CN1182414C - 图像读取透镜以及使用该透镜的图像读取设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了亮图像读取透镜以及使用该透镜的图像读取设备。所述透镜能处理高分辨率并具有大的焦深和广角视场。所述透镜从物方开始连续地带有六个透镜即：新月形第一正透镜，其凸面朝向物方一侧；第二透镜，它的两个透镜表面都是凹面；第三透镜，它的两个透镜表面都是凸面；新月形第四透镜，其凹面朝向物方一侧；新月形第五负透镜，其凹面朝向物方一侧；以及，新月形第六负透镜，其凹面朝向物方一侧；并且，所述透镜满足预定的条件。

Description

图像读取透镜以及使用该透镜的图像读取设备

技术领域

本发明涉及图像读取透镜以及图像读取设备，该设备使用上述透镜并带有控制器电路，以便将读取部件的图像信息转换成输出信号，本发明特别适用于通过诸如线性传感器(CCD)之类的读取部件读取图像的图像信息的图像扫描仪或胶片扫描仪以及诸如数字复印机或多功能打印机之类的数字图像读取设备。

背景技术

图像扫描仪、胶片扫描仪或类似装置周知是用于将纸张图像或胶片上的图像信息读取成用于计算机的数字图像信息的设备。

就这种扫描仪设备信息使用的图像读取透镜而言，应能充分地校正变形和色差，并且，因模糊所导致的边缘光量的减少应是小的。还有，由于使用了读取图像的图像信息，所以，通常将图象横向放大倍数设置在约为-0.1至-1.2(约一对一的放大)的较低的放大倍数范围内。

此外，近年来，小型化的趋势业已发展起来了，从而，需要光学系统结构的小型化，所以，需要决定光学系统结构的投射透镜(图像读取透镜)有广角。

例如在日本专利申请公开11-190820号、日本专利申请公开2000-241701号、日本专利申请公开2000-249912号等中提出了多种这类图像读取透镜。

在上述日本专利申请公开11-190820号中，提出了一种包括四透镜结构的图像读取透镜，但是，由于是小的数量即4个透镜，所以，如果抑制像散差，则视场的曲率会变大，并且，依照该发明，校正球面变形以便保持从在轴到离轴的平衡，这已导致有这样的问题即：就高分辨率的图像读取设备来说，这种图像读取透镜在性能方面是不够的。

在日本专利申请公开2000-241701号提出的图像读取透镜中，透镜组件的数量增加至5个，从而能使视场曲率较低。

日本专利申请公开2000-249912号提出的图像读取透镜使用了奥索曼太式六透镜结构，以便使视场的曲率变小并使焦深更大。但是，这种透镜具有这样的问题即：弧矢图像视场曲率和子午图像视场的变化在视场中等角度处是沿相反方向的，并且，会产生相当的像散，这种透镜在性能不足以用于高分辨率的图像读取设备。还有，这种透镜的视场角与上述专利文件的透镜相比是窄的，从而会导致不足以小型化的问题。

近年来，还需要为获得较高图像质量的较高分辨率。

本发明的目的是提供一种亮图像读取透镜以及使用该透镜的图像读取设备，其中，适当地设定各透镜的透镜结构，以便应付高分辨率，并且，所述图像读取透镜具有大的焦深和广角视场。

本发明的另一个目的是提供一种六单元六透镜结构的亮图像读取透镜以及使用该透镜的图像读取设备，所述透镜具有与23°或更大的半角视场一样广的视角以及约为5的F序数(Fno)。

发明内容

本发明一个方面的图像读取透镜从物方开始连续地带有六个透镜即：新月形第一正透镜，其凸面朝向物方一侧；第二透镜，它的两个透镜表面都是凹面；第三透镜，它的两个透镜表面都是凸面；新月形第四透镜，其凹面朝向物方一侧；新月形第五负透镜，其凹面朝向物方一侧；以及，新月形第六负透镜，其凹面朝向物方一侧；并且，在从物方一侧数的第i个透镜的焦距被定义为fi、第四透镜的透镜厚度被定义为d8、第二透镜的图像一侧的透镜表面的曲率半径被定义为r4、第五透镜和第六透镜的组合焦距被定义为fn且整个系统的焦距被定义为f时，满足下列条件：

