JP5029947B2 - Image reading lens, image reading apparatus, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、画像読取レンズ、画像読取装置および画像形成装置に関する。 The present invention relates to an image reading lens, an image reading apparatus, and an image forming apparatus.
デジタル複写機やファクシミリ装置における画像読取部やイメージスキャナは、原稿の読取るべき画像情報を、画像読取レンズにより縮小してCCDのような撮像素子上に結像させ、画像情報を信号化する。また、カラー画像情報の読取りのために、例えば赤、緑、青のフィルタを各々持つラインセンサを1つの基板上に3列配列してなる所謂3ラインCCDを用い、カラー画像を3原色に色分解して信号化することが行われている。 An image reading unit or an image scanner in a digital copying machine or a facsimile apparatus reduces image information to be read from an original by an image reading lens and forms an image on an image pickup device such as a CCD, thereby converting the image information into a signal. In addition, for reading color image information, for example, a so-called three-line CCD in which line sensors each having red, green, and blue filters are arranged in three rows on one substrate is used to color the color image into three primary colors. Decomposing into signals is performed.
このような画像読取に用いられる画像読取レンズは、一般的に、像面である撮像素子の受光面上において「高空間周波数領域での高いコントラスト」が要求されるとともに、開口効率が画角周辺部まで100%近くあることが要求される。
また、カラー画像を良好に読取るためには、像面上で、色分解に用いる複数の色、例えば赤・緑・青の各色光の結像位置を光軸方向において合致させる必要があり、各色の色収差を良好に補正する必要がある。
In general, an image reading lens used for such image reading requires “high contrast in a high spatial frequency region” on the light receiving surface of an image pickup device that is an image surface, and an aperture efficiency is around the angle of view. It is required to be close to 100%.
In addition, in order to read a color image satisfactorily, it is necessary to match the image forming positions of a plurality of colors used for color separation, for example, red, green, and blue light in the optical axis direction on the image plane. It is necessary to satisfactorily correct the chromatic aberration.
さらに、画像読取装置の小型化・低コスト化の要請に沿うためには「小型でレンズ構成枚数の少ない画像読取レンズ」が望まれる。 Furthermore, in order to meet the demand for downsizing and cost reduction of the image reading apparatus, a “small image reading lens having a small number of lens components” is desired.
構成レンズ枚数が少なく、読取りに適した良好な性能を持つ画像読取レンズとして、物体側から順に、凸面を物体側に向けた正メニスカスの第1レンズ、両凹面の第2レンズ、両凸面の第3レンズ、物体側に凹面を向けた負メニスカスの第4レンズを配してなる4群4枚構成のテレフォトタイプのものが知られている(特許文献1〜8等)。
As an image reading lens having a small number of constituting lenses and good performance suitable for reading, in order from the object side, a positive meniscus first lens having a convex surface facing the object side, a second lens having a biconcave surface, and a second lens having both convex surfaces. A telephoto type of a four-group four-lens configuration in which three lenses and a negative meniscus fourth lens with a concave surface facing the object side is arranged is known (
これら特許文献に記載された画像読取レンズのうちで、特許文献1、2、3、6、7、8に記載されたものは、第3レンズと第4レンズの間を広く取ることにより良好に収差補正を行っているが、この構成の場合、第4レンズの径が大きくなり易く、画像読取レンズの小型化が困難である。
Among these image reading lenses described in Patent Documents, those described in
また、特許文献4、5に記載された画像読取レンズは「レンズ全長を短くするために、第3レンズと第4レンズの間隔を狭く設定」しており、各画角の結像位置を光軸方向で十分に合せることが難しい。上記特許文献4記載の画像読取レンズでは「第1レンズと第4レンズのアッベ数の差」が小さく、色収差を十分に補正することが困難である。 In addition, the image reading lenses described in Patent Documents 4 and 5 have “the interval between the third lens and the fourth lens is set to be narrow in order to shorten the entire length of the lens”, and the imaging position of each angle of view is set as light. It is difficult to achieve a sufficient alignment in the axial direction. In the image reading lens described in Patent Document 4, the “difference in Abbe number between the first lens and the fourth lens” is small, and it is difficult to sufficiently correct chromatic aberration.
また、特許文献1〜8は「画像読取装置内の温度変化、例えば、照明光源の発熱等による温度上昇時の性能劣化の抑制」については何ら開示していない。
Further,
この発明は、上述したところに鑑みてなされたものであって、小型で高い画像読取性能を持つ4群・4枚構成の画像読取レンズの実現を課題とする。また、各画角におけるサジタル光線とメリディオナル光線との「光軸方向における像面位置」を良好に合致させることができ、性能をより良好ならしめた画像読取レンズの実現を課題とする。
また、色収差を良好に補正してカラー画像に対する高い画像読取性能を実現できるとともに、広画角化にも対応可能な画像読取レンズの実現を課題とする。
さらに、温度変動による使用環境の変化による性能の劣化も低減できる画像読取レンズの実現を課題とする。
The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to realize a small-sized four-group / four-lens image reading lens having high image reading performance. Another object of the present invention is to realize an image reading lens that can satisfactorily match the “image plane position in the optical axis direction” between the sagittal light beam and the meridional light beam at each angle of view.
Another object of the present invention is to realize an image reading lens that can correct chromatic aberration well and realize high image reading performance for a color image, and can cope with a wide angle of view.
It is another object of the present invention to realize an image reading lens capable of reducing deterioration in performance due to a change in use environment due to temperature fluctuation.
さらに、これら画像読取レンズを用いることにより性能良好な画像読取装置・画像形成装置の実現を課題とする。 Another object is to realize an image reading apparatus and an image forming apparatus with good performance by using these image reading lenses.
