ＤＳＣ用コンパクトズームレンズユニットの開発
The Development of a Compact Zoom Lens Unit for DSC

山下敦司＊

沼Yamashita, Atsushi

口貴幸＊＊Numaguchi, Takayuki

大塚勝巳＊＊＊Ohtsuka, Katsumi

While 3M-pixel CCDs are now typical in consumer grade digital still cameras (DSCs), ever-higher pixel
counts are in demand by users and thus in development by manufacturers. This places escalating demands onlens design and technique of fabrication, for the higher the CCD pixel count, the greater the susceptibility of thelens unit to fabrication error. However, through a unique lens-adjusting technique and parts layout, we havedeveloped a 3x zoom lens unit of the smallest size whose high-resolution performance is well-suited to DSCs
with CCD pixel counts of 3M-, 4M-, 5M-pixels.
倍程度までの DSC によく用いられており、変倍時のピント補正を担う負の第１群、変倍を担う正の第２群、フォーカシングを担う正の第３群から成る。
Fig. １に本ズームレンズの断面図を示す。
Aspherical lensWide angle position

１ はじめに

Telephoto position

近年、デジタルスチルカメラ（DSC）市場では 300 万画素クラスの商品が標準となりつつあるが、依然として更Fig.1 Cross section view of the zoom lens

なる高画素化が望まれており、 各メーカーで研究、開発が進められている。高画素になるにつれてレンズユニッ
トに要求される性能は厳しくなり、光学設計、機構設計ともに今まで以上の高精度化が不可欠となる。

２．１

収差補正

本ズームレンズでは、コンパクトかつ良好な光学性能を得るために非球面を４面使用しており、第１レンズに本レンズユニットは３倍ズームで世界最小クラスのカはガラス球面上に薄い非球面プラスチック層を形成させメラ用に開発され、現在 300 万画素、400 万画素、500 万た複合非球面レンズを、第６レンズにはプラスチック両画素の DSC（KD-310Z、KD-400Z、KD-500Z）用として市面非球面レンズを、第７レンズにはガラスモールド非球場に投入されている。

面レンズを、それぞれ採用した。

本稿では高画素、かつコンパクト化を達成したレンズ

第１レンズを複合非球面レンズとすることで、ガラスユニットの光学設計と機構設計の特徴について報告する。

モールドレンズより屈折率の高い硝材を選択することが可能となり、このレンズで発生する歪曲収差や非点収差等を小さく抑えることが出来た。

２ 光学設計また、第６レンズにプラスチック非球面レンズを用い

本ズームレンズは、コンパクト化を目指しかつ変倍比ることにより、ここで発生する非点収差等を良好に補正が３である事を考慮し、負群先行３群ズームタイプを採することが可能となった。また、このプラスチックレン用した。このレンズタイプは従来から、コンパクトで３ズのパワーを小さくすることにより、温度変化時のピン＊ 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＊＊＊ OPT & EM カンパニー オプト事業部 IC 事業ユニット

ト移動量を抑制することが出来る。さらにレンズのプラスチック化は、ガラスレンズ使用時に比べ、レンズの軽KONICA TECHNICAL REPORT VOL.16（2003）

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本に相当し、高画素 CCD に十分対応出来る性能を保持し量化、コストダウンを可能にした。
さらに、第７レンズにガラスモールド非球面レンズをていることが分かる。

用いることにより、歪曲収差等を良好に補正することが出来る。ペッツバール和を小さくするためにこのレンズの屈折率はある程度高いことが望ましい。この条件を満たすのにプラスチックレンズでは屈折率が低いので、複Wide angle position

合非球面レンズかガラスモールドレンズということになるが、本ズームレンズでは面形状誤差を比較的小さく抑えることが可能なガラスモールドレンズを採用した。
２．２

誤差感度対策Telephoto position

コンパクトかつ高画素CCD対応のDSC用ズームレンズ
では、製造誤差による性能劣化が大きくなる傾向にある
ため、誤差感度は極力抑えておく必要がある。
２．２．１

面形状誤差感度対策

Fig.2 MTF of the zoom lens at infinity

このタイプのレンズでは、第２群の物体側に絞りが設けられており、球面収差やコマ収差補正のためその絞り直後のレンズに非球面が用いられていることが多いが、その非球面がモールド成形によるものの場合、面形状誤３ 光学性能向上対策
３．１

