分光鏡和投影型顯示單元的製作方法
2023-10-10 05:06:49 2
專利名稱：分光鏡和投影型顯示單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有層疊在透明襯底上的介電多層薄膜的分光鏡，其有選擇地傳送和反射具有任意波長的光，以及投影型顯示單元，用於將在光閥上形成的光學圖象放大和投影到具有分光鏡的屏幕上。
背景技術：
通常，投影型顯示單元是眾所周知的，其根據光閥上的視頻信號形成光學圖象，以及用光照亮光學圖象以便將光學圖象放大和投影到具有投影透鏡的屏幕上，從而獲得大屏幕視頻圖象。如果使用三個光閥，對應於三原色紅、綠和藍的光束，能顯示具有高解析度和令人滿意的顏色再現的投影圖象。
使用三個光閥的投影型顯示單元通常包括光源、用於將從光源發出的光會聚到光閥上的照明光學系統、光閥、用於在照明光學路徑中，將來自光源的白光分成三原色紅、綠和藍的光束，以及將從光閥輸出的三原色的光束合成為一個光束的色彩分離和合成光學系統，以及用於將在光閥上形成的光學圖象放大和投影到屏幕上的投影透鏡。
在屏幕上顯示的投影圖象的光學性能特徵中，主要由光閥的像素的數量和投影透鏡的分辨能力來確定解析度，主要由從光源輸出的光總量、照明光學系統的會聚效率、光閥的光利用效率以及色彩分離和合成光學系統的光譜利用效率來確定光輸出，以及通過色彩分離和合成光學系統的光譜特徵確定色彩再現。
在它們中，對光輸出和色彩再現其作用的色彩分離和合成光學系統大多數具有使用反射藍光和透射紅光和綠光的藍色反射分光鏡，以及反射紅光和透射綠光和藍光的紅色反射分光鏡來將白光分成三原色紅、綠和藍的光束併合成三原色的光束的結構(例如參見JP4(1992)-372922A)。
在下文中，下面描述傳統的色彩分離和合成光學系統，其使用例如構造成來自空氣的光的入射線角47.4°的藍色反射分光鏡以及插入彼此接觸的兩個稜鏡狀的玻璃襯底間並構造成來自玻璃的光的入射角為10°的紅色反射分光鏡。
圖10A是表示藍色反射分光鏡的光譜透射比的圖，以及圖10B是表示紅色反射分光鏡的光譜透射比的圖。這兩種分光鏡具有在玻璃襯底上層疊交替循環層(alternating periodic layer)的結構，每個層包括作為低折射率層的介電薄膜以及作為高折射率層的介電薄膜，以及將具有1.46的折射率的SiO2用作低折射率層，以及將具有2.3的折射率的Nb2O5用作高折射率層。藍色反射分光鏡具有顯示出50％的透射比的波長(在下文中稱為「半值波長」)，在505nm附近，將藍光與綠光分離開來的波長帶，以及紅色反射分光鏡具有在595nm附近，將紅光與綠光分離開來的半值波長。應理解到在紅色反射分光鏡中，在半值波長附近的透射比曲線具有線性形狀，而在藍色反射分光鏡中，在半值波長附近的透射比曲線在50％透射比附近，具有階梯形狀。
為此的原因是相對於藍色反射分光鏡的光的入射角為大。更具體地說，當增大入射角時，S偏振光和P偏振光間的透射比曲線的半值波長中的差值變得更大，如圖11所示，以便其平均光具有如圖10A所示的特徵。在此，S偏振光是指偏振平面垂直於包括到分光鏡表面的法線和光的行進方向的平面的線性偏振光，以及P偏振光是指其偏振平面垂直於S偏振光的線性偏振光。
在如圖10A所示的藍色反射分光鏡的情況下，半值波長附近的光譜透射比曲線具有階梯形狀，以致在綠色側透射在藍色側的波長帶的一部分，以及在藍色側上反射在綠色側上的波長帶的一部分，這降低了每種色純度。此外，如果嘗試通過這種結構提高色純度，有必要增加例如第一色彩校正濾光器61，用於反射青色光，以及第二色彩校正濾光器62，用於反射用於調整白光的色度的黃色光，由於使用第一色彩校正濾光器61，白光的色度特徵被改變，如圖12所示，導致大大降低光譜利用效率。
