(57)【要約】【課題】簡易に製造することができ、しかも十分な精度を有するクロスダイクロイックミラー及びこれを用いたプロジェクタを提供すること。【解決手段】光源ランプ２１からの光源光は、フライアイ光学系２３を経て均一化され、クロスダイクロイックミラー２５によってＲＧＢの３色に色分割される。このように色分割された照明光は、各色の液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを照明する。各液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃで変調された照明光すなわち像光は、クロスダイクロイックミラー３３で合成されて投射レンズ３５に入射する。この場合、光源ランプ２１からのＢ光が液晶ライトバルブ３１ｂ等に漏れ出すことを防止できるので、スクリーンに投射されるカラー画像に色ムラが発生することを防止でき、不要な発熱を防止することによって効率的な照明が可能になる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の第１基板上に第１フィルタ層を有するとともに、被分割光を入射させる入射ポート側の第１平面と当該入射ポートの反対側の第２平面とを一対の主面とする第１フィルタ部材と、
平板状の第２基板上に前記第１フィルタ層とは特性の異なる第２フィルタ層を有するとともに、前記第２平面上において前記入射ポートから延長された光路に対して垂直に延びる所定の第１基準線に対して前記第２フィルタ層の接合側端縁が位置合わせされた状態で、前記第１フィルタ部材に接合される第２フィルタ部材と、
平板状の第３基板上に前記第２フィルタ層と同一特性の第３フィルタ層を有するとともに、前記第２及び第３フィルタ層を略平行に保ちつつ、前記第１基準線を前記入射ポートから延長された光路に沿って前記第１平面に投影することによって得られる前記第２基準線に対して前記第３フィルタ層の接合側端縁が位置合わせされた状態で、前記第１フィルタ部材に接合される第３フィルタ部材と
を備えるクロスダイクロイックミラー。
【請求項２】
前記第２フィルタ層は、前記入射ポート側に形成されており、前記第３フィルタ層は、前記入射ポートの反対側に形成されており、前記第３フィルタ部材の厚みは、前記第２及び第３フィルタ層で反射される一対の光束の光路差を補償するように設定されていることを特徴とする請求項１記載のクロスダイクロイックミラー。
【請求項３】
前記第２及び第３フィルタ部材は、他方のフィルタ部材の延在する面を基準として、前記第２フィルタ部材の解放端部を前記入射ポート側に微小変位させること、又は、前記第３フィルタ部材の解放端部を前記入射ポートの反対側に微小変位させることによって、互いに所定微小角を成す状態で屈曲配置されることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載のクロスダイクロイックミラー。
【請求項４】
前記第２フィルタ部材のうち前記入射ポートの反対側の面に、光路調節用の透明基板をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載のクロスダイクロイックミラー。
【請求項５】
光源からの光源光を各色の照明光に分割する請求項１から請求項４のいずれか一項記載のクロスダイクロイックミラーと、
前記クロスダイクロイックミラーから射出された各色の照明光によって照明される各色ごとの複数の空間光変調装置と、
前記複数の空間光変調装置からの各色の像光を合成して射出する光合成部材と、
前記光合成部材を経て合成された像光を投射する投射光学系と
