(57)【要約】【課題】フィルタ領域間を容易かつ高精度に位置合わせ可能なカラーホイールの製造方法を提供すること。【解決手段】カラーホイール１０が備える各フィルタ領域を、基板１の表面と裏面に分離して形成する。それによって、各フィルタ領域２、３の範囲を画定する凹凸構造をフィルタ形成工程以前に基板１上に一括して形成することが可能になり、かつフィルタ領域２を表面に、フィルタ領域と境界を接して隣り合うフィルタ領域３を裏面に形成することによって、フィルタ形成工程の間にたとえばマスク治具等の位置合わせを実施することなく、上記凹凸構造の精度をもってフィルタ領域間の位置合わせを実施することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールの製造方法であって、
前記基板の一方の面側および他方の面側に所定の前記フィルタ領域を定める凹部を有する凹凸構造を形成する工程と、
前記基板の一方の面側および他方の面側に所定のフィルタを形成する工程と、
前記基板の一方の面側および他方の面側に形成された前記凹凸構造の凸部を削除する工程とを備えていることを特徴とするカラーホイールの製造方法。
【請求項２】
前記凹凸構造を形成する工程は、
前記基板の一方の面側に形成する前記フィルタ領域を定める開口部を有する第１のマスク治具と、前記基板の他方の面側に形成する前記フィルタ領域を定める開口部を有する第２のマスク治具とを用意するステップと、
前記第１のマスク治具を前記基板の一方の面側に配置し、かつ前記第２のマスク治具を前記基板の他方の面側に配置して、前記第１のマスク治具と前記第２のマスク治具と前記基板とを固定するステップとを含み、
前記凸部を削除する工程は、前記第１のマスク治具と前記第２のマスク治具とを前記基板から取り外すステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーホイールの製造方法。
【請求項３】
前記凹凸構造を形成する工程は、前記基板の一方の面側および他方の面側に前記凹凸構造を前記基板と一体に形成するステップを含み、
前記凸部を削除する工程は、研磨加工によって前記凸部を削除するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のカラーホイールの製造方法。
【請求項４】
前記凹凸構造を前記基板と一体に形成するステップは、型成形、接着、エッチングのいずれか１つまたはこれらの任意の組み合わせを含むことを特徴とする請求項３に記載のカラーホイールの製造方法。
【請求項５】
前記フィルタを形成する工程は、前記基板上に誘電体多層膜を成膜するステップを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のカラーホイールの製造方法。
【請求項６】
光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールであって、
それぞれの前記フィルタ領域は前記基板の一方の面側または他方の面側のいずれかに形成され、
境界を接して隣り合うフィルタ領域は前記基板の異なる面側に形成されていることを特徴とするカラーホイール。
【請求項７】
光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、それを回転させるモータとを有する分光装置であって、前記カラーホイールが請求項６に記載のカラーホイールであることを特徴とする分光装置。
【請求項８】
光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、それを回転させるモータとを有する分光装置を備えた画像表示装置であって、前記カラーホイールは請求項６に記載のカラーホイールであることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時分割型の分光装置のフィルタ素子として好適なカラーホイール、その製造方法、およびそのカラーホイールを備えた分光装置並びに投射型の画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投射型の画像表示装置における色合成の方式は、画素毎の光量を調節して画像を生成するライトバルブ素子を１つ使用し、画素ごとにＲ（赤色）光、Ｇ（緑色）光、Ｂ（青色）光に分光する単板式、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用にライトバルブ素子を３つ使用して並列に生成したＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を合成する３板式などの方式が一般的であった。近年、たとえば強誘電性液晶表示素子やデジタルマイクロミラーデバイスなどの高速スイッチング可能なライトバルブ素子が実用化されるにつれて、１つのライトバルブ素子にＲ光、Ｇ光、Ｂ光を順次入射させ、そのライトバルブ素子を入射光の切り替えに同期させて駆動してＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を時系列的に生成し、それらを順次スクリーン等に投射する時分割型の単板方式が広く使用されるようになってきている。この場合、画像の色合成はいわゆる残像効果により観察者の視覚系において実行されるものである。この方式は、装置の小型化、軽量化という単板式の特徴を比較的単純な光学系を用いて達成できるため、低コストで投射型の画像表示装置を実現する上で好適な方式である。