JP3679746B2 - 光学素子、それを用いた液晶プロジェクター及びカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色分解あるいは色合成に用いられる光学素子、それを用いた液晶プロジェクター及びカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶プロジェクターや、テレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラにおいて、互い波長の異なる複数の光の色分解あるいは色合成のために、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム等の光学素子が広く用いられている。
【０００３】
図１１は、上記のような液晶プロジェクターの構成例を示す概略図である。図１１において、光源１０から発した白色光は、レンズ１１を透過し、偏光変換素子１２によってＳ偏光に変換される。偏光変換素子１２を透過した光は、ダイクロイックミラー１３によって、赤色光Ｒが反射され、青色光Ｂ及び緑色光Ｇが透過されて色分解が行われる。ダイクロイックミラー１３で反射された赤色光Ｒは、全反射ミラー１５、１６で反射され、液晶パネル２０に入射して赤色に対応した画像信号に応じて変調される。液晶パネル２０で変調された赤色光Ｒは、クロスダイクロイックプリズム２２に入射する。
【０００４】
一方、ダイクロイックミラー１３を透過した光は、ダイクロイックミラー１４によって、青色光Ｂが反射され、緑色光Ｇが透過されて色分解が行われる。つまり、ダイクロイックミラー１３、１４によって色分解光学系が構成されている。ダイクロイックミラー１４で反射された青色光Ｂは、全反射ミラー１７、１８で反射され、液晶パネル２１に入射して青色に対応した画像信号に応じて変調される。液晶パネル２１で変調された青色光Ｂは、クロスダイクロイックプリズム２２に入射する。
【０００５】
また、ダイクロイックミラー１４を透過した緑色光Ｇは、液晶パネル１９に入射して緑色に対応した画像信号に応じて変調される。液晶パネル１９で変調された緑色光Ｇは、クロスダイクロイックプリズム２２に入射する。
【０００６】
クロスダイクロイックプリズム２２は、互いに交差する２つの接合面２２ａ、２２ｂで複数のプリズムが接合されて構成されている。それぞれの接合面２２ａ及び２２ｂには、高い屈折率を有する誘電体から成る高屈折率層と、この高屈折率層よりも低い屈折率を有する誘電体から成る低屈折率層とを交互に積層することによって形成された誘電体多層膜（ダイクロイック膜）がコーティングされている。
【０００７】
クロスダイクロイックプリズム２２に入射した赤色光Ｒ、青色光Ｂ、緑色光Ｇは、このクロスダイウロイックプリズム２２で色合成され、投影レンズ２３によってスクリーン２４に投影される。このようにして、スクリーン２４上にカラー画像が表示される。
【０００８】
クロスダイクロイックプリズム２２において、赤色光Ｒは、接合面２２ａに設けられた赤反射ダイクロイック膜で反射され、接合面２２ｂに設けられた青反射ダイクロイック膜を透過した光として取り出される。同じく、青色光Ｂは、接合面２２ｂに設けられた青反射ダイクロイック膜で反射され、接合面２２ａに設けられた赤反射ダイクロイック膜を透過した光として取り出される。同じく、緑色光Ｇは、接合面２２ｂに設けられた青反射ダイクロイック膜及び接合面２２ａに設けられた赤反射ダイクロイック膜を共に透過した光として取り出される。また、図１とは構成が異なるが、緑色光Ｇの光路中に偏光変換素子を設け、Ｐ偏光に変換してクロスダイクロイックプリズム２２に入射させる場合もある。
【０００９】
上記クロスダイクロイックプリズム２２のような光学素子において、従来、設計波長をλとしたときに、光学膜厚がλ／４近傍の高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体多層膜（ダイクロイック膜）が広く用いられていた。このようなダイクロイック膜は、高屈折率層の屈折率をｎH、高屈折率層の膜厚をｄH、低屈折率層の屈折率をｎL、低屈折率層の膜厚をｄLとした時に、高屈折率層の光学的膜厚、つまり屈折率と膜厚との積（ｎH×ｄH）と、低屈折率層の光学的膜厚（ｎL×ｄL）との比が、以下の条件式を満足するように形成されていた。
【００１０】
（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）≦１・・・（１）
【００１１】
しかしながら、上記のようなダイクロイック膜は、後述する図８のように分光反射率特性に大きな角度依存性を有していた。このような反射率の角度依存性は、図１１のような液晶プロジェクターに用いた場合に画質の低下を招いていた。つまり、接合面２２ａ及び２２ｂにそれぞれ入射する赤色光Ｒ及び青色光Ｂの中心光線の入射角度は４５度であるが、これらの光は発散光束あるいは収斂光束であることが一般的であり、周辺の光線の入射角度は４５度に対してプラス側及びマイナス側に角度範囲を持っている。したがって、図８のような角度依存性の大きなダイクロイック膜を用いた場合、光線の入射角度によって反射率が異なることになり、スクリーン上に投影される画像に色ムラや輝度ムラが発生する問題があった。このような問題は、クロスダイクロイックプリズム２２の接合面２２ａに設けられた赤反射ダイクロイック膜で特に顕著であった。
【００１２】
一方、上記の分光反射率特性の角度依存性を軽減した光学素子が、特開平１１−１０１９１３号公報に記載されている。この光学素子は、透明基板上に、屈折率が２．０以上の高屈折率層と屈折率が１．６以下の低屈折率層を交互に積層した多層膜を形成して成る。そして、この多層膜は、高屈折率層の屈折率をｎH、高屈折率層の膜厚をｄH、低屈折率層の屈折率をｎL、低屈折率層の膜厚をｄLとした時に、以下の条件式を満足するように形成されていた。
【００１３】
（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）≧２・・・（２）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１１−１０１９１３号公報に記載された光学素子は、反射率の角度依存性は改良されるものの、後述する図４のように分光反射率特性において短波長領域においてリップルが生ずる。つまり、青色光に対する透過率は却って低下することになる。また、このようなリップルの発生は、フレアーによる画質の低下を招くといった問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、角度依存性が小さく、且つ、透過波長領域におけるリップルが小さい分光反射率特性を備えた光学素子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、透明基板と、該透明基板上に低屈折率層と高屈折率層とを交互に１組以上積層して成る多層膜とを備えた光学素子において、前記高屈折率層の屈折率をｎH、高屈折率層の膜厚をｄH、低屈折率層の屈折率をｎL、低屈折率層の膜厚をｄLとした時に、以下の条件式、
