(57)【要約】  本発明は、それらの間に系の絞りを備えたレンズ系の始め及び終わりに非球面のレンズ素子、並びに、各々の非球面のレンズとその系の絞りとの間における色消しのレンズ素子の対、を備えた二重ガウスの構造体を含む投射レンズ系を提供する。また、提供されるのは、各々が、それらの間に系の絞りを備えたレンズ系の始め及び終わりに非球面のレンズ素子、並びに、各々の非球面のレンズとその系の絞りとの間における色消しのレンズ素子の対、を備えた二重ガウスの基部の構造体を有する、複数のレンズ系を含む投射レンズ群である。各々のレンズ系は、異なる費用／性能の選択肢を提供するために、最適化される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズ系を含む投射レンズ群であって、
各々は、間に系の絞りを備えた該レンズ系の始め及び終わりにおける非球面のレンズ素子並びに各々の非球面のレンズと該系の絞りとの間における色消しのレンズ素子の対を備えた二重ガウスが基部の構造体を有する、投射レンズ群。
【請求項２】
前記レンズは、当該投射レンズ群内で、長さにおいて変動する、請求項１に記載の投射レンズ群。
【請求項３】
前記レンズ系の少なくとも一個は、１０５０ミリメートル未満の系の長さについて最適化される、請求項２に記載の投射レンズ群。
【請求項４】
前記レンズ系の少なくとも一個は、前記レンズ系の始め及び終わりにおける前記非球面のレンズ素子の間における前記基部の構造体に加えられた一つ以上のレンズ素子と共に最適化される、請求項１に記載の投射レンズ群。
【請求項５】
前記レンズ素子についての曲率の方向は、当該レンズ群内の前記レンズ系の間で変化しない、請求項１に記載の投射レンズ群。
【請求項６】
前記レンズ系は、約０．５５％から約０．３０％まで変動する最大の歪曲及び約０．４８から約０．６９まで変動する伝達関数の絶対値（Modulus  Transfer  Function）を提供するために、最適化される、請求項１に記載の投射レンズ群。
【請求項７】
前記レンズ系は、６個から９個までのレンズ素子を使用する、請求項６に記載の投射レンズ群。
【請求項８】
少なくとも一個のレンズ系用の前記色消しのレンズ素子の対は、ＳＦ１４、ＳＦ１５、ＢＡＫ１、及びＢＡＬＦ４からなる群より選ばれる安価なガラス材料の組み合わせから形成される、請求項１に記載の投射レンズ群。
【請求項９】
投射レンズ系であって、
間に系の絞りを備えた当該レンズ系の始め及び終わりにおける非球面のレンズ素子並びに各々の非球面のレンズと該系の絞りとの間における色消しのレンズ素子の対を備えた二重ガウスの構造体を含む、投射レンズ系。
【請求項１０】
当該レンズ系は、約０．５５％未満の最大の歪曲及び少なくとも約０．４８の伝達関数の絶対値を提供するために、構成される、請求項９に記載の投射レンズ系。
【請求項１１】
少なくとも一個のレンズ系用の前記色消しのレンズ素子の対は、ＳＦ１４、ＳＦ１５、ＢＡＫ１、及びＢＡＬＦ４からなる群より選ばれる安価なガラス材料の組み合わせから形成される、請求項１０に記載の投射レンズ系。
【請求項１２】
当該レンズ系は、少なくとも六個のレンズ素子及び九個より多くはないレンズ素子を有する、請求項１０に記載の投射レンズ系。
【請求項１３】
当該レンズ系の始めにおける前記非球面のレンズと、当該レンズ系の始めにおける前記非球面のレンズと前記系の絞りとの間における前記色消しのレンズと、の間に配置された付加的な非球面のレンズをさらに含む、請求項９に記載の投射レンズ系。
【請求項１４】
当該レンズ系の始めにおける前記非球面のレンズと、当該レンズ系の始めにおける前記非球面のレンズと前記系の絞りとの間の前記色消しのレンズと、の間に配置された付加的な色消しのレンズ素子の対をさらに含む、請求項９に記載の投射レンズ系。
【請求項１５】
当該レンズ系の終わりにおける前記非球面のレンズと前記系の絞りとの間に配置された付加的な非球面のレンズ及び当該レンズ系の始めにおける前記非球面のレンズと前記系の絞りとの間に配置された付加的な色消しのレンズをさらに含む、請求項１４に記載の投射レンズ系。
【請求項１６】
