JP5283575B2 - 画像読取レンズ及び画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、イメージスキャナなどの画像読取装置、及び画像読取装置に搭載される画像読取レンズに関するものである。

文書や画像などの原稿画像を読み取って、デジタルな画像データとするコピー機、ファクシミリ、イメージスキャナ等の画像読取装置が普及している。このような画像読取装置では、結像レンズ（以下、画像読取レンズという）を用いて、原稿画像を例えばＣＣＤイメージセンサ上に結像させている。原稿画像に忠実な画像データを得るために、画像読取レンズは、各種収差がバランス良く抑えられ、高い解像力が求められる。さらには、画面周辺部まで高い開口効率が求められる。

また、近年では、画像読取装置のコンパクト化、低コスト化にともなって、画像読取レンズに対してもさらなるコンパクト化、低コスト化が求められている。また、画像読取装置の高速化にともないより明るい（Ｆナンバーの小さい）画像読取レンズが求められている。

コンパクト化を図った画像読取レンズとしては、４群４枚のテレフォトタイプのものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、より明るい画像読取レンズを求めたものとしては、４群６枚のガウス型のものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。さらに、特許文献３のように画像読取レンズを５群５枚構成として、明るさと小型化等を両立させようとしたものがある。

特開平９−１０１４５２号公報 特開平９−１１３８０２号公報 特開２０００−２４１７０１号公報

しかしながら、上記のような特許文献１のような４群４枚の画像読取レンズでは、色収差を十分に補正できず、原稿画像をカラーで読み取るには適さない。また、この構成の画像読取レンズは、より明るいレンズにしようとすると、十分な解像力が得られなくなるといった問題があった。また、特許文献２のような６群４枚の画像読取レンズでは、明るいレンズとすることができる反面、レンズ径をあまり小さくできず、コンパクト化に不利となる。そこで、レンズの上下端をそれぞれカットして、高さを小さくする工夫も提案されているが、偏心の調整を行うためにレンズを回転することができないといった問題が生じてしまう。さらに、特許文献３の５群５枚構成では、コマ収差の補正が不十分であるといった問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、安価でコンパクトな構成でありながらも、明るく、また画面周辺部まで高い開口効率を維持し、諸収差がバランスよく補正され、高い解像力を有する画像読取レンズ、及びこのような画像読取レンズを備えた画像読取装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像読取レンズでは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正の第１レンズ、両凹レンズからなる第２レンズ、両凸レンズからなる第３レンズ、像側に凸面を向けた正の第４レンズ、像側に凸面を向けた負の第５レンズを有し、全系の焦点距離をｆ，第４レンズの焦点距離をｆ４とし、第４レンズの像側の面から第５レンズの物体側の面までの光軸上の間隔をＤ８とし、第ｊレンズのｄ線に対するアッベ数をνｊとしたときに、
０．１０９≦Ｄ８／ｆ＜０．１６ ・・・（１）
０．７７＜ｆ４／ｆ＜１．８１ ・・・（２）
１３．５＜（ν１＋ν３＋ν４）／３−（ν２＋ν５）／２ ・・・（４）
の条件を満すようにしたものである。

像側に凸面を向けた正の第４レンズは、物体側に凸面を向けた両凸レンズでも、また物体側に凹面または平面を向けたレンズであってもよい。第４レンズを両凸レンズとした場合には、「０．７７＜ｆ４／ｆ＜１．５９」を満たすことがより好ましく、第４レンズを物体側に凹面または平面を向けたレンズとした場合には、「１．０６＜ｆ４／ｆ＜１．８１」を満たすことがより好ましい。

また、画像読取レンズでは、第ｊレンズのｅ線に対する屈折率Ｎｊとしたときに、１．５５＜（Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３＜１．７４の条件（３）を満たすことが好ましい。すなわち、正のレンズの第１，第３，第４レンズの屈折率の平均である「（Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３」が上記条件を満たすことが好ましい。

