JPS61177411A - Optical part having form represented by analysis function - Google Patents

Optical part having form represented by analysis function

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JPS61177411A
JPS61177411A JP1769385A JP1769385A JPS61177411A JP S61177411 A JPS61177411 A JP S61177411A JP 1769385 A JP1769385 A JP 1769385A JP 1769385 A JP1769385 A JP 1769385A JP S61177411 A JPS61177411 A JP S61177411A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔座業上の利用分野〕 本発明は、全体的にいえば、カメラに用いるのに特に適
している光学装置に関するものである。 より詳細にいえば、本発明は解析関数で表わされた好ま
しい形を有する光学素子に関するものであって、この素
子を1つまたは複数個の位置の異なる回転支点のまわり
に回転することに・よって、広範囲の物体距離にわたっ
て写真用対物装置の焦点合わせを行なうことができる。 〔従来の技術〕 カメラの対物レンズの位置から物体までの距離が変化す
ると、家距離が不可避的にしかし容易に計算される変化
をし、もしこれを何等かの方法で補償しないならば、選
定された視野にわたっての像の品質が直ちに劣化するこ
とは、最も初期に携帯用カメラが使われた頃かられかっ
ている。写真用対物装置を反ったことのある人は誰でも
この基本的事実を知っている。実際、カメラの装造業者
は、空間中の縁と感光写真フィルムまたは感光写真乾板
を整合させるための便利な装置をいろいろと使用してい
る。 最初の頃から用いられている最も自然な装置は、写真用
対物装置の位置をその光軸に沿って単に動か丁ことによ
り焦点を合わせるものである。フィルム面は固定され′
C−るのが普通である。けれども、フィルムを動か丁ま
たは写真乾板のホールダを動か丁カメラもあり、望遠鏡
の場合にはそうである。特に、写真装置が太き(そして
厄介なものである時にはそうである。いずれの場合にも
、家が着りガラスの上に焦点を結ぶように対物装置とフ
ィルムとの間の距離が変えられ、その後で、この磨りガ
ラスが写真乳剤または他の形式の感光表面を臀する装置
に置き換えられる。 あるカメラでは、特に近代のカメラでは、焦点合わせの
ための移動を、光学装置の一部分だけを移動させる、一
般的にいえば、1つの素子または1つの部品だけを移動
させて済ますのが便利であることがわかってきた。けれ
ども、素子または部品がその最適位置から移動すると、
その結果、療の品質が悪(なるので、可動素子または可
動部品を用いるという方法はいいことだけというわけで
一工ない。最小にされたいろいろな収差、または平均的
な条件の下でこれらのいろいろな収差のバランスにより
良い品質の像かえられていたものが、菓子または部品が
移動すると、これらの収差が直接に現われ、そして素子
の移動と共にこれらの収差が大きくなる。球面収差、コ
マ収差、非点収差が大きくなると共に、償色収差と縦色
収差も再び現われる。けれども、注を深く設計すること
により、かなりの物体距離および倍率にまでわたって、
実用的である装置も多くえられている。例えば、いろい
ろな形式のズーム装置も、現在は広く実用化されている
。 別の形の焦点合わせの方法も導入された。レンズ素子を
交換して屈折力を離散的に変え、それぞれのレンズ素子
における結織範囲(焦点合せの範囲)を小さくシ、それ
ぞれの範囲内での酸の品質乞妥当な程度に安定化させる
、とすることも可能である。この場合、それぞれの納置
領域を並べるとそれら一部分が重なり、この交換可能f
c置が広い範囲の物体距離にわたって使用可能になるり
この方法は、もし交換可能な結像用素子が正または負の
小さな屈折力をもっている場合に1工、比較的簡単であ
る。この場合、ある時に使用される屈折力の弱い素子E
1鐵の品質にわずかな影響を与えるだけであり、もし適
切に配置しそして適切な形をもたせれば、実際それ?用
いれば品質を改良することができる。鋳型素子を用いて
、非球面的な「小さな変更」を行な5ことにより、それ
ぞれの領域内で慮の品質を選択的に改善することができ
る。もしNB折用レンズ素子が回転子または円板の上に
覗っ付けられて交換が間単にできるようにされるならば
、この回転子は1岨のクォータハウス(Wat、erh
ouse ) s子であると云うことができる。 クォータハウス円板はまた、口径制御のためや挿入によ
ってフィルタを聞単に交換するために、昔から使われて
いる。 ′ なお別の形式の焦点合わせの方法は、流体で満たさ
れた可倒セルを用いたものである。セルの内部の圧力を
変えると弱い屈折力変化をもたせることができ、これを
結像に利用することができる。 通常は、携帯用カメラの対物装置の屈折力に関する肉厚
の変化
[Field of Sedentary Application] The present invention generally relates to an optical device particularly suitable for use in cameras. More particularly, the present invention relates to an optical element having a preferred shape expressed by an analytic function, the element being rotated about one or more different rotational fulcrums. Thus, the photographic objective can be focused over a wide range of object distances. [Prior Art] When the distance from the position of the camera objective lens to the object changes, the home distance inevitably changes but is easily calculated, and if this is not compensated for in some way, the selection The rapid deterioration of image quality over a given field of view has been known since the earliest days of handheld cameras. Anyone who has ever warped a photographic objective knows this basic fact. In practice, camera manufacturers use a variety of convenient devices for aligning photosensitive film or plates with edges in space. The most natural device, which has been in use since the beginning, focuses by simply moving the position of a photographic objective along its optical axis. The film surface is fixed
C-ru is normal. However, there are also cameras that move film or move holders for photographic plates, as is the case with telescopes. This is especially true when the photographic equipment is thick (and cumbersome). In both cases, the distance between the objective and the film is varied so that it focuses on the glass. , this ground glass is then replaced by a device that covers a photographic emulsion or other form of light-sensitive surface. In some cameras, especially modern cameras, the focusing movement is performed by moving only part of the optical device. Generally speaking, it has been found convenient to move only one element or one component. However, if an element or component is moved from its optimal position,
As a result, the quality of the treatment is poor, so the method of using moving elements or moving parts is not a good idea. Good quality images are obtained by balancing various aberrations, but when the confectionery or parts move, these aberrations appear directly, and as the element moves, these aberrations become larger. Spherical aberration, comatic aberration, As astigmatism increases, achromatic aberration and longitudinal chromatic aberration also reappear.However, by designing the aperture deeply, over considerable object distances and magnifications,
Many practical devices are also available. For example, various types of zoom devices are now in widespread use. Other forms of focusing methods have also been introduced. changing the refractive power discretely by replacing the lens elements, reducing the weaving range (focusing range) in each lens element, and stabilizing the acid quality within each range to a reasonable level; It is also possible to do this. In this case, if the respective storage areas are lined up, some of them will overlap, and this exchangeable f
This method, in which the C position can be used over a wide range of object distances, is relatively simple if the replaceable imaging element has a small positive or negative refractive power. In this case, an element E with weak refractive power used at a certain time
It only has a slight effect on the quality of the iron, and if placed properly and given the right shape, it actually does? It can be used to improve quality. By making aspherical "small changes" 5 using mold elements, the quality of the design can be selectively improved within each region. If the NB folding lens element is projected onto the rotor or disc so that it can be easily replaced, then this rotor is
ouse ) can be said to be an s child. Quarterhouse discs have also traditionally been used for aperture control and for easy filter replacement by insertion. ' Yet another type of focusing method uses a fluid-filled collapsible cell. By changing the pressure inside the cell, it is possible to produce a weak change in refractive power, which can be used for imaging. Usually a wall thickness variation in the refractive power of a handheld camera objective.

【工、正の場合でも負の場合でも、非常に小さく
、普通の焦点距離では数10ミクロンである。けれども
、焦点合わせが行なわれた後、許容される品質の漣であ
るために、変形した可撓セルは十分に清らかな光学表面
をもつことが必焚である。 なお別の形式の焦点合わせの方法は1967年2月21
日受付のり、W、 Alvarez名の米国特許第3.
305,294号に開示されている方法である。 この方法では、変形した1対の板が、同じ大きさである
が逆向き和、横方向に変位する。これらの板は同じ形を
有しているが、それらは「ゼロコ位置において厚さの変
化が相殺されるように配置されていて、これらの2枚の
板全体での屈折力はゼロである。共通の非球面形状を定
めるのに多項式が用いられる。この多項式は2つの変数
のべき級数であって、その6欠の項が大きな主要項であ
って、特性はこの項でほぼ定まる。これらの多項式の係
数が注意深(選定されることにより、これらの板がその
透過と屈折によつ℃屈折系レンズの作用Zする。これら
の板が相対的に横方向に移動する時、全体的な幼果とし
て単純な両凸素子または両凹索子の作用をし、それによ
り連続的な大きさの屈折力かえられる。Alvarez
名で開示された変形した板は、狭い空間の内部でとい5
要請を満しながら、焦点距離に好ましい変化を与えてい
るけれども、それによってもたらされる薄レンズ装置を
工収差が十分には補正されていな(て、いろいろな場合
に応用するには問題がある。 James ()、 Baker名の米国特許第5,5
83,790号には横方向に移動可能な板が開示されて
いる。 この移動可能な板はAlvarez名で開示された前記
板よりも改良されていて、板の移動により焦点合わせ乞
することができる一方で収差も補正される。 この場合には、1つの特別のレンズ素子を有していて、
その1つの表面が平面であり、そしても51つの表面は
好ましい多項式で記述された形を有し、もつと一般的に
いえば、好ましい解析関数によって定められた形を有し
、この素子が横方向に移動することにより、焦点調節作
用かえられ、一方向時に、収差が最小にされる。この移
動する素子の屈折作用は、それがすぐ近(に配置された
固定された光学素子の固定された対向表面の屈折作用と
組み合わされる場合において、この対向表面く補正され
た回転対称なレンズ素子の屈折作用と同じようになる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 別の形の横方向の運動によってもまた焦点合わせ作用の
えられることがわかった。したがって、本発明の主な目
的は、新規な横方向運動により、適切な光学的精度で、
可変屈折力を有する同様な種類の回転対称な屈折素子の
と同じ作用をする実施例を開示することである。 本発明のこの他の目的は、少なくとも2つのこのような
素子を相対的に回転させ、それで物体距離に応じて結縁
関係を原符することか可能である好ましい形?もった、
光学素子をつることである。 本発明のなお池の目的は、光学素子を光軸に対して位置
の異なる1つまたは複数個の支軸のまわりに回転させて
、可変屈折力を有する回転対称な非球面系子と同じ光学
作用をすることが可能な、解析関数で表わされる好まし
い形tもった光学素有し、そして屈折力可変の非球面回
転対称素子と同じ光学的作用をする、2つまたはもっと
多くの回転可能索子をうることである。 本発明のその他の目的は、一部分を工明らかであり、そ
して一部分は下記において明らかになるであろう。した
がつ℃、本発明は下記の詳細な説明で例示される素子の
構造、組み合わせだよび配置を有する光学素子および光
学装置で構成される。 〔発明の概要〕 本発明は、全体的に云えば、光学装置に関するものであ
る。この光学装置の特に適切な用途は写真カメラである
。より詳細にいえば、本発明は、好ましい解析関数また
は好ましい°多項式で記述された形を有する光学素子に
関するものであって、これらの素子が光軸に対し℃それ
とは位置の異なる1つまたは複数個の回転支点のまわり
に相対的に回転することにより、広い範囲の物体距離に
わたって焦点合わせの設定を保持しまたはもつと複雑な
機能を行なうのに用いることができる、十分に補正され
た回転対称レンズ素子の可変屈折力および非球面作用と
同じ作用をすることができるものである。この目的のた
めに、光学素子は自分自!の鏡像と共に単独で用いられ
る、または対で用いられる、またはこれらをもつと椙巧
な装置に組み込むことができ、それで結曽作用を5るこ
とができる〇 解析関数表面の一般的な形は、2つの独立変整を含む多
