DE69929269T2

DE69929269T2 - Abbildungsobjektiv und damit ausgestattetes Bildlesegerät

Info

Publication number: DE69929269T2
Application number: DE69929269T
Authority: DE
Inventors: c/o Canon Kabushiki Kaisha Tadao Hayashide; c/o Canon Kabushiki Kaisha Kazuyuki Kondo
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2006-08-17
Also published as: DE69929269T8; US6507444B2; EP0997759A3; EP0997759A2; JP3862446B2; EP0997759B1; JP2000171705A; DE69929269D1; US20020163739A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Abbildungsobjektive und eine ein solches Objektiv verwendende Bildlesevorrichtung, insbesondere Vorrichtungen, die in der Lage sind, ein Bild mit hoher Genauigkeit durch geeignetes Korrigieren von Bildfeldkrümmung, Astigmatismus etc. des Abbildungsobjektivs beim Lesen der Bildinformationen nach dem zeilensequentiellen Leseverfahren unter Einsatz eines Bildaufnahmeelements, beispielsweise eines CCD-Elements oder dergleichen zu lesen, wobei die Vorrichtungen zum Beispiel geeignet sind für Geräte wie Bildscanner, Kopiergeräte, Faksimileapparate und dergleichen.
Einschlägiger Stand der Technik
1 ist ein schematisches Diagramm eines Hauptbestandteils eines Beispiels, bei dem das herkömmliche Abbildungsobjektiv zum Lesen eines Bilds in einem Flachbett-Bildscanner verwendet wird.
Gemäß der Figur beleuchtet von einer Beleuchtungslichtquelle 701 abgegebenes Licht eine Vorlage 708 direkt oder über einen Reflektor 709, wobei ein optischer Weg des von der Vorlage 708 reflektierten Lichts abgelenkt wird durch einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten reflektierenden Spiegel 703a, 703b, 703c und 703d in einem Schlitten 706, und das reflektierte Licht auf eine Oberfläche eines linearen Bildsensors 705 (im folgenden als „CCD" bezeichnet), beispielsweise ein CCD-Bauelement (ladungsgekoppeltes Bauelement) oder dergleichen mit Hilfe des Abbildungsobjektivs 704 fokussiert wird. Der Schlitten 706 wird in Pfeilrichtung A (Nebenabtastrichtung) gemäß 1 mit Hilfe eines Nebenabtastmotors 707, um Bildinformation von der Vorlage 708 zu lesen. Der CCD 705 in dieser Figur setzt sich zusammen aus mehreren Empfangselementen, die in eindimensionaler Richtung (Hauptabtastrichtung) angeordnet sind.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau besteht die Notwendigkeit, die Baugröße des Schlittens 706 zu verringern, um die Baugröße des Bildscanners zu vermindern. Zum Vermindern der Baugröße des Schlittens 706 gibt es Verfahren zum Gering-Halten der optischen Weglänge beispielsweise durch Erhöhen der Anzahl reflektierender Spiegel oder durch mehrmaliges Reflektieren des Lichts mit Hilfe eines einzelnen reflektierenden Spiegels.
Diesen Verfahren haftet allerdings das Problem einer besonders ausgeprägten Kostensteigerung an, da der interne Aufbau des Schlittens 706 kompliziert wird, da besondere Montagegenauigkeit erforderlich ist. Die Anordnung besitzt ein weiteres Problem insofern, als sich die Abbildungsqualität im Verhältnis zur Oberflächengenauigkeit der reflektierenden Spiegel der Anzahl von Reflexionen vermindert, was abträglichen Einfluß auch auf das gelesene Bild hat.
Ein weiteres mögliches Verfahren besteht darin, Objekt-Bild-Entfernung dadurch zu verringern, daß man den Betrachtungswinkel und Bildfeldwinkel des Abbildungsobjektivs (des Abbildungssystems) 704 vergrößert. Es wurden bislang verschiedene Typen von Abbildungsobjektiven mit einem weiten Bildfeldwinkel vorgeschlagen, die mit einer praxistauglichen Anzahl von Linsen und in sphärischer Oberflächenform realisiert werden könnten. Allerdings besitzen sämtliche Lösungen eine Obergrenze von etwa 25° im halben Bildfeldwinkel, wodurch sich das Problem ergibt, daß die Einstellung eines breiteren Bildfeldwinkels mit einer erhöhten Bildfeldkrümmung und erhöhten Astigmatismus einhergeht, was der Erzielung einer angemessenen optischen Leistungsfähigkeit zuwiderläuft.
2 ist eine Objektiv-Schnittansicht für ein numerisches Beispiel A, welches im folgenden näher erläutert wird und sich auf ein herkömmliches Abbildungsobjektiv bezieht. 3 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels A zeigt, die im folgenden näher erläutert werden, und sich auf das in 2 gezeigte Abbildungsobjektiv beziehen. Das Abbildungsobjektiv nach 2 ist als Objektiv vom Telephototyp mit fünf Linsen aufgebaut, nämlich einer positiven ersten Linse 91, einer negativen zweiten Linse 92, einer Blende, einer positiven dritten Linse 93, einer negativen vierten Linse 94 und einer negativen fünften Linse 95, die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite (Vorlagenseite) her angeordnet sind. Das Abbildungsobjektiv in dieser Figur ist mit der Zielsetzung eines halben Bildfeldwinkels von 30° ausgebildet, allerdings wird bei größeren Bildfeldwinkeln als etwa 70 % in der Objekthöhe (nahe einem Bildfeldwinkel von 22°) der Astigmatismus größer, wie in dem in 3 gezeigten Aberrations-Diagramm dargestellt ist. Es ist schwierig, den Astigmatismus weiter zu korrigieren, während andere Aberrationen unterdrückt werden.
Es gab zahlreiche Vorschläge bezüglich Abbildungsobjektiven mit viel größeren Bildfeldwinkeln durch Einführen einer allgemeinen asphärischen Oberfläche mit rotationssymmetrischer Form bei dem oben beschriebenen Typ, um Wellenform-Aberration oder dergleichen zu korrigieren, es war allerdings nicht einfach, einen ausreichend großen Bildfeldwinkel zu realisieren, weil es bezüglich der Feldkrümmung, des Astigmatismus und dergleichen keine grundlegende Lösung gibt.
Ein Verfahren zum Korrigieren des Astigmatismus besteht beispielsweise darin, eine Bildlesevorrichtung so auszubilden, wie dies in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 5-14602 vorgeschlagen ist. In dieser Anmeldung wird der Astigmatismus dadurch korrigiert, daß man ein optisches Element mit einer rotations-asymmetrischen Brechkraft in den Normalen-Richtungen der optischen Achse in einem optischen Weg zwischen dem Abbildungssystem und der Bildleseeinrichtung einbringt. Dieses Verfahren ist wirksam bei der Korrektur des Astigmatismus, erfordert aber die Plazierung eines neuen optischen Elements in dem optischen Weg, wirft also Probleme in Form einer Vergrößerung der gesamten Apparatur und einer Verlängerung der Einstellvorgänge bei der Montage auf.
