JPH11153753A - 読取り光学系、並びにそれを用いた画像読取り装置及びバーコードリーダ - Google Patents
読取り光学系、並びにそれを用いた画像読取り装置及びバーコードリーダInfo
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- JPH11153753A JPH11153753A JP9320127A JP32012797A JPH11153753A JP H11153753 A JPH11153753 A JP H11153753A JP 9320127 A JP9320127 A JP 9320127A JP 32012797 A JP32012797 A JP 32012797A JP H11153753 A JPH11153753 A JP H11153753A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レンズ面に回折効果を持たせることにより、
レンズの構成枚数を増やすことなく色収差の補正された
良好な結像性能を発揮させることのできる読取り光学系
を実現する。 【解決手段】 読取り光学系を、物体側（図中左側）か
ら順番に配置された絞り１と、第１レンズ２と、撮像デ
バイスのフェースプレートに光学的に等価な平板３とに
より構成する。この読取り光学系を構成する第１レンズ
２の像側面を凸面とし、かつ、この像側面に正の屈折力
を有するグレーティング素子面６０を形成する。また、
第１レンズ２の物体側面を、光軸を離れるに従って局所
的な曲率半径が小さくなる非球面とする。
レンズの構成枚数を増やすことなく色収差の補正された
良好な結像性能を発揮させることのできる読取り光学系
を実現する。 【解決手段】 読取り光学系を、物体側（図中左側）か
ら順番に配置された絞り１と、第１レンズ２と、撮像デ
バイスのフェースプレートに光学的に等価な平板３とに
より構成する。この読取り光学系を構成する第１レンズ
２の像側面を凸面とし、かつ、この像側面に正の屈折力
を有するグレーティング素子面６０を形成する。また、
第１レンズ２の物体側面を、光軸を離れるに従って局所
的な曲率半径が小さくなる非球面とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、色収差が良好に補
正された読取り光学系、並びにそれを用いた画像読取り
装置及びバーコードリーダに関する。
正された読取り光学系、並びにそれを用いた画像読取り
装置及びバーコードリーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】画像情報や原稿、コード情報等をＣＣＤ
等のイメージセンサ上に結像させる読取り光学系として
は、従来から種々のものが提案されている。この種の読
取り光学系には、原稿を高密度のＣＣＤラインセンサ上
に投影するために十分高いＭＴＦを有することが要求さ
れ、そのためには、諸収差を良好に補正することが必要
である。従来においては、特に結像性能劣化の一因であ
る色収差を補正するために、アッベ数の異なる複数枚の
レンズを組み合わせていた。例えば、特開平５−１１９
２５５号公報には、３群３枚のレンズで読取り光学系を
構成することによって色収差を補正し、かつ、レンズの
材料として樹脂材料を用いることによって低コスト化を
図る技術が開示されている。また、特開平１−１３３６
５９号公報においては、１枚の非球面レンズによってそ
の読取り光学系を構成したバーコードリーダが開示され
ている。
等のイメージセンサ上に結像させる読取り光学系として
は、従来から種々のものが提案されている。この種の読
取り光学系には、原稿を高密度のＣＣＤラインセンサ上
に投影するために十分高いＭＴＦを有することが要求さ
れ、そのためには、諸収差を良好に補正することが必要
である。従来においては、特に結像性能劣化の一因であ
る色収差を補正するために、アッベ数の異なる複数枚の
レンズを組み合わせていた。例えば、特開平５−１１９
２５５号公報には、３群３枚のレンズで読取り光学系を
構成することによって色収差を補正し、かつ、レンズの
材料として樹脂材料を用いることによって低コスト化を
図る技術が開示されている。また、特開平１−１３３６
５９号公報においては、１枚の非球面レンズによってそ
の読取り光学系を構成したバーコードリーダが開示され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開平５
−１１９２５５号公報に開示された読取り光学系では、
複数枚のレンズを必要とするため、レンズの加工及び組
立工程の観点から、低コスト化には限界があった。ま
た、レンズの材料として樹脂材料を用いることによって
低コスト化を図っているが、樹脂材料の種類は限られて
いるため、色収差の補正にも限界があった。また、上記
特開平１−１３３６５９号公報に開示されたバーコード
リーダでは、色収差を補正することができず、単波長で
使用する必要があるため、ＬＥＤ等の光源が必要とな
り、小型化、低コスト化には限界があった。
−１１９２５５号公報に開示された読取り光学系では、
複数枚のレンズを必要とするため、レンズの加工及び組
立工程の観点から、低コスト化には限界があった。ま
た、レンズの材料として樹脂材料を用いることによって
低コスト化を図っているが、樹脂材料の種類は限られて
いるため、色収差の補正にも限界があった。また、上記
特開平１−１３３６５９号公報に開示されたバーコード
リーダでは、色収差を補正することができず、単波長で
使用する必要があるため、ＬＥＤ等の光源が必要とな
り、小型化、低コスト化には限界があった。
【０００４】本発明は、従来技術における前記課題を解
決するためになされたものであり、レンズ面に回折効果
を持たせることにより、レンズの構成枚数を増やすこと
なく色収差の補正された良好な結像性能を発揮させるこ
とのできる読取り光学系、並びにそれを用いた画像読取
り装置及びバーコードリーダを提供することを目的とす
る。
決するためになされたものであり、レンズ面に回折効果
を持たせることにより、レンズの構成枚数を増やすこと
なく色収差の補正された良好な結像性能を発揮させるこ
とのできる読取り光学系、並びにそれを用いた画像読取
り装置及びバーコードリーダを提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る読取り光学系の構成は、画像情報やコ
ード情報を読み取る読取り光学系であって、前記光学系
を構成するレンズの少なくとも一面にグレーティング素
子面が形成されていることを特徴とする。この読取り光
学系の構成によれば、色収差の補正された良好な結像性
能を有する読取り光学系を実現することができる。
め、本発明に係る読取り光学系の構成は、画像情報やコ
ード情報を読み取る読取り光学系であって、前記光学系
を構成するレンズの少なくとも一面にグレーティング素
子面が形成されていることを特徴とする。この読取り光
学系の構成によれば、色収差の補正された良好な結像性
能を有する読取り光学系を実現することができる。
【０００６】また、前記本発明の読取り光学系の構成に
おいては、駆動装置によって光軸上を移動することが可
能であるのが好ましい。この好ましい例によれば、異な
るサイズの原稿を読み取ることができ、かつ、色収差の
補正された良好な結像性能を有する読取り光学系を実現
することができる。また、この場合には、光学系が最も
物体側に移動したときの原稿の最大高さをＹw 、最も像
側に移動したときの原稿の最大高さをＹt としたとき、
下記（数７）の条件式を満足するのが好ましい。
おいては、駆動装置によって光軸上を移動することが可
能であるのが好ましい。この好ましい例によれば、異な
るサイズの原稿を読み取ることができ、かつ、色収差の
補正された良好な結像性能を有する読取り光学系を実現
することができる。また、この場合には、光学系が最も
物体側に移動したときの原稿の最大高さをＹw 、最も像
側に移動したときの原稿の最大高さをＹt としたとき、
下記（数７）の条件式を満足するのが好ましい。
【０００７】
【数７】
【０００８】この好ましい例によれば、小型で結像性能
の良好な読取り光学系を実現することができる。また、
前記本発明の読取り光学系の構成においては、光学系
が、物体側から順番に配置された絞りと、像側面が凸面
で、かつ、正の屈折力を有する１枚のレンズとを備えて
いるのが好ましい。この好ましい例によれば、レンズの
構成枚数を増やすことなく、色収差が補正され、かつ、
安価で良好な結像性能を有する読取り光学系を実現する
ことができる。また、この場合には、レンズの物体側面
の頂点曲率半径をｒ1 、像側面の頂点曲率半径をｒ2 、
絞りの径をＤ、光学系全系の焦点距離をｆ、前記レンズ
のグレーティング素子面の焦点距離をｆg としたとき、
下記（数８）、（数９）、（数１０）の条件式を満足す
るのが好ましい。
の良好な読取り光学系を実現することができる。また、
前記本発明の読取り光学系の構成においては、光学系
が、物体側から順番に配置された絞りと、像側面が凸面
で、かつ、正の屈折力を有する１枚のレンズとを備えて
いるのが好ましい。この好ましい例によれば、レンズの
構成枚数を増やすことなく、色収差が補正され、かつ、
安価で良好な結像性能を有する読取り光学系を実現する
ことができる。また、この場合には、レンズの物体側面
の頂点曲率半径をｒ1 、像側面の頂点曲率半径をｒ2 、
絞りの径をＤ、光学系全系の焦点距離をｆ、前記レンズ
のグレーティング素子面の焦点距離をｆg としたとき、
下記（数８）、（数９）、（数１０）の条件式を満足す
るのが好ましい。
【０００９】
【数８】
【００１０】
【数９】
【００１１】
【数１０】
【００１２】この好ましい例によれば、以下の作用効果