カラーホイールは、このような画像表示装置において白色光源から出射する光をＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの波長帯域の光に順次分光するための時分割型分光装置用のフィルタ素子として好適に使用されるものである（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなカラーホイールを備えた時分割型の分光装置の例を図１０に示す。図１０において、分光装置２００はカラーホイール１００と、ハブ１０５と、モータ１０６とを備えている。カラーホイール１００は、たとえば光学ガラスなどの光透過性材料からなる円盤状の基板１０１上にたとえばＲ光のみを透過させるフィルタ領域１０２、Ｇ光のみを透過させるフィルタ領域１０３、Ｂ光のみを透過させるフィルタ領域１０４が形成され、ハブ１０５を介してモータ１０６に同軸に固定されている。この分光装置２００は、モータ１０６の回転につれてカラーホイール１００が回転し、カラーホイール１００に入射する白色光Ｓの入射面に対するフィルタ領域がＲ領域１０２、Ｇ領域１０３、Ｂ領域１０４と順次切り替ることによって、入射白色光ＳをそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順次分光するものである。
【０００４】
また、上述したような時分割型の色合成方式には、その１つの応用として白色光からたとえばＢ光のみが減光されたＹ（黄色）光、およびＧ光のみが減光されたＭ（マゼンタ）光を順次取り出し、引き続く光学系によってＹ光をＲ光およびＧ光、Ｍ光をＲ光およびＢ光にそれぞれ分割し、Ｒ画像およびＧ画像を並列に生成後、合成したＹ画像、同様にＲ画像およびＢ画像を並列に生成後、合成したＭ画像をスクリーン等に順次投射する方式も知られている。この方式では、Ｒ光用のライトバルブ素子が１つと、Ｇ光用とＢ光用とを兼ねるライトバルブ素子が１つと合計２つのライトバルブ素子が必要になるものの、白色光源から出射されるＲ光をすべて使用できるため画面の明るさを向上させることができる。この場合、分光装置には上記Ｙ光およびＭ光をそれぞれ取り出す２色のフィルタ領域を有するカラーホイールが使用される。
【０００５】
図１１（ａ）は、上述した２色カラーホイールの例を示す平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ’断面線による断面図である。図１０に示すカラーホイール１００と同様に、このカラーホイール１１０は、たとえば光学ガラスなどの光透過性の材料からなる円盤状の基板１１１に、フィルタ領域１１２、１１３を形成してなるものであり、フィルタ領域１１２はたとえばＢ光だけを反射して残りの光を透過させるＹ透過フィルタ、フィルタ領域１１３はたとえばＧ光だけを反射して残りの光を透過させるＭ透過フィルタである。なお、以下において、説明のための例として主に上述した２色カラーホイールを用いるが、本発明が解決しようとする課題および解決するための手段は後述するようにカラーホイールが有するフィルタ領域の数によらないものである。
【０００６】
フィルタ領域１１２、１１３を形成するフィルタには、通常、高屈折率の材料（例えば、ＴｉＯ２  、ＺｒＯ２  、ＺｎＳ等）よりなる透明薄膜および低屈折率の材料（例えば、ＳｉＯ２  、ＭｇＦ２等）よりなる透明薄膜を、たとえば蒸着法やスパッタリング法等によって交互に複数積層した誘電体多層膜による光干渉フィルタが用いられる。この光干渉フィルタは、染色法や顔料分散法等で形成されるカラーフィルタに対し、耐久性（耐熱、耐光、耐薬品）に優れ、透過率が高く、シャープな分光特性が得やすい等の特長を有するため、高強度の光束の適用に耐え、かつ表示品位の高い画像を得るために好適なものである。
【０００７】
ここで、上記誘電体多層膜からなるフィルタ領域の形成においてフィルタ領域を画定する手段としては、金属性の薄板からなるマスク治具（以下、メタルマスクと記す）を使用することが多い。このメタルマスクを使用したフィルタ領域の形成工程の例を図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示す。各図には左側に平面図、右側にそのＡ−Ａ’断面図が示されている。この工程は、まず、（ａ）基板１１１上にフィルタ領域１１２に対応する開口部２１２を有するメタルマスク２１０を配置して固定する工程、次に（ｂ）蒸着法やスパッタリング法等によってフィルタ領域１１２を形成する工程、その後（ｃ）フィルタ領域１１３に対応する開口部２１３を有するメタルマスク２２０を所定の位置に位置合わせして固定する工程、次に（ｄ）蒸着法やスパッタリング法等によってフィルタ領域１１３を形成する工程からなる。このメタルマスクを使用する方法は、たとえばフォトリソグラフ法等と比較してコストおよび環境負荷の点で有利なものである。
【０００８】
一方、一般にカラーホイールにおいて、異なる色に対応するフィルタ領域同士は、フィルタを形成しない無彩色領域を意図的に形成する場合を除いて、できるだけ突き合わせて形成することが望ましい。それは、フィルタ領域間の所定の色のいずれとも確定しない境界領域を通過した結果、画像生成用として使用できずに捨てられる光を低減させ、光の利用効率を高めるためである。したがって、上述した工程において、最初にフィルタ領域１１２を形成した後、次にフィルタ領域１１３を形成する際のメタルマスクの位置合わせを高精度に実施することが重要となる。そのため、図１２（ｃ）に示す上記位置合わせ工程において基準ピン等を使用した機械的な位置合わせの精度を補正するために、メタルマスク２２０を固定する前に、すでに形成されたフィルタ領域１１２の周縁部とメタルマスク２２０の開口部２１３の側壁ｗ’とをたとえば顕微鏡等を用いて観察することによってメタルマスク２２０の位置を調整するといった手段が取られていた。