1項式であつ℃、ただし有限項で適切に打ち切られた式
で記述される。その−膜形Q工次の式で表わされる。 ここで、1(工表面番号であり、Aijk&工係数を表
わし%  X * y+ Z7エ好ましい非デカルト座
襟系における座標である。 このような素子を使用したい(つかの実施例が下記で説
明される。このような実施例では、1対の素子が用いら
れていて、そのうちの1つの菓子がその装置の光軸に平
行であるが兵なる位置にある回転軸のまわりに回転する
。これらの実施例のおのおのにおける新規な素子(工、
典型的には、透明な菓子であり、適当な光学的グラスチ
ックを材料とした鋳造物であることが好ましム。素子の
1つの側面上には、少なくとも回転対称な表面の一部分
である、・(梢密装置ではこの表面が平面であることが
好ましいが、)予め定められた形の第1表面が設けられ
、そしてこの素子のも51つの側面上には、回転非対称
であって数学的に少なくとも4次の少なくとも1つのゼ
ロでない項を有する予め選定された多項式によって記述
することができる第2非球面表面が設けられる。素子の
この第1表面と第2表面は、素子が光軸とは異なる回転
軸のまわり九回転する時、素子が光軸に対して一般に横
方向に変位することができるように構成され、そのさい
、素子が光軸に対して移動する時第2素子表面が一定の
光学的特性に連続的変化を与え、その間第1素子表面は
光学的に不変のままであって光学的特性に何等の影譬も
与えない。 〔実施例〕 これまで説明し℃ぎた通り、本発明は、全体的にいえば
、カメラに用いると待に適切である光学装置に関するも
のである。もつと詳細に−えは、好ましい多項式によっ
て定められた、またはもつと一般的にいえば、好ましい
解析関数によって定められた、好ましい形を有する光学
菓子に関する発明である。これらの新規な素子を工、先
行技術による素子とは兵なり、横方向に移動することが
できる素子である。これらの好ましい解析関数表面が光
軸とは異なる軸を回転軸として回転し、七のさい広範囲
の物体距離にわたって焦点合わせの設定を保持し、また
はより稍巧な機能を実行することができる。 第1図は素子10の概要図である。この素子は本発明の
全体的な特徴を有する素子である。素子10は薄(て透
明な環状の部品であって、この素子は、軸Rえのまわり
処回転できるように、適当な機械装置によって収り付け
られる。この回転軸Rは光軸OAと平行であるが、位置
がずれてねる。 光軸へに沿って、名目上円形である領域12が図示され
℃いる。この円形領域12は素子10のある面内での最
大口径の直径を表わす。元が菓子10を通って物体空間
から鐵空間へ進む時、光線束は透過領域12を通過する
。 菓子100周碌には、半径方向に一定の幅をもった部分
14がある。この部分14は、素子10が回転軸RAの
まわりに回転するさい、透過領域12と光学的整合を保
ったまま、選択的忙移動することができる。図示されて
いる周縁部分1401つの表面16は平面である。した
がって、素子10が回転する時、この表面は透過領域1
2Kわたっていつも同じ光学的効果を及ぼす。表面16
と反対側の表面18が紙面の手前側にあって、誇張され
て図示されている。表面18は好ましい解析関数で指示
された形を有している。この解析関数は本発明によって
指定されるものであり、それにより、索子10が回転軸
RAのまわりに回転する時、表面18により有効な光学
的作用かえられる。本発明の要点は表面18、またはこ
れに類する表面の形である。後述のように、18のよう
な解析関数によって定められた形の表面(以下解析関数
表面という)の形を適切に選定することにより、そして
10のよ5な索子のすぐ近(に別の同じような素子を配
置していることにより、いろいろな屈折力tもった回転
対称な屈折素子または非球面素子と同じ効果を生じさせ
ることができる。 さらに、このような素子は、それらが組み合わせて用い
られる場合、それらのうちの1個または何個かの位置を
固定して用しることもできるし、または一部または全部
を、同じ軸または異なる軸のまわりに、同じ方向または
反対の方向に回転させて用いることもでき、それにより
、屈折素子または非球面素子と同じ機能をうろことがで
きる。例えば、第2図はこのような1対の素子20,2
2の概要図であって、この場合には、素子20゜22は
光軸OAとは異なる回転軸RAのまわりに逆方向に回転
する。以下の例で示されるように、これらの素子をより
権巧な装置の中に組み込むこともできる。 本発明による解析関数表面の性質とこれらの解析関数表
面を有する具体例とを明確に理解するために、まず各種
の座標系を説明する必蒙がある〇これらの座標系は解析
関数表面を定義するのに便利な座標系であり、さらに設
計の内容を全体的に説明するさいに便利であり、および
これらの表面の形を計算しかつ指定するのに便利な座標
系である。 第6図1工、本発明の光学素子の解析関数表面を定義し
、指定しかつ解析するのに便利である、各種の座標系を
示している。第1の座標系は、製造のさいには最も便利
なものであって、解析表面の数学的処理のための横断面
内の円柱座標系である。 この座標系でのX−7面内の座標原点は、すれた位置に
ある回転支点、すなわち、X−7面と回転軸RAとの交
点である。回転軸RAは、この回転支点を通り、そして
光学軸OAに平行である。したがって、基準横断面内の
配置は極座標−形式であり、そして解析関数の形は、原
理的に、通常の極座標を使って定めることができる。す
なわち、横断面内の解析表面上の1つ点Pの座標は座標
rと7アイ(F)によって与えられる。極座標での6次
元窒間内の好ましい形は、横断面内の極座標のPA数と
して、光軸方向の深さ21丁なわちこの横断面からのず
れを与えることで完全に定められる。 極座4sを用いる場合の他に、少なくとも2つの他の座
標系が用^られる。このような座標系のうちの第1のも
のは、光学設計の場合に通常用^られるx−y−z座標
系である。この座標系では光学軸OAが2軸に収られ、
Y−Z+面が子午面に取られ、x@はスキュー(Skθ
W)の軸としてこれら02つの軸に直交するように収ら
れる。−祭者が対物装置の後ろから正面を向いて見た場
合、2座標の値は#1祭者に向かう方向に正であり、y
座標の値は子午面内で上方向に正であり、X座標の値は
右手方向に正である。これとは逆に、もし観察者が対物
装置の正面から背後方向を見た場合には、y座標の値は
上方向に正であO1x座標の値は左手方向に正であり、
2座憚の値は観察者から離れる方向に正である。任意に
与えられた表面に対し、座標原点ビ頂点、すなわち、こ
の表面と光軸との交点に選ぶと便利である。 ざらに%補助的デカルト座標糸上用いることかできる。 この座標系の8点は、X −7−z座標系に関していえ
ば、光学軸OA上にあって、この光学軸OAと基準横W
r(x−y)面との交点にある。ある場合には、2つの
座標系におけるそれぞれの原点を工、2一方向に並進移
動することによって一攻する関係にある。 この新しい非デカルト座標系はほぼに−7−Z座標系に
関係しているが、それ自身で極座標での偏角と動径への
拡張を含んでいる。したがって、第6図の下の回転支点
からの任首の動径距離217)ら、下の回転支点から座
標原点(0,0,0)までの勤径距唾を減算した1直が
新もしく定義さ、れたyの値になる。正のy値は座標原
点の上方に対応する。 回転支点を中心とする同心円弧の7軸から円弧に沿って
測られた弧の長さは、新らしく定義されたマの値になる
。正値の正値は、弧に沿っての左方向に対応する。2は
2と同じであるか、またはZ軸に沿つ℃の一定の並進距
離だけ異なるかのいずれかである。 もちろん、補助的デカルト座標糸上に前記のように定義
された「曲線」座標を4謙して、それを第4の座標系と
して採用することは可能である。 このF!!l!儂系は数学的解析のためには多分便利で
あるであろう。極座儂糸とこの第4デカルト座標系との
間の尊家はある数学的な極を倉むことがある。 しかし、回転支点が回転表面の環状偵域内の透過l#R
域12の十分外#にある限り、この数学的な極は使用さ
れる透過領域内での関数の解析性に特典性乞もたらさな
いであろう。実際、本発明の1対の光学水子のうちの1
つの隣接した固定素子和対し、有効開口部を工、普通の
回転対称の表面に対する場合と同様に、通常は円形のま
まであるであろう。回転する索子の透過領域に対しては
、円形開口部は環状の領域または扇形の環状領域にわた
って広がり、したがって、素子が前記のようにその全範
囲にわたって回転しても適切な光透過かえられる。 1対の隣接する索子の対向する表面が解析関数で指定さ
れた形を有していて、この素子対が回転する場合、おの
おのは扇形の環状領域の形をした透過領域を有しく第2
図をみよ)、そして1つの素子に対し近(に固定された
円形開口部、例えば、第2図の円19を導入することが
必要である。いずれにしても、2つの解析関数で表わさ
れた表面のうちの1つがずれた回転支点のまわりに回転
する時、または2つのずれた回転軸が用いられる場合に
は複数個の回転支点のまわりに相対的に回転する時、そ
してこの回転が互いの間で相対的に行なわれる時または
近(にある光学軸OA上に中心のある固定された円形開
口部に対して相対的に両者が回転する時、焦点合わせま
たはその他の光学作用かえられる。すなわち、2つの素
子の両方が回転するもつと一般の場合には、第1図に示
されたよ5に、1つの素子に対して下に回転支点を有し
、そして他の素子(図示されていない)に対して上に回
転支点を有するか、または両方の回転支点が共に上また
は下にあるか、および他の方位角に対して同様の配置が
考えられる。 個々の解析形状の微分幾何学適用するには先ず解析関数
表面と光学軸OAとの交点が定まらなければならない。 この点(工採用された座標原点である。任意の閉じた解
析関数は複雑であるので、微分幾何学の代りに%XIY
のべき級数で記述すると便利である。さらに、完全に厳
密な表現は、必要でな−から、このべき級数を途中で打
ち切り、多項式にすることができる。扇形環状部分のう
ちの使用する領域内に極がないならば、特に、回転支点
のところにある間@を含んだ特異点を中心とする同心円
弧で内側境界ができているので、数学的に間頓になる特
異性は存在しないであろう。けれども、Xとyの打ち切
られたべぎ級数または多項式によって表面の解析的形状
を表わす精度は、数学的には、極座標系において原点の
ところにある極または特異点までの相対距離に依存する
ことが、 十分に考えられる。このことは、極が使用す
る開口部の全(外部にある場合でも、考えられるであろ
う。すなわち、光学装置のパラメータを使って表わされ
たい(つかの係数が、外部の極までの距離の逆数に比例
しまたはそのべぎ乗に比例して、ソノ大きさが太き(な
るであろう。このことを要約するならば、変形した表面
の形を定める解析関数は、この関数が使用領域内で解析
的である限りそして多項式の項数な十分に太き(取る限
り、打ち切られたべき級数、すなわち、多項式式によつ
℃、要求された任意の精度で表わすことができる◎逆に
いえば、外部に極が存在するために、このような極のま
わりの極座標で表わされた対応する解析関数の形は、数
学的には、べき級数では丁ぐには表わされない形になる
が、それにもかかわらず、変形した表面の形を適切に記
述する。極座標で表わされたこれらの数学的形式はまた
解析的であり、そし℃極を有していない。これらの数学
的形式によって表わされる変形した表面は好ましい解析
関数の形をしていると云ってよいであろう。 関係する解析的表式には極がないので、および対になっ
た変形した表面のそれぞれの透過領域内でこれらの表穴
が連続であるので、ずれた軸RAのまわりの角度に関し
て一方が固定されそし℃他方が9変であるので、これら
の2つの表面のおのおのの形、丁なわち、1、σ、y)
および11+、(x、 y)を表わす数学的方法とし℃
べぎ級数の形を採用することができる。このべき級数の
各項の係数は未定である。次に、すべてのこれらの係数
を必要な程度にまで計算する方法が確豆される。この場
合、後述のよ5に、まず、マと7の可能なべき項は丁べ
て存在するとされる。 けれども、数学的処理を行なう前に、本発明の重要な目
標をここで述ぺてお(ことが大切である。 本発明の重要な目標は、第4図の上側に示されているよ
5な解析関数によって形が定められる隣接した一対の屈
折系菓子であって、その4つの面の中には非球面があっ
てもよい素子を用いて、同図の下に示されているような
、隣接した一対の回転対称な屈折系素子の光学作用と同
じ光学作用を得ることにある。このシミコレ−ジョンを
する模擬対の1つは偏心した回転支点のまわりに回転し
かつ外側表面が平面であり、模擬対の中の他のものは固
定することができ、その外側表面は非球面べぎを有する
または有しない回転対称屈折菓子である。これらの2つ
の素子の内側の対向する表面は解析関数で表わされた表
面の形を存し、それによって、模擬されるべき対とでき
るだけ同じ光学作用を実行する。さらに、もし、任意に
与えられた物体距離の組に対して、口径、視野およびス
ペクトルにわたって対物装置の光学的特性を要求された
程度に最良化するような隣接した回転対称屈折素子の対
応する組があって、この回転対称屈折素子がその屈折力
だけでな(非球面力も変化しそしてそれらがその4つの
表面に好ましい形で分配されているならば、屈折特性と
非球面特性の両方を変えて、上記回転対称、屈折素子対
の光学作用を、できるだけ等価になるよう、本発明の光
学素子の少なくとも1つのずれた回転支点を通る光学軸
OAに平行な軸のまわりの回転運動で置き換えなければ
ならない0同時に、べき級数項の係数が、回転表面と固
定表面の両方に対して、模擬を最良にするよ5に計算さ
れなければならない。模擬されるべき回転対称屈折装置
の目標値が通常の光学設計によって決定されなければな
らない。けれども、この模擬の計算は数学的に行なわな
ければならないO この場合、第1段階は、要求された装置の詳細な光学、
設計ン行なうことにより、平均物体距離に対して模擬ン
実行することである。この平均物体距離として採用され
るものは、カメラの用途により、焦点合わせの範囲内の
中央値であったり、または遠景写真に有利であるような
領域へずれた値であったり、またはずつとまhではある
が、近接した距離に近いある値である。けれども、詳細
な設計のさいには、少なくとも1対の隣接する表面が最
終的には多項式形式または解析関数の形式ンもつように
、または少なくとも数学的に取り入れることができるよ
うに、前もって計画されなければならない、もし模擬モ
デル対のうちの1つの表面だけがずれた軸のまわりに回
転できるならば、その前表面または裏表面のいずれかが
単純素子で他の表面に対し最初の平面のところにあるべ
きであり、または多項式形式が2つの側面に分配される
ことができる。回転できる表面は解析関数形式または多
項式形式になるべきである。全体の光学設計は、もし好
ましいことがわかったならば、内側の対向する表面の一
方または両方が解析関数形式または多項式形式になって
屈折力と非球面項ン有することができ、および同定素子
の外m表面は必要な時屈折力と非球面項Y有することが
できる。 特別の場合には、回転できる素子の従来の屈折表面を同
定素子の外側表面に移すまたは割り当てることができる
。この外側表面はすでに予め定められた屈折力と非球面
項を有することができる。 第4図において、i、デ、i空間内での数学的な基準線
ン考えろ。この基準線はある指定されたiとデの値の点
7通り、光軸に平行な線である、この基準線は、光軸上
の光線ン除けば、実際の透過光線とは異なり、それは数
学上の便宜のためだけのものである。この基f!L線上
のすべての点は同じi、テの値Y持ち、iの値だけが変
動する。実際の光線は隣接する模擬表面対のつぎつぎの
表面によって屈折する。こわらの対向する内側狭面の対
は好ましい形に変形される。実際には、実際の光線を基
準線として使用することもあるが、その場合には、つぎ
つきの表面の間の線分に沿ってiとテが変動するであろ
う。i、テ、iに関して級数に展開I−た場合、かなり
の数の係数が現われ、そして必要以上に複雑になるであ
ろう。 したがって、第2段階として、軸に平行な基準#’に用
いることが好都合であり、そして関与している4つの表
面のうちの最初の表面の交点とこの4つの表面のうちの
最後の表面との交点との間のこの基準線に沿っての光学
的厚さの総計ン(第4図の下の)基本屈折素子に対して
計算するのが好都合である。この光学的厚さは、全体的
にみて、3つの線分から成っている。この6つの線分の
うちの2つは媒体内にあり、そして中央の線分は空気中
にある。基準線に沿っての光学的な厚さは幾何学上の線
分にその屈折率ン乗算したもの乞単純に加算してえらね
る。第4図の下側の素子の内側の対になった屈折表面が
多項式またはもっと一般的にはた析関数で表わされた形
によって襞き換えられた場合、同じ基準脈に沿っての幾
何学上の線分とそれぞれの屈折率との積ン加算すること
罠よってえらるはずのものは、その両方の素子が光学軸
OAのまわりの回転体である屈折基本装置に対しiとテ
の関数として解析的に計算されたこの光学的厚さである
。 もし両方の素子の媒体が同じであるならば、およびもし
便宜上外側表面が仮に平面であるならば、空気中の線分
、すなわち、中央の線分は多項式による形が用いられる
場合、基本回転屈折素子が用いられた場合と同じ幾何学
的長さンもたなければならないことがわかる。基準線に
沿ってのこの空気中の線分の位#玩は移動するが、1つ
の素子に対し基準線に沿っての厚さが増加すると、それ
は他の素子に対する厚さが減少することによって相殺さ
れる。したがって、基準線に沿っての光学的厚さの総計
は、模擬されるべき基本屈折装置に対する値と、この基
本屈折装置ヲ原理的に模擬するゼロ位1、すなわち、回
転していない位置にある1換された多項式装置または解
析関数装置との間で変わらない。全体の手順の中の最も
重要な点は、もとの回転屈折素子と模擬多項式装置との
間で、任意に与えられたiとテの値における中央の空気
中純分の2方向のこの並進移動である。実際、多項式装
置によって表わされることン可能にしかつ有用にするの
は、空気中線分のi位置のこの融通性である。 光学軸OAからの動径距離に対し模擬を正確に行なう解
析関数式が正確にわかると、こわは回転装置に対しては
1価であって多項式装置に対してはfとテの2価である
が、光学特性に少しだけ影響ン与える比較的小さな収差
が多項式装置に形ン変えて移されることがすぐにわかる
であろう。いまの場合、基本屈折装置は、口径や4M野
およびスぜクトルの範囲にわたって、既に一定の残留結
像誤差と歪誤差Z有している。同じように、模擬された
多項式装置は、もとの多分最良の位置から任意に4菟ら
れた空気中部分の乏軸に沿っての必然的で固有な移動に
より、さらに小さな誤差または収差が導入される。 けれども、隣接する表面が非常に接近している時のよう
にこの空気中部分が小さい場合、新しい収差も小さく、
その主な効果は先触が横にずれることである。また、模
擬されるべき基本屈折表面の傾斜に比べて交点における
傾斜の差により任意の光線に沿ってのプリズム的変化が
あり、比較的小さな屈折誤差が生ずる。多項式装置、す
