JPH02126209A - プラスチックレンズ系の焦点位置の温度変化による変動を補正する方法 - 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、プラスチックレンズ系の焦点距離の温度変化
を補正する方法に関する。

［従来の技術］ プラスチックレンズは材料が安価であり、しかもレンズ
加工が容易であるため非球面レンズ等の作製も容易であ
り、これらの長所のため近来、種々の光学系に実用化さ
れつつある。

しかし反面、プラスチックレンズにはそのレンズ特性が
温度により変化するという問題がある。

即ち、プラスチックレンズはその材質の温度変化による
屈折率変化、体積変化のためレンズの光学特性が変化す
るのである。

このレンズ特性の温度変化による変動によりレンズ系の
焦点距離も変動する。

プラスチックレンズ系の焦点距離の温度変化による変動
を補正する方法としては、従来、°レンズ系に於ける凸
レンズと凹レンズの対をプラスチックで形成し、温度変
化によるレンズ特性の変化が凸レンズと凹レンズとで互
いに相殺する様にする方法や、特公昭６１−６０４０９
号公報に開示されたような、バイメタルやＡＦ系の工夫
でピント面の変動を補正する方法、あるいは鏡筒の材質
に熱膨張性のものを使用する方法（特公昭６１−６０４
０９号公報）等が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ これらの方法の内の最初のものは、レンズ系の各レンズ
のパワー配分が制限されるため設計の自由度が小さくな
り、高性能化が難しいという問題がある。第２の方法は
、低コストでの実現が難しい、また、第３の方法はレン
ズ系に用いられているプラスチックレンズの枚数が大き
くなると対応出来なくなってしまい実用性に欠ける。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とする所は、プラスチックレンズ４枚で構成さ
れるテレフォト型レンズ系における焦点距離の温度変化
による変動を容易且つ確実に補正しうる新規な方法の提
供にある。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

本発明は、「正・負・正の３枚のレンズで構成される前
群と、像側に凸面を向けた負メニスカス単レンズである
後群とが合成されており、これら４枚のレンズが全てプ
ラスチックレンズであるテレフォト型レンズ系に於いて
、温度変化によるプラスチックレンズの特性変化に伴う
焦点位置の変動を補正する方法」である。

この方法は以下の如き特徴を有する。

基準面に対して後群を位置決めする後群位置決め部材を
線膨張係数の小さい材質で構成する。

前群を位置決めする前群位置決め部材は線膨張係数の大
きな材質で構成しする。

前群位置決め部材、後群位置決め部材の材質選定により
、「温度変化による各レンズのレンズ特性の変化に伴う
レンズ系の焦点距離の変化」を、上記前・後群位置決め
部材の熱変形に伴う各群の変位により補償する。

［作　　用］ 上記の如く１本発明に於いては、２群４枚構成のテレフ
ォト型レンズ系の前群と後群とが、高いに異なる位置決
め部材、即ち、前群位置決め部材と後群位置決め部材と
により位置決めされる。前・後群位置決め部材は、互い
に線膨張係数のことなる材料で構成され、前群位置決め
部材には線膨張係数の小さい材質が、また後群位置決め
部材には線膨張係数の大きな材質が用いられる。このた
め温度変化が生ずると、前・後群位置決め部材は熱変形
を生ずるが、各部材の線膨張係数の差異により前群と後
群の変位量が異なり、前・後群間隔が温度によって変化
する。このことを利用して温度変化によるレンズ系の焦
点距離変動を補償するのであ゛る。

［実施例］ 以下、具体的な実施例に即して説明する。

第２図は、本発明を適用するプラスチックレンズによる
テレフォト型レンズ系の１例を示している。このレンズ
系は、正レンズＬ１、負レンズＬ２゜正レンズＬ３と、
凸面を像側へ向けた負メニスカス単レンズＬ４により構
成されており、使用状態に於いては、第１図に示すよう
に、正レンズＬ３と負メニスカス単レンズＬ４との間に
絞り４が配備される。

