JP3740370B2 - 画像読取用レンズ及びそれを用いた画像読取装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は画像読取用レンズ及びそれを用いた画像読取装置に関し、特に画像の画像情報をラインセンサー(CCD)等の読取素子で読み取るイメージスキャナー、フィルムスキャナー、そしてデジタル複写機等のデジタル画像読取装置に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より紙画像やフィルム上の画像情報をコンピュータにデジタル画像情報として読み取るための装置としてイメージスキャナーやフィルムスキャナー等が知られている。
【0003】
このようなスキャナー装置に用いられる画像読取用レンズに対しては歪曲収差や色収差が良好に補正されていること、ビネッティングによる周辺光量の低下が少ないこと等が望まれている。また画像の画像情報を読み取るという用途ゆえに通常は横倍率が−0.1程度から−1.2(等倍程度)の相対的に低倍率範囲で設定されていることが望まれている。
【0004】
さらに近年はダウンサイジングの傾向が進み光学系レイアウトのコンパクト化が必要とされ、そこで光学系レイアウトを決定する投影レンズ(画像読取用レンズ)には広角化が求められていた。
【0005】
この種の画像読取用レンズが、例えば特開平11-190820号、特開2000−241701号、特開2000-249912号公報等で種々と提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記特開平11-190820号公報では4枚の構成からなる画像読取用レンズが提案されているが、4枚という構成枚数の少なさゆえ非点隔差を押さえると像面湾曲が大きくなり、これに合わせて球面収差を倒して軸上から軸外までのバランスをとるようにしているため、高解像度の画像読取装置には性能として不十分であるという問題点があった。
【0007】
特開2000−241701号公報で提案されている画像読取用レンズは構成枚数を5枚構成として構成枚数を増すことで像面湾曲を比較的小さく押さえている。
【0008】
特開2000-249912号公報で提案されている画像読取用レンズは6枚構成のオルソメタタイプを使うことで、像面湾曲を小さくし、焦点深度を大きくしている。しかしながらサジタル像面とメリディオナル像面湾曲の変化が中間画角で反対方向に変化して非点隔差が大きく発生し、高解像度の画像読取装置には性能として不十分であるという問題点があった。また画角も前述の公報にくらべ狭くなっており、コンパクト化を達成するには不十分であるという問題点もあった。
【0009】
近年は高画質化を争う為の更なる高解像度化も求められるようになっている。
【0010】
本発明は画像読取用レンズの各レンズのレンズ構成を適切に設定することにより、高解像度に対応しつつも、焦点深度が深く、広画角で、明るい画像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。
【0011】
この他、本発明は半画角23°以上の広画角で、Fナンバー(Fno)5程度の明るい6群6枚構成の画像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。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の画像読取用レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正の第1レンズ、両レンズ面が凹面の第2レンズ、両レンズ面が凸面の第3レンズ、物体側に凹面を向けたメニスカス状の第4レンズ、物体側に凹面を向けたメニスカス状の負の第5レンズ、そして物体側に凹面を向けたメニスカス状の負の第6レンズの6枚のレンズのみをレンズとして有し、
物体側から数えて第i番目のレンズの焦点距離をfi、第4レンズのレンズ厚をd8、第2レンズの像面側のレンズ面の曲率半径をr4、第5レンズと第6レンズの合成の焦点距離をfn、全系の焦点距離をfとしたとき
0.91<f5/f6< 2.78
−0.27<d8/fn<−0.16
2.48<r4/f <10.75
なる条件を満足することを特徴としている。
【0013】
請求項2の発明は請求項1の発明において、
前記第2レンズと前記第3レンズとの間に絞りを有していることを特徴としている。
