JPH10104508A - Method for determining shape of lens - Google Patents

Method for determining shape of lens

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JPH10104508A
JPH10104508A JP8280028A JP28002896A JPH10104508A JP H10104508 A JPH10104508 A JP H10104508A JP 8280028 A JP8280028 A JP 8280028A JP 28002896 A JP28002896 A JP 28002896A JP H10104508 A JPH10104508 A JP H10104508A
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JP
Japan
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lens
coefficient
shape
thick
aberration
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Application number
JP8280028A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kato
隆志 加藤
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to effectively determine the shape of the lens in a thick system in designing of an optical system by applying the fundamental data of the lens and specific thickness characteristic coeffts. inputted at the time of designing the optical system and determining the shape by an arithmetic means. SOLUTION: At the time of expressing the thickness characteristic coefft. Wk of the single lens in the form of Wk =fk (r1 <-1> , Ψ1 , Ψ2 , (n), (d)); K=1 to 6 by using a five variables r1 <-1> , Ψ1 , Ψ2 , (n) and (d), wherein (m) pieces among these five variables and (5-m) pieces of the thickness characteristic coeffts. are given as coeffts. by an input means 13. The shape of the single lens is determined by solving the remaining (5-m) pieces of the variables by simultaneous equations using (5-m) pieces of the equations expressing the thickness characteristic coeffts. previously given as the constants by the arithmetic means 121 at this time. In the equations, r1 <-1> denotes the curvature of the first face, Ψa denotes the quartic aspherical face quantity of the (a) plane; d denotes the thickness of the single lens; W1 to W6 respectively denote the respective characteristic coeffts. of a spherical aberration, coma aberration, astigmatism, Petzval's sum, distortion aberration and the spherical aberration of the pupil.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は写真用カメラやビデ
オカメラ、そして照明系複写機等に用いられる光学系の
設計の際に、例えば収差係数を利用したり、又は各レン
ズ面への光線追跡のシュミレーション等を行い、光学特
性を評価して、レンズの最適な形状を決定するときに好
適なレンズの形状決定方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of designing an optical system used in a photographic camera, a video camera, and an illumination system copier, for example, by utilizing an aberration coefficient or tracing a ray to each lens surface. The present invention relates to a method for determining a shape of a lens which is suitable for determining the optimum shape of a lens by evaluating the optical characteristics by performing a simulation or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、光学系の設計、例えば写真レ
ンズやビデオカメラ用レンズ等の光学系を設定する方法
として収差係数を用いる方法がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a method of using an aberration coefficient as a method of designing an optical system, for example, setting an optical system such as a photographic lens or a lens for a video camera.

【0003】光学系の低次収差領域を補正して、レンズ
の形状を決定する際に用いられる手法として、薄肉固有
係数を用いた手法がある。ここで固有係数とは光学系の
詳細な構造に関係なく定義されるものであり、ある構成
メンバーにおける屈折力を1と正規化し、第1主平面に
入射瞳を置いて、近軸光線の入射高を1、近軸主光線の
入射傾角を−1として計算された収差係数のことであ
る。
As a method used to determine the shape of a lens by correcting a low-order aberration region of an optical system, there is a method using a thin intrinsic coefficient. Here, the intrinsic coefficient is defined irrespective of the detailed structure of the optical system, normalizes the refracting power of a certain member to 1 and places an entrance pupil on the first principal plane to allow the entrance of paraxial rays. It is an aberration coefficient calculated by setting the height to 1 and the incident tilt angle of the paraxial chief ray to -1.

【0004】ある構成メンバーにおいて、m次の収差領
域における固有係数をベクトル表示してS0 (m) ,収差
係数をS(m) とすると、その両者はその収差領域におけ
る構造特性T(m) による1次変換により結合されてい
る。
[0004] Assuming that an eigencoefficient in an mth-order aberration region is represented by a vector S0 (m) and an aberration coefficient is S (m) in a certain constituent member, both of them are structural characteristics T (m) in the aberration region. Are combined by the first order transformation.

【0005】 S(m) =T(m) ・S0 (m)(m=3,5,‥‥) (9) ある構成メンバーiが、合成系の第iメンバーとして用
いられたとすると、このときの合成系全体の収差係数は
S (m) = T (m) · S 0 (m) (m = 3,5, ‥‥) (9) If a certain member i is used as the i-th member of the synthesis system, When the aberration coefficient of the whole synthesis system is

【0006】[0006]

【外2】 i (m)=Ti (m)・S0i (m) (11) で表わされる。[Outside 2] S i (m) = T i (m) · S 0i (m) (11)

【0007】ここで、T(m) は光学系におけるr、(曲
率半径),d(肉厚),n(材質の屈折率)の様な詳細
な構造によらないものであり、m次の領域におけるその
収差構成上の特性を表す行列で、特性行列と呼ばれてい
る。
Here, T (m) does not depend on detailed structures such as r, (radius of curvature), d (thickness), and n (refractive index of material ) in the optical system. A matrix representing the characteristic of the aberration configuration in the region, and is called a characteristic matrix.

【0008】収差の各次数領域において、固有係数S0
で表現された構成メンバーが特性行列Tで表される状態
で使用された結果、S=T・S0 なる動作特性(即ち見
かけの収差係数)を生む。特に3次収差領域における光
学系の固有係数として注目すべきは、球面収差I0 ,コ
マ収差II0 ,非点収差III0 ,ペッツバール和P0 ,歪
曲収差V0 ,瞳球面収差Is 0 の計6個である。
[0008] In each order region of the aberration, the characteristic coefficient S 0
Is used in a state represented by the characteristic matrix T, resulting in an operation characteristic of S = T · S 0 (that is, an apparent aberration coefficient). Of particular note as the intrinsic coefficients of the optical system in the third-order aberration region are spherical aberration I 0 , coma II 0 , astigmatism III 0 , Petzval sum P 0 , distortion V 0 , and pupil spherical aberration I s 0. 6 in total.

【0009】薄肉系においては固有係数III0 ,P0
0 ,Is 0 の値は一定の値を持つため、固有係数I
0 ,II0 のみが自由度となる。この固有係数I0 ,II0
は材質の屈折率や第1面の曲率半径、非球面係数等の関
数として表現される。例えば薄肉単レンズに関しては、
収差係数計算時の近軸光線入射初期条件を(12)式の
様に与えることにより、薄肉固有係数は以下の(1
3),(14)式の様に表される。
In thin-walled systems, the intrinsic coefficients III 0 , P 0 ,
Since the values of V 0 and I s 0 have constant values, the eigen coefficient I
Only 0 and II 0 are degrees of freedom. The characteristic coefficients I 0 and II 0
Is expressed as a function of the refractive index of the material, the radius of curvature of the first surface, the aspheric coefficient, and the like. For example, for a thin single lens,
By giving the paraxial ray incidence initial condition at the time of calculating the aberration coefficient as shown in the equation (12), the thin intrinsic coefficient becomes the following (1)
It is expressed as in equations 3) and (14).

【0010】[0010]

【外3】 図6は、(13),(14)式より導かれる薄肉単レン
ズの固有係数の存在範囲のグラフを示している。
[Outside 3] FIG. 6 shows a graph of the existence range of the intrinsic coefficient of the thin single lens derived from the equations (13) and (14).

【0011】図中、“Sph.”は球面系での存在曲線
を示す。又BBは非球面係数bと8BB=bの関係があ
る。この図より、薄肉系では、固有係数の存在曲線は放
物線を示す。そして非球面を導入すると、その存在曲線
が上下に平行移動することがわかる。つまり、非球面を
用いれば、固有係数I0 ,II0 が自由に制御可能であ
り、収差補正に関して3次の領域では万能であるといえ
る。従って、薄肉固有係数I0 ,II0 、屈折率nを与え
れば、(13),(14)式より単レンズの形状(第1
面曲率r1 -1 ,非球面量ψ)を解析的に決定することが
可能である。
[0011] In the figure, "Sph." Indicates an existence curve in a spherical system. BB has a relationship of aspheric coefficient b and 8BB = b. From this figure, in the thin-walled system, the existence curve of the characteristic coefficient shows a parabola. When an aspherical surface is introduced, it can be seen that the existence curve moves up and down in parallel. In other words, if an aspherical surface is used, the intrinsic coefficients I 0 and II 0 can be freely controlled, and it can be said that aberration correction is versatile in a third-order region. Therefore, if the thin intrinsic coefficients I 0 , II 0 and the refractive index n are given, the shape of the single lens (the first lens) can be obtained from the equations (13) and (14).
It is possible to analytically determine the surface curvature r 1 -1 and the amount of aspheric surface ψ).

