JPH09329740A - 非温度依存性lcd投影レンズ - Google Patents
非温度依存性lcd投影レンズInfo
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- JPH09329740A JPH09329740A JP9016876A JP1687697A JPH09329740A JP H09329740 A JPH09329740 A JP H09329740A JP 9016876 A JP9016876 A JP 9016876A JP 1687697 A JP1687697 A JP 1687697A JP H09329740 A JPH09329740 A JP H09329740A
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- projection
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- 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
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- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
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- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/028—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 長い焦点距離、比較的長いバックフォーカ
ス、高水準の色補正、小さい歪み、照明システム出力と
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、温度変化への鈍感性、および最低限
のレンズ部品点数のLCDパネル用低コスト投影レンズ
を実現する。 【解決手段】 4つの光学素子からなる、LCDパネル
上のカラー画像を拡大表示する際に用いる非温度依存処
理された投影レンズ。光学素子の屈折力はスクリーン側
からLCDパネル側の順で負/正/負/正となってお
り、分散性は低分散/低分散/高分散/低分散となって
いる。最初の3つの光学素子はプラスチック製で最後の
光学素子はガラス製である。本投影レンズは約5倍から
約12倍の倍率の変動に対しても高水準の収差補正を行
うことができる。4つの構成部品の設計は、比較的長い
バックフォーカス、非温度依存性、画素の約半分以下で
の色にじみ補正らを達成できる最小の部品点数からなっ
ている。
ス、高水準の色補正、小さい歪み、照明システム出力と
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、温度変化への鈍感性、および最低限
のレンズ部品点数のLCDパネル用低コスト投影レンズ
を実現する。 【解決手段】 4つの光学素子からなる、LCDパネル
上のカラー画像を拡大表示する際に用いる非温度依存処
理された投影レンズ。光学素子の屈折力はスクリーン側
からLCDパネル側の順で負/正/負/正となってお
り、分散性は低分散/低分散/高分散/低分散となって
いる。最初の3つの光学素子はプラスチック製で最後の
光学素子はガラス製である。本投影レンズは約5倍から
約12倍の倍率の変動に対しても高水準の収差補正を行
うことができる。4つの構成部品の設計は、比較的長い
バックフォーカス、非温度依存性、画素の約半分以下で
の色にじみ補正らを達成できる最小の部品点数からなっ
ている。
Description
【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。
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】投影レンズシステム(本明細書中では
「投影システム」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
システム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、照明システムの
「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。
「投影システム」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
システム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、照明システムの
「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
である投影レンズシステムではデータディスプレイシス
テム分野を含む様々な応用分野で用いられている。その
ような投影レンズシステム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システム
や、加えて複数のパネルを採用しているシステムにおい
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シ
ステムに関して論じていく。
である投影レンズシステムではデータディスプレイシス
テム分野を含む様々な応用分野で用いられている。その
ような投影レンズシステム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システム
や、加えて複数のパネルを採用しているシステムにおい
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シ
ステム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.Pate
ntNo.5,042,929と、Yano他,U.
S.Patent No.5,179,473と、Mo
skovich,U.S. Patent No.5,
200,861と、Moskovich,U.S.Pa
tent 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.Paten
t No.5,331,462などを含む様々な特許に
記述されている。LCDシステムは、Gagnon他,
U.S.Patent No.4,425,028と、
Gagnon,U.S.Patent No.4,46
1,542と、Ledebuhr,U.S.Paten
tNo.4,826,311と、EPO Patent
PublicationNo.311,116の中で
論じられている。
は、Taylor,U.S.Patent No.4,
189,211と、Tanaka他,U.S.Pate
ntNo.5,042,929と、Yano他,U.
