JPH10142503A - 投影レンズおよび投影レンズシステム - Google Patents
投影レンズおよび投影レンズシステムInfo
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- JPH10142503A JPH10142503A JP9135559A JP13555997A JPH10142503A JP H10142503 A JPH10142503 A JP H10142503A JP 9135559 A JP9135559 A JP 9135559A JP 13555997 A JP13555997 A JP 13555997A JP H10142503 A JPH10142503 A JP H10142503A
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- lens
- projection lens
- projection
- lens unit
- unit
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/04—Reversed telephoto objectives
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
- G02B9/12—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 画素パネルを用いて使用される投影レンズに
求められる以下の特性、（１）非常に長いバックフォー
カス距離、例えばレンズの焦点距離の少なくとも３倍以
上のバックフォーカス距離（２）高レベルの色補正
（３）低歪み（４）温度変化に対する低感受性、これら
の条件をすべて満足する投影レンズシステムを提供す
る。 【解決手段】 投影レンズは三つのレンズユニットから
なり、第１のレンズユニットＵ１は負の屈折力を有し、
二つの非球面を有する少なくとも一つのプラスチックレ
ンズ素子を有し、第２のレンズユニットＵ２は負の屈折
力を有するか、もしくは弱い正の屈折力を有し、少なく
とも一つの色補正用ダブレットレンズを有し、第３のレ
ンズユニットＵ３は正の屈折力を有し、ガラス素子もし
くは弱い屈折力のプラスチック素子に非球面が施された
ものである。
求められる以下の特性、（１）非常に長いバックフォー
カス距離、例えばレンズの焦点距離の少なくとも３倍以
上のバックフォーカス距離（２）高レベルの色補正
（３）低歪み（４）温度変化に対する低感受性、これら
の条件をすべて満足する投影レンズシステムを提供す
る。 【解決手段】 投影レンズは三つのレンズユニットから
なり、第１のレンズユニットＵ１は負の屈折力を有し、
二つの非球面を有する少なくとも一つのプラスチックレ
ンズ素子を有し、第２のレンズユニットＵ２は負の屈折
力を有するか、もしくは弱い正の屈折力を有し、少なく
とも一つの色補正用ダブレットレンズを有し、第３のレ
ンズユニットＵ３は正の屈折力を有し、ガラス素子もし
くは弱い屈折力のプラスチック素子に非球面が施された
ものである。
Description
【０００１】
【発明に属する技術分野】本発明は、投影レンズに関
し、特にＬＣＤ（Liquid Crystal Displya）やＤＭＤ
（Discrete Mirror Device）といった画素からなる物体
の像を形成するために使用することが可能な投影レンズ
に関するものである。
し、特にＬＣＤ（Liquid Crystal Displya）やＤＭＤ
（Discrete Mirror Device）といった画素からなる物体
の像を形成するために使用することが可能な投影レンズ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】投影レンズシステム（以下「投影システ
ム」ともいう）は、鑑賞スクリーン上に物体の像を形成
するために使用されるものである。そのシステムの基本
構成を図７に示す。ここで10は光源（タングステン−ハ
ロゲンランプなど）、12は光源の像を形成する照明光学
系（以下、照明システムの「出力」ともいう）、14は投
影される物体（例えばオン／オフする画素マトリク
ス）、13は複数のレンズ部品からなる投影レンズであ
り、鑑賞スクリーン16上に物体14の像を拡大して形成す
る。図７は、ＬＣＤパネルの場合を図示しており、その
照明システムの出力はパネルの背面に投射され透明な各
画素中を伝搬する。一方、ＤＭＤの場合、反射による動
作となり、したがって照明システムの「出力」はプリズ
ムやそれと同類の素子によりパネルの前面へと投射され
る。
ム」ともいう）は、鑑賞スクリーン上に物体の像を形成
するために使用されるものである。そのシステムの基本
構成を図７に示す。ここで10は光源（タングステン−ハ
ロゲンランプなど）、12は光源の像を形成する照明光学
系（以下、照明システムの「出力」ともいう）、14は投
影される物体（例えばオン／オフする画素マトリク
ス）、13は複数のレンズ部品からなる投影レンズであ
り、鑑賞スクリーン16上に物体14の像を拡大して形成す
る。図７は、ＬＣＤパネルの場合を図示しており、その
照明システムの出力はパネルの背面に投射され透明な各
画素中を伝搬する。一方、ＤＭＤの場合、反射による動
作となり、したがって照明システムの「出力」はプリズ
ムやそれと同類の素子によりパネルの前面へと投射され
る。
【０００３】物体が画素パネルとなる投影レンズシステ
ムは、データディスプレイシステムなどのような様々な
アプリケーションにおいて使用される。そのような投影
レンズシステムでは投影レンズを単体で使用することが
望ましく、その投影レンズにより、例えば赤、緑、青の
各画素を有する単板パネル、もしくは各色が一枚の三枚
の独立したパネルの像が形成される。ある場合には二枚
のパネルが使用されることもあり、その場合は、一枚は
二色（例えば赤と緑）を有し、一枚は一色（例えば青）
を有する二枚のパネルを使用する。またスピンフィルタ
ホイールやまたはそれと同類の装置を二色用のパネルに
取り付け、回転フィルタと同期してその二色に関する情
報をパネルに提供する。
ムは、データディスプレイシステムなどのような様々な
アプリケーションにおいて使用される。そのような投影
レンズシステムでは投影レンズを単体で使用することが
望ましく、その投影レンズにより、例えば赤、緑、青の
各画素を有する単板パネル、もしくは各色が一枚の三枚
の独立したパネルの像が形成される。ある場合には二枚
のパネルが使用されることもあり、その場合は、一枚は
二色（例えば赤と緑）を有し、一枚は一色（例えば青）
を有する二枚のパネルを使用する。またスピンフィルタ
ホイールやまたはそれと同類の装置を二色用のパネルに
取り付け、回転フィルタと同期してその二色に関する情
報をパネルに提供する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】画素パネルを用いて使
用される投影レンズは、少なくとも以下の特性を同時に
備える必要がある。（１）非常に長いバックフォーカス
距離、例えばレンズの焦点距離の少なくとも３倍以上の
バックフォーカス距離（２）高レベルの色補正（３）低
歪み（４）温度変化に対する低感受性。
用される投影レンズは、少なくとも以下の特性を同時に
備える必要がある。（１）非常に長いバックフォーカス
距離、例えばレンズの焦点距離の少なくとも３倍以上の
バックフォーカス距離（２）高レベルの色補正（３）低
歪み（４）温度変化に対する低感受性。
【０００５】長いバックフォーカス距離、すなわち最後
尾のレンズ面から画素パネルまでの距離を長くすること
に関しては、特に多数のパネルを使用する際に、フィル
