JPWO2015129720A1 - 色分解合成プリズムおよびそれを用いた光学系、プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る第1実施形態においては、ダイクロイック膜に設ける異なる2色間で反射と透過に分離する際の透過率50%となるカットオフ波長を、それぞれ異なる角度で入射する照明光、投影光、オフ光の全てに対して良好に波長分離可能になる波長域に設けたダイクロイック膜を形成したダイクロイック面を有する構成としている。
0.2≦(λR−λ50)/(λR−λG)≦0.4・・・(1)
(λG−λ50)/(λG−λB)=0.2±0.02・・・(2)
まず、図8、図14を用いて本実施形態に係るREDダイクロ実施例1−1(本発明に係るダイクロイック膜Rに相当)について説明する。図14にはダイクロイック膜の構成を示し、図8にダイクロイック膜の分光透過率を示す。
図15にREDダイクロ実施例1−2(本発明に係るダイクロイック膜Rに相当)のダイクロイック膜の構成を示す。図15に示すように、REDダイクロ実施例1−2は、プリズム基体(基板ガラス)の上の第1、3、〜51の各奇数層に屈折率が2.38のNb2O5を積層し、第2、4〜50の各偶数層に屈折率が1.74のLa0.5Al1.5O3を積層し、第52層の最外層に屈折率が1.47のSiO2を積層している。
図16にREDダイクロ実施例1−3(本発明に係るダイクロイック膜Rに相当)のダイクロイック膜の構成を示す。図16に示すように、REDダイクロ実施例1−3は、プリズム基体(基板ガラス)の上の第1、3、〜55の各奇数層に屈折率が2.38のNb2O5を積層し、第2、4〜54の各偶数層および第56層の最外層に屈折率が1.47のSiO2を積層している。
次に、図9、図18を用いて本実施形態に係るBLUEダイクロ実施例1−1(本発明に係るダイクロイック膜Bに相当)について説明する。図18にはBLUEダイクロ実施例1−1の膜構成を示し、図9にBLUEダイクロ実施例1−1の分光透過率を示す。
図19にBLUEダイクロ実施例1−2(本発明に係るダイクロイック膜Bに相当)のダイクロイック膜の構成を示す。図19に示すように、BLUEダイクロ実施例1−2は、プリズム基体(基板ガラス)の上の第1、3、〜43の各奇数層に屈折率が2.38のNb2O5を積層し、第2、4〜42の各偶数層に屈折率が1.63のAl2O3を積層し、第44層の最外層に屈折率が1.47のSiO2を積層している。
そこで、上記の色分解合成プリズムDPAに従来構成の青色ダイクロイック膜を対応させた例をBLUEダイクロ比較例2として図11と図20を用いて説明する。図11には、従来構成の青色ダイクロイック膜B(BLUEダイクロ比較例2)の、31°(照明光に相当)、17°(オン光に相当)、52°(オフ光に相当)、および、5.5°(オン光最外光に相当)、63.5°(オフ光最外光に相当)の各入射角度に応じた入射光の波長毎の透過率(分光透過率)を示しており、横軸に波長nm、縦軸に透過率%を示している。また、このBLUEダイクロ比較例2の膜構成を図20に示す。
次に、条件式(2)を満たす青色ダイクロイック膜Bを成膜したBLUEダイクロ実施例1−3について図12と図21を用いて説明する。図12には、BLUEダイクロ実施例3の、31°(照明光に相当)、17°(オン光に相当)、52°(オフ光に相当)、および、5.5°(オン光最外光に相当)、63.5°(オフ光最外光に相当)の各入射角度に応じた入射光の波長毎の透過率(分光透過率)を示しており、横軸に波長nm、縦軸に透過率%を示している。また、このBLUEダイクロ実施例1−3の膜構成を図21に示す。
(λ1−λ50)/(λ1−λ2)≒0.2・・・(3)
