JPH0284607A

JPH0284607A - 焦点位置の温度変化を補正する方法

Info

Publication number: JPH0284607A
Application number: JP23726588A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Ono; 信昭小野; Atsushi Kawamura; 篤川村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1990-03-26

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、例えば、プラスチックを材料とするカメラ用
レンズ、ビデオカメラ用レンズ、ファクシミリ用読み取
りレンズなどに適用可能な焦点位置の温度変化を補正す
る方法に関する。

（従来の技術）各種光学機器のレンズ系をプラスチックレンズで構成し
た場合、温度変化によりプラスチックレンズが膨張収縮
し、焦点位置が変化するため、なんらかの方法により焦
点位置の変化を補正する必要がある。そこで、次に述べ
るような各種の補正方法が提案されている。

（１）プラスチックを材料とする凸レンズと凹レンズと
を対にし、これらのレンズに特定のパワー関係を与える
ことにより、温度変化に伴う特性の変化をキャンセルす
る方法。

（２）バイメタルを用い、あるいはオートフォーカス系
に工夫を施すことによってピント面の変動を補正する方
法（特公昭６１−６０４０８号公報参照）。

（３）外筒の一端とレンズを保持する内筒の一端とを折
り返しで連結する連結部を設け、この連結部の線膨張係
数を内筒と外筒の線膨張係数よりも小さくすることによ
りピント面の変動を補正する方法（特公昭６１−６０４
０９号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題）上記（１）に示した従来例によれば、各レンズのパワー
配分が制限されるため、設計の自由度が制限されると共
に、高性能化が困難である。

上記（２）に示した従来例によれば、オートフォーカス
系を構成する必要があり、また、バイメタルを使用する
必要があるため、コストが大幅に上昇する。

上記（３）に示した従来例によれば、一部のレンズのみ
がプラスチックレンズである場合には有効であるが、レ
ンズ系を構成する総てのレンズがプラスチックレンズで
ある場合には適さない。即ち、総てのレンズをプラスチ
ックレンズで構成した場合は補正量が大きくなるが、上
記（３）のような従来例で補正しようとすると、内筒と
外筒と連結部でなるレンズ保持構造を多段に構成する必
要があり、仮りにレンズ保持構造を多段に構成しても補
正可能な範囲を越える場合があるからである。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、レンズ系の設計に制約を与えず、バイメ
タルを使用したり、オートフォーカスによる電気的な補
正方法を用いたりする必要がなく低コストであり、また
、レンズ系全体をプラスチックレンズで構成しながら簡
単な方法で焦点位置の変動を補正することができるよう
にした焦点位置の温度変化を補正する方法を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、物体側から順に正負負正の４枚のプラスチッ
クレンズで構成されたトボゴン型のレンズ系における焦
点位置の温度変化を補正する方法であって、物体側から
見て第２、第３、第４番目のレンズは線膨張係数の小さ
い位置決め部材で位置決めし、物体側から見て第１番目
のレンズは線膨張係数の大きい位置決め部材で位置決め
し、温度が変化したとき、上記各位置決め部材の線膨張
係数の相違により、上記第１番目のレンズを上記第２、
第３．第４番目のレンズに対し光軸方向に相対移動させ
ることを特徴とする。

（作用）温度が変化すると第２、第３、第４番目のレンズと第１
番目のレンズがこれらを保持する位置決め部材の線膨張
係数に応じて光軸方向に移動する。

しかし、第２、第３、第４番目のレンズの位置決め部材
の線膨張係数に対して第１番目のレンズの位置決め部材
の線膨張係数が大きいため、第１番目のレンズが第２、
第３、第４番目のレンズに対して光軸方向に相対移動し
、焦点位置の変化を補正する。

