JP2001523836A - ピクセルパネルを用いるコンパクトな投影レンズシステム用の広角視界投影レンズ - Google Patents

ピクセルパネルを用いるコンパクトな投影レンズシステム用の広角視界投影レンズ

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Abstract

(57)【要約】 ＬＣＤパネルと併せて用いるための投影レンズが提供される。投影レンズは、歪補正を与える非球面を有する強い負のレンズ素子（Ｅ１）を含む第１のレンズユニット（Ｕ１）及び屈折力が比較的に弱い第２のサブレンズユニット（Ｕ２ｓ ２）から空隙により離して置かれた屈折力が正で強い第１のサブレンズユニット（Ｕ２ｓ１）を含む第２のレンズユニット（Ｕ２）を有する。第２のサブレンズユニットは負のレンズ素子、その後に正のレンズ素子、さらにその後に非球面を有するプラスチックレンズ素子を含むことができる。投影レンズは少なくとも３５°の視界を有し、よって投影レンズシステム全体の大きさがコンパクトになる。

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、なかでも特にピクセルからなる物体、例えばＬＣ
Ｄの像を形成するために用い得る投影レンズに関する。
【０００２】 発明の背景 投影レンズシステム（本明細書では"投影システム"とも称される）は、投影ス
クリーンに物体像を形成するために用いられる。そのようなシステムの基本構造
が図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"と称される）を形成する照明光学部材、１
４は投影されるべき物体（例えばピクセルがオン及びオフ状態のＬＣＤマトリッ
クス）、１３は複数のレンズ素子からなる投影レンズであって、投影レンズ１３
が物体１４の拡大像を投影スクリーン１６上に形成する。このシステムは、照明
系の射出ひとみを適切な位置に配するためにフィールドレンズ、例えばフレネル
レンズをピクセルパネルの近くに含んでも差し支えない。
【０００３】 前面投影システムでは観客は図６のスクリーン１６の左側にいることになるが
、後方投影システムでは観客はスクリーンの右側にいることになる。単一筐体に
収められる後方投影システムでは光路を折り返し、よってシステム全体の大きさ
を縮小するために反射鏡が用いられることが多い。本発明の投影レンズは後方投
影システムでの使用に特によく適しているが、必要であれば前方投影システムに
も用いることができる。
【０００４】 物体がピクセルパネルである投影レンズシステムは、データ表示システムを含
む、多様な用途で用いられる。そのような投影レンズシステムは、例えば赤、緑
及び青のピクセルを有する単板パネルの像を形成する単投影レンズを用いること
が好ましい。例えば大画面後方投影システムのように、複数のパネルと複数の投
影レンズが用いられ、パネル／投影レンズの組合せのそれぞれが全体像の一部を
つくりだす場合もある。
【０００５】 ピクセルパネル、特にＬＣＤパネルは、それが用いられる投影システムのタイ
プに応じて様々な大きさのものが利用される。大型ＬＣＤパネル、例えば対角線
が約１２.５インチ（約３２０ｍｍ）のパネルは、そのようなパネルではピクセ ル寸法を高信頼度で製造できるだけの十分な大きさに保ちながらピクセル総数を
大きくできるので、高解像度カラー像をつくる際に有効に用いることができる。
この点に関し、単板ＬＣＤパネルによる完全カラー像については必要なピクセル
数が単色像に必要なピクセル数の３倍であり、よって大型ＬＣＤパネルを使用し
ない限りピクセル寸法が小さくなることに注意しなければならない。
【０００６】 少なくとも以下の特性：（１）広角視界、すなわち比較的短い焦点距離；（２
）高レベルの収差補正を維持しながら様々な倍率で動作する能力；（３）レンズ
素子数が比較的に少なく、レンズ胴長が比較的に短く、さらに最大レンズ径が比
較的に小さいことを含む、比較的に小さな寸法；（４）高レベルの色補正；（５
）低歪；及び（６）低感温性；を同時に有する、大面積ピクセルパネルと併せて
使用するための投影レンズが技術上必要とされている。
【０００７】 広角視界により投影レンズシステム全体をコンパクトにすることができ、これ
はスペースが非常に少ない場所への設置に極めて必要なことである。特に、コン
パクトであることにより、大きさ、よって、投影システムを収めるために必要な
荷造箱の製作費用及び完成したシステムを梱包してユーザに輸送するための付帯
