JP2005257771A - Optical system - Google Patents

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JP2005257771A JP2004065807A JP2004065807A JP2005257771A JP 2005257771 A JP2005257771 A JP 2005257771A JP 2004065807 A JP2004065807 A JP 2004065807A JP 2004065807 A JP2004065807 A JP 2004065807A JP 2005257771 A JP2005257771 A JP 2005257771A
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Kazuyoshi Noguchi
一能 野口
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Konica Minolta Opto Inc
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Konica Minolta Opto Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical system which is not easily influenced by surface roughness even when an aspheric lens is used, can be easily manufactured and is not easily influenced by environmental changes such as a temperature change. <P>SOLUTION: The optical system 10 is constituted of a 1st lens 20 and a glass-made 2nd lens 30 having positive refractive power which are successively arranged from the object side and the shapes of all optical faces of the 1st and 2nd lenses 20, 30 are rotationally symmetrical about the optical axis. The 1st lens 20 has a meniscus shape turning its convex surface to the image surface side, the optical surface of the object side has an aspherical shape and both the optical surfaces of the object side and image surface side of the 2nd lens 30 are spherical shapes. When it is defined that the half field angle of a beam made incident on the optical system is θ[rad.], the image height of a beam emitted from the optical system is Y[mm] and the focal distance of the optical system is f[mm], the following inequality (1) is satisfied. The inequality (1) is -0.10<(Y-f×θ)/Y<0.10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、像高が入射半画角と焦点距離の積に略等しい光学系に関し、特に像面側でテレセントリックな光学系に関する。   The present invention relates to an optical system in which an image height is substantially equal to a product of an incident half angle of view and a focal length, and more particularly to an optical system telecentric on the image plane side.

従来より、入射半画角に対し像高が比例する必要が在る例えばLBP(Laser Beam Printer)、レーザーファックス、デジタル複写機等の偏向器を含む走査光学系に対してf−θ光学系が使用されている。
近年、このような走査光学系に対する低コスト化や小型化の要求が強まり、これに対応して、非球面の走査レンズを含む走査光学系に関する技術について多数の提案がなされている(例えば、特許文献1及び2参照。)。
特許文献1及び2には、プラスチック製の非球面の走査レンズの主走査方向に対して平行光が入射する2枚構成の走査光学系や、広画角対応の走査光学系に関する技術が開示されており、これにより、上記低コスト化や小型化だけでなく、像面湾曲やf−θ特性の向上を図ることができる。
特開平5−5853号公報 特開平8−327898号公報
Conventionally, an f-θ optical system is used for a scanning optical system including a deflector such as an LBP (Laser Beam Printer), a laser fax machine, or a digital copying machine, in which an image height needs to be proportional to an incident half field angle. in use.
In recent years, there has been an increasing demand for cost reduction and miniaturization of such a scanning optical system, and in response to this, many proposals have been made regarding techniques related to scanning optical systems including aspherical scanning lenses (for example, patents). See references 1 and 2.)
Patent Documents 1 and 2 disclose a technique relating to a scanning optical system having a two-lens configuration in which parallel light is incident on the main scanning direction of a plastic aspherical scanning lens and a scanning optical system corresponding to a wide angle of view. As a result, not only the above-mentioned cost reduction and downsizing but also the field curvature and f-θ characteristics can be improved.
JP-A-5-5853 JP-A-8-327898

一般的に、ガラスモールド法や射出成形法等により製造される非球面レンズは、光学面を研磨して製造される球面ガラスレンズに比べて、金型製作時における設計値からの局所的な誤差に起因して、その光学面に極僅かな歪み(面粗さ)が生じている。
従って、非球面レンズのレンズ有効径に対する入射光束の径が小さいほど、上記面粗さの影響を受け易くなり、局所的なf−θ特性のずれや、ぼけによる画素抜けが発生しやすくなるという問題がある。
In general, aspherical lenses manufactured by glass molding, injection molding, etc., have a local error from the design value at the time of mold manufacture, compared to spherical glass lenses manufactured by polishing optical surfaces. Due to the above, a slight distortion (surface roughness) is generated on the optical surface.
Therefore, the smaller the diameter of the incident light beam with respect to the lens effective diameter of the aspheric lens, the more easily affected by the surface roughness, and the local f-θ characteristic deviation and the pixel omission due to blur are likely to occur. There's a problem.

しかし、上記特許文献には、非球面レンズの光学面に生じる面粗さに起因した上記問題の解消手段についての言及が無く、勿論その対策についても何ら講じられていない。
また、一般的に、走査レンズはバックフォーカスの誤差が倍率の誤差を招くことから、正確な走査を行なうことが難しいという問題もある。
However, the above-mentioned patent document does not mention any means for solving the above-mentioned problem caused by the surface roughness generated on the optical surface of the aspheric lens, and of course, no countermeasure is taken.
In general, the scanning lens has a problem that it is difficult to perform accurate scanning because a back focus error causes a magnification error.

本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、非球面レンズを用いた場合でも面粗さの影響が少なく、且つ容易に製造可能であり、更に温度変化等の環境の変化による影響が少ない光学系を提供することである。   The object of the present invention is to take the above-mentioned problems into consideration, and even when an aspherical lens is used, the influence of surface roughness is small and can be easily manufactured. Further, the influence of environmental changes such as temperature changes. It is to provide an optical system with less.

以上の課題を解決するために、請求項1記載の発明は、物体側から順に、第1レンズと、正の屈折力を有するガラス製の第2レンズの少なくとも2つのレンズを配置して構成され、前記第1レンズ及び前記第2レンズの全ての光学面の形状が光軸に対して回転対称となる光学系において、前記第1レンズが像面側に凸面を向けたメニスカス形状であると共に当該第1レンズの物体側の光学面が非球面形状であり、前記第2レンズの物体側の光学面及び像面側の光学面が共に球面形状であり、前記光学系に入射する光束の半画角をθ[rad.]、前記光学系から出射された光束の像高をY[mm]、前記光学系の焦点距離をf[mm]と規定したとき、次式(1)を満たすことを特徴とする。
−0.10<(Y−f×θ)/Y<0.10 (1)
In order to solve the above-described problems, the invention according to claim 1 is configured by arranging at least two lenses of a first lens and a glass-made second lens having a positive refractive power in order from the object side. In the optical system in which the shapes of all the optical surfaces of the first lens and the second lens are rotationally symmetric with respect to the optical axis, the first lens has a meniscus shape with a convex surface facing the image surface side, and The object-side optical surface of the first lens has an aspherical shape, the object-side optical surface and the image-side optical surface of the second lens both have a spherical shape, and a half image of a light beam incident on the optical system. When the angle is defined as θ [rad.], The image height of the light beam emitted from the optical system is defined as Y [mm], and the focal length of the optical system is defined as f [mm], the following equation (1) is satisfied. Features.
−0.10 <(Y−f × θ) / Y <0.10 (1)

上述のように、一般的に、ガラスモールド法等により製造される非球面レンズは、金型製作時における設計値からの局所的な誤差に起因して、その光学面に極僅かな歪み(面粗さ)が生じている。
ここで、第1レンズを像面側に凸面を向けたメニスカス形状とした場合、第1レンズの物体側の光学面での光束径と像面側の光学面での光束径とを比較した場合、物体側の光学面での光束径の方が大きくなる。
ここで、第1レンズを像面側に凸面を向けたメニスカス形状とした場合、第1レンズの物体側の光学面の有効径φL1とこの面での光軸上の光束径φB1の比φB1/φL1と、第1レンズの像面側の光学面の有効径φL1´とこの面での光軸上の光束径φB1´の比φB1´/φL1´を比較した場合、物体側のφB1/φL1の値のほうが大きくなる。
As described above, in general, an aspherical lens manufactured by a glass mold method or the like has a slight distortion (surface) on its optical surface due to a local error from a design value at the time of mold manufacture. (Roughness) has occurred.
When the first lens has a meniscus shape with the convex surface facing the image surface side, the light beam diameter on the object-side optical surface of the first lens is compared with the light beam diameter on the optical surface on the image surface side. The light beam diameter on the optical surface on the object side is larger.
Here, when the first lens has a meniscus shape with the convex surface facing the image surface side, the ratio between the effective diameter φ L1 of the optical surface on the object side of the first lens and the beam diameter φ B1 on the optical axis on this surface and φ B1 / φ L1, when comparing the ratio φ B1 '/ φ L1' 'of the light flux diameter phi B1 on the optical axis in the plane as the' effective diameter phi L1 of the optical surface on the image plane side of the first lens The value of φ B1 / φ L1 on the object side is larger.

