专利名称：彩色图像读取透镜及彩色图像读取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用CCD (Charge Coupled Device)等的固体摄像元件读 取彩色原稿或彩色图像的装置，例如，适合于影印机或图像扫描仪、胶片 扫描仪等的彩色图像读取装置以及其使用的彩色图像读取透镜。
背景技术：
用于影印机或各种扫描仪的彩色图像读取透镜，被要求从中心至周边 没有光线的渐晕且良好地补正各像差，在整个像高区域具有同等高的解像 力。尤其，为了消除因各B (蓝)、G (绿)、R (红)色引起的成像倍率 差或解像对比差，精度极高地补正倍率色差和轴向色差就变得在获得高解 像上尤为重要。对于轴向色差的补正而言，通常的消色差透镜可以对特定 的2波长进行初级消色差，但色差对其他的波长就作为次级光谱残留，并 且由于基于波长的解像对比差产生，所以不能获得整个BGR区域的高的解 像性。也有许多使用反常色散玻璃补正此次级光谱的例子，但这种玻璃的 材料费高、或加工难度高，所以大多不利于成本，并且为了高精度地补正 像差，也需要设法增加片数等。另一方面，近年以来，作为光学系的色补正手段，公知有使用基于衍 射作用的衍射光学元件(Diffractive Optical Element : DOE)的例子。 图32及图33表示了基诺全息图型的衍射光学元件的构成例作为衍射光学 元件的1例。此衍射光学元件，通过在基板101的表面形成同心圆状的多 个锯齿形状的段差，对通过光线具有衍射作用。此衍射光学元件如图33 所示，从正面观看时，形成有多个圆环带102。从正面观看时，除中央的 圆形区域103以外，圆环带102的部分产生衍射作用。这样的衍射光学元件不同于一般的透镜材料，因阿贝数为负且具有大 的色散，所以，通过和通常的折射透镜系(未使用衍射光学元件的透镜系) 适当组合，可进行出色的色差补正。作为使用衍射光学元件的透镜系，公知有以下的专利文献所记载的透镜系。专利文献1特幵平10-311946号公报专利文献2特开平10-339843号公报专利文献3特开2000-66093号公报专利文献4特开2007-94278号公报然而，在上述专利文献1及专利文献4所记载的透镜系中，因衍射构 造形成于具有大的曲率的面，所以，与形成于平面时相比，构造的形状误 差、例如面的光轴与垂直方向的轴偏移或正交于光轴的XY方向的像散等 引起的影响变大而解像力降低可被预测。为此，成型要求高精度。进一步， 当成为基板的面或其对面中至少任一方由非球面构成时，与由平面或球面 形成时相比，因制造时的形状误差、例如面的光轴与垂直方向的轴偏移或 XY方向的像散还有非球面形状的光轴方向的误差(面起伏)等的影响变得 非常大，所以，可预测进一步的解像力的降低。另夕卜，专利文献2所记载 的透镜系，构成片数多，由此价高且紧凑化不充分。另外，专利文献3虽 有在平面基板设置衍射构造的实施例，但，所具有的衍射构造的圆环带数 多，所以，加工误差所造成的影响大，而且难以高精度地再现所需的形状。 另外，光阑间隔大而无法形成充分的小型化。发明内容本发明是鉴于所涉及的问题点而提出的，其目的在于，提供一种不仅 为简单的构成并且精度极高地进行了色差补正的高解像 高性能的彩色图 像读取透镜，以及使用该高解像 高性能的彩色图像读取透镜可读取高解 像的图像的彩色图像读取装置。根据本发明的彩色图像读取透镜，从物体侧起依次由部件构成第1 组，其由凸面朝向物体侧的正透镜和双凹的负透镜而成；光阑；第2组， 其由至少1面为平面且在其平面上具有衍射构造的1片衍射光学元件而 成；和第3组，其由双凸形状的正透镜和凹面朝向物体侧的负透镜而成。根据本发明的彩色图像读取透镜，通过适当组合衍射光学元件(第2 组)和通常的折射透镜系(第1组及第3组)，可获得不仅为简易的构成 并且精度极高地进行了色差补正的高解像 高性能的读取透镜系。根据本发明的彩色图像读取透镜，通过从物体侧依次配置折射透镜系的第1组、 光阑、衍射光学元件的第2组、和折射透镜系的第3组，可在光阑附近配 置衍射光学元件，可有效地在整个像高区域补正像差。另外，衍射光学元 件本身的口径也可限制至较小，所以，可抑制模形成时的形状变形等误差。 另外，在折射透镜系，各组由正透镜和负透镜构成，由此，主要使倍率色 差和场曲的补正变得容易。另外，通过在平面设置衍射光学元件的衍射构 造，可将制造误差所引起的性能劣化抑制至较小。另外，在折射透镜系中 没有使用作为消色差透镜的接合透镜，所以可提供廉价的透镜系。在本发明的彩色图像读取透镜中，第2组的衍射光学元件，采用以下构成例如将平行平面板作为基板且在至少1个面具有衍射构造。