設備の費用が最小限に抑えられる。
【０００８】 様々な倍率で有効に動作できる投影レンズが、システム構成部品の交換を必要
とせずに投影レンズシステムが様々な大きさのスクリーンで用いられるので望ま
しい。物体共役と像共役を変える必要があるだけであって、これはピクセルパネ
ルに対してレンズを移動させることにより容易に達成できる。難関はもちろん、
動作倍率範囲を通して高レベルの収差補正を与えることにある。
【０００９】 費用、重量及び大きさの観点から比較的に小さな投影レンズが望ましい。レン
ズ素子の数が多く、またレンズ素子の径が大きいとより多くの原材料を費やし、
より重くなり、また組み立てて取り付けるのにもより費用がかかる。レンズ胴長
が大きいと通常は投影システム全体の大きさが増大し、このことはやはり費用と
重量を増加させる。したがって、互いに比較的に近接して配置される、数が最小
限に抑えられた比較的に小径のレンズ素子をもつ投影レンズが望ましい。
【００１０】 色収差は、ピクセルのにじみ、あるいは極端な場合には、像からのピクセルの
完全な欠落として、ピクセルパネルの像で容易に見て取ることができるので、高
レベルの色補正は重要である。上記の問題は一般にフィールドの縁で最も著しい
。一般的にいって上記問題を避けるためには、ピクセルパネル上で測定したとき
の色補正がほぼ１ピクセルより高くなければならず、好ましくはピクセルのほぼ
二分の一より高くなければならない。
【００１１】 縦色収差、コマ色収差変化、及び一般に最も難関である非点色収差を含めて、
投影システムの色収差の全てが処理されなければならない。縦色収差、すなわち
色による倍率変化は、特にフィールドの縁においてコントラストの低下として表
われるので、特にやっかいである。極端な場合には、全フィールド領域で虹効果
が見られる。
【００１２】 陰極線管（ＣＲＴ）を用いる投影システムにおいては、少量の（残留）縦色収
差は、例えば、赤色ＣＲＴの表示面につくられる像の大きさを青色ＣＲＴ上につ
くられる像に比べて小さくすることにより、電子的に補正することができる。し
かしピクセルパネルでは像が離散化され、よって全視界にわたって大きさを滑ら
かに調節することはできないから、上記のような便宜的手段をとることができな
い。したがって投影レンズにはより高レベルの縦色補正が必要である。
【００１３】 データ表示にピクセルパネルを使用するためには、歪補正に関して厳しい要求
が課せられる。これは、データを見る場合にはレンズ視界の最端点においてさえ
高品位の像が要求されるからである。明らかなように、表示された数字または文
字の像に歪がないことが、フィールドの縁においても中央と全く同様に重要であ
る。
【００１４】 十分な明るさをもつ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、室温と投影レンズの動作温度との間にはかなりの温
度差が通常存在する。さらに、投影レンズは様々な環境条件の下での動作が可能
でなければならない。例えば投影レンズシステムは、周囲温度が実質的に４０℃
をこえ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。これらの影
響に対処するためには、比較的感温性の低い光学特性をもつ投影レンズが必要で
ある。
【００１５】 感温性問題に対処するための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。プラスチックと比較して、ガラス素子の曲率半径及び屈折率の変化は一
般にプラスチック素子の曲率半径及び屈折率の変化より小さい。しかしガラス素
子は一般にプラスチック素子より高価であり、特に収差補正のために非球面が必
要な場合に高価である。以下で説明するように、プラスチック素子の屈折力及び
位置を適切に選べば、プラスチック素子を用いることができ、しかも低感温性を
得ることができる。
【００１６】 以下で説明する投影レンズは上記要件の全てを達成し、ピクセルパネルの高品
位カラー像を投影スクリーン上に形成できる比較的に低コストの投影レンズシス
テムの製作に用いて好結果を得ることができる。特に、以下に提示する実施例で
示されるように、本発明の投影レンズは、例えば±４５°までの視界を有するこ
とができ、ｆ/４で動作が可能であり、さらに５.５倍から９.６倍までの倍率範 囲を有することができる。
【００１７】 従来技術の説明 ピクセルパネルと併せて用いるための投影レンズは、テイラー（Taylor）の米
