JPH07287164A - 縮小結像レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２枚構成のレンズ系で、ファクシミリやイメー
ジスキャナ等に用いられる安価でしかも高性能な縮小結
像レンズを提供する。 【構成】２枚構成のレンズ系であって、絞りを中心とし
て対称的な形状の２枚のメニスカスレンズで構成され
る。一方はパワーをほとんど持たないプラスチック両面
非球面レンズからなり、もう一方が硝子の球面レンズか
らなる縮小結像用レンズ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ等の画像
読み取りに適用して、好適で安価な縮小結像用レンズに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、原稿を照明し、その反射光を利
用してＣＣＤ等のセンサーに縮小投影を行い、それを利
用して様々な処理を行うファクシミリやイメージスキャ
ナ等のレンズ系としては、主として３枚の硝子からなる
トリプレット等のレンズが使用されている。近年、一般
家庭へのこれら機器の普及にともない、使用される部品
のコストを低減し、安価な製品として供給することが望
まれている。そのため、レンズもその一部にプラスチッ
クを使用する等コストを低減する努力がされているがそ
の効果は充分と言えないのが現状である（特開平５−３
４５９１号）。

【０００３】また、本発明に先立ち既に２枚構成の出願
（特願平５−１９８３８３号）をしているが、硝子また
はハイブリッドの非球面を採用しており、現時点ではま
だコスト的に高く、製造努力を必要としている。

【０００４】また、別用途としては、ビデオ用のレンズ
として２枚のプラスチックレンズからなる撮影レンズが
提案されている（特開平１−２４５２１２号）。このレ
ンズ系の場合には、両方のレンズをプラスチックレンズ
で構成することを意図しており、環境変化による焦点移
動が発生してしまう。ビデオの場合、常にフォーカスを
やり直すためあまり問題とはならないが、本発明が目的
とする用途の場合には許容されない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、コス
トが高い点と環境変化により特性が変化すると言った問
題点がある。

【０００６】本発明の目的は、２枚構成でありながら、
ファクシミリ等の読みとりレンズとして充分な性能を有
し、プラスチック非球面と硝子の球面レンズの組み合わ
せにより、非常に安価な縮小結像レンズを提供するもの
である。

【０００７】更に、通常プラスチックレンズを採用する
ときに問題となる、環境変化に付随する性能の劣化や内
部歪が性能に影響を及ぼさない様な構成を提案するもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的に使用さ
れるレンズは、次のような特性を満たす必要がある。す
なわち、 ・画角全体にわたって均一なＭＴＦを有すること ・歪曲収差の少ないこと ・周辺光量の低下が少ないこと また、照明として主流となりつつあるＬＥＤ等を使用す
る場合や、読みとりスピードを向上するために、比較的
ＦＮＯの小さな明るいレンズ系を必要とする。本発明の
基本的構成図を図１に示すが、絞りを中心として、それ
ぞれのレンズが凹面を絞り側に持つ、対称的な配置を有
する２群構成のレンズ系である。ただし、全体の正のパ
ワーは、そのほとんどを硝子の球面レンズの方に持た
せ、プラスチックレンズの両面を非球面とし、そのパワ
ーを小さく保つものである。

【０００９】例えば、第１レンズが両面非球面プラスチ
ックレンズから構成され、第２レンズが硝子の球面レン
ズからなる場合を考える。第１レンズが無い場合、以前
特願平５−１９８３８３号で提案した前側に絞りを有す
るアイソプラナティック単レンズに関する条件が同じよ
うに、第２レンズに適用される。すなわち、第２レンズ
前面が物点に対し同心的または不遊点であり、前面より
物体側にある絞りが、前面よって後面の曲率中心に結像
されるような構成に近い事が要求される。この様な基本
構成を骨格として、この硝子レンズを非球面化する事に
よるコストアップを回避するために、このレンズの絞り
をはさんで更に物体側に、非球面のプラスチック非球面
レンズを導入する。これにより得られた自由度を効果的
に用いて、特願平５−１９８３８３号で提案したと同じ
効果を得るものである。その際、プラスチックレンズに
ほとんどパワーを持たせず、温度や湿度等の環境変化に
より屈折率や曲率の変化することによる性能劣化の少な
い光学系を構成するものである。特願平５−１９８３８
３号では、凹のパワーを有するプラスチックレンズを像
面の直前に配する事で、同じ様な環境変化に対する効果
を持たせていた。