そこで、請求項1記載の発明のように、像面側に凸面を向けたメニスカス形状の第1レンズの光学面のうち物体側の光学面、つまり、より光源に近く、光学面の有効径に対する光束径の割合の大きい側の面を非球面形状とすることで、光束が上記面粗さによって受ける影響を低減することができ、局所的なf−θ特性のずれや、ぼけによる画素抜けの発生を抑えることができ、更に、光学系の製造を容易なものとすることができる。
光学面を研磨して製造される球面ガラスレンズは、非球面レンズに比べて面粗さが小さいので、第2レンズとしてこのような球面ガラスレンズを用いることで、面粗さによる悪影響を受け難い光学系を得ることができる。
Therefore, as in the first aspect of the invention, the optical surface on the object side among the optical surfaces of the meniscus-shaped first lens with the convex surface facing the image surface side, that is, closer to the light source and with respect to the effective diameter of the optical surface. By making the surface on the side with a large ratio of the light beam diameter an aspherical surface, the influence of the light beam on the surface roughness can be reduced, and a local f-θ characteristic shift or pixel omission due to blurring can be reduced. Occurrence can be suppressed, and the optical system can be easily manufactured.
A spherical glass lens manufactured by polishing an optical surface has a smaller surface roughness than that of an aspheric lens. Therefore, by using such a spherical glass lens as the second lens, it is difficult to be adversely affected by the surface roughness. An optical system can be obtained.

なお、第1レンズを樹脂製とすることにより、物体側の非球面の光学面の面粗さを小さくすることができる。
このような光学系を一般的な走査光学系、即ち、光学面の有効径に対して直径の小さい略平行の入射光束を半画角を変えながら像面に走査していく光学系に適用した場合、光軸付近及び周辺部において像面を走査する速さを略一定に保つことが出来る。
また、このような光学系を、光束に対して、例えば入射画角に依って異なる信号を与える光学系に適用した場合は、全像高に置ける信号の角度分解能を略等しくすることが出来る。
The surface roughness of the aspheric optical surface on the object side can be reduced by making the first lens made of resin.
Such an optical system is applied to a general scanning optical system, that is, an optical system that scans an image plane while changing a half angle of view with a substantially parallel incident light beam having a small diameter with respect to the effective diameter of the optical surface. In this case, the scanning speed of the image plane in the vicinity of the optical axis and in the peripheral portion can be kept substantially constant.
Further, when such an optical system is applied to an optical system that gives different signals to the light flux depending on, for example, the incident angle of view, the angular resolution of the signals that can be placed at the entire image height can be made substantially equal.

請求項2記載の発明は、請求項1に記載の光学系において、像面側がテレセントリックであることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the optical system according to the first aspect, the image plane side is telecentric.

例えばCCD(Charge Coupled Device)の様に、光検出器の受光部分が光検出器の表面に露出しておらず、外壁などで覆われている場合、受光素子に対して斜入射する光束には外壁によるケラレが発生してしまい、入射光束の全てを受光することが出来ないという問題が生じるが、請求項2記載の発明のように、像面側がテレセントリックとすることにより、光束が像面に対して略垂直に入射するので、上記ケラレの影響を抑えることができる。
また、像面側をテレセントリックとすることで、受光面の配置のわずかな誤差によって発生する像高変化を防ぐことが出来、倍率精密な光学系が得られる。
For example, when the light receiving portion of the photodetector is not exposed on the surface of the photodetector and is covered with an outer wall or the like, such as a CCD (Charge Coupled Device), The vignetting by the outer wall occurs, and there is a problem that it is not possible to receive all of the incident light beam. On the other hand, since the light is incident substantially perpendicularly, the influence of the vignetting can be suppressed.
Further, by making the image surface side telecentric, a change in image height caused by a slight error in the arrangement of the light receiving surfaces can be prevented, and an optical system with a precise magnification can be obtained.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の光学系において、前記第1レンズの物体側の光学面から像面側の光学面までの光軸上の厚さをdと規定したとき、次式(2)を満たすことを特徴とする。
0.040<d/f<0.55 (2)
According to a third aspect of the present invention, in the optical system according to the second aspect, when the thickness on the optical axis from the object-side optical surface to the image-side optical surface of the first lens is defined as d. The following equation (2) is satisfied.
0.040 <d / f <0.55 (2)

請求項3記載の発明のように、d/fを(2)式の下限より大きくすることにより、f−θ光学系における像面湾曲を抑えることができ、また、d/fを(2)式の上限より小さくすることにより、第1レンズの軸上厚を抑えることができ、レンズの成形が容易になる。   As described in the third aspect of the invention, by making d / f larger than the lower limit of the expression (2), the field curvature in the f-θ optical system can be suppressed, and d / f is set to (2). By making it smaller than the upper limit of the expression, the axial thickness of the first lens can be suppressed, and the lens can be easily molded.

請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の光学系において、前記光学系が前記第1レンズと前記第2レンズの2つのレンズから構成され、前記第1レンズの近軸パワーをPL1、前記第2レンズの近軸パワーをPL2と規定したとき、次式(3)を満たすことを特徴とする。
−2.8<PL1/PL2<10.0 (3)
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical system according to the second or third aspect, the optical system comprises two lenses, the first lens and the second lens, and the paraxial power of the first lens. Is defined as P L1 , and the paraxial power of the second lens is defined as P L2 , the following expression (3) is satisfied.
-2.8 <P L1 / P L2 <10.0 (3)

請求項4記載の発明のように、PL1/PL2を(3)式の上限より小さくすることにより、第1レンズと第2レンズとの光軸上の間隔が長く成り過ぎず、また、PL1/PL2を(3)式の下限より大きくすることにより、第2レンズと像面との光軸上の間隔が長く成り過ぎず、入射瞳と第1レンズの像面側の光学面との距離を十分確保しつつ、像面湾曲を良好に補正出来る。
尚、上記の作用をより高めるには以下の範囲を満たすことがより好ましい。
−1.4<PL1/PL2<5.0
As in the invention described in claim 4, by making P L1 / P L2 smaller than the upper limit of the expression (3), the distance on the optical axis between the first lens and the second lens does not become too long, By making P L1 / P L2 larger than the lower limit of the expression (3), the distance on the optical axis between the second lens and the image plane does not become too long, and the optical surface on the image plane side of the entrance pupil and the first lens. Can be corrected satisfactorily while ensuring a sufficient distance from each other.
In order to further enhance the above action, it is more preferable to satisfy the following range.
-1.4 <P L1 / P L2 <5.0