因此，如果在圖10A中所示的藍色反射分光鏡中，在半值波長附近的波長分離曲線也是線性的，用與圖10B中所示的紅光反射分光鏡相同的方式，以及減小反射波長帶和透射波長帶間的分離寬度，能滿足色彩再現和光譜利用效率。
發明內容
本發明的第一目的是提供即使在大入射角的情況下，也具有令人滿意的波長分離特徵的分光鏡。此外，本發明的第二目的是提供具有投影圖象的令人滿意的色彩再現和光譜利用效率的投影型顯示單元。
為實現上述目的，本發明的第一分光鏡包括以下述順序位於透明襯底上，包括低折射率層和高折射率層的第一交替循環層、包括中間折射率層和高折射率層的第二交替循環層，以及包括低折射率層和高折射率層的第三交替循環層。中間折射率層的折射率高於低折射率層的折射率並低於高折射率層的折射率，以及中間折射率層包含用於低折射率層和高折射率層的材料。
此外，本發明的第二分光鏡包括以下述順序位於透明襯底上，包括低折射率層和高折射率層的第一交替循環層、包括低折射率層和中間高折射率層的第二交替循環層，以及包括低折射率層和高折射率層的第三交替循環層。中間折射率層的折射率高於低折射率層的折射率並低於高折射率層的折射率，以及中間折射率層包含用於低折射率層和高折射率層的材料。
此外，本發明的投影型顯示單元包括光源、作為圖象形成裝置的光閥、用於將從光源發出的光會聚到光閥上的照明光學系統、用於將來自照明光學系統的照明光分成三種主要色紅、綠和藍的光束，以及合成三種主要色的光束的色彩分離和合成光學系統，以及用於將在光閥上形成的光學圖象放大並投影到屏幕上的投影透鏡。色彩分離和合成光學系統包括本發明的上述第一和第二分光鏡的至少一個。
圖1是表示根據本發明的實施例1的藍色反射分光鏡的示意性結構的截面圖。
圖2是表示根據本發明的實施例1的藍色反射分光鏡的光譜透射比特性的圖。
圖3是表示根據本發明的一個實施例的投影型顯示單元的示意結構的視圖。
圖4是表示圖3所示的投影型顯示單元的色彩分離和合成光學系統的示意結構的視圖。
圖5是根據本發明的實施例1的投影型顯示單元的投影圖象的xy色度坐標圖。
圖6是表示根據本發明的實施例2的藍色反射分光鏡的示意結構的截面圖；圖7是表示根據本發明的實施例2的藍色反射分光鏡的光譜透射比特性的圖。
圖8是使用根據本發明的實施例2的藍色反射分光鏡的投影型顯示單元的投影圖象的xy色度坐標圖。
圖9是表示根據本發明的一個實施例的紅色反射分光鏡的光譜透射比特性的圖。
圖10A是表示傳統的藍色反射分光鏡的光譜透射比特性的圖，以及圖10B是表示傳統的紅色反射分光鏡的光譜透射比特性的圖。
圖11是表示有關傳統藍色反射分光鏡中的S偏振光和P偏振光的光譜透射比特性的圖。
圖12是表示與傳統的藍色反射分光鏡一起使用的色彩校正濾光器的光譜透射比特性的圖。
具體實施例方式
本發明的分光鏡包括第二交替循環層，包括低折射率層或高折射率層，以及包括低折射率層和高折射率層的第一和第三交替循環層間的中間折射率層。中間折射率層的折射率高於低折射率層並且低於高折射率的折射率，以及中間折射率層包含用於低折射率層和高折射率層的材料。因為此，即使在大入射角的情況下，能實現具有令人滿意的波長分離特性的分光鏡。
此外，在本發明的投影型顯示單元中，色彩分離和合成光學系統包括本發明的至少一個分光鏡。因為此，能提供具有投影圖象的令人滿意的色彩再現和光譜利用效率的投影型顯示單元。
在下文中，將參考圖1至9描述本發明的實施例。
(實施例1)圖1是表示根據本發明的實施例1的藍色反射分光鏡的示意結構的截面圖。在圖1中，標記1表示透明玻璃襯底，2表示低折射率層，3表示高折射率層，4表示中間折射率層，5表示第一交替循環層，6表示第二交替循環層，以及7表示第三交替循環層。
表1表示圖1中每層的材料和薄膜厚度。主設計波長是475nm，以及根據通過將薄膜的折射率乘以其物理薄膜厚度獲得的光學薄膜厚度，顯示錶1中的每層的薄膜厚度，其中，為主設計波長的1/4的薄膜厚度假定為1。
