(57)【要約】【課題】明るく高精細なプロジェクターをコンパクトに実現するために、長いバックフォーカスを有しながら、コンパクトなズームレンズを提供する。【解決手段】共役距離から長い側から順に、負、正、正、正の第１〜第４レンズ群１１〜１４を備え、広角端から望遠端への変倍に際して、第１〜第４レンズ群１１〜１４が光軸に沿って移動し、第１レンズ群１１は共役距離の短い側に単調に移動し、第２〜第４レンズ群１２〜１４は、共役距離の長い側に単調に移動し、絞り１７は第２レンズ群１２内に位置し、絞り１７は第２レンズ群１２と共に光軸上を移動し、広角端の前記ズームレンズの無限遠時の空気換算のバックフォーカスをｂｆｗ、広角端の前記ズームレンズの焦点距離をｆｗとすると、２．５＜ｂｆｗ／ｆｗ＜４の関係を満足する。【選択図】　図１
2004138678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共役距離の長い側から順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折率の第２レンズ群と、正の屈折率の第３レンズ群と、正の屈折率の第４レンズ群とを備え、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群と第２レンズ群と第３レンズ群と第４レンズ群とが光軸に沿って移動するズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は共役距離の短い側に単調に移動し、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、及び前記第４レンズ群は共役距離の長い側に単調に移動し、絞りは前記第２レンズ群内に位置し、変倍に際して、前記絞りは前記第２レンズ群と共に光軸上を移動し、
広角端の前記ズームレンズの無限遠時の空気換算のバックフォーカスをｂｆｗ、広角端の前記ズームレンズの焦点距離をｆｗとすると、
２．５＜ｂｆｗ／ｆｗ＜４
の関係を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第２レンズ群は、共役距離の長い側から見て、第１番目のレンズが負の屈折力であり、第２番目のレンズが正の屈折力であり、３枚以上のレンズで構成されている請求項１に記載のズームレンズ
【請求項３】
広角端から望遠端に変倍する際に、前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群は、共役距離の短い側から長い側に光軸上を同一の移動をする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１ｇ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２ｇ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３ｇ、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４ｇ、広角端の前記ズームレンズの焦点距離をｆｗとすると、
−０．４５＜ｆｗ／ｆ１ｇ＜−０．３
０．０１＜ｆｗ／ｆ２ｇ＜０．３
０．１８＜ｆｗ／ｆ３ｇ＜０．２９
０．０５＜ｆｗ／ｆ４ｇ＜０．２
の関係を満足する請求項１から３のいずれかに記載のズームレンズ。
【請求項５】
共役距離の長い側から見て先頭の負レンズの焦点距離をｆ１、アッベ数をａｂｅ１、ｄ線の屈折率をｎｄ１１とし、広角端時の第２レンズ群から第４レンズ群の合成焦点距離をｆｒｅａｒとすると、
−０．０１８＜（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆｒｅａｒ）＜０
１．７＜ｎｄ１１＜１．７９
の関係を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項６】
共役距離の短い側から４枚のレンズの構成が、共役距離の長い側から順に、共役距離の長い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、正レンズ、共役距離の短い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、正レンズであり、
前記共役距離の長い側の負メニスカスレンズのｄ線の屈折率をｎｄ４、アッベ数をνｄ４、前記４枚のレンズの焦点距離をｆ４ｒ、広角端時のプリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスをｂｆｗとすると、
ｎｄ４＞１．７５
νｄ４＞３５
１＜ｆ４ｒ／ｂｆｗ＜４
の関係を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項７】
第３レンズ群と第４レンズ群とを構成する正の屈折力を持ったレンズはすべて、アッベ数８０以上である請求項１から５のいずれかに記載のズームレンズ。
【請求項８】
前記ズームレンズは、プロジェクターの投写レンズ用である請求項１から７のいずれかに記載のズームレンズ。
【請求項９】
レンズ全系の倍率を−０．０００５８から−０．０１８８倍の範囲で使用する請求項１から８のいずれかに記載のズームレンズ
【請求項１０】
Ｆナンバーが２．５である請求項１から９のいずれかに記載のズームレンズ。
【請求項１１】
ズーム比が１．３である請求項１から１０のいずれかに記載のズームレンズ。
【請求項１２】