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】レンズ系を薄肉系とし
て取り扱い、収差係数を用いてその初期形状を決定する
手法は、設計初期の段階では有効である。
A method of treating a lens system as a thin-walled system and determining its initial shape using an aberration coefficient is effective at an early stage of design.

【0013】しかしながら実際のレンズ系は厚肉系であ
り、レンズの肉厚や空気間隔等を考慮する必要がある。
特に近年は、各群の焦点距離をより短くすることで、光
学系の更なる小型化を達成する傾向にある。従ってより
一層、各群の焦点距離に対するレンズの肉厚が厚くな
り、薄肉系では取り扱えない領域になってきている。
However, the actual lens system is a thick system, and it is necessary to consider the thickness of the lens, the air gap, and the like.
In particular, in recent years, there is a tendency to further reduce the size of the optical system by shortening the focal length of each group. Accordingly, the thickness of the lens with respect to the focal length of each lens group is further increased, and this is an area that cannot be handled by a thin system.

【0014】この厚肉系と薄肉系における固有係数の存
在範囲の違いについては、1993年.第18回光学シンポ
ジウム 講演予稿集 P65にて本発明者が報告してい
る。
The difference in the existence range of the intrinsic coefficient between the thick-walled system and the thin-walled system is described in 1993. The present inventor reports at the 18th Optical Symposium Preprints of the Lectures, P65.

【0015】図7,図8は、肉厚d=0.2(群の焦点
距離を1に規格化した場合の値)における、単レンズの
厚肉固有係数の存在範囲を示している。尚、図7は非球
面を第1面に導入した場合、図8は第2面に導入した場
合を示す。
FIGS. 7 and 8 show the existence range of the thick intrinsic coefficient of the single lens when the thickness d = 0.2 (the value when the focal length of the group is normalized to 1). FIG. 7 shows the case where the aspherical surface is introduced on the first surface, and FIG. 8 shows the case where the aspherical surface is introduced on the second surface.

【0016】図6とこれらの図を比較すると、薄肉系と
厚肉系では、存在領域の状況がかなり異なることがわか
る。更に、図6においては、図中の固有係数値(点P)
に対応したレンズ形状が(13),(14)式により求
めることができるのに対して、図8の場合には満足する
形状がないことが分かる。
When FIG. 6 is compared with these figures, it can be seen that the condition of the existence area is considerably different between the thin-walled system and the thick-walled system. Further, in FIG. 6, the characteristic coefficient value (point P) in FIG.
It can be seen that while the lens shape corresponding to (1) can be obtained by the equations (13) and (14), there is no satisfactory shape in the case of FIG.

【0017】以上のことより、薄肉固有係数を用いたレ
ンズの形状決定方法は、薄肉系から、よりはずれる条件
(dがより大きい)の場合には実際的でない。更に、厚
肉系の場合、非球面の導入によりその効果が違うため、
どちらの面に導入しても効果が同じである薄肉系の場合
とはその様相が大きく異なる。
As described above, the method of determining the shape of the lens using the thin-wall intrinsic coefficient is not practical when the condition deviates from the thin-walled system (d is larger). Furthermore, in the case of thick-walled systems, the effect differs depending on the introduction of an aspherical surface.
The aspect is significantly different from the case of a thin-walled system in which the effect is the same regardless of which surface is introduced.

【0018】従って従来、厚肉形状は、(13),(1
4)式により解析的に求めることはできなかった。その
ため、まず、薄肉の状態で、(13),(14)式によ
りレンズの形状を求め、次に徐々に肉厚を与えて、焦点
距離のずれをレンズ面の曲率等で補正したり、或いは最
適化の手法を用いて、所望の固有係数を満足するレンズ
形状を決定していた。
Conventionally, therefore, the thick-walled shapes are (13), (1)
4) It could not be obtained analytically by the formula. For this reason, first, in a thin state, the shape of the lens is obtained by Equations (13) and (14), and then the thickness is gradually given to correct the deviation of the focal length by the curvature of the lens surface, or the like. A lens shape that satisfies a desired characteristic coefficient has been determined using an optimization technique.

【0019】しかしながら、このような手法により、レ
ンズ設計の初期値を求めることは、多大な時間を要する
結果となる。また設計初期の段階で、有効な複数個の異
なるレンズ形状を解析的に求めることは困難であった。
However, obtaining the initial value of the lens design by such a method results in a long time. Further, it is difficult to analytically determine a plurality of different effective lens shapes at an early stage of design.

【0020】更に、薄肉の状態では、非球面をどちらの
面に導入したらよいかの見極めが難しい。
Further, in a thin state, it is difficult to determine on which surface the aspherical surface should be introduced.

【0021】また、従来、(13),(14)式に対応
した厚肉系の固有係数に対する表現式は求められていな
かった。
Conventionally, an expression for the characteristic coefficient of a thick-walled system corresponding to the expressions (13) and (14) has not been obtained.

【0022】本発明は、光学系を設計する際、入力手段
より入力された、レンズ面の曲率半径、レンズ厚、材質
の屈折率等でレンズに関する基礎デ−タの一部と厚肉固
有係数を与えることによって、所定の演算手段により、
厚肉系において解析的に複数の有効なレンズの初期形状
を決定することができるレンズの形状決定方法の提供を
目的とする。
According to the present invention, when designing an optical system, a part of basic data relating to a lens and a thick-wall specific coefficient based on a radius of curvature of a lens surface, a lens thickness, a refractive index of a material, etc., input from input means. Is given by the predetermined arithmetic means,
It is an object of the present invention to provide a lens shape determining method capable of analytically determining initial shapes of a plurality of effective lenses in a thick-walled system.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明のレンズの形状決
定方法は、 (1-1) 3次収差領域における固有係数を利用したレン
ズの形状決定方法において、単レンズの厚肉固有係数W
k(k=1,2,‥‥,6)を5つの変数r1 -1(或いは
2 -1),ψ1 ,ψ2 ,n,dを用いて Wk=fk(r1 -1 ,ψ1 ,ψ2 ,n,d);k=1,2,‥‥,6 (1) 但し、r1 -1 :単レンズ第1面曲率 r2 -1 :単レンズ
第2面曲率 ψa:第a面4次非球面量(ψa=(na’−na)b,
b:4次非球面係数) na,na’:第a面前後の屈折率 d:単レンズ肉厚 n:単レンズ屈折率 W1 :球面収差の固有係数(=I0 ) W2 :コマ収差の固有係数(=II0 ) W3 :非点収差の固有係数(=III0 ) W4 :ペッツバール和の固有係数(=P0 ) W5 :歪曲収差の固有係数(=V0 ) W6 :瞳の球面収差の固有係数(=Is 0 ) なる形で表す時、入力手段により該5つの変数の内のm
個と、(5−m)個の厚肉固有係数値を定数として与え
た時、残りの(5−m)個の変数を、演算手段によって
先に定数として与えた厚肉固有係数を表現する(5−
m)個の式を用いて連立方程式を組み立てて解くことに
より、単レンズの形状を決定することを特徴としてい
る。
According to the present invention, there is provided a method for determining the shape of a lens, comprising: (1-1) a method for determining a shape of a lens using an intrinsic coefficient in a third-order aberration region;
k (k = 1,2, ‥‥, 6) the five variables r 1 -1 (or r 2 -1), ψ 1, ψ 2, n, by using the d W k = f k (r 1 - 1, ψ 1, ψ 2, n, d); k = 1,2, ‥‥, 6 (1) where, r 1 -1: single lens first Menkyokuritsu r 2 -1: single lens second Menkyokuritsu ψ a : a-th surface fourth-order aspherical amount (ψ a = (na′−na) b,
b: 4th order aspherical coefficient) na, na ′: refractive index before and after the a-th surface d: single lens thickness n: single lens refractive index W 1 : intrinsic coefficient of spherical aberration (= I 0 ) W 2 : coma aberration specific coefficient (= II 0) W 3: the intrinsic coefficient of astigmatism (= III 0) W 4: intrinsic coefficient (= P 0) of the Petzval sum W 5: intrinsic coefficient distortion (= V 0) W 6 : Eigencoefficient of spherical aberration of pupil (= I s 0 ) When expressed in the form:
And (5-m) thick natural coefficient values as constants, the remaining (5-m) variables represent the thick natural coefficient previously given as a constant by the arithmetic means. (5-
It is characterized in that the shape of a single lens is determined by assembling and solving simultaneous equations using m) equations.