この構成によると、波長分離する2色のうち長波長側の発振波長とカットオフ波長との差が、長波長側の発振波長と短波長側の発振波長との差よりも小さくなって、カットオフ波長が長波長側の発振波長側に近くなることになる。すなわち、光の入射角度が大きくなるに従って、特性が短波長側にシフトするダイクロイック膜を形成したダイクロイック面であっても、各色光をより確実に分離できる構成となる。従って、不要な反射光を低減して、光学部品や接着剤の損傷を防止し、迷光による画像劣化を抑制できて、光の利用効率を向上することが可能になる。
0.2≦(λR−λ50)/(λR−λG)≦0.4・・・(1)
(λG−λ50)/(λG−λB)=0.2±0.02・・・(2)
本発明に係る第2実施形態においては、少なくともオフ光Nの中心光軸に対し、透過すべき波長の光に対しては透過率90%以上、反射すべき波長の光に対しては透過率5%以下に波長分離する機能を備えたダイクロイック膜を有する構成としている。言い換えれば、青色域の第1波長範囲と、緑色域の第2波長範囲と、赤色域の第3波長範囲、の光を含む照明光Iと投影光Pとオフ光Nの各光路に対して、光軸光束での透過すべき波長は透過率90%以上、反射すべき波長の光に対しては透過率5%以下に波長分離する機能を備えたダイクロイック膜を有する構成としている。
nA=Σ(ni・di)/Σdi(i=1〜m−1)・・・(4)
ただし、ni:第i層の550nmの光に対する屈折率、di:第i層の膜厚、m:多層膜の層数である。
nA=Σ(ni・di)/Σdi(i=1〜m−1)・・・(4)
ただし、ni:第i層の550nmの光に対する屈折率、di:第i層の膜厚、m:多層膜の層数である。
本実施形態に係るREDダイクロ実施例2−1(本発明に係るダイクロイック膜Rに相当)は、前述したREDダイクロ実施例1−1と同じものである。すなわち、REDダイクロ実施例2−1の膜構成は図14に示された膜構成であり、REDダイクロ実施例2−1の分光透過率は図8に示す分光透過率である。
次に、図33、図47を用いて本実施形態に係るBLUEダイクロ実施例2−1(本発明に係る青色ダイクロイック膜Bに相当)について説明する。図33にはダイクロイック膜の構成を示し、図47にダイクロイック膜の分光透過率を示す。
まず、REDダイクロの実施例2−2〜2−8の膜構成について図22〜図26、および、図15、図16を用いて説明する。
次に、REDダイクロ比較例1〜7の膜構成について図13、図27〜図32を用いて説明する。
次に、BLUEダイクロ実施例2−2〜2−8の膜構成について図34〜図40を用いて説明する。
次に、BLUEダイクロ比較例1、3〜8の膜構成について図17、図41〜図46を用いて説明する。
nA=Σ(ni・di)/Σdi(i=1〜m−1)・・・(4)
ただし、ni:第i層の550nmの光に対する屈折率、di:第i層の膜厚、m:多層膜の層数、である。
nA=Σ(ni・di)/Σdi(i=1〜m−1)・・・(4)
ただし、ni:第i層の550nmの光に対する屈折率、di:第i層の膜厚、m:多層膜の層数、である。
2 レーザー光源
IL 照明光学系
PL 投影光学系
PR 投影光学系用プリズム
PR1 第1プリズム
PR2 第2プリズム
DP 色分解合成プリズム
DP1 第1プリズム
DP1c 第1ダイクロイック面
DP2 第2プリズム
DP2c 第2ダイクロイック面
DP3 第3プリズム
B 青色ダイクロイック膜(BLUEダイクロ)
R 赤色ダイクロイック膜(REDダイクロ)
I 照明光
P 投影光(オン光)
N オフ光
Claims (20)
- 青色域の第1波長範囲と、緑色域の第2波長範囲と、赤色域の第3波長範囲のレーザー光を放射するレーザー光源を備え、当該レーザー光源が発する照明光を画像表示素子に導く照明光学系と、前記画像表示素子からの投影光を投射レンズに導く投影光学系を備えるプロジェクタに装備され、照明光を分離し投影光を合成する機能を有する色分解合成プリズムであって、
