JP4699032B2

JP4699032B2 - 画像読取用レンズおよび画像読取装置

Info

Publication number: JP4699032B2
Application number: JP2005011188A
Authority: JP
Inventors: 陽子山元; 博充山川
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: JP2005266771A

Description

本発明は、例えば、ファクシミリやイメージスキャナのように、原稿上の画像を読み取るための画像読取用レンズおよび画像読取装置に関し、特にカラー画像の読取りに適した４群５枚のレンズ構成の画像読取用レンズおよびこれを用いた画像読取装置に関するものである。

従来より、原稿上の画像を光学系を介してＣＣＤなどの受光素子に結像させ、その画像情報を読み取るようにした画像読取装置が知られている。近年、このような画像読取装置、特に、イメージスキャナ等では、小型化および低廉化などが要求されており、それに伴い、これらの装置に用いられる画像読取用のレンズにも小型化および低価格化などが求められている。

従来より、画像読取用レンズのタイプとして種々のものが知られているが、４群５枚のレンズで構成されたものとして、例えば下記特許文献１および２に記載されたものが知られており、いずれのものも小型化および低廉化を図り得る構成とされている。

特開平９−１２７４１４号公報特開平５−２６４９００号公報

ところで、近年、ファクシミリやイメージスキャナ等の画像読取装置においては高解像化への対応が急務であり、ＣＣＤ等の受光素子の画素数は大幅に増大する傾向にある。画素数が増大すると受光素子全体のサイズが大型化するため、結像倍率が縮小側から等倍へと近づくことになるが、上述したように装置の小型化という命題があることから、画像読取用レンズを広画角とすることが必須となっている。

また、カラー画像の読取りにおいて益々高精細化が要求されるようになってきていることから、色収差補正を良好なものとし得る画像読取用レンズとすることが強く望まれる。

しかしながら、上記特許文献１記載のものは、半画角が１８〜２０度と狭く、上記広画角という要請に応えたものとはなっていない。

一方、上記特許文献２記載のものは、半画角が２３．５度と比較的広画角となっているものの、モノクロ画像の読取りを対象としているため倍率色収差補正の点で必ずしも充分なものとはなっていない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、広画角を達成しつつ色収差を良好なものとすることができ、さらに小型化および低廉化を達成しつつカラー画像の読取りを行うのに適した光学性能を得ることができる画像読取用レンズおよび画像読取装置を提供することを目的とするものである。

本発明の画像読取用レンズは、物体側から順に、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１レンズと、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第２レンズと、絞りと、両凹レンズよりなる第３レンズと、両凸レンズよりなる第４レンズと、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第５レンズから成り、前記第３レンズと前記第４レンズが互いに接合されていることを特徴とするものである。

また、下記条件式（１）〜（４）を満足することが好ましい。

０．２２＜ｒ_１／ｆ＜０．２８・・・（１）
０．４０＜ｆ_２／ｆ＜０．５１・・・（２）
０．３３＜ｆ_３／ｆ＜０．４２・・・（３）
１．１４＜ｒ_８／ｒ_９＜１．３１・・・（４）

ただし、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ_２：第２レンズの焦点距離
ｆ_３：第３レンズと第４レンズの合成焦点距離
ｒ_１：第１レンズの物体側の面の曲率半径
ｒ_８：第４レンズの像側の面の曲率半径
ｒ_９：第５レンズの物体側の面の曲率半径

さらに、前記第２レンズを形成する材料が下記条件式（５）を満足することが好ましい。

θ_ｇｄ＞−２．０８３×１０^−３×ν_ｄ＋１．３６６・・・（５）

ただし、
θ_ｇｄ＝（Ｎ_ｇ−Ｎ_ｄ）／（Ｎ_Ｆ−Ｎ_Ｃ）
Ｎ_ｇ：ｇ線における屈折率
Ｎ_ｄ：ｄ線における屈折率
Ｎ_Ｆ：Ｆ線における屈折率
Ｎ_Ｃ：Ｃ線における屈折率
ν_ｄ：ｄ線におけるアッベ数

さらに、本発明の画像読取装置は、上述した画像読取用レンズを用いたことを特徴とするものである。

本発明の画像読取レンズおよびこれを用いた画像読取装置によれば、４群５枚構成の各レンズを所定の形状とすることで、広画角を達成しつつ色収差を良好なものとすることができ、さらに小型化および低廉化を達成しつつカラー画像の読取りを行うのに適した光学性能を得ることができる。