ｎH≧２．２、
１．６≦ｎL≦１．８、
１≦（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）≦２、
を満足するように構成することによって達成される。
【００１７】
上記本発明の光学素子において、例えば高屈折率層はＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5及びＴａ2Ｏ5から成る群から選択された材料を主成分として形成され、低屈折率層はＡｌ2Ｏ3及びＡｌ2Ｏ3とＴｉＯ2との混合物から成る群から選択された材料を主成分として形成される。また、透明基板は、例えばガラスプリズムから成る。この場合、更に、前記多層膜を挟んでもう１つのガラスプリズムを貼り合わせるようにしても良い。
【００１８】
一方、本発明の液晶プロジェクターは、光源と、該光源から発した光を互いに波長の異なる複数の光に色分解する色分解光学系と、前記色分解された複数の光のおのおのの光路中に配置された複数の液晶パネルと、前記各々の液晶パネルで変調された複数の光を合成する前述のように構成された光学素子と、該光学素子で合成された合成光をスクリーン上に投影する投影レンズとを備えて成る。
【００１９】
また、本発明のカメラは、画像を示す光を取り込む対物レンズと、該対物レンズによって取り込まれた光を互いに波長の異なる複数の光に色分解する前述のように構成された光学素子と、該光学素子で色分解された複数の光をそれぞれ検出し、画像信号を出力する複数の撮像素子と、該撮像素子から出力された画像信号を処理する信号処理回路とを備えて成る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施態様の光学素子を示す概略断面図である。図１の光学素子は、透明基板としてのプリズム５１上に、低屈折率層５３と高屈折率層５４とを交互に積層した誘電体多層膜５５を形成して成る。多層膜５５上には接着層５６を介してもう１つのプリズム５２が貼り合わされている。
【００２２】
本発明者は、先に説明した従来技術を鋭意検討した結果、分光反射率特性の角度依存性を小さくするためには、高屈折率層の屈折率は用いることのできる材料から制限されることから、低屈折率層の屈折率の範囲が重要であることを見出した。このため、本発明の光学素子において、高屈折率層５４は２．２以上の屈折率を有し、低屈折率層５３は１．６以上、１．８以下の屈折率を有する。このような屈折率の関係を、高屈折率層の屈折率をｎH、低屈折率層の屈折率をｎLと表すと下記のようになる。
【００２３】
ｎH≧２．２・・・（３）
１．６≦ｎL≦１．８・・・（４）
【００２４】
一方、本発明者は、分光反射率特性にリップルを小さくする、即ち透過波長域における透過率を低下させないためには、最適な光学膜厚比があることを見出した。このため、本発明の光学素子において、高屈折率層の屈折率をｎH、高屈折率層の膜厚をｄH、低屈折率層の屈折率をｎL、低屈折率層の膜厚をｄLとした時に、高屈折率層の光学膜厚、つまり屈折率と膜厚との積（ｎH×ｄH）と、低屈折率層の光学的膜厚（ｎL×ｄL）との比が、以下の条件式を満足するように形成される。
【００２５】
１≦（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）≦２・・・（５）
【００２６】
本発明の光学素子において、高屈折率層は例えばＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5及びＴａ2Ｏ5から成る群から選択された材料を主成分として形成される。また、低屈折率層は例えばＡｌ2Ｏ3及びＡｌ2Ｏ3とＴｉＯ2との混合物から成る群から選択された材料を主成分として形成される。
【００２７】
上記のような角度依存性に対する各層の屈折率及び光学膜厚の比の影響を図２を用いて説明する。図２において、横軸は高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）を示す。一方、縦軸は多層膜にＳ偏光が４０度の角度で入射したときの半値波長と５０度で入射したときの半値波長との差Δλを示す。
【００２８】
図２において、データ１は、高屈折率層を屈折率２．４のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層をＡｌ2Ｏ3とＴｉＯ2との混合物から形成した光学素子のデータを示すものである。この混合物は１．７０の屈折率を有する。データ２は、高屈折率層を屈折率２．３のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．６３のＡｌ2Ｏ3から形成した光学素子のデータを示すものである。データ３は、高屈折率層を屈折率２．３のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．４５のＳｉＯ2から形成した光学素子のデータを示すものである。データ４は、高屈折率層を屈折率２．１のＺｒＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．４５のＳｉＯ2から形成した光学素子のデータを示すものである。
【００２９】
図２から明らかなように、先に示した（４）式及び（５）式の条件を満たすデータ１及び２の光学素子は、データ３及び４の光学素子に比べて、角度依存性が飛躍的に改善されている。また、同一の角度依存性を持つ場合にも、データ１及び２の光学素子は、データ３の光学素子に比べて、光学膜厚比が小さくて済むことがわかる。
【００３０】
図３は、透過波長域の光の透過率に対する各層の屈折率及び光学膜厚の比の影響を説明するためのグラフである。図４において、横軸は高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）を示す。一方、縦軸は多層膜にＳ偏光が入射した場合の光学特性の目標値からのズレ量を二乗平均（ＲＭＳ）値で示したものである。このＲＭＳ値が小さいほど透過率特性が良いことを示している。
【００３１】
図３において、データ１は、高屈折率層を屈折率２．４のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層をＡｌ2Ｏ3とＴｉＯ2との混合物から形成した光学素子のデータを示すものである。この混合物は１．７０の屈折率を有する。データ２は、高屈折率層を屈折率２．３のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．６３のＡｌ2Ｏ3から形成した光学素子のデータを示すものである。データ３は、高屈折率層を屈折率２．３のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．４５のＳｉＯ2から形成した光学素子のデータを示すものである。データ４は、高屈折率層を屈折率２．１のＺｒＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．４５のＳｉＯ2から形成した光学素子のデータを示すものである。これらの光学素子の構成は基本的に図２のデータ１〜４と同様である。ただし、各光学素子ともＲＭＳ値が最小になるように一部の層の膜厚を調整している。
