(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、低屈折率層と高屈折率層からなる周期数が複数の第１の交互周期層と、中間屈折率層と前記高屈折率層からなる周期数が複数の第２の交互周期層と、前記低屈折率層と前記高屈折率層からなる周期数が複数の第３の交互周期層とをこの順に備え、
前記中間屈折率層の屈折率は、前記低屈折率層の屈折率より高く前記高屈折率層の屈折率より低く、
前記中間屈折率層は前記低屈折率層の材料と前記高屈折率層の材料とを含むことを特徴とするダイクロイックミラー。
【請求項２】
前記中間屈折率層の屈折率層の屈折率は１．６以上１．８以下である請求項１記載のダイクロイックミラー。
【請求項３】
前記第２の交互周期層の周期数は７以上１２以下であり、前記第１の交互周期層と前記第３の交互周期層の合計層数は７層以上１２層以下である請求項１記載のダイクロイックミラー。
【請求項４】
前記低屈折率層はＳｉＯ２であり、前記高屈折率層はＮｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２のいずれか、もしくはこれらの混合物からなることを特徴とする請求項１記載のダイクロイックミラー。
【請求項５】
光源と、画像形成手段としてのライトバルブと、前記光源の放射光を前記ライトバルブ上に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの照明光を赤，緑，青の３原色光に分解し且つ前記３原色光を合成する色分解合成光学系と、前記ライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズとを具備し、前記色分解合成光学系は請求項１記載のダイクロイックミラーを少なくとも１つ用いていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項６】
前記色分解合成光学系は青反射ダイクロイックミラー及び赤反射ダイクロイックミラーを有し、少なくとも一方のダイクロイックミラーに対する媒質側からの光の線入射角が３０゜以上であることを特徴とする請求項５記載の投写型表示装置。
【請求項７】
透明基板上に、低屈折率層と高屈折率層からなる周期数が複数の第１の交互周期層と、
前記低屈折率層と中間屈折率層からなる周期数が複数の第２の交互周期層と、前記低屈折率層と前記高屈折率層からなる周期数が複数の第３の交互周期層とをこの順に備え、
前記中間屈折率層の屈折率は、前記低屈折率層の屈折率より高く前記高屈折率層の屈折率より低く、
前記中間屈折率層は前記低屈折率層の材料と前記高屈折率層の材料とを含むことを特徴とするダイクロイックミラー。
【請求項８】
前記中間屈折率層の屈折率層の屈折率は１．８以上２以下である請求項７記載のダイクロイックミラー。
【請求項９】
前記第２の交互周期層の周期数は７以上１２以下であり、前記第１の交互周期層と前記第３の交互周期層の合計層数は７層以上１２層以下である請求項７記載のダイクロイックミラー。
【請求項１０】
前記低屈折率層はＳｉＯ２であり、前記高屈折率層はＮｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２のいずれかであることを特徴とする請求項７記載のダイクロイックミラー。
【請求項１１】
光源と、画像形成手段としてのライトバルブと、前記光源の放射光を前記ライトバルブ上に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの照明光を赤，緑，青の３原色光に分解し且つ前記３原色光を合成する色分解合成光学系と、前記ライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズとを具備し、前記色分解合成光学系は請求項７記載のダイクロイックミラーを少なくとも１つ用いていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１２】
