JP3132499B2

JP3132499B2 - 色合成光学系及び表示光学系

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Publication number: JP3132499B2
Application number: JP11045988A
Authority: JP
Inventors: 賢治金野; 宏太郎林; 博蔵谷
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2001-02-05
Anticipated expiration: 2019-02-24
Also published as: JP2000241756A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、色合成光学系に関
するものであり、更に詳しくは、複数の表示パネルから
の異なった色情報を合成して投影するための色合成光学
系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、色合成光学系においては、表
示パネルとして使用される画像表示素子については、い
わゆる多板方式が多く用いられている。これは、特にカ
ラー表示を行う事を目的とするが、そのときに色合成を
行うために、従来より、表面反射を用いたダイクロイッ
クミラーや、クロスダイクロイックプリズムが主に用い
られている。

【０００３】ところが、上記表面反射を用いたダイクロ
イックミラーの構成では、表面のダイクロイック膜で直
接に反射が行われるので、各画像表示素子からの光がダ
イクロイックミラーで反射するかこれを透過するかによ
って、基板となる平板ガラスを通過しないかするかの違
いが生じ、投影面へ到るまでの光路長が異なって、発生
する非点隔差の大きさに差が生じて、補正が困難とな
り、結像性能が悪くなる。

【０００４】そこで、光路長を同じにするために、最近
ではダイクロイックミラーとして、例えば特開平５−１
０７５０１号公報に記載されている如く、平板ガラスの
貼り合わせによる構成のものが用いられている。これは
図６に模式的に示すように、２枚の平板ガラス４１，４
２の貼り合わせによる接合部４３を設けた構成から成
る。接合部４３は、僅かな空気間隔としても良い。ここ
ではその２枚の平板ガラスの厚さは等しく、互いに向か
い合った面のいずれかにダイクロイックコートが施され
ている。

【０００５】例えば同図においては、平板ガラス４１の
面４１ａをダイクロイックコート面としている。また、
平板ガラス４２の面４２ａは、上記貼り合わせの場合は
コーティング不用であるが、その接合部４３の代わりに
僅かな空気間隔とした場合は、反射防止コートを施され
る。尚、面４２ａをダイクロイックコート面とし、面４
１ａに反射防止コートを施しても良い。さらに、平板ガ
ラス４１，４２のそれぞれ外側の面４１ｂ，４２ｂは、
反射防止コート面となっている。

【０００６】このようなダイクロイックミラーにおいて
は、透過する光線も反射される光線も、共に２枚分のガ
ラス板を通過する事になるので、これらは光学的には全
く等価となる。また、上記僅かな空気間隔とは、具体的
には１ｍｍ以下を言い、それ以上広がるとダイクロイッ
クミラーの保持部材が大きくなるので好ましくない。ダ
イクロイックミラーについては、以上に述べた構成のも
のが主に用いられている。

【０００７】図７は、一般的なダイクロイック膜の特性
を示すグラフである。即ち、ダイクロイック膜に入射す
る偏光によって特性がどの様に変化するかを示したもの
である。同図においては、横軸に入射する光の波長（単
位ｎｍ）、縦軸に透過率を取ってある。同図は、反射を
用いたダイクロイックミラーの、表面の入射角４５度の
場合であり、同図に示すように、透過波長領域（透過率
が１付近となる領域）は破線で示すＰ偏光の方が大き
く、反射波長領域（透過率が０付近となる領域）は実線
で示すＳ偏光の方が大きい。そして、両者は、透過率が
立ち上がる部分で、斜線で示すように重なっている。ま
た、反射波長領域の反射特性もＳ偏光の方がよりフラッ
トで良好に反射する。

【０００８】従って、ダイクロイックミラーによる色合
成において、少なくとも反射する光の波長領域と透過す
る光の波長領域とが隣接する場合に、その境界が上記斜
線で示す領域内の波長となるように設定し、Ｓ偏光を反
射してＰ偏光を透過させる構成とすれば、効率や画像性
能上有利となる。ちなみに、同図に示す特性を持つダイ
クロイック膜については、例えば４８０ｎｍ付近を境界
として、Ｂ（青色）のＳ偏光を反射してＧ（緑色）のＰ
偏光を透過させ、これら２色を色合成する構成とすれば
良い。

