JP2007218947A

JP2007218947A - 画像読取レンズ及び画像読取装置

Info

Publication number: JP2007218947A
Application number: JP2006036118A
Authority: JP
Inventors: Akira Komatsu; 朗小松; Toshihiko Sakai; 俊彦坂井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【目的】４枚の球面レンズによる簡素な構成で、緒収差を良好に補正し、小型・軽量な読
取装置を実現する広画角を有する低コストの画像読取レンズを提供する。
【解決手段】物体側より結像側へ向かって順に、物体側へ凸面を向けた正の屈折力を有す
るメニスカス形状の第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する両凹の第２レンズＬ２と、絞
りと、正の屈折力を有する両凸の第３レンズＬ３と、結像面側へ凸面を向けた負の屈折力
を有するメニスカス形状の第４レンズＬ４とから構成され、下記の条件式を満足するよう
に構成する。
（１）０．０５＜Ｄ１／ｆ＜０．０８
（２）０．０１５＜Ｄ２／ｆ＜０．０２２
（３）０．３＜Ｄ６／ｆ＜０．４
（４）０．０３＜Ｄ７／ｆ＜０．０９
但し、ｆはレンズ全系の焦点距離、Ｄ１は第１レンズＬ１の中心厚、Ｄ２は第１レンズ
Ｌ１と第２レンズＬ２の空気間隔、Ｄ６は第３レンズＬ３の中心厚、Ｄ７は第３レンズＬ
３と第４レンズＬ４の空気間隔である。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像読取レンズに関するものであり、特にＣＣＤなどの固体撮像素子による
ラインセンサを備えた画像読取装置に好適な画像読取レンズ及びそのレンズを用いた画像
読取装置に関するものである。

原稿の画像情報を固体撮像素子上に縮小投影して読み取る、イメージスキャナやデジタ
ル複写機等の画像読取レンズは、開口効率が１００％で、歪曲収差・倍率色収差等の緒収
差が十分に補正されていなければならない。加えて、画像読取装置を小型化する為に、画
像読取用レンズを広角化し、物像間距離を短縮することが望まれている。また、コストの
面から、レンズがなるべく小さいこと、コスト高となる非球面レンズを使用せず、球面レ
ンズのみで構成することなどが要求される。

従来から、広角の読取レンズに適したレンズタイプとして、テレフォトタイプが知られ
ている。テレフォトタイプとは、主レンズの読取レンズの縮小側に、負のレンズを付加し
たレンズタイプで、この負レンズが、レンズの広角化と仏像間距離の短縮に役立っている
。特許文献１〜４は、いずれもテレフォトタイプの画像読取レンズで、球面レンズ４枚か
ら構成されている。
特許第３５０７２８７号特開平９−１０１４５２公報特開平１１−１９０８２０公報特開２０００−２４９９１３公報

しかしながら、従来のテレフォトタイプの画像読取レンズでは、画角が不十分である。
文献１のレンズでは３６度、文献２のレンズでは４１度、文献３のレンズでは４８度であ
る。文献４のレンズでは５９度の画角の実施例もあるが、その他は４６〜５２度の画角で
あり、広画角の要求に十分応えられていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、広画角、小型でありながら諸収差が良好
に補正された低コストの画像読取レンズを提供することを目的とする。
また、本発明はかかる画像読取レンズを備えた画像読取装置を提供することを目的とす
る。

本発明の画像読取レンズは、物体側より結像側へ向かって順に、物体側へ凸面を向けた
正の屈折力を有するメニスカス形状の第１レンズと、負の屈折力を有する両凹の第２レン
ズと、絞りと、正の屈折力を有する両凸の第３レンズと、結像面側へ凸面を向けた負の屈
折力を有するメニスカス形状の第４レンズとから構成される。

この構成は、基本的に前記特許文献１〜４に開示されている球面レンズ４枚構成のテレ
フォトタイプの画像読取レンズと同じであるが、本発明の画像読取レンズは、上記目的を
達成するため、レンズの厚さ及びその空気間隔に特徴を有する。即ち、第１レンズから第
３レンズまでの距離が短いこと、第３レンズの厚さが非常に厚いこと、第３レンズと第４
レンズの空気間隔が短いことが特徴である。