【0024】特に、 (1-1-1) 前記入力手段より厚肉固有係数W1(=
0 ),W2(=II0 )及びd,n,ψ2 の各値を与え
ることによりr1 -1 (或いはr2 -1 ),ψ1 を求めるこ
とを特徴としている。
In particular, (1-1-1) the thick wall specific coefficient W 1 (=
It is characterized in that r 1 -1 (or r 2 -1 ), ψ 1 is obtained by giving each value of I 0 ), W 2 (= II 0 ) and d, n, ψ 2 .

【0025】(1-1-2) 前記入力手段より厚肉固有係数W
1(=I0 ),W2(=II0 )及びd,n,ψ1 の各値を
与えることによりr1 -1 (或いはr2 -1 ),ψ2 を求め
ることを特徴としている。
(1-1-2) Thickness specific coefficient W from the input means
It is characterized in that r 1 -1 (or r 2 -1 ) and ψ 2 are obtained by giving each value of 1 (= I 0 ), W 2 (= II 0 ), d, n and ψ 1 .

【0026】(1-1-3) 前記演算手段によって演算される
変数r1 -1 ,ψ1 による連立方程式の解は、変数r1 -1
に関する4次方程式の実数解として導かれることを特徴
としている。
(1-1-3) The solution of the simultaneous equations by the variables r 1 -1 and ψ 1 calculated by the calculation means is represented by the variable r 1 -1
The characteristic is that it is derived as a real number solution of a quartic equation related to

【0027】(1-1-4) 前記演算手段によって演算される
変数r1 -1 ,ψ2 による連立方程式の解は、変数r1 -1
に関する8次方程式の実数解として導かれることを特徴
としている。
(1-1-4) The solution of the simultaneous equations by the variables r 1 -1 and ψ 2 calculated by the calculation means is represented by the variable r 1 -1
Is derived as a real solution of an eighth-order equation.

【0028】(1-1-5) 前記入力手段より厚肉固有係数W
1(=I0 ),W2(=II0 ),W3(=III0 ),及び
d,nの各値を与えることにより、r1 -1 (或いはr2
-1 ),ψ1 ,ψ2 を求めることを特徴としている。
(1-1-5) Thickness specific coefficient W from the input means
By giving each value of 1 (= I 0 ), W 2 (= II 0 ), W 3 (= III 0 ), and d and n, r 1 -1 (or r 2
-1 ), ψ 1 , ψ 2 .

【0029】本発明の厚肉単レンズの固有係数の表示方
法は、 (2-1) 3次収差領域における単レンズの厚肉固有係数W
k(k=1,2,‥‥,6)を5つの変数r1 -1 (或い
はr2 -1 ),ψ1 ,ψ2,n,dを用いて Wk=fk(r1 -1 ,ψ1 ,ψ2 ,n,d);k=1,2,‥‥,6 (1) 但し、r1 -1 :単レンズ第1面曲率 r2 -1 :単レンズ
第2面曲率 ψa:第a面4次非球面量(ψa=(na’−na)b,
b:4次非球面係数) na,na’:第a面前後の屈折率 d:単レンズ肉厚 n:単レンズ屈折率 W1 :球面収差の固有係数(=I0 ) W2 :コマ収差の固有係数(=II0 ) W3 :非点収差の固有係数(=III0 ) W4 :ペッツバール和の固有係数(=P0 ) W5 :歪曲収差の固有係数(=V0 ) W6 :瞳の球面収差の固有係数(=Is 0 ) なる形とし、該形を表示手段に表示していることを特徴
としている。
The method of displaying the intrinsic coefficient of the thick single lens of the present invention is as follows: (2-1) The thick intrinsic coefficient W of the single lens in the third-order aberration region
k (k = 1,2, ‥‥, 6) the five variables r 1 -1 (or r 2 -1), ψ 1, ψ 2, n, by using the d W k = f k (r 1 - 1, ψ 1, ψ 2, n, d); k = 1,2, ‥‥, 6 (1) where, r 1 -1: single lens first Menkyokuritsu r 2 -1: single lens second Menkyokuritsu ψ a : a-th surface fourth-order aspherical amount (ψ a = (na′−na) b,
b: 4th order aspherical coefficient) na, na ′: refractive index before and after the a-th surface d: single lens thickness n: single lens refractive index W 1 : intrinsic coefficient of spherical aberration (= I 0 ) W 2 : coma aberration specific coefficient (= II 0) W 3: the intrinsic coefficient of astigmatism (= III 0) W 4: intrinsic coefficient (= P 0) of the Petzval sum W 5: intrinsic coefficient distortion (= V 0) W 6 : A characteristic having a characteristic coefficient of pupil spherical aberration (= I s 0 ), and the characteristic is displayed on display means.

【0030】(2-1-2) 前記表示手段は、前記厚肉固有係
数を
(2-1-2) The display means displays the thick wall intrinsic coefficient.

【0031】[0031]

【外4】 (但し、Ai 〜Fi は屈折率n、肉厚d、第i面非球面
量ψi により表現される係数)の様に表現することを特
徴としている。
[Outside 4] (However, A i to F i is a coefficient represented by the refractive index n, thickness d, the i-th surface aspherical amount [psi i) is characterized in that expressed as.

【0032】本発明のレンズの形状決定方法は、 (3-1) 複数の構成要素(群)で表現されるレンズ系に対
し、3次収差領域における固有係数を利用したレンズの
形状決定方法において、各群に対して与えた固有係数値
及びレンズ形状を構成するいくつかの変数値から、各群
の厚肉レンズ形状を数値演算により複数算出するレンズ
形状演算手段と、算出された各群の各々のレンズ形状に
対して収差係数を計算する収差係数の演算手段と、算出
された各群の各々のレンズ形状を組み合わせて光学系を
構成するレンズ系構成手段を有することを特徴としてい
る。
The lens shape determining method of the present invention is as follows: (3-1) A lens shape determining method using an intrinsic coefficient in a third-order aberration region for a lens system represented by a plurality of constituent elements (groups). Lens shape calculation means for calculating a plurality of thick lens shapes of each group by numerical calculation from the intrinsic coefficient values given to each group and several variable values constituting the lens shape, It is characterized by having aberration coefficient calculating means for calculating an aberration coefficient for each lens shape, and lens system forming means for forming an optical system by combining the calculated lens shapes of the respective groups.

【0033】(3-2) 複数の構成要素(群)で表現される
レンズ系に対し、3次収差領域における固有係数を利用
したレンズの形状決定方法において、各群に要求される
複数の固有係数値を獲得する固有係数値獲得手段と、該
固有係数値及びレンズ形状を構成するいくつかの変数値
から各群の厚肉レンズ形状を数値演算により複数算出す
るレンズ形状演算手段と、算出された各群の各々のレン
ズ形状に対して収差係数を計算する収差係数の演算手段
と、各群の各々のレンズ形状を組み合わせて光学系を構
成するレンズ系構成手段を有することを特徴としてい
る。
(3-2) For a lens system represented by a plurality of constituent elements (groups), in a method of determining the shape of a lens using an intrinsic coefficient in the third-order aberration region, a plurality of eigenvalues required for each group are determined. Eigen coefficient value obtaining means for obtaining a coefficient value; lens shape calculating means for calculating a plurality of thick lens shapes of each group by numerical calculation from the eigen coefficient value and several variable values constituting the lens shape; It is characterized by having an aberration coefficient calculating means for calculating an aberration coefficient for each lens shape of each group, and a lens system forming means for forming an optical system by combining each lens shape of each group.

【0034】特に、構成要件(3-1),(3-2)において、 (3-2-1) 該レンズ形状演算手段により算出されたレンズ
形状の内、所定の条件を満たさないものを選択的に除外
するためのレンズ形状除外手段を有することを特徴とし
ている。
In particular, among the constituent requirements (3-1) and (3-2), (3-2-1) a lens shape which does not satisfy a predetermined condition is selected from the lens shapes calculated by the lens shape calculating means. It is characterized in that it has a lens shape exclusion means for exclusion of the lens.

