JPH11101913A - 光学素子 - Google Patents
光学素子Info
- Publication number
- JPH11101913A JPH11101913A JP9263384A JP26338497A JPH11101913A JP H11101913 A JPH11101913 A JP H11101913A JP 9263384 A JP9263384 A JP 9263384A JP 26338497 A JP26338497 A JP 26338497A JP H11101913 A JPH11101913 A JP H11101913A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多層膜への入射角の変化に対する光透過率特
性の波長方向の変化が小さい光学素子を得る。 【解決手段】 光学基板11(例えば、ガラス基板、ガ
ラスプリズム等)の表面に、屈折率が2.0以上の高屈
折率膜と屈折率が1.6以下の低屈折率膜を交互に積層
してなる光学多層膜12を形成して構成され、高屈折率
膜の屈折率をnH、低屈折率膜の屈折率をnL、高屈折
率膜の膜厚をdH、低屈折率膜の膜厚をdLとした場合
に、周期的な構成をもつ主な膜の光学的膜厚の比が、 (nH×dH)/(nL×dL)≧2 ・・・
(1) となる。
性の波長方向の変化が小さい光学素子を得る。 【解決手段】 光学基板11(例えば、ガラス基板、ガ
ラスプリズム等)の表面に、屈折率が2.0以上の高屈
折率膜と屈折率が1.6以下の低屈折率膜を交互に積層
してなる光学多層膜12を形成して構成され、高屈折率
膜の屈折率をnH、低屈折率膜の屈折率をnL、高屈折
率膜の膜厚をdH、低屈折率膜の膜厚をdLとした場合
に、周期的な構成をもつ主な膜の光学的膜厚の比が、 (nH×dH)/(nL×dL)≧2 ・・・
(1) となる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、投射型表示装置等
に用いられ、入射した光を赤、緑、青に分離するため等
のために用いられるダイクロイックミラーと称されるよ
うな光学素子に関する。
に用いられ、入射した光を赤、緑、青に分離するため等
のために用いられるダイクロイックミラーと称されるよ
うな光学素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より用いられている投射型表示装置
の光路構成の一例を図5に示しており、この装置では、
光源51からの白色光が集光レンズ系52を通って第1
ダイクロイックミラー53に照射される。第1ダイクロ
イックミラー53は赤色光を反射し、緑色および青色光
を透過させるミラーであり、赤色光Rのみが反射されて
取り出される。一方第1ダイクロイックミラー53を透
過した緑色光Gおよび青色光Bは第2ダイクロイックミ
ラー55に至り、ここで青色光Bのみが反射され、緑色
光Gはこれを透過する。これにより光源51からの白色
光が赤、緑、青色光R,G,Bに分離される。
の光路構成の一例を図5に示しており、この装置では、
光源51からの白色光が集光レンズ系52を通って第1
ダイクロイックミラー53に照射される。第1ダイクロ
イックミラー53は赤色光を反射し、緑色および青色光
を透過させるミラーであり、赤色光Rのみが反射されて
取り出される。一方第1ダイクロイックミラー53を透
過した緑色光Gおよび青色光Bは第2ダイクロイックミ
ラー55に至り、ここで青色光Bのみが反射され、緑色
光Gはこれを透過する。これにより光源51からの白色
光が赤、緑、青色光R,G,Bに分離される。
【0003】これら三色の光R,G,Bは全反射ミラー
54a,54bの反射を利用して、図示のように、それ
ぞれ赤、緑、青色を有したフィルム56,57,58を
通過して、赤、緑、青色画像を有した光が作られる。そ
して、赤および青色画像を有した光はそれぞれ全反射ミ
ラー59,60により反射され、ダイクロイックプリズ
ム61に集められて緑色画像を有した光と一緒になり、
投影レンズ系62を介して射出され、カラー画像が表示
される。なお、ダイクロイックプリズム61の第1反射
面61aは赤色光を反射して緑および青色光を透過さ
せ、第2反射面61bは青色光を反射して赤および緑色
光を透過させる。
54a,54bの反射を利用して、図示のように、それ
ぞれ赤、緑、青色を有したフィルム56,57,58を
通過して、赤、緑、青色画像を有した光が作られる。そ
して、赤および青色画像を有した光はそれぞれ全反射ミ
ラー59,60により反射され、ダイクロイックプリズ
ム61に集められて緑色画像を有した光と一緒になり、
投影レンズ系62を介して射出され、カラー画像が表示
される。なお、ダイクロイックプリズム61の第1反射
面61aは赤色光を反射して緑および青色光を透過さ
せ、第2反射面61bは青色光を反射して赤および緑色
光を透過させる。
【0004】このようにして用いられるダイクロイック
ミラー及びプリズムの一例として、図6に赤色光を反射