【０００９】このとき、これらより長い波長を持つＲ
（赤色）の光に関しては、偏光の種類に拘らず良好に透
過するので、Ｓ，Ｐいずれの偏光で透過させても良く、
これにより計３色の色合成を行う事ができる。尚、これ
より以前に、予めＧとＲの２色の色合成を行っておく場
合は、ＧのＰ偏光を透過させてＲのＳ偏光を反射させる
構成とし、それに適した特性のダイクロイック膜を持つ
ダイクロイックミラーを使用すれば良い。

【００１０】また、ダイクロイック膜の特性は、入射角
の大小に応じてそれぞれ単波長側，長波長側にシフトす
る性質があるので、上記斜線で示す波長幅の余裕を利用
する事ができると、後述する色ムラを低減する事ができ
るので、この点においても有利となる。即ち、非テレセ
ントリック光学系における、軸上光線と軸外光線の主光
線の入射角の違いや、テレセントリック光学系であって
もＦナンバーの存在による光線の広がりがあるが、これ
らの影響を低減する事ができる。尚、非テレセントリッ
ク光学系における入射角の違いに対しては、本発明で別
途対策が施されており、これについては後述する。

【００１１】故に、ダイクロイックミラーによる色合成
においては、Ｓ偏光を反射してＰ偏光を透過させる構成
が、従来より主に採用されている。尚、ここで言うＳ偏
光とは、ダイクロイックミラーに反射される光につい
て、その反射前後の光が含まれる平面に垂直な振動方向
を持つものであり、Ｐ偏光とは、その平面に平行な振動
方向を持つ光である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイク
ロイックミラーに施される通常の反射防止コートは、Ｓ
偏光に対しては反射防止特性が悪いという問題がある。
図８は、入射角が４５度の場合の、その通常の反射防止
膜の特性の一例を示すグラフである。同図においては、
横軸に入射する光の波長（単位ｎｍ）、縦軸に反射率を
取ってある。同図に示すように、▲及び破線で示すＰ偏
光では、可視光の波長領域（例えば４００〜７００ｎ
ｍ）において反射率が概ね１％以下に抑えられており、
反射防止特性が良好であるが、実線で示すＳ偏光では、
可視光の波長領域において２％近くの反射が見られ、反
射防止特性が悪い。

【００１３】このとき、上述したような、ダイクロイッ
クミラーによる色合成において、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏
光を透過させる構成とすると、反射防止特性が悪い事に
よる不要光線が発生する。図９は、そのような不要光線
が発生する仕組みを模式的に示す図である。同図におい
て、１，２は表示パネル、３，４はそれぞれのコンデン
サーレンズ、５はダイクロイックミラーである。ダイク
ロイックミラー５の２枚の平板ガラスの間には、ダイク
ロイック膜６が設けられている。

【００１４】今、表示パネル１から出た矢印Ａで示す光
線が、コンデンサーレンズ３を経てダイクロイックミラ
ー５を透過し、また、表示パネル２から出た矢印Ｂで示
す光線が、コンデンサーレンズ４を経てダイクロイック
ミラー５で反射され、それぞれが合成されて矢印Ｃで示
す光線となったとする。このとき、同図（ａ）に示すよ
うに、矢印Ｂの光線がダイクロイックミラー５に入射す
る面５ｂに、反射防止膜が設けられていても、この反射
防止特性が悪い場合、ここで矢印Ｂの光線の一部が反射
されて、破線の矢印ａで示す様な不要光線となる。

【００１５】さらに、ダイクロイック膜６で正規に反射
された矢印Ｂの光線の一部が、この反射防止膜で更に反
射され、再びダイクロイック膜６で反射されて、破線の
矢印ｂで示す様な不要光線となる。これらの不要光線
が、矢印Ｃで示すような正規の光線により表示された画
像の付近に、不要な像を作り出し、画像性能を悪化させ
る。

【００１６】また、同図（ｂ）に示すように、矢印Ａの
光線がダイクロイックミラー５に入射する面５ａに反射
防止膜が設けられ、射出する面５ｂ（上記矢印Ｂの光線
が入射する面）に反射防止膜が設けられていても、これ
らの反射防止特性が悪い場合、矢印Ａの光線の一部が、
破線の矢印ｃで示す様な不要光線となる。つまり、ダイ
クロイック膜６を透過した矢印Ａの光線の一部が、面５
ｂ反射防止膜で反射され、再びダイクロイック膜６を透
過して、その一部が面５ａ反射防止膜で更に反射され、
破線の矢印ｃで示す様な不要光線となる。