【００３２】
また、図３において、曲線１はデータ４に多項式で示される曲線をフィティングしたものである。また、曲線２はデータ３に多項式で示される曲線をフィティングしたものである。
【００３３】
図３からそれぞれの光学素子において、光学膜厚比の増加とともにＲＭＳ値が増大し、透過率特性が悪くなることがわかる。つまり、光学膜厚比を大きくするだけでは、角度依存性の改善と透過率特性の改善は両立しない。また、先に示した（４）式及び（５）式の条件を満たすデータ１及び２の光学素子は、大きなＲＭＳ値を示す。しかしながら、データ１及び２の光学素子の方が、同一の透過率特性を得るために、光学膜厚比が小さくて済むことがわかる。したがって、本発明の光学素子は、現実的な膜厚条件と屈折率条件のもとで良好な特性が得られる。
【００３４】
以下に本発明のより具体的な実施例及び比較例を示す。
【００３５】
〔実施例１〕
下記のようにして、図１に示す光学素子を作製した。プリズム５１上に、真空蒸着によって、屈折率１．６３のＡｌ2Ｏ3から成る低屈折率層５３と、屈折率２．３のＴｉＯ2から成る高屈折率層５４とを交互に１９層積層し、誘電体多層膜５５を形成した。プリズム５１の材料としては、株式会社オハラ製の硝材名ＢＳＬ７のガラスを用いた。この誘電体多層膜５５上には、接着層５６によってもう１つのプリズム５２を接着した。この光学素子の構成を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
上記実施例１の光学素子は、主たる構成における高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比は、１．７０である。この光学素子にＳ偏光を入射させたときの分光反射率特性を図４に示す。図４において、横軸は入射光の波長を、縦軸は反射率をそれぞれ示す。各曲線は、光の入射角がそれぞれ４０度、４５度、５０度の場合の反射率特性である。
【００３８】
また、実施例１の光学素子において、先に図２で説明したような４０度の角度で入射したときの半値波長と５０度で入射したときの半値波長との差Δλを測定したところ５０ｎｍであった。また、実施例１の光学素子において、図３で説明したように、光学特性の目標値からのズレ量をＲＭＳ値で表すと２．７２であった。このように、実施例１の光学素子は分光反射率特性の角度依存性が小さいものであった。また、分光反射率特性におけるリップルが小さく、つまり透過波長域における透過率の低下も少なく、良好な光学特性を示すものであった。
【００３９】
〔比較例１〕
下記のようにして、図５に示す光学素子を作製した。ここで、図５は本発明の比較例１の光学素子を示す概略断面図である。プリズム４１上に、真空蒸着によって、屈折率２．３のＴｉＯ2から成る高屈折率層４４と屈折率１．４５のＳｉＯ2から成る低屈折率層４３と、を交互に２２層積層し、誘電体多層膜４５を形成した。プリズム４１の材料としては、株式会社オハラ製の硝材名ＢＳＬ７のガラスを用いた。この誘電体多層膜４５上には、接着層４６によってもう１つのプリズム４２を接着した。この光学素子の構成を表２に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
上記比較例１の光学素子は、主たる構成における高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比は、４．４４である。この光学素子にＳ偏光を入射させたときの分光反射率特性を図６に示す。図６において、横軸は入射光の波長を、縦軸は反射率をそれぞれ示す。各曲線は、光の入射角がそれぞれ４０度、４５度、５０度の場合の反射率特性である。
【００４２】
また、比較例１の光学素子において、先に図２で説明したような４０度の角度で入射したときの半値波長と５０度で入射したときの半値波長との差Δλを測定したところ４４ｎｍであった。また、比較例１の光学素子において、図３で説明したように、光学特性の目標値からのズレ量をＲＭＳ値で表すと５．８２であった。このように、比較例１の光学素子は分光反射率特性の角度依存性は小さいものの、リップルが大きく、つまり透過波長域における透過率の低く、実用には適さないものであった。また、ＴｉＯ2膜は、成膜速度を早くすると吸収が大きな層となる問題があって、成膜速度を早くすることができない。そのため、比較例１の光学素子は、実施例１等と比較して高屈折率層（ＴｉＯ2膜）の膜厚が厚くなった分、生産性が低下した。
【００４３】
〔比較例２〕
下記のようにして、図７に示す光学素子を作製した。ここで、図７は本発明の比較例２の光学素子を示す概略断面図である。プリズム３１上に、真空蒸着によって、屈折率２．３のＴｉＯ2から成る高屈折率層３４と屈折率１．４５のＳｉＯ2から成る低屈折率層３３と、を交互に１２層積層し、誘電体多層膜３５を形成した。プリズム３１の材料としては、株式会社オハラ製の硝材名ＢＳＬ７のガラスを用いた。この誘電体多層膜３５上には、接着層３６によってもう１つのプリズム３２を接着した。この光学素子の構成を表３に示す。
【００４４】
【表３】
【００４５】
上記比較例２の光学素子は、主たる構成における高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比は、０．９５である。この光学素子にＳ偏光を入射させたときの分光反射率特性を図８に示す。図８において、横軸は入射光の波長を、縦軸は反射率をそれぞれ示す。各曲線は、光の入射角がそれぞれ４０度、４５度、５０度の場合の反射率特性である。
【００４６】
また、比較例２の光学素子において、先に図２で説明したような４０度の角度で入射したときの半値波長と５０度で入射したときの半値波長との差Δλを測定したところ８４ｎｍであった。また、比較例２の光学素子において、図３で説明したように、光学特性の目標値からのズレ量をＲＭＳ値で表すと０．６９であった。このように、比較例２の光学素子はリップルは小さいものの、分光反射率特性の角度依存性が大きく、実用には適さないものであった。
【００４７】
〔実施例２〕
下記のようにして、図９に示す光学素子を作製した。ここで、図９は本発明の実施例２の光学素子を示す概略断面図である。プリズム６１上に、真空蒸着によって、屈折率１．７０のＡｌ2Ｏ3とＴｉＯ2の混合物から成る低屈折率層６３と、屈折率２．４のＴｉＯ2から成る高屈折率層６４とを交互に２１層積層し、誘電体多層膜６５を形成した。プリズム６１の材料としては、株式会社オハラ製の硝材名ＢＳＬ７のガラスを用いた。この誘電体多層膜６５上には、接着層６６によってもう１つのプリズム６２を接着した。この光学素子の構成を表４に示す。
【００４８】
【表４】
【００４９】