が得られる。すなわち、まず、上記（数８）の条件式を
満足することにより、諸収差のバランスが整った最適な
レンズ形状とすることができる。また、上記（数９）の
条件式を満足することにより、振動などによる画像情報
の欠落やコード情報の誤認識を防止するための十分な被
写界深度を得ることができる。さらに、上記（数１０）
の条件式を満足することにより、色収差を良好に補正す
ることができる。この場合にはさらに、レンズの少なく
とも一面が、光軸を離れるに従って局所的な曲率半径が
小さくなる非球面であるのが好ましい。この好ましい例
によれば、歪曲収差と像面湾曲の補正に大きな効果を発
揮することができる。
が得られる。すなわち、まず、上記（数８）の条件式を
満足することにより、諸収差のバランスが整った最適な
レンズ形状とすることができる。また、上記（数９）の
条件式を満足することにより、振動などによる画像情報
の欠落やコード情報の誤認識を防止するための十分な被
写界深度を得ることができる。さらに、上記（数１０）
の条件式を満足することにより、色収差を良好に補正す
ることができる。この場合にはさらに、レンズの少なく
とも一面が、光軸を離れるに従って局所的な曲率半径が
小さくなる非球面であるのが好ましい。この好ましい例
によれば、歪曲収差と像面湾曲の補正に大きな効果を発
揮することができる。
【００１３】また、前記本発明の読取り光学系の構成に
おいては、グレーティング素子面が形成されるときの中
心波長をλ0 としたとき、下記（数１１）の条件式を満
足するのが好ましい。
おいては、グレーティング素子面が形成されるときの中
心波長をλ0 としたとき、下記（数１１）の条件式を満
足するのが好ましい。
【００１４】
【数１１】
【００１５】この好ましい例によれば、グレーティング
素子面によって発生する不要散乱光がイメージセンサに
映り込んで結像性能を劣化させることを防止することが
できる。また、この場合には、グレーティング素子面が
キノフォーム形状であるのが好ましい。
素子面によって発生する不要散乱光がイメージセンサに
映り込んで結像性能を劣化させることを防止することが
できる。また、この場合には、グレーティング素子面が
キノフォーム形状であるのが好ましい。
【００１６】また、前記本発明の読取り光学系の構成に
おいては、グレーティング素子面を有するレンズが、ガ
ラス又は樹脂のいずれかで形成されているのが好まし
い。この好ましい例によれば、転写性に優れたキノフォ
ーム形状を有するグレーティング素子面を実現すること
ができる。
おいては、グレーティング素子面を有するレンズが、ガ
ラス又は樹脂のいずれかで形成されているのが好まし
い。この好ましい例によれば、転写性に優れたキノフォ
ーム形状を有するグレーティング素子面を実現すること
ができる。
【００１７】また、前記本発明の読取り光学系の構成に
おいては、グレーティング素子面を有するレンズが、赤
外吸収材料で形成されているのが好ましい。この好まし
い例によれば、特に、グレーティング素子面によって発
生する赤外領域の不要光がイメージセンサに映り込んで
結像性能を劣化させることを防止することができ、良好
な結像性能を確保することができる。
おいては、グレーティング素子面を有するレンズが、赤
外吸収材料で形成されているのが好ましい。この好まし
い例によれば、特に、グレーティング素子面によって発
生する赤外領域の不要光がイメージセンサに映り込んで
結像性能を劣化させることを防止することができ、良好
な結像性能を確保することができる。
【００１８】また、前記本発明の読取り光学系の構成に
おいては、原稿の最大高さをＹ、イメージセンサの最大
高さをｙとしたとき、下記（数１２）の条件式を満足す
るのが好ましい。
おいては、原稿の最大高さをＹ、イメージセンサの最大
高さをｙとしたとき、下記（数１２）の条件式を満足す
るのが好ましい。
【００１９】
【数１２】
【００２０】この好ましい例によれば、読取り光学系の
小型化を図ることができる。また、この場合には、メリ
ディオナル像面がサジタル像面よりも良好な結像性能を
有しているのが好ましい。この好ましい例によれば、コ
ード情報の読取り精度を高め誤認識を防止することがで
きる。
小型化を図ることができる。また、この場合には、メリ
ディオナル像面がサジタル像面よりも良好な結像性能を
有しているのが好ましい。この好ましい例によれば、コ
ード情報の読取り精度を高め誤認識を防止することがで
きる。
【００２１】また、本発明に係る画像読取り装置の構成
は、前記本発明の読取り光学系と、前記読取り光学系に
よって結像された画像情報を電気信号に変換するイメー
ジセンサと、前記電気信号を処理し前記画像情報を処理
する回路部とを備えたことを特徴とする。この画像読取
り装置の第１の構成によれば、画像読取り装置全体の大
きさを従来よりも小型にすることが可能になると共に、
結像性能が良好な画像読取り装置を実現することができ
る。
は、前記本発明の読取り光学系と、前記読取り光学系に
よって結像された画像情報を電気信号に変換するイメー
ジセンサと、前記電気信号を処理し前記画像情報を処理
する回路部とを備えたことを特徴とする。この画像読取
り装置の第１の構成によれば、画像読取り装置全体の大
きさを従来よりも小型にすることが可能になると共に、
結像性能が良好な画像読取り装置を実現することができ
る。
【００２２】また、本発明に係るバーコードリーダの構
成は、前記本発明の読取り光学系と、前記読取り光学系
によって結像されたバーコード情報を電気信号に変換す
るイメージセンサと、前記バーコード情報を解読する回
路部を有する信号処理回路とを備えたことを特徴とす
る。このバーコードリーダの第１の構成によれば、バー
コードリーダ全体の大きさを従来よりも小型にすること
が可能になると共に、結像性能が良好なバーコードリー
ダを実現することができる。
成は、前記本発明の読取り光学系と、前記読取り光学系
によって結像されたバーコード情報を電気信号に変換す
るイメージセンサと、前記バーコード情報を解読する回
路部を有する信号処理回路とを備えたことを特徴とす
る。このバーコードリーダの第１の構成によれば、バー
コードリーダ全体の大きさを従来よりも小型にすること
が可能になると共に、結像性能が良好なバーコードリー
ダを実現することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
をさらに具体的に説明する。説明に際して、まず、この
発明におけるグレーティング素子の設計方法について説
明する。
をさらに具体的に説明する。説明に際して、まず、この
発明におけるグレーティング素子の設計方法について説
明する。
【００２４】グレーティング素子は、回折現象を利用し
た光学素子である。屈折素子が短い波長に対して高い屈
折率を有するのに対し、グレーティング素子は長い波長
の方が回折角度が大きくなるために、色収差に対する振
る舞いが屈折素子とは逆になる。また、グレーティング
素子の分散は使用波長の帯域によって決定されるが、一
般に、カラー画像の場合、撮影に必要な波長帯域は４３
０ｎｍ〜６３０ｎｍ程度でよく、この場合におけるグレ
ーティング素子の分散は負の値となる。このグレーティ
ング素子を正の屈折力を有する屈折素子と組み合わせる
ときには、正の屈折力を有するグレーティング素子を用
いることによって色消しを行うことができる。
た光学素子である。屈折素子が短い波長に対して高い屈
折率を有するのに対し、グレーティング素子は長い波長
の方が回折角度が大きくなるために、色収差に対する振
る舞いが屈折素子とは逆になる。また、グレーティング
素子の分散は使用波長の帯域によって決定されるが、一
般に、カラー画像の場合、撮影に必要な波長帯域は４３
０ｎｍ〜６３０ｎｍ程度でよく、この場合におけるグレ
ーティング素子の分散は負の値となる。このグレーティ
ング素子を正の屈折力を有する屈折素子と組み合わせる
ときには、正の屈折力を有するグレーティング素子を用
いることによって色消しを行うことができる。
【００２５】このグレーティング素子の具体的な設計法
としては、William C.Sweattにより提案された高屈折率
法（Describing holographic optical elements as len
ses:Journal of Optical Society of America,Vol.67,N
o.6,June 1977 参照）を用いた。これは、グレーティン
グ素子の光線の振る舞いを、仮想の高屈折率による屈折
現象に置き換えることができることを示したものであ
り、屈折率が無限大のときは、回折素子と完全に一致す
るというものである。しかし、実際の設計の際には無限
大の屈折率を定義することができないため、なんらかの
値に設定する必要がある。以下に、高屈折率法と実際の
回折格子との誤差について説明する。
としては、William C.Sweattにより提案された高屈折率
法（Describing holographic optical elements as len
ses:Journal of Optical Society of America,Vol.67,N
o.6,June 1977 参照）を用いた。これは、グレーティン
グ素子の光線の振る舞いを、仮想の高屈折率による屈折
現象に置き換えることができることを示したものであ
り、屈折率が無限大のときは、回折素子と完全に一致す
るというものである。しかし、実際の設計の際には無限
大の屈折率を定義することができないため、なんらかの
値に設定する必要がある。以下に、高屈折率法と実際の
回折格子との誤差について説明する。
【００２６】図８、図９に、Ｓｗｅａｔｔモデルの誤差
解析について示す。回折は下記（数１３）を用いて解く
ことができる。
解析について示す。回折は下記（数１３）を用いて解く