表1
包括低折射率層2和高折射率層3的第一交替循環層5、包括中間折射率層4和高折射率層3的第二交替循環層6，以及包括低折射率層2和高折射率層3的第三交替循環層7接連形成在透明玻璃襯底1上。第二交替循環層的循環數為9，其層的總數為18，以及第一交替循環層5和第三交替循環層7的層的總數為11。因此，總共有29層。
低折射率層2由SiO2製成並具有1.46的折射率。高折射率層3由Nb2O5製成以及具有2.3的折射率。中間折射率層4由包含低折射率層2的SiO2和高折射率層3的Nb2O5的混合層製成，並具有1.7的折射率。能通過汽相澱積形成低折射率層2和高折射率層3。此外，能同時汽相澱積SiO2和Nb2O5形成中間折射率層4，以及通過調節每個薄膜形成速度獲得所需折射率以便控制混合比。如果採用將Si襯底和Nb襯底用作汽相澱積目標的反應濺射作為薄膜形成方法，能形成具有折射率的高再現性的令人滿意的中間折射率層。
在本實施例中，Nb2O5用作高折射率層；然而，代替此，可以使用Ta2O5、TiO2、ZrO2或它們的混合物的任何一種。
第一交替循環層5和第三交替循環層7具有獲得足以反射藍光的波長帶，以及通過優化薄膜厚度，最小化在綠光和紅光的透射波長帶中生成的波紋的功能。此外，第二交替循環層6具有使藍光和綠光經受令人滿意的波長分離的功能。
圖2表示具有圖1和表1中所示的多層薄膜結構的藍光反射分光鏡的光譜透射比特性。在圖2中，實線表示本實施例的藍色反射分光鏡的光譜透射比特性，以及虛線表示圖10A中所示的傳統藍色反射分光鏡的光譜透射比。用與傳統例子相同的方式，在本實施例中，來自媒介(空氣)側的光的入射角為47.4°。如從與傳統例子的光譜透射曲線的比較可以理解到，如果使用本發明的多層薄膜結構，在半值波長附近的波長分離帶中的曲線為線性，能在藍色側反射在傳統的例子中，在綠色側上透射的陰影部分中的藍光11，以及能在綠色側透射在傳統的例子中，在藍色側上反射的陰影部分中的綠光12。
在構成如上所述的本發明的分光鏡的情況下，期望中間折射率層的折射率為1.6至1.8。在折射率小於1.6的情況下，在光譜透射比特性的波長分離帶中的曲線接近圖2中的虛線，因此不可能獲得本發明的特徵的令人滿意的波長分離特性。此外，在折射率大於1.8的情況下，相對於構成第二交替循環層6的高折射率層3的折射率的差值變小，從而不可能獲得足以反射藍光的反射波長帶。
此外，期望第二交替循環層6的循環次數為7至12。在循環數小於7的情況下，不可能獲得如在圖2所示的實施例中的令人滿意的波長分離特性。在循環數大於12的情況下，減少光譜透射比特性中的變化，因此，減少循環數增加的效果。
此外，期望第一交替循環層5和第三交替循環層7的層總數為7至12。在層總數小於7的情況下，不可能獲得足以反射藍光的反射波長帶。或不可能獲得足夠的反射率。在層總數大於12的情況下，減少光譜透射比特性中的變化，因此，減少增加層數的效果。
圖3表示在本發明的實施例1中的投影型顯示單元的示意結構。在圖23中，標記32表示光源，28表示照明光學系統，30表示色彩分離和合成稜鏡(色彩分離和合成光學系統)，31表示光閥，以及32表示投影透鏡。
在反射型光閥31中，在像素基礎上，按矩陣排列反射鏡元件，以及根據視頻信號，改變反射鏡元件的傾斜以便改變反射角，由此調製光的行進方向以便形成光學圖象。
光源23由燈21和凹面鏡22組成。凹面鏡22是反射面的橫截面形狀形成為橢圓形，並具有第一焦點和第二焦點的橢球面鏡。氙燈用作燈21。照明的中心位於凹面鏡22的第一焦點附近，以及杆狀稜鏡24的光入射面位於凹面鏡22的第二焦點的附近。此外，通過形成在玻璃襯底的內表面上透射紅外光以及反射可見光的光學多層薄膜構成凹面鏡22。