Die Vorrichtung kann bei sämtlichen Bildfeldwinkeln dadurch eine hohe Auflösung erhalten, daß man bei großen Bildfeldwinkeln eine Abschattung vorsieht, allerdings erfordert die Bildlesevorrichtung einen Aperturwirkungsgrad von 100 %. Daher kann auch diese Vorgehensweise das obige Ziel nicht erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Abbildungsobjektivs, welches in der Lage ist, eine hohe Abbildungsleistung bei kleinerer Anzahl von Linsen auch dann zu erreichen, wenn es um ultraweite Winkel geht, während gleichzeitig eine Korrektur der Bildfeldkrümmung, des Astigmatismus etc. erfolgt. Außerdem soll eine von einem solchen Abbildungsobjektiv Gebrauch machende Bildlesevorrichtung geschaffen werden. Erreicht werden diese Ziele durch das im Anspruch 1 angegebene Abbildungsobjektiv bzw. durch eine Bildlesevorrichtung gemäß Anspruch 13.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf Weiterentwicklungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteils der herkömmlichen Bildlesevorrichtung;
2 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines herkömmlichen numerischen Beispiels A;
3 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des herkömmlichen numerischen Beispiels A veranschaulicht;
4 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 1 der Erfindung;
5 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 1 der Erfindung veranschaulicht;
6 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 2 der Erfindung;
7 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 2 der Erfindung veranschaulicht;
8 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 3 der Erfindung;
9 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 3 der Erfindung veranschaulicht;
10 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 4 der Erfindung;
11 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 4 der Erfindung veranschaulicht;
12 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 5 der Erfindung;
13 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 5 der Erfindung veranschaulicht;
14 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 6 der Erfindung;
15 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 6 der Erfindung veranschaulicht;
16 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 7 der Erfindung;
17 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 7 der Erfindung veranschaulicht;
18 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 8 der Erfindung;
19 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 8 der Erfindung veranschaulicht;
20 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 9 der Erfindung;
21 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 9 der Erfindung veranschaulicht;
22 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 10 der Erfindung;
23 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 10 der Erfindung veranschaulicht;
24 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 11 der Erfindung;
25 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 11 der Erfindung veranschaulicht;
26 ist eine Objektiv-Schnittansicht eines numerischen Beispiels 12 der Erfindung;
27 ist ein Diagramm, welches verschiedene Aberrationen des numerischen Beispiels 12 der Erfindung veranschaulicht;
28 ist ein schematisches Diagramm eines Hauptteils zum Veranschaulichen eines Objektivaufbaus gemäß der Erfindung;
29 ist ein schematisches Diagramm eines Hauptteils zum Veranschaulichen der Form einer frei gekrümmten Oberfläche gemäß der Erfindung; und
30 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Hauptteils bei der Anwendung des Abbildungsobjektivs gemäß der Erfindung auf die Bildlesevorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 und 26 sind Objektiv-Schnittansichten der numerischen Beispiele 1 bis 12 der Erfindung, die im folgenden beschrieben werden, und 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25 und 27 sind die Aberrations-Diagramme der numerischen Beispiele 1 bis 12 gemäß der Erfindung, die im folgenden erläutert werden.
In den Objektiv-Schnittansichten, steht OL für das Abbildungsobjektiv zum Lesen eines Bilds, OB für die Vorlage (im folgenden „Objekt" bezeichnet), und IP für die Leseeinrichtung (im folgenden als „Bildebene" bezeichnet), hier beispielsweise in Form eines Zeilensensors (CCD) oder dergleichen.
Jedes der Abbildungsobjektive gemäß den 4, 6, 8, 10, 12, 14 und 16 ist vom Aufbau her als Telephototyp ausgebildet und besitzt fünf folgende Linsen: eine positive erste Linse 11 in Meniskus-Form mit zur Objektseite hin gewandten konvexer Linsenfläche, einer bikonkaven zweiten Linse 12, einer bikonvexen dritten Linse 13, einer vierten, positiven oder negativen Meniskus-Linse 14 mit konvexer Linsenfläche zur Seite der Bildebene hin, und einer fünften, negativen Meniskus-Linsenfläche mit konvexer Linsenfläche in Richtung der Seite der Bildebene, angeordnet in der genannten Reihenfolge von der Objektseite her.
Jede der Abbildungslinsen in den 18, 20, 22, 24 und 26 ist aufgebaut entsprechend dem Telephototyp mit vier Linsen, nämlich einer positiven ersten Linse 21 in Meniskus-Form mit einer konvexen Linsenfläche in Richtung der Objektseite, einer bikonkaven zweiten Linse 22, einer bikonvexen dritten Linse 23, und einer negativen vierten Linse 24 in Meniskus-Form mit konvexer Linsenfläche zur Seite der Bildebene hin, angeordnet in der genannten Reihenfolge von der Objektseite her.
Bei jedem der numerischen Beispiele 1 bis 12 befindet sich zwischen der zweiten und der dritten Linse eine Blende. Bei jedem der numerischen Beispiele 1 bis 12 beträgt der Apertur-Wirkungsgrad 100 %.
Erfindungsgemäß ist mindestens eine Linsenfläche, die nicht der Blende zugewandt ist, von den mehreren, das Abbildungsobjektiv bildenden Flächen eine Fläche mit einer Brechkraft, die in bezug auf die optische Achse rotations-asymmetrisch ist.
Die Linsenfläche mit der rotations-asymmetrischen Brechkraft ist eine Fläche mit rotations-asymmetrischer Form und ist so ausgebildet, daß sie integriert ist in eine Fläche einer Einzellinse des Abbildungsobjektivs.
Der Ausdruck „integriert in eine Fläche einer Einzellinse" besagt in erster Linie „hergestellt aus einem Linsenmaterial durch Schleifen, Spritzguß, Formen und dergleichen".
Die Fläche mit der rotations-asymmetrischen Brechkraft wird auch gebildet durch Hinzufügen eines Elements mit der rotations-asymmetrischen Form in bezug auf die optische Achse einer rotationssymmetrischen Fläche.
Der Begriff „gebildet durch Hinzufügen eines Elements zu der rotationssymmetrischen Fläche" bedeutet vornehmlich „hergestellt durch das Schablonenverfahren der dergleichen".
Beim numerischen Beispiel 1 ist ein Element 31 mit rotations-unsymmetrischer Form in bezug auf die optische Achse auf der objektseitigen Linsenoberfläche (der rotationssymmetrischen Fläche) R10 der fünften Linse 15 ausgebildet.