（実施例）以下、図面を参照しながら本発明にかかる焦点位置の温
度変化を補正する方法の実施例について説明する。

第１図は、本発明にかかる方法を適用可能なレンズ系の
例を示す。このレンズ系はすべてがプラスチックで作ら
れた４群４枚のレンズからなる。

物体側から結像面側に向かって並ぶ４枚のレンズをそれ
ぞれＬＬ、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とすると、これらのレンズ
ＬＬ、Ｌ２．Ｌ３．Ｌ４はそれぞれ正負負正のレンズで
なり、トボゴン型のレンズ系を構成している。レンズＬ
２とレンズＬ３との間には絞り４が配置されている。上
記レンズ系の各曲面を物体側から順にＲ１，Ｒ２，・・
・・Ｒ８とし、各曲面間の距離を物体側から順にＤＩ、
Ｄ２．・・・・Ｄ７としたとき、上記レンズ系の構成デ
ータは次のとおりである。

ｆ＝３９ｍｍ　　　　ＦＮ。＝４　　２ω：５８゜適宜
の面には収差を補正するために非球面が使用されている
が、焦点位置を近軸量であるバックフォーカス（ｂｆ）
で代表させるため、非球面係数は省略する。各レンズを
構成するプラスチック材料の温度特性は次の通りである
。

ＰＭＭＡ　　　　−１０５Ｘ　１０−’　　　　　　６
．７９Ｘ１０−’ＰＣ−１０７Ｘ１０−’　　　　　　
６．５５Ｘ１０−ｓ温度がΔｔだけ変化したとき、各面
Ｒと各面間の間隔りを１＋αΔｔで相似変形させ、　Ｎ
ｄをＮｄ十丁（Ｎｄ）Δｔとしてシミュレーションすると、実験値に近い特性が得
られる。前記構成データにこの方法を適用すると、焦点
位置の温度変化（バックフォーカス（ｂｆ）の温度変化
として近似させることができる）は、ａｔ　（ｂｆ）＝１５−９　×１０）Ｍ℃となった。各
面間の間隔りが微小変動したとき。

その微小変動に対するバックフォーカスの変化の比、即
ち、Ｄｉ＋ΔＤｉのときバックフォーカスがｂｆ＋Δｂ
ｆだけ変化するとした場合の１Δｂｆ／ΔＤｉｌの値は
次のようであった。

ＤＩ　２．３６　　　Ｄ２１．５５　　　Ｄ３５．６９
　　　Ｄ４０．０６Ｄ５３．６２　　　Ｄ６０．４６　
　　Ｄ７１．２７この結果を見ると、空気間隔Ｄ２．Ｄ
４，０６のうちＤ２が変化したときバックフォーカスが
最も大きく変化することがわかる。換言すれば、空気間
隔Ｄ２を補正すれば、温度変化による焦点位置の補正に
最も効果的であることがわかる。

第２図は、上記空気間隔Ｄ２を変化させて焦点位置の温
度変化を補正するようにした本発明にかかる方法の実施
例を示す、第２図において、物体側から見て第１番目の
レンズＬ１は第１の位置決め部材１によって位置決めさ
れ保持されている。また、物体側から見て第２、第３、
第４番目のレンズＬ２゜Ｌ３　、　Ｌ４は第２の位置決
め部材２によって一括して位置決めされ保持されている
。

第１の位置決め部材１と第２の位置決め部材２との間に
は適切な線膨張係数の差をもたせ、温度が変化したとき
、第１番目のレンズＬｌと第２番目のレンズＬ２との間
隔Ｄ２を変化させてピント面の変化を補正する。実際に
は、第１の位置決め部材１の線膨張係数を大きくし、第
２の位置決め部材２の線膨張係数を小さくする。各位置
決め部材１゜２の温度変化による膨張収縮量はそれらの
部材の長さによって異なり、また、各位置決め部材１゜
２は共通の基準位置に対して膨張収縮するものでなけれ
ば、第１番目のレンズＬ１を第２番目のレンズＬ２に対
して相対的に移動させることはできない。

そこで、第２図の実施例では、結像面側の共通の断面Ａ
を基準として各位置決め部材１，２の長さをそれぞれＬ
ｌ、　ｌ、に設定している。ただし、ｌ工は上記基準面
Ａから第１番目のレンズＬＬの後側の面の位置決め基準
となる面までの長さであり、１２は上記基準面Ａから第
２番目のレンズＬ２の前側の面の位置決め基準面となる
面までの長さである。上記長さ１１はなるべく大きく設
定した方が材料選択の余地が多く、有利である０図示の
実施例では１□＝４５．５ｍｍ、ｌ、＝４５．０ｍｍに
設定した。

