JPH0583717U

JPH0583717U - 結像光学系

Info

Publication number: JPH0583717U
Application number: JP3130792U
Authority: JP
Inventors: 信一永田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1993-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】簡素な構成、画角が広い、結像面が光学系の
外にある、像面湾曲がないという特性をすべて備えた結
像光学系を提供する。【構成】凹面鏡８と非球面レンズ４との間に凸面鏡１
０が配置される。また、物体面（画像１２）からの光束
の少なくとも一部を非球面レンズ４を介して凹面鏡８に
導くとともに、凸面鏡１０によって反射され、さらに凹
面鏡８により再度反射された後、非球面レンズ４を透過
してきた光束を像面１４に導くための直角ミラー２が設
けられる。しかも、結像光学系は次の不等式０．９＜２ｄ0 ・ｄ3 ／ｒ3 （ｄ0 ＋ｄ3 ）＜１．１０．９＜２ｒ3 ／（ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｒ4 ）＜１．１ただし、物体面から凹面鏡までの間隔をｄ0 、非球面レ
ンズと凹面鏡の間隔をｄ2 、凹面鏡の曲率半径をｒ3 、
凹面鏡と凸面鏡の間隔をｄ3 、凸面鏡の曲率半径をｒ4
、を満足する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、物体面を所定の像面に結像するための結像光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】

原稿画像を読み取る画像読取装置では、例えば原稿を所定方向に走行させながら原稿のスリット状画像を結像光学系によってラインセンサー上に結像するようになっている。従来より、この結像光学系として、シュミットタイプの光学系の一部を修正して、有限距離だけ離れたところに位置する物体を所定像面に結像させることができる光学系を用いることが提案されている。というのも、シュミットタイプ光学系が、図１０に示すように、非球面レンズ４と凹面鏡８を組合わせたものであり、構成が簡素であるという構造的特徴に加え、広画角を有するという光学的特徴を有しているからである。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような光学系を結像光学系として画像読取装置に組み込む場合には、次の問題が生じる。まず、第１番目の問題としては、像面（画像入力センサー）１４が結像光学系の中にあることから、特にセンサーの寸法がその結像光学系に比べて大きい場合には、そのセンサーの配置が困難となる。

【０００４】また、図１０の結像光学系では像面１４が湾曲するため、直線状の画像入力センサー、つまりラインセンサーを使用することができないという問題もある。

【０００５】なお、上記ではスリット状画像をラインセンサーに結像して原稿画像を読み取る場合について説明したが、図１０の結像光学系によって原稿の２次元画像を平面状の画像入力センサーに結像する場合にも、上記と同様の問題が生じる。

【０００６】この考案は、上記課題を解消するためになされたもので、 (1) 簡素な構成、 (2) 画角が広い、 (3) 像面が光学系の外にある、 (4) 像面湾曲がないという特性をすべて備えた結像光学系を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この考案は、非球面レンズと、凹面鏡とを備え、物体面を像面に結像する結像光学系であって、上記目的を達成するために、前記凹面鏡と前記非球面レンズとの間に配置され、前記凹面鏡からの光束を反射して再度前記凹面鏡に入射する凸面鏡と、前記物体面からの光束の少なくとも一部を前記非球面レンズを介して前記凹面鏡に導くとともに、前記凸面鏡によって反射され、さらに前記凹面鏡により再度反射された後、前記非球面レンズを透過してきた光束を前記像面に導く光束分離手段とをさらに備え、しかも次の不等式

【０００８】

【数１】

【０００９】

【数２】

【００１０】ただし、物体面から凹面鏡までの間隔をｄ0 、非球面レンズと凹面鏡の間隔をｄ2 、凹面鏡の曲率半径をｒ3 、凹面鏡と凸面鏡の間隔をｄ3 、凸面鏡の曲率半径をｒ4 、を満足している。