請求項5に記載の発明は、請求項2〜4のいずれか一項に記載の光学系において、前記光学系が前記第1レンズと前記第2レンズの2つのレンズから構成され、前記第1レンズの像面側の光学面から前記第2レンズの物体側の光学面までの光軸上の間隔をΔlと規定したとき、次式(4)を満たすことを特徴とする。
0.0<Δl/f<2.0 (4)
According to a fifth aspect of the present invention, in the optical system according to any one of the second to fourth aspects, the optical system includes two lenses, the first lens and the second lens. When the distance on the optical axis from the optical surface on the image plane side of the lens to the optical surface on the object side of the second lens is defined as Δl, the following expression (4) is satisfied.
0.0 <Δl / f <2.0 (4)

請求項5記載の発明のように、Δl/fを(4)式の範囲内とすることにより、第1レンズの近軸パワーPL1が大きく成り過ぎず、入射瞳と第1レンズの像面側の光学面との距離を十分確保しつつ、像面湾曲を良好に補正出来る。 As in the fifth aspect of the invention, by setting Δl / f within the range of the expression (4), the paraxial power P L1 of the first lens does not become too large, and the entrance pupil and the image plane of the first lens The curvature of field can be corrected well while ensuring a sufficient distance from the optical surface on the side.

請求項6に記載の発明は、請求項2〜5のいずれか一項に記載の光学系において、前記光学系が前記第1レンズと前記第2レンズの2つのレンズから構成され、前記第1レンズの物体側の光学面の有効径をφL1、前記第1レンズの物体側の光学面に入射する光束の光束径をφB1、前記第2レンズの物体側の光学面の有効径をφL2、前記第2レンズの物体側の光学面に入射する光束の光束径をφB2と規定したとき、次式(5)を満たすことを特徴とする。
1.4<(φL2×φB1)/(φL1×φB2)<18.0 (5)
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical system according to any one of the second to fifth aspects, the optical system includes two lenses, the first lens and the second lens. The effective diameter of the optical surface on the object side of the lens is φ L1 , the diameter of the light beam incident on the optical surface on the object side of the first lens is φ B1 , and the effective diameter of the optical surface on the object side of the second lens is φ L2 satisfies the following expression (5) when the diameter of the light beam incident on the object-side optical surface of the second lens is defined as φ B2 .
1.4 <(φ L2 × φ B1 ) / (φ L1 × φ B2 ) <18.0 (5)

請求項6記載の発明のように、(φL2×φB1)/(φL1×φB2)を(5)式の上限より小さくすることにより、非球面である第1レンズの物体側の光学面に存在する局所的な面粗さによって通過光束が受ける影響を低減することができ、(φL2×φB1)/(φL1×φB2)を(5)式の下限より大きくすることにより、第2レンズの近軸パワーPL2が小さく成り過ぎず、像面湾曲を良好に補正出来る。
尚、上記の作用をより高めるには以下の範囲を満たすことがより好ましい。
2.0<(φL2×φB1)/(φL1×φB2)<6.0
As in the sixth aspect of the invention, by making (φ L2 × φ B1 ) / (φ L1 × φ B2 ) smaller than the upper limit of the expression (5), the object-side optics of the first lens that is aspherical It is possible to reduce the influence of the passing light flux by the local surface roughness existing on the surface, and by making (φ L2 × φ B1 ) / (φ L1 × φ B2 ) larger than the lower limit of the equation (5) The paraxial power P L2 of the second lens does not become too small, and the field curvature can be corrected well.
In order to further enhance the above action, it is more preferable to satisfy the following range.
2.0 <(φ L2 × φ B1 ) / (φ L1 × φ B2 ) <6.0

請求項7に記載の発明は、請求項2〜6のいずれか一項に記載の光学系において、前記光学系が前記第1レンズと前記第2レンズの2つのレンズから構成され、前記第1レンズがプラスチック製であり、前記第1レンズの近軸パワーをPL1、前記第2レンズの近軸パワーをPL2と規定したとき、次式(6)を満たすことを特徴とする。
−2.8<PL1/PL2<1.2 (6)
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical system according to any one of the second to sixth aspects, the optical system includes two lenses, the first lens and the second lens. lens is made of plastic, when the paraxial power of the first lens defined P L1, the paraxial power of the second lens and P L2, and satisfies the following equation (6).
-2.8 <P L1 / P L2 <1.2 (6)

一般的にプラスチックは屈折率の温度依存性がガラスに比べ大きいことから、プラスチック製レンズを用いた光学系では環境温度の変化によるレンズの屈折率が変化することに起因して、焦点距離が設計値からずれるという問題がある。
例えばCCDの様に受光素子が不連続に配置されている光学系の場合、プラスチック製レンズを用いることで、環境温度変化によりレンズの屈折率が変化し、焦点距離が設計値からずれることにより、結像位置が設計値からずれ、受光素子上に集光しないことになる。
そこで、請求項7記載の発明のように、第1レンズをプラスチック製とした場合には、PL1/PL2を(6)式の範囲内とすることにより、第1レンズの屈折率が変化した場合でも、環境温度変化による焦点距離のずれを十分小さくすることが出来、上記結像位置の設計値からのずれや、像面湾曲等も良好に補正することが出来る。
尚、上記の作用をより高めるには以下の範囲を満たすことがより好ましい。
−1.4<PL1/PL2<0.6
In general, plastics have a higher refractive index temperature dependency than glass, so in an optical system using plastic lenses, the focal length is designed because the refractive index of the lens changes due to changes in environmental temperature. There is a problem of deviating from the value.
For example, in the case of an optical system in which light receiving elements are discontinuously arranged, such as a CCD, by using a plastic lens, the refractive index of the lens changes due to environmental temperature changes, and the focal length deviates from the design value. The imaging position deviates from the design value, and the light is not condensed on the light receiving element.
Therefore, when the first lens is made of plastic as in the invention described in claim 7, the refractive index of the first lens is changed by setting P L1 / P L2 within the range of the expression (6). Even in this case, the deviation of the focal length due to the environmental temperature change can be made sufficiently small, and the deviation of the imaging position from the design value, the curvature of field, etc. can be corrected well.
In order to further enhance the above action, it is more preferable to satisfy the following range.
-1.4 <P L1 / P L2 <0.6

請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の光学系において、前記第1レンズの物体側の光学面から像面側の光学面までの光軸上の厚さをdと規定したとき、次式(7)を満たすことを特徴とする。
0.075<d/f<0.550 (7)
According to an eighth aspect of the present invention, in the optical system according to the seventh aspect, when the thickness on the optical axis from the object-side optical surface to the image-side optical surface of the first lens is defined as d. The following expression (7) is satisfied.
0.075 <d / f <0.550 (7)

一般にプラスチックの方がガラスに比べ屈折率が低いことから、光軸上のレンズ厚さと焦点距離を等しくすると、ガラス製レンズに比べプラスチック製レンズのほうがペッツバール和が大きくなるという問題が発生する。
そこで、請求項8記載の発明のように前記第1レンズにプラスチック製レンズを用いるときは、d/fを(7)式の下限より大きくすることで、像面湾曲を良好に補正でき、上限より小さくすることで、第1レンズの光軸上の厚さが厚くなりすぎず、容易に製造することが出来る。
In general, the refractive index of plastic is lower than that of glass. Therefore, if the lens thickness on the optical axis is equal to the focal length, the plastic lens has a larger Petzval sum than the glass lens.
Therefore, when a plastic lens is used as the first lens as in the invention described in claim 8, the curvature of field can be corrected well by making d / f larger than the lower limit of the expression (7), and the upper limit. By making it smaller, the thickness of the first lens on the optical axis does not become too thick and can be easily manufactured.