【００１７】このような不要光線が、矢印Ｃで示すよう
な正規の光線により表示された画像の付近に、不要な像
を作り出し、画像性能を悪化させる。但し、同図（ｂ）
の場合は、不要光線は２つの反射防止膜による２次反射
であるため、同図（ａ）の場合と比較して強度が弱く、
影響は少ない。上述したように、反射防止膜は、通常は
Ｓ偏光に対して反射防止特性が悪く、逆にＰ偏光に対し
ては良好であるので、Ｐ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過さ
せる構成にすると、図９のような不要光線は抑えられる
が、その代わり、上述したダイクロイック膜の特性によ
り、画像性能上不利となり色ムラが発生する。

【００１８】また、上記クロスダイクロイックプリズム
を用いる構成では、結像性能や不要光線の面では問題な
いが、一般にその体積が大きいため、大きなガラスブロ
ックを必要とし、また、直角プリズムが４つ貼り合わさ
れ、直角辺を挟む面にダイクロイック膜がコーティング
されている構造であるため、その貼り合わせに非常な高
精度が要求される事により、非常にコスト高となってし
まう。

【００１９】本発明は、これらの問題点に鑑み、ミラー
を用いた色合成を行い、低コストでしかも良好な結像性
能を有する色合成光学系を提供する事を目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、少なくとも２枚の画像表示素子と、そ
の画像表示素子の画像情報を合成するダイクロイックミ
ラーとを有し、そのダイクロイックミラーは平板の裏面
或いはその裏面近傍にダイクロイック膜を備えたもので
あり、そのダイクロイックミラーの反射及び透過を用い
て前記合成を行う色合成光学系であって、前記反射を用
いて合成される光は前記ダイクロイックミラーに対して
Ｓ偏光であり、そのＳ偏光が入射する前記ダイクロイッ
クミラーの入射面に、反射防止膜が設けられている色合
成光学系において、前記反射防止膜は、前記Ｓ偏光の波
長領域に対して反射防止効果が高い構成とする。

【００２１】また、前記反射を用いて合成される光の波
長領域と、前記透過を用いて合成される光の波長領域は
隣接しており、その透過を用いて合成される光は前記ダ
イクロイックミラーに対してＰ偏光である構成とする。

【００２２】また、３枚の画像表示素子と、その画像表
示素子の画像情報を合成する第１及び第２のダイクロイ
ックミラーとを有し、前記第１のダイクロイックミラー
において、前記反射を用いて合成される光は赤色のＳ偏
光であり、前記透過を用いて合成される光は緑色のＰ偏
光であって、前記第２のダイクロイックミラーにおい
て、前記反射を用いて合成される光は青色のＳ偏光であ
り、前記透過を用いて合成される光は前記赤色のＳ偏光
及び緑色のＰ偏光であって、前記赤色のＳ偏光が入射す
る前記第１のダイクロイックミラーの入射面に設けられ
ている反射防止膜は、前記赤色のＳ偏光及び緑色のＰ偏
光に対して反射防止効果が高く、前記青色のＳ偏光が入
射する前記第２のダイクロイックミラーの入射面に設け
られている反射防止膜は、前記赤色のＳ偏光及び緑色の
Ｐ偏光及び青色のＳ偏光に対して反射防止効果が高い構
成とする。

【００２３】また、前記透過を用いて合成される光が入
射する前記ダイクロイックミラーの入射面に設けられて
いる反射防止膜は、その透過を用いて合成される光の偏
光及び波長領域で反射防止効果が高い構成とする。

【００２４】また、前記反射防止膜に入射する光に対す
る反射率は、１％以下である構成とする。

【００２５】また、前記色合成光学系は非テレセントリ
ック光学系であり、前記ダイクロイックミラーに入射す
る主光線の入射角に対応して、その入射位置におけるそ
のダイクロイックミラーのダイクロイック膜の厚さを変
化させ、そのダイクロイック膜の、波長に対する透過率
の特性を略一定にする構成とする。

