JP2001512844A

JP2001512844A - レンズ補正ユニットを有するズーム投影レンズ

Info

Publication number: JP2001512844A
Application number: JP2000506550A
Authority: JP
Inventors: モスコヴィッチ，ジャコブ
Original assignee: ユーエスプレシジョンレンズインコーポレイテッド
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2001-08-28
Also published as: CN1265743A; KR20010022569A; EP1010022A4; TW392076B; EP1010022A1; WO1999008138A1; US6417971B1; CN1132020C; KR100570391B1

Abstract

(57)【要約】ＬＣＤまたはＤＭＤパネルとともに使用するためのズーム投影レンズが提供される。レンズは２つのユニットＵ１及びＵ２を有し、これらのユニットはズームのため互いに対して位置が変えられる。レンズはまた、ＬＣＤまたはＤＭＤ（ＰＰ）から固定された距離に補正ユニット（ＣＲ）も有する。色補正ダブレットであってよい補正ユニットは、レンズの物体（パネル）側端に位置し、光屈折力が弱い。補正ユニットにより、投影レンズの複雑さまたはコストを過度に大きくすることなく、高水準の歪及び縦色補正ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野本発明は投影レンズに関し、特に、なかでも液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）また
はデジタルミラー素子（ＤＭＤ）のような、画素で構成されている物体の映像を
形成するために用い得る、ズーム投影レンズに関する。

【０００２】発明の背景投影レンズ系（本明細書では“投影系”とも称する）は、表示スクリーン上に
物体の映像を形成するために用いられる。このような投影系の基本的な構造は図
６に示され、ここで１０は光源（例えばタングステン−ハロゲンランプ），１２
は光源の像（以降照明系の“出力”と称する）を形成する照明光学系，１４は投
影されるべき物体（例えば、オン及びオフ状態にある画素のマトリックス）、さ
らに１３は複数のレンズ素子からなり、表示スクリーン１６上に物体１４の拡大
像を形成する投影レンズである。図６は、照明系の出力がパネルの背面にあたり
、透明になっている画素を通過するＬＣＤパネルの場合について描かれている。
一方ＤＭＤの動作は反射によるものであり、よって照明系の出力はプリズムまた
は同様の素子によりパネルの前面への経路をとる。

【０００３】物体が画素分割型パネルである投影レンズ系は、データ表示装置を含む多様な
用途で用いられる。このような投影レンズ系は、例えば赤色、緑色及び青色の画
素を有する単葉パネル、あるいはそれぞれの色について１枚ずつパネルをもつ３
葉パネルいずれかの像を形成する単式投影レンズを用いることが好ましい。１枚
が２つの色、例えば赤色及び緑色に対応し、もう１枚が１つの色、例えば青色に
対応する、２葉パネルが用いられることもある。回転するフィルタホイールまた
は同様の素子が２色パネルに付随し、パネルにはフィルタと同期して２色のそれ
ぞれに対する情報が交互に与えられる。

【０００４】少なくとも以下の特性を同時に有する、画素分割型パネルとともにも使用する
ための投影レンズが技術上必要とされている：（１）最大有効焦点距離と最小有
効焦点距離の間をズームする能力；（２）長い後部焦点距離（作動距離）；（３
）高水準の色補正；（４）低歪；及び（５）温度変化に対する高安定性。

【０００５】スクリーンの寸法が変わっても、ホールの大きさが違っていても、投影レンズ
系の構成部品を全く交換する必要なく使用できることから、ある範囲の焦点距離
にわたって有効に作動し得る投影レンズが望ましい。当然、作動焦点距離範囲全
体にわたってレンズ設計を過度に複雑にすることなく高水準の収差補正を維持す
ることが挑戦すべき課題となる。

【０００６】後部焦点距離、すなわち最終レンズ面から画素分割型パネルまでの距離は、特
に複葉パネルが用いられる場合に、レンズ系が表示スクリーンに向けて投影する
それぞれの色の光路からの光の結合に用いられる光学素子、例えばフィルタ、ダ
イクロイックビームスプリッタ、ビームスプリットプリズム等を収容するために
長くなければならない。さらに後部焦点距離が長ければ、比較的大きな出力距離
に対して照明系の出力を投影レンズの近傍にもっていくことができる。出力距離
が比較的大きいことは、ＬＣＤパネルの場合に特に重要な、画素分割型パネルに
おける比較的浅い光導入角を得られるので望ましい。

