LS カメラ用高変倍ズームレンズの開発
The Development of a High Magnification Ratio Zoom Lens Unit for Compact Cameras

松井拓未＊

Matsui, Takumi

山本岳＊＊

Yamamoto, Gaku

Today, compact camera zoom lenses demand high magnification ratios, exceptional compactness, andsubstantial cost reduction. To satisfy these stringent requirements, we developed a high magnification ratio
zoom lens incorporating plastic lenses and a new three-step retractable cone. Reported here are the developments that resulted in this achievement.

２ 光学設計
２．１

４倍ズームレンズのレンズ構成

変倍比が４倍クラスの LS カメラ用ズームレンズには、正の焦点距離の第１群、 正の焦点距離の第２群、および負の焦点距離の第３群からなる、テレフォトタイプの３群ズーム方式がよく用いられている。 当社では、従来から高性能化を達成するためプラスチックレンズを用いた３群ズームレンズを製品化してきている。例えば f38 〜150mm クラスのズームレンズ２）（以下、従来タイプ）ではガラスレンズ８枚、 ガラスモールドレンズ１枚、プラスチックレンズ１枚（G8P1GM1）により構成されており、構成枚数の中でプラスチックレンズは僅か１枚のみでFig.1 ３群３段沈胴ズームレンズ鏡胴あった。 また、ガラスレンズの非球面化のために用いたガラスモールドレンズは光学設計の上で自由度を高める

１ はじめにメリットがあるが、低コスト化への大きな妨げとなってLS（Lens-Shutter）カメラ用ズームレンズにおいては、いた。

ズームの高変倍化、 コンパクト化、 及び低コスト化のこのような状況の中、 更なるコンパクト化、低コストニーズは強く、これらは光学設計の上でも従来からの普化を図るため、プラスチックレンズの枚数比率を増やし、遍的な課題となっている。

ガラスレンズ４枚、プラスチックレンズ３枚（G4P3）に

近年、当社では、この様な要求に応えるため高精度プラスチックレンズ成形の技術を活かし、非球面プラスチックレンズを多用することで上記の課題に対して取りより構成される新規ズームレンズ（以下、新規タイプ）を開発した。
Fig.２に新規タイプの広角端および望遠端における断面図と従来タイプの広角端における断面図を示す。 Fig. ２組んでいる１）。
今回、新たに開発した LS カメラ用４倍ズームレンズ

中斜線を施したレンズは非球面レンズを表す。

は、上記コンセプトを踏襲し非球面プラスチックレンズを効果的に活用することによって、さらなる高変倍化を実現させたものである。また、鏡胴機構においても３群ズームレンズ３段沈胴鏡胴を新たに開発することにより、高変倍でありながらも鏡胴沈胴長（film〜鏡胴前端）を極力短くすることができた。
以下本稿では、この LS カメラ用ズームレンズの光学設計と、新たに開発した3群3段沈胴機構の概要について報告する。

＊ OPT & EM カンパニー オプト事業部 光学開発センター＊＊ OPT & EM カンパニー オプト事業部 OM 事業ユニット

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を 1 枚追加し、 正レンズ、 負レンズそれぞれの焦点距離変化を相殺させることで、全体として温度変化によるピントずれを補償出来る構成とした（Fig. ３ - type C）。
２．３

プラスチックレンズの偏芯誤差感度の低減

非球面プラスチックレンズを用いることで、レンズ枚数の大幅な削減と、レンズ全長の短縮が可能となったが、必然的に各レンズの収差補正の負担が大きくなり、それ

Fig.2 f38-150mm ズームレンズ断面図により特に第２レンズ群内の非球面プラスチックレンズ２．２レンズのプラスチック化と収差補正の偏芯誤差感度（レンズの組立誤差に対する性能劣化のガラスレンズを、少枚数のプラスチックレンズに置き比率）が従来タイプに較べ高まった。 そこで、各非球面換えを行う際に課題となるのは、収差補正と温度変化時プラスチックレンズの球面収差係数、およびコマ収差係のピント移動の抑制である。 Fig. ３にこれらの問題を解数が偏芯誤差感度と相関があることを利用し、各レンズ決するに至るまでの、第２レンズ群構成を示す。 Fig. ３の収差係数を制御しながら、収差補正と偏芯誤差感度の中斜線を施したレンズは非球面レンズを表す。