上記実施例２の光学素子は、主たる構成における高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比は、１．７０である。この光学素子にＳ偏光を入射させたときの分光反射率特性を図１０に示す。図１０において、横軸は入射光の波長を、縦軸は反射率をそれぞれ示す。各曲線は、光の入射角がそれぞれ４０度、４５度、５０度の場合の反射率特性である。
【００５０】
また、実施例２の光学素子において、先に図２で説明したような４０度の角度で入射したときの半値波長と５０度で入射したときの半値波長との差Δλを測定したところ４４ｎｍであった。また、実施例２の光学素子において、図３で説明したように、光学特性の目標値からのズレ量をＲＭＳ値で表すと３．８１であった。このように、実施例２の光学素子は分光反射率特性の角度依存性が小さいものであった。また、分光反射率特性におけるリップルが小さく、つまり透過波長域における透過率の低下も少なく、良好な光学特性を示すものであった。
【００５１】
以上説明した光学素子を用いて、先に図１１で説明した構成の液晶プロジェクターを作製した。図１１において、クロスダイクロイックプリズム２２として、実施例１又は実施例２の光学素子を用いた。つまり、クロスダイクロイックプリズム２２は、接合面２２ａで接合されるガラスプリズムの一方に、実施例１又は実施例２に示した誘電体多層膜を形成し、もう１つのプリズムと接合したものである。その他の構成に関しては図１１で説明したものと同一なので、詳細な説明は省略する。
【００５２】
本例においては、クロスダイクロイックプリズム２２の接合面２２ａに本発明を適用した場合を示したが、クロスダイクロイックプリズム２２の接合面２２ｂ、ダイクロイックミラー１３あるいはダイクロイックミラー１４に本発明を適用することもできる。
【００５３】
図１２は、本発明の光学素子を用いたカメラの構成例を示す概略図である。本例のカメラ７０は、テレビカメラ、ビデオカメラあるいはデジタルカメラ等として用いられるものである。本例では、色分解プリズム７２として本発明の光学素子を用いている。色分解プリズム７２は、各々ガラスを材料として作製された第１プリズム７３、第２プリズム７４及び第３プリズム７５から構成されている。
【００５４】
図１２において、対物レンズ７１によってカメラ７０内に取り込まれた光は、色分解プリズム７２を構成する第１プリズム７３の入射面７３ａに入射する。入射面７３ａに入射した光は、第１プリズム７３の透過面７３ｂに設けられた青反射ダイクロイック膜によって青色光Ｂのみが反射され、残りは透過する。透過面７３ｂで反射された青色光Ｂは、入射面７３ａで全反射し、第１プリズム７３より射出して、固体撮像素子７６によって検出される。固体撮像素子７６は、青色光Ｂによって形成される画像に対応した画像信号を出力する。
【００５５】
第１プリズム７３の透過面７３ｂを透過した光は、第１及び第２プリズム間の間隙を通って第２プリズム７４の入射面７４ａより入射する。入射面７４ａより入射した光は、第２プリズム７４の透過面７４ｂに設けられた赤反射ダイクロイック膜によって赤色光Ｒのみが反射され、残った緑色光Ｇは透過する。反射された赤色光Ｒは、入射面７４ａで全反射し、第２プリズム７４より射出して、固体撮像素子７７によって検出される。固体撮像素子７７は、赤色光Ｒによって形成される画像に対応した画像信号を出力する。
【００５６】
第２プリズム７４の透過面７４ｂを透過した緑色光Ｇは、第３プリズム７５を通過した後、第３プリズム７５より射出して、固体撮像素子７８によって検出される。固体撮像素子７８は、緑色光Ｇによって形成される画像に対応した画像信号を出力する。
【００５７】
固体撮像素子７６、７７及び７８から出力された画像信号は、信号処理回路７９に入力され、信号処理が行われてカラー画像が撮影される。固体撮像素子７６〜７８としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等が用いられる。
【００５８】
本例においては、第２プリズム７４の透過面７４ｂに本発明が適用されている。つまり、第２プリズム７４上に、実施例１または実施例２で説明したような誘電体多層膜が形成され、第３プリズム７５と貼り合わされ、更に第１プリズム７３と組み合わされて色分解プリズム７２が構成されている。
【００５９】
本発明は以上説明した実施例の他にも種々の応用が可能である。例えば、透明基板としてはプリズムに限らず、ガラス平板等を用いても構わない。このように本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない限りにおいて適用可能な全ての応用例を包含するものである。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、角度依存性が小さく、且つ、透過波長領域におけるリップルが小さい分光反射率特性を備えた光学素子が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の光学素子を示す概略断面図である。
【図２】光学素子の反射率特性の角度依存性に対する多層膜の屈折率及び光学的膜厚の比の影響を説明するためのグラフである。
【図３】光学素子の透過波長域の光の透過率に対する多層膜の屈折率及び光学的膜厚の比の影響を説明するためのグラフである。
【図４】実施例１の光学素子の分光反射率特性を示すグラフである。
【図５】本発明の比較例１の光学素子を示す概略断面図である。
【図６】比較例１の光学素子の分光反射率特性を示すグラフである。
【図７】本発明の比較例２の光学素子を示す概略断面図である。
【図８】比較例２の光学素子の分光反射率特性を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例２の光学素子を示す概略断面図である。
【図１０】実施例２の光学素子の分光反射率特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の適用が可能な液晶プロジェクターの構成例を示す概略図である。
【図１２】本発明の適用が可能なカメラの構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 光源
１１ レンズ
１２ 偏光変換素子
１３、１４ ダイクロイックミラー
１５、１６、１７、１８ 全反射ミラー
１９、２０、２１ 液晶パネル
２２ クロスダイクロイックプリズム
２２ａ、２２ｂ 接合面
２３ 投影レンズ
２４ スクリーン
３１、４１、５１、６１ プリズム
３２、４２、５２、６２ もう１つのプリズム
３３、４３、５３、６３ 低屈折率層
３４、４４、５４、６４ 高屈折率層
３５、４５、５５、６５ 誘電体多層膜
３６、４６、５６、６６ 接着層
７０ カメラ
７１ 対物レンズ
７２ 色分解プリズム
７３ 第１プリズム
７３ａ 入射面
７３ｂ 透過面
７４ 第２プリズム
７４ａ 入射面
７４ｂ 透過面
７５ 第３プリズム
７６、７７、７８ 固体撮像素子