を備えるプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ライトバルブを照明するための照明装置等に組み込まれるクロスダイクロイックミラー及びこれを用いたプロジェクタ（投射装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像合成用のクロスダイクロイックミラーとして、誘電体多層膜を一対の光学的厚みの等しい基板で挟んだ構造を有する４つの平板状のダイクロイックミラー部分からなるものがある（特許文献１参照）。このクロスダイクロイックミラーは、ダイクロイックミラー部分の端部をこれらが互いに嵌合するように組んで接合し、全体として断面十字形状にする。このようなクロスダイクロイックミラーでは、誘電体多層膜を挟む基板の厚みを一致させていることから、透過・反射光に際しての収差を打ち消すことができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２６０１３４号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようなクロスダイクロイックミラーは、多数の基板等を張り合わせることによって作製されるものであり、その製造が多工程で煩雑となり、結果的に十分な精度を確保することが容易でない。
【０００４】
そこで、本発明は、簡易に製造することができ、しかも十分な精度を有するクロスダイクロイックミラー及びこれを用いたプロジェクタ（投射装置）を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るクロスダイクロイックミラーは、平板状の第１基板上に第１フィルタ層を有する第１フィルタ部材と、平板状の第２基板上に第１フィルタ層とは特性の異なる第２フィルタ層を有する第２フィルタ部材と、平板状の第３基板上に第２フィルタ層と同一特性の第３フィルタ層を有する第３フィルタ部材とを備える。ここで、第１フィルタ部材は、被分割光を入射させる入射ポート側の第１平面と当該入射ポートの反対側の第２平面とを一対の主面として有する。また、第２フィルタ部材は、第１フィルタ部材に接合されるが、この際、第２平面上において入射ポートから延長された光路に対して垂直に延びる所定の第１基準線に対して第２フィルタ層の接合側端縁が位置合わせされた状態とされる。さらに、第３フィルタ部材も、第１フィルタ部材に接合されるが、この際、第２及び第３フィルタ層を略平行に保ちつつ、第１基準線を入射ポートから延長された光路に沿って第１平面に投影した第２基準線に対して第３フィルタ層の接合側端縁が位置合わせされた状態とされる。
【０００６】
上記クロスダイクロイックミラーでは、第１フィルタ部材を挟んで第２及び第３フィルタ部材が略平行に対向配置されて第１フィルタ部材にそれぞれ接合される。よって、入射ポートからの入射光のうち第１フィルタ層で反射される波長帯域の光は、第１フィルタ部材の傾斜方向に折り曲げられて射出し、第２及び第３フィルタ層で反射される波長帯域の光は、第２及び第３フィルタ部材の傾斜方向に折り曲げられて射出し、第１〜第３フィルタ層を透過する波長帯域の光は、直進して第１〜第３フィルタ部材の背後に透過直進光束として射出する。これにより、３色の色分割が行われる。ここで、入射ポートから延長された光路に沿って配置される第１基準線と第２基準線とに対して、第２フィルタ層の接合側端縁と第３フィルタ層の接合側端縁とがそれぞれ位置合わせされるので、入射ポートからの入射光は、前側の第３フィルタ層か、後側の第２フィルタ層のいずれかに入射する。つまり、入射ポートからの入射光が第２及び３フィルタ層の隙間を通過することを防止できるので、３つの部材からなる簡単な構造のフィルタ部材を用いつつも、色分離の精度が低化することを防止できる。
【０００７】
上記実施形態の具体的態様では、第２フィルタ層が、共通ポート側に形成されており、第３フィルタ層が、共通ポートの反対側に形成されており、第３フィルタ部材の厚みが、第２及び第３フィルタ層で反射される一対の光束の光路差を補償するように設定されている。この場合、第３フィルタ部材自体によって、前記第２及び第３フィルタ層で反射される一対の光束の光路差を補償するので、第２及び第３フィルタ層で反射されて分割される特定光について収差の発生を抑制することができる。
【０００８】
また、上記実施形態の別の具体的態様では、第２及び第３フィルタ部材が、他方のフィルタ部材の延在する面を基準として、第２フィルタ部材の解放端部を共通ポート側に微小変位させること、又は、第３フィルタ部材の解放端部を共通ポートの反対側に微小変位させることによって、互いに所定微小角を成す状態で屈曲配置される。この場合、第２フィルタ層で反射されて分割される光と、第３フィルタ層で反射されて分割される光との境界における分離の影響を打ち消すように各分割光を対象に入射させることができる。
