JPH11101913A - Optical element - Google Patents
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- JPH11101913A JPH11101913A JP9263384A JP26338497A JPH11101913A JP H11101913 A JPH11101913 A JP H11101913A JP 9263384 A JP9263384 A JP 9263384A JP 26338497 A JP26338497 A JP 26338497A JP H11101913 A JPH11101913 A JP H11101913A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、投射型表示装置等
に用いられ、入射した光を赤、緑、青に分離するため等
のために用いられるダイクロイックミラーと称されるよ
うな光学素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element called a dichroic mirror which is used for a projection display device or the like and is used for separating incident light into red, green and blue light. .
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より用いられている投射型表示装置
の光路構成の一例を図5に示しており、この装置では、
光源51からの白色光が集光レンズ系52を通って第1
ダイクロイックミラー53に照射される。第1ダイクロ
イックミラー53は赤色光を反射し、緑色および青色光
を透過させるミラーであり、赤色光Rのみが反射されて
取り出される。一方第1ダイクロイックミラー53を透
過した緑色光Gおよび青色光Bは第2ダイクロイックミ
ラー55に至り、ここで青色光Bのみが反射され、緑色
光Gはこれを透過する。これにより光源51からの白色
光が赤、緑、青色光R,G,Bに分離される。2. Description of the Related Art FIG. 5 shows an example of an optical path configuration of a conventional projection display device.
The white light from the light source 51 passes through the condenser lens system 52 and is
The light is applied to the dichroic mirror 53. The first dichroic mirror 53 is a mirror that reflects red light and transmits green and blue light. Only the red light R is reflected and extracted. On the other hand, the green light G and the blue light B transmitted through the first dichroic mirror 53 reach the second dichroic mirror 55, where only the blue light B is reflected, and the green light G is transmitted therethrough. As a result, the white light from the light source 51 is separated into red, green, and blue lights R, G, and B.
【0003】これら三色の光R,G,Bは全反射ミラー
54a,54bの反射を利用して、図示のように、それ
ぞれ赤、緑、青色を有したフィルム56,57,58を
通過して、赤、緑、青色画像を有した光が作られる。そ
して、赤および青色画像を有した光はそれぞれ全反射ミ
ラー59,60により反射され、ダイクロイックプリズ
ム61に集められて緑色画像を有した光と一緒になり、
投影レンズ系62を介して射出され、カラー画像が表示
される。なお、ダイクロイックプリズム61の第1反射
面61aは赤色光を反射して緑および青色光を透過さ
せ、第2反射面61bは青色光を反射して赤および緑色
光を透過させる。The three colors of light R, G, and B pass through films 56, 57, and 58 having red, green, and blue colors, respectively, as shown in the drawing, by using the reflections of total reflection mirrors 54a and 54b. Thus, light having red, green and blue images is created. The light having the red and blue images is reflected by the total reflection mirrors 59 and 60, respectively, is collected by the dichroic prism 61, and is combined with the light having the green image.
The light is emitted through the projection lens system 62, and a color image is displayed. The first reflection surface 61a of the dichroic prism 61 reflects red light and transmits green and blue light, and the second reflection surface 61b reflects blue light and transmits red and green light.