S.Patent No.5,179,473と、Mo
skovich,U.S. Patent No.5,
200,861と、Moskovich,U.S.Pa
tent 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.Paten
t No.5,331,462などを含む様々な特許に
記述されている。LCDシステムは、Gagnon他,
U.S.Patent No.4,425,028と、
Gagnon,U.S.Patent No.4,46
1,542と、Ledebuhr,U.S.Paten
tNo.4,826,311と、EPO Patent
PublicationNo.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
システム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、システム
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。
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
システム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、システム
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LC
D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。
耐えるという理由から長いことが望ましい。大きなLC
D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、照明システム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。
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、照明システム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200
μmという特有の寸法を有している画素には、約100
μmよりも優れた色補正がなされるのが望ましい。
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200
μmという特有の寸法を有している画素には、約100
μm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、システム
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(CR
T)を採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。
収差による色収差が典型的によく目に付くが、システム
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(CR
T)を採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。
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。
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】投影システムが、システムの構成部品の如
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、照明システム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。
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、照明システム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、
投影レンズシステム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。
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、
投影レンズシステム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システムの総コスト
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。
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システムの総コスト
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。
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。
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。
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。
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
/入射瞳として照明システム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、照明システムの出力と投
影レンズとの間で十分な結合がなされる。
/入射瞳として照明システム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、照明システムの出力と投
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シ
ステム、すなわち(a)光源と、光源の像すなわち照明
システムの出力である像を形成する、照明瞳より構成さ
れる照明システムと、(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、すなわち照明システム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
影レンズシステムを供給する。
画像を形成し、以下のものより構成される投影レンズシ
ステム、すなわち(a)光源と、光源の像すなわち照明
システムの出力である像を形成する、照明瞳より構成さ
れる照明システムと、(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、すなわち照明システム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
影レンズシステムを供給する。
【0021】望むべき実施形態として、投影レンズシス
テムの倍率は、照明システム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。
テムの倍率は、照明システム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。
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)照明システム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、システム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。
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)照明システム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、システム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
レンズシステムを低コストで製造することができる。
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
レンズシステム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。
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。
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N
AS)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,1983,17−2
9ページを参照。
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N
AS)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,1983,17−2
9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」)
を含むシステムの光学的性能は、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、システムの
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、MT
F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。
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」)
を含むシステムの光学的性能は、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、システムの
