JP3720187B2 - lens - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズに係り、特にディジタル複写機、ファクシミリおよびイメージスキャナ等の原稿読取部に用いる光学系に好適なレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル複写機、ファクシミリおよびイメージスキャナ等の原稿読取部においては、原稿画像を光学系によりラインセンサ等に結像させて原稿画像を読み取る。
このような原稿画像を結像させるための光学系として読取用レンズが用いられる。
一般に読取用レンズとしては、３枚〜７枚構成の各種のレンズタイプのレンズが用いられている。中でも、読取密度が４００dpi （dot per inch）以上、読取幅が３００mm（約１２inch）以上、半画角が２０度前後、そしてＦナンバーが４程度の、比較的高精度で且つ高性能の仕様の装置に対しては、４群６枚構成のガウスタイプ、またはその変形タイプが用いられることが多い。このような４群６枚構成のガウスタイプの読取用レンズについては、特許および商品にも多数存在している。
【０００３】
従来、デジタル複写機、ファクシミリおよびイメージスキャナ等の原稿読取部の読取密度は、２００dpi 〜４００dpi が一般的であった。ところが、近年、高画質化の要求から、さらに高い読取密度が望まれてきている。その理由は、読取密度を高めることによって、解像力の向上や、モアレの減少等が期待されるからである。
現在、デジタル複写機、ファクシミリおよびイメージスキャナ等の原稿読取部にイメージセンサとして用いられるＣＣＤ（電荷結合素子）等の固体撮像素子の画素サイズは、市販されているものの中では７μmが最も小さい。この場合、読取用レンズには、像面空間周波数７１．４本／mmという高周波数における解像度やコントラストが要求される。さらに、ＣＣＤの画素サイズを変更せずに読取密度を上げようとすると、結像倍率を大きくする必要が生じる。
【０００４】
例えば、読取密度が４００dpi の場合、結像倍率は０．１１０２４であるが、読取密度が６００dpi になると、結像倍率は０．１６５３５となる。結像倍率が異なれば、読取用レンズの設計も自ずから変更する必要があるが、倍率が大きい方が収差補正的に不利である。
また、読取用レンズには、装置の小型化のために、共約長、すなわち物体−像面間距離を短くすることができるよう広画角であることが要求され、読取走査速度の高速化のために、大口径である、すなわちＦナンバーが小さい（明るい）、ことが要求される。さらに、当然ながら、低コストであることも要求される。これらは、読取密度にかかわらず、全ての読取用レンズに共通の課題である。
【０００５】
従来より知られている読取用レンズの大半は、読取密度４００dpi 以下を狙いとして設計されたものであり、結像倍率を変更し、読取密度６００dpi で用いた場合には、十分な結像性能を得ることができない。
例えば、特開平２−２５６０１３号公報には、典型的な４群６枚構成のガウスタイプの読取用レンズの一例が開示されており、特開平９−１０１４５２号公報には、４枚レンズ構成の読取用レンズの一例が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した結像倍率０．１６５３５付近で使用されるように設計された読取用レンズは、特開平２−２５６０１３号公報や、特開平９−１０１４５２号公報にも記載されている。
すなわち、特開平２−２５６０１３号公報には、結像倍率をおおむね適切な値である０．１６８とすることができる実施例（３）が記載されている。
しかしながら、特開平２−２５６０１３号公報のこの実施例（３）に記載された読取用レンズのレンズ構成は、従来より一般的な４群６枚のガウスタイプであり、レンズ構成枚数も多く、低コスト化は達成できていない。
【０００７】
一方、特開平９−１０１４５２号公報に開示された読取用レンズには、結像倍率をおおむね適切な値である０．１６５とすることができる実施例（４）が記載されている。
しかしながら、特開平９−１０１４５２号公報のこの実施例に記載された読取用レンズは、Ｆナンバーが５．６と暗いため、読取走査の高速化のためには不十分である。
このように、従来の読取用レンズにおいては、より簡単な４枚以下のレンズ構成を採ることにより低コスト化を達成しつつ、所要の高精度で且つ高性能の仕様に対応するものはほとんどない。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、高い読取密度を実現することができる結像倍率として十分な結像性能を得ることができ、しかもレンズ構成枚数が少なく低コストで、十分な画角および明るさを得ることが可能なレンズを提供することを目的としている。
特に、本発明の請求項１の目的は、結像倍率０．１６５３５付近で用いた場合に、固体撮像素子の画素サイズが７μmならば６００dpi に匹敵する高い読取密度を実現することができるレンズを提供することにある。
【０００９】
特に、本発明の請求項２および３の目的は、高い結像性能を得ることが可能なレンズを提供することにある。
本発明の請求項４の目的は、上述した目的に加えて、歪曲収差の小さいレンズを提供することにある。
本発明の請求項５の目的は、さらに低コストのレンズを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明に係るレンズは、上述した目的を達成するために、物体側から像側へ向かって、順次、正の屈折力を有する第１群光学系、負の屈折力を有する第２群光学系、絞り、正の屈折力を有する第３群光学系および負の屈折力を有する第４群光学系を配設し、
前記第１群光学系を、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１レンズ、前記第２群光学系を、両凹形状の第２レンズ、前記第３群光学系を、両凸形状の第３レンズ、そして前記第４群光学系を、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第４レンズで構成するとともに、
前記第３レンズの像側面を非球面とし、
前記第１レンズの物体側面の曲率半径をＲ１、レンズ全系の焦点距離をｆとするとき、これらが条件：
（１） ０．４０＜Ｒ１／ｆ＜０．６０
を満足し、
前記第３群光学系と第４群光学系との空気間隔をＤ７とするとき、該空気間隔Ｄ７およびレンズ全系の焦点距離ｆは、条件：
（１０） ０．３０＜Ｄ７／ｆ＜０．４０
を満足すること
を特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載した本発明に係るレンズは、前記第３レンズが、像側面を、光軸から遠ざかるに従い正のパワーが弱くなる形状の非球面としたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載した本発明に係るレンズは、前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズおよび第４レンズの屈折率を、それぞれｎ１、ｎ２、ｎ３およびｎ４とし、該第１レンズ、第２レンズ、第３レンズおよび第４レンズのアッべ数を、それぞれν１、ν２、ν３およびν４とするとき、これらが条件：
（２） ｎ１＞１．６５
（３） ν１＞４０．０
（４） ｎ２＞１．６５
（５） ν２＜３５．０
（６） ｎ３＞１．６５
（７） ν３＞４０．０
（８） ｎ４＜１．６５
（９） ν４＜４５．０
を満足することを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載した本発明に係るレンズは、前記第１群光学系と前記第２群光学系の合成焦点距離をｆ１２、前記第３群光学系と前記第４群光学系の合成焦点距離をｆ３４とするとき、これらが条件：
（１１） −３．５＜ｆ１２／ｆ３４＜−２．０
を満足することを特徴としている。
請求項５に記載した本発明に係るレンズは、前記第３レンズの像側面を除く全てのレンズ面が、全て球面であることを特徴としている。
【００１５】
【作用】