当該レンズ系は、１０５０ミリメートル未満の系の長さを提供するレンズについて、最適化される、請求項９に記載の投射レンズ系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射レンズに関すると共に、より詳しくは、多種多様な最適化パラメータにわたって良好な性能を備えた一群のレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロディスプレイシステムにおいては、撮像装置（imager）からの変調された光の出力が、可視の像を形成するために、投射レンズ系によって、スクリーン上へ投射される。既存のマイクロディスプレイシステム用の投射レンズ系は、典型的には、十一個から十三個のレンズ素子を含む。可視の像を生じさせるために、その投射レンズ系は、相対的に高い性能を提供しなければならない。その性能の要件を満たすために必要なレンズ素子の数及び質は、そのレンズ系についての高い費用に帰着し得る。また、既存の投射レンズ系は、典型的には、具体的な用途について注文設計されるが、高い設計費用を引き起こすと共にそのレンズ系における柔軟性を限定する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、それらの間に系の絞りを備えたそのレンズ系の始め及び終わりに非球面のレンズ素子、並びに、各々の非球面のレンズとその系の絞りとの間における色消しのレンズ素子の対、を備えた二重ガウスの構造体（double-gauss  architecture）を含む投射レンズ系を提供する。
【０００４】
また、提供されるのは、各々が、それらの間に系の絞りを備えたそのレンズ系の始め及び終わりに非球面のレンズ素子、並びに、各々の非球面のレンズとその系の絞りとの間における色消しのレンズ素子の対、を備えた二重ガウスの基部の（base）構造体を有する、複数のレンズ系を含む投射レンズの群である。各々のレンズ系は、異なる費用／性能の選択肢を提供するために、最適化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明を、図面を参照して記載することにする。
【０００６】
本発明は、６個から９個のレンズ素子を使用する良好な性能を備えた投射レンズ系及び特別注文による設計を要求することなくその用途について最少の費用で要求された性能を達成するための特定の用途についての性能／費用の兼ね合いを行うための機会を提供する一群のレンズ系を提供する。図１、３、６、７、１２、１５及び１８に示すような、一群の投射レンズ系は、本発明の例示的な実施形態に従って提供される。その例示的な群内のレンズ系についての計算された性能のデータを、図２、４、５、７、８、１０、１１、１３、１４、１６、１７、１９、及び２０に示す。レンズ系の例示的な群は、注文設計の必要無しに、費用／性能の兼ね合いが特定の用途の要件を満たすことを許容する様々な性能を高める変形物を備えた強固な基部の構造体を提供する。その例示的な群におけるレンズ系は、（示さない）撮像装置からの光の変調されたピクセルの出力マトリックスを受容すると共に可視の像を提供するためにそれを（示さない）スクリーンへ投射する。そのレンズ系の群は、１１個から１３個のレンズ素子を備えたレンズ系と比較すると費用を減少させる、６個から９個までのレンズ素子を備えた複数の高性能の投射レンズ系を提供する。
【０００７】
図解されたレンズ系の群における各々のレンズ系は、図１に示すような基部の構造体１０を有する。基部の構造体１０は、６個のレンズ素子を含む。二個のアクリル系の非球面のレンズ（即ち、非球面レンズ）８１、８５（それぞれ、最も前のレンズ及び最も後のレンズ）は、レンズ系１０の対向する端に配置されるが、各々は、単一の非球面のレンズ素子を形成する。二個のガラスの色消しのレンズ（即ち、色消しレンズ）８２、８４（安価なガラスタイプから作られる）は、色消しレンズ８２、８４の間に配置された絞り８３を伴って、非球面レンズ８１、８５の間に配置される。各々の色消しレンズ８２、８４は、二個の球面のレンズ素子（即ち、均一な球面の幾何学的外形を備えたレンズ素子）を含む。第二の非球面のレンズ８５の両方の表面は、前方の方向の曲率（即ち、正の半径）を有する。第一の非球面のレンズ８１においては、第一の表面８１は、後方の方向の曲率（即ち、負の半径）を有すると共に、第二の表面８１ｂは、前方の方向の曲率を有する。第一の色消しのレンズ８２は、二個のレンズ素子８２ｘ、８２ｙを定義する三個の表面８２ａ、８２ｂ、８２ｃを有する。第一の表面８２ａは、負の方向の曲率を有すると共に第二の及び第三の表面８２ｂ、８２ｃは、正の方向の曲率を有する。また、第二の色消しのレンズ８４は、二個のレンズ素子８４ｘ、８４ｙを定義する三個の表面８３ａ、８３ｂ、８３ｃを有する。第二の色消しのレンズ８４の表面８４ａ、８４ｂ、８４ｃの各々は、負の方向の曲率を有する。それら色消しのレンズ素子は、ＳＦ１４、ＳＦ１５、ＢＡＫ１、及びＢＡＬＦ４のような、安価なガラスから作られる。