【0035】(3-2-2) 該レンズ系構成手段は、組み合わ
された光学系の内、所定の条件を満たさないものを選択
的に除外する光学系除外手段を有することを特徴として
いる。
(3-2-2) The lens system constituting means is characterized in that it comprises an optical system exclusion means for selectively excluding those which do not satisfy a predetermined condition among the combined optical systems.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態1の要部
ブロック図であり、光学系のレンズの形状決定方法を実
現する情報処理の構成を示している。図1において、1
3は入力手段であり、例えばキーボード等から成り、光
学系に関する諸数値や光学系の収差量を表示する収差描
画用コントロールデータ等が入力されている。11は演
算手段であり、入力手段13からのデータや後述する記
憶手段12や外部記憶手段15からのデータに基づいて
光学系の単レンズの形状や固有係数等を計算している。
FIG. 1 is a block diagram of a main part of a first embodiment of the present invention, showing a configuration of information processing for realizing a method for determining a shape of a lens of an optical system. In FIG. 1, 1
Reference numeral 3 denotes an input unit, which includes, for example, a keyboard and the like, to which various numerical values relating to the optical system and aberration drawing control data for displaying the amount of aberration of the optical system are input. Numeral 11 denotes an arithmetic unit, which calculates the shape of the single lens of the optical system, the intrinsic coefficient, and the like based on data from the input unit 13 and data from the storage unit 12 and the external storage unit 15 described later.

【0037】12は記憶手段であり、又15は外部記憶
手段であり、これらは演算手段11で計算処理された各
種のデータや予め与えられたレンズデータを記憶してい
る。14は表示手段(描画手段)であり、演算手段11
で計算処理されたレンズ形状や固有係数等を演算手段1
1からのデータに基づいて表示している。
Reference numeral 12 denotes storage means, and reference numeral 15 denotes external storage means, which store various data calculated by the calculation means 11 and lens data given in advance. Reference numeral 14 denotes display means (drawing means),
Calculating means 1 for calculating the lens shape, the intrinsic coefficient, etc.
The display is based on the data from No. 1.

【0038】図2は本発明の実施形態1のフローチャー
トである。本発明では先ず、単レンズの厚肉固有係数を
屈折率n,第1面曲率r1 -1 ,第1面非球面量ψ1 ,第
2面非球面量ψ2 ,肉厚dにて表す。
FIG. 2 is a flowchart of the first embodiment of the present invention. In the present invention, first, the thick intrinsic coefficient of a single lens is represented by a refractive index n, a first surface curvature r 1 -1 , a first surface aspherical amount ψ 1 , a second surface aspherical amount ψ 2 , and a wall thickness d. .

【0039】厚肉系の単レンズに対しては、近軸光線追
跡初期値は以下のような値を取る(但し、単レンズの焦
点距離を1に正規化してある。)。
For a thick single lens, the paraxial ray tracing initial value takes the following value (however, the focal length of the single lens is normalized to 1).

【0040】[0040]

【外5】 また、第1面の面屈折力Φ1 、第2面の面屈折力Φ2
以下のように表せる。
[Outside 5] The surface refractive power Φ 1 of the first surface and the surface refractive power Φ 2 of the second surface can be expressed as follows.

【0041】 Φ1 =(n−1)/r1 ,Φ2 =n(1−Φ1 )/(n−dΦ1 ) (18) 以上の式により、3次の厚肉固有係数は以下のように表
わすことができる。
Φ 1 = (n−1) / r 1 , Φ 2 = n (1−Φ 1 ) / (n−dΦ 1 ) (18) According to the above equation, the third-order thick wall natural coefficient is as follows. Can be expressed as

【0042】[0042]

【外6】 後述の(表1)は(2)〜(7)式中の係数Ai 〜Fi
の内容を示している。これらの係数Ai 〜Fi は、屈折
率n、肉厚d、第1面非球面量ψ1 、第2面非球面量ψ
2 により表現される。尚、上記(2)〜(8)式の表現
は、発明者が独自に導き出したものであり、従来にはな
かったものである。
[Outside 6] The following Table 1 shows the coefficients A i to F i in the equations (2) to (7).
Is shown. These coefficients A i to F i are the refractive index n, the thickness d, the first surface aspherical amount ψ 1 , the second surface aspherical amount ψ
Represented by 2 . The expressions in the above equations (2) to (8) are independently derived by the inventor, and are not present in the related art.

【0043】本実施形態では、以上のように厚肉固有係
数を幾つかのパラメ−タにより表現した場合に、例えば
固有係数値及び屈折率、肉厚値を与えて、(2)〜
(7)の幾つかの式を連立して解くことにより、単レン
ズの形状を解析的に決定している。そして、表示手段に
これらの演算結果を表示している。
In the present embodiment, when the thick intrinsic coefficient is expressed by several parameters as described above, for example, the intrinsic coefficient, the refractive index, and the thickness are given, and (2) to
By solving several equations of (7) simultaneously, the shape of the single lens is analytically determined. Then, these calculation results are displayed on the display means.

【0044】次に図2のフローチャートを用いて本実施
形態において厚肉固有係数I0 ,II0 を与えた場合の単
レンズの形状決定について説明する。本実施形態では、
単レンズの第1面或いは第2面のいずれかに非球面を導
入した場合の形状決定方法を示している。
Next, the determination of the shape of the single lens when the thick intrinsic coefficients I 0 and II 0 are given in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In this embodiment,
A method of determining a shape when an aspheric surface is introduced into either the first surface or the second surface of a single lens is shown.

【0045】まず、厚肉固有係数I0 ,II0 を与えた場
合(ステップ401)、(2),(3)式から、非球面
の導入面の違いにより以下の方程式が導かれる。(1
9)式は、第1面に非球面を導入した場合(ステップ4
02→403)であり、単レンズの肉厚、屈折率を定数
として第1面曲率の4次方程式になる。なお、後述の
(表2)はζi の内容を示している。
First, when the thick intrinsic coefficients I 0 and II 0 are given (step 401), the following equations are derived from the equations (2) and (3) depending on the difference in the aspherical introduction surface. (1
Equation (9) is obtained when an aspherical surface is introduced as the first surface (step 4).
02 → 403), and the thickness and refractive index of the single lens are constants, which is a quartic equation of the first surface curvature. Incidentally, described later (Table 2) shows the contents of the zeta i.

【0046】[0046]

【外7】 また(20)式は、第2面に非球面を導入した場合(ス
テップ402→405)であり、単レンズの肉厚、屈折
率を定数として第1面曲率の8次方程式になる。なお、
表3はηi の内容を示している。
[Outside 7] Expression (20) is a case where an aspheric surface is introduced into the second surface (step 402 → 405), and becomes an eighth-order equation of the first surface curvature with the thickness and refractive index of the single lens as constants. In addition,
Table 3 shows the contents of η i .

【0047】[0047]

【外8】 以上の方程式を解くことにより、厚肉固有係数I0 ,II
0 の値を満足する第1面曲率及び非球面量が、非球面の
導入面の違いに対し各々解析的に求めることが可能にな
る。そして、求められた第1面曲率値を(2)式,或い
は(3)式に代入することにより非球面量を求めること
ができる(ステップ404,406)。
[Outside 8] By solving the above equations, the thick-wall specific coefficients I 0 , II
The curvature of the first surface and the amount of aspherical surface satisfying the value of 0 can be obtained analytically with respect to the difference between the introduction surfaces of the aspherical surfaces. Then, the aspherical amount can be obtained by substituting the obtained first surface curvature value into the expression (2) or (3) (steps 404 and 406).

【0048】次に、具体的に単レンズの形状を決定す
る。ここでは負の屈折力を有する単レンズの形状決定を
行なう。まず屈折率n、肉厚d、厚肉固有係数I0 ,II
0 の値を以下のように与える。
Next, the shape of the single lens is specifically determined. Here, the shape of a single lens having a negative refractive power is determined. First, a refractive index n, a thickness d, and a thick intrinsic coefficient I 0 , II
Give a value of 0 as follows:

【0049】 n=1.8052, d=-0.0295, I0 =199.09, II0 =2.99 (21) 但し、単レンズの焦点距離を1に正規化しているため、
単レンズが負の屈折力を持つ場合に肉厚はマイナスの値
をとる。
N = 1.8052, d = −0.0295, I 0 = 199.09, II 0 = 2.99 (21) However, since the focal length of the single lens is normalized to 1,
When the single lens has a negative refractive power, the wall thickness takes a negative value.

