JP2007004062A - Zoom optical system - Google Patents

Zoom optical system Download PDF

Info

Publication number
JP2007004062A
JP2007004062A JP2005186983A JP2005186983A JP2007004062A JP 2007004062 A JP2007004062 A JP 2007004062A JP 2005186983 A JP2005186983 A JP 2005186983A JP 2005186983 A JP2005186983 A JP 2005186983A JP 2007004062 A JP2007004062 A JP 2007004062A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
power
group
zoom
groups
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005186983A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4829546B2 (en
JP2007004062A5 (en
Inventor
Takushi Yoshida
拓史 吉田
Hiroyuki Hatakeyama
弘至 畠山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2005186983A priority Critical patent/JP4829546B2/en
Priority to US11/426,587 priority patent/US7446946B2/en
Publication of JP2007004062A publication Critical patent/JP2007004062A/en
Publication of JP2007004062A5 publication Critical patent/JP2007004062A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4829546B2 publication Critical patent/JP4829546B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a zoom optical system configured such that an image surface is fixed by zooming, and aberration fluctuation in zooming is reduced, and which has high optical performance all over the zoom range and whose optical entire length is shortened. <P>SOLUTION: In the zoom optical system configured by arranging a plurality of optical groups whose optical power is varied, one or more optical groups and a diaphragm in an optical axis direction and performing zooming by changing the power of the plurality of optical groups whose optical power is varied, the plurality of optical groups whose optical power is varied have a plurality of optical elements Ld respectively including rotationally asymmetric surfaces, moving in a direction different from an optical axis and changing the power in the optical group, and the one or more optical groups include an optical group where an optical element having positive refractive power and an optical element having negative refractive power are arranged from the diaphragm to an image side in order and which is immobile for zooming. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、撮像装置、投射装置、露光装置、読み取り装置等に好適なズーム光学系に関するものである。   The present invention relates to a zoom optical system suitable for an imaging device, a projection device, an exposure device, a reading device, and the like.

近年、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話等の普及により、小型で高解像度のズーム光学系が要望されている。   In recent years, with the widespread use of digital cameras, camera-equipped mobile phones, and the like, compact and high-resolution zoom optical systems have been desired.

小型で高解像度のズーム光学系において、ズーミングは通常、受光面(CCD等)に対して複数のレンズ群を光軸方向に移動させることで行われている。このときレンズ群を物体方向に移動させるズーム方式では、光学全長(第1レンズ面から像面までの長さ)が長くなり、これがレンズ系全体の小型化を妨げる1つの原因となってくる。   In a compact and high-resolution zoom optical system, zooming is normally performed by moving a plurality of lens groups in the optical axis direction with respect to a light receiving surface (CCD or the like). At this time, in the zoom method in which the lens group is moved in the object direction, the total optical length (the length from the first lens surface to the image surface) becomes long, which is one cause that hinders the miniaturization of the entire lens system.

これに対して、従来、光学素子を光軸方向と異なった方向へ移動させて全系のパワーを変えるアルバレツレンズと呼ばれる光学素子を用いた光学系が提案されている(特許文献1、2,非特許文献1)。   On the other hand, an optical system using an optical element called an Alvarez lens that changes the power of the entire system by moving the optical element in a direction different from the optical axis direction has been proposed (Patent Documents 1 and 2). Non-patent document 1).

そしてこれらのアルバレツレンズを利用してズーミングを行うズーム光学系が種々と提案されている(特許文献3)。   Various zoom optical systems that perform zooming using these Alvarez lenses have been proposed (Patent Document 3).

特許文献1に掲載された光学系では、3次関数で表される曲面をレンズに与え、そのレンズを2枚、光軸方向とは異なる方向に相対的にずらしてパワーを変化させている。この光学系はレンズ群を光軸方向に繰り出さないので、ズーム光学系に用いることでレンズ全長を短くすることができる。   In the optical system disclosed in Patent Document 1, a curved surface represented by a cubic function is given to the lens, and the power is changed by shifting the two lenses relatively in a direction different from the optical axis direction. Since this optical system does not extend the lens group in the optical axis direction, the total lens length can be shortened by using it in the zoom optical system.

また特許文献2に開示されている光学系は、3次だけではなく高次の項、特に5次の項の曲面をレンズに与えることで収差を除去した光学系を開示している。   The optical system disclosed in Patent Document 2 discloses an optical system in which aberrations are removed by providing a lens with a curved surface of not only a third-order but also a higher-order term, particularly a fifth-order term.

さらに、特許文献3ではこのレンズをズーム光学系に用いた例を提案している。そして上記のレンズを最低2つ配置し、像点を一定にしながらパワーを変化させる原理について開示している。   Further, Patent Document 3 proposes an example in which this lens is used in a zoom optical system. The principle of changing the power while disposing at least two lenses and keeping the image point constant is disclosed.

一方、非特許文献1には回転非対称の光学素子が含まれる光学系を開示している。この光学系では、通常の共軸レンズ系と異なり共通の軸(光軸)を持たない。こうした非共軸光学系は、オフアキシャル(Off-Axial )光学系と呼ばれ、像中心と瞳中心を通る光線が辿る経路を基準軸としたときに、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸上にない曲面(Off-Axial曲面)を含む光学系として定義される。   On the other hand, Non-Patent Document 1 discloses an optical system including a rotationally asymmetric optical element. Unlike the normal coaxial lens system, this optical system does not have a common axis (optical axis). Such a non-coaxial optical system is called an off-axial optical system, and the plane at the intersection of the component plane and the reference axis when the path along which the ray passing through the image center and the pupil center follows is used as the reference axis. It is defined as an optical system that includes a curved surface (Off-Axial curved surface) whose normal is not on the reference axis.

この場合、基準軸は折れ曲がった形状となる。そのため、近軸量の算出も通常行われるような共軸系の近軸理論ではなく、Off-Axial理論を元にした近軸理論を使わなければならない。その方法の光学的原理は、非特許文献1に詳しく紹介されており、例えば面の曲率を元に4×4行列式を計算することで行われている。
米国特許第3305294号 米国特許第3583790号 特願平01−248118号公報 光学 29巻3号(2000)
In this case, the reference axis has a bent shape. Therefore, paraxial theory based on Off-Axial theory must be used instead of the paraxial theory of paraxial systems, which is usually used to calculate paraxial quantities. The optical principle of this method is introduced in detail in Non-Patent Document 1, and is performed, for example, by calculating a 4 × 4 determinant based on the curvature of the surface.
U.S. Pat. No. 3,305,294 U.S. Pat. No. 3,583,790 Japanese Patent Application No. 01-248118 Optics Vol.29 No.3 (2000)

特許文献1と特許文献2では、1組の回転非対称レンズを用いてパワーを変化させる方法および収差の補正について述べているが、パワーを変化させたとき像面を一定にすることができない。   Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a method of changing power and correction of aberration using a set of rotationally asymmetric lenses, but the image plane cannot be made constant when the power is changed.

また、特許文献3では像点を一定にしながらパワーを変化させる原理を述べているが、収差の補正を行い実際に良好なる画像が得られるズーム光学系の設計をするまでには至っていない。   Further, Patent Document 3 describes the principle of changing the power while keeping the image point constant, but it has not yet reached the design of a zoom optical system that can correct aberrations and actually obtain a good image.

アルバレツレンズを用いてズーム光学系を構成するには、ズーミングによって像面が一定であり、かつズーミングによる収差変動が少なくなるように構成しなくてはならない。   In order to construct a zoom optical system using an Alvarez lens, the zoom lens must be constructed so that the image plane is constant by zooming and aberration fluctuations due to zooming are reduced.

本発明は、回転非対称面を含み光軸と異なる方向に移動する複数の光学素子を有する光学群と1以上の光学群とを適切に用いることによって、ズーミングによって像面が一定で、かつズーミングにおける収差変動が少なく、全ズーム範囲にわたり、高い光学性能を有した光学全長の短いズーム光学系の提供を目的とする。   According to the present invention, by appropriately using an optical group having a plurality of optical elements including a rotationally asymmetric surface and moving in a direction different from the optical axis and one or more optical groups, the image plane is constant by zooming, and in zooming An object of the present invention is to provide a zoom optical system having a short optical total length with little aberration variation, high optical performance over the entire zoom range.

本発明のズーム光学系は、
◎光学的パワーが可変の複数の光学群と、1以上の光学群そして絞りとが光軸方向に配置され、該光学的パワーが可変の複数の光学群のパワーを変えてズーミングを行うズーム光学系であって、該光学的パワーが可変の複数の光学群は、各々回転非対称面を含み光軸と異なる方向に移動して光学群内のパワーを変える複数の光学素子Ldを有し、該1以上の光学群には、該絞りから像側へ順に正の屈折力の光学素子と負の屈折力の光学素子が配置されたズーミングの為には不動の光学群が含まれていることを特徴としている。
The zoom optical system of the present invention is
A zoom optical system in which a plurality of optical groups with variable optical power, one or more optical groups and a diaphragm are arranged in the optical axis direction, and zooming is performed by changing the power of the plurality of optical groups with variable optical power. A plurality of optical groups having variable optical power, each having a plurality of optical elements Ld each including a rotationally asymmetric surface and moving in a direction different from the optical axis to change the power in the optical group; The one or more optical groups include a stationary optical group for zooming in which an optical element having a positive refractive power and an optical element having a negative refractive power are arranged in order from the stop toward the image side. It is a feature.

本発明によれば、ズーミングによって像面が一定でかつズーミングにおける収差変動が少なく、全ズーム範囲にわたり、高い光学性能を有した光学全長の短いズーム光学系が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a zoom optical system having a short optical total length and having a high optical performance over the entire zoom range with a constant image plane by zooming and less aberration fluctuation during zooming.

まず本発明の実施例を説明する前に、本発明のズーム光学系を構成するオフアキシャル光学系の回転非対称面及びそれらの構成諸元の表し方について説明する。   First, before describing the embodiments of the present invention, the rotationally asymmetric surfaces of the off-axial optical system constituting the zoom optical system of the present invention and how to express the structural specifications thereof will be described.

Off-Axial光学系では、後述する本発明の比較例1として示す。図2のように光入射側の面SOを基準面とし、基準面SOの中心POを原点とする絶対座標系を設定する。その原点POと瞳中心を通る光線が辿る経路を基準軸とする。   The Off-Axial optical system is shown as Comparative Example 1 of the present invention described later. As shown in FIG. 2, an absolute coordinate system is set with the surface SO on the light incident side as the reference plane and the center PO of the reference plane SO as the origin. A path along which a ray passing through the origin PO and the pupil center follows is set as a reference axis.

また、像中心IPOと基準面SOの中心POである絶対座標系の原点を結ぶ直線をZ軸と定め、向きは第1面から像中心に向かう方向を正とする。このZ軸を光軸と呼ぶこととする。   A straight line connecting the image center IPO and the origin of the absolute coordinate system which is the center PO of the reference surface SO is defined as the Z axis, and the direction is positive from the first surface toward the image center. This Z-axis is called an optical axis.