【0004】このようにして用いられるダイクロイック
ミラー及びプリズムの一例として、図6に赤色光を反射
し、緑および青色光を透過させるタイプのダイクロイッ
クプリズムの構成例を示す。このプリズム70は、BK
7ガラスにて作られた45度プリズム71の片側に、光
学多層膜72が設けられ、もう片方のプリズム74と光
学的接着剤73により接合された構成である。光学多層
膜72は、屈折率2.2のTiO2膜と屈折率1.47の
SiO2膜の交互層からなり所望のダイクロイック特性を
得るため、周期構成の膜の厚みは、位相厚さ(n×d×
cosθ)がおよそ反射波長の1/4となるように調整さ
れている。なお、nは膜の屈折率、dは膜の厚み、θは
ガラスからの入射角が45度の場合の膜中の光の角度で
ある。As an example of a dichroic mirror and a prism used in this way, FIG. 6 shows a configuration example of a dichroic prism of a type that reflects red light and transmits green and blue light. This prism 70 has a BK
An optical multilayer film 72 is provided on one side of a 45-degree prism 71 made of 7 glass, and is joined to the other prism 74 by an optical adhesive 73. The optical multilayer film 72, in order to obtain the desired dichroic properties made of alternating layers of SiO 2 film of TiO 2 film and the refractive index 1.47 of the refractive index 2.2, the thickness of the film of the periodic structure, the phase thickness ( nxdx
(cos θ) is adjusted to be approximately お よ そ of the reflection wavelength. Here, n is the refractive index of the film, d is the thickness of the film, and θ is the angle of light in the film when the incident angle from glass is 45 degrees.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来のダイ
クロイックミラーは、入射角が振れるとその分光透過率
や反射率特性が大きく変化し、透過および反射する光の
波長成分が変化してしまうという問題がある。図6の構
成をもつプリズム型のダイクロイックミラー70におい
て、ガラス71から多層膜への入射光Rの入射角αを4
0度、45度、50度とした場合のS偏光分光透過率特
性を図7に示す。この図から分かるように、入射角αが
変化することにより、分光透過率が波長方向で大きく変
化する。このようなプリズム型のダイクロイックミラー
を投射型表示装置に使用した場合、入射角度が異なる領
域毎に反射波長範囲が異なり、表示される画像に、カラ
ーシェーディングと呼ばれる色ムラや輝度のムラが発生
するという問題がある。なお、図7ではS偏光分光につ
いて示しているが、入射角αの変化に対する透過率特性
がS偏光について最も顕著に現れるためである。However, the above-mentioned conventional dichroic mirror has a problem that when the incident angle fluctuates, its spectral transmittance and reflectance characteristics change greatly, and the wavelength component of transmitted and reflected light changes. There is. In the prism type dichroic mirror 70 having the configuration shown in FIG. 6, the angle of incidence α of the incident light R
FIG. 7 shows the S-polarized spectral transmittance characteristics when the angles are set to 0 degree, 45 degrees, and 50 degrees. As can be seen from this figure, as the incident angle α changes, the spectral transmittance greatly changes in the wavelength direction. When such a prism type dichroic mirror is used in a projection display device, the reflection wavelength range differs for each region having a different incident angle, and color unevenness or color unevenness called color shading occurs in a displayed image. There is a problem. Although FIG. 7 shows S-polarized light spectroscopy, transmittance characteristics with respect to a change in the incident angle α appear most noticeably for S-polarized light.
【0006】本発明はこのような問題に鑑みたもので、
多層膜への入射角の変化に対する光透過率特性の波長方
向の変化(もしくは相違)を小さくできるような光学素
子(ダイクロイックミラーもしくはプリズム)を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of such a problem.
It is an object of the present invention to provide an optical element (a dichroic mirror or a prism) capable of reducing a change (or a difference) in a light transmittance characteristic in a wavelength direction with respect to a change in an incident angle to a multilayer film.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明に係る光学素子は、光学基板(例えば、ガラ
ス基板、ガラスプリズム等)の表面に、屈折率が2.0
以上の高屈折率膜と屈折率が1.6以下の低屈折率膜を
交互に積層してなる光学多層膜を形成して構成され、高
屈折率膜の屈折率をnH、低屈折率膜の屈折率をnL、
高屈折率膜の膜厚をdH、低屈折率膜の膜厚をdLとし
た場合に、周期的な構成をもつ主な膜の光学的膜厚の比
が式(1)を満足する。In order to solve the above-mentioned problems, an optical element according to the present invention has a refractive index of 2.0 on a surface of an optical substrate (eg, a glass substrate, a glass prism, etc.).
An optical multilayer film is formed by alternately laminating the above high refractive index films and low refractive index films having a refractive index of 1.6 or less, and the high refractive index film has a refractive index of nH, a low refractive index film. Is the refractive index of nL,
When the thickness of the high-refractive-index film is dH and the thickness of the low-refractive-index film is dL, the ratio of the optical thickness of the main film having a periodic structure satisfies the expression (1).
【0008】[0008]
【数1】 (nH×dH)/(nL×dL)≧2 ・・・(1)(1) (nH × dH) / (nL × dL) ≧ 2 (1)
【0009】上述のように、従来の光学素子も光学基板
の表面に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層してな
る光学多層膜を形成して構成されているが、この光学多
層膜における膜の厚みは、位相厚さ(=n×d×cos
θ)が反射波長の1/4になるように設定されており、
(nH×dH)/(nL×dL)≦1.0という関係に
設定されていた。これに対して本願発明の光学素子の場
合には、上記(1)の関係を満足するように設定するも
のであり、このように設定することにより、多層膜への
入射角の変化に対する光透過率特性の波長方向の変化
(もしくは相違)を従来に比べて小さくすることができ
た。As described above, a conventional optical element is also formed by forming an optical multilayer film in which high refractive index films and low refractive index films are alternately laminated on the surface of an optical substrate. The thickness of the film in the multilayer film is the phase thickness (= n × d × cos
θ) is set to be 1/4 of the reflection wavelength.