Beim numerischen Beispiel 2 ist ein Element 32 mit rotations-unsymmetrischer Form bezüglich der optischen Achse in der objektseitigen Linsenoberfläche (der rotationssymmetrischen Fläche) R10 der fünften Linse 15 ausgebildet.
Beim numerischen Beispiel 3 ist ein optisches Beugungselement 33 mit einer Brechkraft, die bezüglich der optischen Achse rotations-unsymmetrisch ist, der objektseitigen Linsenfläche (der rotationssymmetrischen Fläche) R10 der fünften Linse 15 hinzugefügt.
Beim numerischen Beispiel 4 ist das Element 31 mit rotations-unsymmetrischer Form bezüglich der optischen Achse in jeder der beiden Linsenflächen (der rotationssymmetrischen Flächen) R10, R11 der fünften Linse 15 ausgebildet.
Beim numerischen Beispiel 5 wird das Element 31 mit rotations-unsymmetrischer Form bezüglich der optischen Achse in der bildseitigen Linsenfläche (der rotationssymmetrischen Fläche) R11 der fünften Linse 15 ausgebildet.
Beim numerischen Beispiel 6 ist das Element 31 mit rotations-unsymmetrischer Form bezüglich der optischen Achse in der bildseitigen Linsenfläche (der rotationssymmetrischen Oberfläche) R9 der vierten Linse 14 ausgebildet.
Beim numerischen Beispiel 7 ist das Element 31 mit rotations-unsymmetrischer Form bezüglich der optischen Achse in der objektseitigen Linsenfläche (der rotationssymmetrischen Fläche) R3 der zweiten Linse 12 ausgebildet.
Beim numerischen Beispiel 8 ist das Element 31 mit rotations-unsymmetrischer Form bezüglich der optischen Achse in der bildseitigen Linsenfläche (der rotationssymmetrischen Oberfläche) R9 der vierten Linse 24 ausgebildet, und das Element 34 mit rotations-unsymmetrischer Form ist in der objektseitigen Linsenfläche (der rotationssymmetrischen Oberfläche) R8 ausgebildet.
Beim numerischen Beispiel 9 ist das Element 31 mit rotations-unsymmetrischer Form bezüglich der optischen Achse in den bildseitigen Linsenflächen (den rotationssymmetrischen Flächen) R7 und R9 von dritter Linse 23 bzw. vierter Linse 24 ausgebildet.
Beim numerischen Beispiel 10 ist das Element 31 mit rotations-unsymmetrischer Form bezüglich der optischen Achse in der objektseitigen Linsenoberfläche (der rotationssymmetrischen Fläche) R8 der vierten Linse 24 ausgebildet.
Beim numerischen Beispiel 11 ist das Element 31 der rotations-unsymmetrischen Form in bezug auf die optische Achse in der bildseitigen Linsenfläche (der rotationssymmetrischen Fläche) R7 der dritten Linse 23 ausgebildet.
Beim numerischen Beispiel 12 ist das Element 31 der rotations-unsymmetrischen Form in bezug auf die optische Achse in der objektseitigen Linsenfläche (der rotationssymmetrischen Fläche) R3 der zweiten Linse 22 ausgebildet.
Die „rotations-unsymmetrische" (oder rotations-asymmetrische) Linsenfläche wird im folgenden als eine „frei gekrümmte (Linsen-)Fläche" bezeichnet.
In den numerischen Beispielen 1 und 4 bis 12 wird die Form der frei gekrümmten Fläche 31 (die erzeugende Linienform X und die Meridianlinie S) im folgenden ausgedrückt durch die Gleichungen (1) und (2). Beim numerischen Beispiel 2 wird die Form (die erzeugende Linie X und der Meridian S) der objektseitigen frei gekrümmten Fläche 32 der fünften Linse 15 im folgenden durch die Gleichungen (1) und (3) beschrieben. Beim numerischen Beispiel 3 wird ein Phasen-Polynom für das optische Beugungselement 33, welches der objektseitigen Linsenfläche R10 der fünften Linse 15 hinzugefügt ist, im folgenden durch die Gleichung (4) ausgedrückt. Beim numerischen Beispiel 8 wird die Form der rotationssymmetrischen, asphärischen Fläche 34, die in der objektseitigen Linsenfläche R8 der vierten Linse 24 ausgebildet ist, im folgenden durch die Gleichung (5) ausgedrückt.
In jedem der numerischen Beispiele 1 und 4 bis 12 ist der Radius R der Krümmung der Erzeugungslinie der freien gekrümmten Fläche 31 angeglichen an den Radius einer Krümmung ihrer Meridianlinie auf der optischen Achse, und der Krümmungsradius r in Richtung der Meridianlinie wird so gestaltet, daß er von dem Radius R der Krümmung in Richtung der Erzeugungslinie mit Abstand von der optischen Achse variiert und sich davon unterscheidet. Diese Konfiguration der Linsenoberflächen ermöglicht es, die sagittale Bildoberfläche und die Meridian-Bildoberfläche unabhängig voneinander einzustellen, wodurch sich der Astigmatismus für sämtliche Blickwinkel korrigieren läßt.
Beim numerischen Beispiel 8 lassen sich die verschiedenen Aberrationen einschließlich Coma gut korrigieren durch Einfügen der rotationssymmetrischen, asphärischen Fläche an der Linsenfläche R8.
Der optische Grund dafür, daß die freie gekrümmte Fläche (oder das optische Beugungselement) in der nicht der Blende zugewandten Oberfläche gemäß der Erfindung ausgebildet ist, wird im folgenden anhand der 28 beschrieben.
In dieser Figur sind die Strahlen an den beiden Flächen 4b, 4c, die von den brechenden Flächen des Abbildungsobjektivs 4 der Blende 42 zugewandt sind, dick, und der Prozentsatz eines Überlappungsbereichs zwischen den auf der Achse liegenden Strahlen 36 und den am weitesten von der Achse entfernten Strahlen 37 ist dort groß. Damit wird es schwierig, die Aberrationen wie sphärische Aberration und Coma zu korrigieren. Insbesondere sind Strahlen im Bereich von bis zu 70 % des Abstands von der Mitte des am weitesten außen liegenden Umfangs der Strahlbündel (als 70 %-Strahlen bezeichnet) bezüglich der Abbildungsleistung dominant, und die oben angesprochene Korrektur wird dann besonders schwierig, wenn der Überlappungsbereich der 70 %-Strahlen der auf der Achse liegenden Strahlen 36 und der am weitesten von der Achse entfernten Strahlen 37 über 50 % der 70 %-Strahlen der auf der Achse befindlichen Strahlbündel 36 liegt. In diesem Fall ist es nicht möglich, ein Objektiv mit ausreichender optischer Leistungsfähigkeit zu entwerfen.