さらに、Y軸は原点POを通り右手座標系の定義に従ってZ軸に対して反時計回り方向に90゜をなす直線とし、X軸は原点を通りZ、Yの各軸に垂直な直線とする。   Furthermore, the Y axis is a straight line that passes through the origin PO and forms 90 ° counterclockwise with respect to the Z axis according to the definition of the right-handed coordinate system, and the X axis is a straight line that passes through the origin and is perpendicular to the Z and Y axes. .

以下で示す近軸値はOff-Axialの近軸追跡を行った結果である。特に断り書きがない限りOff-Axialの近軸追跡を行い、近軸値を算出した結果とする。   The paraxial values shown below are the results of off-axial paraxial tracking. Unless otherwise noted, off-axis paraxial tracking is performed and the paraxial value is calculated.

本発明に係るズーム光学系は、回転非対称形状の非球面を有し、その形状は以下の式で表される。
(数1)
z =C02y+C20x+C03y+C21xy+C04y+C22x+C40x+C05y+C23x+C41xy+C06y+C24x
+C42x+C60x
数式1はxに関して偶数次の項のみであるため、数式1により規定される曲面はyz面(図2参照)を対称面とする面対称な形状である。
The zoom optical system according to the present invention has a rotationally asymmetric aspheric surface, and the shape is expressed by the following equation.
(Equation 1)
z = C02y 2 + C20x 2 + C03y 3 + C21x 2 y + C04y 4 + C22x 2 y 2 + C40x 4 + C05y 5 + C23x 2 y 3 + C41x 4 y + C06y 6 + C24x 2 y 4
+ C42x 4 y 2 + C60x 6
Since Formula 1 is only an even-order term with respect to x, the curved surface defined by Formula 1 is a plane-symmetric shape with the yz plane (see FIG. 2) as the plane of symmetry.

また、以下の条件が満たされる場合はxz面(図2参照)に対して対称な形状を表す。
(数2)
C03=C21=C05=C23=C41=t=0
更に、以下の条件が満たされる場合は回転対称な形状を表す。
(数3)
C02=C20
(数4)
C04=C40=C22/2
(数5)
C06=C60=C24/3=C42/3
以上の条件を満たさない場合は回転非対称な形状である。
Further, when the following conditions are satisfied, the shape is symmetrical with respect to the xz plane (see FIG. 2).
(Equation 2)
C03 = C21 = C05 = C23 = C41 = t = 0
Furthermore, when the following conditions are satisfied, it represents a rotationally symmetric shape.
(Equation 3)
C02 = C20
(Equation 4)
C04 = C40 = C22 / 2
(Equation 5)
C06 = C60 = C24 / 3 = C42 / 3
When the above conditions are not satisfied, the shape is rotationally asymmetric.

以下に示す実施例及び比較例における回転対称面及び回転非対称面の形状は、数1〜数5に基づいている。   The shapes of the rotationally symmetric surface and the rotationally asymmetric surface in the following examples and comparative examples are based on Equations 1 to 5.

図1は、本発明の実施例1のレンズ断面図である。   FIG. 1 is a lens cross-sectional view of Example 1 of the present invention.

図1において、T、M、Wは各々、望遠端(全系のパワーが最も小さくなるズーム位置)、中間のズーム位置、広角端(全系のパワーが最も大きくなるズーム位置)におけるレンズ断面図である。   In FIG. 1, T, M, and W are lens cross-sectional views at the telephoto end (zoom position where the power of the entire system is the smallest), the intermediate zoom position, and the wide angle end (zoom position where the power of the entire system is the largest), respectively. It is.

図5は、図1の実施例1の中間のズーム位置(図1のM)を例として選択し、各要素について説明するためのレンズ断面図である。   FIG. 5 is a lens cross-sectional view for explaining each element by selecting an intermediate zoom position (M in FIG. 1) of Example 1 in FIG. 1 as an example.

実施例1のズーム光学系は、撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が物体側で、右方が像側である。   The zoom optical system according to the first exemplary embodiment is a photographing lens system used in an imaging apparatus. In the lens cross-sectional view, the left side is the object side and the right side is the image side.

尚、実施例1のズーム光学系を、投射装置(プロジェクタ)として用いても良く、このときは、左方がスクリーン、右方が被投射面となる。   The zoom optical system according to the first embodiment may be used as a projection device (projector). In this case, the left side is a screen and the right side is a projection surface.

図1、図5において、G1、G2は光学的パワーが可変の(本実施例ではズーム光学系のズーミングに際して光学的パワー、焦点距離が変化する)光学群である。G3は光学的パワーが不変(又は実質的に不変)の光学群である。   1 and 5, G1 and G2 are optical groups whose optical power is variable (in this embodiment, optical power and focal length change during zooming of the zoom optical system). G3 is an optical group whose optical power is unchanged (or substantially unchanged).

SPは開口絞り(絞り)であり光学群G1として光学群G2との間に配置している。   SP is an aperture stop (stop), and is disposed between the optical group G2 and the optical group G2.

光学的パワーが可変の2つの光学群G1、G2のパワーを変えて像面IPを一定にしつつズーミングを行っている。   Zooming is performed while changing the power of the two optical groups G1 and G2 whose optical power is variable to keep the image plane IP constant.

光学的パワーが可変の2つの光学群G1、G2は、各々回転非対称面を含み、光軸と異なる方向に移動して、光学群G1、G2内のパワーを変える2つの光学素子E1、E2、E3、E4を有している。   The two optical groups G1, G2 having variable optical power each include a rotationally asymmetric surface, move in a direction different from the optical axis, and change the power in the optical groups G1, G2, two optical elements E1, E2, E3 and E4.

尚、光学的パワーとは、光軸上に位置する面のパワーをいい、回転非対称の面を持つ光学素子が偏心して光軸上の面が変化するときは、それに応じて光学的パワーも変化する。   Optical power refers to the power of the surface located on the optical axis. When an optical element having a rotationally asymmetric surface is decentered and the surface on the optical axis changes, the optical power also changes accordingly. To do.

本発明の実施例について説明する。実施例で対象とする撮像面はCCDを仮定し、その大きさを1/4inch(縦2.7mm×横3.6mm)サイズとする。また明るさは広角端(全系の光学的パワー(パワー)が最も大きいズーム位置)でFナンバー4とし、望遠端(全系の光学的パワーが最も小さいズーム位置)でFナンバー6とした。   Examples of the present invention will be described. The imaging surface to be targeted in the embodiment is assumed to be a CCD, and the size thereof is 1/4 inch (2.7 mm length × 3.6 mm width). The brightness was F number 4 at the wide-angle end (zoom position where the optical power (power) of the entire system was the highest), and F number 6 at the telephoto end (zoom position where the optical power of the entire system was the lowest).

実施例1では、光学素子は全部で6枚から構成され、物体側(前方)から像側へ順に光学素子E1,E2,E3,E4は、回転非対称形状であり、これらの光学素子はY軸方向に偏心し、その偏心量は連続的に変化する。   In Example 1, the optical elements are composed of a total of six elements, and the optical elements E1, E2, E3, and E4 have a rotationally asymmetric shape in order from the object side (front) to the image side. Eccentric in the direction, and the amount of eccentricity changes continuously.

また、その量はお互いに正負逆で絶対値が等しくなるようになっている。光学素子E5,E6は回転対称非球面形状であるが、光軸に非対称な収差が残存している場合にはこれを除去するために回転非対称形状としてもよい。また、光学素子E1,E2で第1群G1を構成している。   Further, the amounts are positive and negative with respect to each other, and the absolute values are equal. The optical elements E5 and E6 have a rotationally symmetric aspherical shape. However, when an asymmetrical aberration remains on the optical axis, the optical elements E5 and E6 may have a rotationally asymmetrical shape in order to remove it. Further, the first group G1 is constituted by the optical elements E1 and E2.

同様に光学素子E3,E4で第2群G2を構成している。面番号については絶対座標系の原点である基準面をS0と定め、光学素子E1の第1面をS1とし順にS2,S3,S4となり、面S4の後(光学素子E2の後方)に絞りSPがあるのでそれをS5としている。光学素子E3の第1面をS6とし順に番号を付け、像面IPがS17となる。   Similarly, the second group G2 is constituted by the optical elements E3 and E4. For the surface number, the reference surface, which is the origin of the absolute coordinate system, is defined as S0, the first surface of the optical element E1 is set to S1, and sequentially becomes S2, S3, S4, and the stop SP after the surface S4 (behind the optical element E2). Because there is, it is set as S5. The first surface of the optical element E3 is set to S6, and numbers are assigned in order, and the image surface IP is S17.

以下、Y軸方向に連続偏心する回転非対称群(光学素子E1からE4)、回転対称群(光学素子E5からE6)をそれぞれ偏心可動ブロック、補助ブロックと呼ぶこととする。   Hereinafter, the rotationally asymmetric group (optical elements E1 to E4) and the rotationally symmetric group (optical elements E5 to E6) that are continuously decentered in the Y-axis direction are referred to as an eccentric movable block and an auxiliary block, respectively.

偏心可動ブロックG1,G2のみではパワーが強くなり収差補正が困難になるため、補助ブロックG3を配置している。また回転非対称形状の光学素子E1〜E4は両面が回転非対称形状となっている。CCD面直前に置かれた平板ガラスGaは赤外カットフィルター及びCCDのカバーガラス等である。   Since only the eccentric movable blocks G1 and G2 increase power and make it difficult to correct aberrations, an auxiliary block G3 is provided. The rotationally asymmetric optical elements E1 to E4 have a rotationally asymmetric shape on both sides. The flat glass Ga placed immediately before the CCD surface is an infrared cut filter, a CCD cover glass, or the like.

実施例1のレンズデータを表3に示す。各光学素子(レンズ)のZ軸からのずれ量は表4のようになり、数式12で表される回転対称非球面の係数を表5に、数式1で表される多項式面の各係数の値を表6に示す。但し、数式12において、h2=X2+Y2を満たし、cは曲率半径、A,Bは係数である。
(数12)
Table 3 shows lens data of Example 1. The amount of deviation of each optical element (lens) from the Z-axis is as shown in Table 4, the coefficients of the rotationally symmetric aspheric surface expressed by Equation 12 are shown in Table 5, and the coefficients of the polynomial surface expressed by Equation 1 are as follows. Values are shown in Table 6. However, in Expression 12, h2 = X2 + Y2 is satisfied, c is a radius of curvature, and A and B are coefficients.
(Equation 12)

図1は、そのときの光路図を望遠端(全系の光学的パワーが最小となる位置)、中間のズーム位置、広角端(全系の光学的パワーが最大となる位置)の順に示している。   FIG. 1 shows an optical path diagram at that time in the order of a telephoto end (a position where the optical power of the entire system is minimum), an intermediate zoom position, and a wide angle end (a position where the optical power of the entire system is maximum). Yes.