バランスをとるような最適化設計を行った。 その結果、ズームレンズを構成するレンズ中、最も結像のパワーを持ち、また同時に多くの収差を発生するレンズは第２偏芯誤差感度を製造可能な値にまで低減させることが出来た。

レンズ群内の絞りに近接したレンズである。従来タイプ

Table １に本ズームレンズの仕様を示す。 また結像性ではこのレンズを非球面ガラスモールドレンズとするこ能として広角端および望遠端におけるMTF（Modulationとで、結像パワーを維持しながら主に球面収差とコマ収Transfer Function）を Fig. ４に示す。

差の発生量を抑えていた（Fig. ３ - type A）。今回の新規タイプでは、この非球面ガラスモールドレンズを球面ガ

Table1 Specification of f38 〜 150mm zoom lens

ラスレンズとし収差を残存させ、第２レンズ群内の他のレンズを非球面プラスチックレンズに置き換えることで残存収差を補正する方法を採用した。

Fig.3 第２レンズ群構成

第２レンズ群を、正の焦点距離の球面ガラスレンズ１枚と負の焦点距離の非球面プラスチックレンズ１枚とで構成することにより、 球面収差、コマ収差を始めとする単色収差に関しては従来タイプと同等の十分な収差補正の効果を得ている（Fig. ３ -type B）。また、色収差については各レンズ群のガラスレンズの硝種を適切に選択することにより補正を行った。
前述の様に、少ない枚数のレンズによって収差補正を行うためには、収差補正を行うレンズ自体にもある程度の屈折力が必要となる。しかしながら、一般的にプラスチックレンズは温度変化時に形状および屈折率が変わるため、 プラスチックレンズに屈折力を持たせることは、レンズの焦点距離変化を招き、結果として温度変化時のピントずれを起こす原因となる。 そこで、最終的な第２レンズ群の構成は、正の焦点距離のプラスチックレンズ

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Fig.4 Modulation Transfer Function

Fig.5 ３群３段沈胴鏡胴構成図

４ 鏡胴開発時の目標

３ ３群３段沈胴鏡胴の構造
今回開発した鏡胴の部品形状を Fig. ５に示し、３群３前述したレンズのための鏡胴を開発するにあたっての目標は次の 3 点であった。

段沈胴構造について説明する。
この鏡胴は、①〜⑦の鏡筒から構成され各段は下記の

１． 沈胴長(FILM 〜鏡筒前端)を 40.5mm 程度とする。
２． 最も太い鏡筒の直径をφ 37.4mm 以下とする。

ように構成される。
１． カメラ本体に埋め込まれる①フロント地板

３． 最も先端の直径をφ 29.4mm 以下とする。

２． ②回転筒、③直進筒からなる１段目

４． 従来機種の金属部品を可能な限り樹脂化し低コスト化を図る。

３． ④中間筒、⑤直進ガイド環からなる２段目

以上の目標を達成する過程で直面した課題とその解決

４． ⑥レンズ筒、⑦前筒からなる３段目
当社は、２群３段沈胴構造 3） と３群２段沈胴構造を実策について述べる。

現した実績があるが、これまでに３群構成のレンズ群を３段沈胴構造の鏡胴に組み込んだ実績はなかった。

４．１

開発における課題１

今回の鏡胴の構造は３群からなるレンズ群を如何にし現状のレンズの焦点距離でかつ目標１の沈胴長40.5mmて３段沈胴構造に組み込むかが開発上の最大のポイント程度を実現するためには３段沈胴が必須であった。従来であった。 結果として、３段沈胴の３段目つまり鏡胴の機種で実績のある３群２段沈胴構造と２群３段沈胴構造先端の段に新規構造を導入することにより設計当初に目の合わせた構造を検討したが、次のような問題があった。
１．第２レンズ群を２段目のカム筒で駆動する従来の標とした機能及びサイズを達成している。
次段落以降でこの鏡胴の開発のプロセスについて説明する。

