JP2005351972A - 読取レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 プラスチックレンズを用いた読取レンズにおいて、温度変化による像面移動量を十分に低減し、読取レンズの性能劣化を抑制する。
【解決手段】 物体側から順に、前群（Ｆ）と、絞り（Ａ）と、後群（Ｒ）とを配置して読取レンズを構成する。前群（Ｆ）は、プラスチック材料からなる正のレンズ（L1）と、プラスチック材料からなる負のレンズ（L2）との２枚で構成される。後群（Ｒ）は、ガラス材料からなる正のレンズ（L3）と、プラスチック材料からなる負のレンズ（L4）との２枚で構成される。プラスチック材料のレンズ（L1）、レンズ（L2）およびレンズ（L4）を通る軸上FNo光線の高さH1、H2およびH4を考慮して規定された所定の条件式と、レンズ（L1）およびレンズ（L2）の合成焦点距離f12についての所定の条件式とを満足するように、読取レンズを設計する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、イメージスキャナ、ファクシミリなどの画像読取装置に用いられ、原稿の画像情報に対応する光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の読取手段に結像させる読取レンズに関するものである。

従来、複写機などの画像読取装置に用いられる読取レンズは、複数枚のガラスで構成されているものが多く、Ｆ５程度の明るさで良好な収差補正を達成するためには、６枚程度のレンズが必要であった。しかし、そのような枚数のガラスレンズを用いると、読取レンズとしてのコストダウンにも限界があった。

そこで、近年では、読取レンズを構成する複数枚のレンズの一部をガラスからプラスチックに置き換え、さらに面を非球面化することでレンズ枚数を削減することにより、読取レンズのコストダウンを図る工夫がなされてきている。

しかし、プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べて線膨張係数が大きく、温度変化による屈折率変化も大きいので、環境温度が変化した場合、焦点距離や像面湾曲の様子が変化してしまい、性能劣化を引き起こしてしまう。したがって、読取レンズの一部にプラスチックレンズを用いる場合、温度変化による像面移動や像面湾曲の変化を補償する必要がある。

そこで、例えば特許文献１では、読取レンズを構成する複数枚のレンズのうち、少なくとも１枚を樹脂からなるアナモフィックレンズで構成するとともに、所定の条件式を満足するように読取レンズを設計している。また、例えば特許文献２では、読取レンズの一部にプラスチックレンズを３枚用い、所定の条件式を満足するように読取レンズを設計している。
特開２００２−３１４７６７号公報 特開平９−４３５０８号公報

ところで、光軸に対して平行な光線がレンズに入射する場合、レンズのパワー（焦点距離の逆数）がほぼ同等であっても、光線の当たる位置（光線の高さ）によって光線の曲げられる量は変わってくる。つまり、温度変化によってレンズの屈折率が変わった場合、２つのレンズの合成パワーが小さく（合成焦点距離が長く）ても、光線の高さが違えば像面移動に与える影響は変わってくる。したがって、温度変化による像面移動の低減を十分に図るためには、プラスチックレンズに入射する光線（特に、FNoを規定している光線であって、軸上に集光する光線（以下、軸上FNo光線と称する）の高さを考慮して、読取レンズを設計する必要がある。

しかし、特許文献１および２の読取レンズは、いずれも、プラスチックレンズを通る軸上FNo光線の高さを考慮して設計されていないため、像面移動の低減が不十分であるという問題が生ずる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、プラスチックレンズを用いることでコストダウンを図りながら、軸上FNo光線の高さを考慮してレンズを設計することにより、温度変化による像面移動を十分に低減できる読取レンズを提供することにある。

本発明の読取レンズは、物体側から順に、前群と、絞りと、後群とを備えた読取レンズであって、前群は、プラスチック材料からなる正のレンズ（L1）と、プラスチック材料からなる負のレンズ（L2）との２枚で構成され、後群は、ガラス材料からなる正のレンズ（L3）と、プラスチック材料からなる負のレンズ（L4）との２枚で構成され、さらに、以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴としている。すなわち、
６００＜｜f×f1／(H1)²＋f×f2／(H2)²＋f×f4／(H4)²｜＜９００ ・・・（１）
ただし、
f：全系の焦点距離、
f1：L1の焦点距離、H1：L1への軸上FNo光線の入射高さ、
f2：L2の焦点距離、H2：L2への軸上FNo光線の入射高さ、
f4：L4の焦点距離、H4：L4への軸上FNo光線の入射高さ、
８００＜f12＜１２００ ・・・（２）
ただし、
f12：L1、L2の合成焦点距離、
である。なお、上記各パラメータの単位は、全て〔ｍｍ〕である。

本発明によれば、プラスチックレンズであるレンズ（L1）、レンズ（L2）およびレンズ（L4）を通る軸上FNo光線の高さH1、H2およびH4を考慮して条件式（１）が設定されている。また、レンズ（L1）およびレンズ（L2）の合成焦点距離f12についての条件式（２）が設定されている。

