JPH07159690A - 原稿読取用レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２群２枚とコンパクトで簡単な構成で、しかも
性能良好な原稿読取用レンズを実現する。 【構成】正レンズ１，２の２枚で構成され、少なくとも
１枚のレンズ２が、屈折率分布型レンズである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は読取読取用レンズに関
する。このレンズはファクシミリやデジタル複写機、あ
るいはコンピューターやワードプロセッサー用のイメー
ジスキャナに利用できる。

【０００２】

【従来の技術】原稿画像をＣＣＤ等の固体撮像素子で走
査して信号化する原稿読み取りは、ファクシミリやデジ
タル複写機、コンピューターやワードプロセッサー等の
イメージスキャナにおいて、広く行われている。

【０００３】このような原稿読み取りにおいて、原稿画
像の縮小像を固体撮像素子上に結像する「原稿読取用レ
ンズ」には一般に、像面上において高空間周波数まで高
いコントラストをもった像を結像できること、画像周辺
部まで１００％に近い開口効率を有することが要請され
る。また、原稿読取装置の小型化や読取の高速化のため
には、原稿読取用レンズは広画角で大口径であることが
望まれる。

【０００４】このような要請に答えられるものとして、
例えば、半画角：１９度、Ｆ／Ｎｏ：５．６程度の性能
を実現しようとすると、一般的にレンズの構成枚数は６
枚程度となり、原稿読取装置の小型化を達成するのが難
しく、またコストの面でも高いものについてしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、２群２枚構成と、構
成レンズ枚数が極めて少ないにも拘らず、性能良好で明
るく、広画角な原稿読取用レンズの提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の読取用スキャ
ナレンズは図１に示すように物体側から像側へ向かって
順次、第１，第２群を配してなる。第１群である第１レ
ンズ１も第２群である第２レンズ２も、共に「正レン
ズ」であり、これら２枚の正レンズのうち、少なくとも
１枚が、「屈折率分布型レンズ」である（請求項１）。

【０００７】屈折率分布型レンズは、屈折率が光軸方向
に変化する「アクシアル型」とすることもできるし、光
軸からの距離に応じて屈折率が変化する「ラジアル型」
とすることもできる。

【０００８】屈折率分布型レンズを「アクシアル型」と
する場合は、そのレンズ形状をメニスカス形状とし、凸
面位置におけるアッベ数を、凹面位置におけるアッベ数
よりも大きくすることが好ましい（請求項２）。この場
合、さらに、凸面位置での屈折率を、凹面位置での屈折
率より大きくすることができる（請求項３）。

【０００９】また、屈折率分布型レンズを「ラジアル
型」とする場合、屈折率の分布は、光軸上の屈折率をＮ
₀、光軸からの距離をＨ、高次の分布係数をＮ₁，Ｎ₂，
Ｎ₃およびＮ₄をとして、 Ｎ（Ｈ）＝Ｎ₀＋Ｎ₁・Ｈ²＋Ｎ₂・Ｈ⁴＋Ｎ₃・Ｈ⁶＋Ｎ₄・Ｈ⁸ で表すとき、上記分布係数：Ｎ₁を「負」とするのが好
ましい（請求項４）。

【００１０】

【作用】上記のように、この発明においては、レンズ構
成が２枚の正レンズによる２群２枚構成であり、その内
の少なくとも１枚が屈折率分布型レンズである。２枚の
レンズのうちの少なくとも一方を屈折率分布型レンズと
し、屈折率の分布の調整により、諸収差の補正が容易に
可能である。また、２枚のレンズを共に正レンズとする
ことにより、パワー配置を対称型に近付けることが出
来、高次収差の発生を抑えることが出来る。

【００１１】請求項２記載の発明では、屈折率分布型レ
ンズがアクシアル型で、メニスカス形状であり、凸面位
置におけるアッベ数が、凹面位置におけるアッベ数より
も大きい。このようにすることにより、軸上色収差の発
生を抑えることが出来る。

【００１２】即ち、アッベ数：νを持つ媒質による屈折
面による軸上色収差は、屈折面のパワーをＰとすると、
周知の如く「Ｐ／ν」で与えられる。メニスカス形状で
アクシアル型の屈折率分布型レンズにおいて、凸面のパ
ワーを「Ｐ_P」、凹面のパワーを「−Ｐ_N」とし、上記凸
面の位置におけるアッベ数を「ν_P」、凹面の位置にお
けるアッベ数を「ν_N」とすると、この屈折率分布型レ
ンズによる軸上色収差は、「（Ｐ_P／ν_P）−（Ｐ_N／
ν_N）」で与えられる。