0.91＜f5/f6＜2.78

-0.27＜d8/fn＜-0.16

2.48＜r4/f＜10.75

在本发明的又一个方面中，所述图像读取透镜具有位于第二透镜与第三透镜之间的光阑。

在本发明的还一个方面中，在将第一至第四透镜的组合焦距定义为fp且将物方一侧和第六透镜的图像一侧的透镜表面的曲率半径定义为r12时，所述图像读取透镜满足下列条件：

-0.95＜fp/fn＜-0.71

-4.80＜(r12+r13)/(r12-r13)＜-2.75

2.26＜f/f3＜2.88

本发明再一个方面的图像读取设备使用了上述图像读取透镜，以便将图像的图像信息形成在读取装置的表面上。

附图说明

图1是本发明数值实施例1的透镜的剖面图；

图2示出了本发明数值实施例1的像差；

图3示出了本发明数值实施例2的像差；

图4示出了本发明数值实施例3的像差；

图5示出了本发明数值实施例4的像差；

图6示出了本发明数值实施例5的像差；

图7是在数字复印机的图像读取设备中使用本发明图像读取透镜时的主要部分的概略图。

具体实施方式

图1是图1是本发明后述数值实施例1的透镜的剖面图；图2、3、4、5和6示出了本发明后述数值实施例1至5的图像读取透镜的像差。

在透镜的剖面图中，左侧是放大的一侧(其上共轭点是长的一侧)和原始(物方)表面P一侧(其上设置要加以读取的图像的一侧)，右侧是还原侧(其上共轭点是短的一侧)和图像平面Q一侧(其上例如设置有作为光电转换部件的CCD的一侧)。字母C表示CCD的玻璃盖，字母H表示保护玻璃，它们均插在图像读取透镜与图像平面之间。

图1的数值实施例1的图像读取透镜从物方(原物)开始连续地包括六个透镜即：新月形第一正透镜G1，其凸面朝向物方一侧；第二透镜G2，它的两个表面都是凹面；第三透镜G3，它的两个表面都是凸面；新月形第四透镜G4，其凹面朝向物方一侧；新月形第五负透镜G5，其凹面朝向物方一侧；以及，新月形第六负透镜G6，其凹面朝向物方一侧。SP表示设置在第二透镜G2与第三透镜G3之间的光阑。

数值实施例2至5的每一个实施例中的图像读取透镜的透镜结构均与上述数值实施例1的结构相类似并且从物方(原物)开始连续地包括六个透镜即：新月形第一正透镜G1，其凸面朝向物方一侧；第二透镜G2，它的两个透镜表面都是凹面；第三透镜G 3，它的两个透镜表面都是凸面；新月形第四透镜G4，其凹面朝向物方一侧；新月形第五负透镜G5，其凹面朝向物方一侧；以及，新月形第六负透镜G6，其凹面朝向物方一侧。

如上所述，在本发明中，所述图像读取透镜具有有预定形状的电传式六单元六透镜结构，其部件设置成能满足以下条件表达式(1)至(3)。也就是说，在从物方一侧数的第i个透镜的焦距被定义为fi、第四透镜的透镜厚度被定义为d8、第二透镜的图像平面一侧的透镜表面的曲率半径被定义为r4、第五透镜和第六透镜的组合焦距被定义为fn且整个系统的焦距被定义为f时，所述部件满足下列条件：

0.91＜f5/f6＜2.78     ……(1)

-0.27＜d8/fn＜-0.16   ……(2)

2.48＜r4/f＜10.75     ……(3)

以下说明上述条件表达式的技术涵义。

条件表达式(1)涉及第五与第六透镜的焦距之比并用于保持视场曲率和慧形像差充分地平衡并使得它们有良好的状态。如果第六透镜的焦距变短而超出条件表达式(1)的上限值，则视场曲率会变得严重，视场曲率会在弧矢图像平面的视场的中间角处变大，并且，视场曲率会在视场的最大角附近变小。相反，在子午图像平面上，视场曲率会在视场的中间角处变小，并且，视场曲率会在视场的最大角附近变大。所以，在视场的整个角度上，弧矢图像平面和子午图像平面在任何点都变得不好，并且，焦深会变小，不能获得高分辨率，这是不好的。如果第五透镜的焦距变短而超出条件表达式(1)的下限值，则慧形像差会变得严重，不能获得高分辨率，这是不好的。

条件表达式(2)涉及第五透镜的透镜厚度与第五和第六透镜的组合焦距之比并用于校正变形及缩短物方表面至图像平面的距离，以便达到小型化。如果透镜的厚度变大而超出条件表达式(2)的上限值，并且，第五和第六透镜的组合光强变强，则摄远率的程度会变强，所以，能达到小型化，但变形会严重，这是不好的。如果透镜间隔离大，则透镜会变得笨重，这是不好的。如果第五和第六透镜的光强变得疏松而超过条件表达式(2)的下限值，则摄远率的程度会变弱，所以，不能达到小型化，这是不好的。

