【手続補正書】
【提出日】平成16年1月22日(2004.1.22)
【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】
【発明の名称】非温度依存性ＬＣＤ投影レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】像側から物体側へ、
（ａ）負屈折力を有し、低分散性のプラスチック材料からなる第１のレンズ素子、
（ｂ）正屈折力を有し、低分散性のプラスチック材料からなる第２のレンズ素子、
（ｃ）負屈折力を有し、高分散性のプラスチック材料からなる第３のレンズ素子、および
（ｄ）低分散性の材料からなる第４のレンズ素子、
の順で構成されたレンズからなることを特徴とする物体の像を形成する投影レンズ。
【請求項２】前記第４のレンズ素子が正屈折力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３】前記第３および第４のレンズ素子の合成屈折力が負屈折力であることを特徴とする請求項２記載の投影レンズ。
【請求項４】前記第１、第２、第３および第４のレンズ素子以外のレンズ素子を全く含ま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５】前記レンズが、室温から動作温度まで昇温しても、ほとんど変化しないバックフォーカス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６】（ａ）光源と、光源の像すなわち照明系の出力である像を形成する、照明瞳とから構成される照明系と、
（ｂ）前記物体を構成する画素パネルと、
（ｃ）請求項１から５に記載の投影レンズのうちいずれかひとつより構成される投影レンズであって、照明系の出力の位置と実効的に等しい位置にある入射瞳を有する投影レンズ、
より構成されることを特徴とする物体の像を形成する投影レンズ系。
【請求項７】（ａ）光源と、光源の像すなわち照明系の出力である像を形成する、照明瞳とから構成される照明系と、
（ｂ）物体を構成する画素パネルと、
（ｃ）請求項１から５に記載の投影レンズのうちいずれかひとつより構成される投影レンズであって、照明系の出力の位置と実効的に等しい位置にある入射瞳を有する投影レンズと、
から構成されることを特徴とする投影レンズ系において、
照明系の出力の位置と実効的に等しい位置にレンズの入射瞳を固定したまま、投影レンズの最後のレンズ表面と画素パネルとの間の距離を変えることによって投影レンズ系の倍率が可変とされることを特徴とする物体の像を形成する倍率可変の投影レンズ系。
【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、特に液晶表示装置（ＬＣＤ）のような画素の集合である物体の画像を形成する際に用いられる投影レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投影レンズ系（本明細書中では「投影系」とも称する。）は鑑賞スクリーン上へ物体の像を形成するのに用いられる。図４はそのような系の基本構成を示すものである。図中１０は光線（例えばタングステン−ハロゲンランプ）であり、１２は光源の像を形成する照明瞳（以下、照明系の「出力」と称する。）であり、１４は投影される物体（例えばＬＣＤパネルのオン／オフする画素マトリクス）であり、１３は鑑賞スクリーン１６上へ物体１４の拡大像を形成する、複数のレンズ部品からなる投影レンズである。
【０００３】
投影される物体がＬＣＤや他の画素パネルである投影レンズ系ではデータ表示系分野を含む様々な応用分野で用いられている。そのような投影レンズ系においては主に単独の投影レンズが用いられ、それは例えば赤色、緑色、青色の画素を有する単板パネル、あるいは個々の色を有する３枚の独立したパネルのいずれかの像を形成している。本発明が、他のタイプの画素化技術を採用している系や、加えて複数のパネルを採用している系においても利用され得ることを理解した上で、簡単の為に、これ以降は単板のＬＣＤパネルを用いている投影レンズ系に関して論じていく。
【０００４】
画素パネルと共に用いられる投影レンズは、Ｔａｙｌｏｒ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．４，１８９，２１１と、Ｔａｎａｋａ他，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５，０４２，９２９と、Ｙａｎｏ他，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５，１７９，４７３と、Ｍｏｓｋｏｖｉｃｈ，Ｕ．Ｓ．  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５，２００，８６１と、Ｍｏｓｋｏｖｉｃｈ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５，２１８，４８０と、Ｉｉｚｕｋａ他，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５，２７８，６９８と、Ｂｅｔｅｎｓｋｙ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５，３１３，３３０と、Ｙａｎｏ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５，３３１，４６２などを含む様々な特許に記述されている。