タ、ビームスプリッタ、プリズムなどの光学素子を取り
付け、レンズシステムが鑑賞スクリーンに向けて投影す
る異なる色の異なる光路からの光を結合させて使用する
場合に必要とされる。さらに、バックフォーカス距離を
長くすれば、出力距離が比較的長くなるため、照明シス
テムの出力を投影レンズの近辺にすることができる。特
にＬＣＤパネルの場合に重要であるが、画素パネルにお
ける光の入射角を比較的小さくすることが可能となるた
め、出力距離は比較的長いことが望ましい。
尾のレンズ面から画素パネルまでの距離を長くすること
に関しては、特に多数のパネルを使用する際に、フィル
タ、ビームスプリッタ、プリズムなどの光学素子を取り
付け、レンズシステムが鑑賞スクリーンに向けて投影す
る異なる色の異なる光路からの光を結合させて使用する
場合に必要とされる。さらに、バックフォーカス距離を
長くすれば、出力距離が比較的長くなるため、照明シス
テムの出力を投影レンズの近辺にすることができる。特
にＬＣＤパネルの場合に重要であるが、画素パネルにお
ける光の入射角を比較的小さくすることが可能となるた
め、出力距離は比較的長いことが望ましい。
【０００６】画素がにじんだり、極端な場合には画像か
ら画素が完全に欠落してしまい、色収差が画素パネルの
画像に容易に見えてしまうので、高レベルの色補正が重
要である。この問題は画面の端部において最も深刻であ
る。一般に色補正は、画素パネルで評価すると、これら
の問題を回避するために、約一画素、好ましくは約半画
素よりも改善されているべきものである。
ら画素が完全に欠落してしまい、色収差が画素パネルの
画像に容易に見えてしまうので、高レベルの色補正が重
要である。この問題は画面の端部において最も深刻であ
る。一般に色補正は、画素パネルで評価すると、これら
の問題を回避するために、約一画素、好ましくは約半画
素よりも改善されているべきものである。
【０００７】ここではシステムのすべての色収差に関し
て取り組む必要があるが、色にじみ、コマ収差による色
彩変動、さらに非点収差による色収差に関しては最も改
善が必要である。色にじみ、すなわち色に対する倍率変
動は、コントラストの減少に伴い特に画面の端部におい
て現れるため、特に面倒なものである。極端な場合に
は、画面全体に虹色現象が見られる。
て取り組む必要があるが、色にじみ、コマ収差による色
彩変動、さらに非点収差による色収差に関しては最も改
善が必要である。色にじみ、すなわち色に対する倍率変
動は、コントラストの減少に伴い特に画面の端部におい
て現れるため、特に面倒なものである。極端な場合に
は、画面全体に虹色現象が見られる。
【０００８】陰極管（ＣＲＴ）を使用している投影シス
テムにおいては、わずかな（余計な）色にじみであれ
ば、例えば青色のＣＲＴ面上に映し出される像の大きさ
に対し赤色のＣＲＴ面上に映し出される像の大きさを小
さくすることにより電気的に補正できる。しかしながら
画素パネルにおいては、像がデジタル化されているため
そのような補正はできず、それゆえ可視画面全体にわた
りサイズを円滑に調整することは不可能である。かくし
て、高レベルな色にじみ補正が投影レンズに必要とされ
る。
テムにおいては、わずかな（余計な）色にじみであれ
ば、例えば青色のＣＲＴ面上に映し出される像の大きさ
に対し赤色のＣＲＴ面上に映し出される像の大きさを小
さくすることにより電気的に補正できる。しかしながら
画素パネルにおいては、像がデジタル化されているため
そのような補正はできず、それゆえ可視画面全体にわた
りサイズを円滑に調整することは不可能である。かくし
て、高レベルな色にじみ補正が投影レンズに必要とされ
る。
【０００９】データ表示用の画素パネルを使用する際に
は、歪み補正に関して厳しい要求がある。これはデータ
を見る際には、レンズの可視画面の末端においてでさえ
も高品質の画像が要求されるからである。明らかではあ
るが、表示される数字や文字を表示した画像は、画面の
中心と同様に画面の端部においても歪みのないことが重
要である。さらには、例えば図１のレンズがそのように
使用されるために設計されているが、投影レンズがオフ
セットされたＬＣＤパネルを用いて使用されることもし
ばしばある。その場合、鑑賞スクリーン上の歪みは、ス
クリーン中央の水平線に対して対称に変化せずに、例え
ばスクリーンの下から上へ単調増加する。この影響によ
り、わずかな歪みでも見る人には容易に目についてしま
う。
は、歪み補正に関して厳しい要求がある。これはデータ
を見る際には、レンズの可視画面の末端においてでさえ
も高品質の画像が要求されるからである。明らかではあ
るが、表示される数字や文字を表示した画像は、画面の
中心と同様に画面の端部においても歪みのないことが重
要である。さらには、例えば図１のレンズがそのように
使用されるために設計されているが、投影レンズがオフ
セットされたＬＣＤパネルを用いて使用されることもし
ばしばある。その場合、鑑賞スクリーン上の歪みは、ス
クリーン中央の水平線に対して対称に変化せずに、例え
ばスクリーンの下から上へ単調増加する。この影響によ
り、わずかな歪みでも見る人には容易に目についてしま
う。
【００１０】十分な明るさの画像を生み出すには、投影
レンズに十分な光量の光を透過させなければならない。
その結果、室温とレンズが動作する温度との間に通常は
温度差が存在してしまう。さらに、レンズは様々な環境
条件の下でも動作可能であることが必要とされる。例え
ば、投影レンズはしばしば室内の天井に取り付けられ、
周辺温度が実質的に約４０℃にもなる建物の屋根に設置
されることもある。このような影響を考慮すると、温度
変化に対して比較的鈍感な光学特性を有する投影レンズ
が必要とされる。
レンズに十分な光量の光を透過させなければならない。
その結果、室温とレンズが動作する温度との間に通常は
温度差が存在してしまう。さらに、レンズは様々な環境
条件の下でも動作可能であることが必要とされる。例え
ば、投影レンズはしばしば室内の天井に取り付けられ、
周辺温度が実質的に約４０℃にもなる建物の屋根に設置
されることもある。このような影響を考慮すると、温度
変化に対して比較的鈍感な光学特性を有する投影レンズ
が必要とされる。
【００１１】温度感度に関する問題を解決する一つの方
法としては、ガラス材料からなるレンズを使用すること
である。プラスチックと比較すると、ガラス材料の部品
の曲率半径と屈折率の変動はプラスチック材料の部品よ
りも小さい。しかしながら、ガラス材料は通常プラスチ
ック材料よりも高価であり、収差補正のために非球面に
する必要がある場合には特に高価となる。下記するよう
に、プラスチック材料も、その部品の数と位置を適切に
選択すれば温度の変化に対し鈍感にすることも可能であ
り、使用することができる。
法としては、ガラス材料からなるレンズを使用すること
である。プラスチックと比較すると、ガラス材料の部品
の曲率半径と屈折率の変動はプラスチック材料の部品よ
りも小さい。しかしながら、ガラス材料は通常プラスチ
ック材料よりも高価であり、収差補正のために非球面に
する必要がある場合には特に高価となる。下記するよう
に、プラスチック材料も、その部品の数と位置を適切に
選択すれば温度の変化に対し鈍感にすることも可能であ
り、使用することができる。
【００１２】以下に述べる投影レンズは、上記の要求を
全て満足するものであり、鑑賞スクリーン上に画素パネ
ルの色画像を高品質に形成することが可能な低コストの
投影レンズシステムに十分使用することができる。
全て満足するものであり、鑑賞スクリーン上に画素パネ
ルの色画像を高品質に形成することが可能な低コストの
投影レンズシステムに十分使用することができる。