すなわち、本発明の請求項１によるレンズは、
物体側から像側へ向かって、順次、正の屈折力を有する第１群光学系、負の屈折力を有する第２群光学系、絞り、正の屈折力を有する第３群光学系および負の屈折力を有する第４群光学系を配設し、
前記第１群光学系を、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１レンズ、前記第２群光学系を、両凹形状の第２レンズ、前記第３群光学系を、両凸形状の第３レンズ、そして前記第４群光学系を、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第４レンズで構成するとともに、
前記第３レンズの像側面を非球面とし、
前記第１レンズの物体側面の曲率半径をＲ１、レンズ全系の焦点距離をｆとするとき、これらが条件：
（１） ０．４０＜Ｒ１／ｆ＜０．６０
を満足し、
また、前記第３群光学系と第４群光学系との空気間隔をＤ７とするとき、該空気間隔Ｄ７およびレンズ全系の焦点距離ｆは、条件：
（１０） ０．３０＜Ｄ７／ｆ＜０．４０
を満足する構成とする。
【００１６】
このような構成により、４群４枚からなる、いわゆるテレフォトタイプの構成に非球面を用いることにより、簡単な構成のまま、３５度を超える十分な画角と、Ｆナンバー４という十分な明るさを確保しつつ、高い読取密度を達成する。絞りから適度に離れた第３レンズの像側面を非球面として、球面収差のみでなく、コマ収差を初めとする諸収差をバランス良く補正し、条件式（１）により球面収差の補正過剰および補正不足を防止し、コマ収差の悪化および結像性能の低下を避けている。したがって、高い読取密度を実現することができる結像倍率として十分な結像性能を得ることができ、しかもレンズ構成枚数が少なく低コストで、十分な画角および明るさを得ることが可能となり、特に、結像倍率０．１６５３５付近として用いた場合に、固体撮像素子の画素サイズが７μmならば６００dpi に匹敵する高い読取密度を実現することができる。
また、第３群と第４群の空気間隔を、条件式（１０）により規定し、球面収差の補正不足によるコントラストの低下を防止し、像面湾曲の適切な補正によって、像面の平坦さを確保し、軸外性能の低下を防止する。したがって、特に、高い結像性能を得ることが可能となる。
【００１７】
本発明の請求項２によるレンズは、前記第３レンズの像側面を、光軸から遠ざかるに従い正のパワーが弱くなる形状の非球面とする。
【００１８】
このような非球面形状を採ることにより、球面収差、コマ収差を初めとする諸収差を、より良好に補正することが可能となり、特に、高い結像性能を得ることが可能となる。
【００１９】
本発明の請求項３によるレンズは、前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズおよび第４レンズの屈折率を、それぞれｎ１、ｎ２、ｎ３およびｎ４とし、該第１レンズ、第２レンズ、第３レンズおよび第４レンズのアッべ数を、それぞれν１、ν２、ν３およびν４とするとき、これらが条件：
（２） ｎ１＞１．６５
（３） ν１＞４０．０
（４） ｎ２＞１．６５
（５） ν２＜３５．０
（６） ｎ３＞１．６５
（７） ν３＞４０．０
（８） ｎ４＜１．６５
（９） ν４＜４５．０
を満足する構成とする。
このような構成により、ペッツバール和の減少と、軸上の色収差および倍率の色収差の補正を、十分に両立することができ、さらに良好な結像性能を得ることが可能となる。
【００２１】
本発明の請求項４によるレンズは、前記第１群光学系と前記第２群光学系の合成焦点距離をｆ１２、前記第３群光学系と前記第４群光学系の合成焦点距離をｆ３４とするとき、これらが条件：
（１１） −３．５＜ｆ１２／ｆ３４＜−２．０
を満足する構成とする。
このような構成によって、条件式（１１）により、絞りよりも物体側に配置された群の屈折力と、絞りよりも像側に配置された群の屈折力を規制することにより、結像倍率０．１６５付近で用いる場合の歪曲収差を良好に補正する。したがって、歪曲収差を小さくすることができる。
【００２２】
本発明の請求項５によるレンズは、前記第１レンズの物体側面を除く全てのレンズ面は、全て球面とする。
このような構成により、非強面は、第１レンズ物体側面のみとして、コストの上昇を抑えることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づき、図面を参照して本発明のレンズを詳細に説明する。
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る読取用レンズの要部の構成を示している。
図１に示す読取用レンズは、物体側より像面側に向かって、順次、正の屈折力を持つ第１群光学系Ｇ１、負の屈折力を持つ第２群光学系Ｇ２、絞り５、正の屈折力を持つ第３群光学系Ｇ３および負の屈折力を持つ第４群光学系Ｇ４を配置して構成する。
【００２４】
第１群光学系Ｇ１は、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１レンズＬ１からなる。第２群光学系Ｇ２は、両凹形状の第２レンズＬ２からなる。第３群光学系Ｇ３は、両凸形状の第３レンズＬ３からなり、該第３レンズＬ３は、その像側面７を非球面としている。そして、第４群光学系Ｇ４は、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第４レンズＬ４からなる。
さらに、図１の読取用レンズは、次のような特徴を持っている。
（請求項１に記載の要件）
Ｒ１を第１レンズＬ１の物体側面１の曲率半径、ｆをレンズ全系の焦点距離とするとき、以下の条件式を満足する。
０．４０ ＜ Ｒ１／ｆ ＜ ０．６０
また、Ｄ７を第３群光学系Ｇ３と第４群光学系Ｇ４との空気間隔とするとき、次の条件式を満足する。
（１０） ０．３０＜Ｄ７／ｆ＜０．４０
（請求項２に記載の要件）
第３レンズＬ３の像側面７が、光軸から遠ざかるほど正のパワー（屈折力）が弱くなる形状、すなわち負のパワーが強くなる形状、の非球面とする。
【００２５】
（請求項３に記載の要件）
ｎ１、ｎ２、ｎ３およびｎ４を、ぞれぞれ第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４の屈折率とし、ν１、ν２、ν３およびν４を、それぞれ第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４のアッベ数とするとき、次の条件式を満足する。
【００２６】
（２） ｎ１＞１．６５
（３） ν１＞４０．０
（４） ｎ２＞１．６５
（５） ν２＜３５．０
（６） ｎ３＞１．６５
（７） ν３＞４０．０
（８） ｎ４＜ｌ．６５
（９） ν４＜４５．０
【００２８】
（請求項４に記載の要件）
ｆ１２を第１群光学系Ｇ１と第２群光学系Ｇ２の合成焦点距離とし、ｆ３４を第３群光学系Ｇ３と第４群光学系Ｇ４の合成焦点距離とするとき、次の条件式を満足する。
【００２９】
（１１） ３．５ ＜ ｆ１２／ｆ３４ ＜ −２．０
【００３０】
（請求項５に記載の要件）
上述した第３レンズＬ３の像側面３を除く面１〜４および６，８，９を、全て球面とする。
すなわち、上述した本発明の読取用レンズは、ＰＮＰＮ（正負正負）の４群４枚からなる、いわゆるテレフォトタイプの構成であるが、非球面レンズを用いることにより、簡単な構成のまま、３５度を超える十分な画角と、Ｆナンバー４．０という十分な明るさを確保しつつ、高い読取密度を達成しようというものである。非球面の採用位置としては、球面収差の補正を考えた場合、軸上マージナル光線高の高い、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３のいずれかの面が適している。本発明では、絞りから適度に離れた第３レンズＬ３の像側面７を非球面とすることにより、球面収差のみでなく、コマ収差を初めとする諸収差をバランス良く補正することを可能としている。
【００３１】
条件式（１）は、第１レンズＬ１の物体側面１の曲率半径を規定するものである。
