JP3423625B2 - 読取用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】本発明は読取用レンズ及びそ
れを用いた画像読取装置に関し、例えば原稿面上の画像
情報をラインセンサー面上に結像させて読取る際に好適
な有効Ｆナンバー３．５、最大半画角１６°程度で画面
全体にわたり高い光学性能を有した全体として４群６枚
構成のレンズより成るデジタル複写機やイメージスキャ
ナー等に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より原稿面上の画像情報を読取用レ
ンズにより所定の縮小倍率で固体撮像素子（ラインセン
サー）面上に結像させて、該画像情報を読取るようにし
た装置、例えばデジタル複写機やイメージスキャナー等
の装置が種々と提案されている。このような装置に用い
られる読取用レンズに要求される特性は読取速度を高速
化するために大口径であること、読取装置を小型にする
ために高画角であること、高品質なディジタル画像情報
を得るために諸収差が十分に除去されていること、更に
はカラー画像読取に適応できるように色収差も十分に除
去されていることである。

【０００３】従来より読取用レンズとしてガウスタイブ
を選択したものが、例えば特開平6-109971号公報や特開
平8-146292号公報等で種々と提案されている。

【０００４】特開平6-109971号公報では物体側より順に
物体側に凸面を向けたメニスカス状の正の第１レンズ
と、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正の第２レン
ズと、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第３レ
ンズと、絞りを挟んで物体側に凹面を向けたメニスカス
状の負の第４レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカ
ス状の正の第５レンズと、両レンズ面が凸面の第６レン
ズとが配列して構成され、第２レンズと第３レンズ、第
４レンズと第５レンズがそれぞれ貼り合わせた４群６枚
構成のガウスタイプの読取用レンズを提案している。

【０００５】特開平8-146292号公報では物体側から像側
へ向かって順次、第１ないし第４群を配備してなり、第
１群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の正の第１レ
ンズであり、第２群は物体側に配された正の第２レンズ
と、この第２レンズの像側に接合された負の第３レンズ
とにより構成され、第３群は負の第４レンズと、この第
４レンズの像側に接合された正のレンズの第５レンズに
より構成され、第４群は正の第６レンズで構成された読
取用レンズを提案している。

【０００６】しかしながら、上記の読取用レンズはいず
れも上述した読取用レンズに要求される特性のいずれか
において一層の改善が求められるものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は４群６枚構成
のガウスタイブより成る読取用レンズの各レンズ群のレ
ンズ構成を適切に設定することにより、有効Ｆナンバー
が３．５と大口径でありながら最大半画角は１６°程度
まで十分に色収差を含め収差補正を良好に行なうことが
できる読取用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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の読取用レンズ
は、 (1) 物体側より順に物体側のレンズ面が物体側に凸面を
向けたメニスカス状の正の第１レンズからなる第１群、
正の第２レンズと負の第３レンズとが貼り合わされた第
１接合レンズからなる第２群、絞り、負の第４レンズと
正の第５レンズとが貼り合わされた第２接合レンズから
なる第３群、そして像面側のレンズ面が像面側に凸面を
向けたメニスカス状の正の第６レンズからなる第４群よ
り構成される読取用レンズであって、該第１，第６レン
ズの焦点距離を各々順にｆ１，ｆ６、該第２，第３群の
焦点距離を各々順にｆ２３，ｆ４５、該第２群と該絞
り，該絞りと該第３群との空気間隔を各々順にｄ５，ｄ
６、第ｉレンズの材質の屈折率とアッベ数を各々ｎｉ，
νｉ、全系の焦点距離をｆとし、ｆ＝１と正規化したと
き、

【０００９】

【数４】 １．１６９・ｆ≦ｆ１／ｎ１＋ｆ６／ｎ６≦１．５６・ｆ ・・・（２） −１２．５≦ｆ２３／ｆ１≦１１．１ ・・・（３） １．２０２≦３×（ｎ６−１）／（（ｎ１＋ｎ２＋ｎ５）−３）≦１．４ ・・・（４）