【００１３】ここで、画素パネルを使用した投影レンズ
に関しては、米国特許第４，１８９，２１１号（Ｔａｙ
ｌｏｒ，ｅｔ．ａｌ）、第５，０４２，９２９号（Ｔａ
ｎａｋａ，ｅｔ．ａｌ）、第５，１７９，４７３号（Ｙ
ａｎｏ，ｅｔ．ａｌ）、第５，２００，８６１号（Ｍｏ
ｓｋｏｖｉｃｈ）、第５，２１８，４８０号（Ｍｏｓｋ
ｏｖｉｃｈ）、第５，２７８，６９８号（Ｉｉｚｕｋ
ａ，ｅｔ．ａｌ）、第５，３１３，３３０号（Ｂｅｔｅ
ｎｓｋｙ）、第５，３３１，４６２号（Ｙａｎｏ）に記
載されている。ＬＣＤシステムに関しては、米国特許第
４，４２５，０２８号（Ｇａｇｎｏｎ，ｅｔ．ａｌ）、
第４，４６１，５４２号（Ｇａｇｎｏｎ）、第４，８２
６，３１１号（Ｌｅｄｅｂｕｈｒ）、ＥＰＯ Ｐａｔｅ
ｎｔ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ第３１１，１１６号に記
載されている。
に関しては、米国特許第４，１８９，２１１号（Ｔａｙ
ｌｏｒ，ｅｔ．ａｌ）、第５，０４２，９２９号（Ｔａ
ｎａｋａ，ｅｔ．ａｌ）、第５，１７９，４７３号（Ｙ
ａｎｏ，ｅｔ．ａｌ）、第５，２００，８６１号（Ｍｏ
ｓｋｏｖｉｃｈ）、第５，２１８，４８０号（Ｍｏｓｋ
ｏｖｉｃｈ）、第５，２７８，６９８号（Ｉｉｚｕｋ
ａ，ｅｔ．ａｌ）、第５，３１３，３３０号（Ｂｅｔｅ
ｎｓｋｙ）、第５，３３１，４６２号（Ｙａｎｏ）に記
載されている。ＬＣＤシステムに関しては、米国特許第
４，４２５，０２８号（Ｇａｇｎｏｎ，ｅｔ．ａｌ）、
第４，４６１，５４２号（Ｇａｇｎｏｎ）、第４，８２
６，３１１号（Ｌｅｄｅｂｕｈｒ）、ＥＰＯ Ｐａｔｅ
ｎｔ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ第３１１，１１６号に記
載されている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上述の観点から本発明の
目的は、画素パネルとともに使用される、上述の４つの
所望の各特性を同時に有する投影レンズの性能を向上す
る方法を提供することにある。すなわち、この目的は、
物体から像に至るまで（すなわちその長共役側から短共
役側に向かって）順に、（Ａ）負の屈折力を有し、少な
くとも一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１のレンズユニットと、（Ｂ）負の屈折力もし
くは弱い正の屈折力を有し、色補正用ダブレットレンズ
からなる第２のレンズユニットと、（Ｃ）正の屈折力を
有し、ガラス素子もしくは弱い屈折力のプラスチック素
子に非球面を構成する第３のレンズユニットからなり、 Ｄ12／ｆ0＞１．０ （１） Ｄ23／ｆ0＞０．７ （２） １．５＜（Ｄ12＋Ｄ23＋ＢＦＬ）／ＢＦＬ＜４．０ （３） ＢＦＬ／ｆ0＞３．０ （４） （ここで、ｆ0 は第１のレンズユニットと第２のレンズ
ユニットと第３のレンズユニットからなる焦点距離、Ｂ
ＦＬは投影レンズの長共役側の無限大の位置における物
体に対する、第１のレンズユニットと第２のレンズユニ
ットと第３のレンズユニットからなるバックフォーカ
ス、Ｄ12は第１のレンズユニットと第２のレンズユニッ
トとの距離、Ｄ23は第２のレンズユニットと第３のレン
ズユニットとの距離）であることを特徴とする投影レン
ズにより達成される。
目的は、画素パネルとともに使用される、上述の４つの
所望の各特性を同時に有する投影レンズの性能を向上す
る方法を提供することにある。すなわち、この目的は、
物体から像に至るまで（すなわちその長共役側から短共
役側に向かって）順に、（Ａ）負の屈折力を有し、少な
くとも一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１のレンズユニットと、（Ｂ）負の屈折力もし
くは弱い正の屈折力を有し、色補正用ダブレットレンズ
からなる第２のレンズユニットと、（Ｃ）正の屈折力を
有し、ガラス素子もしくは弱い屈折力のプラスチック素
子に非球面を構成する第３のレンズユニットからなり、 Ｄ12／ｆ0＞１．０ （１） Ｄ23／ｆ0＞０．７ （２） １．５＜（Ｄ12＋Ｄ23＋ＢＦＬ）／ＢＦＬ＜４．０ （３） ＢＦＬ／ｆ0＞３．０ （４） （ここで、ｆ0 は第１のレンズユニットと第２のレンズ
ユニットと第３のレンズユニットからなる焦点距離、Ｂ
ＦＬは投影レンズの長共役側の無限大の位置における物
体に対する、第１のレンズユニットと第２のレンズユニ
ットと第３のレンズユニットからなるバックフォーカ
ス、Ｄ12は第１のレンズユニットと第２のレンズユニッ
トとの距離、Ｄ23は第２のレンズユニットと第３のレン
ズユニットとの距離）であることを特徴とする投影レン
ズにより達成される。
【００１５】上記（１）から（３）の基準は、投影レン
ズの物理的構造に関係する。これらが満足されれば、
（４）の基準は、高レベルな色補正と低歪みを同時に達
成して満足することができる。ある具体的実施の形態に
おいては、ＢＦＬ／ｆ0 の値（基準（４））が４．０以
上であり、さらには５．０以上であることが望ましい。
ズの物理的構造に関係する。これらが満足されれば、
（４）の基準は、高レベルな色補正と低歪みを同時に達
成して満足することができる。ある具体的実施の形態に
おいては、ＢＦＬ／ｆ0 の値（基準（４））が４．０以
上であり、さらには５．０以上であることが望ましい。
【００１６】（１）から（４）の基準に加え、本発明の
投影レンズはまた、以下の基準を満足するものであるこ
とが望ましい。
投影レンズはまた、以下の基準を満足するものであるこ
とが望ましい。
【００１７】 ｜ＥＰＤ｜／ｆ0＞４．０ （５） ここで、ＥＰＤは、照明光学系に見られるように、画素
パネルから投影レンズの入射瞳までの距離である。｜Ｅ
ＰＤ｜／ｆ0 の値は大きいことが望ましく、それは
（１）明るく均一な照明画像を得るためには、レンズシ
ステムの入射瞳と照明システムの射出瞳との位置とサイ
ズを一致させることが重要であり、（２）照明光学系は
通常、射出瞳を光源から大きく離して配置させた場合に
良好に動作するからである。さらに、照明光学系からパ
ネルが良好に動作するような比較的小さな角度で光を画
素パネルに通過させるためには、｜ＥＰＤ｜／ｆ0 の値
は大きいことが望ましい。さらなる具体的実施の形態と
しては、｜ＥＰＤ｜／ｆ0 の値は１００もしくはそれ以
上であることが望ましい。
パネルから投影レンズの入射瞳までの距離である。｜Ｅ
ＰＤ｜／ｆ0 の値は大きいことが望ましく、それは
（１）明るく均一な照明画像を得るためには、レンズシ
ステムの入射瞳と照明システムの射出瞳との位置とサイ
ズを一致させることが重要であり、（２）照明光学系は
通常、射出瞳を光源から大きく離して配置させた場合に
良好に動作するからである。さらに、照明光学系からパ
ネルが良好に動作するような比較的小さな角度で光を画
素パネルに通過させるためには、｜ＥＰＤ｜／ｆ0 の値
は大きいことが望ましい。さらなる具体的実施の形態と
しては、｜ＥＰＤ｜／ｆ0 の値は１００もしくはそれ以
上であることが望ましい。
【００１８】また本発明の具体的実施の形態としては、
本発明の投影レンズは、投影レンズの擬似開口絞り／入
射瞳としての照明システムの出力の位置を用いて設計さ
れる（Ｂｅｔｅｎｓｋｙの米国特許第５，３１３，３３
０号を参照のこと）。これにより、照明システムの光出
力と投影レンズとの結合が効率よく行われる。図１およ
び図２の投影レンズはこのように設計された。
本発明の投影レンズは、投影レンズの擬似開口絞り／入
射瞳としての照明システムの出力の位置を用いて設計さ
れる（Ｂｅｔｅｎｓｋｙの米国特許第５，３１３，３３
０号を参照のこと）。これにより、照明システムの光出