ＬＣＤ系は、Ｇａｇｎｏｎ他，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．４，４２５，０２８と、Ｇａｇｎｏｎ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．４，４６１，５４２と、Ｌｅｄｅｂｕｈｒ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．４，８２６，３１１と、ＥＰＯ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．３１１，１１６の中で論じられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＣＤパネルと共に用いる投影レンズには、少なくとも今から示す特性を同時に有している必要がある。すなわち、
（１）長い焦点距離、例えば最大寸法が約１０cm以上であるような大きなＬＣＤパネルのような、ＬＣＤパネルの最大寸法以上の焦点距離。（２）比較的長いバックフォーカス、例えば、レンズの焦点距離よりも長いバックフォーカス。（３）高水準の色補正。（４）低歪み。（５）照明系出力との実効的な結合、および高水準の収差補正を維持したままの倍率可変能力。（６）温度変化への鈍感性。（７）最低限のレンズ部品点数、系の総コストを最小にする為に部品のほとんどがプラスチック製であること。
【０００６】
焦点距離は大きなＬＣＤパネルの使用にも耐えるという理由から長いことが望ましい。大きなＬＣＤパネルとは例えば２０ｃｍ程度の幅を有するような、１０ｃｍ以上の幅を有するパネルであり、尚且つ扱いやすい範囲、例えば約５０°−６０°の範囲（フル画面）、で投影レンズの画角が維持されている。小さな画素を用いている場合はより高い解像度が得られ、大きな画素が用いられている場合はより簡便に製造できるという理由から、ＬＣＤパネルは大きなものが望ましい。
【０００７】
バックフォーカス、つまり、最後のレンズの表面からＬＣＤパネルへの距離は、比較的長い出力距離に対して、照明系の出力が投影レンズ付近にあることが許される為、相対的に長いことが望ましい。出力距離は、ＬＣＤパネルにおける光の入射角が比較的狭くてもよい為、比較的長いことが望ましい。
【０００８】
高水準の色補正は重要である。何故なら色収差は画素パネル上の画像において画素のにじみ、あるいは極端な場合、画像からの画素の完全な欠落という形で容易に目に付くものだからである。典型的に画面の縁の部分で最もひどくなる。一般的には、色補正はこれらの問題点を避けるために画素の約半分よりも改善されているべきである。ＬＣＤパネルの場合、例えば約２００μmという特有の寸法を有している画素には、約１００μmよりも優れた色補正がなされるのが望ましい。
【０００９】
色にじみ、コマ収差による色彩変動、非点収差による色収差が典型的によく目に付くが、系における色収差の全ては真剣に取り組まれる必要がある。色にじみ、つまり、色における倍率変動は、とりわけ画面の縁の部分でのコントラストの減少という形で現われることから、特に面倒である。極端な場合、画面全体の領域中で虹色の発生が確認できる。陰極管（ＣＲＴ）を採用している投影系においては、わずかな（余計な）色にじみは電気的に、例えば、青色のＣＲＴ面上に映し出される像の大きさに対応して赤色のＣＲＴ面上に映し出される像の大きさを小さくするということによって補正され得る。しかしながら、画素パネルにおいては、そのような調整は機能し得ない。何故なら像はデジタル化されており、可視画面全体に渡ってそのような円滑な大きさの調節は不可能であるからである。このように高水準の色にじみ補正は投影レンズの為に必要なのである。
【００１０】
投影レンズの焦点距離が増加するに従い、色収差補正がより難しくなることは留意すべきである。このように、上述の両者の初期基準条件、つまり長い焦点距離と高水準の色補正は適当なレンズ設計を目指すにあたり互いに相反するものである。
【００１１】
データ表示用の画素パネルを使用する際には歪曲収差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レンズの可視画面の最も離れた点においてさえも高品質の画像が要求されるからである。自明であるが、表示される数字や文字は画面中央にあるものと同様、画面端にあるものにおいても全く歪んでいないことが重要なのである。そのうえ、鑑賞スクリーン上での歪みは、画面中央に対称に水平線上に変化するのではなく、例えばスクリーンの下から上へというような単調増加をするように、投影レンズはしばしばオフセットして置かれたＬＣＤパネルと一緒に用いられる。この効果によるとわずかの歪みでさえも容易に観察者の目に付くところとなる。
【００１２】