【００１０】

【数５】 なる条件を満足することを特徴としている。

【００１１】特に(1-1) 前記読取用レンズは絞りを１つ
の面として数えたとき、第ｉ番目のレンズ面の曲率半径
をｒｉ、第ｉ番目の軸上肉厚又は空気間隔をｄｉとした
とき、 １．２０≦（ｒ５−ｒ７）／（ｄ５＋ｄ６）≦１．５７ ‥‥（６）

【００１２】

【数６】 なる条件を満足することを特徴としている。

【００１３】本発明の画像読取装置は、(2) 上記(1)又
は（１−１）記載の読取用レンズを用いて画像を撮像手
段面上に形成していることを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１（Ａ），（Ｂ）は各々本発明
の読取用レンズの後述する数値実施例１のレンズ断面図
であり、同図（Ａ）はメリディオナル断面図、同図
（Ｂ）はサジタル断面図である。図２〜図７は各々本発
明の後述する数値実施例１〜６の諸収差図（球面収差、
像面湾曲収差、歪曲収差、倍率色収差）である。尚、球
面収差図において実線、２点鎖線、１点鎖線は各々順に
５４６ｎｍ（ｄ線）、４６０ｎｍ（ｇ線）、６３０ｎｍ
（ｃ線）の波長での特性を表わす。像面湾曲収差図にお
いて破線、実線、２点鎖線、１点鎖線は各々順に５４６
ｎｍ（ｄ線）でのメリジオナル像面湾曲、サジタル像面
湾曲、４６０ｎｍ（ｇ線）でのメリジオナル像面湾曲、
サジタル像面湾曲での特性を表わす。倍率色収差図にお
いて２点鎖線、１点鎖線は各々順に４６０ｎｍ（ｇ
線）、６３０ｎｍ（ｃ線）の波長での特性を表わす。

【００１５】本実施形態における読取用レンズは図１に
示すように物体側より順に物体側のレンズ面が物体側に
凸面を向けたメニスカス状の正の第１レンズ１からなる
第１群Ｇ１、正の第２レンズ２と負の第３レンズ３とが
貼り合わされた第１接合レンズからなる第２群Ｇ２、絞
りＳＰ、負の第４レンズ４と正の第５レンズ５とが貼り
合わされた第２接合レンズからなる第３群Ｇ３、そして
像面側のレンズ面が像面側に凸面を向けたメニスカス状
の正の第６レンズ６からなる第４群Ｇ４より構成される
４群６枚構成のガウスタイブより成っている。尚、図１
において７は原稿台ガラス、８はＣＣＤ等のカバーガラ
スである。

【００１６】本実施形態では読取用レンズを図１に示す
ように４群６枚構成のガウスタイプより構成すると共
に、各レンズの屈折力やレンズ間隔等を条件式（１）〜
（７）の如く設定することにより有効Ｆナンバー３．
５、最大半画角１６°程度、結像倍率βがβ＝−０．１
６５３５において良好なる光学性能を有した読取用レン
ズを得ている。

【００１７】また本実施形態のように第１レンズが物体
側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであり、第６
レンズが像面側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズ
であることは読取用レンズを小型化するために有用な条
件である。

【００１８】一般に１次元固体撮像素子面上に画像を結
像する読取用レンズではメリディオナル断面とサジタル
断面とでは光束をけることなく透過させるための有効領
域の幅が異なる場合が多い。即ちメリディオナル断面で
のレンズの有効領域幅に比較してサジタル断面での有効
領域幅は狭い。従って図１（Ａ）と図１（Ｂ）とを比較
して理解できるように読取用レンズを薄型化するため
に、本実施形態ではサジタル断面において第１群（第１
レンズ１）Ｇ１と第４群（第６レンズ６）Ｇ４の端部を
切断している。

【００１９】次に前述の各条件式（１）〜（５）の技術
的意味について説明する。

【００２０】条件式（１）は絞りの前後のレンズ群のパ
ワー配分を定めるための条件であり、条件式（１）の範
囲を逸脱すると主として歪曲収差の補正が困難になるの
で良くない。