Die Abbildungsobjektive gemäß der vorliegenden Erfindung sind derart ausgestaltet, daß die Bildfeldkrümmung und der Astigmatismus gut korrigiert sind durch Vorsehen der freien gekrümmten Oberfläche an mindestens einer Fläche, die nicht der Blende zugewandt ist, bezogen auf die mehreren Flächen, die gemäß obiger Beschreibung das Abbildungsobjektiv bilden.
Insbesondere ist es im Rahmen der Erfindung eher bevorzugt, mindestens eine Fläche vorzusehen, bei der die Überlappungsfläche des Bereichs bis zu 70 % der Entfernung von jedem Zentrum der auf der Achse befindlichen Strahlen und der von der Achse am weitesten entfernten Strahlen am äußersten Umfang nicht mehr als 50 % der Fläche des Bereichs von bis zu 70 % des Abstands gegenüber der Mitte des äußersten Umfangs der auf der Achse liegenden Strahlen beträgt, bezogen auf die mehreren Flächen, die das Abbildungsobjektiv bilden, wobei die Brechkraft in bezug auf die optische Achse rotations-unsymmetrisch ist.
In den numerischen Beispielen 1 und 4 bis 12 ist die frei gekrümmte Fläche eine Fläche von rotations-unsymmetrischer Form mit einer rotationssymmetrischen Brechkraft auf der optischen Achse, die folglich eine hohe Auflösung auch bei kleinen Bildfeldwinkeln aufweist.
Die Form der obigen frei gekrümmten Linsenfläche wird anhand der 29 erläutert.
In dieser Figur gehen wir davon aus, daß eine Linsenfläche eines Teils mehrerer Flächen, die das Abbildungsobjektiv 4 bilden, eine frei gekrümmte Fläche 31 ist, daß der Ursprung definiert ist an dem Schnittpunkt der freien gekrümmten Fläche 31 mit der optischen Achse, daß x entlang der Richtung der optischen Achse verläuft, daß y entlang der Leserichtung der Leseeinrichtung (des CCD-Elements) 5 verläuft, und daß z rechtwinklig zur Richtung der optischen Achse x und zur Leserichtung y verläuft. R(y) steht für den Radius der lokalen Krümmung der freien gekrümmten Fläche 31 an einem gewissen Punkt in Leserichtung y im xy-Querschnitt (xy-Ebenel, und r(y) für den Radius der lokalen Krümmung dort in einer Richtung senkrecht zur xy-Ebene und normal zu der xy-Schnittform in Leserichtung y steht.
Wenn die Leserichtung y im Bereich von 0 (auf der Achse) zu einer Durchgangsstelle y' des am weitesten von der Achse entfernten Hauptstrahls 38 liegt, erfüllt das Abbildungsobjektiv folgende Bedingung: 0 ≤ |[R(y) – r(y)]/[fd(Nd – 1)]| ≤ 0,15 (a)wobei bedeuten

f_d:: Brennweite des Gesamtsystems des Abbildungsobjektivs auf der d-Linie, und
N_d:: Brechungsindex der Linse mit der darauf befindlichen freien gekrümmten Fläche an der d-Linie.

Die Gleichung (a) für die obige Bedingung dient zum guten Korrigieren der Bildfeldkrümmung, des Astigmatismus etc., um eine ausreichende Abbildungsleistung selbst bei ultraweiten Winkeln mit Hilfe der eine geringe Anzahl von Linsen enthaltenden Struktur zu erreichen. Jenseits der Bedingungsgleichung (a) kann der Astigmatismus nicht korrigiert werden, und es wird schwierig, die Bildfeldkrümmung und andere Aberrationen zu korrigieren, was ungünstig ist.
In dem Bereich der Leserichtung y von 0 bis zu der Durchgangsstelle y' des von der Achse am weitesten entfernten Hauptstrahls 38 erfüllt der obige Wert (y) folgende Bedingung: 0 ≠ |dR(y)/dy| (b)
Die obige Ungleichung (b) dient zur besseren Korrektur der Bildfeldkrümmung. Wenn die Ungleichung (b) nicht erfüllt ist, das heißt wenn 0 = |dR(y)/dy| im Bereich der Leserichtung y von 0 bis zu der Durchgangsstelle y' des am weitesten von der Achse entfernten Hauptstrahls 38, kommt es zu einer Aberration höherer Ordnung in der Krümmung des meridionalen Bildfeldes, und es wird schwierig, die Aberration zu korrigieren. Die Ungleichung (b) bedeutet, daß es keinen Wendepunkt gibt.
Durch Gleichsetzung der obigen Werte R(y) und r(y) auf der optischen Achse, das heißt durch Setzen von R(0) = r(0), wird die Abbildungsleistung auf der optischen Achse groß gehalten.
Beim numerischen Beispiel 1 wird die freie gekrümmte Linsenfläche in die objektseitige Fläche R10 der fünften Linse 15 gelegt, deren andere Fläche R11 jedoch sphärisch ist. Diese fünfte Linse 15 kann durch Preßformen, Spritzgießen oder dergleichen hergestellt werden, allerdings ist es relativ einfacher, die fünfte Linse 15 durch Polieren und Schleifen herzustellen, weil die andere Oberfläche die sphärische Fläche ist. Die Linse läßt sich so billig (einfach) ohne Form herstellen, und dies gilt auch für die Fertigung in kleinen Chargen.
Bei dem numerischen Beispiel 1 erscheinen die verschiedenen Aberrationen, wie in 5 gezeigt ist, in der Weise, daß die sagittale Bildfläche an die meridiane Bildfläche angeschmiegt ist, wodurch der Astigmatismus ausgelöscht wird. Weiterhin lassen sich die Beträge für die verschiedenen Aberrationen außer der Bildfeldkrümmung und dem Astigmatismus auf die gleiche Höhe einstellen wie im Fall des sphärischen Linsenflächensystems, welches in der oben beschriebenen 3 dargestellt ist.
Bei dem numerischen Beispiel 2 ist die frei gekrümmte Fläche 32 derart ausgebildet, daß der Krümmungsradius R der Erzeugungslinie und der Krümmungsradius r der Meridianlinie unabhängig vom Abstand gegenüber der optischen Achse sind, im Unterschied zur frei gekrümmten Fläche 31 beim numerischen Beispiel 1.
Weil bei dem numerischen Beispiel 2 der Radius R der Krümmung der Erzeugungslinie und der Radius r der Krümmung der Meridianlinie der frei gekrümmten Fläche 32 auf der optischen Achse abweichend voneinander eingestellt sind, kommt es auf der Achse zu Astigmatismus, allerdings läßt dieser sich für große Bildwinkel korrigieren.
