(57)【要約】画素化パネル（ＰＰ）と組み合わせて用いるための投射レンズが提供される。投射レンズは、レンズの光軸を折畳む反射面（ＲＳ）によって正の第２のユニット（Ｕ２）から離隔される負の第１のユニット（Ｕ１）を有する。レンズは短共役側でテレセントリックであり、長共役の方向において広い視野を有し、特に軽度の横の色を含む軽度の収差を有する。
2006513449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン上に画素化パネルの拡大像を形成するための投射レンズであって、前記投射レンズは、光軸、長共役側、短共役側および有効焦点距離ｆ０を有し、前記長共役側から前記短共役側に順に、
（Ａ）負の屈折力を有し、複数のレンズ素子を含む第１のレンズユニットであって、
（ｉ）前記レンズ素子ＬＭの１つが前記長共役側に対して凸面である全体のメニスカス形状の負のレンズ素子であり、少なくとも１つの非球面を含み、
（ｉｉ）別のレンズ素子が前記第１のレンズユニットの短共役端部を構成する光学面Ｓ１を有する、
第１のレンズユニットと、
（Ｂ）前記投射レンズの光軸を折畳むための反射面と、
（Ｃ）正の屈折力を有し、複数のレンズ素子を含む第２のレンズユニットであって、
（ｉ）前記レンズ素子ＬＡの１つが少なくとも１つの非球面を含む正のレンズ素子であり、
（ｉｉ）別のレンズ素子が前記第２のレンズユニットの長共役端部を構成する光学面Ｓ２を有する、
第２のレンズユニットと、
を有し、
（ａ）前記第１および第２のレンズユニットが前記投射レンズの唯一のレンズユニットであり、
（ｂ）前記投射レンズは、８２°より大きい前記長共役の方向における視野を有し、
（ｃ）前記投射レンズは、前記短共役側でテレセントリックであり、
（ｄ）前記投射レンズは、式ＢＦＬ／ｆ０＞２．０を満たす有効後側焦点距離ＢＦＬを有し、
（ｅ）前記投射レンズは、式Ｓ１−２／ｆ０＞３．５を満たすＳ１とＳ２との間の機械的な間隔Ｓ１−２を有し、前記機械的な間隔は、折畳んでいない光軸に関してＳ１とＳ２との間の中心と中心との距離および縁と縁との距離の小さい方であり、
（ｆ）前記投射レンズは、式、
ＬＣ赤−青＜０．００１２＊ｆ０、
ＬＣ赤−緑＜０．００１２＊ｆ０、および
ＬＣ青−緑＜０．００１２＊ｆ０
を満たすその短共役焦点面における横の色ＬＣを有し、
（ｉ）前記赤−青の式および前記赤−緑の式が前記短共役焦点面の全視野にわたって満たされ、（ｉｉ）前記青−緑の式が前記短共役焦点面の全視野の少なくとも９５％にわたって満たされ、（ｉｉｉ）赤色波長、緑色波長および青色波長がそれぞれ、０．６２μｍ、０．５５μｍおよび０．４６μｍである、
ことを特徴とする投射レンズ。
【請求項２】
前記投射レンズの歪曲収差率Ｄが、
（ｉ）全視野にわたって１．０未満の大きさであり、
（ｉｉ）全視野領域に対する半視野にわたって、式｜Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎ｜＜０．４を満たす最大値Ｄｍａｘおよび最小値Ｄｍｉｎを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項３】
前記投射レンズが前記反射面と前記第２のレンズユニットとの間に開口絞りを有することを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項４】
Ｓ１の中心と前記開口絞りの中心との間の間隔Ｓ１ーＡＳが式Ｓ１ーＡＳ／ｆ０＞３．５を満たすことを特徴とする請求項３に記載の投射レンズ。
【請求項５】
ＬＭの中心厚さｔｃおよび縁の厚さｔｅが式ｔｅ／ｔｃ≦３．０を満たし、ｔｅがＬＭの前記短共役面の有効開口で決まることを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項６】
（ｉ）前記第２のレンズユニットが第１のサブユニットおよび第２のサブユニットからなり、前記第２のレンズサブユニットが前記第２のレンズユニットの短共役側にあり、
（ｉｉ）前記投射レンズが、前記第２のレンズユニット全体または前記第２のレンズサブユニットだけのいずれかを移動することによって焦点化を行うことができる、
ことを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項７】
前記第２のレンズユニットが、異常分散ガラスから構成される少なくとも１つのレンズ素子を有することを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項８】
（ｉ）ＬＭの前記レンズ面および（ｉｉ）入射角が１．５°より大きくてもよいし、１．５°より小さくてもよいし、１．５°と等しくてもよい、ＬＭの前記長共役側にある任意のレンズ面を除き、前記投射レンズの短共役焦点面から前記投射レンズを通って進められる軸方向の周辺光線が１．５°より大きい入射角で前記投射レンズの各レンズ面と交差することを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項９】