【０００９】
しかしながら、上記位置合わせ手段には次のような問題が存在する。すなわち、通常メタルマスクは１００μｍ程度の厚さを有しているため、たとえばフィルタ領域１１２の形成工程において、図１２（ｂ）に示すように、メタルマスク２１０の開口部２１２を形成する側壁ｗの厚みの影となって、フィルタを形成する誘電体多層膜が所定の膜厚にまで堆積されない領域Ｄが数１０〜１００μｍ程度の幅をもって発生する場合がある。この場合、上述した周縁部の領域Ｄでは、視認される色が所定の色から無彩色まで連続的に変化するため、図１２（ｃ）に示す位置合わせ工程において、たとえ顕微鏡等によって観察したとしても、フィルタ領域１１２とその周囲のフィルタ未形成領域との境界を明瞭に判別し、それによってフィルタ領域１１２の周縁部とマスク２２０の開口部側壁ｗ’とを十分な精度で一致させることは困難である。したがって、フィルタ領域１１２、１１３はこの位置合わせ精度の範囲内で形成せざるを得ず、典型的には、図１１（ｂ）に示すようにフィルタ領域間の境界領域Ｂはフィルタ未形成部分Ｃを残して形成されていた。
【００１０】
上記問題に関連して、従来、メタルマスク開口部側面による蒸着源からの粒子の入射制限を緩和し、開口周縁部の膜厚の均一化を達成することを目的として、メタルマスクの開口部に蒸着源に向かって孔径を大きくしたテーパを設けることなどが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−３４７６３９号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２２６６４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、たとえば特許文献１には、フィルタ領域同士が突き合わされて形成されるのが望ましいことについての記載は存在するが、その具体的な実現方法については記載されていない。また、特許文献２に記載の方法は、周縁部までの膜厚の均一化に有効であって、かつテーパに沿った方向への膜の成長を促さない程度の最適なテーパ角度が存在し、かつそれを求めることが可能であれば、フィルタ領域の境界の明瞭化に一定の効果を奏することが予想されるものの、そのためにはその最適角度をたとえば膜材料、成膜方法およびその条件、所望の膜厚、使用するメタルマスクの厚さなどの様々な条件ごとに予め理論的、実験的に求める必要があり、少なくともカラーホイールへの製造に直ちに適用可能であるとは言えない。
【００１３】
上記課題に鑑みて、本発明は、隣接するフィルタ領域同士が高精度に位置合わせされたカラーホイールと、そのカラーホイールを容易かつ安価に製造する方法とを提供し、かつそのカラーホイールを使用した時分割型の分光装置並びに画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールの製造方法であって、前記基板の一方の面側および他方の面側に所定の前記フィルタ領域を定める凹部を有する凹凸構造を形成する工程と、前記基板の一方の面側および他方の面側に所定のフィルタを形成する工程と、前記基板の一方の面側および他方の面側に形成された前記凹凸構造の凸部を削除する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２によれば、請求項１に記載のカラーホイールの製造方法において、前記凹凸構造を形成する工程は、前記基板の一方の面側に形成する前記フィルタ領域を定める開口部を有する第１のマスク治具と、前記基板の他方の面側に形成する前記フィルタ領域を定める開口部を有する第２のマスク治具とを用意するステップと、前記第１のマスク治具を前記基板の一方の面側に配置し、かつ前記第２のマスク治具を前記基板の他方の面側に配置して、前記第１のマスク治具と前記第２のマスク治具と前記基板とを固定するステップとを含み、前記凸部を削除する工程は、前記第１のマスク治具と前記第２のマスク治具とを前記基板から取り外すステップを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３によれば、請求項１に記載のカラーホイールの製造方法において、前記凹凸構造を形成する工程は、前記基板の一方の面側および他方の面側に前記凹凸構造を前記基板と一体に形成するステップを含み、前記凸部を削除する工程は、研磨加工によって前記凸部を削除するステップを含むことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項４によれば、請求項３に記載のカラーホイールの製造方法において、前記凹凸構造を前記基板と一体に成形するステップは、型成形、接着、エッチングのいずれか１つまたはこれらの任意の組み合わせを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５によれば、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のカラーホイールの製造方法であって、前記フィルタを形成する工程は、前記基板上に誘電体多層膜を成膜するステップを含むことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールであって、それぞれの前記フィルタ領域は前記基板の一方の面側または他方の面側のいずれかに形成され、境界を接して隣り合うフィルタ領域は前記基板の異なる面側に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、それを回転させるモータとを有する分光装置であって、前記カラーホイールが請求項６に記載のカラーホイールであることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項８によれば、光透過性の材料からなる円盤状の基板に、それぞれ異なる波長帯域の光を透過または反射する複数のフィルタ領域が形成されたカラーホイールと、それを回転させるモータとを有する分光装置を備えた画像表示装置であって、前記カラーホイールは請求項６に記載のカラーホイールであることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実施形態であるカラーホイールを示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面線による断面図である。