JPH1096855A - 投影レンズ光学系 - Google Patents

投影レンズ光学系

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JPH1096855A
JPH1096855A JP9112865A JP11286597A JPH1096855A JP H1096855 A JPH1096855 A JP H1096855A JP 9112865 A JP9112865 A JP 9112865A JP 11286597 A JP11286597 A JP 11286597A JP H1096855 A JPH1096855 A JP H1096855A
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JP
Japan
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optical system
projection lens
lens optical
lens
lens unit
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Application number
JP9112865A
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English (en)
Inventor
Moskovitch Jacob
モスコヴィッチ ジャコブ
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3M Precision Optics Inc
Original Assignee
US Precision Lens Inc
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
    • 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
    • G—PHYSICS
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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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＬＣＤパネルとともに用いられる投影レンズ
光学系において、収差を無くす。 【解決手段】 凹面を向かい合わせて配置された２つの
非球面メニスカス素子を、レンズ開口絞りとレンズ光学
系の正の屈折力のほとんどを生じさせる色補正複レンズ
と近接して配置する。さらに、色補正複レンズと対向し
て、メニスカス素子対の側に弱い屈折力を有する非球面
補正レンズ素子を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、投影レンズ光学系
に関するものであり、特に詳しくは、液晶ディスプレイ
（ＬＣＤ）のような、複数の画素からなる対象物の像を
投影するため、用いられる投影レンズ光学系に関するも
のである。
【０００２】投影レンズシステム（ここでは「投影シス
テム」ともいう。）は、投影スクリーン上に物体の像を
投影するのに用いられるものである。そのようなシステ
ムの基本構成は図８に示すように、タングステン−ハロ
ゲンランプ等の光源10、光源10の像を形成する照明光学
系12（以下、照明システムの「出力」という）、ＬＣＤ
パネルのオン、オフする画素からなるマトリックス等の
投影されるべき物体（投影対象物）14、および投影スク
リーン16上に投影対象物14の拡大像を投影する複数のレ
ンズ素子からなる投影レンズ光学系13からなる。
【０００３】前記投影対象物がＬＣＤもしくは他の画素
分割されたパネルであるような投影レンズシステムは、
データ表示システムを含む種々のアプリケーションにお
いて用いられる。そのような投影レンズシステムは一枚
のパネルに赤、緑、青の画素を有する単板式投射光学系
であってもよいし、赤、緑、青それぞれ専用のパネルを
備えた３板式投射光学系を用いてもよい。簡単のため、
以下においては、単板式のＬＣＤパネルを用いた投射光
学系を例として挙げるが、本発明は多板式および／もし
くは他の画素分割型のパネルを用いた系においても利用
できるものである。
【０００４】
【従来の技術】画素分割されたパネルとともに用いられ
る投影レンズ光学系は、米国特許第4,189,211号、同第
5,042,929号、同第5,179,473号、同第5,200,861号、同
第5,218,480号、同第5,278,698号、同第5,313,330号、
同第5,331,462号等に記載されており、ＬＣＤシステム
に関しては、米国特許第4,425,028号、同第4,461,542
号、同第4,826,311号およびヨーロッパ特許第311,116号
に記載されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の投影レンズ光学
系は、強く湾曲した対称非球面メニスカス素子対であっ
て、互いに向かい合う面が凹面状であり、好ましくは弱
い屈折力を有するメニスカス素子対と、該メニスカス素
子対に近接して、例えばメニスカス素子対の間に配置さ
れた開口絞りと、これらの各素子の前方もしくは後方に
配置された正の屈折率を有する色補正複レンズとからな
るものである。
【０００６】これらの各投影レンズ素子は、投影レンズ
光学系の収差を十分に補正するために十分な程度の自由
度を備えるものである。前記非球面メニスカス素子対は
本レンズ系の球面収差、コマ収差および像面湾曲につい
て正の収差の大部分を生じさせるものであり、それによ
って、強い屈折率を有する複レンズから生じる負の収差
をうち消す。前記色補正複レンズは、色収差に必要な補
正だけでなく、屈折力を有するものでもある。非点収差
の補正は、非球面を屈折力を有するレンズ群に対する開
口絞りの位置と組み合わせて用いることにより達成され
る。また、１つもしくは２つのレンズ素子からなる補正
ユニットのような付加的な非球面素子を用いることによ
って歪曲をさらに補正することができる。
【０００７】非球面メニスカス素子対が色補正パワー複
レンズの物体側に配設されている場合、本レンズ光学系
のバックフォーカス焦点距離は全体としてその焦点距離
にほぼ等しいか、もしくは長くなる傾向がある。一方、
パワー複レンズが前方に配される場合には、レンズ光学
系のバックフォーカス焦点距離は該系の焦点距離より短
くなる傾向がある。その焦点距離はこのレンズ光学系に
望遠比として略１を与えるものである。
【０００８】パワー複レンズの焦点距離は常に、各非球
面メニスカス素子の焦点距離の絶対値より小さい。各非