照明光學系統28由杆狀稜鏡24、聚光透鏡25、全反射鏡26和向場鏡27組成。杆狀稜鏡24是光的入射面和輸出面具有與反射型光閥31的有效顯示面相同的長寬比，並位於會聚從光源23發出的光的地方的方形稜鏡，以便杆狀稜鏡24由耐熱性良好的石英玻璃製成。在杆狀稜鏡24的入射面附近形成由凹面鏡22會聚的燈的照明範圍。對由凹面鏡22會聚的燈21的照明圖像來說，存在在接近光軸的中心附近為最亮，以及朝圓周的方向快速變暗，以致入射面上的亮度不均勻的傾向。比較起來，使入射在杆狀稜鏡24上的光通量在杆狀稜鏡24的側表面上經受多次反射，以及按反射數細微地劃分和覆蓋發光圖象，以便使杆狀稜鏡24的輸出面上的亮度均勻。因此，隨著杆狀稜鏡24中反射次數越大，使燈的發光圖象的細微劃分和覆蓋的效果增加以便提高均勻度。因此，均勻度由杆狀稜鏡24的長度而定。在本實施例中，將杆狀稜鏡24的長度設置成相對於中心照度，屏幕上圓周照度為90％或更高。
如上所述，通過將杆狀稜鏡24的輸出面設置成第二面光源，其中使亮度均勻，以及在具有會聚透鏡25和位於稍後級中的向場鏡27的反射型光閥31的有效顯示區中，以與反射型光閥31的有效顯示區匹配的放大率形成輸出面圖象，能滿足確保會聚效率和提高均勻性。
將從向場鏡27輸出的照明光入射在全反射稜鏡29上。全反射稜鏡29由兩個稜鏡組成，在稜鏡的鄰近面上形成非常薄的空氣層。空氣層的角度設置成從向場鏡27輸出的照明光以等於或高於臨界角的角度入射在空氣層上，以及從此全反射以便對角入射在反射型光閥31上，以及從光閥31反射、作為投影圖象的光(在下文中稱為ON光)以等於或低於入射在投影透鏡32上的臨界角的角度入射在空氣層上並透過空氣層。因此，通過提供全反射稜鏡29，能以緊湊尺寸構成整個光學系統。
色彩分離和合成稜鏡30位於全反射稜鏡29和反射型光閥31間，以及使用用於紅、綠和藍光的三個反射型光閥31。
在下文中，將參考圖4描述色彩分離和合成稜鏡30的結構和功能。
圖4是在圖3所示的色彩分離和合成稜鏡30的水平方向中的截面圖。色彩分離和合成稜鏡30包括三個稜鏡(第一稜鏡33、第二稜鏡34和第三稜鏡35)。在第一稜鏡33和第二稜鏡34間的接近表面上設置有藍色反射分光鏡36以及在第二稜鏡34和第三稜鏡35間的接近表面上設置有紅色反射分光鏡37。藍色反射分光鏡36是如圖1和2以及表1所示構成的一種，並形成在第一稜鏡33側上。在第一稜鏡33和第二稜鏡34間形成空氣層，以及相對於藍色反射分光鏡36，來自第一稜鏡33側的光的入射角為29°，以及該光到空氣層的輸出角為47.4°。此外，在第二稜鏡34側上形成紅色反射分光鏡37，以及第二稜鏡34和第三稜鏡35彼此粘接，期間插入有紅色反射分光鏡37。相對於紅色反射分光鏡37，來自第二稜鏡34側的光的入射角以及該光到第三稜鏡35側的輸出角均為10°。紅色反射分光鏡37具有與圖1 0B所示的傳統紅色反射分光鏡相同的光譜透射比特性。
來自全反射稜鏡29的光首先入射在藍色反射分光鏡36上，以及從此反射的藍光入射在用於藍光的藍色反射光閥31B上。然後，透過藍色反射分光鏡36的光入射在紅色反射分光鏡37上，以及從此反射的紅外入射在用於紅光的反射型光閥31R上。然後，透過藍色反射分光鏡36和紅色反射分光鏡37的綠光入射在用於綠光的反射型光閥31G上。通過各自對應的反射型光閥31B、31R和31G反射三原色的光束，然後通過藍色反射分光鏡36和紅色反射分光鏡37合成為一個光束以便入射在全反射稜鏡29上。因此，將白光分成三種顏色紅、綠和藍的光束，以及用對應於各個視頻信號的三種反射型光閥3 1B、31R和31G調製各種顏色的光束，然後合成，由此能顯示全色高清晰度投影圖象。
