する光についての反射率を示している。表5は、図5および図6の光学特性を有する実施例1のダイクロイック膜64Bの反射帯域(例えば波長420〜480nm)の平均反射率を示している。   FIG. 5 shows the transmittance and reflectance of light (light entering from the first prism 61 side) incident on the optical path of the projection light with respect to the dichroic film 64B of the first embodiment. The reflectance with respect to the light incident from the air side (the side opposite to the first prism 61) with respect to the dichroic film 64B of the first embodiment is shown. Table 5 shows the average reflectance of the reflection band (for example, a wavelength of 420 to 480 nm) of the dichroic film 64B of Example 1 having the optical characteristics shown in FIGS.

Figure 2018124494
Figure 2018124494

実施例1のダイクロイック膜64Bが上述した層構成(プリズム基体上に第1の交互層G1および第2の交互層G2をこの順で積層した構成)を備えている結果、表5に示すように、ダイクロイック膜64Bは、プリズム基体(第1プリズム61)側からダイクロイック膜64Bに入射する光についての反射帯域の平均反射率が、プリズム基体(第1プリズム61)とは反対側(空気側)からダイクロイック膜64Bに入射する光についての反射帯域の平均反射率よりも高い特性となっている。これは、以下の理由によるものと考えられる。   As shown in Table 5, the dichroic film 64B of Example 1 has the above-described layer configuration (a configuration in which the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 are stacked in this order on the prism base). The dichroic film 64B has an average reflectance of a reflection band for light incident on the dichroic film 64B from the prism base (first prism 61) side from the side (air side) opposite to the prism base (first prism 61). The characteristic is higher than the average reflectance of the reflection band for the light incident on the dichroic film 64B. This is considered to be due to the following reasons.

交互層の平均屈折率が大きくなると、膜厚の増大によって交互層での光の吸収損失も大きくなる。したがって、第1の交互層G1よりも先に、平均屈折率の大きい第2の交互層G2に入射する光(プリズム基体とは反対側から入射する光)については、第2の交互層G2による光の吸収損失が大きくなり、入射光の波長に応じて反射率の低下が起こる(図6の反射帯域参照)。その結果、反射帯域の平均反射率が低下する(表5参照)。しかし、投影光の光路で入射する光については、第2の交互層G2よりも先に第1の交互層G1に入射するため、第2の交互層G2での光の吸収損失が抑えられ、結果として、反射帯域の平均反射率の低下が抑えられる(図5、表5参照)。   As the average refractive index of the alternating layers increases, the absorption loss of light in the alternating layers also increases as the film thickness increases. Therefore, light incident on the second alternating layer G2 having a large average refractive index prior to the first alternating layer G1 (light incident from the side opposite to the prism base) is generated by the second alternating layer G2. Absorption loss of light increases, and the reflectance decreases according to the wavelength of incident light (see the reflection band in FIG. 6). As a result, the average reflectance of the reflection band decreases (see Table 5). However, since the light incident on the optical path of the projection light is incident on the first alternating layer G1 before the second alternating layer G2, the light absorption loss in the second alternating layer G2 is suppressed, As a result, a decrease in the average reflectance of the reflection band is suppressed (see FIG. 5 and Table 5).

なお、図6で示すように、実施例1のダイクロイック膜64Bが、空気側から入射する光について反射帯域(B光)での平均反射率が低下する特性であっても、空気側からダイクロイック膜64Bに入射する光(例えばR光やG光)は、ダイクロイック膜64Bを透過して投影レンズ5に向かう方向に導かれ、上記反射帯域は利用されないため、問題となることはない。   As shown in FIG. 6, even if the dichroic film 64B of the first embodiment has a characteristic that the average reflectance in the reflection band (B light) decreases with respect to light incident from the air side, the dichroic film from the air side. Light incident on 64B (for example, R light or G light) is transmitted through the dichroic film 64B and guided in the direction toward the projection lens 5, and the reflection band is not used, so there is no problem.

以上より、実施例1のダイクロイック膜64Bは、以下のように表現することができ、これによって以下の効果を奏すると言うことができる。すなわち、実施例1のダイクロイック膜64Bは、プリズム基体からダイクロイック膜64Bに入射する光についての反射帯域の平均反射率が、プリズム基体とは反対側からダイクロイック膜64Bに入射する光についての反射帯域の平均反射率よりも高い特性を有している(図5、図6の破線のグラフ参照)。これにより、上述したように、ダイクロイック膜64Bにおいて、表側(プリズム基体側)では、反射帯域を広く確保する層構成を採用し、裏側では、角度依存性を低減する層構成を採用して、全体として光の利用効率を向上させることができる。   From the above, it can be said that the dichroic film 64B of Example 1 can be expressed as follows, and thereby has the following effects. That is, the dichroic film 64B of the first embodiment has an average reflectance of a reflection band for light incident on the dichroic film 64B from the prism base, and a reflection band for light incident on the dichroic film 64B from the opposite side of the prism base. It has characteristics higher than the average reflectance (see the broken line graphs in FIGS. 5 and 6). Thus, as described above, in the dichroic film 64B, the front side (prism substrate side) adopts a layer configuration that ensures a wide reflection band, and the back side adopts a layer configuration that reduces the angle dependency. As a result, the light use efficiency can be improved.

より詳しくは、ダイクロイック膜64Bの裏側の層構成によって角度依存性を低減することにより、反射帯域と透過帯域との間の遷移帯の波長域が狭まるため、透過率が50%となるカットオフ波長付近の光の利用効率を向上させることができる。つまり、遷移帯が狭まることによって、図14で示したような迷光(非正規光)、すなわち、投影光の入射角度では反射されるが、照明光の入射角度では反射されない光L1を低減できるため、光の利用効率を向上させることができる。また、迷光の低減により、投影画像の画質劣化を回避することもできる。   More specifically, the wavelength dependence of the transition band between the reflection band and the transmission band is narrowed by reducing the angle dependency by the layer structure on the back side of the dichroic film 64B, so that the cutoff wavelength at which the transmittance is 50%. The utilization efficiency of light in the vicinity can be improved. That is, by narrowing the transition band, stray light (non-regular light) as shown in FIG. 14, that is, light L1 that is reflected at the incident angle of the projection light but not reflected at the incident angle of the illumination light can be reduced. , Light utilization efficiency can be improved. In addition, image quality degradation of the projected image can be avoided by reducing stray light.