なわち、模擬装置において加算されるべきこの収差は携
帯用カメラの場合のような通常の口径、視野、スペクト
ル範囲ン有する対物装置に対しては比較的小さく、大規
模な装置や最高の精度が要求さねる装置についてだけ重
要になる。最後に、変形した表面ン表わす解析関数式と
模擬されるべき基本装置の回転屈折表面との間の模擬の
不完全性により、小さな収差が生じ、それが加算される
。この模擬の不完全さは、主として、級数ン途中で打ち
切ることが原因で生ずる。 前記で始めた第2段階は、屈折装置の光学的厚さの総計
’&Xとyのべき級数で表わすという代数掌上の計算で
ある。それは、基本屈折装置の回転対称系において、す
べての変数に対しある次数まで(X2+72)ン含むべ
き級数に展開することである。通常用いられる級数式は
、1つの回転対称屈折表面の場合、次の形である。 ここで、Cは特定の屈折表面の頂点の曲率であり、βは
第1非円錐係数である。e2という量は特定の円錐に対
する離心率の2乗である。球面の場合には、e2とβの
両方がゼロである。 前記の式は、次のように、さらにテーラ級数に展開する
ことができる。 基本装置のすぐ近くに隣接している屈折表面Y指定する
のに、もし下添字1および(i+1)’Y用いるならば
、基準軸に沿っての空気中線分の幾何学的な長さく第6
図参照)はこのような2つのべき級数の単なる差であり
、次の形に表わされる。 (H1+x+ Hl) (X”+72)  + −=こ
こで、Hは また(i+1)に対しても同様である。 他方、多項式表面は、前述のように、i、テ。 出生間の中で一般化された級数として展開することがで
きる。まず、次の形式が与えられる。 および(i+1 )に対する同様の式。回転対称屈折表
面に対する空気中線分の場合のように、多項式の場合の
幾何学的空気中線分の長さは、2つの極めて隣接してい
る表面に対する2値の単なる差に軸上の間隔距離ン加え
たものとして書くことができる。 可動素子に対するずれた回転軸が光軸oAに平行にとら
れる特別の場合には、X、7.Z項とi。 テ、i項は極座標表示で次のように関連している。 y  = r  −a       y =  r  
cos  ψ −ai=rψ     x = r s
inψこわらの関係式ケ利用し、セしてべき級数の等優
性から!、7.Z全7.Z、テ、i空間との間に次の関
係のあることがわかる。 これらの関係式は、回転屈折素子に対するべき級数ン、
多項式表面に対する一般的べき級数に対するものとして
、多項式空間への変換によって再定義するのに用いるこ
とができる。個々の表面の形を取り扱うのではなくそれ
らの差だけを取り扱っている限り、実際最も簡単な場合
には空気中線分の幾何学的長さだけY取り扱うので、べ
き級数を頂側に轡しいと置くことができ、したがって、
それまで未知であったすべての係数ン順次に計算するこ
とができる。 この時点において、ある項ン省略することができる、ま
たは少なくとも、無視することができる。 それは、回転屈折表面に対する変換された級数の等価な
項が本来ゼロのままである限り、それらが常にゼロであ
るからである。また、直接には重要でないその他の項が
ある。それは、空気中線分の幾何学的長さがそれにどの
ような値が割り当てられても同じままである項である。 これらの項は定数項A100だけン有する項、およびテ
のべきだけン有していて、テによって記述される回転状
変化によって影響さねない項である。したがって、これ
らは差を計算するさいゼロになる。このような項にはゼ
ロという値7割り当てることができ、したがって、消去
される。けれども、このような項に有限の値を割り当て
て慎1に進めることにより、用いられた方法に従って、
多項式表面ンより容易に構成することができる。より重
要なことは、これらの項は、特性ン改良するために後で
行なわれるコンぎニータン用いた最良化操作において、
再び導入できることである。すなわち、前記において使
用された手続は光軸OAに平行にとられた基準rMン用
いることによって扱いやすくなる。厳格な光字的状況は
もつと複雑である。最良化操作が正しく行なわれる際、
テまたはテのべきのこれらの特別の項にゼロでない値、
すなわち、有限の値乞用いることを訂して、口径、視野
およびスペクトルに関する残っている改良点がすべて考
慮されるであろう。 平行な場合、前記手続きにより次の関係式かえられる。 Aloo = 0 (または他の指定可能な値)A1□
。−〇 Aio1= 0 (または他の指定可能な値)人i2o
 = −2(01+1−01)A1□1=0 例えば−ΔAio2 Aio、3= 0 (または他の指定可能な値)A1□
t = −2(Hlax −Hl)A1□3;O A1゜4 =−(H1+1− T11)(便宜上)十指
定可能な値、例えば、ΔA1o4 ALos = 0 (または他の指定された値)A1+
1.oo = 0 (または他の指定された値=Aio
o)Ai+x、】o = O Ai+x、 ol= 0 (または他の指定された値=
Ai、01)Ai+1.20  = O Ai+1.ll =O A4+1.02=0+指定された値=ΔA10PAi+
1.21 ” O Ai+1.Q3= 0+指定された値=Ai03A1+
1・40°O Ai+1.2□=0 ’1+1.xs = O Ai+bo4= 0+指定された値=ΔA1G4A1+
1+41= 0 Ai+x、、s= O Ai+1.05=0+指定された値=Aiosこれらの
等式からおよび前記で与えられた変換式から、!、、 
?、 m空間内のべき級数はrとファイ(ψ)での極座
標表示に移すことができる。 (a+テ)の逆数項および(a+テ)の逆べき項の変換
項で示された多1次の外部にある極は、rと7アイの極
座標系での係数はもはや極ン含んでいないという形で消
えている。実際、極座標表示はもはや完全なべき級数で
はなく、少なくとも採用されたべき級数の次数にわたっ
て、等価的に、iどテとの解析開数から以前に得られた
形と同じ表面の形ン表す。極座標系への変換のさいに精
度が失われることはなく、曲りだデカルト座標系では既
に存在していない。極座標で表わすと次のようになる。 および1+1 K対しても同様の式が成り立つ。 AK関する式の結果乞みると、可変量(a+テ)が多く
の係数に対するいろいろなべきの中の分母に現われてい
ることがわかる。テに関するこのような項が可変である
ことは、通常の表示でのべき級数の性質ン無効にする。 この場合には、このような逆数項tテの別のべき級数に
展開することができ、そして級数ン巧妙に操作すること
Kより、例えばλのような新しい拡大された係数または
調整さねた係数がえろねる。その収束は遅い。したがっ
て、極座標表示は適当なレベルで打ち切られた再調整さ
れたべき級数よりはいくらか精密であるという状況は残
るであろう。この矛盾は” s 7 a2系で最適化を
実行し、それかl−1i、テ、i系または極座標系に戻
すさいに、再び現われるであろう。極座標系で多分長い
実行時間で行なわれる最適化操作は最良の結果ン生ずる
であろう。このとき、極座標系で最適関数形ン表すさい
に極は含まれていなく、そして用いられた項の数に従っ
て精密であるであろう。 多項式表面に対するi、テのべき級数−1:xmym2
空間内の同様なべき級数に変換することもできる。コン
ピュータによる操作が行なゎゎるのは、通常、この” 
s 7 e  ”空間である。いまの場合、X、7.Z
系での結果が非変動係数Byそなえた正しいべき級数に
するために、(a+デ)の逆数を予め展開することが必
要であろう。平行でずれた軸の場合には、4次の精度の
範囲で次の式によって表わされる。 zi =Bi30”+311g”7”+B151x37
+B113X73+ −−・=B11s = −((0
’l+1− (’i+x ) −CC′i−01) 〕
−:= a θ (C’i −01)) a2゜ である。 これらの式において、すべての点で因子1/6が現われ
ている。jはずれた軸のまわりの回転素子の回転角であ
る。便宜上、f)2s e”などt含むこの他の項が現
われた場合には、それらt省略したが、それけ)の角度
の値が小さいという仮定に基づくものである。実際、も
し1が十分に小さいならば、高次の項による寄与は小さ
いであろうし、またはコンピュータでの最適化により部
分的に相殺されるであろう。ともかくも、もし汐の項だ
けが残されるならば、分母に〃が現われることは、設計
者が小さな値のiン使うことができることt意味し、そ
れにより、比較的強く変形した多項式表面ケ定めること
ができ、または弱く変形した表面に対し大きな値のθン
用いることができることχ意味する。この後の場合には
、iのべきの高次の項がより大きな寄与乞するので、特
性χ危険にするであろう。 理解ン明確にするために、乙と7アイは同じ極座標系内
にあることン強調したい。前記で用いられたファイは極
座標で変形した表面の実際の停止している形を定めるの
に用いられた極座標変数である。他方、iは可動素子す
なわち回転素子に対する予め定められた変形した形の角
度変位である。 6は、物体平面の移動に対し焦点を補正するために、指
定された平均物体距離に対する基本装置の特性を他のあ
る距離、できれば無限遠に変換するσの特別の値である
。 係数の間の前記等式において、平均距離とは異なる少な
くとも1つの域外の逆物体距離に対し、CとHの値がま
た要求される。これらの値は、物体面に対して選定され
た第2距離において、回転対称屈折装置に対して計算さ
れる。この第2距離は便宜上無限遠であるとしてよい。 けれども、実際には、CとHの目標値が少なくとも4つ
の物体距離に対して計算することがで會る。これらの4
つの物体距離のうちの1つけ無限遠である。このような
Hの値(この計算において、もし便宜上02=1ならば
、βの値)がCに対してグラフに描かれる。最も普通の
場合には、第5図に示されているように、放物線になる
。一方、実際に好ましいのは直線である。この場合には
、2つの選定された距離における特性ができるだけ好ま
しいものであるように1 この放物線にわたって1つの
直線が引かわるべきである。この時、この傾いた直線に
沿っての目標値が等式の計算のさいに用いられるが、こ
の目標値はもし無限遠が用いられるならばこの無限遠に
対する再計算されたH(またはβ)である。 特性の要求される程度に応じて、もし必要ならば、コン
ぎユータによる最適化操作により、さらにもう1つの段
階ン実行することができる。この操作のさい、像点のア
レイが視野全体にわたって2つの像が同じでない限り取
り入ねられなければならない。そして通常の装置の回転
関係性が抑制される。非口転的である瞳についてまた変
形がある。純粋な回転装置であるという要請に比べた職
口径と視野の中に2つのパターンがあるト、一般的にい
って、非常に長いコンぎユータによる操作が必要になる
であろう。したがって、最適化は、平均波長で実行すれ
ば、通常適当であるとされる精度において、十分である
。最高度の特性が要求される光学装置では、便宜上の理
由によりまたは回転装置では本来ゼロであるとの理由に
より、ぜ゛  口であることが前もってわかっているが
、変形した装置ではもはやそうではない項Zすべて再び
導入することが望ましい。再び導入されるこわらの葉は
またΔA1゜kに含まれる。実際、X、7のマトリック
スにおける可能な丁ぺての項を用いることができるが、
多くの項はその大きさが小さいであろう。この場合、コ
ンピュータは過大な負担ン負うかも知ねない。 最後の段階は、”17空間でコンピュータで完全に最適
化された形ン極座標に移すことである。 この最後の変換のさい、妥当な数の項YNするが厳密で
はない級数表示によって不正確さが再び導入されること
!避けるために、1点毎妃、正しい変換式を用いなけれ
ばならない。この最終的な極座標表示は大体は製造の目
的のためのものであるが、そこでは固定表面と可動表面
の要求された有効開口部がはりぎりと示される。 回転対称屈折装置の可変部分Y共通の回転支点のまわり
に回転可能な1つまたは複数個の解析関数素子で模擬す
るために、本発明のおのおのの解析関数表面に対して要
求される本質的な形は、x。 y、z座標系において、次のように与えられる。 ここで、K1は指定可能な定数であり、そしてである。 もし模擬される回転対称装置が回転対称非球面ヶ有する
ならば、その場合には、模擬表面Y定めるおのおのの解
析関数の本質的な形は次のようになる。 ここで、Kl t  Kl +  K3 +  K4は
決定されるべき定数であり、そして に5 = 2 K4 + (便宜上ゼロと置かれた残留
値)である。 前記考察から、多数の光学装置が設計された。 これらの装置のうちのいくつかZ本発明の内容ン例示す
る実施例として説明する。最初の3つの実施例は!、7
.’Z座標系で表示されているが、後の5つの実施例は
”+  7+  ”座標系で表示されている。いずれの
実施例も可変焦点写真用対物装置として使用するのに適
切な装置であり、焦点距離1251!lで用いるように
尺度が定められており、f/10の速さVWし、そして
フォーマットの対角線で測った全視野角度範囲は50度
である。けれども、これらの実施例〉詳細に説明する前
に、用いられる記号ン説明する。 記号f、1は、通常、光学装置の等価焦点距離を示し、
この焦点距離は波長(L (587,6nm )でのも
ので、無限遠の物体に対し近軸光線で定められる。(物
体空間と像空間が同じ媒体内、通常は空気中+:にある
光学装置の場合には、がウス光学のfとfは等しくなる
。)したがって、fdはd光線に対し等価焦点距離、す
なわち、KFL(equivalent focal 
length )と同じになる。 平均物体平面がある指定さねた有限の距離のところにあ
るならば、「スケール焦点距離」となる記号t6 y用
いること、またはより正確には「スケール因子」が採用
される。この指定された物体距離が無限大であるならば
、その場合には、fdとFdは第一の場合に等しくなり
、そして同じものン意味する、すなわち、スケール焦点
距離または無限遠の物体に適用されたFtFL ya−
意味する。スケール因子としての量fdけ(無限遠物体
に対し検定された焦点距離で)視野の平均部分にわたっ
て歪ン有するように適合させることもできる。 記号fdが指定された平均物体距離に対し適用される場
合でも、光学装置はまたがウス光学の通常のfdを有す
るであろう。この場合には、数字上の目的のために、物
体平面が一時的に無限遠、に移動される。ここで実行さ
れる焦点合わせの形に対し、fdが像面の固定されたお
よび指定された位#に対して用いられ、そしてそれに付
随するが常に変わる装置に対するfdは、それが得らh
る限り、像を撮影する工程では実際には用いられな回転
対称表面に対してもまたは非回転対称表面に対しても、
すべての係数の意味は本明細書において既に説明したの
で、繰り返し説明することはしない。すべての値けjd
に対して規格化される。 第1の実施例は第6図に示された1つの対物装置と組み
合わせて用いられる1対の解析関数素子である。その構
造データの表は次の通りである。 素子■がずれた点のまわりに角度θだけ横方向に回転す
ることによって、無限遠物体距離に対して再び焦点ケ結
ぶ時、 rd = 0.9983  ((1,”k一定に保つ)
であることがわかる。 回転対称の面の係数は次の通りである。 ベータ2=  1.754X10’    ベータ。=
−1,528X 101がンマ2=  7−[331×
I Q−3ガンマ4=−2,862X 10−2デルタ
p=−1,750X10−7  デルタ4 = −4,
491X 10−’その裏表面が多項式面である素子■
は固定される〔回転対称でない〕。その前表面が多項式
面である素子■は、指定されたずれた点ン中心とし、光
軸に平行な横方向にずれた軸のまわりに回転する。 回転対称でない面の係数は次の通りである。 する    する      l亀      ドl>
  IQ!t       l毫    1偽?  ?
   ?+rr   r  !×  ×    ×  
  × ×    ×  ×口IIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIFr F
P?+r ? ? ? r ? r W r v−W 
f××××× ×××XX×××××××ここで、プラ
イム(′)は、前掲と同じように、2つの部分をもつA
項Y区別するために用いられる。 第2実施例は、第7図に示されているように、3つの素
子と組み合わせて用いられた1対の解析関数素子である
。構造データは次の通りである。 素子■がずれた点のまわシに角度θだけ横方向に回転す
ることによって、無限物体距離に対して再び焦点を結ぶ
時 〒 =0.9987  (dFは一定に保つ)であるこ
とがわかる。 回転対称な表面に対する係数は次の1通シである。 ××× II    II    ll ××× II    II    II X   虫  塾 その裏表面が多項式面である素子■が固定される(回転
対称でない)0その前表面が多項式面である素子■は、
指定されたずれた点を中心とし、光軸に平行な横方向に
ずれた軸のまわシに回転する。 非回転対称な面の係数は次のように与えられる。 A620: OAフ20= 0 A602”  OA’FO2= 0 A630=  4.519X10−2/4      
Avso=  4.519X10−”/イVA621:
′: Oムフ2180 A612= 1.356X10−1/2F   )、ツ
12= 1.356X10−”/IIA’640:0 
              ム1フ40: 0Ae4
Q” OAW40” 0 ムロ31=−4−519X10−2/?F      
A?31シ4.519X10−2/!i五622”’O
A〒22= 0 ムロ04”  OA704””  O A’65g”−−2,259X10−3/l   A’
?50”<2.259X10−3/?A650=−3,
234X10−1/!F   A7so=−3,234
x10−1/Fム’641: OA’〒4180 A6番18゛ 0                 
 ムフ41: 0’5sa=−1,078x10’/y
      ムフ5z=−1,078x100/11ム
ロzs=  OAIFss=  0 ムロ z 4=−1−617x100/y   Ay1
4=−1,617x10’/yここで、プライム(’)
は、前掲と同じように、2つの部分をもつA項を区別す
るのに用いられる。 第S実施例は、これは量、テ、−系での最後の実施例で
あるが、第8図に示されているように、3つ子の素子と
組み合わされた1対の解析関数素子である。構造データ
は次の通シである0素子■が角度θだけずれた県を中心
として横方向に回転することによって、無限遠物体距離
に対して再び焦点を結ぶ時、 ?、 = 0.9996 (d8は一定に保つ)である
ことがわかる。 回転対称な面の係数は次の通りである0II   II
   II   I+ λ その裏表面が多項式面である素子■は固定される(回転
対称でない)0その前表面が多項式面である素子■は、
指定されたずれた点を中心とし、光軸に平行な横方向く
ずれた軸のまわりに回転する。 非回転対称な面の係数は次の通りである。 A4to= OAl520:0 A402”0        ム302=OA43゜=
 4.739x10″″2/iF   A、。= 4.
