(57)【要約】  レーザー光を放射する照明用光源と色分解合成プリズムを備えたプロジェクタにおいて、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可能な色分解合成プリズムおよびそれを用いた光学系、プロジェクタを提供する。投影光Ｐとして用いない照明光部分は画像表示素子（ＤＭＤ１３）を介してオフ光Ｎとして投影光Ｐとは異なる方向に出射すると共に、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Ｉ、投影光Ｐ、オフ光Ｎ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備えた色分解合成プリズムＤＰとした。
2015129720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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）
【請求項３】
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）
【請求項４】
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）
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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１９】
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。
【請求項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、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタが備える色分解合成プリズムに関し、特に、照明用光源としてレーザー光源を用いたプロジェクタに好適な色分解合成プリズムおよびそれを用いた光学系、プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、録画装置に内蔵したビデオ映像やパソコンに内蔵した文書や画像などのデジタル情報を投影する装置として、反射型の液晶パネルやＤＭＤ（Digital  Micro-mirror  Device）などの画像表示素子を用いたプロジェクタが知られている。このプロジェクタは、照明光を放射する照明用光源と、照明用光源からの照明光を画像表示素子に導く照明光学系と、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有する。【０００３】
照明用光源から出射された照明光は、照明光学系を介して導光され赤、青、緑の３色の光に分離されて各色に対応する画像表示素子に照射される。画像表示素子に照射された照明光は投影光として画像表示素子から出射され、この投影光を再度合成し投影光学系を介して投射レンズに導きスクリーンに投影する。【０００４】
また、照明光の分離と投影光の合成を行うために色分解合成プリズムを用いる。すなわち、色分解合成プリズムは、照明光を導く光学系と投影光を導く光学系の両方に用いられる光学部材であって、それぞれが三角柱状のプリズムを複数個組み合わされて構成される。また、光の分離と合成を行うためのダイクロイック膜を所定の面に形成しており、このダイクロイック膜を介して所定波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過させることにより、照明光の分離と投影光の合成を行う。【０００５】
照明用光源としては、従来、高輝度のキセノンランプや高圧水銀ランプなどが用いられている。近年では、発光効率の向上や発光量の増加と共にＬＥＤ（Light  Emitting  Diode：発光ダイオード）や半導体レーザーを用いたレーザー光源が実用化されている。特に、青色レーザー光源が開発されて以来、この青色レーザー光源と緑色レーザー光源と赤色レーザー光源との三原色のレーザー光源を用いた照明用光源が開発されている。【０００６】
ＤＭＤを用いたプロジェクタでは、その色を投影しない画素において照明光を投影光路とは反対側へ反射させてオフ光（不用光）を生成している。このオフ光は、本来は色分解合成プリズム前面から投影レンズ光路外に放出される。しかしながら、オフ光がダイクロイック膜へ入射する角度における特性が、ダイクロイック膜の角度依存性によって投影光（オン光）に対する特性と異なるため、色分解合成プリズム前面ではなく、上面などの異なる方向に導かれてしまう場合が生じる。【０００７】
そのため、通常のランプ光に比べ光の強度が非常に強いレーザー光源を用いた照明では、オフ光が意図しない方向に放出されて、周辺部品の温度上昇を招いたり、迷光となって投影レンズに導かれてしまいゴーストやコントラスト低下を招いたりして問題となる。【０００８】
そこで、色分解合成プリズムのダイクロイック面のオン光が到達する領域には、オン光と同様な入射角度を有する光線に最適化された特性を有するダイクロイック膜が形成され、オフ光が到達する領域にはオフ光と同様な入射角度を有する光線に最適化された特性を有するダイクロイック膜が形成された投影光学系が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２５８７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
通常のダイクロイック膜は角度依存性を有するので、特定の入射角度に対して、所望の特性を発揮するダイクロイック膜を設けることにより、所定の波長帯の光を良好に反射し、その他の光を良好に透過させることが可能になる。【００１１】
特許文献１記載の光学系は、ダイクロイック面のオン光が到達する領域と、オフ光が到達する領域とで、それぞれの入射角度に応じた光に対する特性を調整するので、オン光とオフ光とが、それぞれ所定の角度で入射する際には所望の特性を発揮して、良好な反射率や透過率を発揮することは可能である。しかしながら、複数の領域に分割して複数の異なるダイクロイック膜を成膜することは簡単でなく、製造コスト的にも不利である。しかも、それぞれの光が特定の領域を離れた部位に入射すると、所望の特性は発揮できない虞が生じて問題となる。【００１２】
そのために、色分解合成プリズムのダイクロイック面は、主光束である投影光を良好に波長分離できることはもちろん、投影光より入射角度が高角度となるオフ光が到達しても良好に波長分離できることが望まれる。言い換えれば、入射角度がそれぞれ異なると共に所定の拡がり角度を有する複数の光束に対して、全て良好に波長分離できるダイクロイック面であることが望ましい。【００１３】
特に、高出力のレーザー光を用いた場合は、より高角度で入射するオフ光が迷光になると、投影光方向に漏れ出した光が結像性能を悪化させて問題となるだけでなく、プリズム光学面以外へ反射して接着剤などに吸収され発熱することにより不要な損傷を発生させる懸念が生じて問題となる。【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、レーザー光を放射する照明用光源と色分解合成プリズムを備えたプロジェクタにおいて、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可能な色分解合成プリズムおよびそれを用いた光学系、プロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明は、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ことを特徴としている。【００１６】
上記の構成によると、ダイクロイック膜に入射する角度がそれぞれ異なる照明光、投影光、オフ光の全てに対して良好に波長分離可能なダイクロイック膜を形成しているので、各色光をより確実に分離できて迷光が生じ難い構成となる。従って、レーザー光を放射する照明用光源と色分解合成プリズムを備えた光学系において、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可能な色分解合成プリズムを得ることができる。【００１７】
また本発明は、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ことを特徴としている。【００１８】
上記の構成によると、レーザー光源は所定の波長範囲の光を放射するので、ダイクロイック膜に入射する光は、それぞれ特有の波長範囲の光が主であり、その他の波長域の光はほとんどないことは明らかである。また、同一のダイクロイック面に到達する照明光と投影光とオフ光の各光路は、それぞれ入射角度が異なり、主光束の投影光の入射角度が好適に設定されたダイクロイック面に入射するオフ光の入射角度は大きく外れてしまうことも明らかである。従って、オフ光が投影光の入射角度よりも大きな入射角度で入射しても、適切な透過率と反射率を発揮できるダイクロイック膜を設けることで、透過すべき光束を良好に透過し、反射すべき光束を良好に反射して迷光を生じない色分解合成プリズムを形成できる。従って、レーザー光を放射する照明用光源と色分解合成プリズムを備えた光学系において、照明光、投影光、オフ光の全てに対して良好に波長分離できて、不要な反射光や迷光による悪影響を抑制して光の利用効率を向上可能な色分解合成プリズムを得ることができる。【００１９】
また本発明は、上記構成の色分解合成プリズムを用いた光学系であることを特徴としている。この構成によると、赤色光と緑色光と青色光をより確実に分離できるダイクロイック面を具備して、不要な反射光や迷光の発生を抑制して光の利用効率を向上可能な光学系を得ることができる。【００２０】
また本発明は、上記構成の色分解合成プリズムを用いたプロジェクタであることを特徴としている。この構成によると、赤色光と緑色光と青色光をより確実に分離できるダイクロイック面を具備して、不要な反射光や迷光の発生を抑制して光の利用効率を向上可能なプロジェクタを得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レーザー光を放射する照明用光源と色分解合成プリズムを備えたプロジェクタにおいて、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可能な色分解合成プリズムおよびそれを用いた光学系、プロジェクタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る色分解合成プリズムを用いた光学系の概要を示す概略説明図である。
【図２】図１の光学系が備える色分解合成プリズムの垂直断面図である。
【図３】光学系の一部分を示し、オン光とオフ光を示す拡大説明図である。
【図４】迷光の一例を示す色分解合成プリズムの垂直断面図である。
【図５】従来の赤色ダイクロイック膜比較例１の透過率を示す図である。
【図６】従来の青色ダイクロイック膜比較例１の透過率を示す図である。
【図７】オン光とオフ光の拡がり程度を示す拡大説明図である。
【図８】本発明の赤色ダイクロイック膜実施例１−１（２−１）の透過率を示す図である。
【図９】本発明の青色ダイクロイック膜実施例１−１の透過率を示す図である。
【図１０】３つのプリズムから成る色分解合成プリズムの垂直断面図である。
【図１１】青色ダイクロイック膜比較例２の透過率を示す図である。
【図１２】青色ダイクロイック膜実施例１−３の透過率を示す図である。
【図１３】赤色ダイクロイック膜比較例１の構成を示す図である。
【図１４】赤色ダイクロイック膜実施例１−１（２−１）の構成を示す図である。
【図１５】赤色ダイクロイック膜実施例１−２（２−５）の構成を示す図である。
【図１６】赤色ダイクロイック膜実施例１−３（２−８）の構成を示す図である。
【図１７】青色ダイクロイック膜比較例１の構成を示す図である。
【図１８】青色ダイクロイック膜実施例１−１の構成を示す図である。
【図１９】青色ダイクロイック膜実施例１−２の構成を示す図である。
【図２０】青色ダイクロイック膜比較例２の構成を示す図である。
【図２１】青色ダイクロイック膜実施例１−３の構成を示す図である。
【図２２】赤色ダイクロイック膜実施例２−２の構成を示す図である。
【図２３】赤色ダイクロイック膜実施例２−３の構成を示す図である。
【図２４】赤色ダイクロイック膜実施例２−４の構成を示す図である。
【図２５】赤色ダイクロイック膜実施例２−６の構成を示す図である。
【図２６】赤色ダイクロイック膜実施例２−７の構成を示す図である。
【図２７】赤色ダイクロイック膜比較例２の構成を示す図である。
【図２８】赤色ダイクロイック膜比較例３の構成を示す図である。
【図２９】赤色ダイクロイック膜比較例４の構成を示す図である。
【図３０】赤色ダイクロイック膜比較例５の構成を示す図である。
【図３１】赤色ダイクロイック膜比較例６の構成を示す図である。
【図３２】赤色ダイクロイック膜比較例７の構成を示す図である。
【図３３】青色ダイクロイック膜実施例２−１の構成を示す図である。
【図３４】青色ダイクロイック膜実施例２−２の構成を示す図である。
【図３５】青色ダイクロイック膜実施例２−３の構成を示す図である。
【図３６】青色ダイクロイック膜実施例２−４の構成を示す図である。
【図３７】青色ダイクロイック膜実施例２−５の構成を示す図である。
【図３８】青色ダイクロイック膜実施例２−６の構成を示す図である。
【図３９】青色ダイクロイック膜実施例２−７の構成を示す図である。
【図４０】青色ダイクロイック膜実施例２−８の構成を示す図である。
【図４１】青色ダイクロイック膜比較例３の構成を示す図である。
【図４２】青色ダイクロイック膜比較例４の構成を示す図である。
【図４３】青色ダイクロイック膜比較例５の構成を示す図である。
【図４４】青色ダイクロイック膜比較例６の構成を示す図である。
【図４５】青色ダイクロイック膜比較例７の構成を示す図である。
【図４６】青色ダイクロイック膜比較例８の構成を示す図である。
【図４７】本発明の青色ダイクロイック膜実施例２−１の透過率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。また、同一構成部材については同一の符号を用い、重複する説明は適宜省略する。
【００２４】
本発明に係る色分解合成プリズムおよびこの色分解合成プリズムを用いる光学系は、例えばプロジェクタの光学系であり、プロジェクタに好適に適用される色分解合成プリズムである。また、照明用光源としてレーザー光を用いたプロジェクタに好適に適用されるものである。例えば、図１に示すように、レーザー光を放射する照明用光源１からの照明光Ｉを導く照明光学系ＩＬと、投影光学系用プリズムＰＲと、色分解合成プリズムＤＰと、画像表示素子１３と、画像表示素子１３からの投影光Ｐを投射スクリーンに導く投影光学系ＰＬを備える。
【００２５】
照明用光源１は、例えば、第１波長範囲の青色光を発光する青色レーザー光源２ａと、第２波長範囲の緑色光を発光する緑色レーザー光源２ｂと、第３波長範囲の赤色光を発光する赤色レーザー光源２ｃと、の３原色の半導体レーザーから成るレーザー光源２を有する。また、複数の光源からのレーザー光は、光合成手段２Ｄを介して一本の照明光Ｉに合成される。光合成手段２Ｄは従来公知の装置を用いることができ、例えば、各色光を反射するダイクロイックミラーを組み合わせて用いるとよい。
【００２６】
照明用光源１が放射する照明光Ｉは照明光学系ＩＬを介して投影光学系用プリズムＰＲに入射し、第１の面ＰＲ１ａを介して色分解合成プリズムＤＰに向けて全反射し、色分解合成プリズムＤＰから画像表示素子１３に入射する。また、画像表示素子１３により変調された光は投影光として色分解合成プリズムＤＰに向けて出射し、色分解合成プリズムＤＰと投影光学系用プリズムＰＲを透過して投影光学系ＰＬを介して図示しないスクリーンに投射される。
【００２７】
本実施形態においては画像表示素子としてＤＭＤを用いている。そのために、画像表示素子は、以下、ＤＭＤとして説明する。すなわち、画像表示素子１３はＤＭＤ１３である。また、ＤＭＤは、基板上に極めて多数のミラー素子（マイクロミラー）が配列されたミラー面を備えており、ＤＭＤ各画素のミラー素子は±１２°に傾斜し、照明光Ｉの光軸側に１２°傾いた状態では、入射角θ２＝２４°で入射する照明光をＤＭＤに垂直な方向（投影光Ｐの光軸方向）に投影光（オン光）として出射させる。他方、照明光Ｉの光軸側とは逆方向に１２°傾いた状態では、照明光を出射角４８°でオフ光Ｎとして出射させる。これによって光変調が行われる。
【００２８】