ことができる。
【００２７】
【数１３】
【００２８】これに対して、屈折は第１面と第２面とで
２回生じるため、スネルの法則を２回適用する必要があ
る。１回目のスネルの法則の適用を下記（数１４）で表
し、２回目のスネルの法則の適用を下記（数１５）で表
す。
２回生じるため、スネルの法則を２回適用する必要があ
る。１回目のスネルの法則の適用を下記（数１４）で表
し、２回目のスネルの法則の適用を下記（数１５）で表
す。
【００２９】
【数１４】
【００３０】
【数１５】
【００３１】ここで、θh ＜＜１とすれば、上記（数１
３）〜（数１５）から、２つの出射角度の差はλ／ｄ・
ｎh となる。また、レンズの焦点距離をｆとすると、像
面上での光線位置の誤差Δは、下記（数１６）のように
表記される。
３）〜（数１５）から、２つの出射角度の差はλ／ｄ・
ｎh となる。また、レンズの焦点距離をｆとすると、像
面上での光線位置の誤差Δは、下記（数１６）のように
表記される。
【００３２】
【数１６】
【００３３】ここで、例えば波長５５０ｎｍ、焦点距離
ｆ＝５ｍｍ、グレーティングのピッチ２０μｍ、高屈折
率ｎh ＝５５０１とすると、像面上での光線位置の誤差
はΔ＝０．０２５μｍとなる。これは設計上考慮すべき
値の１０分の１以下であり、問題のないレベルである。
このため、高屈折率法で設計する場合の屈折率を、波長
の１０倍＋１に設定した。プラス１（＋１）としたの
は、１次回折光を用いる場合、グレーティングのピッチ
は、高さがλ／（ｎ−１）ごとに決まるからである。す
なわち、屈折率ｎが１０λ＋１であれば、高屈折率層が
０．１ｎｍごとにピッチを刻んでいけばよいことが分か
る。このことは、高屈折率層のサグ量を計算することに
より、すぐに輪帯数が計算でき便利である。例えば、高
屈折率層のサグ量が２．５ｎｍであれば、輪帯数は２５
あることになる。但し、実際の輪帯数は光線の屈折方向
も考慮する必要があるため、面に垂直な方向に測ったサ
グ量のみを用いて正確に計算することはできないが、あ
たりをみる上では有効である。
ｆ＝５ｍｍ、グレーティングのピッチ２０μｍ、高屈折
率ｎh ＝５５０１とすると、像面上での光線位置の誤差
はΔ＝０．０２５μｍとなる。これは設計上考慮すべき
値の１０分の１以下であり、問題のないレベルである。
このため、高屈折率法で設計する場合の屈折率を、波長
の１０倍＋１に設定した。プラス１（＋１）としたの
は、１次回折光を用いる場合、グレーティングのピッチ
は、高さがλ／（ｎ−１）ごとに決まるからである。す
なわち、屈折率ｎが１０λ＋１であれば、高屈折率層が
０．１ｎｍごとにピッチを刻んでいけばよいことが分か
る。このことは、高屈折率層のサグ量を計算することに
より、すぐに輪帯数が計算でき便利である。例えば、高
屈折率層のサグ量が２．５ｎｍであれば、輪帯数は２５
あることになる。但し、実際の輪帯数は光線の屈折方向
も考慮する必要があるため、面に垂直な方向に測ったサ
グ量のみを用いて正確に計算することはできないが、あ
たりをみる上では有効である。
【００３４】〈第１の実施の形態〉以下に、本発明の第
１の実施の形態における読取り光学系について、図１、
図３を参照しながら説明する。図１、図３は各々第１の
実施の形態の具体的数値例である実施例１、実施例２に
係る読取り光学系のレンズ構成を示す断面図である。
１の実施の形態における読取り光学系について、図１、
図３を参照しながら説明する。図１、図３は各々第１の
実施の形態の具体的数値例である実施例１、実施例２に
係る読取り光学系のレンズ構成を示す断面図である。
【００３５】図１、図３に示すように、本実施の形態に
おける読取り光学系は、物体側（図中左側）から順番に
配置された絞り１と、レンズ２と、撮像デバイスのフェ
ースプレートに光学的に等価な平板３とにより構成され
ている。尚、図１、図３中、４は像面である。この読取
り光学系を構成するレンズ２は、像側面が凸面となって
おり、かつ、この像側面に正の屈折力を有するグレーテ
ィング素子面６０が形成されている。また、レンズ２
は、物体側面が光軸を離れるに従って局所的な曲率半径
が小さくなる非球面となっている。
おける読取り光学系は、物体側（図中左側）から順番に
配置された絞り１と、レンズ２と、撮像デバイスのフェ
ースプレートに光学的に等価な平板３とにより構成され
ている。尚、図１、図３中、４は像面である。この読取
り光学系を構成するレンズ２は、像側面が凸面となって
おり、かつ、この像側面に正の屈折力を有するグレーテ
ィング素子面６０が形成されている。また、レンズ２
は、物体側面が光軸を離れるに従って局所的な曲率半径
が小さくなる非球面となっている。
【００３６】それぞれの実施例におけるレンズ２の像側
面の数値は、グレーティング素子面６０へ変換する前の
値を示しており、この数値に基づいてグレーティング素
子面６０が形成される。具体的には、設計時において、
図１０に示すように、ベース非球面５０（実施例１、２
におけるｒ1 ）の上に高屈折率面５１（実施例１、２に
おけるｒ2 ）を有し、その間に高屈折率部５２を有する
状態を想定し、これらのベース非球面５０と高屈折率面
５１とで構成された像側面と同様の効果を得ることがで
きるように、上記の方法を用いて、図１１に示すような
グレーティング素子面６０へ変換する。また、グレーテ
ィング素子面６０は、図１２に示すようなキノフォーム
形状で構成されており、グレーティング素子面６０を有
するレンズ２は、ガラス成形あるいは樹脂成形のいずれ
かによって形成される。これにより、転写性に優れたキ
ノフォーム形状を有する読取り光学系を実現することが
できる。さらに、グレーティング素子面６０を有するレ
ンズ２を赤外線カットガラス等の赤外吸収材料によって
形成することにより、転写性に優れたキノフォーム形状
を有し、かつ、グレーティング素子面６０によって発生
する赤外領域の不要光がイメージセンサへ映り込んで結
像性能が劣化することを防止し、良好な結像性能を確保
することのできる読取り光学系を実現することができ
る。
面の数値は、グレーティング素子面６０へ変換する前の
値を示しており、この数値に基づいてグレーティング素
子面６０が形成される。具体的には、設計時において、
図１０に示すように、ベース非球面５０（実施例１、２
におけるｒ1 ）の上に高屈折率面５１（実施例１、２に
おけるｒ2 ）を有し、その間に高屈折率部５２を有する
状態を想定し、これらのベース非球面５０と高屈折率面
５１とで構成された像側面と同様の効果を得ることがで
きるように、上記の方法を用いて、図１１に示すような
グレーティング素子面６０へ変換する。また、グレーテ
ィング素子面６０は、図１２に示すようなキノフォーム
形状で構成されており、グレーティング素子面６０を有
するレンズ２は、ガラス成形あるいは樹脂成形のいずれ
かによって形成される。これにより、転写性に優れたキ
ノフォーム形状を有する読取り光学系を実現することが
できる。さらに、グレーティング素子面６０を有するレ
ンズ２を赤外線カットガラス等の赤外吸収材料によって
形成することにより、転写性に優れたキノフォーム形状
を有し、かつ、グレーティング素子面６０によって発生
する赤外領域の不要光がイメージセンサへ映り込んで結
像性能が劣化することを防止し、良好な結像性能を確保
することのできる読取り光学系を実現することができ
る。
【００３７】本実施の形態においては、レンズ２の物体
側面の頂点曲率半径をｒ1 、像側面の頂点曲率半径をｒ
2 、絞り１の径をＤ、光学系全系の焦点距離をｆ、グレ
ーティング素子面６０の焦点距離をｆg として、下記
（数１７）、（数１８）、（数１９）の条件式を満足す
ることにより、以下の作用効果が得られる。
側面の頂点曲率半径をｒ1 、像側面の頂点曲率半径をｒ
2 、絞り１の径をＤ、光学系全系の焦点距離をｆ、グレ
ーティング素子面６０の焦点距離をｆg として、下記
（数１７）、（数１８）、（数１９）の条件式を満足す
ることにより、以下の作用効果が得られる。
【００３８】
【数１７】
【００３９】
【数１８】
【００４０】
【数１９】
【００４１】まず、上記（数１７）の条件式を満足する
ことにより、諸収差のバランスが整った最適なレンズ形
状とすることができる。しかし、上記（数１７）の条件
式からはずれると、軸外光の入射角度が大きくなり、そ
の結果、軸外性能の劣化や軸外光における回折効率の劣
化に繋がりフレアが発生してしまう。また、像側面の頂
点曲率半径ｒ2 が小さくなると、レンズの作製が困難と
なるために歩留まりが悪くなり、コストアップに繋が
る。また、上記（数１８）の条件式を満足することによ
り、振動などによる画像情報の欠落やコード情報の誤認
識を防止するための十分な被写界深度を得ることができ
る。しかし、上記（数１８）の条件式からはずれると、
画像情報やコード情報を読み取るための十分な明るさが
得られなかったり、あるいは十分な被写界深度が得られ
ないために、画像情報の欠落やコード情報の誤認識を引
き起こしてしまう。さらに、上記（数１９）の条件式を
満足することにより、色収差を良好に補正することがで
きる。しかし、上記（数１９）の条件式からはずれる
と、色収差の補正不足、あるいは補正過剰となり、良好
な結像性能を得ることが困難となる。また、上記したよ
うにレンズ２の少なくとも一面を光軸を離れるに従って
局所的な曲率半径が小さくなる非球面形状とすること
は、歪曲収差と像面湾曲の補正に大きな効果を発揮す
る。また、グレーティング素子面６０が形成されるとき
の中心波長をλ0 として、下記（数２０）の条件式を満
足することにより、グレーティング素子面６０によって
発生する不要散乱光がイメージセンサへ映り込んで結像
性能が劣化することを防止することができる。
ことにより、諸収差のバランスが整った最適なレンズ形