前記投射レンズにおけるレンズ素子の総数が８未満であることを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項１０】
前記レンズ素子のうち２つが接合型複レンズの形態をしていることを特徴とする請求項９に記載の投射レンズ。
【請求項１１】
前記長共役側から前記短共役側に順に、前記第１および前記第２のレンズユニットが共に以下の７つのレンズ素子、すなわち
（１）ＬＭ、
（２）両凹の負のレンズ素子、
（３）Ｓ１を有する第１の両凸の正のレンズ素子、
（４）Ｓ２を有する第２の両凸の正のレンズ素子、
（５）負のレンズ素子、
（６）両凸の正のレンズ素子、および
（７）ＬＡ、
を有し、前記第２の両凸の正のレンズ素子および前記負のレンズ素子が色補正複レンズを形成することを特徴とする請求項１に記載の投射レンズ。
【請求項１２】
（ａ）画素化パネルおよび
（ｂ）請求項１に記載の投射レンズ、
を有することを特徴とする投射レンズ系。
【請求項１３】
光源および前記光源の像を形成する照射光学素子を有する照射系をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の投射レンズ系。
【請求項１４】
前記照射光学素子の出力が前記投射レンズに関する仮想の開口絞りを形成することを特徴とする請求項１３に記載の投射レンズ系。
【請求項１５】
スクリーン上に画素化パネルの拡大像を形成するための投射レンズであって、前記投射レンズは、光軸、長共役側、短共役側および有効焦点距離ｆ０を有し、前記長共役側から前記短共役側に順に、
（Ａ）負の屈折力を有する第１のレンズユニットであって、前記長共役側から前記短共役側に順に
（１）前記長共役側に対して凸面であり、少なくとも１つの非球面を含む全体のメニスカス形状の負のレンズ素子ＬＭと、
（２）両凹の負のレンズ素子と、
（３）前記第１のレンズユニットの前記短共役端部を構成する光学面Ｓ１を有する両凸の正のレンズ素子と、
を有する第１のレンズユニットと、
（Ｂ）前記投射レンズの光軸を折畳むための反射面と、
（Ｃ）正の屈折力を有する第２のレンズユニットであって、前記長共役側から前記短共役側に順に、
（１）（ｉ）前記第２のレンズユニットの前記長共役端部を構成する光学面Ｓ２を有する両凸の正のレンズ素子と（ｉｉ）負のレンズ素子とからなる色補正複レンズと、
（２）両凸の正のレンズ素子ＬＢＣと、
（３）少なくとも１つの非球面を含む正のレンズ素子ＬＡと、
を有する第２のレンズユニットと、
を有し、
（ａ）前記第１および第２のレンズユニットが前記投射レンズの唯一のレンズユニットであり、
（ｂ）前記投射レンズが８２°より大きい前記長共役の方向における視野を有し、
（ｃ）前記投射レンズが前記短共役側でテレセントリックであり、
（ｄ）前記投射レンズが式ＢＦＬ／ｆ０＞２．０を満たす有効後側焦点距離ＢＦＬを有し、
（ｅ）前記投射レンズが式Ｓ１−２／ｆ０＞３．５を満たすＳ１の中心とＳ２の中心との間の間隔Ｓ１−２を有する、
ことを特徴とする投射レンズ。
【請求項１６】
前記投射レンズが、前記反射面と前記第２のレンズユニットとの間に開口絞りを有し、Ｓ１の中心と前記開口絞りの中心との間の間隔Ｓ１ーＡＳが式Ｓ１ーＡＳ／ｆ０＞３．５を満たすことを特徴とする請求項１５に記載の投射レンズ。
【請求項１７】
ＬＭの中心厚さｔｃおよび縁の厚さｔｅが式ｔｅ／ｔｃ≦３．０を満たし、ｔｅがＬＭの前記短共役面の有効開口で決まることを特徴とする請求項１５に記載の投射レンズ。
【請求項１８】
前記第２のレンズユニット全体またはＬＢＣおよびＬＡの結合体のみのいずれかを移動することによって、前記投射レンズの焦点化を行うことができることを特徴とする請求項１５に記載の投射レンズ。
【請求項１９】
前記第２のレンズユニットが、異常分散ガラスから構成される少なくとも１つのレンズ素子を有することを特徴とする請求項１５に記載の投射レンズ。
【請求項２０】
（ａ）画素化パネル、および
（ｂ）請求項１５に記載の投射レンズ
を有することを特徴とする投射レンズ系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は投射レンズに関し、さらに詳細には、ＤＭＤ、ＬＣＤ、反射型ＬＣＤ等、複数画素で構成される物体の画像を形成する際に用いるための折畳み式テレセントリック投射レンズに関する。
【０００２】
定義
本願明細書および特許請求の範囲で用いられるように、以下の用語は以下の意味を有するものとする。
【０００３】
（１）テレセントリック
テレセントリックレンズは、無限遠に少なくとも１つの瞳を有するレンズである。主光線の観点から言えば、無限遠に瞳を有するということは、（ａ）入射瞳が無限遠にある場合に主光線が物空間における光軸と平行であり、（ｂ）射出瞳が無限遠にある場合には主光線が像空間における光軸と平行であることを意味する。
【０００４】
実際の用途では、レンズの光学面から十分に長距離に位置する入射瞳または射出瞳を有するレンズは、本質的にテレセントリック系として作用するため、テレセントリック瞳は現実に無限遠に位置する必要はない。そのようなレンズの主光線は光軸とほぼ平行であるため、このレンズは一般に、瞳の理論（ガウス）上の位置が無限遠にあるレンズと機能的に同等となる。