力と投影レンズとの結合が効率よく行われる。図１およ
び図２の投影レンズはこのように設計された。
【００１９】これらの具体的実施の形態によれば、本発
明は、物体の像を形成する投影レンズシステムを提供す
る。そのシステムは、（ａ）光源と光源の像を形成する
照明光学系からなり、光源の像がその出力である照明シ
ステムと、（ｂ）物体を構成する画素パネルと、（ｃ）
照明システムの出力の位置にほぼ相当する位置に入射瞳
を有する、上記のタイプの投影レンズからなる。
明は、物体の像を形成する投影レンズシステムを提供す
る。そのシステムは、（ａ）光源と光源の像を形成する
照明光学系からなり、光源の像がその出力である照明シ
ステムと、（ｂ）物体を構成する画素パネルと、（ｃ）
照明システムの出力の位置にほぼ相当する位置に入射瞳
を有する、上記のタイプの投影レンズからなる。
【００２０】ある具体的実施の形態においては（例えば
図１と図２の投影レンズ）、本発明の投影レンズシステ
ムは、（ａ）第２のレンズユニットと第３のレンズユニ
ットとの距離と（ｂ）第１のレンズユニットと画素パネ
ルとの距離を一定に保持しながら、画素パネルと第２お
よび第３のレンズユニットとの距離を変化させることに
より投影レンズシステムの倍率を変化させることを特徴
とするものである。
図１と図２の投影レンズ）、本発明の投影レンズシステ
ムは、（ａ）第２のレンズユニットと第３のレンズユニ
ットとの距離と（ｂ）第１のレンズユニットと画素パネ
ルとの距離を一定に保持しながら、画素パネルと第２お
よび第３のレンズユニットとの距離を変化させることに
より投影レンズシステムの倍率を変化させることを特徴
とするものである。
【００２１】本発明の投影レンズはまた、十分な温度非
依存性を有するように設計できる。以下に詳細に述べる
が、このことは（１）システム内の軸ビーム高さが小さ
い場所のみ、すなわち第１のユニットにおいてのみ、十
分な屈折力を有するプラスチックレンズ素子を使用し
（２）システム内の他の場所、例えば第３のユニットに
おいては弱い屈折力を有するプラスチック素子のみを使
用することにより達成できる。これによれば、温度変化
によるシステム全体の光学特性への影響はほとんどな
く、特にシステムのバックフォーカスにはほとんど影響
がない。
依存性を有するように設計できる。以下に詳細に述べる
が、このことは（１）システム内の軸ビーム高さが小さ
い場所のみ、すなわち第１のユニットにおいてのみ、十
分な屈折力を有するプラスチックレンズ素子を使用し
（２）システム内の他の場所、例えば第３のユニットに
おいては弱い屈折力を有するプラスチック素子のみを使
用することにより達成できる。これによれば、温度変化
によるシステム全体の光学特性への影響はほとんどな
く、特にシステムのバックフォーカスにはほとんど影響
がない。
【００２２】
【発明の効果】本発明の投影レンズは、画素パネルを用
いて使用される投影レンズに求められる以下の特性、
（１）非常に長いバックフォーカス距離、例えばレンズ
の焦点距離の少なくとも３倍以上のバックフォーカス距
離（２）高レベルの色補正（３）低歪み（４）温度変化
に対する低感受性、これらの条件をすべて満足すること
ができる。
いて使用される投影レンズに求められる以下の特性、
（１）非常に長いバックフォーカス距離、例えばレンズ
の焦点距離の少なくとも３倍以上のバックフォーカス距
離（２）高レベルの色補正（３）低歪み（４）温度変化
に対する低感受性、これらの条件をすべて満足すること
ができる。
【００２３】また、鑑賞スクリーン上に画素パネルの画
像を高品質に形成することができ、さらに低コストの投
影レンズシステムを構成するために使用することができ
る。
像を高品質に形成することができ、さらに低コストの投
影レンズシステムを構成するために使用することができ
る。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の投影レンズシステムは、
後方フォーカスタイプのものであり、図１から図６に図
示するように、互いに広く離して配置された３つのレン
ズユニットから構成される。例えば、図示したレンズシ
ステムにおいては、各ユニットにおける二つの素子の間
隔の中で最も広い間隔でも、二つのユニット間の最も狭
い間隔の３０％以下であり、ここではユニットの間隔
（すなわちＤ12およびＤ23）は、あるユニットの後尾の
面から次のユニットの最前面までの間隔で定義される。
図３のレンズシステムにおいては、この約３０％という
値になっている。他の全てのレンズシステムにおいて
は、その値は１０％以下である。これらのレンズシステ
ムは、高レベルの収差補正と、広い視野画面、すなわち
約３５°以上の視野画面の半分であるという特徴を有し
ている。
後方フォーカスタイプのものであり、図１から図６に図
示するように、互いに広く離して配置された３つのレン
ズユニットから構成される。例えば、図示したレンズシ
ステムにおいては、各ユニットにおける二つの素子の間
隔の中で最も広い間隔でも、二つのユニット間の最も狭
い間隔の３０％以下であり、ここではユニットの間隔
（すなわちＤ12およびＤ23）は、あるユニットの後尾の
面から次のユニットの最前面までの間隔で定義される。
図３のレンズシステムにおいては、この約３０％という
値になっている。他の全てのレンズシステムにおいて
は、その値は１０％以下である。これらのレンズシステ
ムは、高レベルの収差補正と、広い視野画面、すなわち
約３５°以上の視野画面の半分であるという特徴を有し
ている。
【００２５】第１のレンズユニットは、負の屈折力を有
し、少なくとも一つの非球面を有する少なくとも一つの
プラスチックレンズ素子を有する。この第１のレンズユ
ニットは、単体のプラスチックレンズ素子からなること
が望ましく、さらにその単体のプラスチックレンズ素子
は二つの非球面を有することが望ましい。第１のレンズ
ユニットが単体の素子からなることが望ましいのは、そ
のユニットの素子は通常システム内で最も大きく、した
がってこの素子を最小限に小さくすることがシステム全
体のコストを低減することになるからである。ある具体
的実施の形態においては、例えば、視野画面を極端に大
きくするためには、第１のレンズユニットを二つのレン
ズ素子により構成し、それらの両方ともプラスチックに
より形成し、それら両方とも非球面を有するようにする
ことが望ましい。通常、第１のレンズユニットと、特に
そのユニットの非球面がシステムの歪み補正に寄与し、
上記したように、それは画素パネルを有するレンズシス
テムには高いレベルの補正が必要である。その歪み補正
は通常、像の約１％以下であることが望ましい。第２の
レンズユニットは、負の屈折力を有する（図１から図
４、および図６）か、もしくは弱い正の屈折力を有する
（図５）。ここで弱い正の屈折力とは、第１および第２
および第３のレンズユニットからなる屈折力（Ｐ0 ）の
約１０％以下の屈折力（Ｐ2 ）であることと意味し、さ
らに約５％以下であることが望ましい。第２のレンズユ
ニットは、少なくとも一つの色補正用ダブレットレンズ
からなり、ある場合には二つの色補正用ダブレットレン
ズからなることもある（図１と図２）。照明システムの
出力は、第２のレンズユニットの近辺に位置し、そのた
めこのユニットは、その出力の近辺に発生する熱に対し
耐用性のあるガラス素子のみからなることが望ましい。
通常、第２のレンズユニットは、軸上色収差補正に寄与
するものである。
し、少なくとも一つの非球面を有する少なくとも一つの
プラスチックレンズ素子を有する。この第１のレンズユ
ニットは、単体のプラスチックレンズ素子からなること
が望ましく、さらにその単体のプラスチックレンズ素子
は二つの非球面を有することが望ましい。第１のレンズ