【００１１】

【作用】この考案にかかる結像光学系によれば、非球面レンズと凹面鏡とからなるシュミット光学系を基本構成とし、さらに前記凹面鏡と前記非球面レンズとの間に配置され、前記凹面鏡からの光束を反射して再度前記凹面鏡に入射する凸面鏡と、前記物体面からの光束の少なくとも一部を前記非球面レンズを介して前記凹面鏡に導くとともに、前記凸面鏡によって反射され、さらに前記凹面鏡により再度反射された後、前記非球面レンズを透過してきた光束を前記像面に導く光束分離手段とが追加されている。

【００１２】さらに、この結像光学系では、数１及び数２が満足されている。以下、図９を参照しつつ数１及び数２の意味についてそれぞれ説明する。

【００１３】数１は物体面を凸面鏡の表面に結像させるための条件を示している。すなわち、物体面から凹面鏡８までの距離をｄ0 、凹面鏡８の曲率半径をｒ3 、凹面鏡８と凸面鏡１０の間隔をｄ3 とし、非球面レンズ（図示省略）の影響を無視すれば、凹面鏡８の焦点距離はｒ3 ／２であることから、１／ｄ0 ＋１／ｄ3 ＝２／ｒ3 の関係式が成立する。さらに、この式の両辺の比をとり、変形すれば、２ｄ0 ・ｄ3 ／ｒ3 （ｄ0 ＋ｄ3 ）＝１が得られる。しかしながら、この変形式は非球面レンズの影響や球面収差の影響を無視しているため、実際には±１０％ほどのアレンジが可能である。したがって、次の不等式０．９＜２ｄ0 ・ｄ3 ／ｒ3 （ｄ0 ＋ｄ3 ）＜１．１を満足すれば、凹面鏡８による物体面の結像位置に凸面鏡１０が配置されることとなり、その像が同じ光学系、すなわち凹面鏡８及び非球面レンズによって所定の像面に再結像される。

【００１４】次いで、数２の意味について説明する。凸面鏡１０表面を主光線に対して垂直に保てば、凸面鏡１０表面に結像された像はそれまでの光路を逆進する。ここで、逆進のための条件について考えてみる。図９に示すように、非球面レンズ（図示省略）と凹面鏡８の間隔をｄ2 、凸面鏡１０の曲率半径をｒ4 とすると、凹面鏡８の法線ＰＯは角ＳＰＱを２等分すべきだから、ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｒ4 ＝２ｒ3 の関係式が成立する。さらに、この関係式の両辺の比をとり、整理すると、２ｒ3 ／（ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｒ4 ）＝１が得られる。しかしながら、この式の導出過程においては、非球面レンズの厚みを無視し、かつ絞りが非球面レンズに接しているとの前提に立っているため、実際には±１０％ほどのアレンジが可能である。したがって、次の不等式０．９＜２ｒ3 ／（ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｒ4 ）＜１．１を満足すれば、凸面鏡１０表面に結像された像はそれまでの光路を逆進する。したがって、凸面鏡１０からの反射光束は凹面鏡８により再度反射された後、非球面レンズを介して光束分離手段（図示省略）に入射され、所定の像面に導かれる。

【００１５】なお、非球面レンズは球面収差を補正するために配置されるものである。

【００１６】

【実施例】

図１は、この考案にかかる結像光学系の一実施例を示す斜視図である。また、図２及び図３はそれぞれ図１の平面図及び側面図である。この結像光学系は、これらの図に示すように、直角ミラー２、非球面レンズ４、絞り６、凹面鏡８及び凸面鏡１０で構成されている。なお、図２に示すように、直角ミラー２と非球面レンズ４の間に遮光板１６が設けられており、物体面からの光が直接像面１４に入射されるのを防止している。

【００１７】この結像光学系では、原稿画像（物体面）のスリット状画像１２からの光束の一部が直角ミラー２のミラー面２ａで反射され、非球面レンズ４に入射される。そして、非球面レンズ４の直後に配置された絞り６を通過した光束は凹面鏡８で反射され、凸面鏡１０に導かれる。この光束は凸面鏡１０で反射され、再度凹面鏡８に入射され、さらに図２から明らかなように、その凹面鏡８で反射された後、絞り６，非球面レンズ４を介して直角ミラー２のミラー面２ｂに入射される。そして、ミラー面２ｂからの光束が所定の像面１４に集光される。こうして、原稿画像のスリット状画像１２が像面１４に結像され、図示を省略するラインセンサーによって読み取られる。

