JPH03181908A - 環境変化の影響を補償した小型のズームレンズ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は小型のズームレンズ、特にバックフォーカスの
制限が少ない、レンズシャッター式のコンパクトカメラ
などに適したズームレンズに関する。

− （従来技術） 近年、レンズシャッター式のコンパフートカメラにおい
てもズームレンズを搭載したものが主流となってきてい
る。この種のズームレンズにおいては、−眼レフ用のズ
ームレンズと異なり、バックフォーカスについての制限
はないが、より小型で、低コストのものが要求される。

このようなコンパクトカメラ用のズームレンズで２倍程
度の変倍比を持つものとしては、従来、特開昭６０−１
７０８２６号公報、特開昭６４−５２１１１号公報、特
開平１−１９３８０８号公報、および特開平１−１９３
８０７号公報に開示されたものが知られている。

（この発明が解決しようとしている問題点）特開昭６０
−１７０８２６号公報、特開昭６４−５２１１１号公報
や特開平１−１９３８０８号公報記載のズームレンズで
は、高価格の硝材を多用していたり、ガラス製の非球面
レンズを用いており、廉価なコンパクトカメラ用の撮影
レンズとしては、ややコスト面で問題があった。

−４＝ レンズのコストを低減する方法としては、（イ）レンズ
系の構成枚数を少なくする、（ロ）材料費を安くする、
（ハ）加工費を安くする、などが考えられるが、互いに
両立するのが難しい。例えば、無理に構成枚数を少なく
すると、材料費を高くしなければならなかったりして１
反って、コスト高になったりする。プラスチックレンズ
を用いることは（ロ）と（ハ）を両立でき、コストダウ
ンに及ぼす効果が大きい。反面、プラスチックレンズに
は以下に述べる欠点がある。（ａ）その材料がガラスに
比べて少なく高屈折率のものがない。

（ｂ）温度変化により屈折率が著しく変化し、アクリル
系や、ポリカーボネイト系のプラスチックでは、１度あ
たりの温度上昇に対してｌＸｌ０−’以上も屈折率が減
少してしまう。（Ｃ）プラスチックレンズには吸水性が
あり、湿度変化により、その吸水率が変化し、屈折率も
変化するという性質があり、しかも湿度変化に対し、吸
水率の変化は遅く、平衡状態に達するまでの過渡期には
、レンズ内に屈折率分布が生じてしまい、収差が著しく
劣化してしまう。この性質はアクリル系プラスチックに
関して顕著であり、吸水率１００％での屈折率変化は、
およそ１×１０−３増加する。

このような欠点のため、従来プラスチックレンズは、変
倍比が２倍以上のズームレンズに用いられることが少な
く、使用した場合にはノンパワーとしたレンズを１枚用
い、主に非球面による収差補正のみを目指したものが主
で、プラスチックレンズによるコストダウンを試みたも
のは少ない。

特開平１−１９３８０７号公報記載のものでは、アクリ
ル系や、ポリカーボネイト系のプラスチック製レンズを
多数使用しており、比較的安価であるが、実施例中、２
倍程度の変倍比を持つものでは、３０°温度が上昇する
と広角端で０．４ｍ＋、望遠端で、１．４ｍｎピント位
置が変化し、しかもアクリル系のプラスチックレンズが
多用されており、湿度変化による影響も大きいため、実
用に際しては何等かの補正手段を講じなければならない
。

特に、ピント調整を撮影レンズを通さないで行うコンバ
ク１〜カメラなどでは、この補正が重要な問６ 題となる。

（この発明が解決しようとする問題点）この発明は、２
倍程度の変倍比を持ち、温度、温度の環境の変化に対し
ても、特別な補正手段を用いないでも使用可能な、安価
なズームレンズを提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明のズームレンズは、」二記の目的を達成するため
、少なくとも２つのズーミングのための可動レンズ群を
有するズームレンズにおいて、上記可動レンズ群のうち
の少なくとも１つは空気中の水分を吸収して屈折率が変
化する材料でできたレンズ（以下吸湿レンズと呼ぶ）、
水分を吸収しない材料でできたレンズ（以下非吸湿レン
ズと呼ぶ）およびこれらのレンズを固定するためのレン
ズ保持部材により構成し、光軸方向の両端に非吸湿レン
ズを配置し、中間に配置された吸湿レンズが」二記両端
の非吸湿レンズとレンズ保持部材によって密閉する構成
とした。

