薄型カメラ Dimage X 用折り曲げ光学系
Using a Right Angle Optical Path for the Dimage X Super-Thin Digital Still Cameras

萩森仁＊

Hagimori, Hitoshi

要旨

柳生

玄太＊

Yagyu, Genta

り曲げることにより従来の沈胴方式では達成不可能な薄薄型カメラであるDimage Xでは、カメラ厚み20mmを達成するために、プリズムを用いて光学系を垂直方向へさのズームユニットを実現できた。ここでは本屈曲ユニットの光学系を紹介する。

折り曲げることによってレンズユニットの薄型化を行っ

Table 1 Optical and Camera specificationsている。第１レンズ群がプラスの屈折力を持つプラスリードタイプの光学系を採用することで仕様面でバランスの取れたレンズ設計となっている。本レンズユニットの量産化に向けてプリズムの高精度取り付け、接合調心、片ボケ調心といった生産技術の開発も実現した。

Abstract
The super-thin digital still cameras of the Dimage X
series remain 20mm front-to-back even when zooming in２

撮影光学系概要説明

tight. This is because their exceptionally thin lens unit is

本光学系（Fig.２）は８群９枚構成から成っており、第capped with a prism that gives the optical path a right angle

１成分中にプリズムを配置し光線を90度曲げながら、２

and the lens unit an unconventional vertical orientation.

群・４群・５群を移動させてズーミング、５群を移動さ

The unit employs a positive power lead configuration with

せてフォーカシングを行う「正負正正正」の５成分構成

well-balanced specifications, and precision assembly of
the prism and lens unit coupled with precision adjustmentof the axes of the cemented lenses and of the partial
defocusing make mass-production possible.

１

はじめに近年のデジタルカメラの隆盛には目を見張るものがある。その中で2002年２月、普及価格帯向けの超薄型光学３倍デジタルカメラ「Dimage X」（Fig.１、Table１）をFig.2 Lens structure of Dimage X発売した。レンズ前方部に配置したプリズムで光路を折（Table ２）を採用している。プリズムの前に負のメニスカスレンズを配置し、このことは軸外光線の角度を緩くすることでプリズムの径を小さくするという効果を生ん
Table 2 Construction of Dimage X

Fig.1 Dimage X＊コニカミノルタカメラ㈱デジタルフォト事業部 レンズ開発部

レンズ開発 1 課

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でいる。プリズムを用いるとコストアップ要因になるが本光学系では２枚のプラスチック非球面レンズを用いることでコストアップを最小限に抑えている。

４

屈曲光学系の収差特性解析

本光学系は、通常のコンパクト系デジカメとは違うプラスリードの採用と、１群の中がプリズムをはさんだ負３レンズと正レンズの２枚構成という２つの特徴を持つ。

屈曲光学系開発の経緯

ここでは通常、設計性能上クリティカルになりやすいテ

最終的には上記光学タイプに行き着いたが、そこに行レ端の球面収差係数、ワイド端の歪曲収差係数に着目し、１群周辺での収差除去の考え方を説明する。

き着くまでの検討内容を紹介する。

Fig.３とFig.４で各群の収差除去の様子を示す。ここか【沈胴タイプ】
通常のデジカメ用３倍ズーム付きのカメラは、電源オら各群の収差除去の役割が球面収差と歪曲収差で異なっフ時にその鏡胴全長が短くなるように各レンズが移動すていることがわかる。球面収差係数は第４群を除いた全ることで、カメラの厚みを減らしている。この構成をとての群の収差係数の符号が同じである。これは各群の中る鏡胴は俗に沈胴タイプと呼ばれており、最もオーソで発生する球面収差を最小化することでトータル収差発ドックスなタイプは「負正正」と呼ばれる３成分で、各生量を抑えていることを示す。また歪曲収差係数を見る成分を移動させてズームし、第３成分でフォーカシンと、第１群と第２群で大きな逆符号の収差係数を持ちそグ、非球面を３枚程度使うというものである。我々は当れらが打ち消しあうことでトータルの収差発生を抑えて初このノーマルの沈胴タイプで検討を進めていたが、レいる。