状とすることができる。しかし、上記（数１７）の条件
式からはずれると、軸外光の入射角度が大きくなり、そ
の結果、軸外性能の劣化や軸外光における回折効率の劣
化に繋がりフレアが発生してしまう。また、像側面の頂
点曲率半径ｒ2 が小さくなると、レンズの作製が困難と
なるために歩留まりが悪くなり、コストアップに繋が
る。また、上記（数１８）の条件式を満足することによ
り、振動などによる画像情報の欠落やコード情報の誤認
識を防止するための十分な被写界深度を得ることができ
る。しかし、上記（数１８）の条件式からはずれると、
画像情報やコード情報を読み取るための十分な明るさが
得られなかったり、あるいは十分な被写界深度が得られ
ないために、画像情報の欠落やコード情報の誤認識を引
き起こしてしまう。さらに、上記（数１９）の条件式を
満足することにより、色収差を良好に補正することがで
きる。しかし、上記（数１９）の条件式からはずれる
と、色収差の補正不足、あるいは補正過剰となり、良好
な結像性能を得ることが困難となる。また、上記したよ
うにレンズ２の少なくとも一面を光軸を離れるに従って
局所的な曲率半径が小さくなる非球面形状とすること
は、歪曲収差と像面湾曲の補正に大きな効果を発揮す
る。また、グレーティング素子面６０が形成されるとき
の中心波長をλ0 として、下記（数２０）の条件式を満
足することにより、グレーティング素子面６０によって
発生する不要散乱光がイメージセンサへ映り込んで結像
性能が劣化することを防止することができる。
【００４２】
【数２０】
【００４３】しかし、上記（数２０）の条件式からはず
れると、イメージセンサの波長感度に対して不要散乱光
の強度が強くなってしまい、フレアが発生してしまう。
また、前記読取り光学系において、原稿の最大高さを
Ｙ、イメージセンサの最大高さをｙとして、下記（数２
１）の条件式を満足することにより、前記読取り光学系
の小型化を達成することができる。
れると、イメージセンサの波長感度に対して不要散乱光
の強度が強くなってしまい、フレアが発生してしまう。
また、前記読取り光学系において、原稿の最大高さを
Ｙ、イメージセンサの最大高さをｙとして、下記（数２
１）の条件式を満足することにより、前記読取り光学系
の小型化を達成することができる。
【００４４】
【数２１】
【００４５】しかし、上記（数２１）の条件式からはず
れると、物像間距離が長くなってしまうと共に、歪曲収
差及び像面湾曲が劣化して良好な結像性能が得られなく
なったり、あるいは所望の原稿読取りサイズに対して、
その一部分しか読みとれなくなってしまうことによっ
て、操作性、応答性が悪くなってしまう。また、前記読
取り光学系をメリディオナル像面がサジタル像面よりも
良好な結像性能を有する構成とすることにより、コード
情報の読取り精度を高め誤認識を防止することができ
る。
れると、物像間距離が長くなってしまうと共に、歪曲収
差及び像面湾曲が劣化して良好な結像性能が得られなく
なったり、あるいは所望の原稿読取りサイズに対して、
その一部分しか読みとれなくなってしまうことによっ
て、操作性、応答性が悪くなってしまう。また、前記読
取り光学系をメリディオナル像面がサジタル像面よりも
良好な結像性能を有する構成とすることにより、コード
情報の読取り精度を高め誤認識を防止することができ
る。
【００４６】以下に、本実施の形態の具体的な数値例と
して、実施例１、２を示す。ｆは全系の合成焦点距離、
ＦnoはＦナンバー、２ωは画角を表している。実施例
中、ｒ 1 、ｒ2 は物体側から順番に数えた各レンズ面の
頂点曲率半径、ｄ1 、ｄ2 は物体側から順番に数えた絞
り１とレンズ面との面間隔及びレンズの肉厚、ｎd 、ν
d はそれぞれレンズ材料の屈折率とアッベ数である。ま
た、非球面形状を有する面（実施例中の面Ｎｏの横に＊
印で表示）については、下記（数２２）によって規定さ
れている。
して、実施例１、２を示す。ｆは全系の合成焦点距離、
ＦnoはＦナンバー、２ωは画角を表している。実施例
中、ｒ 1 、ｒ2 は物体側から順番に数えた各レンズ面の
頂点曲率半径、ｄ1 、ｄ2 は物体側から順番に数えた絞
り１とレンズ面との面間隔及びレンズの肉厚、ｎd 、ν
d はそれぞれレンズ材料の屈折率とアッベ数である。ま
た、非球面形状を有する面（実施例中の面Ｎｏの横に＊
印で表示）については、下記（数２２）によって規定さ
れている。
【００４７】
【数２２】
【００４８】但し、上記（数２２）において、 Ｚ：光軸からの高さがｙの非球面形状の非球面頂点の接
平面からの距離 ｙ：光軸からの高さ ｃ：非球面頂点の曲率 ｋ：円錐定数 Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ：非球面係数 とする。
平面からの距離 ｙ：光軸からの高さ ｃ：非球面頂点の曲率 ｋ：円錐定数 Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ：非球面係数 とする。
【００４９】以下、実施例１についての具体的数値例を
示す。この中で高屈折率法によって設計された高屈折面
には、面Ｎｏの横に○印を表示している。 （実施例１） ｆ＝２４．４ Ｆno＝１５．２ ２ω＝５０．０ Ｙ＝２５．０ ｙ＝１０．５ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎd νd 絞り 0.5 １＊ −13.2300 5.0 1.5240 56.7 ２＊○ −7.60302 0.0 5877 −3.45 ３＊ −7.60300 尚、＊印を付けた面は非球面であり、その非球面係数を
下記に示す。
示す。この中で高屈折率法によって設計された高屈折面
には、面Ｎｏの横に○印を表示している。 （実施例１） ｆ＝２４．４ Ｆno＝１５．２ ２ω＝５０．０ Ｙ＝２５．０ ｙ＝１０．５ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎd νd 絞り 0.5 １＊ −13.2300 5.0 1.5240 56.7 ２＊○ −7.60302 0.0 5877 −3.45 ３＊ −7.60300 尚、＊印を付けた面は非球面であり、その非球面係数を
下記に示す。
【００５０】 第１面 第２面 第３面 ｋ 0.0 0.0 0.0 Ｄ −1.23566×10-3 1.17662×10-4 1.17649×10-4 Ｅ 6.16012×10-4 −1.94690×10-6 −1.94714×10-6 Ｆ 0.0 0.0 0.0 Ｇ 0.0 0.0 0.0 図２に、本実施例の読取り光学系における諸収差を示
す。この図２の各収差図において、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ｍ
ｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、軸上色収差
（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表している。図２
（ａ）の球面収差図において、実線はｄ線であり、破線
は正弦条件である。図２（ｂ）の非点収差図において、
実線はサジタル像面湾曲であり、破線はメリディオナル
像面湾曲である。図２（ｄ）の軸上色収差図において、
実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値で
ある。図２（ｅ）の倍率色収差図において、破線はＦ
線、一点鎖線はＣ線に対する値である。これらの収差図
から明らかなように、本実施例によれば、色収差が良好
に補正され、かつ、結像性能の良好な読取り光学系が得
られることが分かる。
す。この図２の各収差図において、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ｍ
ｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、軸上色収差
（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表している。図２
（ａ）の球面収差図において、実線はｄ線であり、破線
は正弦条件である。図２（ｂ）の非点収差図において、
実線はサジタル像面湾曲であり、破線はメリディオナル
像面湾曲である。図２（ｄ）の軸上色収差図において、
実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値で
ある。図２（ｅ）の倍率色収差図において、破線はＦ
線、一点鎖線はＣ線に対する値である。これらの収差図
から明らかなように、本実施例によれば、色収差が良好
に補正され、かつ、結像性能の良好な読取り光学系が得
られることが分かる。
【００５１】次に、実施例２についての具体的数値を以
下に示す。 （実施例２） ｆ＝１７．０ Ｆno＝１０．４ ２ω＝５６．５ Ｙ＝３２．５ ｙ＝１０．５ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎd νd 絞り 2.8 １＊ −11.5083 2.6 1.5298 55.7 ２＊○ −5.63147 0.0 5877 −3.45 ３＊ −5.63145 尚、＊印を付けた面は非球面であり、その非球面係数を
下記に示す。
下に示す。 （実施例２） ｆ＝１７．０ Ｆno＝１０．４ ２ω＝５６．５ Ｙ＝３２．５ ｙ＝１０．５ 面Ｎｏ ｒ ｄ ｎd νd 絞り 2.8 １＊ −11.5083 2.6 1.5298 55.7 ２＊○ −5.63147 0.0 5877 −3.45 ３＊ −5.63145 尚、＊印を付けた面は非球面であり、その非球面係数を
下記に示す。
