JPH01303409A - プラスチックレンズを含むレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子スチルビデオカメラ、ビデオカメラさらに
は一眼レフレックスカメラ等の小型カメラに用いられる
、プラスチックレンズを含むレンズに関するものである
。

これら小型カメラにおいては電子部品の集積化が格段に
進んでおり、本体のコストダウン及び軽量コンパクト化
には目覚ましい進展が見られる。

それに対し、搭載されているレンズに関してもコストダ
ウン及び軽量化等の努力はなされてはいるが、電子部品
と比べればまだまだ遅れており、全体としてのコストダ
ウンやコンパクト１ヒの障害となりつつある。

そこで、レンズのコストダウン及び軽量１ヒを達成する
ためにレンズの材料にプラスチックを用いたものが近年
多く提案されており、一部製晶化されているものもある
。プラスチックは、そのメリットとして、■ガラスにく
らべて重量が１／３程度であること、■簡単に成形でき
るため非球面を導入しやすいこと、■コストが１／３程
度以下になるという可能性があることなどがあげられる
が、一方次のようなデメリットも持っていることを忘れ
てはならない、すなわち、プラスチックは、■ガラスに
比べて面積度及び面形状を精度よく保証するのが難しい
、■材料がＰＭＭＡ、ポリカーボネイト、及びスチレン
など数種に限られている、■温度や湿度の変化により屈
折率や形状が変化するなめ像点位置や収差が大きく変動
する、というデメリットを有しているのである。これら
、デメリットのうち、■の面精度及び形状については今
後益々研究が進みそのレベルも向上するであろう。

また、■の材料についてもあといくつか追加される可能
性もある。そこで、■の環境変化、特に温度変化につい
て考える。

基本的には、プラスチックからなるレンズの屈折力を弱
くしておけば（望ましくは屈折力が０）、温度変化等に
よる像点位置や収差の変動は小さくなる。しかし、それ
では、プラスチックからなるレンズは、あくまでガラス
で構成されたレンズに付加的に用いる（目的は性能向上
が主である）ことしかできず、プラスチックを用いる効
果が大きく制限されてしまう。そこで、考えられるのが
正レンズと負レンズの相方にプラスチックを用いること
により、温度変化の影響を打ち消し合わせるという色収
差の補正に相当するような手法である。

このような手法を用いて、レンズ系にプラスチックレン
ズを導入した例として、持１肩昭５５−１４３５１８号
公報、特開昭５７−５３７１８号公報、特開昭５７−１
７６０１５号公報、特開昭５８−６５４０７号公報、特
開昭５８−１２０２０１号公報、特開昭５８−１２０２
０２号公報、特開昭５８−１２９４１２号公報、特開昭
５８−１７８３１４号公報、特開昭５８−１７８３１５
号公報、特開昭５９−１３２１．１号公報、特開昭５９
−３１９２０号公報、特開昭６１−２２３１７号公報な
どに提案されたレンズ系がいくつかあげられる。

この中で、特に特開昭５５−１４３５１８号公報及び特
開昭５７−１７６０１５号公報に記載されなレンズ系は
、温度変化による像点位置の変化を解析しようと試みた
ものとして注目される。その考え方は、色収差補正の理
論を応用して、色分散のかわりに温度分散というものを
導入したＧ　ｒｅｙの論文（ＪＯＳ＾、　１９４８　　
Ｊｕｎｅ、　Ｖｏｌ、３８　Ｎｏ、６）の考え方に基づ
いたものであり、結果だけを示すと、温度変化による１
象点位置の変動は次式で示されるというものである。

ただし、Ｎはレンズ系を構成する個々のレンズの総枚数
で、物体側から数えて第１番目のレンズの焦点距離がｆ
ｉ、その温度分散数力輸星で、ｈｉとは入射角Ｏ及び入
射高さｆ（ｆは全系の合成焦点距Ｍ）の近軸光線を追跡
した場合の各レンズにおける通過高さを示す。

そして、特に特開昭５７−１７６０１５号公報では、こ
れらを個々のレンズ（プラスチックにより構成される）
並びに総和に関して、それぞれ横軸をズーミングに対す
る全系の焦点距離、縦軸を（ｂｉ２／　ｆｉ　−ｗｉ）
としたグラフにプロットし、その総和を打ち消すような
レンズを探して、そのレンズをガラスに交換（ガラスは
温度分散が無視できるので、ｗｉ＝ωとみなす、）する
ことにより、温度の変化による全系での像点位置の変動
ＨＡをほぼ０にしようというものである。

ここで、特開昭５７−１７６０１５号公報では、温度に
よって像点位置が変化する要因としては、プラスチック
からなるレンズの屈折率変化のみを取扱っている。しか
し、実際は、プラスチックレンズを何の外力も与えずに
空気中に放置して温度変化を与えると、温度上昇時には
屈折率の低下による屈折力の低下と、膨張によって曲率
がゆるくなるためによる屈折力の低下とが起こる。すな
わち、温度上昇時には、屈折率の変化と形状の変化との
双方によりレンズの屈折力が低下する（温度下降時は、
逆の現象が生じるだけなので説明は省略する）、その際
に、像点位置の変化に対する影響力の比は、ＰＭＭＡ（
アクリル）やポリカーボネイト、スチレンなど一般のプ
ラスチックレンズ材料では、だいたい７：３〜８：２程
度であり、屈折率の変化による影響の方が大である。し
かしながら、温度分散を考える際は、本来、温度変化に
よる屈折率の変化のみならずこの形状の変化も考慮すべ
きであり、屈折率変化と合わせた温度分散を取り扱うの
がより精密に温度補償を行うことができる。

ここで、前述した特開昭５７−１７０６１５号公報の実
施例に示されたズームレンズは、どれもその大半がプラ
スチックからなるレンズで構成されその一部を上述した
手法に従ってガラスレンズに置き換えたものであるので
、温度補償はなされているはずでありかつ非常に軽Ｉで
安価である。

しかしながら、実際には、温度変化等の環境変化による
像点移動及び収差変動は机上の計算とは一致しない、そ
の机上の計算と現実のレンズ系での大きなずれについて
説明する。