在入射在反射型光閥31B、31R和31G上的照明光中，對應於白色顯示的ON光透過全反射稜鏡29和投影透鏡32以便放大和投影到屏幕上(未示出)。另一方面，對應於黑色顯示的OFF光傳播到投影透鏡32的有效直徑外，並不達到該屏幕。
在圖5的xy色度坐標圖中示出了從本實施例的投影型顯示單元投影的投影圖象的色度。在圖5中，在通過連接紅、綠和藍的色度坐標獲得的三角形中，實線表示將本實施例的藍色反射分光鏡用作藍色反射分光鏡的投影圖象的特性，以及虛線表示使用傳統的藍色反射分光鏡的投影圖象的特性。三角形的更大區域表示色彩再現範圍越大。在本實施例中，連接綠到藍的線與傳統的例子相比，位於外部，因此，應理解到色彩再現範圍更大。
此外，與傳統例子相比，在本實施例中，光譜利用效率被增加約4％，因此，即使在光學輸出方面，本發明也是有利的。此外，在傳統的例子中，如果圖12所示的上述色彩校正濾光器用於實現等於本實施例的色彩再現範圍的目的，增加了光譜利用效率。因此，在本實施例中，與使用傳統例子的色彩校正濾光器的情況相比，光學輸出優於10％至15％。因此，在滿足色彩再現和光學輸出兩方面有顯著的效果。
在本實施例中，將用於調製光的行進方向的反射型光閥用作光閥。然而，即使在使用其他系統的反射型光閥或透射型光閥的情況下，使用本實施例的分光鏡的色彩分離和合成光學系統能獲得與上述相同的效果，只要光閥調製自然光。
此外，本實施例的分光鏡特別是當空氣轉換中，光的入射角為30°或更大時顯示出效果。因此，本實施例採用將三個稜鏡組合成色彩分離和合成光學系統的結構，以及在到藍色反射分光鏡的空氣轉換方面的光入射角為47.4°。然而，只要到分光鏡的空氣轉換方面的光入射角為30°或更大，即使在具有其他結構的色彩分離和合成光學系統中，也能獲得相同的效果。
(實施例2)圖6是表示本發明的實施例2中的藍色反射分光鏡的示意結構的截面圖。在圖6中，標記41表示透明玻璃襯底，42表示低折射率層，43表示高折射率層，44表示中間折射率層，45表示第一交替循環層，46表示第二交替循環層，以及47表示第三交替循環層。
表2表示圖6中每層的材料和薄膜厚度。主設計波長是475nm，以及根據通過將薄膜的折射率乘以其物理薄膜厚度獲得的光學薄膜厚度，顯示錶2中的每層的薄膜厚度，其中，為主設計波長的1/4的薄膜厚度假定為1。
表2
包括低折射率層42和高折射率層43的第一交替循環層45、包括低折射率層42和中間折射率層44的第二交替循環層46，以及包括低折射率層42和高折射率層43的第三交替循環層47接連形成在透明玻璃襯底41上。第二交替循環層46的循環數為9，其層的總數為18，以及第一交替循環層45和第三交替循環層47的層的總數為11。因此，總共有29層。
低折射率層42由SiO2製成並具有1.46的折射率。高折射率層43由Nb2O5製成以及具有2.3的折射率。中間折射率層44由包含低折射率層42的SiO2和高折射率層43的Nb2O5的混合層製成，並具有1.9的折射率。能通過汽相澱積形成低折射率層42和高折射率層43。此外，能同時汽相澱積SiO2和Nb2O5形成中間折射率層44，以及通過調節每個薄膜形成速度獲得所需折射率以便控制混合比。如果採用將Si襯底和Nb襯底用作汽相澱積目標的反應濺射作為薄膜形成方法，能形成具有折射率的高再現性的令人滿意的中間折射率層。
在本實施例中，Nb2O5用作高折射率層；然而，代替此，可以使用TiO2。
第一交替循環層45和第三交替循環層47具有獲得足以反射藍光的波長帶，以及通過優化薄膜厚度，最小化在綠光和紅光的透射波長帶中生成的波紋的功能。此外，第二交替循環層46具有使藍光和綠光經受令人滿意的波長分離的功能。