ンズ枚数６〜８枚程度が必須の本レンズタイプでは沈胴時のレンズ厚みを劇的に薄くできず、競合他社デジカメとの差別化が難しいという結論に達した。
【折り曲げタイプ−負リード】
この時点で発想を転換しプリズムを用いた屈曲系の可能性を探り始めた。
手始めとして「負正正」ズームを骨格とし、プリズムを前方に配置するタイプの検討を行った。このタイプは光学３倍ズームの主流タイプからの発展系であり、ズー
ム全長が短い、前玉径が小さいなどのメリットを持つ。
しかしながらテレ端のＦ値を明るくできないという欠点があり、Ｆ値をできる限り明るくしたいという仕様面からの要求を満足できなかった。
【折り曲げタイプ−正リード】
次に第１レンズ群にプラスのパワーを持たせるタイプにトライした。結果、全長はやや不利になるものの絞り径を小さくでき結果的に明るいＦ値を確保できた。最終的には固定の第３群を加えることでマイナスリードに比べ設計結像性能も向上させることができている。
これらのまとめをTable ３に示す。正リードの折り曲げ方式は、非常に薄いという特徴に秀でながら、全長、Ｆ値、性能、コスト等のトータルバランスの取れたタイプであることがわかる。
Table 3 Comparison of each lens type

※カメラとしての厚み比較

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次に１群の中の収差係数を見る。（Fig.５，Fig.６）球面収差係数はG１の発生分よりG３が大きく、結果１群ではプラスの収差係数が残存している。Fig.３を見ると、本６プリズムの誤差と片ボケ調芯に関するシミュレーション

来１群の球面収差係数はマイナスの値が望ましい。にも５．の生産技術課題からわかるように本光学系では特に関わらずプラスで残存しているのは、歪曲収差係数の除プリズム周りの誤差要因の除去と最後に行われる片ボケ去との兼ね合いにある。歪曲収差は第２群のプラス分が調芯技術の確立が性能確保のための至上命題であった。

大きく（Fig.５）、１群内のマイナスで打ち消す必要があ

ここではプリズムの誤差と片ボケ調芯という切り口でる。そのためにはG３の寄与（パワー）を大きくせざるをMTFベースのシミュレーションを紹介する。

得ず、これは球面収差上はプラスの収差係数が残存する【プリズムの誤差】ことになる。以上より本光学系では、G１とG３の各曲率へ適切なパワーを与えることで最終トータルで良好な光学性能を確保してできていることがわかる。

５

生産技術課題本光学系の最も大きな付加価値は鏡胴ユニットの薄さを含めたトータルのコンパクトネスである。従って製造に許される誤差は非常に厳しくなっている。かつデジタ
ルカメラの撮影光学系としては初めてプリズムを採用し、プリズム周りの誤差要因が増加した。これら製造誤差をいかに抑えるか、が量産化への大きな課題となった。本光学系で技術課題となった主な項目について簡単に説明を行う。
【プリズムの高精度取り付け】
プリズム組み立て時に平行偏芯・傾き偏芯のエラーが発生すると非常に大きな片ボケが発生し画像性能を著しく劣化させる。量産化に向けて、これら誤差を高精度で測定する技術に加えて、高精度を保ったまま位置決めを行い保持する組み立て技術を開発した。
【接合調芯】
本光学系ではレンズ全長の短縮のため第４成分が接合レンズで構成されており、その片方が非球面であることから接合調芯を行っている。これはミノルタ独自開発のAXCM調芯技術に接合技術を組み合わせたもので、G７とG８（非球面）の超高精度な軸合わせを可能にすることで良好な結像状態を確保することができた。
【片ボケ調芯】※横軸はデフォーカス、縦軸は MTF をあらわす。
Fig.7 MTF at prism 10' tilting