【０００５】
したがって、本願明細書で用いられるとき、「テレセントリック」「テレセントリックレンズ」なる語は、レンズ素子から長距離にある瞳を有するレンズを包含するものであり、「テレセントリック瞳」なる語は、レンズ素子から長距離にあるような瞳を表すために用いられる。本発明の投射レンズの場合には、テレセントリック瞳の距離は一般に、レンズの焦点距離の少なくとも約２０倍である。
【０００６】
（２）有効後側焦点距離
投射レンズ／画素化パネル結合体の有効後側焦点距離（ＢＦＬ）は、画素化パネルの前面と投射レンズの最後部レンズ素子の後面の頂点との間の距離であり、（１）画素化パネルの像が無限遠に位置し、（２）投射レンズが空中にあるとき、すなわち投射レンズの最後部レンズ素子と画素化パネルとの間の空間が、投射レンズと画素化パネルとの間に通常用いられるプリズム、ビームスプリッタ等を構成するガラスとは対照的に、空気で満たされているときに光出力を有する。
【背景技術】
【０００７】
Ａ．投射系
投射系は、目視用スクリーン上の物体の像を形成するために用いられる。このような系は、観察者および物体がスクリーンの同じ側（前面投射）にあるか、またはスクリーンの反対側（背面投射）にあるかに応じて、前面投射型または背面投射型に分けることができる。
【０００８】
そのような系の基本構造を図４に示す。ここで、１０は光源（たとえば、メタルハライドまたは高圧水銀灯）であり、１２は光源の像を形成する照射光学素子（照射系の「出力」）、１４は投射対象の物体（すなわち、本発明のレンズの場合にはオン画素およびオフ画素から成るマトリックス）であり、１３は複数のレンズ素子から構成される投射レンズであり、目視用スクリーン１６上に物体１４の拡大像を形成する。
【０００９】
前面投射系の場合には、観察者は図４のスクリーン１６の左側に位置し、背面投射系の場合には、観察者はスクリーンの右側に位置する。単一のキャビネットに収容されることになっている背面投射系の場合には、投射レンズとスクリーンとの間に１つ以上のミラーを用いて光路を折畳み、それによって系全体のサイズを小さくすることが多い。
【００１０】
オブジェクトが画素化パネルである投射系（当業界では「ディジタル光弁」または「マイクロディスプレイ」としても周知である）は、種々の用途に用いられる。そのような系では、最終的な像の赤色成分、緑色成分、青色成分を（連続的にまたは同時に）生成するために用いられる単一のパネルの像または場合によっては１つが赤色光、２番目が緑色光、３番目が青色光である３色のパネルの像を形成する単一の投射レンズを用いることが好ましい。ある種の用途では、たとえば大画像背面投射系、複数のパネルおよび複数の投射レンズを用いて、各パネル／投射レンズ結合体が像全体の一部を形成する。用途の詳細に関係なく、投射レンズは一般に、画素化パネルと供に通常用いられるプリズム、ビームスプリッタおよび他の素子に適合するように、長い有効後側焦点距離を有する必要がある。
【００１１】
画素化パネルを用いる投射レンズ系の特に重要な用途は、大型画面投射テレビ（ＰＴＶ）および／またはコンピュータモニタとして用いることができる背面投射系の分野における用途である。マイクロディスプレイを製造するために用いられる技術の改良により、そのようなディスプレイを用いる投射系の普及がもたらされた。確立された陰極線管（ＣＲＴ）技術を相手に有効に渡り合うために、マイクロディスプレイを使用した投射系は、同一の画面サイズを有するＣＲＴ系より小型軽量化する必要がある。
【００１２】
Ｂ．光学性能
高い情報量を有する画像（たとえばディスプレイデータ）を表示するために、マイクロディスプレイは多数の画素を有する必要がある。素子自体が小型であるので、個々の画素は小さく、一般的な画素サイズは、ＤＭＤディスプレイの場合の１７μ〜反射型ＬＤＣの場合の約８μ以下の範囲にある。これは、これらの系で用いられる投射レンズが非常に高度の収差補正を必要とすることを意味する。特に重要なのは、色収差と歪曲収差の補正である。
【００１３】
色収差は、画素のぼけ、または極端な場合には、像から画素の完全脱落など、画素化パネルの像に容易に見受けられるため、高度の色収差補正が重要である。横の色、すなわち色による倍率の変動は、特に視野の縁部においてコントラストの低下となって現れるため特に面倒である。極端な場合には、視野全体の領域にレインボー効果が見られることもある。
【００１４】
ＣＲＴを用いる投射系では、たとえば、青色ＣＲＴ上で生成される像を基準として赤色ＣＲＴの面で生成される像のサイズを縮小することによって、少量の（残存）横の色を電子的に補償することができる。しかし、画素化パネルの場合には、像がディジタル化されるため、視野全体にわたってサイズをスムーズに調整することは不可能であることから、そのような調整を行うことはできない。したがって、投射レンズの場合には、二次的な横の色の補正をはじめとする、より高度な横の色の補正が必要である。
【００１５】