圖7表示具有圖6和表2中所示的多層薄膜結構的藍光反射分光鏡的光譜透射比特性。在圖7中，實線表示本實施例的藍色反射分光鏡的光譜透射比特性，以及虛線表示圖10A中所示的傳統藍色反射分光鏡的光譜透射比。用與傳統例子相同的方式，在本實施例中，來自媒介(空間)側的光的入射角為47.4°。如從與傳統例子的光譜透射曲線的比較可以理解到，即使在本實施例的多層薄膜結構中，在半值波長附近的波長分離帶中的曲線為線性，能在藍色側反射在傳統的例子中，在綠色側上透射的陰影部分中的藍光51，以及能在綠色側透射在藍色側上反射的陰影部分中的綠光52。
在構成如上所述的本實施例的分光鏡的情況下，期望中間折射率層44的折射率為1.8至2.0。在折射率小於1.8的情況下，在光譜透射比特性的波長分離帶中的曲線接近圖6中的虛線，因此不可能獲得本發明的特徵的令人滿意的波長分離特性。此外，在折射率大於2.0的情況下，相對於構成第二交替循環層46的低折射率層42的折射率的差值變小，從而不可能獲得足以反射藍光的反射波長帶。
此外，期望第二交替循環層46的循環次數為7至12。在循環數小於7的情況下，不可能獲得如在圖7所示的本實施例中的令人滿意的波長分離特性。在循環數大於12的情況下，減少光譜透射比特性中的變化，因此，減少循環數增加的效果。
此外，期望第一交替循環層45和第三交替循環層47的層總數為7至12。在層總數小於7的情況下，不可能獲得足以反射藍光的反射波長帶。或不可能獲得足夠的反射率。在層總數大於12的情況下，減少光譜透射比特性中的變化，因此，減少增加層數的效果。
圖8的xy色度坐標圖表示在將本實施例的藍色反射分光鏡用作在實施例1中所述的圖3的投影型顯示單元的圖4所示的色彩分離和合成稜鏡30中的藍色反射分光鏡36的情況下的投影圖象的色度。
在圖8中，在通過連接紅、綠和藍的色度坐標獲得的三角形中，實線表示將本實施例的藍色反射分光鏡用作藍色反射分光鏡的投影圖象的特性，以及虛線表示使用傳統的藍色反射分光鏡的投影圖象的特性。即使在本實施例中，連接綠到藍的線與傳統的例子相比，位於外部，因此，應理解到色彩再現範圍更大。
此外，相比於傳統例子，在本實施例中，光譜利用效率被增加約2％，因此，即使在光學輸出方面，本實施例也是有利的。此外，用與實施例1相同的方式，在傳統的例子中，如果圖12所示的色彩校正濾光器用於實現等於本實施例的色彩再現範圍的目的，降低了光譜利用效率。因此，在本實施例中，與使用傳統例子的色彩校正濾光器的況相比，光學輸出有利地增大了10％至15％。因此，在滿足色彩再現和光學輸出兩方面有顯著的效果。
本發明的分光鏡特別是當空氣轉換中，光的入射角為30°或更大時顯示出效果。因此，本實施例採用將三個稜鏡組合成色彩分離和合成光學系統的結構，以及在到藍色反射分光鏡的空氣轉換方面的光入射角為47.4°。然而，只要到分光鏡的空氣轉換方向的光入射角為30°或更大，即使在具有其他結構的色彩分離和合成光學系統中，也能獲得相同的效果。
圖9表示用與上述實施例1和2的藍色反射分光鏡的情形相同的方式，具有空氣轉換中47.4°的光入射角的紅色反射分光鏡的示例性光譜透射比特性。圖9中的實線表示如在上述實施例1和2中所述，包括中間折射率層的三個交替循環層的多層薄膜組成的紅色反射分光鏡的特性，以及虛線表示用與傳統例子相同的方式，僅由兩種折射層的交替循環層組成的紅色反射分光鏡的特性。應理解到，在用實線表示的本發明的紅色反射分光鏡中，在半值波長附近的波長分離帶中的曲線是線性的。在實施例1和2的任何一個中，已經示出了將本發明應用於藍色反射分光鏡的情形。然而，如從圖9理解到，在空氣轉換方面，本發明可應用於具有大的光入射角的紅色反射分光鏡，以及即使在這種情況下，也能獲得如在上述實施例1和2中相同的效果。
上述實施例的任何一個意圖在於闡述本發明的技術內容。本發明不是通過限定到這些特定的例子來解釋，以及能通過本發明的精神和權利要求書的範圍內改變來執行。因此，應當在廣義上解釋本發明。
權利要求