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、MT
F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。
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、システム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。
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、システム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。
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。
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。
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
えばシステムの焦点近傍にある部品は、一般に限界が大
きい部品に比べてシステムの総合的な熱的安定性に対し
て影響が少ない。
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
えばシステムの焦点近傍にある部品は、一般に限界が大
きい部品に比べてシステム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
ムを用いてシステム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。
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
ムを用いてシステム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、システムの温度が変わって
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LC
D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。
との機械的な設置によって、システムの温度が変わって
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LC
D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。
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、LC
D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。
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、LC
D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。
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。
G,H,I)は、以下の式中で用いられている。
【0041】
【数1】
【0042】ここでzはシステムの光軸からの距離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。
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。
【0043】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、MA
G〜倍率、STOP〜開口絞り、EFL〜焦点距離、F
VD〜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。
である。OBJ.HT〜物体の高さ、f/〜F値、MA
G〜倍率、STOP〜開口絞り、EFL〜焦点距離、F
VD〜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。
【0044】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。
「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。
【0045】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
照明システムの出力の位置に対応している。
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
照明システムの出力の位置に対応している。
【0046】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」は投影レンズシステム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。
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」は投影レンズシステム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。
【0047】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、システムの温
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。
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、システムの温
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。
【0048】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、シ
ステムの倍率が変えられるに伴い、照明システムの出力
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。
部品はガラス製であることが望ましい。このことは、シ
ステムの倍率が変えられるに伴い、照明システムの出力
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。
【0049】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。
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。
【0050】(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。
「半径歪曲収差」という表題の図表。
【0051】(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。
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。
【0052】(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。
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。
【0053】(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。
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。
【0054】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。
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。
【0055】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。 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。
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。 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】
【表1】
【0057】
【表2】
【0058】
【表3】
【0059】
【表4】
【0060】
【表5】
【0061】
【表6】
【0062】
【表7】
【0063】
【表8】
【0064】
【表9】
【0065】
【表10】
【図1A】〜
【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。
の概略図。
【図1B−1】〜
【図1D−4】図1Aの投影レンズに対応して、画像−
物体倍率が−0.190,−0.130,−0.08
3、相当する物体−画像倍率が−5.3X,−7.7
X,−12X、での計算で得た性能特性を示した図。
物体倍率が−0.190,−0.130,−0.08
3、相当する物体−画像倍率が−5.3X,−7.7
X,−12X、での計算で得た性能特性を示した図。
【図2B−1】〜
【図2D−4】図2Aの投影レンズに対応して、画像−
物体倍率が−0.190,−0.130,−0.08
3、相当する物体−画像倍率が−5.3X,−7.7
X,−12X、での計算で得た性能特性を示した図。
物体倍率が−0.190,−0.130,−0.08
3、相当する物体−画像倍率が−5.3X,−7.7