調芯などで各成分中で発生する誤差を極限まで低減させたとしても、それらブロックを鏡胴状態に組み上げたプリズム周辺の誤差要因は単体誤差から組み立て誤差時点で許容できないレベルの片ボケが残存する。本光学まで多々あるがここではプリズムの組み立て誤差が傾き系ではこの残存片ボケを除去するように第３成分のG６を偏芯量10 発生した場合を考える。この誤差が発生すると移動させ、その後保持することでワイドからテレにかけＷ/Ｔにおいて片ボケが Fig.７のように発生する。これをて均質な画質を実現できている。また本鏡胴ではCCDを見てもわかるようにプリズムの傾きによるMTFのピーク

鏡胴に取り付けた状態でCCDの画像を使いながら片ボケの劣化はほとんど起らない。しかしながらプリズムの傾調芯を行っている。このことで従来CCDあおりで片ボケきは特にテレ端の片ボケ感度が高く、大きな片ボケを発調芯を行うときに比べてCCD回りのメカ構成をコンパク生させている。もし片ボケ調芯をせずにこの状態が最終トに構成でき鏡胴の小型化に一役かっている。

とすればワイドの性能は何とか確保できるが、テレ端の性能がとても許容できないことがわかる。

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【片ボケ調芯の効果】

この状態はミドル域では当然片ボケがゼロに納まって前記の如くプリズムの誤差で発生した片ボケを片ボケいるのだが、テレ、ワイドである量、逆方向の片ボケが調芯で除去しにいったときの効果をシミュレートする。

残存し、またワイドのピーク落ちが予測された。これら

本機種はミドルの焦点距離で片ボケ調芯を行っている。

シミュレーション結果からプリズム組み立てのためには

理由はテレ・ミドル・ワイドの片ボケ感度比が、片ボケ誤差10 というオーダーは許容できず、その半分以下を目調芯で移動させるレンズ（G６）と最も大きな誤差要因の標として技術消化を進め、最終的にはその目標を達成す一つであるプリズムとで、違いがあるためである。具体ることができた。

的には前記感度比はプリズム周辺で大きく、G６では小さい。従って片ボケ調芯後の性能を確保するためには、・片ボケ調芯を行う焦点距離・発生誤差を極力小さくする７カメラの仕様に与えるメリット

光学系を屈曲系にすることはカメラの薄型化が大きなことがポイントとなる。もし片ボケ調芯をテレ端で行う目的であったが、カメラの仕様面において薄型化以外のとワイドの残存片ボケが大きくなる。そのため上記感度様様なメリットを打ち出すことができた。

比を考慮しながら調芯後の残存片ボケをテレ・ワイドで■カメラ厚みの超薄型化

バランスできる焦点距離にて片ボケ調芯をおこなうこと■鏡胴形状がスクエア型になることで電装系のスペーが重要である。

ス効率がアップ

またプリズム回りなどに発生する誤差が大きくなる■沈胴から使用ズーム域へのレンズの移動がないため、と、ミドル域で片ボケ調芯した後のワイド・テレの残存片ボケが大きいものになる。その様子が Fig.８である。

カメラ起動時間を短縮。
■使用時にレンズが飛び出さないという使用感・使用勝手の向上。

Fig.9 Inside view

Dimage Xのカメラとしての完成度が十分に高いのは、その薄さもさることながらこれら副産物がもたらす使用勝手の良さによるところも大きい。

８

おわりに

今回デジタルカメラ用ズームとしては初めて折り曲げ光学系を製品化し、デジカメの新しいスタイルを切り開くことができた。デジカメが日常的な生活ツールとなりその携帯性が望まれる時代になればなるほど、この薄さのベネフィットが高まってくることが予想される。今後も時代の最先端技術を盛り込み、かつユーザーの本当に望むデジタルカメラの商品開発に取り組んで行きたいと
Fig.8 MTF after adjust kataboke at prism 10' tilt

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考えている。

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