【0014】
請求項3の発明は請求項1又は2の発明において、
前記第1レンズから前記第4レンズまでの合成の焦点距離をfp、第6レンズの物体側と像面側のレンズ面の曲率半径を各々r12,r13としたとき
−0.95<fp/fn<−0.71
−4.80<(r12+r13)/(r12−r13)<−2.75
2.26<f/f3<2.88
なる条件を満足することを特徴としている。
【0015】
請求項4の発明の画像読取装置は、
前記請求項1乃至3の何れか1項に記載の画像読取用レンズを用いて画像の画像情報を読取手段面上に形成していることを特徴としている。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の後述する数値実施例1の画像読取用レンズのレンズ断面図、図2、図3、図4、図5、図6は、各々本発明の後述する数値実施例1〜5の画像読取用レンズの諸収差図である。図8、図9、図10、図11は各々、本発明の後述する数値実施例2〜5の画像読取用レンズのレンズ断面図である。
【0017】
レンズ断面図において、図面上、左側が拡大側(共役点が長い方)で原稿(物体)面P側(読取画像が設けられている側)であり、右側が縮小側(共役点が短い方)で像面Q側(例えば光電変換素子としてのCCDが設けられている側)である。CはCCDのカバーガラス、Hは保護ガラスであり、これらは画像読取用レンズと像面との間に挿入されている。
【0018】
ここで図1の数値実施例1における画像読取用レンズは物体(原稿)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G1、両レンズ面が凹面の第2レンズG2、両レンズ面が凸面の第3レンズG3、物体側に凹面を向けたメニスカス状の第4レンズG4、物体側に凹面を向けたメニスカス状の負の第5レンズG5、そして物体側に凹面を向けたメニスカス状の負の第6レンズG6の6枚のレンズから成っている。尚、SPは絞りであり、第2レンズG2と第3レンズG3との間に設けられている。
【0019】
各数値実施例2〜5における画像読取用レンズのレンズ構成は図8〜図11に示すように上記数値実施例1と同様であり、物体(原稿)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G1、両レンズ面が凹面の第2レンズG2、両レンズ面が凸面の第3レンズG3、物体側に凹面を向けたメニスカス状の第4レンズG4、物体側に凹面を向けたメニスカス状の負の第5レンズG5、そして物体側に凹面を向けたメニスカス状の負の第6レンズG6の6枚のレンズから成っている。
【0020】
このように本発明では画像読取用レンズを所定形状の6群6枚構成のテレタイプの構成とするとともに以下の各条件式(1)〜(3)を満足するように各要素を設定している。即ち、物体側から数えて第i番目のレンズの焦点距離をfi、第4レンズのレンズ厚をd8、第2レンズの像面側のレンズ面の曲率半径をr4、第5レンズと第6レンズの合成の焦点距離をfn、全系の焦点距離をfとしたとき
0.91<f5/f6< 2.78 ・・・・・・(1)
−0.27<d8/fn<−0.16 ・・・・・・(2)
2.48<r4/f <10.75 ・・・・・・(3)
なる条件を満足するように各要素を設定している。
【0021】
次に上記の各条件式(1)〜(3)の技術的意味について説明する。
【0022】
条件式(1)は第5、第6レンズの焦点距離の比に関し、像面湾曲とコマ収差をバランスをとりつつ良好にするためのものである。条件式(1)の上限値を越えて第6レンズの焦点距離が短くなると、像面湾曲が悪化し、サジタル像面の中間画角で像面湾曲が大きくなり、最大画角近傍では像面湾曲が小さくなる。またメリディオナル像面ではその逆で中間画角で像面湾曲が小さくなり、最大画角近傍では像面湾曲が大きくなる。このため、全画角にわたってサジタル像面とメリディオナル像面とが共に良いところがなくなり、焦点深度が浅くなったり、高解像度が得られなくなったりするので良くない。条件式(1)の下限値を越えて第5レンズの焦点距離が短くなると、コマ収差が悪化し、高解像度が得られなくなってくるので良くない。
【0023】