(NH × dH) / (nL × dL) ≦ 1.0. On the other hand, in the case of the optical element of the present invention, the setting is made so as to satisfy the above-mentioned relation (1). By setting in this manner, the light transmission with respect to the change in the incident angle to the multilayer film is achieved. The change (or difference) of the rate characteristic in the wavelength direction could be made smaller than in the conventional case.
【0010】なお、この場合における高屈折率膜の材料
としては、TiO2、Ta2O5、ZrO2、ZnSのいずれか
を主成分とするものがあり、低屈折率膜の材料としては
MgF2、SiO2、SiO、Al2O3のいずれかを主成分
とするものがある。また、このようにして構成される光
学素子は、光学多層膜により入射した光から、赤、緑、
青の少なくともいずれか一つを分離するダイクロイック
特性を有し、いわゆるダイクロイックミラーもしくはプ
リズムを構成する。In this case, as a material of the high refractive index film, there is a material containing any of TiO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , and ZnS as a main component, and a material of the low refractive index film is MgF. 2 , SiO 2 , SiO, and Al 2 O 3 as main components. In addition, the optical element configured in this manner, from light incident through the optical multilayer film, red, green,
It has a dichroic characteristic for separating at least one of blue and constitutes a so-called dichroic mirror or prism.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態について説明する。図1に本発明の第1
の実施形態として、ダイクロイックプリズム10の構成
を示す。このダイクロイックプリズム10は、BK7ガ
ラスにて作られた45度プリズム11の片側に、光学多
層膜12が設けられ、もう片方のプリズム14と光学的
接着剤13により接合された構成を有する。この光学多
層膜12においては、高屈折率膜として屈折率2.2の
TiO2、低屈折率膜としては屈折率1.47のSiO2を
用いている。またダイクロイック特性のための周期構成
の膜の光学的厚みは、高屈折率膜で312nm、低屈折
率膜で56nmとなっており、この光学多層膜12にお
ける高屈折率膜および低屈折率膜の光学的膜厚の比(n
H×dH)/(nL×dL)=5.6であり、上記条件
式(1)を十分に満足する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the first embodiment of the present invention.
1 shows a configuration of a dichroic prism 10. The dichroic prism 10 has a configuration in which an optical multilayer film 12 is provided on one side of a 45-degree prism 11 made of BK7 glass, and is joined to the other prism 14 by an optical adhesive 13. In the optical multilayer film 12, TiO 2 having a refractive index of 2.2 is used as a high refractive index film, and SiO 2 having a refractive index of 1.47 is used as a low refractive index film. The optical thickness of the film having the periodic structure for the dichroic characteristic is 312 nm for the high-refractive-index film and 56 nm for the low-refractive-index film. Optical film thickness ratio (n
H × dH) / (nL × dL) = 5.6, which satisfies the conditional expression (1) sufficiently.
【0012】この第1実施形態の光学多層膜12のS偏
光分光透過率を図2に示す。この図2を従来例を示す図
7と比較すれば良く分かるように、入射角αの変化に対
する透過率の波長方向の変化が従来例に比較し格段に改
善されていることがわかる。参考までに、従来例(図6
のダイクロイックプリズム70)の周期構成の膜の光学
的厚みは、高屈折率膜で206nm、低屈折率膜で26
2nmとなっていて、その光学多層膜72における光学
的膜厚の比は0.79である。FIG. 2 shows the S-polarized spectral transmittance of the optical multilayer film 12 of the first embodiment. As can be clearly understood by comparing FIG. 2 with FIG. 7 showing the conventional example, it can be seen that the change of the transmittance in the wavelength direction with respect to the change of the incident angle α is remarkably improved as compared with the conventional example. For reference, a conventional example (FIG. 6)
The optical thickness of the periodic structure film of the dichroic prism 70) is 206 nm for the high refractive index film and 26
The optical thickness of the optical multilayer film 72 is 0.79.