ユニットが単体の素子からなることが望ましいのは、そ
のユニットの素子は通常システム内で最も大きく、した
がってこの素子を最小限に小さくすることがシステム全
体のコストを低減することになるからである。ある具体
的実施の形態においては、例えば、視野画面を極端に大
きくするためには、第１のレンズユニットを二つのレン
ズ素子により構成し、それらの両方ともプラスチックに
より形成し、それら両方とも非球面を有するようにする
ことが望ましい。通常、第１のレンズユニットと、特に
そのユニットの非球面がシステムの歪み補正に寄与し、
上記したように、それは画素パネルを有するレンズシス
テムには高いレベルの補正が必要である。その歪み補正
は通常、像の約１％以下であることが望ましい。第２の
レンズユニットは、負の屈折力を有する（図１から図
４、および図６）か、もしくは弱い正の屈折力を有する
（図５）。ここで弱い正の屈折力とは、第１および第２
および第３のレンズユニットからなる屈折力（Ｐ0 ）の
約１０％以下の屈折力（Ｐ2 ）であることと意味し、さ
らに約５％以下であることが望ましい。第２のレンズユ
ニットは、少なくとも一つの色補正用ダブレットレンズ
からなり、ある場合には二つの色補正用ダブレットレン
ズからなることもある（図１と図２）。照明システムの
出力は、第２のレンズユニットの近辺に位置し、そのた
めこのユニットは、その出力の近辺に発生する熱に対し
耐用性のあるガラス素子のみからなることが望ましい。
通常、第２のレンズユニットは、軸上色収差補正に寄与
するものである。
【００２６】第３のレンズユニットは、正の屈折力を有
し、ガラス素子（図６）もしくは弱い屈折力のプラスチ
ック素子（図１から図５）に施した非球面からなる。こ
こで、弱い屈折力のプラスチック素子とは、第１および
第２および第３のレンズユニットからなる屈折力
（Ｐ0 ）の約５％以下の絶対値の屈折力（Ｐelement ）
を有するものである。ここで使用されるその弱い屈折力
のプラスチック素子は、補正用レンズ素子として考慮さ
れ、それはその目的が、システムの光学屈折力を備える
こととは対照的に、レンズの収差補正をすることにある
ためである。第３のレンズユニットは、色補正用ダブレ
ットレンズを含むことが望ましく、ここでシステム全体
としては通常、二つの色補正用ダブレットレンズを有す
る（一つは第２のレンズユニット、一つは第３のレンズ
ユニット）が、三つの色補正用ダブレットレンズを有し
てもよい（二つが第２のレンズユニット、一つは第３の
レンズユニット）。
し、ガラス素子（図６）もしくは弱い屈折力のプラスチ
ック素子（図１から図５）に施した非球面からなる。こ
こで、弱い屈折力のプラスチック素子とは、第１および
第２および第３のレンズユニットからなる屈折力
（Ｐ0 ）の約５％以下の絶対値の屈折力（Ｐelement ）
を有するものである。ここで使用されるその弱い屈折力
のプラスチック素子は、補正用レンズ素子として考慮さ
れ、それはその目的が、システムの光学屈折力を備える
こととは対照的に、レンズの収差補正をすることにある
ためである。第３のレンズユニットは、色補正用ダブレ
ットレンズを含むことが望ましく、ここでシステム全体
としては通常、二つの色補正用ダブレットレンズを有す
る（一つは第２のレンズユニット、一つは第３のレンズ
ユニット）が、三つの色補正用ダブレットレンズを有し
てもよい（二つが第２のレンズユニット、一つは第３の
レンズユニット）。
【００２７】第１のレンズユニットと第３のレンズユニ
ットの屈折力は、通常同等のものであり、その各々は第
２のレンズユニットの屈折力よりも大きい。
ットの屈折力は、通常同等のものであり、その各々は第
２のレンズユニットの屈折力よりも大きい。
【００２８】上記のように、本発明の投影レンズは非温
度依存性を有し、そのため投影レンズが室温からその動
作温度まで加熱されても、特にシステムのバックフォー
カスを含む光学的性能はほとんど変化しない。さらには
バックフォーカスの変動は、システムの空間周波数伝達
特性（ＭＴＦ）をほとんど変化させないような小さな変
動であることが望ましく、例えばＭＴＦの変化は約５％
以下であることが望ましい。下記する特定の例において
は、ＭＴＦの基準値はバックフォーカスの約０．１ｍｍ
以下の変化に相当する。レンズ焦点の所望の温度安定性
は、プラスチックレンズ素子の選択と配置により達成で
きる。
度依存性を有し、そのため投影レンズが室温からその動
作温度まで加熱されても、特にシステムのバックフォー
カスを含む光学的性能はほとんど変化しない。さらには
バックフォーカスの変動は、システムの空間周波数伝達
特性（ＭＴＦ）をほとんど変化させないような小さな変
動であることが望ましく、例えばＭＴＦの変化は約５％
以下であることが望ましい。下記する特定の例において
は、ＭＴＦの基準値はバックフォーカスの約０．１ｍｍ
以下の変化に相当する。レンズ焦点の所望の温度安定性
は、プラスチックレンズ素子の選択と配置により達成で
きる。
【００２９】通常、プラスチックレンズを使用する際に
は、プラスチック光学材料の屈折率が温度により変化す
るという欠点が存在する。また他の影響としては、温度
によるプラスチック光学材料の形状の変化、すなわち膨
張や収縮といったものがある。この後者の影響は、通常
は屈折率変化と比較してそれほど重要ではない。
は、プラスチック光学材料の屈折率が温度により変化す
るという欠点が存在する。また他の影響としては、温度
によるプラスチック光学材料の形状の変化、すなわち膨
張や収縮といったものがある。この後者の影響は、通常
は屈折率変化と比較してそれほど重要ではない。
【００３０】もし低い屈折力のプラスチックレンズのみ
をレンズに使用するならば、プラスチック光学素子の温
度変化と、例えば一般にシステムにおける熱要因の焦点
変動の主な機械的発生源となる鏡筒などのプラスチック
製またはアルミ製機械部品の温度変化とのバランスをと
ることができる。設計の際に光学プラスチックを制限な
く使用できる、すなわち比較的高い屈折力のプラスチッ
クレンズ素子を少なくともいくつか使用できれば、プラ
スチックレンズ素子は容易に成形できるため、特定のレ
ンズ設計の可能性を最大限にするために球面でない光学
表面（非球面）を用いることができるという利点があ
る。比較的高い屈折力のプラスチック素子を使用するこ
とにより、全体として低コストのレンズにすることもで
きる。
をレンズに使用するならば、プラスチック光学素子の温
度変化と、例えば一般にシステムにおける熱要因の焦点
変動の主な機械的発生源となる鏡筒などのプラスチック
製またはアルミ製機械部品の温度変化とのバランスをと
ることができる。設計の際に光学プラスチックを制限な
く使用できる、すなわち比較的高い屈折力のプラスチッ
クレンズ素子を少なくともいくつか使用できれば、プラ
スチックレンズ素子は容易に成形できるため、特定のレ
ンズ設計の可能性を最大限にするために球面でない光学
表面（非球面）を用いることができるという利点があ
る。比較的高い屈折力のプラスチック素子を使用するこ
とにより、全体として低コストのレンズにすることもで
きる。
【００３１】もし設計上正味の光学屈折力が無視できな
い場合には、温度非依存性処理が必要であり、処理を施
さなければレンズが室温からその動作温度まで変化する
に従ってレンズの焦点距離が変化する可能性がある。こ
のことは、特に鑑賞スクリーンにかなりの光量を投影
し、そのため室温よりもかなり高温な動作温度を有する
プロジェクターに関していえることである。
い場合には、温度非依存性処理が必要であり、処理を施
さなければレンズが室温からその動作温度まで変化する
に従ってレンズの焦点距離が変化する可能性がある。こ
