JPH10186232A - 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

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JPH10186232A
JPH10186232A JP9221636A JP22163697A JPH10186232A JP H10186232 A JPH10186232 A JP H10186232A JP 9221636 A JP9221636 A JP 9221636A JP 22163697 A JP22163697 A JP 22163697A JP H10186232 A JPH10186232 A JP H10186232A
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lens
projection lens
projection
image
refractive power
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JP9221636A
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English (en)
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Melvyn H Kreitzer
エイチ クレイッツァー メルヴィン
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3M Precision Optics Inc
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US Precision Lens Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【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）長い焦点距離（２）照明
システムの出力との高い結合効率と高レベルの収差補正
を維持しながらの倍率可変動作能力（３）比較的小さく
少数のレンズ素子、比較的小さな鏡筒長、および比較的
小さな最大レンズ直径（４）高レベルの色補正（５）低
歪み（６）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、ＬＣＤパネルを用いて使用される投影
レンズを提供する。 【解決手段】 投影レンズは正の屈折力を有する第１の
レンズユニットと負の屈折力を有する第２のレンズユニ
ットとから構成される。第１のレンズユニットは、少な
くとも４つのレンズ素子、すなわち正の第１のレンズ素
子、高分散性材料からなる負の第２のレンズ素子、弱い
屈折力を有する第３のレンズ素子、強い屈折力を有する
正の第４のレンズ素子を含む。この投影レンズは、２０
０μｍ程度の画素を有する大きなＬＣＤパネルにおい
て、約１／４画素程度にまで色収差補正を達成すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【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）などの画素
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４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ＬＣＤ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。そのシステムは、照明システムの射出瞳を投影レン
ズの入射瞳に向けるために、画素パネルの近辺に、例え
ばフレネルレンズなどの平面レンズを設けることもあ
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の像を形成する。
【０００４】画素パネル、特にＬＣＤパネルは、使用す
る投影システムのタイプにより、様々な大きさになる。
例えば、約１０．６インチ（約２７０ｍｍ）の対角長を
有するパネルのような大きなＬＣＤパネルでは、信頼性
よく製造するのに十分な大きさの画素サイズを維持した
ままで画素数が多くなるため、高解像度のカラー画像を
形成する際には効果的に使用することができる。ここで
留意すべき点は、単体ＬＣＤパネルからフルカラー画像
を形成するために必要とされる画素数は、モノクロ画像
に必要な画素数の３倍になることであり、そのため、大
きなＬＣＤパネルを使用しなければ、小さな画素サイズ
で作製することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】大きな画素パネルを用
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）長い焦点距離（２）照
明システムの出力との高い結合効率と高レベルの収差補
正を維持しながらの倍率可変動作能力（３）比較的小さ
く少数のレンズ素子、比較的短い鏡筒長、および比較的
小さな最大レンズ直径（５）高レベルの色補正（６）低
歪み（７）温度変化に対する低感受性。
【０００６】大きな画素パネルにおいては、長焦点距離
の投影レンズを使用することにより、投影レンズの視野
画面を収差補正可能な範囲に維持することができ、例え
ばレンズの視野画面は約２５°とすることができる。
【０００７】投影レンズは倍率可変で効率よく動作する
ものが望ましく、それによりシステムの部品を変えるこ
となく異なるサイズのスクリーンや異なる大きさのホー
ルなどで投影システムを使用することが可能となる。物
体と像の共役のみを変化させればよいが、これはレンズ
と画素パネルとの距離を変化させることにより簡単に可
能となる。もちろんそうすれば、倍率動作範囲内におい
て、照明システムの出力との高い結合効率と高レベルの
色補正を達成することができる。
【０００８】コスト、重量、見た目のサイズから、投影
レンズの大きさは比較的小さいことは望ましい。多数の
レンズ部品や大きな直径を有する部品を用いると、原材
料がより多く消費され、より重くなり、さらに製造コス
トがより多くかかってしまう。通常筒長が長いと、投影
システム全体が大きくなってしまい、さらにまたコスト
や重量を増加させてしまうことになる。従って、最小限
の数の比較的小さなレンズ部品を互いに密接して配置さ
れたシステムが望ましい。
【０００９】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。
【００１０】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。