７９ 信号処理回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、色分解あるいは色合成に用いられる光学素子、それを用いた液晶プロジェクター及びカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶プロジェクターや、テレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラにおいて、互い波長の異なる複数の光の色分解あるいは色合成のために、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム等の光学素子が広く用いられている。
【０００３】
図１１は、上記のような液晶プロジェクターの構成例を示す概略図である。図１１において、光源１０から発した白色光は、レンズ１１を透過し、偏光変換素子１２によってＳ偏光に変換される。偏光変換素子１２を透過した光は、ダイクロイックミラー１３によって、赤色光Ｒが反射され、青色光Ｂ及び緑色光Ｇが透過されて色分解が行われる。ダイクロイックミラー１３で反射された赤色光Ｒは、全反射ミラー１５、１６で反射され、液晶パネル２０に入射して赤色に対応した画像信号に応じて変調される。液晶パネル２０で変調された赤色光Ｒは、クロスダイクロイックプリズム２２に入射する。
【０００４】
一方、ダイクロイックミラー１３を透過した光は、ダイクロイックミラー１４によって、青色光Ｂが反射され、緑色光Ｇが透過されて色分解が行われる。つまり、ダイクロイックミラー１３、１４によって色分解光学系が構成されている。ダイクロイックミラー１４で反射された青色光Ｂは、全反射ミラー１７、１８で反射され、液晶パネル２１に入射して青色に対応した画像信号に応じて変調される。液晶パネル２１で変調された青色光Ｂは、クロスダイクロイックプリズム２２に入射する。
【０００５】
また、ダイクロイックミラー１４を透過した緑色光Ｇは、液晶パネル１９に入射して緑色に対応した画像信号に応じて変調される。液晶パネル１９で変調された緑色光Ｇは、クロスダイクロイックプリズム２２に入射する。
【０００６】
クロスダイクロイックプリズム２２は、互いに交差する２つの接合面２２ａ、２２ｂで複数のプリズムが接合されて構成されている。それぞれの接合面２２ａ及び２２ｂには、高い屈折率を有する誘電体から成る高屈折率層と、この高屈折率層よりも低い屈折率を有する誘電体から成る低屈折率層とを交互に積層することによって形成された誘電体多層膜（ダイクロイック膜）がコーティングされている。
【０００７】
クロスダイクロイックプリズム２２に入射した赤色光Ｒ、青色光Ｂ、緑色光Ｇは、このクロスダイウロイックプリズム２２で色合成され、投影レンズ２３によってスクリーン２４に投影される。このようにして、スクリーン２４上にカラー画像が表示される。
【０００８】
クロスダイクロイックプリズム２２において、赤色光Ｒは、接合面２２ａに設けられた赤反射ダイクロイック膜で反射され、接合面２２ｂに設けられた青反射ダイクロイック膜を透過した光として取り出される。同じく、青色光Ｂは、接合面２２ｂに設けられた青反射ダイクロイック膜で反射され、接合面２２ａに設けられた赤反射ダイクロイック膜を透過した光として取り出される。同じく、緑色光Ｇは、接合面２２ｂに設けられた青反射ダイクロイック膜及び接合面２２ａに設けられた赤反射ダイクロイック膜を共に透過した光として取り出される。また、図１とは構成が異なるが、緑色光Ｇの光路中に偏光変換素子を設け、Ｐ偏光に変換してクロスダイクロイックプリズム２２に入射させる場合もある。
【０００９】
上記クロスダイクロイックプリズム２２のような光学素子において、従来、設計波長をλとしたときに、光学膜厚がλ／４近傍の高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体多層膜（ダイクロイック膜）が広く用いられていた。このようなダイクロイック膜は、高屈折率層の屈折率をｎH、高屈折率層の膜厚をｄH、低屈折率層の屈折率をｎL、低屈折率層の膜厚をｄLとした時に、高屈折率層の光学的膜厚、つまり屈折率と膜厚との積（ｎH×ｄH）と、低屈折率層の光学的膜厚（ｎL×ｄL）との比が、以下の条件式を満足するように形成されていた。
【００１０】
（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）≦１・・・（１）
【００１１】
しかしながら、上記のようなダイクロイック膜は、後述する図８のように分光反射率特性に大きな角度依存性を有していた。このような反射率の角度依存性は、図１１のような液晶プロジェクターに用いた場合に画質の低下を招いていた。つまり、接合面２２ａ及び２２ｂにそれぞれ入射する赤色光Ｒ及び青色光Ｂの中心光線の入射角度は４５度であるが、これらの光は発散光束あるいは収斂光束であることが一般的であり、周辺の光線の入射角度は４５度に対してプラス側及びマイナス側に角度範囲を持っている。したがって、図８のような角度依存性の大きなダイクロイック膜を用いた場合、光線の入射角度によって反射率が異なることになり、スクリーン上に投影される画像に色ムラや輝度ムラが発生する問題があった。このような問題は、クロスダイクロイックプリズム２２の接合面２２ａに設けられた赤反射ダイクロイック膜で特に顕著であった。
【００１２】
一方、上記の分光反射率特性の角度依存性を軽減した光学素子が、特開平１１−１０１９１３号公報に記載されている。この光学素子は、透明基板上に、屈折率が２．０以上の高屈折率層と屈折率が１．６以下の低屈折率層を交互に積層した多層膜を形成して成る。そして、この多層膜は、高屈折率層の屈折率をｎH、高屈折率層の膜厚をｄH、低屈折率層の屈折率をｎL、低屈折率層の膜厚をｄLとした時に、以下の条件式を満足するように形成されていた。
【００１３】
（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）≧２・・・（２）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１１−１０１９１３号公報に記載された光学素子は、反射率の角度依存性は改良されるものの、後述する図４のように分光反射率特性において短波長領域においてリップルが生ずる。つまり、青色光に対する透過率は却って低下することになる。また、このようなリップルの発生は、フレアーによる画質の低下を招くといった問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、角度依存性が小さく、且つ、透過波長領域におけるリップルが小さい分光反射率特性を備えた光学素子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、透明基板と、該透明基板上に低屈折率層と高屈折率層とを交互に１組以上積層して成る多層膜とを備えた光学素子において、前記高屈折率層の屈折率をｎH、高屈折率層の膜厚をｄH、低屈折率層の屈折率をｎL、低屈折率層の膜厚をｄLとした時に、以下の条件式、
ｎH≧２．２、
１．６≦ｎL≦１．８、