また、ダイクロイック膜64Bの表側の層構成によって反射帯域を広く確保することにより、ダイクロイック膜64Bでの反射で使用する光の利用効率を上げることができる。したがって、プロジェクタ10の実使用状態において、角度依存性の低減および反射帯域の広幅化を両立させて、光の利用効率を向上させることができる。しかも、図5、図6の破線で示した特性により、平均屈折率の高い第2の交互層G2による光の吸収損失を抑えることができるため、この点でも、光の利用効率を向上させることができる。   Further, by ensuring a wide reflection band by the front side layer structure of the dichroic film 64B, it is possible to increase the utilization efficiency of light used for reflection at the dichroic film 64B. Therefore, in the actual use state of the projector 10, it is possible to improve the light use efficiency by reducing both the angle dependency and widening the reflection band. Furthermore, the light absorption loss due to the second alternating layer G2 having a high average refractive index can be suppressed by the characteristics shown by the broken lines in FIGS. 5 and 6, so that the light utilization efficiency can be improved also in this respect. Can do.

(比較例1)
次に、実施例1との比較のため、比較例1のB反射ダイクロイック膜について説明する。比較例1のB反射ダイクロイック膜では、第1の交互層G1および第2の交互層G2の構成材料(高屈折率材料および低屈折率材料)は実施例1のダイクロイック膜64Bと同じであるが、第1の交互層G1および第2の交互層G2の配置が実施例1のダイクロイック膜64Bと異なっている。すなわち、比較例1のB反射ダイクロイック膜は、プリズム基体(第1プリズム61)側から、第2の交互層G2および第1の交互層G1をこの順で積層して構成されている。ただし、第2の交互層G2および第1の交互層G1を構成する各層の膜厚は最適化している。
(Comparative Example 1)
Next, for comparison with Example 1, the B reflective dichroic film of Comparative Example 1 will be described. In the B reflective dichroic film of Comparative Example 1, the constituent materials (high refractive index material and low refractive index material) of the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 are the same as those of the dichroic film 64B of Example 1. The arrangement of the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 is different from the dichroic film 64B of the first embodiment. That is, the B reflective dichroic film of Comparative Example 1 is configured by laminating the second alternating layer G2 and the first alternating layer G1 in this order from the prism base (first prism 61) side. However, the film thickness of each layer constituting the second alternating layer G2 and the first alternating layer G1 is optimized.

表6は、比較例1のB反射ダイクロイック膜の層構成を示しており、表7は、比較例1のB反射ダイクロイック膜の第1の交互層G1および第2の交互層G2の各平均屈折率を示している。   Table 6 shows the layer structure of the B reflective dichroic film of Comparative Example 1, and Table 7 shows the average refraction of the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 of the B reflective dichroic film of Comparative Example 1. Shows the rate.

Figure 2018124494
Figure 2018124494

Figure 2018124494
Figure 2018124494

また、図7は、比較例1のB反射ダイクロイック膜に対して投影光の光路で入射する光(第1プリズム61側から入射する光)についての透過率および反射率を示しており、図8は、比較例1のB反射ダイクロイック膜に対して空気側(第1プリズム61とは反対側)から入射する光についての反射率を示している。また、表8は、図7および図8の光学特性を有する比較例1のB反射ダイクロイック膜の反射帯域(例えば波長420〜480nm)の平均反射率を示している。   FIG. 7 shows the transmittance and reflectance of light incident on the B reflection dichroic film of Comparative Example 1 through the optical path of the projection light (light incident from the first prism 61 side). These show the reflectance with respect to the light incident from the air side (the side opposite to the first prism 61) with respect to the B reflective dichroic film of Comparative Example 1. Table 8 shows the average reflectance of the reflection band (for example, a wavelength of 420 to 480 nm) of the B reflective dichroic film of Comparative Example 1 having the optical characteristics shown in FIGS.

Figure 2018124494
Figure 2018124494

比較例1のB反射ダイクロイック膜は、第1プリズム61側からB反射ダイクロイック膜に入射する光についての反射帯域の平均反射率が、空気側からB反射ダイクロイック膜に入射する光についての反射帯域の平均反射率よりも低い特性となっている。これは、投影光の光路で入射する光(第1プリズム61側から入射する光)については、第1の交互層G1よりも先に、平均屈折率の高い第2の交互層G2に入射するため、第2の交互層G2での光の吸収損失によって、入射光の波長に応じた反射率の低下が起こり(図7参照)、その結果、反射帯域の平均反射率が低下することによると考えられる(表8参照)。   In the B reflection dichroic film of Comparative Example 1, the average reflectance of the reflection band for the light incident on the B reflection dichroic film from the first prism 61 side is the reflection band for the light incident on the B reflection dichroic film from the air side. The characteristic is lower than the average reflectance. This is because light incident on the optical path of the projection light (light incident from the first prism 61 side) is incident on the second alternating layer G2 having a high average refractive index prior to the first alternating layer G1. Therefore, due to the absorption loss of light in the second alternating layer G2, the reflectivity decreases according to the wavelength of the incident light (see FIG. 7), and as a result, the average reflectivity of the reflection band decreases. Possible (see Table 8).

以上の実施例1および比較例1の結果から、以下の結論が得られる。すなわち、B反射ダイクロイック膜において、角度依存性の低減および反射帯域の広幅化を実現すべく、2種の交互層(第1の交互層G1、第2の交互層G2)を採用するにあたって、これらの交互層の配置を適切に設定しないと(比較例1のように、プリズム基体側から第2の交互層G2および第1の交互層G1をこの順で積層したのでは)、第2の交互層G2での光の吸収損失によって反射帯域の平均反射率が低下し、光の利用効率が低下する。したがって、2種の交互層を用いてB反射ダイクロイック膜を構成し、光の利用効率を向上させるためには、実施例1のように、プリズム基体側から第1の交互層G1および第2の交互層G2をこの順で積層することが必要である。   From the results of Example 1 and Comparative Example 1 described above, the following conclusions can be obtained. That is, in adopting two types of alternating layers (the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2) in order to reduce the angle dependency and widen the reflection band in the B reflective dichroic film, If the arrangement of the alternating layers is not set appropriately (if the second alternating layer G2 and the first alternating layer G1 are laminated in this order from the prism base side as in Comparative Example 1), the second alternating layer The average reflectance of the reflection band is reduced due to light absorption loss in the layer G2, and the light use efficiency is reduced. Accordingly, in order to improve the light utilization efficiency by configuring the B reflective dichroic film using two types of alternating layers, the first alternating layer G1 and the second alternating layer are formed from the prism base side as in the first embodiment. It is necessary to laminate the alternating layers G2 in this order.