また、本発明の画像読取装置では、上記のような画像読取レンズを備えたものである。

本発明によれば、画像読取レンズを安価でコンパクトな構成としながら、高い開口効率を画面周辺部まで維持し、諸収差が十分にそしてバランスよく補正されて高い解像力を得ることができる。また、この画像読取レンズを用いることで、コンパクト化を図りながら、光学性能を犠牲にすることなくまた読み取りの高速化を図ることができる画像読取装置を実現できる。

実施例１の画像読取レンズの構成を示す断面図である。 実施例１の画像読取レンズの球面収差，非点収差，歪曲，倍率色収差を示す収差図である。 実施例１の画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 実施例２の画像読取レンズの構成を示す断面図である。 実施例２の画像読取レンズの球面収差，非点収差，歪曲，倍率色収差を示す収差図である。 実施例２の画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 実施例３の画像読取レンズの構成を示す断面図である。 実施例３の画像読取レンズの球面収差，非点収差，歪曲，倍率色収差を示す収差図である。 実施例３の画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 実施例４の画像読取レンズの構成を示す断面図である。 実施例４の画像読取レンズの球面収差，非点収差，歪曲，倍率色収差を示す収差図である。 実施例４の画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 実施例５の画像読取レンズの構成を示す断面図である。 実施例５の画像読取レンズの球面収差，非点収差，歪曲，倍率色収差を示す収差図である。 実施例５の画像読取レンズの横収差を示す収差図である。 参考例の画像読取レンズの構成を示す断面図である。 参考例の画像読取レンズの球面収差，非点収差，歪曲，倍率色収差を示す収差図である。 参考例の画像読取レンズの横収差を示す収差図である。

図１に画像読取装置に用いられる画像読取レンズ１１を示す。この画像読取レンズ１１は、物体側に所定の間隔で配された原稿画像を、像側に所定の間隔で配されたイメージセンサ上に結像する。

画像読取レンズ１１は、物体側から順に、第１レンズＬ１〜第５レンズＬ５を配した、５群５枚構成としてある。第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズである。第２レンズＬ２は、両凹レンズであり、第３レンズＬ３は、両凸レンズとしてある。第４レンズＬ４は、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズとしてある。第５レンズＬ５は、像側に凸面を向けた負の屈折力のレンズである。

第４レンズＬ４は、上記のように像側に凸面を向け、正の屈折力を有するのならば、物体側に凸面を向けた両凸レンズであってもよく、物体側に平面を向けた平凸レンズ、または物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであってもよい。なお、図１のレンズ構成では、第４レンズＬ４を両凸レンズとしてある。

上記の画像読取レンズ１１は、全系の焦点距離をｆ，第４レンズＬ４の焦点距離をｆ４とし、第４レンズＬ４の像側の面から第５レンズＬ５の物体側の面までの光軸上の間隔をＤ８としたときに、下記の条件式（１），（２）を満たすように構成してある。
０．０６＜Ｄ８／ｆ＜０．１６ ・・・（１）
０．７７＜ｆ４／ｆ＜１．８１ ・・・（２）

条件式（１）は、画像読取レンズ１１の全系の焦点距離ｆに対する第４レンズＬ４と第５レンズＬ５との間隔Ｄ８の比である値「Ｄ８／ｆ」を規定する。値「Ｄ８／ｆ」を大きくすると像面湾曲とコマ収差を補正する上で有利となるが、条件式（１）の上限値を上回ると画像読取レンズ１１の全長が大きくなってコンパクト化が困難になる。また、値「Ｄ８／ｆ」を小さくすると画像読取レンズ１１のコンパクト化には有利となるが、条件式（１）の下限値を下回ると、像面湾曲とコマ収差を良好に補正することが困難になる。

条件式（２）は、歪曲に関する条件であり、画像読取レンズ１１の全系の焦点距離ｆに対する第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４の比である値「ｆ４／ｆ」を規定する。値「ｆ４／ｆ」が条件式（２）の上限値を上回ると歪曲が「＋」に増大し、また下限値を下回ると歪曲が「−」に増大するので、好ましくない。