本発明によれば、非球面レンズを用いた場合でも面粗さの影響が少なく、且つ容易に製造可能であり、更に温度変化等の環境の変化による影響が少ない光学系を得られる。   According to the present invention, even when an aspherical lens is used, an optical system that is less affected by surface roughness, can be easily manufactured, and is less affected by environmental changes such as temperature changes can be obtained.

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、本実施の形態の光学系10は、単玉の第1レンズ20と、正の屈折力を有するガラス製で単玉の第2レンズ30を、それぞれの光軸l1とl2を一致させて物体側から順に配置すると共に、第1レンズ20の前方にコリメータ等の光学素子(図示略)を1つ又は複数配置することで構成されており、像面側がテレセントリックとなるように設計されている。
なお、符合F1は光学系10の物体側焦点、符合F2は像面側焦点、符号40は像面を指している。また、図示は省略するが、第1レンズ20の前方には光源が配置されている。
The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the optical system 10 of the present embodiment includes a single first lens 20 and a second single lens 30 made of glass having positive refractive power, and each optical axis l1. 12 are arranged in order from the object side, and one or a plurality of optical elements (not shown) such as a collimator are arranged in front of the first lens 20 so that the image surface side is telecentric. Designed to.
Reference numeral F1 indicates the object side focal point of the optical system 10, reference numeral F2 indicates the image plane side focal point, and reference numeral 40 indicates the image plane. Although not shown, a light source is disposed in front of the first lens 20.

第1レンズ20は、物体側の光学面21と像面側の光学面22の近軸における曲率が共に負となる、像面側に凸面を向けたメニスカス形状であり、物体側の光学面21が非球面形状となっている。第1レンズ20の像面側の光学面22は球面形状でも非球面形状でも良いが、本実施の形態においては球面形状となっている。
第2レンズ30は、物体側の光学面31と像面側の光学面32が共に球面形状となっている。
このように、第1レンズ20及び第2レンズ30の全ての光学面21,22,31,32の形状は光軸l1及びl2に対して回転対称となっている。
The first lens 20 has a meniscus shape in which both the paraxial curvatures of the optical surface 21 on the object side and the optical surface 22 on the image surface side are negative, with the convex surface facing the image surface side, and the optical surface 21 on the object side. Has an aspherical shape. The optical surface 22 on the image plane side of the first lens 20 may be spherical or aspherical, but in this embodiment, it is spherical.
In the second lens 30, both the object-side optical surface 31 and the image-side optical surface 32 are spherical.
As described above, the shapes of all the optical surfaces 21, 22, 31, and 32 of the first lens 20 and the second lens 30 are rotationally symmetric with respect to the optical axes l1 and l2.

光源から出射された光束は、光源と第1レンズ20の間に配置したコリメータ等の光学素子を通過することにより平行光化され、第1レンズ20の物体側の光学面21に至る。
ここで、第1レンズ20を像面側に凸面を向けたメニスカス形状とした場合、第1レンズ20の物体側の光学面21の有効径φL1とこの面での光軸上の光束径φB1の比φB1/φL1と、第1レンズ20の像面側の光学面22の有効径φL1´とこの面での光軸上の光束径φB1´の比φB1´/φL1´を比較した場合、物体側のφB1/φL1の値のほうが大きくなる。
そこで、像面側に凸面を向けたメニスカス形状の第1レンズ20の光学面のうち物体側の光学面21、つまり、より光源に近く、光学面の有効径に対する光束径の割合の大きい側の面を非球面形状とすることで、光束が上記面粗さによって受ける影響を低減した状態で、この光束を第1レンズ20の像面側の光学面22から出射する。
The light beam emitted from the light source passes through an optical element such as a collimator disposed between the light source and the first lens 20 to be collimated, and reaches the optical surface 21 on the object side of the first lens 20.
Here, when the first lens 20 has a meniscus shape with a convex surface facing the image surface side, the effective diameter φ L1 of the optical surface 21 on the object side of the first lens 20 and the light beam diameter φ on the optical axis on this surface. the ratio φ B1 / φ L1 of B1, the ratio φ B1 '/ φ L1' of the optical axis in this plane and beam diameter phi B1 'effective diameter phi L1 on the image plane side of the optical surface 22 of the first lens 20 When comparing ′, the value of φ B1 / φ L1 on the object side is larger.
Therefore, among the optical surfaces of the meniscus first lens 20 with the convex surface facing the image surface, the object-side optical surface 21, that is, closer to the light source and on the side where the ratio of the light beam diameter to the effective diameter of the optical surface is larger. By making the surface aspherical, the light beam is emitted from the optical surface 22 on the image plane side of the first lens 20 in a state where the influence of the light beam on the surface roughness is reduced.

第1レンズ20の像面側の光学面22から出射された光束は、第2レンズ30の物体側の光学面31及び像面側の光学面32により屈折作用を受け、その主光線が光軸l2と平行になった状態で第2レンズ30の像面側の光学面32から出射され、主光線が像面40に対して垂直に入射した状態で光束が像面40上に集光することになる。   The light beam emitted from the optical surface 22 on the image plane side of the first lens 20 is refracted by the optical surface 31 on the object side and the optical surface 32 on the image plane side of the second lens 30, and the principal ray thereof is the optical axis. The light beam is emitted from the optical surface 32 on the image plane side of the second lens 30 in a state parallel to l2, and the light beam is condensed on the image plane 40 in a state where the principal ray is incident on the image plane 40 perpendicularly. become.

光源から出射される複数の光束は、それぞれ異なる画角で平行光として第1レンズ20に入射し、第1レンズ20及び第2レンズ30を通過した後、それぞれ異なる像高で像面上に集光することになるが、本実施の形態の光学系10は、入射光束の半画角をθ[rad.]、光学系10から出射された光束の像高をY[mm]、光学系10の焦点距離をf[mm]と規定したとき、次式(1)を満たすように設計されており、これにより、像高が焦点距離と光学系への入射画角の積に略等しくなるようにしている。
−0.10<(Y−f×θ)/Y<0.10 (1)
A plurality of light beams emitted from the light source are incident on the first lens 20 as parallel lights at different angles of view, and after passing through the first lens 20 and the second lens 30, are collected on the image plane at different image heights. Although the optical system 10 of the present embodiment is lighted, the half field angle of the incident light beam is θ [rad.], The image height of the light beam emitted from the optical system 10 is Y [mm], and the optical system 10 When the focal length is defined as f [mm], it is designed to satisfy the following equation (1), so that the image height is approximately equal to the product of the focal length and the angle of view incident on the optical system. I have to.
−0.10 <(Y−f × θ) / Y <0.10 (1)

また、像面側がテレセントリックになっているので、光束が像面40に対して略垂直に入射することになり、例えば本実施の形態の光学系10をCCDに適用する場合には、光検出器の受光素子に入射する際のケラレの影響を抑制でき、光量を確保できる。
なお、第1レンズ20の物体側の光学面21から像面側の光学面22までの光軸l1上の厚さをdと規定したとき、次式(2)を満たすように設計を行なうことにより、f−θ光学系における像面湾曲を抑えることができると共に、第1レンズ20の軸上厚を抑えることができ、レンズ成形が容易になる。
0.040<d/f<0.55 (2)
Further, since the image plane side is telecentric, the light beam is incident substantially perpendicular to the image plane 40. For example, when the optical system 10 of the present embodiment is applied to a CCD, the photodetector The influence of vignetting when entering the light receiving element can be suppressed, and the amount of light can be secured.
When the thickness on the optical axis l1 from the optical surface 21 on the object side to the optical surface 22 on the image plane side of the first lens 20 is defined as d, the design is performed so as to satisfy the following expression (2). As a result, the curvature of field in the f-θ optical system can be suppressed, and the axial thickness of the first lens 20 can be suppressed, which facilitates lens molding.
0.040 <d / f <0.55 (2)

