JP2008020651A - 読取レンズ及び画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】縮率０．２３６程度で、カラー原稿を良好に読み取るために極めて高精度に色収差補正されており、Ｆナンバーが４．２程度と明るく、開口効率が周辺部まで１００％に近く、諸収差も良好に補正された、高空間周波数領域で高いコントラストを有していて、かつ、コストを抑えた読取レンズ、及び該読取レンズを有する画像読取装置を提供する。
【解決手段】物体側の第１群Ｇ１は物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第１レンズＬ１、第２群Ｇ２は物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズ第２レンズＬ２と物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズの第３レンズＬ３との接合レンズで負の屈折力を持ち、第３群Ｇ３は物体側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第４レンズＬ４と物体側に凹面を向けた凸メニスカスレンズの第５レンズＬ５との接合レンズで負の屈折力を持ち、第４群Ｇ４は像側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第６の第６レンズＬ６である４群６枚から構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、読取レンズ及び画像読取装置に関し、特に、ファクシミリやデジタル複写機の原稿読取部や各種のイメージスキャナに利用されるフルカラー読取レンズ、及び該読取レンズを有する画像読取装置に関する。

ファクシミリやデジタル複写機の原稿読取部やイメージスキャナは、読み取るべき画像情報を読取用レンズで縮小してＣＣＤ（Charge Coupled Device）のような固体撮像素子上に結像させて画像情報を信号化する。また、最近のカラー用のＣＣＤは、３ラインＣＣＤを多く採用している。これは、赤、緑、青のフィルタを持った受光素子が１チップに３列配列されており、この受光面にカラー画像を結像させることにより３原色に色分解し、カラー画像情報を信号化している。

このような読取用レンズでは、カラー原稿を良好に読み取るために受光面に赤、緑、青の各色の結像位置を光軸方向に合致させる必要があり、このため各色について良好に色収差補正をしなければならない。このような色収差補正は、極めて精度よく補正されている必要がある。更に、このような読取用レンズでは、一般に像面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共に、開口効率が画角周辺部まで１００％近くあることが要求されている。

従来、このような読取用レンズとして４群６枚構成のガウスタイプが用いられている。ガウスタイプのカラー読取レンズとして、特許文献１から５に係る発明が開示されている。
特開平０６−１０９９７１号公報 特開平１０−０６８８８１号公報 特開平１０−２５３８８１号公報 特開平１１−１０９２２１号公報 特開２００１−１６６３５９号公報

しかし、上記従来のカラー読取レンズにおいては、種々の問題点があった。例えば、特許文献１記載の発明は、Ｆナンバーが５と暗い。また、特許文献２記載の発明は、縮率が０．１８９と小さくて、縮率を０．２３６程度にすると収差量が大きくなり、使用できなくなる。また、特許文献３記載の発明は、Ｆナンバーが４程度と大口径で半画角が１７〜１８°程度のものは縮率が０．１８９と小さく、縮率を０．２３６程度にすると収差量が大きくなり使用できず、逆に縮率が０．２より大きくなるとＦナンバー６より暗くなってしまっていたり、半画角が１１°程度と非常に狭いものしかない。また、特許文献４記載の発明は、半画角が１０°前後とやはり非常に狭いものである。また、特許文献５記載の発明は、レンズに使用しているガラス硝材にコストの高いものが多く、レンズユニットとして高価なものになってしまう。