国特許第４,１８９,２１１号、タナカ（Tanaka）等の米国特許第５,０４２,９２
９号、ヤノ（Yano）等の米国特許第５,１７９,４７３号、モスコビッチ（Moskov
ich）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、イイズカ（Iizuka）等の米国特許第５,２７８,６９８号、ベテンスキ
ー（Brtensky）の米国特許第５,３１３,３３０号、及びヤノの米国特許第５,３ ３１,４６２号を含む、多数の特許に記述されている。
【００１８】 ＬＣＤシステムについての議論は、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（L
edebuhr）の米国特許第４,８２６,３１１号、及び欧州特許庁特許公開第３１１,
１１６号に見ることができる。
【００１９】 発明の概要 上述したことから、本発明の目的はピクセルパネルと併せて用いるための、上
で論じた６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。本目的は、焦点距離ｆ０を有し像側から物体側に（すなわ
ち長共役側から短共役側に）順に： （Ａ） 焦点距離ｆ１を有し： （ｉ） 焦点距離ｆＥ１を有するレンズ素子（Ｅ１）；及び （ｉｉ） 歪補正のための少なくとも１つの非球面； を含む第１のレンズユニット（Ｕ１）；並びに （Ｂ） 焦点距離ｆ２を有し、像側から順に： （ｉ） 焦点距離ｆ２Ｓ１を有する第１のサブレンズユニット（Ｕ２ｓ１ ）；及び （ｉｉ） 第１のサブレンズユニットから空隙（ｔｓ１ｓ２）をおいて配置
された焦点距離ｆ２ｓ２を有する第２のサブレンズユニット（Ｕ２ｓ２）であっ
て、（ａ）球面収差補正のための少なくとも１つの非球面；及び（ｂ）レンズシ
ステムに軸色補正を与えるための手段を含む第２のサブレンズユニット； からなる第２のレンズユニット（Ｕ２）； からなり、ここで： |ｆ１|/ｆ０＞０.７５； ｆＥ１＜０； ｆ２＞０； ｆ２/ｆ０＜２.０； ｆ２ｓ１＞０； ｆ２ｓ１/ｆ０＜１.５；及び |ｆ２ｓ２|/ｆ０＞１.５； である投影レンズにより達成される。
【００２０】 ある好ましい実施の形態において、レンズシステムはまた以下の関係： |ｆＥ１|/ｆ０＜１.５；及び ｔｓ１ｓ２/ｆ０＞０.１； のいずれかまたは全てを満たす。
【００２１】 別の好ましい実施の形態において、第２のサブレンズユニットは像側から順に
負のレンズ素子、正のレンズ素子、及び少なくとも１つの非球面を有するプラス
チックレンズ素子を含む。非球面をもつプラスチックレンズ素子の軸上屈折力は
正または負であってよい。この配置により、レンズシステムの断熱化及び製造が
容易になる。
【００２２】 また別の好ましい実施の形態において、投影レンズの半視界は３５°より大き
い。このため、投影レンズシステム全体の大きさをコンパクトにすることができ
る。第１及び第２のレンズユニットの開放開口もシステム全体のコンパクト化に
寄与し、ここで第１のレンズユニットの開放開口は第２のレンズユニットの開放
開口より大きいことが好ましい。第１のレンズユニットの開放開口はピクセルパ
ネルの対角線の０.７倍より小さいことが好ましい。 以下に提示する実施例１〜
３は、３５°より大きい半視界を有し、対角線が１２.５インチ（約３２０ｍｍ ）のピクセルパネルに対して最大開放開口がピクセルパネルの対角線の０.７倍 より小さい第１のレンズユニットを有する。
【００２３】 投影レンズの倍率の変化は：（ａ）投影レンズとピクセルパネルとの間の距離
及び（ｂ）第１と第２のレンズユニットとの間の距離を変えることにより達成さ
れることが好ましい。特に、焦点合わせのためにはピクセルパネルに対して第１
と第２のレンズユニットがともに同じ方向に移動するが、レンズシステムを別の
倍率で焦点を合わせる際に２つのユニット間の距離が変わるように、それぞれの
ユニットの移動速度が異なる。
【００２４】 本発明の投影レンズは実質的に断熱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、断熱化は十分な光学能を有するプラスチックレ
ンズ素子の位置の選択及び屈折力のバランス調整の組合わせによりなされる。
【００２５】 図面の説明 図１−３は、ピクセルパネル（ＰＰ）及びフレネルレンズ（ＦＬ）と組み合わ
された、本発明に従って構成された投影レンズの側面図である。
【００２６】 図４および５は、図１のレンズシステムに対する、物体（ピクセルパネル）高
が両図面に関して１５８ｍｍで、像（スクリーン）高が図４については−８６９