739x10−”/FA421”” OAsa1= 0 A412= 1.422x10″″l/#   A、0
.= 1.422x10″″1/iム’44G” OA
’+540=:0 A440= 0.743x10’    As4o= 
0n431=−4,739x10−”/?F   A、
531=−4,739x10−2/4A4□2= 1.
487X10’    A322= 0A404= 0
.743X10’    A304= 0A′、。コ2
.370x10−’力 A16.。=−2,370X1
0−’/4ム4,5゜==−1,487x10−”/a
l   A350=−1,487X10−”/!l’ム
’441”’OA’l541=O A、41=−1,487X10’    ム541=0
*、52=−4,955x10−”/?F   ムas
z=−4,955X10−1/?A423>1.487
x10’    Ai5,3= 0A414=−7,4
33X10−1/ff   Aa14=−7,433x
10−1/iFここで%プライム(’)は、前掲と同じ
ように、2つの部分をもつA項を区別するのに用いられ
る。 次の3つの実施例はすべてX r 7 + Z座標系で
示されたものであシ(回転支点は+X軸上にあるλこれ
らの実施例は、第9図に示されているように、2つの他
の素子と組み合わされた1対の解析関数素子である。こ
れらの3つの実施例を順に第4実施例、第5実施例、第
6実施例とすると、それらの非回転対称の面の係数の値
は互いに異っているが、それら以外は同じ基本装置であ
って、その構造データは次の通りである。 cl11+I−?+− II   II   II   II て  象  )  H 表面4および表面5が重要な多項式表面であって、その
係数の値を指定しなければならない0前記の基本装置を
有する第4実施例の表面4および表面5に対する非回転
対称面の係数の値は次の通りである0 xxx   xxxx   xxxxx   xxxx
xxxxxxxxx   xxxxxxxx   xx
xxxII  II  II  II  II  II
  II   II  II  II  II  II
  II  lj  II   II  It  II
  II  11xxxxxxx   xxxxxxx
xII  II  II  II  II  II  
II   II  II  II  II  II  
II  II  11円 IQ  両 円 円 円 円
  円 円 両 山 両 円 円 円この実施例は、回
転素子■のオフセット距離14.5鴎(0,570イン
チ)の場合、無限遠から約64α(約25インチ)に集
光する。 第5実施例に対する非回転対称面の係数の値は次の通シ
である。 xxx   xxxx   xxxxx   xxxx
xx寧 山内−内内丙内 丙丙内丙山 山丙丙内山内x
xxxxxx   xxxxx ロロロロロロロロロロロロ 1I  II  II  II  II  II  I
I   II  II  II  II  IIxxx
xxxx II  II  II  II  II  II  1
1面4および表面5に対してこれらの値を用い合、第9
図の基本装置によシ、回転可能素子性開口の中心点間の
弧に沿っての約50°の変位と15 m (0,6イン
チ)の点距離の場合、遠から約66cmC約26インチ
)まで焦点合が可能である。 9図に再び示されおよび前記基本装置を有す6実施例に
対する非回転対称面の係数の値は通シである。 xxx   xxxx   xxxxxxxxxxx 
  xxxxxxx   xxxxxII  II  
II  II  II  II   II  II  
II  II  II  II  II   II  
II  II  II  IIxxxxxx   xx
xxxxx II  II  II  II  II  II   
II  II  II  II  II  It  I
Iこの装置はまた約66cmC約26インチ)まで焦点
合わせが可能であるが、その回転点距離は25 van
 (1,0インチ)である03つの素子がすべてゾレク
シガラス装置である場合が第10図に示されている0そ
の構造データは次の通シである0 回転対称な面の係数は次の通シである。 ベータ、  = 1.928 X  101ガンマ2 
 =  1.018  x  10”デルタ2  = 
1.191  X  10’エゾシロンa  = 1.
258 X  10’面3、表面4、表面5の全体にわ
たって最適化を行なう場合には・、表面3も多項式表面
であるとすることもできる。 表面5は基本装置として暗黙の屈折環と補正的回転対称
非球面項を含んでいることを断っておく。 これらはいずれ・も、後で1次のように与えられた多項
式係数によって置き換えられ、そしてそれらの中に含め
られる。 xx   xxx   xxxx   xxxxx  
 xxxxxxxx  xxx  xxxx  xxx
x’x  xxxxxxX  X  X  X  X 
 X  X   X  X  X  X  X  X 
 X  X  XXXXXXXXXI  II  II
  II  ++  ・++  n  ++  ’++
  ++  i++  ++  ++  n ++ +
+ n n ++ n ++ ++xxxxxxx  
 xxxxx 4xxxxxxxxxxxxII  I
I  On  II  If  II  II  II
  II:In  II  II  11111110
1111111最後の実施例ちすなわち、第8実施例と
して。 第11図に4素子の焦点を結ぶことが可能な対物装置が
示されている。この装置は、色収差に対しよ〕改良され
た補正を行なうために、第7実施例の正面のプレクシガ
ラス素子の代シに1ガラスで置き換えられた素子対を使
用している。この装置の構造データは次の通シである。 ::l−−目   ≧    −に−に%−191I−
にづ一 回転対称表面係数は次の通シである。 ベータ、      = 1.508 x  101ガ
ンマ番    = 1.363 x 101デルタ、 
  = 1.030 x 10’エゾシロンa  = 
1.046 X 10’表面6と表面7は多項式表面で
ある。ただし、表面5、表面6、表面7の全体くわたっ
て最適化を行なう場合には、表面5を多項式表面である
とすること亀できる。 表面7は基本装置として暗黙の屈折環と補正的回転対称
非球面項を含んでいることを断ってかく。 これらはいずれも、後で1次のように与えられ九多項式
係数にキつて置き換えられ、そしてそれらの中に含めら
れる。 xx  xxx  xxx、x  xxxxx  xx
xxxxxx  xxx  xxxx  xxxxx 
 xxxxxxxxxxxxx   xxxxxxxx
   xxxxxxxxxII II  II II 
II II II  II II II II II 
II  II  II  It  II II  II
  II’ II  II II 11xxxxxxx
  xxxxxxxx  xxxxxxxxxII I
I II II II II it  II I白I 
II II II II II  II II II 
II II’ II II II II前記実施例を別
の寸法にすることは明らかに可能である。この場合には
、新しい物理的1寸法に対する数値を改めて決定するこ
とが必要である。最も単純な応用例として、すべての数
値が、インチまたはミリメートルといった物理的長で与
えられている場合には、他の寸法忙尺度を変えることは
、半径、間隔距離、有効口径のような寸法を表わす量に
一定の因子を単に乗算すること意味する。 けれども、非球面係数のベータ、がンマ、デルタなどの
ような非線形な量がある。曲率のような逆数量は逆向き
に尺度変更しなければならない。 さらに、もし単位の長さを別の単位の長さに変更するな
らば、例えば、1つの装置の?4が他の装置の別の値に
変換されるならば、その場合に必要な尺度の変更はもつ
と複雑になる。けれども、中間体としての英式尺または
メートル尺を通して2つの装置を変換することによシ、
常にチェックを行なうことができる。 ?、=1.250″Ikもつ装置から?、=1.000
をもつ装置に変換したいものとする。必要なことは、す
べての寸法量を1.250で除算すること、tたは0.
800を乗算す・ることである。このようKして、で 
=1.250/1.250は要求された?d=1.00
0になる。例えば、もしR1=2.500ならば、尺度
変更された装置ではR4= 2.000である。すなわ
ち、直ちK R1= 2.50 x O,800=2.
000である◇ ベータは3乗、がンマは5乗、デルタは7乗の尺度を有
し、ただし、逆乗である。すなわち、前記例では、ベー
タは(0,800)3 、ガンマは(0,800)s、
fkllはc O,800)7に!つ−C”尺度変更さ
れる。 本発明の範囲内において前記実施例に変更のなしうろこ
とは、当業者には明らかであろう。しかし1本発明tn
用したどのような光学装置の設計において亀、すぐ近く
に隣接したレンズ素子のそれぞれの表面上に、すぐ近く
に隣接しているが対向している好ましい解析関数形の屈
折表面を少なくとも1対有しなければならない。それか
ら、この素子対のうちの少なくとも1つは光軸から指定
された距離だけずれた回転支点のまわシで回転する。し
たがって、光軸に平行な1つの軸のまわシに横方向に回
転する。このように回転する素子はいずれも、その域外
の表面が平面であって、ずれた平行な軸のまわルの横方
向の回転によって、この横平面の屈折作用Kl!めうる
変化を生じないものであるか、または特別の場合には、
解析関数表面の作用をその1つのも・どの表面から素子
の両方の表面に分配することができる。 逆に%もし素子対のうちの1つが固定されたままで、す
べての結像作用が他の素子のずれた軸のまわシの横方向
の回転によってえられるならば、固定素子の域外表面は
、この光学装置の他の域外屈折表両または屈折素子と同
じに設計することができ、したがって、利点のある回転
対称・な屈°折力および非球面力を有することができる
。特別の場合には、固定された解析関数表面の働きを素
子の2つの表面に分配することができる。この場合には
、このようttc4配された解析関数表面の作用は。 固定素子の域外表面の基本屈折力と非球面力に重畳され
る。この逆もまた行なわれる0 最も一般的な場合には、1対の素子のうちの両方の素子
を指導されたずれたそれぞれの回転支点とずれた平行軸
のまわシに個別に回転させる0この際の回転は、選定さ
れた重要な変更実施例として、同じ大きさの回転である
が、回転の向きが反対であるか、または必要な場合には
、同じ向きまたは反対向きの比例的回転であるか%また
は制御可能であれば同じ向きまたは反対向きの非線形2
重回転であることもできる。したがって、このように横
方向に回転するすべての素子は自分自身の平面内に回転
して光学効果をもたない域外平面を有するか、または各
表面に分配されたそれぞれの解析関数表面の働きt−も
たなければならない0〔発明の効果〕 したがって、隣接する解析関数表面に対し正しいパラメ
ータを選択すれば、小さな焦点距離・口径比の普通の携
帯用カメラに対し、十分の精度をもち数学的に可変な回
転対称な屈折レンズの屈折作用をうろことができる。ま
た必要な時、1つまたは複数個のすぐ近くの固定された
回転対称な表面上に回転対称な非球面項を用いることに
よって通常実行されるこの他の補正が、協力して動作す
る表面対の固定表面の形を定める解析関数の計算の中に
取シ入れることができることも示された。 すなわち、もし広い意味で既に非球面的である2つの解
析的屈折表面を取シ扱っているならば、1つまたは複数
個の他の近くにある回転対称な非球面を用いる必要はな
い0その代υ、その目的のために互いに異なる解析的表
面対の中の固定された対とこの作、用を組み合わせるこ
とができる口したがって、この固定された解析関数は、
可動なまたは回転する対向表面の解析関数の形によって
配分されない重畳された回転対称な屈折力および非球面
力を有する。したがって、前記説明に開示されたすべて
の内容および添付図面に示されているすべての事項は例
示のためのものであって、それに限定するためのもので
あると解釈してはならない0
Both the positive and negative cases are extremely small, measuring several tens of microns at a normal focal length. However, after focusing has taken place, it is imperative that the deformed flexible cell has a sufficiently clear optical surface for an image of acceptable quality. Yet another type of focusing method was published on February 21, 1967.
U.S. Patent No. 3 in the name of Nori, W. and Alvarez.
This is the method disclosed in No. 305,294. In this method, a pair of deformed plates are laterally displaced by the same size but in opposite directions. Although these plates have the same shape, they are arranged so that the changes in thickness cancel out at the zero position, and the refractive power across these two plates is zero. A polynomial is used to determine a common aspherical shape.This polynomial is a power series of two variables, and its 6-missing term is a large principal term, and the characteristics are almost determined by this term.These The coefficients of the polynomial are carefully chosen so that these plates influence the action of the refractive lens by its transmission and refraction. When these plates are moved laterally relative to each other, the overall As a young fruit, it acts as a simple biconvex element or biconcave cord, thereby changing the refractive power of continuous magnitude.Alvarez
The deformed board disclosed in the name can be used inside a narrow space.
Although this method satisfies the requirements and provides a favorable change in focal length, the resulting thin lens device does not have sufficient correction for mechanical aberrations, which poses a problem in its application to various situations. James (), Baker U.S. Patent No. 5,5
No. 83,790 discloses a laterally movable plate. This movable plate is an improvement over the plate disclosed in the Alvarez name, in that movement of the plate allows focusing while also correcting aberrations. In this case, it has one special lens element,
One surface is a plane, and one surface has a shape described by a preferred polynomial, and generally speaking, a shape defined by a preferred analytic function, so that the element By moving in one direction, the focusing effect is changed and aberrations are minimized when in one direction. The refractive action of this moving element, when it is combined with the refractive action of a fixed opposing surface of a fixed optical element located in the immediate vicinity, is reflected in the rotationally symmetrical lens element corrected by this opposing surface. [Problem to be Solved by the Invention] It has been found that focusing action can also be obtained by other forms of lateral movement.Therefore, the main object of the invention is to , with a novel lateral motion and suitable optical precision.
The object of the present invention is to disclose an embodiment that performs the same as a similar type of rotationally symmetrical refractive element with variable refractive power. A further object of the invention is to provide a preferred form in which it is possible to rotate at least two such elements relative to one another, so that the relationship can be adjusted depending on the object distance. to get,
It is to hang optical elements. A primary object of the present invention is to rotate an optical element around one or more supporting axes at different positions with respect to the optical axis, thereby providing the same optical properties as a rotationally symmetrical aspherical system having variable refractive power. two or more rotatable cables having an optical element with a preferred shape expressed by an analytic function, capable of performing an optical function, and having the same optical function as an aspherical rotationally symmetric element of variable power; It is to have a child. Other objects of the invention will be apparent in part and will become apparent in part below. Accordingly, the present invention comprises optical elements and optical devices having the structures, combinations, and arrangements of elements exemplified in the detailed description below. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention generally relates to optical devices. A particularly suitable application for this optical device is a photographic camera. More particularly, the invention relates to optical elements having a shape described by a preferred analytic function or a preferred ° polynomial, the elements having one or more different positions relative to the optical axis in °C. A well-compensated rotational symmetry that can be used to maintain focus settings over a wide range of object distances or perform complex functions by rotating relative to a rotational fulcrum. It can perform the same function as the variable refractive power and aspherical function of the lens element. For this purpose, the optical elements themselves! The general form of the analytic function surface is It is a polymonomial equation containing two independent variables, and is written as an equation appropriately truncated by a finite term. The membrane shape Q is expressed by the following formula. where 1 is the surface number and represents the engineering coefficient % X * y + Z7 is the coordinate in the preferred non-Cartesian seat system. In such an embodiment, a pair of elements are used, one of which rotates about an axis of rotation that is parallel to the optical axis of the device, but in a central position. In each of the examples, novel elements (engineering,
Typically, the confectionery is transparent, preferably cast in a suitable optical glass material. on one side of the element there is provided a first surface of a predetermined shape, which is at least a part of a rotationally symmetrical surface (although in the case of a dense device this surface is preferably flat); and on one side of this element there is provided a second aspherical surface which is rotationally asymmetric and which can be mathematically described by a preselected polynomial having at least one non-zero term of at least fourth order. It will be done. The first and second surfaces of the element are configured such that the element can be displaced generally transversely to the optical axis when the element rotates nine revolutions about an axis of rotation different from the optical axis; When the element moves relative to the optical axis, the surface of the second element gives a continuous change in its optical properties, while the surface of the first element remains optically unchanged, causing no change in the optical properties. It doesn't even give an analogy. Embodiments As explained above, the present invention generally relates to an optical device that is particularly suitable for use in cameras. More specifically, the invention relates to an optical confectionery having a preferred shape defined by a preferred polynomial, or more generally, defined by a preferred analytic function. The design of these new devices is different from the prior art devices, which are devices that can be moved laterally. These preferred analytical function surfaces can be rotated about an axis different from the optical axis to maintain focus settings over a wide range of object distances, or to perform more elaborate functions. FIG. 1 is a schematic diagram of element 10. This device is a device having the general characteristics of the invention. The element 10 is a thin, transparent, annular part which is accommodated by a suitable mechanical device in such a way that it can rotate about an axis R, which is parallel to the optical axis OA. Along the optical axis, a region 12 is shown which is nominally circular.This circular region 12 represents the diameter of the largest aperture in a plane of the element 10. When the original passes through the confectionery 10 from the object space to the iron space, the beam of light passes through the transmission area 12.The confectionery 100 has a section 14 with a constant width in the radial direction.This section 14 can be selectively moved while maintaining optical alignment with the transmissive region 12 as the element 10 rotates about the axis of rotation RA.The peripheral portion 140 shown is one surface 16 that is planar. Therefore, when the element 10 rotates, this surface becomes the transparent region 1
It always has the same optical effect over 2K. surface 16
The opposite surface 18 is in the foreground of the paper and is shown exaggerated. Surface 18 has a shape dictated by a preferred analytical function. This analytic function is specified by the present invention so that when the cord 10 rotates about the axis of rotation RA, the effective optical effect is changed by the surface 18. The essence of the invention is the shape of surface 18, or a similar surface. As will be explained later, by appropriately selecting the shape of the surface defined by an analytic function such as 18 (hereinafter referred to as the analytic function surface), By arranging similar elements, it is possible to produce the same effect as a rotationally symmetrical refractive element or an aspherical element with various refractive powers t. When used, one or more of them can be used with a fixed position, or some or all can be rotated around the same or different axes, in the same or opposite directions. For example, FIG. 2 shows a pair of such elements 20, 2.