請求項1記載の画像読取レンズは、物体側から順に、凸面を物体側に向けた正メニスカスの第1レンズ、両凹面の第2レンズ、絞り、両凸面の第3レンズ、物体側に凹面を向けた負メニスカスの第4レンズを配してなり、以下の如き特徴を有する。
即ち、画像読取レンズ全系の焦点距離:f、画像読取レンズ全系の厚さ:Σd、第3レンズと第4レンズの光軸上の間隔:d7が、条件:
(1) 0.6f < Σd < 0.8f
(2) 0.07 < d7/Σd < 0.15
を満足する。
さらに、条件(1)、(2)とともに、第1レンズと第3レンズのd線の屈折率温度係数の和:Σdn/dt(凸)、第2レンズと第4レンズのd線の屈折率温度係数の和:Σdn/dt(凹)が、条件:
(7) -8 < Σdn/dt(凸)-Σdn/dt(凹) < 0
を満足する。
なお、屈折率温度係数:dn/dtの単位は[10 -6 /℃]である。
The image reading lens according to
That is, the focal length of the entire image reading lens system: f, the thickness of the entire image reading lens system: Σd, and the distance on the optical axis between the third lens and the fourth lens: d 7 are:
(1) 0.6f <Σd <0.8f
(2) 0.07 <d 7 / Σd <0.15
Satisfied.
Furthermore, with conditions (1) and (2), the sum of the refractive index temperature coefficients of the d-line of the first lens and the third lens: Σdn / dt (convex), the refractive index of the d-line of the second lens and the fourth lens Sum of temperature coefficients: Σdn / dt (concave), condition:
(7) -8 <Σdn / dt (convex) -Σdn / dt (concave) <0
Satisfied.
The unit of the refractive index temperature coefficient: dn / dt is [10 −6 / ° C.].
請求項1記載の画像読取レンズは、第3レンズのレンズ厚:d6、画像読取レンズ全系の厚さ:Σdが、条件:
(3) 0.3 < d6/Σd < 0.5
を満足することが好ましい(請求項2)。
In the image reading lens according to
(3) 0.3 <d 6 / Σd <0.5
Is preferably satisfied (claim 2).
請求項1または2記載の画像読取レンズは、画像読取レンズ全系の焦点距離:f、第3レンズの第2面の曲率半径:r6、第4レンズの第1面の曲率半径:r7が、条件:
(4) 3.2 < (1/r6-1/r7)f < 3.7
を満足することが好ましい(請求項3)。
The image reading lens according to
(4) 3.2 <(1 / r 6 -1 / r 7 ) f <3.7
Is preferably satisfied (Claim 3).
請求項1〜3の任意の1に記載の画像読取レンズは、第1レンズのd線の屈折率:nd1、第4レンズのd線の屈折率:nd4、第1レンズのアッベ数:νd1、第4レンズのアッベ数:νd4が、条件:
(5) -0.4 < nd1-nd4 < -0.08
(6) 20 < νd1-νd4 < 60
を満足することが好ましい(請求項4)。
The image reading lens according to
(5) -0.4 <nd 1 -nd 4 <-0.08
(6) 20 <νd 1 -νd 4 <60
Is preferably satisfied (claim 4).
請求項2〜4の任意の1に記載の画像読取レンズも勿論、条件(7)を満足する。Of course, the image reading lens according to any one of
請求項1〜4の任意の1に記載の画像読取レンズは、第1レンズ〜第4レンズが全てガラスレンズで、砒素、鉛等の有害物質を含有していないことが好ましい(請求項5)。
請求項1〜5の任意の1に記載の画像読取レンズは、少なくとも1枚のレンズが「非円形の外形形状」であることが好ましい(請求項6)。
請求項1〜6の任意の1に記載の画像読取レンズは「射出成形法により成形されるプラスチック鏡筒」を用いることが好ましい(請求項7)。
Any image reading lens according to one of
In the image reading lens according to any one of
It is preferable that the image reading lens according to any one of
請求項8記載の画像読取装置は、原稿載置面に配置された原稿を照明する照明系と、この照明系により照明された原稿情報をライン状の撮像素子に結像させる画像読取レンズと用いて原稿情報を読取る画像読取装置であって、画像読取レンズとして、請求項1〜7の任意の1に記載の画像読取レンズを用いたことを特徴とする。
「ライン状の撮像素子」は微小な光電変換素子をライン状に配列した撮像素子である。
The image reading apparatus according to
The “line-shaped image sensor” is an image sensor in which minute photoelectric conversion elements are arranged in a line.
請求項8記載の画像読取装置は、原稿載置面から撮像素子に至る光路を折り曲げるための1以上のミラー、照明系、画像読取レンズ、撮像素子が画像読取ユニットとして一体に構成され、この画像読取ユニットの走査により、原稿載置面上の原稿の画像情報を読取る構成とすることができる(請求項9)。
請求項8、9記載の画像読取装置は、デジタル複写装置やファクシミリ装置等の画像読取部の構成として用いることができる。
The image reading apparatus according to
The image reading apparatus according to
請求項10記載の画像形成装置は、請求項8または9記載の画像読取装置を用いて画像読取を行うものであって、具体的には、上記デジタル複写装置やファクシミリ装置等、原稿の画像情報を読取って信号化し、画像形成に供する機能を持つ装置である。 An image forming apparatus according to a tenth aspect reads an image by using the image reading apparatus according to the eighth or ninth aspect . Specifically, the image forming apparatus includes image information of an original such as the digital copying apparatus or the facsimile apparatus. Is a device having a function of reading the signal into a signal and using it for image formation.
説明を補足すると、請求項1における条件(1)、(2)のうちで、条件(1)は「画像読取レンズの全長」を規定するものである。条件(1)の下限値:0.6fを超えると、全長を短くするために「各レンズの屈折力が強くなり過ぎる」ため良好に像面の補正を行うことが難しくなる。また上限値:0.8fを超えると全長が大きくなり、画像読取レンズを小型化することが難しくなる。画像読取レンズの小型化と「高い画像読取性能」を得るには、条件(1)を満足することが必要である。
To supplement the explanation, among the conditions (1) and (2) in
条件(2)は「第3レンズと第4レンズの間隔」を規定するものである。条件(2)の下限値:0.07を超えると、第3レンズと第4レンズのレンズ面間隔が狭くなりすぎ、第4レンズの第1面に入射する光線に「急な角度」を持たせる必要が生じ、マージナル光線を良好に補正することが困難になる。また、上限値:0.15を超えると「軸外の光線が第4レンズを通る高さ」が高くなり、第4レンズの大径化を招来しやすくなり、画像読取レンズの小型化が難しくなる。 Condition (2) defines “the distance between the third lens and the fourth lens”. If the lower limit value of the condition (2): 0.07 is exceeded, the distance between the lens surfaces of the third lens and the fourth lens becomes too narrow, and the light incident on the first surface of the fourth lens has a “steep angle”. It becomes difficult to correct the marginal ray well. On the other hand, when the value exceeds the upper limit value of 0.15, the “height of off-axis rays passing through the fourth lens” becomes high, and the diameter of the fourth lens tends to increase, making it difficult to reduce the size of the image reading lens. Become.