Beim numerischen Beispiel 2 läßt sich auch mit etwas Astigmatismus in der Nähe der Achse eine ausreichende Abbildungsleistung erzielen, weil es geringe sphärische Aberrationen gibt, wie in 7 zu sehen ist. Deshalb läßt sich das Abbildungsobjektiv mit gut ausgeglichener Abbildungsleistung einschließlich Astigmatismus bei sämtlichen Bildwinkeln erzielen.
Beim numerischen Beispiel 3 besitzt das diffraktive optische Element 33, welches der Linsenfläche R10 des Abbildungsobjektivs zugefügt ist, die gleiche Brechkraft auf oder nahe der Achse in Richtungen der Primär- und Meridianlinien, allerdings unterscheidet sich die Brechkraft in der Richtung der Meridianlinie von derjenigen in Richtung der Erzeugungslinie in einer Zone fern von der optischen Achse. Genau wie im Fall des numerischen Beispiels 1 kann diese Konfiguration den Astigmatismus deutlich verbessern, verglichen mit dem Abbildungsobjektiv, welches lediglich aus dem gewöhnlichen System mit sphärischen Linsenflächen zusammengesetzt ist. Durch den Farbkorrektureffekt des optischen diffraktiven Elements oder Beugungselements wird außerdem der Farbfehler gut korrigiert.
Beim numerischen Beispiel 4 ist die frei gekrümmte Fläche bei beiden Linsenflächen R10 und R11 der fünften Linse 15 vorgesehen. Diese fünfte Linse 15 kann durch Polieren und Schleifen hergestellt werden, sie kann aber außerdem hergestellt werden durch eine für die Massenproduktion geeignete Methode, beispielsweise durch Preßformen, Spritzgießen und dergleichen, um eine umfangreiche Billigproduktion zu ermöglichen.
Beim numerischen Beispiel 4 werden die unterschiedlichen Aberrationen sowohl in der meridionalen Bildfläche als auch in der sagittalen Bildfläche gut korrigiert, wie in 11 zu sehen ist, außerdem wird Astigmatismus gut unterdrückt. Weiterhin können auch die Aberrationen außer der Bildfeldkrümmung und dem Astigmatismus gut korrigiert werden.
Beim numerischen Beispiel 5 wird die frei gekrümmte Fläche in der bildseitigen (CCD-Seite) Linsenfläche R11 der fünften Linse 15 realisiert, wobei die andere Fläche R10 eine sphärische Linsenfläche ist. Diese fünfte Linse 15 kann durch Preßformen, Spritzgießen oder dergleichen hergestellt werden, es ist allerdings relativ einfach, die fünfte Linse 15 durch Polieren und Schleifen herzustellen, weil ihre andere Fläche sphärisch ist. Hierdurch ist es möglich, die fünfte Linse billig ohne Form herzustellen, selbst im Fall der Fertigung in kleinen Chargen.
Beim numerischen Beispiel 5 können die verschiedenen Aberrationen sowohl in der meridionalen Bildfläche als auch in der sagittalen Bildfläche gut korrigiert werden, wie aus 13 hervorgeht, ferner kann Astigmatismus gut unterdrückt werden. Aberrationen außer der Bildfeldkrümmung und dem Astigmatismus können ebenfalls gut korrigiert werden.
Beim numerischen Beispiel 6 ist die frei gekrümmte Fläche bei der Linsenfläche R9 auf der Bildseite (CCD-Seite) der vierten Linse 14 ausgebildet. Die vierte Linse 14 läßt sich herstellen durch Polieren und Schleifen, besonders bevorzugt wird allerdings, die vierte Linse 14 durch Preßformen oder Spritzgießen auszubilden, weil die Dicke der Linse nahezu konstant ist, speziell im Vergleich mit den übrigen Linsen. Die Form der frei gekrümmten Fläche lässt sich mit hoher Genauigkeit durch Preßformen oder Spritzgießen herstellen.
Beim numerischen Beispiel 6 können die verschiedenen Aberrationen sowohl in der meridionalen Bildfläche als auch in der sagittalen Bildfläche gut korrigiert werden, wie in 15 gezeigt ist; ferner läßt sich auch Astigmatismus gut unterdrücken. Anderer Aberrationen als die Bildfeldkrümmung und der Astigmatismus lassen sich ebenfalls gut korrigieren.
Beim numerischen Beispiel 7 wird die frei gekrümmte Fläche in der objektseitigen Fläche R3 der zweiten Linse 12 ausgebildet. Die zweite Linse 12 kann hergestellt werden durch Polieren und Schleifen, aufgrund des Volumens und der Kontur der Linse, die beide deutlich kleiner sind als bei den anderen Linsen, läßt sich die Linse in kürzerer Zeit durch Spritzgießen, herstellen in der Form oder dergleichen, um die Linse als Massenprodukt herstellen zu können.
Bei dem numerischen Beispiel 7 werden die verschiedenen Aberrationen in der meridionalen Bildfläche und in der sagittalen Bildfläche gut korrigiert, wie in 17 zu sehen ist, andere Aberrationen als die Bildfeldkrümmung und der Astigmatismus lassen sich ebenfalls sehr gut korrigieren.
Beim numerischen Beispiel 8 wird die frei gekrümmte Fläche in der Linsenfläche R9 auf der Bildseite (CCD-Seite) der vierten Linse 24 ausgebildet, und die rotationssymmetrische asphärische Linsenfläche wird in der objektseitigen Linsenfläche R8 ausgebildet. Diese vierte Linse 24 kann hergestellt werden durch Polieren und Schleifen, kann aber auch durch ein für die Massenproduktion geeignetes Verfahren hergestellt werden, so zum Beispiel durch Preßformen oder Spritzgießen, um eine billige Massenfertigung zu ermöglichen.
Bei dem numerischen Beispiel 8 werden die verschiedenen Aberrationen in der meridionalen Bildfläche und der sagittalen Bildfläche gut korrigiert, wie in 19 zu sehen ist, außerdem wird Astigmatismus gut unterdrückt. Aberrationen außer der Bildfeldkrümmung und Astigmatismus werden ebenfalls sehr gut korrigiert.
Da die Anzahl der einzelnen Linse gering ist, das heißt vier beträgt, eignet sich der Aufbau für eine billige Fertigung.
Beim numerischen Beispiel 9 ist die frei gekrümmte Fläche in der Linsenfläche R7 auf der Bildseite (CCD-Seite) der dritten Linse 23 und in der Linsenfläche R9 auf der Bildseite (CCD-Seite) der vierten Linse 24 ausgebildet. Die Verwendung der mehreren frei gekrümmten Flächen ermöglicht eine effektivere Korrektur von Bildfeldkrümmung und Astigmatismus als in den Fällen, in denen lediglich eine freie gekrümmte Fläche verwendet wird.