ここで、条件式（１）の下限を下回ると、マイナス方向（像面がレンズに近づく方向）への像面移動量が大きくなる。一方、条件式（１）の上限を上回ると、プラス方向（像面がレンズから遠ざかる方向）への像面移動量が大きくなる。また、条件式（２）の下限を下回ると、プラス方向への像面移動量が大きくなり、条件式（２）の上限を上回ると、マイナス方向への像面移動量が大きくなる。

したがって、条件式（１）および（２）を満たすように読取レンズを設計することで、プラスチックレンズを複数枚用いてレンズのコストダウンを図りながらでも、環境温度変化時の像面移動量を小さくすることができ、環境温度変化による読取レンズの性能劣化を抑制することができる。

ここで、本発明の読取レンズは、さらに、以下の条件式（３）を満足するように設計されていてもよい。すなわち、
｜f×f1/(H1)²＋f×f2/(H2)²＋f×f4/(H4)²｜＜８００ ・・・（３）
である。

また、本発明の読取レンズは、さらに、以下の条件式（４）を満足するように設計されていてもよい。すなわち、
９００＜f12 ・・・（４）
である。

条件式（３）（４）を満たせば、プラス方向への像面移動量をより小さくすることができる。これにより、レンズ玉枠として線膨張係数の小さい材料が使用でき、寸法精度が向上し、品質の安定性が高いというメリットを得ることができる。

本発明によれば、プラスチックレンズを通る軸上FNo光線の高さを考慮して所定の条件式を満たすように読取レンズを設計することで、プラスチックレンズを複数枚用いながらでも、環境温度変化時の像面移動量を小さくすることができ、環境温度変化による読取レンズの性能劣化を抑制することができる。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

図１は、本実施形態に係る読取レンズの概略の構成を示す断面図である。読取レンズは、物体（例えば原稿）が配置される原稿台ガラス（１）と、像面となる読取手段としてのＣＣＤの前方に配置されるＣＣＤカバーガラス（２）との間の光路中に設けられている。この読取レンズは、物体側から順に、前群（Ｆ）と、絞り（Ａ）と、後群（Ｒ）とを備えている。前群（Ｆ）は、プラスチック材料からなる正のレンズ（L1）と、プラスチック材料からなる負のレンズ（L2）との２枚で構成されている。後群（Ｒ）は、ガラス材料からなる正のレンズ（L3）と、プラスチック材料からなる負のレンズ（L4）との２枚で構成されている。

本実施形態では、読取レンズは、以下の条件式（１）および（２）を満足するように設計されている。すなわち、
６００＜｜f×f1／(H1)²＋f×f2／(H2)²＋f×f4／(H4)²｜＜９００ ・・・（１）
ただし、
f：全系の焦点距離、
f1：L1の焦点距離、H1：L1への軸上FNo光線の入射高さ、
f2：L2の焦点距離、H2：L2への軸上FNo光線の入射高さ、
f4：L4の焦点距離、H4：L4への軸上FNo光線の入射高さ、
８００＜f12＜１２００ ・・・（２）
ただし、
f12：L1、L2の合成焦点距離、
である。

ここで、レンズ（L1）とレンズ（L2）とを隣接して配置すると、H1とH2との差が小さくなる。この点と、f12を長くすることとで、それぞれのレンズで発生する像面移動量を互いに打ち消すことができる。それに加えて、レンズ（L4）を絞り（Ａ）から遠ざけて配置し、H4を低くすることで、発生する像面移動量を小さく抑えることができる。

このような点に鑑み、本実施形態では、H1、H2およびH4を考慮して条件式（１）を規定するとともに、この条件式（１）と、f12についての条件式（２）とを満足するように読取レンズを設計している。実際に、条件式（１）において、｜f×f1／(H1)²＋f×f2／(H2)²＋f×f4／(H4)²｜の値が下限を下回ると、マイナス方向（像面がレンズに近づく方向）への像面移動量が大きくなり、上限を上回ると、プラス方向（像面がレンズから遠ざかる方向）への像面移動量が大きくなることがわかっている。また、条件式（２）において、f12が下限を下回ると、プラス方向への像面移動量が大きくなり、上限を上回ると、マイナス方向への像面移動量が大きくなることがわかっている。

したがって、条件式（１）および（２）を満足するように読取レンズを設計することで、本実施形態のようにプラスチックレンズを複数枚用いて読取レンズのコストダウンを図りながらでも、プラスチックレンズに起因する環境温度変化時の像面移動量を十分に小さくすることができ、環境温度変化による読取レンズの性能劣化を抑制することができる。

なお、条件式（１）では、H3は考慮されていないが、これは、レンズ（L3）はガラスレンズであり、ガラスはプラスチックに比べて温度変化に伴う像面移動等の特性劣化は小さいため、考慮する必要性に乏しいからである。