また、第1レンズ20の近軸パワーをPL1、第2レンズ30の近軸パワーをPL2と規定したとき、次式(3)を満たすように設計を行なうことにより、第1レンズ20と第2レンズ30との光軸上の間隔、第2レンズ30と像面40との光軸上の間隔が共に長く成り過ぎず、入射瞳と第1レンズの像面側の光学面との距離を十分確保しつつ、像面湾曲を良好に補正出来る。
−2.8<PL1/PL2<10.0 (3)
Further, when the paraxial power of the first lens 20 is defined as P L1 and the paraxial power of the second lens 30 is defined as P L2 , the first lens 20 and the first lens 20 are designed so as to satisfy the following expression (3). The distance on the optical axis between the second lens 30 and the distance on the optical axis between the second lens 30 and the image plane 40 are not too long, and the distance between the entrance pupil and the optical surface on the image plane side of the first lens. It is possible to satisfactorily correct the field curvature while ensuring sufficient.
-2.8 <P L1 / P L2 <10.0 (3)

また、第1レンズ20の像面側の光学面22から第2レンズ30の物体側の光学面31までの光軸上の間隔をΔlと規定したとき、次式(4)を満たすように設計を行なうことにより、第1レンズ20の近軸パワーPL1が大きく成り過ぎず、入射瞳と第1レンズの像面側の光学面との距離を十分確保しつつ、像面湾曲を良好に補正出来る。
0.0<Δl/f<2.0 (4)
In addition, when the distance on the optical axis from the optical surface 22 on the image plane side of the first lens 20 to the optical surface 31 on the object side of the second lens 30 is defined as Δl, it is designed to satisfy the following equation (4). , The paraxial power P L1 of the first lens 20 does not become too large, and the curvature of field is corrected well while ensuring a sufficient distance between the entrance pupil and the optical surface on the image plane side of the first lens. I can do it.
0.0 <Δl / f <2.0 (4)

また、第1レンズ20の物体側の光学面21の有効径をφL1、第1レンズ20の物体側の光学面21に入射する光束の光束径をφB1、第2レンズ30の物体側の光学面31の有効径をφL2、第2レンズ30の物体側の光学面31に入射する光束の光束径をφB2と規定したとき、次式(5)を満たすように設計を行なうことにより、非球面である第1レンズ20の物体側の光学面21に存在する局所的な面粗さによって入射光束が受ける影響を低減することができ、また、第2レンズ30の近軸パワーPL2が小さく成り過ぎず、像面湾曲を良好に補正出来る。
1.4<(φL2×φB1)/(φL1×φB2)<18.0 (5)
The effective diameter of the object-side optical surface 21 of the first lens 20 is φ L1 , the beam diameter of the light beam incident on the object-side optical surface 21 of the first lens 20 is φ B1 , and the object-side optical surface 21 of the second lens 30 is object-side. By designing so that the effective diameter of the optical surface 31 is φ L2 and the diameter of the light beam incident on the object-side optical surface 31 of the second lens 30 is φ B2 , the following equation (5) is satisfied. The influence of the incident light flux due to the local surface roughness present on the object-side optical surface 21 of the first lens 20 that is an aspherical surface can be reduced, and the paraxial power P L2 of the second lens 30 can be reduced. Is not too small, and the field curvature can be corrected well.
1.4 <(φ L2 × φ B1 ) / (φ L1 × φ B2 ) <18.0 (5)

また、第1レンズ20をプラスチック製とし、第1レンズ20の近軸パワーをPL1、第2レンズ30の近軸パワーをPL2と規定したとき、次式(6)を満たすように設計することにより、環境の温度変化により、第1レンズ20の屈折率が変化した場合でも、焦点距離のずれを十分小さくすることが出来、入射画角に対する像高の設計値からのずれや、像面湾曲も良好に補正することが出来る。
−2.8<PL1/PL2<1.2 (6)
Further, when the first lens 20 is made of plastic, the paraxial power of the first lens 20 is defined as P L1 , and the paraxial power of the second lens 30 is defined as P L2 , the first lens 20 is designed to satisfy the following formula (6). Thus, even when the refractive index of the first lens 20 changes due to a change in the temperature of the environment, the deviation of the focal length can be made sufficiently small, the deviation of the image height from the design value with respect to the incident angle of view, and the image plane. The curvature can be corrected well.
-2.8 <P L1 / P L2 <1.2 (6)

また、第1レンズ20をプラスチック製とした場合に、第1レンズ20の物体側の光学面21から像面側の光学面22までの光軸上の厚さをdと規定したとき、次式(7)を満たすように設計することにより、像面湾曲を良好に補正でき、また、第1レンズ20の光軸上の厚さが厚くなりすぎず、容易に製造することが出来る。
0.075<d/f<0.550 (7)
In addition, when the first lens 20 is made of plastic, when the thickness on the optical axis from the object-side optical surface 21 to the image-side optical surface 22 of the first lens 20 is defined as d, By designing so as to satisfy (7), the curvature of field can be corrected satisfactorily, and the thickness of the first lens 20 on the optical axis does not become too thick and can be easily manufactured.
0.075 <d / f <0.550 (7)

次に、実施例1〜7について説明する。
図2〜図8は、各実施例における光学系の断面図である。
実施例1,3,5,6における第1レンズL1はガラス製で物体側の光学面が非球面形状、像面側の光学面が球面形状となっており、実施例2,4,7における第1レンズL1は、プラスチック製で物体側の光学面と像面側の光学面が共に非球面形状となっている。
また、第2レンズL2は、全実施例1〜7において、ガラス製で物体側の光学面と像面側の光学面が共に球面形状となっている。
Next, Examples 1 to 7 will be described.
2-8 is sectional drawing of the optical system in each Example.
In the first, third, fifth, and sixth embodiments, the first lens L1 is made of glass, the object-side optical surface is aspherical, and the image-side optical surface is spherical. The first lens L1 is made of plastic, and both the object-side optical surface and the image-side optical surface are aspherical.
The second lens L2 is made of glass in all of Examples 1 to 7, and both the object-side optical surface and the image-side optical surface are spherical.

表1〜表7に各実施例のレンズデータを示す。

Figure 2005257771
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Figure 2005257771
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Figure 2005257771
Figure 2005257771
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表1〜表7中のNAは開口数、fは焦点距離、λは設計波長、Nλは設計波長における屈折率、mは結像倍率、θは光学系への入射半画角、rは曲率半径、dは光軸方向に前後する2つの面の光軸方向の位置を表している。また、プラスチック製の第1レンズの温度変化による屈折率変化量Δnは、Δn=−9.00000×10-5[1/℃]である。 Tables 1 to 7 show lens data of each example.
Figure 2005257771
Figure 2005257771
Figure 2005257771
Figure 2005257771
Figure 2005257771
Figure 2005257771
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In Tables 1 to 7, NA is the numerical aperture, f is the focal length, λ is the design wavelength, Nλ is the refractive index at the design wavelength, m is the imaging magnification, θ is the half angle of incidence on the optical system, and r is the curvature. The radius, d, represents the position in the optical axis direction of the two surfaces that move back and forth in the optical axis direction. Further, the refractive index change amount Δn due to the temperature change of the first plastic lens is Δn = −9.00000 × 10 −5 [1 / ° C.].