【０００８】
例示的な基部の構造体のレンズ８１、８２、８４、８５についての表面のデータは、表２に提供された非対称の係数を伴って、表１に提供される。これらの例示的なレンズの表面は、ＺＥＭＡＸＴＭのソフトウェア及び発明者によって決定された新規な特性を使用して、発明者によって開発された。厚さの値は、先の表面までの距離である（即ち、あるレンズ素子の後側の表面についての厚さは、そのレンズ素子の厚さであると共に、あるレンズの前側の表面についての厚さは、そのレンズの前における空気間隔である）。
【０００９】
表１（ミリメートル単位の寸法）
【００１０】
【表１】
2007523381.tif 000003
表２
【００１１】
【表２】
2007523381.tif 000004
その投射レンズ系は、（示さない）撮像装置と（示さない）ビューイングスクリーンとの間に配置される。その撮像装置は、その撮像装置へ提供された信号に従って変調された強度の光ピクセルのマトリックスを提供する。ＬＣＯＳ撮像装置を使用するマイクロディスプレイにおいて、撮像装置からの出力は、（示さない）偏光ビームスプリッター又はＰＢＳを通じて、且つ、その光の変調されたマトリックスを第一の色消しレンズ８２へと方向付ける、単一の非球面のレンズ素子を含む第一の非球面レンズ８１へと、通過する。第一の色消しレンズ８２は、例えば接着剤によって、接合された二個の球面のレンズ素子８２ｘ、８２ｙを含む。第一の色消しレンズ８２は、その光のマトリックスを、それが、レンズ系の絞り８３で収束すると共に反転するように、集束させる。系の絞り８３を通過した後で、その光のマトリックスは、それが、第二の色消しレンズ８４に入るまで、発散する。第二の色消しレンズ８４は、その光のマトリックスが収束することを引き起こすと共に、その光のマトリックスを第二の非球面レンズ８５へと方向付ける。第二の非球面レンズ８５は、そおのビューイングスクリーンにわたってその光のピクセルを分配するために、その光のマトリックスを発散するパターンでそのビューイングスクリーンへ投射する。
【００１２】
図２は、上述した、基部の構造体１０についての光学的伝達関数の計算された絶対値（ＭＴＦ）を示す。それらの値は、ＺＥＭＡＸＴＭのソフトウェアを使用して計算される。３６サイクル毎ミリメートルの空間周波数で、そのＭＴＦは、図２に示すように、最悪の場所でも約０．４８よりも大きいものである。ＺＥＭＡＸＴＭのソフトウェアを使用して基部の構造体１０について決定されるような、格子歪曲（grid  distortion）ともまた呼ばれる、その歪曲は、約０．５５％であるが、そのことは、その最悪の場所で、マトリックス２００ピクセルワイドを備えた撮像装置の具体的なピクセルからの光が、意図された又は最適な場所からのピクセル幅の約半分の場所でそのビューイングスクリーンへ投射されることになることを意味する。
【００１３】
表１からの厚さの値の和によって示唆されるように、その基部の構造体は、１０５０ミリメートル未満の系の長さを提供する。
【００１４】
図３は、そのレンズ系の例示的な群における第一の最適化されたレンズ系１１０を示す。第一の最適化されたレンズ系１１０は、連続して、二個の表面１８１ａ、１８１ｂを備えた第一の非球面レンズ１８１、三個の表面１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃを備えた第一の色消しレンズ１８２、系の絞り１８３、三個の表面１８４ａ、１８４ｂ、１８４ｃを備えた第二の色消しレンズ１８４、及び、二個の表面１８５ａ、１８５ｂを備えた第二の非球面レンズ１８５を含む、上述した、基部の構造体１０と同様なものである。
【００１５】
