JP3723641B2

JP3723641B2 - 変倍光学系

Info

Publication number: JP3723641B2
Application number: JP20386096A
Authority: JP
Inventors: 隆之飯塚
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1996-08-01
Filing date: 1996-08-01
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2016-08-01
Also published as: JPH1048519A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、被写体情報を変倍して結像面に与える変倍光学系に関し、特に物像間間隔を変化させて変倍する変倍光学系に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
近年、パソコン上での画像の取り扱いが容易になるとともに、画像入力装置としてのスキャナーの高解像化及びカラー化が著しい。そのため、スキャナーレンズに要求される性能も年々高いものとなっている。
特に、原稿面上での読取密度を上げるため、スキャナーレンズの結像倍率は従来より高倍率側へ推移する傾向にある。
【０００３】
物像間間隔を変化させて変倍する光学系について、本出願人が提案した特開平１−３０９０１６号のような光学系を例にとると、例えば同じ２倍の変倍比でも倍率差は下記のようになる。

このように、結像倍率が高くなるほど、結像の倍率差としては大きくなる。また、変倍時のレンズの移動量は倍率差に比例することから、収差の変動もより大きくなる。さらに一般的に、結像倍率が高くなるとレンズの収差が拡大されるから、スキャナーレンズの一層の高性能化が要求される。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、変倍に必要な可動レンズ群が少なく、変倍動作がシンプルで高倍率な変倍光学系であって、収差及びその変動が低減され、かつ結像性能も向上された変倍光学系を得ることを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、特開平１−３０９０１６号のように可動のレンズ群を最小にするシンプルな構造を用いつつ、収差とその変動の一層の低減と、結像性能の向上を達成するために、被写体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群、正のパワーを持つ第２レンズ群、正のパワーを持つ第３レンズ群から構成し、第１、第３レンズは、ともに、結像面に対する位置が固定された収差変動低減のためのレンズ群とし、第２レンズ群は、その移動により結像倍率を変化させる、主たる結像作用をもつレンズ群としている。
【０００６】
すなわち本発明の変倍光学系は、物体面と結像面との間の距離で定義される物像間間隔を変化させて変倍する変倍光学系において、物体面側から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群、正のパワーを持つ第２レンズ群、及び正のパワーを持つ第３レンズ群からなり、変倍中、第１レンズ群と第３レンズ群の間隔及び第３レンズ群と結像面の間隔が一定であり、物像間間隔を変化させながら第２レンズ群だけを移動させて変倍し、次の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴としている。
（１）０．１＜ｆ ₂ ／ｆ ₃ ＜０．３
（２）−０．１＜ｆ ₂ ／ｆ ₁ ＜０
但し、
ｆ ₁ ：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ ₂ ：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ ₃ ：第３レンズ群の焦点距離、
である。
【０００７】
各レンズ群は、具体的には、第１レンズ群は、物体面側に凹面を向けた負メニスカス単レンズから構成することができる。第３レンズ群は、正、負各１枚のレンズから構成することができ、この正、負のレンズは貼りあわせることもできる。変倍作用と主たる結像作用を分担する第２レンズ群は、物体面側から順に、正の第１レンズ；共に物体面側に凸面を向けた正メニスカスの第２レンズと負メニスカスの第３レンズとの接合レンズ；共に物体面側に凹面を向けた負メニスカスの第４レンズと正メニスカスの第５レンズとの接合レンズ；及び正の第６レンズ；から構成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図２３は、本発明の変倍光学系をイメージスキャナーに適用した構成例である。原稿台ガラス１１の上側面は物体面に相当し、ＣＣＤ２４は結像面に相当する。この原稿台ガラス１１は原稿１２（物体、被写体）を載置してその平面方向に移動する。この原稿台ガラス１１の下には、原稿１２を照明する照明光源３０とミラー４０が配設され、このミラー４０で反射した原稿１２の像が変倍光学系２０を介してＣＣＤ２４に入射する。この実施例では、原稿１２とＣＣＤ２４の間隔（物像間距離）を変化させて変倍を行なうために、破線で示すように、結像レンズ群２０を支持したレンズ台２６とＣＣＤ２４がミラー４０に対して接離可能となっている。変倍に際して物像間距離を変化させる構成は、この他の構成も知られており、本発明の変倍光学系は、機械的構成を問うものではない。