球面メニスカス素子は互いに全く同じものであってもよ
い。プラスチック製であれば、コストは非常に低く押さ
えられ、その結果全レンズ光学系を非常に経済的に構成
することができる。
【０００９】以下に例示するように、レンズ光学系はｆ
/2.8の最大集光能力を有し、約５０度の全包括角を有す
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】図面は明細書を構成する一部であ
り、本発明の好ましい実施形態を示すものであり、ま
た、詳細な説明とともに本発明の原理を説明するための
ものである。なお、図面および実施の形態の記載は単な
る説明のためのものにすぎず、本発明を制限するもので
はない。
【００１１】図１から図７は、本発明に係る種々の形態
の投影レンズ光学系の構成を示すものである。表１から
表７は、それぞれの形態についての設計事項と光学特性
を表したものである。本実施形態のレンズ光学系におい
ては、ＨＯＹＡ、もしくはＳＣＨＯＴＴのガラスを利用
している。本発明を実施する際には、他の製品の同等の
ガラスを用いてもよい。また、スチレンやアクリル素子
からなるものを用いてもよい。
【００１２】表に示されている非球面係数は、以下の式
を満たすものである。
【００１３】
【数１】
【００１４】ここで、ｚは系の光学軸から距離ｙの位置
での面のサグ(sag )であり、ｃは光学軸におけるレンズ
の曲率、ｋはコニック定数（conic constant）である。
【００１５】表中の略語は以下の通りである。
【００１６】 ＥＦＬ (effective focal length) 有効焦点距離 ＦＶＤ (front vertex distance) 前面頂点距離 f/ (f-number) ｆナンバー ＥＮＰ (entrance pupil) 入射瞳 ＥＸＰ (exit pupil) 出射瞳 ＢＲＬ (barrel length) バレル長 ＯＢＪＨＴ (object height) 物体高 ＭＡＧ (magnification) 倍率 ＳＴＯＰ (location of aperture stop) 開口絞りの
位置 ＩＭＤ (image distance) 像距離 ＯＢＤ (object distance) 物体距離 ＯＶＬ (overall length) 全長 表中に種々の面と関連して記載されている記号”ａ”は
非球面であることを表す、すなわち、上記式のＤ，Ｅ，
Ｆ，Ｇ，Ｈ，もしくはＩの少なくともいずれかは０でな
いような表面である。記号”ｃ”は上記式中ｋ値が０で
ないコニック面であることを表し、記号”ｆ”はフレネ
ルレンズ面であることを表す。表中の単位はすべてミリ
メートル（mm）である。表は、光が図面中を左から右へ
進むと仮定して作成されている。実際には、スクリーン
が図面左側に、ＬＣＤパネルが右側にあり、光は図面中
右から左へと進むものである。表５における面11はフレ
ネルレンズの短い共役点側でレンズ光学系をテレセント
リックとする人工絞りであり、表７における面６は加工
側面である。
【００１７】表８は図１から図７までの各レンズ光学系
の種々の特性をまとめたものである。表８に記載されて
いる「全焦点距離」には、図５から図７のフレネルレン
ズを含まない。フレネルレンズが基本的に照明光学手段
に対して光学系を結合させるためだけのものだからであ
る。「メニスカス素子対間距離」とは、各メニスカス素
子の外側表面間の距離を測定した値である。「開口絞り
位置」はメニスカスレンズの外側表面の中心点から開口
絞りまでの距離の絶対値である。「補正焦点距離」と
は、図２中右端にある前方レンズ素子、図５から図７中
左端にある後方レンズ素子についての焦点距離をいう。
【００１８】表８は複レンズが全ての実施形態において
各系のもっとも屈折力の強い構成要素であること、およ
び、その系において該複レンズの焦点距離はその系にお
ける他のいずれの素子の焦点距離よりも短いことを示し
ている。表は、第六の実施形態を除いて、メニスカス素
子対の屈折力が弱いものであること、すなわち、系の全
焦点距離に対する各メニスカス素子の焦点距離の大きさ
の比が２．０より大きいことを示している。同様に、補
正レンズ素子の屈折率が弱いこと、すなわち、系の全焦
点距離に対する補正レンズの焦点距離の大きさの比もま
た２．０より大きいことを示している。
【００１９】さらに表は、開口絞りが、向かい合って配
置されているメニスカス素子の中間に（第一、第二およ
び第五から第六の実施形態）もしくはメニスカス素子に
近接して（第三および第四の実施形態）配置されている
ことを示す。両素子の間に配置されるのが好ましい。メ
ニスカス素子の外側表面間の距離に対する該レンズの表
面の中心点から該開口絞りまでの距離の大きさの比が
０．６（第四の実施形態）より小さい、さらに好ましく
は０．５５（第三の実施形態）より小さい場合には、開
口絞りはメニスカス素子に近接して配置されるものと考
えられる。
【００２０】表１から表７は、本発明の投射レンズ光学
系における他の好ましい特徴、すなわち、色補正複レン
ズと、対向するメニスカス素子対との間が非常に接近し
ていること、すなわち好ましくはその間隔が投影レンズ
光学系の全焦点距離の０．３倍より小さいことについて
示している。同様に、補正レンズ素子も、メニスカス素
子対と非常に接近していること、すなわち、その間隔は
やはり投射レンズ光学系の全長の０．３倍より小さいこ
とが好ましい。
【００２１】本発明の具体的な実施形態について図示し
て説明してきたが、本発明の範囲においてさらに種々の
形態が可能であることは前述の記載から当業者に明らか
であろう。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】
【表６】
【００２８】
【表７】
【００２９】
【表８】
【００３０】
【表９】
【００３１】
【表１０】
【００３２】
【表１１】
【００３３】
【表１２】
【００３４】
【表１３】
【００３５】
【表１４】
【００３６】
【表１５】
【００３７】
【表１６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る投影レンズ光学
系の構成の概略側面図
【図２】本発明の第二の実施形態に係る投影レンズ光学
系の構成の概略側面図
【図３】本発明の第三の実施形態に係る投影レンズ光学
系の構成の概略側面図
【図４】本発明の第四の実施形態に係る投影レンズ光学
系の構成の概略側面図
【図５】本発明の第五の実施形態に係る投影レンズ光学
系の構成の概略側面図
【図６】本発明の第六の実施形態に係る投影レンズ光学
系の構成の概略側面図
【図７】本発明の第七の実施形態に係る投影レンズ光学
系の構成の概略側面図
【図８】本発明の投射レンズ光学系を含む全体的な投射
レンズ光学システムを示す概略説明図
【符号の説明】
Ｓ１〜Ｓ１２ 各光学素子の表面