データを表示するための画素化パネルを用いると、歪曲収差の補正に関する要件が厳しくなる。これは、データを見るときに、レンズの視野の末端部に至るまで優れた画質が必要とされることによる。明白であるように、表示される数字または文字の像は、中央と同じように視野の縁部でも歪んでいないことが重要である。
【００１６】
さらに、投射レンズは、オフセットパネルと組み合わせて用いられることも多い。特にＤＭＤの場合には、オフセットは一般に、適切な照射幾何構成を提供し、暗視野光がレンズの入射瞳を外さないようにさせる必要がある。この暗視野光は、ＤＭＤの画素のオフ位置に対応する。
【００１７】
パネルがオフセットである場合には、目視用スクリーンにおける歪曲収差は、スクリーンの中心を通る水平線を中心にして対称に変化するのではなく、たとえば、スクリーンの下縁から上縁に向かって単調に増大することもある。この作用により、ごくわずかな歪曲収差であっても観察者に容易に見えてしまう。
【００１８】
低い歪曲収差および高度の色補正は、ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）型コンピュータインターフェイスの拡大像を目視用スクリーンに投射する場合に特に重要である。平行線、枠線で囲まれたコマンド、ダイアログボックス、複雑な配色を有するこのようなインターフェイスは、本質的に歪曲収差および色収差のテストパターンである。利用者は、そのようなインターフェイスの像における歪曲収差または色収差が軽微なレベルであっても、すぐ気付いて不平を述べる。
【００１９】
高度の色補正および歪曲収差補正に加えて、画素化パネルと組み合わせて用いるための投射レンズは、特に画素化パネルがたとえばＤＭＤまたは反射型ＬＣＤなどの反射型である場合に、軽度のゴーストを生成する必要がある。
【００２０】
当業界では周知であるように、投射レンズのレンズ面の１つから物体に対して後方に反射する画像光によって、ゴーストが生じる可能性がある。レンズ面の形状および物体に対するその位置に応じて、投射レンズに再入射し、所望の像を伴って、スクリーン上に投射される。そのようなゴースト光は、少なくともある程度コントラストを常に低減する。極端な場合には、第２の像が実際にスクリーン上に見られる。
【００２１】
ＤＭＤおよび反射型ＬＣＤの動作が効率的に光を反射することができる性能に左右されるため、これらのタイプのパネルを用いる投射系は、特にゴースト問題の影響を受けやすい。ゴーストはまた、１つのレンズ面から後方に反射され、第２のレンズ面によって前方方向に反射される光によって生じることもある。反射型画素化パネルが用いられるとき、２つのレンズ面からの反射によって生成されるゴーストは一般に、レンズ面／画素化パネル結合体によって生成されるゴーストほど厄介ではない。
【００２２】
Ｃ．テレセントリック性
上述の画素化パネルおよび特にＤＭＤは一般に、照射系からの光ビームがディスプレイに入射する垂直に近い入射角を有する必要がある。
【００２３】
投射レンズの観点から言えば、これは、レンズがテレセントリック入射瞳を有する要件、すなわち、投射レンズは、物体（画素化パネル）が位置する短共役側の方向においてテレセントリックでなければならないという要件に言い換えられる。これにより、レンズが開口絞りに対して非対称となるため、横の色の補正がより困難となる。
【００２４】
Ｄ．キャビネットサイズ
背面投射系の場合には、より小さなキャビネットサイズ（より小さな設置面積）を求める需要がさらに高まっている。
【００２５】
投射レンズの観点から言えば、これは、レンズが像（スクリーン）の方向において広い視野を有するという要件に言い換えられる。たとえば８２°からたとえば８８°に視野を増大することは、投射型テレビ製造業者にとって大きな意味を持ちうる。これは、そのような投射レンズの視野増大により、テレビ製造業者がそのキャビネットの寸法を１インチ以上小さくすることができるためである。また、より小さなキャビネットにより、投射型テレビはきわめて競争の激しいＰＴＶ消費者市場においてさらに望ましいものとなる。
【００２６】
広い視野を求める要求は、レンズの横の色の補正をさらに一層困難にする。これは、特に長い有効後側焦点距離を求める要求と重なった場合には、横の色の補正をより困難にする。また、上述したように、テレセントリック性を求める要求は、横の色の補正を困難にする第３の要因である。
【００２７】
視野を増大することに加えて、キャビネットサイズも、折畳み式投射レンズ、すなわち、レンズが投射系の他の素子と統合し、小型化することがより容易である全体形状を有する内部反射面（たとえばミラーまたはプリズム）を有するレンズを用いて小さくすることができる。レンズ設計の観点から言えば、そのような反射面の使用は、投射レンズを構成する２つのレンズユニットを、反射面を収容するに足る大きさの距離だけ離さなければならないことを意味する。このタイプの構成は、特に、投射レンズのコスト、重量および複雑さを削減するために必要であるように、レンズが少数のみのレンズ素子のみを含むことになっている場合には、系の収差を補正することがより困難となる。