し、緑および青色光を透過させるタイプのダイクロイッ
クプリズムの構成例を示す。このプリズム70は、BK
7ガラスにて作られた45度プリズム71の片側に、光
学多層膜72が設けられ、もう片方のプリズム74と光
学的接着剤73により接合された構成である。光学多層
膜72は、屈折率2.2のTiO2膜と屈折率1.47の
SiO2膜の交互層からなり所望のダイクロイック特性を
得るため、周期構成の膜の厚みは、位相厚さ(n×d×
cosθ)がおよそ反射波長の1/4となるように調整さ
れている。なお、nは膜の屈折率、dは膜の厚み、θは
ガラスからの入射角が45度の場合の膜中の光の角度で
ある。
ミラー及びプリズムの一例として、図6に赤色光を反射
し、緑および青色光を透過させるタイプのダイクロイッ
クプリズムの構成例を示す。このプリズム70は、BK
7ガラスにて作られた45度プリズム71の片側に、光
学多層膜72が設けられ、もう片方のプリズム74と光
学的接着剤73により接合された構成である。光学多層
膜72は、屈折率2.2のTiO2膜と屈折率1.47の
SiO2膜の交互層からなり所望のダイクロイック特性を
得るため、周期構成の膜の厚みは、位相厚さ(n×d×
cosθ)がおよそ反射波長の1/4となるように調整さ
れている。なお、nは膜の屈折率、dは膜の厚み、θは
ガラスからの入射角が45度の場合の膜中の光の角度で
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来のダイ
クロイックミラーは、入射角が振れるとその分光透過率
や反射率特性が大きく変化し、透過および反射する光の
波長成分が変化してしまうという問題がある。図6の構
成をもつプリズム型のダイクロイックミラー70におい
て、ガラス71から多層膜への入射光Rの入射角αを4
0度、45度、50度とした場合のS偏光分光透過率特
性を図7に示す。この図から分かるように、入射角αが
変化することにより、分光透過率が波長方向で大きく変
化する。このようなプリズム型のダイクロイックミラー
を投射型表示装置に使用した場合、入射角度が異なる領
域毎に反射波長範囲が異なり、表示される画像に、カラ
ーシェーディングと呼ばれる色ムラや輝度のムラが発生
するという問題がある。なお、図7ではS偏光分光につ
いて示しているが、入射角αの変化に対する透過率特性
がS偏光について最も顕著に現れるためである。
クロイックミラーは、入射角が振れるとその分光透過率
や反射率特性が大きく変化し、透過および反射する光の
波長成分が変化してしまうという問題がある。図6の構
成をもつプリズム型のダイクロイックミラー70におい
て、ガラス71から多層膜への入射光Rの入射角αを4
0度、45度、50度とした場合のS偏光分光透過率特
性を図7に示す。この図から分かるように、入射角αが
変化することにより、分光透過率が波長方向で大きく変
化する。このようなプリズム型のダイクロイックミラー
を投射型表示装置に使用した場合、入射角度が異なる領
域毎に反射波長範囲が異なり、表示される画像に、カラ
ーシェーディングと呼ばれる色ムラや輝度のムラが発生
するという問題がある。なお、図7ではS偏光分光につ
いて示しているが、入射角αの変化に対する透過率特性
がS偏光について最も顕著に現れるためである。
【0006】本発明はこのような問題に鑑みたもので、
多層膜への入射角の変化に対する光透過率特性の波長方
向の変化(もしくは相違)を小さくできるような光学素
子(ダイクロイックミラーもしくはプリズム)を提供す
ることを目的とする。
多層膜への入射角の変化に対する光透過率特性の波長方
向の変化(もしくは相違)を小さくできるような光学素
子(ダイクロイックミラーもしくはプリズム)を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明に係る光学素子は、光学基板(例えば、ガラ
ス基板、ガラスプリズム等)の表面に、屈折率が2.0
以上の高屈折率膜と屈折率が1.6以下の低屈折率膜を
交互に積層してなる光学多層膜を形成して構成され、高
屈折率膜の屈折率をnH、低屈折率膜の屈折率をnL、
高屈折率膜の膜厚をdH、低屈折率膜の膜厚をdLとし
た場合に、周期的な構成をもつ主な膜の光学的膜厚の比
が式(1)を満足する。
め、本発明に係る光学素子は、光学基板(例えば、ガラ
ス基板、ガラスプリズム等)の表面に、屈折率が2.0
以上の高屈折率膜と屈折率が1.6以下の低屈折率膜を
交互に積層してなる光学多層膜を形成して構成され、高
屈折率膜の屈折率をnH、低屈折率膜の屈折率をnL、
高屈折率膜の膜厚をdH、低屈折率膜の膜厚をdLとし
た場合に、周期的な構成をもつ主な膜の光学的膜厚の比
が式(1)を満足する。
【0008】
【数1】 (nH×dH)/(nL×dL)≧2 ・・・(1)
【0009】上述のように、従来の光学素子も光学基板
の表面に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層してな
る光学多層膜を形成して構成されているが、この光学多