【０００９】
本発明は、このような変倍光学系２０として用いるもので、図１の具体レンズ構成例に示すように、物体面（原稿台ガラス１１）側から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群２１、正のパワーを持つ第２レンズ群２２、及び正のパワーを持つ第３レンズ群２３からなっている。そして、変倍動作中には、第１レンズ群２１と第３レンズ群１３の間隔と、第３レンズ群２３と結像面（ＣＣＤ２４）の間隔が一定であり、物像間間隔を変化させながら第２レンズ群２２だけを移動させて変倍する。固定絞りＳは、第２レンズ群２２中に配設されている。図１の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、最低倍率（-0.189ｘ）、中間倍率（-0.284ｘ）及び最高倍率（-0.378ｘ）における可動の第２レンズ群２２の位置変化を示している。図２には、図１に示したレンズ構成における倍率-0.189ｘ、-0.284ｘ及び-0.378ｘのときの横収差を示してある。この図から明らかなように、倍率の変化に対する収差の変動が良好に補正されていることがわかる。
【００１０】
このように、変倍に際して、変倍光学系２０とその結像面２４を含む系全体は移動するが、同系内においては第２レンズ群のみが移動するため、変倍に起因する偏心等の影響による性能劣化が少ない。
【００１１】
また、本発明による変倍光学系は、負、正、正の３群構成であり、結像倍率が高くなるにつれて入射高さが低くなる負の第１レンズ群と、この負の第１レンズ群により入射高さが高くなる正の第２レンズ群と正の第３レンズ群とをバランスよく配置することにより、広い倍率範囲で収差の変動を低減することができる。
【００１２】
本発明と同じ３群構成の変倍光学系として、原稿面側から順に、負、正、負のレンズ構成が知られている（特開平７−１７４９７２号公報）が、この変倍光学系では、レンズ全系を移動させながら、全てのレンズ群の間隔を変化させている。これは、負の第１レンズ群への入射高さが高くなるときには、負の第３レンズ群への入射高さも高くなるようにして、変倍に伴うコマ収差の発生を抑えるという思想であるが、全てのレンズ群の間隔を変化させるため、機械構成が複雑化せざるを得ない。
【００１３】
これに対して本発明では、コマ収差抑制の効果を第１レンズ群と第３レンズ群の間隔を固定したまま達成するために、第３レンズに正のパワーを持たせたことに特徴がある。
【００１４】
条件式（１）は、第３レンズ群を結像面に対して固定したまま、変倍に伴う収差変動を低減するための条件である。
この条件式（１）の上限を越えると、倍率の変化に対する収差変動の補正が過剰となり像面湾曲が高倍率側でアンダー、低倍率側でオーバーとなる。
条件式（１）の下限を越えると、逆に収差変動の補正が不足となり像面湾曲が高倍率側でオーバー、低倍率側でアンダーとなる。
【００１５】
条件式（２）は、第１レンズ群を第３レンズ群に対して固定したまま、コマ収差の発生を抑えるための条件である。
この条件式（２）の上限を越えると、倍率の変化に対するコマ収差変動の補正が不足し、変倍にともなう結像性能の劣化が生じる。
条件式（２）の下限を越えると、逆にコマ収差変動の補正が過剰となり、上限を越えた場合同様、変倍にともなう結像性能の劣化が生じる。
【００１６】
以下、具体的な数値実施例を５例説明する。いずれの実施例も、第１レンズ群２１は、物体面側に凹面を向けた負メニスカス単レンズから構成され、第３レンズ群２３は、正、負各１枚のレンズから構成されている。実施例２と３では、、第３レンズ群２３の正、負のレンズは貼り合わされている。また、第２レンズ群２２はいずれも、物体面側から順に、正の第１レンズ；共に物体面側に凸面を向けた正メニスカスの第２レンズと負メニスカスの第３レンズとの接合レンズ；共に物体面側に凹面を向けた負メニスカスの第４レンズと正メニスカスの第５レンズとの接合レンズ；及び正の第６レンズ；から構成されている。
【００１７】
以下の実施例の諸収差図中、ＳＡは球面収差、ＳＣは正弦条件、ｅ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線及びｅ線はそれぞれの波長における、球面収差によって示される色収差及び倍率色収差、Ｓはサジタル像面、Ｍはメリディオナル像面を示している。
【００１８】
また、表および図面中、F_NO はＦナンバー、f は焦点距離、M は横倍率、Y は像高、f_Bはバックフォーカスを表す。バックフォーカスの値は、ＣＣＤのカバーガラスを含んでいる。Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎ_d はｄ線の屈折率、ν_d はアッベ数を示す。
【００１９】
［実施例１］
図３は、実施例１の最低倍率時のレンズ構成図、表１はそのレンズデータであり、面No.17 と18はＣＣＤのカバーガラスである。図４、図５及び図６は、それぞれ図１に示す変倍光学系の最低倍率（-0.189ｘ）、中間倍率（-0.284ｘ）及び最高倍率（-0.378ｘ）におけるそれぞれの諸収差図である。
【００２０】
【表１】