【００１３】軸上色収差が理想的に補正された状態で
は、「（Ｐ_P／ν_P）−（Ｐ_N／ν_N）＝０」即ち、「（Ｐ
_P／Ｐ_N）＝（ν_P／ν_N）」であり、この屈折率分布型レ
ンズは正レンズで、Ｐ_P＞Ｐ_Nであるから、上記軸上色収
差を補正するにはν_P＞ν_N、即ち、凸面位置におけるア
ッベ数：ν_Pを、凹面位置におけるアッベ数：ν_Nよりも
大きくすれば良いのである。

【００１４】また、請求項３記載の発明のように、屈折
率分布型レンズの凸面位置での屈折率を、凹面位置での
屈折率より大きくすると、ペッツバール和およびその他
の収差を、より良好に補正することが可能である。

【００１５】請求項４記載の発明のように、屈折率分布
型レンズとしてラジアル型を用い、屈折率の変化を規定
する、式：Ｎ（Ｈ）＝Ｎ₀＋Ｎ₁・Ｈ²＋Ｎ₂・Ｈ⁴＋Ｎ₃・
Ｈ⁶＋Ｎ₄・Ｈ⁸における２次の分布係数：Ｎ₁を負とする
ことにより、光軸を離れるに従い屈折率が小さくなるよ
うにすることにより「媒質自体に正のパワーを持たせ」
て、屈折面の屈折力を軽減させることができ、ペッツバ
ール和の補正が容易となる。

【００１６】

【実施例】以下、具体的な実施例を４例挙げる。図１に
示すように、物体側（図の左方）から数えて第ｉ番目の
レンズ面の曲率半径をｒ_i（ｉ＝１〜４）、第ｉ番目と
第ｉ＋１番目のレンズ面の間の光軸上の面間隔をｄ
_i（ｉ＝１〜３）、物体側から数えて第ｊ番目のレンズ
の材料の屈折率をｎ_j、アッベ数をν_j（ｊ＝１〜２）と
する。また、ｆは全系の合成焦点距離、Ｆ/Ｎｏは明る
さ、ωは半画角、ｍは倍率である。

【００１７】さらに、図１に符号０をもって示す原稿ガ
ラスに就き、物体側および像側面の曲率半径をｒ₀，
ｒ₀’、厚さをｄ₀、屈折率およびアッベ数をｎ₀，ν₀で
表す。また、図１に符号３をもって示す、固体撮像素子
（ＣＣＤ）のカバーガラスの物体側および像側の面の曲
率半径をｒ₅，ｒ₆、厚さをｄ₅、屈折率およびアッベ数
をｎ₃，ν₃で表す。

【００１８】アクシアル型の屈折率分布型レンズに就い
ては、屈折率の分布を、物体側頂点における屈折率：Ｎ
₀、物体側頂点からの距離：Ｘ、高次の分布係数：Ｎ₁，
Ｎ₂，Ｎ₃およびＮ₄を用いて、 Ｎ（Ｘ）＝Ｎ₀＋Ｎ₁・Ｘ＋Ｎ₂・Ｘ²＋Ｎ₃・Ｘ³＋Ｎ₄・Ｘ⁴ で表す。

【００１９】従って、屈折率分布型レンズの屈折率に関
しては、上記式Ｎ（Ｈ），Ｎ（Ｘ）に於ける、Ｎ₀，
Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄を与えて特定する。

【００２０】実施例１（図１参照） ｆ＝４３．０ｍｍ，Ｆ／Ｎｏ＝５．６，ｍ＝０．１１０２，ω＝１９度 ｒ₀ ∞ ｄ₀ ３．０００ ｎ₀ １．５１６８０ ν₀ ６４．２ ｒ₀’ ∞ ｒ₁ １４．８０５ ｄ₁ ６．０００ ｎ₁ Ｎ（Ｘ） ν₁ ν（Ｘ） ｒ₂ １０．０３６ ｄ₂ ９．３６９ ｒ₃ ８９．５５１ ｄ₃ １．０００ ｎ₂ １．９００００ ν₂ ６１．７ ｒ₄ −１２４．６８２ ｒ₅ ∞ ｄ₅ １．０００ ｎ₃ １．５１６８０ ν₃ ６４．２ ｒ₆ ∞ 。

【００２１】 アクシアル型の屈折率分布レンズ（第１レンズ１）のＮ（Ｘ） ｄ線 ｇ線 Ｎ₀ １．９００００ １．９２６８６ Ｎ₁ −４．６９８×１０~² −４．７３７×１０~² Ｎ₂ −５．５３６×１０~⁴ −５．１３２×１０~⁴ Ｎ₃ １．２８９×１０~⁴ １．６６６×１０~⁴ Ｎ₄ −１．３１１×１０~⁶ −５．８４０×１０~⁶ 。