そのずれの主な原因は、ｉ）温度変化による形状変化の
見込み違い、及びｉｉ）温度変化によるプラスチックレ
ンズを保持する鏡胴の伸縮、である。

まずｉ）の形状変化の見込み違いであるが、その主な要
因は曲率半径の変化が前記した方向（温度上昇時に屈折
力がゆるくなり、屈折率変化と同方向の効果をもたらす
〉と逆の方向に変わることが多いということである。こ
の様子を模式的に描いたのが第７図及び第８図である。

第７図は、先に考えたようにレンズに何の外力もかから
なかった場合の温度上昇により曲率がＲＩからＲｌｏに
ΔＲ１°だけゆるくなる様子を示している。尚、実線が
基準温度時、破線が温度上昇時を示している。

これに対し、第８図は実際のレンズ鏡胴に組込まれた場
合の温度上昇による形状変化の様子を示している。第８
図では特にレンズ鏡胴がほとんど１ｍ張しない材質の場
合を簡単のために示している。

第８図によると、明らかに、温度の上昇によって曲率は
Ｒ１からＲ１１にきつくなる方向に変化することがわか
る。このような考え方は、特開昭５７−１３８６０３号
公報などでも提案されている。

実際はレンズ鏡胴自身もいくらか膨張するので第８図の
ように極端なことにはならないが、−ｍにはレンズ鏡胴
に用いられる材質の線膨張係数は、レンズ自身に用いら
れるプラスチック材料のそれより小さく、第８図に相当
する現象が生じやすい。

さらに詳しく見ると、レンズとレンズ鏡胴の偏かなスキ
間やレンズの固定方法等によってもレンズの外力のかか
り方が異なるため、プラスチックレンズが複数個ある場
合、その各々に対して形状変化の方向及び量が異なると
いう画一性のない現象が生じる。

特開昭５７−１７６０１５号公報等では、どのプラスチ
ックレンズでも温度変化による形状変化によって生じる
屈折力の変化は、その方向が温度変化による屈折率の変
化によって生じる屈折力の変化と同方向で、どの材料に
対してもその量がほぼ等しく、かつそのＩは屈折率の変
化による屈折力の変化の量の半分以下であることなどの
理由により、温度変化による形状変化に対する考慮は省
略してもよいとされていた。けれども、ここで示したよ
うに、温度上昇によってプラスチック自体の屈折率はそ
の屈折力をより小さくする方向に変化するのに対して、
形状は屈折力をより大きくする方向に変化する場合も考
えられる。すなわち、温度変化による形状変化について
は、個々のレンズの鏡胴の形状によりランダムな効果を
もたらしてしまい、先の考え方では大きな誤差を生じて
しまうのである。これを（イ）式を用いて簡単に説明す
る。

今、着目するのは温度分散数−１である。温度分散数ｗ
ｉは色収差理論のアツベ数に相当するものなので、この
逆数で考えた方がわかりやすい。すなわち、逆数では温
度分散と効果の大きさが比例する。そこで、屈折率に起
因する温度分散の逆数をＷｉＧとし、形状変化に起因す
る温度分散の逆数をＷｉＳとすると、温度分散数ｗｉは
、 （ロ）　　１　／　ｗｉ　　＝ＷｉＧ＋ＷｉＳとなる。

ここで第７図に相当する考え方ではＷｉＳはＷｉＣの３
〜４割となり、第８図に相当する場合はこの逆符号とな
る。従って、係数Ｋｉを用いて、（ロ）式は、 （ハ）　　１　／ｗｉ　　＝ＷｉＧ　＋　Ｋ　ｉ　−Ｗ
ｉＧ＝　（１＋　Ｋ　ｉ）・ＷｉＧ （−０，４＜Ｋｉ＜０．４） と表わされ、Ｋｉは個々のプラスチックレンズにより異
なる値を持つ、尚、ここで、プラスチックレンズを保持
する鏡胴を構成する材料がレンズを構成するプラスチッ
ク材料より線膨張係数が大きい場合、０．４以上の値も
とりうる。特開昭５７−１７６０１５号公報では、例え
ばＰＭＭＡの場合には基準温度から±３０℃の範囲で温
度分散数−１を定義しており、約７０程度の値を持つ、
そこで、今、簡単のためＰＭＭＡからなるプラスチック
レンズのみでレンズ系が構成されるとすると、（ニ）１
／Ｗｉ（：　　＝　　７０ である。これより、（ハ）式によると、Ｋｉが±０．４
の値をとったとき、ｗｉは各々、（ホ）ｗｉ＝　　５０
　　　：Ｋｉ＝＋０．４（同方向）１１７　　　：Ｋｉ
＝−０，４（逆方向）となる、このように、実際のレン
ズ系においては、ＰＭＭＡの場合には温度分散数智；が
５０〜１１７程度の値でランダムに分布していることが
わかる。

このような状況においては明らかに、特開昭５７−１７
６０１５号公報、及び特開昭５８−１２０２０１号公報
などで提案された画一的な考え方では温度補償が不十分
であることがわかる。尚、ひとつ注意せねばならぬこと
は、例えば第８図のようにレンズと鏡胴の線膨張係数が
大きく差があるときは、実際にはプラスチックレンズは
第８図のような単純な変形ではなく、非球面的に変形し
て大きな性能変化を起たすということである。

次にずれの第２の原因である鏡胴の伸縮について説明す
る。まず考えられるのは、鏡胴の伸縮やプラスチックレ
ンズの膨張による空気間隔の変化である。これらもラン
ダムに変化する傾向があるが、これら並びにプラスチッ
クレンズの軸上厚みの変化が像面位置の変化に与える影
響度合は上述した屈折率変化や形状変化（曲率半径）に
くらべて、小さく無視できる程度である０問題となるの
は、非常に長い空気間隔の場所でそれを少し考慮すれば
十分である。その中で、特に影響が単純に出やすい箇所
はバックフォーカスの部分である。つまり、バックフォ
ーカスが長いレンズにおいては、□　　その部分の鏡胴
の伸縮の影響、すなわち撮像面位置の相対的移動の影響
を受けやすい、これを模式的に示したのが第９図である
。第９図において、レンズ系（プラスチックレンズをい
くつが含む）は、屈折率変化、形状変化及びその他の要
因を考慮して温度補償しであるとする。ここで、温度が
上昇したときにレンズ系に対する像点位置は不動である
が、バックフォーカス部の鏡胴のＯＦからＩＩＦ’への
のびにより予定焦点面は図の実線から点線の位置に移動
するため、図のΔＢＦ分だけデフォーカスを生じてしま
う０例えば、バックフォーカス部分の長さが４０ｗ＋ｍ
とし、その部分の鏡胴の線膨張係数がＰＭＭＡと同じぐ
らいで８　Ｘ　１０−’論論／℃とじ、＋３０℃温度が
上昇した場合を考えると、４０Ｘ８Ｘ１０−’Ｘ３０＝
０．　０９６（ｍｅｉ）と、大きなデフォーカスを生じ
ることになる。