投影光として用いない照明光部分は前記画像表示素子を介してオフ光として投影光とは異なる方向に出射すると共に、
異なる2色間で反射と透過に分離する際の透過率50%となるカットオフ波長を、それぞれ異なる角度で入射する照明光、投影光、オフ光の全てに対して良好に波長分離可能になる波長域に設けたダイクロイック膜を有する色分解合成プリズム。 - 赤色の発振波長をλR、緑色の発振波長をλGとし、投影光入射時のダイクロイック膜特性における赤色と緑色の2色間で反射と透過に分離する際の透過率50%となる前記カットオフ波長をλ50とした時に、下記の条件式(1)を満たすダイクロイック膜を有する請求項1に記載の色分解合成プリズム。
0.2≦(λR−λ50)/(λR−λG)≦0.4・・・(1) - 緑色の発振波長をλG、青色の発振波長をλBとし、投影光入射時のダイクロイック膜特性における緑色と青色の2色間で反射と透過に分離する際の透過率50%となる前記カットオフ波長をλ50とした時に、下記の条件式(2)を満たすダイクロイック膜を有する請求項1または2に記載の色分解合成プリズム。
(λG−λ50)/(λG−λB)=0.2±0.02・・・(2) - 異なる2色間で反射と透過に分離する際の透過率50%となる前記カットオフ波長をλ50とし、2色のうち長波長色の発振波長をλ1、短波長色の発振波長をλ2とした時に、下記の条件式(3)を満たすダイクロイック膜を有する請求項1に記載の色分解合成プリズム。
(λ1−λ50)/(λ1−λ2)≒0.2・・・(3) - 青色域の第1波長範囲が440〜470nm、緑色域の第2波長範囲が520〜550nm、赤色域の第3波長範囲が630〜660nmである請求項1から4のいずれかに記載の色分解合成プリズム。
- 赤色光を反射し青色光と緑色光を透過する赤色ダイクロイック膜を有する第1プリズムと、青色光を反射し緑色光を透過する青色ダイクロイック膜を有する第2プリズムと、を備え、照明光入射側から順に第1プリズムと第2プリズムを配設した請求項1から5のいずれかに記載の色分解合成プリズム。
- 第1プリズムと第2プリズムとはエアギャップを介して対向配置され、共に三角断面形状を有する三角柱状のプリズムから成り、第2プリズムとエアギャップを介して四角断面形状を有する四角柱状の第3プリズムを配設すると共に、第1プリズムの第2プリズムとの対向面に前記赤色ダイクロイック膜を形成し、第2プリズムの第3プリズムとの対向面に前記青色ダイクロイック膜を形成した請求項6に記載の色分解合成プリズム。
- 前記ダイクロイック膜は、550nmの光に対する屈折率が2.3以上2.6以下の第1屈折率材料と、550nmの光に対する屈折率が1.6以上で1.9以下の第2屈折率材料とを交互に積層し、最終層にSiO2を成膜すると共に、第1屈折率材料としてTiO2あるいはNb2O5を用い、第2屈折率材料としてAl2O3あるいはAl2O3とLa2O3の混合酸化物を用いて、前記λ50を満たすように成膜されている請求項2から7のいずれかに記載の色分解合成プリズム。
- 前記ダイクロイック膜は、550nmの光に対する屈折率が2.3以上2.6以下の第1屈折率材料と、550nmの光に対する屈折率が1.4以上で1.5以下のSiO2を交互に積層し、最終層にSiO2を成膜すると共に、第1屈折率材料としてTiO2あるいはNb2O5を用いて、前記λ50を満たすように成膜されている請求項2から7のいずれかに記載の色分解合成プリズム。
- 青色域の第1波長範囲と、緑色域の第2波長範囲と、赤色域の第3波長範囲のレーザー光を放射するレーザー光源を備え、当該レーザー光源が発する照明光を画像表示素子に導く照明光学系と、前記画像表示素子からの投影光を投射レンズに導く投影光学系を備えるプロジェクタに装備され、照明光を分離し投影光を合成する機能を有する色分解合成プリズムであって、