１≦（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）≦２、
を満足するように構成することによって達成される。
【００１７】
上記本発明の光学素子において、例えば高屈折率層はＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5及びＴａ2Ｏ5から成る群から選択された材料を主成分として形成され、低屈折率層はＡｌ2Ｏ3及びＡｌ2Ｏ3とＴｉＯ2との混合物から成る群から選択された材料を主成分として形成される。また、透明基板は、例えばガラスプリズムから成る。この場合、更に、前記多層膜を挟んでもう１つのガラスプリズムを貼り合わせるようにしても良い。
【００１８】
一方、本発明の液晶プロジェクターは、光源と、該光源から発した光を互いに波長の異なる複数の光に色分解する色分解光学系と、前記色分解された複数の光のおのおのの光路中に配置された複数の液晶パネルと、前記各々の液晶パネルで変調された複数の光を合成する前述のように構成された光学素子と、該光学素子で合成された合成光をスクリーン上に投影する投影レンズとを備えて成る。
【００１９】
また、本発明のカメラは、画像を示す光を取り込む対物レンズと、該対物レンズによって取り込まれた光を互いに波長の異なる複数の光に色分解する前述のように構成された光学素子と、該光学素子で色分解された複数の光をそれぞれ検出し、画像信号を出力する複数の撮像素子と、該撮像素子から出力された画像信号を処理する信号処理回路とを備えて成る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施態様の光学素子を示す概略断面図である。図１の光学素子は、透明基板としてのプリズム５１上に、低屈折率層５３と高屈折率層５４とを交互に積層した誘電体多層膜５５を形成して成る。多層膜５５上には接着層５６を介してもう１つのプリズム５２が貼り合わされている。
【００２２】
本発明者は、先に説明した従来技術を鋭意検討した結果、分光反射率特性の角度依存性を小さくするためには、高屈折率層の屈折率は用いることのできる材料から制限されることから、低屈折率層の屈折率の範囲が重要であることを見出した。このため、本発明の光学素子において、高屈折率層５４は２．２以上の屈折率を有し、低屈折率層５３は１．６以上、１．８以下の屈折率を有する。このような屈折率の関係を、高屈折率層の屈折率をｎH、低屈折率層の屈折率をｎLと表すと下記のようになる。
【００２３】
ｎH≧２．２・・・（３）
１．６≦ｎL≦１．８・・・（４）
【００２４】
一方、本発明者は、分光反射率特性にリップルを小さくする、即ち透過波長域における透過率を低下させないためには、最適な光学膜厚比があることを見出した。このため、本発明の光学素子において、高屈折率層の屈折率をｎH、高屈折率層の膜厚をｄH、低屈折率層の屈折率をｎL、低屈折率層の膜厚をｄLとした時に、高屈折率層の光学膜厚、つまり屈折率と膜厚との積（ｎH×ｄH）と、低屈折率層の光学的膜厚（ｎL×ｄL）との比が、以下の条件式を満足するように形成される。
【００２５】
１≦（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）≦２・・・（５）
【００２６】
本発明の光学素子において、高屈折率層は例えばＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5及びＴａ2Ｏ5から成る群から選択された材料を主成分として形成される。また、低屈折率層は例えばＡｌ2Ｏ3及びＡｌ2Ｏ3とＴｉＯ2との混合物から成る群から選択された材料を主成分として形成される。
【００２７】
上記のような角度依存性に対する各層の屈折率及び光学膜厚の比の影響を図２を用いて説明する。図２において、横軸は高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）を示す。一方、縦軸は多層膜にＳ偏光が４０度の角度で入射したときの半値波長と５０度で入射したときの半値波長との差Δλを示す。
【００２８】
図２において、データ１は、高屈折率層を屈折率２．４のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層をＡｌ2Ｏ3とＴｉＯ2との混合物から形成した光学素子のデータを示すものである。この混合物は１．７０の屈折率を有する。データ２は、高屈折率層を屈折率２．３のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．６３のＡｌ2Ｏ3から形成した光学素子のデータを示すものである。データ３は、高屈折率層を屈折率２．３のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．４５のＳｉＯ2から形成した光学素子のデータを示すものである。データ４は、高屈折率層を屈折率２．１のＺｒＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．４５のＳｉＯ2から形成した光学素子のデータを示すものである。
【００２９】
図２から明らかなように、先に示した（４）式及び（５）式の条件を満たすデータ１及び２の光学素子は、データ３及び４の光学素子に比べて、角度依存性が飛躍的に改善されている。また、同一の角度依存性を持つ場合にも、データ１及び２の光学素子は、データ３の光学素子に比べて、光学膜厚比が小さくて済むことがわかる。
【００３０】
図３は、透過波長域の光の透過率に対する各層の屈折率及び光学膜厚の比の影響を説明するためのグラフである。図４において、横軸は高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）を示す。一方、縦軸は多層膜にＳ偏光が入射した場合の光学特性の目標値からのズレ量を二乗平均（ＲＭＳ）値で示したものである。このＲＭＳ値が小さいほど透過率特性が良いことを示している。
【００３１】
図３において、データ１は、高屈折率層を屈折率２．４のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層をＡｌ2Ｏ3とＴｉＯ2との混合物から形成した光学素子のデータを示すものである。この混合物は１．７０の屈折率を有する。データ２は、高屈折率層を屈折率２．３のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．６３のＡｌ2Ｏ3から形成した光学素子のデータを示すものである。データ３は、高屈折率層を屈折率２．３のＴｉＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．４５のＳｉＯ2から形成した光学素子のデータを示すものである。データ４は、高屈折率層を屈折率２．１のＺｒＯ2から形成し、低屈折率層を屈折率１．４５のＳｉＯ2から形成した光学素子のデータを示すものである。これらの光学素子の構成は基本的に図２のデータ１〜４と同様である。ただし、各光学素子ともＲＭＳ値が最小になるように一部の層の膜厚を調整している。