以上述べたように、従来提案されたプラスチックレンズ
の温度補償方法では、どれも温度変化の一側面のみに着
目したものに終わっているため、机上の計算と実際が対
応せず、簡単なレンズ系のものしか製品化できないとい
う結果になっている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、従来提案されたプラスチックレンズを含むレ
ンズにおける種々の温度補償の手法に比べて、より現実
的に精度良くプラスチックレンズの温度変化による像点
移動を抑えることができるレンズを提供することにある
。

そして、上記目的を達成するために、第一の発明は、少
なくとも２枚以上のプラスチック材料でできたプラスチ
ックレンズを含むレンズにおいて、そのｊ、！哨の少な
くとも該プラスチックレンズをホールドする部分に該プ
ラスチック材料の線膨張係数に近い線膨張係数を持った
材料を用いるとともに、全レンズ系において、以下に示
すＡの値がＢの値に焦点深度の範囲で一致することを特
徴とするものである。

Ｎ Ｂ＝ＢＦｘαＢＦＸΔ丁 但し、 １／Ｅｉ＝　　− ［２ΔＴ（＊１（Ｔｏ）−１１αｉ］＋（ｎｉ（Ｔｏ−
ΔＴ）　−ｎ　ｉ　（Ｔｏ＋ΔＴ））ｎｉ（Ｔｏ）−１ であり、ここで、ｆｉは物体側から数えて第ｉ番目のレ
ンズの焦点距離、ｈｉは入射角０、入射高さｆで入射す
る近軸光線の各レンズにおける通過高さ、ｆは全系の合
成焦点距離、ＢＦはバックフォーカス、αＯＦは鏡胴の
バックフォーカス部分の材料の線膨張係数、八Ｔは目標
とする温度補償範囲、Ｔｏは基準温度、ｎｌ（Ｔ）は各
レンズの温度Ｔにおける屈折率、α；は物体側から数え
て第ｉ番目のレンズを構成する材料の線膨張係数、Ｎは
全レンズの総枚数である。

以下、この第一の発明について詳細に説明する。

まず第一に、この第一の発明においては、温度変化によ
る形状の変化による要因と、温度変化による鏡胴特にバ
ックフォーカス部分の伸縮という要因とを鑑みて、まず
鏡胴を構成する材料の選択に着目する。すなわち、この
発明においては、プラスチックレンズを保持する鏡胴を
構成する材料としてその線膨張係数がレンズを構成する
プラスチックのそれに近いものを使用するのである。仮
に線膨張係数がレンズを構成するプラスチックと同一で
あるものを使用した場合は、第８図の鏡胴からの外力は
そのホールドの力のみであり温度変化によるイレギュラ
ーな力は加わらない、すなわち、このような場合には、
基準温度でホールドされた状態から伸縮する際にレンズ
は空気中に外力なく放置された場合と等価となるので、
温度変化によって、レンズの形状がその屈折率の変化に
よる屈折力の変化と逆方向に変化することはなくなる。

従って、（ハ）式のＫｉの値は＋０．３〜＋０゜４あた
りで固定されるので、最も単純な机上計算の場合に一致
する。よって、プラスチックレンズの温度補償を精密に
行うには、単に（イ）式のＡの値を小さくすればよいこ
とになる。但し、この発明においては、（イ）式に用い
られていた温度分散数＋ｗｉに代えて新たな温度分散数
Ｅｉが定義されて導入される。従って、（イ）式は以下
のように書き替えられる。

ここで、（へ）式の総和は全レンズ成分（Ｎヶ）につい
て行なわれ、ｆｉは各レンズの焦点距離であり、ｈｉは
入射角０、入射高さｔ＜ｒは全系の合成焦点距離）で入
射する近軸光線の各レンズにおける通過高さである。Ｅ
ｉは本発明において新たに導入された温度分散を示す係
数であり、それは次のように定義される。まず、バック
フォーカスの変化係数（微分式）は、 ’、ｄｔ’　　　ｉ　＝　１　　　　　“となり、ここ
で、α；は各レンズ成分の線膨張係数；ｆｉは屈折率□
変化係数（＋１℃あたり）、ｎｉは基準温度での各レン
ズ成分の屈折率である０例えば特開昭５７−１７６０１
５等では、基準温度ＴＯとその変動温度±八Ｔの間で、
（ト）式の右辺の形状変化成分であるα；の頃を無視し
て、ｎｌ−１ｎｌ（Ｔｏ）−１ ｎ　ｉ　（Ｔｏ−ΔＴ）−ｎｉ（Ｔｏ＋八Ｔへｎｉ（Ｔ
ｏ）−１ ＝＝’ｌ／ｗｉ として温度分散数ｗｉを定義おり、ｄｔ（＝２Δ丁）と
しては±３０℃で幅で６０℃を考えている。これに対し
て、本発明では、線膨張係数αｉも考えて、［２ΔＴｒ
ｎｉ（Ｔｏ）−１）・ａ　ｉ］＋（ｎｉ（Ｔｏ−ΔＴ）
−ｎｉ（Ｔｏ＋△Ｔ）１ｎｉ（Ｔｏ）−１ で、温度分散数Ｅｉを定義する。

尚、前述のように、プラスチックレンズ材料の線膨張係
数と鏡胴の線膨張係数が大きく異なる場合は、（ハ）式
のところで述べた係数Ｋｉが、（チ）式の右辺の分子の
第１項にかかってくる。ただし、この係数（以？＆Ｋｉ
’とする）は（ハ）式のＫｉとは一致せずその範囲は＋
１の間である。