条件式(2)は第4レンズのレンズ厚と第5、第6レンズの合成の焦点距離との比に関し、歪曲収差の補正と物体面から像面までの距離を短くしコンパクト化を図るためのものである。条件式(2)の上限値を越えてレンズ厚が広くなり、第5、第6レンズの合成のパワーが強くなると、テレ比の度合いが強くなるため、コンパクト化にはなるが歪曲収差が悪化してしまうので良くない。さらに大きくレンズ間隔が広くなるとレンズの大型化を招いてしまうので良くない。条件式(2)の下限値を越えて第5、第6レンズのパワーが緩くなるとテレ比の度合いが弱くなるため、コンパクトにならなくなるので良くない。
【0024】
条件式(3)は第2レンズの出射面側の曲率半径と全系の焦点距離との比に関し、球面収差を良好に補正するためのものである。条件式(3)の上限値及び下限値を越えて曲率半径が設定されると球面収差が悪化し、全画角を通してのピント位置のバランスをとることが困難になってくるので良くない。
【0025】
また本発明において更に解像度の高いレンズに対応させるには以下の各条件式(4)〜(6)のうち少なくとも1つを満足させることが望ましい。
【0026】
−0.95<fp/fn<−0.71 ・・・・・・(4)
−4.80<(r12+r13)/(r12−r13)<−2.75・(5)
2.26<f/f3<2.88 ・・・・・・(6)
但し、fpは第1レンズから第4レンズまでの合成の焦点距離
12,r13は各々第6レンズの物体側と像面側のレンズ面の曲率半径である。
【0027】
次に上記の各条件式(4)〜(6)の技術的意味について説明する。
【0028】
条件式(4)は第1レンズから第4レンズまでの合成の焦点距離fpと、第5レンズと第6レンズの合成の焦点距離fnとの比に関し、主に広画角化とコマ収差、歪曲収差を良好に補正するためのものである。条件式(4)の上限値及び下限値を越えてどちらか一方のレンズの合成の焦点距離が強まると、互いに収差をキャンセルできなくなりコマ収差や歪曲収差が悪化し、画角が狭いところしか良好なる光学性能が得られなくなってくるので良くない。
【0029】
条件式(5)は第6レンズのレンズ形状に関するものである。条件式(5)の上限値を越えると第6レンズの屈折力が増加し、第6レンズの物体面のレンズでの屈折力の分担が大きくなり諸収差が悪化するので良くない。条件式(5)の下限値を越えると第6レンズの両レンズ面の曲率が近づき製造が困難になるので良くない。
【0030】
条件式(6)は全系に対する第3レンズの屈折力の分担に関するものである。条件式(6)の上限値を越えて第3レンズの屈折力が強くなると、球面収差が悪化するので良くない。条件式(6)の下限値を越えて第3レンズの屈折力が弱くなると、テレ比が弱くなり、コンパクト化と広画角化が困難になるので良くない。
【0031】
尚、本発明において更に好ましくは上記の各条件式(1)〜(6)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【0032】
1.00<f5/f6< 2.60 ・・・・・・(1a)
−0.25<d8/fn<−0.16 ・・・・・・(2a)
2.70<r4/f <10.00 ・・・・・・(3a)
−0.90<fp/fn<−0.75 ・・・・・(4a)
−4.50<(r12+r13)/(r12−r13)<−3.00(5a)
2.50<f/f3<2.70 ・・・・・(6a)
尚、本発明においては上記の各条件式(1)〜(3)のうち少なくとも1つを満足させても所定の効果が得られる。
【0033】
次に本発明の数値実施例1〜5を示す。数値実施例1〜5においてriは物体側より順にi番目の面の曲率半径、diは物体側より順にi番目の面と(i+1)番目の面との間隔、niとνiは各々物体側より順に第i番目のレンズの材質の屈折率とアッベ数である。
【0034】
非球面形状は光軸方向にX軸、光軸と垂直方向にH軸、光の進行方向を正とし、rを近軸曲率半径、B、C、D、Eを各々非球面係数としたとき
【0035】
【数1】
【0036】
なる式で表している。
【0037】
尚、画像台ガラス(原稿面)と第1レンズとの空気間隔については記載を省略する。fは全系の焦点距離、Fnoは画像距離無限時のFナンバー、βは結像倍率(画像読取倍率)、r14〜r17はCCDのカバーガラスCや保護ガラスHの表面を表わしている。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に示す。
【0038】
【外1】
【0039】
【外2】
【0040】
【外3】
【0041】
【外4】
【0042】
【外5】
【0043】
【表1】
【0044】