条件表达式(3)涉及第二透镜的出射表面一侧的曲率半径与整个系统的焦距之比并且用于充分地校正球面变形。如果将上述曲率半径设置成超出条件表达式(3)的上限值和下限值，则球面变形会变严重，并且，会难以保持整个视角的焦点位置的平衡。

还有，在本发明中，为了处理较高分辨率的透镜，应该满足下列条件表达式(4)至(6)中的至少一个：

-0.95＜fp/fn＜-0.71                  ……(4)

-4.80＜(r12+r13)/(r12-r13)＜-2.75    ……(5)

2.26＜f/f3＜2.88                     ……(6)

其中，fp表示第一透镜至第四透镜的组合焦距，r12和r13表示所述第六个透镜的物方一侧和图像平面一侧的透镜表面的曲率半径。

以下说明上述条件表达式(4)至(6)的技术涵义。

条件表达式(4)涉及第一透镜至第四透镜的组合焦距fp与第五透镜和第六透镜的组合焦距fn之比并主要用于获得较广的视角并充分校正慧形像差和扭曲。如果上述组合焦距之一变大而超出条件表达式(4)的上限值和下限值，则透镜不能彼此消除变形，而且，慧形像差和扭曲会变严重，仅能在狭窄的视角处获得良好的光学性能，这是不好的。

条件表达式(5)涉及第六透镜的形状。如果超过条件表达式(5)的上限值，则第六透镜的折射率会增加，折射率在第六透镜的物方表面一侧的透镜表面上的份额会变大，从而变形会变严重，这是不好的。如果超过条件表达式(5)的下限值，则第六透镜的两个透镜表面的曲率会彼此相接近，从而难以制造，这是不好的。

条件表达式(6)涉及第三透镜的折射率在整个系统的份额。如果第三透镜的折射率变强超过条件表达式(6)的上限值，则球面变形会变得严重，这是不好的。如果第三透镜的折射率变弱超过条件表达式(6)的下限值，则摄远率会变弱，难以小型化和有较广的视角，这是不好的。

在本发明中，最佳的是，上述条件表达式(1)至(6)的数值范围可设置成如下：

1.00＜f5/f6＜2.60                    ……(1a)

-0.25＜d8/fn＜-0.16                  ……(2a)

2.70＜r4/f＜10.00                    ……(3a)

-0.90＜fp/fn＜-0.75                  ……(4a)

-4.50＜(r12+r13)/(r12-r13)＜-3.00    ……(5a)

2.50＜f/f3＜2.70                     ……(6a)

在本发明中，若满足上述条件表达式(1)至(3)中的至少一个，就能获得预定的效果。

以下显示本发明数值实施例1至5。在数值实施例1至5中，ri表示从物方一侧开始的第i个表面的曲率半径，di表示从物方一侧开始的第i个表面与第(i+1)个表面之间的间隔，ni和vi分别表示从物方一侧开始的第i个透镜的材料的折射系数和色散系数。

非球面形状由下列表达式表示：

$X=\frac{(1/r)H^2}{1+\sqrt{(1-(1-(1+k){(H/r)}^2}}+{\mathrm{BH}}^4+{\mathrm{CH}}^6+{\mathrm{DH}}^8+{\mathrm{EH}}^{10}$

其中，光轴的方向是X轴，与光轴相垂直的方向是H轴，光线行进方向是正的，r是等轴曲率半径，B、C、D和E是非球面表面系数。

不对图像玻璃架(原物表面)与第一透镜之间的气隙进行说明。f表示整个系统的焦距，Fno表示图像距离为无穷远时的F数值，β表示成像放大倍数(图像读取放大倍数)，r14至r17表示玻璃盖C和保护玻璃H的的表面。还有，以下表1中示出了上述相应条件表达式与数值实施例中的数值之间的关系。