2, in which the elements 20° 22 rotate in opposite directions around a rotation axis RA that is different from the optical axis OA. These elements can also be incorporated into more sophisticated devices, as shown in the examples below. In order to clearly understand the properties of analytic function surfaces according to the present invention and specific examples having these analytic function surfaces, it is necessary to first explain various coordinate systems. These coordinate systems define analytic function surfaces. It is a convenient coordinate system to describe the design in general, and it is a convenient coordinate system to calculate and specify the shape of these surfaces. FIG. 6 shows various coordinate systems that are convenient for defining, specifying, and analyzing the analytic function surface of the optical element of the present invention. The first coordinate system, which is the most convenient in manufacturing, is a cylindrical coordinate system in the cross section for the mathematical treatment of the analysis surface. In this coordinate system, the origin of coordinates in the X-7 plane is a rotation fulcrum located at a close position, that is, the intersection of the X-7 plane and the rotation axis RA. The rotational axis RA passes through this rotational fulcrum and is parallel to the optical axis OA. The arrangement in the reference cross-section is therefore in polar coordinate form, and the form of the analytic function can in principle be defined using conventional polar coordinates. That is, the coordinates of one point P on the analysis surface within the cross section are given by the coordinates r and 7 eyes (F). The preferred shape within the six-dimensional space in polar coordinates is completely determined by giving the depth of 21 in the optical axis direction, that is, the deviation from this cross section, as the PA number of polar coordinates in the cross section. In addition to using the polar position 4s, at least two other coordinate systems are used. The first of such coordinate systems is the x-y-z coordinate system commonly used in optical design. In this coordinate system, the optical axis OA is included in two axes,
The Y-Z+ plane is taken as the meridian plane, and x@ is skewed (Skθ
The axis of W) is perpendicular to these two axes. - When the celebrant faces the front from behind the objective device, the value of the 2nd coordinate is positive in the direction toward the #1 celebrant, and y
The value of the coordinate is positive in the upward direction in the meridian plane, and the value of the X coordinate is positive in the right-hand direction. On the contrary, if the observer looks from the front to the back of the objective, the value of the y coordinate is positive in the upward direction and the value of the O1x coordinate is positive in the left direction,
The value of the second position is positive in the direction away from the observer. For an arbitrarily given surface, it is convenient to select the coordinate origin bivertex, that is, the intersection of this surface and the optical axis. In general, auxiliary Cartesian coordinates can be used. Regarding the X-7-z coordinate system, the eight points of this coordinate system are on the optical axis OA, and the optical axis OA and the reference horizontal W
It is at the intersection with the r(xy) plane. In some cases, the origin of each of the two coordinate systems is moved in one direction by translation in one direction. This new non-Cartesian coordinate system is roughly related to the -7-Z coordinate system, but includes its own extensions to polar angles and radii. Therefore, one shift is calculated by subtracting the radial distance from the lower rotational fulcrum to the coordinate origin (0,0,0) from the radial distance 217) from the lower rotational fulcrum in Figure 6. The value of y is defined as follows. Positive y values correspond to above the coordinate origin. The length of the arc measured along the seven axes of the concentric arc centered on the rotation fulcrum becomes the newly defined value of ma. Positive values correspond to the left direction along the arc. 2 is either the same as 2 or differs by a constant translational distance in degrees Celsius along the Z axis. Of course, it is possible to subtract the "curve" coordinates defined above on the auxiliary Cartesian coordinate thread and adopt it as the fourth coordinate system. This F! ! l! My system is probably useful for mathematical analysis. The noble family between the polar seat and this fourth Cartesian coordinate system may hold a certain mathematical pole. However, the transmission l#R in an annular reconnaissance area whose rotational fulcrum is a rotating surface
As long as it lies well outside the region 12, this mathematical pole will not confer any advantage on the analyticity of the function within the transmission region used. In fact, one of the pair of optical water molecules of the present invention
For two adjacent fixed elements, the effective aperture will normally remain circular, as for ordinary rotationally symmetric surfaces. For a rotating cord transmission area, the circular aperture extends over an annular area or a sector-shaped annular area, thus providing adequate light transmission even as the element rotates over its entire range as described above. If the opposing surfaces of a pair of adjacent cords have a shape specified by an analytical function and the pair of elements rotates, each has a transparent region in the form of a sector-shaped annular region.
It is necessary to introduce a circular aperture, for example circle 19 in Fig. 2, fixed near (see figure) and to one element. when one of the surfaces rotated relative to each other about a staggered pivot point or, if two staggered rotation axes are used, about a plurality of pivot points, and this rotation focus or other optical action when they are rotated relative to each other or relative to a fixed circular aperture centered on the optical axis OA. That is, in the general case where both of the two elements rotate, as shown in FIG. Similar arrangements are considered for other azimuthal angles, with the rotational fulcrum above or with both rotational fulcrums both above or below, and for other azimuthal angles. Differentiation of the individual analytical shapes To apply geometry, the intersection of the analytic function surface and the optical axis OA must first be determined. %XIY instead of
It is convenient to describe it as a power series. Furthermore, since a completely exact representation is not required, this power series can be truncated midway and made into a polynomial. If there are no poles within the area of the fan-shaped annular part to be used, the inner boundary is formed by concentric arcs centered on the singular point that includes the @ at the rotation fulcrum, so mathematically There will be no intermittent peculiarities. However, the accuracy of representing the analytical shape of a surface by a truncated power-law series or polynomial in x and y can mathematically depend on the relative distance to the pole or singularity at the origin in a polar coordinate system. , quite conceivable. This may be considered even if the poles are outside the entire aperture used, i.e. expressed in terms of the parameters of the optical device (with some coefficients representing the distance to the outside poles). The size of the curve will become thicker in proportion to the reciprocal of or in proportion to the power of As long as it is analytical in the domain and the number of terms in the polynomial is sufficiently thick (takes a truncated power series, i.e., the polynomial expression can be expressed with any precision required, ◎ converse In other words, due to the existence of external poles, the shape of the corresponding analytic function expressed in polar coordinates around such a pole is mathematically a form that cannot be expressed precisely in a power series. but nevertheless adequately describe the shape of the deformed surface.These mathematical forms expressed in polar coordinates are also analytic and do not have °C poles. It may be said that the deformed surface described by Since these surface holes are continuous, one is fixed with respect to the angle about the offset axis RA, and the other is 9°, the shape of each of these two surfaces, 1, σ,y)
and 11+, a mathematical method to represent (x, y) ℃
The form of a Begi series can be adopted. The coefficients of each term in this power series are undetermined. Next, a method of calculating all these coefficients to the required extent is established. In this case, as described in Section 5 below, it is assumed that all possible power terms of Ma and 7 exist. However, before proceeding with the mathematical processing, it is important to state here the important goals of the present invention. A pair of adjacent refractive confectionery whose shape is determined by an analytical function, and which may have an aspherical surface among its four surfaces, is used to create the shape shown at the bottom of the same figure. , the objective is to obtain the same optical effect as that of a pair of adjacent rotationally symmetrical refractive elements.One of the simulated pairs for this stain correction rotates around an eccentric rotation fulcrum and has a flat outer surface. , the other of the simulated pairs can be fixed and its outer surface is a rotationally symmetric refractive confection with or without an aspherical bevel.The inner opposing surfaces of these two elements are We have a surface shape described by an analytic function, which performs as much as possible the same optical action as the pair to be simulated.Furthermore, if for any given pair of object distances, the aperture, There is a corresponding set of adjacent rotationally symmetrical refractive elements that optimizes the optical properties of the objective to the required extent over the field and spectrum, and this rotationally symmetrical refractive element depends not only on its refractive power (aspherical If the forces also change and they are distributed in a favorable manner on its four surfaces, both the refractive and aspherical properties can be changed to make the optical behavior of the rotationally symmetric, refractive element pair as equal as possible. , must be replaced by a rotational movement about an axis parallel to the optical axis OA through at least one offset rotational fulcrum of the optical element of the invention.0 At the same time, the coefficients of the power series terms are 5 must be calculated to best simulate.The target values of the rotationally symmetric refractor to be simulated must be determined by conventional optical design.However, the calculation of this simulation is based on mathematical In this case, the first step is to determine the detailed optics of the required equipment,
By carrying out the design, a simulation is performed for the average object distance. Depending on the purpose of the camera, the average object distance that is adopted may be the median value within the focusing range, a value shifted to an area that is advantageous for long-distance photography, or a value that is a combination of values. Although it is h, it is a certain value close to the close distance. However, in the detailed design it must be planned in advance that at least one pair of adjacent surfaces will ultimately have, or at least be able to be incorporated mathematically, a polynomial form or form of an analytic function. If only one surface of a pair of simulated models can be rotated about an offset axis, then either the front or back surface is a simple element and lies in the first plane with respect to the other surface. or the polynomial form can be distributed on two sides. Rotatable surfaces should be in analytic function form or polynomial form. The overall optical design can have refractive power and an aspherical term in analytic function form or polynomial form on one or both of the inner opposing surfaces, if this proves preferable, and on the identification elements. The outer m surface can have refractive power and an aspherical term Y when necessary. In special cases, the conventional refractive surface of the rotatable element can be transferred or assigned to the outer surface of the identification element. This outer surface can already have a predetermined optical power and an aspherical term. In Figure 4, consider the mathematical reference line in i, de, i space. This reference line is a line parallel to the optical axis at 7 points with specified i and de values. It is for mathematical convenience only. This base f! All points on the L line have the same i, Te value Y, and only the i value varies. The actual light rays are refracted by successive surfaces of adjacent pairs of simulated surfaces. The pair of opposing inner narrow surfaces of the stiffness are deformed into the desired shape. In practice, the actual ray may be used as a reference line, in which case i and te will vary along the line segment between the spliced surfaces. If we were to expand it into a series with respect to i, te, i, a significant number of coefficients would appear and it would be unnecessarily complex. Therefore, as a second step, it is convenient to use a reference #' parallel to the axis, and to connect the intersection of the first of the four surfaces involved with the last of these four surfaces. It is convenient to calculate for the elementary refractive element the total optical thickness along this reference line between the intersection of . Overall, this optical thickness consists of three line segments. Two of the six line segments are in the medium and the middle line segment is in air. The optical thickness along the reference line can be determined by simply adding the geometric line segment multiplied by its refractive index. If the inner paired refractive surfaces of the lower element in Figure 4 are refolded by a polynomial or more generally an analytic function, the geometry along the same reference vein What should be selected by adding the products of the theoretical line segments and their respective refractive indices is the equation of i and te for the basic refractive device in which both elements are rotating bodies around the optical axis OA. This optical thickness is calculated analytically as a function. If the medium of both elements is the same, and if for convenience the outer surface is plane, then the line segment in the air, i.e. the central line segment, is the fundamental rotational refraction when the polynomial form is used. It can be seen that the element must have the same geometrical length as if it were used. The position of this line segment in air along the reference line moves, but as the thickness along the reference line increases for one element, it increases by decreasing the thickness for the other element. canceled out. Therefore, the total optical thickness along the reference line is the value for the elementary refractor to be simulated and the value for the elementary refractor to be simulated in principle at position 1, i.e. in the unrotated position. There is no difference between a converted polynomial device or an analytic function device. The most important point in the whole procedure is this translation in two directions of the central air purity at arbitrarily given values of i and te between the original rotating refractive element and the simulated polynomial device. It is movement. In fact, it is this flexibility of the i-position of the air line segment that makes it possible and useful to be represented by a polynomial device. Once the analytical function formula that accurately simulates the radial distance from the optical axis OA is known, stiffness is monovalent for a rotating device, and bivalent f and te for a polynomial device. However, it will be readily seen that relatively small aberrations that affect the optical properties only slightly are transferred to the polynomial device. In the present case, the basic refractor already has a constant residual imaging error and distortion error Z over the range of aperture, 4M field and spectral range. Similarly, the simulated polynomial device introduces even smaller errors or aberrations due to the inevitable and inherent movement along the oligocentric axis of the arbitrarily quadrupled air section from its original and possibly best position. be done. However, if this air space is small, such as when adjacent surfaces are very close together, the new aberrations will also be small;
Its main effect is to shift the tip laterally. There is also a prismatic variation along any ray due to the difference in slope at the intersection compared to the slope of the elementary refractive surface to be simulated, resulting in a relatively small refractive error. This aberration to be added in a polynomial device, i.e., a simulator, is relatively small for objectives with normal apertures, fields of view, and spectral ranges, such as in handheld cameras, and is It is only important for equipment where precision is required. Finally, imperfections in the simulation between the analytical function expression representing the deformed surface and the rotating refractive surface of the base device to be simulated result in small aberrations that add up. This incompleteness of the simulation is mainly caused by terminating the series in the middle. The second step started above is an algebraic calculation in which the total optical thickness of the refractor is expressed as a power series of x and y. That is, in the rotationally symmetric system of the basic refracting device, all variables are expanded into a power series containing up to a certain order (X2+72). A commonly used series formula, for a single rotationally symmetric refractive surface, is of the form: where C is the apex curvature of a particular refractive surface and β is the first non-conic coefficient. The quantity e2 is the square of the eccentricity for a particular cone. In the case of a spherical surface, both e2 and β are zero. The above equation can be further expanded into a Taylor series as follows. If we use the subscripts 1 and (i+1)'Y to designate the refractive surface Y that is immediately adjacent to the basic device, then the geometric length of the line segment in air along the reference axis 6
(see figure) is simply the difference between two such power series, and is expressed in the following form. (H1+x+ Hl) (X”+72) + −=where H is also the same for (i+1). On the other hand, the polynomial surface is defined as First, the following form is given: The length of a target line segment in air can be written as the simple difference in binary values for two very adjacent surfaces plus the on-axis spacing distance.The offset axis of rotation for the moving element is the optical axis. In the special case taken parallel to oA,
cos ψ −ai=rψ x = r s
Use the relational expression of inψ stiffness and set it from the equidominance of the power series! ,7. Z all 7. It can be seen that there is the following relationship between Z, Te, and i space. These relational expressions are the power series for the rotating refractive element,
It can be used to redefine a general power series for a polynomial surface by transforming it into polynomial space. As long as we are not dealing with the shapes of individual surfaces, but only their differences, in fact, in the simplest case, we only deal with the geometric length of the line segment in the air, Y, so we can fold the power series to the top side. Therefore, you can put
All previously unknown coefficients can be calculated sequentially. At this point, certain terms can be omitted, or at least ignored. This is because they are always zero as long as the equivalent terms of the transformed series for the rotationally refractive surface remain essentially zero. There are also other terms that are not directly important. It is a term in which the geometric length of a line segment in air remains the same no matter what value is assigned to it. These terms are those that have only the constant term A100 and those that have only the power of Te and which can be affected by the rotational change described by Te. Therefore, they will be zero when calculating the difference. Such terms can be assigned the value 7 of zero and are therefore eliminated. However, by assigning a finite value to such a term and proceeding in accordance with the method used,
It can be constructed more easily than polynomial surfaces. More importantly, these terms can be used in later optimization operations using Congenitan to improve the properties.