[画像読取装置]
図7は数値実施例1〜5のいずれかの画像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。
【0045】
同図において72は画像台ガラスであり、その面上に画像(原稿)71が載置されている。81はキャリッジであり、後述する照明光源74、反射笠73、複数の反射ミラー75,76,77,78、画像読取用レンズ79、そして読取手段(ラインセンサー)80等を一体的に収納しており、副走査モータ等の駆動装置(不図示)により副走査方向(図7において矢印A方向)へ走査し、画像71の画像情報を読取っている。74は照明光源であり、例えば蛍光灯やハロゲンランプ等より成っている。73は反射笠であり、照明光源74からの光束を反射させ、効率良く画像を照明している。75,76,77,78は各々順の第1、第2、第3、第4の反射ミラーであり、画像71からの光束の光路をキャリッジ81内部で折り曲げている。79は上記数値実施例1〜5に示したいずれかの画像読取用レンズであり、画像71の画像情報に基づく光束を読取手段80面上に結像させている。80は読取手段としてのラインセンサー(CCD)である。82は本体、83は圧板である。
【0046】
同図において照明光源74から放射された光束は直接あるいは反射笠73を介して画像71を照明し、該画像71からの反射光を第1、第2、第3、第4の反射ミラー75,76,77,78を介してキャリッジ81内部でその光束の光路を折り曲げ画像読取用レンズ79によりCCD80面上に結像させている。そしてキャリッジ81を副走査モータにより矢印C方向(副走査方向)に移動させることにより、画像71の画像情報を読取っている。
【0047】
尚、本実施例ではデジタル複写機の画像読取装置に本発明の画像読取用レンズを適用したが、これに限らず、例えばイメージスキャナーやフィルムスキャナー等の種々の画像読取装置にも適用できることは言うまでもない。
【0048】
【発明の効果】
本発明によれば前述のごとく画像読取用レンズの各レンズのレンズ構成を適切に設定するとともに各条件式を満足させることにより、極めて高解像度に読み取りを行えるコンパクトで、明るい画像読取用レンズ及び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】 本発明の画像読取用レンズをデジタル複写機の画像読取装置に適用したときの要部概略図
【図8】 本発明の数値実施例2のレンズ断面図
【図9】 本発明の数値実施例3のレンズ断面図
【図10】 本発明の数値実施例4のレンズ断面図
【図11】 本発明の数値実施例5のレンズ断面図
Claims (4)
- 物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正の第1レンズ、両レンズ面が凹面の第2レンズ、両レンズ面が凸面の第3レンズ、物体側に凹面を向けたメニスカス状の第4レンズ、物体側に凹面を向けたメニスカス状の負の第5レンズ、そして物体側に凹面を向けたメニスカス状の負の第6レンズの6枚のレンズのみをレンズとして有し、
物体側から数えて第i番目のレンズの焦点距離をfi、第4レンズのレンズ厚をd8、第2レンズの像面側のレンズ面の曲率半径をr4、第5レンズと第6レンズの合成の焦点距離をfn、全系の焦点距離をfとしたとき
0.91<f5/f6< 2.78
−0.27<d8/fn<−0.16
2.48<r4/f <10.75
なる条件を満足することを特徴とする画像読取用レンズ。 - 前記第2レンズと前記第3レンズとの間に絞りを有していることを特徴とする1項記載の画像読取用レンズ。
- 前記第1レンズから前記第4レンズまでの合成の焦点距離をfp、第6レンズの物体側と像面側のレンズ面の曲率半径を各々r12,r13としたとき
−0.95<fp/fn<−0.71
−4.80<(r12+r13)/(r12−r13)<−2.75
2.26<f/f3<2.88
なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像読取用レンズ。 - 前記請求項1乃至3の何れか1項に記載の画像読取用レンズを用いて画像の画像情報を読取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。
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