このカラーホイール１０は、たとえばガラスもしくは樹脂材料などの光透過性の材料からなる円盤状の基板１の一方の面（以後、表面と記す）に３ヶ所のフィルタ領域２を、同様に他方の面（以後、裏面と記す）に３ヶ所のフィルタ領域３を形成してなるものである。表面に形成されたフィルタ領域２はいずれもたとえばＢ光だけを反射してその他の波長帯域の光を透過させるＹ透過フィルタ、裏面に形成されたフィルタ領域３はいずれもたとえばＧ光だけを反射してその他の波長帯域の光を透過させるＭ透過フィルタとし、したがって、このカラーホイール１０は透過型の２色カラーホイールとして機能するものである。ここで、すべてのフィルタ領域２、３は、蒸着法やスパッタリング法などによって成膜された誘電体多層膜からなる公知の光干渉フィルタとする。上記基板１を形成する光透過性の材料としては、たとえばホウケイ酸ガラス等の光学ガラス材料、またはポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリシクロオレフィン等の光学プラスチック材料が好適である。なお、以下の説明において、カラーホイール上に形成される各フィルタ領域は所望の波長帯域の光のみを透過させて入射光を濾波するものとして説明するが、本発明は、所望の波長帯域の光のみを反射させて入射光を濾波するように形成されたフィルタ領域を備えるカラーホイールを含むものである。
【００２３】
本実施形態において、各フィルタ領域間の境界領域Ｂは必ず基板１の表面側と裏面側にまたがって存在し、表面上に形成されたフィルタ領域２同士および裏面上に形成されたフィルタ領域３同士は境界を接して隣合うことがないように配置されている。
【００２４】
次に、図２および図３を参照して、図１に示す本実施形態におけるカラーホイール１０の製造方法を説明する。本発明に係るカラーホイールの製造方法は、基板の表面および裏面にそれぞれ所定のフィルタ領域を定める凹部を有する凹凸構造を形成する工程と、基板の表面および裏面にそれぞれ所定のフィルタを形成する工程と、基板の表面および裏面の凹凸構造から凸部を削除する工程とを備えるものである。
【００２５】
本実施形態では、図２に示すように、上記凹凸構造はフィルタ領域に対応する部分を露出し、残りの部分を保護してフィルタ領域を画定するマスク治具を基板上に配置することによって形成される。ここで、図２（ａ）は上記マスク治具を基板上に配置した状態を表面側から見た平面図であり、図２（ｃ）は同様に裏面側から見た平面図である。また、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面線による断面図である。本実施形態では、マスク治具として金属製の薄板をたとえば電鋳法、エッチング法、レーザー加工法等によって加工製造した公知のメタルマスクを使用するものとする。図２において、基板１の表面にはフィルタ領域２に対応する開口部１２を有するメタルマスクである第１のマスク治具５が配置され、基板１の裏面にはフィルタ領域３に対応する開口部１３を有するメタルマスクである第２のマスク治具６が配置されている。本実施形態では、開口部１２、１３がそれぞれ基板１の表面および裏面と共に上記凹凸構造における凹部を形成するものである。この際、表面側の開口部１２と裏面側の開口部１３とは互いに重なり合う領域を有さず、開口部１２の半径方向の側壁部分１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、開口部１３の半径方向の側壁部分１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、それぞれほぼ同面になるように設定されている。
【００２６】
次に、図３に従って上述した各工程を説明する。ここで図３（ａ）〜図３（ｃ）は、図２（ｂ）と同様の断面図によって各工程を示した図である。まず、図３（ａ）は上述した凹凸構造の形成工程を示す。この際、基板１、メタルマスク５、およびメタルマスク６の位置合わせは、図示しない基準ピン等を使用した機械的な位置合わせに加えて、たとえば開口部１２の半径方向の側壁部分１２ａと開口部１３の側壁部分１３ａのようなメタルマスク５およびメタルマスク６の対応する部分を、たとえば顕微鏡等を用いて観察することによって調整されるものである。したがって、基板１上に形成される各フィルタ領域間の位置合わせ精度は、数μｍ程度のメタルマスクの加工精度をもってこの工程で確定する。
【００２７】