接合面を持たない請求項１から１１のいずれかに記載のズームレンズ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のズームレンズを用いた投写レンズを備え、さらに光源と、前記光源から放射される光により照明されるとともに光学像を形成する空間光変調素子とを備え、前記投写レンズで前記空間光変調素子上の光学像を投写することを特徴とする映像拡大投写システム。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれかに記載のズームレンズを用いた投写レンズを備え、さらに光源と、前記光源からの光を青、緑、赤の３色に時間的に制限する手段と、前記光源から放射される光により照明されるとともに時間的に変化する青、緑、赤の３色に対応する光学像を形成する空間光変調素子とを備え、前記投写レンズで前記空間光変調素子上の光学像を投写することを特徴とするビデオプロジェクター。
【請求項１５】
請求項１４に記載のビデオプロジェクーと、投写レンズから投写された光を折り曲げるミラーと、投写された光を映像に映し出す透過型スクリーンとを備えたことを特徴とするリアプロジェクター。
【請求項１６】
請求項１４に記載のビデオプロジェクーと、投写された光を映像に映し出す透過型スクリーンと、筐体とを備えたシステムを複数台有し、さらに映像を分割する映像分割回路を備えたことを特徴とするマルチビジョンシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズに関し、特に空間光変調素子の映像をスクリ−ン上に拡大投写するプロジェクター等に用いるズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤、緑、青の３原色の反射型の空間変調素子を用いるプロジェクターは照明光を導くプリズムと色合成のプリズムとが、投写レンズと空間変調素子との間に配置される。このため投写レンズは長いバックフォーカスが必要となる。色合成のプリズムは分光特性に入射角依存性があるために、共役距離の短い側の瞳位置を空間変調素子から十分遠方にする光学系、すなわちテレセントリック性が必要である。
【０００３】
長いバックフォーカスとテレセントリック性がズーミングによっても変化しない凸群先行４群ズームレンズとして、下記特許文献１に提案されているズームレンズがある。また、凸群先行３群ズームレンズとして、例えば下記特許文献２に提案されているズームレンズがあり、凹群先行４群ズームレンズとして、例えば下記特許文献３に提案されているズームレンズがある。
【０００４】
さらに、スクリーンからプロジェクターまでの投写距離を短くして小さなスペースで使用したい要望もあり、投写レンズには短い投写距離で使用できる広角のズームレンズも要望されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１６１０２７号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−２１５４１１号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開２００２−１３１６３９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、長いバックフォーカスと広角化を実現するためには、ズームレンズ全長が長くなり、レンズ外径、特に共役距離の長い側のレンズ外径が大きくなるという問題があった。大きな光源を使う大型の高輝度プロジェクターにおいては、レンズの大きさは大きな問題とならなかったが、このような高輝度プロジェクターにおいても、小型軽量化が求められるようになっている。例えば、レンタル会社で使用する場合、小型軽量化により、一人で迅速に設置できれば、コストの削減に大きく影響する。
【０００９】
また、レンズ保持構造であるレンズマウントは、レンズのフォーカス機構やシフト機構を有し機構が複雑で、レンズの傾きや振動を抑えるため剛性が必要となる。このレンズマウントを固定しているシャーシもレンズとレンズマウントの重量を支え得る剛性が必要となる。投写レンズを小型軽量化できれば、これらのレンズマウントやシャーシも簡素化でき軽量化できる。
【００１０】
すなわち、投写レンズの大きさ、重量を小さくすることは、投写レンズ自体の小型軽量化のみならずセットの構成部材をも軽量化でき、従来大きくて設置が困難だった大型プロジェクターを軽量化でき、設置を容易にできることになる。
【００１１】
一方、前記特許文献２に提案の凸群先行３群ズームレンズは、バックフォーカスが不足している上、レンズ全長が広角端焦点距離に対して１１倍程度あり小型化が困難であった。また、前記特許文献３に提案の凹群先行４群ズームレンズは、Ｆナンバーが３．５程度と暗く、明るさを確保できなかった。
【００１２】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、明るく高精細でコンパクトなプロジェクターを実現するために、長いバックフォーカスを有しながら、コンパクトなズームレンズ及びそれを用いたプロジェクターを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１のズームレンズは、共役距離の長い側から順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折率の第２レンズ群と、正の屈折率の第３レンズ群と、正の屈折率の第４レンズ群とを備え、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群と第２レンズ群と第３レンズ群と第４レンズ群とが光軸に沿って移動するズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は共役距離の短い側に単調に移動し、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、及び前記第４レンズ群は共役距離の長い側に単調に移動し、絞りは前記第２レンズ群内に位置し、変倍に際して、前記絞りは前記第２レンズ群と共に光軸上を移動し、
広角端の前記ズームレンズの無限遠時の空気換算のバックフォーカスをｂｆｗ、広角端の前記ズームレンズの焦点距離をｆｗとすると、