ここで、照明光学系ＩＬは、例えば、ロッドインテグレータ３と集光レンズ４とリレーレンズ５とを有する。照明用光源１からのレーザー光はロッドインテグレータ３に入射し、内部で内面反射を繰り返して均一な光量分布となって出射して、集光レンズ４とリレーレンズ５を経由して、投影光学系用プリズム（全反射プリズム）ＰＲの入射側に配置されたエントランスレンズ６を介して投影光学系用プリズムＰＲに入射する。
【００２９】
投影光学系用プリズムＰＲは、それぞれ略三角柱状の第１プリズムＰＲ１と第２プリズムＰＲ２とから成っており、照明光Ｉが全反射する第１の面ＰＲ１ａを有する。この第１の面ＰＲ１ａを投影光Ｐは透過する。また、第１の面ＰＲ１ａとエアギャップを介して対向する第２の面ＰＲ２ａを有し、第１の面ＰＲ１ａから出射する投影光Ｐはこの第２の面ＰＲ２ａを透過する。
【００３０】
すなわち、投影光学系用プリズムＰＲは、照明光Ｉが全反射し投影光Ｐが透過する第１の面ＰＲ１ａと、エアギャップを介して投影光Ｐが入射して透過する第２の面ＰＲ２ａを有する。第１の面ＰＲ１ａは照明光Ｉを全反射し投影光Ｐは透過するが、これは、照明光Ｉの第１の面ＰＲ１ａに対する入射角θ１は全反射角度以上に設定し、投影光Ｐの第１の面ＰＲ１ａに対する入射角θ３は全反射角度よりも小さな角度に設定することにより実現できる。
【００３１】
上記したように、この投影光学系用プリズムＰＲによってＤＭＤ１３に対する入力光と出力光との分離が行われる。第１プリズムＰＲ１は、照明光学系ＩＬからの照明光Ｉを第１の面ＰＲ１ａで全反射させ、色分解合成プリズムＤＰに入射させる。
【００３２】
色分解合成プリズムＤＰでは照明光Ｉが赤、緑、青の各色に分解されるとともに、ＤＭＤ１３で変調された各色光が合成される。
【００３３】
次に図２を用いて色分解合成プリズムＤＰの一例について説明する。色分解合成プリズムＤＰは、三角断面形状を有する略三角柱状の第１プリズムＤＰ１及び第２プリズムＤＰ２と、四角断面形状を有する略四角柱状の第３プリズムＤＰ３と、略三角柱状のクリアプリズムＤＰ４が組み合わされている。第１プリズムＤＰ１の、第２プリズムＤＰ２と対向する面が第１ダイクロイック面ＤＰ１ｃとして機能し、この面に赤色光を反射する赤色ダイクロイック膜Ｒが形成されている。なお、第１プリズムＤＰ１と第２プリズムＤＰ２との間にはエアギャップが設けられている。そしてまた、第２プリズムＤＰ２の、第３プリズムＤＰ３と対向する面が第２ダイクロイック面ＤＰ２ｃとして機能し、この面に青色光を反射する青色ダイクロイック膜Ｂが設けられている。
【００３４】
第２プリズムＤＰ１と第３プリズムＤＰ３との間にもエアギャップが設けられている。また本実施形態では、色分解合成プリズムＤＰにクリアプリズムＤＰ４を用いているが、クリアプリズムＤＰ４は特に用いなくても構わない。
【００３５】
クリアプリズムＤＰ４の上面である入出射面ＤＰａより入射した照明光Ｉは、赤色ダイクロイック膜Ｒで赤色光が反射し、他の青色光及び緑色光は透過する。赤色ダイクロイック膜Ｒで反射した赤色光は、第１プリズムＤＰ１の側面ＤＰ１ｂで全反射して、第１プリズムＤＰ１の入出射面ＤＰ１ａより出射して赤用の画像表示素子であるＤＭＤ１１を照明する。
【００３６】
一方、赤色ダイクロイック膜Ｒを透過した青色光と緑色光のうち、青色光は第２プリズムＤＰ２の青色ダイクロイック膜Ｂで反射し、緑色光は透過する。青色ダイクロイック膜Ｂで反射した青色光は、第２プリズムＤＰ２の側面ＤＰ２ｂで全反射され、第２プリズムＤＰ２の入出射面ＤＰ２ａより出射して青用の画像表示素子であるＤＭＤ１２を照明する。青色ダイクロイック膜Ｂを透過した緑色光は、第３プリズムＤＰ３の入出射面ＤＰ３ａより出射して緑用の画像表示素子であるＤＭＤ１３を照明する。
【００３７】
次に、各画像表示素子（ＤＭＤ１１〜１３）からの投影光の光路、すなわち光の合成について説明する。赤色用のＤＭＤ１１で反射した赤色の投影光は、第１プリズムＤＰ１の入出射面ＤＰ１ａに入射して、第１プリズムＤＰ１の側面ＤＰ１ｂで全反射した後、さらに赤色ダイクロイック膜Ｒで反射する。また、青色用のＤＭＤ１２で反射された青色の投影光は、第２プリズムＤＰ２の入出射面ＤＰ２ａに入射して、第２プリズムＤＰ２の側面ＤＰ２ｂで全反射した後、青色ダイクロイック膜Ｂ（第２ダイクロイック面ＤＰ２ｃ）でさらに反射する。そして更に、第１プリズムＤＰ１の赤色ダイクロイック膜Ｒ（第１ダイクロイック面ＤＰ１ｃ）を透過する。一方、緑用のＤＭＤ１３で反射した緑色の投影光は、第３プリズムＤＰ３の入出射面ＤＰ３ａに入射して、青色ダイクロイック膜Ｂ及び赤色ダイクロイック膜Ｒを透過する。
【００３８】
そして、これら赤色および青色、緑色の各投影光は、同一光軸の投影光Ｐに合成され、クリアプリズムＤＰ４の入出射面ＤＰａから出射して、投影光学系用プリズムＰＲに入射する。続いて、この合成された投影光Ｐは、投影光学系用プリズムＰＲの各プリズムの全反射条件を満たさないので、投影光学系用プリズムＰＲ及びエアギャップを透過し、複数のレンズ等から成る投影光学系ＰＬによって、図示しないスクリーンに投影される。ここで、投影光学系ＰＬのレンズ等は、図示を省略している。
【００３９】
上記したように、本実施形態に係る色分解合成プリズムＤＰは、第１プリズムＤＰ１と第２プリズムＤＰ２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ＤＰ２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ＤＰ３を配設すると共に、第１プリズムＤＰ１の第２プリズムＤＰ２との対向面に赤色ダイクロイック膜Ｒを形成し、第２プリズムＤＰ２の第３プリズムＤＰ３との対向面に青色ダイクロイック膜Ｂを形成している。この構成であれば、三角柱状の第１プリズムＤＰ１を介して第１色光（赤色光）を分解合成でき、同じく三角柱状の第２プリズムＤＰ２を介して第２色光（青色光）を分解合成でき、四角柱状の第３プリズムＤＰ３を介して残りの第３色光（緑色光）を導光できる。
【００４０】
従って、第１プリズムＤＰ１と第２プリズムＤＰ２と第３プリズムＤＰ３を備えた色分解合成プリズムＤＰを介して、照明用光源１が放射する３色のレーザー光を分解合成して所定の投影光Ｐを生成できる。
【００４１】
次に、図３を用いて、ＤＭＤを介して投影光Ｐとオフ光Ｎを生成する構成について説明する。各ＤＭＤ（例えば、ＤＭＤ１３）は基板上に極めて多数のミラー素子Ｍ１、Ｍ２が配列されたミラー面を備えており、このミラー面を構成するミラー素子Ｍ１、Ｍ２の反射方向をそれぞれ独立して２方向に切り替える。
【００４２】
画素信号に応じて、投影すべき画素に対応するミラー素子Ｍ１は、照明光Ｉａを投影光Ｐ（オン光）として反射させる位置に傾き、オン光は色分解合成プリズムＤＰによって各色が合成された後、投影光学系用プリズムＰＲを透過して投影レンズへ入射する。
【００４３】
また、不用となる画素に対応するミラー素子Ｍ２は、逆の位置に傾き、照明光Ｉｂをオフ光Ｎとして反射する。反射光（オフ光Ｎ）は色分解合成プリズムＤＰで合成された後、プリズム前面から投影光路外へ導かれる。すなわち、スクリーン上では各色のオン光によって画像が形成されることになる。
【００４４】
ダイクロイック膜Ｂ、Ｒは、誘電体薄膜を複数層積層した誘電体多層膜から成る。この誘電体多層膜の形成方法は、真空蒸着法やＩＡＤ（Ion  Assisted  Deposition）法、ＩＰ（Ion  Plating）法、スパッタリング法など従来公知の方法を用いることができる。従来から在る通常のダイクロイック膜は、透過する波長範囲内の全ての光に対する波長平均反射率を低減することを目指した誘電体多層膜から構成される。しかしながら、レーザー光源を照明用光源１として採用する場合には、所定波長帯の波長平均反射率を主に低減する構成であればよい。
【００４５】
例えば、照明用光源１が放射するレーザー光は、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であることが好ましい。この構成であれば、所定の波長範囲で発光する半導体レーザーやＬＥＤなどに加えて、半導体レーザーの出力を非線形結晶を用いて波長変換して得られる各種のレーザー光源を適用できるからである。
【００４６】
例えば、青色レーザー光源としては、青色半導体レーザーの４４５ｎｍ付近や、９３０ｎｍ半導体レーザーを非線形性結晶により波長変換した４６５ｎｍを用い、緑色においては、緑色半導体レーザーの５２５ｎｍ付近や５４５ｎｍ付近、１０６４ｎｍレーザー光を非線形性結晶により波長変換した５３２ｎｍを用い、赤色においては、赤色半導体レーザーの６３０〜６６０ｎｍ付近の波長帯を用いることが多いためである。
【００４７】
そこで、本実施形態では、第３波長範囲６３０〜６６０ｎｍの赤色光を反射し第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍと第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの光を透過する赤色ダイクロイック膜Ｒ、および、第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光を反射し第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍと第３波長範囲６３０〜６６０ｎｍの光を透過する青色ダイクロイック膜Ｂを適用している。
【００４８】
上記したように、ダイクロイック面は誘電体多層膜から成るので、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。そのために、所定の入射角度で入射するオン光はダイクロイック面で反射されるが、オン光とは異なる入射角度で入射するオフ光は透過されてしまう光や、或いは、その逆の現象が発生して、オフ光の一部がプリズム前面以外の方向に導かれてしまう場合や、オン光が投影光路外へ導かれる場合に迷光が生じる。
【００４９】
レーザー光は光の強度が非常に強いので、迷光が生じると接着剤や周辺部品に損傷を発生させる可能性がある。また、損傷に至らない場合でも、迷光が生じて投影レンズへ導かれてしまいゴーストやコントラスト低下を招いてしまう。
【００５０】
次に、図４を用いて、従来構成のダイクロイック膜を備えた色分解合成プリズムＤＰの場合に生じる迷光の一例について説明する。
【００５１】
色分解合成プリズムＤＰに入射した照明光はクリアプリズムＤＰ４から第１プリズムＤＰ１に入射する。そして、赤色ダイクロイック膜Ｒ（第１ダイクロイック面ＤＰ１ｃ）により第３波長範囲６３０〜６６０ｎｍの赤色光は反射され赤色用のＤＭＤ１１に導かれて、オン光、オフ光として所定の方向に反射される。
【００５２】
この際に、クリアプリズムＤＰ４を備えたプリズム４枚構成の本実施形態においては、照明光の赤色ダイクロイック膜Ｒへの入射角度は約３９°であり、オン光の赤色ダイクロイック膜Ｒへの入射角度は約２８°であり、オフ光の赤色ダイクロイック膜Ｒへの入射角度は約５８°である。
【００５３】
第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光と第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの緑色光は赤色ダイクロイック膜Ｒを透過して第２プリズムＤＰ２に入射する。そして、青色ダイクロイック膜Ｂ（第２ダイクロイック面ＤＰ２ｃ）により第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光は反射され青色用のＤＭＤ１２に導かれて、オン光、オフ光として所定の方向に反射される。
【００５４】
この際に、本実施形態においては、照明光の青色ダイクロイック膜Ｂへの入射角度は約３９°であり、オン光の青色ダイクロイック膜Ｂへの入射角度は約２８°であり、オフ光の青色ダイクロイック膜Ｂへの入射角度は約５８°である。また、それぞれの角度はほぼ一定であるが、±２°の調整値を含む。
【００５５】
オフ光は約５８°で青色ダイクロイック膜Ｂに入射するので、この角度では、４７０ｎｍ近傍の青色光は、その約半分の光が青色ダイクロイック膜Ｂを透過してしまい迷光ＮＢとなって、第３プリズムＤＰ３に入射することが判った。
【００５６】
また、第１プリズムＤＰ１と第２プリズムＤＰ２を透過して第３プリズムＤＰ３に入射した第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの緑色光は、緑色用のＤＭＤ１３に導かれて、オン光、オフ光として所定の方向に反射される。
【００５７】
この際に、本実施形態においては、オン光の青色ダイクロイック膜Ｂへの入射角度および赤色ダイクロイック膜Ｒへの入射角度は約２８°であり、オフ光の青色ダイクロイック膜Ｂへの入射角度および赤色ダイクロイック膜Ｒへの入射角度は約５８°である。
【００５８】
緑色のオフ光は約５８°で青色ダイクロイック膜Ｂに入射するので、この角度では、５４０〜５５０ｎｍ近傍の緑色光は、その半分近い光が赤色ダイクロイック膜Ｒにより反射されてしまい迷光ＮＧとなって、第２プリズムＤＰ２内部に放射されることが判った。
【００５９】
上記の不具合が発生するのは、従来構成のダイクロイック膜に角度依存性があるためである。また、従来の白色光を用いたプロジェクタの色分解プリズムのダイクロイック膜特性は、画像をスクリーンに投影する際に表現できる色の範囲を最大にできるように設計されており、分離する波長帯域の間において、投影光路での透過率が５０％となる波長（カットオフ波長）を、青色ダイクロイック膜Ｂで５００〜５１０ｎｍ付近、赤色ダイクロイック膜Ｒで５９０〜６００ｎｍ付近に設定している。この従来構成のダイクロイック膜の角度依存性について、図５、図６を用いて説明する。
【００６０】
図５には、従来構成の赤色ダイクロイック膜Ｒ（ＲＥＤダイクロ比較例１）の、３９°（照明光に相当）、２８°（オン光に相当）、５８°（オフ光に相当）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ＲＥＤダイクロ比較例１の膜構成を図１３に示す。
【００６１】
図１３に示すように、本実施形態に係るＲＥＤダイクロ比較例１は、プリズム基体（基板ガラス）の上の第１、３、〜２５の各奇数層に屈折率が１．６３のＡｌ2Ｏ3を積層し、第２、４〜２６の各偶数層に屈折率が２．３８のＮｂ2Ｏ5を積層し、第２７層の最外層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【００６２】
また、図１３には成膜する各層の物理膜厚（ｎｍ）と屈折率と設計主波長λ0：５５０ｎｍに対する光学膜厚を示している。プリズム基体（基板ガラス）は従来公知のＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７であって、屈折率は１．５２である。
【００６３】
ダイクロイック膜における透過率の計測は、照明光に対応する入射角度３９°、投影光に対応する入射角度２８°、オフ光に対応する入射角度５８°にて行い、その結果を図５に示す。
【００６４】
図５から判るように、図１３に示す膜構成の従来の赤色ダイクロイック膜Ｒでは、第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの緑色光に対して、オン光に相当する入射角度２８°の光と照明光に相当する入射角度３９°の光は、全て良好に透過するが、オフ光に相当する入射角度５８°の光の透過率が変動する境界領域になっており、前述したように、５４０〜５５０ｎｍ近傍の緑色光は半分程度しか透過せず、残りの半分近い光が反射されることを示している。
【００６５】
次に、図６と図１７を用いて従来の青色ダイクロイック膜について説明する。図６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１）の、３９°（照明光に相当）、２８°（オン光に相当）、５８°（オフ光に相当）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１の膜構成を図１７に示す。
【００６６】
図１７に示すように、本実施形態に係るＢＬＵＥダイクロ比較例１は、プリズム基体（基板ガラス）の上の第１、３、〜２９の各奇数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層し、第２、４〜２８の各偶数層に屈折率が１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3を積層し、第３０層の最外層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【００６７】