実施例1,3,5,6における第1レンズの物体側の光学面、実施例2,4,7における第1レンズの物体側の光学面と像面側の光学面は、それぞれ数1式に表1〜表7に示す係数を代入した数式で規定される、光軸に対して回転対称な非球面に形成されている。

Figure 2005257771
但し、面の頂点に接する平面からの変形量をx(mm)、光軸に垂直な方向の高さをh(mm)、曲率半径をr(mm)、κを円錐係数、A2iを非球面係数とする。 The object-side optical surface of the first lens in Examples 1, 3, 5, and 6, and the object-side optical surface and the image-side optical surface of the first lens in Examples 2, 4, and 7, respectively, Are formed as aspherical surfaces that are rotationally symmetric with respect to the optical axis and are defined by mathematical formulas in which the coefficients shown in Tables 1 to 7 are substituted.
Figure 2005257771
However, the amount of deformation from the plane in contact with the vertex of the surface is x (mm), the height in the direction perpendicular to the optical axis is h (mm), the radius of curvature is r (mm), κ is the cone coefficient, and A 2i is non Spherical coefficient.

表8に実施例1〜7における、上記(1)〜(5)式の値を示す。

Figure 2005257771
Table 8 shows the values of the above formulas (1) to (5) in Examples 1 to 7.
Figure 2005257771

図9(a)は実施例1におけるf−θ特性を示すグラフ、図9(b)は実施例1におけるテレセントリック性を示すグラフ、図9(c)は実施例1における像面湾曲を示すグラフである。
なお、各実施例において、f−θ特性を示すグラフは横軸が(1)式中の(Y−f×θ)/Yを示し縦軸が像高Yを示す。また、テレセントリック性を示すグラフは横軸が像高Yを示し、縦軸が主光線の像面への入射角を示す。また、像面湾曲を示すグラフのうち、左に示すグラフは横軸が像面湾曲、縦軸が像高を示し、右に示すグラフは横軸が歪曲収差(ディストーション)、縦軸が像高を示す。
9A is a graph showing the f-θ characteristic in Example 1, FIG. 9B is a graph showing telecentricity in Example 1, and FIG. 9C is a graph showing field curvature in Example 1. FIG. It is.
In each example, in the graph showing the f-θ characteristic, the horizontal axis represents (Y−f × θ) / Y in the equation (1), and the vertical axis represents the image height Y. In the graph indicating telecentricity, the horizontal axis indicates the image height Y, and the vertical axis indicates the incident angle of the principal ray on the image plane. Of the graphs showing the field curvature, the graph shown on the left shows the field curvature, the vertical axis shows the image height, the graph shown on the right shows the distortion (distortion), and the vertical axis shows the image height. Indicates.

実施例1は(1)〜(5)式を満たしており、図9(a)〜(c)に示すように、像高Yの焦点位置と光学系への入射角の積からのずれを像高Yで割った値の最大値が0.014であり、像面への入射角の最大値は0.2°であり、像面湾曲の最大値は0.003mmであるので、f−θ特性、テレセントリック性及び像面湾曲の全ての面において良好な性能を有し、更に光源に最も近い光学面が非球面形状であるので成形し易く、また、面荒さの影響が少ない光学系であることが分かる。   The first embodiment satisfies the expressions (1) to (5), and as shown in FIGS. 9A to 9C, the deviation from the product of the focal position of the image height Y and the incident angle to the optical system is detected. Since the maximum value divided by the image height Y is 0.014, the maximum value of the incident angle to the image plane is 0.2 °, and the maximum value of the field curvature is 0.003 mm, f− An optical system that has good performance in all aspects of θ characteristics, telecentricity, and field curvature, and that is easy to mold because the optical surface closest to the light source is aspherical, and that is less affected by surface roughness. I understand that there is.

図10(a)は実施例2におけるf−θ特性を示すグラフ、図10(b)は実施例2におけるテレセントリック性を示すグラフ、図10(c)は実施例2における像面湾曲を示すグラフである。
実施例2は(1)〜(5)式を満たしており、図10(a)〜(c)に示すように、像高Yの焦点位置と光学系への入射角の積からのずれを像高Yで割った値の最大値が0.02であり、像面への入射角の最大値は0.2°であり、像面湾曲の最大値は0.003mmであるので、f−θ特性、テレセントリック性及び像面湾曲の全ての面において良好な性能を有し、更に光源に最も近い光学面が非球面形状であるので成形し易く、また、面荒さの影響が少ない光学系であることが分かる。
10A is a graph showing the f-θ characteristics in Example 2, FIG. 10B is a graph showing telecentricity in Example 2, and FIG. 10C is a graph showing field curvature in Example 2. FIG. It is.
The second embodiment satisfies the expressions (1) to (5). As shown in FIGS. 10A to 10C, the deviation from the product of the focal position of the image height Y and the incident angle to the optical system is detected. The maximum value divided by the image height Y is 0.02, the maximum angle of incidence on the image plane is 0.2 °, and the maximum value of field curvature is 0.003 mm. An optical system that has good performance in all aspects of θ characteristics, telecentricity, and field curvature, and that is easy to mold because the optical surface closest to the light source is aspherical, and that is less affected by surface roughness. I understand that there is.

図11(a)は実施例3におけるf−θ特性を示すグラフ、図11(b)は実施例3におけるテレセントリック性を示すグラフ、図11(c)は実施例3における像面湾曲を示すグラフである。
実施例3は(1)〜(5)式を満たしており、図11(a)〜(c)に示すように、像高Yの焦点位置と光学系への入射角の積からのずれを像高Yで割った値の最大値が0.02であり、像面への入射角の最大値は0.5°であり、像面湾曲の最大値は0.002mmであるので、f−θ特性、テレセントリック性及び像面湾曲の全ての面において良好な性能を有し、更に光源に最も近い光学面が非球面形状であるので成形し易く、また、面荒さの影響が少ない光学系であることが分かる。
11A is a graph showing the f-θ characteristic in Example 3, FIG. 11B is a graph showing telecentricity in Example 3, and FIG. 11C is a graph showing field curvature in Example 3. It is.
The third embodiment satisfies the expressions (1) to (5). As shown in FIGS. 11A to 11C, the deviation from the product of the focal position of the image height Y and the incident angle to the optical system is detected. The maximum value divided by the image height Y is 0.02, the maximum angle of incidence on the image plane is 0.5 °, and the maximum value of field curvature is 0.002 mm. An optical system that has good performance in all aspects of θ characteristics, telecentricity, and field curvature, and that is easy to mold because the optical surface closest to the light source is aspherical, and that is less affected by surface roughness. I know that there is.

図12(a)は実施例4におけるf−θ特性を示すグラフ、図12(b)は実施例4におけるテレセントリック性を示すグラフ、図12(c)は実施例4における像面湾曲を示すグラフである。
実施例4は(1)〜(5)式を満たしており、図12(a)〜(c)に示すように、像高Yの焦点位置と光学系への入射角の積からのずれを像高Yで割った値の最大値が0.016であり、像面への入射角の最大値は0.4°であり、像面湾曲の最大値は0.014mmであるので、f−θ特性、テレセントリック性及び像面湾曲の全ての面において良好な性能を有し、更に光源に最も近い光学面が非球面形状であるので成形し易く、また、面荒さの影響が少ない光学系であることが分かる。
12A is a graph showing the f-θ characteristic in Example 4, FIG. 12B is a graph showing telecentricity in Example 4, and FIG. 12C is a graph showing field curvature in Example 4. FIG. It is.
The fourth embodiment satisfies the expressions (1) to (5), and as shown in FIGS. 12A to 12C, the deviation from the product of the focal position of the image height Y and the incident angle to the optical system is detected. The maximum value divided by the image height Y is 0.016, the maximum value of the incident angle to the image plane is 0.4 °, and the maximum value of the field curvature is 0.014 mm. An optical system that has good performance in all aspects of θ characteristics, telecentricity, and field curvature, and that is easy to mold because the optical surface closest to the light source is aspherical, and that is less affected by surface roughness. I understand that there is.