(実施例2)
次に、ダイクロイック膜64Rの詳細について説明する。表9は、実施例2のダイクロイック膜64Rの層構成を示している。ダイクロイック膜64Rは、第1の交互層G1と、第2の交互層G2とを含んでいる。第1の交互層G1および第2の交互層G2は、プリズム基体側(第2プリズム62側)からこの順で積層されている。なお、表9中のM3は、Substance M3を指す。
(Example 2)
Next, details of the dichroic film 64R will be described. Table 9 shows the layer configuration of the dichroic film 64R of Example 2. The dichroic film 64R includes a first alternating layer G1 and a second alternating layer G2. The first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 are stacked in this order from the prism base side (the second prism 62 side). In Table 9, M3 indicates Substance M3.

Figure 2018124494
Figure 2018124494

第1の交互層G1は、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した、平均屈折率がn1の交互層であり、表9では、第1層〜第26層の領域に対応している。第1の交互層G1において、上記高屈折率材料としては、屈折率が2.34の酸化ニオブ(Nb25)を用いており、上記低屈折率材料としては、屈折率が1.63の酸化アルミニウム(Al23)を用いている。 The first alternating layer G1 is an alternating layer having an average refractive index of n1 in which high refractive index materials and low refractive index materials are alternately stacked. In Table 9, the first alternating layer G1 corresponds to the regions of the first layer to the 26th layer. doing. In the first alternating layer G1, niobium oxide (Nb 2 O 5 ) having a refractive index of 2.34 is used as the high refractive index material, and a refractive index of 1.63 is used as the low refractive index material. Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is used.

第2の交互層G2は、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した、平均屈折率がn2の交互層であり、表9では、第27層〜第52層の領域に対応している。第2の交互層G2において、上記高屈折率材料としては、屈折率が2.34の酸化ニオブ(Nb25)を用いており、上記低屈折率材料としては、屈折率が1.84のSubstance M3(メルク社製)を用いている。 The second alternating layer G2 is an alternating layer having an average refractive index of n2 in which high-refractive index materials and low-refractive index materials are alternately stacked. In Table 9, corresponding to the 27th to 52nd layer regions. doing. In the second alternating layer G2, niobium oxide (Nb 2 O 5 ) having a refractive index of 2.34 is used as the high refractive index material, and the refractive index is 1.84 as the low refractive index material. Substance M3 (Merck) is used.

また、表10は、第1の交互層G1および第2の交互層G2の各平均屈折率を示している。   Table 10 shows average refractive indexes of the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2.

Figure 2018124494
Figure 2018124494

表10に示すように、第1の交互層G1の平均屈折率n1は、1.97であり、第2の交互層G2の平均屈折率n2は、2.09である。つまり、第2の交互層G2の平均屈折率n2は、第1の交互層G1の平均屈折率n1よりも大きい。   As shown in Table 10, the average refractive index n1 of the first alternating layer G1 is 1.97, and the average refractive index n2 of the second alternating layer G2 is 2.09. That is, the average refractive index n2 of the second alternating layer G2 is larger than the average refractive index n1 of the first alternating layer G1.

図9は、表9で示した層構成のダイクロイック膜64Rの光学特性(入射光の波長と透過率との関係)を示している。ダイクロイック膜64Rは、屈折率が2.34の高屈折率材料(Nb25)と、屈折率が1.84でやや高めの低屈折率材料(Substance M3)とを交互に積層した第2の交互層G2を含んでいる。このため、図16で示した従来のR反射ダイクロイック膜の光学特性と比較すると、破線と実線との間の波長域(反射帯域と透過帯域との間の遷移帯)が狭まっており、角度依存性が低減されていることがわかる。 FIG. 9 shows the optical characteristics (relation between the wavelength of incident light and the transmittance) of the dichroic film 64R having the layer structure shown in Table 9. The dichroic film 64R is a second layer in which a high refractive index material (Nb 2 O 5 ) having a refractive index of 2.34 and a low refractive index material (Substance M3) having a refractive index of 1.84 are slightly stacked. Of alternating layers G2. For this reason, compared with the optical characteristics of the conventional R reflecting dichroic film shown in FIG. 16, the wavelength range between the broken line and the solid line (the transition band between the reflection band and the transmission band) is narrower, and is angle dependent. It can be seen that the property is reduced.

しかも、ダイクロイック膜64Rが、第2の交互層G2に加えて、第2の交互層G2よりも平均屈折率が低い第1の交互層G1を含んでおり、第1の交互層G1が第2の交互層G2よりもプリズム基体側(第2プリズム62)側に位置しているため、プリズム基体側から入射する光を、第2の交互層G2よりも先に第1の交互層G1によって反射させてDMD4Rに導くことができる。これにより、平均屈折率が高いことによって反射帯域が狭まるという第2の交互層G2の影響(デメリット)を低減しながら、平均屈折率の低い第1の交互層G1によって必要な(広い)反射帯域を確保することが可能となる。   In addition to the second alternating layer G2, the dichroic film 64R includes the first alternating layer G1 having an average refractive index lower than that of the second alternating layer G2, and the first alternating layer G1 is the second alternating layer G1. Since the second alternating layer G2 is positioned on the prism base side (second prism 62) side, the light incident from the prism base side is reflected by the first alternating layer G1 before the second alternating layer G2. Can be led to DMD4R. Thereby, while reducing the influence (demerit) of the second alternating layer G2 that the reflection band is narrowed by the high average refractive index, the necessary (wide) reflection band is required by the first alternating layer G1 having a low average refractive index. Can be secured.