【0050】(21)式の値を(19),(20)式に
代入し解くことにより、以下の様に非球面の導入面の違
いによって各々形状が求められる。但し、単レンズの焦
点距離を1とした時の曲率が、絶対値で50以上の形状
解及び虚数解については除外した。以下に求められた第
1面曲率及び非球面量を実際のスケ−ルに戻す場合に
は、次のようにする。まず、第1面曲率については、そ
の単レンズで構成されている群の焦点距離fi で割れば
良い。また、非球面量については、fi の3乗で除すれ
ば良い。
By substituting the values of the expression (21) into the expressions (19) and (20) and solving them, the shapes can be obtained by the differences in the introduction surfaces of the aspherical surfaces as follows. However, a shape solution and an imaginary solution having a curvature of 50 or more in absolute value when the focal length of the single lens is 1 were excluded. To return the first surface curvature and the aspherical amount obtained below to the actual scale, the following is performed. First, the curvature of the first surface may be divided by the focal length f i of the group constituted by the single lens. Also, the amount of asphericity may be divided by the cube of f i.

【0051】 尚、以上のように、複数の実数解が求められて、表示手
段に表示した場合、設計者が実際に則した解をその中か
ら選択することになる。
[0051] As described above, when a plurality of real number solutions are obtained and displayed on the display means, the designer selects from among the solutions that actually comply.

【0052】以上の様にして、固有係数を2組与えるこ
とにより、与えた所望の固有係数値を満足する単レンズ
の形状を、非球面の導入面の違いに対して各々瞬時に求
めることが可能である。ここで、与える固有係数の組
は、厚肉固有係数I0 ,II0 に限定する必要はなく、他
の厚肉固有係数の組でも構わない。その場合には、(1
9),(20)式はそれに対応して変化する。また、変
数を本実施形態では、第1面曲率と非球面量としたが、
それ以外のパラメータを変数にしてもよい。また、
(2)〜(3)式は第1面の曲率の関数として表されて
いるが、第2面の曲率の関数として表現してもよく、そ
の場合、(19),(20)式もそれに伴って変化す
る。
As described above, by providing two sets of eigen coefficients, the shape of a single lens satisfying the given desired eigen coefficient value can be instantaneously determined for each difference in the aspherical introduction surface. It is possible. Here, the set of unique coefficients to be applied does not need to be limited to the thick natural coefficients I 0 and II 0 , and may be another thick natural coefficient set. In that case, (1
Equations (9) and (20) change correspondingly. In the present embodiment, the variables are the first surface curvature and the amount of aspherical surface.
Other parameters may be variables. Also,
Equations (2) to (3) are expressed as a function of the curvature of the first surface, but may be expressed as a function of the curvature of the second surface. In this case, equations (19) and (20) are It changes with it.

【0053】また、本実施形態では、第1面の非球面量
を求める際(ステップ402,403,404)には、
第2面の非球面量を0として解いているが、第2面の非
球面量値は定数であれば同様に計算可能である。そして
そのことは、第2面の非球面量を求める際(ステップ4
02,405,406)でも同様であり、第1面の非球
面量を定数とすれば計算可能である。
In the present embodiment, when obtaining the aspherical amount of the first surface (steps 402, 403, 404),
Although the amount of aspherical surface on the second surface is solved as 0, the amount of aspherical surface on the second surface can be similarly calculated as long as the value is a constant. This is important when calculating the aspherical amount of the second surface (step 4).
02, 405, 406), which can be calculated by setting the amount of aspherical surface of the first surface as a constant.

【0054】更に、本実施形態では、2つの固有係数値
を与えているが、3つの固有係数値を与えて形状決定す
ることも可能である。この場合、非球面は単レンズの両
面に導入されるとして、その両面において非球面量が計
算される。従って、この場合変数は、第1面曲率r
1 -1 、非球面量ψ1 ,ψ2 の3つとなる。
Further, in the present embodiment, two eigenvalues are given, but it is also possible to determine the shape by giving three eigenvalues. In this case, assuming that the aspheric surface is introduced on both surfaces of the single lens, the amount of aspheric surface is calculated on both surfaces. Therefore, in this case, the variable is the first surface curvature r
1 −1 , and three aspherical amounts ψ 1 and な る2 .

【0055】図3は本発明の実施形態2のフローチャー
トである。本実施形態では、各群が単レンズで構成され
る3群構成のズームレンズの3次収差領域における形状
(初期形状)を求める場合を示している。
FIG. 3 is a flowchart according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, a case is described in which a shape (initial shape) in a third-order aberration region of a zoom lens having a three-group configuration in which each group includes a single lens is obtained.

【0056】本実施形態において、この3群構成のズー
ムレンズの近軸パワー配置が既知であるとする。まずス
テップ501において、目標とする光学系全体の収差係
数値を設定する。
In this embodiment, it is assumed that the paraxial power arrangement of the three-unit zoom lens is known. First, in step 501, a target aberration coefficient value of the entire optical system is set.

【0057】本実施形態では、広角端の球面収差係数I
W ,コマ収差係数IIW ,非点収差係数 IIIW と、望遠端
の球面収差係数It ,コマ収差係数IIt ,非点収差係数
IIIt の6つの値を目標の収差係数とした。なぜなら各
群とも厚肉固有係数I0 ,II0 を変数としたため変数は
6つであり、広角端,望遠端の目標とする収差係数を合
計6つ与えれば、各群に必要な固有係数値が一意的に求
められるからである。
In this embodiment, the spherical aberration coefficient I at the wide-angle end is
W, coma aberration coefficient II W, astigmatism coefficient III W, spherical aberration coefficients of the telephoto end I t, coma aberration coefficient II t, astigmatism coefficient
Six values of III t were used as target aberration coefficients. This is because each group has the thick intrinsic coefficients I 0 and II 0 as variables, so there are six variables. If a total of six target aberration coefficients at the wide-angle end and the telephoto end are given, the intrinsic coefficient values required for each group are given. Is uniquely determined.

【0058】図4は、ステップ501及び502におけ
る各群固有係数値を決定するフロ−の一例を示してい
る。図のように、全系の収差係数は特性行列と固有係数
の積にて表現される。尚、各群におけるI0 ,II0 以外
の4つの固有係数については、ここでは定数として扱
い、定数行列を構成している。また、特性行列の値は、
3次収差領域においては近軸パワ−配置より求めること
が可能である。
FIG. 4 shows an example of a flow for determining the group-specific coefficient values in steps 501 and 502. As shown in the figure, the aberration coefficient of the entire system is represented by the product of the characteristic matrix and the eigen coefficient. Note that the four eigen coefficients other than I 0 and II 0 in each group are treated as constants here to form a constant matrix. The value of the characteristic matrix is
In the third order aberration region, it can be obtained from the paraxial power arrangement.

【0059】従って、その逆行列を計算することによ
り、全系の収差係数を与えることで、各群の固有係数I
0 ,II0 の値を求めることが可能となる。以上の手続き
により、各群の固有係数値I0 ,II0 を算出できる。
Accordingly, by calculating the inverse matrix, the aberration coefficient of the entire system is given, and the characteristic coefficient I of each group is given.
0 and II 0 can be determined. By the above procedure, the unique coefficient values I 0 and II 0 of each group can be calculated.

【0060】次の段階として、ステップ503,50
4,505では、各群に対し算出された固有係数値
I0 ,II0 に対して、(19)式,或いは(20)式に
より各群の形状を算出する。この場合、肉厚d,屈折率
nは各群ごとに与えられているものとする。
As the next stage, steps 503 and 50
In 4,505, the intrinsic coefficient value calculated for each group
For I 0 and II 0 , the shape of each group is calculated by equation (19) or equation (20). In this case, it is assumed that the thickness d and the refractive index n are given for each group.

【0061】尚、本実施形態のような構成枚数の少ない
ズ−ムレンズにおいては、与えた近軸パワ−配置によ
り、色収差補正の観点からレンズ系を構成する硝材の組
み合わせが幾つか決定できる。従って、その内の一組の
硝材を与えることにより、各群の屈折率を与えることが
できる。
In the zoom lens having a small number of components as in the present embodiment, some combinations of glass materials constituting the lens system can be determined from the viewpoint of chromatic aberration correction by the given paraxial power arrangement. Therefore, by providing one set of glass materials, the refractive index of each group can be given.