【００２６】また、以下の条件式を満足するダイクロイ
ックミラーを有する構成とする。８＜Ｄ／ｔ＜５０但し、ｔ：ダイクロイック膜をコーティングする平板ガラスの
厚さＤ：ダイクロイックミラーの使用される有効範囲の長辺
或いは長径である。

【００２７】

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。本発明では、反射防
止膜については、Ｓ偏光に対して反射防止特性が良好な
ものを用いている。このような反射防止膜の具体的な構
成は、例えば基板側から順に第１、第２、第３、第４、
第５層の薄膜が積層される５層構造の反射防止膜におい
て、第１、第２、第３、第４、第５層の屈折率及び膜厚
をｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４，ｎ５及びｄ１，ｄ２，ｄ
３，ｄ４，ｄ５とするとともに、設計主波長をλ０とし
た時に、ｎ２またはｎ３は１．５６以下であり、ｎ４≧ｎ２＞ｎ１≧ｎ５ｎ２＞ｎ３０＜ｎ１ｄ１≦０．０６λ００．０３λ０≦ｎ２ｄ２≦０．１５λ００．０２λ０≦ｎ３ｄ３≦０．１９λ００．０９λ０≦ｎ４ｄ４≦１．３０λ００．２４λ０≦ｎ５ｄ５≦０．３６λ０の関係またはｎ４≧ｎ２＞ｎ１≧ｎ５ｎ２＞ｎ３０．２０≦ｎ１ｄ１≦１．２５λ００．０３λ０≦ｎ２ｄ２≦０．１５λ００．０２λ０≦ｎ３ｄ３≦０．１９λ００．０９λ０≦ｎ４ｄ４≦１．３０λ００．２４λ０≦ｎ５ｄ５≦０．３６λ０の関係にしたことを特徴としている。

【００２９】また、前記構成の反射防止膜において、前
記基板の屈折率をｎｓとした時に、１．５０≦ｎｓ≦１．８５１．３５≦ｎ１≦１．８０２．００≦ｎ２≦２．６０１．３５≦ｎ３≦１．８０２．００≦ｎ４≦２．６０１．３８≦ｎ５≦１．４８の関係にしたことを特徴としている。

【００３０】また、上述した反射防止膜において、第１
層はＭｇＦ₂、チオライト、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ
の１つまたは複数を主成分とし、第２層はＴｉＯ₂、Ｚ
ｎＳ、ＺｒＴｉＯ₄、Ｔａ₂Ｏ₅、の１つまたは複数を主
成分とし、第３層はＭｇＦ₂、チオライト、ＳｉＯ₂、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯの１つまたは複数を主成分とし、第４層
はＴｉＯ₂、ＺｎＳ、ＺｒＴｉＯ₄、Ｔａ₂Ｏ₅、の１つま
たは複数を主成分とし、第５層はＭｇＦ₂、チオライ
ト、ＳｉＯ₂の１つまたは複数を主成分とした事を特徴
としている。上記各層の薄膜は真空蒸着法等により形成
する事ができる。

【００３１】或いは、別の構成として、基板側から順に
第１、第２、第３、第４層の薄膜が積層される４層構造
の反射防止膜において、第１、第２、第３、第４層の屈
折率及び膜厚をｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４及びｄ１，ｄ
２，ｄ３，ｄ４とするとともに、設計主波長をλ０とし
た時に、ｎ３＞ｎ２＞ｎ１≧ｎ４，０＜ｎ１ｄ１≦０．７５λ０，０．２０λ０≦ｎ２ｄ２≦０．４３λ０，０．０７λ０≦ｎ３ｄ３≦１．１０λ０，０．２８λ０≦ｎ４ｄ４≦０．３５λ０の関係にしたことを特徴としている。

【００３２】また、前記構成の反射防止膜において、前
記基板の屈折率をｎｓとした時に、１．５０≦ｎｓ≦１．８５１．３５≦ｎ１≦１．４８１．４７≦ｎ２≦１．８０２．３０≦ｎ３≦２．６０１．３５≦ｎ４≦１．４８の関係にしたことを特徴としている。