【0013】ここで、図2に示すように、青色光Bの波
長範囲は約490nmまでであり、緑色光Gの波長範囲
は約500〜580nmであり、赤色光Rの波長範囲は
約590以上である。このような光を、本発明に係るダ
イクロイックプリズム10に照射すると、青および緑色
光B,Gが透過し、赤色光Rのみが反射される。しか
も、入射角αの変化に対する反射波長領域の変動が小さ
いため、このダイクロイックプリズム10を用いた投射
型表示装置等の場合には、カラーシェーディングの発生
が少なくなる。Here, as shown in FIG. 2, the wavelength range of the blue light B is up to about 490 nm, the wavelength range of the green light G is about 500 to 580 nm, and the wavelength range of the red light R is about 590 or more. It is. When such light is applied to the dichroic prism 10 according to the present invention, blue and green lights B and G are transmitted, and only red light R is reflected. Moreover, since the change in the reflection wavelength region with respect to the change in the incident angle α is small, the occurrence of color shading is reduced in the case of a projection display device or the like using the dichroic prism 10.
【0014】次に、図3に本発明の第2の実施形態とし
て、ダイクロイックミラー20の構成を示す。このダイ
クロイックミラー20は、BK7ガラスで作られたプレ
ート21の上に光学多層膜22が施された構成を有す
る。この場合にも、高屈折率膜として屈折率2.2のT
iO2、低屈折率膜として屈折率1.47のSiO2を用い
ている。またダイクロイック特性のための周期構成の膜
の光学的厚みは、高屈折率膜で244nm、低屈折率膜
で44nmとなっており、この光学多層膜22における
高屈折率膜および低屈折率膜の光学的膜厚の比(nH×
dH)/(nL×dL)=5.55であり、上記条件式
(1)を十分に満足する。Next, FIG. 3 shows a configuration of a dichroic mirror 20 as a second embodiment of the present invention. The dichroic mirror 20 has a configuration in which an optical multilayer film 22 is provided on a plate 21 made of BK7 glass. Also in this case, a high refractive index film having a refractive index of 2.2
TiO 2 , SiO 2 having a refractive index of 1.47 is used as the low refractive index film. The optical thickness of the film having the periodic structure for the dichroic characteristic is 244 nm for the high refractive index film and 44 nm for the low refractive index film, and the optical thickness of the high refractive index film and the low refractive index film in the optical multilayer film 22. Optical film thickness ratio (nH ×
dH) / (nL × dL) = 5.55, which satisfies the conditional expression (1) sufficiently.
【0015】この第2実施形態の光学多層膜22のS偏
光分光透過率を図4に示す。この図4を従来例を示す図
7と比較すれば良く分かるように、入射角αの変化に対
する透過率の波長方向の変化が従来例に比較し格段に改
善されていることがわかる。このため、このダイクロイ
ックミラー20を用いた投射型表示装置等の場合にも、
カラーシェーディングの発生が少なくなる。このダイク
ロイックミラー20の透過率は、緑色光Gの波長範囲で
ある約500〜580nmの範囲において高い反射率を
示しており、このダイクロイックミラー20を用いれ
ば、緑色光Gのみを効果的に反射させ、青色光Bと赤色
光Rとは透過させることができる。FIG. 4 shows the S-polarized spectral transmittance of the optical multilayer film 22 of the second embodiment. As can be clearly understood by comparing FIG. 4 with FIG. 7 showing the conventional example, it can be seen that the change of the transmittance in the wavelength direction with respect to the change of the incident angle α is remarkably improved as compared with the conventional example. For this reason, even in the case of a projection display device or the like using the dichroic mirror 20,
The occurrence of color shading is reduced. The transmittance of the dichroic mirror 20 shows a high reflectance in a wavelength range of about 500 to 580 nm, which is the wavelength range of the green light G. When this dichroic mirror 20 is used, only the green light G is effectively reflected. , Blue light B and red light R can be transmitted.
【0016】なお、上記実施形態において、高屈折率膜
の材料としては、TiO2、を用い、低屈折率膜の材料と
してSiO2を用いているが、これら材料に限られるもの
ではなく、高屈折率膜の材料としてはTa2O5、Zr
O2、ZnSのいずれかを主成分とするものを用いてもよ
く、また、低屈折率膜の材料としては MgF2、SiO、
Al2O3のいずれかを主成分とするものを用いてもよ
い。In the above embodiment, TiO 2 is used as the material of the high refractive index film, and SiO 2 is used as the material of the low refractive index film. However, the material is not limited to these materials. Ta 2 O 5 , Zr
A material containing either O 2 or ZnS as a main component may be used, and MgF 2 , SiO,
A material containing any of Al 2 O 3 as a main component may be used.