【００２２】第１レンズ１の凸面（第１面；Ｘ＝０）に
おける屈折率は、ｄ線に対して１．９００００，ｇ線に
対して１．９２６８６であり、凹面（第２面；Ｘ＝６．
０００）の位置における屈折率は、ｄ線に対して１．６
１７０７，ｇ線に対して１．６４５３６であるから、凸
面位置における屈折率は、ｄ，ｇ線の何れに対しても、
凹面位置における屈折率よりも大きい（請求項３）。ま
た、第１レンズ１のアッベ数：ν₁＝ν（Ｘ）は、Ｆ線
およびＣ線に対する屈折率：Ｎ_C（Ｘ），Ｎ_F（Ｘ）と、
上記ｄ線に対する屈折率：Ｎ_d（Ｘ）を用いて、定義に
より、ν₁（Ｘ）＝｛Ｎ_d（ｘ）−１｝／｛Ｎ_F（Ｘ）−
Ｎ_C（Ｘ）｝で与えられる。従って、第１レンズ１の凸
面（第４面；Ｘ＝０）の位置におけるアッベ数は４２．
８、凹面（第３面；Ｘ＝６．０００）の位置におけるア
ッベ数は２８．６であり、凸面の位置におけるアッベ数
が、凹面の位置におけるアッベ数より大きい（請求項
２）。

【００２３】実施例２（図３参照） ｆ＝４３．０ｍｍ，Ｆ／Ｎｏ＝５．６，ｍ＝０．１１０２，ω＝１９度 ｒ₀ ∞ ｄ₀ ３．０００ ｎ₀ １．５１６８０ ν₀ ６４．２ ｒ₀’ ∞ ｒ₁ ２１．２６０ ｄ₁ ６．０００ ｎ₁ Ｎ（Ｈ） ν₁（Ｈ） ｒ₂ １２．１１３ ｄ₂ １２．２７１ ｒ₃ -733.424 ｄ₃ １．０００ ｎ₂ １．９００００ ν₂ ８０．０ ｒ₄ −４９．４０６ ｒ₅ ∞ ｄ₅ １．０００ ｎ₃ １．５１６８０ ν₃ ６４．２ ｒ₆ ∞ 。

【００２４】 ラジアル型の屈折率分布レンズ（第１レンズ１）のＮ（Ｈ） ｄ線 ｇ線 Ｎ₀ １．９００００ １．９３８１５ Ｎ₁ −２．７５９×１０~³ −２．８０１×１０~³ Ｎ₂ ９．７７１×１０~⁷ １．０２９×１０~⁶ Ｎ₃ ６．３２１×１０~¹⁰ −２．３９０×１０~¹² Ｎ₄ ９．５４３×１０~¹² １．２７０×１０~¹¹ 。

【００２５】実施例３（図５参照） ｆ＝４３．０ｍｍ，Ｆ／Ｎｏ＝５．６，ｍ＝０．１１０２，ω＝１９度 ｒ₀ ∞ ｄ₀ ３．０００ ｎ₀ １．５１６８０ ν₀ ６４．２ ｒ₀’ ∞ ｒ₁ ２８．３０９ ｄ₁ ２．３９４ ｎ₁ １．９０００ ν₁ ８０．０ ｒ₂ ４９．９５７ ｄ₂ １１．０７０ ｒ₃ −１４．４５０ ｄ₃ ５．１１５ ｎ₂ Ｎ（Ｘ） ν₂ ν（Ｘ） ｒ₄ −２２．００８ ｒ₅ ∞ ｄ₅ １．０００ ｎ₃ １．５１６８０ ν₃ ６４．２ ｒ₆ ∞ 。

【００２６】 アクシアル型の屈折率分布レンズ（第２レンズ２Ａ）のＮ（Ｘ） ｄ線 ｇ線 Ｎ₀ １．８９９９６ １．９４４９６ Ｎ₁ ８．２４１×１０~² ８．１７２×１０~² Ｎ₂ １．２３７×１０~² ８．６８８×１０~³ Ｎ₃ −２．９２９×１０~³ −１．２２５×１０~³ Ｎ₄ ３．００３×１０~⁴ １．２２１×１０~⁴ 。

【００２７】第２レンズ２Ｂの凸面（第４面；Ｘ＝５．
１１５）における屈折率は、ｄ線に対して２．４５８７
１，ｇ線に対して２．５０９９１であり、凹面（第３
面；Ｘ＝０）の位置における屈折率は、ｄ線に対して
１．８９９９６，ｇ線に対して１．９４４９６であるか
ら、凸面位置における屈折率は、ｄ，ｇ線の何れに対し
ても、凹面位置における屈折率よりも大きい（請求項
３）。また、第２レンズ２Ｂのアッベ数：ν₂＝ν
（Ｘ）は、第２レンズ２Ｂの凸面（第４面；Ｘ＝１５．
１１５）の位置におけるアッベ数は３６．８、凹面（第
３面；Ｘ＝０）の位置におけるアッベ数は２６．３であ
り、凸面の位置におけるアッベ数が、凹面の位置におけ
るアッベ数より大きい（請求項２）。