例えば、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３が球面のみで構成される４群４枚のテレフォトタイプでは、収差補正上、第１レンズ物体側面１の曲率半径は、条件式（１）の下限を下回る値となる。なぜなら、曲率半径を小さくして比較的大きな収差を発生させ、発生した収差を後の面で補正することにより、全体としての収差バランスをとる必要性があるからである。
【００３２】
しかしながら、本発明の読取用レンズの場合、非球面の効果が収差バランスの一翼を担うため、それ程までに曲率半径を小さくする必要はない。すなわち、本発明の読取用レンズにおいては、条件式（１）の下限を超えて第１レンズＬ１の物体側面１の曲率半径が小さくなると、球面収差が補正過剰となり、条件式（１）の上限を超えて第１レンズＬ１の物体側面１の曲率半径が大きくなると、球面収差が補正不足となる。さらに、どちらの場合もコマ収差が悪化し、結像性能の低下を招く。この、第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径は、本発明の読取用レンズを最も特徴付けるものである。
【００３３】
さらに、本発明の読取用レンズにおいては、さらに高い結像性能を得るための条件を与えている。
第３レンズＬ３の像側面７は、光軸から遠ざかるほど正のパワーが弱くなる形状、すなわち負のパワーが強くなる形状、の非球面であることが望ましい。このような非球面形状を採ることにより、球面収差およびコマ収差を初めとする諸収差を、より良好に補正することが可能となる。
【００３４】
条件式（２）〜（９）は、各レンズの屈折率とアッべ数を規定するものである。
その組合せによれば、ペッツバール和の減少と、軸上の色収差および倍率の色収差の補正を、十分に両立することができ、さらに良好な結像性能を得ることが可能となる。
条件式（１０）は、第３群光学系Ｇ３と第４群光学系Ｇ４の空気間隔Ｄ７を規定するものである、条件式（１０）の上限を超えると、球面収差が補正不足となり、コントラストの低下を招きやすくなる。下限を超えると、像面湾曲の補正が難しくなり、像面は平坦さを欠いて、軸外性能の低下を招きやすくなる。
【００３５】
条件式（１１）は、絞り５よりも物体側に配置された群の屈折力と、絞り５よりも像側に配置された群の屈折力を規制するものである。本発明の読取用レンズを、結像倍率０．１６５付近で用いる場合に、歪曲収差を良好に補正するためには、この条件式を満足することが望ましい。条件式（１１）の下限を超えると、負の歪曲収差が大きく発生し、上限を超えると、正の歪曲収差が大きく発生する。
【００３６】
本発明の読取用レンズにおいて、第３レンズＬ３の像側面７に加えて、他の面をも非球面とすることも考えられるが、発明の目的に対しては、非球面は第３レンズＬ３の像側面７のみで十分である。非球面教の増加は、コストアップを招くため好ましくない。
本発明の読取用レンズは、倍率０．１６５程度で使用された場合に、その性能を最も発揮することができ、画素サイズ７μmのＣＣＤとの組合せにより、幅３０４．８mmの原稿を６００dpi の解像度で読み取ることが可能である。
【００３７】
【実施例】
次に、この実施の形態における具体的な実施例について説明する。第１および第２の実施例においては、収差は十分に補正されており、これら各実施例により本発明による読取用レンズは高い結像性能を有することがわかる。
各実施例においては、以下のような符号を用いている。
【００３８】
Ｆ／No. ： Ｆナンバー
ｆｅ ： 焦点距離
ｍ ： 結像倍率
Ｙ ： 最大物体高
ω ： 半画角
Ｒ ： 曲率半径
Ｄ ： 面間隔
ｎｄ ： 屈折率
νｄ ： アッべ数
【００３９】
また、ここで用いられる非球面は、周知の如く光軸をＸ座標軸、光軸に直交させてＹ座標軸をとるとき、近軸曲率半径の逆数をＣ、光軸からの高さをＨ、円錐定数をＫ、高次の非球面係数をＡ４，Ａ６，Ａ８およびＡ１０とするとき、以下の式で定義される。
【００４０】
【数１】
〔第１の実施例〕
第１の実施例による読取用レンズにおけるＦナンバーＦ／No.、焦点距離ｆｅ、結像倍率ｍ、最大物体高Ｙおよび半画角ωは、それぞれ
Ｆ／No.＝４．０
ｆｅ＝６３．６mm
ｍ＝０．１６５３５
Ｙ＝１５２．４mm
ω＝１８．８
とする。光学系の曲率半径Ｒ、面間隔Ｄ、屈折率ｎｄおよびアッべ数νｄに関するレンズデータを表１に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
さらに、上述した各条件式（１）〜（１１）にそれぞれ対応する条件式対応値は、次の通りである。
（１）：Ｒ１／ｆ＝０．４８７
（２）：ｎ１＝１．８３５
（３）：ν１＝４３．０
（４）：ｎ２＝１．７８５
（５）：ν２＝２５．７
（６）：ｎ３＝１．７４３
（７）：ν３＝４９．３
（８）：ｎ４＝１．６２０
（９）：ν４＝３６．３
（１０）：Ｄ７／ｆ＝０．３５８
（１１）：ｆ１２／ｆ３４＝−３．０６０
【００４５】
図１は、この第１の実施例によるレンズ構成を示している。この第１の実施例による読取用レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差の収差曲線を示す収差図をそれぞれ図２、図３、図４および図５に示す。各収差図中のｅ、ＦおよびＣは、それぞれｅ線（波長５４６．０７nm）、Ｆ線（波長４８６．１３nm）、Ｃ線（波長６５６．２７nm）を表わし、図２の球面収差図中の実線は球面収差を表わし、破線は正弦条件を表わし、そして図３の非点収差図中の実線はサジタル光線、破線はメリディオナル光線を表わす。
図２〜図５に示すように、この第１の実施例によれば、収差は、十分に補正されており、高い結像性能を有していることがわかる。
【００４６】
〔第２の実施例〕
本発明の実施の形態に係る第２の実施例の読取用レンズの構成を図６に示している。
図６に示す読取用レンズは、物体側より像面側に向かって、順次、正の屈折力を持つ第１群光学系Ｇ１′、負の屈折力を持つ第２群光学系Ｇ２′、絞り５、正の屈折力を持つ第３群光学系Ｇ３′および負の屈折力を持つ第４群光学系Ｇ４′を配置して構成する。
【００４７】
第１群光学系Ｇ１′は、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１レンズＬ１′からなる。第２群光学系Ｇ２′は、両凹形状の第２レンズＬ２′からなる。第３群光学系Ｇ３′は、両凸形状の第３レンズＬ３′からなり、該第３レンズＬ３′は、その像側面７を非球面としている。そして、第４群光学系Ｇ４′は、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第４レンズＬ４′からなる。
図６に示すこれら各群光学系Ｇ１′〜Ｇ４′および各レンズＬ１′〜Ｌ４′は、いずれも上述した図１における各群光学系Ｇ１〜Ｇ４および各レンズＬ１〜Ｌ４と同様の条件を満足するように構成されている。
【００４８】
この第２の実施例による読取用レンズにおけるＦナンバーＦ／No.、焦点距離ｆｅ、結像倍率ｍ、最大物体高Ｙおよび半画角ωは、それぞれ第１の実施例と同様に
Ｆ／No.＝４．０
ｆｅ＝６３．９mm
ｍ＝０．１６５３５
Ｙ＝１５２．４mm
ω＝１８．７
とする。光学系の曲率半径Ｒ、面間隔Ｄ、屈折率ｎｄおよびアッべ数νｄに関するレンズデータを表３に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
さらに、上述した各条件式（１）〜（１１）にそれぞれ対応する条件式対応値は、次の通りである。
（１）：Ｒ１／ｆ＝０．４４７
（２）：ｎ１＝１．８３５
（３）：ν１＝４３．０
（４）：ｎ２＝１．７４１
（５）：ν２＝２７．８
（６）：ｎ３＝１．７４３
（７）：ν３＝４９．３
（８）：ｎ４＝１．６２０
（９）：ν４＝３６．３
（１０）：Ｄ７／ｆ＝０．３７７
（１１）：ｆ１２／ｆ３４＝−３．０８９
【００５２】
この第２の実施例による読取用レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差の収差曲線を示す収差図をそれぞれ図７、図８、図９および図１０に示す。