投影光として用いない照明光部分は前記画像表示素子を介してオフ光として投影光とは異なる方向に出射すると共に、オフ光の中心光軸に対し、透過すべき波長の光に対しては透過率90%以上、反射すべき波長の光に対しては透過率5%以下に波長分離する機能を備えたダイクロイック膜を形成したダイクロイック面を有する色分解合成プリズム。 - 前記ダイクロイック面への照明光の入射角度が39°±2°、投影光の入射角度が28°±2°、オフ光の入射角度が58°±2°であって、光束の片側開き角度をθとしたとき、1/(2sinθ)で与えられる光束のFナンバーが2.5以下である請求項10に記載の色分解合成プリズム。
- 青色域の第1波長範囲が440〜470nm、緑色域の第2波長範囲が520〜550nm、赤色域の第3波長範囲が630〜660nmである請求項10または11に記載の色分解合成プリズム。
- 前記ダイクロイック面として、照明光入射側から順に第1ダイクロイック面と第2ダイクロイック面を有し、第1ダイクロイック面に、赤色光を反射し青色光と緑色光を透過する赤色ダイクロイック膜を形成し、第2ダイクロイック面に、青色光を反射し緑色光を透過する青色ダイクロイック膜を形成した請求項10ら12のいずれかに記載の色分解合成プリズム。
- 前記赤色ダイクロイック膜は、550nmの光に対する屈折率が2.3以上2.6以下の第1屈折率材料と、550nmの光に対する屈折率が1.6以上で1.9以下の第2屈折率材料とを交互に積層し、最終層にSiO2を成膜しており、下記の条件式(4)に示す平均屈折率nAが2.05以上であって、440〜470nmと520〜550nmの光を透過し、630〜660nmの光を反射する請求項13に記載の色分解合成プリズム。
nA=Σ(ni・di)/Σdi(i=1〜m−1)・・・(4)
ただし、ni:第i層の550nmの光に対する屈折率、di:第i層の膜厚、m:多層膜の層数、である。 - 前記ダイクロイック膜の層数が45層以上である請求項14に記載の色分解合成プリズム。
- 前記青色ダイクロイック膜は、550nmの光に対する屈折率が2.3以上2.6以下の第1屈折率材料と、550nmの光に対する屈折率が1.6以上で1.9以下の第2屈折率材料とを交互に積層し、最終層にSiO2を成膜しており、下記の条件式(4)に示す平均屈折率nAが2.10以上であって、440〜470nmの光を反射し、520〜550nmの光を透過する請求項13に記載の色分解合成プリズム。
nA=Σ(ni・di)/Σdi(i=1〜m−1)・・・(4)
ただし、ni:第i層の550nmの光に対する屈折率、di:第i層の膜厚、m:多層膜の層数、である。 - 前記ダイクロイック膜の層数が35層以上である請求項16に記載の色分解合成プリズム。
- 第1屈折率材料がTiO2あるいはNb2O5であり、第2屈折率材料がAl2O3あるいはAl2O3とLa2O3の混合酸化物である請求項14から17のいずれかに記載の色分解合成プリズム。
- 請求項1から18のいずれかに記載の色分解合成プリズムを用いた光学系。
- 青色域の第1波長範囲と、緑色域の第2波長範囲と、赤色域の第3波長範囲のレーザー光を放射するレーザー光源を備え、当該レーザー光源が発する照明光を画像表示素子に導く照明光学系と、前記画像表示素子からの投影光を投射レンズに導く投影光学系を備え、
照明光を分離し投影光を合成する機能を有し、投影光として用いない照明光部分は前記画像表示素子を介してオフ光として投影光とは異なる方向に出射する色分解合成プリズムを備えたプロジェクタであって、
前記色分解合成プリズムは、異なる2色間で反射と透過に分離する際の透過率50%となるカットオフ波長を、それぞれ異なる角度で入射する照明光、投影光、オフ光の全てに対して良好に波長分離可能になる波長域に設けたダイクロイック膜を有するプロジェクタ。
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