ｍｍであり図５については−１５２４である単色光学伝達関数（ＭＴＦ）プロッ
ト、 すなわち図４および図５はスクリーン対パネル倍率がそれぞれ−０.１８２
および−０．１０４の場合のＭＴＦプロットである。左側の枠のプロットはスル
ーフォーカスデータを示し、右側の枠のプロットはアットフォーカス対周波数デ
ータを示す。点線は位相（ＰＨＡＳＥ）データを、破線はサジタル（ＳＡＧ）デ
ータを、また実線はタンジェンシャル（ＴＡＮ）データを表わす。図４に関する
焦点距離、ｆナンバー、焦点位置はそれぞれ、１７８.８１，４.００，及び０. ０９４である。図５に関する焦点距離、ｆナンバー、焦点位置はそれぞれ、１７
０.４８，４.００，及び−０.０２３である。
【００２７】 図６は、本発明の投影レンズを用いることができる投影レンズシステムの全体
像を示す略図である。
【００２８】 本明細書に含まれ、本明細書の一部をなす添付図面は本発明の好ましい実施の
形態を示し、本明細書の記述とともに本発明の原理を説明する役に立つ。もちろ
ん、図面及び記述は説明のためだけのものであって、本発明を制限するものでは
ないことは当然である。
【００２９】 好ましい実施の形態の説明 上で論じたように、本発明のレンズシステムはコンパクトな構成でピクセルパ
ネル、例えば大型ＬＣＤパネルの像を投影するために用いられ、そのようなもの
として、広角視界を与える一方で極めて良好な歪補正を維持しなければなければ
ならない。本レンズシステムはまた広い共役範囲にわたって使用されることも意
図されており、よってレンズの動作倍率の変化により収差にいかなる有意な量の
変化（増加）も生じることのないように、収差が補正されなければならない。
【００３０】 上記目標を達成するために、広角視界後焦点型レンズシステムが用いられる。
本レンズシステムは２つのレンズユニット――レンズシステムの長共役側に屈折
力が比較的弱い第１の（前部）レンズユニット（Ｕ１）及びシステムの短共役側
に屈折力が正で強い第２の（後部）レンズユニット（Ｕ２）――からなる。さら
に第２のレンズユニットは、システムの長共役側の第１の（前部）レンズユニッ
ト及び短共役側の第２の（後部）レンズユニットの２つのサブレンズユニットか
らなる。
【００３１】 上記ユニット及びサブユニットの重要な特性は以下の通りである： （１） 第１のユニットは必要レベルの歪補正を与えるための非球面を含む。
上で論じたように、ピクセルパネルと併せて用いられるシステムでは歪が高度に
補正されなければならない。本発明のレンズシステムの歪補正は像において一般
に約１％より高く、好ましくは約０.５％より高い； （２） 第２のレンズユニットがレンズシステムの屈折力のほとんどを担う。
このことにより、レンズシステムの全長を全体として縮小できる； （３） 第２のユニットの後部サブユニットは球面収差の補正を与える非球面
を含む； （４） ２つのユニットは焦点合せのために同じ方向に移動するが、様々な結
像共役において非常に安定な非点補正を与えるために移動速度が異なる； （５） レンズシステムの全体コストを下げるために、非球面素子は光学プラ
スチック材料でつくられる。
【００３２】 色補正のために第２のサブレンズユニットは軸色補正手段を含む。技術上知ら
れている様々な軸色補正手段を用いることができる。好ましい手法は高分散材か
らなる負のレンズ素子及び低分散材からなる少なくとも１つの正のレンズ素子を
第２のサブレンズユニットに含むことからなる。高分散材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。
【００３３】 一般的にいって高分散材はフリントガラスのような分散を有する材料であり、
低分散材はクラウンガラスのような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７５
の範囲のＶ値を有する材料である。
【００３４】 プラスチックレンズ素子に関しては、スチレン及びアクリルをそれぞれ高分散
材及び低分散材とすることができる。もちろん、望むならば他のプラスチックを
用いることもできる。例えば、スチレンの代わりにポリカーボネート並びにフリ
ントガラスと同様の分散を有するポリスチレン−アクリル共重合体（例えばＮＡ
Ｓ）を用いることができる。米国オハイオ州シンシナティ（Cincinnati），ユー
・エス・プレシジョン・レンズ社（U.S. Precision Lens Inc.）の“プラスチッ
ク光学ハンドブック”（１９８３年），１７〜２９ページを参照されたい。