【００５２】 第１面 第２面 第３面 ｋ 0.0 0.0 0.0 Ｄ −2.01753×10-3 −1.35383×10-4 −1.35410×10-4 Ｅ 5.50497×10-4 −8.57270×10-6 −8.57284×10-6 Ｆ −1.17212×10-4 −2.27625×10-7 −2.27024×10-7 Ｇ 5.67473×10-6 −1.49093×10-7 −1.49150×10-7 図４に、本実施例の読取り光学系における諸収差を示
す。この図４の各収差図において、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ｍ
ｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、軸上色収差
（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表している。図４
（ａ）の球面収差図において、実線はｄ線であり、破線
は正弦条件である。図４（ｂ）の非点収差図において、
実線はサジタル像面湾曲であり、破線はメリディオナル
像面湾曲である。図４（ｄ）の軸上色収差図において、
実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値で
ある。図４（ｅ）の倍率色収差図において、破線はＦ
線、一点鎖線はＣ線に対する値である。これらの収差図
から明らかなように、本実施例によれば、色収差が良好
に補正され、かつ、結像性能の良好な読取り光学系が得
られることが分かる。
す。この図４の各収差図において、（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ｍ
ｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、軸上色収差
（ｍｍ）、倍率色収差（ｍｍ）を表している。図４
（ａ）の球面収差図において、実線はｄ線であり、破線
は正弦条件である。図４（ｂ）の非点収差図において、
実線はサジタル像面湾曲であり、破線はメリディオナル
像面湾曲である。図４（ｄ）の軸上色収差図において、
実線はｄ線、破線はＦ線、一点鎖線はＣ線に対する値で
ある。図４（ｅ）の倍率色収差図において、破線はＦ
線、一点鎖線はＣ線に対する値である。これらの収差図
から明らかなように、本実施例によれば、色収差が良好
に補正され、かつ、結像性能の良好な読取り光学系が得
られることが分かる。
【００５３】尚、本実施の形態においては、レンズ２の
像側面にグレーティング素子面が形成された構成の読取
り光学系を例に挙げて説明したが、本発明はこの構成に
限定されるものではなく、レンズ２の物体側面にグレー
ティング素子面が形成された構成であってもよい。
像側面にグレーティング素子面が形成された構成の読取
り光学系を例に挙げて説明したが、本発明はこの構成に
限定されるものではなく、レンズ２の物体側面にグレー
ティング素子面が形成された構成であってもよい。
【００５４】〈第２の実施の形態〉次に、本発明の第２
の実施の形態における読取り光学系について、図５を参
照しながら説明する。図５は第２の実施の形態の具体的
数値例である実施例３に係る読取り光学系のレンズ構成
を示す断面図である。
の実施の形態における読取り光学系について、図５を参
照しながら説明する。図５は第２の実施の形態の具体的
数値例である実施例３に係る読取り光学系のレンズ構成
を示す断面図である。
【００５５】図５に示すように、本実施の形態における
読取り光学系は、物体側（図中左側）から順番に配置さ
れた絞り１と、レンズ２と、撮像デバイスのフェースプ
レートに光学的に等価な平板３とにより構成されてお
り、図示しない駆動装置によって光軸上を移動すること
により、異なるサイズの原稿を読み取ることができるよ
うにされている。尚、図５中、４は像面である。この読
取り光学系を構成するレンズ２は、像側面が凸面となっ
ており、かつ、光軸を離れるに従って局所的な曲率半径
が小さくなる非球面となっている。また、レンズ２に
は、像側面に正の屈折力を有するグレーティング素子面
６０が形成されている。
読取り光学系は、物体側（図中左側）から順番に配置さ
れた絞り１と、レンズ２と、撮像デバイスのフェースプ
レートに光学的に等価な平板３とにより構成されてお
り、図示しない駆動装置によって光軸上を移動すること
により、異なるサイズの原稿を読み取ることができるよ
うにされている。尚、図５中、４は像面である。この読
取り光学系を構成するレンズ２は、像側面が凸面となっ
ており、かつ、光軸を離れるに従って局所的な曲率半径
が小さくなる非球面となっている。また、レンズ２に
は、像側面に正の屈折力を有するグレーティング素子面
６０が形成されている。
【００５６】下記実施例３におけるレンズ２の像側面の
数値は、グレーティング素子面６０へ変換する前の値を
示しており、この数値に基づいてグレーティング素子面
６０が形成される。具体的には、設計時において、図１
０に示すように、ベース非球面５０（実施例３における
ｒ1 ）の上に高屈折率面５１（実施例３におけるｒ2）
を有し、その間に高屈折率部５２を有する状態を想定
し、これらのベース非球面５０と高屈折率面５１とで構
成された像側面と同様の効果を得ることができるよう
に、上記の方法を用いて、図１１に示すようなグレーテ
ィング素子面６０へ変換する。また、グレーティング素
子面６０は、図１２に示すようなキノフォーム形状で構
成されており、グレーティング素子面６０を有するレン
ズ２は、ガラス成形あるいは樹脂成形のいずれかによっ
て形成される。これにより、転写性に優れたキノフォー
ム形状を有する読取り光学系を実現することができる。
さらに、グレーティング素子面６０を有するレンズ２を
赤外吸収材料によって形成することにより、転写性に優
れたキノフォーム形状を有し、かつ、グレーティング素
子面６０によって発生する不要散乱光がイメージセンサ
へ映り込んで結像性能が劣化することを防止し、良好な
結像性能を確保することのできる読取り光学系を実現す
ることができる。
数値は、グレーティング素子面６０へ変換する前の値を
示しており、この数値に基づいてグレーティング素子面
６０が形成される。具体的には、設計時において、図１
０に示すように、ベース非球面５０（実施例３における
ｒ1 ）の上に高屈折率面５１（実施例３におけるｒ2）
を有し、その間に高屈折率部５２を有する状態を想定
し、これらのベース非球面５０と高屈折率面５１とで構
成された像側面と同様の効果を得ることができるよう
に、上記の方法を用いて、図１１に示すようなグレーテ
ィング素子面６０へ変換する。また、グレーティング素
子面６０は、図１２に示すようなキノフォーム形状で構
成されており、グレーティング素子面６０を有するレン
ズ２は、ガラス成形あるいは樹脂成形のいずれかによっ
て形成される。これにより、転写性に優れたキノフォー
ム形状を有する読取り光学系を実現することができる。
さらに、グレーティング素子面６０を有するレンズ２を
赤外吸収材料によって形成することにより、転写性に優
れたキノフォーム形状を有し、かつ、グレーティング素
子面６０によって発生する不要散乱光がイメージセンサ
へ映り込んで結像性能が劣化することを防止し、良好な
結像性能を確保することのできる読取り光学系を実現す
ることができる。
【００５７】本実施の形態においては、レンズ２の物体
側面の頂点曲率半径をｒ1 、像側面の頂点曲率半径をｒ
2 、絞り１の径をＤ、光学系全系の焦点距離をｆ、グレ
ーティング素子面６０の焦点距離をｆg として、下記
（数２３）、（数２４）、（数２５）の条件式を満足す
ることにより、以下の作用効果が得られる。
側面の頂点曲率半径をｒ1 、像側面の頂点曲率半径をｒ
2 、絞り１の径をＤ、光学系全系の焦点距離をｆ、グレ
ーティング素子面６０の焦点距離をｆg として、下記
（数２３）、（数２４）、（数２５）の条件式を満足す
ることにより、以下の作用効果が得られる。
【００５８】
【数２３】
【００５９】
【数２４】
【００６０】
【数２５】
【００６１】まず、上記（数２３）の条件式を満足する
ことにより、諸収差のバランスが整った最適なレンズ形
状とすることができる。しかし、上記（数２３）の条件
式からはずれると、軸外光の入射角度が大きくなり、そ
の結果、軸外性能の劣化や軸外光における回折効率の劣
化に繋がりフレアが発生してしまう。また、像側面の頂
点曲率半径ｒ2 が小さくなると、レンズの作製が困難と
なるために歩留まりが悪くなり、コストアップに繋が
る。また、上記（数２４）の条件式１を満足することに
より、振動などによる画像情報の欠落やコード情報の誤
認識を防止するための十分な被写界深度を得ることがで
きる。しかし、上記（数２４）の条件式からはずれる
と、画像情報やコード情報を読み取るための十分な明る
さが得られなかったり、あるいは十分な被写界深度が得
られないために、画像情報の欠落やコード情報の誤認識
を引き起こしてしまう。さらに、上記（数２５）の条件
式を満足することにより、色収差を良好に補正すること
ができる。しかし、上記（数２５）の条件式からはずれ
ると、色収差の補正不足、あるいは補正過剰となり、良
好な結像性能を得ることが困難となる。また、上記した
ようにレンズ２の少なくとも一面を光軸を離れるに従っ
て局所的な曲率半径が小さくなる非球面形状とすること
は、歪曲収差と像面湾曲の補正に大きな効果を発揮す
る。また、グレーティング素子面６０が形成されるとき
の中心波長をλ0 として、下記（数２６）の条件式を満
足することにより、グレーティング素子面６０によって
発生する不要散乱光がイメージセンサへ映り込んで結像
性能が劣化することを防止することができる。
ことにより、諸収差のバランスが整った最適なレンズ形
状とすることができる。しかし、上記（数２３）の条件
式からはずれると、軸外光の入射角度が大きくなり、そ