【０００７】色収差は画素のにじみとして、あるいは極端な場合には、像からの画素の完全
な欠落として、画素分割型パネルの像で容易に見ることができるので、高水準の
色補正が重要である。上記諸問題は一般に視野端で最も顕著である。

【０００８】縦色、コマ色変動、及び一般に最も重大な課題である非点色収差を含む、投影
系の色収差の全てが扱われなければならない。縦色、すなわち色による倍率変動
は、特に視野端でコントラストの低下として表われるため、特に厄介である。極
端な場合には、全視野領域でレインボー効果が見られる。

【０００９】陰極線管（ＣＲＴ）を用いる投影系では、少量の（残留）縦色は、例えば青色
ＣＲＴ面上につくられる像に比べて赤色ＣＲＴ面上につくられる像を縮小するこ
とにより、電気的に補償することができる。しかし画素分割型パネルでは、像が
デジタル化され、よって全視野にかけて大きさを無段階調節することは不可能で
あるため、上記のような調節を行うことはできない。よって投影レンズにはより
高水準の縦色補正が必要である。

【００１０】データ表示に画素分割型パネルを使用するためには、歪補正に関して厳しい条
件が課せられる。これは、データを見る際にはレンズ視野の最端点においてさえ
十分な画像品質が要求されるからである。明らかに、視野の端に表示される数字
または文字の像が視野中央におけると全く同様に無歪であることが重要である。
さらに、投影レンズはオフセットパネルとともに用いられることが多く、第１か
ら第５の実施例のレンズはそのような用途に向けて設計されている。そのような
場合、表示スクリーンにおける歪はスクリーンの中心を通る水平線に関して対称
的には変化せず、例えばスクリーンの上端から下端にかけて単調に増加する。こ
の効果は程度は小さくとも見る人には容易にわかる歪を生じさせる。

【００１１】低歪及び高水準の色補正は、ウインドウズタイプのコンピュータインターフェ
ースの拡大像が表示スクリーンに投影される場合に特に重要である。平行線、縁
取りされたコマンド及びダイアローグボックス、及び複雑な配色をもつ、このよ
うなインターフェースは歪及び色に関する実質的なテストパターンである。この
ようなインターフェースの像における歪あるいは色収差は低レベルであっても、
ユーザは容易に気づき、いやがる。

【００１２】十分明るい映像をつくるためには、相当量の光が投影レンズを通過しなければ
ならない。この結果、室温とレンズの動作時温度との間には通常かなりの温度差
が存在する。さらに、レンズは多様な環境条件の下で動作し得る必要がある。例
えば投影レンズ系は、周囲温度が４０℃よりかなり高くなり得る建物の屋根を含
む、部屋の天井に設置されることが多い。このような温度の影響を処理するため
には、光学特性が温度変化に対して比較的安定な投影レンズが必要である。

【００１３】温度安定性問題を処理する一方法は、ガラスからなるレンズ素子を用いること
である。プラスチックに比較して、ガラス素子の曲率半径及び屈折率はプラスチ
ック素子よりも一般に変化が小さい。しかしガラス素子は一般に、特に収差抑制
のために非球面が必要とされる場合に、プラスチック素子より高価である。また
ガラス素子はプラスチック素子より重い。以下に説明するように、プラスチック
素子の光屈折力と位置を適切に選べば、プラスチック素子を用いて、温度安定性
を達成することができる。

【００１４】以下に説明する投影レンズは上記の要件を全て達成し、表示スクリーンに画素
分割型パネルの高品質カラー像を形成できる、比較的低コストの投影レンズ系の
作成に成功裏に用いることができる。