【００２８】
これらのさまざまな要件は互いに不利に作用するため、高度の収差補正および軽度のゴースト生成を依然として維持すると同時に、長い後側焦点距離、レンズの長共役方向における広い視野、テレセントリック性および折畳み構造を実現することは、特に困難である。レンズにおいて用いられるレンズ素子の数を最小限に抑えると同時に、これを実現することはさらに厳しい。以下で説明し、図示するように、本発明は、これらの相反する基準を満たす投射レンズを提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
上記に照らして、当業界において画素化パネルと組み合わせて用いるための投射レンズでは、以下の特性のうちのいくつか、好ましくはすべてを有する。
【００３０】
（１）二次的な横の色の補正を含む高度の横の色の補正
（２）低い歪曲収差
（３）像の方向における大きい視野
（４）テレセントリック入射瞳
（５）長い有効後側焦点距離
（６）折畳み構造
（７）軽度のゴースト生成、および
（８）少ない素子数
当業界におけるこの必要性を満たすために、本発明は、上記の８つの特徴のうちのいくつか、好ましくはすべてを有する投射レンズを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
具体的には、本発明は、スクリーン上に画素化パネルの拡大像を形成するための投射レンズを提供し、上記の投射レンズは、光軸、長共役側（像またはスクリーン側）、短共役側（物体または画素化パネル側）および有効焦点距離ｆ０を有し、長共役側から短共役側に順に、
（Ａ）負の屈折力を有し、複数のレンズ素子を含む第１のレンズユニット（Ｕ１）であって、
（ｉ）レンズ素子ＬＭの１つが長共役側に対して凸面である全体のメニスカス形状の負のレンズ素子であり、少なくとも１つの非球面を含み、
（ｉｉ）別のレンズ素子（たとえばレンズ素子Ｌ３が上記の第１のレンズユニットの短共役端部を構成する光学面Ｓ１を有する、
第１のレンズユニットと、
（Ｂ）投射レンズの光軸を折畳むための反射面（ＲＳ）（たとえば、６０°〜７０°の範囲、たとえば約６４°に光軸に折畳みを形成する、たとえば、ミラーまたはプリズム）と、
（Ｃ）正の屈折力を有し、複数のレンズ素子を含む第２のレンズユニット（Ｕ２）であって、
（ｉ）レンズ素子ＬＡの１つが少なくとも１つの非球面を含む正のレンズ素子であり、
（ｉｉ）別のレンズ素子（たとえばレンズ素子Ｌ４）が上記の第２のレンズユニットの長共役端部を構成する光学面Ｓ２を有する、
第２のレンズユニットと、
を有し、
（ａ）第１のレンズユニットおよび第２のレンズユニットが、投射レンズの唯一のレンズユニットであり、
（ｂ）投射レンズは、８２°より大きく、８５°以上（たとえば８８°の視野）であることが好ましい長共役の方向における視野を有し、
（ｃ）投射レンズは、短共役側でテレセントリックであり、
（ｄ）投射レンズは、式ＢＦＬ／ｆ０＞２．０を満たす有効後側焦点距離ＢＦＬを有し、
（ｅ）投射レンズは、式Ｓ１−２／ｆ０＞３．５を満たすＳ１とＳ２との間の機械的な間隔を有し、機械的な間隔は、折畳んでいない光軸に関してＳ１とＳ２との間の中心と中心との距離および縁と縁との距離の小さい方であり、
（ｆ）投射レンズは、式、
ＬＣ赤−青＜０．００１２＊ｆ０（好ましくは＜０．００１＊ｆ０）、
ＬＣ赤−緑＜０．００１２＊ｆ０（好ましくは＜０．００１＊ｆ０）、および
ＬＣ青−緑＜０．００１２＊ｆ０（好ましくは＜０．００１＊ｆ０）
を満たすその短共役焦点面における横の色ＬＣを有し、
（ｉ）赤−青の式および赤−緑の式が短共役焦点面の全視野にわたって満たされ、（ｉｉ）青−緑の式が短共役焦点面の全視野の少なくとも９５％にわたって満たされ、（ｉｉｉ）赤色波長、緑色波長および青色波長がそれぞれ、０．６２μｍ、０．５５μｍおよび０．４６μｍである、
ことを特徴とする投射レンズを提供する。
【００３２】
比ＢＦＬ／ｆ０が２．５より大きいことが好ましい。同様に、比Ｓ１−２／ｆ０は、４．０より大きいことが好ましく、４．５より大きければ最も好ましい。
【００３３】
また、第１のレンズユニットの短共役端部と第２のレンズユニットの長共役端部との間に大きな空間を設けることに加えて、本発明の投射レンズはまた、第１のレンズユニットの短共役端部（すなわち、Ｓ１面）と投射レンズの開口絞りとの間にも大きな空間を設けることが好ましい。特に、光学面Ｓ１の中心と開口絞りの中心との間の間隔Ｓ１ーＡＳが、式Ｓ１ーＡＳ／ｆ０＞３．５を満たすことが好ましい。
【００３４】
投射レンズは、物理的な開口絞りを有することができること、または仮想の開口絞りとしての照射系の出力を用いることができることを留意すべきである。いずれの場合も、開口絞りは、反射面の短共役側であることが好ましい。あるいは、あまり好ましくないが、開口絞りは、反射面に位置してもよい。たとえば、開口絞りは、反射面に塗布または塗装されてもよい。効率的に作用する投射レンズの場合には、開口絞りは、反射面を完全に透明にするか、または完全に反射面上にあるかのいずれかである必要がある。すなわち、反射面は交差されてはならないため、開口絞りの一部で切断されてはならない。