そこで本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、縮率０．２３６程度で、カラー原稿を良好に読み取るために極めて高精度に色収差補正されており、Ｆナンバーが４．２程度と明るく、開口効率が周辺部まで１００％に近く、諸収差も良好に補正された、高空間周波数領域で高いコントラストを有していて、かつ、コストを抑えた読取レンズ、及び該読取レンズを有する画像読取装置を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明に係る読取レンズにより達成される。即ち、上記課題を解決するために請求項１に係る読取レンズは、物体側より数えて順に、第１群ないし第４群を配し、第１群は物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第１レンズであり、第２群は正の屈折力を持つ第２レンズと負の屈折力を持つ第３レンズとの接合レンズで、負の屈折力を持ち、第３群は負の屈折力を持つ第４レンズと正の屈折力を持つ第５レンズとの接合レンズで、負の屈折力を持ち、第４群は像側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第６レンズである４群６枚構成の読取レンズであって、ｎｄ２が第２レンズのｄ線における屈折率、νｄ２が第２レンズのｄ線におけるアッベ数、ΔＰ凸が正の屈折力
を有するレンズ（第１、第２、第５、第６レンズ）のΔＰｇｄの平均、ΔＰ凹が負の屈
折力を有するレンズ（第３、第４レンズ）のΔＰｇｄの平均、ΔＰｇｄがＰｇｄ（部分
分散比）の標準線（Ｃ７とＦ２を結ぶ直線）からの偏差、Ｐｇｄ（部分分散比）が（ｎｇ−ｎｄ）／（ｎＦ−ｎＣ）、ｎｄがｄ線の屈折率、ｎｇがｇ線の屈折率、ｎＦがＦ線の屈折率、ｎＣがＣ線の屈折率、ｆ１が第１レンズのｅ線の焦点距離、ｆ６が第６レンズのｅ線の焦点距離、ｆ２５が第２レンズから第５レンズまでのｅ線の合成焦点距離、ｆが全系のｅ線の合成焦点距離、ｎ凸が正の屈折力を有するレンズ（第１、第２、第５、第６レンズ）のｎｄの平均、ｎ凹が負の屈折力を有するレンズ（第３、第４レンズ）のｎｄの平均とするとき、下記の条件式（１）〜（６）を満足することを特徴とする。

１．４５＜ｎｄ２＜１．５０・・・・・・（１）
７０．０＜νｄ２＜７１．０・・・・・・（２）
−０．００５４＜ΔＰ凸−ΔＰ凹＜０．００２０・・・・・・（３）
０．８９＜ｆ１／ｆ６＜１．４２・・・・・・（４）
−０．７２＜ｆ２５／ｆ＜−０．４２・・・・・・（５）
−０．００５６＜ｎ凸−ｎ凹＜０．０２７５・・・・・・（６）

ここで、条件式（１）、（２）は第２レンズの硝材を決定する条件である。この条件で決定される硝材を選ぶことにより、コストが低いながら、部分分散比の標準線からの偏差をレンズ単体として大きく取れるため、レンズ系全体の色収差補正に有効である。

条件式（３）は、軸上の色収差を良好に補正する条件である。そして、この上限を超えると、軸上の色収差が補正過剰になり、主波長より短波長側で軸上の色収差が正の側に大きくなる。逆に、下限を超えると、軸上の色収差が補正不足になり、主波長よリ短波長側で負の側に軸上の色収差が大きくなってしまう。

また、条件式（４）は、第１群のパワーを定めるものである。そして、この上限を超えると、第１群のパワーが弱くなり過ぎ、レンズが大きくなって、コストアップの原因となる。逆に、下限を超えると、レンズのコンパクト化には有利であるが、コマフレアが大きくなってしまう。

また、条件式（５）は、第２群と第３群の合成のパワーを定めるものである。そして、この上限を超えると、球面収差が負で大きくなってしまう。逆に、下限を超えると、逆に球面収差が正で大きくなると共に、コマフレアも増大し、さらにこの条件の範囲外であると、軸上と軸外の収差のバランスが大きく崩れてしまう。

また、条件式（６）は、本請求項に係る読取レンズを構成する４枚の凸レンズと２枚の凹レンズの屈折率の範囲を定めるものである。そして、この上限を超えると、ペッツバール和が小さくなり過ぎ、像面が正の側に倒れ、像面湾曲が大きくなる。逆に、下限を超えると、逆にペッツバール和が大きくなり過ぎ、像面が負の側に倒れ、非点隔差が大きくなり、さらにこの条件の範囲外では、全画面にわたって良好な結像性能を得ることができなくなる。

つまり、低コストと性能を両立するためには条件式（１）（２）の下で硝材を選定し、その上で条件式（３）〜（６）が必要となる。

また、上記課題を解決するために、請求項２に係る読取レンズは、上記請求項１に係る読取レンズにおいて、ｆ１３が第１レンズから第３レンズまでのｅ線の焦点距離、ｆ４６が第４レンズから第６レンズまでのｅ線の焦点距離、ｄ５が物体側から数えて５番目の面間隔とするとき、下記の条件式（７）及び（８）を満足することを特徴とする。

１．２９＜ｆ１３／ｆ４６＜１．８６・・・・・・（７）
０．２３＜ｄ５／ｆ＜０．２７・・・・・・（８）

ここで、これらの条件式（７）及び（８）は、上記請求項１に係る条件を満足する読取レンズにおいて、さらに良好な性能を得るための条件である。即ち、条件式（７）は、第１群と第２群の合成パワーと第３群と第４群の合成パワーの比を定めるものである。そして、この上限を超えると、歪曲収差が負で大きくなってしまう。逆に、下限を超えると、逆に歪曲収差が正で大きくなってしまう。