次に、図３（ｂ）はフィルタの形成工程を示す図である。この工程において、誘電体多層膜からなる所定の光干渉フィルタが蒸着法やスパッタリング法などの公知の薄膜形成工程によって形成される。この際、本実施形態では、上述したように各フィルタが形成される領域は直前の工程によって予め一括して画定されているため、従来のフィルタ形成工程のようにたとえば形成するフィルタ領域の種類ごとにメタルマスクを交換するかもしくはその位置をずらし、直前に形成されたフィルタ領域の周縁部等を基準にして次の位置合わせを実施するといった工程を経ることなく、全フィルタ領域が形成されるものである。また、両面同時成膜が可能な装置を使用することによって、表面のフィルタ領域２と裏面のフィルタ領域３とを同時に形成することも任意に選択できる。このフィルタ形成工程の終了後、図３（ｃ）に示すように、メタルマスク５とメタルマスク６とを基板１から取り外すことによって、これらのメタルマスクによって形成されていた凸部が基板１上から削除され、図１に示すカラーホイール１０を得る。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態であるカラーホイールおよびその製造方法を説明する。図４（ａ）は本発明の第２の実施形態であるカラーホイールを示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’断面線による断面図である。このカラーホイール２０は、たとえばガラス材料もしくは樹脂材料などの光透過性の材料からなる円盤状の基板２１の表面に３ヶ所のフィルタ領域２２を、同様に裏面に３ヶ所のフィルタ領域２３を形成してなるものである。表面に形成されたフィルタ領域２２はいずれもたとえばＢ光だけを反射して残りの光を透過させるＹ透過フィルタ、裏面側に形成されたフィルタ領域２３はいずれもたとえばＧ光だけを反射して残りの光を透過させるＭ透過フィルタとし、したがって、このカラーホイール２０は透過型の２色カラーホイールとして機能するものである。また、すべてのフィルタ領域２２、２３は、蒸着法やスパッタリング法などによって成膜された誘電体多層膜からなる公知の光干渉フィルタとする。上記基板２１を形成する光透過性の材料としては、たとえばホウケイ酸ガラス等の光学ガラス材料、またはポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリシクロオレフィン等の光学プラスチック材料が好適である。
【００２９】
本実施形態においても、上述した第１の実施形態におけるカラーホイール１０と同様に、各フィルタ領域間の境界領域Ｂは必ず基板２１の表面側と裏面側にまたがって存在し、表面側に形成されたフィルタ領域２２同士および裏面側に形成されたフィルタ領域２３同士は境界を接して隣合うことがないように配置されている。ただし本実施形態では、各フィルタ領域２２、２３は後述する製造方法に従って基板２１に埋め込まれるような態様で形成されている。
【００３０】
次に、図５および図６を参照して、図４に示す本実施形態におけるカラーホイール２０の製造方法を説明する。本発明に係るカラーホイールの製造方法は、上述したように基板の表面および裏面にそれぞれ所定のフィルタ領域を定める凹部を有する凹凸構造を形成する工程と、基板の表面および裏面にそれぞれ所定のフィルタを形成する工程と、基板の表面および裏面の凹凸構造から凸部を削除する工程とを備えるものであるが、本実施形態では、図５に示すように、上記凹凸構造は円盤状の基板２１と一体に形成されるものである。
【００３１】
図５（ａ）は上記凹凸構造が形成された基板２１を表面側から見た平面図であり、図５（ｃ）は同様に裏面側から見た平面図である。また、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’断面線による断面図である。図５において、基板２１の表面にはフィルタ領域２２に対応する凹部３２が、裏面にはフィルタ領域２３に対応する凹部３３がそれぞれ形成され、凸部３４と共に本実施形態における凹凸構造を形成している。この際、表面側の凹部３２と裏面側の凹部３３とは互いに重なり合う領域を有さず、凹部３２の半径方向の側壁部分３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、凹部３３の半径方向の側壁部分３３ａ、３３ｂ、３３ｃと、それぞれほぼ同面になるように設定されるものである。また、この凹凸構造の段差は、好ましくは凹部３２、３３に形成されるフィルタの膜厚（通常１μｍ〜４μｍ）の２倍から１０倍程度に設定されるものである。
【００３２】
ここで、上述したような凹凸構造を基板２１と一体に形成するには、たとえばレンズや回折格子等の光学素子の成形、またはＣＤやＤＶＤ等の光情報記録媒体の基板成形等に使用される、ガラス材料や樹脂材料を高精度に成形するための任意の方法が適用できる。具体的には、基板２１がガラスからなる場合には、たとえば溶融プレス成形などの型成形、接着による貼り合わせ、エッチングによる凹部形成などが使用でき、基板２１が樹脂材料からなる場合には、たとえば鋳造、射出成形、圧縮成形などの型成形のほか、ガラスの場合と同様に接着による貼り合わせ、エッチングによる凹部形成などが使用できる。ここで、上記接着にはいわゆる接着剤を使用する方法の他、熱によって材料を溶融して接着するいわゆる溶着法も含むものとする。また、必要に応じてこれらの成形方法を組み合わせて使用することも任意に選択できる。上述した成形方法によって、基板２１に数μｍ程度の加工精度をもって上記凹凸構造を形成することができる。
【００３３】
なお、エッチングによって凹部を形成する際には、たとえばフォトプロセスを使用したパターニングが必要となるが、従来同様のフォトプロセスによってフィルタ領域を形成する際には、フォトレジストの塗膜、露光、現像、成膜、フォトレジストの除去といった一連の工程がフィルタ領域の種類ごとに必要となるのに対して、本工程におけるエッチングでは、後に形成すべきフィルタ領域の種類によらず、必要な一連の工程は片面ずつ加工する場合には２回、または両面同時に加工する場合には１回のみであるため、高精度なパターニングを維持しながら必要な工数を低減することができる点で有利であり、このことは特に３色カラーホイールを製造する場合において顕著である。