また、図10は、実施例2のダイクロイック膜64Rに対して投影光の光路で入射する光(第2プリズム62側から入射する光)についての透過率および反射率を示しており、図11は、実施例2のダイクロイック膜64Rに対して空気側(第2プリズム62とは反対側)から入射する光についての反射率を示している。表11は、図10および図11の光学特性を有する実施例2のダイクロイック膜64Rの反射帯域(例えば波長600〜680nm)の平均反射率を示している。   FIG. 10 shows the transmittance and reflectance of light incident on the optical path of the projection light (light incident from the second prism 62 side) with respect to the dichroic film 64R of Example 2, and FIG. The reflectance with respect to the light which injects from the air side (opposite side to the 2nd prism 62) with respect to the dichroic film | membrane 64R of Example 2 is shown. Table 11 shows the average reflectance of the reflection band (for example, a wavelength of 600 to 680 nm) of the dichroic film 64R of Example 2 having the optical characteristics of FIGS.

Figure 2018124494
Figure 2018124494

実施例2のダイクロイック膜64Rが上述した層構成(プリズム基体上に第1の交互層G1および第2の交互層G2をこの順で積層した構成)を備えている結果、表11に示すように、ダイクロイック膜64Rは、プリズム基体(第2プリズム62)側からダイクロイック膜64Rに入射する光についての反射帯域の平均反射率が、プリズム基体(第2プリズム62)とは反対側(空気側)からダイクロイック膜64Rに入射する光についての反射帯域の平均反射率よりも高い特性となっている。空気側からダイクロイック膜64Rに入射する光について反射帯域の平均反射率が相対的に低いのは、上記光は、第1の交互層G1よりも先に、(平均屈折率が大きく、膜厚が厚いことによって)光の吸収損失が大きい第2の交互層G2に入射するためと考えられる。実施例2では、投影光の光路で入射する光については、第2の交互層G2よりも先に第1の交互層G1に入射するため、第2の交互層G2による光の吸収損失が抑えられ、結果として、反射帯域での平均反射率の低下が抑えられていると考えられる(図10、図11、表11参照)。   As shown in Table 11, the dichroic film 64R of Example 2 has the above-described layer configuration (a configuration in which the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 are stacked in this order on the prism base). The dichroic film 64R has an average reflectance of a reflection band for light incident on the dichroic film 64R from the prism base (second prism 62) side from the side (air side) opposite to the prism base (second prism 62). The characteristic is higher than the average reflectance of the reflection band for the light incident on the dichroic film 64R. The reason why the average reflectance of the reflection band of the light incident on the dichroic film 64R from the air side is relatively low is that the light has a higher average refractive index and a larger film thickness than the first alternating layer G1. This is probably because the light is incident on the second alternating layer G2 having a large light absorption loss. In the second embodiment, the light incident on the optical path of the projection light is incident on the first alternating layer G1 before the second alternating layer G2, so that the light absorption loss by the second alternating layer G2 is suppressed. As a result, it is considered that the decrease in average reflectance in the reflection band is suppressed (see FIGS. 10, 11, and 11).

なお、図11で示すように、実施例2のダイクロイック膜64Rが、空気側から入射する光について反射帯域(R光)での平均反射率が低下する特性であっても、空気側からダイクロイック膜64Rに入射する光(例えばG光)は、ダイクロイック膜64Rを透過して投影レンズ5に向かう方向に導かれ、上記反射帯域は利用されないため、問題となることはない。   As shown in FIG. 11, even if the dichroic film 64R according to the second embodiment has a characteristic that the average reflectance in the reflection band (R light) decreases with respect to light incident from the air side, the dichroic film from the air side. Light incident on 64R (for example, G light) passes through the dichroic film 64R and is guided in the direction toward the projection lens 5, and the reflection band is not used, so that there is no problem.

以上より、実施例2のダイクロイック膜64Rは、以下のように表現することができ、これによって以下の効果を奏すると言うことができる。すなわち、実施例2のダイクロイック膜64Rは、プリズム基体からダイクロイック膜64Rに入射する光についての反射帯域の平均反射率が、プリズム基体とは反対側からダイクロイック膜64Rに入射する光についての反射帯域の平均反射率よりも高い特性を有している。これにより、上述したように、ダイクロイック膜64Rにおいて、表側(プリズム基体側)では、反射帯域を広く確保する層構成を採用し、裏側では、角度依存性を低減する層構成を採用して、全体として光の利用効率を向上させることができる。   From the above, the dichroic film 64R of Example 2 can be expressed as follows, and it can be said that the following effects are obtained. That is, in the dichroic film 64R of the second embodiment, the average reflectance of the reflection band for light incident on the dichroic film 64R from the prism base is such that the reflection band for light incident on the dichroic film 64R from the side opposite to the prism base. It has characteristics higher than the average reflectance. Thereby, as described above, in the dichroic film 64R, the front side (prism substrate side) adopts a layer configuration that ensures a wide reflection band, and the back side adopts a layer configuration that reduces the angle dependency. As a result, the light use efficiency can be improved.

より詳しくは、ダイクロイック膜64Rの裏側の層構成によって角度依存性を低減することにより、反射帯域と透過帯域との間の遷移帯の波長域が狭まるため、カットオフ波長付近の光の利用効率を向上させることができる。つまり、遷移帯が狭まることによって、図14で示したような迷光(非正規光)、すなわち、照明光の入射角度では反射されるが、投影光の入射角度では反射されない光L2を低減できるため、光の利用効率を向上させることができる。また、迷光の低減により、投影画像の画質劣化を回避することもできる。   More specifically, by reducing the angle dependency by the layer configuration on the back side of the dichroic film 64R, the wavelength band of the transition band between the reflection band and the transmission band is narrowed. Can be improved. That is, by narrowing the transition band, stray light (non-regular light) as shown in FIG. 14, that is, light L2 that is reflected at the incident angle of the illumination light but not reflected at the incident angle of the projection light can be reduced. , Light utilization efficiency can be improved. In addition, image quality degradation of the projected image can be avoided by reducing stray light.

