カムコーダ用高変倍ズームレンズの開発
Development of a High Zoom Ratio Lens for Camcorder

山口

晃

一＊

Ymaguchi, Koichi

要旨
近年、コンパクトで手軽に持ち運びできる製品がユーザーに好まれており、カムコーダ用カメラもまたコンパクトタイプが強く求められている。

野辺

晋

亮＊

Nobe, Shinsuke

１ はじめに近年、国内のカムコーダ用カメラは1 0 〜1 6 倍程度のズーム比が主流で、デジタルスチルカメラと同様に高画本ズームレンズユニットでは、イメージサイズの最適素化が進んでいるが、その一方で海外に目を向けると、化、及び異常分散レンズやプラスチックレンズを効果的高変倍ズームに対する要望も多く、ズーム比が20倍以上に用いることで25倍の高変倍でありながら低コスト、コのカムコーダも少なくない。本設計K213は市場の要求にンパクト化を達成している。

応え、かつ市場での最高倍率を目指しズーム比25倍の採本稿では低コスト、高変倍、コンパクトを達成したカムコーダ用ズームレンズK213について光学設計を中心に報告する。

用を決定した。
本稿では高変倍でありながら、低コスト、コンパクトを達成しているK213のレンズ設計を中心に報告する。

Abstract
Since users have been preferred smaller sized and easy
carrying camcorders, a demand for downsizing the zoomlens of camcorder camera has been growing.

２ 光学設計２．１

レンズ構成

本設計K213では25倍ものズーム比を得るために、最もWe developed the zoom lens unit K213 attaining high

物体側に正レンズ群を配置した正群先行タイプ採用し設

zoom ratio with compactness and low-cost, by optimizing

計を行っている。この正群先行タイプは負群先行タイプ

the image size and by effectively applying anomalous dis-と異なり広角側と望遠側のＦ値の変化が小さくズーム全persion lenses and aspherical plastic lenses.

域にわたって十分な光量を確保しやすいという特長をIn this paper, we report with focusing on optical designin the process of achieving the compact low-cost zoom
lens with high zoom ratio.

持っている。
又、本設計では第１レンズ群を固定とし、機構上は箱型鏡胴を採用している。これは部品点数を少なくでき、組み立てやすく量産性も高い。
Fig.１に本設計K213の断面図を示す。

＊コニカミノルタオプト㈱ オプティカルユニット事業部
OM 事業ユニット 開発グループ

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■絞り（Iris）
絞りは第２レンズ群と第３レンズ群の間にズーミング
時に固定で配置されており、撮像素子に入射する光量を調整している。Fig.２の図で示すように、絞りの一部にNDフィルタを配置することで、高輝度撮影時であっても回折による解像度劣化が著しくなるレベルまで絞り込むことなく光量調整することを可能にしている。

Fig.1 Cross section view of the zoom lensFig.2 Open aperture & Small aperture■第１レンズ群
第１レンズ群はズーミング時に固定であり、前方より■IRカットフィルタ、LPF（ローパスフィルタ）負レンズ、正レンズ、正レンズの３枚で構成している。

一般的に撮影系のレンズは可視領域外の波長の収差補負レンズには高分散の硝材、正レンズには低分散の硝材正を行っていない。特に赤外線等の長波長側は解像性能が相応しく、望遠側での色収差を補正するために硝材のに悪影響を及ぼすため、IRカットフィルタを用いこの領選択は重要である。

域の波長をカットすることで性能劣化を防いでいる。なお、可視領域より短波長側をカットするためにUVコート■第２レンズ群を施す場合もある。

第２レンズ群はズーミング時に移動することで変倍に一方で撮影系のレンズは細かいものを表す高周波成分寄与し、最も屈折力を必要とするレンズ群である。前方まで収差補正を行っているが、撮像素子のピッチ幅とそより負レンズ、負レンズ、正レンズの３枚で構成していの高周波成分との間で干渉が生じるとモアレのような解る。第４レンズは高屈折率の硝材を使用することでレン像劣化が生じる。そのために適切な厚みのLPFを配置するズの偏肉比を小さくし加工しやすい形状となっている。

ことでモアレを防ぐことが出来る。

第５、６レンズには非球面レンズを使用し、主に広角側
Fig.１において、網掛け部分で示した非球面レンズにはのコマ収差や望遠側の球面収差の収差補正を行っている。

プラスチックレンズを使用しており、コストを安価に、また可動時のモータへの負担を小さくすることに寄与し■第３レンズ群ている。一般的にプラスチックレンズはガラスレンズと第３レンズ群はズーミング時に固定であり正レンズ１比べると温度・湿度などの環境変化による屈折率変化が枚で構成している。屈折力はさほど大きくないがレンズ大きいが、本設計では第２レンズ群、第４レンズ群にその表面粗さ、いわゆる面精度が性能に大きな影響を与えれぞれ正レンズと負レンズにプラスチックレンズを用いるためレンズ加工には注意が必要である。