例示的な第一の最適化されたレンズ系のレンズ１８１、１８２、１８４、１８５の表面のデータは、表４に提供された非対称の係数を伴って、表３に提供される。これらの例示的なレンズの表面は、ＺＥＭＡＸＴＭのソフトウェア及び発明者によって決定された新規な特性を使用して、発明者によって開発された。厚さの値は、先の表面までの距離である（即ち、あるレンズ素子の後側の表面についての厚さは、そのレンズ素子の厚さであると共に、あるレンズの前側の表面についての厚さは、そのレンズの前における空気間隔である）。
【００１６】
表３における半径の符号によって示唆されるように、第一の最適化されたレンズ系１１０の表面についての曲率の方向は、その基部の構造体についての対応する表面と同じものである。第一の最適化されたレンズ系１１０は、第一の最適化されたレンズ系１１０のレンズ素子が、基部の構造体１０の対応する表面よりも大きい厚さを有するという点で、基部の構造体１０と異なる。
【００１７】
第一の最適化されたレンズ系１１０は、第一の最適化されたレンズ系１１０のレンズ素子の厚さが、短い系のために束縛されないものであると共に、従って、基部の構造体１０における対応するレンズ素子の厚さよりも大きいものであるという点で、基部の構造体１０と異なる。第一の最適化されたレンズ系１１０についての表面のデータは、その新しい束縛条件（即ち、系の長さ）について最適化される。それらレンズ素子の厚さを増加させることが、第一の最適化されたレンズ系１１０の性能を高める一方で、費用は、それらより厚いレンズ素子と関連した材料の費用のおかげで、増加させられる。また、第一の最適化されたレンズ系１１０の全体的な長さが、表３における厚さの値の和によって示唆されるように、基部の構造体１０の長さよりも大きいものであるので、費用は、その増加した系の長さを収容するために要求されるより大きい管のおかげで、増加させられることになる。このように、第一の最適化されたレンズ系１１０は、増加した費用のために高められた性能を提供することによって、その基部の構造体に関して性能／費用の兼ね合いを提供する。
【００１８】
表３
【００１９】
【表３】
2007523381.tif 000005
表４
【００２０】
【表４】
2007523381.tif 000006
図４及び５は、ＸＥＭＡＸＴＭのソフトウェアを使用して計算されるような、第一の最適化されたレンズ系１１０についての性能のデータを示す。図４に示すように、第一の最適化されたレンズ系１１０についてのＭＴＦは、３６サイクル毎ミリメートルで０．６よりも大きいものである。図５に示すように、その歪曲は、像面湾曲のおかげで、約０．２１％未満の格子歪曲に帰着させられる０．５％未満である。
【００２１】
第二の最適化されたレンズ系２１０は、図６に示される。第二の最適化されたレンズ系２１０において、基部の構造体１０のレンズ８１、８２、８４、８５、及び系の絞り８３に対応する、第一の非球面レンズ２８１、第一の色消しレンズ２８２、系の絞り２８３、第二の色消しレンズ２８４、及び、第二の非球面レンズ２８５は、連続して、配置される。加えて、第三の非球面レンズ２８６は、第一の非球面レンズ２８１と第一の色消しレンズ２８２との間に配置される。第二の最適化されたレンズ系２１０についての表面のデータは、その新しい束縛条件（即ち、加えられた非球面レンズ）について最適化される。
【００２２】
例示的な第二の最適化されたレンズ系のレンズ２８１、２８２、２８４、２８５、２８６の表面のデータは、表６に提供された非対称の係数を伴って、表５に提供される。
【００２３】
これらの例示的なレンズの表面は、ＺＥＭＡＸＴＭのソフトウェア及び発明者によって決定された新規な特性を使用して、発明者によって開発された。厚さの値は、先の表面までの距離である（即ち、あるレンズ素子の後側の表面についての厚さは、そのレンズ素子の厚さであると共に、あるレンズの前側の表面についての厚さは、そのレンズの前における空気間隔である）。表５における半径の符号によって示唆されるように、第二の最適化されたレンズ系２１０の表面についての曲率の方向は、その基部の構造体についての対応する表面と同じものである。
【００２４】
加えられた非球面レンズ２８６が、第二の最適化されたレンズ系２１０の性能を高める一方で、費用は、加えられたレンズと関連した材料及び加工の費用のおかげで、増加させられる。このように、第二の最適化されたレンズ系２１０は、その基部の構造体及び第一の最適化されたレンズ系１１０に関して、性能／費用の兼ね合いを提供する。
【００２５】
表５
【００２６】
【表５】
2007523381.tif 000007
表６