【００２１】
［実施例２］
図７ないし図１０は、本発明の変倍光学系の第２の実施例である。図７は最低倍率時のレンズ構成図、表２はそのレンズデータである。面No.16 と17はＣＣＤのカバーガラスである。図８、図９及び図１０は、それぞれ図７に示す変倍光学系の最低倍率（-0.189ｘ）、中間倍率（-0.283ｘ）及び最高倍率（-0.378ｘ）におけるそれぞれの諸収差図である。
【００２２】
【表２】

【００２３】
［実施例３］
図１１ないし図１４は、本発明の変倍光学系の第３の実施例である。図１１はレンズ構成図、表３はそのレンズデータである。面No.16 と17はＣＣＤのカバーガラスである。図１２、図１３及び図１４は、図１１に示す変倍光学系の最低倍率（-0.189ｘ）、中間倍率（-0.283ｘ）及び最高倍率（-0.378ｘ）におけるそれぞれの諸収差図である。
【００２４】
【表３】

【００２５】
［実施例４］
図１５ないし図１８は、本発明の変倍光学系の第４の実施例である。図１５は最高倍率時のレンズ構成図、表４はそのレンズデータである。面No.17 と18はＣＣＤのカバーガラスである。図１６、図１７及び図１８は、図１５に示す変倍光学系の最低倍率（-0.189ｘ）、中間倍率（-0.283ｘ）及び最高倍率（-0.378ｘ）におけるそれぞれの諸収差図である。
【００２６】
【表４】

【００２７】
［実施例５］
図１９ないし図２２は、本発明の変倍光学系の第５の実施例である。図１９は最高倍率時のレンズ構成図、表５はそのレンズデータである。面No.17 と18はＣＣＤのカバーガラスである。図２０、図２１及び図２２は、図１９に示す変倍光学系の最低倍率（-0.189ｘ）、中間倍率（-0.284ｘ）及び最高倍率（-0.378ｘ）におけるそれぞれの諸収差図である。
【００２８】
【表５】