X,−12X、での計算で得た性能特性を示した図。
【図3B−1】〜
【図3D−4】図3Aの投影レンズに対応して、画像−
物体倍率が−0.190,−0.130,−0.08
3、相当する物体−画像倍率が−5.3X,−7.7
X,−12X、での計算で得た性能特性を示した図。
物体倍率が−0.190,−0.130,−0.08
3、相当する物体−画像倍率が−5.3X,−7.7
X,−12X、での計算で得た性能特性を示した図。
【図1E−1】、
【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の投影レンズの色補正特性お
よび歪み特性を示した図。
より細かい尺度での図1Aの投影レンズの色補正特性お
よび歪み特性を示した図。
【図4】従来技術の投影レンズが用いられ得る投影レン
ズシステム全体を示した概略図。図1B−1から図1E
−2、図2B−1から図2D−4、図3B−1から図3
D−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S
AG−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。これらの図面は、本明細書中に引用され、も
しくは一部分を構成し、本発明の好ましい実施例を説明
し、本文の説明とともに、本発明の原理を説明するため
のものであり、本発明を制限するものではない。
ズシステム全体を示した概略図。図1B−1から図1E
−2、図2B−1から図2D−4、図3B−1から図3
D−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S
AG−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。これらの図面は、本明細書中に引用され、も
しくは一部分を構成し、本発明の好ましい実施例を説明
し、本文の説明とともに、本発明の原理を説明するため
のものであり、本発明を制限するものではない。
Claims (16)
- 【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請求
項1記載の投影レンズ。 - 【請求項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請求項1記載の投影レンズ。 - 【請求項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請求項1記載の投影レンズ。 - 【請求項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請求項4記載
の投影レンズ。 - 【請求項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
る請求項1記載の投影レンズ。 - 【請求項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請求項1記載の投影レンズ。 - 【請求項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
とする請求項1記載の投影レンズ。 - 【請求項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請求
項1記載の投影レンズ。 - 【請求項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請求項1記載
の投影レンズ。 - 【請求項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
ことを特徴とする請求項1記載の投影レンズ。 - 【請求項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請
求項11記載の投影レンズ。 - 【請求項13】 前記レンズが、物体において約100
μm未満の横倍率の色収差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請求項1記載の
投影レンズ。 - 【請求項15】 (a)光源と、光源の像すなわち照明
システムの出力である像を形成する、照明瞳とから構成
される照明システムと、 (b)前記物体を構成する画素パネルと、 (c)請求項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、照明シス
テム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システム。 - 【請求項16】 (a)光源と、光源の像すなわち照明
システムの出力である像を形成する、照明瞳とから構成
される照明システムと、 (b)物体を構成する画素パネルと、 (c)請求項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、照明シス
テム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
投影レンズシステムにおいて、 照明システム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
影レンズシステム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システム。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001159732A (ja) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Nikon Corp | 超広角レンズ及び該レンズを備える撮影装置 |
| JP2002357769A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Chinontec Kk | 投写レンズ装置及びプロジェクタ装置 |
| JPWO2009125522A1 (ja) * | 2008-04-10 | 2011-07-28 | 株式会社タムロン | 撮像レンズ |
| JP2012141563A (ja) * | 2010-12-30 | 2012-07-26 | Sekonix Co Ltd | ピコプロジェクター用投射レンズユニット |
Families Citing this family (64)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997041461A1 (en) * | 1996-04-29 | 1997-11-06 | U.S. Precision Lens Incorporated | Lcd projection lens |
| US6324014B1 (en) | 1997-11-13 | 2001-11-27 | Corning Precision Lens | Wide field of view projection lenses for compact projection lens systems employing pixelized panels |
| JP2000075202A (ja) * | 1998-09-01 | 2000-03-14 | Canon Inc | 投射レンズ及びそれを用いた投射装置 |
| US6476974B1 (en) | 2001-02-28 | 2002-11-05 | Corning Precision Lens Incorporated | Projection lenses for use with reflective pixelized panels |
| US6762890B2 (en) * | 2002-02-13 | 2004-07-13 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Single focus lens |
| US7009777B2 (en) * | 2004-06-02 | 2006-03-07 | 3M Innovative Properties Company | Compact projection lenses for use with large format pixelized panels |
| US7002753B2 (en) * | 2004-06-02 | 2006-02-21 | 3M Innovative Properties Company | Color-corrected projection lenses for use with pixelized panels |
| US7259801B2 (en) * | 2004-06-02 | 2007-08-21 | 3M Innovative Properties Company | Large-panel table-top rear projection television |
| GB0522968D0 (en) | 2005-11-11 | 2005-12-21 | Popovich Milan M | Holographic illumination device |
| GB0718706D0 (en) | 2007-09-25 | 2007-11-07 | Creative Physics Ltd | Method and apparatus for reducing laser speckle |
| CN101726833B (zh) * | 2008-10-10 | 2011-06-08 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 投影镜头 |