【００３４】
次に、図６に従って上述した各工程を説明する。ここで図６（ａ）〜図６（ｃ）は、図５（ｂ）と同様の断面図によって各工程を示した図である。まず、図６（ａ）は上述した方法によって凹凸構造が一体に形成された基板２１を示す図である。本実施形態において、基板２１上に形成される各フィルタ領域２２、２３の範囲は基板２１と一体に形成された上記凹凸構造の加工精度をもって基板２１に予め作り込まれるものであり、各フィルタ領域間の位置合わせ精度はこの工程で確定する。
【００３５】
次に、図６（ｂ）はフィルタの形成工程を示す図である。この工程において、誘電体多層膜からなる所定の光干渉フィルタが蒸着法やスパッタリング法などの公知の薄膜形成工程によって形成される。この際、本実施形態では、上述したように各フィルタが形成される領域は基板２１と一体に形成された凹凸構造によって予め一括して画定されているため、従来のフィルタ形成工程のようにたとえば形成するフィルタ領域の種類ごとにメタルマスクを交換するかもしくはその位置をずらし、直前に形成されたフィルタ領域の周縁部等を基準にして次の位置合わせを実施するといった工程を経ることなく、全フィルタ領域が形成されるものである。また、両面同時成膜が可能な装置を使用することによって、表面のフィルタ領域２２と裏面のフィルタ領域２３とを同時に形成することも任意に選択できる。
【００３６】
上記フィルタ形成工程の終了後、図３（ｃ）に示すように、たとえば光学素子等の加工に使用される通常の研磨装置によって凸部３４を研磨して削除し、図４に示すカラーホイール２０を得る。
【００３７】
次に、本発明の第３の実施形態として本発明に係る３色カラーホイールおよびその製造方法を説明する。なお、以下の説明において上述した第１および第２の実施形態と共通の部分はその説明および図示を省略し、本実施形態に特徴的な部分のみを詳述する。
【００３８】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、本発明に係る３色カラーホイールを示す平面図である。図７（ａ）において、カラーホイール４０は、円盤状の基板の表面に３ヶ所のフィルタ領域４１、４３、４５を、同様に裏面に３ヶ所のフィルタ領域４２、４４、４６を形成してなるものである。ここで、表面に形成された３ヶ所のフィルタ領域のうち、フィルタ領域４１はＲ光だけ透過させるＲ透過フィルタ、フィルタ領域４３はＢ光だけを透過するＢ透過フィルタ、フィルタ領域４５はＧ光だけ透過させるＧ透過フィルタである。また、裏面に形成された３ヶ所のフィルタ領域のうち、フィルタ領域４２はＧ透過フィルタ、フィルタ領域４４はＲ透過フィルタ、フィルタ領域４６はＢ透過フィルタである。
【００３９】
カラーホイール４０は、上述した第１および第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法と同様な方法で製造することができるが、フィルタを形成する工程に上述した実施形態における方法とは異なる点が存在する。以下、第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法に沿って本実施形態におけるカラーホイールの製造方法を説明する。
【００４０】
本実施形態では、上記凹凸構造の形成工程において、基板の表面にはフィルタ領域４１、４３、４５に対応する開口部を有するメタルマスクが配置され、基板の裏面にはフィルタ領域４２、４４、４６に対応する開口部を有するメタルマスクが配置される。その際、基板上に形成される各フィルタ領域４１〜４６間の位置合わせ精度が数μｍ程度のメタルマスクの加工精度をもってこの工程で確定することは上述した第１の実施形態における製造方法と同様である。
【００４１】
しかしながら、本実施形態では、表面および裏面に形成されるフィルタ領域がＲ透過フィルタ領域４１、Ｂ透過フィルタ領域４３、Ｇ透過フィルタ領域４５の３種類であるため、次のフィルタの形成工程において所定の光干渉フィルタを形成する際に、上記３種類のフィルタ領域のそれぞれを個別に形成するものである。そのため、たとえば表面のＲ透過フィルタ領域４１を形成する際には、補助的なマスク治具等を用いてＢ透過フィルタ領域４３およびＧ透過フィルタ領域４５を保護し、Ｂ透過フィルタ領域４３を形成する際にはＲ透過フィルタ領域４１およびＧ透過フィルタ領域４５を保護し、Ｇ透過フィルタ領域４５を形成する際にはＲ透過フィルタ領域４１およびＢ透過フィルタ領域４３を保護する必要がある。裏面についても同様であり、このような個別のフィルタ形成工程が、表裏個別にフィルタを形成する際には６回、たとえば表面のＲ透過フィルタ領域４１と裏面のＲ透過フィルタ領域４４などの同一種類のフィルタ領域を同時に形成するなど、両面同時成膜を適用する場合には３回必要となる。ただし、この場合でも、上述した補助的なマスク治具は各フィルタ領域の範囲の画定およびフィルタ領域間の位置合わせ精度に影響を及ぼすものではなく、単にその時点でフィルタの形成が不要な領域を保護すればよいだけである。
【００４２】
図７（ｂ）は、本発明に係る３色カラーホイールの別の例を示す平面図である。図７（ｂ）において、カラーホイール５０は、円盤状の基板の表面に４ヶ所のフィルタ領域５１、５３、５５、５７を、同様に裏面に２ヶ所のフィルタ領域５２、５６を形成してなるものである。また、このカラーホイール５０には意図的にフィルタを形成しない無彩色領域５４、５８が存在している。このような無彩色領域は、たとえば投射型の画像表示装置において画像全体の明るさを向上させるために使用されるものである。ここで、表面に形成された４ヶ所のフィルタ領域のうち、フィルタ領域５１、５５はＲ透過フィルタ、フィルタ領域５３、５７はＢ透過フィルタであり、裏面に形成された２ヶ所のフィルタ領域５２、５６はＧ透過フィルタである。