【００３５】
本発明の実現において反射面の長共役側の開口絞りを用いることができるが、レンズ全体に対するテレセントリック入射瞳を形成するために、第２のレンズユニットは長い焦点距離を有する必要があるため、開口絞りに関するそのような位置は一般に好ましくない。
【００３６】
歪曲収差の観点で言えば、本発明の投射レンズの歪曲収差率Ｄが、
（ｉ）全視野にわたって１．０未満の大きさであり（すなわち、視野のすべての点で、歪曲収差の大きさが１．０％未満である）、
（ｉｉ）全視野領域に対する半視野にわたって、式｜Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎ｜＜０．４を満たす最大値Ｄｍａｘおよび最小値Ｄｍｉｎである、
ことが好ましい。
【００３７】
高度の歪曲収差補正に関するこれらの基準のうち第２の基準は、「見かけ上の歪曲収差」として周知である現象に関する。スクリーン上で像を見るとき、利用者は、特に像の上部または下部に沿って湾曲に対して敏感である。歪曲収差が、たとえばスクリーンの上部の中間とスクリーンの上部の縁との間で変化する場合に、そのような湾曲が生じる。一般的な１６：９の型の場合には、スクリーンの上部の中間は半視野に対応し、スクリーンの上部の縁は全視野に対応する。この領域にわたる歪曲収差率の変動を０．４より小さく維持することによって、見かけ上の歪曲収差の問題が避けられる。
【００３８】
本発明の投射レンズは、８個未満のレンズ素子を用いて本発明の上記の特徴を実現することが好ましい。レンズ素子のうち２つは複レンズの形であるため、レンズの組立には７個未満のレンズコンポーネントの位置合せが必要となる。
【００３９】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、その一部は、本願明細書に述べるように本発明を実行することによって、その説明から当業者には容易に明白となるか、または認識されるであろう。
【００４０】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明はいずれも本発明の例示に過ぎず、本発明の性質および特性を理解するための概要または構成を提供することを目的としていることを理解すべきである。
【００４１】
本願明細書に組み込まれ、その一部を構成する図面に、本発明の好ましい実施形態を示す。説明と同様に、これらの図面はいずれも説明のためのものに過ぎず、本発明を限定するものと考えられるべきものではないことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明の投射レンズは、逆焦点型すなわち逆望遠型の投射レンズであり、物理開口絞りまたは仮想開口絞りによって分離されている２つのレンズユニット、すなわち長共役側の負のユニット（Ｕ１）と短共役側の正のユニット（Ｕ２）から構成されている。
【００４３】
画素化パネルの像を形成させるためにこの総合的なレンズ形態を使用することにより、種々の利点が得られる。したがって、レンズの開口絞りを第２の正のユニットの前方焦点面に配置することによって、テレセントリック性を達成することができる。以下に提示される実施例によって示されるさらなる利点は、長い有効後側焦点距離を達成することができることと、レンズの長共役方向において広い視野を提供することができることである。上述のように、これらの両方の特性は、実現可能な最小の全体的なパッケージサイズを達成するためにレンズが広い視野を有していなくてはならず、およびレンズと画素化パネルとの間にビーム分割プリズムおよび／またはビーム誘導プリズムを収容する必要がある背面投射系に特に有用である。これらのプリズムは、ＴＩＲプリズム、偏光ビームスプリッタおよび／または色分割プリズムを含んでもよい。
【００４４】
本発明のレンズは、第１のレンズユニットに１つ以上の非球面を用いることによって、高度の歪曲収差補正を実現する。具体的に言えば、ＬＭレンズ素子は、１つおよび好ましくは２つの非球面を有する。成形時間を短縮し、素子のコストを低減するために、ＬＭレンズ素子の厚さの変動は最小限に抑えられることが好ましい。具体的には、ＬＭは関係ｔｅ／ｔｃ≦３．０を満たすことが好ましい中心厚さｔｃおよび縁の厚さｔｅを有することが好ましい。ｔｅはＬＭの短共役面（すなわち表１〜３の面２）の有効開口で決まる。
【００４５】
一部の残存する歪曲収差のほか、レンズ入射瞳の球面収差は、第２のレンズユニットに１つ以上の非球面を用いて補正される。レンズの物体平面の任意の点に関してテレセントリック性を実現するためには、入射瞳の球面収差を最小限に抑えなければならない。第１のレンズユニットおよび第２のレンズユニットの非球面は、プラスチック製のレンズ素子上に形成されることが好ましい。
【００４６】