条件(1)および(2)を満足することにより、画像読取レンズの小型化と、高い画像読取性能を実現することが可能になる。なお、第2レンズと第3レンズの間に配置される「絞り」によりディストーションの良好な補正を可能としている。 By satisfying the conditions (1) and (2), it is possible to achieve downsizing of the image reading lens and high image reading performance. A “diaphragm” disposed between the second lens and the third lens enables good distortion correction.
「より高い画像読取性能」を確保するためには、条件(2)のパラメータ:d7/Σdは、条件(2)よりもやや狭い、条件:
(2A) 0.09 < d7/Σd < 0.14
を満足することが好ましい。
請求項2における条件(3)は「画像読取レンズの全長に対する第3レンズの厚さ」を規定するものである。条件式の下限値:0.3を下回ると、第3レンズの厚さが小さくなって第3レンズの正の屈折力が小さくなり、メリディオナル像面の補正が不足して非点隔差が増大し易い。上限値:0.5を上回ると、第3レンズの厚さが大きくなって正の屈折力が大きくなり、メリディオナル像面の補正が過剰となって像面湾曲が増大し易い。条件(1)、(2)とともに条件(3)を満足することにより、光軸近傍と周辺部での光軸方向における結像位置を合致させることが容易となり、画像読取レンズの全像高で高い画像読取性能を実現できるようになる。
In order to ensure “higher image reading performance”, the parameter (d 7 / Σd) in the condition (2) is slightly narrower than the condition (2).
(2A) 0.09 <d 7 / Σd <0.14
Is preferably satisfied.
The condition (3) in
請求項3の条件(4)は「画像読取レンズの第3レンズの第2面の曲率半径と、第4レンズの第1面の曲率半径の関係」を規制するものである。第3レンズは両凸レンズ、第4レンズは凹面を物体側に向けた負メニスカスレンズであるから、第3レンズの第2面と第4レンズの第1面とはともに「像側に凸の面」であり、曲率半径はともに負である。 The condition (4) of claim 3 regulates “the relationship between the radius of curvature of the second surface of the third lens of the image reading lens and the radius of curvature of the first surface of the fourth lens”. Since the third lens is a biconvex lens and the fourth lens is a negative meniscus lens with the concave surface facing the object side, both the second surface of the third lens and the first surface of the fourth lens are “surfaces convex to the image side”. And the radius of curvature is both negative.
条件(4)が成り立つ範囲では、第3レンズの第2面の曲率半径:r6は、絶対値において、第4レンズの第1面の曲率半径:r7の絶対値よりも大きい。 In the range where the condition (4) is satisfied, the radius of curvature of the second surface of the third lens: r 6 is larger in absolute value than the absolute value of the radius of curvature of the first surface of the fourth lens: r 7 .
条件(4)の下限値:3.2を下回ると、上記曲率半径:r6の絶対値に対して曲率半径:r7の絶対値が相対的に大きくなってコマ収差が補正不足となり易く、上限値:3.7を上回ると、上記曲率半径:r6の絶対値に対して曲率半径:r7の絶対値が相対的に小さくなってコマ収差の補正が過剰となりやすい。
条件(1)、(2)とともに、あるいは条件(1)〜(3)とともに条件(4)を満足することにより「周辺部での高い画像読取性能」を実現することが容易になる。
If the lower limit value of condition (4): less than 3.2, the absolute value of the curvature radius: r 7 is relatively larger than the absolute value of the curvature radius: r 6 , and the coma aberration tends to be undercorrected. upper limit: above 3.7, the curvature radius of curvature with respect to the absolute value of r 6 radius absolute value to correct coma aberration becomes relatively small r 7 tends to be excessive.
By satisfying the condition (4) together with the conditions (1) and (2) or together with the conditions (1) to (3), it becomes easy to realize “high image reading performance in the peripheral portion”.
請求項4の条件(5)は「凸レンズである第1レンズの屈折率と凹レンズである第4レンズの屈折率の差」を規定する条件であり、下限値:−0.4を下回ると、ペッツバール和が大きくなり、光軸近傍と周辺部とで「光軸方向における結像位置」を合せるのが困難になる。また上限値:−0.08を上回るとペッツバール和が小さくなり、やはり「光軸方向における結像位置」を光軸近傍と周辺部とで合せるのが困難になる。 The condition (5) of claim 4 is a condition that prescribes "the difference between the refractive index of the first lens that is a convex lens and the refractive index of the fourth lens that is a concave lens". The Petzval sum becomes large, and it becomes difficult to match the “imaging position in the optical axis direction” between the vicinity of the optical axis and the peripheral portion. On the other hand, when the value exceeds the upper limit: −0.08, the Petzval sum becomes small, and it becomes difficult to match the “imaging position in the optical axis direction” between the vicinity of the optical axis and the peripheral portion.
条件(1)、(2)あるいはこれらと条件(3)さらには条件(4)とともに条件(5)を満足することにより「画像読取レンズの全像高で高い画像読取性能」を得ることが可能になる。 By satisfying Condition (5) together with Conditions (1) and (2) or these, Condition (3) and Condition (4), it is possible to obtain “high image reading performance at the entire image height of the image reading lens”. become.
条件(6)は「凸レンズである第1レンズのアッベ数と凹レンズである第4レンズのアッベ数の差」を規定するものであり、下限値:20を下回ると色収差が補正不足となりやすく、上限値:60を上回ると色収差が補正過剰となり易い。条件(6)を満足することにより、カラー画像の良好な読取りが可能となる。 Condition (6) prescribes the “difference between the Abbe number of the first lens that is a convex lens and the Abbe number of the fourth lens that is a concave lens”. If the value exceeds 60, chromatic aberration tends to be overcorrected. Satisfying the condition (6) enables good reading of a color image.
