专利名称：图像读取用透镜以及图像读取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如图像扫描仪等图像读取装置以及载置于此的图像读取用透镜。
背景技术：
以往以来，正使用一种成为如下方式的图像读取装置，其通过光学系统将彩色原稿图像成像于例如CCD(电荷耦合元件)那样的固体摄像元件上，并对该图像进行读取。近年来，在这种图像读取装置特别是图像扫描仪等中，除了对高分辨率化，对小型化和低价格化也有较强的要求。
从这种背景出发，作为载置于图像读取装置中的摄像光学系统，正在开发用于例如由4枚透镜构成的紧凑的结构的图像读取用透镜(例如，参照专利文献1和2)。专利文献1和2中记载的图像读取用透镜，均被称作备有包含正透镜的前组和包含负透镜的后组的远场型。
专利文献1特开平11-190820号公报专利文献2特开平2002-296499号公报然而，对于上述的专利文献1和2所公开的图像读取用透镜，若是大约30°以下的视角(画角)，则能够得到发挥良好的光学性能，若是超过于此的视角则像面弯曲将会增大。因此，需要以将全部原稿收入在30°以下的视角的方式确保原稿表面和图像读取用透镜的间隔，因此事实上由于原稿的尺寸而限制了整体结构的小型化。因此，希望一种图像读取透镜，其由较少透镜枚数构成，并能够读取较大的原稿。
发明内容
本发明针对所涉及的问题而提出，其目的为提供一种结构紧凑且能够在更广的视角中发挥良好的光学性能的图像读取用透镜以及备有这种图像读取用透镜的图像读取装置。
本发明的图像读取用透镜以如下方式设计即从物体侧顺次配置负的第一透镜其具有弯月形状；第二透镜，其具有双凸形状；光阑；正的第三透镜，其将凸面向着像侧并具有弯月形状；负的第四透镜，其将凹面向着物体侧并具有弯月形状。
在本发明的图像读取用透镜中，以4枚的较少枚数构成，由于位于最靠近物体侧的第一透镜和最靠近物体侧的第四透镜均具有负的光学能力，因此在实现密紧化的同时，即使对于更大的视角也能够良好地进行像差校正。
另外，在本发明的图像读取用透镜中，还备有图像读取用透镜。
在本发明的图像读取用透镜中，通过上述的图像读取透镜，能够进行高品质的图像信息的读取。
在本发明的图像读取用透镜和图像读取用装置中，优选为完全满足以下的条件式(1)～(5)其中，f整体的焦距；f1第一透镜的焦距；f2第二透镜的焦距；f3第三透镜的焦距；D5从光阑到第三透镜的物体侧的面的光轴上的间隔；D7从第三透镜的像侧的面到第四透镜的物体侧的面的光轴上的间隔。
-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)在本发明的图像读取用透镜和图像读取用装置中，优选为，所述第一透镜是将凹面向着物体侧的负的凹凸透镜。如此，能够特别良好地对慧形像差进行校正。此时，还优选为，完全满足以下的条件式(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)在本发明的图像读取用透镜和图像读取用装置中，也可以是所述第一透镜是将凹面向着像侧的负的凹凸透镜。
按照本发明的图像读取用透镜或备有此的图像读取装置，由于从物体侧顺次配置具有弯月形状的负的第一透镜、具有双凸形状的第二透镜、光阑、将凸面向着像侧并具有弯月形状的正的第三透镜、以及将凹面向着物体侧并具有弯月形状的负的第四透镜，因此能够实现紧凑的结构，同时即使对于较大的视角，也能够发挥良好的性能。为此，能够在不增大整体结构的情况下，进行更大原稿的读取。
按照本发明的图像读取用透镜或备有此的图像读取装置，通过使第一透镜为将凹面向着物体侧的负的弯月透镜，能够特别良好地对慧形像差进行校正。此外，若以完全满足上述各条件式(1)～(5)的方式构成，则能够特别良好地进行像差校正。
图1是本发明的一个实施方式所涉及的图像读取装置的概略结构的立体图。
图2是本发明的一个实施方式所涉及的图像读取用透镜的结构例的图，是与实施例1对应的透镜剖面图。
图3是本发明的一个实施方式所涉及的图像读取用透镜的其他结构例的图，是与实施例7对应的透镜剖面图。