【００３２】
また、図３において、曲線１はデータ４に多項式で示される曲線をフィティングしたものである。また、曲線２はデータ３に多項式で示される曲線をフィティングしたものである。
【００３３】
図３からそれぞれの光学素子において、光学膜厚比の増加とともにＲＭＳ値が増大し、透過率特性が悪くなることがわかる。つまり、光学膜厚比を大きくするだけでは、角度依存性の改善と透過率特性の改善は両立しない。また、先に示した（４）式及び（５）式の条件を満たすデータ１及び２の光学素子は、大きなＲＭＳ値を示す。しかしながら、データ１及び２の光学素子の方が、同一の透過率特性を得るために、光学膜厚比が小さくて済むことがわかる。したがって、本発明の光学素子は、現実的な膜厚条件と屈折率条件のもとで良好な特性が得られる。
【００３４】
以下に本発明のより具体的な実施例及び比較例を示す。
【００３５】
〔実施例１〕
下記のようにして、図１に示す光学素子を作製した。プリズム５１上に、真空蒸着によって、屈折率１．６３のＡｌ2Ｏ3から成る低屈折率層５３と、屈折率２．３のＴｉＯ2から成る高屈折率層５４とを交互に１９層積層し、誘電体多層膜５５を形成した。プリズム５１の材料としては、株式会社オハラ製の硝材名ＢＳＬ７のガラスを用いた。この誘電体多層膜５５上には、接着層５６によってもう１つのプリズム５２を接着した。この光学素子の構成を表１に示す。
【００３６】
【表１】
上記実施例１の光学素子は、主たる構成における高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比は、１．７０である。この光学素子にＳ偏光を入射させたときの分光反射率特性を図４に示す。図４において、横軸は入射光の波長を、縦軸は反射率をそれぞれ示す。各曲線は、光の入射角がそれぞれ４０度、４５度、５０度の場合の反射率特性である。
【００３８】
また、実施例１の光学素子において、先に図２で説明したような４０度の角度で入射したときの半値波長と５０度で入射したときの半値波長との差Δλを測定したところ５０ｎｍであった。また、実施例１の光学素子において、図３で説明したように、光学特性の目標値からのズレ量をＲＭＳ値で表すと２．７２であった。このように、実施例１の光学素子は分光反射率特性の角度依存性が小さいものであった。また、分光反射率特性におけるリップルが小さく、つまり透過波長域における透過率の低下も少なく、良好な光学特性を示すものであった。
【００３９】
〔比較例１〕
下記のようにして、図５に示す光学素子を作製した。ここで、図５は本発明の比較例１の光学素子を示す概略断面図である。プリズム４１上に、真空蒸着によって、屈折率２．３のＴｉＯ2から成る高屈折率層４４と屈折率１．４５のＳｉＯ2から成る低屈折率層４３と、を交互に２２層積層し、誘電体多層膜４５を形成した。プリズム４１の材料としては、株式会社オハラ製の硝材名ＢＳＬ７のガラスを用いた。この誘電体多層膜４５上には、接着層４６によってもう１つのプリズム４２を接着した。この光学素子の構成を表２に示す。
【００４０】
【表２】
上記比較例１の光学素子は、主たる構成における高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比は、４．４４である。この光学素子にＳ偏光を入射させたときの分光反射率特性を図６に示す。図６において、横軸は入射光の波長を、縦軸は反射率をそれぞれ示す。各曲線は、光の入射角がそれぞれ４０度、４５度、５０度の場合の反射率特性である。
【００４２】
また、比較例１の光学素子において、先に図２で説明したような４０度の角度で入射したときの半値波長と５０度で入射したときの半値波長との差Δλを測定したところ４４ｎｍであった。また、比較例１の光学素子において、図３で説明したように、光学特性の目標値からのズレ量をＲＭＳ値で表すと５．８２であった。このように、比較例１の光学素子は分光反射率特性の角度依存性は小さいものの、リップルが大きく、つまり透過波長域における透過率の低く、実用には適さないものであった。また、ＴｉＯ2膜は、成膜速度を早くすると吸収が大きな層となる問題があって、成膜速度を早くすることができない。そのため、比較例１の光学素子は、実施例１等と比較して高屈折率層（ＴｉＯ2膜）の膜厚が厚くなった分、生産性が低下した。
【００４３】
〔比較例２〕
下記のようにして、図７に示す光学素子を作製した。ここで、図７は本発明の比較例２の光学素子を示す概略断面図である。プリズム３１上に、真空蒸着によって、屈折率２．３のＴｉＯ2から成る高屈折率層３４と屈折率１．４５のＳｉＯ2から成る低屈折率層３３と、を交互に１２層積層し、誘電体多層膜３５を形成した。プリズム３１の材料としては、株式会社オハラ製の硝材名ＢＳＬ７のガラスを用いた。この誘電体多層膜３５上には、接着層３６によってもう１つのプリズム３２を接着した。この光学素子の構成を表３に示す。
【００４４】
【表３】
上記比較例２の光学素子は、主たる構成における高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比は、０．９５である。この光学素子にＳ偏光を入射させたときの分光反射率特性を図８に示す。図８において、横軸は入射光の波長を、縦軸は反射率をそれぞれ示す。各曲線は、光の入射角がそれぞれ４０度、４５度、５０度の場合の反射率特性である。
【００４６】
また、比較例２の光学素子において、先に図２で説明したような４０度の角度で入射したときの半値波長と５０度で入射したときの半値波長との差Δλを測定したところ８４ｎｍであった。また、比較例２の光学素子において、図３で説明したように、光学特性の目標値からのズレ量をＲＭＳ値で表すと０．６９であった。このように、比較例２の光学素子はリップルは小さいものの、分光反射率特性の角度依存性が大きく、実用には適さないものであった。
【００４７】
〔実施例２〕
下記のようにして、図９に示す光学素子を作製した。ここで、図９は本発明の実施例２の光学素子を示す概略断面図である。プリズム６１上に、真空蒸着によって、屈折率１．７０のＡｌ2Ｏ3とＴｉＯ2の混合物から成る低屈折率層６３と、屈折率２．４のＴｉＯ2から成る高屈折率層６４とを交互に２１層積層し、誘電体多層膜６５を形成した。プリズム６１の材料としては、株式会社オハラ製の硝材名ＢＳＬ７のガラスを用いた。この誘電体多層膜６５上には、接着層６６によってもう１つのプリズム６２を接着した。この光学素子の構成を表４に示す。
【００４８】
【表４】
上記実施例２の光学素子は、主たる構成における高屈折率層と低屈折率層との光学膜厚の比は、１．７０である。この光学素子にＳ偏光を入射させたときの分光反射率特性を図１０に示す。図１０において、横軸は入射光の波長を、縦軸は反射率をそれぞれ示す。各曲線は、光の入射角がそれぞれ４０度、４５度、５０度の場合の反射率特性である。
【００５０】