基準面S0に入射した光線はまず第1群G1に入射する。第1群G1は2つの光学素子E1、E2から構成され、面の番号はS1からS4とする。   The light beam incident on the reference surface S0 first enters the first group G1. The first group G1 includes two optical elements E1 and E2, and the surface numbers are S1 to S4.

光学素子E1とE2はY軸方向に偏心し、その量は表4に示すようにお互いに正負逆で絶対値が等しくなるようになっている。   The optical elements E1 and E2 are decentered in the Y-axis direction, and their amounts are positive and negative with respect to each other as shown in Table 4, so that the absolute values are equal.

それによって第1群G1のパワーを望遠端から広角端へのズーミングに際して正から負に変化させている。第1群G1を射出した光線は次に絞りS5(SP)を通過し、第2群G2に入射する。第2群G2は第1群G1と同様に2つの光学素子E3、E4から構成され、面の番号はS6からS9とする。光学素子E3とE4はY軸方向に偏心し、その量は表4に示すようにお互いに正負逆で絶対値が等しくなるようになっている。   Thereby, the power of the first lens group G1 is changed from positive to negative during zooming from the telephoto end to the wide angle end. The light beam emitted from the first group G1 then passes through the stop S5 (SP) and enters the second group G2. Similarly to the first group G1, the second group G2 includes two optical elements E3 and E4, and the surface numbers are S6 to S9. The optical elements E3 and E4 are decentered in the Y-axis direction, and their amounts are positive and negative with respect to each other as shown in Table 4, so that their absolute values are equal.

それによって第2群G2のパワーを望遠端から広角端へのズーミングに際して負から正に変化させている。これらの偏心可動ブロックG1,G2を通過した光線は次の補助ブロックG3に入射する。補助ブロックG3は偏心可動ブロックG1,G2の足りないパワーを補っている。補助ブロックG3は回転対称非球面である面S10から面S13から構成される2つの光学素子E5、E6から成る。これらの光学素子E5,E6を通過した光線は赤外カットフィルター、CCDのカバーガラスGaを通過し像面IPを変化させることなく結像している。   Thereby, the power of the second lens group G2 is changed from negative to positive during zooming from the telephoto end to the wide-angle end. The light beam that has passed through these eccentric movable blocks G1 and G2 enters the next auxiliary block G3. The auxiliary block G3 supplements the insufficient power of the eccentric movable blocks G1, G2. The auxiliary block G3 includes two optical elements E5 and E6 each having a surface S10 to a surface S13 which are rotationally symmetric aspheric surfaces. Light rays that have passed through these optical elements E5 and E6 pass through an infrared cut filter and CCD cover glass Ga, and form an image without changing the image plane IP.

次に、望遠端(T)、中間のズーム位置(M)、広角端(W)の収差図をそれぞれ図6(A)、図6(B)、図6(C)に示す。横軸は光線の瞳上で位置を表し、縦軸が像面での主光線からのずれを表す。縦軸の範囲は±20μmである。図6(A)、図6(B)、図6(C)中の番号は画角番号であり、像面(撮像素子)上では図7に示すようになっている。x軸については対称であるので、x方向については正の場合のみを考えればよい。画角0°の光線を見ると望遠端から広角端に至るまで良好にコマ収差を除去していることが分かる。   Next, aberration diagrams at the telephoto end (T), the intermediate zoom position (M), and the wide-angle end (W) are shown in FIGS. 6 (A), 6 (B), and 6 (C), respectively. The horizontal axis represents the position of the ray on the pupil, and the vertical axis represents the deviation from the principal ray on the image plane. The range of the vertical axis is ± 20 μm. The numbers in FIGS. 6A, 6B, and 6C are angle-of-view numbers, which are as shown in FIG. 7 on the image plane (imaging device). Since it is symmetrical about the x axis, only the positive case needs to be considered in the x direction. It can be seen that the coma aberration is satisfactorily removed from the telephoto end to the wide-angle end when a light beam having an angle of view of 0 ° is viewed.

また、図8に望遠端T、中間のズーム位置M、広角端Wにおけるディストーション格子を示す。格子の縦横は1/4inch(縦2.7mm×横3.6mm)サイズとなっている。これを見ると、ディストーションも良好に抑えられていることが分かる。   FIG. 8 shows a distortion grating at the telephoto end T, the intermediate zoom position M, and the wide-angle end W. The vertical and horizontal dimensions of the lattice are 1/4 inch (2.7 mm length × 3.6 mm width). From this, it can be seen that the distortion is well suppressed.

偏心可動ブロックG1,G2のみではパワーが強くなり収差補正が困難になるため、補助ブロックG3を配置したことについてはすでに上で述べた。さらに本実施例では、2枚の共軸光学素子(共軸レンズ)から成る補助ブロックG3を偏心可動ブロックG2の像面側に配置した。2枚の共軸光学素子E5,E6のパワーは絞りSPから像側に向かって順に(遠ざかるにつれて)正、負の屈折力の順となるようにして偏心可動ブロックG1,G2の補助を行っている。   Since only the eccentric movable blocks G1 and G2 have high power and it is difficult to correct aberrations, the auxiliary block G3 is already described above. Furthermore, in this embodiment, the auxiliary block G3 composed of two coaxial optical elements (coaxial lenses) is arranged on the image plane side of the eccentric movable block G2. The powers of the two coaxial optical elements E5 and E6 are arranged in order of positive and negative refractive powers in order from the stop SP toward the image side (as they move away), and the eccentric movable blocks G1 and G2 are assisted. Yes.

これは一般的に知られるテレフォトタイプであり、それらの共軸光学素子E5,E6がない場合と比較してバックフォーカス(最終光学面から像面IPまでの距離)を短くすることができる。特許文献3に基づいて実施した例を1/4inchサイズスケールに補正した各レンズデータと実施例1の比較を図9に示す。偏心可動ブロックG1,G2後の距離の合計について比較すると、前者が9.77mm、後者が4.42mm(S9〜S16の合計)と半分以下になっていることが分かる。ゆえに、補助ブロックG3を構成する2枚の共軸光学素子E5,E6のパワーは絞りSPから遠ざかるにつれて正,負の屈折力配置にするとバックフォーカスを短くすることができる。   This is a generally known telephoto type, and the back focus (distance from the final optical surface to the image plane IP) can be shortened as compared with the case where the coaxial optical elements E5 and E6 are not provided. FIG. 9 shows a comparison between the lens data obtained by correcting the example implemented based on Patent Document 3 to a 1/4 inch size scale and Example 1. FIG. Comparing the total distance after the eccentric movable blocks G1 and G2, it can be seen that the former is 9.77 mm and the latter is 4.42 mm (the sum of S9 to S16), which is less than half. Therefore, the back focus can be shortened if the power of the two coaxial optical elements E5 and E6 constituting the auxiliary block G3 is arranged to have positive and negative refractive powers as the distance from the stop SP increases.

更に正の屈折力の光学素子E5のパワーをφp、負の屈折力の光学素子E6のパワーをφnとするとき
φn<φp
なる条件を満足している。
Further, when the power of the optical element E5 having a positive refractive power is φp and the power of the optical element E6 having a negative refractive power is φn, φn <φp
Is satisfied.

又全ズーム位置において、光学的パワーが可変の複数の光学群の各光学素子E1〜E4の光学的パワーの絶対値の最大値を|φd|max、光学群の各光学素子E5,E6の光学的パワーの絶対値の最大値を|φs|maxとするとき
|φd|max<|φs|max
なる条件を満足している。
Also, at all zoom positions, the absolute value of the optical power of each of the optical elements E1 to E4 of the plurality of optical groups with variable optical power is | φd | max, and the optical values of the optical elements E5 and E6 of the optical group When the maximum absolute value of dynamic power is | φs | max | φd | max <| φs | max
Is satisfied.

これによって偏心可動ブロックのパワーを小さくし得られる画質の高精細化をすることができる。図12に全系のパワーに対する光学素子E1〜E6ごとのパワーの変化を示す。これを見ると|φp| > |φn|および、|φd|max < |φs|maxが成り立っていることが分かる。   As a result, high-definition image quality that can reduce the power of the eccentric movable block can be achieved. FIG. 12 shows changes in power for each of the optical elements E1 to E6 with respect to the power of the entire system. From this, it can be seen that | φp |> | φn | and | φd | max <| φs | max.

また、広角端では全系のパワーが強くなり、個々の群のパワーも強くなりがちである。パワーが強い光学系は一般的に収差が出やすい。広角端で全系のパワーが強くなることは避けられないが、個々の群のパワーを弱くできれば収差を抑えることができる。図3に示すパワー変化を見ると、第1群G1のパワーは全系のパワーに対して直線的に変化し、第2群G2は曲線を描いて変化する。それは数式8及び数式9から明らかである。しかし、回転非対称の光学素子の曲面形状及びずれ量の与え方によってその解は様々である。この解を、広角側でパワーを弱くすることができれば収差を抑えることができる。   Also, at the wide-angle end, the power of the whole system becomes strong, and the power of each group tends to become strong. In general, an optical system with strong power tends to generate aberrations. Although it is inevitable that the power of the entire system becomes strong at the wide-angle end, aberrations can be suppressed if the power of each group can be reduced. Looking at the power change shown in FIG. 3, the power of the first group G1 changes linearly with respect to the power of the entire system, and the second group G2 changes in a curved line. It is clear from Equation 8 and Equation 9. However, there are various solutions depending on the curved surface shape of the rotationally asymmetric optical element and how to provide the amount of deviation. If this solution can reduce the power on the wide angle side, the aberration can be suppressed.

そのためには、図10に示すように第1群G1の直線的な変化G1をパワーが正の方向に曲率を持たせた形状G1″にし、第2群G2を逆にパワーが負の方向の形状G2´に変化させる。かかる構成により、望遠側ではパワーが強くなるものの、広角側でパワーを弱めることができる。即ち、両者のパワー変動が一致する交点が広角側にすればよく、また、広角端における各群G1,G2のパワーの絶対値を比較して大きい方(G2)を|φgw|max、望遠端における各群G1,G2のパワーの絶対値を比較して小さい方(G1)を|φgt|minとすると数式13を満足するようにしている。
(数13)
|φgw|max < |φgt|min ‥‥‥(2)
次に、図11に全系のパワーと各群G1,G2及び第1群G1と第2群G2の合成系のパワーG1+G2の変化との関係を示す。これを見ると、全系のパワーが大きくなるにつれ、偏心可動ブロックの第1群G1は正から負へ、第2群G2は負から正へパワーが変化している。
For that purpose, as shown in FIG. 10, the linear change G1 of the first group G1 is changed to a shape G1 ″ having a curvature in the positive power direction, and the second group G2 is changed to a negative power direction. With this configuration, the power is increased on the telephoto side, but the power can be decreased on the wide-angle side, that is, the intersection point where the power fluctuations coincide with each other may be on the wide-angle side. Compare the absolute values of the powers of the groups G1 and G2 at the wide angle end with | φgw | max, and compare the absolute values of the powers of the groups G1 and G2 at the telephoto end with a smaller value (G1). If | φgt | min, Equation 13 is satisfied.
(Equation 13)
| Φgw | max <| φgt | min (2)
Next, FIG. 11 shows the relationship between the power of the entire system and changes in the powers G1 + G2 of the combined systems of the groups G1, G2 and the first group G1 and the second group G2. Looking at this, as the power of the entire system increases, the power of the first group G1 of the eccentric movable block changes from positive to negative, and the power of the second group G2 changes from negative to positive.