補正しなければならない最も重大な収差は、レンズの横の色である。本発明のレンズは、「Ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ  Ｌｅｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  ａｎ  Ｉｍａｇｅ  ｏｆ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  Ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ  Ｐｉｘｅｌｓ（画素からなる物体の像を形成するテレセントリックレンズシステム」という名称の米国特許第５，６２５，４９５号明細書に記載されているように、異常分散ガラス（「異常部分分散」ガラスとしても周知である）を用いることによって、および／または「Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｌｅｎｓｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｃｏｌｏｒ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｗｉｔｈ  Ｐｉｘｅｌｉｚｅｄ  Ｐａｎｅｌｓ（画素化パネルと組み合わせて利用する、横の色の少ない投射レンズ）」という名称の米国特許第６，１９５，２０９号明細書の技術を用いることによってそのような補正を実現することが好ましい。
【００４７】
以下に記載される実施例によって図示されているように、アクリルの異常部分分散は、場合によって、異常分散ガラスを必要とすることなく、二次的な横の色の補正をはじめとする横の色の補正を行うのに十分である。特に、これは、ＬＭレンズ素子がアクリルから構成され、十分に強力な負の屈折力を有する場合に言えることである。
【００４８】
表３の仕様は、横の色の補正がアクリルから構成される十分に強力なＬＭ素子を用いて実現されるような投射レンズを示している。しかし、この仕様のＬＭレンズ素子に関する比ｔｅ／ｔｃは３（具体的にいえば３．８）より大きく、長い成形サイクル時間を必要とするために、成形に費用が嵩む素子となる。他方、表１および表２の投射レンズのＬＭレンズ素子は、３未満（具体的に言えば、表１の場合には２．８、表２の場合には２．９）である比ｔｅ／ｔｃを有するため、経済的に成形することができる。これらのレンズ素子は、表３のＬＭレンズ素子より小さい負の屈折力を有する。したがって、表１の仕様は第２のレンズユニットに異常分散ガラスから構成される２つのレンズ素子（すなわちＯＨＡＲＡ−Ｓ−ＦＰＬ５１ガラスから構成される素子Ｌ４およびＬＢＣ）を用い、表２の仕様は１つのそのような素子（すなわちＳ−ＦＰＬ５１ガラスから構成される素子ＬＢＣ）を用いる。Ｓ−ＦＰＬ５１以外の他の異常分散ガラスも当然のことながら、本発明の実施に使用できる。
【００４９】
上述のように、反射型画素化パネルの使用は、そのようなパネルは光を反射するように設計されるため、ゴースト形成の問題を悪化させる可能性がある。本発明によれば、投射レンズの短共役焦点面から投射レンズを通って進む軸方向の周辺光線が１．５°より大きい入射角θｉで投射レンズの各レンズ面と交差することを確実にすることによって、レンズ設計工程中にこの問題に容易に対応することができることが分かっている。
【００５０】
たとえば、設計工程の最初にこのタイプの制約条件をレンズ設計コンピュータプログラムに組込むことができる。あるいは、レンズ設計が開発中である場合に、この基準を満たすために、目障りな面の形状を変更することができる。軸方向の周縁光線の高さがレンズの長共役端部で小さい傾向があるため、ＬＭレンズ素子のレンズ面およびＬＭの長共役側にあってもよい任意のレンズ面に対するその光線の入射角は、１．５°より大きい必要はない。すなわち、θｉは、これらの面に関して１．５°未満、１．５°に等しいか、または１．５°より大きいのいずれであってもよい。一般に、ＬＭレンズ素子は投射レンズの長共役端部を構成するため、ＬＭレンズ素子のみはθｉ＞１．５°の基準から除外される。
【００５１】
表３の仕様は、本発明のこの態様を示している。この実施例ではレンズ素子Ｌ２〜ＬＡに関する最小のθｉは１．５４°であるのに対し、ＬＭレンズ素子の場合には０．８２°である。この投射レンズを作成し、試験したところ、きわめて良好なゴースト防止性能を有することが分かった。
【００５２】
背面投射型テレビの場合には、スクリーンに対する距離は周知であるため、投射レンズの焦点において光沢の変化は通常必要とされない。しかし、製作交差を考慮するために、投射レンズを背面投射型テレビに組立てる工程中に小さな焦点の調整が定期的に行われる。そのような工程を容易にするために、本発明の投射レンズは、焦点調整用の２つの機構を提供する。
【００５３】
具体的に言えば、第２のレンズユニットは、２つのレンズサブユニット（Ｕ２Ｓ１およびＵ２Ｓ２）を有することが好ましく、第１のレンズサブユニットは第２のレンズユニットの長共役側にあり、第２のレンズサブユニットは短共役側にある。この構造に関して、第２のレンズユニット全体または第２のレンズサブユニットだけのいずれかを移動することによって、焦点化を行うことができる。