の結果、軸外性能の劣化や軸外光における回折効率の劣
化に繋がりフレアが発生してしまう。また、像側面の頂
点曲率半径ｒ2 が小さくなると、レンズの作製が困難と
なるために歩留まりが悪くなり、コストアップに繋が
る。また、上記（数２４）の条件式１を満足することに
より、振動などによる画像情報の欠落やコード情報の誤
認識を防止するための十分な被写界深度を得ることがで
きる。しかし、上記（数２４）の条件式からはずれる
と、画像情報やコード情報を読み取るための十分な明る
さが得られなかったり、あるいは十分な被写界深度が得
られないために、画像情報の欠落やコード情報の誤認識
を引き起こしてしまう。さらに、上記（数２５）の条件
式を満足することにより、色収差を良好に補正すること
ができる。しかし、上記（数２５）の条件式からはずれ
ると、色収差の補正不足、あるいは補正過剰となり、良
好な結像性能を得ることが困難となる。また、上記した
ようにレンズ２の少なくとも一面を光軸を離れるに従っ
て局所的な曲率半径が小さくなる非球面形状とすること
は、歪曲収差と像面湾曲の補正に大きな効果を発揮す
る。また、グレーティング素子面６０が形成されるとき
の中心波長をλ0 として、下記（数２６）の条件式を満
足することにより、グレーティング素子面６０によって
発生する不要散乱光がイメージセンサへ映り込んで結像
性能が劣化することを防止することができる。
【００６２】
【数２６】
【００６３】しかし、上記（数２６）の条件式からはず
れると、イメージセンサの波長感度に対して不要散乱光
の強度が強くなってしまい、フレアが発生してしまう。
また、前記読取り光学系において、前記読取り光学系が
最も物体側に移動したときの原稿の最大高さをＹw 、最
も像側に移動したときの原稿の最大高さをＹt として、
下記（数２７）の条件式を満足することにより、小型で
結像性能の良好な読取り光学系を実現することができ
る。
れると、イメージセンサの波長感度に対して不要散乱光
の強度が強くなってしまい、フレアが発生してしまう。
また、前記読取り光学系において、前記読取り光学系が
最も物体側に移動したときの原稿の最大高さをＹw 、最
も像側に移動したときの原稿の最大高さをＹt として、
下記（数２７）の条件式を満足することにより、小型で
結像性能の良好な読取り光学系を実現することができ
る。
【００６４】
【数２７】
【００６５】しかし、上記（数２７）の条件式からはず
れると、レンズの移動量が大きくなり、装置の小型化が
達成できなくなってしまうと共に、良好な結像性能も得
ることもできなくなってしまう。また、前記読取り光学
系をメリディオナル像面がサジタル像面よりも良好な結
像性能を有する構成とすることにより、コード情報の読
取り精度を高め誤認識を防止することができる。
れると、レンズの移動量が大きくなり、装置の小型化が
達成できなくなってしまうと共に、良好な結像性能も得
ることもできなくなってしまう。また、前記読取り光学
系をメリディオナル像面がサジタル像面よりも良好な結
像性能を有する構成とすることにより、コード情報の読
取り精度を高め誤認識を防止することができる。
【００６６】以下に、本実施の形態の具体的な数値例と
して、実施例３を示す。ｆは全系の合成焦点距離、Ｆno
はＦナンバー、２ωは画角を表している。実施例中、ｒ
1 、ｒ2 は物体側から順番に数えた各レンズ面の頂点曲
率半径、ｄ1 、ｄ2 は物体側から順番に数えた絞り１と
レンズ面との面間隔及びレンズの肉厚、ｎd 、νd はそ
れぞれレンズ材料の屈折率とアッベ数である。また、非
球面形状を有する面（実施例中の面Ｎｏの横に＊印で表
示）については、下記（数２８）によって規定されてい
る。
して、実施例３を示す。ｆは全系の合成焦点距離、Ｆno
はＦナンバー、２ωは画角を表している。実施例中、ｒ
1 、ｒ2 は物体側から順番に数えた各レンズ面の頂点曲
率半径、ｄ1 、ｄ2 は物体側から順番に数えた絞り１と
レンズ面との面間隔及びレンズの肉厚、ｎd 、νd はそ
れぞれレンズ材料の屈折率とアッベ数である。また、非
球面形状を有する面（実施例中の面Ｎｏの横に＊印で表
示）については、下記（数２８）によって規定されてい
る。
【００６７】
【数２８】
【００６８】但し、上記（数２８）において、 Ｚ：光軸からの高さがｙの非球面形状の非球面頂点の接
平面からの距離 ｙ：光軸からの高さ ｃ：非球面頂点の曲率 ｋ：円錐定数 Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ：非球面係数 とする。さらに、高屈折率法によって設計された高屈折
面には、面Ｎｏの横に○印を表示している。
平面からの距離 ｙ：光軸からの高さ ｃ：非球面頂点の曲率 ｋ：円錐定数 Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ：非球面係数 とする。さらに、高屈折率法によって設計された高屈折
面には、面Ｎｏの横に○印を表示している。
【００６９】以下、実施例３についての具体的数値例を
示す。 尚、＊印を付けた面は非球面であり、その非球面係数を
下記に示す。
示す。 尚、＊印を付けた面は非球面であり、その非球面係数を
下記に示す。
【００７０】 第１面 第２面 第３面 ｋ 0.0 0.0 0.0 Ｄ − 2.06110×10-3 −1.29557×10-4 −1.29590×10-4 Ｅ 5.32089×10-4 −7.96984×10-6 −7.96763×10-6 Ｆ −1.22456×10-4 −2.04872×10-7 −2.04907×10-7 Ｇ 8.67146×10-6 −1.30728×10-7 −1.30735×10-7 図６、図７に、本実施例の読取り光学系における諸収差
を示す。
を示す。
【００７１】ここで、図６は読取り光学系が最も物体側
に移動したときの収差図であり、図７は読取り光学系が
最も像側に移動したときの収差図である。この図６、図
７の各収差図において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ｍｍ）、非点収
差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、軸上色収差（ｍｍ）、倍
率色収差（ｍｍ）を表している。図６（ａ）及び図７
（ａ）の球面収差図において、実線はｄ線であり、破線
は正弦条件である。図６（ｂ）及び図７（ｂ）の非点収
差図において、実線はサジタル像面湾曲であり、破線は
メリディオナル像面湾曲である。図６（ｄ）及び図７
（ｄ）の軸上色収差図において、実線はｄ線、破線はＦ
線、一点鎖線はＣ線に対する値である。図６（ｅ）及び
図７（ｅ）の倍率色収差図において、破線はＦ線、一点
鎖線はＣ線に対する値である。これらの収差図から明ら
かなように、本実施例によれば、色収差が良好に補正さ
れ、かつ、結像性能の良好な読取り光学系が得られるこ
とが分かる。
に移動したときの収差図であり、図７は読取り光学系が
最も像側に移動したときの収差図である。この図６、図
７の各収差図において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ球面収差（ｍｍ）、非点収
差（ｍｍ）、歪曲収差（％）、軸上色収差（ｍｍ）、倍
率色収差（ｍｍ）を表している。図６（ａ）及び図７
（ａ）の球面収差図において、実線はｄ線であり、破線
は正弦条件である。図６（ｂ）及び図７（ｂ）の非点収
差図において、実線はサジタル像面湾曲であり、破線は
メリディオナル像面湾曲である。図６（ｄ）及び図７
（ｄ）の軸上色収差図において、実線はｄ線、破線はＦ
線、一点鎖線はＣ線に対する値である。図６（ｅ）及び
図７（ｅ）の倍率色収差図において、破線はＦ線、一点
鎖線はＣ線に対する値である。これらの収差図から明ら
かなように、本実施例によれば、色収差が良好に補正さ
れ、かつ、結像性能の良好な読取り光学系が得られるこ
とが分かる。
【００７２】尚、本実施の形態においては、レンズ２の
像側面にグレーティング素子面が形成された構成の読取
り光学系を例に挙げて説明したが、本発明はこの構成に
限定されるものではなく、レンズ２の物体側面にグレー
ティング素子面が形成された構成であってもよい。
像側面にグレーティング素子面が形成された構成の読取
り光学系を例に挙げて説明したが、本発明はこの構成に
限定されるものではなく、レンズ２の物体側面にグレー
ティング素子面が形成された構成であってもよい。
【００７３】〈第３の実施の形態〉次に、本発明の第３
の実施の形態における画像読取り装置について、図１３
を参照しながら説明する。図１３は本発明の第３の実施
の形態における画像読取り装置を示す概略構成図であ
る。
の実施の形態における画像読取り装置について、図１３
を参照しながら説明する。図１３は本発明の第３の実施
の形態における画像読取り装置を示す概略構成図であ
る。
【００７４】図１３に示すように、画像読取り装置は、
読取り光学系６１と、読取り光学系６１によって結像さ
れた画像情報を電気信号に変換するイメージセンサ６２
と、前記電気信号を処理し前記画像情報を処理する回路
部６３等とにより構成されている。読取り光学系６１と
しては、上記第１の実施の形態における読取り光学系が
用いられている。上記第１の実施の形態における読取り
光学系は、広い波長範囲にわたって色収差が良好に補正
され、画角も大きく、かつ、従来の光学系よりも小さく
なっているため、小型の画像読取り装置を構成するのに
適している。
読取り光学系６１と、読取り光学系６１によって結像さ
れた画像情報を電気信号に変換するイメージセンサ６２
と、前記電気信号を処理し前記画像情報を処理する回路
部６３等とにより構成されている。読取り光学系６１と
しては、上記第１の実施の形態における読取り光学系が