のことは、特に鑑賞スクリーンにかなりの光量を投影
し、そのため室温よりもかなり高温な動作温度を有する
プロジェクターに関していえることである。
【００３２】本発明の投影レンズにおいては、プラスチ
ックレンズ素子の配置および屈折力と、さらにこれらの
素子の周辺光線高とを考慮することにより、温度非依存
性処理を達成することができる。
ックレンズ素子の配置および屈折力と、さらにこれらの
素子の周辺光線高とを考慮することにより、温度非依存
性処理を達成することができる。
【００３３】プラスチックレンズ素子の配置は、素子が
被る温度変化量やそれに伴い素子に生じる屈折率変化量
に対して影響を及ぼす。一般には、素子が光源や光源の
像に近接すれば、より大きな温度変化を被ることにな
る。実際には、投影レンズを配置する領域における温度
分布を、光源やそれに付随する照明光学系が動作してい
る状態で測定し、その測定値を投影レンズ設計に使用す
る。
被る温度変化量やそれに伴い素子に生じる屈折率変化量
に対して影響を及ぼす。一般には、素子が光源や光源の
像に近接すれば、より大きな温度変化を被ることにな
る。実際には、投影レンズを配置する領域における温度
分布を、光源やそれに付随する照明光学系が動作してい
る状態で測定し、その測定値を投影レンズ設計に使用す
る。
【００３４】所定の温度変化において、特定のプラスチ
ックレンズ素子における周辺光線高により、素子の屈折
率変化がレンズの全体の温度安定性に関して重要である
かどうかが決定される。周辺光線高が小さい部品は通
常、周辺光線高の大きな部品よりもシステム全体の温度
安定性に対して影響が少ない。
ックレンズ素子における周辺光線高により、素子の屈折
率変化がレンズの全体の温度安定性に関して重要である
かどうかが決定される。周辺光線高が小さい部品は通
常、周辺光線高の大きな部品よりもシステム全体の温度
安定性に対して影響が少ない。
【００３５】上記の理由に基づき、本発明の投影レンズ
は、（１）周辺光線高が大きな位置に小さな屈折力のプ
ラスチックレンズ素子のみを使用し、（２）周辺光線高
が小さな位置にのみ大きな屈折力のプラスチックレンズ
素子を使用し、（３）照明システムの出力が位置する第
２のレンズユニットからはプラスチック素子を除外する
ことにより、温度非依存性処理が達成できる。
は、（１）周辺光線高が大きな位置に小さな屈折力のプ
ラスチックレンズ素子のみを使用し、（２）周辺光線高
が小さな位置にのみ大きな屈折力のプラスチックレンズ
素子を使用し、（３）照明システムの出力が位置する第
２のレンズユニットからはプラスチック素子を除外する
ことにより、温度非依存性処理が達成できる。
【００３６】この温度非依存性処理のレベルは、以下の
ようにコンピュータ化されたレンズ設計プログラムを用
いることにより最適化されることが望ましい。まず、第
１の温度分布において光線追跡を行いバックフォーカス
を計算する。その光線追跡は周辺光線に対して近軸光線
追跡となり得る。次に、同様の光線追跡を第２の温度分
布において行い、再びバックフォーカスを計算する。第
１および第２の温度分布もレンズ全体にわたり一定であ
る必要はなく、一般には必ずレンズ素子からレンズ素子
に至るまで変化している。計算されたバックフォーカス
は、レンズ設計プログラムによりシステム設計が最適化
されるにつれ一定値へと収束する。
ようにコンピュータ化されたレンズ設計プログラムを用
いることにより最適化されることが望ましい。まず、第
１の温度分布において光線追跡を行いバックフォーカス
を計算する。その光線追跡は周辺光線に対して近軸光線
追跡となり得る。次に、同様の光線追跡を第２の温度分
布において行い、再びバックフォーカスを計算する。第
１および第２の温度分布もレンズ全体にわたり一定であ
る必要はなく、一般には必ずレンズ素子からレンズ素子
に至るまで変化している。計算されたバックフォーカス
は、レンズ設計プログラムによりシステム設計が最適化
されるにつれ一定値へと収束する。
【００３７】上記の方法は、後尾のレンズ表面とパネル
との距離がシステムの温度変化に対してほぼ一定である
ように投影レンズと画素パネルに機械的な配置がなされ
ていると仮定されていることは留意すべき点である。も
しそのような仮定が保証されなくとも、温度非依存性を
達成するためには他の対策を施すことができ、それは例
えば、機械的配置の相対的移動量の評価値を製造時に含
めたり、前方のレンズ表面とパネルとの距離といった相
対的な距離が機械的に固定されていると仮定したりする
ことにより対策が施される。
との距離がシステムの温度変化に対してほぼ一定である
ように投影レンズと画素パネルに機械的な配置がなされ
ていると仮定されていることは留意すべき点である。も
しそのような仮定が保証されなくとも、温度非依存性を
達成するためには他の対策を施すことができ、それは例
えば、機械的配置の相対的移動量の評価値を製造時に含
めたり、前方のレンズ表面とパネルとの距離といった相
対的な距離が機械的に固定されていると仮定したりする
ことにより対策が施される。
【００３８】長いバックフォーカス、高レベルの色補
正、低歪み、温度鈍感性に加え、あるアプリケーション
においては、画素パネルの倍率レベルが十分に達成され
ているため、焦点距離が短い投影レンズを有することが
望ましい場合もある。特に、通常は対角線上で約２０ｍ
ｍ以下の独特な大きさを有するＤＭＤの画素パネルの場
合において、そのような短い焦点距離が必要とされる。
図３から図６の投影レンズは２０ｍｍ以下の焦点距離を
有し、したがってＤＭＤに使用するのに適している。一
方、図１および図２のレンズは約５０ｍｍの焦点距離を
有し、それゆえＬＣＤに使用するほうがより適してい
る。図１と図２のレンズの色補正は、図３から図６のレ
ンズよりもいくぶん良好となる傾向にあるが、それは特
に画素サイズに関連しており、ＬＣＤの画素サイズが通
常ＤＭＤのそれよりもかなり大きいからである。
正、低歪み、温度鈍感性に加え、あるアプリケーション
においては、画素パネルの倍率レベルが十分に達成され
ているため、焦点距離が短い投影レンズを有することが
望ましい場合もある。特に、通常は対角線上で約２０ｍ
ｍ以下の独特な大きさを有するＤＭＤの画素パネルの場
合において、そのような短い焦点距離が必要とされる。
図３から図６の投影レンズは２０ｍｍ以下の焦点距離を
有し、したがってＤＭＤに使用するのに適している。一
方、図１および図２のレンズは約５０ｍｍの焦点距離を
有し、それゆえＬＣＤに使用するほうがより適してい
る。図１と図２のレンズの色補正は、図３から図６のレ
ンズよりもいくぶん良好となる傾向にあるが、それは特
に画素サイズに関連しており、ＬＣＤの画素サイズが通
常ＤＭＤのそれよりもかなり大きいからである。
【００３９】図１から図６は、本発明により構成された
様々な投影レンズを図示したものである。それらに対応
する仕様や光学特性を表１から表６にそれぞれ示してい
る。ここではレンズシステムに使用したガラスに対して
「ＨＯＹＡ」や「ＳＣＨＯＴＴ」の名称が記されている
が、他のメーカにより製造される同等のガラスも本発明
の実施において使用可能であり、プラスチック素子には
工業的に受容性のある材料を使用することができる。
様々な投影レンズを図示したものである。それらに対応
する仕様や光学特性を表１から表６にそれぞれ示してい
る。ここではレンズシステムに使用したガラスに対して
「ＨＯＹＡ」や「ＳＣＨＯＴＴ」の名称が記されている
が、他のメーカにより製造される同等のガラスも本発明
の実施において使用可能であり、プラスチック素子には
工業的に受容性のある材料を使用することができる。
【００４０】表中に示されている非球面係数は以下の式
において使用される。
において使用される。