【０００９】
また、上記実施形態の別の具体的態様では、第２フィルタ部材のうち共通ポートの反対側の面に、光路調節用の透明基板をさらに有する。この場合、第２フィルタ部材と第３フィルタ部材との厚みの差によって生じる一対の透過直進光束の光路差を補償することができるので、透過直進光束について収差の発生を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明に係るプロジェクタは、光源からの光源光を各色の照明光に分割する請求項１から請求項４のいずれか一項記載のクロスダイクロイックミラーと、クロスダイクロイックミラーから射出された各色の照明光によって照明される各色ごとの複数の空間光変調装置と、複数の空間光変調装置からの各色の像光を合成して射出する光合成部材と、光合成部材を経て合成された像光を投射する投射光学系とを備える。
【００１１】
上記プロジェクタでは、本発明のクロスダイクロイックミラーを用いて光源光を各色の照明光に分割するので、クロスダイクロイックミラーの構造が簡単であるにもかかわらず、色分離度の高い高精度の色分割が可能になり、発熱を防止しつつ投射されるカラー画像を良好なものとすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る照明装置を組み込んだプロジェクタについて説明する。
【００１３】
図１は、プロジェクタの側方断面図であり、図２は、プロジェクタの上部の平面図であり、図３は、プロジェクタの下部の平面図である。このプロジェクタ１０は、上下２段構造となっており、その上段側に図２に示す照明装置２０を備え、その下段側に図３に示す光変調投射装置３０を備える。ここで、照明装置２０は、光源光を発生する光源ランプ２１と、光源光を均一化するフライアイ光学系２３と、均一化後の光源光をＢＧＲの各色の照明光に分割するクロスダイクロイックミラー２５とからなる。一方、光変調投射装置３０は、各色に分割された照明光をそれぞれ空間的に変調する液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、照明光の変調によって得た各色の像光を合成するクロスダイクロイックミラー３３と、合成後の像光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ３５とからなる。
【００１４】
照明装置２０において、光源ランプ２１は、コリメート用の凹面鏡２１ａを備える例えば高圧水銀ランプであり、ＲＧＢの各色を混合した白色光を光源光として発生する。
【００１５】
また、フライアイ光学系２３は、マトリックス状に配置された多数の要素レンズからなる一対のフライアイレンズを光軸方向に２段に配置したものである。このフライアイ光学系２３により、光源ランプ２１からの光源光を分割して多数の２次光源を形成することができるとともに、各２次光源からの均一な発散光を適当なレンズ（不図示）によって収束させることにより、液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの重畳照明が可能にする。
【００１６】
クロスダイクロイックミラー２５は、Ｂ光反射用のダイクロイックミラー５１と一対のＲ光反射用のダイクロイックミラー５２，５３とを直交させたものであり、入射ポートＩＰからの入射光ＬＢ０のうち、Ｂ光の光束ＬＢＢをダイクロイックミラー５１で反射して右側に射出させ、Ｇ光の光束ＬＢＧをダイクロイックミラー５１，５２，５３の背後に透過直進させ、Ｒ光の光束ＬＢＲを一対のダイクロイックミラー５２，５３で反射して左側に射出させる。各色の光束ＬＢＢ，ＬＢＧ，ＬＢＲは、全反射ミラー２７ａ，２７ｂ，２７ｃに入射してそれぞれ下方に光路を折り曲げられる。
【００１７】
図４は、クロスダイクロイックミラー２５の平面図である。このクロスダイクロイックミラー２５は、第１フィルタ部材であるダイクロイックミラー５１と、第２フィルタ部材であるダイクロイックミラー５２と、第３フィルタ部材であるダイクロイックミラー５３とを備える。Ｂ光反射用のダイクロイックミラー５１は、入射ポート側の第１平面５１ａ側に誘電体多層膜を備える。また、一方のＲ光反射用のダイクロイックミラー５２は、ダイクロイックミラー５１の第２平面５１ｂの中央に接合され、入射ポート側の表面に誘電体多層膜を備える。さらに、他方のＲ光反射用のダイクロイックミラー５３は、ダイクロイックミラー５１の第１平面５１ａの中央に接合され、入射ポートの反対側の裏面に誘電体多層膜を備える。
【００１８】
この際、両ダイクロイックミラー５２，５３は、同一平面上になく、一方の入射ポート側のダイクロイックミラー５３の方が、入射ポート側であってＲ光の光束ＬＢＲの射出側にオフセットして配置されている。また、入射ポート側のダイクロイックミラー５３は、その反対側のダイクロイックミラー５２よりも所定幅だけ厚くなっている。
【００１９】
また、両ダイクロイックミラー５２，５３は、ほぼ平行に保たれているが、ダイクロイックミラー５２の解放端部を入射ポート側に微小変位させることによって、互いに所定微小角を成す状態で屈曲配置されている。つまり、ダイクロイックミラー５１とダイクロイックミラー５２とは、正確に９０度で直交するが、ダイクロイックミラー５１とダイクロイックミラー５３とは、９０度に近い９０度未満の角度αを成す。なお、ダイクロイックミラー５２ではなく、ダイクロイックミラー５３側の解放端部を入射ポートの反対側に微小変位させることによっても、両ダイクロイックミラー５１，５２を微小角度（９０゜−α゜）だけ屈曲させることができる。
【００２０】
図５は、クロスダイクロイックミラー２５の接合部ＪＰの拡大平面図である。図からも明らかなように、ダイクロイックミラー５１は、第１基板である平板状の透明基板６１上に第１フィルタ層であるＢ光反射用の誘電体多層膜７１を形成したものである。なお、ダイクロイックミラー５１の裏側の第２平面５１ｂには、反射防止膜を形成することができる。
【００２１】
一方のダイクロイックミラー５２は、第２基板である平板状の透明基板６２上に第２フィルタ層であるＲ光反射用の誘電体多層膜７２を形成したものである。そして、透明基板６２の裏面側には反射防止膜を形成することができる。このダイクロイックミラー５２は、これを接合すべきダイクロイックミラー５１の第２平面５１ｂ上において入射ポートから延びる光路ＯＰに垂直に延びる第１基準線ＳＬ１に対して、誘電体多層膜７２の接合側端縁が位置合わせされた状態とされる。
【００２２】
他方のダイクロイックミラー５３は、第３基板である平板状の透明基板６３上に第３フィルタ層であるＲ光反射用の誘電体多層膜７３を形成したものである。そして、透明基板６３の裏面側には反射防止膜を形成することができる。このダイクロイックミラー５３は、第１基準線ＳＬ１を光路ＯＰに沿って第１平面５１ａに投影した第２基準線ＳＬ２に対して、誘電体多層膜７３の接合側端縁が位置合わせされた状態とされる。この結果、入射ポート側から光路ＯＰに平行に入射した光源光は、両ダイクロイックミラー５２，５３に設けた両誘電体多層膜７２，７３のいずれか一方に必ず入射する。つまり、クロスダイクロイックミラー２５に入射した光源光のうちＲ光の光束ＬＢＲは、すべてダイクロイックミラー５２，５３で反射されて全反射ミラー２７ｃに入射する。なお、上記のようなオフセットを設けず、両誘電体多層膜７２，７３が同一平面上にあるとした場合、ダイクロイックミラー５１の厚さに対応して、入射ポート側から見て接合部ＪＰに隙間が生じ、直進するＢ光の光束ＬＢＢ中にＲ光が一部漏れ出して紛れ込むので、投射像に色ムラを発生させたり、意図しない発熱が生じる。
【００２３】
一方で、上記のようなオフセットを設けたことにより、誘電体多層膜７２の接合側端縁と誘電体多層膜７３の接合側端縁とは、光路ＯＰに沿って幅Ｗの段差を有することになる。よって、ダイクロイックミラー５２に入射したＲ光の光束ＬＢＲの経路の方が、ダイクロイックミラー５３に入射したＲ光の光束ＬＢＲの経路よりも距離Ｗだけ長くなる。しかしながら、ダイクロイックミラー５３の場合、ダイクロイックミラー５２の場合と違って入射光に対して裏面側に誘電体多層膜７３が形成されており、ダイクロイックミラー５３に入射して裏面で反射されるＲ光の光束ＬＢＲは、透明基板６３の屈折率をｎとし透明基板６３を通過する経路をＰＬとして、光路長が見かけの経路ＰＬよりもＰＬ×（ｎ−１）だけ増加する。よって、Ｗ＝ＰＬ×（ｎ−１）とするならば、ダイクロイックミラー５２で反射されるＲ光の光束ＬＢＲと、ダイクロイックミラー５３で反射されるＲ光の光束ＬＢＲとの波面を一致させることができ、照明光の照射に際しての収差を低減することができる。
【００２４】
さらに、誘電体多層膜７２と誘電体多層膜７３とが光路ＯＰに沿って幅Ｗの段差を有することから、ダイクロイックミラー５２で反射されるＲ光の光束ＬＢＲと、ダイクロイックミラー５３で反射されるＲ光の光束ＬＢＲとの間に隙間が生じる。このような隙間の影響を相殺するため、両ダイクロイックミラー５２，５３は、互いに所定微小角（９０゜−α）を成す状態で屈曲配置されており、平行光束が入射した両ダイクロイックミラー５２，５３から射出される一対のＲ光の光束ＬＢＲは、互いに収束される。つまり、ダイクロイックミラー５１とダイクロイックミラー５２との成す角度αを適宜調整することにより、あたかも隙間が存在しないかのような状態で液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを照明することができる。
【００２５】
図３等に戻って、光変調投射装置３０において、液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、これに入射した各色の照明光に対し空間的な変調を施す空間光変調装置であり、具体的には、外部から電気信号として入力された画像信号に応じて画素単位で偏光状態が調節される。これらの液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃには、クロスダイクロイックミラー２５で分割されて全反射ミラー２７ａ，２７ｂ，２７ｃでそれぞれ下方に反射された各色の光束ＬＢＢ，ＬＢＧ，ＬＢＲが、全反射ミラー３７ａ，３７ｂ，３７ｃを経て水平方向内向きに折り曲げられてそれぞれ入射する。なお、図示を省略しているが、各液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの前後を含む周辺には、各液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃに入射させるべき照明光やこれらから射出される像光の偏光方向を制限するための偏光フィルタが配置されている。
【００２６】
クロスダイクロイックミラー３３は、Ｂ光反射用のダイクロイックミラー８１と一対のＲ光反射用のダイクロイックミラー８２，８３とを直交させた光合成部材であり、液晶ライトバルブ３１ａからのＲ光の光束ＬＢＢをダイクロイックミラー８１で反射して射出ポート側に射出させ、液晶ライトバルブ３１ｂからのＧ光の光束ＬＢＧをダイクロイックミラー８１，８２，８３の背後の射出ポート側に透過直進させ、液晶ライトバルブ３１ｃからのＲ光の光束ＬＢＲをダイクロイックミラー８２，８３で反射して射出ポート側に射出させる。各色の光束ＬＢＢ，ＬＢＧ，ＬＢＲは、クロスダイクロイックミラー３３によって合成された状態で射出ポートから射出し、投射光学系である投射レンズ３５に入射する。
【００２７】
なお、クロスダイクロイックミラー３３は、図４及び図５に示すクロスダイクロイックミラー２５と同一構造とすることもできるが、同図に示すクロスダイクロイックミラー２５は不可逆的であり、像光の合成に際してダイクロイックミラー８２，８３間の継目で隙間部分が生じることを避けられない。よって、従来型のクロスダイクロイックミラー（例えば、誘電体多層膜を一対の光学的厚みの等しい基板で挟んだ構造を有する４つの平板状のダイクロイックミラー部分からなり、これらダイクロイックミラー部分の端部を嵌合させて接合したクロスダイクロイックミラー）を使用することが望ましい。なお、このクロスダイクロイックミラー３３は、クロスダイクロイックプリズムに置き換えることもできる。
【００２８】
以下、図１〜図５に示すプロジェクタの動作について説明する。光源ランプ２１からの光源光は、フライアイ光学系２３を経て均一化され、クロスダイクロイックミラー２５によってＲＧＢの３色に色分割される。このように色分割された照明光は、全反射ミラー２７ａ，２７ｂ，２７ｃと全反射ミラー３７ａ，３７ｂ，３７ｃとを経て各色の液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを照明する。各液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、外部からの画像信号によって変調されて２次元的屈折率分布を有しており照明光を画像に対応して変調する。このように、各液晶ライトバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃで変調された照明光すなわち像光は、クロスダイクロイックミラー３３で合成されて投射レンズ３５に入射する。投射レンズ３５に入射した像光は、不図示のスクリーンにカラー画像として投射される。この場合、光源ランプ２１からのＧ光が液晶ライトバルブ３１ｂ等に漏れ出すことを防止できるので、スクリーンに投射されるカラー画像に色ムラが発生することを防止でき、或いは、不要な発熱を防止することによって効率的な照明が可能になる。
【００２９】
〔第２実施形態〕
図６は、第２実施形態に係るプロジェクタの要部を説明する図である。このプロジェクタは、図１〜図５に示す第１実施形態のプロジェクタ１０を変形したものであり、同一部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００３０】
図示のクロスダイクロイックミラー１２５は、ダイクロイックミラー５１と、ダイクロイックミラー１５２と、ダイクロイックミラー５３とを備える。ここで、ダイクロイックミラー１５２は、透明基板６２の表面にＲ光反射用の誘電体多層膜７２を形成しただけでなく、その裏面に光路長調節用の透明基板１６５をさらに貼り付けた構造となっている。これにより、両ダイクロイックミラー５２，５３を通過するＧ光の光束ＬＢＧの光路差が相殺され、Ｇ光についての収差の発生を抑制することができる。
【００３１】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ダイクロイックミラー５１によってＢ光を反射しダイクロイックミラー５２，５３によってＲ光を反射しているが、誘電体多層膜の特性を変更することによって、ダイクロイックミラー５１によってＲ光を反射しダイクロイックミラー５２，５３によってＢ光を反射することもできる。さらに、ダイクロイックミラー５１によってＧ光を反射しダイクロイックミラー５２，５３によってＢ光を反射することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るプロジェクタの構造を示す側面図である。
【図２】図１に示す装置の上段部の平面図である。
【図３】図２に示す装置の下段部の平面図である。
【図４】クロスダイクロイックミラーの平面図である。
【図５】図４に示す部材の接合部の拡大平面図である。
【図６】第２実施形態に係るプロジェクタの要部構造を示す図である。
【符号の説明】
１０  プロジェクタ、    ２０  照明装置、    ２１  光源ランプ、    ２５クロスダイクロイックミラー、    ３０  光変調投射装置、    ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ  液晶ライトバルブ、    ３３  クロスダイクロイックミラー、    ３５  投射レンズ、    ５１，５２，５３  ダイクロイックミラー、    ５１ａ第１平面、    ５１ｂ  第２平面、    ５２，５３  両誘電体多層膜、    ６１，６２，６３  透明基板、    ７１，７２，７３  誘電体多層膜、    ＩＰ  入射ポート、    ＪＰ  接合部、    ＬＢ０  入射光、    ＬＢＢ  Ｂ光の光束、    ＬＢＧ  Ｇ光の光束、    ＬＢＲ  Ｒ光の光束、    ＯＰ  光路、    ＳＬ１  第１基準線、    ＳＬ２  第２基準線
【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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