投影系が、系の構成部品の如何なる交換も必要とせずに、異なる大きさのスクリーンと共に使用されることを許容する為に、倍率が変化しても十分に機能し得る投影レンズが望ましい。物体と像の共役のみ変えればよいが、それはＬＣＤパネルに対応してレンズを動かすことによって容易に達成される。問題なのは、もちろん、照明系の出力と十分に結びつかせ、かつ実効的な倍率の全範囲に渡って高水準の収差補正を提供することである。
【００１３】
十分な明るさを持つ画像を産み出すには光の相当量が投影レンズを通過しなければならない。結果として、室温と動作しているレンズの温度との間の通常にある温度差が非常に重要になってくる。加えて、レンズは環境変化のもとで動作し得る必要がある。例えば、投影レンズ系はしばしば室内の天井に据え付けられ、時には周辺温度が実質４０℃以上にもなり得る建物の屋根への設置も考えられるからである。これらの影響に取り組むには、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要求される。
【００１４】
温度に対する感度問題に取り組むひとつの方法はガラス製のレンズ部品を用いることである。プラスチックと比較すると、ガラス部品の曲率半径並びに屈折率の変動は一般にプラスチック部品よりも少ない。しかしながら通常、ガラス製部品はプラスチック製部品よりも高価であり、収差調節の為に非球面仕上げにする場合は尚更である。同様にプラスチックの使用のようにより少ない部品数とすることでレンズ系の総コストが少なくなることから、少量のレンズ部品からなるレンズ設計が望ましい。
【００１５】
本発明の目的は、上述の７つの要求される特性をそれぞれ同時に有するような、ＬＣＤパネルと共に用いられる投影レンズを改善して作り出すことにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
その改善は、画像側から物体側へ（つまり長共役から短共役へ）次に示すような順序からなる投影レンズによって達成される。すなわち、
（ａ）負屈折力で、かつ例えばアクリルのような低分散性を有すプラスチック材料からなる第１のレンズ
（ｂ）正屈折力で、かつ例えばアクリルのような低分散性を有すプラスチック材料からなる第２のレンズ
（ｃ）負屈折力で、かつ例えばスチレンのような高分散性を有すプラスチック材料からなる第３のレンズ
（ｄ）例えばアクリルや、望ましくはクラウンガラスのような低分散性を有す材料からなる第４のレンズ
から構成される投影レンズである。
【００１７】
望むべき実施形態としては、第１、第２、第３のレンズ部品の各々は少なくとも片側が非球面に、最も好ましくは、各々が両面とも非球面を有することである。他の望むべき実施形態としては、第４のレンズ部品が球面を有し、ガラス製であることである。さらに一層望ましい実施形態としては、第３と第４の部品の合成屈折力が負でありながら、第４のレンズ部品が正屈折力を有することである。
【００１８】
最も望むべき実施形態は、投影レンズが既に示される通りただ４つのレンズ部品より構成されていることである。
【００１９】
本発明の投影レンズは、いわゆる開口絞り／入射瞳として照明系の出力に配置して用いるように設計されるのが望ましい（Ｂｅｔｅｎｓｋｙ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５，３１３，３３０を参照のこと。ここでは参考としてその適当な一部分を引用している。）。このような方法で、照明系の出力と投影レンズとの間で十分な結合がなされる。
【００２０】
これらの見地に従って、本発明は、物体の画像を形成し、以下のものより構成される投影レンズ系、すなわち
（ａ）光源と、光源の像すなわち照明系の出力である像を形成する、照明瞳より構成される照明系と、
（ｂ）画素パネル、例えば物体を構成するＬＣＤパネルと、
（ｃ）上述の型の投影レンズ、すなわち照明系の出力の位置と実効的に一致する位置の入射瞳を有する投影レンズ
より構成される投影レンズ系を供給する。
【００２１】
望むべき実施形態として、投影レンズ系の倍率は、照明系の出力の位置とほぼ等しくレンズの入射瞳を固定したまま、投影レンズの最後のレンズの表面と画素パネルとの間の距離を変えることによって変化される。
【００２２】
本発明の投影レンズは実質的に非温度依存性であるようにも設計される。以下に十分に論じられるように、このことは投影レンズを通して実質的に正屈折力にも負屈折力にもなるようなプラスチックレンズ部品を用いることによりなされる。このようにして、温度変化によって引き起こされる正屈折力レンズ部品の倍率変化は、負屈折力レンズ部品の変化によって補償され、故に温度変化がありながらも実効的に一定である投影レンズの総合的な光学特性を提供するのである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の投影レンズは、ＬＣＤパネルと共に用いる投影レンズに求められる上述の要求、すなわち、
（１）長い焦点距離、例えば最大寸法が約１０cm以上であるような大きなＬＣＤパネルのような、ＬＣＤパネルの最大寸法以上の焦点距離。（２）比較的長いバックフォーカス、例えば、レンズの焦点距離よりも長いバックフォーカス。（３）高水準の色補正。（４）低歪み。（５）照明系出力との実効的な結合、および高水準の収差補正を維持したままの倍率可変能力。（６）温度変化への鈍感性。（７）最低限のレンズ部品点数、系の総コストを最小にする為に部品のほとんどがプラスチック製であること。