【００１８】なお、物体面（原稿画像）から直角ミラー２までの距離は、３２．３６４であり、直角ミラー２から非球面レンズ４の第１面Ｓ4aまでの距離は２０である。また、それより像面１４側に配置された光学素子（非球面レンズ４，凹及び凸面鏡８，１０）のデータは表１に示す通りである。

【００１９】

【表１】

【００２０】なお、同表において、ｒ1 ，ｒ2 はそれぞれ非球面レンズ４の物体側及び像面側の面Ｓ4a，Ｓ4bの曲率半径である。特に、非球面レンズ４の物体側を向いた面Ｓ4aの形状はＺ＝Ａｈ⁴＋Ｂｈ⁶ ただし、非球面定数Ａ＝５．１４５×１０^-5 Ｂ＝−１．１８×１０^-6 で表される。また、ｒ3 ，ｒ4 はそれぞれ凹面鏡８，凸面鏡１０の曲率半径である。間隔ｄ1 は非球面レンズ４の厚みを示し、また間隔ｄ2 は非球面レンズ４と凹面鏡８との距離を示し、さらに間隔ｄ3 は凹面鏡８と凸面鏡１０との距離を示している。さらに、ｎd ，νd はそれぞれｄ線に対する非球面レンズ４の屈折率及びアッベ数を示している。

【００２１】また、結像光学系のＮＡは０．０５であり、物体全長は８０である、すなわち全画角は７２．８゜である。

【００２２】上記データから、物体面（原稿）から凹面鏡８までの距離ｄ0 は、ｄ0 ＝８３．８０２となる。また、値｛２ｄ0 ・ｄ3 ／ｒ3 （ｄ0 ＋ｄ3 ）｝，｛２ｒ3 ／（ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｒ4 ）｝は、それぞれ２ｄ0 ・ｄ3 ／ｒ3 （ｄ0 ＋ｄ3 ）＝１．００２２ｒ3 ／（ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｒ4 ）＝０．９９４となり、この実施例の結像光学系が数１及び数２を満足していることが明らかである。

【００２３】図４ないし図６は図１の結像光学系の横収差図であり、それぞれ光軸上の物点に対する結果、物高２８に対する結果及び物高４０に対する結果を示している。なお、これらの図において、１点鎖線，実線及び点線はｇ線（４３５．８ｎｍ），ｅ線（５４６．１ｎｍ）及びｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する横収差を示している。これらの図からわかるように、この結像光学系は、６５６ｎｍの赤色から４３６ｎｍの紫色までの光に対して、良好な結像性能を有している。

【００２４】以上のように、この実施例によれば、シュミット光学系を基本構成としているために、簡素な構成で、しかも広画角（全画角＝７２．８゜）を有する結像光学系が形成される。しかも、像面１４が光学系の外側にあるために、結像光学系に対する画像入力センサーの大きさを考慮することなく、その像面１４に画像入力センサーを配置することによってスリット状画像１２を撮像することができる。また、像面湾曲がなくなるため、直線状の画像入力センサー、つまりラインセンサーを使用することができる。

【００２５】なお、上記実施例では、絞り６を非球面レンズ４の直後に配置しているが、絞り４の配設位置はこれに限定されるものではなく、例えば非球面レンズ４の直前や非球面レンズ４より凹面鏡６側でその非球面レンズ４から少し離れた位置に配置してもよい。さらに、非球面レンズ４のレンズ枠を絞りとして機能させてもよい。

【００２６】図７は、この考案にかかる結像光学系の他の実施例を示す斜視図である。また、図８は図７の側面図である。この実施例の結像光学系が先に説明した実施例と大きく相違する点は、直角ミラー２の代わりにハーフミラー１８が用いられている点である。なお、その他の構成は両者ともほぼ同一である。