【００２８】実施例４（図７参照） ｆ＝４３．０ｍｍ，Ｆ／Ｎｏ＝５．６，ｍ＝０．１１０２，ω＝１９度 ｒ₀ ∞ ｄ₀ ３．０００ ｎ₀ １．５１６８０ ν₀ ６４．２ ｒ₀’ ∞ ｒ₁ ３６．４２６ ｄ₁ １．０００ ｎ₁ １．９００００ ν₁ ８０．０ ｒ₂ ７７．９６３ ｄ₂ １３．６９３ ｒ₃ −１４．９７８ ｄ₃ ７．５００ ｎ₂ Ｎ（Ｈ） ν₂ ν（Ｈ） ｒ₄ −３０．９９０ ｒ₅ ∞ ｄ₅ １．０００ ｎ₃ １．５１６８０ ν₃ ６４．２ ｒ₆ ∞ 。

【００２９】 ラジアル型の屈折率分布レンズ（第１レンズ１）のＮ（Ｈ） ｄ線 ｇ線 Ｎ₀ １．９００００ １．９３３１９ Ｎ₁ −２．５６１×１０~³ −２．６０１×１０~³ Ｎ₂ ２．４４１×１０~⁶ ２．５３７×１０~⁶ Ｎ₃ −４．５４３×１０~¹⁰ −１．６１７×１０~⁹ Ｎ₄ ２．０７５×１０~¹² ９．６１２×１０~¹² 。

【００３０】図２，４，６，８に順次、実施例１，２，
３，４に関する収差図を示す。

【００３１】これら収差の図に於て、「球面収差」の図
における破線は「正弦条件」を示し、「非点収差」の図
における実線はラジアル、破線はタンジェンシアルを示
す。「コマ収差」の図におけるＹは物体高を示す。図示
の通り、各実施例とも、諸収差は極めて良好に補正され
ている。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
原稿読取用レンズを提供できる。このレンズは上記の如
く構成されているから、正レンズによる２群２枚構成と
いうコンパクトで簡単な構成でありながら、少なくとも
１枚のレンズを屈折率分布型レンズとすることにより、
非球面のような特殊なレンズ面を用いることなく良好な
性能を持つ原稿読取用レンズを実現できる（請求項１〜
４）。また、請求項２記載の発明では、軸上色収差を良
好に補正でき、請求項３，４記載の発明では、ペッツバ
ール和の補正が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のレンズ構成を説明する図である。

【図２】実施例１の収差曲線図である。

【図３】実施例２のレンズ構成を説明する図である。

【図４】実施例２の収差曲線図である。

【図５】実施例３のレンズ構成を説明する図である。

【図６】実施例３の収差曲線図である。

【図７】実施例４のレンズ構成を説明する図である。

【図８】実施例４の収差曲線図である。

【符号の説明】

１ 第１レンズ ２ 第２レンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正レンズ２枚で構成され、 少なくとも１枚のレンズが、屈折率分布型レンズである
   ことを特徴とする２群２枚構成の原稿読取用レンズ。
2. 【請求項２】請求項１記載の原稿読取用レンズにおい
   て、 屈折率分布型レンズは、光軸方向に屈折率が変化するア
   クシアル型で、メニスカス形状であり、凸面位置におけ
   るアッベ数が、凹面位置におけるアッベ数よりも大きい
   ことを特徴とする原稿読取用レンズ。
3. 【請求項３】請求項２記載の原稿読取用レンズにおい
   て、 屈折率分布型レンズの凸面位置での屈折率が、凹面位置
   での屈折率より大きいことを特徴とする原稿読取用レン
   ズ。
4. 【請求項４】請求項１記載の原稿読取用レンズにおい
   て、 屈折率分布型レンズは、光軸からの距離に応じて屈折率
   が変化するラジアル型であり、屈折率の分布が、光軸上
   の屈折率をＮ₀、光軸からの距離をＨ、高次の分布係数
   をＮ₁，Ｎ₂，Ｎ₃およびＮ₄をとして、 Ｎ（Ｈ）＝Ｎ₀＋Ｎ₁・Ｈ²＋Ｎ₂・Ｈ⁴＋Ｎ₃・Ｈ⁶＋Ｎ₄・Ｈ⁸ で表され、上記分布係数Ｎ₁が負であることを特徴とす
   る原稿読取用レンズ。