DSC 用薄型ズ−ムレンズユニットの開発
The Development of a 2.8x Right Angle Zoom Lens Unit for DSCs

佐藤裕

志＊

Sato, Hiroshi

要旨
デジタルカメラ（DSC）用ズームレンズユニットに求中

本聡＊

Nakamoto, Satoshi

１

はじめにめられる、より薄型、より低コスト、という強い要望に近年のDSC市場では、より高画素化が進む一方で、携応えた、高画素対応2.8倍ズームレンズユニットを開発し帯性やデザイン性もさらに重視される傾向にあり、コンた。

パクトな、特に薄型のカメラへの要望が高まってきてい本ズームレンズユニットは、第１レンズ群内にプリズムを配置した、いわゆる屈曲光学系を採用することによる。当然ながら、レンズユニットとしても薄型のものが強く望まれている。

り薄型化を達成し、さらに、効果的にプラスチック非球一般に薄型のレンズユニットを実現する手段として面レンズを配置した設計とすることによりコスト低減をは、携帯時にレンズを縮退させる、いわゆる沈胴方式を図っている。

とることが多いが、本ズームレンズでは、カメラに搭載

本稿では、このDSC用ズームレンズユニットの光学設された際のデザイン性や使い勝手を考慮し、沈胴方式は採用せず、光軸をレンズユニット内で90度折り曲げた屈計と機構設計の特徴について報告する。

曲光学系を採用することとした。

Abstract
There is a great demand today for ever-smaller, everthinner, low-cost zoom lens units for digital still cameras.

２光学設計

To meet this demand, we maximized thinness by develop-

２．１

屈曲光学系

ing a novel 2.8x mechanical zoom lens unit that is not sim-

２．１．１

屈曲光学系のメリット

ply thin: it also uses an optical prism to bend the optical

本ズームレンズではユニットの薄型化のために、第１axis 90 degrees. Because lens travel is thus on the verti-

レンズ群内にプリズムを配置し、光軸を90度折り曲げた

cal axis within the camera, the outer dimension of the cam-

屈曲光学系を採用している。

era remain unchanged during zoom operation, including

一般にコンパクトタイプDSCでは、携帯時にレンズがthe camera body's shallow depth. In addition, this uncon-縮退する、いわゆる沈胴方式が主流となっているが、本ventional zoom lens unit achieves high resolution at low

ズームレンズでは沈胴方式は採用せず、レンズ全長は使

cost by positioning its aspherical plastic lenses effectively.

用時にも携帯時と変化することがない。
本ズームレンズで、沈胴方式を採用せず屈曲光学系とReported here are the optical and mechanical design approaches which resulted in this achievement.
＊コニカミノルタオプト㈱オプティカルユニット事業部

した理由としては、主として以下が挙げられる。
①

OM 事業ユニット

薄型のデザインとしやすいこと
沈胴方式では、レンズユニットの厚みは各レンズエレ

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メントの厚みの合計により限界厚が決まるが、屈曲光学系とすると、プリズムより前方の光学部材とプリズムの厚みとの合計が光学的な限界厚となり、前者に比べて薄上記の理由から、本ズームレンズは正群先行ズームタ
イプを採用することにした。
Fig.１に本ズームレンズの断面図を示す。

くしやすい。
②

起動時間の短縮がしやすい
撮影時にレンズがせり出さないため起動時間の短縮化が図れる。 また、ズーミング時も含めてレンズ全長が変化しないので、 耐衝撃性を強くできる、防水構造のカメラに使いやすい、等のメリットもある。
２．１．２

屈曲方向

また、本ズームレンズの屈曲方向（プリズムにより光路を90度折り曲げる方向）は水平方向とした。
垂直方向の屈曲の方が、プリズム位置での光線高さが低くなるためプリズムの厚みを小さくでき、レンズユニットの薄型化には有利である。しかしながら、垂直方

