JP2009008759A - カラー画像読取レンズおよびカラー画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら、極めて精度良く色収差補正のなされた高解像・高性能のカラー画像読取レンズ、および高解像での画像読み取りを行うことのできるカラー画像読取装置を提供する。
【解決手段】物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１１と両凹の負レンズＬ１２とからなる第１群Ｇ１と、絞りＳｔと、少なくとも１つの面が平面で、その平面上に回折構造を有する１枚の回折光学素子Ｌ２１からなる第２群Ｇ２と、両凸形状の正レンズＬ３１と物体側に凹面を向けた負レンズＬ３２とからなる第３群Ｇ３とで構成される。絞りＳｔ近傍に回折光学素子Ｌ２１を配置したことで、像高全域に亘り効果的な収差補正が可能になると共に、回折光学素子Ｌ２１の口径も小さく制限できるため、型形成する場合において形状歪みなどの誤差が抑えられる。また、回折構造を平面に設けることにより製造誤差による性能劣化が小さく抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラー原稿やカラー画像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの固体撮像素子で読み取りする装置、例えば複写機やイメージスキャナ、フィルムスキャナなどに好適なカラー画像読取装置、およびそれに用いられるカラー画像読取レンズに関する。

複写機や各種のスキャナに用いられるカラー画像読取レンズは、中心から周辺まで光線のケラレなく各収差を良好に補正し、像高全域に亘り同等の高い解像力を有することが望まれる。特にＢ（青），Ｇ（緑），Ｒ（赤）の色ごとによる結像倍率差や解像コントラスト差をなくすため、倍率色収差と軸上色収差を極めて精度良く補正することが高解像を得るために重要となる。軸上色収差の補正は通常の色消しレンズにおいては特定の２波長に対する１次の色消しが可能であるが、他の波長では色収差が２次スペクトルとして残存し、波長による解像コントラスト差が生じてしまうためＢＧＲ全域に亘り高い解像性が得られない。異常分散ガラスを用いてこの２次スペクトルを補正する例も多々あるが、この種のガラスは材料費が高いことや、加工難度が高いことからコスト的に不利になる場合が多く、収差も高い精度で補正しきるには、枚数を増やすなどの工夫が必要となる。

一方、近年では、光学系において色補正する手段として回折作用に基づいた回折光学素子（Diffractive Optical Element：ＤＯＥ）を用いる例が知られている。図３２および図３３は、回折光学素子の一例として、キノフォーム型の回折光学素子の構成例を示している。この回折光学素子は、基板１０１の表面に同心円状に複数の鋸歯形状の段差を形成することで、通過光線に対して回折作用を持たせたものである。この回折光学素子では、図３３に示したように、正面から見たときに複数の輪帯１０２が形成されている。正面から見たときに中央の円形領域１０３を除く輪帯１０２の部分が回折作用を生じさせる。

このような回折光学素子は、一般的なレンズ材料と異なり、アッベ数が負で大きな分散を持つため、通常の屈折レンズ系（回折光学素子を用いないレンズ系）と適切に組み合わせることにより優れた色収差補正が可能になる。回折光学素子を用いたレンズ系として、以下の特許文献に記載のものが知られている。

特開平１０−３１１９４６号公報 特開平１０−３３９８４３号公報 特開２０００−６６０９３号公報 特開２００７−９４２７８号公報

しかしながら、上記特許文献１および特許文献４に記載のレンズ系では、回折構造が大きな曲率を持った面に形成されているため平面で形成される場合に比べ構造の形状誤差、例えば面の光軸と鉛直方向の軸ずれや、光軸に直交するＸＹ方向のアスなどによる影響が大きくなり解像力が低下することが予測できる。このため成形に高い精度を要する。さらに基板となる面またはその対面のうち少なくともいずれか一方が非球面からなる場合は、平面もしくは球面で形成される場合に比べ製造時の形状誤差、例えば面の光軸と鉛直方向の軸ずれや、ＸＹ方向のアスに加え、非球面形状の光軸方向の誤差（面うねり）などによる影響が非常に大きくなるため、一層の解像力の低下が予測できる。また、特許文献２に記載のレンズ系は構成枚数が多いため、高価でコンパクト化が不十分である。また、特許文献３には、平面基板に回折構造を設けた実施例があるが、有する回折構造の輪帯の数が多いため加工誤差による影響が大きく、さらに必要な形状を精度良く再現することが難しい。また絞り間隔が広く充分な小型化もなされていない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構成でありながら、極めて精度良く色収差補正のなされた高解像・高性能のカラー画像読取レンズ、およびその高解像・高性能のカラー画像読取レンズを用いて高解像での画像読み取りを行うことのできるカラー画像読取装置を提供することにある。