数值实施例1

f＝37.87   Fno＝5.50     β＝-0.189

r1＝       14.178        d1＝4.19   n1＝1.69680  v1＝55.5

r2＝       20.342        d2＝0.68

r3＝       -32.098       d3＝2.24   n2＝1.76182  v2＝26.5

r4＝       151.664       d4＝0.28

r5＝       stop          d5＝1.00

r6＝       23.004        d6＝6.20   n3＝1.77250  v3＝49.6

r7＝       -19.472       d7＝0.52

r8＝       -11.661       d8＝4.13   n4＝1.74077  v4＝27.8

r9＝       -13.398       d9＝5.13

r10＝      -11.155       d10＝1.49  n5＝1.62588  v5＝35.7

r11＝      -16.705       d11＝1.29

r12＝      -10.820       d12＝1.79  n6＝1.60342  v6＝38.0

r13＝      -19.652       d13＝2.30

r14＝      ∞            d14＝0.70  n7＝1.51633  v7＝64.1

r15＝      ∞            d15＝1.30

r16＝      ∞            d16＝0.70  n8＝1.51633  v8＝64.1

r17＝      ∞

数值实施例2

f＝39.62    Fno＝5.0    β＝-0.189

r1＝        16.424      d1＝5.07     n1＝1.69680    v1＝55.5

r2＝        27.592      d2＝0.57

r3＝        -31.720     d3＝1.79     n2＝1.76182    v2＝26.5

r4＝        158.255     d4＝0.64

r5＝        stop        d5＝1.20

r6＝        26.171      d6＝6.03     n3＝1.77250    v3＝49.6

r7＝        -20.554     d7＝0.54

r8＝        -11.801     d8＝3.47     n4＝1.74077    v4＝27.8

r9＝        -12.930     d9＝5.58

r10＝       -11.355     d10＝2.39    n5＝1.62588    v5＝35.7

r11＝       -18.700     d11＝1.17

r12＝       -11.860     d12＝1.82    n6＝1.62588    v6＝35.7

r13＝       -19.709     d13＝2.30

r14＝       ∞          d14＝0.70    n7＝1.51633    v7＝64.1

r15＝       ∞          d15＝1.30

r16＝       ∞          d16＝0.70    n8＝1.51633    v8＝64.1

r17＝       ∞

非球面表面

表面r12

k＝1.39997e-02 B＝-8.93844e-06 C＝9.02373e-08 D＝-3.17409e-09 E＝2.26440e-11

数值实施例3

f＝37.07    Fno＝4.99    β＝-0.189

r1＝        13.954       d1＝5 79     n1＝1.69680    v1＝55.5

r2＝        19.636       d2＝0 69

r3＝        -32.670      d3＝1.77     n2＝1.76182    v2＝26.5

r4＝        107.889      d4＝0.30

r5＝        stop         d5＝0.99

r6＝        22.718       d6＝5.93     n3＝1.77250    v3＝49.6

r7＝        -18.701      d7＝0.49

r8＝        -11.563      d8＝4.00     n4＝1.80518    v4＝25.4

r9＝        -13.383      d9＝4.53

r10＝       -10.656      d10＝1.24    n5＝1.60342    v5＝38.0

r11＝       -15.797      d11＝0.96

r12＝       -11.383      d12＝1.47    n6＝1.62588    v6＝35.7

r13＝       -19.209      d13＝2.30

r14＝       ∞           d14＝0.70    n7＝1.51633    v7＝64.1

r15＝       ∞           d15＝1.30

r16＝       ∞           d16＝0.70    n8＝1.51633    v8＝64.1

r17＝       ∞

数值实施例4

f＝37.73    Fno＝548     β＝-0.189

r1＝        15.228       d1＝4.60     n1＝1.69680    v1＝55.5

r2＝        22.436       d2＝0.69

r3＝        -34.673      d3＝3.00     n2＝1.76182    v2＝26.5

r4＝        104.232      d4＝0.30

r5＝        stop         d5＝1.00

r6＝        23.426       d6＝5.33     n3＝1.77250    v3＝49.6

r7＝        -19.261      d7＝0.44

r8＝        -11.557      d8＝4.44     n4＝1.74077    v4＝27.8

r9＝        -13.679      d9＝5.69

r10＝       -14.058      d10＝1.50    n5＝1.60342    v5＝38.0