より具体的には、正の焦点距離を持つ第１レンズ群と負
の焦点距離を持つ第２レンズ群より構成され、第１レン
ズ群と第２レンズ群の間隔を短縮することによって短焦
点端から長焦点端へと変倍する２群ズームレンズにおい
て、上記第１レンズ群が物体側から、正のメニスカスの
第１−レンズと両凹の第２レンズよりなる負のａレンズ
ユニットと正の第３レンズと両凸の第４レンズよりなる
正のｂレンズユニットにより構成され、上記第２レンズ
群が物体側から順に像側に凸面を向けた正のメニスカス
の第５レンズ、負の第６レンズ、像側に凸面を向けた負
のメニスカスの第７レンズにより構成され、上記第３、
第６レンズがプラスチックレンズであり、その内の少な
くとも１つが吸湿レンズであり、」二記第１、第２レン
ズ群中の各レンズが水蒸気を通さないレンズ保持部材に
より密封固定され、上記第３、第６レンズが外界と遮断
され、水蒸気のやりとりをなくしたことを特徴とする。

また、上記第エレンズ群の焦点距離をＦ１、第３、第６
レンズの焦点距離をそれぞれｆ３、ｆ６と８ し、ａレンズユニットの第２主点とｂレンズユニットの
第１主点の間隔をり、ｂ、ａレンズユニットの焦点距離
をｆａ（ｆａ＜Ｏ）とするとき、以下の条件式を満足す
ることを特徴とする。

３．０＜　　ｆ３／Ｆ、＜８．０　　　　　　・・　■
０．５＜１ｆ６１／ｆ３＜０．７　　　　　・・・　■
０　　＜Ｄ、ｂ／　１１＜０．２　　　　　　、、、　
　■更に、上記第３レンズに非球面を用いたことを特徴
とする。

上記の吸湿レンズの材料としてはポリメチルメタクリレ
ートまたはスチレンアクリロニトリルを使用する。

（作用） 吸湿性のある材料で出来たレンズを非吸湿性レンズの間
に配置してレンズ保持部材により吸湿性レンズを密閉し
、外界との水蒸気のやり取りをなくしたことにより、吸
湿レンズの湿度による影響を排除できる。その結果、他
に温度変化による影響を受ける場合には、それのみを補
償すれば良く良好な補償が可能となる。また一般にポリ
メチルメタクリレートやスチレンアクリロニトリル等の
成形性が良く、光学材料としては最適なプラスチック材
料にこのような吸湿性があるが、本発明の構成によれば
、その欠点が表れないようにして使用でき、非球面の底
形もまた簡単で低コストとなる。また、これらの材料は
軽量であり、可動レンズ群に用いることにより、レンズ
群の原動力が小さくて済み、暉動機構のコンパクト化が
可能になる。

また、ズームレンズの構成を、正の第１レンズ群、負の
第２レンズ群を持つテレフォト型の２群ズームレンズと
することにより、レンズ全長、特に広角端での全長を短
くでき、コンパクトカメラ用の小型のズームレンズに最
適なものとなる。

本発明のズームレンズでは、第３、第６レンズの２枚を
プラスチックレンズとして軽量であり、かつ低コストに
している。しかもレンズ保持部材とプラスチックレンズ
前後のガラスレンズによってプラスチックレンズを密閉
し、外界との水蒸気のやりとりをなくしているため外界
の湿度が変化しても内部の湿度変化がなく、温度炭化に
伴う内部の飽和水蒸気圧の変化による湿度変化のみとす
ることができ、また内部の空間の容積が小さいためこの
影響は無視できる程小さくなる。そのため内部のプラス
チックレンズの吸水率が変化することなく、湿度変化に
よるバックフォーカスの変化すなわち焦点移動、収差劣
化を避けることができる。また組立て後にプラスチック
レンズの表直に触れることが出来ないため、誤って触れ
て傷がつくこともなくなり、保護コート等の必要がなく
、更に低コスト化できる。