【００４３】
カラーホイール５０は、カラーホイール４０が基板の表裏それぞれに３種類の異なるフィルタ領域を有するのに対して、表面に２種類、裏面に１種類のフィルタ領域を有する点で異なっている。したがって、上述したフィルタ形成工程において片面ごとにフィルタを形成する場合でも、必要な個別のフィルタ形成工程は従来の３色カラーホイールの場合と同様に３回のみである。
【００４４】
次に、本発明の第４の実施形態として本発明に係る分光装置を説明する。図８（ａ）は本発明に係る分光装置の一実施形態を示す正面図、図８（ｂ）は同様に側面図である。本実施形態において分光装置６０は、本発明に係るカラーホイール６１と、カラーホイール６１を回転させるモータ６３と、カラーホイール６１をモータ６３に取り付けるためのハブ６２を備えてなり、カラーホイール６１は、その内周部がたとえば接着剤等によってハブ６２に固着され、ハブ６２とモータ６３も接着剤もしくはねじ等の機械的手段によって固着されている。カラーホイール６１は、境界を接して隣合うフィルタ領域が、同一面側に配置されることなく基板の表面および裏面に形成されたカラーホイールであって、具体的には上述した実施形態に記載されたような２色または３色のカラーホイールである。なお、カラーホイール６１は、ハブ６２を介さずにモータ６３と共通のシャフト等を使用してモータ６３に固着するものであってもよい。
【００４５】
次に、本発明の第５の実施形態として本発明に係る画像表示装置を説明する。図９は本発明に係る画像表示装置の一実施形態を示す概略構成図である。図９（ａ）には３色カラーホイール有する分光装置と１つのライトバルブ素子を備えた画像表示装置の例を示し、図９（ｂ）には２色カラーホイールを有する分光装置と２つのライトバルブ素子を備えた画像表示装置の例を示す。図９（ａ）において画像表示装置７０は、たとえばメタルハライドランプ等からなる白色光源７１と、３色カラーホイールを有する分光装置７２と、たとえばデジタルマイクロミラーデバイスのような反射型のライトバルブ素子７３と、投射レンズ系７４とを備えている。白色光源７１から出射された白色光は、３色カラーホイールを有する分光装置７２によってたとえばＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順次分光されてライトバルブ素子７３に入射し、ライトバルブ素子７３は各入射光を変調してＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を順次生成し、生成された各画像は投射レンズ系７４によって順次投射されてフルカラー画像が合成される。ここで、分光装置７２は、たとえば上述した第４の実施形態に記載された本発明に係る分光装置であり、第３の実施形態に記載されたような３色カラーホイールを有して入射光の分光を実行するものである。
【００４６】
図９（ｂ）において画像表示装置８０は、たとえばメタルハライドランプ等からなる白色光源８１と、２色カラーホイールを有する分光装置８２と、ミラー８３と、全反射プリズム８４と、ダイクロイックプリズム８５と、たとえばデジタルマイクロミラーデバイスのような反射型のライトバルブ素子８６、８７と、投射レンズ系８８とを備えている。白色光源８１から出射された白色光は、２色カラーホイールを有する分光装置７２によって、たとえばＹ光およびＭ光に順次分光され、ミラー８３および全反射プリズム８４によって光路が変更されてダイクロイックプリズム８５に入射する。ダイクロイックプリズム８５は、たとえばＲ光のみを透過させ、その他の波長帯域の光を反射する特性を有するものであり、入射したＹ光はＲ光およびＧ光に分光されてそれぞれライトバルブ素子８６およびライトバルブ素子８７に入射し、同様にＭ光はＲ光およびＢ光に分光されてそれぞれライトバルブ素子８６およびライトバルブ素子８７に入射する。ライトバルブ素子８６は入射Ｒ光を変調してＲ画像を生成し、またライトバルブ素子８７は入射Ｇ光および入射Ｂ光を変調してそれぞれＧ画像、Ｂ画像を生成する。生成されたＲ画像およびＧ画像、Ｒ画像およびＢ画像は、再びダイクロイックプリズム８５に入射してそれぞれＹ画像およびＭ画像に順次合成され、合成されたＹ画像およびＭ画像は全反射プリズム８４を透過した後投射レンズ系８８によって順次投射されてフルカラー画像が合成される。ここで、分光装置８２は、たとえば上述した第４の実施形態に記載された本発明に係る分光装置であり、第１および第２の実施形態に記載されたような２色カラーホイールを有して入射光の分光を実行するものである。
【００４７】
なお、上述した画像表示装置７０および画像表示装置８０において、ライトバルブ素子７３およびライトバルブ素子８６、８７はすべて反射型のものとしたが、本発明に係る画像表示装置はこの態様に限定されるものではなく、これらのライトバルブ素子７３またはライトバルブ素子８６、８７のいずれかもしくは両方を、たとえば液晶ライトバルブ素子のような透過型のライトバルブ素子としてもよい。また、本発明に係る画像表示装置において、図９（ａ）および図９（ｂ）に図示されていない任意の光学系および制御系を追加できることは当業者にとって自明のことである。
【００４８】
これまで、本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明はここに記載した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更及び修正を含み、添付された特許請求の範囲またはその技術的思想から逸脱しないものを含むものである。