【0062】また、本実施形態においては、各群を構成
する単レンズの一方の面に非球面を導入する。従って、
非球面を第1面に導入する場合には、第2面の非球面量
ψ2を0として計算する。
In this embodiment, an aspherical surface is introduced on one surface of the single lens constituting each group. Therefore,
When an aspherical surface is introduced into the first surface, the calculation is performed with the amount of aspherical surface ψ 2 of the second surface set to 0.

【0063】同様に、第2面の場合には、第1面の非球
面量ψ1 を0として計算する。そして、(19)式,
(20)式により解かれる形状は、一般に複数個存在す
る(但し、形状解の存在しない領域では解のない場合も
ある)。
Similarly, in the case of the second surface, the calculation is performed with the aspherical amount ψ 1 of the first surface set to 0. Then, equation (19),
In general, there are a plurality of shapes solved by the equation (20) (however, there is a case where there is no solution in a region where no shape solution exists).

【0064】第1群を例に挙げて説明する。第1群に対
して算出された固有係数値 I0 ,II0 により、まず非球
面を第1面に導入した場合には、(19)式から1a〜
1cの形状解が求められる(但し、実際的でない形状及
び虚数解は除外している)。
The first group will be described as an example. When the aspherical surface is first introduced into the first surface based on the eigencoefficient values I 0 and II 0 calculated for the first group, the expressions 1a to 1a are obtained from Expression (19).
The shape solution of 1c is obtained (however, an impractical shape and an imaginary solution are excluded).

【0065】次に、第2面に非球面を導入した場合、
(20)式から1d〜1fの形状解が求められる。従っ
て、第1群においては1a〜1fまでの6つの形状が解
析的に求められたことになる。同様にして、第2群,第
3群についても各々の固有係数値に対して複数の形状解
が求まる。
Next, when an aspherical surface is introduced as the second surface,
The shape solutions 1d to 1f are obtained from the equation (20). Therefore, in the first group, six shapes 1a to 1f are analytically obtained. Similarly, for the second group and the third group, a plurality of shape solutions are obtained for each characteristic coefficient value.

【0066】ステップ506では、以上の様に求められ
た各群の形状に対して、I0 ,II0以外の他の固有係数値
を(4)〜(8)式に従い、算出する。
In step 506, for the shapes of the respective groups obtained as described above, other unique coefficient values other than I 0 and II 0 are calculated according to the equations (4) to (8).

【0067】なぜなら、本実施形態では固有係数値III
0 ,P0 ,V0 ,I 0 については図4で示した様に定数
として扱っていたので、このステップにて改めて計算し
直すのである。このステップ506により、各群の各形
状に対する固有係数値が全て既知となる。ステップ50
7では、各群の各形状に対する固有係数値の組に、各群
の特性行列を掛けることにより、収差係数を算出する。
This is because in the present embodiment, the characteristic coefficient III
0, so P 0, V 0, the I s 0 was treated as constant as shown in FIG. 4, is the re-calculated anew in this step. By this step 506, all the intrinsic coefficient values for each shape of each group are known. Step 50
In step 7, the aberration coefficient is calculated by multiplying the characteristic matrix of each group by the set of eigen coefficient values for each shape of each group.

【0068】更に、ステップ508では、光学系を構成
するように、各群ごとに複数求められた形状を総当たり
で組み合わせる。例として、509に示す光学系は、第
1群の形状として1a,第2群の形状として2c,第3
群の形状として3aを選び、組み合わせた結果である。
Further, in step 508, a plurality of shapes obtained for each group are combined in a brute force manner so as to constitute an optical system. As an example, the optical system shown by 509 has a shape of the first group 1a, a shape of the second group 2c, and a third shape.
This is the result of selecting and combining 3a as the group shape.

【0069】この時、光学系全体の収差係数を、各群の
収差係数値の和として求めている。尚、本実施形態にお
いては、6×5×2=60通りの光学系が求まることに
なる。実際には、この60通りの光学系のうち、要求さ
れる光学性能を満足する組み合わせの形状解のみを選択
し出力する(ステップ509)。
At this time, the aberration coefficient of the entire optical system is obtained as the sum of the aberration coefficient values of each group. In this embodiment, 60 × 5 × 2 = 60 optical systems are obtained. Actually, of the 60 optical systems, only the shape solutions of the combination satisfying the required optical performance are selected and output (step 509).

【0070】尚、ステップ502で与えられる固有係数
値は、ステップ501による手段によってのみ与えられ
るわけではなく、例えばステップ502に直接値を与え
ても構わない。また、別の手法により各群が要求する固
有係数値を求めても構わない。
It should be noted that the eigen coefficient value given in step 502 is not only given by the means in step 501, but a value may be given directly to step 502, for example. Further, the unique coefficient value required by each group may be obtained by another method.

【0071】更に、本実施形態ではステップ501にお
いて、目標とする収差係数を1組(6個)与えている
が、この収差係数の各々の値をあるピッチに変化させ
て、所望の光学性能を有する形状解を探索することも可
能である。
Further, in this embodiment, one set (six) of the target aberration coefficients is given in step 501, but each value of the aberration coefficients is changed to a certain pitch to obtain a desired optical performance. It is also possible to search for a shape solution having the same.

【0072】そして、目標とする収差係数の種類及び個
数はどのように選んでも良い。また、各群に対して与え
る固有係数I0 ,II0 の値をあるピッチにて変化させ
て、所望の光学性能を有する形状解を探索することも可
能である。
The type and number of target aberration coefficients may be selected in any manner. It is also possible to search for a shape solution having desired optical performance by changing the values of the intrinsic coefficients I 0 and II 0 given to each group at a certain pitch.

【0073】この様にして得られたステップ509にお
ける結果を出発点として通常の自動設計により最適化を
行なうと、短時間で性能の優れた設計を行なうことが可
能となる。又、本発明は、以上の様なレンズ設計手法を
自動化して取り入れた、自動設計ツールに有効である。
When optimization is performed by ordinary automatic design using the result obtained in step 509 as a starting point, it is possible to perform design with excellent performance in a short time. Further, the present invention is effective for an automatic design tool in which the above-described lens design technique is automated and adopted.

【0074】図5は本発明の実施形態3のフローチャー
トである。本実施形態では、単レンズにおいて非球面を
第1面に導入する際の厚肉固有係数の存在範囲の計算方
法を示している。
FIG. 5 is a flowchart according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, a method of calculating the existence range of the thick intrinsic coefficient when introducing an aspheric surface to the first surface in a single lens is shown.

【0075】まず、ステップ701において、固有係数
の存在範囲の計算をスタ−トさせる。但し、本実施形態
では、単レンズの肉厚,屈折率を与えるとともに、第1
面に非球面を設定している。ステップ702では、パラ
メ−タとして与える第1面の非球面量の値BB及び第1
面曲率値AAの初期値を各々Bs,Asとする。
First, in step 701, the calculation of the existence range of the unique coefficient is started. However, in the present embodiment, the thickness and refractive index of the single lens are given, and the first lens
Aspherical surface is set. In step 702, the value BB of the aspherical amount of the first surface given as a parameter and the first value
The initial values of the surface curvature values AA are Bs and As, respectively.

【0076】ステップ703では、第1面の非球面量ψ
1 にBB値をセットする。そしてステップ704では、
第1面曲率rとしてベンディングする際の初期値AAを
与える。
In step 703, the aspherical amount of the first surface 面
Set the BB value to 1 . And in step 704,
An initial value AA at the time of bending is given as the first surface curvature r.

【0077】次に、ステップ705にて、6つの固有係
数値(或いは必要な固有係数値のみ)を算出する。その
算出方法は、(2)〜(8)式に従う。そして算出され
たデ−タは、デ−タ記憶装置711に記憶される。
Next, in step 705, six unique coefficient values (or only necessary unique coefficient values) are calculated. The calculation method follows equations (2) to (8). The calculated data is stored in the data storage device 711.