偏芯誤差低減対策

差(面のうねり誤差)が生じる。本ズームレンズでは、この一般に、高画素対応のレンズユニットでは各レンズ群誤差により光学性能が大きく劣化することがシミュレー

間、及び群内における偏芯感度などの誤差感度が高く、ションから判明した。このうねり誤差を抑制するため、高画素に耐える光学性能を得るためには各レンズ、及び本ズームレンズでは絞り直後のレンズを研磨加工によるレンズ枠、駆動機構などの部品に至るまで従来機種以上ガラス球面レンズとした。の高精度を要求され、時には樹脂成形品でミクロンオー２．２．２ダーの精度を必要とすることがある。しかしながら部品

偏芯誤差感度対策

後述するように、本ズームレンズでは群間の偏芯感度を小さくし、第２群内の偏芯感度の高いレンズを調芯すの精度には限界があり、量産においてその精度を維持、管理するのは極めて困難である。

ることで量産の歩留まりを維持しているが、感度が高す

そこで本レンズユニットでは各レンズ群間と群内の偏ぎると調芯作業に支障をきたし、量産効率が悪くなって芯感度双方を抑えつつ、第２群内の偏芯感度の比重を高しまう。そこで、第２群内のレンズの偏芯感度を低減さくし、その偏芯誤差をコニカ独自の調芯技術により低減せる対策を講じた。

させ、光学系全体の良好な光学性能を得ることに成功し第２群内では第３レンズと第６レンズによる偏芯感度た。Fig.３に本レンズユニットの主なレンズ、及び各レンが高いが、第３レンズのパワーが大きくなり過ぎたり第ズ群の偏芯感度をそれぞれ 0.1mm シフト時のメリジオナ

６レンズの非球面量が多くなり過ぎたりしないよう制御

ル像面変化量として示す。

することにより、両レンズの偏芯感度を小さくすることが出来た。
２．３

仕様と結像性能以上のようにして設計されたズームレンズの仕様をTable １に示す。また、結像性能として、Fig. ２に MTF図を示す。図中の空間周波数 120［lp/mm］は約 1200TV
Table1 Specifications

Fig.3 Sensitivity of decentration

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また、第１・３群内のレンズ、部品及び駆動機構などの赤外カットフィルターに関しては、ローパスフィル部品についても極めて高い精度が要求されたが、社内外

ター表面にコート処理を施した赤外反射型をコニカとしの協力部門、協力会社の部品製作技術、及び管理技術にて初めて採用した。採用にあたっては、赤色のゴーストより量産においても高精度を維持しており、調芯されたが発生することが当初予想されたが、設計段階の十分な第２群と組合わされることによりユーザーの満足する性シミュレーションにより特に問題のない位置及び強度で能を得ている。

あることを確認した。これにより赤外吸収型のフィルターガラスをレンズ系に挿入する必要がなくなりCCD-レ

３．２

像面補正対策ンズ間距離を縮めることに成功した。

本レンズユニットでは各レンズの形状精度が光学性能フォーカスメカをCCD固定枠と一体に支持することにに与える影響が大きく、特に前述した第２群において第より、ズーム沈胴時のフォーカスレンズ位置を正確に制３レンズの面形状誤差、及び第４、５レンズの接合厚の御することでフォーカスレンズをぎりぎりまでCCDに接変化によって像面が大きく湾曲し、結果的に被写体の中近させることを可能とした。

心に合焦したときの周辺の解像性能が劣化する。
したがって本レンズユニットではレンズ製造工程を改善し、各レンズの形状誤差を極限まで小さくした。また、第４、５レンズについては接合前に単品の中心厚を選別

またシャッター構造の最適化を行いズーム沈胴時における１ - ２群レンズの間隔を短縮した。
レンズ設計面での改善と合わせ、厚み方向の短縮効果
は当社従来比で 4.5mm 程度である。

し、さらに接合厚変化による像面湾曲を打ち消すために第１群内に間隔環を設け、良好な光学性能が得られるよう像面補正を行なった。

４．２

鏡胴の小径化

薄型化とともに、体積効率の良い鏡胴の形態を実現したことにより直径方向の小型化も図っている。

４ レンズ鏡胴サイズのコンパクト化

沈胴時フォーカスレンズをCCDに接近させることでレンズ全長を短くしたため、フォーカスモーターの可動範近年コンパクト化に拍車のかかるデジタルカメラを更囲は従来より大きく必要となった。このフォーカスモーに小さくしていくためには、カメラの中で構造上最も大ターを従来通り鏡胴内に収納しようとしても、鏡胴が既きな体積を占めるレンズ鏡胴ユニットをコンパクト化すに短すぎて入るスペースがない。また、フォーカスモーることが最も近道であり最重要課題である。