| US11726332B2 (en) | 2009-04-27 | 2023-08-15 | Digilens Inc. | Diffractive projection apparatus |
| US9335604B2 (en) | 2013-12-11 | 2016-05-10 | Milan Momcilo Popovich | Holographic waveguide display |
| WO2011042711A2 (en) | 2009-10-09 | 2011-04-14 | Milan Momcilo Popovich | Compact edge illuminated diffractive display |
| US11204540B2 (en) | 2009-10-09 | 2021-12-21 | Digilens Inc. | Diffractive waveguide providing a retinal image |
| US9274349B2 (en) | 2011-04-07 | 2016-03-01 | Digilens Inc. | Laser despeckler based on angular diversity |
| US10670876B2 (en) | 2011-08-24 | 2020-06-02 | Digilens Inc. | Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler |
| WO2016020630A2 (en) | 2014-08-08 | 2016-02-11 | Milan Momcilo Popovich | Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler |
| EP2995986B1 (en) | 2011-08-24 | 2017-04-12 | Rockwell Collins, Inc. | Data display |
| WO2013102759A2 (en) | 2012-01-06 | 2013-07-11 | Milan Momcilo Popovich | Contact image sensor using switchable bragg gratings |
| WO2013163347A1 (en) | 2012-04-25 | 2013-10-31 | Rockwell Collins, Inc. | Holographic wide angle display |
| US9456744B2 (en) | 2012-05-11 | 2016-10-04 | Digilens, Inc. | Apparatus for eye tracking |
| CN103713376B (zh) * | 2012-09-28 | 2017-05-24 | 中强光电股份有限公司 | 投影镜头与光学引擎 |
| US9933684B2 (en) | 2012-11-16 | 2018-04-03 | Rockwell Collins, Inc. | Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration |
| WO2014188149A1 (en) | 2013-05-20 | 2014-11-27 | Milan Momcilo Popovich | Holographic waveguide eye tracker |
| US8950674B2 (en) | 2013-05-21 | 2015-02-10 | Symbol Technologies, Inc. | Apparatus for and method of imaging targets with a hybrid imaging lens assembly |
| US9727772B2 (en) | 2013-07-31 | 2017-08-08 | Digilens, Inc. | Method and apparatus for contact image sensing |
| US10359736B2 (en) | 2014-08-08 | 2019-07-23 | Digilens Inc. | Method for holographic mastering and replication |
| US10241330B2 (en) | 2014-09-19 | 2019-03-26 | Digilens, Inc. | Method and apparatus for generating input images for holographic waveguide displays |
| EP3198192A1 (en) | 2014-09-26 | 2017-08-02 | Milan Momcilo Popovich | Holographic waveguide opticaltracker |
| WO2016113533A2 (en) | 2015-01-12 | 2016-07-21 | Milan Momcilo Popovich | Holographic waveguide light field displays |
| EP3245444B1 (en) | 2015-01-12 | 2021-09-08 | DigiLens Inc. | Environmentally isolated waveguide display |
| WO2016116733A1 (en) | 2015-01-20 | 2016-07-28 | Milan Momcilo Popovich | Holographic waveguide lidar |
| US9632226B2 (en) | 2015-02-12 | 2017-04-25 | Digilens Inc. | Waveguide grating device |
| WO2016146963A1 (en) | 2015-03-16 | 2016-09-22 | Popovich, Milan, Momcilo | Waveguide device incorporating a light pipe |
| US10591756B2 (en) | 2015-03-31 | 2020-03-17 | Digilens Inc. | Method and apparatus for contact image sensing |
| CN113759555B (zh) | 2015-10-05 | 2024-09-20 | 迪吉伦斯公司 | 波导显示器 |
| CN108292026B (zh) * | 2015-10-22 | 2021-11-26 | 赫普塔冈微光有限公司 | 无热光学组件 |
| CN105242376B (zh) * | 2015-10-28 | 2017-11-07 | 东莞市宇瞳光学科技股份有限公司 | 一种带温度补偿功能的成像镜头 |
| US10983340B2 (en) | 2016-02-04 | 2021-04-20 | Digilens Inc. | Holographic waveguide optical tracker |
| WO2017162999A1 (en) | 2016-03-24 | 2017-09-28 | Popovich Milan Momcilo | Method and apparatus for providing a polarization selective holographic waveguide device |
| US10890707B2 (en) | 2016-04-11 | 2021-01-12 | Digilens Inc. | Holographic waveguide apparatus for structured light projection |
| EP3548939A4 (en) | 2016-12-02 | 2020-11-25 | DigiLens Inc. | UNIFORM OUTPUT LIGHTING WAVEGUIDE DEVICE |
| WO2018129398A1 (en) | 2017-01-05 | 2018-07-12 | Digilens, Inc. | Wearable heads up displays |
| US10942430B2 (en) | 2017-10-16 | 2021-03-09 | Digilens Inc. | Systems and methods for multiplying the image resolution of a pixelated display |
| KR20250004154A (ko) | 2018-01-08 | 2025-01-07 | 디지렌즈 인코포레이티드. | 광 도파관의 제조 방법 |
| US20190212588A1 (en) | 2018-01-08 | 2019-07-11 | Digilens, Inc. | Systems and Methods for Manufacturing Waveguide Cells |
| US10732569B2 (en) | 2018-01-08 | 2020-08-04 | Digilens Inc. | Systems and methods for high-throughput recording of holographic gratings in waveguide cells |
| US10914950B2 (en) | 2018-01-08 | 2021-02-09 | Digilens Inc. | Waveguide architectures and related methods of manufacturing |