また、その交点が広角側(W)にあり、広角側におけるパワーの絶対値が望遠側におけるそれよりも小さくなっている。広角側で各群のパワーの絶対値を小さくし、収差を抑えている。   The intersection is on the wide angle side (W), and the absolute value of the power on the wide angle side is smaller than that on the telephoto side. On the wide angle side, the absolute value of the power of each group is reduced to suppress aberrations.

更に、群を構成する光学素子のパワーを正負逆にすることでも収差を抑えることができる。ゆえに、収差が発生しやすい広角端での各群内パワー配置を正,負、逆にする。そこで、図12に全系のパワーに対する光学素子E1〜E4ごとのパワーの変化を示す。これを見ると、望遠端では群内のパワー配置が物体側から正,正,負,負のパワーの順となっているのに対し、広角端では正,負,正,負のパワーの順となっている。   Furthermore, aberration can also be suppressed by changing the power of the optical elements constituting the group to be positive or negative. Therefore, the power distribution within each group at the wide-angle end where aberration is likely to occur is made positive, negative, and reverse. Therefore, FIG. 12 shows changes in power for each of the optical elements E1 to E4 with respect to the power of the entire system. Looking at this, the power distribution within the group is in the order of positive, positive, negative, and negative power from the object side at the telephoto end, while in the order of positive, negative, positive, and negative power at the wide-angle end. It has become.

第1群G1と第2群G2は、広角端において光学的パワーが逆符号の光学素子を含んでいる。   The first group G1 and the second group G2 include optical elements whose optical powers have opposite signs at the wide angle end.

全系のパワーの変化に従って偏心可動ブロックG1,G2はパワーが変化し、それに対して補助ブロックG3は一定である。全系のパワーはこれら2つのブロックのパワーと主点間隔から求めることができる。全系のパワーを所望の値にするためには、それら2つのブロックのパワー配置は様々な組み合わせが考えられる。しかし、偏心可動ブロックG1,G2のパワーを強くすると、偏心に従って発生する収差が大きくなり、それを抑制することが難しくなる。従って、両者のパワーを比較して、偏心可動ブロックG1,G2のパワーの方が小さくなるか、もしくは同程度としなければならない。ゆえに、全系のパワーが弱い望遠端において、偏心可動ブロック(G1+G2)のパワーの絶対値(総和)、補助ブロックG3のパワーの絶対値をそれぞれ、|φdt|、|φst|としたとき、以下の条件を満足するようにしている。
(数14)
|φdt| ≦ |φst| ‥‥‥(1)
図13に、実施例1の偏心可動ブロック(G1+G2)のパワー(総和)と補助ブロックG3のパワーを示す。これは数式14が成り立っていることが分かる。
The eccentric movable blocks G1 and G2 change in power according to the change in the power of the entire system, while the auxiliary block G3 is constant. The power of the whole system can be obtained from the power of these two blocks and the principal point interval. In order to set the power of the entire system to a desired value, various combinations of the power arrangement of these two blocks are conceivable. However, when the power of the eccentric movable blocks G1 and G2 is increased, the aberration generated according to the eccentricity becomes large and it is difficult to suppress it. Therefore, the powers of the eccentric movable blocks G1 and G2 must be reduced or approximately equal by comparing the powers of the two. Therefore, at the telephoto end where the power of the entire system is weak, when the absolute value (sum) of the power of the eccentric movable block (G1 + G2) and the absolute value of the power of the auxiliary block G3 are | φdt | and | φst | To meet the requirements of
(Equation 14)
| Φdt | ≦ | φst | (1)
FIG. 13 shows the power (sum) of the eccentric movable block (G1 + G2) of Example 1 and the power of the auxiliary block G3. This shows that Formula 14 is established.

一般的に、ペッツバールが大きいと像面湾曲が大きくなり、逆だと小さくなることが知られている。本実施例でもペッツバールを小さくすることで像面湾曲を小さく抑えている。ペッツバールは光学素子Ei(i=1〜n)でのパワーをφEi、材料の屈折率をnEiとしたとき以下の式で与えられる。
(数15)
PEi= φEi/nEi
共軸光学素子を用いた通常のズーム光学系においては、この値は常に一定である。しかしながら、本実施例のように光学素子が連続して偏心し、パワーが変化する光学系においては一定ではない。またパワーの変化に対して、硝材の屈折率は1.45付近から1.9付近とその変化が小さいため、ペッツバールの変化はパワーの変化といってもよい。そこで、このペッツバールを抑えるために、第1群G1と第2群G2における全ズーム位置におけるパワーの絶対値の最大値を|φ|maxとし、第1群G1と第2群G2の合計をφ12とすると次式を満足するようにパワーの変化の範囲を定めている。
(数16)
−|φ|max ≦ φ12 ≦ |φ|max ‥‥‥(3)
図11のパワー変化の図を見ると、第1群G1と第2群G2のパワーの合計G1+G2がその範囲にあることが分かる。
In general, it is known that when Petzval is large, the curvature of field increases and vice versa. Also in this embodiment, the curvature of field is kept small by reducing Petzval. Petzval is given by the following equation when the power at the optical element Ei (i = 1 to n) is φEi and the refractive index of the material is nEi.
(Equation 15)
PEi = φEi / nEi
In a normal zoom optical system using a coaxial optical element, this value is always constant. However, this is not constant in an optical system in which the optical elements are continuously decentered and the power changes as in this embodiment. Further, since the refractive index of the glass material is small from 1.45 to 1.9 with respect to the power change, the Petzval change may be referred to as the power change. Therefore, in order to suppress this Petzval, the maximum absolute value of the power at all zoom positions in the first group G1 and the second group G2 is | φ | max, and the total of the first group G1 and the second group G2 is φ12. Then, the range of power change is determined so as to satisfy the following equation.
(Equation 16)
− | Φ | max ≦ φ12 ≦ | φ | max (3)
From the power change diagram of FIG. 11, it can be seen that the total power G1 + G2 of the first group G1 and the second group G2 is within that range.

次にペッツバールについて調べてみる。表7に各群いE1〜E6、偏心可動ブロック(G1+G2)、補助ブロックG3、全系のペッツバールを示す。また同様に、従来例を比較例として表8に示す。   Next, let's examine Petzval. Table 7 shows the groups E1 to E6, the eccentric movable block (G1 + G2), the auxiliary block G3, and the Petzval of the entire system. Similarly, Table 8 shows a conventional example as a comparative example.

両者でペッツバール和の合計を比較すると、実施例1ではペッツバールが小さくなっている。補助ブロックG3でのペッツバールの合計はほぼ0に等しいことから、補助ブロックG3は正と負の屈折力の2枚の光学素子で像面湾曲を除去している。   When the sum of the Petzval sums is compared between the two, the Petzval is smaller in Example 1. Since the sum of Petzval in the auxiliary block G3 is substantially equal to 0, the auxiliary block G3 removes curvature of field with two optical elements having positive and negative refractive powers.

またこのことから、全系のペッツバール和は偏心可動ブロックG1,G2の寄与がほぼ全てと考えてよい。そこで、偏心可動ブロックG1,G2のペッツバールに着目すると、望遠端では−0.13と低い値を示し中間のズーム位置及び広角端では0.3と、従来例のそれと比較すると約半分になっていることが分かる。これが像面湾曲の除去を可能にしている。   From this, the Petzval sum of the entire system can be considered to be almost all the contribution of the eccentric movable blocks G1 and G2. Therefore, paying attention to the Petzval of the eccentric movable blocks G1 and G2, it shows a low value of -0.13 at the telephoto end and 0.3 at the intermediate zoom position and the wide angle end, which is about a half of that of the conventional example. I understand that. This makes it possible to remove the curvature of field.

実際に収差図を見ると中間のズーム位置と広角端では像面湾曲が発生しているのに対して、望遠端では像面湾曲ではなく像面の傾きだけである。このことから合計のペッツバール和は収差と対応している。   Actually, when viewing the aberration diagram, curvature of field occurs at the intermediate zoom position and the wide-angle end, whereas at the telephoto end, it is not the curvature of field but only the inclination of the image plane. From this, the total Petzval sum corresponds to the aberration.

次に、第1群G1、第2群G2、第1群G1と第2群G2の全系のパワーに対するペッツバール和の変化を図14に示す。また、従来例についても比較例として図15に示す。これらを比較すると、第1群G1と第2群G2の個々のペッツバール和については従来例も実施例1もその絶対値がほぼ等しいが、変化量を見ると実施例1の方が小さい。また、実施例1では第1群G1の正のペッツバールと第2群G2の負のペッツバールが相殺し、それらの和が0付近で変化しているのに対し、従来例では相殺せず第1群G1と第2群G2のペッツバール和が常に正となっている。これら2つの結果はパワーφ12を上記の範囲にした結果である。以上のようにして実施例1は像面湾曲を除去した。   Next, FIG. 14 shows changes in Petzval sum with respect to the power of the entire system of the first group G1, the second group G2, the first group G1, and the second group G2. The conventional example is also shown in FIG. 15 as a comparative example. When these are compared, the absolute values of the individual Petzval sums of the first group G1 and the second group G2 are almost equal in the conventional example and in the example 1, but the amount of change is smaller in the example 1 in terms of the amount of change. In the first embodiment, the positive Petzval in the first group G1 and the negative Petzval in the second group G2 cancel each other, and the sum thereof changes near 0, whereas in the conventional example, the first Petzval does not cancel out. The Petzval sum of the group G1 and the second group G2 is always positive. These two results are the results when the power φ12 is in the above range. As described above, in Example 1, field curvature was removed.