また、図１７には成膜する各層の物理膜厚（ｎｍ）と屈折率と設計主波長λ0：５５０ｎｍに対する光学膜厚を示している。プリズム基体（基板ガラス）は従来公知のＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７であって、屈折率は１．５２である。
【００６８】
ダイクロイック膜における透過率の計測は、照明光に対応する入射角度３９°、投影光に対応する入射角度２８°、オフ光に対応する入射角度５８°にて行い、その結果を図６に示す。
【００６９】
図６から判るように、図１７に示す膜構成の従来の青色ダイクロイック膜Ｂでは、第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光に対して、オン光に相当する入射角度２８°の光と照明光に相当する入射角度３９°の光は、透過率が略０であって全て良好に反射するが、オフ光に相当する入射角度５８°の光の透過率が変動する境界領域になっており、前述したように、４７０ｎｍ近傍の青色光は、４０〜５０％程度の光が透過し、残り半分の光が反射することを示している。
【００７０】
従って、従来のダイクロイック膜を備えた色分解合成プリズムを備えたプロジェクタにレーザー光を放射する照明用光源を使用した際には、その使用する青色、緑色の発振波長が長波長側にあった場合には、上記した迷光による不具合が生じてしまう。
【００７１】
実際の光学系においては、光学系のＦナンバーに相当する開き角度拡がった光が存在する。そのため、±１２°傾斜するミラー素子を備えたＤＭＤを用いたプロジェクタ光学系においては、光束の片側開き角度をθとして、１／（２sinθ）で与えられるＦナンバー２．５、角度にして±１１．５°程度に設定されるため、低角側のオン光の最外光の分離性能の悪化によるコントラストの低下や、高角側のオフ光の最外光が迷光となる虞がさらに大きくなる。
【００７２】
例えば、図７に示すように、ミラー素子Ｍ１を介して照明光を２４°偏向し、垂直な方向に出射される投影光Ｐは主光線Ｐ１と所定角度拡がった最外光線Ｐ２、Ｐ３を有する。また、ミラー素子Ｍ２を介して投影光Ｐと異なる方向に出射されるオフ光Ｎは主光線Ｎ１と所定角度拡がった最外光線Ｎ２、Ｎ３を有する。従って、主光線Ｎ１と最外光線Ｎ３とは、片側開き角度θが１１．５°程度拡がっており、この入射角度の変動により、透過率や反射率がばらつく原因となる。
【００７３】
そのために、ＤＭＤを用いた本実施形態の光学系は、Ｆナンバー２．５の光束全体を分離合成するために、ダイクロイック面を含むエアギャップ面は投影光軸に対して１８°傾斜して形成されており、それぞれの光束の入射角度（空気側入射角度）は、照明光が３９°、投影光が２８°、オフ光が５８°に設定される。また、Ｆナンバー２．５を考慮した際の最小入射角度はオン光（投影光Ｐ）最外光の１６．５°（２８°−１１．５°）となり、最大入射角度はオフ光最外光の６９．５°（５８°＋１１．５°）となる。
【００７４】
次に、本発明に係る実施形態である、第１実施形態と第２実施形態について順に説明する。
【００７５】
〈第１実施形態〉
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。
【００７６】
レーザー光源は所定の波長範囲の光を放射するので、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波長範囲は、それぞれ特有の波長範囲を有し、その他の波長域の光は、ほとんどないことは明らかである。また、同一のダイクロイック面に到達する照明光Ｉと投影光Ｐとオフ光Ｎの各光路は、それぞれ入射角度が異なり、主要な投影光Ｐの入射角度が好適に設定されたダイクロイック面に入射するオフ光Ｎの入射角度は大きく外れてしまうことも明らかである。従って、投影光Ｐの入射角度よりも大きな入射角度で入射しても、３色の波長範囲に応じた光束の透過率と反射率を適当な値にできるダイクロイック膜を設けることで、透過すべき光束を良好に透過し、反射すべき光束を良好に反射して迷光を生じない色分解合成プリズムＤＰを形成できる。
【００７７】
例えば、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にできる。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、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発揮可能なダイクロイック膜を有するといえる。
【００７８】
従って、レーザー光を放射する照明用光源１と色分解合成プリズムＤＰを備えた光学系において、照明光Ｉ、投影光Ｐ、オフ光Ｎの全てに対して良好に波長分離できるダイクロイック面を備えた色分解合成プリズムＤＰを得ることができる。すなわち、本実施形態に係る色分解合成プリズムＤＰは、照明光Ｉ、投影光Ｐ、オフ光Ｎの全てに対して良好に波長分離できて、不要な反射光や迷光による悪影響を抑制して光の利用効率を向上可能になる。
【００７９】
また、ダイクロイック膜の角度依存性による波長シフト量は注目する波長に比例して大きくなる。例えば、第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光と第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの緑色光と第３波長範囲６３０〜６６０ｎｍの赤色光を用いた場合には、波長域の間隔は、青色・緑色間では４７０〜５２０ｎｍで５０ｎｍとなり、緑色・赤色間では５５０〜６３０ｎｍで８０ｎｍとなる。
【００８０】
従って、許容される波長シフト量は、青色・緑色間では波長５２０ｎｍの光に対して５０ｎｍであり、９．６％となる。また、緑色・赤色間では波長６３０ｎｍの光に対して８０ｎｍであり、１２．７％となる。
【００８１】
すなわち、青色・緑色間で分離合成機能を持つ青色ダイクロイック膜Ｂの方が許容波長シフト量が小さく、膜設計上の難易度が高い。これに対して緑色・赤色間で分離合成機能を持つ赤色ダイクロイック膜Ｒの方が許容波長シフト量が大きくて、膜設計上の難易度が低いことが判る。
【００８２】
そこで、本実施形態においては、照明光入射側から、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Ｒ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Ｂとを、この順に配設する構成にしている。この構成であれば、３色から成る照明光の２色を透過させることが求められるプリズム面に、許容波長シフト量が大きくて膜設計上の難易度が低い赤色ダイクロイック膜を設け、残り２色のうち他の１色を透過させるだけでよいプリズム面に許容波長シフト量が小さくて、膜設計上の難易度が高い青色ダイクロイック膜Ｂを設けることになるので、光学設計が容易となる。すなわち、１色を反射し１色を透過させるだけでよいプリズム面に、より厳しい許容値の方を割り当てることができ、光学設計が容易となる。
【００８３】
また、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するために、本実施形態に係る赤色ダイクロイック膜Ｒに相当するダイクロイック膜は、赤色の発振波長をλR、緑色の発振波長をλG、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％となる波長をλ50とした時に、下記の条件式（１）を満たすように成膜されている。
０．２≦（λR−λ50）／（λR−λG）≦０．４・・・（１）
【００８４】
条件式（１）を満たすダイクロイック膜を有する構成であれば、赤色の発振波長とカットオフ波長との差が、赤色の発振波長と緑色の発振波長との差よりも小さくなって、カットオフ波長を長波長側の赤色の発振波長側に設定することになる。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、所定の長波長域にカットオフ波長を予め設定しておくことにより、赤色光と緑色光と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。
【００８５】
また、本実施形態に係る青色ダイクロイック膜Ｂに相当するダイクロイック膜は、緑色の発振波長をλG、青色の発振波長をλB、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％となる波長をλ50とした時に、下記の条件式（２）を満たすように成膜されている。
（λG−λ50）／（λG−λB）＝０．２±０．０２・・・（２）
【００８６】
条件式（２）を満たすダイクロイック膜を有する構成であれば、緑色の発振波長とカットオフ波長との差が、緑色の発振波長と青色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緑色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、所定の長波長域にカットオフ波長を予め設定しておくことにより、緑色光と青色光と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。
【００８７】
次に、赤色光を反射するダイクロイック膜Ｒ（ＲＥＤダイクロ）の実施例と比較例、および、青色光を反射するダイクロイック膜Ｂ（ＢＬＵＥダイクロ）の実施例と比較例について順に説明する。この反射膜の成膜工程は、基板ガラスとしてＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７を用い、１５０℃加熱下におけるＩＡＤ法により成膜している。
【００８８】
〈ＲＥＤダイクロ実施例１−１〉
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。
【００８９】
図１４に示すように、本実施形態に係るＲＥＤダイクロ実施例１−１（赤色ダイクロイック膜Ｒ）は、プリズム基体（基板ガラス）の上の第１、３、〜４９の各奇数層に屈折率が１．８５のＬａ0.9Ａｌ1.1Ｏ3を積層し、第２、４〜５０の各偶数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層し、第５１層の最外層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【００９０】
また、図１４には成膜する各層の物理膜厚（ｎｍ）と屈折率と設計主波長λ0：５５０ｎｍに対する光学膜厚を示している。プリズム基体（基板ガラス）は従来公知のＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７であって、屈折率は１．５２である。
【００９１】
また、ダイクロイック膜における透過率の計測は、照明光に対応する入射角度３９°、投影光に対応する入射角度２８°、オフ光に対応する入射角度５８°にて行った。また、それぞれの光束は±１１．５°の拡がりを有するので、２８°−１１．５°の１６．５°（オン光最外光に相当）と、５８°＋１１．５°の６９．５°（オフ光最外光に相当）にて行った。その結果を図８に示す。図８は横軸に４００〜７５０ｎｍの波長領域を示し、縦軸に透過率０〜１００％を示す。
【００９２】
すなわち、図８には、入射角度が２８°（オン光に相当）、３９°（照明光に相当）、５８°（オフ光に相当）のそれぞれに応じた入射光に加えて、オン光最外光（入射角度１６．５°）とオフ光最外光（入射角度６９．５°）の波長毎の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。
【００９３】
図８に示す結果から、この実施例１−１のＲＥＤダイクロは、反射すべき第３波長範囲６３０〜６６０ｎｍの光に対しては、全ての光の透過率が５％以下であることが判る。また、透過すべき第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍと第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの光に対しては、入射角度５８°のオフ光は略９５％以上の透過率を示しており、オフ光最外光の入射角度６９．５°に対しても９０％以上の透過率を示している。すなわち、透過すべき全ての光の透過率が９０％以上であることが判る。
【００９４】
従って、このダイクロイック膜をレーザー光に適用すると、投影光となるオン光の入射角度よりも大きな角度で入射するオフ光であって、光学系のＦナンバー２．５に相当する所定角度に拡がった光が存在する場合であっても、第３波長範囲６３０〜６６０ｎｍの赤色光は、５％以下の透過率を発揮して良好に反射し、第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光と第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの緑色光は、全ての入射角度範囲において９０％以上の透過率を発揮して良好に透過させることが明らかになった。
【００９５】
また、ＲＥＤダイクロ実施例１−１と同様な効果が得られたＲＥＤダイクロ実施例１−２とＲＥＤダイクロ実施例１−３の構成について以下説明する。
【００９６】
〈ＲＥＤダイクロ実施例１−２〉
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。
【００９７】
また、図１５には成膜する各層の物理膜厚（ｎｍ）と屈折率と設計主波長λ0：５５０ｎｍに対する光学膜厚を示している。プリズム基体（基板ガラス）は従来公知のＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７であって、屈折率は１．５２である。
【００９８】
このＲＥＤダイクロ実施例１−２から成るダイクロイック膜Ｒは、ＲＥＤダイクロ実施例１−１と同様に、レーザー光から構成される赤色光と緑色光と青色光をより確実に分離できることが判った。また、その具体的な効果については後述する。
【００９９】
〈ＲＥＤダイクロ実施例１−３〉
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。
【０１００】
また、図１６には成膜する各層の物理膜厚（ｎｍ）と屈折率と設計主波長λ0：５５０ｎｍに対する光学膜厚を示している。プリズム基体（基板ガラス）は従来公知のＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７であって、屈折率は１．５２である。
【０１０１】
このＲＥＤダイクロ実施例１−３から成るダイクロイック膜Ｒは、ＲＥＤダイクロ実施例１−１と同様に、レーザー光から構成される赤色光と緑色光と青色光をより確実に分離できることが判った。また、その具体的な効果については後述する。
【０１０２】
〈ＢＬＵＥダイクロ実施例１−１〉
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。
【０１０３】
図１８に示すように、本実施形態に係るＢＬＵＥダイクロ実施例１−１（青色ダイクロイック膜Ｂ）は、プリズム基体の上の第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１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3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。
【０１０４】
また、図１８には、成膜する各層の物理膜厚（ｎｍ）と屈折率と設計主波長λ0：５５０ｎｍに対する光学膜厚を示している。プリズム基体（基板ガラス）は従来公知のＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７であって、屈折率は１．５２である。
【０１０５】
また、このＢＬＵＥダイクロ実施例１−１における透過率の計測は、上記と同様に照明光に対応する入射角度３９°、投影光に対応する入射角度２８°、オフ光に対応する入射角度５８°、および、オン光最外光に相当する１６．５°、オフ光最外光に相当する６９．５°にて行った。その結果を図９に示す。
【０１０６】
図９には、図１８に示す膜構成を有するＢＬＵＥダイクロ実施例１−１に対して、入射角度２８°（オン光に相当）、３９°（照明光に相当）、５８°（オフ光に相当）、および、１６．５°（オン光最外光に相当）、６９．５°（オフ光最外光に相当）の波長毎の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。
【０１０７】