【００２７】
【表６】
2007523381.tif 000008
表６（続き）
【００２８】
【表７】
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図７及び８は、ＺＥＭＡＸＴＭのソフトウェアを使用して計算されるような、第二の最適化されたレンズ系２１０についての性能のデータを示す。図７に示すように、第一の最適化されたレンズ系１１０についてのＭＴＦは、３６サイクル毎ミリメートルで約０．５よりも大きいものである。図８に示すように、その歪曲は、像面湾曲のおかげで、約０．３７％未満の格子歪曲に帰着させられる０．５％未満である。
【００２９】
第三の最適化されたレンズ系３１０は、図９に示される。第三の最適化されたレンズ系３１０において、第二の最適化されたレンズ系２１０のレンズ２８１、２８６、２８２、２８４、２８５及び系の絞り２８３に対応する、第一の非球面レンズ３８１、第三の非球面レンズ３８６、第一の色消しレンズ３８２、系の絞り３８３、第二の色消しレンズ３８４、及び、第二の非球面レンズ３８５は、連続して、配置される。第三の最適化されたレンズ系３１０は、第三の最適化されたレンズ系３１０のレンズ素子の厚さが、短い系のために束縛されないものであると共に、従って、第二の最適化されたレンズ系２１０における対応するレンズ素子の厚さよりも大きいものであるという点で、第二の最適化されたレンズ系２１０と異なるものである。第三の最適化されたレンズ系３１０についての表面のデータは、その新しい束縛条件（即ち、系の長さ）について最適化される。それらレンズ素子の厚さを増加させることが、第三の最適化されたレンズ系３１０の性能を高める一方で、費用は、それらより厚いレンズ素子と関連した材料の費用のおかげで、増加させられる。第三の最適化されたレンズ系３１０についての表面のデータは、その新しい束縛条件（即ち、厚さの束縛条件）について最適化される。
【００３０】
例示的な第三の最適化されたレンズ系のレンズ３８１、３８２、３８４、３８５、３８６についての表面のデータは、表８に提供された非対称の係数を伴って、表７に提供される。これらの例示的なレンズの表面は、ＺＥＭＡＸＴＭのソフトウェア及び発明者によって決定された新規な特性を使用して、発明者によって開発された。厚さの値は、先の表面までの距離である（即ち、あるレンズ素子の後側の表面についての厚さは、そのレンズ素子の厚さであると共に、あるレンズの前側の表面についての厚さは、そのレンズの前における空気間隔である）。表７における半径の符号によって示唆されるように、第三の最適化されたレンズ系３１０の表面についての曲率の方向は、第二の最適化されたレンズ系２１０についての対応する表面と同じものである。
【００３１】
表７
【００３２】
【表８】
2007523381.tif 000010
表８
【００３３】
【表９】
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表８（続き）
【００３４】
【表１０】
2007523381.tif 000012
図１０及び１１は、ＸＥＭＡＸＴＭのソフトウェアを使用して計算されるような、第三の最適化されたレンズ系３１０についての性能のデータを示す。図１０に示すように、第三の最適化されたレンズ系３１０についてのＭＴＦは、３６サイクル毎ミリメートルで約０．７よりも大きいものである。図１１に示すように、その歪曲は、像面湾曲のおかげで、約０．５３％未満の格子歪曲に帰着させられる約０．６％未満である。
【００３５】
第四の最適化されたレンズ系４１０は、図１２に示される。第四の最適化されたレンズ系４１０において、基部の構造体１０のレンズ８１、８２、８４、８５、及び系の絞り８３に対応する、第一の非球面レンズ４８１、第一の色消しレンズ４８２、系の絞り４８３、第二の色消しレンズ４８４、及び、第二の非球面レンズ４８５は、連続して、配置される。加えて、第三の非球面レンズ４８６は、第一の非球面レンズ４８１と第一の色消しレンズ４８２との間に配置される。第四の最適化されたレンズ系４１０についての表面のデータは、その新しい束縛条件（即ち、加えられた色消しレンズ）について最適化される。
【００３６】