また、ダイクロイック膜64Rの表側の層構成によって反射帯域を広く確保することにより、ダイクロイック膜64Rでの反射で使用する光の利用効率を上げることができる。したがって、プロジェクタ10の実使用状態において、角度依存性の低減および反射帯域の広幅化を両立させて、光の利用効率を向上させることができる。しかも、図10、図11の破線で示した特性により、平均屈折率の高い第2の交互層G2による光の吸収損失を抑えることができるため、この点でも、光の利用効率を向上させることができる。   Further, by ensuring a wide reflection band by the layer structure on the front side of the dichroic film 64R, it is possible to increase the utilization efficiency of light used for reflection by the dichroic film 64R. Therefore, in the actual use state of the projector 10, it is possible to improve the light use efficiency by reducing both the angle dependency and widening the reflection band. Moreover, since the light absorption loss due to the second alternating layer G2 having a high average refractive index can be suppressed by the characteristics shown by the broken lines in FIGS. 10 and 11, the light utilization efficiency can be improved also in this respect. Can do.

(比較例2)
次に、実施例2との比較のため、比較例2のR反射ダイクロイック膜について説明する。比較例2のR反射ダイクロイック膜では、第1の交互層G1および第2の交互層G2の構成材料(高屈折率材料および低屈折率材料)は実施例2のダイクロイック膜64Rと同じであるが、第1の交互層G1および第2の交互層G2の配置が実施例2のダイクロイック膜64Rと異なっている。すなわち、比較例2のR反射ダイクロイック膜は、プリズム基体(第2プリズム62)側から、第2の交互層G2および第1の交互層G1をこの順で積層して構成されている。ただし、第2の交互層G2および第1の交互層G1を構成する各層の膜厚は最適化している。
(Comparative Example 2)
Next, for comparison with Example 2, the R reflection dichroic film of Comparative Example 2 will be described. In the R reflective dichroic film of Comparative Example 2, the constituent materials (high refractive index material and low refractive index material) of the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 are the same as those of the dichroic film 64R of Example 2. The arrangement of the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 is different from the dichroic film 64R of the second embodiment. That is, the R reflective dichroic film of Comparative Example 2 is configured by laminating the second alternating layer G2 and the first alternating layer G1 in this order from the prism base (second prism 62) side. However, the film thickness of each layer constituting the second alternating layer G2 and the first alternating layer G1 is optimized.

表12は、比較例2のR反射ダイクロイック膜の層構成を示しており、表13は、比較例2のR反射ダイクロイック膜の第1の交互層G1および第2の交互層G2の各平均屈折率を示している。   Table 12 shows the layer configuration of the R reflective dichroic film of Comparative Example 2, and Table 13 shows the average refraction of the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 of the R reflective dichroic film of Comparative Example 2. Shows the rate.

Figure 2018124494
Figure 2018124494

Figure 2018124494
Figure 2018124494

また、図12は、比較例2のR反射ダイクロイック膜に対して投影光の光路で入射する光(第2プリズム62側から入射する光)についての透過率および反射率を示しており、図13は、比較例2のR反射ダイクロイック膜に対して空気側(第2プリズム62とは反対側)から入射する光についての反射率を示している。また、表14は、図12および図13の光学特性を有する比較例2のR反射ダイクロイック膜の反射帯域(例えば波長600〜680nm)の平均反射率を示している。   FIG. 12 shows the transmittance and reflectance of light incident on the R reflection dichroic film of Comparative Example 2 through the optical path of the projection light (light incident from the second prism 62 side). These show the reflectance with respect to the light incident from the air side (the side opposite to the second prism 62) with respect to the R reflecting dichroic film of Comparative Example 2. Table 14 shows the average reflectance of the reflection band (for example, wavelength 600 to 680 nm) of the R reflection dichroic film of Comparative Example 2 having the optical characteristics of FIGS. 12 and 13.

Figure 2018124494
Figure 2018124494

比較例2のR反射ダイクロイック膜は、第2プリズム62側からR反射ダイクロイック膜に入射する光についての反射帯域の平均反射率が、空気側からR反射ダイクロイック膜に入射する光についての反射帯域の平均反射率よりも低い特性となっている。これは、投影光の光路で入射する光(第2プリズム62側から入射する光)については、第1の交互層G1よりも先に、平均屈折率の高い第2の交互層G2に入射するため、第2の交互層G2での光の吸収損失によって反射帯域での平均反射率が低下することによると考えられる(図12、表14参照)。   In the R reflection dichroic film of Comparative Example 2, the average reflectance of the reflection band for the light incident on the R reflection dichroic film from the second prism 62 side is the reflection band for the light incident on the R reflection dichroic film from the air side. The characteristic is lower than the average reflectance. This is because light incident on the optical path of the projection light (light incident from the second prism 62 side) is incident on the second alternating layer G2 having a high average refractive index before the first alternating layer G1. Therefore, it is considered that the average reflectance in the reflection band is reduced due to the absorption loss of light in the second alternating layer G2 (see FIG. 12, Table 14).

以上の実施例2および比較例2の結果から、以下の結論が得られる。すなわち、R反射ダイクロイック膜において、角度依存性の低減および反射帯域の広幅化を実現すべく、2種の交互層(第1の交互層G1、第2の交互層G2)を採用するにあたって、これらの交互層の配置を適切に設定しないと(比較例2のように、プリズム基体側から第2の交互層G2および第1の交互層G1をこの順で積層したのでは)、第2の交互層G2での光の吸収損失によって反射帯域での平均反射率が低下し、光の利用効率が低下する。したがって、2種の交互層を用いてR反射ダイクロイック膜を構成し、光の利用効率を向上させるためには、実施例2のように、プリズム基体側から第1の交互層G1および第2の交互層G2をこの順で積層することが必要である。   From the results of Example 2 and Comparative Example 2 described above, the following conclusions can be obtained. That is, in adopting two types of alternating layers (the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2) in order to reduce the angle dependency and widen the reflection band in the R reflecting dichroic film, If the arrangement of the alternating layers is not set appropriately (if the second alternating layer G2 and the first alternating layer G1 are laminated in this order from the prism base side as in Comparative Example 2), the second alternating layer The light absorption loss in the layer G2 decreases the average reflectance in the reflection band, and the light utilization efficiency decreases. Therefore, in order to improve the light utilization efficiency by constructing the R reflection dichroic film using two kinds of alternating layers, the first alternating layer G1 and the second alternating layer are formed from the prism base side as in the second embodiment. It is necessary to laminate the alternating layers G2 in this order.