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体の像を投影するための開口を有する
    投影レンズ光学系であって、 (a) 焦点距離がそれぞれｆ１およびｆ２である２つの
    メニスカス素子であって、(i)互いに凹面を向かい合わ
    せて、(ii)前記開口絞りに近接して配置され、それぞれ
    少なくとも一つの非球面を有する２つのメニスカス素子
    からなる第一レンズユニットと、 (b) 焦点距離ｆ３を有する色補正複レンズからなる第
    二レンズユニットとを備えてなり、各焦点距離ｆ１，ｆ
    ２，ｆ３が、 ｆ３＞０； ｆ３＜｜ｆ１｜； ｆ３＜｜ｆ２｜ の関係を有するものであることを特徴とする投影レンズ
    光学系。
  2. 【請求項２】 前記各メニスカス素子がそれぞれ弱い屈
    折力を有すること、もしくは、該両メニスカス素子が同
    等のものであることを特徴とする請求項１記載の投影レ
    ンズ光学系。
  3. 【請求項３】 前記開口絞りが、前記２つのメニスカス
    素子の間に配置されていることを特徴とする請求項１記
    載の投影レンズ光学系。
  4. 【請求項４】 前記第一のレンズユニットが当該投影レ
    ンズ光学系の像側に配され、前記第二のレンズユニット
    が物体側に配されていること、もしくはその逆であるこ
    とを特徴とする請求項１記載の投影レンズ光学系。
  5. 【請求項５】 補正レンズユニットをさらに備え、該補
    正レンズユニットが、 (i) 少なくとも一つの非球面を有すること (ii) 屈折力が弱いこと、および (iii) 前記第二のレンズユニットに対向して前記第一
    のレンズユニット側に配置されていることを特徴とする
    請求項１から４いずれか記載の投影レンズ光学系。
  6. 【請求項６】 前記各メニスカス素子がそれぞれ２つの
    非球面を有すること、および／もしくは前記補正レンズ
    ユニットが２つの非球面を有することを特徴とする請求
    項１または５記載の投影レンズ光学系。
  7. 【請求項７】 前記第一および第二のレンズユニットが
    互いに近接して配置されていることを特徴とする請求項
    １または５いずれか記載の投影レンズ光学系。
  8. 【請求項８】 前記補正レンズユニットが単一のレンズ
    素子からなるものであることを特徴とする請求項５記載
    の投影レンズ光学系。
  9. 【請求項９】 前記補正レンズユニットが前記第一レン
    ズユニットの像側、もしくは前記第一レンズユニットの
    物体側に配置されていることを特徴とする請求項５記載
    の投影レンズ光学系。
  10. 【請求項１０】 前記ｆ１およびｆ２が同符号であり、
    前記補正レンズユニットの焦点距離がｆＣＲであって、
    該ｆＣＲが前記ｆ１およびｆ２と異符号であることを特
    徴とする請求項５記載の投影レンズ光学系。
  11. 【請求項１１】 物体の像を投影する投影レンズシステ
    ムであって、 (a) 光源と、該光源の像を形成する照明光学系とから
    なり、前記光源の像を出力する照明システムと、 (b) 前記物体である画素分割されたパネルと、 (c) 請求項１から１０いずれか記載の投射レンズ光学
    系とを備えていることを特徴とする投影レンズシステ
    ム。
JP9112865A 1996-04-29 1997-04-30 投影レンズ光学系 Pending JPH1096855A (ja)

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US1646996P 1996-04-29 1996-04-29
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US757341 1996-11-27
US016469 1996-11-27

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