【００２１】条件式（２）は正の屈折力の第１群と正の
屈折力の第４群での屈折力の分担を定めるための条件で
あり、条件式（２）の範囲を逸脱すると主として球面収
差の補正並びに像面湾曲収差の補正が困難になるので良
くない。

【００２２】条件式（３）は第２群の全系に対するパワ
ーの寄与を定めるための条件であり、条件式（３）の範
囲を逸脱すると主としてコマ収差の補正が困難になるの
で良くない。

【００２３】条件式（４）は各レンズの材質の屈折率の
選択を定めるための条件であり、条件式（４）の範囲を
逸脱すると主として非点収差の補正が困難になるので良
くない。

【００２４】条件式（５）は各レンズの材質のアッベ数
の選択を定めるための条件であり、条件式（５）の範囲
を逸脱すると色収差の補正が困難になるので良くない。
また条件式（５）は条件式（４）とあわせ勘案するため
の条件でもある。

【００２５】この読取用レンズは以上の諸条件を満足す
ることにより十分機能するが更により良好にするには前
述の各条件式（６），（７）を満足させるのが好まし
い。

【００２６】次にこの条件式（６）、（７）の技術的意
味について説明する。

【００２７】条件式（６）は条件式（２）、（３）とあ
わせ勘案することで主として球面収差の補正とコマ収差
の除去に有効な条件であり、条件式（６）の範囲を逸脱
すると解像力が著しく劣化するので良くない。

【００２８】条件式（７）は主として読取用レンズを小
型化しつつ像面湾曲収差を補正するための条件であり、
条件式（７）の範囲を逸脱するとその効果が薄れるので
良くない。

【００２９】図８は本発明の読取用レンズをデジタル複
写機等の画像読取装置に適用したときの要部概略図であ
る。

【００３０】同図において１８は原稿であり、原稿台ガ
ラス１７上に載置されている。２１は照明手段であり、
例えばハロゲンランプや蛍光灯等より成る光源１１と反
射笠１２等から成っている。１３は絞り（スリット）で
あり、後述する読取手段としてのＣＣＤ（ラインセンサ
ー）１６の画素の並び方向である紙面と垂直方向（主走
査方向）に長い開口部を有しており、原稿１８面からの
光束を規制している。１４ａ，１４ｂ，１４ｃは各々走
査用の第１、第２、第３の走査ミラーであり、絞り１３
を通過した光束を後述する読取用レンズ１５に導いてい
る。１５は本発明に関わる読取用レンズ（結像レンズ）
であり、前述した構成より成っており、原稿１８面上の
画像情報に基づく光束をＣＣＤ１６面上に結像させてい
る。１６は読取手段（撮像手段）であり、複数の画素を
主走査方向に配列したＣＣＤ（ラインセンサー）より成
っている。

【００３１】本実施形態において原稿台ガラス１７上に
載置された原稿１８は光源１１からの直接光と反射笠１
２とを介した光束により両側から照明される。そして原
稿１８からの光束は絞り１３の開口部を通過し、走査用
の第１、第２、第３の走査ミラー１４ａ，１４ｂ，１４
ｃを介して、読取用レンズ１５によりＣＣＤ１６面上に
結像され、原稿１８の濃淡に応じて電気信号に変換さ
れ、主走査方向の１ライン分の画像情報が読み取られ
る。また副走査方向（図８において矢印Ｙ方向）の画像
読取りは原稿１８に対して光源１１と反射笠１２と絞り
１３と第１の走査ミラー（全速走査ミラー）１４ａとか
ら成る第１のミラー台を副走査方向に移動させ、更に第
２、第３の走査ミラー（半速走査ミラー）１４ｂ，１４
ｃとから成る第２のミラー台を該第１のミラー台の半分
の速度（移動速度比２：１）で同方向に移動させること
により、原稿１８からＣＣＤ１６での光路長を一定に保
ちつつ原稿１８の画像情報が読み取られる。

【００３２】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の
曲率半径、ｄｉは物体側より第ｉ番目のレンズ厚及び空
気間隔、ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレ
ンズのガラスの屈折率（ｄ線）とアッベ数（ｄ線）であ
る。ａ１，ａ２は各々原稿台ガラスの表面を表わし、ｂ
１，ｂ２は各々ＣＣＤのカバーガラスの表面を表わす。