(補足事項)
実施例1および2のダイクロイック膜64B・64Rにおいて、第1の交互層G1の高屈折率材料の屈折率をnH1、低屈折材料の屈折率をnL1とし、第2の交互層G2の高屈折率材料の屈折率をnH2、低屈折材料の屈折率をnL2としたとき、実施例1では、nH1=nH2=2.36、nL1=1.63、nL2=1.84であり、実施例2では、nH1=nH2=2.34、nL1=1.63、nL2=1.84である。したがって、実施例1および2では、それぞれ、以下の条件式を満足している。
(nH1−nL1)/nH1>(nH2−nL2)/nH2
(Supplementary information)
In the dichroic films 64B and 64R of Examples 1 and 2, the refractive index of the high refractive index material of the first alternating layer G1 is nH1, the refractive index of the low refractive material is nL1, and the high refractive index of the second alternating layer G2. When the refractive index of the material is nH2 and the refractive index of the low refractive material is nL2, in Example 1, nH1 = nH2 = 2.36, nL1 = 1.63, nL2 = 1.84, and in Example 2, NH1 = nH2 = 2.34, nL1 = 1.63, and nL2 = 1.84. Therefore, in Examples 1 and 2, the following conditional expressions are satisfied.
(NH1-nL1) / nH1> (nH2-nL2) / nH2

上記の条件式を満足する場合、高屈折率材料に対する低屈折率材料の屈折率比(nL1/nH1、またはnL2/nH2)が、第1の交互層G1よりも第2の交互層G2のほうが大きくなり、平均屈折率は、第1の交互層G1よりも第2の交互層G2のほうが大きくなる。これにより、平均屈折率の相対的に小さい第1の交互層G1によって反射帯域を広く確保し、平均屈折率の相対的に大きい第2の交互層G2によって角度依存性を低減する実施例1および2の構成を確実に実現することが可能となる。   When the above conditional expression is satisfied, the refractive index ratio (nL1 / nH1 or nL2 / nH2) of the low refractive index material to the high refractive index material is higher in the second alternating layer G2 than in the first alternating layer G1. The average refractive index becomes larger in the second alternating layer G2 than in the first alternating layer G1. Accordingly, the first alternate layer G1 having a relatively small average refractive index ensures a wide reflection band, and the angular dependence is reduced by the second alternate layer G2 having a relatively large average refractive index and It becomes possible to reliably realize the configuration of 2.

特に、実施例1では、nH1=nH2であり、実施例2でも、nH1=nH2である。このように、第1の交互層G1と第2の交互層G2とで、高屈折率材料を同じ屈折率とする(同一材料とする)ことにより、設計的に現実的な膜厚で第1の交互層G1および第2の交互層G2の各層を構成でき、色合成プリズム32の生産性を向上させることができる。   In particular, in Example 1, nH1 = nH2, and in Example 2, nH1 = nH2. As described above, the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 have the same refractive index (the same material) as the high refractive index material, so that the first film thickness with a realistic design can be obtained. Each of the alternating layers G1 and the second alternating layers G2 can be formed, and the productivity of the color combining prism 32 can be improved.

また、実施例1のダイクロイック膜64Bは、B光の反射帯域(例えば400〜480nm)を有しており、ダイクロイック膜64Bを構成する第1の交互層G1および第2の交互層G2の高屈折率材料が、TiO2である。プロジェクタ用のダイクロイック膜において、カットオフ波長が照明光と投影光とでシフトする遷移帯は、B光とG光との間、およびG光とR光との間にある。TiO2は実用上最も屈折率が高く、特に短波長側での屈折率が高い材料であり、B光とG光との間の遷移帯の角度依存性を低減する効果が高い。このため、ダイクロイック膜64Bを構成する高屈折率材料として、TiO2は非常に有効である。なお、B光の波長領域では、吸収や散乱による損失が大きいが、光が材料を通過する部分の厚みが透過の場合よりも少ない反射とすることで、上記損失を抑えることができる。 Further, the dichroic film 64B of the first embodiment has a B light reflection band (for example, 400 to 480 nm), and the high refraction of the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 constituting the dichroic film 64B. The rate material is TiO 2 . In a dichroic film for a projector, transition bands in which the cutoff wavelength is shifted between illumination light and projection light are between B light and G light and between G light and R light. TiO 2 is a material that has the highest refractive index in practical use, particularly a high refractive index on the short wavelength side, and has a high effect of reducing the angle dependence of the transition band between B light and G light. For this reason, TiO 2 is very effective as a high refractive index material constituting the dichroic film 64B. Although the loss due to absorption and scattering is large in the wavelength region of B light, the loss can be suppressed by making the reflection where the thickness of the portion where the light passes through the material is smaller than that in the case of transmission.

また、実施例2のダイクロイック膜64Rは、R光の反射帯域(例えば600〜680nm)を有しており、ダイクロイック膜64Rを構成する第1の交互層G1および第2の交互層G2の高屈折率材料が、Nb25である。Nb25は、TiO2並みの高屈折率材料であり、G光とR光との間の遷移帯で角度依存性を小さくできる点で有効である。また、光の透過に対する吸収や散乱の損失が、TiO2を用いた場合よりも少なく、光の利用効率がよい。 Further, the dichroic film 64R of Example 2 has an R light reflection band (for example, 600 to 680 nm), and the high refraction of the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 constituting the dichroic film 64R. The rate material is Nb 2 O 5 . Nb 2 O 5 is a high refractive index material similar to TiO 2 and is effective in that the angle dependency can be reduced in the transition band between the G light and the R light. Further, the loss of absorption and scattering with respect to the transmission of light is less than when TiO 2 is used, and the light use efficiency is good.