温度変化についても、第３レンズで発生する温度変化に
よる焦点移動を第６レンズで発生する焦点移動で打消す
ようにできるため、温度変化による焦点移動も全変倍域
で小さくすることができる。

本発明のズームレンズでは、第３レンズと第６レンズの
屈折力配分を適切にして、温度が上昇するとき、広角端
ではバックフォーカスが伸びる、正の焦点移動をするよ
うにし、望遠端で負の焦点移動となるようにして焦点移
動の絶対値を小さく１１ している。またカメラボディーまたは鏡胴等は温度上昇
によって膨張するため、この効果を考慮すると温度上昇
時の負の焦点移動の絶対値は正の焦点移動の絶対値より
小さくなっていることが望ましい。

本発明のズームレンズでは、第１レンズ群の温度変化の
影響が第２レンズ群の倍率で拡大されて焦点移動に寄与
するため、焦点移動の絶対値を小さくするためには、第
３レンズの屈折力およびレンズ構成を適切にすることが
望ましい。

第１レンズ群の焦点距離をＦｌ、ａレンズユニットの焦
点距離をｆＭ、ｂレンズユニットの焦点距離をｆｂ、ａ
レンズユニットの第２主点とｂレンズユニットの第１主
点の間隔をＤａｂとすると以下の式が成立する。

Ｆｌ−”＝ｆｉ−１＋ｆｂ−’　　Ｄａｂｆａ−”ｆｂ
−’　　　■またｂレンズユニットが焦点距離ｆ３の第
３レンズと焦点距離ｆ４の第４レンズが密着してできて
いるとすると以下の式が成立する。

ｆ　ｂ−”　＝　ｆ　３−’　＋　ｆ　４−’　　　　
　　　■２− ■を温度Ｔで微分すると温度変化するのがｆｂ、特にそ
の中のｆ３のみであることから となる。

同様に■を微分して ■、 ■ より よって、△Ｔの温度上昇による焦点距離変化をΔＦよ、
△ｆ３とすると と書ける。

一方、第３レンズの屈折率をｎｌ、そのΔＴの温度上昇
における変化分をΔｎ３、△Ｔの温度上昇における線膨
張率をα３とおくと一般に以下の関係が成立する △ｆ３＝（Ａユと＋α３）ｆ３ ・３−１　　　　　　　　　■ ポリカーボネイト系、アクリル系などレンズ材料として
使用されているプラスチックにおいては（−Δｎ３／（
ｎ、　−１）＋　ａ３）　　が約０．０１程度である。

■、■から ΔＦ□＝０．０１上に（１−旦■）　　　［相］ｆ３　
　　　ｆａ したがって、ΔＦ１を小さくするためには、ｆ３を大き
く、Ｄａｂ／１ｆａｌを小さくする必要がある。

条件式のは第３レンズの屈折力配分に関する条件であり
、■の下限を下まわると温度変化による焦点移動が大き
くなり、上限を越えるとｂレンズユニットの屈折力が第
４レンズに集中するようになり、球面収差やコマ収差が
発生しやすくなる。

条件式■は第３レンズと第６レンズの屈折力配分に関す
る条件であり、■の下限を下まわると第６レンズによる
焦点移動の打ち消しが小さく、広角端での焦点移動が大
きくなる。■の上限を越えると打ち消し量が大きくなり
すぎ、望遠端での負の焦点移動が大きくなってしまう。