This is something that can be reintroduced. That is, the procedure used above is made easier by using a reference rM taken parallel to the optical axis OA. The strict optical situation is complicated. When optimization operations are performed correctly,
Non-zero values for these special terms of Te or powers of Te,
That is, any remaining improvements in aperture, field of view, and spectrum will be taken into account, with the exception of using a finite value. In the case of parallelism, the following relational expression can be changed by the above procedure. Aloo = 0 (or other possible value) A1□
. −〇Aio1=0 (or other possible value) personi2o
= -2(01+1-01)A1□1=0 For example -ΔAio2 Aio, 3=0 (or other possible value) A1□
t = −2(Hlax −Hl) A1□3; O A1゜4 = −(H1+1− T11) (for convenience) ten specifiable values, e.g. ΔA1o4 ALos = 0 (or other specified value) A1+
1. oo = 0 (or other specified value = Aio
o) Ai+x, ]o = O Ai+x, ol= 0 (or other specified value =
Ai, 01) Ai+1.20 = O Ai+1. ll =O A4+1.02=0+specified value=ΔA10PAi+
1.21 ” O Ai+1.Q3= 0+specified value=Ai03A1+
1・40°O Ai+1.2□=0 '1+1. xs = O Ai + bo4 = 0 + specified value = ΔA1G4A1+
1+41=0 Ai+x,,s=O Ai+1.05=0+specified value=Aios From these equations and from the conversion formula given above, ! ,,
? , a power series in m-space can be transferred to polar coordinate representation in r and phi (ψ). The poles outside the polylinear system indicated by the reciprocal term of (a + Te) and the transformation term of the inverse power term of (a + Te), the coefficients in the polar coordinate system of r and 7 eye no longer contain poles. It disappears in this way. In fact, the polar coordinate representation is no longer a complete power series, but equivalently represents, at least over the order of the power series adopted, the same shape of the surface as was previously obtained from the analytic numerical numbers with i and te. There is no loss of precision when converting to polar coordinates, which is no longer present in curved Cartesian coordinates. Expressed in polar coordinates, it is as follows. A similar formula holds true for 1+1K. If we look at the results of the formulas related to AK, we will see that a variable amount (a+te) appears in the denominator of various powers for many coefficients. The variable nature of such a term with respect to te invalidates the nature of the power series in its usual representation. In this case, such a reciprocal term t can be expanded into another power series, and the series can be manipulated by a new enlarged coefficient or adjustment, such as λ. The coefficient is erotic. Its convergence is slow. Therefore, the situation will remain that the polar coordinate representation is somewhat more precise than a recalibrated power series truncated at an appropriate level. This contradiction will reappear when performing an optimization in the s7a2 system and then back to the l-1i, Te,i, or polar coordinate systems. The conversion operation will yield the best result, where no poles will be included in the representation of the optimal functional form in polar coordinates, and will be precise according to the number of terms used.For polynomial surfaces i, power series of te-1: xmym2
It can also be converted to a similar power series in space. This is usually what computers do.
s 7 e ” space. In this case, X, 7.Z
In order for the result in the system to be a correct power series with a constant coefficient of variation By, it may be necessary to expand the reciprocal of (a+de) in advance. In the case of parallel and offset axes, it is expressed by the following equation within a fourth-order precision. zi = Bi30"+311g"7"+B151x37
+B113X73+ −-・=B11s = −((0
'l+1- ('i+x) -CC'i-01)]
-:= a θ (C'i -01)) a2°. In these equations, the factor 1/6 appears at all points. j is the rotation angle of the rotating element about the off-axis. For convenience, if other terms containing t appear, such as f) is small, then the contribution by higher order terms will be small, or will be partially canceled out by computer optimization.In any case, if only the tide term is left, then in the denominator The appearance of 〃 means that the designer can use small values of i, thereby defining relatively strongly deformed polynomial surfaces, or large values of θ for weakly deformed surfaces. χ means that χ can be used. In this latter case, the higher-order terms of the powers of i will make a larger contribution, so the property χ will be dangerous. We would like to emphasize that the 7 i are in the same polar coordinate system. The phi used above is the polar coordinate variable used to define the actual resting shape of the deformed surface in polar coordinates. On the other hand, i is 6 is the angular displacement of a predetermined deformed form for the movable or rotating element.6 is the characteristic of the basic device for a specified average object distance with other distance, preferably a special value of σ that transforms to infinity. In the above equation between the coefficients, the values of C and H are also required for at least one out-of-range inverse object distance that differs from the average distance. These values are calculated for a rotationally symmetric refractor at a second distance chosen relative to the object plane, which may conveniently be assumed to be infinite. However, in practice: The target values of C and H meet to be calculated for at least four object distances.These four
One of the two object distances is infinite. Such a value of H (in this calculation, if 02=1 for convenience, the value of β) is plotted against C. In the most common case, it will be a parabola, as shown in FIG. On the other hand, a straight line is actually preferred. In this case, a straight line should be drawn across this parabola so that the properties at the two selected distances are as favorable as possible. At this time, the target value along this tilted straight line is used in the calculation of the equation, but if infinity is used, this target value is the recalculated H (or β) for this infinity. It is. Depending on the required degree of properties, further steps can be carried out by means of a computer optimization operation, if necessary. During this operation, an array of image points must be acquired throughout the field of view, unless the two images are the same. And the rotational relationships of normal devices are suppressed. There is also a variation in the non-verbal eyes. There are two patterns in caliber and field of view compared to the requirement of a purely rotating device, and generally speaking, very long computer operations will be required. Therefore, the optimization is usually sufficient if performed at the average wavelength with an accuracy that is considered adequate. In optical devices where the highest properties are required, it is known in advance to be zero, either for reasons of convenience or because it is inherently zero in rotating devices, but this is no longer the case in modified devices. It is desirable to reintroduce all terms Z. The reintroduced stiff leaves are also included in ΔA1°k. In fact, we can use every possible term in the matrix of X, 7, but
Many terms will be small in magnitude. In this case, the computer may be overburdened. The final step is to transfer the fully computer-optimized form to polar coordinates in the ``17'' space. During this final transformation, we introduce a reasonable number of terms YN, but the inaccuracies due to the non-exact series representation are eliminated. The correct transformation formula must be used for each point to avoid reintroducing the The required effective aperture of the movable surface is clearly indicated.The variable part Y of the rotationally symmetrical refractor is simulated by one or more analytical function elements rotatable about a common rotational fulcrum. The essential form required for each analytic function surface of the invention is given in the x.y,z coordinate system as follows: where K1 is a specifiable constant, and If the rotationally symmetric device to be simulated has rotationally symmetric aspherical surfaces, then the essential form of each analytic function defining the simulated surface Y is as follows: where Kl t Kl + K3 + K4 is a constant to be determined, and 5 = 2 K4 + (residual value set as zero for convenience). From the above considerations, a number of optical devices have been designed. Among these devices Some of the contents of the invention will be described as illustrative examples.The first three examples are!,7
.. 'Z coordinate system, but the latter five examples are shown in the "+7+" coordinate system. Both embodiments are suitable for use as variable focus photographic objectives, with a focal length of 1251! It is scaled for use in 1, has a speed of f/10, and has a total viewing angle range of 50 degrees, measured diagonally across the format. However, before describing these embodiments in detail, the symbols used will be explained. The symbol f,1 usually indicates the equivalent focal length of the optical device,
This focal length is at the wavelength (L (587,6 nm)) and is determined by a paraxial ray for an object at infinity. (In the case of the device, f and f in Gauss optics are equal.) Therefore, fd is the equivalent focal length for the d-ray, that is, KFL (equivalent focal length).
length). If the mean object plane is at some specified finite distance, then the symbol t6y, which becomes the "scale focal length", or more precisely the "scale factor" is adopted. If this specified object distance is infinite, then fd and Fd will be equal in the first case and mean the same thing, i.e. apply to a scale focal length or an object at infinity. FtFL ya-
means. It can also be adapted to have a distortion over the average part of the field of view (with focal length calibrated for objects at infinity) by the amount fd as a scale factor. Even if the symbol fd is applied for a specified average object distance, the optical device will also have the normal fd of the optical system. In this case, for numerical purposes, the object plane is temporarily moved to infinity. For the form of focusing carried out here, fd is used for a fixed and specified position of the image plane, and fd for the associated but ever-varying apparatus is such that it obtains h
As long as the
The meanings of all coefficients have already been explained herein and will not be repeated. all prices jd
standardized against. The first embodiment is a pair of analytic function elements used in combination with an objective as shown in FIG. The table of its structural data is as follows. When the element ■ is laterally rotated by an angle θ around the shifted point to refocus at infinite object distance, rd = 0.9983 ((1, "K kept constant)
It can be seen that it is. The coefficients of rotationally symmetric surfaces are as follows. Beta2 = 1.754X10' Beta. =
-1,528X 101 is 2 = 7-[331X
I Q-3 Gamma 4 = -2,862X 10-2 Delta p = -1,750X10-7 Delta 4 = -4,
491X 10-'Element whose back surface is a polynomial surface■
is fixed (not rotationally symmetric). Element (2), whose front surface is a polynomial surface, is centered at a specified offset point and rotates around a laterally offset axis parallel to the optical axis. The coefficients for surfaces that are not rotationally symmetric are as follows. do do l turtle do l>
IQ! t l 1 false? ?
? +rrr! × × ×
× × × ×口IIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIIIIIIFr F
P? +r? ? ? r? r W r v-W
f××××× ×××XX××××××× Here, the prime (′) is A with two parts as before.
It is used to distinguish the term Y. The second embodiment is a pair of analytic function elements used in combination with three elements, as shown in FIG. The structural data is as follows. It can be seen that by rotating the element (2) laterally by an angle θ around the shifted point, the time to refocus for an infinite object distance is 〒 =0.9987 (dF is kept constant). The coefficients for rotationally symmetric surfaces are the following formula: ××× II II ll ××× II II II
Rotates around a specified offset point and around an axis parallel to the optical axis and laterally offset. The coefficients of a non-rotationally symmetric surface are given as: A620: OA'FO20=0 A602"OA'FO2=0 A630=4.519X10-2/4
Avso=4.519X10-”/I VA621:
': Omufu2180A612=1.356X10-1/2F), Tsu12=1.356X10-''/IIA'640:0
M1F40: 0Ae4
Q"OAW40" 0 Muro31=-4-519X10-2/? F
A? 31shi 4.519X10-2/! i5622”'O
A〒22=0 Muro04"OA704"" O A'65g"--2,259X10-3/l A'
? 50"<2.259X10-3/?A650=-3,
234X10-1/! F A7so=-3,234
x10-1/Fmu'641: OA'〒4180 A6 No. 18゛ 0
Muff 41: 0'5sa=-1,078x10'/y
Mufu 5z = -1,078x100/11 Muro zs = OAIFss = 0 Muro z 4 = -1-617x100/y Ay1
4=-1,617x10'/y where prime (')
is used to distinguish an A term that has two parts, as before. Example S, which is the last example in the quantity, Te, - system, consists of a pair of analytic function elements combined with triplet elements, as shown in FIG. It is. The structural data is as follows: When the 0 element ■ rotates laterally around a point shifted by an angle θ and refocuses at an infinite object distance, ? , = 0.9996 (d8 is kept constant). The coefficients of rotationally symmetric surfaces are as follows: 0II II
II I+ λ The element ■ whose back surface is a polynomial surface is fixed (not rotationally symmetric) 0 The element ■ whose front surface is a polynomial surface is
Rotates around a specified offset point and a laterally offset axis parallel to the optical axis. The coefficients of a non-rotationally symmetric surface are as follows. A4to= OAl520:0 A402”0 Mu302=OA43゜=
4.739x10″″2/iF A,. = 4.
739x10-"/FA421"" OAsa1= 0 A412= 1.422x10""l/# A, 0
.. = 1.422x10″″1/imu’44G” OA
'+540=:0 A440= 0.743x10' As4o=
0n431=-4,739x10-”/?F A,
531=-4,739x10-2/4A4□2=1.
487X10' A322= 0A404= 0
.. 743X10'A304=0A'. Ko2
.. 370x10-'force A16. . =-2,370X1
0-'/4mm4,5゜==-1,487x10-"/a
l A350=-1,487X10-"/!l'mu'441"'OA'l541=OA,41=-1,487X10'mu541=0
*, 52=-4,955x10-"/?F as
z=-4,955X10-1/? A423>1.487
x10' Ai5,3=0A414=-7,4
33X10-1/ff Aa14=-7,433x
10-1/iF where the % prime (') is used to distinguish the two-part A term as before. The following three examples are all shown in the X r 7 + Z coordinate system (the rotational fulcrum is on the +X axis λ). They are a pair of analytical function elements combined with two other elements.If these three examples are referred to as a fourth example, a fifth example, and a sixth example, their non-rotationally symmetric surfaces Although the values of the coefficients are different from each other, the basic device is otherwise the same, and its structural data is as follows: is an important polynomial surface and the values of its coefficients must be specified.0 The values of the coefficients of the non-rotationally symmetric surfaces for surfaces 4 and 5 of the fourth embodiment having the basic device described above are as follows. There is 0 xxx xxxx xxxxx xxxx
xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxx xx
xxxII II II II II II II
II II II II II II II
II lj II II It II
II 11xxxxxxxxx
xII II II II II II II
II II II II II II II
II II 11 Yen IQ Both Yen Yen Yen Yen Yen Yen Both Yen Both Yen Yen Yen Yen In this example, when the offset distance of the rotating element ■ is 14.5 (0,570 inches), it is approximately 64 α (approximately 25 inches) from infinity. ). The values of the coefficients of the non-rotationally symmetrical surface for the fifth embodiment are as follows. xxx xxxx xxxxxx xxxx
xx Ning Yamauchi - Uchiuchi Heiyama Heihei Uchiuchi Yamauchi x
xxxxxxx xxxxxx Rorororororororororororo 1I II II II II II I
I II II II II II XXX
xxxx II II II II II II 1
Using these values for the first surface 4 and the surface 5, the ninth
According to the basic device shown in the figure, for a displacement of about 50° along the arc between the center points of the rotatable element aperture and a point distance of 15 m (0,6 in), from the distance about 66 cm (about 26 in) It is possible to focus up to The values of the coefficients of the non-rotationally symmetric surfaces for the six embodiments shown again in FIG. 9 and having the basic arrangement described above are constant. xxx xxxx xxxxxxxxxx
xxxxxxxxx xxxxxxII II
II II II II II II II
II II II II II II II
II II II II
xxxxxx II II II II II II
II II II II II It I
This device is also capable of focusing up to approximately 66 cm (26 inches), but its rotation point distance is 25 van
(1,0 inch) 0 The case in which all three elements are Zolexiglass devices is shown in Figure 10 0 Its structural data is the following system 0 The coefficients of rotationally symmetric surfaces are the following system It is. Beta, = 1.928 x 101 gamma 2
= 1.018 x 10” delta 2 =
1.191 x 10' Ezocilone a = 1.