また、条件式（８）は、第２群と第３群の空気間隔を定めるものである。そして、この上限を超えると、ペッツバール和が大きくなり、非点隔差が大きくなると共に、レンズが長大化してしまう。逆に、下限を超えると、ペッツバール和が小さくなり、像面湾曲が大きくなると共に、コマフレアが大きくなる。

また、上記課題を解決するために、請求項３に係る読取レンズは、上記請求項２に係る読取レンズにおいて、ｆが全系のｅ線の合成焦点距離、ｒｉが物体側から数えてｉ番目の曲率半径、ｄｉが物体側から数えてｉ番目の面間隔とするとき、下記の条件式（９）〜（１１）を満足することを特徴とする。

０．３３＜ｒ１／ｆ＜０．３７・・・・・・（９）
−０．２２＜ｒ６／ｆ＜−０．１６・・・・・・（１０）
０．０８５＜（ｄ３＋ｄ４）／ｆ＜０．１０８・・・・・・（１１）

ここで、これらの条件式（９）〜（１１）は、上記請求項２に係る条件を満足する読取レンズにおいて、さらに良好な性能を得るための条件である。即ち、条件式（９）は、第１レンズの物体側の面の曲率半径を定めるものである。そして、この上限を超えると、球面収差が負で大きくなると共に、レンズも長大化する。逆に、下限を超えると、球面収差が正で大きくなる。

また、条件式（１０）は、第４レンズの物体側の面の曲率半径を定めるものである。そして、この上限を超えると、像面が正となり、球面収差は逆に負となる。逆に、下限を超えると、像面が負となり、球面収差が正となり、さらにこの条件の範囲外では、中心と周辺のバランスが取れなくなる。

また、条件式（１１）は、第２群のレンズ（第２レンズと第３レンズ）のレンズ厚を定めるものである。そして、この上限を超えると、ペッツバール和が小さくなり、球面収差と像面湾曲のバランスが悪くなる。逆に、下限を超えると、像面湾曲が負で大きくなり過ぎ、軸外の性能が大幅に劣化する。

本発明に係る読取レンズによれば、以下のような効果を奏することができる。即ち、収差曲線図からも明らかなように、縮率０．２３６程度で、カラー原稿を良好に読み取るために極めて高精度な色収差補正を行い、３ラインＣＣＤ採用時に赤、緑、青の各色のＳＮ比のばらつきを小さく抑えることが可能となる。また同時に、Ｆナンバーが４．２と大口径であり、軸上と軸外の収差のバランスがよく、開口効率も１００％近く、更には高空間周波数領域でのコントラストも高く、かつコストの安いレンズが実現可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るプルカラー読取レンズの構成を示す概略断面図である。

図１に示されるように、本実施の形態に係るフルカラー読取レンズにおいては物体側より数えて順に、第１群Ｇ１〜第４群Ｇ４が光軸上に配置されている。第１群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第１レンズＬ１からなる。第２群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第２レンズＬ２と物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズの第３レンズＬ３との接合レンズで、負の屈折力を持っている。第３群Ｇ３は、物体側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第４レンズＬ４と物体側に凹面を向けた凸メニスカスレンズの第５レンズＬ５との接合レンズで、負の屈折力を持っている。第４群Ｇ４は、像側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第６レンズＬ６からなる。このようにして、４群Ｇ１〜Ｇ４の６枚の第１〜第６レンズＬ１〜Ｌ６から構成されている。また、第１群Ｇ１の物体側には、コンタクトガラスＣＧ１が配置され、第４群Ｇ４の像側には、ＣＣＤカバーガラスＣＧ２が配置されている。また、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３との間には、開口絞りＳが配置されている。