さて、実際にはレンズを構成する材料の線膨張係数と鏡
胴の材料の線膨張係数とは正確に一致していなくとも許
容される。このような場合、Ｋｉ。

は、両方の線膨張係数の差が増加するに従って＋１から
徐々に減少する方向へ変化し、その線膨張係数の差に比
例した下限値との間でランダムな値をとる０例えば鏡胴
を構成する材料の線膨張係数がＯのときは、Ｋｉ゛の下
限値は−１である。また、鏡胴を構成する材料の線膨張
係数がレンズを構成する材料の線膨張係数の値の半分程
度なら、Ｋｉ。

の下限値は０でありＫｉｏは＋１から０の間でばらつく
が、実際は＋１に近い側でばらつくようであり、この程
度ならシミュレーション誤差は許容され得る。

ここで、鏡胴の材料について、多数のレンズからなるレ
ンズ系の全体にわたって線膨張係数がプラスチックレン
ズの線膨張係数に近いものを用いるピビ・要はない。す
なわち、鏡胴の伸縮としてはプラスチックレンズの形状
（曲率）変化に対する影響を考えているので、レンズ全
系のうちのプラスチックレンズをホールドする部分が各
プラスチックの線膨張係数と近い線膨張係数を有する材
料で構成されていれば良く、ガラスレンズをホールドす
る部分は任意の材料でも良い。

尚、このようにプラスチックレンズと鏡胴の線膨張係数
の差を小さくすることにより、温度変化時にプラスチッ
クレンズにかかる外力が軽減される為、屈折面が非球面
的に変化する可能性が１減され、それにより収差劣化が
なくなるということも重要なメリットである。

あと、もう−点者えねばならないことは、（へ）式のＡ
の値の目標値は０°′ではなく、先述した温度変化によ
るバックフォーカス部分の鏡胴の伸縮量を目標値とする
ことが必要であることである。

すなわち、本発明においては、 （す）　　　　Ｂ＝ＢＦｘα旺×Δ丁 に示されるＢの値と（へ）式のＡの値とが焦点深度の範
囲内で一致することが必要である。ここで、ＢＰはバッ
クフォーカス、αＯＦはバックフォーカス３構成する鏡
胴部分の線膨張係数である。また逆に言えばαＢＦを適
当に選ぶことにより、Ａのレンズ成分による像点移動の
残存量を吸収してやるという考え方もある。

すなわち、第一の発明をまとめると、少なくともプラス
チックレンズをホールドする鏡胴部にはプラスチックレ
ンズの！！膨張係数に近い線膨張係数の材料を用いるこ
とにより温度変化による形状の変化（曲率）のシミュレ
ーション信頼性を向上させるとともに、（チ）式で得ら
れる温度分散数を各レンズ成分ごとに用いることにより
くべ）式の八を求め、これが（す）式に十分近いく焦点
深度内）程度になるようにプラスチックレンズとガラス
レンズとを適正に配置することによって、像点位置の温
度による変動さらには収差性能劣化を取り除くことがで
きるのである。

次に、第二の発明について説明する。上述した第一の発
明では鏡胴部品をうまく選択することにより数多くのプ
ラスチックレンズを含むレンズ系においても温度変化に
よる像点の移動を抑えることができるわけであるが、欲
を言えば、温度に対する収差変動の補償について、従来
のものよりはずっと安定であるがまだ一抹の不安が残る
。

そこで、第二の発明では、ガラスより成る全レンズ系の
うち、一体的に移動させられる１つのレンズ群内に配置
され、光軸方向に互いに隣接した正レンズと負レンズと
の対を選び出してその双方をプラスチックレンズに置き
換えるとともに、第一の発明と同様に、全レンズ系にお
ける任意の焦点距離において（へ）式に示されるＡの値
を（す）式に示されるＢの値に焦点深度の範囲内で一致
させ、かつ該レンズ群において以下に示すＣの値を十分
に小さくすることを特徴とする。

〔ｐ・Ｅｐ　　　　（ｎ・Ｅｎ 但し、ここで、ｆ、Ｅ、ｈに関する添字ｐ＋ｎは、それ
ぞれプラスチックからなる正レンズとプラスチックから
なる負レンズの値であることを示す。

第二の発明において、１つのレンズ群中の正しンズと負
レンズとを対にしてプラスチックに置き換えるのは、ま
ず第一に（へ）式のＡを十分小さく（目標値は（す）式
のＢ）するためである、そして、第二には、隣接した正
レンズと負レンズの対なので特に鏡胴構成に制約を設け
なくてもその温度変化による形状変化の方向には相関が
ある可能性が大きく、また（３）式を満足することによ
って、温度変化による像点移動並びに収差変動に対して
も互いに全く正反対の方向にほぼ等しい量の作用を有す
る可能性が大きいので、温度変化による像点移動のみな
らず収差変動に対しても互いの作用が相殺しあって安定
となることができるからである。

ここで、望ましくは、第一の発明のように、この部分の
鏡胴材料をその線膨張係数がプラスチックレンズ材料の
それに近いもので構成すれば万全である。

また、プラスチックレンズをズームレンズの各レンズ群
に応用した場合には、その各レンズ群ごとに温度補償を
行う必要が生じる。ここで、特開昭５９−３１９２０号
公報に記載された提案では、隣接するレンズ群それぞれ
にプラスチックレンズを用いるとともに隣接するレンズ
群なので各レンズ群において（イ）式のｈｉの項はそれ
ほど差がないためにトータルとして温度補償しうるとし
ているが、実際にはズーミングにより各レンズ群が移動
するとｈｉは隣接するレンズ群どうしでも大きく変化す
るので、温度変化時の像点移動を補償することもままな
らない上に収差変動に際しては効果がほとんどない、そ
こで、ズームレンズにおいては、特開昭５８−１２０２
１０号公報に記載されたごとく、各レンズ群ごとに温度
補償せねばならない。

ただし、レンズ群間に配置された非常に屈折力の弱いレ
ンズ群や最も像側に配置されかつ屈折力のわりと弱いレ
ンズ群においては、そのレンズ群中のプラスチックレン
ズの温度変化による像点位置変化や収差変動に対して影
響度合が小さいのでこの限りではない。