另外，也可将第2组的衍射光学元件构成为在由具有曲率的面和与具 有该曲率的面的相对的平面而成的基板的平面具有衍射构造。这时，适用 于介由保持部件与受光面一体化的彩色图像读取透镜，衍射光学元件的具 有曲率的面被构成为优选具有以下曲率，其抑制随着温度变化的光学性焦 点移动所引起的成像位置的变化与随着温度变化的保持部件的机械性伸 縮所引起的受光面位置的变化之差，抑制随着温度变化的成像位置和受光 面位置的错位。需要说明的是，此处所述的"具有曲率的面"意味着曲率并非零的面。 需要说明的是，曲率为零的面为平面。本发明的彩色图像读取透镜，进一步通过适当采用且满足以下的优选 构成，可使光学性能更优异并且有利于更低成本化。在本发明的彩色图像读取透镜中，当将第1组的正透镜相对于d线的 阿贝数设为vpl时，优选满足下述条件式。50< vpl......(1)另外，当将第3组的正透镜的相对于e线的折射率设为Np3，将第3 组的正透镜相对于d线的阿贝数设为v p3时，优选满足下述条件式。1. 75<Np3......(2)32〈 vp3<45......(3)另外，第2组的衍射光学元件优选被配置在比其它任意光学元件更靠 近光阑的附近。另外，第2组的衍射光学元件，优选在光阑的相反侧的面具有衍射构造。另外，第2组的衍射光学元件的衍射面的光焦度，优选满足下述的条 件式。0. 02〈4)doe/4)a11〈0. 09......(4)在此，4>doe是衍射面的光焦度，当将相位差函数的2次系数设为Cl， 将光的波长设为入时，被定义为-人xci/n。4) all是透镜整个系统的光焦度，当将透镜整个系统的焦距设为fa 时，被定义为l/fa。另外，第2组的衍射光学元件的衍射构造由多个圆环带而成，当将其 圆环带数设为N且将具有衍射构造的面的有效径设为L时，优选满足下述条件式。0. 7(KN/1X3. 30......(5)另外，构成第1组及第3组的透镜优选例如全部为玻璃的球面透镜。 另外，第2组的衍射光学元件优选为塑料。根据本发明的彩色图像读取装置，具备本发明的彩色图像读取透镜和 输出由上述彩色图像读取透镜形成的光学像所对应的摄像信号的摄像元 件。根据本发明的彩色图像读取装置，根据由本发明的彩色图像读取透镜 所得的高解像的光学像，可获得高解像的摄像信号。根据本发明的彩色图像读取透镜，因适当组合衍射光学元件(第2组) 和通常的折射透镜系(第1组及第3组)，所以，可实现不仅为简易的构 成并且精度极高地进行了色差补正的高解像 高性能的透镜系。另外，根据本发明的彩色图像读取装置，因输出由上述本发明的高解 像 高性能的彩色图像读取透镜形成的光学像所对应的摄像信号，所以， 可读取高解像的图像。
图1表示本发明的一实施方式所涉及的彩色图像读取透镜的第1构成 例，是对应于实施例1的透镜剖面图。图2表示本发明的一实施方式所涉及的彩色图像读取透镜的第2构成 例，是对应于实施例2的透镜剖面图。图3表示本发明的一实施方式所涉及的彩色图像读取透镜的第3构成 例，是对应于实施例3的透镜剖面图。图4表示本发明的一实施方式所涉及的彩色图像读取透镜的第4构成 例，是对应于实施例4的透镜剖面图。图5表示本发明的一实施方式所涉及的彩色图像读取透镜的第5构成 例，是对应于实施例5的透镜剖面图。图6表示本发明的一实施方式所涉及的彩色图像读取透镜的第6构成 例，是对应于实施例6的透镜剖面图。图7表示本发明的一实施方式所涉及的彩色图像读取透镜的第7构成 例，是对应于实施例7的透镜剖面图。图8是表示使用本发明的一实施方式所涉及的彩色图像读取透镜的彩 色图像读取装置的一构成例的剖面图。图9是表示实施例1所涉及的彩色图像读取透镜的透镜数据的图， (A)表示基本的透镜数据，(B)表示相位差函数系数的数据。图10是表示实施例2所涉及的彩色图像读取透镜的透镜数据的图， (A)表示基本的透镜数据，(B)表示相位差函数系数的数据。图11是表示实施例3所涉及的彩色图像读取透镜的透镜数据的图， (A)表示基本的透镜数据，(B)表示相位差函数系数的数据。图12是表示实施例4所涉及的彩色图像读取透镜的透镜数据的图， (A)表示基本的透镜数据，(B)表示相位差函数系数的数据。图13是表示实施例5所涉及的彩色图像读取透镜的透镜数据的图， (A)表示基本的透镜数据，(B)表示相位差函数系数的数据。图14是表示实施例6所涉及的彩色图像读取透镜的透镜数据的图， (A)表示基本的透镜数据，(B)表示相位差函数系数的数据。图15是表示实施例7所涉及的彩色图像读取透镜的透镜数据的图， (A)表示基本的透镜数据，(B)表示相位差函数系数的数据。 