また、実施例1および2では、第1の交互層G1の低屈折率材料が、Al23である。プロジェクタ用のダイクロイック膜の反射帯域を確保すべく、高屈折率材料との屈折率差を確保できる低屈折率材料の中で、Al23は高めの屈折率であり、吸収や散乱の損失が少ない。このため、Al23は、第1の交互層G1の低屈折率材料として非常に有効である。 In Examples 1 and 2, the low refractive index material of the first alternating layer G1 is Al 2 O 3 . Among low-refractive index materials that can ensure a difference in refractive index from high-refractive index materials in order to ensure the reflection band of dichroic films for projectors, Al 2 O 3 has a higher refractive index and loss of absorption and scattering. Less is. For this reason, Al 2 O 3 is very effective as a low refractive index material for the first alternating layer G1.

また、実施例1および2では、第2の交互層G2の低屈折率材料が、Substance M3(酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合材料)である。角度依存性を小さくするために平均屈折率を高くする場合、酸化アルミニウムではかなり膜が薄くなる。酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合材料を用いると、比較的厚めの膜で平均屈折率の高い膜を構成することができるため、製造上の厚みコントロールがしやすく、安定した生産性を確保できる。   In Examples 1 and 2, the low refractive index material of the second alternating layer G2 is Substance M3 (a mixed material of aluminum oxide and lanthanum oxide). When the average refractive index is increased in order to reduce the angle dependency, the film becomes considerably thin with aluminum oxide. When a mixed material of aluminum oxide and lanthanum oxide is used, a film having a relatively high average refractive index can be formed with a relatively thick film, so that the manufacturing thickness can be easily controlled and stable productivity can be secured.

本実施形態のプロジェクタ10は、実施例1および2で説明したダイクロイック膜64B・64Rを有する色合成プリズム32を備えている。実施例1および2のダイクロイック膜64B・64Rにより、角度依存性が低減され、反射帯域も広く確保されるため、光利用効率がよく、明るい画像投影が可能なプロジェクタ10が得られる。特に、角度依存性の低減により、カットオフ波長付近の光で迷光となる非正規光を減らすことができるため、迷光によるゴーストやコントラストの低下を回避して、良好な投影品質を維持できる。また、迷光による周辺部品の温度上昇を抑えることもできる。さらに、ダイクロイック膜64B・64Rでの光の吸収を減らすことができるため、吸収によるプリズムの熱変形や屈折率分布の変化などに起因する投影画像の劣化を軽減することもできる。   The projector 10 according to this embodiment includes the color combining prism 32 having the dichroic films 64B and 64R described in the first and second embodiments. The dichroic films 64B and 64R of the first and second embodiments reduce the angle dependency and secure a wide reflection band, so that the projector 10 with high light utilization efficiency and capable of projecting a bright image can be obtained. In particular, since the angle dependence is reduced, non-regular light that becomes stray light by light in the vicinity of the cutoff wavelength can be reduced, so that it is possible to avoid a ghost and a decrease in contrast due to stray light and maintain good projection quality. Moreover, the temperature rise of the peripheral components by stray light can also be suppressed. Further, since the absorption of light in the dichroic films 64B and 64R can be reduced, it is possible to reduce the deterioration of the projected image due to the thermal deformation of the prism and the change in the refractive index distribution due to the absorption.

また、本実施形態のプロジェクタ10は、光源1と、複数の色に対応するDMD4とをさらに備え、色合成プリズム32は、光源1から出射される照明光を各色に分解して各DMD4に導く一方、各DMD4から出射される投影光を合成して出射し、投影レンズ5に向かう方向に導く。色合成プリズム32および複数のDMD4を用いたプロジェクタ10では、上述したように、色合成プリズム32のダイクロイック膜64B・64Rに対して、光源1からの照明光の入射角度と、DMD4からの投影光の入射角度とが異なる。しかし、ダイクロイック膜64B・64Rの角度依存性が小さいため、色分解/色合成において光の利用効率を向上させることができ、明るい画像を投影することができる。   The projector 10 of the present embodiment further includes a light source 1 and DMDs 4 corresponding to a plurality of colors, and the color synthesis prism 32 separates the illumination light emitted from the light source 1 into each color and guides it to each DMD 4. On the other hand, the projection light emitted from each DMD 4 is synthesized and emitted, and is guided in a direction toward the projection lens 5. In the projector 10 using the color synthesis prism 32 and the plurality of DMDs 4, as described above, the incident angle of the illumination light from the light source 1 and the projection light from the DMD 4 with respect to the dichroic films 64B and 64R of the color synthesis prism 32 The incident angle is different. However, since the angle dependence of the dichroic films 64B and 64R is small, the light use efficiency can be improved in color separation / color synthesis, and a bright image can be projected.

なお、ダイクロイック膜64Bの第1の交互層G1と第2の交互層G2とで、高屈折率材料および低屈折率材料は同じであってもよい。同様に、ダイクロイック膜64Rの第1の交互層G1と第2の交互層G2とで、高屈折率材料および低屈折率材料は同じであってもよい。この場合、第1の交互層G1の高屈折率材料の平均膜厚をdH1(nm)、低屈折材料の平均膜厚をdL1(nm)とし、第2の交互層G2の高屈折率材料の平均膜厚をdH2(nm)、低屈折材料の平均膜厚をdL2(nm)としたとき、
dH1<dH2、dL1>dL2
とすることが望ましい。
The high refractive index material and the low refractive index material may be the same in the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 of the dichroic film 64B. Similarly, the high refractive index material and the low refractive index material may be the same in the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 of the dichroic film 64R. In this case, the average film thickness of the high refractive index material of the first alternating layer G1 is dH1 (nm), the average film thickness of the low refractive material is dL1 (nm), and the high refractive index material of the second alternating layer G2 When the average film thickness is dH2 (nm) and the average film thickness of the low refractive material is dL2 (nm),
dH1 <dH2, dL1> dL2
Is desirable.