【００１０】次に、絞りをはさんで導入された非球面の
効果とその機能について述べる。

【００１１】すなわち、絞りをはさんで配置された本発
明の光学系を球面だけで構成した時の収差の補正を、球
面収差を負の補正不足に、非点収差の特にメリディオナ
ル像面を正の補正過剰に、そして、歪曲収差に関しては
非球面レンズを像面側に用いた場合には正・物体面側に
用いたときには負の歪曲収差となるように、絞り側にそ
れぞれ凹面を向けたメニスカスレンズにて構成する。そ
の際、言うまでもなくプラスチックレンズにはあまりパ
ワーを持たせない様にする。ここで、プラスチックの両
面を非球面化し、各収差のバランスを取る。具体的に
は、上記のような補正状態とした各収差について、球面
収差に関しては、絞りに近い側の非球面で補正過剰とし
バランスをとる。更に、非点収差に関しては、絞りから
遠い側の非球面でマイナス側にメリディオナル像面を倒
しバランスをとる。歪曲収差についても、絞りから遠い
方の非球面で逆側の歪曲を発生させ補正する。主な、各
非球面の役割は、以上のような内容ではあるが、もちろ
ん完全に独立にそれぞれの収差を補正できるわけではな
い。例えば、球面収差に関しては絞りより遠い面ではわ
ずかに負の球面収差が発生する。特に特徴的なのは、メ
リディオナルの像面湾曲が、絞りに近い側の面により、
高次の大きな正の像面湾曲が発生することである。これ
も、全体として良好なバランスを取るのに寄与してい
る。この様に、プラスチックの両側の面に導入した非球
面を効果的に用いることにより、収差のバランスを取っ
ているわけである。

【００１２】基本的な考え方は以上の通りであるが、実
際に本発明の光学系を実現するためには、次のように構
成する。

【００１３】光束を決定する絞りをはさんで、その一方
の側で絞り側に凹面を有するほとんどパワーを持たない
メニスカス状のプラスチックの両面非球面レンズと、他
方の側で絞り側に凹面を有するメニスカス状の正のパワ
ーを持つ球面レンズとの２枚のレンズから構成される結
像レンズ系において、以下の条件を満足するようにした
ことを特徴とする縮小結像レンズを提供する。

【００１４】−０．３＜ｆｐ／ｆｍ＜０．３ （１） ０．７＜ｒｐ／ｄｐ＜１．７ （２） ０．３＜Ｌ／ｒｐ＜３．０ （３） ｄｍ／ｆｐ＞０．１ （４） 但し、ｆｐは硝子レンズの焦点距離、ｆｍはプラスチッ
ク非球面レンズの焦点距離、ｒｐは硝子レンズの正のパ
ワーを有する面の曲率半径の絶対値、ｄｐは硝子レンズ
の軸上厚み、ｄｍはプラスチックレンズの軸上厚み、Ｌ
は硝子レンズの正のパワーを有する面からみた負のパワ
ーを有する面による絞りの像の位置の絶対値である。

【００１５】ここで、（１）の条件は、ほとんどのパワ
ーを硝子の球面レンズにもたせ、プラスチックレンズの
温度等の環境変化による性能劣化を防ぐための条件であ
る。（２）及び（３）の条件は、パワーの集中する硝子
の球面レンズがアイソプラナティックに近い条件を満た
し、プラスチックレンズの非球面を効果的に使用できる
ためのものである。このいずれの限界を越えても、硝子
レンズから大きな非対称収差が発生し、プラスチックレ
ンズの非球面化による補正の限界を越えてしまう。

【００１６】（４）の条件はプラスチックレンズの両側
の非球面が効果的に働くための条件で、これが限界を下
回ると、各画角の光束の分離が充分ではなく、前述の収
差のバランスが取れなくなってしまう。ただし、あまり
厚くなるとプラスチックの成形に時間がかかり内部歪も
発生し易くなり、コスト的に高くなる原因となる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の各実施例につ
き更に詳しく説明する。図１は本発明による光学系の構
成図である。表１から表６に第１〜第６の実施例の構成
データを示す。また各実施例の断面図と収差図を図２〜
図７に示す。