層膜における膜の厚みは、位相厚さ(=n×d×cos
θ)が反射波長の1/4になるように設定されており、
(nH×dH)/(nL×dL)≦1.0という関係に
設定されていた。これに対して本願発明の光学素子の場
合には、上記(1)の関係を満足するように設定するも
のであり、このように設定することにより、多層膜への
入射角の変化に対する光透過率特性の波長方向の変化
(もしくは相違)を従来に比べて小さくすることができ
た。
の表面に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層してな
る光学多層膜を形成して構成されているが、この光学多
層膜における膜の厚みは、位相厚さ(=n×d×cos
θ)が反射波長の1/4になるように設定されており、
(nH×dH)/(nL×dL)≦1.0という関係に
設定されていた。これに対して本願発明の光学素子の場
合には、上記(1)の関係を満足するように設定するも
のであり、このように設定することにより、多層膜への
入射角の変化に対する光透過率特性の波長方向の変化
(もしくは相違)を従来に比べて小さくすることができ
た。
【0010】なお、この場合における高屈折率膜の材料
としては、TiO2、Ta2O5、ZrO2、ZnSのいずれか
を主成分とするものがあり、低屈折率膜の材料としては
MgF2、SiO2、SiO、Al2O3のいずれかを主成分
とするものがある。また、このようにして構成される光
学素子は、光学多層膜により入射した光から、赤、緑、
青の少なくともいずれか一つを分離するダイクロイック
特性を有し、いわゆるダイクロイックミラーもしくはプ
リズムを構成する。
としては、TiO2、Ta2O5、ZrO2、ZnSのいずれか
を主成分とするものがあり、低屈折率膜の材料としては
MgF2、SiO2、SiO、Al2O3のいずれかを主成分
とするものがある。また、このようにして構成される光
学素子は、光学多層膜により入射した光から、赤、緑、
青の少なくともいずれか一つを分離するダイクロイック
特性を有し、いわゆるダイクロイックミラーもしくはプ
リズムを構成する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態について説明する。図1に本発明の第1
の実施形態として、ダイクロイックプリズム10の構成
を示す。このダイクロイックプリズム10は、BK7ガ
ラスにて作られた45度プリズム11の片側に、光学多
層膜12が設けられ、もう片方のプリズム14と光学的
接着剤13により接合された構成を有する。この光学多
層膜12においては、高屈折率膜として屈折率2.2の
TiO2、低屈折率膜としては屈折率1.47のSiO2を
用いている。またダイクロイック特性のための周期構成
の膜の光学的厚みは、高屈折率膜で312nm、低屈折
率膜で56nmとなっており、この光学多層膜12にお
ける高屈折率膜および低屈折率膜の光学的膜厚の比(n
H×dH)/(nL×dL)=5.6であり、上記条件
式(1)を十分に満足する。
ましい実施形態について説明する。図1に本発明の第1
の実施形態として、ダイクロイックプリズム10の構成
を示す。このダイクロイックプリズム10は、BK7ガ
ラスにて作られた45度プリズム11の片側に、光学多
層膜12が設けられ、もう片方のプリズム14と光学的
接着剤13により接合された構成を有する。この光学多
層膜12においては、高屈折率膜として屈折率2.2の
TiO2、低屈折率膜としては屈折率1.47のSiO2を
用いている。またダイクロイック特性のための周期構成
の膜の光学的厚みは、高屈折率膜で312nm、低屈折
率膜で56nmとなっており、この光学多層膜12にお
ける高屈折率膜および低屈折率膜の光学的膜厚の比(n
H×dH)/(nL×dL)=5.6であり、上記条件
式(1)を十分に満足する。
【0012】この第1実施形態の光学多層膜12のS偏
光分光透過率を図2に示す。この図2を従来例を示す図
7と比較すれば良く分かるように、入射角αの変化に対
する透過率の波長方向の変化が従来例に比較し格段に改
善されていることがわかる。参考までに、従来例(図6
のダイクロイックプリズム70)の周期構成の膜の光学
的厚みは、高屈折率膜で206nm、低屈折率膜で26
2nmとなっていて、その光学多層膜72における光学
的膜厚の比は0.79である。
光分光透過率を図2に示す。この図2を従来例を示す図
7と比較すれば良く分かるように、入射角αの変化に対
する透過率の波長方向の変化が従来例に比較し格段に改
善されていることがわかる。参考までに、従来例(図6
のダイクロイックプリズム70)の周期構成の膜の光学
的厚みは、高屈折率膜で206nm、低屈折率膜で26
2nmとなっていて、その光学多層膜72における光学
的膜厚の比は0.79である。
【0013】ここで、図2に示すように、青色光Bの波
長範囲は約490nmまでであり、緑色光Gの波長範囲
は約500〜580nmであり、赤色光Rの波長範囲は
約590以上である。このような光を、本発明に係るダ
イクロイックプリズム10に照射すると、青および緑色
