圖像讀取用透鏡以及圖像讀取裝置的製作方法

2023-04-28 00:26:06 3

專利名稱：圖像讀取用透鏡以及圖像讀取裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及例如圖像掃描儀等圖像讀取裝置以及載置於此的圖像讀取用透鏡。
背景技術：
以往以來，正使用一種成為如下方式的圖像讀取裝置，其通過光學系統將彩色原稿圖像成像於例如CCD(電荷耦合元件)那樣的固體攝像元件上，並對該圖像進行讀取。近年來，在這種圖像讀取裝置特別是圖像掃描儀等中，除了對高解析度化，對小型化和低價格化也有較強的要求。
從這種背景出發，作為載置於圖像讀取裝置中的攝像光學系統，正在開發用於例如由4枚透鏡構成的緊湊的結構的圖像讀取用透鏡(例如，參照專利文獻1和2)。專利文獻1和2中記載的圖像讀取用透鏡，均被稱作備有包含正透鏡的前組和包含負透鏡的後組的遠場型。
專利文獻1特開平11-190820號公報專利文獻2特開平2002-296499號公報然而，對於上述的專利文獻1和2所公開的圖像讀取用透鏡，若是大約30°以下的視角(畫角)，則能夠得到發揮良好的光學性能，若是超過於此的視角則像面彎曲將會增大。因此，需要以將全部原稿收入在30°以下的視角的方式確保原稿表面和圖像讀取用透鏡的間隔，因此事實上由於原稿的尺寸而限制了整體結構的小型化。因此，希望一種圖像讀取透鏡，其由較少透鏡枚數構成，並能夠讀取較大的原稿。

發明內容
本發明針對所涉及的問題而提出，其目的為提供一種結構緊湊且能夠在更廣的視角中發揮良好的光學性能的圖像讀取用透鏡以及備有這種圖像讀取用透鏡的圖像讀取裝置。
本發明的圖像讀取用透鏡以如下方式設計即從物體側順次配置負的第一透鏡其具有彎月形狀；第二透鏡，其具有雙凸形狀；光闌；正的第三透鏡，其將凸面向著像側並具有彎月形狀；負的第四透鏡，其將凹面向著物體側並具有彎月形狀。
在本發明的圖像讀取用透鏡中，以4枚的較少枚數構成，由於位於最靠近物體側的第一透鏡和最靠近物體側的第四透鏡均具有負的光學能力，因此在實現密緊化的同時，即使對於更大的視角也能夠良好地進行像差校正。
另外，在本發明的圖像讀取用透鏡中，還備有圖像讀取用透鏡。
在本發明的圖像讀取用透鏡中，通過上述的圖像讀取透鏡，能夠進行高品質的圖像信息的讀取。
在本發明的圖像讀取用透鏡和圖像讀取用裝置中，優選為完全滿足以下的條件式(1)～(5)其中，f整體的焦距；f1第一透鏡的焦距；f2第二透鏡的焦距；f3第三透鏡的焦距；D5從光闌到第三透鏡的物體側的面的光軸上的間隔；D7從第三透鏡的像側的面到第四透鏡的物體側的面的光軸上的間隔。
-1.56＜f1/f＜-0.30……(1)0.26＜f2/f＜0.45……(2)0.20＜f3/f＜2.37……(3)0.04＜D5/f＜0.10……(4)0.05＜D7/f＜0.15……(5)在本發明的圖像讀取用透鏡和圖像讀取用裝置中，優選為，所述第一透鏡是將凹面向著物體側的負的凹凸透鏡。如此，能夠特別良好地對慧形像差進行校正。此時，還優選為，完全滿足以下的條件式(6)～(10)-1.56＜f1/f＜-1.34……(6)0.39＜f2/f＜0.45……(7)0.47＜f3/f＜2.37……(8)0.04＜D5/f＜0.10……(9)0.05＜D7/f＜0.15……(10)在本發明的圖像讀取用透鏡和圖像讀取用裝置中，也可以是所述第一透鏡是將凹面向著像側的負的凹凸透鏡。