【００１５】従来技術の説明画素分割型パネルとともに用いるための投影レンズは、テイラー（Ｔａｙｌｏ
ｒ）の米国特許第４,１８９,２１１号、タナカ（Ｔａｎａｋａ）等の米国特許第
５,０４２,９２９号、ヤノ（Ｙａｎｏ）等の米国特許第５,１７９,４７３号、モ
スコビッチ（Ｍｏｓｃｏｖｉｃｈ）の米国特許第５,２００,８６１号、モスコビ
ッチの米国特許第５,２１８,４８０号、モスコビッチの米国特許第５,６２５,４
９５号、イイズカ（Ｉｉｚｕｋａ）等の米国特許第５,２７８,６９８号、ベテン
スキー（Ｂｅｔｅｎｓｋｙ）の米国特許第５,３１３,３３０号、及びヤノの米国
特許第５,３３１,４６２号を含む様々な特許に記述されている。

【００１６】ＬＣＤ装置に関する論議は、ギャグノン（Ｇａｇｎｏｎ）等の米国特許第４, ４２５,０２８号、ギャグノンの米国特許第４,４６１,５４２号、リーデバー（Ｌｅｄｅｂｕｈｒ）の米国特許第４,８２６,３１１号、及び欧州特許庁特許公報
第３１１,１１６号に見ることができる。

【００１７】発明の概要上述したことから、本発明の目的は、画素分割型パネルとともに用いるための
、先に論じた５つの望ましい特性のそれぞれを同時に有する改善された投影レン
ズを提供することにある。この目的は、最小有効焦点距離（ｆ_ｍｉｎ）及び最大
有効焦点距離（ｆ_ｍａｘ）を有するズーム投影レンズであって、レンズの像側か
ら物体側に（すなわちレンズの長共役側から短共役側に）順に：（Ａ）第１のレンズユニット（Ｕ１）；（Ｂ）軸空間により第１のレンズユニットから隔てられた第２のレンズユニ
ット（Ｕ２）；ここで、第１及び第２のレンズユニットはレンズのズーム及び／
または焦点合わせ時に画素分割型パネル（物体）に関して位置を変えられる；及
び（Ｃ）少なくとも１つの非球面及び関係式１：

【数５】を満たす焦点距離ｆ_ＣＲを有する補正レンズユニット（ＣＲ）；を備え、前記補正レンズユニットは、画素分割型パネルから固定軸距離Ｄ_ＣＲ− _ＯＢだけ隔てられ、また第２のレンズユニットから、ｆ_ｍｉｎとｆ_ｍａｘの間の
レンズの全有効焦点距離に対して関係式２：

【数６】を満たす、可変軸距離Ｄ_{ＣＲ−Ｕ２}だけ隔てられている；ズーム投影レンズにより達成される。

【００１８】関係式２に用いられるように、Ｄ_{ＣＲ−ＯＢ}は物体から補正レンズユニットの
物体に最も近い面までの距離であり、Ｄ_{ＣＲ−Ｕ２}はＣＲの像側面からＵ２の物
体側面までの距離である。

【００１９】ある好ましい実施の形態において、投影レンズは関係式３：

【数７】も満たす。ここでωは、レンズの有効焦点距離がｆ_ｍｉｎに等しいときの、像方
向における投影レンズの半視野である。投影レンズが関係式３を満たせば、レン
ズは、補正レンズユニットと画素分割型パネルとの間におかれる、画素分割型パ
ネルからカラー像を形成するために用いられる光学素子、例えばフィルタ、ダイ
クロイックビームスプリッタ、ビームスプリットプリズム等を収容するに十分な
長さの後部焦点距離を有する。

【００２０】本発明の補正レンズユニットは、米国特許第５,２７８,６９８号のイイズカ等
の集光レンズとは異なる特性及び異なる機能を有することに注意しなければなら
ない。'６９８号特許の集光レンズは画素分割型パネルの近く、特に、'６９８号
特許の集束レンズユニットよりも画素パネルの近くに置かれ、照明系から投影レ
ンズに光を向けるためのかなりの光屈折力を有する。対照的に、本発明の補正レ
ンズユニットは最小の光屈折力を有し（上記関係式１参照）、画素分割型パネル
から遠くに置かれ、特に、画素分割型パネルからの距離は投影レンズの第２レン
ズユニットからの距離よりも大きく（上記関係式２参照）、残留歪を補正するよ
うにはたらく。とりわけ、補正レンズユニットは画素分割型パネルからかなりの
距離に置かれているので、補正レンズユニット面における軸性バンドルの大きさ
が重要である。従って、本補正レンズユニットは球面収差の残留分の補正に寄与
し、補正時に、レンズの前面部においてよりよい歪補正を達成できるようにする
。