【００２４】
これらを全て達成することができる。また本発明によれば、画素集合であるパネルの高品位のカラー画像を鑑賞スクリーン上に形成することができる投影レンズ系を低コストで製造することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
上述の通り、当該技術の投影レンズは高分散性および低分散性を有するレンズ部品を含み、部品は画像側から順に低分散性／低分散性／高分散性／低分散性となっている。
【００２６】
一般的には、高分散性材料とはフリントガラスのような分散性を有する材料であり、低分散性材料とはクラウンガラスのような分散性を有する材料である。さらに付け加えると、高分散性材料は反射率が１．８５から１．５の範囲に対応してＶ値が２０から５０の範囲を取る材料であり、低分散性材料とは上述の反射率範囲に対応してＶ値が３５から７５の範囲を取る材料である。
【００２７】
プラスチックレンズ部品においては、低分散性および高分散性の材料としてはそれぞれアクリルおよびスチレンを選ぶ。もちろん、他のプラスチック材料も必要とあれば用いられ得る。例えば、スチレンの代わりに、ポリカーボネート、ポリスチレン共重合体、フリントガラスに類する分散性を有するアクリル（例えばＮＡＳ）が用いられ得る。プラスチック光学ハンドブック，Ｕ．Ｓ．ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＬｅｎｓ，Ｉｎｃ．，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏｈｉｏ，１９８３，１７−２９ページを参照。
【００２８】
本発明の投影レンズにおける重要な点は非温度依存性であること、つまり、特に最後のレンズ表面とＬＣＤパネルとの間の距離（「バックフォーカス」）を含む系の光学的性能は、投影レンズが室温から動作温度まで加温されても実効的に変化しないということである。とりわけ、バックフォーカスは、系の空間周波数伝達特性（ＭＴＦ）を深刻に変化させてしまわないほど変動が小さいことが望ましい。例えば、ＭＴＦの変化はおよそ５％以下になっているべきである。以下に示す特徴的な例によると、このＭＴＦの基準値は、バックフォーカスの約０．２ｍｍ以下の変化に等しい。望まれるレンズの焦点の温度安定性は、プラスチックレンズ部品の、部品選択や配置を考慮することで達成される。
【００２９】
通常、プラスチックレンズ部品を使用する際には、プラスチック光学材料の屈折率が、温度の影響で無視できない変化をするという欠点がある。もう一つの影響は形状の変化、つまり温度の影響によるプラスチック光学材料の膨張あるいは収縮である。この後者の影響は大抵の場合、屈折率の変化よりはそれほど重要ではない。
【００３０】
レンズにおいて、低屈折力のレンズ部品が使われてさえいれば、プラスチックレンズ瞳の温度変化と、系のプラスチック製あるいはアルミニウム製の機械部品、例えば、大抵の場合において温度が原因の焦点距離変動の主要な機械的要因となる鏡筒などの温度変化との間の釣合をとることが可能となる。設計の際に光学プラスチックを制限なく使用すること、つまり比較的高屈折力のプラスチックレンズ部品を使うことができるということは以下の点で有利である。すなわち、プラスチックレンズ部品が容易に成型できる為に、球面ではない光学表面（非球面）を用いて特にレンズ設計の能力（性能）を最大限に引き出せるということである。比較的高屈折力のプラスチック部品を使うと、総合的により低コストなレンズが得られもする。
【００３１】
設計においてプラスチックの正味の光学屈折力が無視できない場合、非温度依存処理が機能していなければならない。そうでなければ、レンズの温度が室温から動作温度まで変化するに従って、レンズの焦点距離が無視できない変化を示すことになるのである。このことは、鑑賞スクリーン上にただならぬ量の光を投影し、このように動作温度が室温より十分大きい、プロジェクターにおいてとりわけいえることである。
【００３２】
本発明の投影レンズにおいては、非温度依存処理は、正、負屈折力の両方のプラスチックレンズ部品の位置とこれら部品における周辺光線高を考慮しながら、それぞれの屈折力を釣り合わせることで達成される。
【００３３】
プラスチックレンズ部品の位置の選定は、部品が被る温度の変化量と、それ故に生じるであろう部品の屈折率の変化量という点において重要な意味を為す。一般に光源、あるいは光源の像に近接している部品はより多大な温度変化を被る。実際問題として、投影レンズが配置されるべき領域の温度分布は光源とそれに連動している照明瞳が動作している状態で測定され、それらの測定値は投影レンズの設計に用いられるのである。
【００３４】
与えられた温度変化に対して、部品の屈折率の変化がレンズの総合的な熱的安定性に関して深く関わるか否かは、特にプラスチックレンズ部品における周辺光線高によって決まる。周辺光線高が小さい部品、例えば系の焦点近傍にある部品は、一般に限界が大きい部品に比べて系の総合的な熱的安定性に対して影響が少ない。
【００３５】