構造では、３群構成のレンズの場合、第２段目のカム溝が互いに接近しすぎてしまいカム溝が構成

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４．２

できない。

開発における課題２２．カム溝が構成できたとしても第２レンズ群を第２４．１で説明した構造で３群からなるレンズ群を第３段目の鏡筒にカムで嵌合させるためには枠が大変段目に全部配置する構造を開発することが出来た。しか長い形状になってしまい部品が樹脂化できない。

しながら、３群のレンズ群を１つの鏡筒に収めてかつ、３．仮に樹脂化して強度を確保すると部品が大きくなレンズ群に所望の移動をさせることは、３群構成の各レンり鏡胴径が大きくなってしまい目標の鏡胴径を実ズ群が、 小型かつ高い変倍比を実現するために、 WIDE現できない。

時には第 1 レンズ群と第２レンズ群が接近し TELE 時にそのため、従来構造ではこの部品を樹脂化できず低コは第２レンズ群と第３レンズ群が接近する光学タイプのスト化にたいするデメリットも大きいため全く新しい構ため、従来機種並の部品の大きさでは部品同士が衝突してしまうという課題があった。 とりわけ、第３レンズ

造の開発が必要であった。
この問題の解決のために新規構造として第３段目の前（第２群最前方のレンズ）の押え環の部品は大幅な小型化

筒にカム溝を設置しレンズ筒内に収められた第２レンズが必須であった。ここで使われるタイプの押え環は従来群を駆動する構造を開発した。具体的には Fig. ７のよう機種ではネジ込み式の押え環が採用されていたが、今回にレンズ筒内にある第２群レンズ枠のカムピンを前筒にの機種では３ヶ所設けたツメでレンズ枠に固定する方法設置されたカム溝と嵌合させることにより第２レンズ群に変更し小型化を実現した。さらに従来機種で実績のあを移動させるものである。この構造により目標１、２、３る材料でこのサイズの部品を成型すると部品の強度と精を実現できた。４についても従来機機種より高い部品の度が維持できない可能性が高かったので、第３レンズ押樹脂化率を達成できた。従来構造との違いを Fig. ６、７

え環の材料を薄肉成型に適した材料に変更し更なる小型に示す。

化を図った。 結果、従来より 0.35mm 薄肉化を図り第１レンズ群との衝突を回避した。
結果目標サイズ内にレンズを配置することが出来、当初の予定のサイズで鏡胴を構成することが出来た。

５ まとめ
３群３段沈胴４倍ズームレンズの開発における光学設計および鏡胴設計の概要を報告した。
コンパクト、 低コスト、 および高変倍を両立させたズームレンズの開発には、ここで紹介した以外にも様々
Fig.6 ３群２段沈胴構造の第２レンズ群の駆動方法な技術の進歩が必要不可欠であった。特にプラスチックレンズを多用した設計は、 設計技術の進歩に加え、高度なプラスチックレンズ成形技術があって初めて可能となったものである。
今後も、さらなる技術開発を通して、より魅力的なレンズの開発を進めたい。
●参考文献
１）佐藤正江、山口進、平山博士、徳弘節夫、Konica Tech.Rep.,15,(2002)
２）山口進

特開 2000-258689 号公報３）国定幸雄、Konica Tech.Rep.,15,(2002)
Fig.7 ３群３段沈胴構造の第２レンズ群の駆動方法

Fig. ６、７中の記号の説明
A：第１レンズ群

E：前筒

B：第２レンズ群

F：カム筒

C：第３レンズ群

G：直進ガイド環

D：カム
番号のものは Fig. ５に準じる。

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