２．５＜ｂｆｗ／ｆｗ＜４
の関係を満足することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２のズームレンズは、共役距離の長い側から見て先頭の負レンズの焦点距離をｆ１、アッベ数をａｂｅ１、ｄ線の屈折率をｎｄ１１とし、広角端時の第２レンズ群から第４レンズ群の合成焦点距離をｆｒｅａｒとすると、
−０．０１８＜（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆｒｅａｒ）＜０
１．７＜ｎｄ１１＜１．７９
の関係を満足することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３のズームレンズは、共役距離の短い側から４枚のレンズの構成が、共役距離の長い側から順に、共役距離の長い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、正レンズ、共役距離の短い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、正レンズであり、
前記共役距離の長い側の負メニスカスレンズのｄ線の屈折率をｎｄ４、アッベ数をνｄ４、前記４枚のレンズの焦点距離をｆ４ｒ、広角端時のプリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスをｂｆｗとすると、
ｎｄ４＞１．７５
νｄ４＞３５
１＜ｆ４ｒ／ｂｆｗ＜４
の関係を満足することを特徴とする。
【００１６】
本発明の映像拡大投写システムは、前記各ズームレンズを用いた投写レンズを備え、さらに光源と、前記光源から放射される光により照明されるとともに光学像を形成する空間光変調素子とを備え、前記投写レンズで前記空間光変調素子上の光学像を投写することを特徴とする。
【００１７】
本発明のビデオプロジェクターは、前記各ズームレンズを用いた投写レンズを備え、さらに光源と、前記光源からの光を青、緑、赤の３色に時間的に制限する手段と、前記光源から放射される光により照明されるとともに時間的に変化する青、緑、赤の３色に対応する光学像を形成する空間光変調素子とを備え、前記投写レンズで前記空間光変調素子上の光学像を投写することを特徴とする。
【００１８】
本発明のリアプロジェクターは、前記本発明のデオプロジェクーと、投写レンズから投写された光を折り曲げるミラーと、投写された光を映像に映し出す透過型スクリーンとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明のマルチビジョンシステムは、前記本発明のビデオプロジェクーと、投写された光を映像に映し出す透過型スクリーンと、筐体とを備えたシステムを複数台有し、さらに映像を分割する映像分割回路を備えたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１のズームレンズによれば、第１レンズ群は負のパワーを持ち、共役距離の長い側の瞳を共役距離の長い側に移動させるので第１レンズ群の外径を小さくできる。また、第２〜４レンズ群は、広角端から望遠端の変倍の全領域で良好な収差補正のためそれぞれ共役距離の長い側に移動する。絞りは第２レンズ群内にあり、共役距離の短い側の瞳の位置が変動するのを防いでいる。この構成によれば長いバックフォーカスを実現しながら、コンパクトなズームレンズが実現できる。
【００２１】
本発明の第２のズームレンズによれば、倍率色収差を小さくすることができる。ｆｒｅａｒは広角端時の第２レンズ群から第４レンズ群の合成焦点距離で、第２レンズ群から第４レンズ群の青色の倍率色収差の補正過剰量を表している。ｆ１／ａｂｅ１は共役距離の長い側の先頭の負レンズの青色の倍率色収差の発生量を表している。前記関係式を満足することにより、第２レンズ群から第４レンズ群で発生する青色の倍率色収差の補正過剰を、共役距離の長い側から見て先頭の負レンズで発生する青色の倍率色収差の発生量で相殺でき、倍率色収差を小さく抑えることができる。ｎｄ１１は共役距離の長い側から見て先頭の負レンズのｄ線の屈折率で、屈折率が高いほど青色の倍率色収差の発生量が大きくなる。ただし、屈折率が高いほど青色の内部透過率が悪くなり青色の明るさが暗くなる。このため、前記関係式により、倍率色収差の発生量と内部透過率とのバランスを図っている。
【００２２】
本発明の第３のズームレンズによれば、歪曲収差と倍率色収差とを小さく抑えることができる。共役距離の短い側のレンズは歪曲収差と倍率色収差とが大きく発生し、そのパワーと形状はその補正に重要である。このため、共役距離の短い側から４枚のレンズ中の２枚に、歪曲収差と倍率色収差とを補正する能力が高い負メニスカスレンズを用いている。ｎｄ４とνｄ４は前記負メニスカスレンズの屈折率とアッベ数で青色の倍率色収差の補正過剰を抑える条件である。ｆ４ｒ／ｂｆｗは共役距離の短い側から、４枚のレンズの焦点距離と、広角端時のプリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスの比を表したもので、歪曲収差と倍率色収差の補正とレンズ全長と共役距離の長い側のレンズの外径に関係する。
【００２３】
前記本発明の映像拡大投写システムによれば、歪曲の少ない画像を投写できる映像拡大投写システムをコンパクトにできる。
【００２４】
前記本発明のビデオプロジェクターによれば、倍率の色収差がよく補正されているので、青、緑、赤の３色の映像をスクリーン上でずれることなく投写することができ、明るくて高精細な映像を得ることができるビデオプロジェクターをコンパクトにできる。
【００２５】
前記本発明のリアプロジェクターによれば、高精細な画面を得ることができるセットが実現できる。
【００２６】
前記本発明のマルチビジョンシステムによれば、歪曲がよく補正されているので、各ビデオプロジェクターのつなぎ目がよく一致し、高精細な画面が得られる。
【００２７】