前述の理由に基づくと、非温度依存処理は、部品が被ると予測される温度変化と周辺光線高を基に個々の部品が寄与するように調整が為されながら、プラスチックレンズ部品の負屈折力および正屈折力を釣り合わせることによって達成される。実際問題として、この非温度依存処理という手段は、次の通りにレンズ設計用コンピュータプログラム化される。まず第１に、最初の温度分布で光線追跡を行い、バックフォーカスを計算する。光線追跡は縁の光線に対しては近軸光線軌跡であるはずである。第２に、続く温度分布での同様の光線追跡を行い、再びバックフォーカスを計算する。最初も次も温度分布はレンズ全体に渡って一定である必要はなく、典型的な場合は必ず、レンズ部品からレンズ部品までで変化するはずである。それ故、レンズ設計プログラムを用いて系の設計が最適化されていくに従い、計算で得られるバックフォーカスは一定値へと限定されていく。
【００３６】
前述の方法は、投影レンズとＬＣＤパネルとの機械的な設置によって、系の温度が変わっても、最後のレンズ表面とＬＣＤパネルとの間の距離が実質的に一定に保たれると仮定していることに留意すべきである。そのような仮定が認められなくても、非温度依存処理を成すのに他の対策がなされる。例えば、機械的な設置の相対的なずれ量の測定が製造時に行われるか、あるいは相対的な距離、例えば前方のレンズ表面とＬＣＤパネルとの間の距離は、機械的に固定されていると仮定され得るのである。
【００３７】
図１Ａ、２Ａ、３Ａは本発明に従って組み立てられた異なる投影レンズについて説明したものである。相応するレンズの仕様はそれぞれ表１から３に示される通りである。レンズ部品とレンズ表面は、図中でそれぞれ「Ｌ+数字」「Ｓ+数字」で示す。
【００３８】
慣例に従い、長共役のものを左側に、短共役のものを右側に図示する。したがって、本発明の典型的な応用例においては、鑑賞スクリーンは左側に、ＬＣＤパネルは右側にある。図１ＡでＬＣＤパネルが示されているが、ＬＣＤパネルは、図２Ａ、図３Ａのレンズにおいても同様に配置されるものとする。
【００３９】
表１−３に照会されているガラスおよびプラスチックに関しては表４にて述べられており、そこでガラス名は「ＨＯＹＡ」である。本発明におけるプラスチックは、他の製造法による同等の材料を用いることもできる。
【００４０】
表中に示される非球面係数（Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ）は、以下の式中で用いられている。
【００４１】
【数１】
1997329740.tif 000001
ここでｚは系の光軸からの距離ｙにおける表面のくぼみ量であり、ｃは光軸におけるレンズの曲率であり、ｋは円錐係数で、それは表に示されるところ以外は０であるような値のものである。
【００４２】
表１−３で用いられている略字は次の通りである。ＯＢＪ．ＨＴ〜物体の高さ、ｆ／〜Ｆ値、ＭＡＧ〜倍率、ＳＴＯＰ〜開口絞り、ＥＦＬ〜焦点距離、ＦＶＤ〜前方頂点距離、ＥＮＰ〜入射瞳、ＩＭＤ〜像距離、ＢＲＬ〜筒長、ＥＸＰ〜射出瞳、ＯＢＤ〜物体距離、ＯＶＬ〜合計長、ここで与えられた値は図中左から右への進行光に対応している。
【００４３】
各表面に関連して出てくる名称「ａ」は「非球面」を表わしており、名称「ａｃ」は円錐定数が０でない非球面を表わしている。表１の表面５と表３の表面３は口径食（図には示していないが）に対応している。表１−３での単位はミリメートルである。
【００４４】
上述の通り、本発明の投影レンズはいわゆる開口絞り／入射瞳という Ｂｅｔｅｎｓｋｙ，Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．５，３１３，３３０の技術を用いて設計された。表２の表面９と表１および表３の表面１０はいわゆる開口絞りを構成している。その配置は照明系の出力の位置に対応している。
【００４５】
副表「間隔変化」を見てもわかる通り、いわゆる開口絞りからＬＣＤパネルまでの距離、つまり「物体距離」は投影レンズ系のあらゆる焦点位置（倍率）において本質的に一定である。対照的に、表２の間隔８と表１および表３の間隔９は、異なる倍率に対して変化している。場合によっては、この間隔は、レンズの前方および後方のレンズ表面にて決定される間隔の範囲内で配置される照明出力に対応し、負であることもある。
【００４６】
非温度依存処理に関して、表１−３に示される仕様の各々に対し、第２のレンズ部品の屈折力量が、第１、第３、第４のそれぞれの屈折力量よりも大きいことに留意すべきである。正屈折力プラスチックレンズ部品に対してこの比較的強い屈折力は、系の温度変化中においても負屈折力プラスチックレンズ部品に相対する所望の釣り合いを成す。
【００４７】
上述の通り、本投影レンズの第４のレンズ部品はガラス製であることが望ましい。このことは、系の倍率が変えられるに伴い、照明系の出力が第４の部品を通過する場合に、とりわけ当てはまることである。この出力の接近中に無視できない熱が発生したとしても、ガラスレンズ部品ならばそのような熱にもより強く耐えられるのである。
【００４８】
表１−３の投影レンズの性能特性は、それぞれ図１Ｂ−Ｄ、２Ｂ−Ｄ、３Ｂ−Ｄにて示されている。これらの図の各々は以下のことを含んでいる。
【００４９】