光B,Gが透過し、赤色光Rのみが反射される。しか
も、入射角αの変化に対する反射波長領域の変動が小さ
いため、このダイクロイックプリズム10を用いた投射
型表示装置等の場合には、カラーシェーディングの発生
が少なくなる。
長範囲は約490nmまでであり、緑色光Gの波長範囲
は約500〜580nmであり、赤色光Rの波長範囲は
約590以上である。このような光を、本発明に係るダ
イクロイックプリズム10に照射すると、青および緑色
光B,Gが透過し、赤色光Rのみが反射される。しか
も、入射角αの変化に対する反射波長領域の変動が小さ
いため、このダイクロイックプリズム10を用いた投射
型表示装置等の場合には、カラーシェーディングの発生
が少なくなる。
【0014】次に、図3に本発明の第2の実施形態とし
て、ダイクロイックミラー20の構成を示す。このダイ
クロイックミラー20は、BK7ガラスで作られたプレ
ート21の上に光学多層膜22が施された構成を有す
る。この場合にも、高屈折率膜として屈折率2.2のT
iO2、低屈折率膜として屈折率1.47のSiO2を用い
ている。またダイクロイック特性のための周期構成の膜
の光学的厚みは、高屈折率膜で244nm、低屈折率膜
で44nmとなっており、この光学多層膜22における
高屈折率膜および低屈折率膜の光学的膜厚の比(nH×
dH)/(nL×dL)=5.55であり、上記条件式
(1)を十分に満足する。
て、ダイクロイックミラー20の構成を示す。このダイ
クロイックミラー20は、BK7ガラスで作られたプレ
ート21の上に光学多層膜22が施された構成を有す
る。この場合にも、高屈折率膜として屈折率2.2のT
iO2、低屈折率膜として屈折率1.47のSiO2を用い
ている。またダイクロイック特性のための周期構成の膜
の光学的厚みは、高屈折率膜で244nm、低屈折率膜
で44nmとなっており、この光学多層膜22における
高屈折率膜および低屈折率膜の光学的膜厚の比(nH×
dH)/(nL×dL)=5.55であり、上記条件式
(1)を十分に満足する。
【0015】この第2実施形態の光学多層膜22のS偏
光分光透過率を図4に示す。この図4を従来例を示す図
7と比較すれば良く分かるように、入射角αの変化に対
する透過率の波長方向の変化が従来例に比較し格段に改
善されていることがわかる。このため、このダイクロイ
ックミラー20を用いた投射型表示装置等の場合にも、
カラーシェーディングの発生が少なくなる。このダイク
ロイックミラー20の透過率は、緑色光Gの波長範囲で
ある約500〜580nmの範囲において高い反射率を
示しており、このダイクロイックミラー20を用いれ
ば、緑色光Gのみを効果的に反射させ、青色光Bと赤色
光Rとは透過させることができる。
光分光透過率を図4に示す。この図4を従来例を示す図
7と比較すれば良く分かるように、入射角αの変化に対
する透過率の波長方向の変化が従来例に比較し格段に改
善されていることがわかる。このため、このダイクロイ
ックミラー20を用いた投射型表示装置等の場合にも、
カラーシェーディングの発生が少なくなる。このダイク
ロイックミラー20の透過率は、緑色光Gの波長範囲で
ある約500〜580nmの範囲において高い反射率を
示しており、このダイクロイックミラー20を用いれ
ば、緑色光Gのみを効果的に反射させ、青色光Bと赤色
光Rとは透過させることができる。
【0016】なお、上記実施形態において、高屈折率膜
の材料としては、TiO2、を用い、低屈折率膜の材料と
してSiO2を用いているが、これら材料に限られるもの
ではなく、高屈折率膜の材料としてはTa2O5、Zr
O2、ZnSのいずれかを主成分とするものを用いてもよ
く、また、低屈折率膜の材料としては MgF2、SiO、
Al2O3のいずれかを主成分とするものを用いてもよ
い。
の材料としては、TiO2、を用い、低屈折率膜の材料と
してSiO2を用いているが、これら材料に限られるもの
ではなく、高屈折率膜の材料としてはTa2O5、Zr
O2、ZnSのいずれかを主成分とするものを用いてもよ
く、また、低屈折率膜の材料としては MgF2、SiO、
Al2O3のいずれかを主成分とするものを用いてもよ
い。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光学基板(例えば、ガラス基板、ガラスプリズム等)の
表面に形成される光学多層膜において、周期的な構成を
もつ主な膜の光学的膜厚の比が上述の条件式(1)を満
足するようにして光学素子が構成されているため、多層
膜への入射角の変化に対する光透過率特性の波長方向の
変化(もしくは相違)を従来に比べて小さくすることが
可能となった。このようなダイクロイックミラーを投射
型表示装置に使用した場合、カラーシェーディングと呼
ばれる色ムラや輝度のムラの発生を抑えることが可能と
なる。
光学基板(例えば、ガラス基板、ガラスプリズム等)の
表面に形成される光学多層膜において、周期的な構成を
もつ主な膜の光学的膜厚の比が上述の条件式(1)を満