さらに、所定の条件式を満足することにより、上記効果をより良好なものとすることができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る画像読取用レンズおよびその画像読取用レンズを備えた画像読取装置について説明する。

本実施形態に係る画像読取用レンズ１０は、図６に示すように、例えばイメージスキャナ等の画像読取装置２０の画像読取用光学系として用いられる。この画像読取装置２０は、原稿３を載置するガラス板４と、ＣＣＤ素子を１列乃至数列のライン状に配列してなるライン状ＣＣＤ５のカバーガラス６との間に上記画像読取用レンズ１０を配置してなり、さらに、ガラス板４の画像読取用レンズ１０側に照明装置７を配置してなる。そして、原稿３を、画像読取用レンズ１０の光軸およびライン状ＣＣＤ５の配列方向と、互いに直交する矢印Ａ方向に移動させることにより、原稿３上の画像を読み取る。

図１は実施例１のレンズ基本構成を示すものであるが、ここでは図１に示す構成を代表例として本実施形態のレンズ構成について説明する。

本実施形態の画像読取用レンズは、５枚のレンズＬ_１〜Ｌ_５により構成された４群５枚構成のレンズ系からなり、絞り１が第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３の間に配設されており、物体側から光軸Ｘに沿って入射した光束は結像面２上の結像位置に結像される。

ここで、上記５枚のレンズＬ_１〜Ｌ_５は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１レンズＬ_１と、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第２レンズＬ_２と、絞り１と、両凹レンズの第３レンズＬ_３と、両凸レンズの第４レンズＬ_４と、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第５レンズＬ_５からなり、上記第３レンズＬ_３と上記第４レンズＬ_４は接合レンズを構成している。

このように構成された本実施形態の画像読取用レンズは、広画角を達成しつつ色収差を良好なものとすることができ、さらに小型化および低廉化を達成しつつカラー画像の読取りを行うのに適した光学性能を得ることができる。

なお、本実施形態の画像読取用レンズが色収差補正を良好なものとし得る一因として、レンズ系全体として、絞り１を挟み略対称形に近い構成とされていることが挙げられる。

また、本実施形態に係る画像読取用レンズは下記条件式（１）〜（５）を満足するように構成されている。

０．２２＜ｒ_１／ｆ＜０．２８・・・（１）
０．４０＜ｆ_２／ｆ＜０．５１・・・（２）
０．３３＜ｆ_３／ｆ＜０．４２・・・（３）
１．１４＜ｒ_８／ｒ_９＜１．３１・・・（４）
θ_ｇｄ＞−２．０８３×１０^−３×ν_ｄ＋１．３６６・・・（５）

ただし、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ_２：第２レンズの焦点距離
ｆ_３：第３レンズと第４レンズの合成焦点距離
ｒ_１：第１レンズの物体側の面の曲率半径
ｒ_８：第４レンズの像側の面の曲率半径
ｒ_９：第５レンズの物体側の面の曲率半径
θ_ｇｄ＝（Ｎ_ｇ−Ｎ_ｄ）／（Ｎ_Ｆ−Ｎ_Ｃ）
Ｎ_ｇ：ｇ線における屈折率
Ｎ_ｄ：ｄ線における屈折率
Ｎ_Ｆ：Ｆ線における屈折率
Ｎ_Ｃ：Ｃ線における屈折率
ν_ｄ：ｄ線におけるアッベ数

以下、上述した各条件式（１）〜（５）の技術的意義を説明する。
上記条件式（１）は、第１レンズＬ_１の物体側の面の曲率半径に関するもので、この条件式を満足することで歪曲収差および倍率色収差の補正の向上を図ることができる。

すなわち、本条件式において、その上限を上回ると歪曲収差を良好に補正することができなくなり、その下限を下回ると倍率色収差を良好に補正することができなくなる。

また、上記条件式（２）は、第２レンズＬ_２の焦点距離に関するもので、この条件式を満足することで倍率色収差と球面収差の補正の向上を図ることができる。

すなわち、本条件式において、その上限を上回ると倍率色収差を良好に補正することができなくなり、その下限を下回ると球面収差を良好に補正することができなくなる。

また、上記条件式（３）は、第３レンズＬ_３と第４レンズＬ_４の合成焦点距離に関するもので、この条件式を満足することでコマ収差と像面湾曲の補正の向上を図ることができる。