（１）相対画高に対しての歪曲率を示す「半径歪曲収差」という表題の図表。
【００５０】
（２）本発明の投影レンズにより提示される低レベルの歪曲収差を定性的に説明している、鑑賞スクリーンにおける正方形マトリクスの計算像。
【００５１】
（３）本発明の投影レンズにより達成される、ＬＣＤパネルにおける様々な画位置に対する、高水準の色収差補正、特に色にじみ補正を説明している、「倍率色収差ｖｓ相対入射瞳」という表題の一連の図表。
【００５２】
（４）鑑賞スクリーンにおける様々な画位置に対応して、左側に焦点深度内のＭＴＦを示すＯＴＦ図と右側に軸上の最適焦点位置におけるＯＴＦ図。右側図に示される画高は左右両方の図に当てはまり、単位はｍｍである。焦点深度データはｍｍごとに１周期の空間周波数で示されている。焦点深度内と最適焦点の両方のデータは、メリジオナル平面およびサジタル平面（破線曲線）でのＭＴＦを示している。各ブロックの左には、０から１までの目盛が振ってある。ＯＴＦの位相は最適焦点で点線の曲線として示されている。位相の目盛は各最適焦点ブロックの右側に示され、単位はラディアンである。全てのＯＴＦのデータは波長５４６．１ｎｍに対してのものである。最適焦点平面は焦点深度曲線のピークにある。
【００５３】
図１Ｅは、図１Ｃの項目１から３までをより細かい目盛で再表示したものである。特に、横倍率の色収差の図に対する縦軸目盛は、図１Ｃの０．１ｍｍの代わりに０．０５ｍｍを用いている。
【００５４】
これらの図を見ると、本発明の投影レンズは、およそ１％以下に収まる歪曲収差と、１００μｍよりも細かい色にじみ補正とを達成できる。従って、本レンズは、特徴的な寸法が２００μｍ程度の画素を有する画素パネルを用いているデータディスプレイにおける利用に適している。
【００５５】
本発明の特別な場合の実施形態を記述し、説明してきたが、本発明の意図や精神に反しない限りにおいては、様々な修正形態においても前述の公表技術における通常の手法に沿って説明できることは明らかであることは理解されるべきである。本発明の請求項はそのような修正、変化、または同等の形態をとるものと同様に、ここで示される特別な実施形態を保護することを意図するものである。
【００５６】
以下、本発明の好ましい実施態様を項分け記載する。
【００５７】
（好ましい実施態様）
（実施態様１）
像側から物体側へ、
（ａ）負屈折力を有し、低分散性のプラスチック材料からなる第１のレンズ素子、
（ｂ）正屈折力を有し、低分散性のプラスチック材料からなる第２のレンズ素子、
（ｃ）負屈折力を有し、高分散性のプラスチック材料からなる第３のレンズ素子、および
（ｄ）低分散性の材料からなる第４のレンズ素子、
の順で構成されたレンズからなることを特徴とする物体の像を形成する投影レンズ。
【００５８】
（実施態様２）
前記第１のレンズ素子のプラスチック材料がアクリルであり、前記第２のレンズ素子のプラスチック材料がアクリルであり、前記第３のレンズ素子のプラスチック材料がスチレンであり、前記第４のレンズ素子の材料がクラウンガラスであることを特徴とする実施態様１記載の投影レンズ。
【００５９】
（実施態様３）
前記第２のレンズ素子の屈折力が、前記第１、第３および第４のレンズ素子の各屈折力よりも大きいことを特徴とする実施態様１記載の投影レンズ。
【００６０】
（実施態様４）
前記第４のレンズ素子が正屈折力を有することを特徴とする実施態様１記載の投影レンズ。
【００６１】
（実施態様５）
前記第３および第４のレンズ素子の合成屈折力が負屈折力であることを特徴とする実施態様４記載の投影レンズ。
【００６２】
（実施態様６）
前記第１、第２、第３および第４のレンズ素子以外のレンズ素子を全く含まないことを特徴とする実施態様１記載の投影レンズ。
【００６３】
（実施態様７）
前記レンズが、室温から動作温度まで昇温しても、ほとんど変化しないバックフォーカスを有することを特徴とする実施態様１記載の投影レンズ。
【００６４】
（実施態様８）
前記第１、第２および第３のレンズ素子の各々が、少なくとも１つの非球面を有することを特徴とする実施態様１記載の投影レンズ。
【００６５】
（実施態様９）
前記第１、第２および第３のレンズ素子の各々が、２つの非球面を有することを特徴とする実施態様１記載の投影レンズ。
【００６６】
（実施態様１０）
前記第４のレンズ素子がガラス製であり、２つの球面を有することを特徴とする実施態様１記載の投影レンズ。
【００６７】
（実施態様１１）
前記物体が画素パネルであり、前記レンズがパネルの最大寸法よりも大きい焦点距離を有することを特徴とする実施態様１記載の投影レンズ。
【００６８】
（実施態様１２）
前記レンズが、該レンズの焦点距離よりも長いバックフォーカスを有することを特徴とする実施態様１１記載の投影レンズ。
【００６９】
（実施態様１３）
前記レンズが、物体において約１００μｍ未満の横倍率の色収差を有することを特徴とする実施態様１記載の投影レンズ。
【００７０】
（実施態様１４）
前記レンズが、像において、約１％未満の歪曲収差を有することを特徴とする実施態様１記載の投影レンズ。
【００７１】
（実施態様１５）
（ａ）光源と、光源の像すなわち照明系の出力である像を形成する、照明瞳とから構成される照明系と、