この場合も、各収差図中のｅ、ＦおよびＣは、それぞれｅ線（波長５４６．０７nm）、Ｆ線（波長４８６．１３nm）、Ｃ線（波長６５６．２７nm）を表わし、図７の球面収差図中の実線は球面収差を表わし、破線は正弦条件を表わし、そして図８の非点収差図中の実線はサジタル光線、破線はメリディオナル光線を表わす。
図７〜図１０に示すように、この第２の実施例においても、収差は十分に補正されており、高い結像性能を有していることがわかる。
【００５３】
上述したように、本発明の実施の形態に係るレンズにおいては、請求項１に対応する要件により、結像倍率０．１６５３５付近で用いた場合に、固体撮像素子の画素サイズが７μmならば６００dpi 程度の高い読取密度を実現できるとともに、３５度を超える十分な画角と、Ｆナンバー４という十分な明るさを有する読取用レンズを、４枚という少ない構成枚数により低コストで提供することができるため、これを読取用レンズとして用いることにより、高画質なデジタル複写機、ファクシミリおよびイメージスキャナ等の原稿読取部の低価格化に寄与することができる。
【００５４】
さらに、請求項２および請求項３に記載の要件に従えば、一層高い結像性能を有する読取用レンズを提供することができ、一層高画質なデジタル複写機およびファクシミリ等を実現することができる。
加えて、請求項４に記載の要件に従えば、さらに歪曲収差の小さい読取用レンズを提供することができ、さらに高画質なデジタル複写機、ファクシミリ等の倍率誤差の低減に寄与することができる。
また、請求項５に記載の要件に従えば、さらに低コストな読取用レンズを提供することができ、高画質ながら、低価格なデジタル複写機、ファクシミリおよびイメージスキャナ等を実現することができる。
【００５５】
なお、本発明は、ディジタル複写機、ファクシミリおよびイメージスキャナ等の原稿読取部の読取用レンズに限らず、例えばマイクロリーダプリンタ等に用いる拡大レンズおよびカメラ用撮影レンズなどとして用いることができる。この他、本発明は、上述し且つ図面に示した実施の形態およびその実施例に限定されず、その要旨を変更しない範囲内において、種々変形して実施することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１によれば、物体側から像側へ向かって、順次、正の屈折力を有する第１群光学系、負の屈折力を有する第２群光学系、絞り、正の屈折力を有する第３群光学系および負の屈折力を有する第４群光学系を配設し、前記第１群光学系を、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１レンズ、前記第２群光学系を、両凹形状の第２レンズ、前記第３群光学系を、両凸形状の第３レンズ、そして前記第４群光学系を、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第４レンズで構成するとともに、前記第３レンズの像側面を非球面とし、
前記第１レンズの物体側面の曲率半径をＲ１、レンズ全系の焦点距離をｆとするとき、これらが条件：
（１） ０．４０＜Ｒ１／ｆ＜０．６０
を満足する構成とすることにより、４群４枚からなる、いわゆるテレフォトタイプの構成に非球面を用いることにより、簡単な構成のまま、３５度を超える十分な画角と、Ｆナンバー４という十分な明るさを確保しつつ、高い読取密度を達成し、絞りから適度に離れた第３レンズの像側面を非球面として、球面収差のみでなく、コマ収差を始めとする諸収差をバランス良く補正し、条件式（１）により球面収差の補正過剰および補正不足を防止し、コマ収差の悪化および結像性能の低下を避け、したがって、高い読取密度を実現することができる結像倍率として十分な結像性能を得ることができ、しかもレンズ構成枚数が少なく低コストで、十分な画角および明るさを得ることが可能で、特に請求項１の構成により、結像倍率０．１６５３５付近で用いた場合に、固体撮像素子の画素サイズが７μmならば６００dpi に匹敵する高い読取密度を実現することができるレンズを提供することができる。
また、前記第３群光学系と第４群光学系との空気間隔をＤ７とするとき、該空気間隔Ｄ７およびレンズ全系の焦点距離ｆを、
条件：
（１０） ０．３０＜Ｄ７／ｆ＜０．４０
を満足する値に設定することにより、第３群と第４群の空気間隔を規定し、条件式（１０）により、球面収差の補正不足によるコントラストの低下を防止し、像面湾曲の適切な補正によって、像面の平坦さを確保し、軸外性能の低下を防止する。したがって、特に、高い結像性能を得ることが可能となる。
【００５７】
本発明の請求項２によるレンズによれば、前記第３レンズの像側面を、光軸から遠ざかるに従い正のパワーが弱くなる形状の非球面とすることにより、球面収差、コマ収差を初めとする諸収差を、より良好に補正することが可能となり、特に、高い結像性能を得ることが可能となる。
【００５８】
本発明の請求項３によるレンズによれば、前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズおよび第４レンズの屈折率を、それぞれｎ１、ｎ２、ｎ３およびｎ４とし、該第１レンズ、第２レンズ、第３レンズおよび第４レンズのアッべ数を、それぞれν１、ν２、ν３およびν４とするとき、これらが条件：
（２） ｎ１＞１．６５
（３） ν１＞４０．０
（４） ｎ２＞１．６５
（５） ν２＜３５．０
（６） ｎ３＞１．６５
（７） ν３＞４０．０
（８） ｎ４＜１．６５
（９） ν４＜４５．０
を満足する構成により、ペッツバール和の減少と、軸上の色収差および倍率の色収差の補正を、十分に両立することができ、さらに良好な結像性能を得ることが可能となる。
【００６０】
本発明の請求項４によるレンズによれば、前記第１群光学系と前記第２群光学系の合成焦点距離をｆ１２、前記第３群光学系と前記第４群光学系の合成焦点距離をｆ３４とするとき、これらが条件：
（１１） −３．５＜ｆ１２／ｆ３４＜−２．０
を満足する構成とすることによって、条件式（１１）により、絞りよりも物体側に配置された群の屈折力と、絞りよりも像側に配置された群の屈折力を規制することにより、結像倍率０．１６５付近で用いる場合の歪曲収差を良好に補正する。
したがって、歪曲収差を小さくすることができる。
【００６１】
本発明の請求項５によるレンズによれば、前記第３レンズの像側面を除く全てのレンズ面は、全て球面とする構成により、非強面は第３レンズ像側面のみとして、コストの上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る第１の実施例の読取用レンズの光学系の配置構成を模式的に示す光学系配置図である。
【図２】図１の読取用レンズの球面収差曲線を示す収差図である。
【図３】図１の読取用レンズの非点収差曲線を示す収差図である。
【図４】図１の読取用レンズの歪曲収差曲線を示す収差図である。
【図５】図１の読取用レンズのコマ収差曲線を示す収差図である。
【図６】本発明に係る第２の実施例の読取用レンズの光学系の配置構成を模式的に示す光学系配置図である。
【図７】図６の読取用レンズの球面収差曲線を示す収差図である。
【図８】図６の読取用レンズの非点収差曲線を示す収差図である。
【図９】図６の読取用レンズの歪曲収差曲線を示す収差図である。
【図１０】図６の読取用レンズのコマ収差曲線を示す収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１，Ｇ１′ 第１群光学系
Ｇ２，Ｇ２′ 第２群光学系
Ｇ３，Ｇ３′ 第３群光学系
Ｇ４，Ｇ４′ 第４群光学系
１〜４，６〜１１ 面
５ 絞り
Ｌ１〜Ｌ４，Ｌ１′〜Ｌ４′ 第１〜第４レンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lens, and more particularly to a lens suitable for an optical system used in a document reading unit such as a digital copying machine, a facsimile, and an image scanner.