各位置決め部材１，２の線膨張係数をそれぞれα□、α
２とすると、第１番目のレンズＬ１と第２番目のレンズ
Ｌ２との間の空気間隔Ｄ２は１℃当たり（ｌ工α１−１
２α□）ａｒｍだけ変化する。この変化量が、温度変化
による焦点位置の変化量−；（ｂｆ）をレンズ間隔Ｄ２
の変化に対するバックフォーカスｂｆの変化の比（Δｂ
ｆ／Δ０□）で割った値に等しいとき、温度変化による
焦点位置の変化が補正されることになる。即ち。

１、α１−１□α２＝丁（ｂｆ）／（Δｂｆ／ΔＤ２）
となるとき焦点位置の変化が補正される。上記の式に具
体的に数値を入れると、４５．５　ａ　１−４５．０　ａ　、＝１５．９　Ｘ　
１０−’／１．５５＝１０．２５８　Ｘ　１０−’とな
る。ここで、位置決め部材２の材料としてガラス繊維を
１０％程度混入したＰＣを用いるものとすると、同部材
の線膨張係数（α２）は１．７　Ｘ　１０”−Ｓである
ため。

α１＝１１０２．３　Ｘ　１０””／４５．５＝２４．
２　Ｘ　１０”となる。従って、この線膨張係数をもつ
材料を第１の位置決め部材１に用いれば、焦点位置の温
度変化を補正するのに理想的である。ちなみに、ＰｖＣ
の線膨張係数αは７〜２５　Ｘ　１０−’であるから、
ＰｖＣをベースにして材料を設計すれば、焦点位置の温
度変化の補正が可能である。

なお、各位置決め部材１，２の長さ１１，１□に許容す
ることができる自由度やレンズ系の焦点深度などを考慮
して、第１の位置決め部材１の線膨張係数α１の許容範
囲を検討した結果、α１＝±２５％まで良好な低特性が
得られた。

第２図の実施例では、基準面Ａをフィルム面（結像面）
に設定した。

（発明の効果）本発明によれば、物体側から見て第２、第３、第４番目
のレンズを線膨張係数の小さい位置決め部材で位置決め
し、物体側から見て第１番目のレンズを線膨張係数の大
きい位置決め部材で位置決めし、温度が変化したとき、
上記各位置決め部材の線膨張係数の相違により、上記第
１番目のレンズを上記第２、第３、第４番目のレンズに
対し光軸方向に相対移動させることによって焦点位置の
温度変化を補正するようにしたため、総てのレンズがプ
ラスチックレンズであっても焦点位置の温度変化を小さ
く抑えることができるし、レンズの位置決め部材の線膨
張係数を選定するだけで、特別に複雑な構成にしたり特
別な部品を付加したりする必要はないから、構成が極め
てシンプルで部品点数も少なく、コストの安い焦点位置
の温度変化を補正する方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる方法を適用可能なレンズ系の構
成例を示す光学配置図、第２図は本発明にかかる方法の
実施例を示す断面図である。１．２・・・・位置決め部材　ＬＬ、Ｌ２．Ｌ３゜Ｌ４
・・・・レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

物体側から順に正負負正の４枚のプラスチックレンズで
構成されたトポゴン型のレンズ系における焦点位置の温
度変化を補正する方法であって、物体側から見て第２、
第３、第４番目のレンズは線膨張係数の小さい位置決め
部材で位置決めし、物体側から見て第１番目のレンズは
線膨張係数の大きい位置決め部材で位置決めし、温度が
変化したとき、上記各位置決め部材の線膨張係数の相違
により、上記第１番目のレンズを上記第２、第３、第４
番目のレンズに対し光軸方向に相対移動させることを特
徴とする焦点位置の温度変化を補正する方法。