（ｂ）前記物体を構成する画素パネルと、
（ｃ）実施態様１から７に記載の投影レンズのうちいずれかひとつより構成される投影レンズであって、照明系の出力の位置と実効的に等しい位置にある入射瞳を有する投影レンズ、
より構成されることを特徴とする物体の像を形成する投影レンズ系。
【００７２】
（実施態様１６）
（ａ）光源と、光源の像すなわち照明系の出力である像を形成する、照明瞳とから構成される照明系と、
（ｂ）物体を構成する画素パネルと、
（ｃ）実施態様１から７に記載の投影レンズのうちいずれかひとつより構成される投影レンズであって、照明系の出力の位置と実効的に等しい位置にある入射瞳を有する投影レンズと、
から構成されることを特徴とする投影レンズ系において、
照明系の出力の位置と実効的に等しい位置にレンズの入射瞳を固定したまま、投影レンズの最後のレンズ表面と画素パネルとの間の距離を変えることによって投影レンズ系の倍率が可変とされることを特徴とする物体の像を形成する倍率可変の投影レンズ系。
【００７３】
【表１】
1997329740.tif 000002
【表２】
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【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】
1997329740.tif 000011
図１Ｂ−１から図１Ｅ−２、図２Ｂ−１から図２Ｄ−４、図３Ｂ−１から図３Ｄ−４のパラメータを表５に示す。図＊Ｂ−１、図＊Ｃ−１、図＊Ｄ−１（ただし＊は１、２、３が入る。以下同様。）、図１Ｅ−１は半径方向の歪みを示し、図＊Ｂ−２、図＊Ｃ−２、図＊Ｄ−２は正方形マトリクスによる鑑賞スクリーン上での歪みを示し、図＊Ｂ−３、図＊Ｃ−３、図＊Ｄ−３、図１Ｅ−２は入射瞳に対する相対座標での横方向の色収差を示している。ここでは実線はＴＡＮデータを示し、破線はＳＡＧデータを、点線はＳＡＧ−Ｙデータを示している。これらの図中において波長は、○、△、□で表わされており、表６にて示してある。図＊Ｂ−４、図＊Ｃ−４、図＊Ｄ−４は単色光における光学系の空間周波数伝達関数を示しており、左のパネルは波長が０．５４６μｍの場合の焦点距離近傍のデータであり、右のパネルは焦点での対周波数データである。ここでは点線がＰＨＡＳＥデータ、破線がＳＡＧデータ、実線がＴＡＮデータを示している。焦点位置は表７に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明に従って構成された投影レンズの側面の概略図。
【図１Ｂ−１】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た半径方向の歪みを示した図。
【図１Ｂ−２】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た正方形マトリクスによる鑑賞スクリーン上での歪みを示した図。
【図１Ｂ−３】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た、入射瞳に対する相対座標での横方向の色収差を示した図。
【図１Ｂ−４】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た、単色光における光学系の空間周波数伝達関数を示した図。
【図１Ｃ−１】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た半径方向の歪みを示した図。
【図１Ｃ−２】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た正方形マトリクスによる鑑賞スクリーン上での歪みを示した図。
【図１Ｃ−３】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た、入射瞳に対する相対座標での横方向の色収差を示した図。
【図１Ｃ−４】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た、単色光における光学系の空間周波数伝達関数を示した図。
【図１Ｄ−１】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た半径方向の歪みを示した図。
【図１Ｄ−２】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た正方形マトリクスによる鑑賞スクリーン上での歪みを示した図。
【図１Ｄ−３】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た、入射瞳に対する相対座標での横方向の色収差を示した図。
【図１Ｄ−４】図１Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た、単色光における光学系の空間周波数伝達関数を示した図。
【図１Ｅ−１】画像−物体倍率が−０．１３０の時の、より細かい尺度での図１Ａの投影レンズの半径方向の歪みを示した図。
【図１Ｅ−２】画像−物体倍率が−０．１３０の時の、より細かい尺度での図１Ａの投影レンズの入射瞳に対する相対座標での横方向の色収差を示した図。