図９に示す結果から、このＢＬＵＥダイクロ実施例１−１は、反射すべき第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの光に対しては、６９．５°以外の光の透過率が５％以下であり、６９．５°の光は５％を少し超えていることが判る。また、透過すべき第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの光に対しては、６９．５°以外の光の透過率が９０％以上であり、６９．５°の光は７０〜９０％であることが判る。
【０１０８】
従って、このダイクロイック膜をレーザー光に適用すると、光学系のＦナンバーに相当する所定角度に拡がった光が存在する場合であっても、第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光は５％以下の透過率を発揮して良好に反射し、第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの緑色光で入射角度６９．５°以外の光は９０％以上の透過率を発揮して良好に透過することが明らかになった。
【０１０９】
〈ＢＬＵＥダイクロ実施例１−２〉
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。
【０１１０】
また、図１９には成膜する各層の物理膜厚（ｎｍ）と屈折率と設計主波長λ0：５５０ｎｍに対する光学膜厚を示している。プリズム基体（基板ガラス）は従来公知のＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７であって、屈折率は１．５２である。
【０１１１】
このＢＬＵＥダイクロ実施例１−２から成るダイクロイック膜Ｂは、ＢＬＵＥダイクロ実施例１−１と同様に、レーザー光から構成される赤色光と緑色光と青色光をより確実に分離できることが判った。また、その具体的な効果については後述する。
【０１１２】
また、各光束の入射角度は色分解合成プリズムを構成するプリズムが３枚であるか４枚であるかによっても変化する。例えば、前述したクリアプリズムＤＰ４を備えていない図１０に示す色分解合成プリズムＤＰＡの場合には、第１プリズムＤＰＡ１の第２プリズムＤＰＡ２側の面に成膜する第１ダイクロイック膜（赤色ダイクロイック膜Ｒ）への入射角度は、空気側角度でそれぞれ、照明光で約５５°、オン光で約４６°、オフ光で約７７°になる。
【０１１３】
また、第２プリズムＤＰＡ２の第３プリズムＤＰＡ３側の面に成膜する第２ダイクロイック膜（青色ダイクロイック膜Ｂ）への入射角度は、空気側角度でそれぞれ、照明光で約３１°、オン光で約１７°、オフ光で約５２°になる。
【０１１４】
〈ＢＬＵＥダイクロ比較例２〉
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。
【０１１５】
図２０に示すように、本実施形態に係るＢＬＵＥダイクロ比較例２は、プリズム基体（基板ガラス）の上の第１、３、〜２９の各奇数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層し、第２、４〜２８の各偶数層に屈折率が１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3を積層し、第３０層の最外層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０１１６】
また、図２０には成膜する各層の物理膜厚（ｎｍ）と屈折率と設計主波長λ0：５５０ｎｍに対する光学膜厚を示している。プリズム基体（基板ガラス）は従来公知のＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７であって、屈折率は１．５２である。
【０１１７】
図１１から判るように、図２０に示す膜構成の従来の青色ダイクロイック膜Ｂでは、第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光に対して、オン光に相当する入射角度１７°の光と照明光に相当する入射角度３１°の光は、全て良好に反射するが、オフ光に相当する入射角度５２°の光の透過率が変動する境界領域になっており、前述したように、４７０ｎｍ近傍の青色光は、その約半分の光しか反射されずに、残りの半分が透過することを示している。また、オフ光最外光に相当する入射角度６３．５°の光の反射率はさらに悪化している。
【０１１８】
〈ＢＬＵＥダイクロ実施例１−３〉
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。
【０１１９】
図２１に示すように、本実施形態に係るＢＬＵＥ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、〜２９の各奇数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層し、第２、４〜２８の各偶数層に屈折率が１．６３のＡｌ2Ｏ3を積層し、第３０層の最外層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０１２０】
また、図２１には成膜する各層の物理膜厚（ｎｍ）と屈折率と設計主波長λ0：５５０ｎｍに対する光学膜厚を示している。プリズム基体（基板ガラス）は従来公知のＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７であって、屈折率は１．５２である。
【０１２１】
図１２から判るように、図２１に示す膜構成のＢＬＵＥダイクロ実施例１−３では、第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光に対して、オン光に相当する入射角度１７°の光と照明光に相当する入射角度３１°の光に加えて、オフ光に相当する入射角度５２°の光も全て良好に反射することが判る。しかし、オフ光最外光に相当する入射角度６３．５°の光の透過率が変動する境界領域になっており、４７０ｎｍ近傍の青色光は、透過率が約４０％であって、残りの約６０％が反射することを示している。
【０１２２】
ダイクロイック膜の良否判定は、全ての入射角度範囲において、透過すべき波長域の光は９０％以上の透過率であり、反射すべき波長域の光は５％以下の透過率であることを同時に満たす場合を最良として◎判定すると良い。また、最も角度の大きなオフ光最外光に相当する入射角度を除く入射角度範囲において、透過すべき波長域の光は９０％以上の透過率であり、反射すべき波長域の光は５％以下の透過率であることを同時に満たす場合を良として○判定することができる。また、オン光、オフ光の所定の入射角度範囲において、透過すべき波長域の光は９０％以上の透過率であり、反射すべき波長域の光は５％以下の透過率であることのいずれか一方でも不満足の場合に不良として×判定できる。
【０１２３】
そこで、ＲＥＤダイクロ比較例１とＲＥＤダイクロ実施例１−１と、ＲＥＤダイクロ実施例１−１と同様に良好な結果が得られたＲＥＤダイクロ実施例１−２、１−３との膜構成を表１に示し、ＢＬＵＥダイクロ比較例１とＢＬＵＥダイクロ実施例１−１と、ＢＬＵＥダイクロ実施例１−１と同様に良好な結果が得られたＢＬＵＥダイクロ実施例１−２との膜構成、および、ＢＬＵＥダイクロ比較例２とＢＬＵＥダイクロ実施例１−３との膜構成を表２に示す。また、表１に示す各赤色ダイクロイック膜の性能評価表を表３に示し、表２に示す青色各ダイクロイック膜の性能評価表を表４に示す。
【０１２４】
表１、表２、共に、高い屈折率の第１屈折率材料と低い屈折率の第２屈折率材料の各材料とその屈折率、膜積層数、λ50に相当する波長、条件式（１）、（２）に規定される数値、および、良否判定結果を示す。また、表３、表４には、高い屈折率の第１屈折率材料と低い屈折率の第２屈折率材料の各材料とその屈折率に加えて、条件式（１）、（２）に規定される数値を変化させた場合のダイクロイック膜の性能評価を○×で示す。
【０１２５】
【表１】
2015129720.tif 000003
【０１２６】
【表２】
2015129720.tif 000004
【０１２７】
【表３】
2015129720.tif 000005
【０１２８】
【表４】
2015129720.tif 000006
【０１２９】
表１に示すように、赤色光を反射するＲＥＤダイクロ（赤色ダイクロイック膜Ｒ）においては、λ50が５９４．８ｎｍで条件式（１）に相当する（（λR−λ50）／（λR−λG））の値が０．４４の比較例１の評価は×であり、同じく６１３．０ｎｍで０．２１の実施例１−１と、６１２．６ｎｍで０．２２の実施例１−２と、６１０．８ｎｍで０．２４の実施例１−３と、の評価が○である。すなわち、カットオフ波長が６００ｎｍよりも短波長側にあり、条件式（１）の値が０．４よりも大きな比較例１は×であり、カットオフ波長が６１０ｎｍ程度以上の長波長側にあり、条件式（１）の値が０．２〜０．４の実施例１−１、１−２、１−３は○となって、透過すべき波長域（４４０〜４７０ｎｍ、５２０〜５５０ｎｍ）の光は、最大入射角度を除く１６．５〜５８°の入射角度範囲の光に対して９０％以上の透過率であり、反射すべき波長域（６３０〜６６０ｎｍ）の光は５％以下の透過率であり、良好な特性（透過率および反射率）を発揮することが明らかとなった。
【０１３０】
すなわち、表１に示す比較例１と実施例１−１〜１−３から、赤色光を反射するＲＥＤダイクロ（赤色ダイクロイック膜Ｒ）は、λ50が６１０．０ｎｍ以上で条件式（１）に相当する（（λR−λ50）／（λR−λG））の値が２．０以上で４．０以下の時に、良好な透過率と反射率を発揮するものと想定される。
【０１３１】
また、表２から、青色光を反射するＢＬＵＥダイクロ（青色ダイクロイック膜Ｂ）においては、λ50が５０４．８ｎｍで条件式（２）に相当する（（λG−λ50）／（λG−λB））の値が０．３０の比較例１と、同じく５０４．０ｎｍで０．３４の比較例２の評価は×であり、同じく５１０．０ｎｍで０．２０の実施例１−１と、５１０．２ｎｍで０．２０の実施例１−２と、５１０．４ｎｍで０．１９の実施例１−３と、の評価が○である。すなわち、カットオフ波長が５１０ｎｍよりも短波長側にあり、条件式（２）の値が０．３よりも大きな比較例１と比較例２は×であり、カットオフ波長が５１０ｎｍ程度以上の長波長側にあり、条件式（２）の値が０．２±０．０２の実施例１−１、１−２、１−３は○となって、透過すべき波長域（５２０〜５５０ｎｍ）の光は、最大入射角度を除く１６．５〜５８°の入射角度範囲の光に対して９０％以上の透過率であり、反射すべき波長域（４４０〜４７０ｎｍｎｍ）の光は５％以下の透過率であり、良好な特性（透過率および反射率）を発揮することが明らかとなった。
【０１３２】
すなわち、表２に示す比較例１、２と実施例１−１〜１−３から、青色光を反射するＢＬＵＥダイクロ（青色ダイクロイック膜Ｂ）は、λ50が５１０．０ｎｍ以上で条件式（２）に相当する（（λG−λ50）／（λG−λB））の値が０．２±０．０２の時に、良好な透過率と反射率を発揮するものと想定される。
【０１３３】
また。条件式（１）および条件式（２）とのいずれの場合でも、その値が０．２程度の時に最も良好であることが明らかである。すなわち、ダイクロイック膜を介して異なる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形成したダイクロイック面を有することが好ましいと言える。
（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。
【０１３４】
次に、表３と表４を参照して、条件式（１）の好ましい範囲と、条件式（２）の好ましい範囲について確認する。表３は、表１に示す各赤色ダイクロイック膜の性能評価表であり、表４は、表２に示す各青色ダイクロイック膜の性能評価表である。この性能評価は、各ダイクロイック膜の構成はそのままにして各層の膜厚を調整することにより、カットオフ波長を変更させて性能評価したものである。
【０１３５】
表３は、各赤色ダイクロイック膜の条件式（１）に相当する（（λR−λ50）／（λR−λG））の値を、０．１５〜０．４５まで変化させた際の性能評価を示す。すなわち、これにより、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％となる波長λ50（カットオフ波長）の好ましい設定領域を確認できる。
【０１３６】
例えば、比較例１では、（λR−λ50）／（λR−λG）の値が、０．１５〜０．４５の全範囲において評価×である。しかし、実施例１−１は、（λR−λ50）／（λR−λG）の値が０．２のときに評価◎であり、０．２５〜０．３５のときに評価○となる。
【０１３７】
また、実施例１−２は、（λR−λ50）／（λR−λG）の値が０．２のときに評価◎で、０．２５〜０．４のときに評価○となり、実施例１−３は、（λR−λ50）／（λR−λG）の値が０．２〜０．３５のときに評価○となる。
【０１３８】
従って、この結果より、本実施形態に係る赤色ダイクロイック膜Ｒは、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であることが好ましいと言える。
０．２≦（λR−λ50）／（λR−λG）≦０．４・・・（１）
【０１３９】
この構成であれば、レーザー光を放射する照明用光源１と色分解合成プリズムＤＰを備えたプロジェクタにおいて、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。
【０１４０】
赤色の発振波長が６３０〜６６０ｎｍで緑色の発振波長が５２０〜５５０ｎｍであれば、赤色と緑色の２色間は、赤色の最短発振波長６３０ｎｍをλRとし、緑色の最長発振波長５５０ｎｍをλGとするとよい。すなわち、条件式（１）は、０．２≦（６３０−λ50）／（６３０−５５０）≦０．４となる。
【０１４１】
上記のλ50は、５９８〜６１４ｎｍとなる。従って、λ50の好ましい値は、表１の結果では６１０〜６１３ｎｍであるが、表３の結果からは、５９８〜６１４ｎｍ程度でもよいと言える。すなわち、赤色と緑色の２色間に設けるカットオフ波長は、従来構成の赤色ダイクロイック膜では５９０〜６００ｎｍであったが、レーザー光源を用いる本発明に係る赤色ダイクロイック膜Ｒでは６００〜６１４ｎｍが好ましいと言える。
【０１４２】
また、表４は、各青色ダイクロイック膜の条件式（２）に相当する（（λG−λ50）／（λG−λB））の値を、０．１７〜０．２３まで変化させた際の性能評価を示す。すなわち、これにより、青色と緑色の２色間で反射と透過に分離する際の透過率５０％となる波長λ50（カットオフ波長）の好ましい設定領域を確認できる。
【０１４３】
例えば、比較例１では、（λG−λ50）／（λG−λB）の値が、０．１７〜０．２３の全範囲において評価×である。しかし、実施例１−１は、（λG−λ50）／（λG−λB）の値が０．１８〜０．２２のときに評価○となる。また、実施例１−２は、０．１９〜０．２２のときに評価○となる。
【０１４４】
また、比較例２は、比較例１と同様に、０．１７〜０．２３の全範囲において評価×であるが、実施例１−３は、０．１８〜０．２２のときに評価○となる。
【０１４５】
すなわち、青色領域と緑色領域との間に設定するカットオフ波長は、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％となる波長をλ50とした時に、下記の条件式（２）を満たすことが好ましいと言える。
（λG−λ50）／（λG−λB）＝０．２±０．０２・・・（２）
【０１４６】
この構成であれば、レーザー光を放射する照明用光源１と色分解合成プリズムＤＰを備えたプロジェクタにおいて、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。
【０１４７】
緑色の発振波長が５２０〜５５０ｎｍで青色の発振波長が４４０〜４７０ｎｍであれば、緑色と青色の２色間は、緑色の最短発振波長５２０ｎｍをλGとし、青緑色の最長発振波長４７０ｎｍをλBとするとよい。すなわち、条件式（２）は、（５２０−λ50）／（５２０−４７０）＝０．２±０．０２となる。
【０１４８】
上記のλ50は、５１０±１ｎｍとなる。従って、λ50の好ましい値は、表２の結果では５１０．０〜５１０．４ｎｍであるが、表４の結果からは、５０９〜５１１ｎｍ程度でもよいと言える。すなわち、青色と緑色の２色間に設けるカットオフ波長は、従来構成の青色ダイクロイック膜では５００〜５１０ｎｍであったが、レーザー光源を用いる本発明に係る青色ダイクロイック膜Ｂでは５０９〜５１１ｎｍが好ましいと言える。
【０１４９】
上記したように、第１実施形態に係るダイクロイック膜は、使用するレーザー光源の発振波長域間の所定部位にカットオフ波長を設定すると共に、従来のダイクロイック膜よりも長波長側にカットオフ波長を設けることにより、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可能になる。
