JP4305790B2

JP4305790B2 - 画像読取用レンズおよび画像読取装置

Info

Publication number: JP4305790B2
Application number: JP05403599A
Authority: JP
Inventors: 涼子大友
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2019-03-02
Also published as: JP2000249914A; US6288850B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ファクシミリやイメージスキャナ等の画像読取装置、およびその光学系として用いられる画像読取用レンズに関するものであり、特に画像縮小用もしくは画像拡大用の画像読取用レンズおよびそれを用いた画像読取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原稿画像をＣＣＤ等の撮像素子に縮小もしくは拡大して結像させるタイプのファクシミリやイメージスキャナ等に用いられる画像読取用の結像レンズは、使用される結像倍率において高い解像力を持っていること、周辺光量が多いこと、歪曲収差は小さいことが基本的に要求されているが、その他に、近年の光学装置全体のコンパクト化および低コスト化の要求に伴い、そのサイズをコンパクトなものとし、製造コストを安価なものとすることも求められている。
【０００３】
このような要求に対応し得る結像レンズとして、特開平9-101452号公報に示された４枚構成の結像レンズが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この公報記載の４枚構成の結像レンズは、広い角度にわたって読取画像の品質を良好とし得るが、複写機用のラインセンサ等に使用する場合は読取スピードの高速化の要請から、より明るい画像読取用レンズが望まれていた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、レンズ枚数が４枚で構成され、広画角とすることができる上、安価で読取画像の品質が良好な明るい画像読取用レンズおよびこれを用いた画像読取装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像読取用レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第１レンズと、両凹レンズからなる第２レンズと、両凸レンズからなる第３レンズと、結像面側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第４レンズを配列されてなり、前記第１レンズおよび前記第３レンズの少なくとも一方の両面が非球面とされ、前記第２レンズと前記第３レンズとの間に絞りが配され、以下の条件を満足するように構成されてなることを特徴とするものである。
(1) 1.38 ＜ｆ ( 1／Ｒ ₉ −1／Ｒ ₈ ) ＜ 2.38
(2) 0.28 ＜Ｒ ₁ ／ｆ＜ 0.58
(3) 0.23 ＜Ｄ ₇ ／ｆ＜ 0.46
(4) 0.71 ＜｜Ｄ ₄ ×ｆ ₂ ｜／ｆ≦ 1.416
(5) 1.14 ＜｜Ｎ ₄ ×ｆ ₄ ｜／ｆ＜ 1.90
但し、ｆ：レンズ全系の合成焦点距離
ｆ ₂ ：第２レンズの焦点距離
ｆ ₄ ：第４レンズの焦点距離
Ｒ _i ：第i面の曲率半径
Ｄ _i ：第i面と第i+1面の間隔
Ｎ ₄ ：第４レンズのｅ線に対する屈折率
【０００７】
また、本発明の画像読取用レンズは、以下の条件を満足するように構成することが好ましい。
【０００８】
(5´) 1.14 ＜｜Ｎ ₄ ×ｆ ₄ ｜／ｆ≦ 1.448
【０００９】
また、本発明の画像読取装置は、上記画像読取用レンズを用いたことを特徴とするものである。
【００１０】
なお、本発明の画像読取用レンズは、上述した如く物体側から第１，２，３，４レンズをこの順に配設すれば画像縮小用レンズとして使用し得るが、このレンズ系全体をそのままの状態で方向を逆にし、結像面側から第１，２，３，４レンズをこの順に配設すれば画像拡大用レンズとして使用し得る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
図１１に示すように、本発明に係る画像読取用の結像レンズ（画像読取用レンズ）１は、ファクシミリやイメージスキャナ等の画像読取装置２の光学系に用いられるものである。この画像読取装置２は、原稿３を載置するガラス板４と、ライン状ＣＣＤ５のカバーガラス６との間に結像レンズ１を配置し、ガラス板４の結像レンズ側に照明装置７を配置してなる。
【００１３】
この画像読取装置２では、照明装置７から原稿３に向かって光を当てると、原稿３により反射された光束が結像レンズ１により結像し、ライン状ＣＣＤ５により読み取られる。
【００１４】
ここで、図１は実施例１，２のレンズ基本構成を示すものであり、図２は実施例３，４のレンズ基本構成を示すものである。
【００１５】
図１，２に示すように、これらの実施例に係る画像読取用の結像レンズ（読取用レンズ）は、４枚のレンズＬ₁ 〜Ｌ₄ により構成され、絞りｉが第２レンズＬ₂と第３レンズＬ₃ との間に配設されてなるもので、物体側から光軸Ｘに沿って入射した光束は結像位置Ｐに結像される。