| CN108318996B (zh) * | 2018-03-09 | 2024-02-20 | 江西联益光学有限公司 | 准直镜头 |
| CN112088332B (zh) | 2018-03-16 | 2024-11-29 | 迪吉伦斯公司 | 包含双折射控制的全息波导及用于它们的制造的方法 |
| WO2020023779A1 (en) | 2018-07-25 | 2020-01-30 | Digilens Inc. | Systems and methods for fabricating a multilayer optical structure |
| WO2020149956A1 (en) | 2019-01-14 | 2020-07-23 | Digilens Inc. | Holographic waveguide display with light control layer |
| US20200247017A1 (en) | 2019-02-05 | 2020-08-06 | Digilens Inc. | Methods for Compensating for Optical Surface Nonuniformity |
| US20220283377A1 (en) | 2019-02-15 | 2022-09-08 | Digilens Inc. | Wide Angle Waveguide Display |
| CN113692544B (zh) | 2019-02-15 | 2025-04-22 | 迪吉伦斯公司 | 使用集成光栅提供全息波导显示的方法和装置 |
| US20200292745A1 (en) | 2019-03-12 | 2020-09-17 | Digilens Inc. | Holographic Waveguide Backlight and Related Methods of Manufacturing |
| KR102137177B1 (ko) | 2019-03-20 | 2020-07-24 | 국방과학연구소 | 빔 주사범위 확대 장치 및 광 위상배열 시스템 |
| CN114207492A (zh) | 2019-06-07 | 2022-03-18 | 迪吉伦斯公司 | 带透射光栅和反射光栅的波导及其生产方法 |
| US11681143B2 (en) | 2019-07-29 | 2023-06-20 | Digilens Inc. | Methods and apparatus for multiplying the image resolution and field-of-view of a pixelated display |
| KR102775783B1 (ko) | 2019-08-29 | 2025-02-28 | 디지렌즈 인코포레이티드. | 진공 격자 및 이의 제조 방법 |
| JP2024502255A (ja) | 2020-12-21 | 2024-01-18 | ディジレンズ インコーポレイテッド | 導波路ベースのディスプレイにおけるアイグロー抑制 |
| WO2022150841A1 (en) | 2021-01-07 | 2022-07-14 | Digilens Inc. | Grating structures for color waveguides |
| EP4288831A4 (en) | 2021-03-05 | 2025-01-15 | Digilens Inc. | Evacuated periodic structures and methods of manufacturing |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4189211A (en) * | 1978-01-03 | 1980-02-19 | Kollmorgen Corporation | Wide angle telecentric projection lens assembly |
| US4425028A (en) * | 1981-12-28 | 1984-01-10 | Hughes Aircraft Company | High efficiency optical tank for three color liquid crystal light valve image projection with color selective prepolarization and single projection lens |
| US4461542A (en) * | 1981-12-28 | 1984-07-24 | Hughes Aircraft Company | High efficiency optical tank for three color liquid crystal light valve image projection with color selective prepolarization |
| US4826311A (en) * | 1987-07-24 | 1989-05-02 | Hughes Aircraft Company | Prism assembly with three periscopes and projection lenses for a single light valve full-color projector |
| US4989954A (en) * | 1987-10-09 | 1991-02-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Projection type liquid cyrstal display device |
| JP2635404B2 (ja) * | 1989-03-23 | 1997-07-30 | 松下電器産業株式会社 | 投写型表示装置 |
| JP2801293B2 (ja) * | 1989-10-03 | 1998-09-21 | キヤノン株式会社 | ズームレンズ |
| US5278698A (en) * | 1990-07-06 | 1994-01-11 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Magnifying projecting lens |
| JPH04174812A (ja) * | 1990-11-08 | 1992-06-23 | Canon Inc | レトロフォーカス型レンズ |
| US5200861A (en) * | 1991-09-27 | 1993-04-06 | U.S. Precision Lens Incorporated | Lens systems |
| US5218480A (en) * | 1991-12-03 | 1993-06-08 | U.S. Precision Lens Incorporated | Retrofocus wide angle lens |
| US5313330A (en) * | 1992-08-31 | 1994-05-17 | U.S. Precision Lens Incorporated | Zoom projection lens systems |
| US5625495A (en) * | 1994-12-07 | 1997-04-29 | U.S. Precision Lens Inc. | Telecentric lens systems for forming an image of an object composed of pixels |
-
1997
- 1997-01-24 US US08/788,207 patent/US5963375A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-01-30 JP JP9016876A patent/JPH09329740A/ja active Pending
- 1997-01-31 KR KR1019970003137A patent/KR970059773A/ko not_active Withdrawn
- 1997-01-31 CN CN97102617A patent/CN1172964A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001159732A (ja) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Nikon Corp | 超広角レンズ及び該レンズを備える撮影装置 |
| JP2002357769A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Chinontec Kk | 投写レンズ装置及びプロジェクタ装置 |
| JPWO2009125522A1 (ja) * | 2008-04-10 | 2011-07-28 | 株式会社タムロン | 撮像レンズ |
| JP2012141563A (ja) * | 2010-12-30 | 2012-07-26 | Sekonix Co Ltd | ピコプロジェクター用投射レンズユニット |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1172964A (zh) | 1998-02-11 |
| US5963375A (en) | 1999-10-05 |
| KR970059773A (ko) | 1997-08-12 |
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| JPH10142503A5 (ja) | ||
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