[0002]
[Prior art]
In a document reading unit such as a digital copying machine, a facsimile machine, and an image scanner, a document image is formed on a line sensor or the like by an optical system to read the document image.
A reading lens is used as an optical system for forming such a document image.
In general, as a reading lens, lenses of various lens types having 3 to 7 lenses are used. Above all, it has a relatively high-precision and high-performance specification with a scanning density of 400 dpi (dot per inch) or more, a scanning width of 300 mm (about 12 inches) or more, a half angle of view of about 20 degrees, and an F number of about 4. For the apparatus, a Gauss type having four groups and six elements, or a modified type thereof is often used. There are many such Gauss-type reading lenses having four groups and six elements in patents and products.
[0003]
Conventionally, the reading density of a document reading unit such as a digital copying machine, a facsimile machine, and an image scanner is generally 200 dpi to 400 dpi. However, in recent years, a higher reading density has been desired due to a demand for higher image quality. This is because an increase in reading density is expected to improve resolution and reduce moire.
Currently, the pixel size of a solid-state imaging device such as a CCD (charge coupled device) used as an image sensor in an original reading unit such as a digital copying machine, a facsimile, and an image scanner is 7 μm, which is the smallest among commercially available devices. In this case, the reading lens is required to have resolution and contrast at a high frequency of an image plane spatial frequency of 71.4 lines / mm. Furthermore, if the reading density is increased without changing the pixel size of the CCD, it is necessary to increase the imaging magnification.
[0004]
For example, when the reading density is 400 dpi, the imaging magnification is 0.11024. However, when the reading density is 600 dpi, the imaging magnification is 0.16535. If the imaging magnification is different, the design of the reading lens must be changed naturally, but a larger magnification is disadvantageous in terms of aberration correction.
Further, in order to reduce the size of the apparatus, the reading lens is required to have a common length, that is, a wide angle of view so that the distance between the object and the image plane can be shortened, and the reading scanning speed is increased. Therefore, it is required that the aperture is large, that is, the F number is small (bright). Furthermore, of course, low cost is also required. These are problems common to all reading lenses regardless of the reading density.
[0005]
Most of the reading lenses known so far are designed for a reading density of 400 dpi or less. When the imaging magnification is changed and used at a reading density of 600 dpi, sufficient imaging performance is obtained. Can't get.
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-256013 discloses an example of a Gauss-type reading lens having a typical four-group six-lens configuration, and Japanese Patent Laid-Open No. 9-101252 has a four-lens configuration. An example of a reading lens is disclosed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Reading lenses designed to be used near the imaging magnification of 0.165535 are also described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 2-256013 and 9-101542.
That is, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-256013 describes an embodiment (3) in which the imaging magnification can be set to an appropriate value of 0.168.
However, the lens configuration of the reading lens described in Example (3) of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-256013 is a conventional four-group, six-gauss type, which has a large number of lens configurations and is low. Costing has not been achieved.
[0007]
On the other hand, in the reading lens disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-101442, there is described an embodiment (4) in which the imaging magnification can be set to an appropriate value of 0.165.
However, the reading lens described in this embodiment of Japanese Patent Laid-Open No. 9-101442 is insufficient for increasing the scanning speed because the F number is as dark as 5.6.
As described above, there are few conventional reading lenses that meet the required high-precision and high-performance specifications while achieving cost reduction by adopting a simpler lens configuration of four or less lenses. .
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can provide sufficient imaging performance as an imaging magnification capable of realizing a high reading density, and can be obtained at a low cost with a small number of lenses. An object of the present invention is to provide a lens capable of obtaining a wide angle of view and brightness.
In particular, the object of claim 1 of the present invention is to provide a lens capable of realizing a high reading density comparable to 600 dpi when the pixel size of the solid-state imaging device is 7 μm when used at an imaging magnification of 0.16535. It is to provide.
[0009]
In particular,
Claims of the invention4An object of the present invention is to provide a lens having a small distortion aberration in addition to the above-described object.
Claims of the invention5An object of the present invention is to provide an even lower cost lens.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the lens according to the first aspect of the present invention has a first group optical system having a positive refractive power and a negative refractive power in order from the object side to the image side. A second group optical system having a stop, a third group optical system having a positive refractive power, and a fourth group optical system having a negative refractive power,
The first group optical system is a positive meniscus first lens having a convex surface facing the object side, the second group optical system is a biconcave second lens, and the third group optical system is a biconvex shape. The third lens and the fourth group optical system are configured with a negative meniscus fourth lens having a convex surface facing the image side,
The image side surface of the third lens is an aspheric surface,
When the radius of curvature of the object side surface of the first lens is R1, and the focal length of the entire lens system is f, these are the conditions:
(1) 0.40 <R1 / f <0.60
SatisfiedAnd
When the air gap between the third group optical system and the fourth group optical system is D7, the air gap D7 and the focal length f of the entire lens system are:
(10) 0.30 <D7 / f <0.40
Be satisfied
It is characterized by.
[0011]
The lens according to the second aspect of the present invention is characterized in that the third lens is an aspherical surface having a shape in which the positive power decreases as the distance from the optical axis increases.
[0012]
In the lens according to the third aspect of the present invention, the refractive indexes of the first lens, the second lens, the third lens, and the fourth lens are n1, n2, n3, and n4, respectively. When the Abbe numbers of the second lens, the third lens, and the fourth lens are ν1, ν2, ν3, and ν4, respectively, these are the conditions:
(2) n1> 1.65
(3) ν1> 40.0
(4) n2> 1.65
(5) ν2 <35.0
(6) n3> 1.65
(7) ν3> 40.0
(8) n4 <1.65
(9) ν4 <45.0
It is characterized by satisfying.
[0014]
Claim4In the lens according to the present invention described in the above, the combined focal length of the first group optical system and the second group optical system is f12, and the combined focal length of the third group optical system and the fourth group optical system is f34. When these are the conditions:
(11) -3.5 <f12 / f34 <-2.0
It is characterized by satisfying.
Claim5The lens according to the present invention described in 1) is characterized in that all lens surfaces except the image side surface of the third lens are all spherical.
[0015]
[Action]
That is, the lens according to claim 1 of the present invention is:
From the object side to the image side, a first group optical system having a positive refractive power, a second group optical system having a negative refractive power, a stop, a third group optical system having a positive refractive power, and a negative power sequentially A fourth group optical system having a refractive power of
The first group optical system is a positive meniscus first lens having a convex surface facing the object side, the second group optical system is a biconcave second lens, and the third group optical system is a biconvex shape. The third lens and the fourth group optical system are configured with a negative meniscus fourth lens having a convex surface facing the image side,
The image side surface of the third lens is an aspheric surface,
When the radius of curvature of the object side surface of the first lens is R1, and the focal length of the entire lens system is f, these are the conditions:
(1) 0.40 <R1 / f <0.60
SatisfiedAnd
Further, when the air gap between the third group optical system and the fourth group optical system is D7, the air gap D7 and the focal length f of the entire lens system are:
(10) 0.30 <D7 / f <0.40
To satisfy the requirements.