よって、ズームレンズにおいては、各レンズ群の中で上
記条件を満足する正レンズと負レンズとの隣接する対を
選び出してプラスチックに置きがえればよいわけである
。そして、マスターレンズ群がある場合は、そのマスタ
ーレンズ群内での（へ）式のＡの値は（す）式のＢの値
にほぼ一致することが望ましいが、とにかく全レンズ系
における（へ）式のＡの値が任意の焦点距離において（
す）式のＢの値に近いことが最終的に望まれる。このよ
うに、プラスチックレンズを用いる群においては、その
中の隣接する正レンズと負レンズとにプラスチックレン
ズを導入してＣを十分に小さくすることにより、温度変
化による像点位置の変動も収差の変動も任意の焦点距離
において小さくすることができ、全レンズ系でＡの値を
Ｂの値と焦点深度の範囲で一致させるにより、像点位置
の予定焦点面からの移動を小さくすることができる。

さて、これらを考慮した具体例を示す。

（以下余白） 第１表（塞１１リー） ｆ＝９．２〜１３．５〜２２．ＯＦＮＯ＝３．０〜３．
５〜４．５曲率半径　　軸上面間隔　　屈折率（Ｎｄ）
　　アツベ数（νｄ）ｒ４　　　１３．７３フ ｄｓ　　３．１００　　Ｎｓ　　１．５８４０　　　ν
３３１．Ｏｄ、　　１．３００ ｄｌｓ　１２．０１６〜４．０４３〜０．０１０ｒ１ｏ
。

４ｎ　１５．１６８　　Ｎ７１．５１６８　　　ν、　
　６４．１２ｒｔｓ　　　　■ Ａ、＝−０，５３６５３８０ＸＩＯ−’ここで、’ｌ＋
’２．・・・・・・は物体側から数えたレンズ面の曲率
半径を示し、ｄ＋　、ｄｚ・・・・・・は軸上面間隔を
示す、　Ｎｔ、Ｎａ・・・・・・、並びにシ５．シ２．
・・・・・・は、レンズ材料のｄ線における屈折率とア
ツベ数である。また、非球面の係数は次式によるもので
ある。

但し、ここで、Ｃ０＝１／ｒである。

実施例１の最長焦点距離端におけるレンズ断面図を第１
図に示す、この実施例のレンズは、物体側から順に、負
の屈折力を有する第１レンズ（Ｌｌ）、負の屈折力を有
する第２レンズ（シ、）、及び正の屈折力を有する第３
レンズ（Ｌ３）から構成され全体として負の屈折力を有
する第１レンズ群（Ｇ１）と、正の屈折力を有する第４
レンズ（Ｌ、）、絞り（Ｓ）、負の屈折力を有する第５
レンズ（Ｌｓ）、及び正の屈折力を有する第６レンズ（
Ｌ、）から構成され全体として正の屈折力を有する第２
レンズ群（Ｇ２）とからなり、第１・第２レンズ群（Ｇ
ｌ）（Ｇ２）間の間隔を変えることによってズーミング
を行う２成分ズームレンズである。そして、図中斜線で
示した第２・第３レンズ（Ｌ２）（Ｌｉ）がそれぞれ、
ＰＭＭＡ（アクリル）、ポリカーボネイトで構成された
プラスチックレンズであるｌｆ＆尾の平板（Ｌ、）はロ
ーパスフィルタや光分割プリズムなどに相当するもので
ある。

この実施例では、負の屈折力を有する第２レンズ（Ｌ２
）と正の屈折力を有する第３レンズ（Ｌ、）とにプラス
チック材料を用いて温度補償を行っている。ここで、第
２・第３レンズ（Ｌｘ）（Ｌｓ）にそれぞれ用いられる
ＰＭＭＡとポリカーボネイトとの温度変化に対する屈折
率変化率ｄｏ／ｄｔと線膨張係数とは、次の第２表に示
されるとおりであり、それより得られる温度分散数Ｅｉ
は、基準温度を２０℃とし、その±３０℃で補償する場
合、第２表に示すようになる。

（以下余白） 第２表 そして、ガラスの温度分散数Ｅ；はプラスチックに対し
数１０倍以上であるので、ここでは温度変化による影響
は０（Ｅｉ＝■）とする。

このような前提のもとに、各レンズの最長焦点距離端に
おける屈折力、薄肉間隔、Ｅｉ、　ｈｉ、及びｈｉ”／
　（ｒ：　−Ｅｉ）をまとめたのが第３表である。尚、
（）内は最短焦点距離端における値を示している。

（以下余白） 第３表 Ｌ　、　−０，０５８３３４８ω　　２２．０　　　　
０３．４３２０９　　　　　　（９，２）Ｌｉ　−０，
０４１６４０２６３，３２６，２５３６−０，４５３Ｌ
４　０．０８２９８６０　　　　　　　ｏｏ　　　３３
．０４１４　　　０１２．６９５６１　　　　　　（１
９，６１３７）（０，８９００７） Ｌｙ　　　Ｑ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　ｃｏ　　　　　　　１８．９２３７　　　　　
　　　０（１８，９２３７） 童＝ｌ［１・Ｅ＋（０，０１９） 一方、バックフォーカスの部分の鏡胴材料の線膨”張係
数を４ｘｌＯ−’程度としたとき、温度上昇による最長
焦点距離端及び最短焦点距離端における鏡胴の伸びＢＴ
、　Ｂｌｌはそれぞれ、ＢＴ　　　４０ｘ４ｘ１Ｇ−’
ｘ３Ｇ＝０．０４８ＢＷ　　　２８ｘ４ｘ１０−’ｘ３
０＝０．０３４となる。これより、第３表に示されたＡ
の値とＢＴ及びＢ−との差を最長焦点距離端及び最短焦
点距離端で計算すると、 最長焦点距離端：Ａ−ＢＴ＝０．１０８−０．０４８＝
　０．０６０最短焦点距離端：　Ａ　−Ｂ　ｌ１ｌ＝　
０．０１９−０．０３４＝−０，０１５となる。一方、
それぞれの状態における焦点深度は、ＦＮｏＸ（許容錯
乱円径）で得られるので、許容錯乱円径を０．０３３程
度とすると、 最長焦点距離端　　４．５ｘ０．０３３＝０．１４９最
短焦点距離端　　　３ｘ０．３３３＝０．０９９となる
ので、Ａ−Ｂの値は、十分許容深度内におさまっている
。

尚、ここで、論議しているｈｉ”／　（ｆｉ−Ｅｉ）は
、基準温度の近辺で式の微分により導出された量である
ので、補償温度の範囲、すなわち、ΔＴが大きくなるに
つれて誤差を持つようになる。すなわち、計算されたＡ
の値が、実際の温度変化した場合のレンズ系最終面と像
面位置までの距離の変化量と少しずれることがある。そ
こで、実施例１において実際に温度が＋３０℃変化した
時の八〇Ｆを示しておく。