图4是表示作为实施例1的图像读取用透镜的透镜数据中基本数据的说明图。
图5是表示作为实施例2的图像读取用透镜的透镜数据中基本数据的说明图。
图6是表示作为实施例3的图像读取用透镜的透镜数据中基本数据的说明图。
图7是表示作为实施例4的图像读取用透镜的透镜数据中基本数据的说明图。
图8是表示作为实施例5的图像读取用透镜的透镜数据中基本数据的说明图。
图9是表示作为实施例6的图像读取用透镜的透镜数据中基本数据的说明图。
图10是表示作为实施例7的图像读取用透镜的透镜数据中基本数据的说明图。
图11是表示作为实施例1～7的图像读取用透镜的透镜数据中其他基本数据的说明图。
图12表示作为实施例1～7的图像读取用透镜的透镜数据中，与条件式(1)～(8)对应的数据的说明图。
图13是表示关于实施例1的图像读取用透镜的球面像差、像散、和畸变(distortion)的图。
图14是表示关于实施例2的图像读取用透镜的球面像差、像散和畸变(distortion)的图。
图15是表示关于实施例3的图像读取用透镜的球面像差、像散和畸变(distortion)的图。
图16是表示关于实施例4的图像读取用透镜的球面像差、像散和畸变(distortion)的图。
图17是表示关于实施例5的图像读取用透镜的球面像差、像散和畸变(distortion)的图。
图18是表示关于实施例6的图像读取用透镜的球面像差、像散和畸变(distortion)的图。
图19是表示关于实施例7的图像读取用透镜的球面像差、像散和畸变(distortion)的图。
图20是表示关于实施例1的图像读取用透镜的彗形像差的图。
图21是表示关于实施例2的图像读取用透镜的彗形像差的图。
图22是表示关于实施例3的图像读取用透镜的彗形像差的图。
图23是表示关于实施例4的图像读取用透镜的彗形像差的图。
图24是表示关于实施例5的图像读取用透镜的彗形像差的图。
图25是表示关于实施例6的图像读取用透镜的彗形像差的图。
图26是表示关于实施例7的图像读取用透镜的彗形像差的图。
图27是表示本发明的一个实施方式所涉及的图像读取装置的变形例的结构图。
图中L1～L4-第一透镜～第四透镜，Si-从物体侧起第i号的透镜面，Ri-从物体侧起第i号的透镜面的曲率半径，Di-从物体侧起第i号透镜和第(i+1)号透镜面的面间隔，Z1-光轴，1、1A-读取透镜，2-反射原稿，3-原稿载置台，4-摄像元件，7-光源，10-图像读取装置，12-透过原稿，13-原稿载置台，14-摄像元件，17-光源，20-图像读取装置。
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1表示本发明的一个实施方式所涉及的图像读取装置10立体结构。图像读取装置10，是反射原稿式的图像扫描仪，备有载置有A4版型的反射原稿2的原稿载置台3、向载置台3上的反射原稿2发出照射光的线状的光源7、将反射原稿2的图像摄入的摄像元件4、配置于反射原稿2和摄像元件4之间并将反射原稿2的图像成像在摄像元件4的摄像面上成像的图像读取用透镜(以下，简单称为读取用透镜)1。在该图像读取装置10中，例如，反射原稿2，沿着与光源7的延伸方向垂直的方向(箭头A所表示的方向)在原稿载置台3的表面平行移动，同时由光源7横跨全面地顺次进行照射。来自反射原稿2的反射光，借助于读取用透镜而在摄像元件4上成像，并由摄像元件4作为图像信息而摄入。
图2表示作为本发明的一个实施方式的读取用透镜1的结构例。在图2中，符号Zobj所示一侧是物体侧，即配置有反射原稿2并提供有读取用图像的一侧，另一符号Zimg所示的一侧是像侧，即配置有摄像元件4，并成像有物体侧的图像的一侧。摄像元件4以其摄像面与读取用透镜1的成像面Simg相一致的方式被配置。至于符号Si，是将最靠近物体侧的构成要素的面作为第一面，并以面向像侧(成像侧)而顺次增加的方式附加符号的第i号面。符号Di，表示第i号面Si和第i+1号面Si+1的光轴Z1上的面间隔。