理想的には第1群G1と第2群G2のパワーの正,負が逆で絶対値が等しくなれば、硝材の屈折率は限られた範囲であるため、ペッツバールを0付近にすることができ像面湾曲を除去できる。第1群G1と第2群G2のパワーが正,負、異なるだけで、絶対値が近い値であればペッツバール和は理論的に小さくできる。しかし、第1群G1と第2群G2でそのようなパワーにすると、全系でのパワーが小さくなり広角化が困難であるという欠点がある。ペッツバール和を抑えながら全系でのパワーをかせぐ方法は、次式から見出すことができる。
(数17)
φtotal=φ1+φ2−eφ1φ2
数式17は、偏心可動ブロックG1,G2の合計のパワーφtotalを、第1群G1,第2群G2のパワーφ1、φ2、その間の主点間隔eで表した式である。パワーφ1、φ2が正,負、異なるだけで絶対値が近く、また硝材を変化させないとき、合計のパワーφtotalを大きくするには、主点間隔eをなるべく大きくすることが望ましいことが分かる。そこで実施例1と従来例で主点間隔を比較した。両者とも全系のパワーが異なるため、全系のパワーに対する主点間隔を比較する。それを表9及び表10に示す。
Ideally, if the positive and negative powers of the first group G1 and the second group G2 are opposite and the absolute values are equal, the refractive index of the glass material is in a limited range. And field curvature can be eliminated. The Petzval sum can be theoretically reduced if the powers of the first group G1 and the second group G2 are only positive, negative, and different and the absolute values are close. However, when such power is used in the first group G1 and the second group G2, there is a drawback that the power in the entire system is reduced and it is difficult to widen the angle. The method of gaining power in the entire system while suppressing the Petzval sum can be found from the following equation.
(Equation 17)
φ total = φ 1 + φ 2 −eφ 1 φ 2
Formula 17 is a formula expressing the total power φtotal of the eccentric movable blocks G1 and G2 by the powers φ1 and φ2 of the first group G1 and the second group G2, and the principal point interval e therebetween. It can be seen that when the powers φ1 and φ2 are positive, negative, and different, the absolute values are close, and when the glass material is not changed, it is desirable to increase the principal point interval e as much as possible in order to increase the total power φtotal. Therefore, the principal point intervals were compared between Example 1 and the conventional example. Since the powers of the whole system are different from each other, the principal point intervals with respect to the power of the whole system are compared. These are shown in Tables 9 and 10.

これらを比較すると、望遠端及び広角端では主点間隔はほぼ等しいものの、ミドルでは実施例1の方の主点間隔が大きい。したがって、実施例1では第1群G1と第2群G2のパワーの絶対値を同じにしながらも主点間隔を広げることによって全系のパワーを大きくし、パワーを大きくしている。   When these are compared, the distance between the principal points is substantially equal at the telephoto end and the wide-angle end, but the distance between the principal points in the first embodiment is larger in the middle. Accordingly, in the first embodiment, the power of the entire system is increased by increasing the distance between the principal points while keeping the absolute values of the powers of the first group G1 and the second group G2 the same.

実施例1で発生する軸上光線の上線・下線のずれ(これを軸上コマ収差と呼ぶこととする)を小さくするために、本実施例では光線と光軸とのなす角度を抑えることを行った。   In this embodiment, the angle formed between the light beam and the optical axis is suppressed in order to reduce the deviation between the upper and lower lines of the axial light beam generated in the first embodiment (this will be referred to as axial coma aberration). went.

そこで、図16に示すように各面Siの光軸と交わる点における接線の傾きに着目する。ある面の接線が光軸に対して正の傾きを持てば、同様に負の傾きを持つ面を配置することで、光線と光軸とのなす角度を抑え、かつ軸上コマ収差を小さくすることができる。その結果、各面は図5の光路図のような傾きを持ち、例えば望遠端の面S1を見ると、接線がY軸に対して負の傾きがあるのに対し、面S3の接線は逆に正に傾き、逆の補正をすることで軸上コマ収差を小さくしている。これの合計を小さくすることで軸上コマ収差を抑えることができる。そこで、この範囲を以下の範囲としている。
(数18)
Therefore, attention is paid to the inclination of the tangent line at the point where the optical axis of each surface Si intersects as shown in FIG. If the tangent line of a surface has a positive inclination with respect to the optical axis, a surface with a negative inclination is similarly arranged to suppress the angle between the light beam and the optical axis and reduce the axial coma. be able to. As a result, each surface has an inclination as shown in the optical path diagram of FIG. 5. For example, when looking at the telephoto end surface S1, the tangent has a negative inclination with respect to the Y axis, whereas the tangent to the surface S3 is reversed. The axial coma aberration is reduced by making a positive tilt and a reverse correction. The axial coma can be suppressed by reducing this sum. Therefore, this range is set as the following range.
(Equation 18)

但し、iはSiが表す面番号であり、Kiは面Siでの傾きである。   Here, i is the surface number represented by Si, and Ki is the inclination at the surface Si.

傾きの最大値をKmax、全系の光学面の傾きKiの合計をΣKiとしている。   The maximum value of the inclination is Kmax, and the sum of the inclinations Ki of the optical surfaces of the entire system is ΣKi.

また、曲面のローカルな曲率をCとすると、非特許文献1から面のパワーφは以下で与えられる。
(数19)
φ=2(N’cosθ’−Ncosθ)C
ここで、N、θはそれぞれ光線が入射する側の屈折率、入射角であり、N’、θ’は光線が射出する側のそれである。
If the local curvature of the curved surface is C, the surface power φ is given by Non-Patent Document 1 as follows.
(Equation 19)
φ = 2 (N′cosθ′−Ncosθ) C
Here, N and θ are the refractive index and incident angle on the side where the light beam is incident, respectively, and N ′ and θ ′ are those on the side where the light beam is emitted.

この式からローカルな曲率が同じであっても、曲面の前後の屈折率と入射角・射出角によってパワーが変化することが分かる。また、スネルの法則から以下の関係が成り立つ。
(数20)
Nsinθ=N’sinθ’
これを数式19に代入してθ’を消去すると以下の式が導かれる。
(数21)
From this equation, it can be seen that even if the local curvature is the same, the power varies depending on the refractive index before and after the curved surface, and the incident angle and exit angle. The following relation holds from Snell's law.
(Equation 20)
Nsinθ = N'sinθ '
By substituting this into Equation 19 and eliminating θ ′, the following equation is derived.
(Equation 21)

ここでN=1としてN’とθで式をグラフで表すと図17のようになる。
θは-0.3[rad]から0.3[rad]の範囲(約±17°の範囲)とした。これからこの範囲での
Here, when N = 1 and the equation is expressed in a graph with N ′ and θ, it is as shown in FIG.
θ was set in the range of −0.3 [rad] to 0.3 [rad] (approximately ± 17 ° range). From now on in this range

の変化量は、入射角θの変化に対してよりも屈折率N’の変化に対しての方が敏感に変化することが分かる。 It can be seen that the amount of change varies more sensitively to changes in the refractive index N ′ than to changes in the incident angle θ.

面の前後が空気→硝材の場合と硝材→空気の場合、さらには硝材の屈折率が大きさによってパワーφの値は変化し、面の前後が硝材→空気かつ硝材が大きい方がパワーφは大きくなる。以上から曲率半径が同じであっても屈折率の大小によって面のパワーは異なることが分かる。   The value of power φ changes depending on the refractive index of the glass material when the front and back of the surface is air → glass material and glass material → air, and the power φ is larger when the front and back of the surface is glass material → air and the glass material is larger. growing. From the above, it can be seen that even if the radius of curvature is the same, the surface power varies depending on the refractive index.

一方面のパワーを大きく変化させるためには曲面の傾きを大きくし曲率の変化を大きくする必要がある。ゆえに、パワーの変化量が大きくなるにつれて傾きの最大値が大きく傾向にあると言える。また上述の考察からパワーは屈折率によって変動するのでその範囲を以下に定めている。
(数22)
0(度・mm)≦Kmax/Δφ≦3(度・mm) ‥‥‥(5)
ただし、Δφは各面のパワーの変化量である。図18に実施例1の各面毎のKmaxとパワー変化量Δφの関係を示す。
On the other hand, in order to greatly change the power of the surface, it is necessary to increase the inclination of the curved surface and the change in curvature. Therefore, it can be said that the maximum value of the inclination tends to increase as the amount of change in power increases. From the above considerations, the power varies depending on the refractive index, so the range is defined as follows.
(Equation 22)
0 (degrees / mm) ≦ Kmax / Δφ ≦ 3 (degrees / mm) (5)
However, Δφ is the amount of change in power on each surface. FIG. 18 shows the relationship between Kmax and the power change amount Δφ for each surface in Example 1.

また図18に示す直線は、Kmax=Δφの直線であり、θ,θ’が共に0、屈折率が共に1の場合の関係である。この直線の上方にある面が空気→硝材、下方にある面が硝材→空気の場合となる。また、硝材の屈折率が大きいほどパワーφは大きくなり、直線に近づいていることが分かる。   Further, the straight line shown in FIG. 18 is a line of Kmax = Δφ, which is a relationship when θ and θ ′ are both 0 and the refractive index is 1. The surface above this straight line is the case of air → glass material, and the surface below the glass is glass material → air. It can also be seen that the power φ increases as the refractive index of the glass material increases, and approaches a straight line.

また面毎のKmax/Δφの値を図19に示す。傾きKmaxは0.16から2.5となり、数22の範囲を満足していることが分かる。   Further, FIG. 19 shows the value of Kmax / Δφ for each surface. The slope Kmax is 0.16 to 2.5, which indicates that the range of Equation 22 is satisfied.

次に、各面の接線の傾きを表11に示す。面が同じ傾きを持っていても、図20のようにその屈折率nの大小によって光線の進む方向が異なるため、屈折率が大きい方から小さい方へ光線が射出する面の傾きに−1を乗じて判断する。その合計を見ると、いずれも数式18が成り立っていることが分かる。   Next, Table 11 shows the inclination of the tangent line of each surface. Even if the surfaces have the same inclination, the traveling direction of the light beam varies depending on the refractive index n as shown in FIG. 20, so that the inclination of the surface from which the light beam is emitted from the larger refractive index to the smaller one is set to -1. Multiply and judge. When the total is seen, it turns out that Numerical formula 18 is realized in all.

次に、各面の光軸と交わる点における接線の傾きが軸上コマ収差を除去していることを確かめるために、軸上コマ収差の量を各面で表したものを図21に示す。横軸は面番号であり、縦軸は、図22に示すように面Siを射出した光線の上線下線が光軸まで到達したとしたときのその点から面Siまでの距離(光線のバックフォーカス)である。物体面から像面に向かう方向を正とする。   Next, in order to confirm that the inclination of the tangent at the point intersecting the optical axis of each surface removes the axial coma, FIG. 21 shows the amount of axial coma on each surface. The horizontal axis is the surface number, and the vertical axis is the distance from the point to the surface Si when the underline of the light beam that has exited the surface Si reaches the optical axis as shown in FIG. ). The direction from the object plane to the image plane is positive.