【００１８】各実施例において、面番号は物体側から順
に数えられた、各レンズ等に対応する面番号を示し、こ
の面番号をｉとすると各図及び表において、ｒｉはｉ面
の曲率半径（非球面については軸上曲率半径を示す）、
ｄｉはｉ面からｉ＋１面までの間隔、ｎｉはｄｉに存在
する媒質の屈折率、ｖｉはｄｉに存在する媒質のアッベ
数をそれぞれ示す。

【００１９】非球面データは、各表の一番下の覧に面番
号と共に示した。また、面番号３は絞り面に対応してお
り曲率半径０は曲率半径無限であることを示している。
屈折率はｄ線（５８８ｎｍ）における屈折率を示し、非
球面係数は数式に示される各係数の値を示している。曲
率半径の符号は、物体側に凹の場合を負とする。

【００２０】実施例では、すべて物体面に厚さ２ｍｍの
平面硝子が、また像面側には厚さ０．７ｍｍの平面硝子
があるとして計算されているが、図及びデータでは省略
されている。

【００２１】各表のデータ中で屈折率１．４９２・アッ
ベ数５７．４または屈折率１．５８５・アッベ数２９．
９は現存のプラスチックに対応する。

【００２２】本発明で使用される非球面は次の式で与え
られる。

【００２３】

【数１】

【００２４】但し、ｚは面頂点に対する接平面からの深
さ、ｃは面の近軸的曲率、ｈは光軸からの高さ、ｋは円
錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係
数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数、
Ｅは１２次の非球面係数、Ｆは１４次の非球面係数、Ｇ
は１６次の非球面係数、Ｈは１８次の非球面係数、等で
ある。なお、非球面係数を示す数値の表示において、ｅ
−○○○の表示は１０の−○○○乗を示している。

【００２５】以下に各実施例の特徴を示す。実施例１
（表１）は、非球面プラスチックレンズを物体側に配置
した実施例である。第２レンズは高屈折率の硝子の球面
レンズである。第２から第６実施例に比較し、物体距離
が短くなっている。

【００２６】実施例２（表２）は、非球面プラスチック
レンズを像面側の第２レンズに使用した例である。第１
レンズは高屈折率をもつ硝子の球面レンズである。

【００２７】実施例３（表３）は実施例２の硝子の屈折
率を低めに設定したものである。環境変化が問題となら
ない場合はこの第１レンズにプラスチックを採用するこ
とも可能である。その場合、第１レンズも非球面化がコ
スト的に可能となり、設計性能を向上させることができ
る。

【００２８】実施例４（表４）は実施例３で更に硝子の
屈折率を低く設定した例である。コスト的には硝子の屈
折率を低くした方が有利である。

【００２９】実施例５（表５）は実施例４のプラスチッ
クレンズに高屈折率高分散の材料を用いた例である。

【００３０】実施例６（表６）は実施例５のプラスチッ
クレンズの厚さを厚くした例である。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】

【表６】

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の２枚構成
のレンズを用いることにより、ファクシミリやイメージ
スキャナ等の縮小結像を行うレンズに関し、明るく、高
性能で、歪曲のない、安価なレンズを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学系の断面図である。

【図２】実施例１の断面図と収差図である。

【図３】実施例２の断面図と収差図である。

【図４】実施例３の断面図と収差図である。

【図５】実施例４の断面図と収差図である。

【図６】実施例５の断面図と収差図である。

【図７】実施例６の断面図と収差図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光束を決定する絞りをはさんで、その一方
   の側で絞り側に凹面を有するほとんどパワーを持たない
   メニスカス状のプラスチックの両面非球面レンズと、他
   方の側で絞り側に凹面を有するメニスカス状の正のパワ
   ーを持つ球面レンズとの２枚のレンズから構成される結
   像レンズ系において、以下の条件を満足するようにした
   ことを特徴とする縮小結像レンズ。 −０．３＜ｆｐ／ｆｍ＜０．３ ０．７＜ｒｐ／ｄｐ＜１．７ ０．３＜Ｌ／ｒｐ＜３．０ ｄｍ／ｆｐ＞０．１ 但し、ｆｐは硝子レンズの焦点距離、ｆｍはプラスチッ
   ク非球面レンズの焦点距離、ｒｐは硝子レンズの正のパ
   ワーを有する面の曲率半径の絶対値、ｄｐは硝子レンズ
   の軸上厚み、ｄｍはプラスチックレンズの軸上厚み、Ｌ
   は硝子レンズの正のパワーを有する面からみた負のパワ
   ーを有する面による絞りの像の位置の絶対値である。