例示的な第四の最適化されたレンズ系のレンズ４８１、４８２、４８４、４８５、４８６についての表面のデータは、表１０に提供された非対称の係数を伴って、表９に提供される。これらの例示的なレンズの表面は、ＺＥＭＡＸＴＭのソフトウェア及び発明者によって決定された新規な特性を使用して、発明者によって開発された。厚さの値は、先の表面までの距離である（即ち、あるレンズ素子の後側の表面についての厚さは、そのレンズ素子の厚さであると共に、あるレンズの前側の表面についての厚さは、そのレンズの前における空気間隔である）。表９における半径の符号によって示唆されるように、第四の最適化されたレンズ系４１０の表面についての曲率の方向は、その基部の構造体についての対応する表面と同じものである。
【００３７】
加えられた色消しレンズ４８６が、第四の最適化されたレンズ系４１０の性能を高める一方で、費用は、その加えられたレンズ素子と関連した材料及び加工の費用のおかげで、増加させられる。このように、第四の最適化されたレンズ系４１０は、その基部の構造体及び他の最適化されたレンズ系に関して、性能／費用の兼ね合いを提供する。
【００３８】
表９
【００３９】
【表１１】
2007523381.tif 000013
表１０
【００４０】
【表１２】
2007523381.tif 000014
図１３及び１４は、ＸＥＭＡＸＴＭのソフトウェアを使用して計算されるような、第四の最適化されたレンズ系４１０についての性能のデータを示す。図１３に示すように、第四の最適化されたレンズ系４１０についてのＭＴＦは、３６サイクル毎ミリメートルで約０．４５よりも大きいものである。図１４に示すように、その歪曲は、像面湾曲のおかげで、約０．１１％未満の格子歪曲に帰着させられる約０．３％未満である。
【００４１】
第五の最適化されたレンズ系５１０は、図１５に示される。第五の最適化されたレンズ系５１０において、第四の最適化されたレンズ系４１０のレンズ４８１、４８６、４８２、４８４、４８５、及び系の絞り４８３に対応する、第一の非球面レンズ５８１、第三の色消しレンズ５８６、第一の色消しレンズ５８２、系の絞り５８３、第二の色消しレンズ５８４、及び、第二の非球面レンズ５８５は、連続して、配置される。第五の最適化されたレンズ系５１０は、第五の最適化されたレンズ系５１０のレンズ素子の厚さが、短い系のために束縛されないものであると共に、従って、第四の最適化されたレンズ系４１０における対応するレンズ素子の厚さよりも大きいものであるという点で、第四の最適化されたレンズ系４１０と異なる。第五の最適化されたレンズ系５１０についての表面のデータは、その新しい束縛条件について最適化される。
【００４２】
例示的な第五の最適化されたレンズ系のレンズ５８１、５８２、５８４、５８５、５８６についての表面のデータは、表１２に提供された非対称の係数を伴って、表１１に提供される。これらの例示的なレンズの表面は、ＺＥＭＡＸＴＭのソフトウェア及び発明者によって決定された新規な特性を使用して、発明者によって開発された。厚さの値は、先の表面までの距離である（即ち、あるレンズ素子の後側の表面についての厚さは、そのレンズ素子の厚さであると共に、あるレンズの前側の表面についての厚さは、そのレンズの前における空気間隔である）。表１１における半径の符号によって示唆されるように、第五の最適化されたレンズ系５１０の表面についての曲率の方向は、その基部の構造体についての対応する表面と同じものである。
【００４３】
加えられた色消しレンズ５８６及びより長いレンズが、第五の最適化されたレンズ系５１０の性能を高める一方で、費用は、その加えられた且つ延ばされたレンズと関連した材料及び加工の費用のおかげで、増加させられる。このように、第五の最適化されたレンズ系５１０は、その基部の構造体及び他の最適化されたレンズ系に関して、性能／費用の兼ね合いを提供する。
【００４４】
表１１
【００４５】
【表１３】
2007523381.tif 000015
表１２
【００４６】
【表１４】
2007523381.tif 000016
図１６及び１７は、ＸＥＭＡＸＴＭのソフトウェアを使用して計算されるような、第五の最適化されたレンズ系５１０についての性能のデータを示す。図１６に示すように、第五の最適化されたレンズ系５１０についてのＭＴＦは、３６サイクル毎ミリメートルで約０．５５よりも大きいものである。図１７に示すように、その歪曲は、像面湾曲のおかげで、約０．１６％未満の格子歪曲に帰着させられる約０．４％未満である。
【００４７】