なお、図１における符号の意味は下記の通りである。
ｒｉ（ｉ＝１〜１０）：物体側から数えてi番目のレンズ面の曲率半径
ｄｉ（ｉ＝１〜９）：物体側から数えてｉ番目の面間隔
ｎｊ（ｊ＝１〜６）：物体側から数えてｊ番目のレンズの材料の屈折率
νｊ（ｊ＝１〜６）：物体側から数えてｊ番目のレンズの材料のアッベ数
ｒｃ１：コンタクトガラスの物体側の曲率半径
ｒｃ２：コンタクトガラスの像側の曲率半径
ｒｃ３：ＣＣＤカバーガラスの物体側の曲率半径
ｒｃ４：ＣＣＤカバーガラスの像側の曲率半径
ｄｃ１：コンタクトガラスの肉厚
ｄｃ３：ＣＣＤカバーガラスの肉厚
ｎｃ１：コンタクトガラスの屈折率
ｎｃ３：ＣＣＤカバーガラスの屈折率
νｃ１：コンタクトガラスのアッベ数
νｃ３：ＣＣＤカバーガラスのアッベ数

以下、本発明の一実施の形態に係るフルカラー読取レンズの諸収差及び具体的な数値データを実施例１〜１０に示す。

図２〜１１は、実施例１〜１０における諸収差、具体的には球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す収差曲線図である。なお、これら図２〜１１の収差曲線図において、実線はｅ線（５４６．０７ｎｍ）、点線はｇ線（４３５．８３ｎｍ）、破線はｃ線（６５６．２７ｎｍ）をそれぞれ示す。また、非点収差はｅ線（５４６．０７ｎｍ）によるもので、その図中における実線はサジタル光線を、破線はメリディオナル光線をそれぞれ表す。

また、実施例１〜１０における記号の意味は以下の通りである。但し、図１における符号と同一のものは説明を省略する。
ｆ：全系のｅ線の合成焦点距離
ＦＮＯ：Ｆナンバー
ｍ：縮率
ω：半画角（度）
Ｙ：物体高
ｎｄ：ｄ線の屈折率
ｎｇ：ｇ線の屈折率
ｎＦ：Ｆ線の屈折率
ｎＣ：Ｃ線の屈折率
ΔＰ凸：正の屈折力を有するレンズ（第１、第２、第５、第６レンズ）のΔＰｇｄの
平均
ΔＰ凹：負の屈折力を有するレンズ（第３、第４レンズ）のΔＰｇｄの平均
ｎ凸：正の屈折力を有するレンズ（第１、第２、第５、第６レンズ）のｎｄの平均
ｎ凹：負の屈折力を有するレンズ（第３、第４レンズ）のｎｄの平均
ｆ１：第１レンズのｅ線の焦点距離
ｆ６：第６レンズのｅ線の焦点距離
ｆ２５：第２レンズから第５レンズまでのｅ線の合成焦点距離
ｆ１３：第１レンズから第３レンズまでのｅ線の焦点距離
ｆ４６：第４レンズから第６レンズまでのｅ線の焦点距離

＜実施例１＞
実施例１に係るフルカラー読取レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差は、図２に示されるようになる。また、その具体的な数値データは、下記の表１に示されるようになる。

＜実施例２＞
実施例２に係るフルカラー読取レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差は、図３に示されるようになる。また、その具体的な数値データは、下記の表２に示されるようになる。

＜実施例３＞
実施例３に係るフルカラー読取レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差は、図４に示されるようになる。また、その具体的な数値データは、下記の表３に示されるようになる。

＜実施例４＞
実施例４に係るフルカラー読取レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差は、図５に示されるようになる。また、その具体的な数値データは、下記の表４に示されるようになる。

＜実施例５＞
実施例５に係るフルカラー読取レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差は、図６に示されるようになる。また、その具体的な数値データは、下記の表５に示されるようになる。

＜実施例６＞
実施例６に係るフルカラー読取レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差は、図７に示されるようになる。また、その具体的な数値データは、下記の表６に示されるようになる。

＜実施例７＞
実施例７に係るフルカラー読取レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差は、図８に示されるようになる。また、その具体的な数値データは、下記の表７に示されるようになる。

＜実施例８＞
実施例８に係るフルカラー読取レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差は、図９に示されるようになる。また、その具体的な数値データは、下記の表８に示されるようになる。

＜実施例９＞
実施例９に係るフルカラー読取レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差は、図１０に示されるようになる。また、その具体的な数値データは、下記の表９に示されるようになる。

＜実施例１０＞
実施例１０に係るフルカラー読取レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差は、図１１に示されるようになる。また、その具体的な数値データは、下記の表１０に示されるようになる。