上記のように、高屈折率材料の膜厚を、第1の交互層G1よりも第2の交互層G2において相対的に厚くし、低屈折率材料の膜厚を、第1の交互層G1よりも第2の交互層G2において相対的に薄くすることによっても、第2の交互層G2の平均屈折率を第1の交互層G1の平均屈折率よりも大きくすることができる。したがって、このような構成によっても、第2の交互層G2によって角度依存性を低減することができる。また、第1の交互層G1と第2の交互層G2とで、高屈折率材料および低屈折率材料が同じである場合、ダイクロイック膜64B・64Rを構成する材料の種類が少ないため、取扱い性に優れており、成膜時(蒸着時)のドーム内で膜厚を均一にするためのコントロールがしやすいメリットもある。   As described above, the film thickness of the high refractive index material is made relatively thicker in the second alternating layer G2 than the first alternating layer G1, and the film thickness of the low refractive index material is changed to the first alternating layer G1. The average refractive index of the second alternating layer G2 can be made larger than the average refractive index of the first alternating layer G1 by making the second alternating layer G2 relatively thin. Accordingly, even with such a configuration, the angle dependency can be reduced by the second alternating layer G2. Further, when the first alternating layer G1 and the second alternating layer G2 are the same in the high refractive index material and the low refractive index material, since the types of materials constituting the dichroic films 64B and 64R are small, the handling property is improved. There is also an advantage that it is easy to control to make the film thickness uniform in the dome during film formation (vapor deposition).

本発明の色合成プリズムは、例えばカラーの画像を投影するプロジェクタに利用可能である。   The color synthesis prism of the present invention can be used for a projector that projects a color image, for example.

1 光源
4 DMD(デジタルマイクロミラーデバイス)
10 プロジェクタ
32 色合成プリズム
61 第1プリズム(プリズム基体)
62 第2プリズム(プリズム基体)
64B ダイクロイック膜
64R ダイクロイック膜
G1 第1の交互層
G2 第2の交互層
1 Light source 4 DMD (Digital micromirror device)
10 projector 32 color composition prism 61 first prism (prism base)
62 Second prism (prism base)
64B Dichroic film 64R Dichroic film G1 First alternating layer G2 Second alternating layer

Claims (10)

プロジェクタに用いられる色合成プリズムであって、
プリズム基体と、前記プリズム基体上に形成され、反射帯域と透過帯域とを有するダイクロイック膜とを有し、
前記ダイクロイック膜は、前記プリズム基体側から該ダイクロイック膜に入射する光についての前記反射帯域の平均反射率が、前記プリズム基体とは反対側から該ダイクロイック膜に入射する光についての前記反射帯域の平均反射率よりも高い特性を有することを特徴とする色合成プリズム。
A color combining prism used in a projector,
A prism base and a dichroic film formed on the prism base and having a reflection band and a transmission band;
The dichroic film has an average reflectance of the reflection band for light incident on the dichroic film from the prism base side, and an average of the reflection band for light incident on the dichroic film from the side opposite to the prism base. A color synthesizing prism having characteristics higher than reflectance.
前記ダイクロイック膜は、
高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した、平均屈折率がn1の第1の交互層と、
高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層した、平均屈折率がn1よりも大きいn2である第2の交互層とを含み、
前記第1の交互層および前記第2の交互層は、前記プリズム基体側からこの順で積層されていることを特徴とする請求項1に記載の色合成プリズム。
The dichroic film is
A first alternating layer having an average refractive index of n1 in which a high refractive index material and a low refractive index material are alternately stacked;
A second alternating layer in which the average refractive index is n2 larger than n1, in which a high refractive index material and a low refractive index material are alternately laminated,
The color synthesizing prism according to claim 1, wherein the first alternating layer and the second alternating layer are laminated in this order from the prism base side.
前記第1の交互層の高屈折率材料の屈折率をnH1、低屈折材料の屈折率をnL1とし、前記第2の交互層の高屈折率材料の屈折率をnH2、低屈折材料の屈折率をnL2としたとき、
(nH1−nL1)/nH1>(nH2−nL2)/nH2
であることを特徴とする請求項2に記載の色合成プリズム。
The refractive index of the high refractive index material of the first alternating layer is nH1, the refractive index of the low refractive material is nL1, the refractive index of the high refractive index material of the second alternating layer is nH2, and the refractive index of the low refractive material. Is nL2,
(NH1-nL1) / nH1> (nH2-nL2) / nH2
The color synthesizing prism according to claim 2, wherein:
nH1=nH2
であることを特徴とする請求項2または3に記載の色合成プリズム。
nH1 = nH2
The color synthesizing prism according to claim 2 or 3, wherein
前記ダイクロイック膜は、青色光の反射帯域を有しており、
前記ダイクロイック膜を構成する前記第1の交互層および前記第2の交互層の高屈折率材料が、酸化チタンであることを特徴とする請求項4に記載の色合成プリズム。
The dichroic film has a blue light reflection band,
5. The color synthesizing prism according to claim 4, wherein the high refractive index material of the first alternating layer and the second alternating layer constituting the dichroic film is titanium oxide.
前記ダイクロイック膜は、赤色光の反射帯域を有しており、
前記ダイクロイック膜を構成する前記第1の交互層および前記第2の交互層の高屈折率材料が、酸化ニオブであることを特徴とする請求項4に記載の色合成プリズム。
The dichroic film has a red light reflection band,
5. The color synthesizing prism according to claim 4, wherein the high refractive index material of the first alternating layer and the second alternating layer constituting the dichroic film is niobium oxide.
前記第1の交互層の低屈折率材料が、酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項5または6に記載の色合成プリズム。   The color synthesizing prism according to claim 5 or 6, wherein the low refractive index material of the first alternating layer is aluminum oxide. 前記第2の交互層の低屈折率材料が、酸化アルミニウムと酸化ランタンとの混合材料であることを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載の色合成プリズム。   8. The color synthesizing prism according to claim 5, wherein the low refractive index material of the second alternating layer is a mixed material of aluminum oxide and lanthanum oxide. 9. 請求項1から8のいずれかに記載の色合成プリズムを備えていることを特徴とするプロジェクタ。   A projector comprising the color synthesizing prism according to claim 1. 光源と、複数の色に対応するデジタルマイクロミラーデバイスとをさらに備え、
前記色合成プリズムは、前記光源から出射される照明光を各色に分解して各デジタルマイクロミラーデバイスに導く一方、各デジタルマイクロミラーデバイスから出射される投影光を合成して出射することを特徴とする請求項9に記載のプロジェクタ。
A light source and a digital micromirror device that supports multiple colors;
The color synthesis prism separates illumination light emitted from the light source into each color and guides it to each digital micromirror device, while synthesizing projection light emitted from each digital micromirror device. The projector according to claim 9.
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