【００２１】本発明のある実施の形態において、補正レンズユニットは色補正手段、例えば
色補正ダブレットあるいは、より一般的には、低分散集束レンズ素子及び高分散
発散レンズ素子を含む。別の実施の形態において、第１及び第２のレンズユニッ
トが後焦点レンズの基本構造を有するように、第１のレンズユニットは負の光屈
折力を有し、第２のレンズユニットは正の光屈折力を有する。本発明のまた別の
実施の形態において、レンズ系は第１のレンズユニットの像側に第３のレンズユ
ニット（Ｕ３）を含み、この第３のレンズユニットはレンズ系のズーム及び焦点
合わせ時に静止したままでいる。

【００２２】本発明の投影レンズは、実質的に断熱性であるように設計されることが好まし
い。以下で十分に論じられるように、断熱化はガラス及びプラスチックレンズ素
子を用い、かなりの光屈折力を有するプラスチック素子の光屈折力のバランスを
とることによりなされる。このようにして、温度変化により生じる集束レンズ素
子の光屈折力変化が発散レンズ素子の光屈折力の変化により補償され、よって投
影レンズ温度が変化している間も実質的に一定な投影レンズの総合光学特性が得
られる。

【００２３】本発明の投影レンズは通常の開口絞りを有するか、あるいは照明系の出力位置
を投影レンズの擬似−開口絞り／入射ひとみとして用いて設計する（ベテンスキ
ーの米国特許第５,３１３,３３０号参照；この特許の該当部分は本明細書に参照
として含まれる）ことができる。このようにして、照明系の光出力と投影レンズ
とを効率的に結合することができる。

【００２４】擬似−開口絞り／入射ひとみ手法が用いられる場合、本発明は物体の像を形成
し：（ａ）光源及び光源の像を形成する照明光学系を含む照明装置であって、前
記像は照明系の出力である照明装置；（ｂ）物体を含む画素分割型パネル；及び（ｃ）上述したタイプの投影レンズであって、照明装置の出力の位置に実質
的に相当する位置に入射ひとみを有する投影レンズ；を含む投影レンズ装置を提供する。

【００２５】好ましい実施の形態の説明本明細書に含まれて本明細書の一部をなす図面は、本発明の好ましい実施の形
態を示し、実施の形態の記述とともに本発明の原理を説明するのに役立つ。図面
及び記述はともに説明のためだけのものであり、本発明を制限するものでないこ
とは当然である。

【００２６】図面において、本発明の投影レンズとともに用いられる画素分割型パネルは符
号“ＰＰ”で示される。

【００２７】本発明の投影レンズは、３原色−赤、緑、及び青−で入力像をつくる３つのデ
ジタル素子（３枚の画素分割型パネル）を用いる投影装置で使用されることが最
も多い。これらの像は、物体とレンズの間に置かれたダイクロイックビームスプ
リッタまたはビームスプリットプリズムにより結合されて、スクリーン上にカラ
ー像を与える。これらの構成部品を収容するため、投影レンズは作動距離が長く
なければならない。長作動距離を得るためには、後焦点型のズームレンズが一般
に用いられる。この型のズームレンズの特徴は、長共役側に光屈折力が負の素子
群を、また短共役側に光屈折力が正の素子群を有することである。これらの素子
群はともに倍率を変えるために互いに対して位置を変えられる。

【００２８】一般的にいって、レンズに十分な自由度を与えるに足るだけの数の素子を用い
れば、収差を抑制できる。非球面プラスチック素子が、素子数を低減し、またレ
ンズの総コストを最小にするためにときおり用いられる。しかし視野が、例えば
３０°程度（半視野）の広角ズームのためにかなり広くなると、歪及び縦色補正
を達成することがより困難になる。上述したように、ＬＣＤ及びＤＭＤプロジェ
クターに用いられるデジタル素子の性質は、このような素子に一般的に表示され
る情報のタイプと同じく、歪及び縦色がともに極めて高度に補正されなければな
らないものである。投影装置の用途にはよりいっそう高い解像度がますます要求
されるようになっているので、デジタル素子の画素の大きさは小さくなり、収差
の補正水準は限界にさえ達しようとしている。