用いられている。上記第１の実施の形態における読取り
光学系は、広い波長範囲にわたって色収差が良好に補正
され、画角も大きく、かつ、従来の光学系よりも小さく
なっているため、小型の画像読取り装置を構成するのに
適している。
【００７５】以上のように上記第１の実施の形態におけ
る読取り光学系を用いて画像読取り装置を構成すれば、
画像読取り装置全体の大きさを従来よりも小型にするこ
とが可能になると共に、結像性能が良好な画像読取り装
置を得ることができる。
る読取り光学系を用いて画像読取り装置を構成すれば、
画像読取り装置全体の大きさを従来よりも小型にするこ
とが可能になると共に、結像性能が良好な画像読取り装
置を得ることができる。
【００７６】〈第４の実施の形態〉次に、本発明の第４
の実施の形態における画像読取り装置について、図１４
を参照しながら説明する。図１４は本発明の第４の実施
の形態における画像読取り装置を示す概略構成図であ
る。
の実施の形態における画像読取り装置について、図１４
を参照しながら説明する。図１４は本発明の第４の実施
の形態における画像読取り装置を示す概略構成図であ
る。
【００７７】図１４に示すように、画像読取り装置は、
読取り光学系７１と、読取り光学系７１を駆動する駆動
装置７２と、可変読取り光学系７１によって結像された
画像情報を電気信号に変換するイメージセンサ６２と、
前記電気信号を処理し前記画像情報を処理する回路部６
３等とにより構成されている。読取り光学系７１として
は、上記第２の実施の形態における読取り光学系が用い
られている。上記第２の実施の形態における読取り光学
系は、広い波長範囲にわたって色収差が良好に補正さ
れ、画角も大きく、かつ、従来の光学系よりも小さくな
っているため、小型の画像読取り装置を構成するのに適
している。
読取り光学系７１と、読取り光学系７１を駆動する駆動
装置７２と、可変読取り光学系７１によって結像された
画像情報を電気信号に変換するイメージセンサ６２と、
前記電気信号を処理し前記画像情報を処理する回路部６
３等とにより構成されている。読取り光学系７１として
は、上記第２の実施の形態における読取り光学系が用い
られている。上記第２の実施の形態における読取り光学
系は、広い波長範囲にわたって色収差が良好に補正さ
れ、画角も大きく、かつ、従来の光学系よりも小さくな
っているため、小型の画像読取り装置を構成するのに適
している。
【００７８】以上のように上記第２の実施の形態におけ
る読取り光学系を用いて画像読取り装置を構成すれば、
画像読取り装置全体の大きさを従来よりも小型にするこ
とが可能になると共に、結像性能が良好な画像読取り装
置を得ることができる。
る読取り光学系を用いて画像読取り装置を構成すれば、
画像読取り装置全体の大きさを従来よりも小型にするこ
とが可能になると共に、結像性能が良好な画像読取り装
置を得ることができる。
【００７９】〈第５の実施の形態〉次に、本発明の第５
の実施の形態におけるバーコードリーダについて、図１
５を参照しながら説明する。図１５は本発明の第５の実
施の形態におけるバーコードリーダを示す概略構成図で
ある。
の実施の形態におけるバーコードリーダについて、図１
５を参照しながら説明する。図１５は本発明の第５の実
施の形態におけるバーコードリーダを示す概略構成図で
ある。
【００８０】図１５に示すように、バーコードリーダ
は、読取り光学系６１と、読取り光学系６１によって結
像されたバーコード情報を電気信号に変換するイメージ
センサ７３と、前記バーコード情報を解読する回路部を
有する信号処理回路７４等とにより構成されている。読
取り光学系６１としては、上記第１の実施の形態におけ
る読取り光学系が用いられている。上記第１の実施の形
態における読取り光学系は、広い波長範囲にわたって色
収差が良好に補正されているため、ＬＥＤ等の光源が不
要となり、また、画角も大きく、かつ、従来の光学系よ
りも小さくなっているため、小型のバーコードリーダを
構成するのに適している。
は、読取り光学系６１と、読取り光学系６１によって結
像されたバーコード情報を電気信号に変換するイメージ
センサ７３と、前記バーコード情報を解読する回路部を
有する信号処理回路７４等とにより構成されている。読
取り光学系６１としては、上記第１の実施の形態におけ
る読取り光学系が用いられている。上記第１の実施の形
態における読取り光学系は、広い波長範囲にわたって色
収差が良好に補正されているため、ＬＥＤ等の光源が不
要となり、また、画角も大きく、かつ、従来の光学系よ
りも小さくなっているため、小型のバーコードリーダを
構成するのに適している。
【００８１】以上のように上記第１の実施の形態におけ
る読取り光学系を用いてバーコードリーダを構成すれ
ば、バーコードリーダ全体の大きさを従来よりも小型に
することが可能になると共に、結像性能が良好なバーコ
ードリーダを得ることができる。
る読取り光学系を用いてバーコードリーダを構成すれ
ば、バーコードリーダ全体の大きさを従来よりも小型に
することが可能になると共に、結像性能が良好なバーコ
ードリーダを得ることができる。
【００８２】〈第６の実施の形態〉次に、本発明の第６
の実施の形態におけるバーコードリーダについて、図１
６を参照しながら説明する。図１６は本発明の第６の実
施の形態におけるバーコードリーダを示す概略構成図で
ある。図１６に示すように、バーコードリーダは、読取
り光学系７１と、読取り光学系７１を駆動する駆動装置
７２と、読取り光学系７１によって結像されたバーコー
ド情報を電気信号に変換するイメージセンサ７３と、前
記バーコード情報を解読する回路部を有する信号処理回
路７４等とにより構成されている。読取り光学系７１と
しては、上記第２の実施の形態における読取り光学系が
用いられている。上記第２の実施の形態における読取り
光学系は、広い波長範囲にわたって色収差が補正されて
いるため、ＬＥＤ等の光源が不要となり、また、画角も
大きく、かつ、従来の光学系よりも小さくなっているた
め、小型のバーコードリーダを構成するのに適してい
る。
の実施の形態におけるバーコードリーダについて、図１
６を参照しながら説明する。図１６は本発明の第６の実
施の形態におけるバーコードリーダを示す概略構成図で
ある。図１６に示すように、バーコードリーダは、読取
り光学系７１と、読取り光学系７１を駆動する駆動装置
７２と、読取り光学系７１によって結像されたバーコー
ド情報を電気信号に変換するイメージセンサ７３と、前
記バーコード情報を解読する回路部を有する信号処理回
路７４等とにより構成されている。読取り光学系７１と
しては、上記第２の実施の形態における読取り光学系が
用いられている。上記第２の実施の形態における読取り
光学系は、広い波長範囲にわたって色収差が補正されて
いるため、ＬＥＤ等の光源が不要となり、また、画角も
大きく、かつ、従来の光学系よりも小さくなっているた
め、小型のバーコードリーダを構成するのに適してい
る。
【００８３】以上のように上記第２の実施の形態におけ
る読取り光学系を用いてバーコードリーダを構成すれ
ば、バーコードリーダ全体の大きさを従来よりも小型に
することが可能になると共に、結像性能が良好なバーコ
ードリーダを得ることができる。
る読取り光学系を用いてバーコードリーダを構成すれ
ば、バーコードリーダ全体の大きさを従来よりも小型に
することが可能になると共に、結像性能が良好なバーコ
ードリーダを得ることができる。
【００８４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レンズ面に回折効果を持たせること、つまり、読取り光
学系を構成するレンズにグレーティング素子面を形成さ
せることにより、レンズの構成枚数を増やすことなく、
可視全域にわたって色収差が補正された良好な結像性能
を有する読取り光学系を実現することが可能となる。ま
た、この読取り光学系を用いて画像読取り装置及びバー
コードリーダを構成することにより、従来よりも小型で
ありながら結像性能の良好な画像読取り装置及びバーコ
ードリーダを実現することができる。
レンズ面に回折効果を持たせること、つまり、読取り光
学系を構成するレンズにグレーティング素子面を形成さ
せることにより、レンズの構成枚数を増やすことなく、
可視全域にわたって色収差が補正された良好な結像性能
を有する読取り光学系を実現することが可能となる。ま
た、この読取り光学系を用いて画像読取り装置及びバー
コードリーダを構成することにより、従来よりも小型で
ありながら結像性能の良好な画像読取り装置及びバーコ
ードリーダを実現することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態における読取り光学
系の一実施例を示す断面図である。
系の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の読取り光学系の諸収差図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における読取り光学
系の他の実施例を示す断面図である。
系の他の実施例を示す断面図である。
【図４】図３の読取り光学系の諸収差図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における読取り光学
系の一実施例３を示す断面図である。
系の一実施例３を示す断面図である。
【図６】図５の読取り光学系が最も物体側に移動したと
きの諸収差図である。
きの諸収差図である。
【図７】図５の読取り光学系が最も像側に移動したとき
の諸収差図である。
の諸収差図である。
【図８】Ｓｗｅａｔｔモデルの誤差解析を説明するため
の図である。
の図である。
【図９】Ｓｗｅａｔｔモデルの誤差解析を説明するため
の図である。
の図である。