本発明によるカラー画像読取レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズと両凹の負レンズとからなる第１群と、絞りと、少なくとも１つの面が平面で、その平面上に回折構造を有する１枚の回折光学素子からなる第２群と、両凸形状の正レンズと物体側に凹面を向けた負レンズとからなる第３群とで構成されているものである。

本発明によるカラー画像読取レンズでは、回折光学素子（第２群）と通常の屈折レンズ系（第１群および第３群）とを適切に組み合わせることにより、簡易な構成でありながら、極めて精度良く色収差補正のなされた高解像・高性能の読取レンズ系が得られる。本発明によるカラー画像読取レンズでは、物体側から順に、屈折レンズ系の第１群と、絞りと、回折光学素子の第２群と、屈折レンズ系の第３群とを配置したことで絞り近傍に回折光学素子を配置できるため、像高全域に亘り効果的な収差補正が可能になる。また回折光学素子自体の口径も小さく制限できるため、型形成する場合において形状歪みなどの誤差が抑えられる。また、屈折レンズ系においてはそれぞれの群が正レンズと負レンズから構成され、これにより主に倍率色収差と像面湾曲の補正がし易くなる。また、回折光学素子の回折構造を平面に設けることにより製造誤差による性能劣化が小さく抑えられる。また屈折レンズ系において色消しレンズとしての接合レンズを用いないので安価なレンズ系を提供できる。

本発明のカラー画像読取レンズにおいて、第２群の回折光学素子は例えば、平行平面板を基板とし、少なくとも１つの面に回折構造を有する構成とすることができる。
または、第２群の回折光学素子を、曲率を持った面とその曲率を持った面に向かい合う平面とからなる基板の、その平面に回折構造を有する構成にしても良い。この場合、保持部材を介して受光面に一体化されているカラー画像読取レンズに適用され、回折光学素子の曲率を持った面は、温度変化に伴う光学的な焦点移動による結像位置の変化と、温度変化に伴う保持部材の機械的伸縮による受光面位置の変化との差が抑制され、温度変化に伴う結像位置と受光面位置とのずれが抑制されるような曲率を有するように構成されていることが好ましい。
なお、ここでいう「曲率を持った面」とは、曲率がゼロでない面という意味である。なお、曲率がゼロの面は平面となる。

本発明のカラー画像読取レンズはさらに、次の好ましい構成を適宜採用して満足することで、光学性能をより良好なものとすることができると共に、より低コスト化に有利となる。

本発明のカラー画像読取レンズにおいて、第１群の正レンズのｄ線に対するアッベ数をνｐ１とするとき、下記条件式を満足することが好ましい。
５０＜νｐ１ ……（１）

また、第３群の正レンズのｅ線に対する屈折率をＮｐ３、第３群の正レンズのｄ線に対するアッベ数をνｐ３とするとき、下記条件式を満足することが好ましい。
１．７５＜Ｎｐ３ ……（２）
３２＜νｐ３＜４５ ……（３）

また、第２群の回折光学素子は、他のどの光学素子よりも絞りの近傍に配置されていることが好ましい。

また、第２群の回折光学素子は、絞りとは反対側の面に回折構造を有することが好ましい。

また、第２群の回折光学素子の回折面のパワーが、下記条件式を満足することが好ましい。
０．０２＜φdoe／φall＜０．０９ ……（４）
ただし、φdoeは、回折面のパワーであり、位相差関数の２次の係数をＣ１、光の波長をλとすると、−λ×Ｃ１／πで定義される。
φallは、レンズ全系のパワーであり、レンズ全系の焦点距離をｆａとすると、１／ｆａで定義される。

また、第２群の回折光学素子の回折構造は、複数の輪帯からなり、その輪帯数をＮとし、回折構造を有する面での有効径をＬとしたとき、下記条件式を満足することが好ましい。
０．７０＜Ｎ／Ｌ＜３．３０ ……（５）