なお、図１に示す画像読取レンズ１１のように、第４レンズＬ４を両凸レンズとした場合には、次の条件式（１ａ），（２ａ）を満たすようにすることがより好ましい。
０．０６＜Ｄ８／ｆ＜０．１４ ・・・（１ａ）
０．７７＜ｆ４／ｆ＜１．５９ ・・・（２ａ）

また、第４レンズＬ４を物体側に平面または凹面を向けた平凸レンズまたはメニスカスレンズとした場合には、次の条件式（１ｂ），（２ｂ）を満たすようにすることがより好ましい。
０．１０＜Ｄ８／ｆ＜０．１６ ・・・（１ｂ）
１．０６＜ｆ４／ｆ＜１．８１ ・・・（２ｂ）

また、画像読取レンズ１１は、ｊ＝１，２，・・・５として、第ｊレンズのｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）に対する屈折率Ｎｊ，ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するアッベ数をνｊとしたときに、下記の条件式（３），（４）を満たすように構成することが好ましい。条件式（３），（４）は、いずれか一方を満たすように構成してもよいが、同時に満たすように構成するのがより好ましい。
１．５５＜（Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３＜１．７４ ・・・（３）
１３．５＜（ν１＋ν３＋ν４）／３−（ν２＋ν５）／２ ・・・（４）

条件式（３）は、倍率色収差と開口効率に関する条件であり、正のレンズである第１レンズＬ１の屈折率Ｎ１と第３レンズＬ３の屈折率Ｎ３と第４レンズＬ４の屈折率Ｎ４との平均値である値「（Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３」を規定する。この値「（Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３」が条件式（３）の上限値を上回ると開口効率が小さくなり光量比の低下を招き、下限値を下回ると倍率色収差を良好に補正することが困難になる。

条件式（４）は、軸上色収差に関する条件であり、正のレンズである第１レンズＬ１，第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４のアッベ数ν１，ν３，ν４の平均値と、負のレンズである第２レンズＬ２及び第５レンズＬ５のアッベ数ν２，ν５の平均値との差である値「（ν１＋ν３＋ν４）／３−（ν２＋ν５）／２」を規定する。この値「（ν１＋ν３＋ν４）／３−（ν２＋ν５）／２」が条件式（４）の下限値を下回ると軸上色収差の良好な補正が困難になる。

画像読取レンズ１１を上記のように５群５枚構成とし、また各条件式を満たすことにより、画像読取レンズは、諸収差、特に像面湾曲が適正に補正され、例えば６００ｄｐｉ程度の高い解像力、Ｆ５．０以下の明るさであり、しかも最周辺部においてもほぼ１００％の開口効率を維持することができ、しかも５群５枚構成によるコンパクト化を図ることができる。

なお、画像読取レンズ１１の像側と物体側とを逆にすれば、すなわち、像側から第１レンズＬ１，第２レンズＬ２，第３レンズＬ３，第４レンズＬ４，第５レンズＬ５を配置すれば、画像拡大用のレンズとして用いることができる。また、適宜に各レンズＬ１〜Ｌ５のレンズ面の非球面とすることができ、非球面とすることによってより良好な補正をすることができる。

本発明を実施した画像読取レンズの具体的な実施例１〜５と、参考例とを説明する。以下では、実施例１〜５と参考例とにおける各部材や間隔等の符号は共通のものを用いて示す。また、実施例１〜５と参考例とでは、第１レンズＬ１の物体側のレンズ面から順に、各レンズのレンズ面を面番号ｉ（ｉ＝１〜１２）を用いてＳｉで表し、レンズ面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｍｍ）で表す。また、隣接するレンズ面Ｓｉとレンズ面Ｓ（ｊ＋１）との光軸上の間隔を面間隔Ｄｉ（ｍｍ）で表す。さらに、各レンズのｅ線に対する屈折率Ｎ、およびｄ線に対するアッベ数νをそれぞれ示す。