【００３３】数値実施例１〜６は全系の焦点距離ｆをｆ
＝１と正規化している。また有効Ｆナンバーは３．５、
最大半画角は１６°程度、結像倍率βは−０．１６５３
５である。

【００３４】また前述の各条件式と数値実施例における
諸数値との関係を表−１、表−２に示す。 ［数値実施例１］ 面番号 r d n ν a1 ∞ 0.05183 1.51633 64.15 a2 ∞ 1 0.60248 0.05222 1.62041 60.29 2 2.15828 0.00311 3 0.28281 0.08383 1.63854 55.38 4 0.68537 0.04133 1.64769 33.79 5 0.21844 0.11052 6 （絞り） 0.19163 7 -0.21939 0.02565 1.66680 33.05 8 -1.99223 0.07839 1.63854 55.38 9 -0.31565 0.00130 10 -3.13138 0.05779 1.80610 40.92 11 -0.55578 b1 ∞ 0.01296 1.51633 64.15 b2 ∞ ［数値実施例２］ 面番号 r d n ν a1 ∞ 0.05173 1.51633 64.15 a2 ∞ 1 0.84054 0.04621 1.62041 60.29 2 4.04799 0.06322 3 0.28856 0.07108 1.63854 55.38 4 0.64287 0.05590 1.64769 33.79 5 0.23085 0.11696 6 （絞り） 0.17392 7 -0.20439 0.02218 1.66680 33.05 8 -2.14639 0.07494 1.63854 55.38 9 -0.28491 0.00042 10 -2.56606 0.05692 1.80610 40.92 11 -0.51444 b1 ∞ 0.01293 1.51633 64.15 b2 ∞ ［数値実施例３］ 面番号 r d n ν a1 ∞ 0.05233 1.51633 64.15 a2 ∞ 1 0.48405 0.06254 1.62041 60.29 2 1.52686 0.00254 3 0.26399 0.07663 1.63854 55.38 4 0.56535 0.02770 1.64769 33.79 5 0.20157 0.13229 6 （絞り） 0.17391 7 -0.22853 0.03110 1.66680 33.05 8 -2.73747 0.09117 1.63854 55.38 9 -0.33626 0.00440 10 -4.66889 0.05613 1.80610 40.92 11 -0.61739 b1 ∞ 0.01308 1.51633 64.15 b2 ∞ ［数値実施例４］ 面番号 r d n ν a1 ∞ 0.05171 1.51633 64.15 a2 ∞ 1 0.53637 0.05650 1.53996 59.46 2 2.24048 0.00200 3 0.27821 0.08141 1.63854 55.38 4 0.65491 0.03947 1.64769 33.79 5 0.21415 0.11222 6 （絞り） 0.18858 7 -0.21121 0.02661 1.66680 33.05 8 -1.88880 0.07905 1.63854 55.38 9 -0.30713 0.00187 10 -2.68182 0.05805 1.80610 40.92 11 -0.53526 b1 ∞ 0.01293 1.51633 64.15 b2 ∞ ［数値実施例５］ 面番号 r d n ν a1 ∞ 0.05229 1.51633 64.15 a2 ∞ 1 0.60961 0.05662 1.62041 60.29 2 2.04716 0.00961 3 0.27701 0.08324 1.67790 55.34 4 0.50095 0.02979 1.68893 31.07 5 0.22787 0.12939 6 （絞り） 0.19928 7 -0.18999 0.02600 1.72151 29.23 8 -0.46783 0.06731 1.71300 53.87 9 -0.25943 0.02960 10 -5.93381 0.05816 1.80610 40.92 11 -0.68494 b1 ∞ 0.01307 1.51633 64.15 b2 ∞ ［数値実施例６］ 面番号 r d n ν a1 ∞ 0.05196 1.51633 64.15 a2 ∞ 1 0.71451 0.04723 1.62041 60.29 2 2.71317 0.00248 3 0.29087 0.06717 1.67790 55.34 4 0.62636 0.06028 1.68893 31.07 5 0.24837 0.11869 6 （絞り） 0.20876 7 -0.18546 0.02597 1.72151 29.23 8 -0.44390 0.06690 1.71300 53.87 9 -0.25524 0.03041 10 -8.66698 0.05702 1.80610 40.92 11 -0.71451 b1 ∞ 0.01296 1.51633 64.15 b2 ∞