前記第１のズームレンズにおいては、前記第２レンズ群は、共役距離の長い側から見て、第１番目のレンズが負の屈折力であり、第２番目のレンズが正の屈折力であり、３枚以上のレンズで構成されていることが好ましい。この構成によれば、長いバックフォーカスが得られ、その他収差のバランスを良好にすることができる。
【００２８】
また、広角端から望遠端に変倍する際に、前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群は、共役距離の短い側から長い側に光軸上を同一の移動をすることが好ましい。この構成によれば、広角端から望遠端までの変倍全域でテレセントリック性の変化を抑えられ、さらにコマ収差が良く補正され、レンズ群を保持する鏡筒構造を簡略化でき、光学性能が高い低コストのズームレンズができる。
【００２９】
また、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１ｇ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２ｇ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３ｇ、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４ｇ、広角端の前記ズームレンズの焦点距離をｆｗとすると、
−０．４５＜ｆｗ／ｆ１ｇ＜−０．３
０．０１＜ｆｗ／ｆ２ｇ＜０．３
０．１８＜ｆｗ／ｆ３ｇ＜０．２９
０．０５＜ｆｗ／ｆ４ｇ＜０．２
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、バックフォーカスを長くしつつコンパクトにでき、歪曲収差と倍率色収差と小さく抑え、その他収差のバランスを良好にすることができる。
【００３０】
前記各ズームレンにおいては、第３レンズ群と第４レンズ群とを構成する正の屈折力を持ったレンズはすべて、アッベ数８０以上であることが好ましい。この構成によれば、倍率の色収差の小さいズームレンズを実現できる。
【００３１】
また、前記ズームレンズは、プロジェクターの投写レンズ用であることが好ましい。
【００３２】
また、レンズ全系の倍率を−０．０００５８から−０．０１８８倍の範囲で使用することが好ましい。
【００３３】
また、Ｆナンバーが２．５であることが好ましい。
【００３４】
また、ズーム比が１．３であることが好ましい。
【００３５】
また、接合面を持たないことが好ましい。
【００３６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るズームレンズの広角端の構成図である。図２は、図１に示したズームレンズの望遠端の構成図である。図１に示したズームレンズ１０は、共役距離の長い側から見て、負屈折力の第１レンズ群１１、正屈折力の第２レンズ群１２、正屈折力の第３レンズ群１３、正屈折力の第４レンズ群１４の４群構成となっている。１５は、プリズム等のガラスブロックである。１６は像面を表し、撮像系の場合はフィルムやＣＣＤとなり、投写装置の場合は空間変調素子であるＬＣＤ等となる。なお、図１の例では、共役距離の長い側とは像面１６と反対側である（以下の各図においても同じ）。
【００３８】
また、広角端（図１）から望遠端（図２）の変倍に際して、第１レンズ群１１は共役距離の短い側に移動し、第２レンズ群１２は共役距離の長い側に移動し、第３レンズ群１３は共役距離の長い側に移動し、第４レンズ群１４は共役距離の長い側に移動する。
【００３９】
第１レンズ群１１の構成は，共役距離の長い側から順に、負レンズ１１ａ、正レンズ１１ｂ、負レンズ１１ｃ、負レンズ１１ｄ、負レンズ１１ｅ、正レンズ１１ｆの６枚構成である。
【００４０】
第２レンズ群１２は、変倍レンズ群となっている。第２レンズ群１２の構成は、共役距離の長い側から負レンズ１２ａ、正レンズ１２ｂ、正レンズ１２ｃの３枚構成である。ズームレンズ全体のバックフォーカスを確保するために第２レンズ群１２は、逆望遠型の構成をとっている。
【００４１】
第３レンズ群１３は、比較的大きな正の屈折率を持っており、第４レンズ群の負担を軽減し、絞り１７の位置を共役距離の長い側に移動させる効果がある。第３レンズ群１３は、広角端から望遠端までの変倍に伴う収差の変動を抑えるために、第２レンズ群１２、第４レンズ群１４とは少し違う移動を行う、すなわち第３レンズ群１３は、第２レンズ群１２及び第４レンズ群１４と一体の移動はせず、移動量もこれらのレンズ群とは異なることになる。
【００４２】
第４レンズ群１４は、変倍レンズ群となっている。変倍に際して第４レンズ群１４は、第２レンズ群１２と同一の移動をし、変倍によるテレセントリック性の変化を抑えるようにしている。第４レンズ群１４は、歪曲及び倍率の色収差に大きく影響するので、これら収差を効果的に抑える構成となっている。すなわち、共役距離の長い側から順に、共役距離の長い側に凸面を向けた凹メニスカスレンズ１４ａ、正レンズ１４ｂ、共役距離の短い側に凸面を向けた凹メニスカスレンズ１４ｃ、正レンズ１４ｄが配置された構成になっている。
【００４３】
本発明は、前記のように、共役距離の長い側から見て、負、正、正、正の屈折力の４群構成のズーム構成にすることにより、バックフォーカスを確保しつつ、コンパクトなズームレンズを実現している。以下、ズームレンズ１０について、より具体的に説明する。ズームレンズ１０は、負、正で構成される２群ズームを基本としている。２群ズームは広角に適し、長いバックフォーカスが得られ易い特徴を持っている。ただし、大ズーム化、大口径化が困難で、広角端から望遠端への変倍でバックフォーカスが変化し、Ｆナンバーが変化する。
【００４４】