ΔＢＦ 最長焦点距離端　　０．０４２ 最短焦点距離端　　０．００７ よって、実際の像面位置と予定焦点面とのずれはΔＢＦ
−Ｂで得られ、次のようになる。

最長焦点距離端　　−０，００６ 最短焦点距離端　　−０，０２７ 以上から実施例１においては、これでも十分許容深度内
に入ってることがわかる。

さて、この実施例１にもう一度着目したとき、単にＡの
値を小さくするだけなら第１レンズ（Ｌｌ）と第３レン
ズ（Ｌ、）の組合せにプラスチックレンズを導入として
も、屈折力配分のわずかの変更により実現することがで
きる。しかし、第１レンズ（Ｌｌ）と第３レンズ（Ｌ３
）との組合せにプラスチックレンズを導入した場合では
、両レンズ間の諸収差に対する影響度合の相関が相当弱
いために温度変化による屈折率変化や形状変化が生じた
場合の□収差変動を打ち消し合う効果が弱く性能劣化が
著しい、また、一般に、プラスチエツクレンズはガラス
にくらべるとキズその他の要因に対して強度的に弱いた
め、最も物体側に配置される第１レンズ（し、）にプラ
スチックレンズを導入するのは危険である。そこで、本
実施例のような負・正の２成分からなるズームレンズ、
又は、それらの後ろに正又は負の後続レンズ群があるよ
うなズームレンズにおいて、その最も物体側に配置され
る第１レンズ群にプラスチックレンズを用いる場合は、
実施例１のように、物体側から順に物体側凸の負メニス
カスレンズ（Ｌ、）をガラスによって構成し、それに続
く負の第２レンズ（Ｌりを低分散プラスチックにより構
成するとともに物体側に強い面を向けた正の第３レンズ
（Ｌｓ）を高分散プラスチックで構成した３枚構成にす
るのが、コスト、温度補償、収差性能、及び強度のいず
れの点においても有利である。

さて、次に別の実施例を示す。

（以下余白） 第４表（大町１珂３−） ｆ＝１０．２〜１４．０〜２４．３　　　ＦＮＯ＝２．
８〜３．１〜４．１ｄ、　　　１．４００　　　Ｎ、　
　　１．７１３０　　　ν、　　　５３．９３ｒ２　　
９．２８０ ｄｓ　　　１．７００　　　Ｎ２　　１．４９１４　　
　シ２５７．８２ｒ、　　　２０．８３０ ｄ％　　３．７００　　　Ｎ３　　１．５８４０　　１
／３　　３１．Ｏｒ＝　　１１２．５５３ ｄ、　　　５．０００　　　Ｌ　　　１．４９１４　　
　シイ５フ、８２ｒｅ　　−１７，１０８ ｄｓ　　　１．５００ ｒ、　　　　　Ｑ） ｄ、。　３．５００　　　Ｎｓ　　　１．５８４０　　
　シ、、３１．Ｏｒ、、　　１４．８１９ ｄ、２４．１００　　　Ｎ、　　　１．７１３０　　　
ν、　　　５３．９３ｒ＋３−１４．９５８ この実施例２の最長焦点距離端におけるレンズ断面図を
第２図に示す、実施例２は第１図図示の実施例１とほぼ
同様のレンズ形状を有する２成分ズームレンズであるが
、第１レンズ群（Ｇ１）内の第２レンズ（Ｌ２）と第３
レンズ（Ｌ、）との組み合わせのみならず、第２レンズ
群（Ｇ２）内の第４レンズ（Ｌ４）と第５レンズ〈Ｌ、
）との組み合わせにもプラスチックが導入されている。

そして、実施例２の各レンズの屈折力、薄肉間隔、Ｅｉ
、　ｈｉ、及びｈｉ２／　（ｆｉ　−Ｅｉ）についてま
とめたのが第５表である。

（以下余白） 第５表 Ｌ　、　−０，０４８５３５８■　　　２４．３　　　
　０Ｌ、　　　Ｑ、０５５６４９０　　　　　　　　　
　　　　　６３．３　　　　　３フ、８４２９　　　　
　　　　１．２５９Ｌｖ　Ｏ，Ｑ　　　　　　　　　Ｃ
ｏ　　　２３．３０８４　　　０（２３，３０８４＞ そして、 ＢＴ　　　４３Ｘ４Ｘ１０−’Ｘ３０＝０．０５２Ｂ冒
　　２９Ｘ　４　Ｘ　１０−’　Ｘ　３０＝　０．０３
５となり、これより、ＡとＢの差は 最長焦点距離端　　Ａ　−Ｂ　＝−０，０５７最短焦点
距離端　　Ａ−Ｂ＝　　０．０８６となる。一方、焦点
深度は、 最長焦点距離端　　４．１ｘ０．０３３＝０．１３５最
短焦点距離端　　２．８ｘ　０．０３３＝　０．０９２
で、いずれの状態においても深度に入っている。

これで見ると最短焦点距離端で深度に近いように見える
が、実際のバックフォーカスの変化量ΔＢＦは、 ΔＢＦ 最長焦点距離端　　−０，０７５ 最短焦点距離端　　　０．０２５ であり、実際のずれ量は、Δ０Ｆ−Ｂより、最長焦点距
離端　　−０，１２７ 最短焦点距離端　　−０，０１０ となり、どちからと言えば最長焦点距離端の方が深度範
囲に近い。

本実施例では第１レンズ群（Ｇ、）及び第２レンズ群（
Ｇ、）の双方において、互いに隣接する正レンズと負レ
ンズとの対をそれぞれプラスチックレンズで構成してお
り、各レンズ群内において前記Ｃの値は十分小さく補正
されている。

尚、第２レンズ群（Ｇ２）内のプラスチックレンズの導
入に関して、本実施例では第４レンズ（Ｌ４）と第５レ
ンズ（Ｌｓ）との組合せを選んだが、第４レンズ（Ｌ４
）のかわりに第６レンズ（Ｌ、）をプラスチックレンズ
としても少しの屈折力配分の変更で温度補償できること
が第５表より明らかである。