第六の最適化されたレンズ系６１０は、図１８に示される。第六の最適化されたレンズ系６１０において、基部の構造体１０のレンズ８１、８２、８４、８５、及び系の絞り８３に対応する、第一の非球面レンズ６８１、第一の色消しレンズ６８２、系の絞り６８３、第二の色消しレンズ６８４、及び、第二の非球面レンズ６８５は、連続して、配置される。加えて、第三の色消しレンズ６８６は、第一の非球面レンズ６８１と第一の色消しレンズ６８２との間に配置されると共に、第三の非球面レンズ６８７は、第二の色消しレンズ６８４と第二の非球面レンズ６８５との間に配置される。また、色消しレンズ６８３、６８４、６８６の表面は、球面の幾何学的外形に束縛されないものであるが、しかし、非球面の幾何学的外形で最適化されることが、許容される。第六の最適化されたレンズ系６１０についての表面のデータは、その新しい束縛条件（即ち、加えられた色消しレンズ）について最適化される。
【００４８】
例示的な第六の最適化されたレンズ系のレンズ６８１、６８２、６８４、６８５、４８６、６８７についての表面のデータは、表１４に提供された非対称の係数を伴って、表１３に提供される。これらの例示的なレンズの表面は、ＺＥＭＡＸＴＭのソフトウェア及び発明者によって決定された新規な特性を使用して、発明者によって開発された。厚さの値は、先の表面までの距離である（即ち、あるレンズ素子の後側の表面についての厚さは、そのレンズ素子の厚さであると共に、あるレンズの前側の表面についての厚さは、そのレンズの前における空気間隔である）。表１３における半径の符号によって示唆されるように、第四の最適化されたレンズ系４１０の表面についての曲率の方向は、その基部の構造体についての対応する表面と同じものである。
【００４９】
加えられた色消しレンズ６８６及び加えられた非球面レンズ６８７並びに色消しレンズ６８２、６８４、６８６が、第六の最適化されたレンズ系６１０の性能を高める一方で、費用は、それら加えられたレンズ及び複雑な幾何学的外形と関連した材料及び加工の費用のおかげで、増加させられる。このように、第六の最適化されたレンズ系６１０は、その基部の構造体及び他の最適化されたレンズ系に関して、性能／費用の兼ね合いを提供する。
【００５０】
表１３
【００５１】
【表１５】
2007523381.tif 000017
表１４
【００５２】
【表１６】
2007523381.tif 000018
表１４（続き）
【００５３】
【表１７】
2007523381.tif 000019
表１４（続き）
【００５４】
【表１８】
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図１９及び２０は、ＸＥＭＡＸＴＭのソフトウェアを使用して計算されるような、第六の最適化されたレンズ系６１０についての性能のデータを示す。図１９に示すように、第六の最適化されたレンズ系６１０についてのＭＴＦは、３６サイクル毎ミリメートルで約０．６５よりも大きいものである。図２０に示すように、その歪曲は、像面湾曲のおかげで、約０．３０％未満の格子歪曲に帰着させられる約０．３５％未満である。
【００５５】
上述した投射レンズ系の例示的な群は、各々が、それらの間に系の絞りを備えたレンズ系の始め及び終わりにおける非球面のレンズ素子、並びに、各々の非球面のレンズとその系の絞りとの間における色消しのレンズ素子の対、を備えた二重ガウスの基部の構造体を有する、複数のレンズ系を提供する。各々のレンズ系は、異なる費用／性能の選択肢を提供するために、最適化される。このように、そのレンズ系の群の一員を、より高い性能について設計されたレンズ系の費用を負うこと無く、及び、特定の用途のためのレンズ系を注文設計すること無く、要求された性能を達成するために、選択することができる。また、本発明に従った各々の例示的なレンズ系は、その二重ガウスの基部の構造体の耐久性のおかげで、既存の投射レンズ系よりも少ないレンズ素子で良好な性能を提供する。
【００５６】
それらレンズ系が、付加的な素子及び／又はより長いレンズの長さで最適化されると、各々の素子の曲率の方向は、その群のいたるところで変化しないものである。それらレンズ系は、間において様々な性能の選択を備えた、０．４８のＭＴＦ（最悪の場所）及び０．５５％の歪曲（短い６個の素子）から０．６９のＭＴＦ（最悪の場所）及び０．３０％の歪曲（９個の素子）までを提供する。
【００５７】