【００４９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るカラーホイールの製造方法によれば、境界を接して隣合うフィルタ領域を基板の表裏に分離して形成することによって、各フィルタ領域の範囲をフィルタの形成工程以前に予め一括して画定できるため、直前に形成されたフィルタ領域の不明瞭な周縁部を基準として次のフィルタ領域を形成する位置を定めるという工程を経ることなく、すべてのフィルタ領域を形成することが可能となる。さらに、フィルタの形成工程を基板の両面に対して同時に進行させることによってフィルタ形成工程の工数を低減させることが可能となる。
【００５０】
特に、請求項２に記載のカラーホイールの製造方法によれば、形成されるフィルタ領域の周縁部よりもはるかに明瞭なマスク治具の開口部を基準として各フィルタ領域を画定する範囲の位置合わせを実施することができるため、フィルタ領域間の高精度な位置合わせを容易に実施することが可能となる。
【００５１】
また、請求項３に記載のカラーホイールの製造方法によれば、フィルタ領域を画定する凹凸構造は基板と一体に形成されるため、各フィルタ領域を画定する範囲はその加工精度をもって予め基板に作り込まれ、基板形成後の位置合わせ工程を一切経ることなくすべてのフィルタ領域を形成することが可能となる。
【００５２】
さらに、請求項４に記載のカラーホイールの製造方法によれば、フィルタ領域を画定する凹凸構造は、型成形、接着、エッチングといった、たとえば精密光学素子を成形するために使用される高精度な成形方法を使用して基板と一体に形成することができるため、フィルタ領域間の高精度な位置合わせを容易に実施することが可能となる。
【００５３】
さらに、請求項５に記載のカラーホイールの製造方法によれば、各フィルタ領域は誘電体多層膜からなる光干渉フィルタによって形成されるため、上述した効果に加えて耐久性（耐熱、耐光、耐薬品）に優れ、透過率が高く、シャープな分光特性を有するカラーホイールを得ることが可能となる。
【００５４】
また、請求項６に記載のカラーホイールによれば、境界を接して隣り合うフィルタ領域が基板の異なる面側に形成されているため、そのカラーホイールを請求項１ないし５のいずれかに記載の方法によって製造することができ、フィルタ領域の境界部分におけるフィルタ未形成領域を、たとえば数μｍ程度の最小限の幅に抑えることが可能となる。
【００５５】
請求項７に記載の分光装置によれば、使用されるカラーホイール上の各フィルタ領域の境界部分におけるフィルタ未形成領域が最小限に抑えられているため、分光装置に入射する白色光を高効率に利用することが可能となる。
【００５６】
請求項８に記載の画像表示装置によれば、入射白色光を高効率に利用可能な分光装置を備えているため、表示品位の高い画像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、凹凸構造を形成する工程を示す図であり、（ａ）は表面より見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断面図、（ｃ）は裏面より見た平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、各工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、凹凸構造を形成する工程を示す図であり、（ａ）は表面より見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断面図、（ｃ）は裏面より見た平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるカラーホイールの製造方法において、各工程を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態におけるカラーホイールを示す平面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態における分光装置を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態における画像表示装置の概略を示す構成図であり、（ａ）は３色カラーホイールを使用した例を示し、（ｂ）は２色カラーホイールを使用した例を示すものである。
【図１０】カラーホイールを使用した従来の分光装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１１】従来のカラーホイールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１２】従来のカラーホイールの製造方法における各工程を示す図である。
【符号の説明】
１    基板
２    Ｙ光透過フィルタ領域
３    Ｍ光透過フィルタ領域
５    第１のマスク治具
６    第２のマスク治具
１０    ２色カラーホイール
１２    開口部（凹部）
１３    開口部（凹部）
２０    ２色カラーホイール
２１    基板
２２    Ｙ光透過フィルタ領域
２３    Ｍ光透過フィルタ領域
３２    凹部
３３    凹部
３４    凸部
４０    ３色カラーホイール
５０    ３色カラーホイール
６０    分光装置
７０    画像表示装置
８０    画像表示装置
【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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