【００１１】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。
【００１２】投影レンズの焦点距離が大きくなると色収
差補正が困難になることは留意すべき点である。したが
って、上述の（１）と（４）の基準、すなわち長い焦点
距離と高レベルの色補正は、適切なレンズ設計において
相反する作用なのである。
【００１３】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〜図３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。
【００１４】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。
【００１５】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。
【００１６】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、画素パネルの色画像を鑑賞ス
クリーン上に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。
【００１７】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。
【００１８】
【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６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）正の屈折力を有し、物体から像に至るまで順に、
（ｉ）正のレンズ素子と、（ii）負のレンズ素子と、
（iii）弱い光学屈折力、例えば投影レンズ全体の屈折
力の約５０％以下の屈折力を有するレンズ素子と、（i
v）強い光学屈折力、例えば投影レンズ全体の屈折力の
少なくとも約１５０％の屈折力を有する正のレンズ素子
とから構成される第１のレンズユニットと、 （Ｂ）負の屈折力を有する第２のレンズユニットとから
構成されることを特徴とする投影レンズにより達成され
る。
【００１９】また本発明の具体的形態による第２のレン
ズユニットは単レンズであるが（図１および図２を参
照）、または一つが正の屈折力、もう一つが負の屈折力
を有する二つのレンズ素子から構成されたものである
（図３を参照）。
【００２０】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位置を用
いて設計されることが望ましい（ Ｂｅｔｅｎｓｋｙの
米国特許第５，３１３，３３０号を参照。ここではその
関連部分を参照。）。このようにして、照明システムの
光出力と投影レンズとの結合は高効率に達成される。
【００２１】さらなる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。この投影レンズシステムは、（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位置にほぼ相当する位
置に入射瞳を有する上述のタイプの投影レンズとからな
ることを特徴とするものである。
【００２２】本発明のある具体的実施の形態によれば、
その投影レンズシステムのズームは、（ａ）投影レンズ
と画素パネルとの距離と（ｂ）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とを変化させることによ
り達成される。この方法により、５％程度のズームが達
成できる。図３のレンズシステムはこのタイプのもので
ある。
【００２３】さらなる具体的実施の形態においては、投
影レンズシステムのフォーカスは、（ａ）投影レンズと
画素パネルとの距離と（ｂ）第１のレンズユニットの第
１のレンズ素子と第２のレンズ素子との距離とを変化さ
せることにより達成される。図１および図２のレンズシ
ステムはこのタイプのものである。
【００２４】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、このことは十分な光学屈折力を有するプラスチック
レンズ素子の屈折力のバランスをとることにより達成で
きる。つまり、温度変化に起因する正のレンズ素子の屈
折力変化が負のレンズ素子の屈折力変化により補償さ
れ、温度変化に対する投影レンズの全体の光学特性がほ
ぼ一定になる。
【００２５】
【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）長い焦点距離（２）照明システムの出力との高い
結合効率と高レベルの収差補正を維持しながらの倍率可
変動作能力（３）比較的小さく少数のレンズ素子、比較
的小さな鏡筒長、および比較的小さな最大レンズ直径、
（４）高レベルの色補正（５）低歪み（６）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。
【００２６】また本発明の投影レンズは、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。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明の投影レンズは、正の第１
のレンズユニットと、負の第２のレンズユニットからな
る形態をなす。この二つの各レンズユニットは、球面収
差、非点収差、コマ収差、歪曲収差などの収差補正のた
めに使用される少なくとも一つの非球面を有する。上述
したように、画素パネルを使用したレンズシステムにと
って、システムの歪みには高度な補正が必要とされる。
歪曲補正により、通常は画像の約１％以下、好ましくは
０．５％以下にすることが望ましい。
【００２８】色補正のために、第１のレンズユニット
は、高分散性材料からなる一つの負のレンズ素子と、低
分散性材料からなる少なくとも一つの正のレンズ素子を
含む。高分散性材料や低分散性材料としては、ガラスや
プラスチックが適用できる。
【００２９】一般に、高分散性材料はフリントガラスの
ような分散性を有する材料であり、低分散性材料はクラ
ウンガラスのような分散性を有する材料である。さらに
は、高分散性材料は、１．８５から１．５の屈折率範囲
に対してＶ値が２０から５０となるような材料であり、
また低分散性材料は、同様の屈折率範囲に対してＶ値が
３５から７０となるような材料である。
【００３０】プラスチックレンズ素子においては、低分
散性および高分散性材料として、それぞれ、アクリルお
よびスチレンを選択できる。当然ではあるが、所望なら
ば他のプラスチック材料も選択できる。例えば、スチレ
ンの代用としては、ポリカーボネイト、ポリスチレン共
重合体、フリントガラスのような分散性のアクリル（例