[0016]
With such a configuration, by using an aspherical surface for a so-called telephoto type configuration consisting of 4 elements in 4 groups, a sufficient field angle exceeding 35 degrees and a sufficient brightness of
Further, the air space between the third group and the fourth group is defined by the conditional expression (10) to prevent a decrease in contrast due to insufficient correction of spherical aberration, and the flatness of the image plane by appropriate correction of field curvature. To prevent deterioration of off-axis performance. Therefore, in particular, high imaging performance can be obtained.
[0017]
In the lens according to
[0018]
By adopting such an aspherical shape, various aberrations such as spherical aberration and coma can be corrected more satisfactorily, and in particular, high imaging performance can be obtained.
[0019]
In the lens according to claim 3 of the present invention, the refractive indexes of the first lens, the second lens, the third lens, and the fourth lens are n1, n2, n3, and n4, respectively, and the first lens, the second lens, When the Abbe numbers of the third lens and the fourth lens are ν1, ν2, ν3, and ν4, respectively, these are the conditions:
(2) n1> 1.65
(3) ν1> 40.0
(4) n2> 1.65
(5) ν2 <35.0
(6) n3> 1.65
(7) ν3> 40.0
(8) n4 <1.65
(9) ν4 <45.0
To satisfy the requirements.
With such a configuration, the reduction in Petzval sum and the correction of axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration can both be sufficiently achieved, and better imaging performance can be obtained.
[0021]
Claims of the invention4When the combined focal length of the first group optical system and the second group optical system is f12, and the combined focal length of the third group optical system and the fourth group optical system is f34, these are the conditions. :
(11) -3.5 <f12 / f34 <-2.0
To satisfy the requirements.
With such a configuration, by the conditional expression (11), the refractive power of the group disposed on the object side with respect to the stop and the refractive power of the group disposed on the image side with respect to the stop are restricted, thereby forming an imaging magnification. Distortion aberration when used near 0.165 is satisfactorily corrected. Therefore, distortion can be reduced.
[0022]
Claims of the invention5In the lens according to (1), all lens surfaces except the object side surface of the first lens are all spherical.
With such a configuration, the non-strong surface can be limited to the side surface of the first lens object, and an increase in cost can be suppressed.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, based on an embodiment, a lens of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a main part of a reading lens according to one embodiment of the present invention.
The reading lens shown in FIG. 1 includes a first group optical system G1 having a positive refractive power, a second group optical system G2 having a negative refractive power, a
[0024]
The first group optical system G1 includes a positive meniscus first lens L1 having a convex surface directed toward the object side. The second group optical system G2 includes a biconcave second lens L2. The third group optical system G3 includes a biconvex third lens L3, and the third lens L3 has an aspheric image side surface 7 thereof. The fourth group optical system G4 includes a negative meniscus fourth lens L4 having a convex surface directed toward the image side.
Further, the reading lens of FIG. 1 has the following characteristics.
(Requirements described in claim 1)
When R1 is the radius of curvature of the object side surface 1 of the first lens L1 and f is the focal length of the entire lens system, the following conditional expression is satisfied.
0.40 <R1 / f <0.60
Further, when D7 is an air gap between the third group optical system G3 and the fourth group optical system G4, the following conditional expression is satisfied.
(10) 0.30 <D7 / f <0.40
(Requirements described in claim 2)
The image side surface 7 of the third lens L3 is an aspherical surface having a shape in which the positive power (refractive power) decreases as the distance from the optical axis increases, that is, a shape in which the negative power increases.
[0025]
(Requirements described in claim 3)
Let n1, n2, n3, and n4 be the refractive indexes of the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, and the fourth lens L4, respectively, and let ν1, ν2, ν3, and ν4 be the first lenses, respectively. When the Abbe numbers of L1, the second lens L2, the third lens L3, and the fourth lens L4 are used, the following conditional expression is satisfied.
[0026]
(2) n1> 1.65
(3) ν1> 40.0
(4) n2> 1.65
(5) ν2 <35.0
(6) n3> 1.65
(7) ν3> 40.0
(8) n4 <l. 65
(9) ν4 <45.0
[0028]
(Claim4Requirements)
When f12 is the combined focal length of the first group optical system G1 and the second group optical system G2, and f34 is the combined focal length of the third group optical system G3 and the fourth group optical system G4, the following conditional expression is satisfied: To do.
[0029]
(11) 3.5 <f12 / f34 <−2.0
[0030]
(Claims5Requirements)
Surfaces 1-4 and 6, 8, 9 except for the image side surface 3 of the third lens L3 described above are all spherical.
That is, the above-described reading lens of the present invention has a so-called telephoto type configuration consisting of four groups of four PNPN (positive, negative, positive and negative) elements. It is intended to achieve a high reading density while securing a sufficient angle of view exceeding a degree and a sufficient brightness of F number 4.0. As a position where the aspheric surface is adopted, in consideration of correction of spherical aberration, any surface of the first lens L1 to the third lens L3 having a high axial marginal ray height is suitable. In the present invention, the image side surface 7 of the third lens L3 that is appropriately separated from the stop is made aspherical, so that not only spherical aberration but also various aberrations including coma can be corrected in a balanced manner. .
[0031]
Conditional expression (1) defines the radius of curvature of the object side surface 1 of the first lens L1.
For example, in the four-group four-photo telephoto type in which the first lens L1 to the third lens L3 are configured only by spherical surfaces, the curvature radius of the first lens object side surface 1 is the lower limit of the conditional expression (1) in terms of aberration correction. It becomes a value below. This is because it is necessary to balance the aberration as a whole by reducing the radius of curvature to generate a relatively large aberration and correcting the generated aberration on the subsequent surface.
[0032]
However, in the case of the reading lens according to the present invention, since the effect of the aspheric surface plays a role in aberration balance, it is not necessary to reduce the radius of curvature to that extent. That is, in the reading lens of the present invention, if the radius of curvature of the object side surface 1 of the first lens L1 becomes smaller than the lower limit of the conditional expression (1), the spherical aberration is overcorrected, and the upper limit of the conditional expression (1). If the radius of curvature of the object side surface 1 of the first lens L1 exceeds this value, the spherical aberration will be undercorrected. Further, in either case, coma aberration is deteriorated, resulting in a decrease in imaging performance. This radius of curvature of the object side surface of the first lens L1 most characterizes the reading lens of the present invention.
[0033]
Furthermore, in the reading lens of the present invention, conditions for obtaining even higher imaging performance are given.
The image side surface 7 of the third lens L3 is desirably an aspherical surface having a shape in which the positive power becomes weaker as the distance from the optical axis increases, that is, a shape in which the negative power becomes stronger. By adopting such an aspheric shape, various aberrations including spherical aberration and coma aberration can be corrected more favorably.
[0034]
Conditional expressions (2) to (9) define the refractive index and Abbe number of each lens.
According to the combination, the reduction of Petzval sum and the correction of the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification can be sufficiently compatible with each other, and a better imaging performance can be obtained.
Conditional expression (10) defines the air gap D7 between the third group optical system G3 and the fourth group optical system G4. If the upper limit of the conditional expression (10) is exceeded, the spherical aberration is undercorrected, and the contrast It becomes easy to invite the fall of. If the lower limit is exceeded, it becomes difficult to correct curvature of field, and the image surface lacks flatness, which tends to cause off-axis performance degradation.