図13(a)は実施例5におけるf−θ特性を示すグラフ、図13(b)は実施例5におけるテレセントリック性を示すグラフ、図13(c)は実施例5における像面湾曲を示すグラフである。
実施例5は(1)〜(5)式を満たしており、図13(a)〜(c)に示すように、像高Yの焦点位置と光学系への入射角の積からのずれを像高Yで割った値の最大値が0.033であり、像面への入射角の最大値は0.1°であり、像面湾曲の最大値は0.092mmであるので、f−θ特性、テレセントリック性及び像面湾曲の全ての面において良好な性能を有し、更に光源に最も近い光学面が非球面形状であるので成形し易く、また、面荒さの影響が少ない光学系であることが分かる。
13A is a graph showing the f-θ characteristic in Example 5, FIG. 13B is a graph showing telecentricity in Example 5, and FIG. 13C is a graph showing field curvature in Example 5. It is.
The fifth embodiment satisfies the expressions (1) to (5). As shown in FIGS. 13A to 13C, the deviation from the product of the focal position of the image height Y and the incident angle to the optical system is detected. The maximum value divided by the image height Y is 0.033, the maximum incident angle to the image plane is 0.1 °, and the maximum value of the field curvature is 0.092 mm. An optical system that has good performance in all aspects of θ characteristics, telecentricity, and field curvature, and that is easy to mold because the optical surface closest to the light source is aspherical, and that is less affected by surface roughness. I understand that there is.

図14(a)は実施例6におけるf−θ特性を示すグラフ、図14(b)は実施例6におけるテレセントリック性を示すグラフ、図14(c)は実施例6における像面湾曲を示すグラフである。
実施例6は(1)〜(5)式を満たしており、図14(a)〜(c)に示すように、像高Yの焦点位置と光学系への入射角の積からのずれを像高Yで割った値の最大値が0.002であり、像面への入射角の最大値は0.4°であり、像面湾曲の最大値は0.023mmであるので、f−θ特性、テレセントリック性及び像面湾曲の全ての面において良好な性能を有し、更に光源に最も近い光学面が非球面形状であるので成形し易く、また、面荒さの影響が少ない光学系であることが分かる。
14A is a graph showing the f-θ characteristic in Example 6, FIG. 14B is a graph showing telecentricity in Example 6, and FIG. 14C is a graph showing field curvature in Example 6. It is.
In Example 6, the expressions (1) to (5) are satisfied. As shown in FIGS. 14A to 14C, the deviation from the product of the focal position of the image height Y and the incident angle to the optical system is detected. The maximum value divided by the image height Y is 0.002, the maximum angle of incidence on the image plane is 0.4 °, and the maximum value of field curvature is 0.023 mm. An optical system that has good performance in all aspects of θ characteristics, telecentricity, and field curvature, and that is easy to mold because the optical surface closest to the light source is aspherical, and that is less affected by surface roughness. I understand that there is.

図15(a)は実施例7におけるf−θ特性を示すグラフ、図15(b)は実施例7におけるテレセントリック性を示すグラフ、図15(c)は実施例7における像面湾曲を示すグラフである。
実施例7は(1)〜(5)式を満たしており、図15(a)〜(c)に示すように、像高Yの焦点位置と光学系への入射角の積からのずれを像高Yで割った値の最大値が0.053であり、像面への入射角の最大値は0.5°であり、像面湾曲の最大値は0.002mmであるので、良好な集光性能を有し、更に光源に最も近い光学面が非球面形状であるので成形し易く、また、面荒さの影響が少ない光学系であることが分かる。
15A is a graph showing the f-θ characteristic in Example 7, FIG. 15B is a graph showing telecentricity in Example 7, and FIG. 15C is a graph showing field curvature in Example 7. It is.
The seventh embodiment satisfies the expressions (1) to (5), and as shown in FIGS. 15A to 15C, the deviation from the product of the focal position of the image height Y and the incident angle to the optical system is detected. The maximum value divided by the image height Y is 0.053, the maximum value of the incident angle to the image plane is 0.5 °, and the maximum value of the field curvature is 0.002 mm. It can be seen that the optical system has a light condensing performance, and the optical surface closest to the light source is aspherical, so that it is easy to mold, and is less affected by surface roughness.

図16(a)は実施例7において環境温度が30℃上昇した際のf−θ特性を示すグラフ、図16(b)は実施例7におけるテレセントリック性を示すグラフ、図16(c)は実施例7における像面湾曲を示すグラフである。
実施例7において環境温度が30℃上昇した際は更に(6)式を満たしており、図16(a)〜(c)に示すように、像高Yの焦点位置と光学系への入射角の積からのずれを像高Yで割った値の最大値が0.053であり、像面への入射角の最大値は0.5°であり、像面湾曲の最大値は0.004mmである。又、環境温度が30℃上昇した際の焦点距離の変化Δfを設計状態の焦点距離fで割った値がΔf/f=1.1×10-4であるので、環境温度変化による焦点距離変化の影響が十分少ない精密な光学系であることが分かる。
16A is a graph showing the f-θ characteristics when the environmental temperature is increased by 30 ° C. in Example 7, FIG. 16B is a graph showing the telecentricity in Example 7, and FIG. 10 is a graph showing field curvature in Example 7.
When the environmental temperature rises by 30 ° C. in Example 7, the expression (6) is further satisfied, and as shown in FIGS. 16A to 16C, the focal position of the image height Y and the incident angle to the optical system. The maximum value obtained by dividing the deviation from the product by the image height Y is 0.053, the maximum angle of incidence on the image plane is 0.5 °, and the maximum value of the field curvature is 0.004 mm. It is. In addition, since the value obtained by dividing the focal length change Δf when the environmental temperature rises by 30 ° C. by the designed focal length f is Δf / f = 1.1 × 10 −4 , the focal length change due to the environmental temperature change It can be seen that this is a precise optical system with a sufficiently small influence.