【０１５０】
例えば、本実施形態に係る色分解合成プリズムＤＰは、ダイクロイック膜に入射する全ての光束に対し、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。
【０１５１】
また、ＲＥＤダイクロ実施例１−１、１−２の赤色ダイクロイック膜Ｒに相当するダイクロイック膜、および、ＢＬＵＥダイクロ実施例１−１〜１−３の青色ダイクロイック膜Ｂに相当する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を成膜している。また、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。
【０１５２】
また、ＲＥＤダイクロ実施例１−３の赤色ダイクロイック膜Ｒに相当する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を成膜している。また、第１屈折率材料としてＮｂ2Ｏ5を用いて、前記λ50を満たすように成膜されている。
【０１５３】
上記の構成であれば、ダイクロイック膜に対する入射角度がそれぞれ異なる照明光と投影光とオフ光の各光束に対して、異なる２色に確実に分離可能なカットオフ波長に設定したダイクロイック膜を容易に成膜することができる。
【０１５４】
上記したように、屈折率が２．３以上２．６以下の第１屈折率材料は、ＴｉＯ2（屈折率２．４７）あるいはＮｂ2Ｏ5（屈折率２．３８）が好ましく、屈折率が１．６以上で１．９以下の第２屈折率材料は、Ａｌ2Ｏ3（屈折率１．６３）あるいはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合酸化物（屈折率１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3や屈折率１．８５のＬａ0.9Ａｌ1.1Ｏ3など）が好ましい。この構成であれば、所望の屈折率を確実に発揮できる成膜材料を得ることができる。ここで、Ｌａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3は、メルク社製サブスタンスＭ２であって、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合酸化物である。また、Ｌａ0.9Ａｌ1.1Ｏ3は、メルク社製サブスタンスＭ３であって、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合酸化物である。
【０１５５】
上記のＲＥＤダイクロ実施例１−１〜１−３の赤色ダイクロイック膜ＲとＢＬＵＥダイクロ実施例１−１〜１−３の青色ダイクロイック膜Ｂを備えた色分解合成プリズムＤＰであれば、第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光と第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの緑色光と第３波長範囲６３０〜６６０ｎｍの赤色光を含むレーザー光から成る照明光、投影光、オフ光の全てに対して、またすべての入射角度範囲に対して良好に波長分離できる。
【０１５６】
また、ダイクロイック面への照明光の入射角度が３９°、投影光の入射角度が２８°、オフ光の入射角度が５８°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以下であることが好ましい。また、それぞれの入射角度は±２°の調整値を含む。すなわち、本発明が好適に適用される照明光の入射角度は３９°±２°、投影光の入射角度は２８°±２°、オフ光の入射角度は５８°±２°である。この構成であれば、それぞれ異なる角度で入射する各光束がそれぞれＦナンバー２．５に相当する拡がり角度（片側１１．５°）を有する光束であっても、所定の波長域の光を全て良好に波長分離できる。従って、レーザー光源１が放射する高出力の光であっても、不要な迷光に起因する問題を抑制でき、光の利用効率を向上できる色分解合成プリズムおよびそれを用いた光学系を得ることができる。
【０１５７】
例えば、Ｆナンバー２．５で定義されるコーン上の光束の透過すべき波長帯の光が全て透過率９０％以上、且つ、反射すべき波長帯の透過率が５％以下であることが好ましい。この構成であれば、それぞれが所定の拡がりを有する照明光、投影光、オフ光が同一のダイクロイック面に到達しても、これらの全ての光束に対して良好に波長分離できる。
【０１５８】
また、Ｆナンバー２．５で定義される所定の拡がりを有する照明光と投影光の全ての光と、最も入射角度が大きくなるオフ光の中心光軸の光の透過すべき波長帯の平均透過率が９０％以上、且つ、反射すべき波長帯の透過率が５％以下であってもよい。この構成であっても、不要な反射光に起因する問題を抑制できて、光の利用効率を向上できる色分解合成プリズムＤＰを得ることができる。
【０１５９】
従って、上記構成の色分解合成プリズムＤＰを用いた光学系であれば、照明光Ｉ、投影光Ｐ、オフ光Ｎの全てに対して良好に波長分離できるダイクロイック面を具備して、不要な反射光や迷光の発生を抑制して光の利用効率を向上させることが可能になる。
【０１６０】
そのために、上記構成の色分解合成プリズムＤＰを用いたプロジェクタであれば、照明光Ｉ、投影光Ｐ、オフ光Ｎの全てに対して良好に波長分離できるダイクロイック面を具備して、不要な反射光や迷光の発生を抑制して光の利用効率を向上させたプロジェクタを得ることが可能になる。
【０１６１】
すなわち、本発明に係るプロジェクタは、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１を備え、当該レーザー光源１が発する照明光Ｉを画像表示素子に導く照明光学系ＩＬと、画像表示素子からの投影光Ｐを投射レンズに導く投影光学系ＰＬを備え、照明光Ｉを分離し投影光Ｐを合成する機能を有し、投影光Ｐとして用いない照明光部分は画像表示素子を介してオフ光Ｎとして投影光Ｐとは異なる方向に出射する色分解合成プリズムＤＰを備えたプロジェクタであって、色分解合成プリズムＤＰ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ことを特徴とする。
【０１６２】
また、本実施形態においては、ダイクロイック膜に入射する照明光の偏光状態を円偏光、もしくは、偏光方向をダイクロイック膜に対しｐ偏光とｓ偏光が等しくなるように入射させているが、本発明はこれに限定されない。
【０１６３】
カットオフ波長λ50はｐ偏光、ｓ偏光のそれぞれにおける透過率５０％となる波長の平均値とする。また、波形の振動により透過波長域と反射波長域との間に透過率５０％となる波長が複数存在する場合には、最も長波長側の波長をλ50にするとよい。
【０１６４】
次に第２実施形態について説明する。
【０１６５】
〈第２実施形態〉
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。
【０１６６】
この構成であれば、レーザー光源は所定の波長範囲の光を放射するので、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波長範囲は、それぞれ特有の波長範囲を有し、その他の波長域の光は、ほとんどないことは明らかである。また、同一のダイクロイック面に到達する照明光Ｉと投影光Ｐとオフ光Ｎの各光路は、それぞれ入射角度が異なり、主要な投影光Ｐの入射角度が好適に設定されたダイクロイック面に入射するオフ光Ｎの入射角度は大きく外れてしまうことも明らかである。従って、投影光Ｐの入射角度よりも大きな入射角度で入射しても、３色の波長範囲に応じた光束の透過率と反射率を適当な値にできるダイクロイック膜を設けることで、透過すべき光束を良好に透過し、反射すべき光束を良好に反射して迷光を生じない色分解合成プリズムＤＰを形成できる。
【０１６７】
従って、レーザー光を放射する照明用光源１と色分解合成プリズムＤＰを備えた光学系において、照明光Ｉ、投影光Ｐ、オフ光Ｎの全てに対して良好に波長分離できるダイクロイック面を備えた色分解合成プリズムＤＰを得ることができる。すなわち、本実施形態に係る色分解合成プリズムＤＰは、照明光Ｉ、投影光Ｐ、オフ光Ｎの全てに対して良好に波長分離できて、不要な反射光や迷光による悪影響を抑制して光の利用効率を向上可能になる。
【０１６８】
また、本実施形態においては、照明光入射側から、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Ｒ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Ｂとを、この順に配設する構成にしている。この構成であれば、３色から成る照明光の２色を透過させることが求められるプリズム面に、許容波長シフト量が大きくて膜設計上の難易度が低い赤色ダイクロイック膜を設け、残り２色のうち他の１色を透過させるだけでよいプリズム面に許容波長シフト量が小さくて、膜設計上の難易度が高い青色ダイクロイック膜Ｂを設けることになるので、光学設計が容易となる。すなわち、１色を反射し１色を透過させるだけでよいプリズム面に、より厳しい許容値の方を割り当てることができ、光学設計が容易となる。
【０１６９】
また、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成膜するために、本実施形態に係る赤色ダイクロイック膜Ｒに相当する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を成膜した構成としている。さらに、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。
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。
【０１７０】
また、本実施形態に係る青色ダイクロイック膜Ｂに相当する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。
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。
【０１７１】
次に、赤色光を反射するダイクロイック膜Ｒ（ＲＥＤダイクロ）の実施例と比較例、および、青色光を反射するダイクロイック膜Ｂ（ＢＬＵＥダイクロ）の実施例と比較例について順に説明する。この反射膜の成膜工程は、基板ガラスとしてＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７を用い、１５０℃加熱下におけるＩＡＤ法により成膜している。
【０１７２】
〈ＲＥＤダイクロ実施例２−１〉
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。
【０１７３】
図８に示す結果から、このＲＥＤダイクロ実施例２−１は、反射すべき第３波長範囲６３０〜６６０ｎｍの光に対しては、全ての光の透過率が５％以下であり、反射すべき第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍと第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの光に対しては、全ての光の透過率が９０％以上である。
【０１７４】
従って、このダイクロイック膜をレーザー光に適用すると、光学系のＦナンバー２．５に相当する所定角度に拡がった光が存在する場合であっても、第３波長範囲６３０〜６６０ｎｍの赤色光は、５％以下の透過率を発揮して良好に反射し、第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光と第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの緑色光は、全ての入射角度範囲において９０％以上の透過率を発揮して良好に透過させることが明らかである。
【０１７５】
〈ＢＬＵＥダイクロ実施例２−１〉
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。
【０１７６】
図３３に示すように、本実施形態に係るＢＬＵＥダイクロ実施例２−１（青色ダイクロイック膜Ｂ）は、プリズム基体の上の第１、３、〜４９の各奇数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層し、第２、４〜４８の各偶数層に屈折率が１．８５のＬａ0.9Ａｌ1.1Ｏ3を積層し、第５０層の最外層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０１７７】
また、成膜する各層の物理膜厚（ｎｍ）と屈折率と設計主波長λ0：５５０ｎｍに対する光学膜厚を示している。プリズム基体（基板ガラス）は従来公知のＳｃｈｏｔｔ社製ＢＫ７であって、屈折率は１．５２である。
【０１７８】
また、このダイクロイック膜における透過率の計測は、上記と同様に照明光に対応する入射角度３９°、投影光に対応する入射角度２８°、オフ光に対応する入射角度５８°、および、オン光最外光に相当する１６．５°、オフ光最外光に相当する６９．５°にて行った。その結果を図４７に示す。
【０１７９】
図４７には、図３３に示す膜構成を有するダイクロイック膜に対して、入射角度２８°（オン光に相当）、３９°（照明光に相当）、５８°（オフ光に相当）、および、１６．５°（オン光最外光に相当）、６９．５°（オフ光最外光に相当）の波長毎の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。
【０１８０】
図４７に示す結果から、このＢＬＵＥダイクロ実施例２−１は、反射すべき第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの光に対しては、全ての光の透過率が５％以下であることが判る。また、反射すべき第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの光に対しては、全ての光の透過率が９０％以上であることが判る。
【０１８１】
従って、このダイクロイック膜をレーザー光に適用すると、光学系のＦナンバーに相当する所定角度に拡がった光が存在する場合であっても、第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光は５％以下の透過率を発揮して良好に反射し、第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの緑色光は９０％以上の透過率を発揮して良好に透過することが明らかになった。
【０１８２】
次に、ＲＥＤダイクロ実施例２−１と同様に良好な結果が得られたＲＥＤダイクロ実施例２−２〜２−６と、ある程度良い結果が得られたＲＥＤダイクロ実施例２−７、２−８と、良好な結果が得られなかったＲＥＤダイクロ比較例１〜７について確認した結果を表５に示す。また、ＢＬＵＥダイクロ実施例２−１と同様に良好な結果が得られたＢＬＵＥダイクロ実施例２−２〜２−６と、ある程度良い結果が得られたＢＬＵＥダイクロ実施例２−７、２−８と、良好な結果が得られなかったＢＬＵＥダイクロ比較例１、３〜８について確認した結果を表６に示す。
【０１８３】
表５、表６、共に、高い屈折率の第１屈折率材料と低い屈折率の第２屈折率材料の各材料とその屈折率、および、条件式（４）に規定される平均屈折率と、膜積層数と、最小透過率と最大透過率と、良否判定結果を示す。また、各波長域において、透過すべき波長域の光の場合は最小透過率を示し、反射すべき波長域の光の場合は最大透過率を示している。また、最も性能が悪化する最大角の６９．５°の値は（）付きで表示している。
【０１８４】
良否判定結果は、全ての入射角度範囲において、透過すべき波長域の光は９０％以上の透過率であり、反射すべき波長域の光は５％以下の透過率であることを同時に満たす場合を最良として◎判定し、最も角度の大きな６９．５°を省く１６．５〜５８°の入射角度範囲において、透過すべき波長域の光は９０％以上の透過率であり、反射すべき波長域の光は５％以下の透過率であることを同時に満たす場合を良として○判定し、どちらか一方でも不満足の場合に不良×判定とした。
【０１８５】
【表５】
2015129720.tif 000007
【０１８６】
【表６】
2015129720.tif 000008
【０１８７】
表５に示すように、赤色光を反射するＲＥＤダイクロ（赤色ダイクロイック膜Ｒ）においては、実施例２−１〜２−６が◎であり、実施例２−７、２−８が○であり、比較例１〜７が×である。すなわち、ＲＥＤダイクロ実施例２−１〜２−６は、透過すべき波長域（４４０〜４７０ｎｍ、５２０〜５５０ｎｍ）の光は、１６．５〜６９．５°の入射角度範囲の全ての光に対して９０％以上の透過率であり、反射すべき波長域（６３０〜６６０ｎｍ）の光は５％以下の透過率であり、Ｆナンバー２．５に相当する拡がり角度を有する全ての光束に対して、良好な透過率特性を発揮することが明らかである。
【０１８８】
実施例２−７は、１６．５〜５８°の入射角度範囲では良好な結果を示すが、４４０〜４７０ｎｍ波長域において、入射角度６９．５°で８９．４％であり、９０％以下となっているため○に留まる。実施例２−８も、１６．５〜５８°の入射角度範囲では良好な結果を示すが、４４０〜４７０ｎｍ波長域において、入射角度６９．５°で８８．８％であり、○に留まる。比較例１〜７は、１６．５〜６９．５°の入射角度範囲においても、９０％以上、５％以下の少なくとも一方を満たさないので×評価とした。
【０１８９】
ＲＥＤダイクロの実施例２−１〜２−６と比較例１〜７を比べると、実施例２−１〜２−６は、平均屈折率が２．０５以上（最小は実施例５の２．０６）で、層数が４５層以上（最小は実施例２の４７）である条件を共に満たしている。比較例１〜７は、この２条件のいずれか一方を満たさない。すなわち、比較例１、３〜７は平均屈折率が２．０５以下であり、比較例２は、平均屈折率は２．１０であるが、層数は４４層である。
【０１９０】
すなわち、表５に示す実施例２−１〜２−６、比較例１〜７から、赤色光を反射するＲＥＤダイクロ（赤色ダイクロイック膜Ｒ）は、条件式（４）に示す平均屈折率が２．０５以上で、層数が４５層以上の時に、良好な透過率と反射率を発揮するものと想定される。
【０１９１】
また、表６から、青色光を反射するＢＬＵＥダイクロ（青色ダイクロイック膜Ｂ）においては、実施例２−１〜２−６が◎であり、実施例２−７、２−８が○であり、比較例１、３〜８が×である。すなわち、ＢＬＵＥダイクロ実施例２−１〜２−６は、１６．５〜６９．５°の全入射角度範囲において、透過すべき波長域（５２０〜５５０ｎｍ）の光は９０％以上の透過率であり、反射すべき波長域（４４０〜４７０ｎｍ）の光は５％以下の透過率であって、比較例１、３〜８は、少なくともいずれか一方を満たさない。
【０１９２】
また、実施例２−７は、１６．５〜５８°の入射角度範囲では良好な結果を示すが、４４０〜４７０ｎｍ波長域において、入射角度６９．５°で９．５％であり、５％以上となっており、５２０〜５５０ｎｍ波長域において、入射角度６９．５°で８９．６％であり、９０％以下となっているため○に留まる。実施例２−８も、１６．５〜５８°の入射角度範囲では良好な結果を示すが、４４０〜４７０ｎｍ波長域において入射角度６９．５°で１２．１％であるため、○に留まる。
【０１９３】
ＢＬＵＥダイクロの実施例２−１〜２−６と比較例１、３〜８を比べると、実施例２−１〜２−６は、平均屈折率が２．１０以上（最小は実施例２、６の２．１５）で、層数が３５層以上（最小は実施例３の３８）である条件を共に満たしている。比較例１、３〜８は、この２条件のいずれか一方を満たさない。すなわち、比較例１、５〜８は平均屈折率が２．１０以下であり、比較例３、４は、平均屈折率は２．１０以上であるが、層数は３２、３４層であって３５層以下である。
【０１９４】
すなわち、表６に示す実施例２−１〜２−６、比較例１、３〜８から、青色光を反射するＢＬＵＥダイクロ（青色ダイクロイック膜Ｂ）は、条件式（４）に示す平均屈折率が２．１０以上で、層数が３５層以上の時に、良好な透過率と反射率を発揮するものと想定される。
【０１９５】
次に、ＲＥＤダイクロの実施例２−２〜２−８、比較例１〜７について図２２〜図３２を用いて、その膜構成について説明し、ＢＬＵＥダイクロの実施例２−２〜２−８、比較例１、３〜８について図３４〜図４６を用いて、その膜構成について説明する。
【０１９６】
〈ＲＥＤダイクロ実施例２−２〜２−８〉
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。
【０１９７】
図２２に示すように、ＲＥＤダイクロ実施例２−２は、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜４５の各奇数層に屈折率が１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3を積層し、第２、４〜４６の各偶数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層している。また、最外層の第４７層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０１９８】
また、各層の物理膜厚（ｎｍ）と屈折率と設計主波長λ0：５５０ｎｍに対する光学膜厚も示している。このＲＥＤダイクロ実施例２−２の平均屈折率は表５に示すように２．１６であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９８．８％（９０．９％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９６．５％（９１．７％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は１．２％（１．２％）であった。
【０１９９】
透過率が９８．８％（９０．９％）の意味は前述した通り、入射角度１６．５〜５８°では９８．８％であるが、最大角度の６９．５°では９０．９％であることを示している。すなわち、このＲＥＤダイクロ実施例２−２は、三色のレーザー光の１６．５°〜６９．５°における入射角度において、良好な透過率と反射率を発揮することは明らかである。
【０２００】
ＲＥＤダイクロ実施例２−３は図２３に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜５１の各奇数層に屈折率が１．６３のＡｌ2Ｏ3を積層し、第２、４〜５２の各偶数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層している。また、最外層の第５３層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２０１】
このＲＥＤダイクロ実施例２−３の平均屈折率は表５に示すように２．１４であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９４．８％（９０．９％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９４．２％（９０．５％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は２．３％（２．７％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ実施例２−３は、三色のレーザー光の１６．５°〜６９．５°における入射角度において、良好な透過率と反射率を発揮する。
【０２０２】
ＲＥＤダイクロ実施例２−４は図２４に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜７７の各奇数層に屈折率が２．３８のＮｂ2Ｏ5を積層し、第２、４〜７６の各偶数層に屈折率が１．８５のＬａ0.9Ａｌ1.1Ｏ3を積層している。また、最外層の第７８層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２０３】
このＲＥＤダイクロ実施例２−４の平均屈折率は表５に示すように２．１１であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９２．３％（９０．０％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９３．５％（９０．２％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は２．５％（２．６％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ実施例２−４は、三色のレーザー光の１６．５°〜６９．５°における入射角度において、良好な透過率と反射率を発揮する。
【０２０４】
ＲＥＤダイクロ実施例２−５は前述したＲＥＤダイクロ実施例１−２と同じ膜構成であって図１５に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）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、４〜７６の各偶数層に屈折率が１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3を積層している。また、最外層の第５２層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２０５】
このＲＥＤダイクロ実施例２−５の平均屈折率は表５に示すように２．０６であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９４．１％（９０．３％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９３．１％（９０．３％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は２．５％（４．５％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ実施例２−５は、三色のレーザー光の１６．５°〜６９．５°における入射角度において、良好な透過率と反射率を発揮する。
【０２０６】
ＲＥＤダイクロ実施例２−６は図２５に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜５３の各奇数層に屈折率が２．３８のＮｂ2Ｏ5を積層し、第２、４〜５２の各偶数層に屈折率が１．６３のＡｌ2Ｏ3を積層している。また、最外層の第５４層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２０７】
このＲＥＤダイクロ実施例２−６の平均屈折率は表５に示すように２．１０であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９４．１％（９０．４％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９６．０％（９１．１％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は３．５％（３．５％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ実施例２−６は、三色のレーザー光の１６．５°〜６９．５°における入射角度において、良好な透過率と反射率を発揮する。
【０２０８】
ＲＥＤダイクロ実施例２−７は図２６に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜５５の各奇数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層し、第２、４〜５４、および、最外層の第５６層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２０９】
このＲＥＤダイクロ実施例２−７の平均屈折率は表５に示すように２．０１であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９３．７％（８９．４％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９４．６％（９１．６％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は１．５％（１．５％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ実施例２−７は、１６．５°〜５８°の入射角度においては良好な透過率と反射率を発揮するが、入射角度６９．５°の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率が９０％以下の８９．４％であるので、前述した通り評価は○に留まる。
【０２１０】
ＲＥＤダイクロ実施例２−８は前述したＲＥＤダイクロ実施例１−３と同じ膜構成であって図１６に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）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、および、最外層の第５６層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２１１】
このＲＥＤダイクロ実施例２−８の平均屈折率は表５に示すように１．９８であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９４．０％（８８．８％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９１．６％（９０．２％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は２．６％（２．８％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ実施例２−８は、１６．５°〜５８°の入射角度においては良好な透過率と反射率を発揮するが、入射角度６９．５°の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率が９０％以下の８８．８％であるので、前述した通り評価は○に留まる。
【０２１２】
〈ＲＥＤダイクロ比較例１〜７〉
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。
【０２１３】
ＲＥＤダイクロ比較例１は図１３に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜２５の各奇数層に屈折率が１．６３のＡｌ2Ｏ3を積層し、第２、４〜２６の各偶数層に屈折率が２．３８のＮｂ2Ｏ5を積層している。また、最外層の第２７層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２１４】
このＲＥＤダイクロ比較例１の平均屈折率は表５に示すように１．９４であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９６．５％（８９．５％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては４９．７％（２６．０％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は０．８％（２５．０％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ比較例１は、５２０〜５５０ｎｍの波長域において透過率が不良であるので評価は×となる。すなわち、このＲＥＤダイクロ比較例１は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２１５】
ＲＥＤダイクロ比較例２は図２７に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜３９の各奇数層に屈折率が１．６３のＡｌ2Ｏ3を積層し、第２、４〜４０の各偶数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層している。また、最外層の第４１層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２１６】
このＲＥＤダイクロ比較例２の平均屈折率は表５に示すように２．１０であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９５．５％（９０．２％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９３．２％（９１．０％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は６．４％（６．４％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ比較例２は、６３０〜６６０ｎｍの波長域において５％以上の透過率となるので評価は×となる。すなわち、このＲＥＤダイクロ比較例２は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２１７】
ＲＥＤダイクロ比較例３は図２８に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）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１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3を積層している。また、最外層の第４４層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２１８】
このＲＥＤダイクロ比較例３の平均屈折率は表５に示すように２．０４であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９４．３％（９０．６％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９５．３％（９１．１％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は５．７％（５．７％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ比較例３は、６３０〜６６０ｎｍの波長域において５％以上の透過率となるので評価は×となる。すなわち、このＲＥＤダイクロ比較例３は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２１９】
ＲＥＤダイクロ比較例４は図２９に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜４３の各奇数層に屈折率が１．８５のＬａ0.9Ａｌ1.1Ｏ3を積層し、第２、４〜６２の各偶数層に屈折率が２．２１のＴａ2Ｏ5を積層している。また、最外層の第６３層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２２０】
このＲＥＤダイクロ比較例４の平均屈折率は表５に示すように２．０３であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９７．１％（９０．２％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９５．４％（８９．３％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は５．８％（７．８％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ比較例４は、６３０〜６６０ｎｍの波長域において５％以上の透過率となるので評価は×となる。すなわち、このＲＥＤダイクロ比較例４は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２２１】
ＲＥＤダイクロ比較例５は図３０に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜５３の各奇数層に屈折率が１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3を積層し、第２、４〜５４の各偶数層に屈折率が２．２１のＴａ2Ｏ5を積層している。また、最外層の第５５層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２２２】
このＲＥＤダイクロ比較例５の平均屈折率は表５に示すように２．００であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９７．１％（９１．０％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９４．８％（９０．５％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は７．０％（７．０％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ比較例５は、６３０〜６６０ｎｍの波長域において５％以上の透過率となるので評価は×となる。すなわち、このＲＥＤダイクロ比較例５は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２２３】
ＲＥＤダイクロ比較例６は図３１に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜５１の各奇数層に屈折率が１．６３のＡｌ2Ｏ3を積層し、第２、４〜５２の各偶数層に屈折率が２．２１のＴａ2Ｏ5を積層している。また、最外層の第５３層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２２４】
このＲＥＤダイクロ比較例６の平均屈折率は表５に示すように１．９７であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９５．９％（９０．７％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９６．４％（９０．７％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は８．２％（８．２％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ比較例３は、６３０〜６６０ｎｍの波長域において５％以上の透過率となるので評価は×となる。すなわち、このＲＥＤダイクロ比較例６は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２２５】
ＲＥＤダイクロ比較例７は図３２に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜５１の各奇数層に屈折率が２．２１のＴａ2Ｏ5を積層し、第２、４〜５０の各偶数層および最外層の第５２層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２２６】
このＲＥＤダイクロ比較例７の平均屈折率は表５に示すように１．９１であって、透過すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最小透過率は９４．９％（９０．６％）であり、５２０〜５５０ｎｍにおいては９４．６％（９０．３％）である。また、反射すべき波長域の６３０〜６６０ｎｍにおける最大透過率は５．８％（５．８％）であった。従って、このＲＥＤダイクロ比較例７は、６３０〜６６０ｎｍの波長域において５％以上の透過率となるので評価は×となる。すなわち、このＲＥＤダイクロ比較例７は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２２７】
〈ＢＬＵＥダイクロ実施例２−２〜２−８〉
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。
【０２２８】
図３４に示すように、ＢＬＵＥダイクロ実施例２−２は、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜３９の各奇数層に屈折率が１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3を積層し、第２、４〜４０の各偶数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層している。また、最外層の第４１層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２２９】
このＢＬＵＥダイクロ実施例２−２の平均屈折率は表６に示すように２．１５であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は１．０％（４．３％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９７．１％（９１．１％）であった。
【０２３０】
このＢＬＵＥダイクロ実施例２−２は、反射すべき波長域の最大反射率が全ての入射角度範囲において５％以下であり、透過すべき波長域の最小透過率が９０％以上であるので、評価は◎である。すなわち、このＢＬＵＥダイクロ実施例２−２は、所定波長域のレーザー光の１６．５°〜６９．５°における入射角度において、良好な透過率と反射率を発揮することは明らかである。
【０２３１】
ＢＬＵＥダイクロ実施例２−３は図３５に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜３７の各奇数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層し、第２、４〜３６の各偶数層に屈折率が１．６３のＡｌ2Ｏ3を積層している。また、最外層の第３８層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２３２】
このＢＬＵＥダイクロ実施例２−３の平均屈折率は表６に示すように２．２５であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は１．６％（３．３％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９６．０％（９０．７％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ実施例２−３は、反射すべき波長域の最大反射率が全ての入射角度範囲において５％以下であり、透過すべき波長域の最小透過率が９０％以上であるので、評価は◎であり、良好な透過率と反射率を発揮すると言える。
【０２３３】
ＢＬＵＥダイクロ実施例２−４は図３６に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜４７の各奇数層に屈折率が２．３８のＮｂ2Ｏ5を積層し、第２、４〜４６の各偶数層に屈折率が１．８５のＬａ0.9Ａｌ1.1Ｏ3を積層している。また、最外層の第４８層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２３４】
このＢＬＵＥダイクロ実施例２−４の平均屈折率は表６に示すように２．２０であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は１．３％（３．２％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９５．２％（９０．６％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ実施例２−４は、反射すべき波長域の最大反射率が全ての入射角度範囲において５％以下であり、透過すべき波長域の最小透過率が９０％以上であるので、評価は◎であり、良好な透過率と反射率を発揮すると言える。
【０２３５】
ＢＬＵＥダイクロ実施例２−５は図３７に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）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を積層している。また、最外層の第５２層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２３６】
このＢＬＵＥダイクロ実施例２−５の平均屈折率は表６に示すように２．１６であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は０．６％（２．４％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９７．１％（９１．２％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ実施例２−５は、反射すべき波長域の最大反射率が全ての入射角度範囲において５％以下であり、透過すべき波長域の最小透過率が９０％以上であるので、評価は◎であり、良好な透過率と反射率を発揮すると言える。
【０２３７】
ＢＬＵＥダイクロ実施例２−６は図３８に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜４７の各奇数層に屈折率が２．３８のＮｂ2Ｏ5を積層し、第２、４〜４６の各偶数層に屈折率が１．６３のＡｌ2Ｏ3を積層している。また、最外層の第４８層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２３８】
このＢＬＵＥダイクロ実施例２−６の平均屈折率は表６に示すように２．１５であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は１．２％（３．７％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９６．０％（９１．３％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ実施例２−６は、反射すべき波長域の最大反射率が全ての入射角度範囲において５％以下であり、透過すべき波長域の最小透過率が９０％以上であるので、評価は◎であり、良好な透過率と反射率を発揮すると言える。
【０２３９】
ＢＬＵＥダイクロ実施例２−７は図３９に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜３１の各奇数層に屈折率が２．３８のＮｂ2Ｏ5を積層し、第２、４〜３０、および、最外層の第３２層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２４０】
このＢＬＵＥダイクロ実施例２−７の平均屈折率は表６に示すように２．０９であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は４．２％（９．５％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９５．８％（８９．６％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ実施例２−７は、１６．５°〜５８°の入射角度においては良好な透過率と反射率を発揮するが、入射角度６９．５°の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率が５％以上の９．５であり、５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率が９０％以下の８９．６％であるので、前述した通り評価は○に留まる。
【０２４１】
ＢＬＵＥダイクロ実施例２−８は図４０に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜５１の各奇数層に屈折率が１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3を積層し、第２、４〜５２の各偶数層に屈折率が２．２１のＴａ2Ｏ5を積層している。また、最外層の第５３層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２４２】
このＢＬＵＥダイクロ実施例２−８の平均屈折率は表６に示すように２．０４であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は３．４％（１２．１％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９４．５％（９１．０％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ実施例２−８は、１６．５°〜５８°の入射角度においては良好な透過率と反射率を発揮するが、入射角度６９．５°の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率が５％以上の１２．１であるので、前述した通り評価は○に留まる。
【０２４３】
〈ＢＬＵＥダイクロ比較例１、３〜８〉
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。
【０２４４】