すなわち、本条件式において、その上限を上回るとコマ収差を良好に補正することができなくなり、その下限を下回ると像面湾曲を良好に補正することができなくなる。

また、上記条件式（４）は、第４レンズＬ_４の像側の面の曲率半径と第５レンズＬ_５の物体側の曲率半径との関係を規定するもので、この条件式を満足することで球面収差と像面湾曲の補正の向上を図ることができる。

すなわち、本条件式において、その上限を上回ると球面収差を良好に補正することができなくなり、その下限を下回ると像面湾曲を良好に補正することができなくなる。

さらに、上記条件式（５）は、第２レンズＬ_２を形成する材質の異常分散性に関するもので、この条件式を満足する材質を第２レンズＬ_２のレンズ硝材として用いることで、軸上色収差および倍率色収差を良好に補正することができる。

以下、実施例１〜４を用い、本実施形態の画像読取用レンズについて図面および数値を用いてさらに具体的に説明する。なお、以下の各実施例においては焦点距離を１００ｍｍに換算しており、実際には原稿サイズと解像度により最適な条件で使用される。

＜実施例１＞
本実施例の画像読取用レンズは、図１に示すように、物体側から順に、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１レンズＬ_１と、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第２レンズＬ_２と、絞り１と、像側に強い曲率の面を向けた両凹レンズよりなる第３レンズＬ_３と、像側に強い曲率の面を向けた両凸レンズよりなる第４レンズＬ_４と、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第５レンズＬ_５からなり、上記第３レンズＬ_３と上記第４レンズＬ_４は接合レンズを構成している。

本実施例における各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線，ｇ線，Ｆ線，Ｃ線における屈折率Ｎ_ｄ，Ｎ_ｇ，Ｎ_Ｆ，Ｎ_Ｃおよび各レンズのアッベ数ν_ｄと材質を下記表１の下段に示す。ただし、この表１において、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎ_ｄ，Ｎ_ｇ，Ｎ_Ｆ，Ｎ_Ｃ、ν_ｄおよび材質に対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている（後述する表２〜４において同じ）。

また、表１の上段に、本実施例における（後述する表２〜４の上段については、各々対応する実施例における）レンズ系全体の焦点距離ｆ、Ｆ数、基準波長λ、レンズ系全体の倍率βおよび画角２ωの値が示されている。

本実施例では、下記表５に示すように、条件式（１）〜（４）を全て満足している。さらに、下記表５に示すように第２レンズＬ_２に条件式（５）を満足する材質を使用している。

図２は、本実施例に係る画像読取用レンズの諸収差を示す収差図（球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差）である。なお、この収差図は、焦点距離１００ｍｍで、その光路中の物体側に厚さ５．８４ｍｍ、像面側に１．４６ｍｍのガラス板を含んだ状態のものである。この図から明らかなように、本実施例によれば、視野周辺まで良好な結像性能を有する画像読取用レンズを得ることができる。

＜実施例２＞
本実施例の画像読取用レンズは、上記実施例１のものと略同様に構成されている。
本実施例における各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線，ｇ線，Ｆ線，Ｃ線における屈折率Ｎ_ｄ，Ｎ_ｇ，Ｎ_Ｆ，Ｎ_Ｃおよび各レンズのアッベ数ν_ｄと材質を下記表２の下段に示す

図３は、本実施例に係る画像読取用レンズの諸収差を示す収差図（球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差）である。なお、この収差図は、焦点距離１００ｍｍで、その光路中の物体側に厚さ５．８４ｍｍ、像面側に１．４６ｍｍのガラス板を含んだ状態のものである。この図から明らかなように、本実施例によれば、視野周辺まで良好な結像性能を有する画像読取用レンズを得ることができる。

＜実施例３＞
本実施例の画像読取用レンズは、上記実施例１のものと略同様に構成されている。
本実施例における各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線，ｇ線，Ｆ線，Ｃ線における屈折率Ｎ_ｄ，Ｎ_ｇ，Ｎ_Ｆ，Ｎ_Ｃおよび各レンズのアッベ数ν_ｄと材質を下記表３の下段に示す。