条件式■の上限を越えると、やはり温度変化による焦点
移動が大きくなり、また、レンズ全長が長くなり、第１
レンズ群のレンズ外径も大きくなるため望ましくない。

条件式■の下限を下まわると広角端での糸巻型の歪曲収
差が大きくなって補正が困難になる。

また第３レンズに非球面を用いると球面収差が良好に補
正できる。

更に望ましくは第６レンズにも非球面を用いると歪曲収
差や非点・収差などの軸外収差も良好に補正できる。こ
れらはプラスチック製のため量産性も良く、非球面にし
てもガラスレンズと異なり、製作費がかさむことがない
という利点もある。

（実施例） 以下に上記各条件を満たす本発明の実施例を示す。第１
図はそのレンズ鏡筒の構成を併せて示すが、図中でレン
ズ保持部材１は、工つの部材のみでできているものでは
なく、複数の部材でできているもののアウトラインのみ
を示している。各実施例において、第３、第６レンズは
アクリル系のプラスチック２を使用している。アクリル
系のプラスチックは前述したように湿度変化の影響を受
けやすく、使用に際しては、温度変化、湿度変化の両方
を補正しなければ、使用状態によっては茗５− しく画像が劣化してしまうが、本発明では第１−図のよ
うに、レンズ保持部材で密閉構造にしたことにより、温
度変化の補正のみを考えればよいこととなる。レンズ保
持部材としては、アルミニウム、プラスチックが適切で
ある。

各実施例では、ａレンズユニットとｂレンズユニットの
空気間隔を十分に開けてり、ｂを大きくしている。第１
、第２実施例では第３レンズの像側の面に非球面を使用
して、球面収差を良好に補正しており、第３実施例では
更に第６レンズの物体側の面にも非球面を使用して、非
点収差を良好に補正している。

本発明の実施例では、絞り（シャッター）３を第１レン
ズ群の直後、１　ｍｎの位置に配置しており、このため
、第２レンズ群のレンズ外径と第１レンズの外径のバラ
ンスが良く、どちらかが特に大きくなって、そのために
カメラ本体が大きくなることがない。また、フォーカシ
ングもシャッターを移動させず、第１レンズ群のみを移
動させて行うと、軽量となり、フォーカシング駆動機構
の負担６− も小さくなる。特に本発明のように第１レンズ群にプラ
スチックレンズを使用すると、より軽量となるため、フ
ォーカシング駆動用のモータ等を小型化することができ
る。

なお、表中の各記号は、Ｒは各屈折面の曲率半径、Ｄは
屈折面間隔、Ｎ、はレンズ材料の屈折率、ｙ２は同しく
アツベ数、ｆはレンズ全系の焦点距離、ωは半画角、Ｆ
はＦナンバー、ＦＢはバックフォーカスを示す。

非球面の形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＹ
軸をとり、光の進行方向を正とし、Ｋ、Ａ１、Ａ２を非
球面係数としたとき、次式で表わしている。

実施例１ Ｆ＝３６．０１〜６８．００　　　　Ｆ　Ｎα＝４．２
４〜８．０１ω＝３１．０６〜１７．６゜ ＲＤ　　　　　　　　Ｎａ ２Ｏ，８７９２，４０１，５８＋４４　　４０．７７１
．０９８　　２．４０ ２７．０２９　　１．００　　１．７２８２５　　２８
．５６８．７８］　　　５．００ ＊−１４１，，５６２２，００１，４９２００５７，０
５０，８２１１，２０ ３０，１１５２，５０１，５１６３３６４，１２０，２
］、３　　可変 ３１．５２７　　３．１０　　１．５３１７２　　４８
．９−１７．４９９　　１．５０ ＊　　　−３２，３３６１，５０１，４９２００５７，
０−１０６，５３４４，８０ １３，６３４０，８０１，７４４００４４，８−５０，
７５８ ＊印はプラスチックレンズを示す。