また、第１群および第３群を構成するレンズは例えば、すべてガラスの球面レンズとすることが好ましい。また、第２群の回折光学素子はプラスチックであることが好ましい。

本発明によるカラー画像読取装置は、本発明のカラー画像読取レンズと、このカラー画像読取レンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを備えたものである。
本発明によるカラー画像読取装置では、本発明のカラー画像読取レンズによって得られた高解像の光学像に基づいて高解像の撮像信号が得られる。

本発明のカラー画像読取レンズによれば、回折光学素子（第２群）と通常の屈折レンズ系（第１群および第３群）とを適切に組み合わせるようにしたので、簡易な構成でありながら、極めて精度良く色収差補正のなされた高解像・高性能のレンズ系を実現できる。

また、本発明のカラー画像読取装置によれば、上記本発明の高解像・高性能のカラー画像読取レンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するようにしたので、高解像での画像読み取りが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に係るカラー画像読取レンズは、カラー原稿やカラー画像をＣＣＤなどの固体撮像素子で読み取りする装置、例えば複写機やイメージスキャナ、フィルムスキャナなどに用いて好適なものである。このカラー画像読取レンズは、例えば図８に示したカラー画像読取装置１０におけるカラー画像読取レンズ１として用いられる。カラー画像読取レンズ１は、鏡筒３内に保持された状態で筐体５に支持されている。このカラー画像読取装置１０において、物体側には、図示しないが読み取り対象の原稿が載置される原稿載置台が配置されている。原稿面（被写体面）Ｓ１は、押さえガラス２によって押さえられる。また、像側には原稿の画像を取り込むＣＣＤ等の撮像素子６が配置されている。撮像素子６の前側はカバーガラス４によって保護されている。

このカラー画像読取装置１０では、原稿へ向けて照明光が照射され、その原稿からの反射光が、カラー画像読取レンズ１によって撮像素子６の受光面Ｓ１７上に結像される。撮像素子６は、その光学像に応じた撮像信号を出力する。なお、原稿が例えばネガフィルムまたはポジフィルム等の透過原稿である場合は、原稿載置台の裏面側から透過原稿に向けて照明光が照射され、その透過光がカラー画像読取レンズ１によって撮像素子６の受光面Ｓ１７上に結像される。

図１は、本実施の形態に係るカラー画像読取レンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図９（Ａ），（Ｂ）のレンズ構成に対応している。同様にして、後述の第２ないし第７の数値実施例のレンズ構成に対応する第２ないし第７の構成例の断面構成を、図２〜図７に示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では図１に示した第１の構成例を基本にして説明する。

図１〜図７において、符号Ｒｉは、図８に示した被写体面Ｓ１を１番目として、撮像素子６の受光面Ｓ１７に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。なお、便宜上、後述の実施例に合わせる形で、構成要素として図８のカラー画像読取装置１０における押さえガラス２やカバーガラス４を含めて番号を振っているので、カラー画像読取レンズにおける最も物体側のレンズ面の番号は４番目となっている。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。

このカラー画像読取レンズは、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、物体側に凸面を向けた正レンズＬ１１と両凹の負レンズＬ１２とからなる第１群Ｇ１と、絞りＳｔと、１枚の回折光学素子Ｌ２１からなる第２群Ｇ２と、両凸形状の正レンズＬ３１と物体側に凹面を向けた負レンズＬ３２とからなる第３群Ｇ３とで構成されている。

このカラー画像読取レンズにおいて、第１群Ｇ１の正レンズＬ１１のｄ線に対するアッベ数をνｐ１とするとき、下記条件式を満足することが好ましい。
５０＜νｐ１ ……（１）

また、第３群Ｇ３の正レンズＬ３１のｅ線に対する屈折率をＮｐ３、ｄ線に対するアッベ数をνｐ３とするとき、下記条件式を満足することが好ましい。
１．７５＜Ｎｐ３ ……（２）
３２＜νｐ３＜４５ ……（３）

また、第１群Ｇ１および第３群Ｇ３を構成するレンズは例えば、すべてガラスの球面レンズとすることが好ましい。また、第２群Ｇ２の回折光学素子Ｌ２１はプラスチックであることが好ましい。

このカラー画像読取レンズにおいて、第２群Ｇ２の回折光学素子Ｌ２１は、少なくとも１つの面が平面で、その平面上に回折構造を有している。回折光学素子Ｌ２１は例えば、平行平面板を基板とし、少なくとも１つの面が回折構造とされている。または、回折光学素子Ｌ２１を、曲率を持った面とその曲率を持った面に向かい合う平面とからなる基板の、その平面に回折構造を有するような構成としても良い。この場合、曲率を持った面は、温度変化による焦点ずれを抑制するようにその曲率が決められていることが好ましい。例えば、図８のカラー画像読取装置１０において、カラー画像読取レンズ１が保持部材（筐体５）を介して撮像素子６（受光面Ｓ１７）に一体化されている場合、回折光学素子Ｌ２１の曲率を持った面は、温度変化に伴う光学的な焦点移動による結像位置の変化と、温度変化に伴う保持部材の機械的伸縮による受光面位置の変化との差が抑制され、温度変化に伴う結像位置と受光面位置とのずれが抑制されるような曲率を有するように構成されていることが好ましい。なお、ここでいう「曲率を持った面」とは、曲率がゼロでない面という意味である。なお、曲率がゼロの面は平面となる。なお、図１〜図７の各構成例のうち、図７の第７の構成例において、回折光学素子Ｌ２１の１つの面が曲率を持った面とされている。

また、第２群Ｇ２の回折光学素子Ｌ２１は、他のどの光学素子よりも絞りＳｔの近傍に配置されていることが好ましい。すなわち、第１群Ｇ１の最も像側のレンズ（負レンズＬ１２）よりも絞りＳｔに近い位置に配置されていることが好ましい。また、回折光学素子Ｌ２１は、絞りＳｔとは反対側の面に回折構造を有することが好ましい。

回折光学素子Ｌ２１の回折面のパワーは、下記条件式を満足することが好ましい。
０．０２＜φdoe／φall＜０．０９ ……（４）
ただし、φdoeは、回折面のパワーであり、位相差関数の２次の係数をＣ１、光の波長をλとすると、−λ×Ｃ１／πで定義される。φallは、レンズ全系のパワーであり、レンズ全系の焦点距離をｆａとすると、１／ｆａで定義される。

また、回折光学素子Ｌ２１の回折構造は、複数の輪帯からなり、その輪帯数をＮとし、回折構造を有する面での有効径をＬとしたとき、下記条件式を満足することが好ましい。なお、ここでいう輪帯数Ｎには、例えば図３２および図３３に示したような回折構造の場合、中央の円形領域１０３は含まない。
０．７０＜Ｎ／Ｌ＜３．３０ ……（５）

次に、以上のように構成されたカラー画像読取レンズの作用および効果を説明する。
このカラー画像読取レンズでは、第２群Ｇ２の回折光学素子Ｌ２１と通常の屈折レンズ系（第１群Ｇ１および第３群Ｇ３）とを適切に組み合わせることにより、簡易な構成でありながら、極めて精度良く色収差補正のなされた高解像・高性能の読取レンズ系が得られる。このカラー画像読取レンズでは、物体側から順に、屈折レンズ系の第１群Ｇ１と、絞りＳｔと、回折光学素子Ｌ２１の第２群Ｇ２と、屈折レンズ系の第３群Ｇ３とを配置したことで、絞りＳｔ近傍に回折光学素子Ｌ２１を配置できるため、像高全域に亘り効果的な収差補正が可能になる。また回折光学素子Ｌ２１自体の口径も小さく制限できるため、型形成する場合において形状歪みなどの誤差が抑えられる。また、回折光学素子Ｌ２１の回折構造を平面に設けることにより製造誤差による性能劣化が小さく抑えられる。また屈折レンズ系において色消しレンズとしての接合レンズを用いないので安価なレンズ系を提供できる。また回折構造の輪帯数を制限することにより形状誤差による結像性能への寄与率を減らすことができ、さらに型加工も容易となる。

また、屈折レンズ系においてはそれぞれの群が正レンズと負レンズから構成され、これにより主に倍率色収差と像面湾曲の補正がし易くなる。回折光学素子Ｌ２１を用いることで優れた色収差補正が可能になるが、回折光学素子Ｌ２１のみで軸上色収差と倍率色収差とを完全に補正することは難しく、特に倍率色収差を微調整し高解像を得るために、屈折系の各群が相対的に低分散の正レンズと高分散の負レンズから構成されることが好ましい。

条件式（１）は第１群Ｇ１において倍率色収差と像面湾曲とを有効に補正するための条件式である。条件式（１）を外れると第１群Ｇ１の負レンズＬ１２に分散が大きく高屈折率な材料を選ぶ必要が生じ、正の像面湾曲が増加する。第１群Ｇ１の正レンズＬ１１はさらに好ましくは以下の式を満足すると良い。ただし、Ｎｐ１はｅ線に対する屈折率とする。条件式（６）を満足することにより、曲率が大きくなることによる周辺光線の高次収差の発生を防ぐことができる。
１．５５＜Ｎｐ１ ……（６）

条件式（２）および条件式（３）は、第３群Ｇ３において像面湾曲と倍率色収差とを良好に補正する条件式である。条件式（２）を満足することにより比較的小さな曲率で像面湾曲の補正が可能になるので、周縁光束で高次収差としてのコマフレアが生じ難くなる。条件式（３）の下限を越えると良好な収差補正のために負レンズＬ３２に極端に小さな分散の材料を選ぶ必要があり、また上限を超えると負レンズＬ３２に比較的大きな分散の材料を選ぶ必要があり、いずれの場合も負レンズＬ３２において主に倍率色収差と像面湾曲の補正に適切な屈折率の材料を選択することができずこれらの補正が困難になる。

回折光学素子Ｌ２１は、他のどの光学素子よりも絞りに最も近い位置に配置されることが色収差の補正上望ましい。これを満足することにより倍率色収差を小さく保ちつつ軸上色収差の２次スペクトルを小さくすることができる。回折光学素子Ｌ２１の回折構造は絞りＳｔに隣接する面と反対の面に設けられるのが良い。これにより光束周縁部の光線を像高ごとに分離できるため、周縁部の光束に対し有効な補正が可能となる。

条件式（４）は、回折構造のパワーに関し、この条件式を満足するように回折パワーが設けられることが望ましい。下限を下回ると回折による色消し効果が小さくなり、色収差の補正が不足する。反対に上限を越えると色収差の補正が過剰となり、いずれの場合も解像力の低下を招くので好ましくない。

回折光学素子Ｌ２１は条件式（５）を満足するように輪帯回折部が設けられていることが望ましい。条件式（５）において、輪帯数Ｎが大きくなるか有効径Ｌが小さくなり上限を越えると輪帯周縁部のピッチが細かくなり加工難度が高くなる。輪帯数Ｎが小さくなり条件式（５）の下限を下回ると輪帯のピッチが荒くなり回折光学素子本来の回折による収差補正の作用が有効に機能し難くなってくる。有効径Ｌが大きくなり、条件式（５）の下限を下回る場合は加工時間が増加し、さらに加工精度の劣化が生じ易くなるため好ましくない。

第１群Ｇ１および第３群Ｇ３はガラスレンズで構成されると良い。ガラスレンズは材料の選択肢が多く倍率色収差を微調整するのに都合が良い。また、研磨レンズとすることによりコストが安価となるので良い。回折光学素子Ｌ２１はプラスチックからなると良い。プラスチックは成形による形状自由度が高いため回折光学素子Ｌ２１の加工が容易になり、かつ安価である。また屈折率の温度依存性が高いため、ガラスなどで構成するより小さな曲率で温度変化により生じる焦点ずれの補正が可能となり、温度変化による収差変動も小さく抑制することができる。

また本来レンズは環境の温度変化によりレンズやレンズ鏡筒および、レンズ・原稿・センサーなどを保持する筐体に拡張や収縮が起こるため、被写体を結像する焦点位置が、本来結像すべきセンサー上の受光面位置からずれてしまうという温度特性を持っている。これは結像性能の劣化に直結する。この温度特性による焦点ずれを第２群Ｇ２により補正することができる。具体的には、第２群Ｇ２の回折光学素子Ｌ２１の回折構造を有する面と反対の面に、環境温度の変化によって生じるレンズの曲率、屈折率、筐体の延びなどによる焦点移動を打ち消すような曲率を持たせることで補正可能である。これについては、後の実施例で具体的な例を説明する。

以上説明したように、本実施の形態に係るカラー画像読取レンズによれば、回折光学素子Ｌ２１（第２群Ｇ２）と通常の屈折レンズ系（第１群Ｇ１および第３群Ｇ３）とを適切に組み合わせるようにしたので、簡易な構成でありながら、極めて精度良く色収差補正のなされた高解像・高性能のレンズ系を実現できる。また、本実施の形態に係るカラー画像読取装置によれば、本実施の形態に係る高解像・高性能のカラー画像読取レンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するようにしたので、高解像での画像読み取りが可能となる。

次に、本実施の形態に係るカラー画像読取レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１ないし第７の数値実施例をまとめて説明する。これらの実施例は、図８のカラー画像読取装置１０におけるカラー画像読取レンズ１として適用した場合の実施例を示している。

図９（Ａ），（Ｂ）は、図１に示したカラー画像読取レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。特に図９（Ａ）にはその基本的なレンズデータを示し、図９（Ｂ）には回折面に関するデータを示す。図９（Ａ）に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、実施例１に係るカラー画像読取レンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜１７）の面の番号を示している。なお、このレンズデータにおいて、第２面Ｓ２および第３面Ｓ３は、図８のカラー画像読取装置１０における押さえガラス２、第１５面Ｓ１５および第１６面Ｓ１６はカバーガラス４の構成面となっている。図９（Ａ）において、曲率半径Ｒｉの欄には、図１において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｅｉの欄には、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との間におけるｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数の値を示す。

実施例１に係るカラー画像読取レンズは、第２群Ｇ２の回折光学素子Ｌ２１において、絞りＳｔとは反対側の面Ｓ１０が回折面となっている。回折光学素子Ｌ２１の回折構造は、光軸Ｚ１からの任意の距離ｒにて与えられる波面の位相の変化量φが、下記位相差関数で計算され、これに相当する光路差を与える形状を有している。
φ（ｒ）＝Ｃ１・ｒ²＋Ｃ２・ｒ⁴＋Ｃ３・ｒ⁶＋Ｃ４・ｒ⁸＋Ｃ５・ｒ¹⁰

図９（Ｂ）には、この位相差関数における第２ｉ次の係数Ｃｉ（ｉ＝１，２，３，４，５）の値を記す。数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。

以上の実施例１に係るカラー画像読取レンズと同様にして、図２〜図７に示したカラー画像読取レンズの構成に対応する具体的なレンズデータをそれぞれ、実施例２〜７として、図１０（Ａ），（Ｂ）〜図１５（Ａ），（Ｂ）に示す。

なお、実施例２ないし７のいずれのカラー画像読取レンズについても、実施例１に係るカラー画像読取レンズと同様、第２群Ｇ２の回折光学素子Ｌ２１において、絞りＳｔとは反対側の面Ｓ１０が回折面となっている。

ここで、温度変化による焦点ずれ補正の具体例を、実施例２および実施例７を用いて説明する。
上記した実施例２および実施例７のレンズデータは常温（例えば２０℃）におけるデータであるものとする。実施例２における回折面の対面は平面であり、実施例７における回折面の対面は物体側に凸形状の曲面となっている。また、ここでは図８に示したように、レンズから被写体面Ｓ１および、レンズから受光面Ｓ１７までは保持部材（筐体５）によって単純に連結されている簡易な光学系モデルを考える。また保持部材の線膨張係数は６００×１０^-7であるものとする。

常温では、光学系により光束が集光する結像位置と受光面位置は一致している。この光学系を常温から例えば温度が±Ｔ℃変化した光学系をレンズの曲率・厚さ・屈折率変化、間隔環や保持材の変化などを考慮し推測した光学系において、光束が集光する結像位置と受光面位置との距離（焦点ずれ量）Ｓおよび温度Ｔとの関係を、図１６に示す。実施例２では焦点ずれ量Ｓが温度変化に比例し増大するのに対し、実施例７では小さな値に抑制されている。これは、実施例７では、回折光学素子Ｌ２１の回折面とは反対側の面に焦点ずれを補正するような曲率を持たせているからである。

図１６の結果は、推測計算値であり、あくまでその数値に実際の温度変化後の数値が一致することを言及するものではないが、温度変化後の焦点ずれ量Ｓが正しく推測でき、例えば回折光学素子Ｌ２１の回折面の対面に正しい曲率を持たせることができれば、温度変化によって生じる焦点ずれを補正できることを示したものである。図１６の計算例では温度の上昇により焦点ずれ量Ｓがマイナスの値をとるが、焦点ずれ量Ｓがプラスの値をとる場合には回折光学素子Ｌ２１の回折面の対面を凹形状とすることで同様の補正が可能となる。

図１７には、上述の各条件式に関する値を、各実施例についてまとめたものを示す。図１７から分かるように、実施例１〜３および実施例５〜６については、すべての値が、各条件式の数値範囲内となっている。実施例４および実施例７については、条件式（６）の数値範囲は外れるものの、それ以外については各条件式の数値範囲内となっている。図１７にはまた、諸データとして、実行Ｆナンバー（Ｆｎｏ．）、および半画角ωの値についても示す。なお、条件式（４）に関する回折面のパワーφdoeとレンズ全系のパワーφallは、ｅ線に対する値で計算している。

図１８（Ａ）〜図１８（Ｄ）はそれぞれ、実施例１に係るカラー画像読取レンズにおける球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、および倍率色収差を示している。各収差図には、ｅ線を基準波長とした収差を示す。球面収差図および倍率色収差図には、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ），Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。Ｆｎｏ．はＦ値、ωは半画角を示す。

同様に、実施例２に係るカラー画像読取レンズについての諸収差（球面収差、非点収差、ディストーション、および倍率色収差）を図１９（Ａ）〜図１９（Ｄ）に示す。同様にして、実施例３に係るカラー画像読取レンズについての諸収差を図２０（Ａ）〜図２０（Ｄ）に、実施例４に係るカラー画像読取レンズについての諸収差を図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）に、実施例５に係るカラー画像読取レンズについての諸収差を図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）に、実施例６に係るカラー画像読取レンズについての諸収差を図２３（Ａ）〜図２３（Ｄ）に、実施例７に係るカラー画像読取レンズについての諸収差を図２４（Ａ）〜図２４（Ｄ）に示す。

さらに、実施例１に係るカラー画像読取レンズの各画角での横収差を図２５（Ａ）〜図２５（Ｅ）に示す。特に図２５（Ａ）〜図２５（Ｃ）はタンジェンシャル面での横収差を示し、図２５（Ｄ）〜図２５（Ｅ）はサジタル面での横収差を示す。これらの横収差図には、ｅ線を基準波長とし、ｇ線，Ｃ線の収差についても示す。同様にして、実施例２に係るカラー画像読取レンズの横収差を図２６（Ａ）〜図２６（Ｅ）に、実施例３に係るカラー画像読取レンズの横収差を図２７（Ａ）〜図２７（Ｅ）に、実施例４に係るカラー画像読取レンズの横収差を図２８（Ａ）〜図２８（Ｅ）に、実施例５に係るカラー画像読取レンズの横収差を図２９（Ａ）〜図２９（Ｅ）に、実施例６に係るカラー画像読取レンズの横収差を図３０（Ａ）〜図３０（Ｅ）に、実施例７に係るカラー画像読取レンズの横収差を図３１（Ａ）〜図３１（Ｅ）に示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、簡易な構成でありながら、極めて精度良く色収差補正のなされた高解像・高性能のレンズ系が実現できている。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

また、上記各実施例では、回折構造を有する面が完全な平面を基準にして形成してある場合についてのみ示したが、曲率が十分に小さく平面に近い場合には曲率面に回折構造を有していても構わない。また、各実施例では、第１群Ｇ１および第３群Ｇ３のレンズの各面がすべて球面で構成されている場合についてのみ示したが、少なくとも１面を非球面としても構わない。