【００２９】本発明に従えば、上述の後焦点型ズームレンズにレンズの短共役側に低光屈折
力非球面静止補正ユニットを追加することにより、レンズの複雑さ及びコストを
それほど増大させずに、要求される高水準の収差補正が達成される。特に、ただ
１枚の非球面度が小さい素子で、様々な収差の残留分及び、特に、歪の残留分を
申し分なく補正できることがわかった。歪補正はレンズのズーム範囲にわたって
約２.５％よりよいことが好ましい。上述したように、前記補正ユニットは、レンズ前面部における歪をよりよく補正できる球面収差の残留分の補正に寄与する
ことにより、レンズ全体について上記水準の歪補正を達成する。

【００３０】補正ユニットが色補正手段を含む場合は、縦色補正も改善される。このような
色補正手段は、高分散材からなる発散レンズ素子及び低分散材からなる集束レン
ズ素子を含むことができる（実施例４参照）。望ましければ、発散及び集束レン
ズ素子は接合ダブレットの形態とすることができる。高分散及び低分散材はガラ
スまたはプラスチックであってよい。

【００３１】一般的にいって、高分散材はフリントガラスと同様の分散を有する材料であり
、低分散材はクラウンガラスと同様の分散を有する材料である。さらに詳しくは
、高分散材は１.８５から１.５の範囲の屈折率に対してそれぞれ２０から５０の
範囲のＶ値を有する材料であり、低分散材は同じ屈折率範囲に対して３５から７
５の範囲のＶ値を有する材料である。

【００３２】プラスチックレンズ素子に関しては、高分散材及び低分散材はそれぞれスチレ
ン及びアクリルであろう。望ましければ、その他のプラスチックももちろん使用
できる。例えば、スチレンの代わりにポリカーボネート及び、フリントガラスと
同様の分散を有する、ポリスチレンとアクリルの共重合体（例えばＮＡＳ）を用
いることができる。米国オハイオ州シンシナティ（Ｃｉｎｃｕｎｎａｔｉ）のユ
ー・エス・プレシジョン・レンズ社（Ｕ．Ｓ．ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＬｅｎｓ，
Ｉｎｃ．）の“プラスチック光学ハンドブック”（１９９３），１７〜２９ペー
ジを参照されたい。

【００３３】本発明の投影レンズのズームは第１及び第２のレンズユニットの位置を変える
ことにより行われる。同様に、焦点合わせもこれらのユニットの位置を変えるこ
とにより行われる。技術上知られた通常の機構が上記位置変更を行うために用い
られる。

【００３４】上述したように、本発明の投影レンズは、投影レンズが室温からレンズの動作
温度まで加熱されても、系の光学性能が実質的に変化しないように断熱化されて
いる。さらに詳しくは、系の後部焦点距離の温度起因変化は約０.２％より小さいことが好ましい。望ましい温度安定性は複数のプラスチックレンズ素子のレン
ズの選択及び配置により達成される。

【００３５】通常、プラスチックレンズの使用には、プラスチック光学材料の屈折率が温度
によりかなり変化するという欠点がともなう。温度によるプラスチック光学材料
への別の影響は形状の変化、すなわち膨張あるいは収縮である。後者の影響は屈
折率の変化に比べて通常それほど大きくはない。

【００３６】光屈折力の小さいプラスチックレンズ素子だけが投影レンズに用いられる場合
には、プラスチック光学系の温度による変化とプラスチックまたはアルミニウム
製装置機構部品、例えば通常は熱起因焦点変動の主要な機構的源因であるレンズ
胴の温度による変化の間でバランスをとることができる。設計において光学プラ
スチックを自由に使用できれば、すなわち比較的光屈折力の大きいプラスチック
レンズ素子を使用できれば、プラスチックレンズ素子は容易に成形できるので、
非球光学面（非球面）を特定の設計のレンズの能力（性能）を最大にするために
用いることができる。比較的光屈折力の大きいプラスチックレンズ素子を使用す
れば、特にレンズ設計が大径レンズ素子を含む場合に、総コストがより低くまた
より軽量のレンズが得られる。