前記色分解合成光学系は青反射ダイクロイックミラー及び赤反射ダイクロイックミラーを有し、少なくとも一方のダイクロイックミラーに対する媒質側からの光の線入射角が３０゜以上であることを特徴とする請求項１１記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明基板上に誘電体多層膜を積層して任意の波長を選択的に透過及び反射させるダイクロイックミラーと、このダイクロイックミラーを用いライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大画面映像を得るために、ライトバルブに映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を照射し投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置が従来からよく知られている。赤，緑，青の３原色光に対応してライトバルブを３つ用いれば高輝度、高解像度でかつ色再現性の良好な投写画像を表示できる。
【０００３】
３つのライトバルブを用いた投写型表示装置は、一般に、光源と、光源からの放射光をライトバルブ上に集光させる照明光学系と、ライトバルブと、光源の白色光を照明光路中で赤，緑，青の３原色光に分解し、ライトバルブから出力された３原色光を再び１つに合成する色分解合成光学系と、ライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズから構成される。
【０００４】
スクリーン上に表示される投写画像の光学性能の中で、解像度は主にライトバルブの画素数と投写レンズの解像力によって決まり、光出力は主に光源から出力される総光量と照明光学系の集光効率とライトバルブの光利用効率と色分解合成光学系のスペクトル利用効率から決まり、色再現性は色分解合成光学系の分光特性によって決まる。
【０００５】
この中で、光出力と色再現性に寄与する色分解合成光学系は、青色光を反射して赤色，緑色光を透過する第１のダイクロイックミラーと、赤色光を反射して緑色，青色光を透過する第２のダイクロイックミラーを用いて赤，緑，青の３原色光に分解または合成させる構成を用いることが多い。
【０００６】
ここで、例えば空気中からの光の入射角が４７．４゜となるように構成した青反射ダイクロイックミラーと２つのプリズム状ガラス基板に狭持されガラス中からの光の入射角が１０゜となるように構成した赤反射ダイクロイックミラーを用いた場合の従来例について、以下に説明する。
【０００７】
図１２はダイクロイックミラーの分光透過率であり、図１２（ａ）は青反射ダイクロイックミラー、図１２（ｂ）は赤反射ダイクロイックミラーの分光透過率である。いずれのダイクロイックミラーもガラス基板上に低屈折率層の誘電体薄膜と高屈折率層の誘電体薄膜の交互周期層を積層させたものであり、低屈折率層として屈折率が１．４６のＳｉＯ２、高屈折率層として屈折率が２．３のＮｂ２Ｏ５を用いている。青反射ダイクロイックミラーは青色光と緑色光を分離する波長帯の透過率５０％を示す波長（以下、半値波長と呼ぶ）が５０５ｎｍ付近であり、赤反射ダイクロイックミラーは赤色光と緑色光を分離する半値波長が５９５ｎｍ付近である。赤反射ダイクロイックミラーは半値波長付近の透過率曲線が直線的に立ち上がっているのに対し、青反射ダイクロイックミラーの半値波長付近の透過率曲線は透過率５０％付近で階段状となっていることがわかる。
【０００８】
これは、光の入射角が大きいことに起因するもので、入射角が大きくなるほど図１３示すようにＳ偏光とＰ偏光の透過率曲線の半値波長の分離幅が大きくなるため、これらの平均光は図１２（ａ）に示すような特性となる。ここで、Ｓ偏光とは偏波面がダイクロイックミラー面の法線と光の進行方向とを含む平面と垂直な方向である直線偏光で、Ｐ偏光は偏波面がＳ偏光と垂直な関係にある直線偏光のことである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図１２（ａ）に示した青反射ダイクロイックミラーの場合、半値波長付近の分光透過率曲線が階段状となっているために、青色側の波長帯域の一部が緑色側に透過し、緑色側の波長帯域の一部が青色側に反射され、それぞれの色純度を劣化させる要因となる。また、この構成のまま色純度を向上させようとすると例えば図１４示すようなシアン光を反射させる第１の色補正フィルタ６１と、これを用いたことによって色度特性が変化する白色光の色度を調整するためのイエロー光を反射させる第２の色補正フィルタ６２を付加する必要があり、結果的にスペクトル利用効率も大幅な低下を招くことになる。