［実施例１］
実施例１は、図１に示す画像読取レンズ１１である。すなわち、第１レンズＬ１〜第５レンズＬ５を配した５群５枚構成であり、第１レンズＬ１を物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズ、第２レンズＬ２を両凹レンズ、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４を両凸レンズ、第５レンズＬ５を像側に凸面を向けた負のレンズとしたものである。この実施例１におけるレンズデータを下記表１に示す。また、画像読取レンズ１１の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、画角２ω（°）および結像倍率βを表２に示す。

実施例１の第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４は「４０．３８（ｍｍ）」である。実施例１における上記条件式(１)〜(４)に対応する数値は、表３に示す通りであり、各条件式（１）〜（４）を満たし、また上記条件式（１ａ），（２ａ）を満たすものとなっている。

画像読取レンズ１１の各種収差を図２及び図３に示す。図２（ａ）は、球面収差を、図２（ｂ）は、非点収差を、図２（ｃ）は、歪曲（ディストーション）を、図２（ｄ）は、倍率色収差をそれぞれ表している。図２（ａ）の球面収差図では、ｅ線についてのものを実線で、ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）のものを一点鎖線で、Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）のものを二点鎖線でそれぞれ示してある。図２（ｂ）の非点収差図では、サジタル像面に対するものを実線で、タンジェンシャル像面に対するものを破線でそれぞれ示してある。図２（ｄ）の倍率色収差図では、ｅ線を基準として、ｇ線についてものを一点鎖線で、Ｃ線についてのものを二点鎖線で示してある。

また、図３には横収差を示してあり、図３（ａ）〜図３（ｄ）は、画角２３．８°，１７．１°，１２．４°，０°（軸上）の場合におけるｅ線についての横収差を示している。

［実施例２］
図４に示す実施例２の画像読取レンズ１２は、物体側から順に第１レンズＬ１〜第５レンズＬ５を配した５群５枚構成であり、第１レンズＬ１を物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズ、第２レンズＬ２を両凹レンズ、第３レンズＬ３を両凸レンズ、第４レンズＬ４を物体側に凹面を向け像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ、第５レンズＬ５を像側に凸面を向けた負のレンズとしたものである。

上記画像読取レンズ１２のレンズデータを下記表４に、また画像読取レンズ１２の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、画角２ω（°）および結像倍率βを表５にそれぞれ示す。この実施例２における第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４は「５２．７０（ｍｍ）」である。上記条件式(１)〜(４)に対応する数値は、表６に示す通りであり、各条件式(１）〜 (４)を満たす。また、上記条件式（１ｂ），（２ｂ）を満たすものとなっている。

さらに、画像読取レンズ１２の球面収差を図５（ａ）に、非点収差を図５（ｂ）に、歪曲を図５（ｃ）に、倍率色収差を図５（ｄ）にそれぞれ示し、図６（ａ）〜図６（ｄ）に画角２１．０°，１５．０°，１０．８°，０°（軸上）の各横収差をそれぞれ示す。

［実施例３］
図７に示す実施例３の画像読取レンズ１３は、実施例２と同様な第１レンズＬ１〜第５レンズＬ５からなる５群５枚構成であるが、第４レンズＬ４を物体側に平面を向け像側に凸面を向けた正の平凸レンズとしてある点が異なる。

この画像読取レンズ１３のレンズデータを下記表７に、また画像読取レンズ１３の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、画角２ω（°）および結像倍率βを表８にそれぞれ示す。この実施例３の第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４は「７０．４２（ｍｍ）」である。上記条件式(１)〜(４)に対応する数値は、表９に示す通りであり、各条件式(１）〜 (４)を満たす。また上記条件式（１ｂ），（２ｂ）を満たすものとなっている。

さらに、画像読取レンズ１３の球面収差を図８（ａ）に、非点収差を図８（ｂ）に、歪曲を図８（ｃ）に、倍率色収差を図８（ｄ）にそれぞれ示し、図９（ａ）〜図９（ｄ）に画角１８．３°，１３．０°，９．４°，０°（軸上）の各横収差をそれぞれ示す。

［実施例４］
図１０に示す実施例４の画像読取レンズ１４は、実施例１と同様に、第１レンズＬ１〜第５レンズＬ５を配した５群５枚構成であり、第４レンズＬ４を両凸レンズとしたものである。