正レンズＬ１、負レンズＬ２、正レンズＬ３は前群を構
成し、負メニスカス単レンズＬ４は後群を構成する。

各レンズに関する諸元は以下の通りである。　物体側（
第２図左側）から数えて第１番目のレンズ面の曲率半径
をＲ，Ｑ＝１〜８）、レンズ面間陥をＤｉ　（ｉ＝１〜
７）、第ｊ番目のレンズの屈折率及びアツベ数を、Ｎｄ
、、νＪ　（ｊ”１〜４）とする、また、レンズ系全体
の焦点距離をｆ、明るさをＦＩＩＯ，画角を２ω　とす
る。

ｆ＝３９ａｍ、ＦＨ６＝４　、２　ｔ、ｚ　＝５８度ｉ
　　　　Ｊ　　　Ｄｉ　　　Ｊ　　　Ｎｄｊ　　　シ、
材質１　１０．４０３　４，３　　１　１．４９１５４
　５７．８ＰＭＭＡ２　２３．８３５　１．１８ ３　−２３．８３０　１．２　　２　１．５８５　　２
９．３ＰＣ４２７，３８９２，４ ５　　１３．５１５　２．７　　　　３　１．４９１５
４　５７．８ＰＭＭＡ６　−１８．３２２　７．０７ ７　　−５．９９６　１．７　　　４　１．４９１５４
　５７．８ＰＭＭＡ８　−１２．０１２ なお、レンズ面の適宜のものには、収差補正のため非球
面が採用されているが、以下の説明に於いては焦点距離
を近軸量であるバックフォーカスｂｆで代表させるため
、非球面に関する円錐定数、非球面係数は記載を省略す
る。

プラスチック材料の温度特性は、温度ｔによる屈折率変
化即ち、ｄ（Ｎｄ）／ｄｔと、線膨張率αで決定される
。上記例におけるレンズ材料である、ＰＭＭＡ、ＰＣに
関する二九らの値は以下のようである。

ｄ（Ｎｄ）／ｄｔ　　　　α ＰＭＭＡ　　　　−１０５Ｘ　１叶’　　　８．７９Ｘ
　１０−’ＰＣ−１０７Ｘ１０−’　　　６．５５Ｘ１
０−’さて、上記テレフォト型レンズ系の温度変化に伴
う焦点距離の変動を実測した。

一方、上記Ｒ，、Ｄ、の温度変化Δｔによる変化を、そ
れぞれ、Ｒ１（１＋α・Δｔ）ｔＤｌ（１＋α・Δｔ）
により近似し、Ｎｄ、の変化を、　Ｎｄ、＋＜ｄ（Ｎｄ
ｊ）／ｄｔ＞・Δｔにより近似し、温度変化に伴う焦点
距離変化を計算によりシミュレーションした所、実測を
良く近似する結果が得られた。

即ち、計算によるシミュレーションによると、焦点距離
の温度変化に伴う変化、即ちバックフォーカスｂｆの変
化は。

ｄ（ｂｆ）／ｄｔ＝１５．９Ｘ　１１０−３ａ／”　Ｃ
となった。

各面間隔り、が微小変動したときのｂｆの変化への比、
即ち（０１＋ΔＤ１に対応するｂｆをｂｆ÷Δｂｆとし
たさて、第１図に示すように、前群を構成する正レンズ
Ｌｌ、負しンズＬ２．正レンズＬ３をレンズ鏡筒３に保
持させ、この鏡筒３を前群位置決め部材１により保持し
、後群を構成する負メニスカス単レンズＬ４と絞り４と
を後群位置決め部材２の先端部に保持させた。なお、鏡
筒３は後群位置決め部材の先端部に印籠式に嵌合して後
群位置決め部材２に対して摺動自在である。前群位置決
め部材１の線膨張係数は、後群位置決め部材２のそれに
比して大きいので、温度上昇に伴い前群が後群に相対的
に物体側へ繰り出されることになる。

基準面Ａからの距Ｍ　１１　、　ｌ　ｔを図の如く定め
ると距ｍｌ　１ｓを大きくとる方が、位置決め部材の材
料選択の余地が広がって有利である。

この実施例では、 １１”３２．３１１ｍ、　ｂ”２３．３１１ｍに設定し
た。前・後群位置決め部材１，２の線膨張係数をそれぞ
れα１．α２とすると、前・後群の間隔は温度変化１°
Ｃ当たり、 （ＩＩ＃α１−１２°αｊ）１１１１ だけ変化する。この変化は面間隔Ｄ６の変化である。