【0078】以上の様に固有係数が算出されると、ステ
ップ706では、第1面の曲率rが、ベンディングを終
了させるために設定されている曲率値Aeと一致するか
どうか判定する。もし終了値でなければステップ708
へと進み、第1面曲率値がベンディング終了値と等しく
なるまで繰り返し計算を続ける。もし、終了値と一致し
たら、ベンディングを終了し、ステップ707へと進
む。
When the specific coefficient is calculated as described above, in step 706, it is determined whether or not the curvature r of the first surface matches the curvature value Ae set for terminating the bending. If not the end value, step 708
The calculation is repeated until the first surface curvature value becomes equal to the bending end value. If it matches the end value, the bending is ended and the process proceeds to step 707.

【0079】そして、ステップ707では、非球面量ψ
1 が非球面の最終変化量Beに一致しなければ、ステッ
プ709によりステップ703に戻り、同様の手順を繰
り返す。もし、ステップ707にて、非球面量ψ1 が非
球面の最終変化量Beに一致すれば、ステップ710へ
と進み、計算を終了し、その結果を出力する。
Then, at step 707, the aspherical amount ψ
If 1 does not match the final change amount Be of the aspheric surface, the process returns to step 703 by step 709, and the same procedure is repeated. If, at step 707, if the aspherical amount [psi 1 agrees to the final variation Be aspherical proceeds to step 710 to end the calculation, and outputs the result.

【0080】図7は、以上のような方法を用いて計算さ
れたデータをもとに作成した、単レンズの厚肉固有係数
の存在範囲の一例を示している。このような方法を用い
ると、非常に短時間に厚肉固有係数の存在範囲を計算す
ることが可能になる。
FIG. 7 shows an example of the existence range of the thick intrinsic coefficient of the single lens, which is created based on the data calculated using the above method. By using such a method, it is possible to calculate the existence range of the thick-wall specific coefficient in a very short time.

【0081】また、本実施形態では、固有係数I0 ,II
0 に関する存在範囲を示したが、他の固有係数に関する
種々の組み合わせの存在範囲についても同様であること
はいうまでもない。
In the present embodiment, the specific coefficients I 0 , II
Although the existence range for 0 is shown, it goes without saying that the same applies to the existence ranges of various combinations regarding other unique coefficients.

【0082】更に、第2面に非球面を導入した場合も本
実施形態と同様に求めることが可能である。また、本実
施形態では、非球面量1つをパラメータとしたが、非球
面量を2つ与えることによって単レンズにおける両面非
球面に対する固有係数の存在範囲を計算、表示すること
も可能である。
Further, when an aspherical surface is introduced as the second surface, it can be obtained in the same manner as in the present embodiment. In the present embodiment, one aspherical surface amount is used as a parameter. However, by providing two aspherical surface amounts, it is also possible to calculate and display the existence range of the intrinsic coefficient for a double-sided aspherical surface in a single lens.

【0083】[0083]

【外9】 [Outside 9]

【0084】[0084]

【外10】 [Outside 10]

【0085】[0085]

【外11】 [Outside 11]

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明によれば以上のように、光学系を
設計する際に入力手段より入力されたレンズ面の曲率半
径,レンズ厚,材質の屈折率等でレンズに関する基礎デ
ータの一部と厚肉固有係数を与えることによって、演算
手段で厚肉系において解析的にレンズの形状を効果的に
決定することができるレンズの形状決定方法を達成する
ことができる。そして、これを自動設計の出発点とする
と短時間で有効な設計を行なうことができる。
As described above, according to the present invention, a part of basic data relating to a lens is obtained based on the radius of curvature of the lens surface, the thickness of the lens, the refractive index of the material, and the like input from the input means when designing the optical system. By giving the characteristic coefficient of thick and the thick wall, it is possible to achieve a method of determining the shape of the lens in which the calculating means can effectively determine the shape of the lens analytically in the thick wall system. If this is set as a starting point of the automatic design, an effective design can be performed in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態1の要部ブロック図FIG. 1 is a main block diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態1のフローチャートFIG. 2 is a flowchart according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態2のフローチャートFIG. 3 is a flowchart according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態2において固有係数値を算出
する説明図
FIG. 4 is an explanatory diagram for calculating a unique coefficient value according to the second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態3のフローチャートFIG. 5 is a flowchart according to a third embodiment of the present invention.

【図6】薄肉系における固有係数I0 ,II0 の存在範囲
を示す図
FIG. 6 is a diagram showing a range where characteristic coefficients I 0 and II 0 exist in a thin-walled system.

【図7】非球面を第1面に導入した場合の、厚肉系にお
ける固有係数I0 ,II0 の存在範囲を示す図
FIG. 7 is a diagram showing a range in which characteristic coefficients I 0 and II 0 exist in a thick-walled system when an aspheric surface is introduced into a first surface;

【図8】非球面を第2面に導入した場合の、厚肉系にお
ける固有係数I0 ,II0 の存在範囲を示す図
FIG. 8 is a diagram showing a range where natural coefficients I 0 and II 0 exist in a thick-walled system when an aspheric surface is introduced on a second surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 演算手段 12 記憶手段 13 入力手段 14 表示手段 15 外部記憶手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Operation means 12 Storage means 13 Input means 14 Display means 15 External storage means