請求項1において、条件(1)、(2)と共に満足される条件(7)は「凸レンズである第1レンズと第3レンズの屈折率温度係数の和と、凹レンズである第2レンズと第4レンズの屈折率温度係数の和との差」を規定するものである。
In
この条件(7)は、画像読取レンズにおける「結像位置の温度依存性」を規制するものである。条件(7)の下限値:−8[10 -6 /℃]を下回ると、画像読取レンズの焦点距離が「温度上昇時に伸び」すぎ、上限値:0[10 -6 /℃]を上回ると、画像読取レンズの焦点距離が「温度上昇時に短く」なりすぎる。 This condition (7) regulates “temperature dependence of the imaging position” in the image reading lens. If the lower limit of condition (7) is less than −8 [10 −6 / ° C.] , the focal length of the image reading lens is too “extended when the temperature rises”, and if the upper limit is greater than 0 [10 −6 / ° C.]. The focal length of the image reading lens becomes too short when the temperature rises.
条件(7)を満足することにより「画像読取装置内の温度が上昇した時にも、画像読取レンズと撮像素子であるラインCCDを保持している部材が伸びるのに対して光軸方向の結像位置が大幅にずれる」ことがなく、使用環境の如何によらず、高い画像読取性能を得ることができる。なお、上記「屈折率温度係数」はd線で規定しているが「同じ波長の屈折率温度係数」を用いれば同等の効果が得られるので、例えば「e線の屈折率温度変化係数」を用いて表しても同等の効果が得られる。 By satisfying the condition (7), “when the temperature in the image reading device rises, the member holding the line CCD as the image reading lens and the image sensor extends, whereas the image in the optical axis direction is extended. It is possible to obtain high image reading performance regardless of the use environment. Although the above-mentioned “refractive index temperature coefficient” is defined by the d-line, an equivalent effect can be obtained by using the “refractive index temperature coefficient of the same wavelength”. Even if expressed, it is possible to obtain the same effect.
なお、請求項1〜4の任意の1に記載の画像読取レンズは、画像読取レンズの全系の焦点距離:fに対する第iレンズ(i=1〜4)の焦点距離:fi(i=1〜4)の比は、以下の条件:
(8) 0.6 < f1/f < 0.9
(9) -0.7 < f2/f < -0.4
(10) 0.3 < f3/f < 0.5
(11) -0.9 < f4/f < -0.6
を満足することが好ましい。
The image reading lens according to any one of
(8) 0.6 <f 1 / f <0.9
(9) -0.7 <f 2 / f <-0.4
(10) 0.3 <f 3 / f <0.5
(11) -0.9 <f 4 / f <-0.6
Is preferably satisfied.
請求項5の画像読取レンズのように、第1レンズ〜第4レンズを全てガラスレンズとし、砒素、鉛等の有害物質を含有していない硝材を用いると、レンズのリサイクルを安全に行うことができる。また、レンズ加工時の「廃液による水質汚染等」を生じることもなく地球環境保全に大きく貢献できる。また、全てのレンズをガラス材料にすることによって「画像読取レンズの焦点距離の温度依存性」を有効に小さくできる。 If the first lens to the fourth lens are all glass lenses and glass materials not containing harmful substances such as arsenic and lead are used as in the image reading lens of claim 5 , the lenses can be safely recycled. it can. In addition, it can greatly contribute to global environmental conservation without causing "water pollution due to waste liquid" during lens processing. Further, the “temperature dependency of the focal length of the image reading lens” can be effectively reduced by using all the lenses as glass materials.
この発明の画像読取レンズでは、高い画像品質を得るためにレンズ径が大きくなりやすく、特に第4レンズではこの傾向が顕著である。撮像素子として光電変換部(微小な受光素子)を1方向に配列したCCD等のラインセンサを用いる場合、光電変換部の配列方向にのみ「光線の通る幅」を確保すればよく、光電変換素子の配列と直交する方向については「画像読取レンズのレンズ径を小さくする」ことができる。従って、請求項6のように「少なくとも1枚のレンズ(第4レンズであることが好ましい)を非円形の外形形状」とするのが良い。 In the image reading lens of the present invention, the lens diameter tends to increase in order to obtain high image quality, and this tendency is particularly remarkable in the fourth lens. When a line sensor such as a CCD in which photoelectric conversion units (small light receiving elements) are arranged in one direction is used as an image sensor, it is only necessary to secure a “width through which light rays pass” only in the arrangement direction of the photoelectric conversion units. In the direction orthogonal to the arrangement of “the lens diameter of the image reading lens can be reduced”. Therefore, as in claim 6 , it is preferable that “at least one lens (preferably the fourth lens) is a non-circular outer shape”.
また、請求項7の画像読取レンズのように「射出成形法を用いたプラスチック鏡筒を用いる」と、射出成形法を用いたプラスチック成形は、任意の位置を精度よく位置出し出来、鏡筒内に挿入するレンズのガラス材料よりも軟質であるため、プラスチック鏡筒にレンズ(ガラスレンズ)を圧入保持することにより、レンズの偏心を良好に抑えることが可能となる。
一般に、各レンズと鏡筒とのクリアランスにより、各レンズの中心が光軸上からずれ、良好な画像が得られにくくなるが、画像読取レンズは通常「ある1ライン方向の性能」を確保すればよいため、画像読取レンズの生産工程においては通常、画像読取レンズ全体を回転させて性能良好な位置を探す工程を行っているが、プラスチック製の鏡筒を用いることにより、金属製の鏡筒よりもクリアランスが小さくても画像読取レンズを組むことが可能となり、更にレンズを圧入保持することで各レンズの偏心を良好に抑えることが可能となるため、特に、請求項6の「非円形の外形形状を持つレンズ」のように、画像読取レンズの回転調整が難しい場合に画像読取レンズ製造工程上の有効な手段となる。
Further, as in the case of the image reading lens of
In general, the clearance between each lens and the lens barrel causes the center of each lens to shift from the optical axis, making it difficult to obtain a good image. However, an image reading lens usually has a “performance in one line direction”. For this reason, in the image reading lens production process, the entire image reading lens is usually rotated to find a position with good performance. However, by using a plastic lens barrel, a metal lens barrel can be used. it is possible to also Crossed image reading lens even with a small clearance, since it is possible to satisfactorily suppress the eccentricity of the lens by retaining further press-fitting the lens, in particular, a "non-circular contour of claim 6 When the rotation adjustment of the image reading lens is difficult, such as “a lens having a shape”, this is an effective means in the image reading lens manufacturing process.