Diese dritte Linse 23 und vierte Linse 24 können hergestellt werden durch Preßformen, Spritzgießen oder dergleichen, allerdings ist es relativ einfach, sie durch Polieren und Schleifen herzustellen, weil die andere Fläche der jeweiligen Linse eine sphärische Fläche ist. Aus diesem Grund können sie ohne Form billig hergestellt werden, selbst in kleinen Chargen. Da außerdem die dritte Linse 23 besonders in ihrem Randbereich dicker ist als die übrigen Linsen und sich folglich während des Schleifvorgangs einfach halten läßt, läßt sich die Form der frei gekrümmten Linsenfläche mit hoher Genauigkeit realisieren.
Beim numerischen Beispiel 9 können die verschiedenen Aberrationen sowohl in der meridionalen Bildfläche als auch in der sagittalen Bildfläche gut korrigiert werden, wie in 21 gezeigt ist, außerdem läßt sich Astigmatismus gut unterdrücken.
Andere Aberrationen als Bildfeldkrümmung und Astigmatismus lassen sich ebenfalls gut korrigieren.
Da die Anzahl der einzelnen Linse klein ist, das heißt vier beträgt, eignet sich dieser Aufbau für eine billige Fertigung.
Beim numerischen Beispiel 10 ist die frei gekrümmte Fläche auf der objektseitigen Linsenfläche R8 der vierten Linse 24 ausgebildet, allerdings ist deren andere Oberfläche R9 eine sphärische Fläche. Diese vierte Linse 24 läßt sich durch Preßformen, Spritzgießen oder dergleichen herstellen; jedoch ist es relativ einfacher, die vierte Linse 24 durch Polieren und Schleifen herzustellen, weil ihre andere Oberfläche die sphärische Fläche ist. Aus diesem Grund läßt sich die Linse ohne Form billig herstellen, selbst im Fall einer Fertigung in kleinen Chargen.
Beim numerischen Beispiel 10 werden die verschiedenen Aberrationen sowohl in der meridionalen Bildfläche als auch in der sagittalen Bildfläche gut korrigiert, wie in 23 zu sehen ist, außerdem wird Astigmatismus gut unterdrückt. Andere Aberrationen als Bildfeldkrümmung und Astigmatismus werden ebenfalls gut korrigiert.
Da die Anzahl der einzelnen Linsen gering ist, das heißt vier beträgt, eignet sich dieser Aufbau für eine billige Fertigung.
Beim numerischen Beispiel 11 befindet sich die frei gekrümmte Fläche in der bildseitigen (CCD-seitigen) Linsenfläche R7 der dritten Linse 23. Da die dritte Linse 23 besonders in ihrem Randbereich dicker als die übrigen Linsen und folglich beim Schleifen einfach zu halten ist, kann die Form der frei gekrümmten Oberfläche mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden.
Beim numerischen Beispiel 11 werden die verschiedenen Aberrationen sowohl in der meridionalen Bildfläche als auch in der sagittalen Bildfläche gut korrigiert, wie in 25 zu sehen ist, außerdem wird Astigmatismus gut unterdrückt. Andere Aberrationen als Bildfeldkrümmung und Astigmatismus werden ebenfalls gut korrigiert.
Da die Anzahl der einzelnen Linsen klein ist, das heißt vier beträgt, eignet sich diese Struktur für eine billige Fertigung.
Beim numerischen Beispiel 12 befindet sich die frei gekrümmte Fläche an der objektseitigen Linsenfläche R3 der zweiten Linse 22. Da die zweite Linse 22 insbesondere ein geringeres Volumen und eine andere Kontur besitzt als die übrigen Linsen, läßt sie sich in kurzer Taktzeit durch Spritzgießen, Formen in einem Formteil oder dergleichen herstellen, so daß man eine Linse mit extrem günstiger Massenfertigung erhält.
Beim numerischen Beispiel 12 werden die verschiedenen Aberrationen sowohl in der meridionalen Bildfläche als auch in der sagittalen Bildfläche gut korrigiert, wie in 27 gezeigt ist, außerdem wird Astigmatismus gut unterdrückt. Die anderen Aberrationen als Bildfeldkrümmung und der Astigmatismus werden ebenfalls gut korrigiert.
Da die Anzahl der einzelnen Linsen klein ist, das heißt vier beträgt, eignet sich diese Struktur für eine billige Fertigung.
Bei den numerischen Beispielen 1 und 4 bis 12 ist der Radius R der Krümmung der Erzeugungslinie der frei gekrümmten Fläche 31 gleich dem Radius r der Krümmung der Meridianlinie auf der optischen Achse, allerdings müssen ihre Werte nicht immer gleich groß sein.
Als nächstes werden die Gleichungen (1), (2) und (3) erläutert, die die Formen der frei gekrümmten Linsenflächen zum Ausdruck bringen, die oben beschrieben wurden, ferner das Phasen-Polynom (4) für das diffraktive optische Element und die Gleichung (5), die die rotationssymmetrische asphärische Oberfläche beschreibt.
Die Formen der frei gekrümmten Flächen werden folgendermaßen definiert:
In einem Koordinatensystem, bei dem der Ursprung sich in einem Schnittpunkt zwischen Linsenfläche des Abbildungsobjektivs und optischer Achse befindet, die x-Achse längs der optischen Achse verläuft, die y-Achse rechtwinklig zur optischen Achse in Hauptabtastrichtung verläuft und die z-Achse längs einer Achse rechtwinklig zur optischen Achse in Nebenabtastrichtung verläuft, lässt sich die Erzeugungslinienform X durch folgende Gleichung beschreiben: X = (y2/R)/[1 + {1 – (1 + ky)(y/R)2}1/2 + B4y4 + B6y6 + B8y8 + B10y10 (1)wobei R der Krümmungsradius und k_y, B₄, B₆, B₈ und B₁₀ Koeffizienten der freien gekrümmten Fläche sind.
Die Form der Meridianlinie S wird durch folgende Gleichung beschrieben als Kurve mit dem Krümmungsmittel eines Radius r' in der xy-Ebene, wobei ein Querschnitt in einer Ebene liegt, der rechtwinklig zu der Erzeugungslinie verläuft: S = (z2/r')/[1 + {1 – (z/r')2}1/2] (2)where r' = r0(1 + D2y2 + D4y4 + D6y6 + D8y8 + D10y10)wobei r₀ der Krümmungsradius der Meridianlinie auf der optischen Achse, R = r₀ ist, und
D₂, D₄, D₆, D₈, D₁₀ die Koeffizienten der freien gekrümmten Fläche sind.
Dies wird auch ausgedrückt durch die folgende Gleichung: S = (z2/r)/[1 + {1 – (1 + kz)(z/r)2}1/2 + D4z4 + D6z6 (3)wobei R der Krümmungsradius der Meridianlinie ist, und
k_z, D₄, D₆ die Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche sind.