1.一種分光鏡，包括以下述順序位於透明襯底上，包括低折射率層和高折射率層的第一交替循環層、包括中間折射率層和所述高折射率層的第二交替循環層，以及包括所述低折射率層和所述高折射率層的第三交替循環層，其中，所述中間折射率層的折射率高於所述低折射率層的折射率並低於所述高折射率層的折射率，以及所述中間折射率層包含用於所述低折射率層和所述高折射率層的材料。
2.如權利要求1所述的分光鏡，其中，所述中間折射率層的折射率為1.6至1.8。
3.如權利要求1所述的分光鏡，其中，所述第二交替循環層的循環數為7至12，以及所述第一交替循環層和所述第三交替循環層的層的總數為7至12。
4.如權利要求1所述的分光鏡，其中，所述低折射率層由SiO2製成，以及所述高折射率層是Nb2O5、Ta2O5、TiO2和ZrO2或它們的混合物的任何一個種。
5.一種投影型顯示單元，包括光源、作為圖象形成裝置的光閥、用於將從所述光源發出的光會聚到所述光閥上的照明光學系統、用於將來自所述照明光學系統的照明光分成三原色紅、綠和藍的光束，以及合成三原色的光束的色彩分離和合成光學系統，以及用於將在所述光閥上形成的光學圖象放大並投影到屏幕上的投影透鏡，其中，所述色彩分離和合成光學系統包括至少一個如權利要求1所述的分光鏡。
6.如權利要求5所述的投影型顯示單元，其中，所述色彩分離和合成光學系統包括藍色反射分光鏡和紅色反射分光鏡，以及相對於所述分光鏡的至少一個，來自媒介側的光束的入射角為30°或更大。
7.一種分光鏡，包括以下述順序位於透明襯底上，包括低折射率層和高折射率層的第一交替循環層、包括所述低折射率層和中間高折射率層的第二交替循環層，以及包括所述低折射率層的折射率和所述高折射率層的第三交替循環層，其中，所述中間折射率層的折射率高於所述低折射率層並低於所述高折射率層的折射率，以及所述中間折射率層包含用於所述低折射率層和所述高折射率層的材料。
8.如權利要求7所述的分光鏡，其中，所述中間折射率層的折射率為1.8至2。
9.如權利要求7所述的分光鏡，其中，所述第二交替循環層的循環數為7至12，以及所述第一交替循環層和所述第三交替循環層的層的總數為7至12。
10.如權利要求7所述的分光鏡，其中，所述低折射率層由SiO2製成，以及所述高折射率層是Nb2O5和TiO2的任何一個種。
11.一種投影型顯示單元，包括光源、作為圖象形成裝置的光閥、用於將從所述光源發出的光會聚到所述光閥上的照明光學系統、用於將來自所述照明光學系統的照明光分成三原色紅、綠和藍的光束，以及合成三原色的光束的色彩分離和合成光學系統，以及用於將在所述光閥上形成的光學圖象放大並投影到屏幕上的投影透鏡，其中，所述色彩分離和合成光學系統包括至少一個如權利要求7所述的分光鏡。
12.如權利要求11所述的投影型顯示單元，其中，所述色彩分離和合成光學系統包括藍色反射分光鏡和紅色反射分光鏡，以及相對於所述分光鏡的至少一個，來自媒介側的光束的入射角為30°或更大。
全文摘要
在透明襯底(1)上，按下述順序位提供包括低折射率層(2)和高折射率層(3)的第一交替循環層(5)、包括低折射率層(2)或高折射率層(3)和中間折射率層(4)的第二交替循環層(6)，以及包括低折率層(2)和高折射率層(3)的第三交替循環層(7)。中間折射率層(4)的折射率高於低折率層(2)並低於高折射率層(3)的折射率。此外，中間折射率層(4)包含用於低折率層(2)和高折射率層(3)的材料。由此構成的分光鏡在透射波長帶和反射波長帶間具有窄的色彩分離帶，因此具有令人滿意的色彩分離效果。因此，使用分光鏡的投影型顯示單元提供令人滿意的色彩再現同時保持高光譜利用效率。
文檔編號G02B5/28GK1646951SQ0380755
公開日2005年7月27日 申請日期2003年3月28日 優先權日2002年4月1日
發明者三戶真也 申請人:松下電器產業株式會社