【図１０】グレーティング素子面に変換する前のレンズ
面の像側面の拡大断面図である。
面の像側面の拡大断面図である。
【図１１】図１０に示すレンズ面を変換して形成された
グレーティング素子面の拡大断面図である。
グレーティング素子面の拡大断面図である。
【図１２】グレーティング素子面のキノフォーム形状を
示す拡大断面図である。
示す拡大断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態における画像読取
り装置を示す概略構成図である。
り装置を示す概略構成図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における画像読取
り装置を示す概略構成図である。
り装置を示す概略構成図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態におけるバーコー
ドリーダを示す概略構成図である。
ドリーダを示す概略構成図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態におけるバーコー
ドリーダを示す概略構成図である。
ドリーダを示す概略構成図である。
１ 絞り ２ レンズ ３ 平板 ４ 像面 ５０ ベース非球面 ５１ 高屈折率面 ５２ 高屈折率部 ６０ グレーティング素子面 ６１ 読取り光学系 ６２ イメージセンサ ６３ 回路部 ７１ 読取り光学系 ７２ 駆動装置 ７３ イメージセンサ ７４ 信号処理回路
Claims (14)
- 【請求項１】 画像情報やコード情報を読み取る読取り
光学系であって、前記光学系を構成するレンズの少なく
とも一面にグレーティング素子面が形成されていること
を特徴とする読取り光学系。 - 【請求項２】 駆動装置によって光軸上を移動すること
が可能な請求項１に記載の読取り光学系。 - 【請求項３】 光学系が、物体側から順番に配置された
絞りと、像側面が凸面で、かつ、正の屈折力を有する１
枚のレンズとを備えた請求項１又は２に記載の読取り光
学系。 - 【請求項４】 レンズの物体側面の頂点曲率半径を
ｒ1 、像側面の頂点曲率半径をｒ2 、絞りの径をＤ、光
学系全系の焦点距離をｆ、前記レンズのグレーティング
素子面の焦点距離をｆg としたとき、下記（数１）、
（数２）、（数３）の条件式を満足する請求項３に記載
の読取り光学系。 【数１】 【数２】 【数３】 - 【請求項５】 レンズの少なくとも一面が、光軸を離れ
るに従って局所的な曲率半径が小さくなる非球面である
請求項４に記載の読取り光学系。 - 【請求項６】 グレーティング素子面が形成されるとき
の中心波長をλ0 としたとき、下記（数４）の条件式を
満足する請求項１又は２に記載の読取り光学系。 【数４】 - 【請求項７】 グレーティング素子面がキノフォーム形
状である請求項６に記載の読取り光学系。 - 【請求項８】 グレーティング素子面を有するレンズ
が、ガラス又は樹脂のいずれかで形成されている請求項
１又は２に記載の読取り光学系。 - 【請求項９】 グレーティング素子面を有するレンズ
が、赤外吸収材料で形成されている請求項１又は２に記
載の読取り光学系。 - 【請求項１０】 原稿の最大高さをＹ、イメージセンサ
の最大高さをｙとしたとき、下記（数５）の条件式を満
足する請求項１又は２に記載の読取り光学系。 【数５】 - 【請求項１１】 メリディオナル像面がサジタル像面よ
りも良好な結像性能を有している請求項１０に記載の読
取り光学系。 - 【請求項１２】 光学系が最も物体側に移動したときの
原稿の最大高さをＹw、最も像側に移動したときの原稿
の最大高さをＹt としたとき、下記（数６）の条件式を
満足する請求項２に記載の可変読取り光学系。 【数６】 - 【請求項１３】 請求項１から１２のいずれか１項に記
載の読取り光学系と、前記読取り光学系によって結像さ
れた画像情報を電気信号に変換するイメージセンサと、
前記電気信号を処理し前記画像情報を処理する回路部と
を備えた画像読取り装置。 - 【請求項１４】 請求項１から１２のいずれか１項に記
載の読取り光学系と、前記読取り光学系によって結像さ
れたバーコード情報を電気信号に変換するイメージセン
サと、前記バーコード情報を解読する回路部を有する信
号処理回路とを備えたバーコードリーダ。
Priority Applications (12)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9320127A JPH11153753A (ja) | 1997-11-20 | 1997-11-20 | 読取り光学系、並びにそれを用いた画像読取り装置及びバーコードリーダ |
| TW092209205U TW582549U (en) | 1997-09-24 | 1998-09-11 | Calculating apparatus of diffraction efficiency of diffraction lens, lens with optical grating device and reading optical system |
| US09/154,355 US6349000B1 (en) | 1997-09-24 | 1998-09-16 | Device for calculating diffraction efficiencies of a diffraction lens, lens with grating element, and optical system for reading |
| EP98117706A EP0905531B1 (en) | 1997-09-24 | 1998-09-18 | Optical device comprising a lens with grating element |
| DE69833997T DE69833997D1 (de) | 1997-09-24 | 1998-09-18 | Optisches System bestehend aus einer Linse mit einem Beugungsbauteil |
| KR1019980039818A KR100332199B1 (ko) | 1997-09-24 | 1998-09-24 | 회절렌즈의회절효율계산장치및방법,렌즈형상계측장치,렌즈설계장치및방법,및회절효율계산방법의컴퓨터프로그램을기록한기록매체 |
| KR1020010002863A KR100332197B1 (ko) | 1997-09-24 | 2001-01-18 | 굴절회절 일체형 렌즈 및 이를 이용한 장치 |
| KR1020010031363A KR100332196B1 (ko) | 1997-09-24 | 2001-06-05 | 판독광학시스템 |
| KR1020010031362A KR100332198B1 (ko) | 1997-09-24 | 2001-06-05 | 그레이팅 소자가 부착된 렌즈 |
| KR10-2001-0056794A KR100413175B1 (ko) | 1997-09-24 | 2001-09-14 | 그레이팅 소자가 부착된 렌즈 |
| KR10-2001-0056795A KR100417159B1 (ko) | 1997-09-24 | 2001-09-14 | 그레이팅 소자가 부착된 렌즈 |
| US10/037,866 US7046350B2 (en) | 1997-09-24 | 2001-10-24 | Device for calculating diffraction efficiencies of a diffraction lens, lens with grating element, and optical system for reading |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9320127A JPH11153753A (ja) | 1997-11-20 | 1997-11-20 | 読取り光学系、並びにそれを用いた画像読取り装置及びバーコードリーダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11153753A true JPH11153753A (ja) | 1999-06-08 |
Family
ID=18118010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9320127A Pending JPH11153753A (ja) | 1997-09-24 | 1997-11-20 | 読取り光学系、並びにそれを用いた画像読取り装置及びバーコードリーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11153753A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008051941A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Hitachi Maxell Ltd | 回折型光学素子を有するレンズ系 |
-
1997
- 1997-11-20 JP JP9320127A patent/JPH11153753A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008051941A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Hitachi Maxell Ltd | 回折型光学素子を有するレンズ系 |
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