Die beugende Fläche des optischen Beugungselements läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken: ϕ = (2π/λ){C1z2 + C2z4 + C3z6 + y2(D1 + D2z2 + D3z4)} (4)wobei

φ: eine Phasenfunktion ist;
λ: eine Referenzwellenlänge ist;
z: die Höhe gegenüber der optischen Achse der Linse ist; und
C₁, C₂, C₃, D₁, D₂, D₃: Phasenkoeffizienten sind.

Die asphärischen Oberflächen werden durch folgende Gleichung ausgedrückt: X = (y2/R)/[1 + {1 – (1 + ky)(y/R)2}1/2 + B4y4 + B6y6 + B8y8 + B10y10 (5)wobei R der Krümmungsradius ist; und
k_y, B₄, B₆, B₈, B₁₀ asphärische Koeffizienten sind.
Jedes der obigen numerischen Beispiele 1 bis 12 ist aufgebaut durch Hinzufügen des Elements mit rotations-unsymmetrischer Form in bezug auf die optische Achse, oder des diffraktiven optischen Elements (Beugungselements) oder dergleichen zu der Glasoberfläche, wobei allerdings Verfahren zum Herstellen der Elemente nicht beschränkt sind auf Schleifen, Spritzgießen, Formen in einem Formteil und dergleichen. Der oben erläuterte Effekt läßt sich auch erreichen durch das Schablonenverfahren mit einer gewissen Änderung des Entwurfs. Die Linsentypen sind nicht beschränkt auf diejenigen der im folgenden beschriebenen numerischen Beispiele. Astigmatismus und Bildfeldkrümmung lassen sich auch im Fall eines beliebigen Typs gut korrigieren.
Wenn irgendeines der oben beschriebenen Abbildungsobjektive Anwendung in einer Bildlesevorrichtung findet, beispielsweise in einem Bildscanner, einem Kopierer oder dergleichen, läßt sich die gesamte Vorrichtung als kompakte Struktur ausbilden.
30 ist ein schematisches Diagramm, welches den Hauptteil der Anwendung des Abbildungsobjektivs gemäß der Erfindung auf die Bildlesevorrichtung des Bildscanners, Kopierers oder dergleichen veranschaulicht.
In 30 bezeichnet Bezugszeichen 2 eine Vorlagenglasplatte, auf deren Oberseite eine Vorlage 8 angebracht ist. 6 bezeichnet einen Schlitten, der in sich eine Beleuchtungslichtquelle, einen Reflektor, mehrere reflektierende Spiegel, das Abbildungsobjektiv, die Leseeinrichtung etc. aufnimmt, wie im folgenden beschrieben wird. Der Schlitten 6 wird in der Nebenabtastrichtung (Pfeilrichtung A in 30) durch einen Antriebsmechanismus, beispielsweise einen Nebenabtastmotor oder dergleichen, angetrieben, um die Bildinformation von der Vorlage 8 zu lesen. Bezugszeichen 1 steht für die Beleuchtungslichtquelle, bei der es sich zum Beispiel um eine Leuchtstofflampe, eine Halogenlampe oder dergleichen handelt. Bezugszeichen 9 steht für den Reflektor, der von der Beleuchtungslichtquelle 1 kommendes Licht reflektiert, um die Vorlage 8 wirksam zu beleuchten. Symbole 3a, 3b, 3c, 3d stehen für einen ersten, einen zweiten, einen dritten bzw. einen vierten reflektierenden Spiegel, die den optischen Weg des von der Vorlage 8 kommenden Lichts in das Innere des Schlittens 6 lenken. Bezugszeichen 4 steht für das erfindungsgemäße Abbildungsobjektiv, welches eine der oben beschriebenen Objektiv-Konfigurationen aufweist und das Licht basierend auf der Bildinformation der Vorlage 8 auf die Oberfläche der Leseeinrichtung 5 fokussiert. Bezugszeichen 5 bezeichnet den linearen Bildsensor (CCD-Element) als Leseeinrichtung.
In 30 beleuchtet das von der Beleuchtungslichtquelle 1 emittierte Licht die Vorlage 8 direkt oder über den Reflektor 9, und das von der Vorlage 8 reflektierte Licht wird über den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten reflektierenden Spiegel 3a, 3b, 3c und 3d geführt, um den optischen Weg des Lichts im inneren des Schlittens 6 zu biegen und über das Abbildungsobjektiv 4 auf der Oberfläche des CCD-Elements 5 ein Bild zu erzeugen. Der Schlitten 6 wird dann in Pfeilrichtung A (in Nebenabtastrichtung) mit Hilfe des Nebenabtastmotors 7 bewegt, um dadurch die Bildinformation von der Vorlage 8 zu lesen.
Im folgenden werden numerische Beispiele 1 bis 12 gemäß der Erfindung erläutert. In den numerischen Beispielen 1 bis 12 bedeuten Ri den Krümmungsradius der i-ten Linsenfläche, Di die Dicke der i-ten Linse oder den betreffenden Luftabstand und Ni und νi den Brechungsindex bzw. die Abbe-Zahl des Materials der i-ten Linse, sämtlich von der Objektseite aus fortlaufend durchnumeriert. Die Koeffizienten des Phasen-Polynoms sind für das diffraktive optische Element, die Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche sind für die frei gekrümmten Flächen, und die asphärischen Koeffizienten sind für die rotationssymmetrische asphärische Fläche gegeben. Der Buchstabe A ist ein Wert, der die Relation zwischen der obigen Bedingungsgleichung (a) und den verschiedenen numerischen Werten der numerischen Beispiele angibt.
Jedes der numerischen Beispiele 1 und 4 bis 12, die unten aufgelistet sind, erfüllt die obige Bedingungsgleichung (a). (Numerisches Beispiel 1)
Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche
(Numerisches Beispiel 2)

*R10 ist die Meridionalform.

Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche
(Numerisches Beispiel 3)
Phasendifferenz-Koeffizienten des diffraktiven optischen Elements, welches der R10-Fläche hinzugefügt ist (bei der Referenzwellenlänge von λ = 546 mm)
(Numerisches Beispiel 4)
Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche
(Numerisches Beispiel 5)
Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche
(Numerisches Beispiel 6)
Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche
(Numerisches Beispiel 7)
Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche
(Numerisches Beispiel 8)
Koeffizienten der rotationssymmetrischen-asphärischen Fläche
Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche
(Numerisches Beispiel 9)
Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche
(Numerisches Beispiel 10)
Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche
(Numerisches Beispiel 11)
Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche
(Numerisches Beispiel 12)
Koeffizienten der frei gekrümmten Fläche
[Numerisches Beispiel A (Beispiel aus dem Stand der Technik)]
Die vorliegende Erfindung kann ein Abbildungsobjektiv bereitstellen, welches in der Lage ist, eine ausreichende Abbildungsleistung auch dann zu zeigen, wenn ultraweite Winkel und eine geringe Anzahl von Linsen im Aufbau vorhanden sind, wobei eine gute Korrektur der Bildfeldkrümmung, des Astigmatismus etc. erreicht werden, wozu mindestens eine der mehreren Flächen des Abbildungsobjektivs bezüglich der optischen Achse mit rotations-unsymmetrischer Brechkraft gemäß obiger Erläuterung versehen wird. Außerdem wird die ein solches Abbildungsobjektiv verwendende Bildlesevorrichtung bereitgestellt.