ＢＬＵＥダイクロ比較例１は図１７に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜２９の各奇数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層し、第２、４〜２６の各偶数層に屈折率が１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3を積層している。また、最外層の第３０層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２４５】
このＢＲＵＥダイクロ比較例１の平均屈折率は表６に示すように２．０３であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は４２．２％（４４．９％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９６．２％（８８．５％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例１は、１６．５°〜５８°の入射角度においてさえも４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率が４０％以上であるので、不良であり評価は×となる。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例１は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２４６】
ＢＬＵＥダイクロ比較例３は図４１に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜３１の各奇数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層し、第２、４〜３０の各偶数層に屈折率が１．６３のＡｌ2Ｏ3を積層している。また、最外層の第３２層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２４７】
このＢＬＵＥダイクロ比較例３の平均屈折率は表６に示すように２．２５であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は５．５％（５．５％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９６．７％（８９．３％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例２は、１６．５°〜５８°の入射角度においてさえも４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率が５％以上であるので、不良であり評価は×となる。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例３は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２４８】
ＢＬＵＥダイクロ比較例４は図４２に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜３３の各奇数層に屈折率が２．３８のＮｂ2Ｏ5を積層し、第２、４〜３２の各偶数層に屈折率が１．８５のＬａ0.9Ａｌ1.1Ｏ3を積層している。また、最外層の第３４層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２４９】
このＢＬＵＥダイクロ比較例４の平均屈折率は表６に示すように２．１９であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は５．８％（１２．３％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９４．２％（８９．４％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例４は、１６．５°〜５８°の入射角度においてさえも４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率が５％以上であるので、不良であり評価は×となる。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例４は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２５０】
ＢＬＵＥダイクロ比較例５は図４３に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜４５の各奇数層に屈折率が２．４７のＴｉＯ2を積層し、第２、４〜４４の各偶数層および最外層の第４６層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２５１】
このＢＬＵＥダイクロ比較例５の平均屈折率は表６に示すように２．０１であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は７．２％（７．２％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９６．３％（９０．８％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例５は、１６．５°〜５８°の入射角度においてさえも４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率が５％以上であるので、不良であり評価は×となる。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例５は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２５２】
ＢＬＵＥダイクロ比較例６は図４４に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜５５の各奇数層に屈折率が１．８５のＬａ0.9Ａｌ1.1Ｏ3を積層し、第２、４〜５６の各偶数層に屈折率が２．２１のＴａ2Ｏ5を積層している。また、最外層の第５７層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２５３】
このＢＬＵＥダイクロ比較例６の平均屈折率は表６に示すように２．０８であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は１１．６％（２２．９％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９４．１％（８９．３％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例６は、１６．５°〜５８°の入射角度においてさえも４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率が５％以上であるので、不良であり評価は×となる。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例６は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２５４】
ＢＬＵＥダイクロ比較例７は図４５に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜４５の各奇数層に屈折率が１．６３のＡｌ2Ｏ3を積層し、第２、４〜４６の各偶数層に屈折率が２．２１のＴａ2Ｏ5を積層している。また、最外層の第４７層には屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２５５】
このＢＬＵＥダイクロ比較例７の平均屈折率は表６に示すように２．０５であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は８．２％（１７．２％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９２．５％（８９．４％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例７は、１６．５°〜５８°の入射角度においてさえも４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率が５％以上であるので、不良であり評価は×となる。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例７は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２５６】
ＢＬＵＥダイクロ比較例８は図４６に示すように、プリズム基体（屈折率１．５２）の上の第１、３〜４７の各奇数層に屈折率が２．２１のＴａ2Ｏ5を積層し、第２、４〜４６の各偶数層および最外層の第４８層に屈折率が１．４７のＳｉＯ2を積層している。
【０２５７】
このＢＬＵＥダイクロ比較例８の平均屈折率は表６に示すように１．９７であって、反射すべき波長域の４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率は６．５％（１７．８％）で透過すべき波長域の５２０〜５５０ｎｍにおける最小透過率は９１．６％（８９．８％）であった。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例８は、１６．５°〜５８°の入射角度においてさえも４４０〜４７０ｎｍにおける最大透過率が５％以上であるので、不良であり評価は×となる。従って、このＢＬＵＥダイクロ比較例８は、良好な透過率と反射率を発揮しないと言える。
【０２５８】
上記したように、第２実施形態に係る色分解合成プリズムＤＰのうち、ＲＥＤダイクロ実施例２−１〜２−６の赤色ダイクロイック膜Ｒと、ＢＬＵＥダイクロ実施例２−１〜２−６の青色ダイクロイック膜Ｂを備えたものは、照明光、投影光（オン光）、オフ光の全てに対して良好に波長分離できるダイクロイック面を備えた色分解合成プリズムＤＰとなる。
【０２５９】
また、ＲＥＤダイクロ実施例２−７、２−８の赤色ダイクロイック膜ＲやＢＬＵＥダイクロ実施例２−７、２−８の青色ダイクロイック膜Ｂを備えたものは、照明光、投影光（オン光）の全ての光に対して、および、オフ光の中心光軸の光に対して良好に波長分離できるダイクロイック面を備えた色分解合成プリズムＤＰとなる。
【０２６０】
すなわち、第２実施形態に係る色分解合成プリズムＤＰは、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有する。
【０２６１】
また、ＲＥＤダイクロ実施例２−１〜２−６の赤色ダイクロイック膜Ｒに相当する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。
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。
【０２６２】
上記のＲＥＤダイクロ実施例２−１〜２−６の赤色ダイクロイック膜Ｒに相当するダイクロイック膜の層数ｍは４５層以上であることが好ましい。この構成によると、照明光、投影光、オフ光の全てに対して波長分離できるダイクロイック膜を得ることができる。
【０２６３】
また、ＢＬＵＥダイクロ実施例２−１〜２−６の青色ダイクロイック膜Ｂに相当する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。
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。
【０２６４】
上記のＢＬＵＥダイクロ実施例２−１〜２−６の青色ダイクロイック膜Ｂに相当するダイクロイック膜の層数ｍは３５層以上であることが好ましい。この構成によると、照明光、投影光、オフ光の全てに対して波長分離できるダイクロイック膜を得ることができる。
【０２６５】
屈折率が２．３以上２．６以下の第１屈折率材料は、ＴｉＯ2（屈折率２．４７）あるいはＮｂ2Ｏ5（屈折率２．３８）が好ましく、屈折率が１．６以上で１．９以下の第２屈折率材料は、Ａｌ2Ｏ3（屈折率１．６３）あるいはＡｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合酸化物（屈折率１．７４のＬａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3や屈折率１．８５のＬａ0.9Ａｌ1.1Ｏ3など）が好ましい。この構成であれば、所望の屈折率を確実に発揮できる成膜材料を得ることができる。ここで、Ｌａ0.5Ａｌ1.5Ｏ3は、メルク社製サブスタンスＭ２であって、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合酸化物である。また、Ｌａ0.9Ａｌ1.1Ｏ3は、メルク社製サブスタンスＭ３であって、Ａｌ2Ｏ3とＬａ2Ｏ3の混合酸化物である。
【０２６６】
上記のＲＥＤダイクロ実施例２−１〜２−６の赤色ダイクロイック膜ＲとＢＬＵＥダイクロ実施例２−１〜２−６の青色ダイクロイック膜Ｂを備えた色分解合成プリズムＤＰであれば、第１波長範囲４４０〜４７０ｎｍの青色光と第２波長範囲５２０〜５５０ｎｍの緑色光と第３波長範囲６３０〜６６０ｎｍの赤色光を含むレーザー光から成る照明光、投影光、オフ光の全てに対して、またすべての入射角度範囲に対して良好に波長分離できる。
【０２６７】
また、ダイクロイック面への照明光の入射角度が３９°、投影光の入射角度が２８°、オフ光の入射角度が５８°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以下であることが好ましい。また、それぞれの入射角度は±２°の調整値を含む。すなわち、本発明が好適に適用される照明光の入射角度は３９°±２°、投影光の入射角度は２８°±２°、オフ光の入射角度は５８°±２°である。この構成であれば、それぞれ異なる角度で入射する各光束がそれぞれＦナンバー２．５に相当する拡がり角度（片側１１．５°）を有する光束であっても、所定の波長域の光を全て良好に波長分離できる。従って、レーザー光源１が放射する高出力の光であっても、不要な迷光に起因する問題を抑制でき、光の利用効率を向上できる色分解合成プリズムおよびそれを用いた光学系を得ることができる。
【０２６８】
例えば、Ｆナンバー２．５で定義されるコーン上の光束の透過すべき波長帯の光が全て透過率９０％以上、且つ、反射すべき波長帯の透過率が５％以下であることが好ましい。この構成であれば、それぞれが所定の拡がりを有する照明光、投影光、オフ光が同一のダイクロイック面に到達しても、これらの全ての光束に対して良好に波長分離できる。
【０２６９】
また、Ｆナンバー２．５で定義される所定の拡がりを有する照明光と投影光の全ての光と、最も入射角度が大きくなるオフ光の中心光軸の光の透過すべき波長帯の平均透過率が９０％以上、且つ、反射すべき波長帯の透過率が５％以下であってもよい。この構成であっても、不要な反射光に起因する問題を抑制できて、光の利用効率を向上できる色分解合成プリズムＤＰを得ることができる。
【０２７０】
従って、上記構成の色分解合成プリズムＤＰを用いた光学系であれば、照明光Ｉ、投影光Ｐ、オフ光Ｎの全てに対して良好に波長分離できるダイクロイック面を具備して、不要な反射光や迷光の発生を抑制して光の利用効率を向上させることが可能になる。
【０２７１】
また、本実施形態においては、ダイクロイック膜に入射する照明光の偏光状態を円偏光、もしくは、偏光方向をダイクロイック膜に対しｐ偏光とｓ偏光が等しくなるように入射させているが、本発明はこれに限定されない。
【０２７２】
上記したように、第１実施形態と第２実施形態とに係る本発明によれば、レーザー光を放射する照明用光源と色分解合成プリズムを備えたプロジェクタにおいて、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可能な色分解合成プリズムおよびそれを用いた光学系、プロジェクタを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２７３】
そのために、本発明に係る色分解合成プリズムおよびそれを用いた光学系、プロジェクタは、大きなスクリーンに画像を表示するために高出力のレーザー光を用いることが求められる大型のプロジェクタなどに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０２７４】
１    照明用光源
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【国際調査報告】
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