VTR 用高変倍ズームレンズの開発
The Development of a High Zoom Ratio Lens for Camcorders

石母田勲＊Ishimoda, Isao

野辺晋亮＊Nobe, Shinsuke

The ever-smaller camcorders demanded today require ever-smaller zoom lenses. A smaller CCD is an
obvious response, but this means overcoming such challenges as image vibration during zooming and thedifficulties of manufacturing smaller lens elements. Reported here are the successful optical and mechanicalapproaches that resulted in a compact low-cost zoom lens with a high zoom ratio.

２ 光学設計
２．１

レンズ構成

本ズームレンズは、前方より順に変倍時に固定で正の屈折力を有した第１レンズ群、変倍時に可動で負の屈折力を有した第２レンズ群、変倍時に固定で正の屈折力を有する第３レンズ群、そして変倍時及び物体距離変化による像面位置変化の補正のために可動で正の屈折力を有した第４レンズ群の正群先行４群ズームレンズを採用している。正群先行４群ズームレンズは従来からビデオカ
メラ用ズームレンズによく用いられており、次のような特徴がある。
①変倍比を大きくしやすい
レンズ仕様が低変倍であれば、広角化および前玉径１ はじめにを小さく出来る負群先行タイプが有利であるが、この近年、携帯電話をはじめ、MD プレーヤー、PDA、デタイプは一般的に３倍程度が限界である。本ズームレ

ジタルスチルカメラ（DSC）などコンパクトで手軽に持ちンズ仕様の16 倍の変倍比を得るためには正群先行が必運びできる製品がユーザーに好まれており、VTR 用カメ須の条件である。

ラもまたコンパクトタイプが強く求められている。

②

変倍によるＦ値の変化が小さいコンパクトなカメラを達成するためには、光学系にお負群先行タイプでは、望遠端でのＦ値が広角端のＦいてはガラスモールドレンズや異常分散レンズ等を使用値に比べ極端に暗くなってしまう。これに対し正群先し、 レンズ枚数を軽減することが一般的だが、レンズ自行４群ズームレンズタイプでは、望遠端でのＦ値がほ体が高価になってしまうという欠点がある。それに対し、

とんど大きくならないため、ズーム全域で十分な光量

本ズームレンズではプラスチックレンズを効果的に用いを確保することが出来る。さらに最近のビデオカメラることで低コストでありながらコンパクト化を達成してには静止画撮影機能を搭載したものが増えてきており、いる。 一方、機構ではアイリス、アクチュエーター、駆望遠端でのＦ値を出来るだけ小さくすることで手ブレ動モータ等をバランスよく配置した組立て性のよい箱型の影響を軽減することが出来る。
Fig. １に本ズームレンズの断面図を示す。

鏡胴を採用している。
本稿では低コスト、高変倍、 コンパクトを達成した
VTR 用ズームレンズの光学設計、および機構設計の特徴について報告する。

＊ OPT & EM カンパニーオプト事業部 OM 事業ユニット

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Fig.1 Zoom lens configuration

黒塗りで示したレンズはいずれもプラスチック製非球面レンズである。非球面レンズを４枚使用することでズーム全域での球面収差、 コマ収差、非点収差を良好にFig.2 Zoom lens MTF補正している。また、 移動するレンズ群に比較的軽量であるプラスチックレンズを用いることでモータへの負担を軽減することができ、 迅速なズーミング、フォーカシングを行うことが出来る。

３ CCD 小型化による課題
本ズームレンズでは、CCD に 1/6"CCD を採用している。Table ２に開発当時に主流であった 1/4"CCD との比２．２ レンズ仕様

較を示す。

Table １に本ズームレンズの仕様を示す。また結像性

CCD小型化によりレンズ全体もコンパクト化しやすく能として、 Fig. ２に MTF 図を示す。 図中の空間周波数なるが、逆に画ユレやレンズ加工性、組み立て性等、90［lp/mm］は約 330TV 本に相当し、VTR 用レンズとし様々な問題も出てくる。本稿では特に重要であった画ユて周辺に至るまで十分性能が保たれていることが分かる。

レ量の軽減について述べる。

Table1 Zoom lens specification

４ 画ユレ

CCD

1/6"CCD

Focal length

2.7 〜 43.2mm(39.0 〜 624.0mm
equivalent in 35mm film)

F number

1.6 〜 2.3

Lens elements

10 elements in 7 groups

Focusing range

1m 〜∞(wide-angle end:0.01m 〜∞)(measured from front lens)

４．１

画ユレとは

画ユレとはズーミング時に生じる現象であり、主に移動中の第２レンズ群の光軸と垂直方向に生じるガタツキが画面のブレとなって現れる現象である。
画ユレ量Ｇは下記の式で表すことができる。
Ｇ＝α×⊿

α：画ユレ感度係数⊿：第２レンズ群のガタツキ量

Table2 1/4"CCD & 1/6"CCD

CCD size(H × V)
(mm)
Pixel size(H × V)(um)

1/4"CCD

1/6"CCD

3.68 × 2.76

2.42 × 1.81

5.05 × 5.55

3.15 × 4.9

画ユレ感度係数αは、第２レンズ群及びそれ以降のレンズ群の横倍率だけで決まってくる値であり、光学系を1/4 CCD 用から 1/6 CCD 用に比例縮小しても変わらない値である。よって画ユレ量Ｇもまた光学系の比例縮小で変わることはない。しかし、CCD の大きさに対する画ユレ量がモニター上での画面のブレとして現れるため、CCD サイズが小さければ小さいほど、モニター上での画60