えばＮＡＳ）を使用することもできる。このことは、プ
ラスチック光学ハンドブック，Ｕ．Ｓ．Ｐｒｅｃｉｓｉ
ｏｎ Ｌｅｎｓ，Ｉｎｃ．，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏ
ｈｉｏ，１９８３，１７−２９ページを参照すればよ
い。
【００３１】また上記したように、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
動作温度まで加熱されても、特にシステムの光学的性能
はほとんど変化しない。さらには、システムの空間周波
数伝達特性（ＭＴＦ）の熱誘導変化は、例えば５サイク
ル／ｍｍにおいて、約１０％以下であるものが望まし
い。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。
【００３２】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。通常、この後者の影響は
屈折率変化と比較してそれほど重要ではない。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、
特殊なレンズ設計の可能性を最大限にする球面でない光
学表面（非球面）を用いることが可能となるという利点
がある。また、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
ることも可能となる。
【００３３】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、鑑賞スクリーンにかなりの光量を投影するため、
特に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。
【００３４】本発明の投影レンズにおいては、正および
負の屈折力のプラスチックレンズ素子の配置、およびこ
れらの素子の周辺光線高を考慮すると同時に、正および
負のプラスチックレンズ素子の屈折力のバランスをとる
ことにより、温度非依存性処理を達成することができ
る。
【００３５】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
に対して重要な影響を及ぼす。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、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、投影レンズを配置する領域におけ
る温度分布を測定し、その測定値を投影レンズ設計に使
用する。
【００３６】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。通常、周辺光線高が小さい部
品、例えばシステムの焦点付近にある部品は、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。
【００３７】上記の理由により、素子が被ることが予測
される温度変化と素子の周辺光線高に基づき、素子の寄
与を調整しながらプラスチックレンズの正および負の屈
折力のバランスをとることにより、温度非依存性処理が
達成できる。実際には、この温度非依存性処理の工程は
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
ムに組み込まれている。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
分布はレンズ全体にわたり一定である必要はなく、一般
的には必ずレンズ素子からレンズ素子に至るまでの間で
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
れ一定値へ収束する。
【００３８】ここで留意すべき点は、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
である。ただし、もしそのような仮定が保証されていな
くとも、温度非依存性を達成するためには他の対策を施
すことが可能である。その対策とは例えば、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である。
【００３９】図１から図３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。また、これら
に対応する仕様や光学特性を表１から表３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」の名称を記して
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。
【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は光軸上のレンズ
の曲率、ｋは円錐係数で表１から表３において記されて
いるもの以外は０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、 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１から表３に示されているこれらのパラ
メータの値は、システムの一部としてフレネルレンズを
含めて計算した。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、Ｉのうち少なくとも一つは０で
はない。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１Ｂ、図２Ｂ、図３
Ｂの「ＰＰ」の記号で示され、画素パネルに付随するフ
レネルレンズは「ＦＬ」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１〜８からなり、第２のレンズユニ
ット（Ｕ２）は面９、１０からなる。表３では、第１の
レンズユニット（Ｕ１）は面２〜９からなり、第２のレ
ンズユニット（Ｕ２）は面１０〜１３からなる。表３の
面１は、任意の蹴られ面である。
【００４６】上述したように、図１〜図３の投影レンズ
は、Ｂｅｔｅｎｓｋｙの米国特許第５，３１３，３３０
号の擬似開口絞り／入射瞳の技術を用いて設計した。こ
の方法によれば、照明システムは投影レンズの入射瞳を
規定するために使用され、全レンズ焦点距離と共役に関
して画素パネルに対し固定位置に入射瞳を配置する。こ
の瞳の位置は、パネルの投影レンズ側の固定位置に配置
された照明システムとフレネルレンズとから画素パネル
中を伝搬するほぼ平行光（ほぼテレセントリック光）に
より決定される。
【００４７】表１と表２の面１１および表３の面１４
は、上述のＢｅｔｅｎｓｋｙの特許の擬似開口絞りから
なる。その位置は、照明システムの出力位置に相当す