図４は、本実施例に係る画像読取用レンズの諸収差を示す収差図（球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差）である。なお、この収差図は、焦点距離１００ｍｍで、その光路中の物体側に厚さ５．８５ｍｍ、像面側に１．４６ｍｍのガラス板を含んだ状態のものである。この図から明らかなように、本実施例によれば、視野周辺まで良好な結像性能を有する画像読取用レンズを得ることができる。

＜実施例４＞
本実施例の画像読取用レンズは、上記実施例１のものと略同様に構成されている。

本実施例における各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線，ｇ線，Ｆ線，Ｃ線における屈折率Ｎ_ｄ，Ｎ_ｇ，Ｎ_Ｆ，Ｎ_Ｃおよび各レンズのアッベ数ν_ｄと材質を下記表４の下段に示す

本実施例では、下記表５に示すように、条件式（１）〜（４）を全て満足している。

図５は、本実施例に係る画像読取用レンズの諸収差を示す収差図（球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差）である。なお、この収差図は、焦点距離１００ｍｍで、その光路中の物体側に厚さ５．８５ｍｍ、像面側に１．４６ｍｍのガラス板を含んだ状態のものである。この図から明らかなように、本実施例によれば、視野周辺まで良好な結像性能を有する画像読取用レンズを得ることができる。

ここで、上記各実施例における、条件式に対応する、ｒ_１／ｆ、｜ｆ_２｜／ｆ、ｆ_３／ｆ、ｒ_８／ｒ_９、θ_ｇｄの各値を下記表５に示す。

なお、本発明の画像読取用レンズおよび画像読取装置としては、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば上記第３レンズＬ_３および上記第４レンズＬ_４のいずれか一方、または両方が物体側に強い曲率の面を向けるような構成とすることが可能であり、レンズの曲率半径Ｒや軸上面間隔Ｄは適宜変更することが可能である。

本発明の実施例１に係る画像読取用レンズの基本構成を示す概略図実施例１に係るレンズの各収差図（球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差）実施例２に係るレンズの各収差図（球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差）実施例３に係るレンズの各収差図（球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差）実施例４に係るレンズの各収差図（球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差）本発明の実施形態に係る画像読取装置を示す概略図

符号の説明

Ｌ_１〜Ｌ_５レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_１０レンズ面の曲率半径
Ｄ_１〜Ｄ_９レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ光軸
１絞り
２結像面
３原稿
４ガラス板
５ライン状ＣＣＤ
６ＣＣＤカバーガラス
７照明装置
１０画像読取用レンズ
２０画像読取装置

Claims

物体側から順に、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１レンズと、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第２レンズと、絞りと、両凹レンズよりなる第３レンズと、両凸レンズよりなる第４レンズと、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第５レンズから成り、前記第３レンズと前記第４レンズが互いに接合されているものであり、
下記条件式（１）〜（４）を満足することを特徴とする画像読取用レンズ。
０．２２＜ｒ _１／ｆ＜０．２８・・・（１）
０．４０＜ｆ _２／ｆ＜０．５１・・・（２）
０．３３＜ｆ _３／ｆ＜０．４２・・・（３）
１．１４＜ｒ _８／ｒ _９＜１．３１・・・（４）
ただし、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ _２：第２レンズの焦点距離
ｆ _３：第３レンズと第４レンズの合成焦点距離
ｒ _１：第１レンズの物体側の面の曲率半径
ｒ _８：第４レンズの像側の面の曲率半径
ｒ _９：第５レンズの物体側の面の曲率半径
物体側から順に、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１レンズと、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズよりなる第２レンズと、絞りと、両凹レンズよりなる第３レンズと、両凸レンズよりなる第４レンズと、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第５レンズから成り、前記第３レンズと前記第４レンズが互いに接合されているものであり、
前記第２レンズを形成する材料が下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１記載の画像読取用レンズ。
θ _ｇｄ＞−２．０８３×１０ ^−３ ×ν _ｄ＋１．３６６・・・（５）
ただし、
θ _ｇｄ＝（Ｎ _ｇ −Ｎ _ｄ）／（Ｎ _Ｆ −Ｎ _Ｃ）
Ｎ _ｇ：ｇ線における屈折率
Ｎ _ｄ：ｄ線における屈折率
Ｎ _Ｆ：Ｆ線における屈折率
Ｎ _Ｃ：Ｃ線における屈折率
ν _ｄ：ｄ線におけるアッベ数
請求項１または２記載の画像読取用レンズを用いたことを特徴とする画像読取装置。