光学系の構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the structure of an optical system. 実施例1における光学系の構成を示す要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing a configuration of an optical system in Example 1. 実施例2における光学系の構成を示す要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a principal part showing a configuration of an optical system in Example 2. 実施例3における光学系の構成を示す要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a principal part showing a configuration of an optical system in Example 3. 実施例4における光学系の構成を示す要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a principal part showing a configuration of an optical system in Example 4. 実施例5における光学系の構成を示す要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a principal part showing a configuration of an optical system in Example 5. 実施例6における光学系の構成を示す要部断面図である。FIG. 10 is a main part sectional view showing a configuration of an optical system in Example 6; 実施例7における光学系の構成を示す要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a principal part showing a configuration of an optical system in Example 7. 実施例1におけるf−θ特性を表すグラフ(a)、テレセントリック性を表すグラフ(b)及び像面湾曲を表すグラフ(c)である。2 is a graph (a) representing f-θ characteristics, a graph (b) representing telecentricity, and a graph (c) representing field curvature. 実施例2におけるf−θ特性を表すグラフ(a)、テレセントリック性を表すグラフ(b)及び像面湾曲を表すグラフ(c)である。7 is a graph (a) representing f-θ characteristics in Example 2, a graph (b) representing telecentricity, and a graph (c) representing field curvature. 実施例3におけるf−θ特性を表すグラフ(a)、テレセントリック性を表すグラフ(b)及び像面湾曲を表すグラフ(c)である。6 is a graph (a) representing f-θ characteristics in Example 3, a graph (b) representing telecentricity, and a graph (c) representing field curvature. 実施例4におけるf−θ特性を表すグラフ(a)、テレセントリック性を表すグラフ(b)及び像面湾曲を表すグラフ(c)である。6 is a graph (a) representing f-θ characteristics in Example 4, a graph (b) representing telecentricity, and a graph (c) representing field curvature. 実施例5におけるf−θ特性を表すグラフ(a)、テレセントリック性を表すグラフ(b)及び像面湾曲を表すグラフ(c)である。10 is a graph (a) representing f-θ characteristics, a graph (b) representing telecentricity, and a graph (c) representing field curvature in Example 5. FIG. 実施例6におけるf−θ特性を表すグラフ(a)、テレセントリック性を表すグラフ(b)及び像面湾曲を表すグラフ(c)である。It is the graph (a) showing the f-theta characteristic in Example 6, the graph (b) showing telecentricity, and the graph (c) showing curvature of field. 実施例7におけるf−θ特性を表すグラフ(a)、テレセントリック性を表すグラフ(b)及び像面湾曲を表すグラフ(c)である。It is the graph (a) showing the f-theta characteristic in Example 7, the graph (b) showing telecentricity, and the graph (c) showing curvature of field. 実施例7におけるf−θ特性を表すグラフ(a)、テレセントリック性を表すグラフ(b)及び像面湾曲を表すグラフ(c)である。It is the graph (a) showing the f-theta characteristic in Example 7, the graph (b) showing telecentricity, and the graph (c) showing curvature of field.

符号の説明Explanation of symbols

10 光学系
20 第1レンズ
21 物体側の光学面
22 像面側の光学面
30 第2レンズ
31 物体側の光学面
32 像面側の光学面
40 像面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical system 20 1st lens 21 Optical surface 22 of an object side Optical surface 30 of an image surface side 2nd lens 31 Optical surface 32 of an object side Optical surface 40 of an image surface side Image surface

Claims (8)

物体側から順に、第1レンズと、正の屈折力を有するガラス製の第2レンズの少なくとも2つのレンズを配置して構成され、前記第1レンズ及び前記第2レンズの全ての光学面の形状が光軸に対して回転対称となる光学系において、
前記第1レンズが像面側に凸面を向けたメニスカス形状であると共に当該第1レンズの物体側の光学面が非球面形状であり、
前記第2レンズの物体側の光学面及び像面側の光学面が共に球面形状であり、
前記光学系に入射する光束の半画角をθ[rad.]、前記光学系から出射された光束の像高をY[mm]、前記光学系の焦点距離をf[mm]と規定したとき、次式(1)を満たすことを特徴とする光学系。
−0.10<(Y−f×θ)/Y<0.10 (1)
In order from the object side, at least two lenses of a first lens and a glass-made second lens having a positive refractive power are arranged, and shapes of all optical surfaces of the first lens and the second lens are arranged. In an optical system in which is rotationally symmetric about the optical axis,
The first lens has a meniscus shape with a convex surface facing the image surface side, and the object-side optical surface of the first lens has an aspheric shape,
The object-side optical surface and the image-side optical surface of the second lens are both spherical.
When the half angle of view of the light beam incident on the optical system is defined as θ [rad.], The image height of the light beam emitted from the optical system is defined as Y [mm], and the focal length of the optical system is defined as f [mm]. An optical system characterized by satisfying the following formula (1).
−0.10 <(Y−f × θ) / Y <0.10 (1)
像面側がテレセントリックであることを特徴とする請求項1に記載の光学系。   The optical system according to claim 1, wherein the image plane side is telecentric. 前記第1レンズの物体側の光学面から像面側の光学面までの光軸上の厚さをdと規定したとき、次式(2)を満たすことを特徴とする請求項2に記載の光学系。
0.040<d/f<0.550 (2)
The following equation (2) is satisfied, where d is a thickness on the optical axis from the object-side optical surface to the image-side optical surface of the first lens. Optical system.
0.040 <d / f <0.550 (2)
前記光学系が前記第1レンズと前記第2レンズの2つのレンズから構成され、
前記第1レンズの近軸パワーをPL1、前記第2レンズの近軸パワーをPL2と規定したとき、次式(3)を満たすことを特徴とする請求項2又は3に記載の光学系。
−2.8<PL1/PL2<10.0 (3)
The optical system is composed of two lenses, the first lens and the second lens,
When the paraxial power of the first lens defined P L1, the paraxial power of the second lens and P L2, the optical system according to claim 2 or 3 and satisfies the following expression (3) .
-2.8 <P L1 / P L2 <10.0 (3)
前記光学系が前記第1レンズと前記第2レンズの2つのレンズから構成され、
前記第1レンズの像面側の光学面から前記第2レンズの物体側の光学面までの光軸上の間隔をΔlと規定したとき、次式(4)を満たすことを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の光学系。
0.0<Δl/f<2.0 (4)
The optical system is composed of two lenses, the first lens and the second lens,
The following equation (4) is satisfied when an interval on the optical axis from the optical surface on the image plane side of the first lens to the optical surface on the object side of the second lens is defined as Δl. The optical system as described in any one of 2-4.
0.0 <Δl / f <2.0 (4)
前記光学系が前記第1レンズと前記第2レンズの2つのレンズから構成され、
前記第1レンズの物体側の光学面の有効径をφL1、前記第1レンズの物体側の光学面に入射する光束の光束径をφB1、前記第2レンズの物体側の光学面の有効径をφL2、前記第2レンズの物体側の光学面に入射する光束の光束径をφB2と規定したとき、次式(5)を満たすことを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の光学系。
1.4<(φL2×φB1)/(φL1×φB2)<18.0 (5)
The optical system is composed of two lenses, the first lens and the second lens,
The effective diameter of the optical surface on the object side of the first lens is φ L1 , the diameter of the light beam incident on the optical surface on the object side of the first lens is φ B1 , and the effective diameter of the optical surface on the object side of the second lens is The following expression (5) is satisfied, where the diameter is defined as φ L2 and the diameter of the light beam incident on the object-side optical surface of the second lens is defined as φ B2 . The optical system according to one item.
1.4 <(φ L2 × φ B1 ) / (φ L1 × φ B2 ) <18.0 (5)
前記光学系が前記第1レンズと前記第2レンズの2つのレンズから構成され、
前記第1レンズがプラスチック製であり、
前記第1レンズの近軸パワーをPL1、前記第2レンズの近軸パワーをPL2と規定したとき、次式(6)を満たすことを特徴とする請求項2〜6のいずれか一項に記載の光学系。
−2.8<PL1/PL2<1.2 (6)
The optical system is composed of two lenses, the first lens and the second lens,
The first lens is made of plastic;
The paraxial power P L1 of the first lens, when the paraxial power of the second lens is defined as P L2, any one of claims 2-6 characterized by satisfying the following expression (6) The optical system described in 1.
-2.8 <P L1 / P L2 <1.2 (6)
前記第1レンズの物体側の光学面から像面側の光学面までの光軸上の厚さをdと規定したとき、次式(7)を満たすことを特徴とする請求項7に記載の光学系。
0.075<d/f<0.550 (7)
The following expression (7) is satisfied when the thickness on the optical axis from the object-side optical surface of the first lens to the image-side optical surface is defined as d. Optical system.
0.075 <d / f <0.550 (7)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102566012A (en) * 2012-03-16 2012-07-11 南京波长光电科技有限公司 Telecentric scanning lens

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