按照本發明的圖像讀取用透鏡或備有此的圖像讀取裝置，由於從物體側順次配置具有彎月形狀的負的第一透鏡、具有雙凸形狀的第二透鏡、光闌、將凸面向著像側並具有彎月形狀的正的第三透鏡、以及將凹面向著物體側並具有彎月形狀的負的第四透鏡，因此能夠實現緊湊的結構，同時即使對於較大的視角，也能夠發揮良好的性能。為此，能夠在不增大整體結構的情況下，進行更大原稿的讀取。
按照本發明的圖像讀取用透鏡或備有此的圖像讀取裝置，通過使第一透鏡為將凹面向著物體側的負的彎月透鏡，能夠特別良好地對慧形像差進行校正。此外，若以完全滿足上述各條件式(1)～(5)的方式構成，則能夠特別良好地進行像差校正。


圖1是本發明的一個實施方式所涉及的圖像讀取裝置的概略結構的立體圖。
圖2是本發明的一個實施方式所涉及的圖像讀取用透鏡的結構例的圖，是與實施例1對應的透鏡剖面圖。
圖3是本發明的一個實施方式所涉及的圖像讀取用透鏡的其他結構例的圖，是與實施例7對應的透鏡剖面圖。
圖4是表示作為實施例1的圖像讀取用透鏡的透鏡數據中基本數據的說明圖。
圖5是表示作為實施例2的圖像讀取用透鏡的透鏡數據中基本數據的說明圖。
圖6是表示作為實施例3的圖像讀取用透鏡的透鏡數據中基本數據的說明圖。
圖7是表示作為實施例4的圖像讀取用透鏡的透鏡數據中基本數據的說明圖。
圖8是表示作為實施例5的圖像讀取用透鏡的透鏡數據中基本數據的說明圖。
圖9是表示作為實施例6的圖像讀取用透鏡的透鏡數據中基本數據的說明圖。
圖10是表示作為實施例7的圖像讀取用透鏡的透鏡數據中基本數據的說明圖。
圖11是表示作為實施例1～7的圖像讀取用透鏡的透鏡數據中其他基本數據的說明圖。
圖12表示作為實施例1～7的圖像讀取用透鏡的透鏡數據中，與條件式(1)～(8)對應的數據的說明圖。
圖13是表示關於實施例1的圖像讀取用透鏡的球面像差、像散、和畸變(distortion)的圖。
圖14是表示關於實施例2的圖像讀取用透鏡的球面像差、像散和畸變(distortion)的圖。
圖15是表示關於實施例3的圖像讀取用透鏡的球面像差、像散和畸變(distortion)的圖。
圖16是表示關於實施例4的圖像讀取用透鏡的球面像差、像散和畸變(distortion)的圖。
圖17是表示關於實施例5的圖像讀取用透鏡的球面像差、像散和畸變(distortion)的圖。
圖18是表示關於實施例6的圖像讀取用透鏡的球面像差、像散和畸變(distortion)的圖。
圖19是表示關於實施例7的圖像讀取用透鏡的球面像差、像散和畸變(distortion)的圖。
圖20是表示關於實施例1的圖像讀取用透鏡的彗形像差的圖。
圖21是表示關於實施例2的圖像讀取用透鏡的彗形像差的圖。
圖22是表示關於實施例3的圖像讀取用透鏡的彗形像差的圖。
圖23是表示關於實施例4的圖像讀取用透鏡的彗形像差的圖。
圖24是表示關於實施例5的圖像讀取用透鏡的彗形像差的圖。
圖25是表示關於實施例6的圖像讀取用透鏡的彗形像差的圖。
圖26是表示關於實施例7的圖像讀取用透鏡的彗形像差的圖。
圖27是表示本發明的一個實施方式所涉及的圖像讀取裝置的變形例的結構圖。
圖中L1～L4-第一透鏡～第四透鏡，Si-從物體側起第i號的透鏡面，Ri-從物體側起第i號的透鏡面的曲率半徑，Di-從物體側起第i號透鏡和第(i+1)號透鏡面的面間隔，Z1-光軸，1、1A-讀取透鏡，2-反射原稿，3-原稿載置臺，4-攝像元件，7-光源，10-圖像讀取裝置，12-透過原稿，13-原稿載置臺，14-攝像元件，17-光源，20-圖像讀取裝置。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明本發明的實施方式。