Fig.1 Cross section view of the zoom lens

向にした場合、プリズムによって折り曲げられた光軸がカメラの縦方向に沿うような配置になるため、カメラの本ズームレンズは、固定された正の第１レンズ群、変デザインとしては、縦方向が長いものになってしまいや倍の際に移動する負の第２レンズ群、固定された正の第すい。

３レンズ群、変倍の際、およびフォーカシングの際に移そこで、本ズームレンズでは、屈曲方向を水平方向と動する正の第４レンズ群、固定された正の第５レンズ群し、すなわち、プリズムにより光軸をカメラの横方向にの５つのレンズ群より構成された正群先行５群ズームタ

折り曲げるようにして、縦方向に短いレンズユニット形イプとなっており、従来の正群先行４群ズームタイプに非状とし、やや横長でホールディング性がよく、従来の球面を有した正の第５レンズ群を加えることで、テレセフィルムカメラライクで一般になじみの深いカメラデザントリック性、像面湾曲等を良好に補正している。

インをとることが可能な形状とした。

２．２．２

２．２

第２、４レンズ群がそれぞれ移動するのだが、通常は、変倍機能の分担

従来の正群先行４群ズームタイプでは、変倍の際に、正群先行５群ズームのレンズ設計

２．２．１レンズタイプの選択

変倍機能を有するのは第２レンズ群のみであり、第４レ

一般に、コンパクトDSC用ズームレンズとしては、負ンズ群はズーミングの際に発生した像面位置補正のため群先行ズームタイプがよく用いられ、特に、負の第１レに移動しているに過ぎないものが多い。そのため、第２ンズ群、正の第２レンズ群、正の第３レンズ群よりなレンズ群の変倍負担が大きくなり、第２レンズ群のズーる、負群先行３群ズームタイプは、３倍ズームクラスのム移動量が大きくなりがちで、その結果、前玉径が大き主流となっている。

くなってしまう。つまり、このレンズタイプを屈曲光学

しかしながら、屈曲光学系に負群先行の３群ズームタイプを用いようとして、第１レンズ群の前方にプリズム系に用いたときにはプリズムの大型化を招きやすいということになる。

を配置してみると、プリズムが非常に大きくなってしま

本ズームレンズでは、上記の問題を解決するため、第い、レンズユニットの薄型化が不可能なことがわかっ

２レンズ群だけではなく第４レンズ群にも変倍機能を積た。そこで、第１レンズ群内にプリズムを配置すること極的に持たせた。その結果、第２レンズ群のズーミングも考えたが、このズームタイプでは、第１レンズ群が時の移動量を小さく抑えることができ、延いてはプリズズーミング中に移動するため、構造が非常に複雑になっムの小型化に役立っている。てしまい現実的でない。

２．２．３

コスト低減の工夫

一方、DSC用やVTR用の正群先行ズームタイプとし

本ズームレンズにおいて、ズーミングおよびフォーカて、正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レシングに際して移動するレンズ群は、第２、４レンズ群ンズ群、正の第４レンズ群より構成されている４群ズーの２つのレンズ群のみである。一般的なコンパクトDSC

ムタイプがよく知られている。このタイプは、正の第１用ズームレンズが３つのレンズ群が移動するタイプが多レンズ群を固定した設計にすることが可能なので、第１い中で、移動群数を減らすことで機構部品等の簡素化がレンズ群内にプリズムを配置することが容易であり、プ図れ、コスト低減につながっている。

リズムをレンズ前方でなくレンズ群内に配置することで、プリズムの小型化が期待できる。

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また、Fig.１において、斜線で示したレンズはプラスチック製非球面レンズである。一般に３倍ズームクラス

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のコンパクトDSC用ズームレンズでは、１〜３枚程度のガラス製非球面レンズが用いられることが多いのに対して、本ズームレンズでは、高価なガラス製非球面レンズ