面S6は絞り面であるので、図21のどの図も面S5と面S6の上線下線のバックフォーカスが同じ値であることが分かる。また図21中に示した差の絶対量とは、上線と下線のバックフォーカスの差の絶対量であり、これが0であれば上線下線は同じ点で結像し、軸上コマ収差が発生しないことになる。   Since the surface S6 is a stop surface, it can be seen that the back focus of the underline of the surface S5 and the surface S6 has the same value in any figure in FIG. The absolute amount of the difference shown in FIG. 21 is the absolute amount of the back focus difference between the overline and the underline. If this is 0, the overline and underline are imaged at the same point, and no axial coma occurs. It will be.

図21を見ると、回転非対称の光学素子の最終面である第10面のバックフォーカスが上線下線とも同程度となっていることが分かる。ゆえに軸上コマ収差がなくなり、回転非対称レンズの後では光線は共軸系と等価になり、Off−Axialの収差は残存しない。従って、偏心可動ブロックより像面側に配置した補助レンズは回転非対称面にする必要はない。   As can be seen from FIG. 21, the back focus of the tenth surface, which is the final surface of the rotationally asymmetric optical element, is about the same as the upper and lower lines. Therefore, the axial coma is eliminated, and after the rotationally asymmetric lens, the light beam becomes equivalent to the coaxial system, and no off-axial aberration remains. Therefore, the auxiliary lens arranged on the image plane side from the eccentric movable block does not need to be a rotationally asymmetric surface.

更にコンパクトを保ちながらズーミングを行うには、主点位置を光学素子の位置から大きく移動させる必要がある。従来の片面に3次曲線を与えただけの光学素子ではその3次係数を持たせた面に主点位置があるだけで大きく変動しない。主点位置を大きく変動させるため方法として、例えば片方の面に曲率を持たせ回転非対称の光学素子の形状をメニスカスにすることが挙げられる。   Furthermore, in order to perform zooming while maintaining compactness, it is necessary to largely move the principal point position from the position of the optical element. In a conventional optical element in which a cubic curve is given on one side, the principal point position is only on the surface having the cubic coefficient, so that it does not vary greatly. As a method for greatly changing the principal point position, for example, one surface has a curvature and the shape of a rotationally asymmetric optical element is made to be a meniscus.

両凸レンズや両凹レンズとは異なり、メニスカス形状のレンズは主点がレンズの外側にすることもできるレンズであり、回転非対称レンズにもこの形状を採用することにより主点をレンズの外側に大きく変動させることができる。   Unlike biconvex lenses and biconcave lenses, meniscus-shaped lenses are lenses whose principal point can be outside the lens, and by adopting this shape for rotationally asymmetric lenses, the principal point can be greatly varied outside the lens. Can be made.

しかしながら、回転非対称の光学素子をメニスカス形状にすると望遠端もしくは広角端で(光線が光学素子の端を通るときに)軸上光線の上線・下線でずれが生じる。そのため、他の光学素子でこれの補正しなければならない。これを解決する方法は補正する光学素子を逆の傾きを持つメニスカスにし、上線・下線のずれを打ち消すことを行う。   However, if the rotationally asymmetric optical element is formed in a meniscus shape, a shift occurs between the upper and lower lines of the axial light beam at the telephoto end or the wide-angle end (when the light beam passes through the end of the optical element). Therefore, this must be corrected by another optical element. In a method for solving this, the optical element to be corrected is changed to a meniscus having a reverse inclination, and the deviation between the upper line and the lower line is canceled.

3次以上の高次の係数を面に導入する際にはこれに着目し係数を定めることとする。また、メニスカス形状は互いの距離を縮める方向に形状をつけることが望ましい。なぜならば光学素子同士を近づけることで、軸上コマ収差を各面で最小限にしながら除去できるからである。   When introducing a higher-order coefficient of the third order or higher into the surface, the coefficient is determined by paying attention to this. Further, it is desirable that the meniscus shape is shaped in the direction of reducing the mutual distance. This is because axial coma can be removed while minimizing on each surface by bringing optical elements closer to each other.

以上のようにして軸上コマ収差を除去している。   As described above, axial coma is removed.

面形状を数式10で与えた回転非対称の光学素子をY軸方向にδだけ偏心させたときの最大量をδmaxとすると、その光学素子のパワーは数式11から求めることができる。光学素子の厚みをdとすると、図23のように光学素子のコバ厚が0以上となる条件から次式が成立する。
(数23)
a×δmax3 ≦ d
数式23と数式11から、数式24が得られる。
(数24)
Assuming that the maximum amount when a rotationally asymmetric optical element having a surface shape given by Expression 10 is decentered by δ in the Y-axis direction is δmax, the power of the optical element can be obtained from Expression 11. Assuming that the thickness of the optical element is d, the following equation is established from the condition that the edge thickness of the optical element is 0 or more as shown in FIG.
(Equation 23)
a × δmax3 ≦ d
From Expression 23 and Expression 11, Expression 24 is obtained.
(Equation 24)

数式24を更に変形すると数式25が得られる。
(数25)
If Formula 24 is further modified, Formula 25 is obtained.
(Equation 25)

ここで12(n−1)は一定なので、パワーφmaxとずれ量δmaxの積の範囲はd/δmaxで定まることとなる。   Here, since 12 (n−1) is constant, the range of the product of the power φmax and the deviation amount δmax is determined by d / δmax.

即ち、ずれ量に対する光学素子の厚みで定まることが分かる。厚みdを大きくするとパワーが強くなり収差が増大し、逆にδmaxを大きくすると光学素子の大きさが増大する。そこで収差補正とコンパクト化の観点から、d/δmaxを1以下とすることが望ましい。実施例1では厚みdが0.5mm,ずれ量δmaxが約1.34mmであることから、d/δ=0.37<1となっている。以上をまとめると、次式が成立すると妥当であるといえる。
(数26)
δ×φ<6 ‥‥‥(6)
実施例1でずれ量δとパワーφの最大値の積を求めると、広角端の第2群G2でδ=−1.34358、φ= 0.238784となり、それらの積は0.32となっている。これは上記の範囲を十分に満たしている。
That is, it is understood that the thickness is determined by the thickness of the optical element with respect to the shift amount. Increasing the thickness d increases power and increases aberrations. Conversely, increasing δmax increases the size of the optical element. Therefore, d / δmax is preferably set to 1 or less from the viewpoint of aberration correction and compactness. In Example 1, since the thickness d is 0.5 mm and the shift amount δmax is about 1.34 mm, d / δ = 0.37 <1. Summarizing the above, it can be said that it is appropriate if the following equation holds.
(Equation 26)
δ × φ <6 (6)
When the product of the deviation amount δ and the maximum value of the power φ is obtained in the first embodiment, δ = −1.34358 and φ = 0.238784 in the second group G2 at the wide angle end, and the product thereof is 0.32. ing. This fully satisfies the above range.

尚、本実施例及び以下の実施例においてフォーカスは全系を移動させて行うか又は1つの光学群を光軸に対して垂直方向に移動させて行うのが良い。   In this embodiment and the following embodiments, focusing may be performed by moving the entire system or by moving one optical group in a direction perpendicular to the optical axis.

図24は、実施例1で示したズーム光学系を撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラの説明図である。図24において、20は、カメラ本体、21は図1を参照して説明したズーム光学系によって構成された撮像光学系、22はカメラ本体に内蔵され、撮像光学系によって形成された被写体像を受光するCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)、23は固体撮像素子22によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、24は液晶ディスプレイパネルなどによって構成され、固体撮像素子22上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。   FIG. 24 is an explanatory diagram of a digital still camera using the zoom optical system shown in Embodiment 1 as a photographing optical system. In FIG. 24, reference numeral 20 denotes a camera body, 21 denotes an imaging optical system constituted by the zoom optical system described with reference to FIG. 1, and 22 denotes a built-in camera body that receives a subject image formed by the imaging optical system. A solid-state imaging device (photoelectric conversion device) such as a CCD sensor or a CMOS sensor, a memory 23 for recording information corresponding to the subject image photoelectrically converted by the solid-state imaging device 22, and a liquid crystal display panel 24. It is a viewfinder for observing a subject image formed on the image sensor 22.

このように本発明のズーム光学系をデジタルスチルカメラなどの撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現することができる。   Thus, by applying the zoom optical system of the present invention to an imaging apparatus such as a digital still camera, it is possible to realize a compact imaging apparatus having high optical performance.

以上説明したように、本発明によれば、回転非対称な光学素子を光軸とは異なる方向に動かして良好に収差を除去しながらズームを行い、且つコンパクトなものとすることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to perform zooming while favorably removing aberrations by moving a rotationally asymmetric optical element in a direction different from the optical axis, and to be compact.

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist.

以上説明したように、本発明の各実施例によれば、良好に収差を除去しながらズーミングを行い、且つコンパクトなズーム光学系を得ることができる。
[比較例1]
次に本発明の比較例1を示す。比較例1は特許文献3を参考に設計したものである。図4に比較例1のレンズ断面図を示す。
As described above, according to each embodiment of the present invention, it is possible to perform zooming while satisfactorily removing aberrations and obtain a compact zoom optical system.
[Comparative Example 1]
Next, Comparative Example 1 of the present invention is shown. Comparative Example 1 is designed with reference to Patent Document 3. FIG. 4 shows a lens cross-sectional view of Comparative Example 1.

比較例1のズーム光学系は、図4に示すようにそれぞれ2枚の回転非対称光学素子E1、E2(E3、E4)を有する2つの光学群G1、G2から成り、それらを物体側から第1群G1、第2群G2とする。まずこれらの群を1つの薄肉レンズで近似し近軸計算を行う。次に各薄肉レンズのパワーを第1群G1、第2群G2それぞれφ1、φ2とし、主点間隔とバックフォーカスをそれぞれe、Skとする。また、全系のパワーをφ、焦点距離をfとすると、次式が成立する
(数6)
As shown in FIG. 4, the zoom optical system of Comparative Example 1 includes two optical groups G1 and G2 each having two rotationally asymmetric optical elements E1 and E2 (E3 and E4). Group G1 and second group G2. First, these groups are approximated by one thin lens and paraxial calculation is performed. Next, the power of each thin lens is set to φ1 and φ2 respectively for the first group G1 and the second group G2, and the principal point interval and the back focus are set to e and Sk, respectively. Further, when the power of the entire system is φ and the focal length is f, the following equation is established (Expression 6).