画像読取レンズ１４のレンズデータを下記表１０に、また画像読取レンズ１４の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、画角２ω（°）および結像倍率βを表１１にそれぞれ示す。この実施例４の第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４は「４５．１５（ｍｍ）」である。上記条件式(１)〜(４)に対応する数値は、表１２に示す通りであり、各条件式(１)〜(４)を満たすとともに、条件式（１ａ），（２ａ）を満たすものとなっている。

さらに、画像読取レンズ１４の球面収差を図１１（ａ）に、非点収差を図１１（ｂ）に、歪曲を図１１（ｃ）に、倍率色収差を図１１（ｄ）にそれぞれ示し、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に画角１９．８°，１４．１°，１０．２°，０°（軸上）の横収差をそれぞれ示す。

［実施例５］
図１３に示す実施例５の画像読取レンズ１５は、実施例１と同様に、第１レンズＬ１〜第５レンズＬ５を配した５群５枚構成であり、第４レンズＬ４を両凸レンズとしたものである。

この画像読取レンズ１５のレンズデータを下記表１３に、また画像読取レンズ１５の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、画角２ω（°）および結像倍率βを表１４にそれぞれ示す。この実施例５の第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４は「５２．１５（ｍｍ）」である。上記条件式(１)〜(４)に対応する数値は、表１５に示す通りであり、各条件式(１)〜(４)を満たすとともに、条件式（１ａ），（２ａ）を満たすものとなっている。

さらに、画像読取レンズ１５の球面収差を図１４（ａ）に、非点収差を図１４（ｂ）に、歪曲を図１４（ｃ）に、倍率色収差を図１４（ｄ）にそれぞれ示し、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）に画角１８．２°，１２．９°，９．３°，０°（軸上）の横収差をそれぞれ示す。

［参考例］
図１６に示す参考例の画像読取レンズ１６は、実施例１と同様に、第１レンズＬ１〜第５レンズＬ５を配した５群５枚構成であり、第４レンズＬ４を両凸レンズとしたものである。

この画像読取レンズ１６のレンズデータを下記表１６に、また画像読取レンズ１６の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー、画角２ω（°）および結像倍率βを表１７にそれぞれ示す。この参考例の第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４は「３６．６６（ｍｍ）」である。上記条件式(１)〜(４)に対応する数値は、表１８に示す通りであり、各条件式(１)〜(４)を満たすとともに、条件式（１ａ），（２ａ）を満たすものとなっている。

さらに、画像読取レンズ１６の球面収差を図１７（ａ）に、非点収差を図１７（ｂ）に、歪曲を図１７（ｃ）に、倍率色収差を図１７（ｄ）にそれぞれ示し、図１８（ａ）〜図１８（ｄ）に画角２０．９°，１５．０°，１０．８°，０°（軸上）の横収差をそれぞれ示す。

１１〜１６ 画像読取レンズ
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

Claims (3)

1. 物体側から順に、物体側に凸面を向けた正の第１レンズ、両凹レンズからなる第２レンズ、両凸レンズからなる第３レンズ、像側に凸面を向けた正の第４レンズ、像側に凸面を向けた負の第５レンズからなり、
   全系の焦点距離をｆ，第４レンズの焦点距離をｆ４とし、第４レンズの像側の面から第５レンズの物体側の面までの光軸上の間隔をＤ８とし、第ｊレンズのｄ線に対するアッベ数をνｊとしたときに、
   ０．１０９≦Ｄ８／ｆ＜０．１６
   ０．７７＜ｆ４／ｆ＜１．８１
   １３．５＜（ν１＋ν３＋ν４）／３−（ν２＋ν５）／２
   の条件を満たすことを特徴とする画像読取レンズ。
2. 第ｊレンズのｅ線に対する屈折率Ｎｊとしたときに、
   １．５５＜（Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３＜１．７４
   の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の画像読取レンズ。
3. 請求項１または２記載の画像読取レンズを備えることを特徴とする画像読取装置。

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