读取用透镜1，从物体侧顺次备有具有负的光学能力(power)的第一透镜L1；具有正的光学能力的第二透镜L2；光阑K；具有正的光学能力的第三透镜L3；具有负的光学能力的第四透镜L4。具体来说，第一透镜L1，例如形成将凹面面向物体侧的负的弯月(meniscus)形状，第二透镜L2具有双凸形状，第三透镜形成将凸面朝向像侧的弯月形状，第四透镜形成将凹面朝向物体侧的弯月形状。
读取用透镜1，进一步，以完全满足下面的条件式(1)～(5)的方式而构成。其中f是整体的焦距，f1是第一透镜L1的焦距，f2是第二透镜L2的焦距，f3是第三透镜L3的焦距，D5是从光阑K到第三透镜L3的物体侧的面S6的光轴Z1上的间隔，D7是从第三透镜L3的像侧的面S7到第四透镜L4的物体侧的面S8的光轴Z1上的间隔。
-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)读取透镜1，特别优选为以完全满足下述的条件式(6)～(10)的方式而构成。
-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)在如此而构成的读取用透镜1中，来自物体侧的入射光束从第一透镜L1顺次透过第四透镜L4，并在摄像元件4的摄像面上成像。这里，由于位于最靠近物体侧的第一透镜L1和位于最靠近物体侧的第四透镜L4均具有负的光学能力，因此即使在更大的视角中也能够对像面弯曲良好地进行校正。同时，由于以4枚较少的枚数构成，因此能够实现密紧化。另外，由于第一透镜L1是将凹面面向物体侧的凹凸透镜(meniscus lens)，因此特别是能够对彗形像差进行良好的校正。此外，由于以完全满足条件式(1)～(5)的方式构成，因此能够主要与像面弯曲相关地良好地进行校正，对于广视角化更加有利。另外，在完全满足条件式(6)～(10)的情况下，能够对畸变像差等诸像差更加良好地进行校正。以下，关于条件式(1)～(10)的意义，详细地进行说明。
条件式(1)和(6)，是表达对第一透镜L1的光学能力(power)(1/f1)的大小相对于整个系统的光学能力(1/f)的大小进行表示的量(f1/f)的适当范围的式子。这里，若因超过条件式(1)上限而使得第一透镜L1的负的光学能力变得过强，则畸变像差的校正将变得不充分。这里，特别是若低于条件式(6)的上限，则能够极其良好地对畸变像差进行校正。另一方面，若因低于条件式(1)和(6)的下限而使第一透镜L1的负的光学能力变得过弱，则像面弯曲的校正变得不充分。
条件式(2)和(7)，是表达对第二透镜L2的光学能力(power)(1/f2)的大小相对于整个系统的光学能力(1/f)的大小进行表示的量(f2/f)的适当范围的式子。这里，若因超过条件式(2)和(7)的上限而使第二透镜L2的正的光学能力变得过弱，则轴上色像差校正变得不充分。另一方面，若因低于条件式(2)的下限而使第二透镜L2的正的光学能力变得过强，则畸变像差的校正不能够充分地进行。这里，特别是若超过条件式(7)的下限，则能够极为良好地进行畸变像差校正。
条件式(3)和(8)，是表达对第三透镜L3的光学能力(power)(1/f3)大小相对于整个系统的光学能力(1/f)的大小进行表示的量(f3/f)的适当范围的式子。这里，若因超过条件式(3)和(8)的上限而使第三透镜L3的正的光学能力变得过弱，则彗形像差的校正变得不充分。另一方面，若因低于条件式(3)的下限而使第三透镜L3的正的光学能力变得过强，则彗形像差的校正不能够充分地进行。这里，特别是若超过条件式(8)的下限，则能够极为良好地对像面弯曲进行校正。
条件式(4)和(9)，是表达光阑和第三透镜L3的物体侧的面的空气间隔的式子。若超过条件式(4)和(9)的上限，则像面弯曲的校正变得不充分，若低于条件式(4)和(9)的下限，则畸变像差的校正变得不充分因此并不优选。
条件式(5)和(10)，是规定第三透镜L3和第三透镜L4的空气间隔的式子。若超过条件式(5)和(10)的上限，则慧形像差的校正变得不充分，若低于条件式(5)和(10)的下限，则像面弯曲的校正变得不充分因此并不优选。