また、上記実施例１〜１０における条件式（１）〜（１１）の値は、下記の表１１に示されるようになる。

本発明の一実施の形態に係るフルカラー読取レンズの構成を示す概略断面図である。 実施例１における球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す収差曲線図である。 実施例２における球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す収差曲線図である。 実施例３における球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す収差曲線図である。 実施例４における球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す収差曲線図である。 実施例５における球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す収差曲線図である。 実施例６における球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す収差曲線図である。 実施例７における球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す収差曲線図である。 実施例８における球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す収差曲線図である。 実施例９における球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す収差曲線図である。 実施例１０における球面収差、非点収差、歪曲収差、及びコマ収差を示す収差曲線図である。

符号の説明

Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｌ６ 第６レンズ
ＣＧ１ コンタクトガラス
ＣＧ２ ＣＣＤカバーガラス
Ｓ 開口絞り

Claims (4)

1. 物体側より数えて順に、第１群ないし第４群を配し、第１群は物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第１レンズであり、第２群は正の屈折力を持つ第２レンズと負の屈折力を持つ第３レンズとの接合レンズで、負の屈折力を持ち、第３群は負の屈折力を持つ第４レンズと正の屈折力を持つ第５レンズとの接合レンズで、負の屈折力を持ち、第４群は像側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第６レンズである４群６枚構成の読取レンズであって、下記の条件式を満足することを特徴とする読取レンズ。
   １．４５＜ｎｄ２＜１．５０・・・・・・（１）
   ７０．０＜νｄ２＜７１．０・・・・・・（２）
   −０．００５４＜ΔＰ凸−ΔＰ凹＜０．００２０・・・・・・（３）
   ０．８９＜ｆ１／ｆ６＜１．４２・・・・・・（４）
   −０．７２＜ｆ２５／ｆ＜−０．４２・・・・・・（５）
   −０．００５６＜ｎ凸−ｎ凹＜０．０２７５・・・・・・（６）
   但し、
   ｎｄ２：第２レンズのｄ線における屈折率
   νｄ２：第２レンズのｄ線におけるアッベ数
   ΔＰ凸：正の屈折力を有するレンズ（第１、第２、第５、第６レンズ）のΔＰｇ
   ｄの平均
   ΔＰ凹：負の屈折力を有するレンズ（第３、第４レンズ）のΔＰｇｄの平均
   ΔＰｇｄ：Ｐｇｄ（部分分散比）の標準線（Ｃ７とＦ２を結ぶ直線）からの偏差
   Ｐｇｄ（部分分散比）：（ｎｇ−ｎｄ）／（ｎＦ−ｎＣ）
   ｎｄ：ｄ線の屈折率
   ｎｇ：ｇ線の屈折率
   ｎＦ：Ｆ線の屈折率
   ｎＣ：Ｃ線の屈折率
   ｆ１：第１レンズのｅ線の焦点距離
   ｆ６：第６レンズのｅ線の焦点距離
   ｆ２５：第２レンズから第５レンズまでのｅ線の合成焦点距離
   ｆ：全系のｅ線の合成焦点距離
   ｎ凸：正の屈折力を有するレンズ（第１、第２、第５、第６レンズ）のｎｄの平均
   ｎ凹：負の屈折力を有するレンズ（第３、第４レンズ）のｎｄの平均
2. 請求項１記載の読取レンズにおいて、
   下記の条件式を満足することを特徴とする読取レンズ。
   １．２９＜ｆ１３／ｆ４６＜１．８６・・・・・・（７）
   ０．２３＜ｄ５／ｆ＜０．２７・・・・・・（８）
   但し、
   ｆ１３：第１レンズから第３レンズまでのｅ線の焦点距離
   ｆ４６：第４レンズから第６レンズまでのｅ線の焦点距離
   ｄ５：物体側から数えて５番目の面間隔
3. 請求項２記載の読取レンズにおいて、
   下記の条件式を満足することを特徴とする読取レンズ。
   ０．３３＜ｒ１／ｆ＜０．３７・・・・・・（９）
   −０．２２＜ｒ６／ｆ＜−０．１６・・・・・・（１０）
   ０．０８５＜（ｄ３＋ｄ４）／ｆ＜０．１０８・・・・・・（１１）
   但し、
   ｆ：全系のｅ線の合成焦点距離
   ｒｉ：物体側から数えてｉ番目の曲率半径
   ｄｉ：物体側から数えてｉ番目の面間隔
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の読取レンズを用いて画像を撮像手段面上に形成していることを特徴とする画像読取装置。

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