Claims

Abbildungsobjektiv vom Telephototyp zur Verwendung beim Bildlesen zum Abbilden von Bildinformation einer Vorlage auf eine lineare Leseeinrichtung, wobei mindestens eine Oberfläche einer Mehrzahl das Abbildungsobjektiv bildender Oberflächen optische Brechkraft besitzt, die zur optischen Achse rotationsunsymmetrisch ist, wobei das Abbildungsobjektiv eine Blende besitzt, die derjenigen Oberfläche nicht gegenübersteht, welche die rotationsunsymmetrische optische Brechkraft besitzt, und wobei in einem Koordinatensystem, dessen Ursprung im Schnittpunkt der einen Oberfläche mit der optischen Achse liegt, dessen x-Richtung einer Richtung der optischen Achse entspricht, dessen y-Richtung längs der Leserichtung der Leseeinrichtung verläuft und dessen z-Richtung rechtwinklig zur Richtung x der optischen Achse und zur Leserichtung y verläuft, und, wenn R(y) der Krümmungsradius der Leserichtung y im xy-Schnitt der einen Oberfläche ist und r(y) der Krümmungsradius in der Richtung rechtwinklig zur xy-Ebene und normal zur Form des xy-Schnitts in Leserichtung y ist, die folgende Bedingung in dem Bereich der Leserichtung y ausgehend von 0 und durch eine Stelle y' des am weitesten außerhalb der Achse liegenden Hauptstrahls erfüllt ist: 0 ≤ |[R/y) – r(y)]/[fd(Nd – 1)]| ≤ 0,15 worin bedeuten f_d die Brennweite des Gesamtsystems des Abbildungsobjektivs bei der d-Linie; und N_d den Brechungsindex eines Objektivs mit einer darin gebildeten Oberfläche bei der d-Linie, so daß das Bild eines Objekts, welches auf der linearen Leseeinrichtung erzeugt wird, hinsichtlich Bildfeldkrümmung und Astigmatismus auch für Weitwinkelabbildung korrigiert ist.
Abbildungsobjektiv nach Anspruch 1, umfassend als letztes optisches Element bei Betrachtung von der Objektseite her, eine Negativmeniskuslinse.
Abbildungsobjektiv nach Anspruch 2, bei dem die Meniskuslinse mit ihrer konvexen Oberfläche der Seite der linearen Leseeinrichtung zugewandt ist.
Abbildungsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die rotationsunsymmetrische optische Brechkraft aufweisende Oberfläche integral ausgebildet ist mit einer Oberfläche einer Einzellinse der das Abbildungsobjektiv bildenden Linsen.
Abbildungsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die eine rotationsunsymmetrische optische Brechkraft aufweisende Oberfläche gebildet wird durch Hinzufügen eines Elements mit bezüglich der optischen Achse rotationsunsymmetrischer Form zu einer rotationssymmetrischen Oberfläche.
Abbildungsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Oberfläche mit rotationsunsymmetrischer Brechkraft eine Oberfläche mit rotationsunsymmetrischer Form ist, welche auf der optischen Achse rotationssymmetrische optische Brechkraft besitzt.
Abbildungsobjektiv nach Anspruch 6, bei dem die Oberfläche mit rotationsunsymmetrischer optischer Brechkraft eine Oberfläche mit einem Krümmungsradius ist, dessen Erzeugungslinie einem Krümmungsradius eines Meridians auf der optischen Achse gleicht, wobei die Erzeugungslinie ein Schnitt der Oberfläche mit einer Ebene ist, welche die optische Achse und einer rechtwinkligen Achse parallel zur Hauptabtastrichtung umfaßt.
Abbildungsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit fünf Linsen, umfassend: eine positive erste Linse in Meniskusform mit einer der Seite der Vorlage zugewandten konvexen Oberfläche, eine zweite, bikonkave Linse, eine dritte, bikonkave Linse, eine positive oder negative vierte Linse in Meniskusform, die mit ihrer konvexen Oberfläche der Seite der Leseeinrichtung zugewandt ist, und eine negative fünfte Linse in Meniskusform, die mit ihrer konvexen Oberfläche der Seite der Leseeinrichtung zugewandt ist, angeordnet in der genannten Reihenfolge, ausgehend von der Seite der Vorlage her.
Abbildungsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend vier Linsen, bei denen es sich handelt um: eine positive erste Linse in Meniskusform, die mit ihrer konvexen Oberfläche zu der Vorlagenseite hin weist, eine zweite, bikonkave Linse, eine dritte, bikonkave Linse, und eine negative, vierte Linse in Meniskusform, deren konvexe Oberfläche der Seite der Leseeinrichtung zugewandt ist, angeordnet in der genannten Reihenfolge, ausgehend von der Vorlagenseite her.
Abbildungsobjektiv nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, umfassend die Blende zwischen der zweiten Linse und der dritten Linse.
Abbildungsobjektiv des Typs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Oberfläche mit rotationsunsymmetrischer optischer Brechkraft realisiert ist als optisches Beugungselement mit rotationsunsymmetrischer Brechkraft anstelle einer Oberfläche mit unsymmetrischer Form, allerdings mit dem gleichen optischen Effekt wie die optisch unsymmetrisch geformte Oberfläche.
Abbildungsobjektiv nach Anspruch 11, bei dem die Oberfläche mit der rotationsunsymmetrischen optischen Brechkraft gebildet ist durch Hinzufügen eines optischen Beugungselements mit einer in bezug auf die optische Achse rotationsunsymmetrischen optischen Brechkraft zu einer rotationssymmetrischen Oberfläche.
Bildlesevorrichtung mit dem Abbildungsobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Bildlesevorrichtung dazu ausgebildet ist, die Bildinformation der Vorlage, die mit Licht von einer Beleuchtungslichtquelle beleuchtet wird, auf eine Oberfläche der Leseeinrichtung abzubilden und die Bildinformation zu lesen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der R(y) der folgenden Bedingung im Bereich der Leserichtung y von 0 bis zu der Durchlaßstelle y' des am weitesten außerhalb der Achse liegenden Hauptstrahls, der auf die Leseeinrichtung auftrifft, erfüllt: 0 ≠ |dR(y)/dy|.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei der R(y) und r(y) auf der optischen Achse gleich groß sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der die Leseeinrichtung ein linearer Bildsensor ist.