正、負、正、正、及び正、負、負、正の４群ズームや、正、負、正の３群ズームのいわゆる正パワー先頭型のズームレンズは、共役距離の長い側の瞳が共役距離の短い側に位置しているため、広角化したときに正の第１レンズ群の外径が大きくなる。さらにテレセントリック性が変倍によって変化しないためには、いずれの構成においても共役距離の一番短い側の正レンズ群内に絞りを配置する必要があり、変倍による歪曲の変動を抑えることが困難である。
【００４５】
プロジェクターの投写レンズとするためには歪曲が小さいこと、倍率色収差が小さいことが高画質を得るために必要であり、設置の容易さのために小型化が要望されている。
【００４６】
そこで、本実施形態では、負パワー先頭型のズーム構成とし、瞳を共役距離の長い側に位置させることにより、負の第１レンズ群の外径をコンパクトに抑えるようにしている。さらに、絞り位置を共役距離の長い側に位置させることで、瞳はさらに共役距離の長い側に移動できるので、負の第１レンズ群１１の外径をコンパクトにできることになる。
【００４７】
絞り位置はテレセントリック性を決定づけるため、光学配置をする上で重要である。長いバックフォーカスと、テレセントリック性と、共役距離の長い側に位置した絞り配置とを実現するために、できるだけ絞り近傍に正パワーを配置することが重要になる、本実施の形態では、前記の条件を満たすために、第２レンズ群及び第３レンズ群の正パワーは、第４レンズ群１４の正パワーに比べ大きくなっている。
【００４８】
基本的なズームレンズは、広角端でマイナスの歪曲、望遠端で広角端よりもプラスの歪曲が発生する。歪曲の変倍による変動を抑えるためには、変倍による各レンズ群が単調に移動することが望ましい。たとえば正、負、正、正の４群ズームにおいて、正の第１レンズ群が変倍中固定で、負の第２レンズ群の倍率が等倍を挟んで移動する場合、正の第３レンズ群は広角端と望遠端とでは同じ位置で、広角端と望遠端の中間で最大の移動量となる。この場合、正の第３レンズ群で発生する歪曲は、広角端と望遠端でほぼ同じとなり、レンズ系全体での変倍による歪曲の変動を抑えることはできない。
【００４９】
本実施の形態においては、第２レンズ群１２から第４レンズ群１４の倍率が変倍によって等倍を挟まないように、マイナスの縮小倍率で使えるように配置している。このようにすることで、本実施の形態では、広角端から望遠端の変倍において、第１レンズ群１１は共役距離の長い側から短い側へ単調に移動し、第２レンズ群１２から第４レンズ群１４は、共役距離の短い側から長い側に単調に移動する。以上のような構成により、効果的に広角端から望遠端の変倍による歪曲の変動が小さく抑えられる。
【００５０】
バックフォーカスが変動するズームレンズは、絞りが変倍によって可変しない限りＦナンバーが変動する。Ｆナンバーの変動量はバックフォーカスの変動量と比例する。Ｆナンバーの変動量を小さくするためには、バックフォーカスの変動量を小さくすればよい。
【００５１】
本実施の形態においては、第２レンズ群１２から第４レンズ群１４の倍率の絶対値を小さくしている。ただしこの倍率を小さくとると、レンズ全長が大きくなり、長いバックフォーカスが確保できなくなる。そこで、本実施の形態においては、第２レンズ群１２を共役距離の長い側から見て、負の屈折力のレンズ１２ａ、正の屈折力のレンズ１２ｂで構成することで長いバックフォーカスを確保している。
【００５２】
本実施の形態は、広角端の無限遠時の空気換算のバックフォーカスをｂｆｗ、広角端のズームレンズ１０の焦点距離をｆｗとしたときに、以下の式（１）を満足する。
（１）２．５＜ｂｆｗ／ｆｗ＜４
式（１）は、広角端の焦点距離に対して広角端のバックフォーカスを規定しており、プロジェクターに使用する投写レンズの必要なバックフォーカスを規定している。特に空間変調素子に反射型素子を使用する場合は、色合成プリズムの他に、照明光導入用のプリズムブロックが、投写レンズと空間変調素子との間に配置される。このためプロジェクター用投写レンズには長いバックフォーカスが必要である。式（１）の下限を越えると、投写レンズと空間変調素子の間に必要な空間を得ることができなくなり、プロジェクターを構成できなくなる。上限を越えると、レンズの全長と外径が大きくなり、コンパクト化ができなくなる。
【００５３】
以下、本実施の形態において、光学性能上好ましい構成について説明する。まず、第２レンズ群１２において、共役距離の長い側から見て、最初のレンズが負の屈折力を持ち、共役距離の長い側から第２番目のレンズが正の屈折力を持ち、少なくとも３枚以上のレンズで構成されることである。このように、共役距離の長い側から見て負、正の屈折力を持ったレンズで構成することで長いバックフォーカスを確保できる。なお、図１の例では、第２レンズ群１２は３枚構成であるが、共役距離の長い側から負レンズ、正レンズの順に配置されていれば、４枚以上の構成でもよい。
【００５４】
次に、広角端から望遠端に変倍する際に、第２レンズ群１２と第４レンズ群１４が共役距離の短い側から長い側に光軸上を同一の移動をすることである。絞り１７は、第２レンズ群１２内に配置されているので、第４レンズ群１４が第２レンズ群１２と同一移動することで、広角端から望遠端までの変倍においてテレセントリック性が変化しない。さらに鏡筒構造が簡略化でき、精度確保とコストの低減に有利である。
【００５５】
次に、第１レンズ群１１の焦点距離をｆ１ｇ、第２レンズ群１２の焦点距離をｆ２ｇ、第３レンズ群１３の焦点距離をｆ３ｇ、第４レンズ群１４の焦点距離をｆ４ｇ、広角端の前記ズームレンズの焦点距離をｆｗとすると、以下の式（２）〜（５）を満足することが好ましい。
（２）−０．４５＜ｆｗ／ｆ１ｇ＜−０．３
（３）０．０１＜ｆｗ／ｆ２ｇ＜０．３
（４）０．１８＜ｆｗ／ｆ３ｇ＜０．２９
（５）０．０５＜ｆｗ／ｆ４ｇ＜０．２
式（２）は第１レンズ群１１の焦点距離を広角端の焦点距離の比で規定したもので、下限を越えるとペッツバール和が補正できなくなり、像面湾曲と非点収差が大きくなる。上限を越えるとバックフォーカスが確保できなくなり、バックフォーカスを確保しようとすると、ズームレンズ全体の光学全長が大きくなり、第１レンズ群の外径が大きくなる。