r11＝       -19.517      d11＝1.76

r12＝       -10.343      d12＝1.80    n6＝1.61293    v6＝37.0

r13＝       -20.413      d13＝2.30

r14＝       ∞           d14＝1.00    n7＝1.51633    v7＝64.1

r15＝       ∞           d15＝1.30

r16＝       ∞           d16＝0.70    n8＝1.51633    v8＝64.1

r17＝       ∞

数值实施例5

f＝38.81    Fno＝5.60    β＝-0.189

r1＝        14.157       d1＝3.64     n1＝1.69680  v1＝55.5

r2＝        18.619       d2＝0.75

r3＝        -29.043      d3＝1.6      n2＝1.76182  v2＝26.5

r4＝        379.622      d4＝0.26

r5＝        stop         d5＝1.00

r6＝        22.934       d6＝6.27     n3＝1.77250  v3＝49.6

r7＝        -20.175      d7＝0.54

r8＝        -11.718      d8＝3.82     n4＝1.74077  v4＝27.8

r9＝        -13.902      d9＝6.88

r10＝       -10.644      d10＝1.36    n5＝1.62588  v5＝35.7

r11＝       -15.572      d11＝1.02

r12＝       -11.125      d12＝1.80    n6＝1.60342  v6＝38.0

r13＝       -17.734      d13＝2.30

r14＝       ∞           d14＝1.00    n7＝1.51633  v7＝64.1

r15＝       ∞           d15＝1.30

r16＝       ∞           d16＝0.70    n8＝1.51633  v8＝64.1

r17＝       ∞

                                 表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						条件表达式(1)	1.37	1.01	1.24	2.53	1.09
条件表达式(2)	-0.21	-0.22	-0.17	-0.22	-0.24
						条件表达式(3)	3.99	3.99	2.91	2.76	9.77
条件表达式(4)	-0.86	-0.84	-0.82	-0.85	-0.97
						条件表达式(5)	-3.45	-4.02	-3.91	-3.05	-4.37
条件表达式(6)	2.61	2.51	2.62	2.61	2.62

[图像读取设备]

图7是将数值实施例1至5中任何一个的图像读取透镜应用于数字复印机或类似设备的图像读取设备时的主要部分的概略图。

在图7中，标号72表示图像玻璃架，图像(原物)71放置在该玻璃架表面上。标号81表示滑架，其中成整体包含有发光光源74、反射器73、多个反射镜75、76、77、78、图像读取透镜79以及读取装置(线性传感器)80，以下将对它们进行说明，滑架81因诸如辅扫描电机之类的驱动装置而沿次扫描方向(图7中箭头A方向)进行扫描并读取图像71的图像信息。发光光源4包括例如荧光灯、卤素灯或类似的灯。反射器73反射来自发光光源74的光束并有效地照射图像。第一、第二、第三和第四反射镜75、76、77和78使来自图像71的光束的光路在滑架81的内部弯曲。图像读取透镜79是上述数值实施例1至5中任何一个所示的图像读取透镜并根据要映像到读取装置80的表面上的图像71的图像信息产生光束。读取装置80包括线性传感器(CCD)。标号82表示主体，标号83表示压板。

在图7中，发射自发光光源74的光束直接或借助反射器73照射图像71，从图像71所反射的光线在光路上借助第一、第二、第三和第四反射镜75、76、77和78在滑架81的内部弯曲并通过图像读取透镜79成像到CCD80的表面上。滑架81因辅扫描电机沿箭头A方向(次扫描方向)移动，从而读取图像71的图像信息。

尽管在本发明中本发明的图像读取透镜应用于数字复印机的图像读取设备，但这并不是限制性的，本发明的图像读取透镜当然还可以应用于诸如图像扫描仪和胶片扫描仪之类的多种图像读取设备。

依照本发明，如前所述，适当地设置图像读取透镜的各透镜的透镜结构并满足各条件表达式，从而，能获得一种小型且明亮的能按非常高的分辨率的进行读取的图像读取透镜以及使用该透镜的图像读取设备。

Claims (4)

1、一种图像读取透镜，它从物方开始连续地具有六个透镜，即：新月形第一正透镜，其凸面朝向物方一侧；第二透镜，它的两个透镜表面都是凹面；第三透镜，它的两个透镜表面都是凸面；新月形第四透镜，其凹面朝向物方一侧；新月形第五负透镜，其凹面朝向物方一侧；以及，新月形第六负透镜，其凹面朝向物方一侧；所述图像读取透镜的特征在于，在从物方一侧数的第i个透镜的焦距被定义为fi、第四透镜的透镜厚度被定义为d8、第二透镜的图像一侧的透镜表面的曲率半径被定义为r4、第五透镜和第六透镜的组合焦距被定义为fn，且整个系统的焦距被定义为f时，满足下列条件：

0.91＜f5/f6＜2.78

-0.27＜d8/fn＜-0.16

2.48＜r4/f＜10.75

2、如权利要求1的图像读取透镜，其特征在于，具有位于第二透镜与第三透镜之间的光阑。

3、如权利要求1的图像读取透镜，其特征在于，在将第一至第四透镜的组合焦距定义为fp，且将第六透镜的物方一侧和图像一侧的透镜表面的曲率半径分别定义为r12和r13时，满足下列条件：

-0.95＜fp/fn＜-0.71

-4.80＜(r12+r13)/(r12-r13)＜-2.75

2.26＜f/f3＜2.88

4、一种图像读取设备，其特征在于：具有如权利要求1至3中任何一个的图像读取透镜；读取装置，通过该装置可用上述图像读取透镜将图像的图像信息形成在读取表面上；以及，控制电路，它用于将所述读取装置的图像信息转换成输出信号。

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