【００３７】設計においてプラスチック光学系の正味の光屈折力が大きい場合には、断熱化
を行う必要があり、さもなければ投影レンズ温度が室温から動作時温度まで変化
するうちにレンズの焦点が大きく変化してしまう。これは、相当量の光を表示ス
クリーンに透過させなければならず、よって動作時温度が室温よりかなり高くな
るプロジェクターの場合に特にあてはまる。

【００３８】本発明の投影レンズについては、プラスチックレンズ素子の位置及びこれらの
素子における限界光線高をともに考慮しながら、集束プラスチック光学系光屈折
力と発散プラスチック光学系光屈折力のバランスをとることにより、断熱化が達
成される。

【００３９】プラスチックレンズ素子の位置は、素子が受ける温度変化量、従って素子の屈
折率に生じる変化量に関して重要である。一般に、光源または光源の像に近い素
子ほど大きな温度変化を受ける。実際上、投影レンズがおかれるべき領域におけ
る温度分布は光源及び光源に付随して作動している照明光学系とともに測定され
、これらの測定値は投影レンズの設計に用いられる。

【００４０】特定のプラスチックレンズ素子の限界光線高は、与えられた温度変化に対して
、素子の屈折率の変化がレンズの全体的な温度安定性に関して有意であるか否か
を決定する。限界光線高が小さい素子、例えば系の焦点に近い素子は、限界光線
高が大きい素子よりも一般に系の全体的な温度安定性に対する影響が小さい。

【００４１】上述の考察に基づいて、プラスチックレンズ素子の発散及び集束光屈折力の大
きさを、特定の素子が受けると推定される温度変化及びその素子における限界光
線高に基づいて調節される素子の寄与とバランスをとることにより、断熱化が達
成される。実際上、この断熱化手順は以下のようにコンピュータレンズ設計プロ
グラムに組み込まれる。第１に、第１の温度分布におけるレイトレーシングが行
われて後部焦点距離が計算される。レイトレーシングは限界光線に対する近軸レ
イトレーシングでよい。第２に、第２の温度分布における同じレイトレーシング
が行われて、再び後部焦点距離が計算される。第１の温度分布も第２の温度分布
もレンズ全体で一定である必要はなく、一般的な場合にそうであるように、レン
ズ素子毎に異なっていてよい。計算された後部焦点距離は次いで、レンズ設計プ
ログラムを用いて系の設計が最適化される間一定値に束縛される。

【００４２】上述の手法は、投影レンズの及び画素分割型パネルマウント機構が、系の温度
が変化するときも最終レンズ面とパネルとの間の距離を実質的に一定に保つと仮
定していることに注意しなければならない。この仮定が成立しない場合には、断
熱化を行うために他に仮定がなされる。例えばマウント機構の相対的位置変化の
測定値を上記設計過程に含めるか、あるいは別の距離、例えば前面レンズ面とパ
ネルとの間の距離が機械的に固定されていると仮定することができる。

【００４３】図１から５は、本発明に従って構成される種々の投影レンズを示す。対応する
処方及び光学特性が、それぞれ表１から５に見られる。レンズ系に用いられるガ
ラスについては、ホヤ（ＨＯＹＡ）またはショット（ＳＣＨＯＴＴ）表示が使用
されている。その他の製造業者によりつくられる等価なガラスも本発明の実施に
用いることができる。工業的に受け入れられる材料がプラスチック素子に用いら
れる。

【００４４】表に掲げられた非球面係数は次の方程式：

【数８】に用いるためのものである。ここでｚは系の光軸から距離ｙにおける表面の垂下
の大きさ、ｃは光軸におけるレンズの曲率、またｋは、表１〜５のレンズ系につ
いてはゼロの、円錐定数である。

【００４５】表の様々な面に付随する表示“ａ”は非球面、すなわち上式のＤ，Ｅ，Ｆ，Ｇ
，Ｈ，またはＩのうち少なくとも１つがゼロではない面を表わす。表３〜５の面
１は、オプションのビネット面である。表１の表面２０〜２２及び表２の面２１
〜２３は、画素分割型パネルからのカラー像の形成に用いられる、ミラー、プリ
ズム等のような光学素子に対応する。表３〜５には示されていないが、同様の光
学素子をこれらの表のレンズ系とともに使用することができる。