【００３５】 上で論じたように本発明の投影レンズは、投影レンズが室温から動作温度まで
加熱される際に、特にシステムの後方焦点距離を含むシステムの光学性能が実質
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、後方焦点距離の変化
量はシステムの変調伝達関数（ＭＴＦ）に有意な変化を生じさせるには至らない
ことが好ましく、例えば１ｍｍ当り３サイクルでのＭＴＦの変化は約１０％より
小さくなければならない。以下に提示する特定の実施例に関して、上記のＭＴＦ
基準は約±０.４ｍｍより小さい後方焦点距離変化に相当する。所望のレンズフ ォーカスの熱安定性はレンズシステムにおけるプラスチックレンズ素子の選択及
び配置により達成される。
【００３６】 通例、プラスチックレンズ素子の使用には引き換えに、光学プラスチック材料
の屈折率が温度によりかなり変化するという欠点がある。もう一つの効果は形状
の変化、すなわち光学プラスチック材料の温度による膨張または収縮である。こ
の後者の効果は通常、屈折率の変化ほど重大ではない。
【００３７】 レンズシステムに低屈折力プラスチックレンズ素子のみが用いられるならば、
光学プラスチックにおける熱的変化とプラスチックまたはアルミニウムのシステ
ム機構部品、例えば通常主要な機械的熱起因焦点変化源であるレンズ胴における
熱的変化との間のバランスを達成することが可能である。設計において光学プラ
スチックの使用に制限を設けなければ、すなわち比較的に屈折力が高いプラスチ
ックレンズ素子を少なくとも何枚か使用することができれば、プラスチックレン
ズ素子は容易に成形できるから、ある特定の設計のレンズシステムの能力（性能
）を最大化するために球ではない光学面（非球面）を用いることができるという
利点が得られる。また比較的に屈折力が高いプラスチック素子を使用すれば、全
体コストがさらに低いレンズシステムを得られる。
【００３８】 ある設計においてプラスチックの正味の光学能が大きければ断熱化が施されな
ければならず、さもなければレンズシステムの温度が室温から動作温度まで変化
するにつれてレンズシステムの焦点が大きく変化することになる。このことは、
相当量の光を投影スクリーンに送らなければならず、よって動作温度が室温より
かなり高い投影機に特にあてはまる。
【００３９】 本発明の投影レンズに関しては、プラスチックレンズ素子の位置及び屈折力を
それぞれのレンズ素子におけるマージナル光高さとともに考慮に入れることによ
り断熱化が達成される。
【００４０】 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、したがって素子
の屈折率に生じる変化量の点から重要である。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、投影レンズが設置されるべき領域
における温度分布は光源及び光源に付帯して動作する照明光学部材をもって測定
され、測定された値が投影レンズの設計に用いられる。
【００４１】 ある特定のプラスチックレンズ素子におけるマージナル光高さは、ある与えら
れた温度変化に対して、その素子の屈折率変化がレンズシステム全体の熱安定性
に関して有意であるか否かを決定する。マージナル光高さが小さい素子は、マー
ジナル光高さが大きい素子よりシステム全体の熱安定性に与える影響が一般に小
さい。
【００４２】 上記の考察に基づけば、それぞれのプラスチックレンズ素子の負及び正の屈折
力の大きさを、特定の素子が受けるはずの温度変化及びその素子におけるマージ
ナル光高さに基づいて調節されるその素子の寄与とバランスさせることにより、
断熱化が達成される。実際上、上記断熱化手法は次のような形でレンズ設計コン
ピュータプログラムに組み込まれている。初めに、第１の温度分布においてレイ
トレーシングが行われて後方焦点距離が計算される。レイトレーシングはマージ
ナル光に対する近軸レイトレーシングとすることができる。次に、第２の温度分
布において同じレイトレーシングが行われて後方焦点距離が再び計算される。第
１の温度分布も第２の温度分布もレンズシステム全体にわたって一定である必要
はなく、一般的なシステムではそうなっているように、レンズ素子毎に変えるこ
とができる。計算された後方焦点距離は次いで、システムの設計がレンズ設計プ
ログラムを用いて最適化されるような一定値に拘束される。
【００４３】 上記の手法では、システムの温度が変化する間、投影レンズの機構マウント及