【図２Ａ】本発明に従って構成された投影レンズの側面の概略図。
【図２Ｂ−１】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た半径方向の歪みを示した図。
【図２Ｂ−２】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た正方形マトリクスによる鑑賞スクリーン上での歪みを示した図。
【図２Ｂ−３】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た、入射瞳に対する相対座標での横方向の色収差を示した図。
【図２Ｂ−４】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た、単色光における光学系の空間周波数伝達関数を示した図。
【図２Ｃ−１】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た半径方向の歪みを示した図。
【図２Ｃ−２】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た正方形マトリクスによる鑑賞スクリーン上での歪みを示した図。
【図２Ｃ−３】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た、入射瞳に対する相対座標での横方向の色収差を示した図。
【図２Ｃ−４】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た、単色光における光学系の空間周波数伝達関数を示した図。
【図２Ｄ−１】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た半径方向の歪みを示した図。
【図２Ｄ−２】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た正方形マトリクスによる鑑賞スクリーン上での歪みを示した図。
【図２Ｄ−３】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た、入射瞳に対する相対座標での横方向の色収差を示した図。
【図２Ｄ−４】図２Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た、単色光における光学系の空間周波数伝達関数を示した図。
【図３Ａ】本発明に従って構成された投影レンズの側面の概略図。
【図３Ｂ−１】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た半径方向の歪みを示した図。
【図３Ｂ−２】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た正方形マトリクスによる鑑賞スクリーン上での歪みを示した図。
【図３Ｂ−３】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た、入射瞳に対する相対座標での横方向の色収差を示した図。
【図３Ｂ−４】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１９０、相当する物体−画像倍率が−５．３Ｘでの計算で得た、単色光における光学系の空間周波数伝達関数を示した図。
【図３Ｃ−１】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た半径方向の歪みを示した図。
【図３Ｃ−２】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た正方形マトリクスによる鑑賞スクリーン上での歪みを示した図。
【図３Ｃ−３】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た、入射瞳に対する相対座標での横方向の色収差を示した図。
【図３Ｃ−４】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．１３０、相当する物体−画像倍率が−７．７Ｘ、での計算で得た、単色光における光学系の空間周波数伝達関数を示した図。
【図３Ｄ−１】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た半径方向の歪みを示した図。
【図３Ｄ−２】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た正方形マトリクスによる鑑賞スクリーン上での歪みを示した図。
【図３Ｄ−３】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た、入射瞳に対する相対座標での横方向の色収差を示した図。
【図３Ｄ−４】図３Ａの投影レンズに対応して、画像−物体倍率が−０．０８３、相当する物体−画像倍率が−１２Ｘ、での計算で得た、単色光における光学系の空間周波数伝達関数を示した図。
【図４】従来技術の投影レンズが用いられ得る投影レンズ系全体を示した概略図。
【符号の説明】
１０    光線
１２    照明瞳
１３    投影レンズ
１４    物体
１６    鑑賞スクリーン