また、実施例２の光学素子において、先に図２で説明したような４０度の角度で入射したときの半値波長と５０度で入射したときの半値波長との差Δλを測定したところ４４ｎｍであった。また、実施例２の光学素子において、図３で説明したように、光学特性の目標値からのズレ量をＲＭＳ値で表すと３．８１であった。このように、実施例２の光学素子は分光反射率特性の角度依存性が小さいものであった。また、分光反射率特性におけるリップルが小さく、つまり透過波長域における透過率の低下も少なく、良好な光学特性を示すものであった。
【００５１】
以上説明した光学素子を用いて、先に図１１で説明した構成の液晶プロジェクターを作製した。図１１において、クロスダイクロイックプリズム２２として、実施例１又は実施例２の光学素子を用いた。つまり、クロスダイクロイックプリズム２２は、接合面２２ａで接合されるガラスプリズムの一方に、実施例１又は実施例２に示した誘電体多層膜を形成し、もう１つのプリズムと接合したものである。その他の構成に関しては図１１で説明したものと同一なので、詳細な説明は省略する。
【００５２】
本例においては、クロスダイクロイックプリズム２２の接合面２２ａに本発明を適用した場合を示したが、クロスダイクロイックプリズム２２の接合面２２ｂ、ダイクロイックミラー１３あるいはダイクロイックミラー１４に本発明を適用することもできる。
【００５３】
図１２は、本発明の光学素子を用いたカメラの構成例を示す概略図である。本例のカメラ７０は、テレビカメラ、ビデオカメラあるいはデジタルカメラ等として用いられるものである。本例では、色分解プリズム７２として本発明の光学素子を用いている。色分解プリズム７２は、各々ガラスを材料として作製された第１プリズム７３、第２プリズム７４及び第３プリズム７５から構成されている。
【００５４】
図１２において、対物レンズ７１によってカメラ７０内に取り込まれた光は、色分解プリズム７２を構成する第１プリズム７３の入射面７３ａに入射する。入射面７３ａに入射した光は、第１プリズム７３の透過面７３ｂに設けられた青反射ダイクロイック膜によって青色光Ｂのみが反射され、残りは透過する。透過面７３ｂで反射された青色光Ｂは、入射面７３ａで全反射し、第１プリズム７３より射出して、固体撮像素子７６によって検出される。固体撮像素子７６は、青色光Ｂによって形成される画像に対応した画像信号を出力する。
【００５５】
第１プリズム７３の透過面７３ｂを透過した光は、第１及び第２プリズム間の間隙を通って第２プリズム７４の入射面７４ａより入射する。入射面７４ａより入射した光は、第２プリズム７４の透過面７４ｂに設けられた赤反射ダイクロイック膜によって赤色光Ｒのみが反射され、残った緑色光Ｇは透過する。反射された赤色光Ｒは、入射面７４ａで全反射し、第２プリズム７４より射出して、固体撮像素子７７によって検出される。固体撮像素子７７は、赤色光Ｒによって形成される画像に対応した画像信号を出力する。
【００５６】
第２プリズム７４の透過面７４ｂを透過した緑色光Ｇは、第３プリズム７５を通過した後、第３プリズム７５より射出して、固体撮像素子７８によって検出される。固体撮像素子７８は、緑色光Ｇによって形成される画像に対応した画像信号を出力する。
【００５７】
固体撮像素子７６、７７及び７８から出力された画像信号は、信号処理回路７９に入力され、信号処理が行われてカラー画像が撮影される。固体撮像素子７６〜７８としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等が用いられる。
【００５８】
本例においては、第２プリズム７４の透過面７４ｂに本発明が適用されている。つまり、第２プリズム７４上に、実施例１または実施例２で説明したような誘電体多層膜が形成され、第３プリズム７５と貼り合わされ、更に第１プリズム７３と組み合わされて色分解プリズム７２が構成されている。
【００５９】
本発明は以上説明した実施例の他にも種々の応用が可能である。例えば、透明基板としてはプリズムに限らず、ガラス平板等を用いても構わない。このように本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない限りにおいて適用可能な全ての応用例を包含するものである。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、角度依存性が小さく、且つ、透過波長領域におけるリップルが小さい分光反射率特性を備えた光学素子が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の光学素子を示す概略断面図である。
【図２】光学素子の反射率特性の角度依存性に対する多層膜の屈折率及び光学的膜厚の比の影響を説明するためのグラフである。
【図３】光学素子の透過波長域の光の透過率に対する多層膜の屈折率及び光学的膜厚の比の影響を説明するためのグラフである。
【図４】実施例１の光学素子の分光反射率特性を示すグラフである。
【図５】本発明の比較例１の光学素子を示す概略断面図である。
【図６】比較例１の光学素子の分光反射率特性を示すグラフである。
【図７】本発明の比較例２の光学素子を示す概略断面図である。
【図８】比較例２の光学素子の分光反射率特性を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例２の光学素子を示す概略断面図である。
【図１０】実施例２の光学素子の分光反射率特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の適用が可能な液晶プロジェクターの構成例を示す概略図である。
【図１２】本発明の適用が可能なカメラの構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 光源
１１ レンズ
１２ 偏光変換素子
１３、１４ ダイクロイックミラー
１５、１６、１７、１８ 全反射ミラー
１９、２０、２１ 液晶パネル
２２ クロスダイクロイックプリズム
２２ａ、２２ｂ 接合面
２３ 投影レンズ
２４ スクリーン
３１、４１、５１、６１ プリズム
３２、４２、５２、６２ もう１つのプリズム
３３、４３、５３、６３ 低屈折率層
３４、４４、５４、６４ 高屈折率層
３５、４５、５５、６５ 誘電体多層膜
３６、４６、５６、６６ 接着層
７０ カメラ
７１ 対物レンズ
７２ 色分解プリズム
７３ 第１プリズム
７３ａ 入射面
７３ｂ 透過面
７４ 第２プリズム
７４ａ 入射面
７４ｂ 透過面
７５ 第３プリズム
７６、７７、７８ 固体撮像素子
７９ 信号処理回路
Claims (1)
- 透明基板と、該透明基板上に低屈折率層と高屈折率層とを交互に１組以上積層して成る多層膜とを備えた光学素子において、前記高屈折率層の屈折率をｎH、高屈折率層の膜厚をｄH、低屈折率層の屈折率をｎL、低屈折率層の膜厚をｄLとした時に、以下の条件式、
ｎH≧２．２、
１．６≦ｎL≦１．８、
１＜（ｎH×ｄH）／（ｎL×ｄL）≦２、
を満足することを特徴とする光学素子。
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