如此，按照本实施方式的读取用透镜1，由于从物体侧顺次备有负的第一透镜L1、双凸形状的第二透镜L2、光阑K、形成将凸面面向像侧的弯月形状的正的第三透镜L3，以及形成将凹面朝向物体侧的具有弯月形状的负的第四透镜L4，因此能够在实现密紧结构的同时实现光视角化。特别是，由于使第一透镜L1为将凹面面向物体侧的负的凹凸透镜，因此能够对彗形像差良好地进行校正。此外，由于以完全满足各条件式(1)～(5)的方式构成，因此对于像面弯曲能够更良好地进行校正。并有利于广视角化。为此，能够在不使整体结构大型化的情况下，进行更大的原稿的读取。
<变形例>
接下来，对于作为上述实施方式中的变形例的图像读取用透镜(以下，简单地称为读取用透镜)1A，参照图3进行说明。图3表示读取用透镜1A的结构例。在上述实施方式的读取用透镜1(图2)中，第一透镜L1具有将凹面面向物体侧的负的弯月形状。与此相对，读取用透镜1A，使第一透镜L1为将凸面面向物体侧的负的弯月形状的透镜。关于第二透镜L2～第四透镜L4是与读取用透镜1同样的结构。另外，即使是读取用透镜1A，也优选为满足上述条件式(1)～(5)的方式而构成。即使是这种读取用透镜1A，也能够实施紧凑的结构的同时实现广视角化。
实施例接下来，说明本实施方式所涉及的图像读取用透镜的具体的数值实施例。
在以下中，汇总说明第1～第7实施实施例(实施例1～7)。
图4是表示与作为实施例1的图像读取用透镜相关的基本透镜数据的图。与图2所示的透镜剖面结构相对应。图4中的面编号Si一栏中示出了与图2中分别所示的符号Si相对应地将位于最靠近物体侧的结构要素的面作为第一面、并以面向像侧顺次增加的方式附加符号的第i号(i＝1～9)的面的编号。面S5表示光学能力(power)K。曲率半径Ri一栏，与图2所示的符号Ri相对应。面S5表示光阑K。在曲率半径Ri的一栏，使与图2中所示的符号Ri对应，示出了从物体侧到第i面的曲率半径的值。对于面间隔Di一栏，与图2中附加的符号相对应，示出了从物体侧起第i号面Si和第i+1号面Si+1的光轴的间隔。曲率半径Ri和面间隔Di的值的单位是毫米(mm)。对于Ndj、υdj一栏，分别表示从物体侧起第j号(j＝1～4)透镜元件的相对于d线(587.6nm)的折射率和阿贝数。同样，图5～图9示出了与实施例2～6所示的图像读取用透镜相关的基本透镜数据。另外，对于实施例2～6，与图2所示的实施例1的透镜剖面结构大致相同，因此这里省略图示。
另外，图10表示与图3的透镜剖面结构相对应的、与作为实施例7的图像读取用透镜相关透镜数据。各符号的意思与图4相同。
另外，图11作为与实施例1～7所涉及的图像读取用透镜相关的数据，汇总示出了整个系统的焦距f、FNo.、倍率β以及视角2ω。焦距f的单位是毫米(mm)。
图12对于实施例1～7所涉及的图像读取用透镜，示出了与上述的条件式(1)～(8)相对应的值。如图12所示的那样，各实施例的值，采用条件式(1)～(5)的数值范围内。特别是对于实施例1～6，采用条件式(6)～(10)的数值范围内。
图13(A)～(C)分别表示实施例1的图像读取用透镜中的球面像差、像散和畸变(distortion)。图13(A)的球面像差图和图13(B)的像散图中，示出了与e线(波长546.1nm)、g线(波长435.8nm)和C线(波长656.3nm)对应的图。其中，在像散图中，实线为弧矢方向、虚线为切向方向的像差。这些各像差图中，示出了以如下方式设计时所得到数据即在从物体面到像面的光路中，以图像读取用透镜为基准，在物体侧配置厚度2.8mm的玻璃板(平行平面板)，并在像侧配置厚度0.7mm的玻璃板(平行平面板)。另外，F表示F值，ω表示半视角(画角)。同样，实施例2～7的各图像读取用透镜中的球面像差、像散、和畸变像差(distortion)，分别示出了图14(A)～(C)、图15(A)～(C)、图16(A)～(C)、图17(A)～(C)、图18(A)～(C)和图19(A)～(C)。
图20(A)～(G)示出了实施例1的图像读取用透镜中的各半视角中的彗形像差。特别是图20(A)～(D)中，示出了切向方向的彗形像差，图20(E)～(G)中，示出了弧矢方向的彗形像差。这里，示出了对应于e线，g线和C线的彗形像差。