足するようにして光学素子が構成されているため、多層
膜への入射角の変化に対する光透過率特性の波長方向の
変化(もしくは相違)を従来に比べて小さくすることが
可能となった。このようなダイクロイックミラーを投射
型表示装置に使用した場合、カラーシェーディングと呼
ばれる色ムラや輝度のムラの発生を抑えることが可能と
なる。
【図1】本発明の第1実施形態に係るダイクロイックプ
リズムの構成図である。
リズムの構成図である。
【図2】このダイクロイックプリズムにおけるS偏光分
光透過率を示すグラフである。
光透過率を示すグラフである。
【図3】本発明の第2実施形態に係るダイクロイックミ
ラーの構成図である。
ラーの構成図である。
【図4】このダイクロイックミラーにおけるS偏光分光
透過率を示すグラフである。
透過率を示すグラフである。
【図5】ダイクロイックミラーおよびプリズムを用いた
投射型表示装置の一例を示す構成図である。
投射型表示装置の一例を示す構成図である。
【図6】従来のダイクロイックプリズムの構成図であ
る。
る。
【図7】従来のダイクロイックプリズムにおけるS偏光
分光透過率を示すグラフである。
分光透過率を示すグラフである。
10,61 ダイクロイックプリズム 12,22 光学多層膜 13 光学接着剤 20,53,55 ダイクロイックミラー 51 光源
Claims (3)
- 【請求項1】 光学基板表面に、屈折率が2.0以上の
高屈折率膜と屈折率が1.6以下の低屈折率膜を交互に
積層してなる光学多層膜を形成して構成される光学素子
において、 高屈折率膜の屈折率をnH、低屈折率膜の屈折率をn
L、高屈折率膜の膜厚をdH、低屈折率膜の膜厚をdL
とした場合に、周期的な構成をもつ主な膜の光学的膜厚
の比が 式 : (nH×dH)/(nL×dL)≧2 を満足することを特徴とする光学素子。 - 【請求項2】 前記高屈折率膜がTiO2、Ta2O5、Zr
O2、ZnSのいずれかを主成分とし、前記低屈折率膜が
MgF2、SiO2、SiO、Al2O3のいずれかを主成分と
する請求項1に記載の光学素子 - 【請求項3】 前記光学多層膜により入射した光から、
赤、緑、青の少なくともいずれか一つを分離するダイク
ロイック特性を有することを特徴とする請求項1もしく
は2に記載の光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9263384A JPH11101913A (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9263384A JPH11101913A (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11101913A true JPH11101913A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17388747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9263384A Pending JPH11101913A (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11101913A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003083528A1 (en) * | 2002-04-01 | 2003-10-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dichroic mirror and projection type display unit |
| EP1227358A3 (en) * | 2001-01-25 | 2004-03-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical element and liquid crystal projector and camera using the same |
| JP2008015240A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Olympus Corp | 光学素子、この光学素子を備える2板ユニット、撮像機器、及び内視鏡 |
| JP2009042763A (ja) * | 2007-08-12 | 2009-02-26 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc | 狭い帯域の全方向性反射体および構造色としてのそれらの使用 |
| JP2011257755A (ja) * | 2010-06-04 | 2011-12-22 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc | 全方向反射器 |
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