合成パワーを小さくすることで環境の変化による影響を小さくし、環境変化にも十分な性能を有した設計となっ■第４レンズ群ている。

第４レンズ群はズーミング時に可動であり、ズーミングによってずれたピント面を調整する働き（コンペン２．２

セート）や、物体位置の変化によるピントズレの調整（フォーカシング）を行っている。前方より正レンズ、高変倍ズームレンズの設計

高変倍ズームレンズの設計においては、特に以下のようなことに注意しながら進める必要がある。

負レンズ、正レンズの３枚で構成している。第８、９レンズに非球面レンズを採用することで、主に球面収差の●色収差による望遠側の性能劣化収差補正を行っている。

●

ユニットの大型化

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２．２．１

色収差の補正高変倍のズームレンズの望遠側では大きな軸上色収差が発生する。Fig.３に通常のレンズ構成によるスポット形状を示す。スポット形状は上段左から画面中心、３割像高、５割像高、下段が７割像高、９割像高、そして10割像高を示している。

Fig.5 Spot diagrams (L2: AD glass)

２．２．２

大型化の抑制本設計が搭載されるカメラでは、撮像素子の中心付近の情報を使用し残りのエリアは手ブレ等の補正のエリアとなっている。手ブレによる画像への影響はFig.６の太線矢印で示すように望遠側で大きく広角端では小さい。そFig.3 Spot diagrams

こで本設計ではこの補正のエリアに注目し、広角側の有効像円の見直しを行った。こうすることで前玉の小径化

Fig.３のスポット形状において、短波長側での広がりがが図れ、前玉に使用している異常分散レンズのコスト見られる。これは解像劣化につながると共に画像上ではアップを緩和することも出来る。又、前玉径は望遠側の青にじみとして表れ、見た目にも良くない。

入射瞳径を決めており、これを小径化することで望遠側これを補正させるには、第１レンズ群のレンズ枚数をのＦナンバーが大きくなり、収差補正しやすくなると共増やし各レンズの負担を減らすことで収差を軽減させるに、焦点深度が深くなることで諸感度の高い望遠端でのか、もしくは第１レンズ群に特殊な硝材を用いる方法な性能劣化を抑えることも出来る。

どがある。前者ではレンズ枚数が増えることでユニットの大型化を招くため、本設計ではFig.４に示すように、第２レンズのガラスに異常分散ガラス（Anomalous dispersion glass）を採用した。
異常分散ガラスとはフッ素を多量に含んでいる弗硅ガラスのことで、通常の硝材とは異なる色分散性を持っており、望遠側で発生する色収差を軽減させることが出来る。
Fig.５に異常分散ガラスを使用したスポット形状を示す。

Fig.6 CCD image area

また、一方で第２レンズ群の移動量を抑えることが大型化の抑制となる。そこで本設計では第２レンズ群の第4レンズに高屈折率ガラスを使用することで第２レンズ群に屈折力を持たせ移動量を抑えている。また構造上、第２レンズ群中のプラスチックレンズのフランジ形状を見直し、望遠端においての第２レンズ群と絞りの間隔を可
Fig.4 L2：Anomalous dispersion glass

能な限り小さくすることでレンズユニット全体を大型化することなく第２レンズ群の移動量を確保している。

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２．３

レンズ仕様

Fig.７に本ズームレンズK213の仕様を示す。また結像

３ まとめ性能としてFig.８にMTF図を示す。図中の空間周波数90本設計では25倍という高変倍ズームレンズを、有効像［lp/a］は約330TV本に相当し、カムコーダ用ズームレ

円の見直し、異常分散ガラスを使用、プラスチックレンンズとして周辺に至るまで十分性能が保たれていること

ズ形状、及びガラス硝材の見直しをすることで安価であが分かる。

りながらコンパクトな設計をすることが出来た。今後、更なる高変倍ズームレンズや高画素高変倍ズームレンズの開発にこの経験を活かしたい。
●参考文献
智一、森２） 沼口貴幸、佐藤裕志

Konica Tech.Rep., 14,（2001）

３） 石母田勲、野辺晋亮

Konica Tech.Rep., 15,（2002）

Fig.7 Zoom lens specification

Fig.8 MTF vs. Field

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KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）

伸芳

Konica Tech.Rep., 13,（2000）

１） 山田