びピクセルパネルが最終レンズ面とパネルの間の距離を実質的に一定に保ってい
ることが仮定されていることに注意しなければならない。そのような仮定が保証
されない場合には、断熱化を施すために他の手段をとることができる。例えば、
機構マウントの相対的運動の測定値を設計プロセスに含めることができるし、あ
るいは別の距離、例えば前部レンズ面とパネルの間の距離が機械的に固定されて
いると仮定することもできる。
【００４４】 図１から３は本発明に従って構成されたそれぞれ別々の投影レンズを示す。対
応する設計仕様及び光学特性が、それぞれ表１から３に見られる。レンズシステ
ムに用いられたガラスについてはホヤ（HOYA）またはショット（SCHOTT）という
名称を用いている。他の製造業者でつくられた等価なガラスを本発明の実施に用
いることもできる。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。
【００４５】 表に挙げられている非球面係数は下式：
【数１】 に用いられる係数であり、ここでｚはシステムの光軸から距離ｙにおける表面サ
グ、ｃは光軸におけるレンズの曲率、ｋは円錐定数であって、ｋは表１〜３の設
計仕様に表示されている場合を除いてゼロである。
【００４６】 表１〜３に報告されている“一次データ”は、フレネルレンズをシステムの一
部として含めて計算した。表で表面のいくつかに付されている表示“ａ”は非球
面、すなわち上式のＤ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，またはＩの内少なくとも１つがゼロで
はない表面を表わし；表示“ｃ”は上式の“ｋ”がゼロではない表面を示し；表
示“ｆ”はフレネルレンズを示す。表に与えられる寸法単位は全てｍｍである。
【００４７】 表は光が図の左から右に進むと仮定して構成されている。実際には、投影スク
リーンが左に、またピクセルパネルが右にあって、光は右から左に進む。表１〜
３でピクセルパネルは表示“ＰＰ”により示され、ピクセルパネルに付帯するフ
レネルレンズは表示“ＦＬ”で示される。フレネルレンズは光源を投影レンズの
入射ひとみ（表では射出ひとみ）と整合する役に立つ。
【００４８】 上で論じたように、図１〜３の投影レンズはレンズシステム全体をピクセルパ
ネルに対して移動させるとともに第１及び第２のレンズユニットの間の距離を変
えることにより広い共役範囲にわたって焦点を合わせることができる。表１〜３
に示されるように、第２のレンズユニットに対する第１のレンズユニットの移動
は、ピクセルパネルに対するレンズシステム全体の移動に比べて一般に小さい。
【００４９】 表１〜３の面番号と上で論じた術語Ｕ１，Ｅ１，Ｕ２，Ｕ２ｓ１，Ｕ２ｓ２，
及びＦＬとの対応が表４に挙げられている。
【００５０】 表５に本発明のレンズシステムの特性のいくつかをまとめてある。この表から
わかるように、実施例のレンズシステムは様々なレンズユニット、サブユニット
、及び素子の焦点距離に関する上述の制限を、第２のレンズユニットのサブユニ
ット間隔（ｔｓ１ｓ２）についての制限とともに満たしている。
【００５１】 標目“ＰＰ２２”の下に、表５は第２のレンズユニットの後部面に対する第２
のレンズユニットの後部主点の位置を列挙してある。これらの値を表１〜３の設
計仕様と比較すると、第２のユニットの後部主点が第２のサブユニットより十分
先にあることがわかる。このことが、本発明のレンズシステムの第２のレンズユ
ニットと、後部主点がユニットの中間にある古典的なトリプレットとを峻別して
いる。
【００５２】 図４及び５のプロットは、それぞれ−０.１８２及び−０.１０４のスクリーン
対ピクセルパネル倍率で動作している図１のレンズシステムについて、スルーフ
ォーカスＭＴＦを左に、また最良軸上フォーカスにおけるＭＴＦを右に示す。デ
ータは５つのフィールド点、すなわち軸上及び最大フィールド高の３５，７０，
８５及び１００％について示されている。右側のプロットについては投影スクリ
ーン上の実フィールド高が示されている。これらのフィールド高は右側及び左側
のプロットのいずれにも適用され、単位はｍｍである。
【００５３】 スルーフォーカスデータは表示された１ｍｍ当りのサイクル数で表わされた空
間周波数におけるものである。スルーフォーカス及び最良フォーカスデータはと
もにタンジェンシャルＭＴＦ及びサジタルＭＴＦ（破線）を示す。比率目盛が各
ブロックの左側につけられ、範囲は０から１までである。ＭＴＦの位相は点線の