【0017】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光学基板(例えば、ガラス基板、ガラスプリズム等)の
表面に形成される光学多層膜において、周期的な構成を
もつ主な膜の光学的膜厚の比が上述の条件式(1)を満
足するようにして光学素子が構成されているため、多層
膜への入射角の変化に対する光透過率特性の波長方向の
変化(もしくは相違)を従来に比べて小さくすることが
可能となった。このようなダイクロイックミラーを投射
型表示装置に使用した場合、カラーシェーディングと呼
ばれる色ムラや輝度のムラの発生を抑えることが可能と
なる。As described above, according to the present invention,
In an optical multilayer film formed on the surface of an optical substrate (for example, a glass substrate, a glass prism, or the like), the ratio of the optical film thickness of a main film having a periodic structure satisfies the above conditional expression (1). Since the optical element is configured as described above, it is possible to reduce the change (or difference) in the light transmittance characteristic in the wavelength direction with respect to the change in the incident angle to the multilayer film as compared with the related art. When such a dichroic mirror is used in a projection display device, it is possible to suppress the occurrence of color unevenness and luminance unevenness called color shading.
【図1】本発明の第1実施形態に係るダイクロイックプ
リズムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a dichroic prism according to a first embodiment of the present invention.
【図2】このダイクロイックプリズムにおけるS偏光分
光透過率を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the S-polarized light spectral transmittance of the dichroic prism.
【図3】本発明の第2実施形態に係るダイクロイックミ
ラーの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a dichroic mirror according to a second embodiment of the present invention.
【図4】このダイクロイックミラーにおけるS偏光分光
透過率を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the S-polarized light spectral transmittance of the dichroic mirror.
【図5】ダイクロイックミラーおよびプリズムを用いた
投射型表示装置の一例を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an example of a projection display device using a dichroic mirror and a prism.
【図6】従来のダイクロイックプリズムの構成図であ
る。FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional dichroic prism.
【図7】従来のダイクロイックプリズムにおけるS偏光
分光透過率を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the S-polarized light spectral transmittance of a conventional dichroic prism.
10,61 ダイクロイックプリズム 12,22 光学多層膜 13 光学接着剤 20,53,55 ダイクロイックミラー 51 光源 10,61 dichroic prism 12,22 optical multilayer film 13 optical adhesive 20,53,55 dichroic mirror 51 light source
Claims (3)
高屈折率膜と屈折率が1.6以下の低屈折率膜を交互に
積層してなる光学多層膜を形成して構成される光学素子
において、 高屈折率膜の屈折率をnH、低屈折率膜の屈折率をn
L、高屈折率膜の膜厚をdH、低屈折率膜の膜厚をdL
とした場合に、周期的な構成をもつ主な膜の光学的膜厚
の比が 式 : (nH×dH)/(nL×dL)≧2 を満足することを特徴とする光学素子。1. An optical multi-layer film formed by alternately stacking a high refractive index film having a refractive index of 2.0 or more and a low refractive index film having a refractive index of 1.6 or less on an optical substrate surface. The refractive index of the high refractive index film is nH, and the refractive index of the low refractive index film is n.
L, the thickness of the high refractive index film is dH, and the thickness of the low refractive index film is dL.
Wherein the ratio of the optical film thickness of the main film having a periodic structure satisfies the following formula: (nH × dH) / (nL × dL) ≧ 2.
O2、ZnSのいずれかを主成分とし、前記低屈折率膜が
MgF2、SiO2、SiO、Al2O3のいずれかを主成分と
する請求項1に記載の光学素子2. The high-refractive-index film is made of TiO 2 , Ta 2 O 5 , Zr.
2. The optical element according to claim 1, wherein one of O 2 and ZnS is a main component, and the low refractive index film is one of MgF 2 , SiO 2 , SiO and Al 2 O 3 as a main component.
赤、緑、青の少なくともいずれか一つを分離するダイク
ロイック特性を有することを特徴とする請求項1もしく
は2に記載の光学素子。3. The method according to claim 1, wherein the light incident on the optical multilayer film is
3. The optical element according to claim 1, wherein the optical element has a dichroic characteristic for separating at least one of red, green, and blue.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9263384A JPH11101913A (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Optical element |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP9263384A JPH11101913A (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Optical element |
Publications (1)
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Country Status (1)
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JP (1) | JPH11101913A (en) |
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