このように、第２レンズ群（Ｇ２）にプラスチックレン
ズを導入する際に、この第２レンズ群（Ｇ２）を物体側
から順に正レンズ、負レンズ、及び正レンズの３枚構成
にしておくと前記Ｃの値のコントロールが容易であり、
かつレンズ枚数も少なくて低コスト化を実現することが
できる。

ここで、Ａの計算値と温度変化によって屈折率及び形状
が変わった場合の計算値ΔＢＦとは、ΔＴが大きくなる
につれてずれてくるが、特に実施例１より実施例２の方
が閉著である。このずれはプラスチックレンズの数が増
えれば増えるほど増大し、ｔな、各レンズ群内において
プラスチックレンズが導入される正レンズと負レンズと
の間隔が大きくなればなるほど増大する。よって、Ａの
値の信頼性を確保し、それが△ＢＦさらには実際に作り
上げた製品における温度変化によるバックフォーカスの
変化に十分な精度で一致するためには、プラスチックレ
ンズを過度に用いないこと、並びに対となる正レンズと
負レンズとは十分に接近させること、が望ましい。

次に、本発明を一眼レフレックスカメラ用光学系に応用
した例を実施例３として第６表に示す。

（以下余白） 第６表（夾隻匠１） ｆ＝７７．５〜５２．９〜３６．１　　　ＦＮＯ＝４．
１〜５．５〜５．５曲率半径　　軸上面間隔　　屈折率
（Ｎｄ）　　アツベ数（νｄ）非球面データ： ｒ４　：ε＝１．ＯＡ４＝　０．６９１１９Ｘ１０−’
　　ＡＩ＝−０，１３０６３ＸＩＧ−’Ａ　ａ　＝０．
７７５８１　Ｘ　１Ｇ−’・ｒ＋ｓ：ε＝１．ＯＡ４＝
−０，３７２０３Ｘ１Ｇ−’　　Ａｓ＝−０，２０１９
１Ｘ１Ｇ−”Ａ　、　＝−０，２６９６８ｘ　１Ｇ−’
　”実施例３の最長焦点距離端におけるレンズ断面図を
第３図に示す、この実施例のレンズは、物体側から順に
、負の屈折力を有する第１レンズ（Ｌｌ）、負の屈折力
を有する第２レンズ（Ｌ、）、及び正の屈折力を有する
第３レンズ（Ｌ、）から構成され全体として負の屈折力
を有する第１レンズ＄７（Ｇｌ）と、正の屈折力を有す
る第４レンズ（Ｌ、）、絞り（Ｓ）、負の屈折力を有す
る第５レンズ（Ｌ、）、及び正の屈折力を有する第６レ
ンズ（Ｌ、）から構成され全体として正の屈折力を有す
る第２レンズ群（Ｇ２）と、負の屈折力を有する第７レ
ンズ（Ｌ、）から構成される全体として負の屈折力を有
する第３レンズ群（Ｇ、）とからなり、第１・第２レン
ズ群（Ｇ、）（Ｇ、）間の間隔及び第２・第３レンズ群
（Ｇ２）（Ｇ３）間の間隔を変えることによってズーミ
ングを行う３成分ズームレンズである。そして、図中斜
線で示した第２・第３レンズ（Ｌ２）（Ｌ３）がそれぞ
れ、プラスチックレンズである。

この実施例では、負の屈折力を有する第２レンズ（Ｌ２
）と正の屈折力を有する第３レンズ（Ｌ３）とにプラス
チック材料を用いて温度補償を行っている。ここで、第
２・第３レンズ（Ｌ２）（Ｌ３）にそれぞれ用いられる
ＰＭＭＡとポリカーボネイトとの温度変化に対する屈折
率変化率ｄｎ／ｄｔと線膨張係数とは、先の第２表に示
されるとおりである。そして、ガラスの温度分散数Ｅ；
はプラスチックに対し数１０倍以上であるので、ここで
は温度変化による影響は０（Ｅｉ＝ω）とする。

このような前提のもとに、各レンズの最長焦点距離端に
おける屈折力、薄肉間隔、Ｅｉ、ｈｉ、及びｈｉ２／　
（ｆｉ　−Ｅｉ）をまとめたのが第７表である。尚、（
）内は最短焦点距離端における値を示している。

（以下余白） 第７表 ｈｉ２ 屈折力　　　薄肉間隔　Ｅｉ　　　　ｈｉ　　　　　−
１−Ｅｉ （３８，０３２８） そして、 ＢＴ　　　４１ｘ４ｘ１０−’ｘ３０＝０．０４９ＢＷ
　　　３７ｘ４ｘ１０−’ｘ３０＝０．０４４となり、
これよりＡとＢの差は 最長焦点距離端　　Ａ−Ｂ＝　　０．０５０最短焦点距
離端　　Ａ−Ｂ＝−０，０２３となる。一方、焦点深度
は、 最長焦点距離端　　５．５ｘ　Ｏ，０３３＝　０．１８
２最短焦点距離端　　４．ｌｘｏ、０３３＝０．１３５
で、深度内である。

ここで、実際のバックフォーカスの変化量ΔＢＦは、 八ＢＦ 最長焦点距離端　　　０．１１１ 最短焦点距離端　　　０．０２４ で、実際のずれ量は、ΔＢＦ−Ｂより、最長焦点距離端
　　　０．０６２ 最短焦点距離端　　−０，０２０ となり、勿論深度内である。

尚、本実施例においては、第３レンズ群（Ｇ、）の屈折
力は非常に弱くてバックフォーカスや諸収差への温度変
化に対する影響度も格段に小さいため、第３レンズ群（
Ｇ、）を単一のプラスチックレンズで構成することも可
能である。