【００２９】
次に、実施例１ないし５の各条件式に対する値を表６に示す。
【表６】

【００３０】
表６から明かなように、実施例１ないし実施例５の数値は、条件式（１）及び（２）を満足している。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の変倍光学系は、負、正、正の３群構成であって、変倍中、第１レンズ群と第３レンズ群の間隔及び第３レンズ群と結像面の間隔が一定であり、物像間間隔を変化させながら第２レンズ群だけを移動させて変倍するため、特にその移動機構をシンプルな構成とすることができる。また、各実施例の収差図に明らかなように、収差及びその変動が低減され、かつ結像性能も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による変倍光学系のレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ系の最小、中間、最大倍率における横収差図である。
【図３】本発明による変倍光学系の第１の実施例のレンズ構成図である。
【図４】図３のレンズ系の最小倍率における諸収差図である。
【図５】図３のレンズ系の中間倍率における諸収差図である。
【図６】図３のレンズ系の最大倍率における諸収差図である。
【図７】本発明による変倍光学系の第２の実施例のレンズ構成図である。
【図８】図７のレンズ系の最小倍率における諸収差図である。
【図９】図７のレンズ系の中間倍率における諸収差図である。
【図１０】図７のレンズ系の最大倍率における諸収差図である。
【図１１】本発明による変倍光学系の第３の実施例のレンズ構成図である。
【図１２】図１１のレンズ系の最小倍率における諸収差図である。
【図１３】図１１のレンズ系の中間倍率における諸収差図である。
【図１４】図１１のレンズ系の最大倍率における諸収差図である。
【図１５】本発明による変倍光学系の第４の実施例のレンズ構成図である。
【図１６】図１５のレンズ系の最小倍率における諸収差図である。
【図１７】図１５のレンズ系の中間倍率における諸収差図である。
【図１８】図１５のレンズ系の最大倍率における諸収差図である。
【図１９】本発明による変倍光学系の第５の実施例のレンズ構成図である。
【図２０】図１９のレンズ系の最小倍率における諸収差図である。
【図２１】図１９のレンズ系の中間倍率における諸収差図である。
【図２２】図１９のレンズ系の最大倍率における諸収差図である。
【図２３】本発明の変倍光学系をイメージスキャナーに適用した例を示す図である。

Claims

物体面と結像面との間の距離で定義される物像間間隔を変化させて変倍する変倍光学系において、
物体面側から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群、正のパワーを持つ第２レンズ群、及び正のパワーを持つ第３レンズ群からなり、
変倍中、第１レンズ群と第３レンズ群の間隔及び第３レンズ群と結像面の間隔が一定であり、上記物像間間隔を変化させながら第２レンズ群だけを移動させて変倍し、
次の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする変倍光学系。
（１）０．１＜ｆ ₂ ／ｆ ₃ ＜０．３
（２） - ０．１＜ｆ ₂ ／ｆ ₁ ＜０
但し、
ｆ ₁ ：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ ₂ ：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ ₃ ：第３レンズ群の焦点距離。
請求項１記載の変倍光学系において、第３レンズ群は、正、負各１枚のレンズから構成されている変倍光学系。
請求項２記載の変倍光学系において、前記第３レンズ群は、物体面側から順に正レンズ、負レンズから構成されている変倍光学系。
請求項２記載の変倍光学系において、前記第３レンズ群は、物体面側から順に負レンズ、正レンズから構成されている変倍光学系。
請求項２記載の変倍光学系において、前記第３レンズ群は、正、負レンズの貼り合わせレンズで構成されている変倍光学系。
請求項１ないし５のいずれか１項記載の変倍光学系において、第１レンズ群は、物体面側に凹面を向けた負メニスカス単レンズから構成されている変倍光学系。
請求項１ないし６のいずれか１項記載の変倍光学系において、第２レンズ群は、物体面側から順に、正の第１レンズ；共に物体面側に凸面を向けた正メニスカスの第２レンズと負メニスカスの第３レンズとの接合レンズ；共に物体面側に凹面を向けた負メニスカスの第４レンズと正メニスカスの第５レンズとの接合レンズ；及び正の第６レンズ；から構成されている変倍光学系。
請求項７記載の変倍光学系において、前記第３レンズと第４レンズの間に絞りが配設されている変倍光学系。