また、バックフォーカスSkは近軸計算から次式が成り立つ。
(数7)
Further, the following expression is established from the paraxial calculation for the back focus Sk.
(Equation 7)

ここで主点間隔eおよびバックフォーカスSkを定めると、数式6及び7からパワーφ1及びφ2は全系のパワーφの関数として表される。即ち、全系のパワー変化における第1群G1及び第2群G2のパワー変化の軌跡を表すことができる。そこで、主点間隔e=3とし、バックフォーカスSk=15とするとパワーφ1、φ2は以下となる。
(数8)
Here, when the principal point interval e and the back focus Sk are determined, the powers φ1 and φ2 are expressed as a function of the power φ of the entire system from Expressions 6 and 7. That is, it is possible to represent the power change trajectory of the first group G1 and the second group G2 in the power change of the entire system. Therefore, if the principal point interval e = 3 and the back focus Sk = 15, the powers φ1 and φ2 are as follows.
(Equation 8)

(数9) (Equation 9)

全系のパワーφに対するパワーφ1、φ2の関係をグラフで表すと図3のようになる。これを見ると、全系のパワーφが増加するに従って第1群G1は正から負に、第2群G2は逆に負から正にパワーが変化していることが分かる。ここで、回転非対称曲面は数式10で表され、またその係数aとパワーとの関係は数式11となる。
(数10)
z = ay3 + 3ax2y
(数11)
φ = 12aδ(n-1)
x,y,zは上記に示した軸である。δは2枚の回転非対称光学素子E1、E2(E3、E4)のZ軸からのY軸方向へのずれ量、nはレンズの屈折率である。回転非対称光学素子E1〜E4の係数a,nを表1に示し、併せてZ軸からのずれ量δを望遠端(テレ端)・中間のズーム位置(ミドル)・広角端(ワイド端)の順に示す。また、表2には各面S0〜S9の面のタイプおよび面間隔を表す。
The relationship between the powers φ1 and φ2 with respect to the power φ of the entire system is represented by a graph as shown in FIG. From this, it can be seen that the power of the first group G1 changes from positive to negative and the second group G2 changes from negative to positive as the power of the entire system increases. Here, the rotationally asymmetric curved surface is expressed by Expression 10, and the relationship between the coefficient a and the power is Expression 11.
(Equation 10)
z = ay 3 + 3ax 2 y
(Equation 11)
φ = 12aδ (n-1)
x, y, and z are the axes shown above. δ is the amount of deviation of the two rotationally asymmetric optical elements E1, E2 (E3, E4) from the Z axis in the Y axis direction, and n is the refractive index of the lens. The coefficients a and n of the rotationally asymmetric optical elements E1 to E4 are shown in Table 1, and the deviation amount δ from the Z-axis is also measured at the telephoto end (tele end), intermediate zoom position (middle), and wide angle end (wide end). Shown in order. Table 2 shows the surface types and surface intervals of the surfaces S0 to S9.

図4において、基準面S0に入射した光線はまず第1群G1に入射する。第1群G1は2つの光学素子(レンズ)E1、E2から構成され、面の番号は順にS1からS4とする。光学素子E1とE2はY軸方向に偏心し、その偏心量は連続的に変化する。また、その量はお互いに正,負、逆で絶対値が等しくなるようになっている。それによって第1群G1のパワーφ1を図3に示すように望遠端から広角端のズーミングに際して(以下、ズーム方向は同じである)、正から負に変化させている。第1群G1を射出した光線は次に絞りS5を通過し、第2群G2に入射する。第2群G2は第1群G1と同様に2つの光学素子E3、E4から構成され、面の番号はS6からS9とする。光学素子E3とE4はY軸方向に偏心し、その偏心量は連続的に変化する。また、その量はお互いに正負逆で絶対値が等しくなるようになっている。それによって第2群G2のパワーφ2を図3に示すように負から正に変化させている。   In FIG. 4, the light beam incident on the reference plane S0 first enters the first group G1. The first group G1 is composed of two optical elements (lenses) E1 and E2, and the surface numbers are S1 to S4 in order. The optical elements E1 and E2 are decentered in the Y-axis direction, and the amount of decentering changes continuously. Also, the amount is positive, negative, and reverse, and the absolute values are equal. As a result, the power φ1 of the first lens group G1 is changed from positive to negative during zooming from the telephoto end to the wide-angle end (hereinafter, the zoom direction is the same) as shown in FIG. The light beam emitted from the first group G1 then passes through the stop S5 and enters the second group G2. Similarly to the first group G1, the second group G2 includes two optical elements E3 and E4, and the surface numbers are S6 to S9. The optical elements E3 and E4 are decentered in the Y-axis direction, and the amount of decentering changes continuously. Further, the amounts are positive and negative with respect to each other, and the absolute values are equal. Accordingly, the power φ2 of the second group G2 is changed from negative to positive as shown in FIG.

これらの群G1、G2を通過した光線は像面IPを変化させることなく結像している。しかしながら、像面を見ると結像はしているものの、収差が大きく発生していることが分かる。   Light rays that have passed through these groups G1 and G2 are imaged without changing the image plane IP. However, when the image plane is viewed, it can be seen that although an image is formed, a large aberration occurs.

これらは、数式8及び9で定めた近軸配置に因らず発生するものである。例えば、軸上で発生するコマ収差は、近軸配置だけではどうしても除去することができない。以上の結果から比較例では以下の点で収差を補正しきれないことが分かる。これは、
(イ)回転非対称光学素子を有する光学系は、光軸に対して非対称であるため上線・下線にずれが生じ、結果として軸上光線においてもコマ収差が発生すること、
(ロ)像面湾曲が発生すること、
に起因する。
These occur regardless of the paraxial arrangement defined by Equations 8 and 9. For example, coma generated on the axis cannot be removed by the paraxial arrangement alone. From the above results, it can be seen that in the comparative example, the aberration cannot be corrected in the following points. this is,
(A) Since an optical system having a rotationally asymmetric optical element is asymmetric with respect to the optical axis, a shift occurs between the upper line and the lower line, and as a result, coma aberration also occurs in the axial ray.
(B) curvature of field occurs,
caused by.

そこで、本発明の実施例では、絞りから像側に順に正の屈折力の光学素子と負の屈折力の光学素子が配置されたズーミングの為には不動の光学群を設けることにより十分に収差を除去することが可能なズーム光学系を達成している。   Therefore, in the embodiment of the present invention, by providing a stationary optical group for zooming in which an optical element having a positive refractive power and an optical element having a negative refractive power are arranged in this order from the stop to the image side, sufficient aberration can be obtained. A zoom optical system capable of eliminating the above has been achieved.

実施例1の望遠端、中間、広角端のレンズ断面図である。FIG. 2 is a lens cross-sectional view at a telephoto end, an intermediate position, and a wide-angle end according to the first exemplary embodiment. 参考例1のOff−Axial光学系を説明する図である。It is a figure explaining the Off-Axial optical system of the reference example 1. FIG. 参考例1に基づいて設計したレンズのパワー配置を示す図である。It is a figure which shows the power arrangement | positioning of the lens designed based on the reference example 1. FIG. 参考例1に基づいて設計したレンズの断面図である。It is sectional drawing of the lens designed based on the reference example 1. FIG. 実施例1の中間のズーム位置におけるレンズ断面図である。5 is a lens cross-sectional view at an intermediate zoom position in Embodiment 1. FIG. 図1に示す実施例1の収差図である。FIG. 2 is an aberration diagram of Example 1 shown in FIG. 1. 図1に示す実施例1の収差図である。FIG. 2 is an aberration diagram of Example 1 shown in FIG. 1. 図1に示す実施例1の収差図である。FIG. 2 is an aberration diagram of Example 1 shown in FIG. 1. 図1に示す実施例1の像面での光線の番号を示す図である。It is a figure which shows the number of the light ray in the image surface of Example 1 shown in FIG. 実施例1の望遠端、中間のズーム位置、広角端でのディストーション格子を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a distortion grating at a telephoto end, an intermediate zoom position, and a wide-angle end according to the first exemplary embodiment. 参考例1に基づいて設計したレンズと図5に示す実施例1のバックフォーカス比較の図である。6 is a back focus comparison diagram of the lens designed based on Reference Example 1 and Example 1 shown in FIG. 5. FIG. 実施例1において光学群G1・G2のパワーの交点が広角側へシフトすることを示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating that the intersection of the powers of the optical groups G1 and G2 is shifted to the wide angle side in the first embodiment. 図1に示す実施例1の光学群G1とG2のパワーの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the power of the optical groups G1 and G2 of Example 1 shown in FIG. 図1に示す実施例1の光学素子E1、E2、E3、E4のパワーの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the power of the optical elements E1, E2, E3, and E4 of Example 1 shown in FIG. 図1に示す実施例1の偏心可動ブロックと補助ブロックのパワー変化を示す図である。It is a figure which shows the power change of the eccentric movable block of Example 1 shown in FIG. 1, and an auxiliary | assistant block. 図1に示す実施例1のペッツバールの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the Petzval of Example 1 shown in FIG. 参考例1に基づいて設計したレンズのペッツバールの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the Petzval of the lens designed based on the reference example 1. FIG. 面の接線を定義した図である。It is the figure which defined the tangent of the surface. (数21)の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of (Formula 21). ΔφとK,maxの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (DELTA) phi and K, max. 面番号に対するK,max/Δφの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of K, max / (DELTA) phi with respect to a surface number. 屈折する方向の違いを表した図である。It is a figure showing the difference in the direction to refract. 図1に示す実施形態の上線・下線のずれを示す図である。It is a figure which shows the shift | offset | difference of the upper line and underline of embodiment shown in FIG. 面Siのバックフォーカスを説明した図である。It is a figure explaining the back focus of surface Si. レンズ形状とレンズの厚み、ずれ量を表した図である。It is a figure showing the lens shape, the lens thickness, and the amount of deviation. 図1に示すズーム光学系を適用したデジタルスチルカメラの外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view of a digital still camera to which the zoom optical system shown in FIG. 1 is applied.