請求項9の画像読取ユニットのように、一体で構成されたユニットを用いることにより、画像読取装置のより小型化が可能となるとともに、画像読取部がユニットとして一体で移動するために「画像読取ユニットの移動時の性能劣化」を小さく抑えることが可能となる。 By using an integrally configured unit as in the image reading unit of claim 9 , it is possible to further reduce the size of the image reading apparatus, and the image reading unit moves integrally as a unit. It is possible to suppress the “performance deterioration when the unit moves”.
以上に説明したように、この発明によれば、高い画像読取性能を持ちつつ、小型の画像読取レンズ(請求項1)を実現でき、画像読取レンズの「温度上昇時の焦点距離の変動」を良好に補正でき、幅広い環境条件に対して高い画像読取性能を実現できる。また、請求項2記載の画像読取レンズでは、光軸近傍と周辺部での光軸方向における結像位置を合致させて「よる高い画像読取性能」を得ることが可能となり、請求項3記載の画像読取レンズではさらに、周辺部のコマ収差の良好な補正により高い画像読取性能が可能となる。
As described above, according to the present invention, while maintaining a high image reading performance, can compact image reading lens (Claim 1) in an implementation, the image reading lens "variation of the focal distance at the time of temperature rise" Can be satisfactorily corrected, and high image reading performance can be realized over a wide range of environmental conditions. Further, in the image reading lens according to
請求項4記載の画像読取りレンズでは、光軸近傍において高いコントラストを獲得しつつ光軸近傍と周辺部での光軸方向における結像位置を合致させ、さらに色収差を良好に補正することによりカラー画像に対する高い画像読取性能を実現できる。
そして、この発明の画像読取レンズを用いることにより、画像読取特性に優れた小型の画像読取装置や画像形成装置を実現できる。
5. The image reading lens according to claim 4, wherein a high contrast is obtained in the vicinity of the optical axis, the image forming positions in the optical axis direction in the vicinity of the optical axis and in the peripheral portion thereof are matched, and color images are corrected satisfactorily to correct color images. High image reading performance can be realized .
Then, by using the image reading lens of the invention, it is possible to realize a compact image reading apparatus and an image forming apparatus excellent in image reading characteristics.
図1に、この発明の画像読取レンズの実施の1形態を示す。
図1において、図の左方が物体側であり、最も物体側に位置する平行平板CNは「原稿載置ガラス(コンタクトガラス)」を示す。第1レンズ1は「凸面を物体側に向けた正メニスカスレンズ」であり、これに続く第2レンズ2は「両凹面レンズ」、絞りを介して、設けられた第3レンズ3は「両凸面レンズ」、その像側に配置された第4レンズ4は「物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ」である。
FIG. 1 shows an embodiment of an image reading lens according to the present invention.
In FIG. 1, the left side of the figure is the object side, and the parallel plate CN positioned closest to the object side indicates “original placement glass (contact glass)”. The
図9は、請求項6記載の画像読取レンズの実施の1形態を示す図である。繁雑を避けるため、レンズについては図1におけると同一の符号を付した。
図9において、図の左方が物体側であり、物体側から順に、第1レンズ1、第2レンズ2、第3レンズ3、第4レンズ4が配置されている。この図においては第2レンズ2と第3レンズ3との間に配置される「絞り」は図示を省略されている。
FIG. 9 is a view showing an embodiment of the image reading lens according to the sixth aspect. In order to avoid complication, the lenses are given the same reference numerals as in FIG.
In FIG. 9, the left side of the figure is the object side, and the
この実施の形態においては、第4レンズ4が「非円形の外形形状」を有する。即ち、第4レンズは、光電変換素子の配列方向に直交する両側で、レンズ周辺部が切除され、上記配列方向に長い短冊形(非円形の外形形状)」に形成されている。このように、レンズ外径の最も大きい第4レンズを「短冊形」に形成することにより、画像読取レンズを有効に小型化できる。 In this embodiment, the fourth lens 4 has a “non-circular outer shape”. That is, the fourth lens is formed in a rectangular shape (non-circular outer shape) that is long in the arrangement direction by cutting away the lens periphery on both sides orthogonal to the arrangement direction of the photoelectric conversion elements. Thus, by forming the fourth lens having the largest lens outer diameter in a “strip shape”, the image reading lens can be effectively downsized.
図10は、プラスチック製の鏡筒の1例を説明するための図である。プラスチック製の鏡筒21は射出成形で製造されている。
図10(a)は、鏡筒21を像面側から見た図であり、図9(b)は光軸直交方向から見た図である。図中の符号21a〜21iは「鏡筒内壁面に形成された突起部」を示す。図のように突起部21a〜21iを有する鏡筒21を射出成形法で製造することにより、突起部21a〜21iを正確に位置出しして成形することが可能である。また、これらの突起部に圧入するように各レンズを組付け保持することにより、各レンズの光軸位置を正確に揃えることが可能となる。
FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a plastic lens barrel. The
FIG. 10A is a view of the
図11は、画像読取装置の実施の1形態を示している。
図11において、符号31は原稿載置ガラス、符号33は第1走行体、符号34は第2走行体、符号35は画像読取レンズ、符号36は撮像素子を示している。
画像を読取られるべき原稿32は原稿載置ガラス31の上面に平面的に定置される。
FIG. 11 shows an embodiment of the image reading apparatus.
In FIG. 11,
A
第1走行体33は、図面に直交する方向を長手方向とし、原稿載置ガラス31の原稿載置面に対して鏡面を45度傾けたミラー33cを保持し、図11において「符号33で示す位置」から「符号33’で示す位置(各符号に「ダッシュ」を付した位置)」まで一定速度:Vで移動する。
The first traveling
第1走行体33はまた、照明手段として、図面に直交する方向に長い蛍光ランプ33aおよび反射鏡33bを保持している。蛍光ランプ33aは、第1走行体33が図11の右方へ変位するときに発光し、原稿載置ガラス31上の原稿32を照明する。従って、第1走行体33が符号33’で示す位置まで変位する間に原稿32は照明走査される。
The first traveling
蛍光ランプとしては、ハロゲンランプやキセノンランプ、冷陰極管等の管灯を用いてもよいし「LED等の点光源を一列に配列したもの」もしくは「点光源を線光源に変換する導光体を用いた線状光源」を用いることも可能であり、さらには有機ELに代表される面発光光源を用いることも可能である。 As the fluorescent lamp, a tube lamp such as a halogen lamp, a xenon lamp, or a cold cathode tube may be used, or “a light source that converts point light sources such as LEDs in a line” or “a light source that converts a point light source into a linear light source” It is also possible to use a "linear light source using", and it is also possible to use a surface light source represented by organic EL.