具体的には、第１レンズの中心厚をＤ１、第１レンズと第２レンズの空気間隔をＤ２、
第３レンズの中心厚をＤ６、第３レンズと第４レンズの空気間隔をＤ７、レンズ全系の焦
点距離をｆとするとき、下記（１）〜（４）の条件を満たすことを特徴としている。
（１）０．０５＜Ｄ１／ｆ＜０．０８
（２）０．０１５＜Ｄ２／ｆ＜０．０２２
（３）０．２８＜Ｄ６／ｆ＜０．４
（４）０．０３＜Ｄ７／ｆ＜０．０９

従来例として挙げたテレフォトタイプの画像読取レンズは、物体側の前群の正、負，正
の３枚のレンズと結像側の負メニスカスレンズの４枚構成の組み合わせからなり、第３レ
ンズと第４レンズの空気間隔を広くしなければならないため、レンズ系の全長が長くなり
がちで、第４レンズの径も大きくなる傾向となる。

本発明の画像読取レンズは、第３レンズの厚さが、第３レンズと第４レンズの空気間隔
の４倍以上と非常に厚くなっており、いわば第３レンズと第４レンズとの間の空気を第３
レンズのガラスで満たしている構造となっている。空気より屈折率の高いガラスで空気を
置換することにより、レンズ全長を短く、コンパクトな構成とすることを可能にしている
。第３レンズの中心厚が非常に厚いため、第１レンズは比較的薄いレンズとなり、第１レ
ンズと第２レンズの空気間隔が狭くなっている。また、第３レンズと第４レンズの空気間
隔が狭くなり、このため、第４レンズの径を大きくする必要がなく、この点でもコンパク
ト化に寄与している。

さらに、本発明の画像読取レンズは、第１〜第４レンズの焦点距離ｆ１〜ｆ４がレンズ
全系の焦点距離ｆとの間に、それぞれ下記（５）〜（８）の条件を満たすことが好ましい
。
（５）１．２＜ｆ／ｆ１＜１．８
（６）−２．８＜ｆ／ｆ２＜ −２．０
（７）２．２＜ｆ／ｆ３＜３．２
（８）−１．２＜ｆ／ｆ４＜ −２．０

これらの条件は、各レンズの焦点距離に対し、上記条件との関係も合わせてバランスを
取って適切に設定し、収差を良好に補正する為に必要である。この条件を逸脱すると、歪
曲収差・像面湾曲収差・非点収差などに悪影響が生じ、解像力が悪化する。

さらに、本発明の画像読取レンズは、それぞれのレンズを構成する素材が、下記（９）
〜（１６）の条件を満たすことが好ましい。
（９）１．６＜Ｎ１
（１０）１．６＜Ｎ２
（１１）１．６＜Ｎ３
（１２）Ｎ４＜１．６
（１３）４０＜Ｖ１
（１４）Ｖ２＜４０
（１５）４０＜Ｖ３
（１６）４０＜Ｖ４

但し、Ｎ１〜Ｎ４は、それぞれ第１レンズ〜第４レンズのｄ線（波長５８７．５６ｎｍ
）における屈折率、Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれ第１レンズ〜第４レンズのｄ線におけるアッ
ベ数である。
レンズの硝材がこの範囲に無い場合、色収差の補正が出来ず、倍率色収差が生じてしま
い、波長によって像の大きさが異なってしまう場合がある。

以下、本発明の画像読取レンズ及び画像読取装置の実施の形態について説明するが、本
発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の画像読取レンズの典型的な構成を示す概略構成図であり、後述する第
１実施例の実施形態を示している。図２は、本発明の画像読取レンズの収差図であり、第
１実施例のレンズの収差を示している。同様に、図３、図５、図７は、本発明の画像読取
レンズの構成を示す概略構成図であり、それぞれ後述する第２，第３，第４実施例を示し
ている。また、図４、図６、図８は、それぞれ後述する第２，第３，第４実施例の画像読
取レンズの収差図である。