【００４６】表１〜５は図の左側から右側に光が進むという仮定でつくられている。実使用
時には、表示スクリーンは左側に、また画素分割型パネルは右側にあり、光は右
から左に進むであろう。特に、表の物体及び像に対する参照点は本明細書のその
他の部分及び特許請求の範囲で用いられる参照点と逆になっている。表の寸法は
全てミリメートルで与えられている。

【００４７】表１〜５の様々な素子及びレンズ面と、上述した“第１のレンズユニット”、
“第２のレンズユニット”、“第３のレンズユニット”、及び“補正レンズユニ
ット”という用語の間の対応は、図６に掲げられている。個々には、Ｕ１は第１
のレンズユニット、Ｕ２は第２のレンズユニット、Ｕ３は第３のレンズユニット
、またＣＲは補正レンズユニットである。

【００４８】実施例１〜４のレンズは通常の開口絞りを用いて設計された。このような通常
の開口絞りは、一般にあるズーム位置である程度の光損失を生じるであろうが、
照明系の出力を完全に特徴づける必要がない、すなわち制御する必要がないとい
う利点を有する。実施例５の投影レンズは、米国特許第５,３１３１,３３０号の
ベテンスキーの擬似−開口絞り／入射ひとみ技法を用いて設計された。この手法
によれば、全レンズの焦点距離及び共役点について画素分割型パネルに対して一
定の位置に置かれた入射ひとみとして、投影レンズに対する入射ひとみを定める
ために照明系が用いられる。

【００４９】表５で“開口絞り”と表示された面は、上記ベテンスキー特許の擬似−開口絞
りを構成する。擬似−開口絞りの位置は照明系の出力の位置に相当する。この処
方における面２２は、投影レンズの前面レンズ面及び背面レンズ面により定まる
空間内にあるように開口絞りを生じるダミー面である。“可変空間”と表示され
た補表に見ることができるように、擬似−開口絞りから画素分割型パネルまでの
距離は実施例５の投影レンズの全ズーム位置に対して実質的に一定である（“像
距離”表示欄参照）。

【００５０】表６には表１〜５の投影レンズの様々な特性がまとめられている。この表に示
されているように、実施例のレンズは上記関係式１を満たしている。すなわち、
実施例１〜５のレンズは全て、５より大きい|ｆ_ＣＲ/ｆ_ｍｉｎ|比を有している。これらの実施例の|ｆ_ＣＲ/ｆ_ｍｉｎ|比は全て、さらに好ましいことに、１０よりも大きい。

【００５１】関係式２については、表１〜５に見ることができるように、補正ユニットは物
体よりもレンズに近く位置し、従って長い作動距離（レンズとＬＣＤ/ＤＭＤ素子との間の距離）が保たれている。定量的にいえば、投影レンズの全ズーム位置
に対してＤ_{ＣＲ−ＯＢ}のＤ_{ＣＲ−Ｕ２}に対する比は１.２より大きい。

【００５２】表７に示されるように、関係式３も実施例１〜５の投影レンズについて満たさ
れている。

【００５３】収差補正に関しては、表１〜５に掲げられているズーム範囲に対して、レンズ
は２.５より小さい歪及び４７０ｎｍから６３０ｎｍの間の波長に対して１画素よりよい色補正を達成している。

【００５４】本発明の特定の実施の形態について説明し、図示したが、本発明の範囲及び精
神から逸脱しない様々な改変が上述の開示から同業者には明らかであろうことは
当然である。