圖1表示本發明的一個實施方式所涉及的圖像讀取裝置10立體結構。圖像讀取裝置10，是反射原稿式的圖像掃描儀，備有載置有A4版型的反射原稿2的原稿載置臺3、向載置臺3上的反射原稿2發出照射光的線狀的光源7、將反射原稿2的圖像攝入的攝像元件4、配置於反射原稿2和攝像元件4之間並將反射原稿2的圖像成像在攝像元件4的攝像面上成像的圖像讀取用透鏡(以下，簡單稱為讀取用透鏡)1。在該圖像讀取裝置10中，例如，反射原稿2，沿著與光源7的延伸方向垂直的方向(箭頭A所表示的方向)在原稿載置臺3的表面平行移動，同時由光源7橫跨全面地順次進行照射。來自反射原稿2的反射光，藉助於讀取用透鏡而在攝像元件4上成像，並由攝像元件4作為圖像信息而攝入。
圖2表示作為本發明的一個實施方式的讀取用透鏡1的結構例。在圖2中，符號Zobj所示一側是物體側，即配置有反射原稿2並提供有讀取用圖像的一側，另一符號Zimg所示的一側是像側，即配置有攝像元件4，並成像有物體側的圖像的一側。攝像元件4以其攝像面與讀取用透鏡1的成像面Simg相一致的方式被配置。至於符號Si，是將最靠近物體側的構成要素的面作為第一面，並以面向像側(成像側)而順次增加的方式附加符號的第i號面。符號Di，表示第i號面Si和第i+1號面Si+1的光軸Z1上的面間隔。
讀取用透鏡1，從物體側順次備有具有負的光學能力(power)的第一透鏡L1；具有正的光學能力的第二透鏡L2；光闌K；具有正的光學能力的第三透鏡L3；具有負的光學能力的第四透鏡L4。具體來說，第一透鏡L1，例如形成將凹面面向物體側的負的彎月(meniscus)形狀，第二透鏡L2具有雙凸形狀，第三透鏡形成將凸面朝向像側的彎月形狀，第四透鏡形成將凹面朝向物體側的彎月形狀。
讀取用透鏡1，進一步，以完全滿足下面的條件式(1)～(5)的方式而構成。其中f是整體的焦距，f1是第一透鏡L1的焦距，f2是第二透鏡L2的焦距，f3是第三透鏡L3的焦距，D5是從光闌K到第三透鏡L3的物體側的面S6的光軸Z1上的間隔，D7是從第三透鏡L3的像側的面S7到第四透鏡L4的物體側的面S8的光軸Z1上的間隔。
-1.56＜f1/f＜-0.30……(1)0.26＜f2/f＜0.45……(2)0.20＜f3/f＜2.37……(3)0.04＜D5/f＜0.10……(4)0.05＜D7/f＜0.15……(5)讀取透鏡1，特別優選為以完全滿足下述的條件式(6)～(10)的方式而構成。
-1.56＜f1/f＜-1.34……(6)0.39＜f2/f＜0.45……(7)0.47＜f3/f＜2.37……(8)0.04＜D5/f＜0.10……(9)0.05＜D7/f＜0.15……(10)在如此而構成的讀取用透鏡1中，來自物體側的入射光束從第一透鏡L1順次透過第四透鏡L4，並在攝像元件4的攝像面上成像。這裡，由於位於最靠近物體側的第一透鏡L1和位於最靠近物體側的第四透鏡L4均具有負的光學能力，因此即使在更大的視角中也能夠對像面彎曲良好地進行校正。同時，由於以4枚較少的枚數構成，因此能夠實現密緊化。另外，由於第一透鏡L1是將凹面面向物體側的凹凸透鏡(meniscus lens)，因此特別是能夠對彗形像差進行良好的校正。此外，由於以完全滿足條件式(1)～(5)的方式構成，因此能夠主要與像面彎曲相關地良好地進行校正，對於廣視角化更加有利。另外，在完全滿足條件式(6)～(10)的情況下，能夠對畸變像差等諸像差更加良好地進行校正。以下，關於條件式(1)～(10)的意義，詳細地進行說明。