ターを外径の大きな１群レンズの脇に置かなくてはなら

本レンズユニットのコンパクト化の目標値は、３倍ず、そのためにムダに鏡胴が大径化してしまうのを避けズームレンズ鏡胴において世界最小サイズを達成するこられない。様々なレイアウトを検討した結果、鏡胴の外ととした。

側にモーターを追い出してしまうこと以外に抜本的な解決方法がないことがわかった。

４．１

鏡胴厚み方向の短縮

この構成のためには、鏡胴外周部分のレイアウト配

まずカメラとしての携帯性、形の美しさを追求した結分、フォーカス駆動精度の確保、鏡胴駆動ソフトウェア果、レンズ鏡胴の薄型化を重点目標とした。 鏡胴の沈胴の対応、３群レンズ枠のガイド長の確保等、クリアしな時にできるだけ厚み方向の寸法を小さくできるようレンければならない問題が山積していたが、過去に培われたズ設計を最適化するとともに、鏡胴構造も全面的に見直VTR・DSC用レンズ鏡胴と銀塩用レンズ鏡胴の開発ノウした（Fig. ４）。

ハウを最大限に活用することで解決手段を見つけ、鏡胴外のフォーカスモーター配置に成功した。
４．３

世界最小鏡銅の誕生

レンズ全長の短縮と鏡胴構造の改善の結果、鏡胴サイズとしては世界最小を実現した。
これは更にカメラサイズを沈胴式３倍ズーム採用 DSCにおいて世界最小とすることに大きく貢献している。

Fig.4 Cross section view of side of lens

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５ 開発課題の解決

６ 生産拠点のグローバル化

本レンズユニットの開発で特に課題となったのは内面反射及び漏光の低減である。

レンズユニットのコストダウンはカメラのコストダウンに直結する。したがって本レンズユニットについても非常にコンパクトな鏡胴サイズを実現するため一切ムダを省いた今回のような細い鏡胴構造を採用することは、必然的に有効光束の近くに筒状の構造物（反射面）を多数配置することが避けられず、常に内面反射や漏光の危険コストダウンが重要課題であり、より生産コストの低い中国での生産を行っている。
中国へ生産工程を展開するにあたり、以下のような項目が課題として挙げられた。にさらされることを意味した。当初懸念されたこの問題

・ より高精度なレンズ研磨、及び組立技術の確立に対し、以下のような対策を講じた。

・ 円滑な部品輸出

鏡胴内面及びレンズ枠内面の反射にはツヤ消し黒塗装

・ 治工具設置の工数低減

や型アラシを施し反射量を低減させるとともに、可能な・ 生産数量変動への対応場所にはマスクシートを設け反射光のカットを図った。

・ 現地スタッフへの技術的教育

不要光を防ぐことの難しいシャッター周囲の漏光には、鏡胴内壁に対し可能な限りシャッター外形を接近させる

上記すべての項目についてすでに対策を施しており、現在では円滑な生産が行われている。

ことで漏光量を低減させた。
３群レンズ枠のガイドシャフト等、素地で光沢のある金属部品には黒色の表面処理を施した。
これらにより内面反射、漏光の大幅な低減に成功した。
Fig. ５に内面反射の改善前後の比較写真を示す。

７ まとめ
光学設計では、非球面の効果的な配置により高画素に十分対応した光学性能を得ることが出来、さらに面形状誤差や偏芯誤差による性能劣化を小さく抑え、量産性向上に貢献した。また鏡胴設計では部品配置の最適化、部品精度の向上、及び部品同士のクリアランスを最小限にするとともに調芯技術の導入により偏芯誤差の少ないコンパクトなレンズユニットの開発に成功した。
今後は更なる高性能化、コンパクト化を目指すことにより市場競争力を保ち、かつ量産性に優れたレンズユニットの開発を心がけたい。

Before Improvement

After Improvement
Fig.5 Improvement of the internal reflection

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