图16是表示基于温度的焦点偏移的特性图。 图17是对于各实施例概括表示有关条件式的值的图。图18是表示实施例1所涉及的彩色图像读取透镜的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。图19是表示实施例2所涉及的彩色图像读取透镜的诸像差的像差图， (A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。图20是表示实施例3所涉及的彩色图像读取透镜的诸像差的像差图， (A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。图21是表示实施例4所涉及的彩色图像读取透镜的诸像差的像差图， (A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。图22是表示实施例5所涉及的彩色图像读取透镜的诸像差的像差图， (A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。图23是表示实施例6所涉及的彩色图像读取透镜的诸像差的像差图， (A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。图24是表示实施例7所涉及的彩色图像读取透镜的诸像差的像差图， (A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。图25是表示实施例1所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差的像差图。图26是表示实施例2所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差的像差 图。 '图27是表示实施例3所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差的像差图。图28是表示实施例4所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差的像差图。图29是表示实施例5所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差的像差图。图30是表示实施例6所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差的像差图。图31是表示实施例7所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差的像差图。图32是表示衍射光学元件的一构成例的剖面图。 图33是表示衍射光学元件的一构成例的正视图。图中G1-第1组，G2-第2组，G3-第3组，St-孔径光阑，Ri-从物 体侧起第i透镜面的曲率半径，Di-从物体侧起第i和第i+l透镜面的面 间隔，Zl-光轴，1-彩色图像读取透镜，2-压制玻璃，3-镜筒，4-玻璃面 罩，5-筐体，6-摄像元件，10-彩色图像读取装置。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的实施方式。本实施方式所涉及的彩色图像读取透镜，适用于由CCD等固体摄像元 件读取彩色原稿或彩色图像的装置、例如影印机或图像扫描仪、胶片扫描 仪等。此彩色图像读取透镜，例如，可用作图8所示的彩色图像读取装置 10中的彩色图像读取透镜1。彩色图像读取透镜1，在被保持于镜筒3内 的状态下由筐体5支承。在此彩色图像读取装置10中，虽未图示，但在 物体侧配置有载置了读取对象的原稿的原稿载置台。原稿面(被摄体面) Sl被压制玻璃2按压。另外，在像侧配置有取入原稿图像的CCD等摄像元 件6。通过玻璃面罩4保护摄像元件6的前侧。在此彩色图像读取装置10中，朝向原稿照射照明光，来自其原稿的 反射光，通过彩色图像读取透镜l，在摄像元件6的受光面S17上成像。 摄像元件6输出其光学像所对应的摄像信号。需要说明的是，当原稿例如为负片胶片或正片胶片等透射原稿时，从原稿装置台的背面侧向透射原稿 照射照明光，该透射光通过彩色图像读取透镜1在摄像元件6的受光面S17上成像。图1表示本实施方式所涉及的彩色图像读取透镜的第1构成例。此构 成例对应于下述的第1数值实施例(图9 (A) 、 (B))的透镜构成。同样 地，对应于下述的第2乃至第7的数值实施例的透镜构成的第2乃至第7 的构成例的剖面构成示于图2 图7。