條件式(1)和(6)，是表達對第一透鏡L1的光學能力(power)(1/f1)的大小相對於整個系統的光學能力(1/f)的大小進行表示的量(f1/f)的適當範圍的式子。這裡，若因超過條件式(1)上限而使得第一透鏡L1的負的光學能力變得過強，則畸變像差的校正將變得不充分。這裡，特別是若低於條件式(6)的上限，則能夠極其良好地對畸變像差進行校正。另一方面，若因低於條件式(1)和(6)的下限而使第一透鏡L1的負的光學能力變得過弱，則像面彎曲的校正變得不充分。
條件式(2)和(7)，是表達對第二透鏡L2的光學能力(power)(1/f2)的大小相對於整個系統的光學能力(1/f)的大小進行表示的量(f2/f)的適當範圍的式子。這裡，若因超過條件式(2)和(7)的上限而使第二透鏡L2的正的光學能力變得過弱，則軸上色像差校正變得不充分。另一方面，若因低於條件式(2)的下限而使第二透鏡L2的正的光學能力變得過強，則畸變像差的校正不能夠充分地進行。這裡，特別是若超過條件式(7)的下限，則能夠極為良好地進行畸變像差校正。
條件式(3)和(8)，是表達對第三透鏡L3的光學能力(power)(1/f3)大小相對於整個系統的光學能力(1/f)的大小進行表示的量(f3/f)的適當範圍的式子。這裡，若因超過條件式(3)和(8)的上限而使第三透鏡L3的正的光學能力變得過弱，則彗形像差的校正變得不充分。另一方面，若因低於條件式(3)的下限而使第三透鏡L3的正的光學能力變得過強，則彗形像差的校正不能夠充分地進行。這裡，特別是若超過條件式(8)的下限，則能夠極為良好地對像面彎曲進行校正。
條件式(4)和(9)，是表達光闌和第三透鏡L3的物體側的面的空氣間隔的式子。若超過條件式(4)和(9)的上限，則像面彎曲的校正變得不充分，若低於條件式(4)和(9)的下限，則畸變像差的校正變得不充分因此並不優選。
條件式(5)和(10)，是規定第三透鏡L3和第三透鏡L4的空氣間隔的式子。若超過條件式(5)和(10)的上限，則慧形像差的校正變得不充分，若低於條件式(5)和(10)的下限，則像面彎曲的校正變得不充分因此並不優選。
如此，按照本實施方式的讀取用透鏡1，由於從物體側順次備有負的第一透鏡L1、雙凸形狀的第二透鏡L2、光闌K、形成將凸面面向像側的彎月形狀的正的第三透鏡L3，以及形成將凹面朝向物體側的具有彎月形狀的負的第四透鏡L4，因此能夠在實現密緊結構的同時實現光視角化。特別是，由於使第一透鏡L1為將凹面面向物體側的負的凹凸透鏡，因此能夠對彗形像差良好地進行校正。此外，由於以完全滿足各條件式(1)～(5)的方式構成，因此對於像面彎曲能夠更良好地進行校正。並有利於廣視角化。為此，能夠在不使整體結構大型化的情況下，進行更大的原稿的讀取。
變形例
接下來，對於作為上述實施方式中的變形例的圖像讀取用透鏡(以下，簡單地稱為讀取用透鏡)1A，參照圖3進行說明。圖3表示讀取用透鏡1A的結構例。在上述實施方式的讀取用透鏡1(圖2)中，第一透鏡L1具有將凹面面向物體側的負的彎月形狀。與此相對，讀取用透鏡1A，使第一透鏡L1為將凸面面向物體側的負的彎月形狀的透鏡。關於第二透鏡L2～第四透鏡L4是與讀取用透鏡1同樣的結構。另外，即使是讀取用透鏡1A，也優選為滿足上述條件式(1)～(5)的方式而構成。即使是這種讀取用透鏡1A，也能夠實施緊湊的結構的同時實現廣視角化。
實施例接下來，說明本實施方式所涉及的圖像讀取用透鏡的具體的數值實施例。
在以下中，匯總說明第1～第7實施實施例(實施例1～7)。
