【手続補正書】
【提出日】平成16年5月10日(2004.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】          明細書
【発明の名称】      投影レンズおよび投影レンズシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】  物体の像を形成する投影レンズにおいて、
該レンズが前記像から前記物体に至るまで順に、
（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を有してなる第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を有してなる第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のレンズユニットを有してなり、
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】  ｜ＥＰＤ｜／ｆ０  ＞４．０（ここでＥＰＤ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３】  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４】  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を有してなり、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を有してなり、
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５】  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を有してなり、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を有してなる第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を有してなる第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のレンズユニットを有してなり、
（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。
【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）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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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（Ｔａｙｌｏｒ，ｅｔ．ａｌ）、第５，０４２，９２９号（Ｔａｎａｋａ，ｅｔ．ａｌ）、第５，１７９，４７３号（Ｙａｎｏ，ｅｔ．ａｌ）、第５，２００，８６１号（Ｍｏｓｋｏｖｉｃｈ）、第５，２１８，４８０号（Ｍｏｓｋｏｖｉｃｈ）、第５，２７８，６９８号（Ｉｉｚｕｋａ，ｅｔ．ａｌ）、第５，３１３，３３０号（Ｂｅｔｅｎｓｋｙ）、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４，８２６，３１１号（Ｌｅｄｅｂｕｈｒ）、ＥＰＯ  Ｐａｔｅｎｔ  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、像から物体に至るまで（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を有してなる第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を有してなる第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のレンズユニットを有してなり、
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、ＢＦＬ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。
【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。
【００１７】
｜ＥＰＤ｜／ｆ０＞４．０                   （５）
ここで、ＥＰＤは、照明光学系側から見た、画素パネルから投影レンズの入射瞳までの距離である。｜ＥＰＤ｜／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５，３１３，３３０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を有してなり、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を有してなる。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００２６】
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。
【００２７】
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）。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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２０ｍｍ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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
【数１】
1998142503.tif 000001
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。
【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。
【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。
【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。
【００４６】
表３において、第１のレンズユニット（Ｕ１）は面１〜４からなり、第２のレンズユニット（Ｕ２）は面５〜７からなり、第３のレンズユニット（Ｕ３）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１４〜１６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（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７〜１１からなる。表３〜表５のように、面１２〜１４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。
【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。
【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。
【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。
【００５３】
【表１】
1998142503.tif 000002
【表２】
1998142503.tif 000003
【表３】
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【表４】
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【表５】
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【表６】
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【表７】
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【表８】
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【表９】
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【表１０】
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【表１１】
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【表１２】
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【表１３】
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【表１４】
1998142503.tif 000015
（発明の好ましい実施態様）
以下、本発明の好ましい実施態様を項分け記載する。
（１）物体の像を形成する投影レンズにおいて、
該レンズが前記像から前記物体に至るまで順に、
（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を有してなる第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を有してなる第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のレンズユニットを有してなり、
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。
（２）ＢＦＬ／ｆ０  ＞４．０であることを特徴とする実施態様項１記載の投影レンズ。
（３）ＢＦＬ／ｆ０  ＞５．０であることを特徴とする実施態様項１記載の投影レンズ。
（４）｜ＥＰＤ｜／ｆ０  ＞４．０（ここでＥＰＤ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実施態様項１記載の投影レンズ。
（５）｜ＥＰＤ｜／ｆ０  ＞１００であることを特徴とする実施態様項１記載の投影レンズ。
（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実施態様項１記載の投影レンズ。
（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実施態様項１記載の投影レンズ。
（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実施態様項７記載の投影レンズ。
（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実施態様項１記載の投影レンズ。
（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実施態様項９記載の投影レンズ。
（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を有してなることを特徴とする実施態様項１記載の投影レンズ。
（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実施態様項１記載の投影レンズ。
（１３）前記第３のレンズユニットが、色補正用ダブレットレンズを有してなることを特徴とする実施態様項１記載の投影レンズ。
（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実施態様項１記載の投影レンズ。
（１５）前記ｆ０  が２０ｍｍ以下であることを特徴とする実施態様項１記載の投影レンズ。
（１６）１．０＜Ｄ１２／Ｄ２３＜２．５であることを特徴とする実施態様項１記載の投影レンズ。
（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実施態様項１記載の投影レンズ。
（１８）前記投影レンズが、前記像の方位において約３５°以上の半視野角を有することを特徴とする実施態様項１記載の投影レンズ。
（１９）前記物体が、画素パネルであることを特徴とする実施態様項１記載の投影レンズ。
（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実施態様項１９記載の投影レンズ。
（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を有してなり、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）実施態様項１記載の前記投影レンズを有してなり、
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。
（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を有してなり、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を有してなる第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を有してなる第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を有してなり、
（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。
【図面の簡単な説明】
【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２】
本発明により構成された投影レンズの概略側面図
【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４】
本発明により構成された投影レンズの概略側面図
【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６】
本発明により構成された投影レンズの概略側面図
【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
【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