【００５４】
何ら限定するものではないが、本発明は、以下の実施例によってさらに詳細に説明される。
【実施例】
【００５５】
図１〜図３および表１〜表３は、本発明によって構成された代表的な投射レンズを示している。
【００５６】
オハラ社（ＯＨＡＲＡ）の表記は、レンズ系で用いられるさまざまなガラスに対して用いられる。本発明の実施に際しては、他の製造業者（たとえば、ホヤ社（ＨＯＹＡ）またはスコット社（ＳＣＨＯＴＴ））によって製造される等価なガラスを用いることもできる。プラスチック素子については、業界で許容可能な材料が用いられる。
【００５７】
表に示される非球面係数は、以下の式で用いられる。
【数１】
2006513449.tif 000003
【００５８】
式中、ｚは系の光軸からの距離ｙにおける面のサグであり、ｃは光軸におけるレンズの曲率、ｋは円錐係数であり、円錐係数ｋは表１〜表３の仕様に特に記載のない限り０である。
【００５９】
表のさまざまな面に関連する表記「ａ」は非球面、すなわち上記の数式におけるＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉのうち少なくとも１つが０でない面を表し、表記「ｃ」は上記の数式におけるｋが０でない面を表す。図および表においてＵ２の短共役側に配置されるさまざまな平面構造は、画素化パネルと組み合わせて用いられるか、または画素化パネルの一部である構成要素（たとえばプリズムＰＲ）である。それらは、投射レンズの一部を構成するものではない。仕様表の面７および８は、反射面による光軸を考慮するために、設計工程に含まれる口径食面である。表１〜表３および表４の寸法はすべてミリメートル単位である。
【００６０】
仕様表は、光が図面の左から右に進むことを前提として構成されている。実際には、目視用スクリーンが左側にあり、画素化パネルが右側にあって、光は右から左へと進む。特に、物体／像および入射瞳／射出瞳に関する仕様表の記載は、本願明細書の以下の部分において使用されているものと逆になっている。図１〜図３において、画素化パネルは表記「ＰＰ」によって示され、開口絞りは表記「ＡＳ」によって示されている。
【００６１】
表１〜表３の投射レンズを構成するレンズユニットの焦点距離が表４に記載されており、ｆ１はＵ１の焦点距離であり、ｆ２はＵ２の焦点距離である。この表には、これらの実施例に関するＢＦＬ、Ｓ１−２、Ｓ１−ＡＳおよびｔｃの値も記載されている。
【００６２】
表５は、実施例の横の色の性能および歪曲収差性能について記載しており、横の色の性能はミリメートル単位で与えられ、歪曲収差性能は％単位で与えられる。各実施例に関して長共役の方向における全視野は８８°である。表１〜表３に記載されているように、これらの実施例のそれぞれはテレセントリックである入射瞳（表１〜表３では射出瞳）を有する。
【００６３】
したがって、実施例１〜３の投射レンズは、上述の所望の構造的特性および性能特性を有し、画素化パネルを用いるコンパクトな投射型テレビおよびモニタの製作に特に適するようになっている。
【００６４】
本発明の特定の実施形態について記述および説明したが、当業者には前述の開示内容から本発明の範囲および精神を逸脱しない種々の変形例が明らかになるであろうことを理解されたい。
【表１】
2006513449.tif 000004
【表２】
2006513449.tif 000005
【表３】
2006513449.tif 000006
【表４】
2006513449.tif 000007
【表５】
2006513449.tif 000008
【表６】
2006513449.tif 000009
【表７】
2006513449.tif 000010
【表８】
2006513449.tif 000011
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】折畳んでいない構造における本発明によって構成される代表的な投射レンズの概略側面図である。
【図２】折畳んでいない構造における本発明によって構成される代表的な投射レンズの概略側面図である。
【図３Ａ】折畳んでいない構造における本発明によって構成される代表的な投射レンズの概略側面図である。
【図３Ｂ】折畳み構造における図３Ａの投射レンズの概略側面図である。使用中、図１および図２の投射レンズも同様に折畳まれる。
【図４】本発明の投射レンズを用いることができる全体的な投射レンズ系を示す概略図である。図１、図２および図３Ａと同様に、図を簡単にするため、この図は、折畳み構造における投射レンズを示していない。同様に、投射レンズのテレセントリック性の詳細について、図４には示していない。
【図１】
2006513449.tif 000012
【図２】
2006513449.tif 000013
2006513449.tif 000014
【図４】
2006513449.tif 000015
【国際調査報告】
2006513449.tif 000016
2006513449.tif 000017
2006513449.tif 000018