第2走行体34は、図面に直交する方向に長く「鏡面を互いに直交的に傾けた1対のミラー34a,34b」を保持し、第1走行体33の変位に同期して符号34’で示す位置まで一定速度:V/2で変位する。
The
原稿32が照明走査されるとき、原稿32の被照明部からの反射光は第1走行体33のミラー33cにより反射され、第2走行体34のミラー34a、34bで順次反射され、結像光束として画像読取レンズ35に入射する。このとき、第1走行体33と第2走行体34の速度比が2:1となっているので「原稿被照明部から画像読取レンズ35に至る光路長」が一定に保たれる。
When the
画像読取レンズ35に入射した結像光束は、画像読取レンズ35の結像作用により、撮像素子36の受光面に原稿32の縮小像を結像する。撮像素子36はCCDラインセンサであり、微小な光電変換部が図面に直交する方向へ密接して配列しており、原稿32の照明走査に伴い、原稿画像を画素単位の電気信号として出力する。この電気信号はA/D変換等の信号処理を受けて画像信号となり、必要に応じてメモリ(図示されず)に記憶される。
The imaging light beam incident on the
なお、撮像素子36は、結像画像を3色(赤,緑,青)に色分解して色情報を読取ることができ、各光電変換部で変換された電気信号を合成することでカラー原稿を読取ることができる。
図11に示した画像読取レンズ35として、この発明の画像読取レンズ(具体的には後述の実施例の何れかのもの)を用いることで小型化が可能となる。
The
The
図12は、画像読取装置の実施の別形態を示す。
符号41は原稿載置ガラス、符号43は画像読取ユニット、符号44は画像読取レンズ、符号45は撮像素子を示している。
FIG. 12 shows another embodiment of the image reading apparatus.
画像を読取られるべき原稿42は、原稿載置ガラス41の上面に平面的に定置される。画像読取ユニット43は、図面に直交する方向を長手方向とし、原稿載置ガラス41の原稿載置面に対して鏡面を傾けて配置されたミラー43e、43f、43gを保持し、図12において「符号43で示す位置」から「符号43’で示す位置」まで、一定速度:Vで移動する。
A
画像読取ユニット43はまた、照明手段として、図面に直交する方向に長い蛍光ランプ43a、43cおよび反射鏡43b、43dを保持している。蛍光ランプ43a及び43cは、画像読取ユニット43が図11の右方へ変位するときに発光し、原稿載置ガラス41上の原稿42を照明する。従って、画像読取ユニット43が符号43’で示す位置まで変位する間に原稿42は照明走査される。
The
原稿42が照明走査されるとき、原稿42の被照明部からの反射光は、ミラー43e、43f、43gで順次反射され、結像光束として画像読取レンズ44に入射する。このとき、全てのミラー43e、43f、43gは画像読取ユニット43に一体で保持されているため、原稿42の照明走査中において「原稿被照明部から画像読取レンズ44に至る光路長」は常に一定である。
When the
画像読取レンズ44に入射した結像光束は画像読取レンズの結像作用により撮像素子45の受光面に原稿42の縮小結像する。そして、図10に示した実施の形態と同様の方式により電気信号に変換され原稿情報が読取られる。
The imaging light beam incident on the image reading lens 44 forms a reduced image of the original 42 on the light receiving surface of the
図13は画像形成装置の実施の1形態を示している。
この画像形成装置は、装置上部に位置する画像読取装置200と、その下位に位置する画像形成部100とを有する。画像読取装置200の部分は、図11に即して説明したのと同様のものであり各部には図10と同じ符号を付してある。
FIG. 13 shows an embodiment of the image forming apparatus.
This image forming apparatus has an
原稿読取装置200における3ラインのCCDラインセンサであるラインセンサ(撮像素子)36から出力される画像信号は信号処理部120に送られ、信号処理部120において処理されて「書込み用の信号(イエロー・マゼンタ・シアン・黒の各色を書込むための信号)」に変換される。
An image signal output from a line sensor (imaging device) 36, which is a three-line CCD line sensor in the
画像形成部は、「潜像担持体」として円筒状に形成された光導電性の感光体110を有し、その周囲に、帯電手段としての帯電ローラ111、リボルバ式の現像装置113、転写ベルト114、クリーニング装置115が配設されている。帯電手段としては帯電ローラ111に代えて「コロナチャージャ」を用いることもできる。
The image forming unit includes a photoconductive
信号処理部120から書込み用の信号を受けて光走査により感光体110に書込みを行う光走査装置117は、帯電ローラ111と現像装置113との間において感光体110の光走査を行うようになっている。
An
符号116は定着装置、符号118はカセット、符号119はレジストローラ対、符号122は給紙コロ、符号121はトレイ、符号Sは「記録媒体」としての転写紙を示している。
画像形成を行うときは、光導電性の感光体110が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ111により均一帯電され、光走査装置117のレーザビームの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。
When image formation is performed, the photoconductive
「画像の書込み」は、感光体110の回転に従い、イエロー画像、マゼンタ画像、シアン画像、黒画像の順に行われ、形成された静電潜像はリボルバ式の現像装置113の各現像ユニットY(イエロートナーによる現像を行う)、M(マゼンタトナーによる現像を行う)、C(シアントナーによる現像を行う)、K(黒トナーによる現像を行う)により順次反転現像されてポジ画像として可視化され、得られた各色トナー画像は転写ベルト114上に、転写電圧印加ローラ114Aにより順次転写され、上記各色トナー画像が転写ベルト114上で重ね合わせられてカラー画像となる。
“Image writing” is performed in the order of a yellow image, a magenta image, a cyan image, and a black image in accordance with the rotation of the
転写紙Sを収納したカセット118は、画像形成装置本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Sの最上位の1枚が給紙コロ122により給紙され、給紙された転写紙Sはその先端部をレジストローラ対119に捕えられる。
The
レジストローラ対119は、転写ベルト114上の「トナーによるカラー画像」が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて転写紙Sを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Sは転写部においてカラー画像と重ね合わせられ、転写ローラ114Bの作用によりカラー画像を静電転写される。転写ローラ114Bは、転写時に転写紙Sをカラー画像に押圧させる。
The
カラー画像を転写された転写紙Sは定着装置116へ送られ、定着装置116においてカラー画像を定着され、図示されないガイド手段による搬送路を通り、図示されない排紙ローラ対によりトレイ121上に排出される。各色トナー画像が転写されるたびに感光体110の表面はクリーニング装置115によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。勿論、画像形成装置を「モノクロームの画像形成を行うように構成」できることは言うまでもない。
The transfer sheet S on which the color image has been transferred is sent to the
以下、画像読取レンズの具体的な実施例を7例挙げる。
実施例1〜6の画像読取レンズは、図1に示したように、4群4枚で、第2、第3レンズ間に絞りを有するテレフォトタイプのレンズ系である。
Hereinafter, seven specific examples of the image reading lens will be described.