る。「可変間隔」の副表に見られるように、擬似開口絞
りから画素パネルまでの距離は、図１〜図３（「像距
離」の欄参照）の投影レンズシステムのあらゆる焦点位
置／ズーム位置（倍率）において本質的に一定である。
対照的に、「間隔２」は異なる倍率により変化する。こ
の間隔は、焦点位置によっては、レンズの前方および後
方のレンズ表面により定義される間隔内に配置された照
明出力に相当するように負であることもある。
【００４８】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レンズ全体を移動させ
るとともに第１のレンズユニットの第１のレンズと第２
のレンズとの距離を変化させることにより、大きな共役
範囲にわたり集光することができる。表１〜２に示すよ
うに、これらのレンズ素子間の移動量は、例えば１ｍｍ
以下の小さなものである。
【００４９】図３のレンズシステムにおいては、ここで
もまたレンズ全体を移動させるとともに第１のレンズユ
ニットと第２のレンズユニットとの距離を変化させるこ
とによりズームが達成できる。表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
移動量は、画素パネルに対するレンズシステム全体の移
動量と比較して小さい。
【００５０】表４は、本発明のレンズシステムの様々な
特性を要約している。ここでＰ0 はフレネルレンズを除
くレンズシステム全体の屈折力であり、ＰU1は第１のレ
ンズユニットの屈折力であり、全てのケースにおいて正
であり、ＰU2は第２のレンズユニットの屈折力であり、
全てのケースにおいて負であり、ＰE3は第３のレンズ素
子の屈折力であり、全てのケースにおいてＰ0 の約５０
％より小さく、ＰE4は第４のレンズ素子の屈折力であ
り、全てのケースにおいてＰ0 の約１５０％より大き
い。ここで留意すべき点は、ＰU1／Ｐ0 比の値は約１．
３より大きいことが望ましく、また｜ＰＵ2 ｜／Ｐ0 比
の値は約０．６より大きいことが望ましいことである。
表４に示されるように、図１〜図３のレンズシステム
は、これらの好ましい比の値を満たしている。
【００５１】図１から図３のレンズは、約１０．６イン
チ（約２７０ｍｍ）の対角長を有するＬＣＤパネルを使
用するように設計した。これはレンズシステムの光軸か
らのパネルのオフセットを含めた場合、約１２．２イン
チ（約３１０ｍｍ）の実効対角長に相当する。このパネ
ルは２００μｍの画素サイズを有しており、これはＴＶ
ラインでは水平解像度１，０００本に相当する。本発明
のレンズにより形成されるパネルの画像は概して、約６
０インチ（約１，５２５ｍｍ）から約２５０インチ（約
６，３５０ｍｍ）の範囲に属する。特に、これらのレン
ズは、１／４画素もしくはそれ以下の程度の色収差を良
好に達成している。このことは、高品質データまたはビ
デオプロジェクションにおいて極めて重要な特徴であ
る。
【００５２】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。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【００５５】
【表３】
【００５６】
【表４】
【００５７】
【表５】
【００５８】
【表６】
【００５９】
【表７】
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明により構成された投影レンズの概略側
面図
【図１Ｂ】図１Ａの投影レンズを示した概略側面図
【図２Ａ】本発明により構成された投影レンズの概略側
面図
【図２Ｂ】図２Ａの投影レンズを示した概略側面図
【図３Ａ】本発明により構成された投影レンズの概略側
面図
【図３Ｂ】図３Ａの投影レンズを示した概略側面図
【図４】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
【符号の説明】
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 (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体の像を形成する投影レンズにおい
    て、該投影レンズが前記物体から前記像に至るまで順
    に、 （Ａ）正の屈折力を有し、前記物体から前記像に至るま
    で順に（ｉ）正のレンズ素子と（ii）負のレンズ素子と
    （iii）弱い光学屈折力を有するレンズ素子と（iv）強
    い光学屈折力を有する正のレンズ素子とから構成される
    第１のレンズユニットと、 （Ｂ）負の屈折力を有する第２のレンズユニットとから
    構成されることを特徴とする投影レンズ。
  2. 【請求項２】 前記第１のレンズユニットの前記負のレ
    ンズ素子が、高分散性材料からなることを特徴とする請
    求項１記載の投影レンズ。
  3. 【請求項３】 前記第２のレンズユニットが、単レンズ
    であることを特徴とする請求項１記載の投影レンズ。
  4. 【請求項４】 前記第２のレンズユニットが、一つが正
    の屈折力を有し、一つが負の屈折力を有する二つのレン
    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。
  5. 【請求項５】 前記第１のレンズユニットおよび前記第
    ２のレンズユニットの各々が、少なくとも一つの非球面
    からなることを特徴とする請求項１記載の投影レンズ。
  6. 【請求項６】 前記投影レンズが室温から動作温度まで
    加熱された場合において、５サイクル／ｍｍにおける前
    記レンズの空間伝達関数の変化が１０％であることを特
    徴とする請求項１に記載の投影レンズ。
  7. 【請求項７】 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。
  8. 【請求項８】 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。
  9. 【請求項９】 前記投影レンズが物体の約１％以下の色
    にじみ収差を有することを特徴とする請求項１記載の投
    影レンズ。
  10. 【請求項１０】 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とからなることを
    特徴とする投影レンズシステム。
  11. 【請求項１１】 前記投影レンズが、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
    とする請求項１０記載の投影レンズシステム。
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