前述のものは、本発明を実行することについてのいくらかの可能性を図解する。多くの他の実施形態は、本発明の範囲及び主旨内で可能である。従って、前述の記載は、限定するものよりもむしろ実例となるものとしてみなされること、及び、本発明の範囲が、添付した請求項によって、それらの均等物の全範囲と一緒に与えられることが、意図される。例えば、前述の記載及び付随する図は、ＬＣＯＳ撮像装置とその第一のレンズ素子との間に２２ｍｍの厚さのＳＦ２のＰＢＳを備えた単一の撮像装置ＬＣＯＳシステムにおけるレンズの挙動を示す。その群は、異なる寸法のＬＣＯＳシステムに、及び、ＰＢＳの代わりにＴＩＲプリズムを備えたＤＬＰＴＭシステムに、適合可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に従った一群のレンズ系についての基部の構造体を含む例示的な投射レンズ系を示す。
【図２】図１の例示的な投射レンズ系についての光学的伝達関数に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図３】本発明の実施形態に従った長いレンズを使用する代替の例示的な投射レンズ系を示す。
【図４】図３の例示的な投射レンズ系についての光学的伝達関数に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図５】図３の例示的な投射レンズ系についての像面湾曲歪曲に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図６】本発明の実施形態に従った基部の構造体及び加えられた非球面レンズを使用する代替の例示的な投射レンズ系を示す。
【図７】図６の例示的な投射レンズ系についての光学的伝達関数に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図８】図６の例示的な投射レンズ系についての像面湾曲歪曲に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図９】本発明の実施形態に従った長いレンズ系及び加えられた非球面レンズを使用する代替の例示的な投射レンズ系を示す。
【図１０】図９の例示的な投射レンズ系についての光学的伝達関数に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図１１】図９の例示的な投射レンズ系についての像面湾曲歪曲に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図１２】本発明の実施形態に従った基部の構造体及び加えられた色消しレンズを使用する代替の例示的な投射レンズ系を示す。
【図１３】図１２の例示的な投射レンズ系についての光学的伝達関数に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図１４】図１２の例示的な投射レンズ系についての像面湾曲歪曲に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図１５】本発明の実施形態に従った長いレンズ及び加えられた色消しレンズを使用する代替の例示的な投射レンズ系を示す。
【図１６】図１５の例示的な投射レンズ系についての光学的伝達関数に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図１７】図１５の例示的な投射レンズ系についての像面湾曲歪曲に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図１８】本発明の実施形態に従った加えられた非球面レンズ及び加えられた色消しレンズを使用する並びにその色消しレンズに非球面の表面を備えた代替の例示的な投射レンズ系を示す。
【図１９】図１８の例示的な投射レンズ系についての光学的伝達関数に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図２０】図１８の例示的な投射レンズ系についての像面湾曲歪曲に対する一組みの計算された曲線を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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