最良フォーカスプロットで示される。位相の目盛は最良フォーカスブロックのそ
れぞれの右側に表示され、単位はラジアンである。ＭＴＦデータは全て波長５４
６.１ｎｍについてのものである。 最良フォーカスプロットの上部に表示された
軸上焦点シフトはスルーフォーカスプロットのゼロ位置に対するものである。最
良フォーカス面は軸上スルーフォーカスプロットのピークにある。
【００５４】 図２及び３のレンズシステムも、同じ倍率範囲にわたって図４及び５と同様の
ＭＴＦプロットをもつ。これらの図は、本発明のレンズシステムがピクセルパネ
ルと併せて用いられる投影レンズシステムに必要なだけの高レベルの収差補正を
広い倍率範囲にわたって達成していることを示す。
【００５５】 図１から３のレンズシステムは、対角線が約１２.５インチ（約３２０ｍｍ） のＬＣＤパネルと併せて使用するために設計された。このパネルのピクセル寸法
は２００μｍであり、 これは１,０００ＴＶ本をこえる水平解像度に相当する。
本発明のレンズシステムでつくられるパネルの像は一般に、約３６インチ（約９
００ｍｍ）から約６０インチ（約１,５００ｍｍ）の範囲にある。重要なことに は、本レンズシステムはピクセルの４分の１（５０μｍ）以下の程度の極めて良
好な色補正を達成する。これは高品位のデータまたはビデオの投影に極めて重要
な特徴である。
【００５６】 本発明の特定の実施の形態を説明し、図示したが、本発明の範囲及び精神を逸
脱することのない様々な改変が上述の開示から当該分野の通常の技術者には明ら
かなことは当然である。
【００５７】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【図面の簡単な説明】
【図１】 ピクセルパネル（ＰＰ）及びフレネルレンズ（ＦＬ）と組み合わされた、本発
明に従って構成された第１の投影レンズの側面図である
【図２】 ＰＰ及びＦＬと組み合わされた、本発明に従って構成された第２の投影レンズ
の側面図である
【図３】 ＰＰ及びＦＬと組み合わされた、本発明に従って構成された投影レンズの簡略
な側面図である
【図４】 図１のレンズシステムに対する、物体（ピクセルパネル）高が１５８ｍｍで、
像（スクリーン）高が−８６９ｍｍの場合についての単色光学伝達関数（ＭＴＦ
）プロット、 すなわちスクリーン対パネル倍率が−０.１８２の場合のＭＴＦプ
ロットである
【図５】 図１のレンズシステムに対する、物体（ピクセルパネル）高が１５８ｍｍで、
像（スクリーン）高が−１５２４ｍｍの場合についてのＭＴＦプロット、すなわ
ちスクリーン対パネル倍率が−０.１０４の場合のＭＴＦプロットである
【図６】 本発明の投影レンズを用いることができる投影レンズシステムの全体像を示す
略図である
【符号の説明】
１０ 光源 １２ 照明光学部材 １３ 複数のレンズ素子からなる投影レンズ １４ 投影されるべき物体 １６ 投影スクリーン Ｅ１ 非球面を有する負のレンズ Ｕ１ 第１のレンズユニット Ｕ２ 第２のレンズユニット Ｕ２ｓ１ 第１のサブレンズユニット Ｕ２ｓ２ 第２のサブレンズユニット ＦＬ フレネルレンズ ＰＰ ピクセルパネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA06 LA03 LA29 MA09 NA08 PA01 PA05 PA06 PA07 PA17 PB01 PB05 PB06 PB07 QA02 QA07 QA17 QA21 QA25 QA26 QA32 QA33 QA37 QA41 QA42 QA45 QA46 RA04 RA05 RA12 RA13 RA32 RA47 UA01

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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： 前記投影レンズが焦点距離ｆ０を有し、その像側から順に； （Ａ） 焦点距離ｆ１を有し； （ｉ） 焦点距離ｆＥ１を有するレンズ素子；及び （ｉｉ） 歪補正のための少なくとも１つの非球面； を含む第１のレンズユニット；並びに （Ｂ） 焦点距離ｆ２を有し、その像側から順に： （ｉ） 焦点距離ｆ２Ｓ１を有する第１のサブレンズユニット；及び （ｉｉ） 前記第１のサブレンズユニットから空隙をおいて配置された焦点
    距離ｆ２ｓ２を有する第２のサブレンズユニットであって、（ａ）球面収差補正
    のための少なくとも１つの非球面；及び（ｂ）前記投影レンズに軸色補正を与え