【００３３】また、上述した別の構成の反射防止膜にお
いて、第１層はＭｇＦ₂、チオライト、ＳｉＯ₂の１つま
たは複数を主成分とし、第２層はＳｉＯ₂、ＹＦ₃、Ａｌ
₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＭｇＯの１つまたは複数を主成分とし、
第３層はＴｉＯ₂、ＺｎＳの１つまたは複数を主成分と
し、第４層はＭｇＦ₂、チオライト、ＳｉＯ₂の１つまた
は複数を主成分とした事を特徴としている。

【００３４】或いは、第１層はＭｇＦ₂を主成分とした
ことを特徴としている。或いは、第１層はＳｉＯ₂を主
成分とするとともに、第１層の光学膜厚ｎ１ｄ１の範囲
を０．１５λ０≦ｎ１ｄ１≦０．７５λ０の関係にしたことを特徴としている。上記各層の薄膜は
真空蒸着法等により形成する事ができる。

【００３５】図１は、本発明の色合成光学系で使用され
るこのような反射防止膜の一例で、入射角が４５度の場
合の特性を示すグラフである。同図においては、横軸に
入射する光の波長（単位ｎｍ）、縦軸に反射率を取って
ある。

【００３６】同図に示すように、実線で示すＳ偏光で
は、特にＢ（青色）の波長領域（例えば４００〜５００
ｎｍ）において反射率が例として１％以下に充分抑えら
れており、反射防止特性が良好である。また、Ｒ（赤
色）の波長領域（例えば６００〜７００ｎｍ）において
も、不十分ではあるが或程度の反射防止効果が見られ
る。さらに、▲及び破線で示すＰ偏光では、Ｇ（緑色）
の波長領域（例えば５００〜６００ｎｍ）において反射
防止特性が良好となっている。

【００３７】図２は、本発明の色合成光学系で使用され
る反射防止膜の他の例で、入射角が４５度の場合の特性
を示すグラフである。同図においても、横軸に入射する
光の波長（単位ｎｍ）、縦軸に反射率を取ってある。同
図に示すように、実線で示すＳ偏光では、特にＲ（赤
色）の波長領域（例えば６００〜７００ｎｍ）において
反射率が例として１％以下に充分抑えられており、反射
防止特性が良好である。また、Ｇ（緑色）の波長領域
（例えば５００〜６００ｎｍ）においても、概ね反射率
が１％以下に抑えられている。

【００３８】図３は、本発明の２色の色合成光学系の例
を模式的に示す図である。同図において、１，２は表示
パネル、３，４はそれぞれのコンデンサーレンズ、５は
ダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー５
の２枚の平板ガラスの間には、ダイクロイック膜６が設
けられている。同図に示すように、表示パネル１から出
た矢印Ａで示す光線は、コンデンサーレンズ３を経てダ
イクロイックミラー５を透過し、また、表示パネル２か
ら出た矢印Ｂで示す光線は、コンデンサーレンズ４を経
てダイクロイックミラー５で反射され、それぞれが合成
されて矢印Ｃで示す光線となる。

【００３９】ここで、矢印Ａの光線は波長領域が例えば
５００〜６００ｎｍのＧ（緑色）のＰ偏光であり、矢印
Ｂの光線は波長領域が例えば６００〜７００ｎｍのＲ
（赤色）のＳ偏光である。このとき、矢印Ａの光線がダ
イクロイックミラー５に入射する面５ａに設けられる反
射防止膜は、ＧのＰ偏光に対して良好な反射防止特性を
持ち、矢印Ｂの光線がダイクロイックミラー５に入射す
る面５ｂに設けられる反射防止膜は、ＲのＳ偏光とＧの
Ｐ偏光に対して良好な反射防止特性を持つ構成とすれば
良い。

【００４０】この場合、面５ａに設けられる反射防止膜
は、例えば上記図８で示したような特性を持つ、従来よ
り用いられている通常の反射防止膜でも良いが（勿論図
１で示したような特性を持つ反射防止膜でも良い）、面
５ｂに設けられている反射防止膜は、ＲのＳ偏光に対す
る反射防止特性を重視して、例えば図２で示したような
特性を持つ反射防止膜が用いられる。

【００４１】尚、このような色合成光学系の構成は、主
に非テレセントリック光学系であるので、この場合は図
３に示すように、矢印Ａ及びＢの光線共、軸上光線（Ａ
ａ及びＢａ）と軸外光線（Ａｂ，Ａｃ及びＢｂ，Ｂｃ）
とでは、各主光線のダイクロイックミラー５に対する入
射角が異なっている。このとき、上記従来の技術でも述
べたように、ダイクロイック膜の特性は、入射角の大小
に応じてそれぞれ単波長側，長波長側にシフトする性質
があるので、このままでは軸上光線と軸外光線とで色ム
ラが生じる。