【００１６】
ここで第１レンズＬ₁ は物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ、第２レンズＬ₂ は強い曲率の面を結像面側に向けた両凹レンズ、第３レンズＬ₃ は両凸レンズ、第４レンズＬ₄ は結像面側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである。
【００１７】
また、これらのレンズは以下の条件式を満足する。
【００１８】
(1) 1.38 ＜ｆ ( 1／Ｒ₉ −1／Ｒ₈ ) ＜ 2.38
(2) 0.28 ＜Ｒ₁ ／ｆ＜ 0.58
(3) 0.23 ＜Ｄ₇ ／ｆ＜ 0.46
(4) 0.71 ＜｜Ｄ₄ ×ｆ₂ ｜／ｆ≦ 1.416
(5) 1.14 ＜｜Ｎ₄ ×ｆ₄ ｜／ｆ＜ 1.90
但し、ｆ：レンズ全系の合成焦点距離
ｆ₂ ：第２レンズの焦点距離
ｆ₄ ：第４レンズの焦点距離
Ｒ_i ：第i面の曲率半径
Ｄ_i ：第i面と第i+1面の間隔
Ｎ₄ ：第４レンズのｅ線に対する屈折率
【００１９】
上記画像読取用レンズによれば、物体側から順に正の第１レンズＬ₁ 、負の第２レンズＬ₂ 、正の第３レンズＬ₃ および負の第４レンズＬ₄ を配設しており、第１と第２のレンズのペアと第３と第４のレンズのペアが各々正負のペアで形成されているため、前側のレンズで発生した収差が大きくならないうちに、後側のレンズで補正されるので収差の補正を効率よく行なうことができる。
【００２０】
さらに、第１レンズＬ₁ および第３レンズＬ₃ の少なくとも一方の１面以上を非球面とすることで球面収差を良好に補正し、明るいレンズとすることができる。
【００２１】
次に、上記条件式（１）〜（５）の技術的意義について説明する。
【００２２】
上記条件式（１）はレンズ全系の合成焦点距離ｆに対する、第４レンズＬ₄ の両面の曲率の差１／Ｒ₉ − １／Ｒ₈ を規定する条件式である。
【００２３】
この条件式（１）において、１／Ｒ₉ − １／Ｒ₈ の値が下限を超えると歪曲収差が増大する。また、１／Ｒ₉ − １／Ｒ₈ の値が上限および下限を超えるとコマ収差を良好に補正することが困難となる。
【００２４】
したがって、この条件式（１）を満足することで歪曲収差およびコマ収差を良好とすることができる。
【００２５】
上記条件式（２）は、レンズ全系の合成焦点距離ｆに対する第１レンズＬ₁ の第１面の曲率半径Ｒ₁ の比Ｒ₁ ／ｆを規定する、第１レンズＬ₁ のパワーに関する条件式である。
【００２６】
また、上記条件式（３）はレンズ全系の合成焦点距離ｆに対する、第３レンズＬ₃ と第４レンズＬ₄ の間隔Ｄ₇ の比Ｄ₇ ／ｆを規定する条件式である。
【００２７】
この条件式（２），（３）において、Ｒ₁ ／ｆの値あるいはＤ₇ ／ｆの値が上限を超えると収差補正上は有利であるが、レンズ全長が大きくなり、レンズ系のコンパクト化という要請に反する。一方、Ｒ₁ ／ｆの値あるいはＤ₇ ／ｆの値が下限を超えると像面のレンズ側への倒れが大きくなり、非点収差が増大する。
【００２８】
したがって、この条件式（２）および（３）を満足することで非点収差を良好なものとしつつ、レンズ系をコンパクトなものとすることができる。
【００２９】
条件式（４）はレンズ全系の合成焦点距離ｆに対する、第２レンズＬ₂ の絞りｉまでの距離Ｄ₄ と焦点距離ｆ₂ の積の比｜Ｄ₄ ×ｆ₂ ｜／ｆを規定するものである。
【００３０】
この条件式（４）において、｜Ｄ₄ ×ｆ₂ ｜／ｆの値が上限を超えるとコマ収差の補正が困難となる。一方、｜Ｄ₄ ×ｆ₂ ｜／ｆの値が下限を越えると収差補正には有利であるが、絞りｉが第２レンズＬ₂ に近付きすぎてしまい、実際上絞りｉを設けることができなくなる。
【００３１】
したがって、この条件式（４）を満足することでコマ収差の補正を良好とすることができる。
【００３２】
条件式（５）はレンズ全系の合成焦点距離ｆに対する、第４レンズＬ₄ の屈折率Ｎ₄ と焦点距離ｆ₄ の積の比｜Ｎ₄ ×ｆ₄ ｜／ｆを規定するものである。
【００３３】
この条件式（５）において、｜Ｎ₄ ×ｆ₄ ｜／ｆの値が上限を超えると歪曲収差が大きくなる。また、｜Ｎ₄ ×ｆ₄ ｜／ｆの値が上限および下限を超えるとコマ収差の補正が困難となる。
【００３４】
したがって、この条件式（５）を満足することで歪曲収差およびコマ収差の補正を良好とすることができる。
【００３５】
以下、実施例１〜４の各々について具体的数値を用いて説明する。
【００３６】
＜実施例１＞
この実施例１における各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎおよび各レンズのアッベ数ν を下記表１の上段に示す。
【００３７】
ただし、この表１および後述する表２〜８において、記号Ｒ，Ｄ，Ｎ，ν に対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。
【００３８】
なお、表１の中段に、この実施例１の画像読取用レンズにおける、レンズ系全体の焦点距離ｆ、Ｆ数、半画角ωおよび結像倍率ｍの値を示す。
【００３９】
さらに、表１の下段に、この実施例１の上記条件式（１）〜（５）に対応する数値を示す。
【００４０】
また、表１中の面ナンバーの左側に＊が付された面は非球面とされており、下記式（Ａ）で表される非球面形状となっている。
【００４１】
【数１】