    るための手段を含む第２のサブレンズユニット； からなる第２のレンズユニット； からなり、ここで： |ｆ１|/ｆ０＞０.７５； ｆＥ１＜０； ｆ２＞０； ｆ２/ｆ０＜２.０； ｆ２ｓ１＞０； ｆ２ｓ１/ｆ０＜１.５；及び |ｆ２ｓ２|/ｆ０＞１.５； であることを特徴とする投影レンズ。
  2. 【請求項２】 物体の像を形成するための投影レンズにおいて： 前記投影レンズが焦点距離ｆ０を有し、その像側から順に； （Ａ） 焦点距離ｆ１を有し： （ｉ） 焦点距離ｆＥ１を有するレンズ素子；及び （ｉｉ） 歪補正のための少なくとも１つの非球面； を含む第１のレンズユニット；並びに （Ｂ） 焦点距離ｆ２を有し、その像側から順に： （ｉ） 焦点距離ｆ２Ｓ１を有する第１のサブレンズユニット；及び （ｉｉ） 前記第１のサブレンズユニットから空隙をおいて配置された焦点
    距離ｆ２ｓ２を有する第２のサブレンズユニットであって、その像側から順に：
    （ａ）負のレンズ素子；（ｂ）正のレンジ素子；及び（ｃ）少なくとも１つの非
    球面を有するプラスチックレンズ素子からなる第２のサブレンズユニット； からなる第２のレンズユニット； からなり、ここで： |ｆ１|/ｆ０＞０.７５； ｆＥ１＜０； ｆ２＞０； ｆ２/ｆ０＜２.０； ｆ２ｓ１＞０； ｆ２ｓ１/ｆ０＜１.５；及び |ｆ２ｓ２|/ｆ０＞１.５； であることを特徴とする投影レンズ。
  3. 【請求項３】 前記第２のサブレンズユニットの前記プラスチックレンズ素
    子が正の軸上屈折力を有することを特徴とする請求項２記載の投影レンズ。
  4. 【請求項４】 前記第２のサブレンズユニットの前記プラスチックレンズ素
    子が負の軸上屈折力を有することを特徴とする請求項２記載の投影レンズ。
  5. 【請求項５】 前記第２のサブレンズユニットの前記負のレンズ素子が前記
    第２のレンズサブユニットの前記正のレンズ素子より高い分散を有することを特
    徴とする請求項２記載の投影レンズ。
  6. 【請求項６】 |ｆＥ１|/ｆ０＞１.５； であることを特徴とする請求項１または２記載の投影レンズ。
  7. 【請求項７】 前記第１のサブレンズユニットと前記第２のサブレンズユニ
    ットとの間の空隙の長さをｔｓ１ｓ２として： ｔｓ１ｓ２/ｆ０＞０.１； であることを特徴とする請求項１または２記載の投影レンズ。
  8. 【請求項８】 前記投影レンズの像方向の半視界が少なくとも３５°である
    ことを特徴とする請求項１または２記載の投影レンズ。
  9. 【請求項９】 前記第１のレンズユニットの最大開放開口が前記第２のレン
    ズユニットの最大開放開口より大きいことを特徴とする請求項１または２記載の
    投影レンズ。
  10. 【請求項１０】 前記第２のレンズユニットが前記第２のサブレンズユニッ
    トの像側端より先にある後方主点を有することを特徴とする請求項１または２記
    載の投影レンズ。
  11. 【請求項１１】 前記投影レンズが前記像において有する歪は１％より小さ
    いことを特徴とする請求項１または２記載の投影レンズ。
  12. 【請求項１２】 前記物体がピクセルパネルであることを特徴とする請求項
    １または２記載の投影レンズ。
  13. 【請求項１３】 前記投影レンズの縦色収差が前記物体において１ピクセル
    より小さいことを特徴とする請求項１２記載の投影レンズ。
  14. 【請求項１４】 前記第１のレンズユニットの最大開放開口が前記ピクセル
    パネルの対角線の０.７倍より小さいことを特徴とする請求項１２記載の投影レ ンズ。
  15. 【請求項１５】 物体の像を形成するための投影レンズシステムにおいて、
    前記システムが： （ａ） 光源及び前記光源の像を形成する照明光学系であって、前記光源の前
    記像は前記照明光学系の出力である光学系； （ｂ） 前記物体を含むピクセルパネル；及び （ｃ） 請求項１または２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システム。
  16. 【請求項１６】 （ｉ）前記投影レンズと前記ピクセルパネルとの間の距離
    及び（ｉｉ）前記第１のレンズユニットと前記第２のレンズユニットとの間の距
    離を変えることにより、前記投影レンズシステムの倍率が変えられることを特徴
    とする請求項１５記載の投影レンズシステム。
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