[0035]
Conditional expression (11) regulates the refractive power of the group disposed closer to the object side than the
[0036]
In the reading lens of the present invention, in addition to the image side surface 7 of the third lens L3, other surfaces may be aspherical. For the purposes of the invention, the aspherical surface is the third lens L3. Only the image side 7 is sufficient. An increase in aspherical teaching is undesirable because it increases costs.
The reading lens of the present invention can exhibit its performance most when used at a magnification of about 0.165. By combining with a CCD having a pixel size of 7 μm, a document having a width of 304.8 mm can be resolved at a resolution of 600 dpi. Can be read.
[0037]
【Example】
Next, specific examples of this embodiment will be described. In the first and second embodiments, the aberration is sufficiently corrected, and it can be seen from these embodiments that the reading lens according to the present invention has high imaging performance.
In each embodiment, the following symbols are used.
[0038]
F / No .: F number
fe: Focal length
m: imaging magnification
Y: Maximum object height
ω: Half angle of view
R: radius of curvature
D: Surface spacing
nd: refractive index
νd: Abbe number
[0039]
Further, as is well known, the aspherical surface used here is an X coordinate axis, when taking the Y coordinate axis orthogonal to the optical axis, C is the reciprocal of the paraxial radius of curvature, H is the height from the optical axis, and the cone. When the constant is K and the higher-order aspheric coefficients are A4, A6, A8, and A10, they are defined by the following equations.
[0040]
[Expression 1]
[First embodiment]
The F number F / No., The focal length fe, the imaging magnification m, the maximum object height Y, and the half field angle ω in the reading lens according to the first example are respectively
F / No. = 4.0
fe = 63.6 mm
m = 0.16535
Y = 152.4mm
ω = 18.8
And Table 1 shows lens data regarding the radius of curvature R, the surface interval D, the refractive index nd, and the Abbe number νd of the optical system.
[0042]
[Table 1]
[0043]
[Table 2]
Furthermore, the conditional expression corresponding values respectively corresponding to the conditional expressions (1) to (11) described above are as follows.
(1): R1 / f = 0.487
(2): n1 = 1.835
(3): ν1 = 43.0
(4): n2 = 1.785
(5): ν2 = 25.7
(6): n3 = 1.743
(7): ν3 = 49.3
(8): n4 = 1.620
(9): ν4 = 36.3
(10): D7 / f = 0.358
(11): f12 / f34 = −3.060
[0045]
FIG. 1 shows a lens configuration according to the first embodiment. Aberration diagrams showing aberration curves of spherical aberration, astigmatism, distortion and coma aberration of the reading lens according to the first example are shown in FIGS. 2, 3, 4 and 5, respectively. E, F, and C in each aberration diagram represent the e-line (wavelength 546.07 nm), the F-line (wavelength 486.13 nm), and the C-line (wavelength 656.27 nm), respectively, in the spherical aberration diagram of FIG. A solid line represents spherical aberration, a broken line represents a sine condition, and a solid line in the astigmatism diagram of FIG. 3 represents a sagittal ray, and a broken line represents a meridional ray.
As shown in FIGS. 2 to 5, according to the first embodiment, it is understood that the aberration is sufficiently corrected and has high imaging performance.
[0046]
[Second Embodiment]
FIG. 6 shows the configuration of the reading lens of the second example according to the embodiment of the present invention.
The reading lens shown in FIG. 6 includes, in order from the object side to the image surface side, a first group optical system G1 ′ having a positive refractive power, a second group optical system G2 ′ having a negative refractive power, an aperture stop. 5. A third group optical system G3 ′ having a positive refractive power and a fourth group optical system G4 ′ having a negative refractive power are arranged.
[0047]
The first group optical system G1 ′ includes a positive meniscus first lens L1 ′ having a convex surface directed toward the object side. The second group optical system G2 ′ is composed of a biconcave second lens L2 ′. The third group optical system G3 ′ includes a biconvex third lens L3 ′, and the third lens L3 ′ has an image side surface 7 aspherical. The fourth group optical system G4 ′ includes a negative meniscus fourth lens L4 ′ having a convex surface directed toward the image side.
Each of these group optical systems G1 'to G4' and lenses L1 'to L4' shown in FIG. 6 satisfy the same conditions as the group optical systems G1 to G4 and lenses L1 to L4 in FIG. Is configured to do.
[0048]
The F number F / No., Focal length fe, imaging magnification m, maximum object height Y, and half angle of view ω in the reading lens according to the second embodiment are the same as in the first embodiment.
F / No. = 4.0
fe = 63.9 mm
m = 0.16535
Y = 152.4mm
ω = 18.7
And Table 3 shows lens data regarding the radius of curvature R, the surface interval D, the refractive index nd, and the Abbe number νd of the optical system.
[0049]
[Table 3]
[0050]
[Table 4]
Furthermore, the conditional expression corresponding values respectively corresponding to the conditional expressions (1) to (11) described above are as follows.
(1): R1 / f = 0.447
(2): n1 = 1.835
(3): ν1 = 43.0
(4): n2 = 1.741
(5): ν2 = 27.8
(6): n3 = 1.743
(7): ν3 = 49.3
(8): n4 = 1.620
(9): ν4 = 36.3
(10): D7 / f = 0.377
(11): f12 / f34 = −3.089
[0052]
Aberration diagrams showing aberration curves of spherical aberration, astigmatism, distortion aberration and coma aberration of the reading lens according to the second embodiment are shown in FIGS. 7, 8, 9 and 10, respectively.
Also in this case, e, F, and C in each aberration diagram represent the e-line (wavelength 546.07 nm), the F-line (wavelength 486.13 nm), and the C-line (wavelength 656.27 nm), respectively. The solid line in the aberration diagram represents spherical aberration, the broken line represents the sine condition, the solid line in the astigmatism diagram of FIG. 8 represents the sagittal ray, and the broken line represents the meridional ray.
As shown in FIGS. 7 to 10, it can be seen that also in the second embodiment, the aberration is sufficiently corrected and the imaging performance is high.
[0053]
As described above, in the lens according to the embodiment of the present invention, according to the requirement corresponding to claim 1, when used at an imaging magnification of 0.16535, if the pixel size of the solid-state imaging device is 7 μm, 600 dpi. A high reading density can be realized, and a reading lens having a sufficient angle of view exceeding 35 degrees and a sufficient brightness of
[0054]
Furthermore, claim 2andClaim3According to the requirements described in (1), it is possible to provide a reading lens having higher imaging performance, and to realize a digital copying machine, a facsimile, and the like with higher image quality.
In addition, the claims4According to the requirements described in (1), it is possible to provide a reading lens with even smaller distortion, and to contribute to a reduction in magnification error of a high-quality digital copying machine, facsimile, or the like.
Claims5According to the requirements described in (1), it is possible to provide a reading lens with lower cost, and to realize a low-priced digital copying machine, facsimile, image scanner, etc. with high image quality.
[0055]
The present invention is not limited to a reading lens of a document reading unit such as a digital copying machine, a facsimile machine, and an image scanner, but can be used as, for example, a magnifying lens and a camera photographing lens used in a micro reader printer. In addition, the present invention is not limited to the embodiment and the examples described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the first group optical system having a positive refractive power and the second group optical system having a negative refractive power in order from the object side to the image side. A stop, a third group optical system having a positive refractive power, and a fourth group optical system having a negative refractive power, the first group optical system having a positive meniscus shape with a convex surface facing the object side The first lens, the second group optical system, the biconcave second lens, the third group optical system, the biconvex third lens, and the fourth group optical system, with a convex surface on the image side. A negative meniscus-shaped fourth lens facing the lens, and the image side surface of the third lens is an aspherical surface.