符号の説明Explanation of symbols

G1〜G3 光学群
SP 絞り
IP 像面
E1〜E6 光学群
S1〜S9 面
G1-G3 optical group SP stop IP image surface E1-E6 optical group S1-S9 surface

Claims (16)

光学的パワーが可変の複数の光学群と、1以上の光学群そして絞りとが光軸方向に配置され、該光学的パワーが可変の複数の光学群のパワーを変えてズーミングを行うズーム光学系であって、該光学的パワーが可変の複数の光学群は、各々回転非対称面を含み光軸と異なる方向に移動して光学群内のパワーを変える複数の光学素子Ldを有し、該1以上の光学群には、該絞りから像側へ順に正の屈折力の光学素子と負の屈折力の光学素子が配置されたズーミングの為には不動の光学群が含まれていることを特徴とするズーム光学系。   Zoom optical system in which a plurality of optical groups with variable optical power, one or more optical groups and a diaphragm are arranged in the optical axis direction, and zooming is performed by changing the power of the plurality of optical groups with variable optical power The plurality of optical groups with variable optical power each include a plurality of optical elements Ld that include rotationally asymmetric surfaces and move in a direction different from the optical axis to change the power in the optical group. The above optical group includes a stationary optical group for zooming in which an optical element having a positive refractive power and an optical element having a negative refractive power are arranged in order from the stop toward the image side. Zoom optical system. 前記絞りは、前記光学的パワーが可変の複数の光学群中に配置されていることを特徴とする請求項1のズーム光学系。   2. The zoom optical system according to claim 1, wherein the stop is arranged in a plurality of optical groups in which the optical power is variable. 前記正の屈折力の光学素子のパワーをφp、前記負の屈折力の光学素子のパワーをφnとするとき
φn<φp
なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は2のズーム光学系。
When the power of the optical element having the positive refractive power is φp and the power of the optical element having the negative refractive power is φn, φn <φp
The zoom optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
全ズーム位置において、前記光学的パワーが可変の複数の光学群の各光学素子の光学的パワーの絶対値の最大値を|φd|max、前記1以上の光学群の各光学素子の光学的パワーの絶対値の最大値を|φs|maxとするとき
|φd|max<|φs|max
なる条件を満足することを特徴とする請求項1、2又は3のズーム光学系。
At all zoom positions, | φd | max is the maximum absolute value of the optical power of each optical element of the plurality of optical groups with variable optical power, and the optical power of each optical element of the one or more optical groups When the maximum absolute value of | φs | max is | φd | max <| φs | max
The zoom optical system according to claim 1, 2 or 3, wherein the following condition is satisfied.
望遠端のズーム位置において、前記光学的パワーが可変の複数の光学群のパワーの総和の絶対値を|φdt|、前記1以上の光学群のパワーの総和の絶対値を|φst|とするとき
|φdt|≦|φst|
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項のズーム光学系。
When the absolute value of the sum of the powers of the plurality of optical groups with variable optical power is | φdt | and the absolute value of the sum of the powers of the one or more optical groups is | φst | at the zoom position at the telephoto end. | Φdt | ≦ | φst |
The zoom optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記光学的パワーが可変の複数の光学群のうちの、光学群Aと該光学群Aよりも像側の光学群を光学群Bとするとき、
望遠端から広角端へのズーミングに際して、
該光学群Aのパワーは正から負へ変化し、
該光学群Bのパワーは負から正へ変化し、
全ズーム範囲内において、該光学群Aと該光学群Bの光学的パワーが一致するズーム位置が存在し、
該一致するズーム位置は全ズーム範囲内の中間のズーム位置よりも広角側にあることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項のズーム光学系。
Of the plurality of optical groups having variable optical power, when the optical group A and the optical group on the image side of the optical group A are the optical group B,
When zooming from the telephoto end to the wide-angle end,
The power of the optical group A changes from positive to negative,
The power of the optical group B changes from negative to positive,
Within the entire zoom range, there is a zoom position where the optical powers of the optical group A and the optical group B match,
The zoom optical system according to any one of claims 1 to 5, wherein the coincident zoom position is located on a wider angle side than an intermediate zoom position within the entire zoom range.
前記光学的パワーが可変の複数の光学群のうちの、光学群Aと該光学群Aよりも像側の光学群を光学群Bとするとき、広角端のズーム位置において、光学的パワーの絶対値が大きい方を|φgw|max、望遠端のズーム位置において光学的パワーの絶対値が小さい方を|φgt|minとするとき
|φgw|max<|φgt|min
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項のズーム光学系。
Of the plurality of optical groups having variable optical power, when the optical group A and the optical group on the image side of the optical group A are the optical group B, the absolute optical power at the zoom position at the wide-angle end. The larger value is | φgw | max, and the smaller absolute value of optical power at the zoom position at the telephoto end is | φgt | min. | Φgw | max <| φgt | min
The zoom optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記光学的パワーが可変の複数の光学群のうちの、光学群Aと該光学群Aよりも像側の光学群を光学群Bとするとき、全ズーム範囲における光学的パワーの絶対値の最大値を|φ|max、該光学群Aと光学群Bの任意のズーム位置における光学的パワーの合計値をφABとするとき
−|φ|max≦φAB≦|φ|max
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項のズーム光学系。
Of the plurality of optical groups having variable optical power, when the optical group A and the optical group on the image side of the optical group A are the optical group B, the maximum absolute value of the optical power in the entire zoom range When the value is | φ | max and the total value of the optical power at any zoom position in the optical group A and optical group B is φ AB − | φ | max ≦ φ AB ≦ | φ | max
The zoom optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
iを物体側から像側へ順に、全系の光学素子の光学面Sの順番を示し、光学面Siと光軸と交わる点における接線の光軸に対する傾きをKi、傾きの最大値をKmax、全系の光学面の傾きKiの合計を

とするとき

なる条件を満足することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項のズーム光学系。
i represents the order of the optical surfaces S of the optical elements of the entire system in order from the object side to the image side, the inclination of the tangent to the optical axis at the point where the optical surface Si intersects the optical axis is Ki, and the maximum value of the inclination is K max. , The total of the optical system tilt Ki

When

The zoom optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記光学的パワーが可変の複数の光学群を構成する光学素子の光学面のズーミングに伴う光学的パワーの変化量をΔφとするとき
0(度・mm)≦Kmax/Δφ≦3(度・mm)
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項のズーム光学系。
When the change amount of the optical power accompanying the zooming of the optical surface of the optical element constituting the plurality of optical groups having the variable optical power is Δφ 0 (degree · mm) ≦ K max / Δφ ≦ 3 (degree · mm)
The zoom optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記光学群内のパワーを変える複数の光学素子が光軸からδだけ変位したときの該光学群の光学的パワーをφとするとき
δ×φ<6
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項のズーム光学系。
When the optical power of the optical group when a plurality of optical elements that change the power in the optical group are displaced by δ from the optical axis is δ × φ <6
The zoom optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記光学的パワーが可変の複数の光学群のうち、少なくとも1つの光学群は広角端において光学的パワーが逆符号の光学素子が含まれていることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項のズーム光学系。   12. The optical device according to claim 1, wherein among the plurality of optical groups having variable optical power, at least one optical group includes an optical element having an optical power having an opposite sign at a wide-angle end. 1 zoom optical system. 前記光学的パワーが可変の複数の光学群のうちの、光学群Aと該光学群Aよりも像側の光学群を光学群Bとするとき、
広角端において
物体側から像側へ順に
該光学群Aは正の屈折力の光学素子、負の屈折力の光学素子より成り、
該光学群Bは正の屈折力の光学素子、負の屈折力の光学素子より成ることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項のズーム光学系。
Of the plurality of optical groups having variable optical power, when the optical group A and the optical group on the image side of the optical group A are the optical group B,
In order from the object side to the image side at the wide-angle end, the optical group A is composed of an optical element having a positive refractive power and an optical element having a negative refractive power.
13. The zoom optical system according to claim 1, wherein the optical group B includes an optical element having a positive refractive power and an optical element having a negative refractive power.
前記光学的パワーが可変の複数の光学群のうちの、光学群Aと該光学群Aよりも像側の光学群を光学群Bとするとき、
望遠端において
物体側から像側へ順に
該光学群Aは正の屈折力の光学素子、正の屈折力の光学素子より成り、
該光学群Bは負の屈折力の光学素子、負の屈折力の光学素子より成ることを特徴とする請求項1から13のいずれか1項のズーム光学系。
Of the plurality of optical groups having variable optical power, when the optical group A and the optical group on the image side of the optical group A are the optical group B,
In order from the object side to the image side at the telephoto end, the optical group A is composed of an optical element having a positive refractive power and an optical element having a positive refractive power.
14. The zoom optical system according to claim 1, wherein the optical group B includes an optical element having a negative refractive power and an optical element having a negative refractive power.
光電変換素子上に像を形成することを特徴とする請求項1乃至14のうちいずれか1項のズーム光学系。   The zoom optical system according to claim 1, wherein an image is formed on the photoelectric conversion element. 請求項1乃至15のうちいずれか1項のズーム光学系と、該ズーム光学系によって形成される像を受光する光電変換素子とを備えることを特徴とする撮像装置。   An image pickup apparatus comprising: the zoom optical system according to claim 1; and a photoelectric conversion element that receives an image formed by the zoom optical system.
JP2005186983A 2005-06-27 2005-06-27 Zoom optical system Expired - Fee Related JP4829546B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005186983A JP4829546B2 (en) 2005-06-27 2005-06-27 Zoom optical system
US11/426,587 US7446946B2 (en) 2005-06-27 2006-06-27 Zoom optical system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005186983A JP4829546B2 (en) 2005-06-27 2005-06-27 Zoom optical system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2007004062A true JP2007004062A (en) 2007-01-11
JP2007004062A5 JP2007004062A5 (en) 2008-08-07
JP4829546B2 JP4829546B2 (en) 2011-12-07

Family

ID=37689722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005186983A Expired - Fee Related JP4829546B2 (en) 2005-06-27 2005-06-27 Zoom optical system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4829546B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0843726A (en) * 1994-08-04 1996-02-16 Seiko Epson Corp Variable focal length lens system and image reader
US6850372B1 (en) * 2002-06-18 2005-02-01 Raytheon Company Orthogonal movement lateral shift zoom lens
JP4724392B2 (en) * 2004-07-30 2011-07-13 キヤノン株式会社 Variable magnification imaging optical system and imaging apparatus having the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0843726A (en) * 1994-08-04 1996-02-16 Seiko Epson Corp Variable focal length lens system and image reader
US6850372B1 (en) * 2002-06-18 2005-02-01 Raytheon Company Orthogonal movement lateral shift zoom lens
JP4724392B2 (en) * 2004-07-30 2011-07-13 キヤノン株式会社 Variable magnification imaging optical system and imaging apparatus having the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP4829546B2 (en) 2011-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5207761B2 (en) Optical system and optical apparatus having the same
US8854747B2 (en) Optical system and image pickup apparatus including the same
US7869144B2 (en) Lens optical system
JP4747597B2 (en) Zoom lens
JP2010039340A (en) Optical system and image pickup apparatus having the same
JP2008225314A (en) Zoom lens
US20150015969A1 (en) Zoom lens and imaging apparatus
JP2007058054A (en) Zoom lens and imaging apparatus having the same
JP2009109723A (en) Optical system and imaging device provided with it
JP2005352348A (en) Imaging apparatus and zoom lens
WO2017119188A1 (en) Objective optical system
JP2005189727A (en) Macro lens
JP2008257022A (en) Zoom lens
JP4827454B2 (en) Zoom lens and imaging apparatus having the same
CN111751965B (en) Zoom lens and imaging apparatus having the same
JP4886231B2 (en) Variable magnification imaging optical system and imaging apparatus having the same
US7443601B2 (en) Zoom optical system
JP5294622B2 (en) Optical system and optical apparatus having the same
JP5065515B2 (en) Zoom lens and video camera using the same
US7446946B2 (en) Zoom optical system
JP2004109993A (en) Zoom lens and image pickup device
JP2008151832A (en) Zoom lens
JP4724392B2 (en) Variable magnification imaging optical system and imaging apparatus having the same
JP4829547B2 (en) Zoom optical system
JP2000292699A (en) Zoom lens, and video camera using zoom lens

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080625

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080625

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110608

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132

Effective date: 20110614

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110810

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110913

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110916

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees