JP3347679B2 - ズームレンズ及びそれを用いた画像読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はズームレンズ及びそ
れを用いた画像読取装置に関し、特に物像間距離を一定
の有限距離に維持した状態において変倍を行なったもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来よりイメージスキャナー用に用いら
れる結像レンズは単焦点レンズで構成されている場合が
多い。またこの種のイメージスキャナーはラインセンサ
ー（ＣＣＤ）によるディジタル読み取りのため、画像の
拡大等は電子ズームで行なえる。しかしながら一般に電
子ズームは一定の画素から成る画像を拡大するため画像
劣化が避けられないという問題点がある。

【０００３】近年、パーソナルコンピュータのディスプ
レー及びプリンターの高画質化が急速に進んでいる。そ
れに伴いイメージスキャナーも高解像化対応になりつつ
ある。今後、実質的に拡大画像を高画質化するためには
光学ズームが必要となる。

【０００４】この光学ズームを用いたイメージスキャナ
ー用のズームレンズが、例えば特開平9-113804号公報で
提案されている。同公報では物体側より順に負の屈折力
の第１群と正の屈折力の第２群との２つのレンズ群を有
し、ズーミングの際には該第１群と該第２群との間隔を
変化させて行なっている。しかしながら同公報では周辺
光量、歪曲収差などにおいては、従来の単焦点レンズを
用いたイメージスキャナーのレベルには達していない。

【０００５】またズームレンズの色収差の発生や変動を
小さく抑える為に回折光学素子を利用したズームレンズ
が、例えば米国特許5,268,790 号で提案されている。同
号では主変倍群の第２群、補正群の第３群に回折光学素
子を使用している。

【０００６】また色収差を補正する為に回折光学素子を
ズームレンズに配置したズームレンズが、例えば特開平
9-197274号公報で提案されている。同公報では物体側よ
り順に正の屈折力の第１群、負の屈折力の第２群の２つ
のレンズ群とを有し、該第１群又は第２群に回折光学素
子を配置し、広角端から望遠端へのズーミングの際には
該第１群と該第２群とが互いに間隔を狭くするようにし
て行なっている。しかしながら同公報で提案されている
ズームレンズはレンズシャッターカメラ用として用いら
れる為、イメージスキャナー用としては色収差、像面特
性、そして歪曲収差とも不十分な光学性能であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般にイメージスキャ
ナーは原稿面全域に渡って忠実に画像を読み取る必要が
あるため歪曲収差がなく画面全域で一定以上の解像力が
要求される。またカラー読取りの場合には、Ｒ（赤），
Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色光でのピント位置が揃ってい
ること、画面内での色ズレがないこと等が要求される。
またイメージスキャナーに用いられる読取素子としての
イメージセンサーはラチチュードが狭いため、画面中心
に対する周辺光量をできるだけ確保しておく必要があ
る。

【０００８】更にイメージスキャナーに用いられるズー
ムレンズは、例えば写真レンズやビデオレンズ等のズー
ムレンズで実用上許容されている収差変動量が許容する
ことができないほどの高い光学性能が要求される。

【０００９】本発明は３群ズームレンズの各レンズ群の
レンズ構成を適切に設定し、かつ第２群に回折光学素子
及び第１、第２、第３群の３つのレンズ群のうち少なく
とも１つのレンズ群に非球面を設け且つ、該回折光学素
子の近傍に絞りを配置することによって、高い変倍比を
確保しつつ、全変倍範囲にわたり高い光学性能を有し、
カラー読取りに対応できるズームレンズ及びそれを用い
た画像読取装置の提供を目的とする。

【００１０】

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のズーム
レンズは、原稿面側より順に負の屈折力の第１群、正の
屈折力の第２群、そして正の屈折力の第３群の３つのレ
ンズ群を有し、該第１、第２群の空気間隔と該第２、第
３群の空気間隔を変化させて変倍を行なうズームレンズ
において、該第２群は回折光学素子を有し、該第１、第
２、第３群の３つのレンズ群のうち少なくとも１つのレ
ンズ群は非球面を有し、且つ、該第２群内若しくは第３
群内に絞りを配置し、該回折光学素子は該絞りの近傍に
配置しており、 該回折光学素子の位相関数を

【数２】 （但し、λは基準波長、ｈは光軸からの高さ、ｉは次
数）と定義し、全系の短焦点距離側の焦点距離をｆｗと
したとき ０．００５＜｜Ｃ ₂ ×ｆｗ｜＜０．０３ （但し、Ｃ ₂ ＜０） なる条件を満足する ことを特徴としている。

【００１２】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記第２、第３群の短焦点距離側の結像倍率を各々
順にβ_2w、β_3wとしたとき０．７＜｜β_2w×β_3w｜＜
１．１…（１）但し、β_2w×β_3w＜０なる条件を満足す
ることを特徴としている。

【００１３】請求項３の発明は請求項１の発明におい
て、 短焦点距離端から長焦点距離端への変倍を前記第１
群を像面側に凸状の軌跡を有しつつ移動させ、前記第
２、第３群を原稿面側へ単調移動させて行ない、物像間
距離が一定であることを特徴としている。

【００１４】請求項４の発明は請求項３の発明におい
て、原稿面側から順に前記１群は第１−１負レンズと第
１−１正レンズの２つのレンズを有し、前記第２群は第
２−１正レンズ、第２−２正レンズ、そして第２−１負
レンズの３つのレンズを有し、前記第３群は第３−１正
レンズと第３−１負レンズの２つのレンズを有している
ことを特徴としている。

【００１５】請求項５の発明のイメージスキャナーは、
請求項１から４のいずれか１項の発明のズームレンズを
用いていることを特徴としている。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【発明の実施の形態】図１〜図８は各々順に本発明の後
述する数値実施例１〜８のレンズ断面図、図９〜図１６
は各々順に本発明の後述する数値実施例１〜８の諸収差
図である。収差図において（Ａ）は短焦点距離端、
（Ｂ）は長焦点距離端の収差を示している。尚、各数値
実施例はイメージスキャナーに用いられるズームレンズ
の数値例を示している。

【００２０】図中、Ｌ１は負の屈折力の第１群である。
Ｌ２は正の屈折力を有する第２群であり、その第２群Ｌ
２内に変倍による軸上色収差の変動を補正する回折光学
素子１１を設けている。数値実施例１〜７では回折光学
素子１１を第２群Ｌ２を構成する第２−１負レンズL2C
の屈折面に付加している。数値実施例８では回折光学素
子１１を第２群Ｌ２を構成する第２−１平行平面板L2D
の原稿面側の平面に付加している。ＳＰは絞りであり、
数値実施例１〜６，８では第２群Ｌ２内に配置されてお
り、数値実施例７では第３群Ｌ３内に配置されており、
本発明では変倍に伴ない第２群Ｌ２、もしくは第３群Ｌ
３と一体的に移動させている。また絞りＳＰ近傍に上記
回折光学素子１１が配されている。Ｌ３は正の屈折力の
第３群である。Ｇはラインセンサー（不図示）用の平行
平面板より成るカバーガラスであり、像面近傍に配置さ
れている。数値実施例１〜５では第１、第２、第３群の
３つのレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群に非球
面を設けている。

【００２１】図１の数値実施例１においては原稿面側か
ら順に第１群Ｌ１を第１−１負レンズL1A と第１−１正
レンズL1B の２枚構成とし、第２群Ｌ２を第２−１正レ
ンズL2A 、第２−２正レンズL2B 、第２−１負レンズL2
C の３枚構成とし、第３群Ｌ３を第３−１正レンズL3A
と第３−１負レンズL3B の２枚構成とし、第２群Ｌ２の
第２−１負レンズL2C の像面側のレンズ面に回折光学素
子１１を付加し、第２群Ｌ２内に絞りSPを配し、第３群
の第３−１正レンズL3A の像面側のレンズ面に非球面２
１を形成している。

【００２２】図２の数値実施例２においては原稿面側か
ら順に第１群Ｌ１を第１−１負レンズL1A と第１−１正
レンズL1B の２枚構成とし、第２群Ｌ２を第２−１正レ
ンズL2A 、第２−２正レンズL2B 、第２−１負レンズL2
C の３枚構成とし、第３群Ｌ３を第３−１正レンズL3A
と第３−１負レンズL3B の２枚構成とし、第２群Ｌ２の
第２−１負レンズL2C の像面側のレンズ面に回折光学素
子１１を付加し、第２群Ｌ２内に絞りSPを配し、第１群
の第１−１正レンズL1A の像面側のレンズ面に非球面２
１を形成している。

【００２３】図３の数値実施例３においては原稿面側か
ら順に第１群Ｌ１を第１−１負レンズL1A と第１−１正
レンズL1B の２枚構成とし、第２群Ｌ２を第２−１正レ
ンズL2A 、第２−２正レンズL2B 、第２−１負レンズL2
C の３枚構成とし、第３群Ｌ３を第３−１正レンズL3A
と第３−１負レンズL3B の２枚構成とし、第２群Ｌ２の
第２−１負レンズL2C の原稿面側のレンズ面に回折光学
素子１１を付加し、第２群Ｌ２内に絞りSPを配し、第３
群の第３−１負レンズL3B の原稿面側のレンズ面に非球
面２１を形成している。

【００２４】図４の数値実施例４においては原稿面側か
ら順に第１群Ｌ１を第１−１負レンズL1A と第１−１正
レンズL1B の２枚構成とし、第２群Ｌ２を第２−１正レ
ンズL2A 、第２−２正レンズL2B 、第２−１負レンズL2
C 、第２−２負レンズL2D の４枚構成とし、第３群Ｌ３
を第３−１正レンズL3A と第３−１負レンズL3B の２枚
構成とし、第２群Ｌ２の第２−１負レンズL2C の像面側
のレンズ面に回折光学素子１１を付加し、第２群Ｌ２内
に絞りSPを配し、第２群の第２−２負レンズL2D の原稿
面側のレンズ面に非球面２１を形成している。

【００２５】図５の数値実施例５においては原稿面側か
ら順に第１群Ｌ１を第１−１負レンズL1A と第１−１正
レンズL1B の２枚構成とし、第２群Ｌ２を第２−１正レ
ンズL2A 、第２−２正レンズL2B 、第２−１負レンズL2
C の３枚構成とし、第３群Ｌ３を第３−１正レンズL3A
と第３−１負レンズL3B の２枚構成とし、第２群Ｌ２の
第２−１負レンズL2C の像面側のレンズ面に回折光学素
子１１を付加し、第２群Ｌ２内に絞りSPを配し、第１群
Ｌ１の第１−１正レンズL1B の像面側のレンズ面と第３
群Ｌ３の第３−１負レンズL3B の原稿面側のレンズ面に
各々非球面２１，２２を形成している。

【００２６】図６の数値実施例６においては原稿面側か
ら順に第１群Ｌ１を第１−１負レンズL1A と第１−１正
レンズL1B の２枚構成とし、第２群Ｌ２を第２−１正レ
ンズL2A 、第２−２正レンズL2B 、第２−１負レンズL2
C の３枚構成とし、第３群Ｌ３を第３−１正レンズL3A
と第３−１負レンズL3B の２枚構成とし、第２群Ｌ２の
第２−１負レンズL2C の像面側のレンズ面に回折光学素
子１１を付加し、第２群Ｌ２内に絞りSPを配している。

【００２７】図７の数値実施例７においては原稿面側か
ら順に第１群Ｌ１を第１−１負レンズL1A と第１−１正
レンズL1B の２枚構成とし、第２群Ｌ２を第２−１正レ
ンズL2A 、第２−２正レンズL2B 、第２−１負レンズL2
C の３枚構成とし、第３群Ｌ３を第３−１正レンズL3A
と第３−１負レンズL3B の２枚構成とし、第２群Ｌ２の
第２−１負レンズL2C の像面側のレンズ面に回折光学素
子１１を付加し、第３群Ｌ３内に絞りSPを配している。

【００２８】図８の数値実施例８においては原稿面側か
ら順に第１群Ｌ１を第１−１負レンズL1A と第１−１正
レンズL1B の２枚構成とし、第２群Ｌ２を第２−１正レ
ンズL2A 、第２−２正レンズL2B 、第２−１負レンズL2
C 、第２−１平行平面板L2Dの４枚構成とし、第３群Ｌ
３を第３−１正レンズL3A と第３−１負レンズL3B の２
枚構成とし、第２群Ｌ２の第２−１平行平面板L2D の原
稿面側の平面に回折光学素子１１を付加し、第２群Ｌ２
内に絞りSPを配している。

【００２９】数値実施例１〜５では上述の如く第２群Ｌ
２内に絞りＳＰを設け、かつ該絞りＳＰ近傍に回折光学
素子１１及び第１、第２、第３群の３つのレンズ群Ｌ
１，Ｌ２，Ｌ３のうち少なくとも１つのレンズ群に非球
面を設けている。

【００３０】数値実施例６〜８では上述の如く絞りＳＰ
を第２群Ｌ２内、もしくは第３群Ｌ３内に設け、かつ該
絞りＳＰの近傍で第２群Ｌ２内に回折光学素子１１を設
けている。

【００３１】そして図１〜図８に示すように短焦点距離
端から長焦点距離端への変倍（ズーミング）に際しては
物像間距離を一定の有限距離に維持しつつ第１群Ｌ１を
像面側に凸状の軌跡を有しつつ移動させ、第２，第３群
Ｌ２，Ｌ３を原稿面側へ同方向にほぼ単調移動させると
共に、該第１，第２群Ｌ１，Ｌ２の空気間隔と、該第
２，第３群Ｌ２，Ｌ３の空気間隔を同時に変化させて行
なっている。

【００３２】各数値実施例においては第１群Ｌ１を負の
屈折力にすることによって、ズーミングによって大きく
なりがちな前玉径を小さくしている。

【００３３】また各数値実施例においては主に第２，第
３群Ｌ２，Ｌ３の移動によってズーミングするが、ズー
ム比が２倍と大きくなるとズーム中間部で像面湾曲など
ズーミングによる収差変動が大きくなるので、該第２，
第３群Ｌ２，Ｌ３の空気間隔を可変とすることにより収
差変動を小さく抑えている。また第２群Ｌ２内の像面
側、もしくは第３群Ｌ３内の原稿面側に絞りＳＰを配置
することにより、レンズ系を該絞りに対しできる限り対
称形とし、これにより歪曲収差や倍率色収差等の補正を
しやすくしている。

【００３４】各数値実施例においては各レンズ群内のレ
ンズ形状の最適化、硝材の選択などにより、ズーミング
による色収差の変動及び像面湾曲の変動を補正すること
ができる。しかしながら特に軸上色収差は２次スペクト
ルが残存し、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの色
光のピント位置を一致させることが難しく、正確なるカ
ラー画像の読取りができない。

【００３５】そこで各数値実施例では第２群Ｌ２内の絞
りＳＰ近傍に回折光学素子１１を設けることによって、
軸上色収差の２次スペクトルを良好に補正している。具
体的には絞りＳＰの原稿面側にある第２−１負レンズL2
C のいずれかのレンズ面、もしくは平行平面板L2D の平
面に回折光学素子を設けている。絞りＳＰ近傍から離れ
た位置に回折光学素子を設けると、球面収差等、他の収
差を悪化させるので好ましくない。

【００３６】また数値実施例１〜５では第１、第２、第
３群の３つのレンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のうち少なくと
も１つのレンズ群に非球面を設けることによって、ズー
ミングによって生ずる像面湾曲の変動を抑えている。こ
の非球面は絞りＳＰより離れた位置にあるレンズ面に設
けるのが良い。その条件を満たしていれば第１、第２、
第３群の３つのレンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３、いずれに設
けても良い。また非球面を複数面に設けると、より光学
性能が向上する。

【００３７】また各数値実施例では第２群Ｌ２におい
て、絞りＳＰの原稿面側に少なくとも２枚の正レンズを
配置することによって、球面収差の変動を抑えている。
これによって各数値実施例においては、いずれも実効Ｆ
ナンバー（FNo ）がＦ６程度と明るくズーム比２倍のイ
メージスキャナー用のズームレンズを実現している。

【００３８】さらに本発明のズームレンズを高性能に維
持するためには次の各条件式を満足させるのが良い。

【００３９】即ち、第２，第３群Ｌ２，Ｌ３の短焦点距
離側の結像倍率を各々順にβ_2w、β_3wとしたとき ０．７＜｜β_2w×β_3w｜＜１．１ ‥‥‥‥（１） （但し、β_2w×β_3w＜０）なる条件を満足することであ
る。

【００４０】また回折光学素子１１の位相関数を

【００４１】

【数５】 （但し、λは基準波長、ｈは光軸からの高さ、ｉは次
数）と定義し、全系の短焦点距離側の焦点距離をｆｗと
したとき ０．００５＜｜Ｃ₂ ×ｆｗ｜＜０．０３ ‥‥‥‥（２） （但し、Ｃ₂ ＜０）なる条件を満足することである。
尚、Ｃ₂ は回折光学素子１１の位相関数の係数Ｃ₂ を表
わしている。

【００４２】条件式（１）は原稿面側の画角が拡がる短
焦点距離側で該原稿面側のレンズ径を小さく抑え、かつ
歪曲収差を発生させないための条件であり、また第２群
Ｌ２に対する第１群Ｌ１の距離ができるだけ離れないよ
うにして絞りＳＰに対する前後のレンズ形状が対称形を
維持するようにしているものである。

【００４３】条件式（１）の上限値を越えると高倍側で
の第２，第３群Ｌ２，Ｌ３のトータルの倍率が大きくな
ってズーミングによる収差変動が大きくなるので良くな
い。また条件式（１）の下限値を越えると特に絞りＳＰ
に対するレンズ系の対称形が崩れ、歪曲収差の発生や前
玉径の大型化を招くので良くない。

【００４４】条件式（２）は回折光学素子１１の屈折力
の大きさの適正値を規定したものである。また条件式
（２）は球面収差の曲がりを発生させないようにしなが
ら軸上色収差のズーミングによる変動を補正するための
ものである。条件式（２）の上限値を越えると色収差以
外への悪影響が大きくなり良くない。また条件式（２）
の下限値を越えると本来の補正効果が薄くなるので良く
ない。

【００４５】各数値実施例における回折光学素子１１は
回折の法則 ｎｓｉｎθ−ｎ’ｓｉｎθ’＝ｍλ／ｄ （但しｎは入射側媒質、ｎ’は出射側媒質の屈折率、θ
は光線入射角、θ’は光線出射角、λは波長、ｄは格子
間隔）によって屈折反射させる光学素子である。

【００４６】屈折光学素子の通常のガラスが ν＝（ｎ−１）／Δｎ で表される分散を持つのに対して、回折光学素子は ν＝λ／Δλ の分散を持つ。通常のガラスのアッベ数が約２０〜９５
であるのに対して回折光学素子のアッベ数はν＝−３．
４５３という一定値を持つ。つまり通常のガラスが正の
アッベ数を持つのに対して負のアッベ数を持つことにな
る。また部分分散比についても通常のガラスとはかけ離
れた値を持つ。

【００４７】各数値実施例においてはこのような回折光
学素子の光学特性を利用することによって色補正を効率
的に行っている。

【００４８】この回折光学素子は以下の位相方程式で表
わすことができるものである。

【００４９】

【数６】 上記φ(h) は位相を表わしており、ｈはレンズ光軸から
径方向の距離、λは基準波長である。つまり回折光学素
子はレンズの基準面に位相を付加することにより表わさ
れる。

【００５０】図１７は各数値実施例における回折光学素
子１１の回折格子形状を示す説明図であり、キノフォー
ム形状より成っている。

【００５１】図１８は図１７に示す回折光学素子の１次
回折効率の波長依存特性を示した説明図である。実際の
回折格子の構成は図１７に示すように基材（基板ガラ
ス）１０２の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、樹脂部に
波長５３０ｎｍで１次回折効率が１００％となるような
格子厚ｄの格子１０３を形成している。図１８で明らか
なように設計次数での回折効率は最適化した波長５３０
ｎｍから離れるに従って低下し、一方設計次数近傍の次
数０次、２次回折光が増大している。この設計次数以外
の回折光の増加はフレアとなり、光学系の解像度の低下
につながる。

【００５２】図１９に図１７の格子形状で前述の各数値
実施例を作成した場合の空間周波数に対する短焦点距離
端の可視域平均のＭＴＦ特性を示す。図１９に示すよう
に低周波数領域のＭＴＦが所望の値より低下しているこ
とが分かる。

【００５３】そこで各数値実施例では図１７に示した回
折格子形状に限らず、例えば図２０に示すように複数の
回折格子１０３，１０４を基材１０２上に積層して形成
した積層型の回折格子を回折光学素子の格子形状とする
ことによって所望のＭＴＦ特性を得ている。

【００５４】図２１はこの構成の回折光学素子の１次回
折効率の波長依存特性を示す説明図である。具体的な構
成としては図２０に示すように基材１０２上に紫外線硬
化樹脂（ｎｄ＝１．４９９、νｄ＝５４）からなる第１
の回折格子１０４を形成し、その上に別の紫外線硬化樹
脂（ｎｄ＝１．５９８、νｄ＝２８）からなる第２の回
折格子１０５を形成している。この材質の組み合わせで
は第１の回折格子１０４の格子厚ｄ１はｄ１＝１３．８
μｍ、第２の回折格子の格子厚ｄ２はｄ２＝１０．５μ
ｍとしている。図２１から分かるように積層構造の回折
格子にすることで、設計次数の回折効率は使用波長域全
域で９５％以上の高い回折効率を有している。

【００５５】図２２にこの場合の空間周波数に対するＭ
ＴＦ特性を示す。図２２に示すように積層構造の回折格
子を用いることで低周波数のＭＴＦは改善され、所望の
ＭＴＦ特性が得られていることが分かる。このように回
折光学素子として積層構造の回折格子を用いることによ
って光学性能はさらに改善される。

【００５６】尚、前述の積層構造の回折光学素子として
材質を紫外線硬化樹脂に限定するものではなく、他のプ
ラスチック材なども使用できるし、基材によっては第１
の回折格子１０４を直接基材に形成してもよい。また各
格子厚が必ずしも異なる必要はなく、材料の組み合わせ
によっては図２３に示すように２つの回折格子１０４，
１０５の格子厚を等しくしても良い。この場合は回折光
学素子の表面に格子形状が形成されないので、防塵性に
優れ、回折光学素子の組立作業性を向上させることがで
き、より安価な光学系を提供することができる。

【００５７】図２４は本発明のズームレンズをイメージ
スキャナー等の画像読取装置に適用したときの要部概略
図である。

【００５８】同図において１は原稿台ガラスであり、そ
の原稿台ガラス１上に原稿（画像）７が載置されてい
る。Ａは副走査方向の原稿の長さである。８はスリット
であり、原稿７面近傍に設けている。２，３，４は各々
順に第１，第２，第３ミラーであり、原稿面からの画像
情報に基づく光束を折り曲げて後述する結像手段に導い
ている。本実施形態ではスリット走査中に原稿面Ａと後
述するラインセンサー６との間の光路長を一定に保つた
め、第１ミラー２と、第２，第３ミラー３，４から成る
ミラーユニットとの移動比を２：１に設定している。５
は本発明に関わる結像手段としてのズームレンズであ
り、前述の如く３つのレンズ群より成っている。ズーム
レンズ５はスリット走査中は固定であり、ズーミングの
際には位置５ａから位置５ｂとの間を移動する。またズ
ーミングによるスリット走査範囲は、例えば範囲Ｂに制
限される。６は紙面に垂直方向に長い読取手段としての
ラインセンサー（ＣＣＤ）である。

【００５９】本実施形態においては照明手段（不図示）
で照明された原稿台ガラス１上の原稿からの光束を第
１，第２，第３ミラー２，３，４を介して結像手段５に
よりラインセンサー６面上に結像させ、該ライセンサー
６で該原稿７の画像を読み取っている。

【００６０】本実施形態においてズーミングにより原稿
（画像）が２倍に拡大されたとき、ラインセンサー（Ｃ
ＣＤ）の読取幅が一定だとすると、原稿読取幅が１／２
となり、かつスリット走査範囲も１／２となる。従って
原稿面上の読取ドットサイズはフルスキャンに対して１
／２となり、拡大時はより細かい画像読取りが可能とな
る。

【００６１】しかしながら拡大時においてラインセンサ
ーによる読取速度を不変とした場合、ラインセンサー側
の実効Ｆナンバーを一定にしなければならないという問
題点がある。また拡大時は全系の焦点距離が長くなるの
で、フルスキャンに対して明るいＦナンバーが必要とな
る。更にカラー読取りの場合、ラインセンサーの画素ピ
ッチが一定のため、拡大時には原稿面上の色ズレを小さ
く抑えなければならない。

【００６２】このようにイメージスキャナー用のズーム
レンズは上述の如くズーミングによる収差補正の条件
が、例えば写真レンズ等の通常のズームレンズより厳し
いという問題点がある。

【００６３】そこで本実施形態では前述した如くズーム
レンズ５を３つのレンズ群で構成し、各レンズ群のレン
ズ構成を適切に設定すると共に、第２群に回折光学素子
及び第１、第２、第３群の３つのレンズ群のうち少なく
とも１つのレンズ群に非球面を適切に設ける、または第
２群に回折光学素子を設けることによって上記の問題点
を解決し、所望のズーム性能を確保している。

【００６４】次に本発明の数値実施例１〜８を示す。

【００６５】数値実施例１〜８において、ｒｉは原稿面
側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは原稿
面側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、ｎｉ、
νｉは各々原稿面側より順に第ｉ番目のレンズのガラス
の屈折率とアッベ数である。回折光学素子は位相方程式
の係数、非球面は非球面係数を示す。

【００６６】また前述の各条件式と各数値実施例におけ
る諸数値との関係を表−１に示す。

【００６７】尚、非球面形状は光軸方向にｘ軸、光軸と
垂直な方向にｈ軸、光の進行方向を正とし、近軸曲率半
径をｒ、各非球面係数をＢ，Ｃ，Ｄとしたとき、

【００６８】

【数７】 成る式で表わされる。

【００６９】また回折光学素子の回折面はφ（ｈ）を位
相関数として、基準波長をλ、レンズ光軸からの高さを
ｈ、各位相係数をＣ₂ ，Ｃ₄ ，Ｃ₆ としたとき、

【００７０】

【数８】 成る式で表わされる。

【００７１】 数値実施例１ f=50.00 〜77.72 実効fno=1:6.08 結像倍率=-0.19〜-0.38 r 1= -489.264 d 1= 1.80 n 1= 1.80811 ν 1= 46.6 r 2= 38.804 d 2= 9.38 r 3= 45.608 d 3= 3.00 n 2= 1.85501 ν 2= 23.9 r 4= 74.964 d 4= 可変 r 5= 38.227 d 5= 5.41 n 3= 1.60548 ν 3= 60.7 r 6= -90.519 d 6= 3.62 r 7= 36.150 d 7= 6.50 n 4= 1.81077 ν 4= 41.0 r 8= 417.475 d 8= 0.97 r 9= -82.841 d 9= 6.50 n 5= 1.85501 ν 5= 23.9 ＊r10= 40.881 d10= 1.84 r11= ∞ (絞り) d11= 可変 r12= 257.819 d12= 5.37 n 6= 1.73427 ν 6= 40.6 ＊r13= -59.578 d13= 3.12 r14= -19.262 d14= 1.80 n 7= 1.59143 ν 7= 61.2 r15= -30.800 d15= 可変 r16= ∞ d16= 0.70 n 8= 1.51825 ν 8= 64.2 r17= ∞ (像面)

【００７２】

【表１】 ［位相係数］ r10 面 c 2 c 3 c 4 c 5 c 6 -2.03880D-04 0.00000D+00 1.98930D-07 0.00000D+00 -2.72250D-09 ［非球面係数］ r13 面 B C D -9.76722D-07 -4.16710D-09 -7.64856D-12 物像間距離 406.98 各レンズ群の焦点距離 第１群Ｌ１ -73.514 第２群Ｌ２ 46.142 第３群Ｌ３ 221.92 数値実施例２ f=50.12 〜77.72 実効fno=1:6.08 結像倍率=-0.19〜-0.38 r 1= -247.347 d 1= 1.80 n 1= 1.77621 ν 1= 49.6 r 2= 35.239 d 2= 7.98 r 3= 43.797 d 3= 3.06 n 2= 1.76859 ν 2= 26.5 r 4= 89.771 d 4= 可変 r 5= 43.653 d 5= 5.18 n 3= 1.69401 ν 3= 54.8 r 6= -101.960 d 6= 0.20 r 7= 42.919 d 7= 6.50 n 4= 1.77621 ν 4= 49.6 r 8= 1487.782 d 8= 1.65 r 9= -83.709 d 9= 6.50 n 5= 1.85501 ν 5= 23.9 ＊r10= 56.834 d10= 6.16 r11= ∞ (絞り) d11= 可変 r12= 764.531 d12= 6.50 n 6= 1.80811 ν 6= 46.6 ＊r13= -62.231 d13= 2.81 r14= -19.955 d14= 1.80 n 7= 1.57088 ν 7= 63.2 r15= -32.791 d15= 可変 r16= ∞ d16= 0.70 n 8= 1.51825 ν 8= 64.2 r17= ∞ (像面)

【００７３】

【表２】 ［位相係数］ r10 面 c 2 c 3 c 4 c 5 c 6 -1.85570D-04 0.00000D+00 2.31940D-07 0.00000D+00 -9.03490D-10 ［非球面係数］ r 2 面 B C D -5.16886D-07 -8.67561D-10 -7.17236D-13 物像間距離 406.98 各レンズ群の焦点距離 第１群Ｌ１ -69.079 第２群Ｌ２ 44.794 第３群Ｌ３ 282.10 数値実施例３ f=50.88 〜78.20 実効fno=1:6.08 結像倍率=-0.19〜-0.38 r 1= -190.109 d 1= 1.80 n 1= 1.80811 ν 1= 46.6 r 2= 36.987 d 2= 6.13 r 3= 42.152 d 3= 3.17 n 2= 1.81265 ν 2= 25.4 r 4= 86.438 d 4= 可変 r 5= 41.459 d 5= 5.76 n 3= 1.69401 ν 3= 54.8 r 6= -83.850 d 6= 0.52 r 7= 36.608 d 7= 6.50 n 4= 1.72056 ν 4= 47.9 r 8= 622.363 d 8= 1.24 r 9= -76.515 d 9= 6.50 n 5= 1.85501 ν 5= 23.9 ＊r10= 47.754 d10= 6.36 r11= ∞ (絞り) d11= 可変 r12= 497.421 d12= 2.32 n 6= 1.80401 ν 6= 42.2 ＊r13= -68.803 d13= 4.10 r14= -17.647 d14= 1.80 n 7= 1.48915 ν 7= 70.2 r15= -27.949 d15= 可変 r16= ∞ d16= 0.70 n 8= 1.51825 ν 8= 64.2 r17= ∞ (像面)

【００７４】

【表３】 ［位相係数］ r 9 面 c 2 c 3 c 4 c 5 c 6 -1.44040D-04 0.00000D+00 -1.47300D-07 0.00000D+00 -2.65980D-10 ［非球面係数］ r14 面 B C D 1.27585D-07 1.19181D-08 4.00623D-12 物像間距離 406.98 各レンズ群の焦点距離 第１群Ｌ１ -67.803 第２群Ｌ２ 42.597 第３群Ｌ３ 255.66 数値実施例４ f=49.84 〜77.47 実効fno=1:6.08 結像倍率=-0.19〜-0.38 r 1= -339.318 d 1= 1.80 n 1= 1.77621 ν 1= 49.6 r 2= 38.608 d 2= 10.56 r 3= 45.687 d 3= 3.00 n 2= 1.85501 ν 2= 23.9 r 4= 70.234 d 4= 可変 r 5= 42.430 d 5= 5.20 n 3= 1.64512 ν 3= 58.4 r 6= -381.547 d 6= 2.70 r 7= 42.322 d 7= 6.50 n 4= 1.69979 ν 4= 55.5 r 8= -103.950 d 8= 2.21 r 9= -60.646 d 9= 6.50 n 5= 1.85501 ν 5= 23.9 ＊r10= 129.619 d10= 3.17 r11= ∞ (絞り) d11= 18.92 r12= -26.204 d12= 1.80 n 6= 1.58879 ν 6= 30.8 ＊r13= -41.619 d13= 可変 r14= -940.339 d14= 2.88 n 7= 1.83932 ν 7= 37.2 r15= -43.926 d15= 2.78 r16= -18.867 d16= 1.80 n 8= 1.60548 ν 8= 60.7 r17= -29.893 d17= 可変 r18= ∞ d18= 0.70 n 9= 1.51825 ν 9= 64.2 r19= ∞ (像面)

【００７５】

【表４】 ［位相係数］ r10 面 c 2 c 3 c 4 c 5 c 6 -1.48820D-04 0.00000D+00 -9.56020D-08 0.00000D+00 -1.84290D-09 ［非球面係数］ r12 面 B C D 1.05105D-06 1.22116D-08 6.47327D-11 物像間距離 406.98 各レンズ群の焦点距離 第１群Ｌ１ -69.839 第２群Ｌ２ 44.990 第３群Ｌ３ 137.59 数値実施例５ f=50.34 〜77.87 実効fno=1:6.08 結像倍率=-0.19〜-0.38 r 1= -241.212 d 1= 1.80 n 1= 1.79013 ν 1= 44.2 r 2= 36.369 d 2= 7.65 r 3= 47.805 d 3= 3.00 n 2= 1.85501 ν 2= 23.9 r 4= 97.937 d 4= 可変 r 5= 42.185 d 5= 5.44 n 3= 1.64512 ν 3= 58.4 r 6= -89.698 d 6= 1.50 r 7= 36.603 d 7= 6.50 n 4= 1.80401 ν 4= 42.2 r 8= 729.165 d 8= 0.99 r 9= -94.262 d 9= 6.50 n 5= 1.85501 ν 5= 23.9 ＊r10= 40.909 d10= 5.30 r11= ∞ (絞り) d11= 可変 r12= 189.833 d12= 4.93 n 6= 1.70557 ν 6= 41.2 ＊r13= -82.817 d13= 3.85 r14= -18.230 d14= 1.80 n 7= 1.60548 ν 7= 60.7 r15= -25.517 d15= 可変 r16= ∞ d16= 0.70 n 8= 1.51825 ν 8= 64.2 r17= ∞ (像面)

【００７６】

【表５】 ［位相係数］ r10 面 c 2 c 3 c 4 c 5 c 6 -2.10390D-04 0.00000D+00 -1.00460D-07 0.00000D+00 -1.71220D-09 ［非球面係数］ r 4 面 B C D -4.45035D-07 -3.98520D-10 -2.78287D-13 r14 面 B C D 1.21955D-07 5.52230D-09 4.34741D-12 物像間距離 406.98 各レンズ群の焦点距離 第１群Ｌ１ -70.500 第２群Ｌ２ 44.397 第３群Ｌ３ 269.10 数値実施例６ f=50.36 〜78.00 実効fno=1:6.08 結像倍率=-0.19〜-0.38 r 1= -253.479 d 1= 1.80 n 1= 1.77621 ν 1= 49.6 r 2= 36.914 d 2= 9.29 r 3= 43.188 d 3= 3.00 n 2= 1.85501 ν 2= 23.9 r 4= 67.949 d 4= 可変 r 5= 48.748 d 5= 5.41 n 3= 1.69979 ν 3= 55.5 r 6= -77.014 d 6= 0.20 r 7= 36.528 d 7= 6.50 n 4= 1.81077 ν 4= 41.0 r 8= 590.394 d 8= 1.05 r 9= -99.065 d 9= 6.36 n 5= 1.85501 ν 5= 23.9 ＊r10= 37.042 d10= 6.90 r11= ∞ (絞り) d11= 可変 r12= 509.855 d12= 3.73 n 6= 1.55099 ν 6= 45.8 r13= -41.809 d13= 3.39 r14= -20.295 d14= 1.80 n 7= 1.59143 ν 7= 61.2 r15= -31.423 d15= 可変 r16= ∞ d16= 0.70 n 8= 1.51825 ν 8= 64.2 r17= ∞ (像面)

【００７７】

【表６】 ［位相係数］ r10 面 c 2 c 3 c 4 c 5 c 6 -2.15810D-04 0.00000D+00 -1.78990D-07 0.00000D+00 -7.53460D-10 物像間距離 406.98 各レンズ群の焦点距離 第１群Ｌ１ -65.372 第２群Ｌ２ 44.432 第３群Ｌ３ 212.08 数値実施例７ f=50.54 〜77.69 実効fno=1:6.08 結像倍率=-0.19〜-0.38 r 1= -165.104 d 1= 1.80 n 1= 1.77621 ν 1= 49.6 r 2= 38.411 d 2= 8.82 r 3= 44.663 d 3= 3.00 n 2= 1.85504 ν 2= 23.8 r 4= 73.986 d 4= 可変 r 5= 46.094 d 5= 5.36 n 3= 1.69401 ν 3= 54.8 r 6= -77.178 d 6= 0.20 r 7= 32.790 d 7= 6.29 n 4= 1.72391 ν 4= 43.7 r 8= 3271.872 d 8= 0.90 r 9= -95.442 d 9= 3.44 n 5= 1.85504 ν 5= 23.8 ＊r10= 40.660 d10= 可変 r11= ∞ (絞り) d11= 15.54 r12= 470.383 d12= 3.87 n 6= 1.58482 ν 6= 40.8 r13= -50.971 d13= 5.08 r14= -19.154 d14= 1.80 n 7= 1.60548 ν 7= 60.7 r15= -31.336 d15= 可変 r16= ∞ d16= 0.70 n 8= 1.51825 ν 8= 64.2 r17= ∞ (像面)

【００７８】

【表７】 ［位相係数］ r10 面 c 2 c 3 c 4 c 5 c 6 -2.11330D-04 0.00000D+00 1.65440D-07 0.00000D+00 -2.02330D-09 物像間距離 406.98 各レンズ群の焦点距離 第１群Ｌ１ -63.54 第２群Ｌ２ 42.076 第３群Ｌ３ 630.67 数値実施例８ f=50.22 〜77.77 実効fno=1:6.08 結像倍率=-0.19〜-0.38 r 1= -330.458 d 1= 1.80 n 1= 1.77621 ν 1= 49.6 r 2= 35.982 d 2= 9.59 r 3= 42.336 d 3= 3.00 n 2= 1.85501 ν 2= 23.9 r 4= 65.102 d 4= 可変 r 5= 48.901 d 5= 5.28 n 3= 1.69979 ν 3= 55.5 r 6= -79.733 d 6= 0.20 r 7= 35.471 d 7= 0.45 n 4= 1.81077 ν 4= 41.0 r 8= 637.158 d 8= 1.09 r 9= -105.522 d 9= 5.50 n 5= 1.85501 ν 5= 23.9 r10= 35.850 d10= 1.52 ＊r11= ∞ d11= 1.50 n 6= 1.51825 ν 6= 64.2 r12= ∞ d12= 4.88 r13= ∞ (絞り) d13= 可変 r14= 451.767 d14= 5.54 n 7= 1.55099 ν 7= 45.8 r15= -41.152 d15= 3.20 r16= -20.635 d16= 1.50 n 8= 1.60548 ν 8= 60.7 r17= -33.028 d17= 可変 r18= ∞ d18= 0.70 n 9= 1.51825 ν 9= 64.2 r19= ∞ (像面)

【００７９】

【表８】 ［位相係数］ r11 面 c 2 c 3 c 4 c 5 c 6 -2.21372D-04 0.00000D+00 -1.09638D-07 0.00000D+00 -3.23587D-10 物像間距離 406.98 各レンズ群の焦点距離 第１群Ｌ１ -65.576 第２群Ｌ２ 44.449 第３群Ｌ３ 231.03

【００８０】

【表９】 各数値実施例における回折光学素子は格子ピッチ、深さ
ともに十分製造可能な範囲に収まっている。例えば数値
実施例１，６については単層の回折光学素子で制作した
場合、最小の格子ピッチは数値実施例１で約１６０μ
ｍ、数値実施例６で約１１０μｍ、深さは数値実施例
１，６ともに０．８３μｍとなっており、十分製造可能
なレベルとなっている。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く３群ズームレ
ンズの各レンズ群のレンズ構成を適切に設定し、かつ第
２群に回折光学素子及び第１、第２、第３群の３つのレ
ンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群に非球面を設け
且つ、回折光学素子の近傍に絞りを配置することによっ
て、高い変倍比を確保しつつ、全変倍範囲にわたり高い
光学性能を有し、カラー読取りに対応できるズームレン
ズ及びそれを用いた画像読取装置を達成することができ
る。

【００８２】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の数値実施例１のレンズ断面図

【図２】 本発明の数値実施例２のレンズ断面図

【図３】 本発明の数値実施例３のレンズ断面図

【図４】 本発明の数値実施例４のレンズ断面図

【図５】 本発明の数値実施例５のレンズ断面図

【図６】 本発明の数値実施例６のレンズ断面図

【図７】 本発明の数値実施例７のレンズ断面図

【図８】 本発明の数値実施例８のレンズ断面図

【図９】 本発明の数値実施例１の収差図であり、
（Ａ）は短焦点距離端、（Ｂ）は長焦点距離端

【図１０】 本発明の数値実施例２の収差図であり、
（Ａ）は短焦点距離端、（Ｂ）は長焦点距離端

【図１１】 本発明の数値実施例３の収差図であり、
（Ａ）は短焦点距離端、（Ｂ）は長焦点距離端

【図１２】 本発明の数値実施例４の収差図であり、
（Ａ）は短焦点距離端、（Ｂ）は長焦点距離端

【図１３】 本発明の数値実施例５の収差図であり、
（Ａ）は短焦点距離端、（Ｂ）は長焦点距離端

【図１４】 本発明の数値実施例６の収差図であり、
（Ａ）は短焦点距離端、（Ｂ）は長焦点距離端

【図１５】 本発明の数値実施例７の収差図であり、
（Ａ）は短焦点距離端、（Ｂ）は長焦点距離端

【図１６】 本発明の数値実施例８の収差図であり、
（Ａ）は短焦点距離端、（Ｂ）は長焦点距離端

【図１７】 本発明に係る回折光学素子の説明図

【図１８】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図

【図１９】 本発明に係る回折光学素子のＭＴＦ特性図

【図２０】 本発明に係る回折光学素子の説明図

【図２１】 本発明に係る回折光学素子の波長依存特性
の説明図

【図２２】 本発明に係る回折光学素子のＭＴＦ特性図

【図２３】 本発明に係る回折光学素子の説明図

【図２４】 本発明をイメージスキャナーに適用したと
きの要部概略図

【符号の説明】

１ 原稿台ガラス ２，３，４ 反射ミラー ５ 結像手段（ズームレンズ） ６ 読取り手段（ラインセンサー） ７ 原稿 ８ スリット １１ 回折光学素子 ２１，２２ 非球面 Ｌ１ 第１群 Ｌ２ 第２群 Ｌ３ 第３群 Ｇ カバーガラス Ｓ サジタル像面 Ｍ メリディオナル像面 ｅ ｅ線 ｇ ｇ線 ｃ ｃ線

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 15/20 G02B 5/18

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原稿面側より順に負の屈折力の第１群、
   正の屈折力の第２群、そして正の屈折力の第３群の３つ
   のレンズ群を有し、該第１、第２群の空気間隔と該第
   ２、第３群の空気間隔を変化させて変倍を行なうズーム
   レンズにおいて、 該第２群は回折光学素子を有し、該第１、第２、第３群
   の３つのレンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群は非
   球面を有し、且つ、該第２群内若しくは第３群内に絞り
   を配置し、該回折光学素子は該絞りの近傍に配置してお
   り、 該回折光学素子の位相関数を 【数１】 （但し、λは基準波長、ｈは光軸からの高さ、ｉは次
   数）と定義し、全系の短焦点距離側の焦点距離をｆｗと
   したとき ０．００５＜｜Ｃ ₂ ×ｆｗ｜＜０．０３ （但し、Ｃ ₂ ＜０） なる条件を満足する ことを特徴とするズームレンズ。
2. 【請求項２】 前記第２、第３群の短焦点距離側の結像
   倍率を各々順にβ_2w、β_3wとしたとき ０．７＜｜β_2w×β_3w｜＜１．１ 但し、β_2w×β_3w＜０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載のズ
   ームレンズ。
3. 【請求項３】 短焦点距離端から長焦点距離端への変倍
   を前記第１群を像面側に凸状の軌跡を有しつつ移動さ
   せ、前記第２、第３群を原稿面側へ単調移動させて行な
   い、物像間距離が一定であることを特徴とする請求項１
   記載のズームレンズ。
4. 【請求項４】 原稿面側から順に前記１群は第１−１負
   レンズと第１−１正レンズの２つのレンズを有し、前記
   第２群は第２−１正レンズ、第２−２正レンズ、そして
   第２−１負レンズの３つのレンズを有し、前記第３群は
   第３−１正レンズと第３−１負レンズの２つのレンズを
   有していることを特徴とする請求項３記載のズームレン
   ズ。
5. 【請求項５】 前記請求項１乃至４のいずれか１項記載
   のズームレンズをイメージスキャナーに用いたことを特
   徴とするイメージスキャナー。