同样，图21(A)～(G)示出了关于实施例2的彗形像差，图22(A)～(G)示出了关于实施例3的彗形像差，图23(A)～(G)示出了关于实施例4的彗形像差，图24(A)～(G)示出了关于实施例5的彗形像差，图25(A)～(G)示出了关于实施例6的彗形像差，图26(A)～(G)示出了关于如以上的各透镜数据和各像差图所明了的那样，在各实施例中，设计为紧凑的结构，并在更广范围的视角中良好地进行像差校正，并能够确认得到了适于进行图像读取的良好的性能。特别是，在实施例1～6中第一透镜L1是将凹面面向物体侧的负的凹凸透镜，因此能够更好地进行彗形像差校正。
以上，例举了几个实施方式和实施例而说明了本发明，但是本发明不限于上述的实施方式和实施例，可以做各种的变形。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔以及曲率的值，不限于上述各数值实施例所示的值，也可以采用其他的值。
另外，在上述的实施方式和实施例中，虽然设计为反射原稿式的图像读取装置，但是本发明不限于此，也可以是例如图27所示那样的透过原稿式的图像读取装置。图27所示的图像读取装置20，备有载置有负片(negative film)和正片(positive negative)之类的透过原稿的12的原稿载置台13；面向原稿载置台13而发出照明光的光源17；对透过原稿12的图像进行摄像的摄像元件14；以及将透过原稿12的图像成像在摄像元件14的成像面上的图像读取用透镜1。摄像元件14，由例如CCD等构成。在该图像读取装置20中，在透过原稿12和读取透镜1之间，根据需要配置用于将透过原稿12按压在原稿载置台13侧的原稿按压玻璃或滤光器等光学元件15。另外，在读取透镜1和摄像元件14之间，根据需要也可以配置用于保护摄像元件14的封盖玻璃等光学元件16。在该图像读取装置20中，从光源17向透过原稿12照射照明光。透过透过原稿12的光通过读取透镜1而成像在摄像元件14上，从而通过摄像元件12取得图像。
权利要求
1.一种图像读取用透镜，其特征在于，从物体侧顺次配置负的第一透镜其具有弯月形状；第二透镜，其具有双凸形状；光阑；正的第三透镜，其具有将凸面向着像侧的弯月形状；负的第四透镜，其具有将凹面向着物体侧的弯月形状。
2.如权利要求1所述的图像读取用透镜，其特征在于，还完全满足以下的条件式(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整体的焦距f1第一透镜的焦距f2第二透镜的焦距f3第三透镜的焦距D5从光阑到第三透镜的物体侧的面的光轴上的间隔D7从第三透镜的像侧的面到第四透镜的物体侧的面的光轴上的间隔。
3.如权利要求1所述的图像读取用透镜，其特征在于，所述第一透镜是将凹面向着物体侧的负的凹凸透镜。
4.如权利要求3所述的图像读取用透镜，其特征在于，还完全满足以下的条件式(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整体的焦距f1第一透镜的焦距f2第二透镜的焦距f3第三透镜的焦距D5从光阑到第三透镜的物体侧的面的光轴上的间隔D7从第三透镜的像侧的面到第四透镜的物体侧的面的光轴上的间隔。
5.如权利要求1所述的图像读取用透镜，其特征在于，所述第一透镜是将凹面向着像侧的负的凹凸透镜。
6.一种图像读取装置，其特征在于，配置有如权利要求1～5中任一项所述的图像读取用透镜。
全文摘要
本发明公开一种结构紧凑且在更广的视角中发挥良好的光学性能的图像读取用透镜，通过从物体侧顺次配置具有弯月形状的负的第一透镜(L1)、具有双凸形状的第二透镜(L2)、光阑、将凸面向着像侧并具有弯月形状的正的第三透镜(L3)、以及将凹面向着物体侧并具有弯月形状的负的第四透镜(L4)而实现紧凑的结构，同时即使对于较大的视角，也能够良好地进行像面弯曲的校正。为此，能够实现结构小型且可以读取高品质的图像信息的图像读取装置。
文档编号H04N1/024GK1955780SQ20061014282
公开日2007年5月2日 申请日期2006年10月27日 优先权日2005年10月28日
发明者山元阳子 申请人:富士能株式会社