Ｆ　　　　　　Ｄ８　　　　　　　Ｆｅ１２、ＯＬ　　
　１３．４６　　　６．９７４９．４９　　　７．４１
　　２０．３０６８．００　　　３．００　　３８．６
２第６面非球面係数 Ｋ　　＝　　１．７７６１３ Ａ１＝　　４．４１５００Ｘ１０−’ Ａ２＝　　４．０７０２７ｘｌＯ−７ ｆ３／Ｆ、＝５．６２　１ｆ、ｌ／ｆ３＝０．５Ｄ、ｌ
、／　　ｆａ　＝０．０３０ ３０度温度上昇温たときの焦点移動 広角端：　　０．０４４ 望遠端ニー０．０６１ 実施例２ Ｆ＝３５．９９〜６８．０１　　　Ｆ　Ｎｏ＝４．００
〜７．５６ω＝３］、０°〜１７．６゜ ＊ ２２．０７４ ６１．１８０ ２７．９５８ ５６５．００４ −１１１，６５０ −４４．６９１ ２．４０ １．８０ １．００ ６．５０ ２．００ ０．５Ｏ Ｎ、１ １．６０３４２ １．７８４７２ １．４９２００ ３８．０ ２５．７ ５７゜０ ９− ３０．０８７　　２．５０　　１．５１６３３　　６４
．１−２４．９８７　　可変 ３０．６８１　　２．８０　　１．５３１７２　　４８
．９−１７．２０５　　１．５０ ＊　　　−３２，１３４１，５０１，４９２００５７，
０−１００，０１９４，６０ １３，４２３０，８０１，７４４００４４，８４９，３
４３ 本陣はプラスチックレンズを示す。