本発明の一実施の形態に係るカラー画像読取レンズの第１の構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係るカラー画像読取レンズの第２の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係るカラー画像読取レンズの第３の構成例を示すものであり、実施例３に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係るカラー画像読取レンズの第４の構成例を示すものであり、実施例４に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係るカラー画像読取レンズの第５の構成例を示すものであり、実施例５に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係るカラー画像読取レンズの第６の構成例を示すものであり、実施例６に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係るカラー画像読取レンズの第７の構成例を示すものであり、実施例７に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係るカラー画像読取レンズを用いたカラー画像読取装置の一構成例を示す断面図である。 実施例１に係るカラー画像読取レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は位相差関数係数のデータを示す。 実施例２に係るカラー画像読取レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は位相差関数係数のデータを示す。 実施例３に係るカラー画像読取レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は位相差関数係数のデータを示す。 実施例４に係るカラー画像読取レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は位相差関数係数のデータを示す。 実施例５に係るカラー画像読取レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は位相差関数係数のデータを示す。 実施例６に係るカラー画像読取レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は位相差関数係数のデータを示す。 実施例７に係るカラー画像読取レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は位相差関数係数のデータを示す。 温度による焦点ずれを示す特性図である。 条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。 実施例１に係るカラー画像読取レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係るカラー画像読取レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係るカラー画像読取レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例４に係るカラー画像読取レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例５に係るカラー画像読取レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例６に係るカラー画像読取レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例７に係るカラー画像読取レンズの諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１に係るカラー画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 実施例２に係るカラー画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 実施例３に係るカラー画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 実施例４に係るカラー画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 実施例５に係るカラー画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 実施例６に係るカラー画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 実施例７に係るカラー画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 回折光学素子の一構成例を示す断面図である。 回折光学素子の一構成例を示す正面図である。

符号の説明

Ｇ１…第１群、Ｇ２…第２群、Ｇ３…第３群、Ｓｔ…開口絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸、１…カラー画像読取レンズ、２…押さえガラス、３…鏡筒、４…カバーガラス、５…筐体、６…撮像素子、１０…カラー画像読取装置。

Claims (12)

1. 物体側から順に、
   物体側に凸面を向けた正レンズと両凹の負レンズとからなる第１群と、
   絞りと、
   少なくとも１つの面が平面で、その平面上に回折構造を有する１枚の回折光学素子からなる第２群と、
   両凸形状の正レンズと物体側に凹面を向けた負レンズとからなる第３群と
   で構成されていることを特徴とするカラー画像読取レンズ。
2. 前記回折光学素子は、平行平面板を基板とし、少なくとも１つの面に回折構造を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のカラー画像読取レンズ。
3. 保持部材を介して受光面に一体化されているカラー画像読取レンズであって、
   前記回折光学素子は、曲率を持った面とその曲率を持った面に向かい合う平面とからなる基板の、前記平面に回折構造を有し、
   前記曲率を持った面は、温度変化に伴う光学的な焦点移動による結像位置の変化と、温度変化に伴う前記保持部材の機械的伸縮による受光面位置の変化との差が抑制され、温度変化に伴う結像位置と受光面位置とのずれが抑制されるような曲率を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のカラー画像読取レンズ。
4. 前記第１群の正レンズのｄ線に対するアッベ数をνｐ１とするとき、下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のカラー画像読取レンズ。
   ５０＜νｐ１ ……（１）
5. 前記第３群の正レンズのｅ線に対する屈折率をＮｐ３、前記第３群の正レンズのｄ線に対するアッベ数をνｐ３とするとき、下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のカラー画像読取レンズ。
   １．７５＜Ｎｐ３ ……（２）
   ３２＜νｐ３＜４５ ……（３）
6. 前記回折光学素子は、他のどの光学素子よりも絞りの近傍に配置されている
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のカラー画像読取レンズ。
7. 前記回折光学素子は、前記絞りとは反対側の面に回折構造を有する
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のカラー画像読取レンズ。
8. 前記回折光学素子の回折面のパワーが、下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のカラー画像読取レンズ。
   ０．０２＜φdoe／φall＜０．０９ ……（４）
   ただし、
   φdoe：回折面のパワーであり、位相差関数の２次の係数をＣ１、光の波長をλとすると、−λ×Ｃ１／πで定義される。
   φall：レンズ全系のパワーであり、レンズ全系の焦点距離をｆａとすると、１／ｆａで定義される。
9. 前記回折光学素子の回折構造は、複数の輪帯からなり、その輪帯数をＮとし、回折構造を有する面での有効径をＬとしたとき、下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のカラー画像読取レンズ。
   ０．７０＜Ｎ／Ｌ＜３．３０ ……（５）
10. 前記第１群および前記第３群を構成するレンズはすべて、ガラスの球面レンズからなる
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のカラー画像読取レンズ。
11. 前記回折光学素子はプラスチックからなる
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のカラー画像読取レンズ。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のカラー画像読取レンズと、
    前記カラー画像読取レンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子と
    を備えたことを特徴とするカラー画像読取装置。

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