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く４群６枚構成
のガウスタイブより成る読取用レンズの各レンズ群のレ
ンズ構成を適切に設定すると共に各条件式を満足させる
ことにより、有効Ｆナンバーが３．５と大口径でありな
がら最大半画角は１６°程度まで十分に色収差を含め収
差補正を良好に行なうことができ、更に小型で解像力に
優れた読取用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。

【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１の諸収差図

【図３】 本発明の数値実施例２の諸収差図

【図４】 本発明の数値実施例３の諸収差図

【図５】 本発明の数値実施例４の諸収差図

【図６】 本発明の数値実施例５の諸収差図

【図７】 本発明の数値実施例６の諸収差図

【図８】 本発明の読取用レンズを画像読取装置に適用
したときの要部概略図

【符号の説明】

１ 第１レンズ ２ 第２レンズ ３ 第３レンズ ４ 第４レンズ ５ 第５レンズ ６ 第６レンズ ７ 原稿台ガラス ８ カバーガラス １１ 光源 １２ 反射笠 １３ 絞り １４ａ，１４ｂ，１４ｃ 走査用ミラー １５ 読取用レンズ １６ 読取手段（ＣＣＤ） １７ 原稿台ガラス １８ 原稿 ２１ 照明手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−253881（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−104512（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−68881（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−304696（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−171136（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−113802（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−286107（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−146292（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−342120（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−337348（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−208055（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−109971（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−113535（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−53052（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−311912（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−125516（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−156413（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−256013（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−124507（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−307254（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−339843（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−271612（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−326753（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−231410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−138312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−262012（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−94810（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−47019（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−289316（ＪＰ，Ａ) 特開2000−92316（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 13/24 G02B 9/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に物体側のレンズ面が物体
   側に凸面を向けたメニスカス状の正の第１レンズからな
   る第１群、正の第２レンズと負の第３レンズとが貼り合
   わされた第１接合レンズからなる第２群、絞り、負の第
   ４レンズと正の第５レンズとが貼り合わされた第２接合
   レンズからなる第３群、そして像面側のレンズ面が像面
   側に凸面を向けたメニスカス状の正の第６レンズからな
   る第４群より構成される読取用レンズであって、 該第１，第６レンズの焦点距離を各々順にｆ１，ｆ６、
   該第２，第３群の焦点距離を各々順にｆ２３，ｆ４５、
   該第２群と該絞り，該絞りと該第３群との空気間隔を各
   々順にｄ５，ｄ６、第ｉレンズの材質の屈折率とアッベ
   数を各々ｎｉ，νｉ、全系の焦点距離をｆとし、ｆ＝１
   と正規化したとき、 【数１】 １．１６９・ｆ≦ｆ１／ｎ１＋ｆ６／ｎ６≦１．５６・ｆ −１２．５≦ｆ２３／ｆ１≦１１．１ １．２０２≦３×（ｎ６−１）／（（ｎ１＋ｎ２＋ｎ５）−３）≦１．４ 【数２】 なる条件を満足することを特徴とする読取用レンズ。
2. 【請求項２】 前記読取用レンズは絞りを１つの面とし
   て数えたとき、第ｉ番目のレンズ面の曲率半径をｒｉ、
   第ｉ番目の軸上肉厚又は空気間隔をｄｉとしたとき、 １．２０≦（ｒ５−ｒ７）／（ｄ５＋ｄ６）≦１．５７ 【数３】 なる条件を満足することを特徴とする請求項１の読取用
   レンズ。
3. 【請求項３】 前記請求項１又は２記載の読取用レンズ
   を用いて画像を撮像手段面上に形成していることを特徴
   とする画像読取装置。