図１〜図７の構成図におけるＬｉ（ｉは１からの整数）で示される符号は、物体側から
結像側に向かって順にレンズ番号を示し、Ｒｉ（ｉは１からの整数）で示される符号は、
物体側から結像側に向かって順にレンズ面番号を示し、Ｄｉ（ｉは１からの整数）で示さ
れる符号は、物体側から結像側に向かって順に主光線軸におけるレンズの中心厚及びレン
ズ間の空気間隔を示す。

図２〜図８の収差図の中で、左のグラフはｄ線（５８７．５６ｎｍ）、ｇ線（４３５．
８５ｎｍ）、Ｃ線（６５６．２７ｎｍ）の波長における球面収差を示している。中央のグ
ラフは像面湾曲と非点収差を示し、符合Ｓは球欠的像面、符合Ｔは子午的像面を表してい
る。右のグラフは歪曲収差を示している。なお、歪曲収差量を示す横軸の単位はパーセン
ト（％）、他の収差量を示す横軸の単位はｍｍである。

本発明の画像読取レンズは、物体側より結像側へ向かって順に、物体側へ凸面を向けた
正の屈折力を有するメニスカス形状の第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する両凹の第２
レンズＬ２と、絞りと、正の屈折力を有する両凸の第３レンズＬ３と、結像面側へ凸面を
向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第４レンズＬ４とから構成される。前群を構
成する３枚のレンズＬ１〜Ｌ３の縮小側に負レンズが配置されたテレフォトタイプのレン
ズである。また、第１レンズと第２レンズとが正負のペアで形成され、第３レンズと第４
レンズとが正負のペアで形成されており、収差補正に有利な構成となっている。

図１に示すように、本発明の画像読取レンズは、第３レンズＬ３の中心厚が非常に厚く
、第２レンズＬ２と第４レンズＬ４の間の空気を空気より屈折率の高いガラスで置換して
いる如き構造となっていることが特徴である。具体的には、第３レンズＬ３の中心厚Ｄ６
は、レンズ全系の焦点距離ｆに対して下記式（３）の条件式を満足する。この条件を満足
しないと広画角と小型化の両立が困難である。
（３）０．３＜Ｄ６／ｆ＜０．４

第３レンズＬ３の中心厚Ｄ６が厚く、第２レンズＬ２と第４レンズＬ４の間の空気を空
気より屈折率の高いガラスで置換している如き構造となっているため、第３レンズＬ３と
第４レンズＬ４との間の空気間隔Ｄ７は狭くなっている。また、第３レンズＬ３が非常に
厚いこととのバランス上、第１レンズＬ１の中心厚Ｄ１が薄く、且つ第１レンズＬ１と第
２レンズＬ２との間の空気間隔Ｄ２も狭くなっている。具体的には、下記式（１）、（２
）及び（４）の条件式を満足する必要がある。これらの条件を満足しないと広画角と小型
化の両立が困難である。
（１）０．０５＜Ｄ１／ｆ＜０．０８
（２）０．０１５＜Ｄ２／ｆ＜０．０２２
（４）０．０３＜Ｄ７／ｆ＜０．０９

また、上記（１）〜（４）の条件に加えて第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４のそれぞれ
の焦点距離ｆ１〜ｆ４が、それぞれ下記（５）〜（８）の条件を満たすことが好ましい。
これらの条件を満足しないと、歪曲収差、像面湾曲収差、非点収差などに悪影響が生じ、
解像力が悪化する場合がある。
（５）１．２＜ｆ／ｆ１＜１．８
（６）−２．８＜ｆ／ｆ２＜ −２．０
（７）２．２＜ｆ／ｆ３＜３．２
（８）−１．２＜ｆ／ｆ４＜ −２．０