圖4是表示與作為實施例1的圖像讀取用透鏡相關的基本透鏡數據的圖。與圖2所示的透鏡剖面結構相對應。圖4中的面編號Si一欄中示出了與圖2中分別所示的符號Si相對應地將位於最靠近物體側的結構要素的面作為第一面、並以面向像側順次增加的方式附加符號的第i號(i＝1～9)的面的編號。面S5表示光學能力(power)K。曲率半徑Ri一欄，與圖2所示的符號Ri相對應。面S5表示光闌K。在曲率半徑Ri的一欄，使與圖2中所示的符號Ri對應，示出了從物體側到第i面的曲率半徑的值。對於面間隔Di一欄，與圖2中附加的符號相對應，示出了從物體側起第i號面Si和第i+1號面Si+1的光軸的間隔。曲率半徑Ri和面間隔Di的值的單位是毫米(mm)。對於Ndj、υdj一欄，分別表示從物體側起第j號(j＝1～4)透鏡元件的相對於d線(587.6nm)的折射率和阿貝數。同樣，圖5～圖9示出了與實施例2～6所示的圖像讀取用透鏡相關的基本透鏡數據。另外，對於實施例2～6，與圖2所示的實施例1的透鏡剖面結構大致相同，因此這裡省略圖示。
另外，圖10表示與圖3的透鏡剖面結構相對應的、與作為實施例7的圖像讀取用透鏡相關透鏡數據。各符號的意思與圖4相同。
另外，圖11作為與實施例1～7所涉及的圖像讀取用透鏡相關的數據，匯總示出了整個系統的焦距f、FNo.、倍率β以及視角2ω。焦距f的單位是毫米(mm)。
圖12對於實施例1～7所涉及的圖像讀取用透鏡，示出了與上述的條件式(1)～(8)相對應的值。如圖12所示的那樣，各實施例的值，採用條件式(1)～(5)的數值範圍內。特別是對於實施例1～6，採用條件式(6)～(10)的數值範圍內。
圖13(A)～(C)分別表示實施例1的圖像讀取用透鏡中的球面像差、像散和畸變(distortion)。圖13(A)的球面像差圖和圖13(B)的像散圖中，示出了與e線(波長546.1nm)、g線(波長435.8nm)和C線(波長656.3nm)對應的圖。其中，在像散圖中，實線為弧矢方向、虛線為切向方向的像差。這些各像差圖中，示出了以如下方式設計時所得到數據即在從物體面到像面的光路中，以圖像讀取用透鏡為基準，在物體側配置厚度2.8mm的玻璃板(平行平面板)，並在像側配置厚度0.7mm的玻璃板(平行平面板)。另外，F表示F值，ω表示半視角(畫角)。同樣，實施例2～7的各圖像讀取用透鏡中的球面像差、像散、和畸變像差(distortion)，分別示出了圖14(A)～(C)、圖15(A)～(C)、圖16(A)～(C)、圖17(A)～(C)、圖18(A)～(C)和圖19(A)～(C)。
圖20(A)～(G)示出了實施例1的圖像讀取用透鏡中的各半視角中的彗形像差。特別是圖20(A)～(D)中，示出了切向方向的彗形像差，圖20(E)～(G)中，示出了弧矢方向的彗形像差。這裡，示出了對應於e線，g線和C線的彗形像差。
同樣，圖21(A)～(G)示出了關於實施例2的彗形像差，圖22(A)～(G)示出了關於實施例3的彗形像差，圖23(A)～(G)示出了關於實施例4的彗形像差，圖24(A)～(G)示出了關於實施例5的彗形像差，圖25(A)～(G)示出了關於實施例6的彗形像差，圖26(A)～(G)示出了關於如以上的各透鏡數據和各像差圖所明了的那樣，在各實施例中，設計為緊湊的結構，並在更廣範圍的視角中良好地進行像差校正，並能夠確認得到了適於進行圖像讀取的良好的性能。特別是，在實施例1～6中第一透鏡L1是將凹面面向物體側的負的凹凸透鏡，因此能夠更好地進行彗形像差校正。
以上，例舉了幾個實施方式和實施例而說明了本發明，但是本發明不限於上述的實施方式和實施例，可以做各種的變形。例如，各透鏡成分的曲率半徑、面間隔以及曲率的值，不限於上述各數值實施例所示的值，也可以採用其他的值。