【００２７】図８に示すように、この実施例では、原稿画像のスリット状画像１２からの光束はハーフミラー１８を介して非球面レンズ４に入射され、さらに絞り６を通過し、凹面鏡８に入射される。そして、その凹面鏡８で反射された光束が凸面鏡１０によって反射されて、再度凹面鏡８に入射される。その後、その凹面鏡８からの光束が、絞り６，非球面レンズ４及びハーフミラー１８を通過して像面１４に集光される。こうして、原稿画像のスリット状画像１２が像面１４に結像され、図示を省略するラインセンサーによって読み取られる。

【００２８】したがって、この実施例によれば、先に説明した実施例と同様の効果が得られる。

【００２９】なお、この実施例では、原稿画像１２と像面１４との配置関係を逆にしても同様の結果が得られることは言うまでもない。

【００３０】また、上記実施例では、スリット状画像１２をラインセンサーに結像して原稿画像を読み取る場合について説明したが、原稿の２次元画像を平面状の画像入力センサーに結像する場合にも、上記実施例を適用することができ、同様の効果が得られる。

【００３１】また、上記説明において特に言及しなかったが、凸面鏡１０は非球面レンズ４を透過してきた光束の大きな障害とならないようにするため、偏平な形状に製作されるのが好適である。

【００３２】

【考案の効果】

以上のように、この考案によれば、凹面鏡と非球面レンズとからなるシュミットタイプ光学系を基本構成としているので、簡素な構成で、広画角の結像光学系が得られる。

【００３３】また、前記物体面からの光束の少なくとも一部を前記非球面レンズを介して前記凹面鏡に導くとともに、前記凸面鏡によって反射され、さらに前記凹面鏡により再度反射された後、前記非球面レンズを透過してきた光束を前記像面に導くようにしている。しかも、結像光学系は次の不等式０．９＜２ｄ0 ・ｄ3 ／ｒ3 （ｄ0 ＋ｄ3 ）＜１．１０．９＜２ｒ3 ／（ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｒ4 ）＜１．１ただし、物体面から凹面鏡までの間隔をｄ0 、非球面レンズと凹面鏡の間隔をｄ2 、凹面鏡の曲率半径をｒ3 、凹面鏡と凸面鏡の間隔をｄ3 、凸面鏡の曲率半径をｒ4 、を満足している。そのため、前記像面を光学系の外側に形成することができ、しかも像面湾曲をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案にかかる結像光学系の一実施例を示す
斜視図である。

【図２】図１の結像光学系の平面図である。

【図３】図１の結像光学系の側面図である。

【図４】光軸上の物点に対する横収差を示す図である。

【図５】物高２８に対する横収差を示す図である。

【図６】物高４０に対する横収差を示す図である。

【図７】この考案にかかる結像光学系の他の実施例を示
す斜視図である。

【図８】図７の結像光学系の側面図である。

【図９】凹面鏡と凸面鏡との光学的関係を示す模式図で
ある。

【図１０】従来より知られているシュミット光学系を示
す図である。

【符号の説明】

２直角ミラー（光束分離手段）４非球面レンズ８凹面鏡１０凸面鏡１２原稿画像（物体面）１４像面１８ハーフミラー（光束分離手段）

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】非球面レンズと、凹面鏡とを備え、物体
面を像面に結像する結像光学系において、前記凹面鏡と前記非球面レンズとの間に配置され、前記
凹面鏡からの光束を反射して再度前記凹面鏡に入射する
凸面鏡と、前記物体面からの光束の少なくとも一部を前記非球面レ
ンズを介して前記凹面鏡に導くとともに、前記凸面鏡に
よって反射され、さらに前記凹面鏡により再度反射され
た後、前記非球面レンズを透過してきた光束を前記像面
に導く光束分離手段とをさらに備え、しかも、次の不等式０．９＜２ｄ0 ・ｄ3 ／ｒ3 （ｄ0 ＋ｄ3 ）＜１．１０．９＜２ｒ3 ／（ｄ2 ＋ｄ3 ＋ｒ4 ）＜１．１ただし、物体面から凹面鏡までの間隔をｄ0 、非球面レンズと凹面鏡の間隔をｄ2 、凹面鏡の曲率半径をｒ3 、凹面鏡と凸面鏡の間隔をｄ3 、凸面鏡の曲率半径をｒ4 、を満足することを特徴とする結像光学系。