更に、上記（１）〜（８）の条件に加えて第１レンズ〜第４レンズのそれぞれのｄ線に
おける屈折率Ｎ１〜Ｎ４及びｄ線におけるアッベ数Ｖ１〜Ｖ４が、下記式（９）〜（１６
）の条件式を満足することが好ましい。各レンズの硝材の屈折率とアッベ数がこれらの範
囲に無い場合、色収差の補正が出来ず、倍率色収差が生じてしまい、波長によって像の大
きさが異なってしまう場合がある。
（９）１．６＜Ｎ１
（１０）１．６＜Ｎ２
（１１）１．６＜Ｎ３
（１２）Ｎ４＜１．６
（１３）４０＜Ｖ１
（１４）Ｖ２＜４０
（１５）４０＜Ｖ３
（１６）４０＜Ｖ４

以下、本発明の画像読取レンズ及び画像読取装置の実施例を示す。
（実施例１）
図１は実施例１の画像読取レンズの概略構成図である。図２は実施例１の諸収差を示す
収差図である。表１に実施例１の設計データを示す。表１には、面Ｒｉの曲率半径ｒｉ（
ｍｍ）、物体側より結像側へ向かって第ｉ番目の各レンズの光軸上の中心厚及び各レンズ
間の光軸上の空気間隔Ｄｉ（ｍｍ）、物体側より結像側へ順にｉ番目の光学材料のｄ線に
対する屈折率Ｎｄとアッベ数Ｖｄが示されている。なお、表１には、図１に示されていな
い固体撮像素子の前面に配置されているカバーガラスも光学系の一部として記載されてい
る。

（実施例２）
図３は実施例２の画像読取レンズの概略構成図である。図４は実施例２の諸収差を示す
収差図である。表２に実施例２の設計データを示す。表２には、面Ｒｉの曲率半径ｒｉ（
ｍｍ）、物体側より結像側へ向かって第ｉ番目の各レンズの光軸上の中心厚及び各レンズ
間の光軸上の空気間隔Ｄｉ（ｍｍ）、物体側より結像側へ順にｉ番目の光学材料のｄ線に
対する屈折率Ｎｄとアッベ数Ｖｄが示されている。なお、表２には、図３に示されていな
い固体撮像素子の前面に配置されているカバーガラスも光学系の一部として記載されてい
る。

（実施例３）
図５は実施例３の画像読取レンズの概略構成図である。図６は実施例３の諸収差を示す
収差図である。表３に実施例３の設計データを示す。表３には、面Ｒｉの曲率半径ｒｉ（
ｍｍ）、物体側より結像側へ向かって第ｉ番目の各レンズの光軸上の中心厚及び各レンズ
間の光軸上の空気間隔Ｄｉ（ｍｍ）、物体側より結像側へ順にｉ番目の光学材料のｄ線に
対する屈折率Ｎｄとアッベ数Ｖｄが示されている。なお、表３には、図５に示されていな
い固体撮像素子の前面に配置されているカバーガラスも光学系の一部として記載されてい
る。

（実施例４）
図７は実施例４の画像読取レンズの概略構成図である。図８は実施例４の諸収差を示す
収差図である。表４に実施例４の設計データを示す。表４には、面Ｒｉの曲率半径ｒｉ（
ｍｍ）、物体側より結像側へ向かって第ｉ番目の各レンズの光軸上の中心厚及び各レンズ
間の光軸上の空気間隔Ｄｉ（ｍｍ）、物体側より結像側へ順にｉ番目の光学材料のｄ線に
対する屈折率Ｎｄとアッベ数Ｖｄが示されている。なお、表４には、図７に示されていな
い固体撮像素子の前面に配置されているカバーガラスも光学系の一部として記載されてい
る。

表５に、実施例１〜実施例４の設計仕様値を示す。

表５から、本発明の画像読取レンズの実施例の画角はいずれも５６度を超えて、広画角
が実現されている一方、諸収差はよく補正されている。肉厚の第３レンズの存在により全
長も従来の画像読取レンズより短くなっている。実施例１〜４の画像読取レンズは上記式
（１）〜（１５）の条件を満足している。