【００５６】
式（３）は、第２レンズ群１２の焦点距離を広角端の焦点距離の比で規定したもので、下限を越えるとコマ収差が大きくなり、上限を越えるとバックフォーカスが確保できなくなる。
【００５７】
式（４）は、第３レンズ群１３の焦点距離を広角端の焦点距離の比で規定したもので、下限を越えると絞り位置が共役距離の短い側に移動し、第１レンズ群１１の外径が大きくなる。上限を越えると球面収差が補正できなくなる。
【００５８】
式（５）は、第４レンズ群１４の焦点距離を広角端の焦点距離の比で規定したもので、下限を越えるとバックフォーカスが確保できなくなる。上限を越えると歪曲と倍率色収差が補正できなくなる。
【００５９】
次に、共役距離の長い側から見て、先頭の負レンズ１１ａの焦点距離をｆ１、アッベ数をａｂｅ１、ｄ線の屈折率をｎｄ１１とし、広角端時の第２レンズ群１２から第４レンズ群１４の合成焦点距離をｆｒｅａｒとすると、以下の式（６）、（７）を満足することが好ましい。
（６）−０．０１８＜（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆｒｅａｒ）＜０．０
（７）１．７０＜ｎｄ１１＜１．７９
第２レンズ群１２から第４レンズ群１４は色収差を補正すると、青色の倍率色収差は補正過剰となる。この青色の倍率色収差の補正過剰を打ち消すのが、共役距離の長い側から見て先頭の負レンズ１１ａである。
【００６０】
式（６）は、共役距離の長い側から見て、先頭の負レンズの青色の倍率の色収差発生量と、第２レンズ群から第４レンズ群の青色の倍率の色収差の補正過剰量の関係を表している。下限を越えると、青色の倍率の色収差の補正不足と赤色の倍率色収差の補正不足となる。上限を越えると、青色の倍率色収差が補正過剰で大きくなる。
【００６１】
共役距離の長い側から見て先頭の負レンズ１１ａは、屈折率が高く、アッベ数が小さい方が好ましい。ただし前記のようなガラス硝材は内部透過率が悪くなる特性がある。式（７）は、先頭の負レンズ１１ａの屈折率の規定で、下限を越えると、青色の倍率の色収差の補正過剰を小さくできず、上限を越えると、内部透過率が低くなって、色のバランスが悪くなる。
【００６２】
次に、共役距離の短い側から見て４枚のレンズ（１４ａ〜１４ｄ）の構成が、共役距離の長い側から順に、共役距離の長い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１４ａ、正レンズ１４ｂ、共役距離の短い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１４ｃ、正レンズ１４ｄで構成され、共役距離の長い側の負メニスカスレンズ１４ａのｄ線の屈折率をｎｄ４、アッベ数をνｄ４、共役距離の短い側から、４枚のレンズの焦点距離をｆ４ｒ、広角端時のプリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスをｂｆｗとすると、以下の式（８）〜（１０）を満足することが好ましい。
（８）ｎｄ４＞１．７５
（９）νｄ４＞３５
（１０）１＜ｆ４ｒ／ｂｆｗ＜４
２つの負メニスカスレンズの凸面を互いに違う方向に向けることにより、倍率の色収差と歪曲収差の低減に有利に作用する。歪曲収差の補正は、共役距離の長い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１４ａが有効に作用し、倍率の色収差は、共役距離の短い側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１４ｃが有効に作用する。
【００６３】
式（８）は、共役距離の長い側の負メニスカスレンズのｄ線の屈折率を表しており、下限を越えると像面湾曲が大きくなる。式（９）は共役距離の長い側の負メニスカスレンズのアッベ数を表し、下限を越えると倍率の色収差が大きくなる。また、式（９）において、νｄ４＞４０を満足すればより好ましい。
【００６４】
式（１０）は、共役距離の短い側から４枚のレンズの焦点距離が、広角端時のプリズムやカバーガラスを含まない空気換算のバックフォーカスより大きいことを表し、Ｆナンバー光線が、共役距離の短い側から４枚のレンズに入射するときに、共役距離の短い側に向かって収束状態で使用することを示しており、下限を越えると共役距離の長い側のレンズの外径が大きくなり、歪曲収差、倍率の色収差が大きくなる。上限を越えると、レンズ全長が大きくなり、バックフォーカスが確保できなくなる。
【００６５】
次に、第３レンズ群１３と第４レンズ群１４を構成する正の屈折力を持ったレンズはすべて、アッベ数８０以上で構成されることが好ましい。第３レンズ群１３と第４レンズ群１４は正の屈折力を持ち、テレセントリック性を確保するために主光線は大きく曲げられ、色収差が大きく発生する。特に倍率の色収差が大きくなる。第３レンズ群１３と第４レンズ群１４を構成する正の屈折力を持ったレンズがすべてアッベ数８０であれば、倍率の色収差を小さくできる。
【００６６】
なお、前記式（６）〜（７）を満足する構成、式（８）〜（１０）を満足する構成は、それぞれ前記式（１）を満足する構成に適用することを前提に説明したが、前記式（１）を満足する構成でない構成に適用しても、前記のようなこれらの各式を満足することによる効果は得られる。
【００６７】
（実施例１）
以下、実施の形態１に係る実施例１について説明する。実施例１のレンズ構成は、図１、２の構成と同じであり、広角端のＦＮＯ＝２．５、焦点距離ｆ＝２７．８４、半画角＝３０．９°の設計例である。実施例１の前記式（１）〜（１０）の各値は下記の通りである。
式（１）ｂｆｗ／ｆｗ＝２．７８
式（２）ｆｗ／ｆ１ｇ＝−０．３９
式（３）ｆｗ／ｆ２ｇ＝０．２７７
式（４）ｆｗ／ｆ３ｇ＝０．２２８
式（５）ｆｗ／ｆ４ｇ＝０．０９
式（６）（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆｒｅａｒ）＝−０．０１１
式（７）ｎｄ１１＝１．７８４
式（８）ｎｄ４＝１．８３４
式（９）νｄ４＝３７．３
式（１０）ｆ４ｒ／ｂｆｗ＝３．９４
次に具体的な数値を表１に示し、ズームデータを表２に示す。表１中、ｒｉ（ｍｍ）はレンズ各面の曲率半径、ｄｉ（ｍｍ）はレンズ厚又はレンズ間間隔、ｎｉは各レンズのｄ線での屈折率、νｉは各レンズのｄ線でのアッベ数である。このことは、以下の表３、５についても同様である。表１の例では、ｒ１〜ｒ１２が第１レンズ群、ｒ１３〜ｒ１９が第２レンズ群、ｒ２０〜ｒ２７が第３レンズ群、ｒ２８〜ｒ３５が第４レンズ群であり、ｒ１５は絞りである。
【００６８】
【表１】
2004138678.tif 000003
【００６９】
【表２】
2004138678.tif 000004
【００７０】
図３の各図はそれぞれ、実施例１の広角端の球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示しており、このことは以下の図７、１１についても同様である。図４の各図はそれぞれ、実施例１の望遠端の球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示しており、このことは以下の図８、１２についても同様である。図３、４から分るように、実施例１に係るズームレンズは良好な収差性能を示している。
【００７１】
（実施例２）
図５は、実施例２に係るズームレンズの広角端の構成図である。図６は、図５に示したズームレンズの望遠端の構成図である。図５に示したズームレンズ２０は、共役距離の長い側から見て、負屈折力の第１レンズ群２１（レンズ２１ａ〜２１ｆ）、正屈折力の第２レンズ群２２（レンズ２２ａ〜２２ｃ）、正屈折力の第３レンズ群２３（レンズ２３ａ〜２３ｃ）、正屈折力の第４レンズ群１４（レンズ２４ａ〜２４ｄ）の４群構成となっている。
【００７２】
また、広角端（図５）から望遠端（図６）の変倍に際して、第１レンズ群２１は共役距離の短い側に移動し、第２レンズ群２２は共役距離の長い側に移動し、第３レンズ群２３は共役距離の長い側に移動し、第４レンズ群２４は共役距離の長い側に移動する。
【００７３】
本実施例２は、広角端のＦＮＯ＝２．３、焦点距離ｆ＝２１．３２、半画角＝３０．９°の設計例である。実施例２の前記式（１）〜（１０）の各値は下記の通りである。
式（１）ｂｆｗ／ｆｗ＝３．６６
式（２）ｆｗ／ｆ１ｇ＝−０．３７
式（３）ｆｗ／ｆ２ｇ＝０．０１
式（４）ｆｗ／ｆ３ｇ＝０．２２２
式（５）ｆｗ／ｆ４ｇ＝０．１７５
式（６）（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆｒｅａｒ）＝−０．００９
式（７）ｎｄ１１＝１．７８４
式（８）ｎｄ４＝１．８３４
式（９）νｄ４＝３７．３
式（１０）ｆ４ｒ／ｂｆｗ＝１．５６
次に具体的な数値を表３に示し、ズームデータを表４に示す。表３の例では、ｒ１〜ｒ１２が第１レンズ群、ｒ１３〜ｒ１９が第２レンズ群、ｒ２０〜ｒ２５が第３レンズ群、ｒ２６〜ｒ３３が第４レンズ群であり、ｒ１７は絞りである。
【００７４】
【表３】
2004138678.tif 000005
【００７５】
【表４】
2004138678.tif 000006
【００７６】
図７、８の各図はそれぞれ、実施例２の広角端の収差図、望遠端の収差図を示しており、実施例２に係るズームレンズは良好な収差性能を示していることが分かる。
【００７７】
（実施例３）
図９は、実施例３に係るズームレンズの広角端の構成図である。図１０は、図９に示したズームレンズの望遠端の構成図である。図９に示したズームレンズ２０は、共役距離の長い側から見て、負屈折力の第１レンズ群３１（レンズ３１ａ〜３１ｆ）、正屈折力の第２レンズ群３２（レンズ３２ａ〜３２ｃ）、正屈折力の第３レンズ群３３（レンズ３３ａ〜３３ｃ）、正屈折力の第４レンズ群３４（レンズ３４ａ〜３４ｄ）の４群構成となっている。
【００７８】
また、広角端（図９）から望遠端（図１０）の変倍に際して、第１レンズ群３１は共役距離の短い側に移動し、第２レンズ群３２は共役距離の長い側に移動し、第３レンズ群３３は共役距離の長い側に移動し、第４レンズ群３４は共役距離の長い側に移動する。
【００７９】
本実施例３は、広角端のＦＮＯ＝２．４、焦点距離ｆ＝２８．９３、半画角＝３０．９°の設計例である。実施例３の前記式（１）〜（１０）の各値は下記の通りである。
式（１）ｂｆｗ／ｆｗ＝２．７９
式（２）ｆｗ／ｆ１ｇ＝−０．３８
式（３）ｆｗ／ｆ２ｇ＝０．２９
式（４）ｆｗ／ｆ３ｇ＝０．２４５
式（５）ｆｗ／ｆ４ｇ＝０．０９６
式（６）（１／ｆ１／ａｂｅ１）／（１／ｆｒｅａｒ）＝−０．０１２
式（７）ｎｄ１１＝１．７８４
式（８）ｎｄ４＝１．８３４
式（９）νｄ４＝３７．３
式（１０）ｆ４ｒ／ｂｆｗ＝３．７５
次に具体的な数値を表５に示し、ズームデータを表６に示す。表５の例では、ｒ１〜ｒ１２が第１レンズ群、ｒ１３〜ｒ１９が第２レンズ群、ｒ２０〜ｒ２７が第３レンズ群、ｒ２８〜ｒ３５が第４レンズ群であり、ｒ１５は絞りである。
【００８０】
【表５】
2004138678.tif 000007
【００８１】
【表６】
2004138678.tif 000008
【００８２】
図１１、１２の各図はそれぞれ、実施例３の広角端の収差図、望遠端の収差図を示しており、実施例３に係るズームレンズは良好な収差性能を示していることが分かる。
【００８３】
（実施の形態２）
図１３は、本発明の実施の形態２に係る映像拡大投写システム４０の構成図である。映像拡大投写システム４０は、実施の形態１のズームレンズで構成された投写レンズ４１、光学像を形成する空間光変調素子４２、光源４３を備えている。４４は、投写された映像のフォーカス面である。光源４３により照明される空間光変調素子４２に形成された光学像は、投写レンズ４１によってフォーカス面４４に拡大投写される。本実施の形態に係る映像拡大投写システム４０は、投写レンズ４１に前記実施の形態１のズームレンズを用いているので、歪みや色のにじみのすくない画面を得ることができる。
【００８４】
（実施の形態３）
図１４は、本発明の実施の形態３に係るビデオプロジェクター５０の構成図である。ビデオプロジェクター５０は、実施の形態１のズームレンズで構成された投写レンズ５１、光学像を形成する空間光変調素子５２、回転手段５３、光源５４を備えている。
【００８５】
空間光変調素子５２には、各々青、緑、赤の３種の光学像が時間的に分割されて形成される。回転手段５３は、青、緑、赤に対応したフィルターを回転させることで光学像を青、緑、赤の３色に時間的に制限する。
【００８６】
光源５４からの光は、回転手段５３によって青、緑、赤の３色に時間的に分解され、空間光変調素子５２を照明する。空間光変調素子５２には青、緑、赤の３種の光学像が時間的に分割されて形成され、投写レンズ５１によって拡大投写される。
【００８７】
投写レンズ５１に前記実施の形態１のズームレンズを用いているので、明るくて歪みや色のにじみの少ない映像が得られるビデオプロジェクターがコンパクトに実現できる。
【００８８】
（実施の形態４）
図１５は、本発明の実施の形態４に係るリアプロジェクター６０の構成図である。リアプロジェクター６０は、実施の形態３のビデオプロジェクター６１、光を折り曲げるミラー６２、透過型スクリーン６３、筐体６４を備えている。
【００８９】
ビデオプロジェクター６１から投写される映像はミラー６２によって反射され、透過型スクリーン６３に結像される。本実施の形態によれば、ビデオプロジェクター６１に実施の形態３のビデオプロジェクターを用いているので、高精細なリアプロジェクターがコンパクトに実現できる。
【００９０】
（実施の形態５）
図１６は、本発明の実施の形態５に係るマルチビジョンシステム７０の構成図である。本図に示したマルチビジョンシステム７０は、実施の形態３のビデオプロジェクター７１、透過型スクリーン７２、筐体７３、映像を分割する映像分割回路７４を備えている。
【００９１】
映像信号は映像分割回路７４によって加工分割されて複数台のビデオプロジェクター７１に送られる。ビデオプロジェクター７１から投写される映像は透過型スクリーン７２に結像される。本実施の形態によれば、ビデオプロジェクター７１に、実施の形態３のビデオプロジェクタを用いているので、映像のつなぎ目がなだらかにつながれ違和感のないマルチビジョンシステムがコンパクトに実現できる。
【００９２】
なお、実施の形態２〜５では、実施の形態１のズームレンズを映像拡大投写システム等に用いた例で説明したが、画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面上に形成するビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に用いてもよい。
【００９３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、長いバックフォーカスを有しながら、コンパクトなズームレンズを提供することができ。また、本発明に係るズームレンズを用いることにより、明るく高精細な映像拡大投写システム、ビデオプロジェクター、リアプロジェクター、及びマルチビジョンシステムをコンパクトに実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るズームレンズの広角端の構成図
【図２】本発明の実施の形態１に係るズームレンズの望遠端の構成図
【図３】本発明の実施例１に係る広角端の収差図
【図４】本発明の実施例１に係る望遠端の収差図
【図５】本発明の実施例２に係るズームレンズの広角端の構成図
【図６】本発明の実施例２に係るズームレンズの望遠端の構成図
【図７】本発明の実施例２に係る広角端の収差図
【図８】本発明の実施例２に係る望遠端の収差図
【図９】本発明の実施例３に係るズームレンズの広角端の構成図
【図１０】本発明の実施例３に係るズームレンズの望遠端の構成図
【図１１】本発明の実施例３に係る広角端の収差図
【図１２】本発明の実施例３に係る望遠端の収差図
【図１３】本発明の実施の形態２に係る映像拡大投写システムの構成図
【図１４】本発明の実施の形態３に係るビデオプロジェクターの構成図
【図１５】本発明の実施の形態４に係るリアプロジェクターの構成図
【図１６】本発明の実施の形態５に係るマルチビジョンシステムの構成図
【符号の説明】
１０，２０，３０　ズームレンズ
１１，２１，３１　第１レンズ群
１２，２２，３２　第２レンズ群
１３，２３，３３　第３レンズ群
１４，２４，３４　第４レンズ群
１５　ガラスブロック
１６　像面
１７　絞り
４１，５１　投写レンズ
４２，５２　空間光変調素子
４３，５４　光源
４４　投写された映像のフォーカス面
５３　回転手段
６１　ビデオプロジェクター
６２　ミラー
６３　透過型スクリーン
６４，７３　筐体
７４　映像分割回路
【図１】
2004138678.tif 000009
【図２】
2004138678.tif 000010
【図３】
2004138678.tif 000011
【図４】
2004138678.tif 000012
【図５】
2004138678.tif 000013
【図６】
2004138678.tif 000014
【図７】
2004138678.tif 000015
【図８】
2004138678.tif 000016
【図９】
2004138678.tif 000017
【図１０】
2004138678.tif 000018
【図１１】
2004138678.tif 000019
【図１２】
2004138678.tif 000020
【図１３】
2004138678.tif 000021
【図１４】
2004138678.tif 000022
【図１５】
2004138678.tif 000023
【図１６】
2004138678.tif 000024