以上詳述したように、本発明によれば、温度変化による
プラスチックレンズの屈折率変化及び形状変化をともに
考慮してより正確に、プラスチックレンズを含むレンズ
の温度補償を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例１の最長焦点距離端でのレンズ配
置を示す断面図、第２図は実施例２の最長焦点距離端で
のレンズ配置を示す断面図、第３図は実施例３の最長焦
点距離端でのレンズ配置を示す断面図、第４図〜第６図
はそれぞれ実施例１〜３の諸収差を示す収差図であり、
（ａ）は最長焦点距離端、（１，）は中間焦点距離状態
、（ｅ）は最短焦点距離端をそれぞれ示す、第７図は何
の外力もかからず温度上昇した場合のプラスチックレン
ズの形状変化を示す模式図、第８図は膨張しない鏡胴に
ホールドされた場合めプラスチックレンズの形状変化を
示す模式図、第９図は鏡胴のバックフォーカス部分の膨
張により像面が変位する様子を示した模式図であり、第
７図〜第９図において、それぞれ実線が基準温度時、破
線が温度上昇時の状態を示している。 （Ｌｘ）（Ｌ３）；プラスチックレンズ（第１図）、（
Ｌ　２）（Ｌ　３）（Ｌ　、）（Ｌ　ｓ）；プラスチッ
クレンズ（第２図）、 （Ｌ　２）（Ｌ　３’）ニブラスチックレンズ（第３図
）。 以上 出願人　ミノルタカメラ株式会社 第　ｌ　図 第３図 １１４図 抹ｉ’＋を先　と５Ｌ１キ　　　　　１ｒ玄５収禿　　
　　　　　　　直　命　５珠１法日出土　　　計４．４
に五　　　　番曲浴第　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２枚以上のプラスチック材料でできたプ
   ラスチックレンズを含むレンズにおいて、該レンズを保
   持する鏡胴の少なくとも該プラスチックレンズをホール
   ドする部分に該プラスチック材料の線膨張係数に近い線
   膨張係数を持った材料を用いるとともに、全レンズ系に
   おいて、以下に示すＡの値がＢの値に焦点深度の範囲で
   一致することを特徴とするプラスチックレンズを有する
   レンズ： ▲数式、化学式、表等があります▼ Ｂ＝ＢＦ×αＢＦ×ΔＴ 但し、 １／Ｅｉ＝ ［２ΔＴ｛ｎｉ（Ｔ＿０）−１｝・αｉ］＋｛ｎｉ（Ｔ
   ＿０−ΔＴ）−ｎｉ（Ｔ＿０−ΔＴ）｝／ｎｉ（Ｔ＿０
   ）−１であり、 ここで、 ｆｉ；各レンズの焦点距離、 ｈｉ；入射角０、入射高さｆで入射する近軸光線の各レ
   ンズにおける通過高さ、 ｆ；全系の合成焦点距離、 ＢＦ；バックフォーカス、 αＢＦ；鏡胴のバックフォーカス部分の材料の線膨張係
   数、 ΔＴ；目標とする温度補償範囲、 Ｔ＿０；基準温度、 ｎｉ（Ｔ）；各レンズの温度Ｔにおける屈折率、 αｉ；各レンズを構成する材料の線膨張係数、 Ｎ；全レンズの総枚数、 である。 ２、少なくとも２枚以上のプラスチック材料でできたプ
   ラスチックレンズを含むレンズにおいて、一体的に移動
   させられる少なくとも１つのレンズ群内に配置され、光
   軸方向に互いに隣接する正レンズと負レンズとの対をそ
   れぞれプラスチックにより構成するとともに、該レンズ
   群において以下に示すＣの値が十分に小さく、かつ、全
   レンズ系における任意の焦点距離において以下に示すＡ
   の値がＢの値に焦点深度の範囲内で一致することを特徴
   とするプラスチックレンズを有するレンズ；▲数式、化
   学式、表等があります▼ Ｂ＝ＢＦ×αＢＦ×ΔＴ Ｃ＝（ｈｐ＾２／ｆｐ・Ｅｐ）＋（ｈｎ＾２／ｆｎ・Ｅ
   ｎ） 但し、 １／Ｅｉ＝ ［２ΔＴ｛ｎｉ（Ｔ＿０）−１｝・αｉ］＋｛ｎｉ（Ｔ
   ＿０−ΔＴ）−ｎｉ（Ｔ＿０＋ΔＴ）｝／ｎｉ（Ｔ＿０
   ）−１であり、ここで、 ｆｉ；各レンズの焦点距離、 ｈｉ：入射角＿０、入射高さｆで入射する近軸光線の各
   レンズにおける通過高さ、 ｆ：全系の合成焦点距離、 ＢＦ；バックフォーカス、 αＢＦ；鏡胴のバックフォーカス部分の材料の線膨張係
   数、 ΔＴ；目標とする温度補償範囲、 Ｔ＿０；基準温度、 ｎｉ（Ｔ）；各レンズの温度Ｔにおける屈折率、 αｉ；各レンズを構成する材料の線膨張係数、 Ｎ；全レンズの総枚数、 であり、更にｆ、Ｅ、ｈに関する添字ｐ、ｎは、それぞ
   れプラスチックからなる正レンズとプラスチックからな
   る負レンズの値であることを示す。 ３、少なくともプラスチックからなる正レンズ及びプラ
   スチックからなる負レンズをともにホールドする鏡胴を
   該プラスチックレンズ材料の線膨張係数に近い線膨張係
   数を持った材料で構成することを特徴とする請求項２記
   載のプラスチックレンズを含むレンズ。 ４、ズームレンズにおいて最も物体側に配置される第１
   群の互いに隣接する正レンズと負レンズとがともにプラ
   スチックからなり、かつその第１群の最も物体側に配置
   されるレンズがガラスからなることを特徴とする請求項
   ２記載のプラスチックレンズを含むレンズ。５、最も物
   体側に配置された第１群が負の屈折力を有し、それに続
   く第２群が正の屈折力を有するズームレンズにおいて、
   第１群を、物体側より順に、物体側に凸のガラスからな
   る負メニスカスレンズの第１レンズ、低分散プラスチッ
   クからなる負レンズの第２レンズ、及び高分散プラスチ
   ックからなる正レンズの第３レンズの合計３枚で構成し
   たことを特徴とする請求項２記載のプラスチックレンズ
   を含むレンズ。 ６、更に、第２群を、物体側より順に、正レンズからな
   る第４レンズ、負レンズからなる第５レンズ、及び正レ
   ンズからなる第６レンズの合計３枚で構成したことを特
   徴とする請求項５記載のプラスチックレンズを含むレン
   ズ。 ７、第２群中の互いに隣接する正レンズと負レンズとを
   プラスチックにより構成したことを特徴とする請求項６
   記載のプラスチックレンズを含むレンズ。 ８、第２群の像側に負の屈折力を有する第３群が配置さ
   れた負・正・負構成の３成分ズームレンズであることを
   特徴とする請求項５記載のプラスチックレンズを含むレ
   ンズ。