【００５５】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【表９】

【表１０】

【表１１】

【表１２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された第１の投影レンズの簡略な側面図である

【図２】本発明に従って構成された第２の投影レンズの簡略な側面図である

【図３】本発明に従って構成された第３の投影レンズの簡略な側面図である

【図４】本発明に従って構成された第４の投影レンズの簡略な側面図である

【図５】本発明に従って構成された第５の投影レンズの簡略な側面図である

【図６】本発明の投影レンズを用い得る投影レンズ系を全体的に示す略図である

【符号の説明】

１０光源１２照明光学系１３投影レンズ１４投影されるべき物体１６表示スクリーンＵ１第１のレンズユニットＵ２第２のレンズユニットＵ３第３のレンズユニットＣＲ補正レンズユニットＰＰ画素分割型パネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H087 KA06 MA12 MA13 NA08 NA14 PA08 PA09 PA10 PA11 PA17 PA19 PA20 PB09 PB10 PB11 QA02 QA03 QA07 QA17 QA19 QA21 QA22 QA25 QA26 QA32 QA33 QA37 QA41 QA45 QA46 RA05 RA12 RA13 RA41 SA14 SA16 SA19 SA23 SA27 SA29 SA32 SA62 SA63 SA72 SA74 SA75 SB03 SB04 SB05 SB11 SB14 SB15 SB17 SB22 SB23 SB25 SB32 UA01 9A001 HH34 JJ71 KK16 KK31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の像を形成するための投影レンズにおいて、前記レンズ
が最小有効焦点距離ｆ_ｍｉｎ及び最大有効焦点距離ｆ_ｍａｘを有し、像側端から
物体側に順に：（Ａ）第１のレンズユニット；（Ｂ）前記第１のレンズユニットから軸空間で隔てられた第２のレンズユニ
ット；ここで、前記第１及び第２のレンズユニットは前記投影レンズのズーム及
び／または焦点合わせ時に前記物体に対して位置を変えられる；及び（Ｃ）少なくとも１つの非球面及び関係式：【数１】を満たす焦点距離ｆ_ＣＲを有する補正レンズユニット；ここで、前記補正レンズ
ユニットは前記物体から固定軸距離Ｄ_{ＣＲ−ＯＢ}だけ、また前記第２のレンズユ
ニットから可変軸距離Ｄ_{ＣＲ−Ｕ２}だけ隔てられ、ここでｆ_ｍｉｎからｆ_ｍａｘまでの間の全有効焦点距離について：【数２】である；を含むことを特徴とする投影レンズ。
【請求項２】前記レンズが関係式：【数３】を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投影レンズ。
【請求項３】前記レンズが、前記レンズの有効焦点距離がｆ_ｍｉｎに等し
いときの前記投影レンズの前記像方向への半視野をωとして、関係式：【数４】を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投影レンズ。
【請求項４】前記第１のレンズユニットが負の光屈折力を有することを特
徴とする請求項１に記載の投影レンズ。
【請求項５】前記第２のレンズユニットが正の光屈折力を有することを特
徴とする請求項１に記載の投影レンズ。
【請求項６】前記第１のレンズユニットが負の光屈折力を有し、前記第２
のレンズユニットが正の光屈折力を有することを特徴とする請求項１に記載の投
影レンズ。
【請求項７】前記補正レンズユニットが色補正手段を含むことを特徴とす
る請求項１に記載の投影レンズ。
【請求項８】前記第１のレンズユニットの像側に第３のレンズユニットを
さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の投影レンズ。
【請求項９】前記第３のレンズユニットが前記物体から固定軸距離だけ隔
てられていることを特徴とする請求項８に記載の投影レンズ。
【請求項１０】前記第３のレンズユニットが正の光屈折力を有することを
特徴とする請求項８に記載の投影レンズ。
【請求項１１】前記投影レンズの歪がズーム範囲にわたって２.５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の投影レンズ。
【請求項１２】前記物体が画素分割型パネルであり、前記レンズの縦色に
じみがズーム範囲にわたって４６５ｎｍから６０８ｎｍの範囲の波長で１画素よ
り小さいことを特徴とする請求項１に記載の投影レンズ。
【請求項１３】前記レンズが室温から前記レンズの動作時温度まで加熱さ
れたときの、前記レンズの後部焦点距離の変化が０.２％より小さいことを特徴とする請求項１に記載の投影レンズ。
【請求項１４】物体の像を形成するための投影レンズ装置において、前記
装置が：（Ａ）光源及び前記光源の像を形成する照明光学系を含む照明装置；（Ｂ）前記物体を含む画素分割型パネル；及び（Ｃ）請求項１に記載の前記投影レンズ；を含むことを特徴とする投影レンズ装置。
【請求項１５】前記投影レンズが前記照明装置の出力の位置に実質的に相
当する位置にある入射ひとみを有することを特徴とする請求項１４に記載の投影
レンズ装置。