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面のブレは拡大されてしまう。画面のブレを抑えるためにはガタツキ量⊿を抑えると共に、画ユレ感度係数αをFig.３、Fig.４に箱型鏡胴の本ズームレンズの構成を示す。

小さくする必要がある。 本ズームレンズは、第２レンズ群の移動量を増やすことで横倍率に関わる第２レンズ群の屈折力を弱くし、画ユレ感度係数αを小さくしている。
しかし、 第２レンズ群の移動量の単純な増加は、直接全長及び前玉の大型化につながり、前玉の大きさに制約がある本ズームレンズには好ましくなかった。
４．２

画ユレの軽減本ズームレンズでは、以下の点について設計を見直し、全長及び前玉の大型化を抑制しつつ、第２レンズ群の移動量を確保し画ユレを抑えている。
①

ガラス及びプラスチックレンズの硝材及び形状の見直しによる第２レンズ群の薄型化②

望遠端での第２レンズ群と第３レンズ群の間隔の短縮化①第２レンズ群は前方より負のガラスレンズ、負のプラスチックレンズ、正のプラスチックレンズより構成されている。 この中において、負のガラスレンズは最も大きな屈折力を持つため小さな曲率半径を有し、レンズが厚くなりやすく加工性も悪かった。 そこで、このレンズをより屈折率の高い硝材に変更することで曲率半径が緩やかになり加工性も向上した。 この時、硝材は分散の大Fig.3 Cross section view of side and top

きなものになるため倍率色収差を発生しやすくなるが、同じ第２レンズ群のプラスチックレンズの硝材を好適なものに変更することで十分に収差補正を行っている。
一方、生産現場の加工技術の実力も上がってきており従来よりも条件の厳しいレンズを製作することが可能になっている。 今回、その条件を再確認し、第２レンズ群だけでなく全てのレンズ群において量産上問題のないレベルまで薄くしたレンズを使用している。
②望遠端での第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を短縮化することで、全長を伸ばすことなく第２レンズ群の移動量を増やすことが出来る。 また、この間隔は変倍への影響が大きく、出来るだけ小さくすることで大きな変倍比を確保することが出来る。 しかし、第２レンズ群のFig.4 View of back of lens

レンズまたはその枠がその後にあるアイリスに干渉してしまうため、機構設計者と共に枠形状を見直し可能な限り間隔を小さくしている。

６ レンズ押えとアイリスの干渉回避
画ユレの軽減のために第２レンズ群の移動量を確保しつつコンパクト化を達成するためには、変倍時に可動す

５ 機構設計る第２レンズ群とアイリスが最も接近する望遠端におい本ズームレンズはズーミング・フォーカシングともスて、第２レンズ群内で最もアイリス寄りにある第６レンテッピングモータを使用したコニカ独自構造である箱型ズを極限までアイリスに接近させることがポイントに鏡胴を採用しており、この構造の利点として、なってくる。

・コンパクト化が可能である

本ズームレンズでは低コスト化のため第６レンズにプ・部品点数を少なく出来るラスチックレンズを使用しているが通常のプラスチック・組立て性がよい

レンズには Fig. ５に示すような外周部にフランジが必要などが挙げられるとなる。このフランジには

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①

レンズを等肉にし、樹脂の流動を良好にすること
で面精度を安定化させる②

コート時の治具への固定③

組立て工程時の取り扱いを容易にする（平置きを可能にする）④

搬送時の取り扱いを容易にする⑤

ゲートカットを容易にするなどの用途がある。 しかし、従来のフランジは径大化を招き第２レンズ群とアイリスを接近することはできない。
このためフランジ部を上記の用途を損なわないよう金型設計者、治工具設計者、 生産現場と協力しながら極力小さくした形状を採用した。ところがこの新フランジ形状だけでは目標の間隔を得ることは出来なかった。プラス
チックレンズには高熱がかけられないためガラスレンズの様な熱カシメが適用できず、通常樹脂製のレンズ押えを用いる。このレンズ押えはレンズ端面での反射防止対Fig.6 New flange figure prevents interference of auto
iris and lens holder

策としての役割も担っており重要な部品となる。しかし、従来製品と同様に第６レンズのフランジ部を押えて固定するとアイリスのベースとレンズ押えが干渉する。そこで本ズームレンズでは、７ まとめ
本ズームレンズではコンパクトでありながらプラス

１． 鏡胴スペースの限界までアイリスの幅を広げるこチックレンズの多数枚使用、モータの前機種との共通化とでレンズが入り込むアイリスの開口径を広げる等による低コスト化を図り、またコンパクト化による諸２． レンズの固定を第６レンズと接合された第５レン感度の上昇を新しいフランジ形状を採用することで低減ズ側で押えるさせることができた。

３． レンズ押えとアイリスの絞り羽との接触を避けるためレンズ押えには薄い金属のキャップ型マスクを今後も低コストでコンパクトなものへの要求が強くなるなか競争力のあるものを作っていきたいと思う。

嵌めて遮光することでアイリスとの干渉を回避させ第２レンズ群の移動●参考文献量を確保した。

１）沼口貴幸、佐藤裕志

Fig.５に従来のレンズフランジ部を押えることで生じる干渉の様子を Fig. ６に干渉を回避させた本ズームレンズの形状を示す。

Fig.5 Interference of auto iris and lens holder with
Conventional flange figure

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Konica Tech.Rep. 14,(2001)