Ｆ　　　　　　　Ｄ　８　　　　　　　Ｆ　Ｂ５．９９
　　１３．４６　　　６．９９９．５０　　　７．４０
　　２０．３１８．０１　　　３．００　　３８．５７
第６面非球面係数 Ｋ　　＝　　７．７５６０４ Ａｉ＝　　３．７７２１６Ｘ１０−’ Ａ２＝　　３．５２２６６Ｘ１０−’ Ｌ／Ｆ□＝５．２７　１ｆ、ｌ／ｆ３＝ｏ、６Ｄａｂ／
Ｉｆａｌ”０．０１８ ３０度温度上昇したときの焦点移動 ０− 広角＠：　　０．０５３ 望遠端ニー０．０１４ 実施例３ Ｆ＝３６．０１〜６８．００ ω＝３１．０’〜１７，６″ ２０．７３３ ８０．３８０ −２８．１７１ ６１．８０４ ＊　−４４０，４６８ −５２，１４９ ３０，０１３ −２２，６７５ ３５，０３４ １７，３６５ ＊　　−２７，５６２ −２０１，４０６ −１３，９５１ −４６，５９７ ２，４０ ２，００ １，００ ６，００ ２，００ ０，８０ ２，５０ 可変 ３．１０ １．５０ １．５０ ４．８０ ０．８０ Ｆ　Ｎｎ　＝４．００−７．５６ １．５８１４４ ４０．７ １．７２８２５ ２８．５ １．４９２００ ５７．０ １．５１６３３ ６４．１ １．５４０７２ ４７．２ １．４９２００ ５７．０ １．７４４００ ４４．８ Ｆ　　　　　　　　　　Ｄ　８　　　　　　　　　　Ｆ
ｅ１２．０１　　　　１３．３８　　　　　６．９７４
９．５０　　　　　７．３３　　　２０．２９６８．０
０　　　　　３．００　　　３８．５６第６面非球面係
数 Ｋ　　　＝　　　８．３７６０２ Ａ１＝　　　３．８５７３５Ｘ１０−５Ａ２＝　　　３
．５７０８９Ｘ１０−７第１１面非球面係数 Ｋ　　＝　　２．８４８９１ Ａ１＝　　９．８９５３８ｘｌＯ，−’Ａ２＝　　２．
３４６０３ｘｌＯ−” ｆ３／Ｆ工＝４．２５　　　ｆ、／ｆ、＝０．５４０ａ
ｂ／　ｆａ　＝０．０３５ ３０度温度上昇したときの焦点移動 広角端：　　０．０６４ 望遠端ニー０．０６６ （発明の効果） 本発明の小型のズームレンズは、その実施例および各収
差図に見るように、適切な位置にプラスチックレンズを
密封配置したことにより、湿度変化の影響を排除し、ま
た温度変化も良好に補正して、さまざまな環境下でも良
好な性能を発揮する低コストでコンパクトなズームレン
ズを実現している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のズームレンズの構成の概念を示すレ
ンズ及びレンズ保持部材の断面図、第２図は本発明のズ
ームレンズの変倍方法を併せて示した第１実施例の断面
図、また第４、第６図は、それぞれ第２、第３実施例の
レンズ保持部材を省略したレンズ断面図、第３、第５、
第７図は、上記第１〜３実施例の収差図である。各収差
図で（Ａ）は広角端、（Ｂ）は中黒点、（Ｃ）は望遠端
での収差図である。 １：レンズ保持部材　　２ニブラスチックレンズ３：絞
り（シャッター）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）少なくとも２つのズーミングのための可動レンズ
   群を有するズームレンズにおいて、上記可動レンズ群の
   うちの少なくとも１つは空気中の水分を吸収して屈折率
   が変化する材料でできたレンズ（以下吸湿レンズと呼ぶ
   ）、水分を吸収しない材料でできたレンズ（以下非吸湿
   レンズと呼ぶ）およびこれらのレンズを固定するための
   レンズ保持部材により構成され、光軸方向の両端に非吸
   湿レンズを配置し、中間に配置された吸湿レンズが上記
   両端の非吸湿レンズとレンズ保持部材によって密閉され
   ていることを特徴とする小型のズームレンズ （２）正の焦点距離を持つ第１レンズ群と負の焦点距離
   を持つ第２レンズ群により構成され、第１レンズ群と第
   ２レンズ群の間隔を短縮することによって短焦点端から
   長焦点端へと変倍する２群ズームレンズにおいて、上記
   第１レンズ群が物体側から、正のメニスカスの第１レン
   ズと両凹の第２レンズよりなる負のａレンズユニットと
   正の第３レンズと両凸の第４レンズよりなる正のｂレン
   ズユニットにより構成され、上記第２レンズ群が物体側
   から順に像側に凸面を向けた正のメニスカスの第５レン
   ズ、負の第６レンズ、像側に凸面を向けた負のメニスカ
   スの第７レンズにより構成され、上記第３、第６レンズ
   がプラスチックレンズでかつ少なくともその一方が吸湿
   レンズであり、上記第１、第２レンズ群中の各レンズが
   レンズ保持部材により固定され、上記第３、第６レンズ
   が外界と遮断されたことを特徴とする請求項１の小型の
   ズームレンズ。 （３）上記第１レンズ群の焦点距離をＦ＿１、第３、第
   ６レンズの焦点距離をそれぞれｆ＿３、ｆ＿６とし、ａ
   レンズユニットの第２主点とｂレンズユニットの第１主
   点の間隔をＤ＿ａ＿ｂ、ａレンズユニットの焦点距離を
   ｆ＿ａ（ｆ＿ａ＜０）とするとき、以下の条件式を満足
   することを特徴とする請求項２の小型のズームレンズ。 ３．０＜ｆ＿３／Ｆ＿１＜８．０ ０．５＜｜ｆ＿６｜／ｆ＿３＜０．７ ０＜Ｄ＿ａ＿ｂ／｜ｆ＿ａ｜＜０．２ （４）上記第３レンズに非球面を用いたことを特徴とす
   る請求項３の小型のズームレンズ。 （５）吸湿レンズの材料としてポリメチルメタクリレー
   トまたはスチレンアクリロニトリルを使用したことを特
   徴とする請求項１ないし請求項４の何れかの小型のズー
   ムレンズ （６）請求項２の小型のズームレンズを撮影用レンズと
   して搭載したことを特徴とする小型のレンズシャッター
   式カメラ。