ただし、Ｘ：光軸からの高さｈの非球面上の点より、非球面頂点の接平面
（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）
Ｃ：非球面の近軸曲率（１／Ｒ）
ｈ：光軸からの高さ（ｍｍ）
Ｋ：離心率
ａ₄ 、ａ₆ 、ａ₈ 、ａ₁₀：第４，６，８，１０次の非球面係数
【００４２】
下記表２に、上記式（Ａ）に示される非球面の各定数Ｋ、ａ₄ 、ａ₆ 、ａ₈ 、ａ₁₀の値を示す。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【表２】

【００４５】
表１から明らかなように、実施例１では各条件式（１）〜（５）が全て満足されている。また、画角の広さおよび明るさも画像読取用レンズとして十分なものとされている。
【００４６】
＜実施例２＞
この実施例２における各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎおよび各レンズのアッベ数νを下記表３の上段に示す。
【００４７】
なお、表３の中段に、この実施例２の画像読取用レンズにおける、レンズ系全体の焦点距離ｆ、Ｆ数、半画角ωおよび結像倍率ｍの値を示す。
【００４８】
さらに、表３の下段に、この実施例２の上記条件式（１）〜（５）に対応する数値を示す。
【００４９】
また、表３中の面ナンバーの左側に＊が付された面は非球面とされており、上記式（Ａ）で表される非球面形状となっている。
【００５０】
下記表４に、上記式（Ａ）に示される非球面の各定数Ｋ、ａ₄ 、ａ₆ 、ａ₈ 、ａ₁₀ の値を示す。
【００５１】
【表３】

【００５２】
【表４】

【００５３】
表３から明らかなように、実施例２では各条件式（１）〜（５）が全て満足されている。また、画角の広さおよび明るさも画像読取用レンズとして十分なものとされている。
【００５４】
＜実施例３＞
この実施例３における各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎおよび各レンズのアッベ数νを下記表５の上段に示す。
【００５５】
なお、表５の中段に、この実施例３の画像読取用レンズにおける、レンズ系全体の焦点距離ｆ、Ｆ数、半画角ωおよび結像倍率ｍの値を示す。
【００５６】
さらに、表５の下段に、この実施例３の上記条件式（１）〜（５）に対応する数値を示す。
【００５７】
また、表５中の面ナンバーの左側に＊が付された面は非球面とされており、上記式（Ａ）で表される非球面形状となっている。
【００５８】
下記表６に、上記式（Ａ）に示される非球面の各定数Ｋ、ａ₄ 、ａ₆ 、ａ₈ 、ａ₁₀ の値を示す。
【００５９】
【表５】

【００６０】
【表６】

【００６１】
表５から明らかなように、実施例３では各条件式（１）〜（５）が全て満足されている。また、画角の広さおよび明るさも画像読取用レンズとして十分なものとされている。
【００６２】
＜実施例４＞
この実施例４における各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎおよび各レンズのアッベ数νを下記表７の上段に示す。
【００６３】
なお、表７の中段に、この実施例４の画像読取用レンズにおける、レンズ系全体の焦点距離ｆ、Ｆ数、半画角ωおよび結像倍率ｍの値を示す。
【００６４】
さらに、表７の下段に、この実施例４の上記条件式（１）〜（５）に対応する数値を示す。
【００６５】
また、表７中の面ナンバーの左側に＊が付された面は非球面とされており、上記式（Ａ）で表される非球面形状となっている。
【００６６】
下記表８に、上記式（Ａ）に示される非球面の各定数Ｋ、ａ₄ 、ａ₆ 、ａ₈ 、ａ₁₀ の値を示す。
【００６７】
【表７】