When the radius of curvature of the object side surface of the first lens is R1, and the focal length of the entire lens system is f, these are the conditions:
(1) 0.40 <R1 / f <0.60
By using an aspherical surface in a so-called telephoto type configuration consisting of 4 elements in 4 groups, a sufficient angle of view exceeding 35 degrees and an F number of 4 are obtained. Achieving high reading density while ensuring sufficient brightness, and making the image side surface of the third lens appropriately separated from the aperture aspherical so that not only spherical aberration but also various aberrations including coma are balanced. Correct and prevent over-correction and under-correction of spherical aberration by conditional expression (1), avoid deterioration of coma and deterioration of imaging performance, and therefore sufficient as an imaging magnification capable of realizing a high reading density Image forming performance can be obtained, and a sufficient number of angles and brightness can be obtained at a low cost with a small number of lens elements. In particular, with the structure of claim 1, the image forming magnification is 0.16535. When used in the near, the pixel size of the solid-state imaging device it is possible to provide a lens capable of realizing a high reading density comparable to 7μm if 600 dpi.
Further, when the air gap between the third group optical system and the fourth group optical system is D7, the air gap D7 and the focal length f of the entire lens system are:
conditions:
(10) 0.30 <D7 / f <0.40
Is set to a value that satisfies the above, the air gap between the third group and the fourth group is defined, and the conditional expression (10) prevents a decrease in contrast due to insufficient correction of spherical aberration, and provides an appropriate field curvature. The correction ensures the flatness of the image plane and prevents the deterioration of off-axis performance. Therefore, in particular, high imaging performance can be obtained.
[0057]
According to the lens of
[0058]
According to the lens of claim 3 of the present invention, the refractive indexes of the first lens, the second lens, the third lens, and the fourth lens are n1, n2, n3, and n4, respectively. When the Abbe numbers of the lens, the third lens, and the fourth lens are ν1, ν2, ν3, and ν4, respectively, these are the conditions:
(2) n1> 1.65
(3) ν1> 40.0
(4) n2> 1.65
(5) ν2 <35.0
(6) n3> 1.65
(7) ν3> 40.0
(8) n4 <1.65
(9) ν4 <45.0
With the configuration satisfying the above, it is possible to sufficiently achieve both the reduction of the Petzval sum and the correction of axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration, and it is possible to obtain better imaging performance.
[0060]
Claims of the invention4When the combined focal length of the first group optical system and the second group optical system is f12, and the combined focal length of the third group optical system and the fourth group optical system is f34, Is the condition:
(11) -3.5 <f12 / f34 <-2.0
By restricting the refractive power of the group disposed closer to the object side than the stop and the refractive power of the group disposed closer to the image side than the stop by conditional expression (11) Distortion aberrations when used near an imaging magnification of 0.165 are corrected satisfactorily.
Therefore, distortion can be reduced.
[0061]
Claims of the invention5According to the lens, all lens surfaces except the image side surface of the third lens are all spherical, and the non-strong surface is only the third lens image side surface, so that an increase in cost can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical system arrangement diagram schematically showing an arrangement configuration of an optical system of a reading lens of a first example according to one embodiment of the present invention.
2 is an aberration diagram showing a spherical aberration curve of the reading lens in FIG. 1. FIG.
3 is an aberration diagram showing an astigmatism curve of the reading lens in FIG. 1. FIG.
4 is an aberration diagram illustrating a distortion curve of the reading lens in FIG. 1. FIG.
5 is an aberration diagram showing a coma aberration curve of the reading lens in FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is an optical system arrangement diagram schematically showing an arrangement configuration of an optical system of a reading lens according to a second embodiment of the present invention.
7 is an aberration diagram showing a spherical aberration curve of the reading lens in FIG. 6. FIG.
8 is an aberration diagram showing an astigmatism curve of the reading lens in FIG. 6. FIG.
9 is an aberration diagram showing a distortion curve of the reading lens in FIG. 6. FIG.
10 is an aberration diagram showing a coma aberration curve of the reading lens in FIG. 6. FIG.
[Explanation of symbols]
G1, G1 ′ first group optical system
G2, G2 'second group optical system
G3, G3 ′ third group optical system
G4, G4 'fourth group optical system
1-4, 6-11
5 Aperture
L1 to L4, L1 'to L4' 1st to 4th lenses
Claims (5)
前記第１群光学系を、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１レンズ、前記第２群光学系を、両凹形状の第２レンズ、前記第３群光学系を、両凸形状の第３レンズ、そして前記第４群光学系を、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第４レンズで構成するとともに、
前記第３レンズの像側面を非球面とし、
前記第１レンズの物体側面の曲率半径をＲ１、レンズ全系の焦点距離をｆとするとき、これらが条件：
（１） ０．４０＜Ｒ１／ｆ＜０．６０
を満足し、
前記第３群光学系と第４群光学系との空気間隔をＤ７とするとき、該空気間隔Ｄ７およびレンズ全系の焦点距離ｆは、条件：
（１０） ０．３０＜Ｄ７／ｆ＜０．４０
を満足すること
を特徴とするレンズ。From the object side to the image side, a first group optical system having a positive refractive power, a second group optical system having a negative refractive power, a stop, a third group optical system having a positive refractive power, and a negative power sequentially A fourth group optical system having a refractive power of
The first group optical system is a positive meniscus first lens having a convex surface facing the object side, the second group optical system is a biconcave second lens, and the third group optical system is a biconvex shape. The third lens and the fourth group optical system are composed of a negative meniscus fourth lens having a convex surface facing the image side,
The image side surface of the third lens is an aspheric surface,
When the radius of curvature of the object side surface of the first lens is R1, and the focal length of the entire lens system is f, these are the conditions:
(1) 0.40 <R1 / f <0.60
Satisfied ,
When the air gap between the third group optical system and the fourth group optical system is D7, the air gap D7 and the focal length f of the entire lens system are:
(10) 0.30 <D7 / f <0.40
A lens characterized by satisfying
（２） ｎ１＞１．６５
（３） ν１＞４０．０
（４） ｎ２＞１．６５
（５） ν２＜３５．０
（６） ｎ３＞１．６５
（７） ν３＞４０．０
（８） ｎ４＜１．６５
（９） ν４＜４５．０
を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ。The refractive indexes of the first lens, the second lens, the third lens, and the fourth lens are n1, n2, n3, and n4, respectively, and the first lens, the second lens, the third lens, and the fourth lens are added. When the numbers are ν1, ν2, ν3 and ν4 respectively, these are the conditions:
(2) n1> 1.65
(3) ν1> 40.0
(4) n2> 1.65
(5) ν2 <35.0
(6) n3> 1.65
(7) ν3> 40.0
(8) n4 <1.65
(9) ν4 <45.0
The lens according to claim 1 or 2, wherein:
（１１） −３．５＜ｆ１２／ｆ３４＜−２．０
を満足することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のレンズ。When the combined focal length of the first group optical system and the second group optical system is f12, and the combined focal length of the third group optical system and the fourth group optical system is f34, these are the conditions:
(11) -3.5 <f12 / f34 <-2.0
The lens according to any one of claims 1 to 3 , wherein:
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