As shown in FIG. 1, the image reading lenses of Examples 1 to 6 are telephoto type lens systems having four elements in four groups and a diaphragm between the second and third lenses.
各実施例における記号は、以下の通りである。
f :全系の合成焦点距離
FNo :Fナンバ
m :縮率
ω :半画角(度)
Y :物体高
r :レンズ面の曲率半径
d :面間隔
nd :レンズ材料の屈折率
νd :レンズ材料のアッベ数
dn/dt :d線の屈折率温度変化係数
Σdn/dt(凸) :正の屈折力を有するレンズのd線の屈折率温度変化係数
Σdn/dt(凹) :負の屈折力を有するレンズのd線の屈折率温度変化係数
「実施例1」
f:38.6,FNo=6.0,m=0.124,Y=108,ω=17.1度
実施例1のデータを表1に示す。
Symbols in each example are as follows.
f: Total focal length of the entire system
FNo: F number
m: Reduction rate
ω: Half angle of view (degrees)
Y: Object height
r: radius of curvature of lens surface
d: Surface spacing
nd: Refractive index of the lens material
νd: Abbe number of the lens material
dn / dt: d-line refractive index temperature change coefficient
Σdn / dt (convex): Refractive index temperature change coefficient of d-line of lens having positive refractive power
Σdn / dt (concave): Refractive index temperature change coefficient of d-line of lens having negative refractive power
"Example 1"
f: 38.6, FNo = 6.0, m = 0.124, Y = 108, ω = 17.1 degrees
The data of Example 1 is shown in Table 1.
表1において、j=C1、C2は、原稿載置ガラス(コンタクトガラス)の物体側面および像側面、j=C4、C5は、撮像素子のカバーガラスの物体側面および像側面である。また、j=5は「絞り」の面を示す。従って、レンズ面:rに関して、j=6が第3レンズの物体側面、j=7が第3レンズの像側面、j=8が第4レンズの物体側面、j=9が第4レンズの像側面であり、条件(4)におけるr6はj=7の面、r7はj=8の面である。以下の実施例2〜6においても同様である。 In Table 1, j = C1 and C2 are the object side surface and image side surface of the document placement glass (contact glass), and j = C4 and C5 are the object side surface and image side surface of the cover glass of the image sensor. J = 5 indicates the surface of the “aperture”. Therefore, with respect to the lens surface: r, j = 6 is the object side surface of the third lens, j = 7 is the image side surface of the third lens, j = 8 is the object side surface of the fourth lens, and j = 9 is the image of the fourth lens. In the condition (4), r 6 is a plane with j = 7, and r 7 is a plane with j = 8. The same applies to Examples 2 to 6 below.
実施例1に関する収差図を図2に示す。球面収差の図における破線は正弦条件を示す。また、非点収差の図では、実線がサジタル光線、破線がメリディオナル光線を示す。実施例2以下の収差図でも同様である。 Aberration diagrams relating to Example 1 are shown in FIG. The broken line in the spherical aberration diagram indicates the sine condition. Moreover, in the figure of astigmatism, a solid line shows a sagittal ray and a broken line shows a meridional ray. The same applies to the aberration diagrams of Example 2 and subsequent examples.
「実施例2」
f:23.9,FNo=6.0,m=0.124,Y=108,ω=26.5度
実施例2のデータを表2に示す。
"Example 2"
f: 23.9, FNo = 6.0, m = 0.124, Y = 108, ω = 26.5 degrees
The data of Example 2 is shown in Table 2.
実施例2に関する収差図を図3に示す。 Aberration diagrams relating to Example 2 are shown in FIG.
「実施例3」
f:17.2,FNo=6.0,m=0.124,Y=108,ω=34.7度
実施例3のデータを表3に示す。
"Example 3"
f: 17.2, FNo = 6.0, m = 0.124, Y = 108, ω = 34.7 degrees
The data of Example 3 is shown in Table 3.
実施例3に関する収差図を図4に示す。 Aberration diagrams relating to Example 3 are shown in FIG.
「実施例4」
f:38.7,FNo=6.0,m=0.124,Y=108,ω=17.1度
実施例4のデータを表4に示す。
Example 4
f: 38.7, FNo = 6.0, m = 0.124, Y = 108, ω = 17.1 degrees
The data of Example 4 is shown in Table 4.
実施例4に関する収差図を図5に示す。 Aberration diagrams relating to Example 4 are shown in FIG.
「実施例5」
f:23.9,FNo=6.0,m=0.124,Y=108,ω=26.6度
実施例5のデータを表5に示す。
"Example 5"
f: 23.9, FNo = 6.0, m = 0.124, Y = 108, ω = 26.6 degrees
The data of Example 5 is shown in Table 5.
実施例5に関する収差図を図6に示す。 Aberration diagrams relating to Example 5 are shown in FIG.