【００４２】これは、膜厚が一定の場合、入射角の大小
に応じて、その光がダイクロイック膜を通過する距離の
長短が生じるので、見かけ上の膜厚が変化して膜の特性
が変わるからである。そこで、入射する位置により、そ
の入射角の大小に応じて膜厚を変化させ、軸上と軸外と
に拘らず、膜の特性が揃うようにしている。

【００４３】例えば、本例では、軸上光線Ａａと比較し
て、軸外光線Ａｂが入射する部分の膜厚を薄くし、軸外
光線Ａｃが入射する部分の膜厚を厚くしている。また、
軸上光線Ｂａと比較して、軸外光線Ｂｂが入射する部分
の膜厚を薄くし、軸外光線Ｂｃが入射する部分の膜厚を
厚くしている。これは、ダイクロイック膜のみでなく、
反射防止膜においても、同様の処置が施される。また、
以上の処置は、以下に示す３色の色合成光学系の例にお
いても同様に施されている。

【００４４】図４は、本発明の３色の色合成光学系の例
を用いた表示光学系を模式的に示す図である。同図にお
いて、１，２は表示パネル、３，４はそれぞれのコンデ
ンサーレンズ、５はダイクロイックミラーである。ダイ
クロイックミラー５の２枚の平板ガラスの間には、ダイ
クロイック膜６が設けられている。同図に示すように、
表示パネル１から出たＧの光線は、コンデンサーレンズ
３を経てダイクロイックミラー５を透過し、また、表示
パネル２から出たＲの光線は、コンデンサーレンズ４を
経てダイクロイックミラー５で反射され、それぞれが合
成されてＲ，Ｇの光線となる。

【００４５】ここで、Ｇの光線は波長領域が例えば５０
０〜６００ｎｍのＰ偏光であり、Ｒの光線は波長領域が
例えば６００〜７００ｎｍのＳ偏光である。このとき、
Ｇの光線がダイクロイックミラー５に入射する面５ａに
設けられる反射防止膜は、そのＰ偏光に対して良好な反
射防止特性を持ち、Ｒの光線がダイクロイックミラー５
に入射する面５ｂに設けられる反射防止膜は、ＲのＳ偏
光とＧのＰ偏光に対して良好な反射防止特性を持つ構成
とすれば良い。以上の構成は、上記図３で示したものと
同様である。

【００４６】さらに、７は表示パネル、８はそのコンデ
ンサーレンズ、９はＢの光線の光路をＲ，Ｇの光線の光
路と光学的に等価にするための、平板ガラスより成るダ
ミーガラス、１０はダイクロイックミラーである。ダイ
クロイックミラー１０の２枚の平板ガラスの間には、ダ
イクロイック膜１１が設けられている。同図に示すよう
に、表示パネル７から出たＢの光線は、コンデンサーレ
ンズ８を経てダミーガラス９を透過してダイクロイック
ミラー１０で反射され、上記Ｒ，Ｇの光線は、ダイクロ
イックミラー１０を透過して、それぞれが合成されて
Ｒ，Ｇ，Ｂの光線となる。

【００４７】ここで、Ｂの光線は波長領域が例えば４０
０〜５００ｎｍのＳ偏光である。このとき、Ｂの光線が
ダミーガラス９に入射する面９ａ及びここから射出する
面９ｂに設けられる反射防止膜は、そのＳ偏光に対して
良好な反射防止特性を持ち、Ｒ，Ｇの光線がダイクロイ
ックミラー１０に入射する面１０ａに設けられる反射防
止膜は、ＲのＳ偏光とＧのＰ偏光に対して良好な反射防
止特性を持ち、Ｂの光線がダイクロイックミラー１０に
入射する面１０ｂ（Ｒ，Ｇの光線が射出する面）に設け
られる反射防止膜は、ＲのＳ偏光とＧのＰ偏光及びＢの
Ｓ偏光に対して良好な反射防止特性を持つ構成とすれば
良い。これらの条件を満たす反射防止膜として、例えば
図１に示すような特性を持つものを用いる事ができる。