【００６８】
【表８】

【００６９】
表７から明らかなように、実施例４では各条件式（１）〜（５）が全て満足されている。また、画角の広さおよび明るさも画像読取用レンズとして十分なものとされている。
【００７０】
また、実施例１〜４に対応させてその各収差図（球面収差、非点収差、ディストーションの収差図）を各々図３，５，７，９に示す。なお、この収差図においてωは半画角を示す。また、上記実施例１〜４に対応させてそのコマ収差を表す収差図を各々図４，６，８，１０に示す。
【００７１】
これら図３〜１０から明らかなように、上述した各実施例によれば、前述した各収差を全て良好なものとすることができる。
【００７２】
また、各球面収差図においてはｅ線、ｇ線およびＣ線に対する収差が示されている。さらに、各非点収差図には、サジタル（Ｓ）像面およびタンジェンシャル（Ｔ）像面に対する収差が示されている。
【００７３】
なお、本発明の画像読取用レンズとしては、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径Ｒおよびレンズ間隔（もしくはレンズ厚）Ｄを適宜変更することが可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像読取用レンズによれば、諸収差が劣化しないように配慮しながら、広画角となるような構成としているので、諸収差を良好に補正しつつ広画角化を図ることができる。また、この画像読取用レンズでは、明るいレンズ系とすることも可能となる。
【００７５】
また、本発明の画像読取用レンズを用いた画像読取装置によれば、広い角度にわたって読取画像の品質を良好とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１，２に係るレンズ基本構成を示す概略図
【図２】本発明の実施例３，４に係るレンズ基本構成を示す概略図
【図３】実施例１に係るレンズの各収差図（球面収差、非点収差、ディストーション）
【図４】実施例１に係るレンズの収差図（コマ収差）
【図５】実施例２に係るレンズの各収差図（球面収差、非点収差、ディストーション）
【図６】実施例２に係るレンズの収差図（コマ収差）
【図７】実施例３に係るレンズの各収差図（球面収差、非点収差、ディストーション）
【図８】実施例３に係るレンズの収差図（コマ収差）
【図９】実施例４に係るレンズの各収差図（球面収差、非点収差、ディストーション）
【図１０】実施例４に係るレンズの収差図（コマ収差）
【図１１】本発明の実施形態に係る画像読取装置を示す概略図
【符号の説明】
Ｌ₁ 〜Ｌ₄ レンズ
Ｒ₁ 〜Ｒ₉ レンズ面の曲率半径
Ｄ₁ 〜Ｄ₈ レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ光軸
Ｐ結像位置
ｉ絞り
１結像レンズ（画像読取用レンズ）
２画像読取装置
３原稿
４ガラス板
５ライン状ＣＣＤ
７照明装置

Claims

物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第１レンズと、両凹レンズからなる第２レンズと、両凸レンズからなる第３レンズと、結像面側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第４レンズを配列されてなり、前記第１レンズおよび前記第３レンズの少なくとも一方の両面が非球面とされ、前記第２レンズと前記第３レンズとの間に絞りが配され、以下の条件を満足するように構成されてなることを特徴とする画像読取用レンズ。
(1) 1.38 ＜ｆ ( 1／Ｒ ₉ −1／Ｒ ₈ ) ＜ 2.38
(2) 0.28 ＜Ｒ ₁ ／ｆ＜ 0.58
(3) 0.23 ＜Ｄ ₇ ／ｆ＜ 0.46
(4) 0.71 ＜｜Ｄ ₄ ×ｆ ₂ ｜／ｆ≦ 1.416
(5) 1.14 ＜｜Ｎ ₄ ×ｆ ₄ ｜／ｆ＜ 1.90
但し、ｆ：レンズ全系の合成焦点距離
ｆ ₂ ：第２レンズの焦点距離
ｆ ₄ ：第４レンズの焦点距離
Ｒ _i ：第i面の曲率半径
Ｄ _i ：第i面と第i+1面の間隔
Ｎ ₄ ：第４レンズのｅ線に対する屈折率
以下の条件を満足するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の画像読取用レンズ。
(5´) 1.14 ＜｜Ｎ ₄ ×ｆ ₄ ｜／ｆ≦ 1.448
請求項１または２のうちいずれか１項記載の画像読取用レンズを用いたことを特徴とする画像読取装置。