（実施例５）
図９に、画像読取装置としてのフラットベッド型のスキャナを例示し、装置内の光学ヘ
ッドの概略構造を示す。原稿台ガラス１上に原稿が供給され、その原稿の像を光学ヘッド
２により読み取り、原稿の像を電気信号に変換するものである。自動給紙装置が装着され
ているスキャナでは原稿が移動し、自動給紙装置がないスキャナでは光学ヘッド２が移動
して原稿の像を読み取る。光学ヘッド２は、光源３により原稿台ガラス１上の原稿を照明
し、原稿からの反射光はミラー４により折り返され、画像読取レンズ５により一次元イメ
ージセンサ６に結像する。光学ヘッド２又は原稿が図の左右方向に移動しながら原稿を読
むことで、原稿の二次元像を得ることができる。

本発明の画像読取レンズは、広画角で小型であるため、このようなスキャナの光学ヘッ
ド、特に光学ヘッドが移動するタイプのスキャナに好適に用いることができる。

本発明の画像読取レンズは、イメージスキャナやデジタル複写機等のラインセンサを用
いた画像読取装置の光学ヘッドに利用することができる。
また、本発明の画像読取装置は、イメージスキャナやデジタル複写機等として利用する
ことができる。

本発明の画像読取レンズの実施例１の概略構成図である。実施例１の諸収差図である。本発明の画像読取レンズの実施例２の概略構成図である。実施例２の諸収差図である。本発明の画像読取レンズの実施例３の概略構成図である。実施例３の諸収差図である。本発明の画像読取レンズの実施例４の概略構成図である。実施例４の諸収差図である。画像読取装置の一例の概略構成を示す構成図である。

符号の説明

１：原稿台ガラス、２：光学ヘッド、３：光源、４：ミラー、５：画像読取レンズ、６
：一次元イメージセンサ

Claims

物体側より結像側へ向かって順に、物体側へ凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカ
ス形状の第１レンズと、負の屈折力を有する両凹の第２レンズと、絞りと、正の屈折力を
有する両凸の第３レンズと、結像面側へ凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状
の第４レンズとから構成され、
前記第１レンズの中心厚と、前記第１レンズと前記第２レンズの空気間隔と、前記第３
レンズの中心厚と、前記第３レンズと前記第４レンズの空気間隔が、下記（１）〜（４）
の条件を満たすことを特徴とする画像読取レンズ。
（１）０．０５＜Ｄ１／ｆ＜０．０８
（２）０．０１５＜Ｄ２／ｆ＜０．０２２
（３）０．３＜Ｄ６／ｆ＜０．４
（４）０．０３＜Ｄ７／ｆ＜０．０９
但し、ｆはレンズ全系の焦点距離、Ｄ１は第１レンズの中心厚、Ｄ２は第１レンズと第
２レンズの空気間隔、Ｄ６は第３レンズの中心厚、Ｄ７は第３レンズと第４レンズの空気
間隔である。
請求項１記載の画像読取レンズにおいて、
第１レンズないし第４レンズの焦点距離が、それぞれ下記（５）〜（８）の条件を満た
すことを特徴とする画像読取レンズ。
（５）１．２＜ｆ／ｆ１＜１．８
（６）−２．８＜ｆ／ｆ２＜ −２．０
（７）２．２＜ｆ／ｆ３＜３．２
（８）−１．２＜ｆ／ｆ４＜ −２．０
但し、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの
焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｆ４は第４レンズの焦点距離である。
請求項２に記載の画像読取レンズにおいて、
それぞれのレンズを構成する素材が、下記（９）ないし（１６）の条件を満たすことを
特徴とする画像読取レンズ。
（９）１．６＜Ｎ１
（１０）１．６＜Ｎ２
（１１）１．６＜Ｎ３
（１２）Ｎ４＜１．６
（１３）４０＜Ｖ１
（１４）Ｖ２＜４０
（１５）４０＜Ｖ３
（１６）４０＜Ｖ４
但し、Ｎ１ないしＮ４は、第１レンズないし第４レンズのｄ線（波長５８７．５６ｎｍ
）における屈折率、Ｖ１ないしＶ４は、第１レンズないし第４レンズのｄ線におけるアッ
ベ数である。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像読取レンズを用いたことを特徴とす
る画像読取装置。