【００４１】
【数１】
【００４２】ここで、ｚはシステムの光軸から距離ｙの
位置における表面くぼみ量であり、ｃは光軸上でのレン
ズの曲率、ｋは円錐係数である。
位置における表面くぼみ量であり、ｃは光軸上でのレン
ズの曲率、ｋは円錐係数である。
【００４３】表で使用されている略号は以下の通りであ
る。ＥＦＬ−焦点距離、ＦＶＤ−前方頂点距離、ｆ／−
ｆ値、ＥＮＰ−長共役側から見られる入射瞳、ＥＸＰ−
長共役側から見られる射出瞳、ＢＲＬ−筒長、ＯＢＪ
ＨＴ−物体の高さ、ＭＡＧ−倍率、ＳＴＯＰ−開口絞
り、ＩＭＤ−像距離、ＯＢＤ−物体距離、ＯＶＬ−全
長。
る。ＥＦＬ−焦点距離、ＦＶＤ−前方頂点距離、ｆ／−
ｆ値、ＥＮＰ−長共役側から見られる入射瞳、ＥＸＰ−
長共役側から見られる射出瞳、ＢＲＬ−筒長、ＯＢＪ
ＨＴ−物体の高さ、ＭＡＧ−倍率、ＳＴＯＰ−開口絞
り、ＩＭＤ−像距離、ＯＢＤ−物体距離、ＯＶＬ−全
長。
【００４４】表中の様々な面において付随する「ａ」の
記号は非球面を表し、すなわち上述の式においてＤ、
Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊのうち少なくとも一つは０ではな
い。「ｃ］の記号は、上記の式におけるｋの値が０では
ない円錐面であることを表している。表中の全ての単位
はミリメートルである。これらの表は図において左から
右へ光が伝搬すると仮定して構成されている。実際に
は、鑑賞スクリーンは左側に置かれ、画素パネルは右に
置かれ、光が右から左へと伝搬するかもしれない。画素
パネルは図の「ＰＰ」の記号で示されている。
記号は非球面を表し、すなわち上述の式においてＤ、
Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊのうち少なくとも一つは０ではな
い。「ｃ］の記号は、上記の式におけるｋの値が０では
ない円錐面であることを表している。表中の全ての単位
はミリメートルである。これらの表は図において左から
右へ光が伝搬すると仮定して構成されている。実際に
は、鑑賞スクリーンは左側に置かれ、画素パネルは右に
置かれ、光が右から左へと伝搬するかもしれない。画素
パネルは図の「ＰＰ」の記号で示されている。
【００４５】表１および表２において、第１のレンズユ
ニット（Ｕ１）は面１、２からなり、第２のレンズユニ
ット（Ｕ２）は面３〜１０からなり、第３のレンズユニ
ット（Ｕ３）は面１１〜１７からなる。面１８および面
１９は、ガラス平板、すなわち保護用平板を表してお
り、レンズシステムの背面に位置する。それはレンズシ
ステムの一部ではなく、表７および表８に示されたレン
ズ特性の概要には含まれないが、表１および表２の１次
特性の計算には含まれる。
ニット（Ｕ１）は面１、２からなり、第２のレンズユニ
ット（Ｕ２）は面３〜１０からなり、第３のレンズユニ
ット（Ｕ３）は面１１〜１７からなる。面１８および面
１９は、ガラス平板、すなわち保護用平板を表してお
り、レンズシステムの背面に位置する。それはレンズシ
ステムの一部ではなく、表７および表８に示されたレン
ズ特性の概要には含まれないが、表１および表２の１次
特性の計算には含まれる。
【００４６】表３において、第１のレンズユニット（Ｕ
１）は面１〜４からなり、第２のレンズユニット（Ｕ
２）は面５〜７からなり、第３のレンズユニット（Ｕ
３）は面９〜１５からなる。面１６〜１８は、プリズム
や、レンズシステムの背面に位置するＤＭＤの関連部品
を表している。これらの部品はレンズシステムの一部で
はなく、表７および表８に示されたレンズ特性の概要に
は含まれないが、表３の１次特性の計算には含まれる。
１）は面１〜４からなり、第２のレンズユニット（Ｕ
２）は面５〜７からなり、第３のレンズユニット（Ｕ
３）は面９〜１５からなる。面１６〜１８は、プリズム
や、レンズシステムの背面に位置するＤＭＤの関連部品
を表している。これらの部品はレンズシステムの一部で
はなく、表７および表８に示されたレンズ特性の概要に
は含まれないが、表３の１次特性の計算には含まれる。
【００４７】表４および表５において、第１のレンズユ
ニット（Ｕ１）は面１、２からなり、第２のレンズユニ
ット（Ｕ２）は面３〜５からなり、第３のレンズユニッ
ト（Ｕ３）は面７〜１３からなる。表３のように、面１
４〜１６は、レンズシステムの背面に位置するＤＭＤの
関連部品を表しており、これらは表７および表８に示さ
れたレンズ特性の概要には含まれないが、表４および表
５の１次特性の計算には含まれる。
ニット（Ｕ１）は面１、２からなり、第２のレンズユニ
ット（Ｕ２）は面３〜５からなり、第３のレンズユニッ
ト（Ｕ３）は面７〜１３からなる。表３のように、面１
４〜１６は、レンズシステムの背面に位置するＤＭＤの
関連部品を表しており、これらは表７および表８に示さ
れたレンズ特性の概要には含まれないが、表４および表
５の１次特性の計算には含まれる。
【００４８】表６において、第１のレンズユニット（Ｕ
１）は面１、２からなり、第２のレンズユニット（Ｕ
２）は面３〜５からなり、第３のレンズユニット（Ｕ
３）は面７〜１１からなる。表３〜表５のように、面１
２〜１４は、ＤＭＤ部品を表しており、これらは表７お
よび表８に示されたレンズ特性の概要には含まれない
が、表６の１次特性の計算には含まれる。
１）は面１、２からなり、第２のレンズユニット（Ｕ
２）は面３〜５からなり、第３のレンズユニット（Ｕ
３）は面７〜１１からなる。表３〜表５のように、面１
２〜１４は、ＤＭＤ部品を表しており、これらは表７お
よび表８に示されたレンズ特性の概要には含まれない
が、表６の１次特性の計算には含まれる。
【００４９】また上述したように、図１および図２の投
影レンズは、画素パネルに対して第１のレンズユニット
を固定し、第２のレンズユニットと第３のレンズユニッ
トを一体化でパネルに対して移動させることにより、焦
点を変化させることができる。また、投影レンズ全体を
移動させることが可能であり、それゆえ第１のレンズユ
ニットをその一定位置に戻すこともできる。表１および
表２に示されるように、第２のレンズユニットおよび第
３のレンズユニットを５〜１０ｍｍ程度移動させること
により、約６倍に倍率を変化させることができる。図３
〜図６の投影レンズは、画素パネルに対してレンズ全体
を移動させることにより集光する。
影レンズは、画素パネルに対して第１のレンズユニット
を固定し、第２のレンズユニットと第３のレンズユニッ
トを一体化でパネルに対して移動させることにより、焦
点を変化させることができる。また、投影レンズ全体を
移動させることが可能であり、それゆえ第１のレンズユ
ニットをその一定位置に戻すこともできる。表１および
表２に示されるように、第２のレンズユニットおよび第
３のレンズユニットを５〜１０ｍｍ程度移動させること
により、約６倍に倍率を変化させることができる。図３
〜図６の投影レンズは、画素パネルに対してレンズ全体
を移動させることにより集光する。
【００５０】表７および表８には、本発明のレンズシス
テムの様々な特性を要約してある。これらの表に記載さ
れている値は、第１および第２および第３のレンズユニ
ット自体に対するものであり、表１〜表６に示されたこ
れらのユニットの後ろの光学素子については含まれてい
ない。ＢＦＬの値は、システムの長共役側の無限大の位
置における物体に対して計算されている。表７のＥＰＤ
の値は、表１および表２を除く先の表のＥＰＤの値に相
当し、ここでのＥＰＤの値は、適当な「可変間隔」から
得られたものである。
テムの様々な特性を要約してある。これらの表に記載さ
れている値は、第１および第２および第３のレンズユニ
ット自体に対するものであり、表１〜表６に示されたこ
れらのユニットの後ろの光学素子については含まれてい