【００４８】以上のような３色の色合成光学系により合
成されたＲ，Ｇ，Ｂの光線は、投影光学系１２により、
図示しない投影面へと導かれ、結像する。このとき、そ
のＲ，Ｇ，Ｂの光線は、それぞれ色合成光学系内の光学
的に等価な光路を通ってきており、それぞれダイクロイ
ックミラー５，１０或いはダミーガラス９によって、同
様の非点隔差が発生している。これを補正するために、
投影光学系１２内に、図の紙面に平行な方向と垂直な方
向とでパワーが異なる（トーリックな）レンズ面を、レ
ンズバックが延びないようにして設けている。このよう
な面は、シリンダー面，トーリック面，自由曲面が例と
して挙げられる。

【００４９】ところで、ダイクロイックミラーにおいて
は、ダイクロイック膜を平板ガラスにコーティングする
構成が取られるが、このとき、そのダイクロイック膜の
応力により、平板ガラスが変形するという問題がある。
図５に、その様子を模式的に示す。同図（ａ）に示すよ
うに、通常の平板ガラス１３の反射面１３ａにダイクロ
イック膜をコーティングすると、その応力で矢印で示す
如く平板ガラス１３が変形し、反った状態となる。ま
た、同図（ｂ）に示すように、比較的薄い平板ガラス１
４の反射面１４ａにダイクロイック膜をコーティングす
ると、その応力で矢印で示す如く平板ガラス１４が大き
く変形し、通常の平板ガラス１３よりも更に反った状態
となる。

【００５０】このようにして、平板ガラスの変形が大き
くなると、ニュートンリングで測定される反射面の歪が
許容できなくなる。このような変形を防止するために、
例えば同図（ｃ）に示すように、予め逆方向に曲率をつ
けて変形させている平板ガラス１５の反射面１５ａにダ
イクロイック膜をコーティングすると、その応力で矢印
で示す如く平板ガラス１５が歪を打ち消し合う方向に変
形し、歪のないダイクロイックミラーとなる。但し、こ
の方法は、生産性の面で劣るので、通常は、平板ガラス
の厚みを規定する事で、歪を許容範囲内に収めるという
手段が用いられる。

【００５１】具体的には、以下の条件式を満足するよう
に、各寸法が設定される。８＜Ｄ／ｔ＜５０但し、ｔ：ダイクロイック膜をコーティングする平板ガラスの
厚さＤ：ダイクロイックミラーの使用される有効範囲の長辺
或いは長径である。上記条件式の上限値以上になると歪が大きくな
り過ぎる。逆に下限値以下になると平板ガラスの厚さが
厚くなり過ぎ、コスト高となる。

【００５２】さらに、以下の条件式を満足するように、
各寸法が設定されると、歪，コストの両方において更に
有利となるので、好ましい。８＜Ｄ／ｔ＜２０ちなみに、本実施形態では、例えば一枚の平板ガラスの
厚さ３ｍｍ、有効範囲が長辺で５０ｍｍのもの、即ちＤ
／ｔ＝１６．７のものが、ダイクロイックミラーとして
使用されている。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ミラーを用いた色合成を行い、低コストでしかも良好な
結像性能を有する色合成光学系を提供する事ができる。

【００５４】特に、請求項１及び請求項２，請求項４及
び請求項５によるならば、不要光線を防止してしかも色
ムラのない、良好な結像性能を得る事ができる。

【００５５】また、請求項３によれば、３色の色合成光
学系において、不要光線を防止してしかも色ムラのな
い、良好な結像性能を得る事ができる。

【００５６】また、請求項６によるならば、非テレセン
トリック光学系において、入射角度の違う主光線に対し
てダイクロイック膜の特性を揃え、色ムラをなくす事が
できる。

【００５７】また、請求項７によるならば、ダイクロイ
ックミラーの歪を軽減し、結像性能への影響を許容範囲
内に収める事ができる。

【００５８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の色合成光学系で使用される反射防止膜
の特性を示すグラフ。