另外，在上述的實施方式和實施例中，雖然設計為反射原稿式的圖像讀取裝置，但是本發明不限於此，也可以是例如圖27所示那樣的透過原稿式的圖像讀取裝置。圖27所示的圖像讀取裝置20，備有載置有負片(negative film)和正片(positive negative)之類的透過原稿的12的原稿載置臺13；面向原稿載置臺13而發出照明光的光源17；對透過原稿12的圖像進行攝像的攝像元件14；以及將透過原稿12的圖像成像在攝像元件14的成像面上的圖像讀取用透鏡1。攝像元件14，由例如CCD等構成。在該圖像讀取裝置20中，在透過原稿12和讀取透鏡1之間，根據需要配置用於將透過原稿12按壓在原稿載置臺13側的原稿按壓玻璃或濾光器等光學元件15。另外，在讀取透鏡1和攝像元件14之間，根據需要也可以配置用於保護攝像元件14的封蓋玻璃等光學元件16。在該圖像讀取裝置20中，從光源17向透過原稿12照射照明光。透過透過原稿12的光通過讀取透鏡1而成像在攝像元件14上，從而通過攝像元件12取得圖像。
權利要求
1.一種圖像讀取用透鏡，其特徵在於，從物體側順次配置負的第一透鏡其具有彎月形狀；第二透鏡，其具有雙凸形狀；光闌；正的第三透鏡，其具有將凸面向著像側的彎月形狀；負的第四透鏡，其具有將凹面向著物體側的彎月形狀。
2.如權利要求1所述的圖像讀取用透鏡，其特徵在於，還完全滿足以下的條件式(1)～(5)-1.56＜f1/f＜-0.30……(1)0.26＜f2/f＜0.45……(2)0.20＜f3/f＜2.37……(3)0.04＜D5/f＜0.10……(4)0.05＜D7/f＜0.15……(5)其中，f整體的焦距f1第一透鏡的焦距f2第二透鏡的焦距f3第三透鏡的焦距D5從光闌到第三透鏡的物體側的面的光軸上的間隔D7從第三透鏡的像側的面到第四透鏡的物體側的面的光軸上的間隔。
3.如權利要求1所述的圖像讀取用透鏡，其特徵在於，所述第一透鏡是將凹面向著物體側的負的凹凸透鏡。
4.如權利要求3所述的圖像讀取用透鏡，其特徵在於，還完全滿足以下的條件式(6)～(10)-1.56＜f1/f＜-1.34……(6)0.39＜f2/f＜0.45……(7)0.47＜f3/f＜2.37……(8)0.04＜D5/f＜0.10……(9)0.05＜D7/f＜0.15……(10)其中，f整體的焦距f1第一透鏡的焦距f2第二透鏡的焦距f3第三透鏡的焦距D5從光闌到第三透鏡的物體側的面的光軸上的間隔D7從第三透鏡的像側的面到第四透鏡的物體側的面的光軸上的間隔。
5.如權利要求1所述的圖像讀取用透鏡，其特徵在於，所述第一透鏡是將凹面向著像側的負的凹凸透鏡。
6.一種圖像讀取裝置，其特徵在於，配置有如權利要求1～5中任一項所述的圖像讀取用透鏡。
全文摘要
本發明公開一種結構緊湊且在更廣的視角中發揮良好的光學性能的圖像讀取用透鏡，通過從物體側順次配置具有彎月形狀的負的第一透鏡(L1)、具有雙凸形狀的第二透鏡(L2)、光闌、將凸面向著像側並具有彎月形狀的正的第三透鏡(L3)、以及將凹面向著物體側並具有彎月形狀的負的第四透鏡(L4)而實現緊湊的結構，同時即使對於較大的視角，也能夠良好地進行像面彎曲的校正。為此，能夠實現結構小型且可以讀取高品質的圖像信息的圖像讀取裝置。
文檔編號H04N1/024GK1955780SQ20061014282
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月27日 優先權日2005年10月28日
發明者山元陽子 申請人:富士能株式會社