When optimization is performed over the entire 258 x 10' plane 3, surface 4, and surface 5, surface 3 can also be a polynomial surface. It should be noted that the surface 5 includes as a basic device an implicit refractive ring and a corrective rotationally symmetric aspherical term. Both of these are later replaced by polynomial coefficients given to the first order and included therein. xx xxx xxxxx xxxxxx
xxxxxxxxxx xxx xxxx xxx
x'x xxxxxxxX
X X X X X X X X
X X XXXXXXXXXI II II
II ++ ・++ n ++ '++
++ i++ ++ ++ n ++ +
+ n n ++ n ++ ++xxxxxxxxx
xxxxxx 4xxxxxxxxxxxxxx II I
I On II If II II II
II:In II II 11111110
1111111 As the last embodiment, that is, the eighth embodiment. FIG. 11 shows an objective device capable of focusing four elements. This device uses a pair of glass elements in place of the front Plexiglas element of the seventh embodiment to provide improved correction for chromatic aberrations. The structural data of this device is as follows. ::l--th ≧ -ni-ni%-191I-
The Niduichi rotationally symmetric surface coefficient is as follows. Beta, = 1.508 x 101 gamma number = 1.363 x 101 delta,
= 1.030 x 10' Ezocilone a =
1.046 x 10' Surfaces 6 and 7 are polynomial surfaces. However, when optimization is performed over the entire surface 5, surface 6, and surface 7, it is possible to use the surface 5 as a polynomial surface. It should be noted that the surface 7 contains as a basic device an implicit refractive ring and a corrective rotationally symmetric aspherical term. Both of these are later replaced by nine polynomial coefficients given as first order and included among them. xx xxx xxx, x xxxxx xx
xxxxxxx xxx xxxx xxxxxx
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXII II II II
II II II II II II II II II
II II II It II II II
II' II II II 11xxxxxxxx
XXXXXXXXXXXXXXXXXII I
I II II II II it II I White I
II II II II II II II II II
II II' II II II II II It is obviously possible to make other dimensions of the embodiment described. In this case, it is necessary to re-determine the numerical value for one new physical dimension. In the simplest application, when all numbers are given in physical lengths, such as inches or millimeters, changing other dimensional scales can change dimensions such as radius, spacing distance, or clear aperture. It simply means multiplying the represented quantity by a constant factor. However, there are nonlinear quantities such as the aspheric coefficients beta, gamma, delta, etc. Reciprocal quantities, such as curvature, must be scaled in the opposite direction. Furthermore, if we change the length of one unit to the length of another unit, e.g. of one device? If 4 were to be converted to another value in another device, the rescaling required in that case would become more complex. However, by converting the two devices through the English scale or metric scale as an intermediate,
You can always check. ? ,=1.250″From a device with Ik?,=1.000
Assume that you want to convert to a device with . All you need to do is divide all dimensions by 1.250, t or 0.
Multiply by 800. K like this, and
=1.250/1.250 was requested? d=1.00
becomes 0. For example, if R1 = 2.500, then R4 = 2.000 in a rescaled device. That is, immediately K R1 = 2.50 x O, 800 = 2.
000 ◇ Beta has a scale of 3, gamma has a scale of 5, and delta has a scale of 7, but they are inverse powers. That is, in the above example, beta is (0,800)3, gamma is (0,800)s,
fkll is c O, 800) 7! It will be clear to those skilled in the art that there are no modifications to the embodiments described above within the scope of the present invention.
In the design of any optical device used, it is desirable to have at least one pair of immediately adjacent but opposing refractive surfaces of the preferred analytic function shape on the surface of each immediately adjacent lens element. Must. Then, at least one of the pair of elements rotates around a rotation fulcrum that is offset by a specified distance from the optical axis. Therefore, it rotates laterally about one axis parallel to the optical axis. Any such rotating element has a plane surface outside its area, and the refractive effect of this transverse plane, Kl!, is caused by a transverse rotation about offset parallel axes. It does not cause any appreciable change, or in special cases,
The action of an analytic function surface can be distributed from any one surface to both surfaces of the element. Conversely, if one of the pair of elements remains fixed and all imaging effects are obtained by lateral rotation of the other element's offset axis, then the outer surface of the fixed element is It can be designed identically to the other extra-regional refractive indexes or refractive elements of this optical device and can therefore have advantageous rotationally symmetrical refractive and aspherical powers. In special cases, the work of a fixed analytic function surface can be distributed over the two surfaces of the element. In this case, the action of the analytic function surface arranged in ttc4 is as follows. It is superimposed on the fundamental refractive power and the aspherical force of the outer surface of the fixed element. The reverse is also done. In the most general case, both elements of a pair are rotated individually about their respective offset rotational supports and offset parallel axes. The rotations may be rotations of the same magnitude but in opposite directions, or, if necessary, proportional rotations in the same or opposite directions, in selected embodiments of significant changes. % or nonlinear in the same or opposite direction if controllable 2
It can also be a heavy rotation. Therefore, all elements that rotate laterally in this way either rotate into their own plane and have an extraterrestrial plane that has no optical effect, or the function of each analytic function surface distributed on each surface t - Must have 0 [Effect of the invention] Therefore, if the correct parameters are selected for the adjacent analytic function surfaces, it can be used with sufficient precision and mathematical The refractive action of a rotationally symmetrical refractive lens can be controlled. Also, when necessary, other corrections, usually performed by using rotationally symmetric aspherical terms on one or more immediately fixed rotationally symmetric surfaces, can be applied to surfaces acting in concert. It has also been shown that it can be incorporated into the calculation of analytical functions that determine the shape of the fixed surface. That is, if we are dealing with two analytical refractive surfaces that are already aspheric in the broad sense, there is no need to use one or more other nearby rotationally symmetric aspheric surfaces. This fixed analytic function can be combined with a fixed pair of analytic surface pairs that are different from each other for that purpose. Therefore, this fixed analytic function is
It has superimposed rotationally symmetric refractive and aspherical powers that are not distributed by the shape of the analytic function of the moving or rotating opposing surfaces. Accordingly, all content disclosed in the foregoing description and all matter shown in the accompanying drawings is intended to be illustrative only and should not be construed as limiting.

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

第1図は本発明の光学素子の全体的な特徴を示した概要
透視図、第2図は本発明の光学素子対の概要透視図、館
3図は本発明の光学素子の新規な表面を説明するのに用
いられる座標系の透視図、第4図は上側に本発明の素子
対を示し、および下゛ 側に本発明の素子対によって模
擬される回転対称な屈折素子対を示した概要断面図、第
5図はある装置の関係したパラメータのグラフの概要図
、および第6図から第11図までの図■は本発明を実施
する光学装置の概要断面図。 〔参照符号の説明〕 20.22   光学素子 16     第1表面 18     第2非球面表面 RA      回転軸 OA       光軸
Fig. 1 is a schematic perspective view showing the overall characteristics of the optical element of the present invention, Fig. 2 is a schematic perspective view of a pair of optical elements of the present invention, and Fig. 3 shows a novel surface of the optical element of the present invention. FIG. 4 is a perspective view of the coordinate system used for the explanation, showing the element pair of the present invention on the upper side and the rotationally symmetrical refractive element pair simulated by the element pair of the present invention on the lower side. 5 is a schematic diagram of a graph of related parameters of a certain device, and FIGS. 6 to 11 are schematic sectional views of an optical device implementing the present invention. [Explanation of reference symbols] 20.22 Optical element 16 First surface 18 Second aspheric surface RA Rotation axis OA Optical axis

Claims (38)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光軸に沿つて配置された少なくとも1つの透明な
素子を有する解析関数で表わされた形を有する光学部品
であつて、前記素子は少なくとも回転表面の一部分であ
る予め定められた形をした第1表面を1つの側面上に有
し、かつ非回転対称なそして数学的に少なくとも4次の
ゼロでない項を有する予め選定された多項式によつて記
述される第2非球面表面を他の側面上に有し、前記素子
が前記光軸とは異なる回転軸のまわりに回転することに
より前記素子が前記光軸に相対的に一般に横方向に変位
できるように前記素子の前記第1表面と前記第2表面は
構成され、そのさい、前記素子が前記光軸に対して相対
的に移動する時、前記素子の前記第2表面は前記部品の
一定の光学的性質に連続的な変化を与え、一方、前記素
子が前記光軸に相対的に移動する時、前記素子の前記第
1表面は光学的に不変のままであつて前記部品の光学的
性質に何等影響を与えないような解析関数で表わされた
形を有する光学部品。
(1) An optical component having a shape expressed by an analytical function having at least one transparent element arranged along an optical axis, the element having a predetermined shape that is at least a portion of a rotating surface. on one side, and a second aspherical surface that is non-rotationally symmetric and mathematically described by a preselected polynomial having a non-zero term of at least fourth order. the first surface of the element such that the element can be displaced generally laterally relative to the optical axis by rotation of the element about an axis of rotation different from the optical axis; and the second surface of the element is configured such that when the element moves relative to the optical axis, the second surface of the element causes a continuous change in an optical property of the component. and, while the first surface of the element remains optically unchanged when the element is moved relative to the optical axis and does not have any effect on the optical properties of the component. An optical component that has a shape expressed by a function.
(2)特許請求の範囲第1項において、前記第1表面が
平面である解析関数で表わされた形を有する光学部品。
(2) The optical component according to claim 1, which has a shape expressed by an analytical function in which the first surface is a plane.
(3)特許請求の範囲第1項において、前記回転軸が前
記光軸に平行であるが位置が異なる解析関数で表わされ
た形を有する光学部品。
(3) The optical component according to claim 1, wherein the rotation axis is parallel to the optical axis but has a shape expressed by an analytical function at a different position.
(4)特許請求の範囲第1項において、前記第2表面を
記述する前記多項式がデカルト座標でK_1を指定可能
な定数とし、 K_2=−(1/3a)K_1、K_3=−(1/a)
K_1として z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x
^3y+K_3xy^3で表わされる解析関数で表わさ
れた形を有する光学部品。
(4) In claim 1, the polynomial describing the second surface is a constant that can be specified by K_1 in Cartesian coordinates, K_2=-(1/3a)K_1, K_3=-(1/a )
As K_1, z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x
An optical component having a shape expressed by an analytical function expressed as ^3y+K_3xy^3.
(5)特許請求の範囲第1項において、前記第2表面を
記述する前記多項式がデカルト座標でK_1、K_2、
K_3およびK_4を指定可能な定数とし、K_5−2
K_4プラス便宜上ゼロと置かれる残留値として z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x
^3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2
y^2で表わされる解析関数で表わされた形を有する光
学部品。
(5) In claim 1, the polynomial describing the second surface is K_1, K_2 in Cartesian coordinates,
Let K_3 and K_4 be constants that can be specified, and K_5-2
K_4 plus the residual value, which is conveniently set as zero, z = K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x
^3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2
An optical component having a shape expressed by an analytical function expressed as y^2.
(6)光軸に沿つて縦に並んで配置された少なくとも1
対の透明な素子を有する解析関数で表わされた形を有す
る光学部品であつて、前記素子は少なくとも回転表面の
一部分である予め定められた形をもつた第1表面を1つ
の側面上に有し、かつ非回転対称なそして数学的に少な
くとも4次のゼロでない項を有する予め選定された多項
式によつて記述される第2非球面表面を他の側面上に有
し、前記素子の一方または両方が前記光軸とは異なる1
つまたは複数個の回転軸のまわりに回転することにより
前記素子が相対的に一般に横方向に変位できるように前
記素子の第1表面と前記第2表面が構成され、そのさい
、前記素子が相対的に移動する時前記素子の前記第2表
面が前記部品の一定の光学的性質に連続的な変化を与え
、一方、前記素子が相対的に移動する時前記素子の前記
第1表面が光学的に不変のままであつて前記部品の光学
的性質に何等影響を与えない解析関数で表わされた形を
有する光学部品。
(6) at least one arranged vertically along the optical axis;
An optical component having a shape described by an analytic function having a pair of transparent elements, the elements having a first surface having a predetermined shape, which is at least a portion of a rotating surface, on one side. and having on the other side a second aspherical surface that is rotationally symmetric and mathematically described by a preselected polynomial having non-zero terms of order at least fourth; or both are different from the optical axis 1
The first surface and the second surface of the element are configured such that the element can be displaced generally laterally relative to each other by rotation about one or more axes of rotation, wherein the element The second surface of the element imparts a continuous change to an optical property of the component when moving relative to the element, while the first surface of the element causes a continuous change in an optical property of the component when the element moves relatively. 1. An optical component having a shape expressed by an analytic function that remains unchanged and does not affect the optical properties of said component in any way.
(7)特許請求の範囲第6項において、前記第1表面が
平面である解析関数で表わされた形を有する光学部品。
(7) The optical component according to claim 6, which has a shape expressed by an analytical function in which the first surface is a plane.
(8)特許請求の範囲第6項において、1つまたは複数
個の前記回転軸が前記光軸に平行であるが位置が異なる
解析関数で表わされた形を有する光学部品。
(8) The optical component according to claim 6, wherein one or more of the rotation axes are parallel to the optical axis but have a shape expressed by an analytic function at different positions.
(9)特許請求の範囲第6項において、前記第2表面を
記述する前記多項式がデカルト座標でK_1を指定可能
な定数とし K_2=−(1/3a)K_1、K_3=−(1/a)
K_1として z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x
^3y+K_3xy^3で表わされる解析関数で表わさ
れた形を有する光学部品。
(9) In claim 6, the polynomial describing the second surface is a constant that can be specified by K_1 in Cartesian coordinates, K_2=-(1/3a)K_1, K_3=-(1/a)
As K_1, z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x
An optical component having a shape expressed by an analytical function expressed as ^3y+K_3xy^3.
(10)特許請求の範囲第6項において、前記第2表面
を記述する前記多項式がデカルト座標でK_1、K_2
、K_3およびK_4を指定可能な定数とし、K_5=
2K_4プラス便宜上ゼロと置かれる残留値として z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x
^3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2
y^2で表わされる解析関数で表わされた形を有する光
学部品。
(10) In claim 6, the polynomial describing the second surface is K_1, K_2 in Cartesian coordinates.
, K_3 and K_4 are constants that can be specified, and K_5=
2K_4 plus the residual value, which is conveniently set as zero, z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x
^3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2
An optical component having a shape expressed by an analytical function expressed as y^2.
(11)光軸に沿つて縦に並んで配置された複数個の透
明な素子を有する解析関数で表わされた形を有する光学
部品であつて、前記素子のうちの外側の素子の外側を向
いた側面のおのおのが少なくとも回転表面の一部分であ
る予め定められた形をもつた表面を有し、一方、前記外
側素子の内側を向いた側面と前記素子のうちの残りの素
子の対向している側面のおのおのが非回転対称なかつ数
学的に少なくとも4次のゼロでない項を有する予め選定
された多項式によつて記述される非球面表面を有し、前
記素子のうちの1つまたは複数個が前記光軸とは異なる
1つまたは複数個の回転軸のまわりに回転することによ
り前記素子が相対的に一般に横方向に変位することがで
きるように前記素子の前記表面が構成され、そのさい、
前記素子が相対的に移動する時前記素子の前記非回転対
称非球面が前記部品の一定の光学的性質に連続的な変化
を与え、一方、前記素子が相対的に移動する時前記外側
素子の前記外側表面が光学的に不変のままであつて前記
部品の光学的性質に何等影響を与えない解析関数で表わ
された形を有する光学部品。
(11) An optical component having a shape expressed by an analytical function including a plurality of transparent elements arranged vertically along the optical axis, the outer side of the outer element among the elements being each of the facing sides having a predetermined shaped surface that is at least a portion of the rotating surface, while the facing sides of the outer element and the opposing sides of the remaining elements of the elements one or more of said elements each having an aspherical surface that is non-rotationally symmetric and mathematically described by a preselected polynomial having non-zero terms of order at least fourth; the surface of the element is configured such that the element can be displaced generally laterally relative to the element by rotation about one or more rotational axes different from the optical axis;
The non-rotationally symmetric aspherical surface of the element imparts a continuous change in certain optical properties of the component when the elements move relative to each other, while the An optical component having a shape described by an analytic function in which the outer surface remains optically unchanged and does not have any influence on the optical properties of the component.
(12)特許請求の範囲第11項において、前記第1表
面が平面である解析関数で表わされた形を有する光学部
品。
(12) The optical component according to claim 11, which has a shape expressed by an analytical function in which the first surface is a plane.
(13)特許請求の範囲第11項において、1つまたは
複数個の前記回転軸が前記光軸に平行であるが位置が異
なる解析関数で表わされた形を有する光学部品。
(13) The optical component according to claim 11, wherein one or more of the rotational axes are parallel to the optical axis but have a shape expressed by an analytic function at different positions.
(14)特許請求の範囲第11項において、前記第2表
面を記述する前記多項式がデカルト座標でK_1を指定
可能な定数とし K_2=−(1/3a)K_1、K_3=−(1/a)
K_1として z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x
^3y+K_3xy^3で表わされる解析関数で表わさ
れた形を有する光学部品。
(14) In claim 11, the polynomial describing the second surface is a constant that can be specified by K_1 in Cartesian coordinates, K_2=-(1/3a)K_1, K_3=-(1/a)
As K_1, z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x
An optical component having a shape expressed by an analytical function expressed as ^3y+K_3xy^3.