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 3次収差領域における固有係数を利用し
たレンズの形状決定方法において、単レンズの厚肉固有
係数Wk(k=1,2,‥‥,6)を5つの変数r1 -1
(或いはr2 -1),ψ1 ,ψ2 ,n,dを用いて Wk=fk(r1 -1 ,ψ1 ,ψ2 ,n,d);k=1,2,‥‥,6 (1) 但し、r1 -1 :単レンズ第1面曲率 r2 -1 :単レンズ
第2面曲率 ψa:第a面4次非球面量(ψa=(na’−na)b,
b:4次非球面係数) na,na’:第a面前後の屈折率 d:単レンズ肉厚 n:単レンズ屈折率 W1 :球面収差の固有係数(=I0 ) W2 :コマ収差の固有係数(=II0 ) W3 :非点収差の固有係数(=III0 ) W4 :ペッツバール和の固有係数(=P0 ) W5 :歪曲収差の固有係数(=V0 ) W6 :瞳の球面収差の固有係数(=Is 0 ) なる形で表す時、入力手段により該5つの変数の内のm
個と、(5−m)個の厚肉固有係数値を定数として与え
た時、残りの(5−m)個の変数を、演算手段によって
先に定数として与えた厚肉固有係数を表現する(5−
m)個の式を用いて連立方程式を組み立てて解くことに
より、単レンズの形状を決定することを特徴とするレン
ズの形状決定方法。
In a method for determining a shape of a lens using an intrinsic coefficient in a third-order aberration region, a thick intrinsic coefficient W k (k = 1, 2, ‥‥, 6) of a single lens is set to five variables r 1 −. 1
(Or r 2 −1 ), ψ 1 , ψ 2 , n, d, and W k = f k (r 1 −1 , ψ 1 , ψ 2 , n, d); k = 1, 2, ‥‥ , 6 (1) where r 1 -1 : curvature of the first surface of the single lens r 2 -1 : curvature of the second surface of the single lens ψ a : quaternary aspherical surface of the a surface (ψ a = (na′−na) b,
b: fourth-order aspherical surface coefficient) na, na ′: refractive index before and after the a-th surface d: single lens thickness n: single lens refractive index W 1 : intrinsic coefficient of spherical aberration (= I 0 ) W 2 : coma aberration specific coefficient (= II 0) W 3: the intrinsic coefficient of astigmatism (= III 0) W 4: intrinsic coefficient (= P 0) of the Petzval sum W 5: intrinsic coefficient distortion (= V 0) W 6 : Eigencoefficient of spherical aberration of pupil (= I s 0 ) When expressed in the form:
And (5-m) thick natural coefficient values as constants, the remaining (5-m) variables represent the thick natural coefficient previously given as a constant by the arithmetic means. (5-
m) A method of determining a shape of a lens, comprising determining a shape of a single lens by assembling and solving simultaneous equations using the equations.
【請求項2】 前記入力手段より厚肉固有係数W1(=
0 ),W2(=II0)及びd,n,ψ2 の各値を与える
ことによりr1 -1 (或いはr2 -1 ),ψ1 を求めること
を特徴とする請求項1記載のレンズの形状決定方法。
2. The thick-wall specific coefficient W 1 (=
2. The method according to claim 1, wherein r 1 -1 (or r 2 -1 ), ψ 1 is obtained by giving each value of I 0 ), W 2 (= II 0 ) and d, n, ψ 2. The method for determining the shape of the lens.
【請求項3】 前記入力手段より厚肉固有係数W1(=
0 ),W2(=II0)及びd,n,ψ1 の各値を与える
ことによりr1 -1 (或いはr2 -1 ),ψ2 を求めること
を特徴とする請求項1記載のレンズの形状決定方法。
3. A thick wall specific coefficient W 1 (= 3)
2. The method according to claim 1 , wherein r 1 -1 (or r 2 -1 ), ψ 2 is obtained by giving each value of I 0 ), W 2 (= II 0 ) and d, n, ψ 1. The method for determining the shape of the lens.
【請求項4】 前記演算手段によって演算される変数r
1 -1 ,ψ1 による連立方程式の解は、変数r1 -1 に関す
る4次方程式の実数解として導かれることを特徴とする
請求項2記載のレンズの形状決定方法。
4. A variable r calculated by said calculating means.
3. The method according to claim 2, wherein the solution of the simultaneous equations by 1 -1 and ψ 1 is derived as a real solution of a quartic equation relating to the variable r 1 -1 .
【請求項5】 前記演算手段によって演算される変数r
1 -1 ,ψ2 による連立方程式の解は、変数r1 -1 に関す
る8次方程式の実数解として導かれることを特徴とする
請求項3記載のレンズの形状決定方法。
5. A variable r calculated by said calculating means.
4. The method according to claim 3, wherein the solution of the simultaneous equations by 1 -1 and ψ 2 is derived as a real solution of an eighth-order equation relating to the variable r 1 -1 .
【請求項6】 前記入力手段より厚肉固有係数W1(=
0 ),W2(=II0),W3(=III0 ),及びd,nの
各値を与えることにより、r1 -1 (或いはr2 -1 ),ψ
1 ,ψ2 を求めることを特徴とする請求項1記載のレン
ズの形状決定方法。
6. The thick-wall specific coefficient W 1 (=
By giving each value of I 0 ), W 2 (= II 0 ), W 3 (= III 0 ), and d and n, r 1 -1 (or r 2 -1 ), ψ
2. The method for determining the shape of a lens according to claim 1 , wherein 1 and ψ2 are obtained.
【請求項7】 3次収差領域における単レンズの厚肉固
有係数Wk(k=1,2,‥‥,6)を5つの変数r1 -1
(或いはr2 -1),ψ1 ,ψ2 ,n,dを用いて Wk=fk(r1 -1 ,ψ1 ,ψ2 ,n,d);k=1,2,‥‥,6 (1) 但し、r1 -1 :単レンズ第1面曲率 r2 -1 :単レンズ
第2面曲率 ψa:第a面4次非球面量(ψa=(na’−na)b,
b:4次非球面係数) na,na’:第a面前後の屈折率 d:単レンズ肉厚 n:単レンズ屈折率 W1 :球面収差の固有係数(=I0 ) W2 :コマ収差の固有係数(=II0 ) W3 :非点収差の固有係数(=III0 ) W4 :ペッツバール和の固有係数(=P0 ) W5 :歪曲収差の固有係数(=V0 ) W6 :瞳の球面収差の固有係数(=Is 0 ) なる形とし、該形を表示手段に表示していることを特徴
とする厚肉単レンズの固有係数の表示方法。
7. The thick natural coefficient W k (k = 1, 2, ‥‥, 6) of a single lens in a third-order aberration region is set to five variables r 1 -1.
(Or r 2 −1 ), ψ 1 , ψ 2 , n, d, and W k = f k (r 1 −1 , ψ 1 , ψ 2 , n, d); k = 1, 2, ‥‥ , 6 (1) where r 1 -1 : curvature of the first surface of the single lens r 2 -1 : curvature of the second surface of the single lens ψ a : quaternary aspherical surface of the a-th surface (ψ a = (na′-na) b,
b: 4th order aspherical coefficient) na, na ′: refractive index before and after the a-th surface d: single lens thickness n: single lens refractive index W 1 : intrinsic coefficient of spherical aberration (= I 0 ) W 2 : coma aberration specific coefficient (= II 0) W 3: the intrinsic coefficient of astigmatism (= III 0) W 4: intrinsic coefficient (= P 0) of the Petzval sum W 5: intrinsic coefficient distortion (= V 0) W 6 : A method of displaying the characteristic coefficient of a thick single lens, characterized in that the form is represented by a characteristic coefficient (= I s 0 ) of spherical aberration of a pupil, and the form is displayed on display means.
【請求項8】 前記表示手段は、前記厚肉固有係数を 【外1】 (但し、Ai 〜Fi は屈折率n、肉厚d、第i面非球面
量ψi により表現される係数)の様に表現することを特
徴とする請求項7記載の厚肉単レンズの固有係数の表示
方法。
8. The display means displays the thick intrinsic coefficient as (However, A i to F i is the refractive index n, thickness d, the i-th surface coefficient represented by the aspherical amount [psi i) thick single lens according to claim 7, characterized in that expressed as How to display the unique coefficient of
【請求項9】 複数の構成要素(群)で表現されるレン
ズ系に対し、3次収差領域における固有係数を利用した
レンズの形状決定方法において、各群に対して与えた固
有係数値及びレンズ形状を構成するいくつかの変数値か
ら、各群の厚肉レンズ形状を数値演算により複数算出す
るレンズ形状演算手段と、算出された各群の各々のレン
ズ形状に対して収差係数を計算する収差係数の演算手段
と、算出された各群の各々のレンズ形状を組み合わせて
光学系を構成するレンズ系構成手段を有することを特徴
とするレンズの形状決定方法。
9. A method for determining a lens shape using a characteristic coefficient in a third-order aberration region for a lens system represented by a plurality of constituent elements (groups) and a characteristic coefficient value and a lens given to each group. Lens shape calculating means for calculating a plurality of thick lens shapes of each group by numerical calculation from several variable values constituting the shape, and aberration calculating an aberration coefficient for each calculated lens shape of each group A lens shape determining method comprising: a coefficient calculating means; and a lens system forming means for forming an optical system by combining the calculated lens shapes of the respective groups.
【請求項10】 複数の構成要素(群)で表現されるレ
ンズ系に対し、3次収差領域における固有係数を利用し
たレンズの形状決定方法において、各群に要求される複
数の固有係数値を獲得する固有係数値獲得手段と、該固
有係数値及びレンズ形状を構成するいくつかの変数値か
ら各群の厚肉レンズ形状を数値演算により複数算出する
レンズ形状演算手段と、算出された各群の各々のレンズ
形状に対して収差係数を計算する収差係数の演算手段
と、各群の各々のレンズ形状を組み合わせて光学系を構
成するレンズ系構成手段を有することを特徴とするレン
ズの形状決定方法。
10. For a lens system represented by a plurality of constituent elements (groups), in a lens shape determination method using eigen coefficients in a third-order aberration region, a plurality of eigen coefficient values required for each group are determined. Eigen coefficient value obtaining means for obtaining, lens shape calculation means for calculating a plurality of thick lens shapes of each group by numerical calculation from the eigen coefficient values and some variable values constituting the lens shape, and each calculated group A lens coefficient calculating means for calculating an aberration coefficient for each lens shape, and a lens system forming means for forming an optical system by combining each lens shape of each group. Method.
【請求項11】 該レンズ形状演算手段により算出され
たレンズ形状の内、所定の条件を満たさないものを選択
的に除外するためのレンズ形状除外手段を有することを
特徴とする請求項9,10記載のレンズの形状決定方
法。
11. A lens shape excluding means for selectively excluding a lens shape calculated by said lens shape calculating means that does not satisfy a predetermined condition. The method for determining the shape of the lens described in the above.
【請求項12】 該レンズ系構成手段は、組み合わされ
た光学系の内、所定の条件を満たさないものを選択的に
除外する光学系除外手段を有することを特徴とする請求
項9,10記載のレンズの形状決定方法。
12. The lens system constituting means according to claim 9, wherein said lens system constituting means has an optical system excluding means for selectively excluding an optical system which does not satisfy a predetermined condition among the combined optical systems. The method for determining the shape of the lens.
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WO2006120750A1 (en) * 2005-05-13 2006-11-16 Akira Yabe Optical system designing method using real number value surface number
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