【００１０】
従って、図１２（ａ）に示した青反射ダイクロイックミラーも図１２（ｂ）に示した赤反射ダイクロイックミラーと同様に半値波長付近の波長分離曲線が直線的に立ち上がり、反射波長帯域と透過波長帯域の分離幅を小さくすることができれば色再現性とスペクトル利用効率を良好に両立させるこができる。
【００１１】
本発明は、入射角が大きい場合でも、波長分離特性が良好なダイクロイックミラーを実現し、投写画像の色再現性とスペクトル利用効率が良好な投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため本発明のダイクロイックミラーは、透明基板上に、低屈折率層と高屈折率層からなる周期数が複数の第１の交互周期層と、中間屈折率層と前記高屈折率層からなる周期数が複数の第２の交互周期層と、前記低屈折率層と前記高屈折率層からなる周期数が複数の第３の交互周期層とをこの順に備え、前記中間屈折率層の屈折率は、前記低屈折率層の屈折率より高く前記高屈折率層の屈折率より低く、前記中間屈折率層は前記低屈折率層の材料と前記高屈折率層の材料とを含むことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の投写型表示装置は、光源と、画像形成手段としてのライトバルブと、前記光源の放射光を前記ライトバルブ上に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの照明光を赤，緑，青の３原色光に分解し且つ前記３原色光を合成する色分解合成光学系と、前記ライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズとを具備し、前記色分解合成光学系は上記のダイクロイックミラーを少なくとも１つ用いていることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明の他のダイクロイックミラーは、透明基板上に、低屈折率層と高屈折率層からなる第１の交互周期層と、前記低屈折率層と中間屈折率層からなる第２の交互周期層と、前記低屈折率層と前記高屈折率層からなる第３の交互周期層とをこの順に備え、
前記中間屈折率層の屈折率は、前記低屈折率層の屈折率より高く前記高屈折率層の屈折率より低く、
前記中間屈折率層は前記低屈折率層の材料と前記高屈折率層の材料とを含むことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の他の投写型表示装置は、光源と、画像形成手段としてのライトバルブと、前記光源の放射光を前記ライトバルブ上に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの照明光を赤，緑，青の３原色光に分解し且つ前記３原色光を合成する色分解合成光学系と、前記ライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズとを具備し、前記色分解合成光学系は上記のダイクロイックミラーを少なくとも１つ用いていることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図９を参照して説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における青反射ダイクロイックミラーの概略構成を示したものであり、同図において、１は透明ガラス基板、２は低屈折率層、３は高屈折率層、４は中間屈折率層、５は第１の交互周期層、６は第２の交互周期層、７は第３の交互周期層である。
【００１８】
また、図１０は図１の構成の各層の材質と膜厚を示したものである。設計主波長は４７５ｎｍ、表中の各層の膜厚は薄膜の屈折率と物理的膜厚を乗じた光学的膜厚で表したものであり、設計主波長の１／４となる場合を１としている。
【００１９】
透明ガラス基板１上に順次、低屈折率層２と高屈折率層３からなる第１の交互周期層５、中間屈折率層４と高屈折率層３からなる第２の交互周期層６、低屈折率層２と高屈折率層３からなる第３の交互周期層７が形成され、第２の交互周期層６は周期数９で１８層からなり、第１の交互周期層５と第３の交互周期層７の合計層数は１１層であり、全体として２９層で構成されている。
【００２０】
低屈折率層２の材質はＳｉＯ２で屈折率が１．４６、高屈折率層３の材質はＮｂ２Ｏ５で屈折率が２．３、中間屈折率層４の材質は低屈折率層２のＳｉＯ２と高屈折率層３のＮｂ２Ｏ５からなる混合層であり屈折率が１．７である。中間屈折率層はＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５とを同時に蒸着し、それぞれの成膜速度を制御して混合比をコントロールすることによって所望の屈折率を得る。成膜方法としてはＳｉ基板とＮｂ基板を蒸着ターゲットとした反応性スパッタリングを採用すれば屈折率の再現性が高い良好な中間屈折率層を形成できる。
【００２１】
高屈折率層として本実施の形態においてはＮｂ２Ｏ５を用いたが、他にＴａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２のいずれか、もしくはこれらの混合物を用いても良い。
【００２２】
第１の交互周期層５と第３の交互周期層７は青色を反射するために十分な波長帯域を得ることと、膜厚の最適化により緑色と赤色の透過波長帯域に発生するリップルを最小限に押さえる作用を有する。また、第２の交互周期層６は青色光と緑色光を良好に波長分離する作用を有する。
【００２３】
図１及び図１０に示した多層膜構成の青反射ダイクロイックミラーの分光透過率特性を図２に示す。図中、実線は本実施の形態の青反射ダイクロイックミラーの分光透過率、波線は図１２（ａ）に示した従来例の青反射ダイクロイックミラーの分光透過率である。光の入射角は従来例と同様に４７．４゜である。従来例の分光透過率曲線と比較してわかるように、本実施の形態の多層膜構成を用いれば、半値波長付近の波長分離帯の曲線が直線的に立ち上がり、従来例においては緑色側に透過した斜線部の青色光１１は青側に反射させることができ、また青色側に反射した斜線部の緑色光１２は緑色側に透過させることができる。
【００２４】
以上のような本実施の形態のダイクロイックミラーを構成する場合、中間屈折率層４の屈折率は１．６以上１．８以下であることが望ましい。屈折率が１．６より小さい場合は、分光透過率特性の波長分離帯の曲線が図２の波線に近づき本実施の形態の特徴である良好な波長分離性能が得られなくなる。また、屈折率が１．８より大きい場合は、第２の交互周期層６を構成する高屈折率層３との屈折率差が小さくなり青色を反射するための十分な反射波長帯域が得られなくなる。
【００２５】
また、第２の交互周期層６の周期数は７以上１２以下が望ましい。周期数が７より小さい場合は図２に示した本実施の形態のような良好な波長分離特性が得られなくなり、周期層数が１２より大きい場合は分光透過率特性の変化が小さくなり周期層増加するだけの効果は小さくなる。
【００２６】
さらに、第１の交互周期層５と第３の交互周期層７との合計層数は７層以上１２層以下が望ましい。合計層数が７層より小さい場合青色光の十分な反射波長帯域が得られないか、十分な反射率が得られなくなり、合計層数が１２より大きい場合は分光透過率特性の変化が小さくなり層数を増加するだけの効果は小さくなる。
【００２７】
図３は本発明の実施の形態１における投写型表示装置の概略構成を示したものであり、同図において、２３は光源、２８は照明光学系、３０は色分解合成光学系、３１はライトバルブ、３２は投写レンズである。
【００２８】
反射型ライトバルブ３１は、画素ごとにミラー素子がマトリックス状に配列され、映像信号に応じて光の進行方向を変調し反射角の変化として光学像が形成されるものである。
【００２９】
光源２３はランプ２１と凹面鏡２２によって構成される。凹面鏡２２は反射面の断面形状が楕円形をなす楕円面鏡であり、第１焦点と第２焦点を有する。ランプ２１としてキセノンランプを用いており、発光体の中心が凹面鏡２２の第１焦点付近に位置するように配置され、ロッドプリズム２４の光入射面が凹面鏡２２の第２焦点付近に位置するように配置されている。また、凹面鏡２２はガラス製機材の内面に赤外光を透過させ可視光を反射させる光学多層膜を形成したものである。
【００３０】
照明光学系２８は、ロッドプリズム２４、コンデンサレンズ２５、全反射ミラー２６、フィールドレンズ２７によって構成される。ロッドプリズム２４は光の入射面及び出射面が反射型ライトバルブ３１の有効表示面と同じアスペクト比である四角柱であり、光源２３からの放射光が集光される場所に配置されるため、材質は耐熱性に優れる石英ガラスからなる。ロッドプリズム２４の入射面付近に凹面鏡２２によって集光されたランプ２１の発光体像を形成させる。凹面鏡２２によって集光されたランプ２１の発光体像は光軸に近い中心付近が最も明るく、周辺ほど急激に暗くなる傾向にあるため、面内に輝度の不均一性が残る。これに対し、ロッドプリズム２４に入射した光線束はロッドプリズム２４の側面で多重反射され、反射回数分だけ発光体像が細分割及び重畳されて照明されるため、ロッドプリズム２４の出射面においては輝度が均一化される。このようにランプ発光体像の細分割及び重畳効果によって、ロッドプリズム２４内で反射される回数が多いほど均一性が向上するので、均一性の度合いはロッドプリズム２４の長さに依存する。本実施の形態においては、スクリーン上の周辺照度が中心照度に対して９０％以上となるようにロッドプリズム２４の長さを設定した。
【００３１】
このように輝度が均一化されたロッドプリズム２４の出射面を２次面光源とし、以降に配置されているコンデンサレンズ２５とフィールドレンズ２７によって、反射型ライトバルブ３１の有効表示面積とマッチングする倍率で結像させれば、集光効率の確保と均一性の向上を両立させることが出来る。
【００３２】
フィールドレンズ２７を出射した照明光は、全反射プリズム２９に入射するように構成している。全反射プリズム２９は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には非常に薄い空気層を形成している。空気層は、照明光が空気層に入射する場合には臨界角以上の角度で入射して全反射されて反射型ライトバルブ３１側に斜め方向から進行し、投写画像としてライトバルブ３１から反射された光（以下、ＯＮ光と呼ぶ）は臨界角以下の角度で空気層に入射及び透過して投写レンズ３２に入射するように角度設定されている。このように、全反射プリズム２９を設けることにより、光学系全体をコンパクトに構成できる。
【００３３】
全反射プリズム２９と反射型ライトバルブ３１との間には色分解合成プリズム３０が配置されおり、反射型ライトバルブ３１は赤用、緑用、青用に３つ用いている。
【００３４】
ここで色分解合成プリズム３０の構成及び作用について図４を参照して以下に説明する。
【００３５】
図４は図３に図示した色分解合成プリズム３０の水平方向の断面図である。色分解合成プリズム３０は第１のプリズム３３と第２のプリズム３４と第３のプリズム３５の３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射ダイクロイックミラー３６と赤反射ダイクロイックミラー３７が形成されている。青反射ダイクロイックミラー３６は図１，２、図１０に示した構成のダイクロイックミラーであり、第１のプリズム３３側に形成されている。第１のプリズム３３と第２のプリズム３４との間には空気層が形成され、青反射ダイクロイックミラー３６への第１のプリズム３３側からの光の入射角は２９゜であり、空気層側の出射角は４７．４゜となるように構成されている。また、赤反射ダイクロイックミラー３７は第２のプリズム３４側に形成され、第２のプリズム３４と第３のプリズム３５は赤反射ダイクロイックミラー３７を狭持して接合されている。赤反射ダイクロイックミラー３７への第２のプリズム３４及び第３のプリズム３５の入射角及び出射角は１０゜となるように構成され、図１−ｂに示した従来例の赤反射ダイクロイックミラーと同じ分光透過率特性を有する。
【００３６】
全反射プリズム２９から入射した光が、まず青反射ダイクロイックミラー３６によって青色光のみ反射され青色光となって青色用反射型ライトバルブ３１Ｂに入射する。次に、青反射ダイクロイックミラー３６を透過した光は赤反射ダイクロイックミラー３７によって赤色光のみ反射され赤色光となって赤色用反射型ライトバルブ３１Ｒに入射する。そして、青反射ダイクロイックミラー３６と赤反射ダイクロイックミラー３７をいずれも透過した緑色光は緑色用反射型ライトバルブ３１Ｇに入射する。３色の光はそれぞれ対応する反射型ライトバルブ３１Ｂ，３１Ｒ，３１Ｇによって反射された後、再び青反射ダイクロイックミラー３６と赤反射ダイクロイックミラー３７によって１つ合成され、全反射プリズム２９に入射する。このように、白色光を赤、青、緑の３原色に分解及び合成し、それぞれの映像信号に対応する３つの反射型ライトバルブ３１Ｂ，３１Ｒ，３１Ｇを用いることで、高精細でフルカラーの投写画像を表示できる。
【００３７】
反射型ライトバルブ３１Ｂ，３１Ｒ，３１Ｇに入射した照明光うち、白表示に相当するＯＮ光は全反射プリズム２９、投写レンズ３２を透過してスクリーン上（図示せず）に拡大投写される。一方、黒表示に相当するＯＦＦ光は投写レンズ３２の有効径外に進行し、スクリーンには到達しない。
【００３８】
本実施の形態の投写型表示装置から投写される投写画像の色度を図５のｘｙ色度座標グラフに示す。図中の赤、緑、青の色度座標を結んだ三角形のうち実線が本実施の形態の青反射ダイクロイックミラー及びこれを用いた投写画像の性能であり、波線が従来例の性能である。三角形の面積が大きいほど色再現範囲が広いことを示し、本実施の形態は従来例に比べ緑と青を結ぶ直線が外側にあり、色再現範囲が広くなっていることがわかる。
【００３９】
また、スペクトル利用効率についても、従来例に対して本実施の形態は約４％向上し、光出力の点でも有利となる。さらに、従来例においては本実施の形態と同等の色再現範囲を実現するために、先述の図１４に示したような色補正フィルタを用いるとスペクトル利用効率は低下するため、本実施の形態においては従来例の色補正フィルタを用いた場合と比較すると光出力は１０〜１５％有利となり、色再現性と光出力の両立という点において著しい効果がある。
【００４０】
なお、本実施の形態においてはライトバルブとして光の進行方向を変調する反射型のライトバルブを用いたが、本実施の形態におけるダイクロイックミラーを用いた色分解合成光学系は、自然光を変調する方式のライトバルブであれば他の方式や透過型のタイプでも同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、本実施の形態のダイクロイックミラーは空気換算の光の角度が３０゜以上の時に効果が発揮される。従って、本実施の形態においては色分解合成光学系として３つのプリズムを組み合わせた構成を用い、青反射ダイクロイックミラーへの空気換算の光入射角が４７．４゜となる構成を採用したが、ダイクロイックミラーへの空気換算の光入射角が３０゜以上となる構成であれば他の構成による色分解合成光学系でも同様の効果が得られる。
【００４２】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における青反射ダイクロイックミラーの概略構成を示したものであり、同図において、４１は透明ガラス基板、４２は低屈折率層、４３は高屈折率層、４４は中間屈折率層、４５は第１の交互周期層、４６は第２の交互周期層、４７は第３の交互周期層である。
【００４３】
また、図１１は図１の構成の各層の材質と膜厚を示したものである。設計主波長は４７５ｎｍ、表中の各層の膜厚は薄膜の屈折率と物理的膜厚を乗じた光学的膜厚で表したものであり、設計主波長の１／４となる場合を１としている。
【００４４】
透明ガラス基板４１上に順次、低屈折率層４２と高屈折率層４３からなる第１の交互周期層４５、低屈折率層４２と中間屈折率層４４からなる第２の交互周期層４６、低屈折率層４２と高屈折率層４３からなる第３の交互周期層４７が形成され、第２の交互周期層４６は周期数９で１８層からなり、第１の交互周期層４５と第３の交互周期層４７の合計層数は１１層であり、全体として２９層で構成されている。
【００４５】
低屈折率層４２の材質はＳｉＯ２で屈折率が１．４６、高屈折率層４３の材質はＮｂ２Ｏ５で屈折率が２．３、中間屈折率層４４の材質は低屈折率層４２のＳｉＯ２と高屈折率層４３のＮｂ２Ｏ５からなる混合層であり屈折率が１．９である。中間屈折率層はＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５とを同時に蒸着し、それぞれの成膜速度を制御して混合比をコントロールすることによって所望の屈折率を得る。成膜方法としてはＳｉ基板とＮｂ基板を蒸着ターゲットとした反応性スパッタリングを採用すれば屈折率の再現性が高い良好な中間屈折率層を形成できる。
【００４６】
高屈折率層として本実施の形態においてはＮｂ２Ｏ５を用いたが、他にＴｉＯ２を用いても良い。
【００４７】
第１の交互周期層４５と第３の交互周期層４７は青色を反射するために十分な波長帯域を得ることと、膜厚の最適化により緑色と赤色の透過波長帯域に発生するリップルを最小限に押さえる作用を有する。また、第２の交互周期層４６は青色光と緑色光を良好に波長分離する作用を有する。
【００４８】
図６及び図１１に示した多層膜構成の青反射ダイクロイックミラーの分光透過率特性を図７に示す。図中、実線は本実施の形態の青反射ダイクロイックミラーの分光透過率、波線は図１２（ａ）に示した従来例の青反射ダイクロイックミラーの分光透過率である。光の入射角は本実施の形態においても従来例と同様に４７．４゜である。従来例の分光透過率曲線と比較してわかるように、本実施の形態の多層膜構成も半値波長付近の波長分離帯の曲線が直線的に立ち上がり、従来例においては緑色側に透過した斜線部の青色光５１は青側に反射させることができ、また青色側に反射した斜線部の緑色光５２は緑色側に透過させることができる。
【００４９】
以上のような本実施の形態のダイクロイックミラーを構成する場合、中間屈折率層４４の屈折率は１．８以上２．０以下であることが望ましい。屈折率が１．８より小さい場合は、分光透過率特性の波長分離帯の曲線が図６の波線に近づき本実施の形態の特徴である良好な波長分離性能が得られなくなる。また、屈折率が２．０より大きい場合は、第２の交互周期層４６を構成する低屈折率層４２との屈折率差が小さくなり青色を反射するための十分な反射波長帯域が得られなくなる。
【００５０】
また、第２の交互周期層４６の周期数は７以上１２以下が望ましい。周期数が７より小さい場合は図７に示した本実施の形態のような良好な波長分離特性が得られなくなり、周期層数が１２より大きい場合は分光透過率特性の変化が小さくなり周期層増加するだけの効果は小さくなる。
【００５１】
さらに、第１の交互周期層４５と第３の交互周期層４７との合計層数は７層以上１２層以下が望ましい。合計層数が７層より小さい場合青色光の十分な反射波長帯域が得られないか、十分な反射率が得られなくなり、合計層数が１２より大きい場合は分光透過率特性の変化が小さくなり層数を増加するだけの効果は小さくなる。
【００５２】
本実施の形態の青反射ダイクロイックミラーを、実施の形態１で説明した図３の投写型表示装置の色分解光学系３０に用い、図４に示した青反射ダイクロイックミラー３６として用いた場合の投写画像の色度を図８のｘｙ色度座標グラフに示す。
【００５３】
図中の赤、緑、青の色度座標を結んだ三角形のうち実線が本実施の形態の青反射ダイクロイックミラー及びこれを用いた投写画像の性能であり、波線が従来例の性能である。本実施の形態の場合も、従来例に比べ緑と青を結ぶ直線が外側にあり、色再現範囲が広くなっていることがわかる。
【００５４】
また、スペクトル利用効率についても、従来例に対して本実施の形態は約２％向上し、光出力の点でも有利となる。さらに、実施の形態１の場合と同様に、従来例において本実施の形態と同等の色再現範囲を実現するために、図１４に示したような色補正フィルタを用いるとスペクトル利用効率は低下するため、本実施の形態においても従来例の色補正フィルタを用いた場合と比較すると光出力は１０〜１５％有利となり、色再現性と光出力の両立という点において著しい効果がある。
【００５５】
なお、本実施の形態のダイクロイックミラーも空気換算の光の角度が３０゜以上の時に効果が発揮される。従って、本実施の形態においても色分解合成光学系として３つのプリズムを組み合わせた構成を用い、青反射ダイクロイックミラーへの空気換算の光入射角が４７．４゜となる構成を採用したが、ダイクロイックミラーへの空気換算の光入射角が３０゜以上となる構成であれば他の構成による色分解合成光学系でも同様の効果が得られる。
【００５６】
また、例えば、本実施の形態の青反射ダイクロイックミラーと同じ光の空気換算入射角が４７．４゜の赤反射ダイクロイックミラーの分光透過率特性例を図９に示す。図中の実線が本発明で説明したような中間屈折率層を含む３つの交互周期層によって多層膜構成を用いた場合であり、波線が従来例と同様に２種類の屈折率層の交互周期層のみで構成した場合である。本実施の形態においてはいずれも青反射ダイクロイックミラーに本発明の効果示した例を示したが、図９からわかる通り、光の空気換算入射角が大きい赤反射ダイクロイックミラーを構成した場合においても同様の効果を得ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、入射角が大きい場合でも、波長分離特性が良好なダイクロイックミラーを実現でき、投写画像の色再現性とスペクトル利用効率が良好な投写型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるダイクロイックミラーの概略構成図
【図２】本発明の一実施の形態によるダイクロイックミラーの分光透過率特性グラフ
【図３】本発明の一実施の形態による投写型表示装置の概略構成図
【図４】本発明の一実施の形態による色分解合成光学系の概略構成図
【図５】本発明の一実施の形態による投写画像のｘｙ色度座標グラフ
【図６】本発明の一実施の形態によるダイクロイックミラーの概略構成図
【図７】本発明の一実施の形態によるダイクロイックミラーの分光透過率特性グラフ
【図８】本発明の一実施の形態による投写画像のｘｙ色度座標グラフ
【図９】本発明の他のダイクロイックミラーの分光透過率特性グラフ
【図１０】図１の構成の各層の材質と膜厚を示す図
【図１１】図１の構成の各層の材質と膜厚を示す図
【図１２】従来のダイクロイックミラーの分光透過率特性グラフ
【図１３】従来のダイクロイックミラーの分光透過率特性グラフ
【図１４】色補正フィルタの分光透過率特性グラフ
【符号の説明】
１  透明ガラス基板
２  低屈折率層
３  高屈折率層
４  中間屈折率層
５  第１の交互周期層
６  第２の交互周期層
７  第３の交互周期層
１１  従来例において緑色側に透過した青色光（斜線部）
１２  従来例において青色側に反射した緑色光（斜線部）
２１  ランプ
２２  凹面鏡
２３  光源
２４  ロッドプリズム
２５  コンデンサレンズ
２６  全反射ミラー
２７  フィールドレンズ
２８  照明光学系
２９  全反射プリズム
３０  色分解合成光学系
３１，３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ  反射型ライトバルブ
３２  投写レンズ
３３  第１のプリズム
３４  第２のプリズム
３５  第３のプリズム
３６  青反射ダイクロイックミラー
３７  赤反射ダイクロイックミラー
４１  透明ガラス基板
４２  低屈折率層
４３  高屈折率層
４４  中間屈折率層
４５  第１の交互周期層
４６  第２の交互周期層
４７  第３の交互周期層
５１  従来例において緑色側に透過した青色光（斜線部）
５２  従来例において青色側に反射した緑色光（斜線部）
６１  第１の色補正フィルタ
６２  第２の色補正フィルタ
【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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