ない。ＢＦＬの値は、システムの長共役側の無限大の位
置における物体に対して計算されている。表７のＥＰＤ
の値は、表１および表２を除く先の表のＥＰＤの値に相
当し、ここでのＥＰＤの値は、適当な「可変間隔」から
得られたものである。
【００５１】表８に示されるように、レンズシステム１
〜６の各々は、上述の（１）〜（５）の基準を満足して
いる。さらに、本発明のレンズシステムは、Ｄ12とＤ23
の比が以下の範囲に含まれていることが、表に示されて
いる。
〜６の各々は、上述の（１）〜（５）の基準を満足して
いる。さらに、本発明のレンズシステムは、Ｄ12とＤ23
の比が以下の範囲に含まれていることが、表に示されて
いる。
【００５２】 １．０＜Ｄ12／Ｄ23＜２．５ （６） 本発明の特定の具体的実施の形態について述べてきた
が、本発明の視野や意図からそれない範囲で、前述の開
示から通常の手法により様々な修正が可能であることは
明らかである。
が、本発明の視野や意図からそれない範囲で、前述の開
示から通常の手法により様々な修正が可能であることは
明らかである。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【００５５】
【表３】
【００５６】
【表４】
【００５７】
【表５】
【００５８】
【表６】
【００５９】
【表７】
【００６０】
【表８】
【００６１】
【表９】
【００６２】
【表１０】
【００６３】
【表１１】
【００６４】
【表１２】
【００６５】
【表１３】
【００６６】
【表１４】
【図１】本発明により構成された投影レンズの概略側面
図
図
【図２】本発明により構成された投影レンズの概略側面
図
図
【図３】本発明により構成された投影レンズの概略側面
図
図
【図４】本発明により構成された投影レンズの概略側面
図
図
【図５】本発明により構成された投影レンズの概略側面
図
図
【図６】本発明により構成された投影レンズの概略側面
図
図
【図７】本発明の投影レンズを使用した投影レンズシス
テム全体を図示した概略図
テム全体を図示した概略図
１０ 光源 １２ 照明光学系 １３ 投影レンズ １４ 投影物体 １６ 鑑賞スクリーン
Claims (22)
- 【請求項１】 物体の像を形成する投影レンズにおい
て、該レンズが前記物体から前記像に至るまで順に、
（Ａ）負の屈折力を有し、少なくとも一つの非球面を有
するプラスチックレンズ素子からなる第１のレンズユニ
ットと、（Ｂ）負の屈折力もしくは弱い正の屈折力を有
し、色補正用ダブレットレンズからなる第２のレンズユ
ニットと、（Ｃ）正の屈折力を有し、ガラス素子もしく
は弱い屈折力のプラスチック素子に非球面を構成する第
３のレンズユニットからなり、 Ｄ12／ｆ0＞１．０、 Ｄ23／ｆ0＞０．７、 １．５＜（Ｄ12＋Ｄ23＋ＢＦＬ）／ＢＦＬ＜４．０、 ＢＦＬ／ｆ0＞３．０ （ｆ0 は前記第１のレンズユニットと前記第２のレンズ
ユニットと前記第３のレンズユニットからなる焦点距
離、ＢＦＬは前記投影レンズの長共役側の無限大の位置
における物体に対する、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前記第３のレンズユニットか
らなるバックフォーカス、Ｄ12は前記第１のレンズユニ
ットと前記第２のレンズユニットとの距離、Ｄ23は前記
第２のレンズユニットと前記第３のレンズユニットとの
距離）であることを特徴とする投影レンズ。 - 【請求項２】 ＢＦＬ／ｆ0 ＞４．０であることを特徴
とする請求項１記載の投影レンズ。 - 【請求項３】 ＢＦＬ／ｆ0 ＞５．０であることを特徴
とする請求項１記載の投影レンズ。 - 【請求項４】 ｜ＥＰＤ｜／ｆ0 ＞４．０（ここでＥＰ
Ｄは前記物体から前記像に至り伝搬する光に対しての該
物体から前記投影レンズの入射瞳までの距離）であるこ
とを特徴とする請求項１記載の投影レンズ。 - 【請求項５】 ｜ＥＰＤ｜／ｆ0 ＞１００であることを
特徴とする請求項１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、少なくと
も二つの非球面を有することを特徴とする請求項１記載
の投影レンズ。 - 【請求項７】 前記第１のレンズユニットが、単体のレ
ンズ素子からなることを特徴とする請求項１記載の投影
レンズ。 - 【請求項８】 前記単体のレンズ素子が、二つの非球面
を有することを特徴とする請求項７記載の投影レンズ。 - 【請求項９】 前記第１のレンズユニットが、二つのレ
ンズ素子からなることを特徴とする請求項１記載の投影
レンズ。 - 【請求項１０】 前記二つのレンズ素子が各々、二つの
非球面を有することを特徴とする請求項９記載の投影レ
ンズ。 - 【請求項１１】 前記第２のレンズユニットが、色補正
用二つのダブレットレンズからなることを特徴とする請
求項１記載の投影レンズ。 - 【請求項１２】 前記第２のレンズユニットが、ガラス
レンズ素子のみからなることを特徴とする請求項１記載
の投影レンズ。 - 【請求項１３】 前記第３のレンズユニットが、色補正
用二つのダブレットレンズからなることを特徴とする請
求項１記載の投影レンズ。 - 【請求項１４】 前記投影レンズが室温から該レンズの
動作温度まで加熱されても、前記ＢＦＬがほとんど変化
しないことを特徴とする請求項１記載の投影レンズ。 - 【請求項１５】 前記ｆ0 が２０ｍｍ以下であることを
特徴とする請求項１記載の投影レンズ。 - 【請求項１６】 １．０＜Ｄ12／Ｄ23＜２．５であるこ
とを特徴とする請求項１記載の投影レンズ。 - 【請求項１７】 前記投影レンズが、前記像の約１％以
下の歪みを有することを特徴とする請求項１記載の投影
レンズ。 - 【請求項１８】 前記投影レンズが、約３５°以上の前
記像の方位において画面の半分を有することを特徴とす
る請求項１記載の投影レンズ。 - 【請求項１９】 前記物体が、画素パネルであることを
特徴とする請求項１記載の投影レンズ。 - 【請求項２０】 前記投影レンズが、前記物体の約１画
素以下の色にじみ補正を有することを特徴とする請求項
１９記載の投影レンズ。 - 【請求項２１】 物体の像を形成する投影レンズシステ
ムにおいて、該システムが、（ａ）光源と、該光源の像
を形成する照明光学系からなり、該光源の像がその出力
である照明システムと、（ｂ）物体を構成する画素パネ
ルと、（ｃ）請求項１記載の前記投影レンズからなり、
該投影レンズが前記照明システムの出力位置にほぼ相当
する位置に入射瞳を有することを特徴とする投影レンズ
システム。 - 【請求項２２】 物体の像を形成する倍率可変投影レン
ズシステムにおいて、該倍率可変投影レンズシステム
が、 （Ａ）光源と、該光源の像を形成する照明光学系からな
り、該光源の像がその出力である照明システムと、 （Ｂ）物体を構成する画素パネルと、 （Ｃ）（ｉ）負の屈折力を有し、少なくとも一つの非球
面を有するプラスチックレンズ素子からなる第１のレン
ズユニットと、（ii）負の屈折力もしくは弱い正の屈折
力を有し、色補正用ダブレットレンズ素子からなる第２
のレンズユニットと、（iii） 正の屈折力を有し、ガラ
ス素子もしくは弱い屈折力のプラスチック素子に非球面
を構成する第３のレンズユニットとからなり、（ａ）前
記第２のレンズユニットと前記第３のレンズユニットと
の距離と（ｂ）前記第１のレンズユニットと前記画素パ
ネルとの距離を一定に保持しながら、前記画素パネルと
前記第２および第３のレンズユニットとの距離を変化さ
せることにより前記投影レンズシステムの倍率を変化さ
せることを特徴とする投影レンズシステム。
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