従って、焦点距離の温度による変化即ち、　ｄ（ｂｆ）
／ｄｔを、前・°後群間隔変化と焦点距離との比（Δｂ
ｆ／Δ０．）で割った値、即ち、 （ｄ（ｂｆ）／ｄｔ）／［Δｂｆ／ΔＤｓ］と上記（１
１’　αｔ−ｌｘ・α２）とが等しければ、即ち （ｄ（ｂｆ）／ｄｔ）／［Δｂｆ／Δｏｓｌ＝　（＋、
・αｉｌよ・α２）なる等式が成り立てば、温度変化に
伴う焦点距離の変化は補正されることになる。上記等式
の左辺はレンズ系の設計条件として定まるから、このこ
とは、上記等式が成り立つように、１□、１６．α１．
α、を設定することにより温度による焦点距離変化を補
正できることを意味する。

１□、１２は前述のように設定した。また、後群位置決
め部材２は、その材質としてＰＣをベースとし、これに
遮光筒等に使用される硝子を３０％程度混入したものを
用いて作製した。この材質のα２は２．８　Ｘ　１０−
’やある。

これを、１ｌｙｌ！ｙα、として、上記の具体的数字を
上記等式に代入し、等式をα、に付いて解くとα　、＝
［（１５，９・１Ｏ−３）／（３，３２）＋（２３，３
・２．８・１０−’）コ／３２．３：１６．８　Ｘ　１
０−　’となる。

即ち、１６．８Ｘ１０−’なる線膨張係数の材質で、上
記の如き寸法に前群位置決め部材１を構成すれば、焦点
距離の温度変化に伴う変動を理想的に補正できる。この
線膨張係数を実現し得る材料としては、例えばＰＳ（（
！　＝３．４〜２１　Ｘ　１０−　’）、ＰＶＣ（ａ　
＝７〜２５　Ｘ　１０’）、ＰＥ（α：１０〜２２Ｘ１
０−’）等がある。

これらをベースとして、上記α１の値に近い線膨張係数
を持つ材料を得るべく材料設計することは既に知られて
おり、かく材料設計された材料により前群位置決め部材
１を構成することにより本発明の目的とする所を達成で
きる。

因にＰＶＣをベースとして材料設計した材料を用い、レ
ンズ系の温度変化による焦点距離の変動を実質的に補正
することができた。

また、上記寸法１．．１．に許容できる自由度や焦点深
度を考慮すると、上記α、に対し、α□±２５％の範囲
内で良好な補正が可能なことも確認した。

［発明の効果］ 以上、本発明によればプラスチックレンズによるテレフ
ォト型しスンズ系の焦点距離の温度変化による変動を有
効に補正できる新規な補正方法を提供できる。この方法
は、上記の如き構成となっているから簡単な構成で確実
且つ容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するだめの図、第２図は本発明を
適用するプラスチックレンズによるテレフォト型し／ン
ズ系を説明するための図である。 １７１、。、正レンズ、Ｌ２゜２、負レンズ、Ｌ３゜。 、正レンズ、Ｌ４．。、負メニスカス単レンズ、　１．
、、前群位置決め部材、２００．後群位置決め部材、３
．、、鏡筒、Ａ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 正・負・正の３枚のレンズで構成される前群と、像側に
   凸面を向けた負メニスカス単レンズである後群とが合成
   されており、これら４枚のレンズが全てプラスチックレ
   ンズであるテレフォト型レンズ系に於いて、温度変化に
   よるプラスチックレンズの特性変化に伴う焦点位置の変
   動を補正する方法であって、 基準面に対して後群を位置決めする後群位置決め部材を
   線膨張係数の小さい材質で構成し、前群を位置決めする
   前群位置決め部材は線膨張係数の大きな材質で構成し、 前群位置決め部材、後群位置決め部材の材質選定により
   、 温度変化による各レンズのレンズ特性の変化に伴うレン
   ズ系の焦点距離の変化を上記前・後群位置決め部材の熱
   変形に伴う各群の変位により補償することを特徴とする
   、プラスチックレンズ系の焦点距離の温度変化による変
   動を補正する方法。