「実施例6」
f:17.2,FNo=6.0,m=0.124,Y=108,ω=34.7度
実施例6のデータを表6に示す。
"Example 6"
f: 17.2, FNo = 6.0, m = 0.124, Y = 108, ω = 34.7 degrees
The data of Example 6 is shown in Table 6.
実施例6に関する収差図を図7に示す。 Aberration diagrams relating to Example 6 are shown in FIG.
「実施例7」
f:17.4,FNo=6.0,m=0.124,Y=108,ω=34.5度
実施例7のデータを表7に示す。
"Example 7"
f: 17.4, FNo = 6.0, m = 0.124, Y = 108, ω = 34.5 degrees
The data of Example 7 is shown in Table 7.
実施例7の収差図を図8に示す。 The aberration diagram of Example 7 is shown in FIG.
各実施例の条件(1)〜(7)の値を表8に示す。 Table 8 shows values of the conditions (1) to (7) of the respective examples.
各実施例における第1レンズから第4レンズまでの焦点距離:f1〜f4の、全系の焦点距離:fに対する比を表9に示す。 Table 9 shows the ratio of the focal lengths f 1 to f 4 from the first lens to the fourth lens in each example to the focal length f of the entire system.
上記の如く、実施例1〜7の画像読取レンズとも条件(1)〜(9)を満足している。そして、各実施例とも収差図に示すように性能良好である。 As described above, the image reading lenses of Examples 1 to 7 also satisfy the conditions (1) to (9). In each example, the performance is good as shown in the aberration diagrams.
1 第1レンズ
2 第2レンズ
3 第3レンズ
4 第4レンズ
1 First lens
2 Second lens
3 Third lens
4 Fourth lens
Claims (10)
画像読取レンズ全系の焦点距離:f、画像読取レンズ全系の厚さ:Σd、第3レンズと第4レンズの光軸上の間隔:d7 、第1レンズと第3レンズのd線の屈折率温度係数の和:Σdn/dt(凸)[10 -6 /℃]、第2レンズと第4レンズのd線の屈折率温度係数の和:Σdn/dt(凹) [10 -6 /℃]が、条件:
(1) 0.6f < Σd < 0.8f
(2) 0.07 < d7/Σd < 0.15
(7) -8 < Σdn/dt(凸)-Σdn/dt(凹) < 0
を満足することを特徴とする画像読取レンズ。 In order from the object side, a first lens with a positive meniscus with the convex surface facing the object side, a second lens with a biconcave surface, a stop, a third lens with a biconvex surface, and a fourth lens with a negative meniscus with the concave surface facing the object side are arranged. An image reading lens comprising:
Focal length of the entire image reading lens system: f, thickness of the entire image reading lens system: Σd, distance on the optical axis between the third lens and the fourth lens: d 7 , d line between the first lens and the third lens Sum of refractive index temperature coefficients: Σdn / dt (convex) [10 -6 / ° C], Sum of refractive index temperature coefficients of d-line of second lens and fourth lens: Σdn / dt (concave) [10 -6 / ° C] is the condition:
(1) 0.6f <Σd <0.8f
(2) 0.07 <d 7 / Σd <0.15
(7) -8 <Σdn / dt (convex) -Σdn / dt (concave) <0
An image reading lens characterized by satisfying
第3レンズのレンズ厚:d6、画像読取レンズ全系の厚さ:Σdが、条件:
(3) 0.3 < d6/Σd < 0.5
を満足することを特徴とする画像読取レンズ。 The image reading lens according to claim 1,
The lens thickness of the third lens: d 6 , the thickness of the entire image reading lens system: Σd, the condition:
(3) 0.3 <d 6 / Σd <0.5
An image reading lens characterized by satisfying
画像読取レンズ全系の焦点距離:f、第3レンズの第2面の曲率半径:r6、第4レンズの第1面の曲率半径:r7が、条件:
(4) 3.2 < (1/r6-1/r7)f < 3.7
を満足することを特徴とする画像読取レンズ。 The image reading lens according to claim 1 or 2,
The focal length of the entire image reading lens system is f, the radius of curvature of the second surface of the third lens is r 6 , and the radius of curvature of the first surface of the fourth lens is r 7.
(4) 3.2 <(1 / r 6 -1 / r 7 ) f <3.7
An image reading lens characterized by satisfying
第1レンズのd線の屈折率:nd1、第4レンズのd線の屈折率:nd4、第1レンズのアッベ数:νd1、第4レンズのアッベ数:νd4が、条件:
(5) -0.4 < nd1-nd4 < -0.08
(6) 20 < νd1-νd4 < 60
を満足することを特徴とする画像読取レンズ。 The image reading lens according to any one of claims 1 to 3,
The refractive index of the d-line of the first lens: nd 1 , the refractive index of the d-line of the fourth lens: nd 4 , the Abbe number of the first lens: νd 1 , and the Abbe number of the fourth lens: νd 4 :
(5) -0.4 <nd 1 -nd 4 <-0.08
(6) 20 <νd 1 -νd 4 <60
An image reading lens characterized by satisfying
第1レンズ〜第4レンズが全てガラスレンズであり、砒素、鉛等の有害物質を含有していないことを特徴とする画像読取レンズ。An image reading lens, wherein the first lens to the fourth lens are all glass lenses and do not contain harmful substances such as arsenic and lead.
少なくとも1枚のレンズは非円形の外形形状であることを特徴とする画像読取レンズ。An image reading lens, wherein at least one lens has a non-circular outer shape.
射出成形法により成形されるプラスチック鏡筒を用いることを特徴とする画像読取レンズ。An image reading lens comprising a plastic lens barrel molded by an injection molding method.
画像読取レンズとして、請求項1〜7の任意の1に記載の画像読取レンズを用いたことを特徴とする画像読取装置。An image reading apparatus using the image reading lens according to claim 1 as an image reading lens.
原稿載置面から撮像素子に至る光路を折り曲げるための1以上のミラー、照明系、画像読取レンズ、撮像素子が画像読取ユニットとして一体に構成され、この画像読取ユニットの走査により、上記原稿載置面上の原稿の画像情報を読取ることを特徴とする画像読取装置。 The image reading apparatus according to claim 8.
One or more mirrors, an illumination system, an image reading lens, and an image sensor for bending an optical path from the document placement surface to the image sensor are integrally configured as an image read unit. An image reading apparatus for reading image information of a document on a surface .
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