ここで、プラス方向への像面移動量をより小さくするためには、以下の条件式（３）または（４）を満足することが好ましい。すなわち、
｜f×f1/(H1)²＋f×f2/(H2)²＋f×f4/(H4)²｜＜８００ ・・・（３）
９００＜f12 ・・・（４）
である。この場合、さらに、レンズ玉枠として、線膨張係数の小さい材料が使用でき、寸法精度も向上し、品質の安定性も高くなるという効果を得ることができる。

以下、本実施形態における読取レンズの詳細な構成を、実施例１として説明する。

（実施例１）
表１は、本実施例における読取レンズのコンストラクションデータを示す説明図であり、図２は、本実施例における収差図を示す説明図である。なお、非点収差図において、Ｘはサジタル像面における非点収差を示し、Ｙはメリジオナル像面における非点収差を示している。また、Ｘ、Ｙの添え字１、２、３は、それぞれ波長６５６．２８ｎｍ、５８７．５６ｎｍ、４３５．８４ｎｍにおける結果を示している。

なお、表１において、ｎｄは屈折率を示し、νｄはｄ線に対するアッベ数を示している。また、面番号ｎ（ｎ＝１〜１４）は、それぞれ、物体側から数えて第ｎ番目の面を指している。また、面番号に＊印を付しているものは、その面が軸対称の非球面であることを示している。軸対称非球面の定義式は、次の数１式で表される。

ただし、
Ｙ：光軸からの高さのＹ座標
Ｚ：光軸からの高さのＺ座標
ｃ：面頂点での曲率
ｋ：コーニック係数
Ａ_i：非球面係数
である。ここで、第３面、第５面および第６面における非球面係数は、それぞれ、表２、表３および表４に示す通りである。なお、Ｅ−ｎ＝×１０^-nとする。

また、自由曲面の定義式は、次の数２式で表される。

ただし、
Ｙ：光軸からの高さのＹ座標
Ｚ：光軸からの高さのＺ座標
ｈ：ｈ²＝Ｙ²＋Ｚ²
ｃ：面頂点での曲率
ｋ：コーニック係数
Ａ_ij：非球面係数
である。ここで、第１０面および第１１面における自由曲面係数は、それぞれ、表５および表６に示す通りである。なお、Ｅ−ｎ＝×１０^-nとする。

また、本実施例では、f1＝５２．６〔ｍｍ〕、f2＝−４８．５〔ｍｍ〕、f3＝５３．８〔ｍｍ〕、f4＝−１０５．０〔ｍｍ〕、f12＝９９９．２〔ｍｍ〕、f＝７５．２７〔ｍｍ〕である。また、FNo＝４．７４、ｍ（読取倍率）＝０．２２０３、H1＝７．７０〔ｍｍ〕、H2＝７．０２〔ｍｍ〕、H3＝７．０７〔ｍｍ〕、H4＝３．４９〔ｍｍ〕である。

以上のように設計した結果、
｜f×f1／(H1)²＋f×f2／(H2)²＋f×f4／(H4)²｜≒｜−６５５｜＝６５５
となり、この結果は上述した条件式（１）を満足し、さらに条件式（３）も満足する。また、f12＝９９９．２であり、上述した条件式（２）を満足し、さらに条件式（４）も満足する。したがって、本実施例の読取レンズは、環境温度変化による読取レンズの性能劣化を十分に抑制することができると言える。

本発明の実施の一形態に係る読取レンズの概略の構成を示す断面図である。 本発明の一実施例における収差図を示す説明図である。

符号の説明

L1 レンズ
L2 レンズ
L3 レンズ
L4 レンズ
Ａ 絞り
Ｆ 前群
Ｒ 後群

Claims (3)

1. 物体側から順に、前群と、絞りと、後群とを備えた読取レンズであって、
   前群は、
   プラスチック材料からなる正のレンズ（L1）と、
   プラスチック材料からなる負のレンズ（L2）との２枚で構成され、
   後群は、
   ガラス材料からなる正のレンズ（L3）と、
   プラスチック材料からなる負のレンズ（L4）との２枚で構成され、
   さらに、以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする読取レンズ；
   ６００＜｜f×f1／(H1)²＋f×f2／(H2)²＋f×f4／(H4)²｜＜９００ ・・・（１）
   ただし、
   f：全系の焦点距離、
   f1：L1の焦点距離、H1：L1への軸上FNo光線の入射高さ、
   f2：L2の焦点距離、H2：L2への軸上FNo光線の入射高さ、
   f4：L4の焦点距離、H4：L4への軸上FNo光線の入射高さ、
   ８００＜f12＜１２００ ・・・（２）
   ただし、
   f12：L1、L2の合成焦点距離、
   である。
2. さらに、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の読取レンズ；
   ｜f×f1/(H1)²＋f×f2/(H2)²＋f×f4/(H4)²｜＜８００ ・・・（３）
   である。
3. さらに、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の読取レンズ；
   ９００＜f12 ・・・（４）
   である。

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