【図２】本発明の色合成光学系で使用される反射防止膜
の特性を示すグラフ。

【図３】本発明の２色の色合成光学系の例を模式的に示
す図。

【図４】本発明の３色の色合成光学系の例を用いた表示
光学系を示す図。

【図５】ダイクロイック膜により平板ガラスが変形する
様子を示す図。

【図６】ダイクロイックミラーの構成を模式的に示す説
明図。

【図７】一般的なダイクロイック膜の特性を示すグラ
フ。

【図８】通常の反射防止膜の特性の一例を示すグラフ。

【図９】不要光線が発生する仕組みを模式的に示す図。

【符号の説明】

１，２，７表示パネル３，４，８コンデンサーレンズ５，１０ダイクロイックミラー６，１１ダイクロイック膜９ダミーガラス１２投影光学系

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−107501（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/18 G02F 1/1335 G02B 1/10 G03B 21/00 G03B 33/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２枚の画像表示素子と、該画
像表示素子の画像情報を合成するダイクロイックミラー
とを有し、該ダイクロイックミラーは平板の裏面或いは
該裏面近傍にダイクロイック膜を備えたものであり、該
ダイクロイックミラーの反射及び透過を用いて前記合成
を行う色合成光学系であって、前記反射を用いて合成される光は前記ダイクロイックミ
ラーに対してＳ偏光であり、該Ｓ偏光が入射する前記ダ
イクロイックミラーの入射面に、反射防止膜が設けられ
ている色合成光学系において、前記反射防止膜は、前記Ｓ偏光の波長領域に対して反射
防止効果が高い事を特徴とする色合成光学系。
【請求項２】前記反射を用いて合成される光の波長領
域と、前記透過を用いて合成される光の波長領域は隣接
しており、該透過を用いて合成される光は前記ダイクロ
イックミラーに対してＰ偏光である事を特徴とする請求
項１に記載の色合成光学系。
【請求項３】３枚の画像表示素子と、該画像表示素子
の画像情報を合成する第１及び第２のダイクロイックミ
ラーとを有し、前記第１のダイクロイックミラーにおいて、前記反射を
用いて合成される光は赤色のＳ偏光であり、前記透過を
用いて合成される光は緑色のＰ偏光であって、前記第２
のダイクロイックミラーにおいて、前記反射を用いて合
成される光は青色のＳ偏光であり、前記透過を用いて合
成される光は前記赤色のＳ偏光及び緑色のＰ偏光であっ
て、前記赤色のＳ偏光が入射する前記第１のダイクロイック
ミラーの入射面に設けられている反射防止膜は、前記赤
色のＳ偏光及び緑色のＰ偏光に対して反射防止効果が高
く、前記青色のＳ偏光が入射する前記第２のダイクロイ
ックミラーの入射面に設けられている反射防止膜は、前
記赤色のＳ偏光及び緑色のＰ偏光及び青色のＳ偏光に対
して反射防止効果が高い事を特徴とする請求項１又は請
求項２に記載の色合成光学系。
【請求項４】前記透過を用いて合成される光が入射す
る前記ダイクロイックミラーの入射面に設けられている
反射防止膜は、該透過を用いて合成される光の偏光及び
波長領域で反射防止効果が高い事を特徴とする請求項１
乃至請求項３のいずれかに記載の色合成光学系。
【請求項５】前記反射防止膜に入射する光に対する反
射率は、１％以下である事を特徴とする請求項１乃至請
求項４のいずれかに記載の色合成光学系。
【請求項６】前記色合成光学系は非テレセントリック
光学系であり、前記ダイクロイックミラーに入射する主
光線の入射角に対応して、その入射位置における該ダイ
クロイックミラーのダイクロイック膜の厚さを変化さ
せ、該ダイクロイック膜の、波長に対する透過率の特性
を略一定にする事を特徴とする請求項１乃至請求項５の
いずれかに記載の色合成光学系。
【請求項７】以下の条件式を満足するダイクロイック
ミラーを有する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の色合成光学系；８＜Ｄ／ｔ＜５０但し、ｔ：ダイクロイック膜をコーティングする平板ガラスの
厚さＤ：ダイクロイックミラーの使用される有効範囲の長辺
或いは長径である。
【請求項８】平板の裏面或いは裏面近傍にダイクロイ
ック膜を備えたものであり、ダイクロイック膜で反射さ
れる光において、Ｐ偏光よりＳ偏光に対して反射防止効
果が高い反射防止膜が形成されている事を特徴とするダ
イクロイックミラー。