(15)特許請求の範囲第11項において、前記第2表
面を記述する前記多項式がデカルト座標でK_1、K_
2、K_3およびK_4を指定可能な定数とし、K_5
=2K_4プラス便宜上ゼロと置かれる残留値としてz
=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x^
3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2y
^2で表わされる解析関数で表わされた形を有する光学
部品。
(15) In claim 11, the polynomial describing the second surface is K_1, K_1 in Cartesian coordinates.
2. Let K_3 and K_4 be constants that can be specified, and K_5
=2K_4 plus z as the residual value, which is conveniently set as zero
=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x^
3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2y
An optical component having a shape expressed by an analytical function expressed by ^2.
(16)光軸に沿つて配置された少なくとも1つの透明
な素子を有する解析関数で表わされた形を有する光学部
品をそなえた光学装置であつて、前記素子が少なくとも
回転表面の一部分である予め定められた形をもつた第1
表面を1つの側面上に有しかつ非回転対称なそして数学
的に少なくとも4次のゼロでない項を有する予め選定さ
れた多項式によつて記述される第2非球面表面を他の側
面上に有し、前記素子が前記光軸とは異なる回転軸のま
わりに回転することにより前記素子が前記光軸に対し相
対的に一般に横方向に変位することができるように前記
素子の前記第1表面および前記第2表面が構成され、そ
のさい、前記素子が前記光軸に対して相対的に移動する
時前記素子の前記第2表面が前記光学装置の一定の光学
的性質を連続的に変化を与え、一方、前記素子が前記光
軸に対して相対的に移動する時前記素子の前記第1表面
が光学的に不変のままであつて前記光学装置の光学的性
質に何等影響を与えない解析関数で表わされた形を有す
る光学部品をそなえた光学装置。
(16) An optical device comprising an optical component having a shape expressed by an analytical function and having at least one transparent element arranged along an optical axis, the element being at least a portion of a rotating surface. the first with a predetermined shape
a second aspherical surface on one side and a second aspherical surface that is non-rotationally symmetric and mathematically described by a preselected polynomial having a non-zero term of order at least fourth; the first surface of the element and the first surface of the element such that rotation of the element about a rotational axis different from the optical axis causes the element to be displaced generally laterally relative to the optical axis; the second surface is configured, wherein the second surface of the element continuously changes certain optical properties of the optical device as the element moves relative to the optical axis; , while the first surface of the element remains optically unchanged when the element moves relative to the optical axis, and has no effect on the optical properties of the optical device. An optical device equipped with an optical component having a shape represented by .
(17)特許請求の範囲第16項において、前記第1表
面が平面である光学装置。
(17) The optical device according to claim 16, wherein the first surface is a flat surface.
(18)特許請求の範囲第16項において、前記回転軸
が前記光軸に平行であるが位置が異なつている光学装置
(18) The optical device according to claim 16, wherein the rotation axis is parallel to the optical axis but at a different position.
(19)特許請求の範囲第16項において、前記第2表
面を表わす前記多項式がデカルト座標でK_1を指定可
能な定数とし K_2=−(1/3a)K_1、K_3=−(1/a)
K_1として z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x
^3y+K_3xy^3で表わされる光学装置。
(19) In claim 16, the polynomial representing the second surface is a Cartesian coordinate, and K_1 is a constant that can be specified, and K_2=-(1/3a)K_1, K_3=-(1/a)
As K_1, z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x
An optical device represented by ^3y+K_3xy^3.
(20)特許請求の範囲第16項において、前記第2表
面を表わす前記多項式がデカルト座標でK_1、K_2
、K_3およびK_4を指定可能な定数とし、K_3=
2K_4プラス便宜上ゼロと置かれる残留値として z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x
^3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2
y^2で表わされる光学装置。
(20) In claim 16, the polynomial representing the second surface is K_1, K_2 in Cartesian coordinates.
, K_3 and K_4 are constants that can be specified, and K_3=
2K_4 plus the residual value, which is conveniently set as zero, z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x
^3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2
Optical device represented by y^2.
(21)光軸に沿つて縦に並んで配置された少なくとも
1対の解析関数で表わされた形を有する光学部品をそな
えた光学装置であつて、前記解析関数で表わされた形を
有する光学部品のおのおのが前記光軸に沿つて配置され
た少なくとも1つの透明な素子を有し、前記素子のおの
おのが少なくとも回転表面の一部分である予め定められ
た形をもつた第1表面を1つの側面上に有しかつ非回転
対称なそして数学的に少なくとも4次のゼロでない項を
有する予め選定された多項式によつて記述される第2非
球面表面を他の表面上に有し、前記素子のうちの1つま
たは両方が前記光軸と異なる1つまたは複数個の回転軸
のまわりに回転することによつて前記素子が相対的に一
般に横方向に変位することができるように前記素子の前
記第1表面および前記第2表面が構成され、そのさい、
前記素子が相対的に移動する時前記素子の前記第2表面
が前記光学装置の一定の光学的性質に連続的に変化を与
え、一方、前記素子が相対的に移動する時前記素子の前
記第1表面が光学的に不変のままであつて前記光学的装
置の光学性質に何等影響を与えない少なくとも1対の解
析関数で表わされた形を有する光学部品をそなえた光学
装置。
(21) An optical device including an optical component having a shape expressed by at least one pair of analytic functions arranged vertically along the optical axis, the shape being expressed by the analytic functions. each of the optical components having at least one transparent element disposed along the optical axis, each of the elements having a first surface having a predetermined shape that is at least a portion of a rotating surface; a second aspheric surface on the other surface which is non-rotationally symmetric and mathematically described by a preselected polynomial having non-zero terms of order at least fourth; said elements such that said elements can be generally laterally displaced relative to each other by rotation of one or both of the elements about one or more rotational axes different from said optical axis; wherein the first surface and the second surface of the
The second surface of the element continuously changes certain optical properties of the optical device when the elements move relative to each other, while the second surface of the element continuously changes certain optical properties of the optical device when the elements move relative to each other. 1. An optical device comprising an optical component having a shape described by at least one pair of analytic functions, one surface of which remains optically unchanged and has no influence on the optical properties of said optical device.
(22)特許請求の範囲第21項において、前記第1表
面が平面である光学装置。
(22) The optical device according to claim 21, wherein the first surface is a flat surface.
(23)特許請求の範囲第21項において、1つまたは
複数個の前記回転軸が前記光軸に平行であるが位置が異
なる光学装置。
(23) The optical device according to claim 21, wherein one or more of the rotational axes are parallel to the optical axis but at different positions.
(24)特許請求の範囲第21項において、前記第2表
面を表わす前記多項式がデカルト座標でK_1を指定可
能な定数とし K_2−(1/3a)K_1、K_3=−(1/a)K
_1として z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x
^3y+K_3xy^3で表わされる光学装置。
(24) In claim 21, the polynomial representing the second surface is a constant that can be specified by K_1 in Cartesian coordinates, K_2-(1/3a)K_1, K_3=-(1/a)K
As _1, z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x
An optical device represented by ^3y+K_3xy^3.
(25)特許請求の範囲第21項において、前記第2表
面を表わす前記多項式がデカルト座標でK_1=K_2
、K_3およびK_4を指定可能な定数とし、K_5−
2K_4プラス便宜上ゼロと置かれる残留値として z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x
^3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2
y^2で表わされる光学装置。
(25) In claim 21, the polynomial representing the second surface is K_1=K_2 in Cartesian coordinates.
, K_3 and K_4 are constants that can be specified, and K_5−
2K_4 plus the residual value, which is conveniently set as zero, z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x
^3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2
Optical device represented by y^2.
(26)特許請求の範囲第21項において、前記光学装
置が前記光軸に沿つて配置されたおよび解析関数で表わ
された形を有する光学部品の前記対の前方に配置された
少なくとも1つの正の凸凹レンズ素子を有する光学装置
(26) In claim 21, the optical device includes at least one optical device disposed along the optical axis and disposed in front of the pair of optical components having a shape expressed by an analytic function. An optical device having a positive concave and convex lens element.
(27)特許請求の範囲第21項において、前記光学装
置が前記光軸に沿つて配置されたおよび解析関数で表わ
された形を有する光学部品の前記対の前方に配置された
1つの正のガラス凸凹レンズ素子を有する光学装置。
(27) In claim 21, the optical device includes one optical device disposed along the optical axis and in front of the pair of optical components having a shape expressed by an analytic function. An optical device having a glass concave and convex lens element.
(28)特許請求の範囲第21項において、すべての前
記解析関数で表わされた形を有する光学部品が1つの材
料でつくられている光学装置。
(28) The optical device according to claim 21, wherein all optical components having shapes expressed by the analytical functions are made of one material.
(29)特許請求の範囲第28項において、前記1つの
材料が光学的プラスチックである光学装置。
(29) The optical device according to claim 28, wherein the one material is an optical plastic.
(30)光軸に沿つて縦に並んで配置された複数個の透
明な素子を有する解析関数で表わされた形を有する光学
部品をそなえた光学装置であつて、前記素子のうちの外
側の素子の外側を向いた側面のおのおのが少なくとも回
転表面の一部分である予め定められた形をもつた表面を
有し一方前記外側素子の内側を向いた側面と前記素子の
うちの残りの素子の対向している側面のおのおのが回転
対称でなくそして数学的に少なくとも4次のゼロでない
項を有する予め選定された多項式によつて記述される非
球面表面を有し、1つまたは複数個の前記素子が前記光
軸とは異なる1つまたは複数個の回転軸のまわりに回転
することにより前記素子が相対的に一般に横方向に変位
することができるように前記素子の前記表面が構成され
、そのさい、前記素子が相対的に移動する時前記素子の
前記非回転対称非球面表面が前記光学装置の一定の光学
的性質に連続的な変化を与え、一方、前記素子が相対的
に移動する時、前記外側素子の前記外側表面が光学的に
不変のままであつて前記光学装置の光学的性質に何等影
響を与えない光学装置。
(30) An optical device comprising an optical component having a shape expressed by an analytical function including a plurality of transparent elements arranged vertically along the optical axis, the outer side of the elements being each of the outwardly facing sides of the elements has a predetermined shaped surface that is at least a portion of the rotating surface, while the inwardly facing sides of said outer element and the remaining elements of said elements Each of the opposing sides has an aspheric surface that is not rotationally symmetric and is mathematically described by a preselected polynomial having non-zero terms of order at least 4; the surface of the element is configured such that rotation of the element about one or more rotational axes different from the optical axis causes a relative generally lateral displacement of the element; the non-rotationally symmetric aspherical surface of the element imparts a continuous change to certain optical properties of the optical device when the element moves relative to each other; , an optical device in which the outer surface of the outer element remains optically unchanged and does not have any effect on the optical properties of the optical device.
(31)特許請求の範囲第30項において、前記第1表
面が平面である光学装置。
(31) The optical device according to claim 30, wherein the first surface is a flat surface.
(32)特許請求の範囲第30項において、1つまたは
複数個の前記回転軸が前記光軸に平行であるが位置が異
なる光学装置。
(32) The optical device according to claim 30, wherein one or more of the rotational axes are parallel to the optical axis but at different positions.
(33)特許請求の範囲第30項において、前記第2表
面を表わす前記多項式がデカルト座標でK_1を指定可
能な定数とし K_2=−(1/3a)−K_1、K_3=−(1/a
)K_1として z=K_1(xy^2+(1/3)−x^3)−K_2
x^3y+K_3y+K_3xy^3で表わされる光学
装置。
(33) In claim 30, the polynomial representing the second surface is a constant that can be specified by K_1 in Cartesian coordinates, K_2=-(1/3a)-K_1, K_3=-(1/a
)K_1 as z=K_1(xy^2+(1/3)-x^3)-K_2
An optical device represented by x^3y+K_3y+K_3xy^3.
(34)特許請求の範囲第30項において、前記第2表
面を表わす前記多項式がデカルト座標でK_1、K_2
、K_3およびK_4を指定可能な定数とし、K_5=
2K_4プラス便宜上ゼロと置かれる残留値として z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x
^3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2
y^2で表わされる光学装置。
(34) In claim 30, the polynomial representing the second surface is K_1, K_2 in Cartesian coordinates.
, K_3 and K_4 are constants that can be specified, and K_5=
2K_4 plus the residual value, which is conveniently set as zero, z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x
^3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2
Optical device represented by y^2.
(35)光軸に沿つて縦に並んで配置された複数個の透
明な素子を有する解析関数で表わされた形を有する光学
部品であつて、前記素子のうちの外側の素子のなかの1
つの素子の外側を向いた側面が少なくとも回転表面の一
部分である予め定められた形をもつた表面を有し一方残
りの外側素子の外側を向いた側面とこれらの前記外側素
子の内側を向いた側面と前記素子のうちの残りの素子の
対向する側面のおのおのが非回転対称なかつ数学的に少
なくとも4次のゼロでない項を有する予め選定された多
項式によつて記述される非球面表面を有し、1つまたは
複数個の前記素子が前記光軸とは異なる1つまたは複数
個の回転軸のまわりに回転することにより前記素子が相
対的に一般に横方向に変位することができるように前記
素子の前記表面が構成され、そのさい、前記素子が互い
に相対的に移動する時前記素子の前記非回転対称非球面
表面が前記部品の一定の光学的性質を連続的な変化を与
え、一方、前記素子が互いに相対的に移動する時前記1
つの外側素子の前記外側表面が光学的に不変のままであ
つて前記部品の光学的性質に何等影響を与えない解析関
数で表わされた形を有する光学部品。
(35) An optical component having a shape expressed by an analytical function including a plurality of transparent elements arranged vertically along the optical axis, wherein one of the outer elements of the elements is 1
the outwardly facing sides of one element having a predetermined shaped surface which is at least a portion of the rotating surface, while the outwardly facing sides of the remaining outer elements and the inwardly facing sides of these said outer elements; each of the side surfaces and the opposing side surfaces of the remaining elements of the elements has an aspherical surface that is non-rotationally symmetric and mathematically described by a preselected polynomial having a non-zero term of at least fourth order; , such that rotation of one or more of the elements about one or more rotational axes that are different from the optical axis allows the elements to be displaced generally laterally relative to each other. The surfaces of the elements are configured such that when the elements move relative to each other the non-rotationally symmetric aspherical surfaces of the elements impart a continuous change in certain optical properties of the parts; When the elements move relative to each other, the above 1
An optical component having a shape described by an analytic function in which said outer surfaces of two outer elements remain optically unchanged and have no influence on the optical properties of said component.
(36)特許請求の範囲第35項において、前記第1表
面が平面である解析関数で表わされた形を有する光学部
品。
(36) The optical component according to claim 35, which has a shape expressed by an analytical function in which the first surface is a plane.
(37)特許請求の範囲第35項において、前記第2表
面を表わす前記多項式がデカルト座標でK_1を指定可
能な定数とし K_2=−(1/3a)K_1、K_3=−(1/a)
K_1として z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x
^3y+K_3xy^3で表わされる解析関数で表わさ
れた形を有する光学部品。
(37) In claim 35, the polynomial representing the second surface is a constant that can be specified by K_1 in Cartesian coordinates, K_2=-(1/3a)K_1, K_3=-(1/a)
As K_1, z=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x
An optical component having a shape expressed by an analytical function expressed as ^3y+K_3xy^3.
(38)特許請求の範囲第35項において、前記第2表
面を表わす前記多項式がデカルト座標で、K_1、K_
2、K_3およびK_4を指定可能な定数とし、K_5
=2K_4プラス便宜上ゼロと置かれる残留値としてz
=K_1(xy^2+(1/3)x^3)−K_2x^
3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2y
^2で表わされる解析関数で表わされた形を有する光学
部品。
(38) In claim 35, the polynomial representing the second surface is in Cartesian coordinates, K_1, K_
2. Let K_3 and K_4 be constants that can be specified, and K_5
=2K_4 plus z as the residual value, which is conveniently set as zero
=K_1(xy^2+(1/3)x^3)-K_2x^
3y+K_3xy^3+K_4x^4+K_5x^2y
An optical component having a shape expressed by an analytical function expressed by ^2.
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