３機構設計

３．１

鏡胴構造を用いず、３枚のプラスチック製非球面レンズを効果的鏡胴構造は、当社のVTR用のレンズユニットで実績のに配置して、低コスト構成でありながら良好な収差補正ある箱型鏡胴を基本とし、以下を加えて設計を行った。

を施している。
２．３

光学仕様

Table １に本ズームレンズの光学仕様を示す。また、結①

屈曲用プリズム保持機構の追加②

光学式ファインダーの搭載③薄さを実現する機構配置

３．１．１

屈曲用プリズムの保持機構

像性能として、Fig.２にMTF図を示す。図中の空間周波

屈曲用プリズムの鏡胴への取り付けが誤差を持つと、数150lp/mmは約1200TV本に相当し、周辺にいたるまで光学性能に影響するだけでなく撮影範囲と光学式ファイ高画素CCD対応として十分な性能が確保されていること

ンダ−の視野範囲が異なってしまい、使用上の問題が発がわかる。

生してしまう。
この問題を回避する手段としては、プリズムの組み込
Table 1 Zoom lens specifications

み位置を測定しながら調整し固定することが考えられるが、コスト上昇につながりやすい。
そこで第１レンズ群内のプリズム後方のレンズに対してプリズムの射出面を正対させて位置出しをする組み込み構造とし、部品精度を高めることで光学配置を保証して調整を不要とした。
３．１．２

光学式ファインダ−の搭載

VTR用ズームレンズユニットの箱型鏡胴にはない光学式ファインダーの搭載が必要となった。
光学実像式ズームファインダ−を搭載しているので､駆動源および撮影光学系との連動機構が必要となってくる。
沈胴方式の鏡胴の場合カム筒の回転を駆動源利用した機構を用いることが多いが、今回は駆動源として変倍の時にのみ移動する第２レンズ群を用い、カム板を介して連動させることで所定の変倍動作が行えるようになっている。
３．１．３

薄さを実現する機構配置

レンズユニットの薄型化を達成するためには、第２レンズ群および第４レンズ群の駆動機構、第３レンズ群とそこに配置されるシャッターユニットを効率よく配置する必要がある。
DSC用レンズユニットの場合、絞り切り替え機構を持つシャッターユニットの大きさで鏡胴サイズが決まる。
絞りの大きさからシャッターユニットのサイズを検討したところ、目標サイズとほぼ等しい大きさとなることが判った。
VTR用の箱型鏡胴の場合Fig.３に示すようにアイリスユ
ニットが鏡胴のサイズに対して小さく、移動する複数のレンズ群を共通で保持するガイドシャフトを両側に通すレイアウトが可能となっているが、シャッターユニットのサイズから同様のレイアウトがとれず、第２レンズ群用および第４レンズ群用の駆動機構をシャッターユニットの前後に配置する必要があり、光学性能を出す為に機Fig.2 MTF of the zoom lens

構部品に高い精度が要求される。

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第２レンズ群および第４レンズ群の駆動機構としては、ステッピングモーターを用いたネジ送り機構を採用し、初期位置センサーを加えて位置制御を行っている。
第２レンズ群用には光学式ファインダ−を駆動する機能を持たせておりトルクを重視して外径８mm、第４レンズ群用にはサイズおよびスピードを重視して外径６mmのステッピングモーターを採用した。
各移動レンズ群の必要移動量を確保するには、モーター本体の全長を抑える必要があり、第２レンズ群用は約8.5mm、第４レンズ群用は約6.5mmを採用した。
これらの技術を採用した結果、目標サイズを満足する薄型の鏡胴を作り上げることが出来た。

４

まとめ

今後もDSCレンズユニットに対して更なる薄型化、小型化、低価格化の要求が出てくると考えられるが、本ズームレンズユニットの開発の成果を発展させて応えて行きたい。

Fig.4 Layout of the zoom lens unit

Fig.3 Cross section view of VTR lens unit

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