需要说明的是，各构成例的基本构 成均相同，所以，以下以图l所示的第l构成例为基本进行说明。在图1 图7中，符号Ri表示将图8所示的被摄体面Sl作为第1号 且按照随着朝向摄像元件6的受光面S17依次增加的方式赋予了符号的第 i号的面即第i面的曲率半径。需要说明的是，为了方便起见，按照配合 下述实施例的形式，作为构成要素包括在图8的彩色图像读取装置10中的压制玻璃2和玻璃面罩4而对号码进行编配，所以，彩色图像读取透镜中最靠近物体侧的透镜面的号码为第4号。符号Di表示第i面和第i + l 面在光轴Z1上的面间隔。此彩色图像读取透镜，沿光轴Zl从物体侧起依次具备第1组Gl， 其由凸面朝向物体侧的正透镜L11和双凹的负透镜L12而成；光阑St;第2组G2，其由1片衍射光学元件L21而成；和第3组G3，其由双凸形状的 正透镜L31和凹面朝向物体侧的负透镜L32而成。在此彩色图像读取透镜中，当将第1组Gl的正透镜Lll相对于d线 的阿贝数设为vpl时，优选满足下述条件式。50〈 vpl......(1)另夕卜，当将第3组G3的正透镜L31相对于e线的折射率设为Np3、相 对于d线的阿贝数设为vp3时，优选满足下述条件式。 1. 75〈Np3……(2) 32< vp3〈45......(3)另外，构成第1组G1及第3组G3的透镜，优选例如全部设为玻璃的 球面透镜。另外，第2组G2的衍射光学元件L21优选为塑料。在此彩色图像读取透镜中，就第2组G2的衍射光学元件L21而言， 至少l面为平面，在其平面上具有衍射构造。就衍射光学元件L21而言， 例如将平行平面板作为基板且至少l面为衍射构造。另外，也可将衍射光 学元件L21按照由具有曲率的面和与具有该曲率的面相对的平面而成的基 板的、其平面上具有衍射构造的方式构成。这时，具有曲率的面优选按照 抑制基于温度变化的焦点偏移的方式决定其曲率。例如，在图8的彩色图 像读取装置10中，在彩色图像读取透镜1介由保持部件(筐体5)与摄像 元件6 (受光面S17)被一体化时，衍射光学元件L21的具有曲率的面， 优选被构成为具有以下曲率，其抑制基于温度变化的光学性焦点移动所引 起的成像位置的变化与基于温度变化的保持部件的机械性伸縮所引起的 受光面位置的变化之差，抑制基于温度变化的成像位置与受光面位置的错 位。需要说明的是，此处所述的"具有曲率的面"意味着曲率不是零的面。 需要说明的是，曲率为零的面为平面。需要说明的是，在图1 图7的各 构成例的、图7的第7构成例中，将衍射光学元件L21的1面设为具有曲率的面。另外，第2组G2的衍射光学元件L21优选在比其他的任意光学元件 更靠光阑St的附近被配置。g卩，优选被配置在比第1组G1的像侧最外端 的透镜(负透镜L12)更靠近光阑St的位置。另外，就衍射光学元件L21 而言，优选在光阑St的相反侧的面具有衍射构造。衍射光学元件L21的衍射面的光焦度优选满足下述条件式。0. 02<cJ)doe/(J)all〈0. 09......(4)此处，4>doe为衍射面的光焦度，当将相位差函数的2次系数设为Cl， 将光的波长设为A时，被定义为-AXCl/n。 4)al1为透镜整个系统的光 焦度，当将透镜整个系统的焦距设为fa时，被定义为l/fa。另外，衍射光学元件L21的衍射构造由多个圆环带(orbicular zone) 而成，当将其圆环带数设为N，将具有衍射构造的面的有效径设为L时， 优选满足下述条件式。需要说明的是，此处所述的圆环带数N，例如在如 图32及图33所示的衍射构造时，不含中央的圆形区域103。0. 70〈N/L〈3. 30......(5)其次，说明如以上构成的彩色图像读取透镜的作用及效果。 此彩色图像读取透镜，通过适当组合第2组G2的衍射光学元件L21 和通常的折射透镜系(第1组G1及第3组G3)，可获得不仅为简易的构 成并且精度极高地进行了色差补正的高解像 高性能的读取透镜系。此彩 色图像读取透镜，从物体侧起依次配置折射透镜系的第1组G1、光阑St、 衍射光学元件L21的第2组G2、和折射透镜系的第3组G3，且在光阑St 附近配置衍射光学元件L21,所以，可在整个像高区域有效地补正像差。 另外，由于衍射光学元件L21本身的口径也可限制得较小，所以，可抑制 模形成时形状变形等误差。另外，通过在平面设置衍射光学元件L21的衍 射构造，可将制造误差所造成的性能劣化抑制至较小。另外，在折射透镜 系中，因未使用作为消色差透镜的接合透镜，所以，可提供廉价的透镜系。 另外，通过限制衍射构造的圆环带数，可减少形状误差产生的对成像性能 的贡献率，模加工也变得更容易。另外，在折射透镜系中，各组由正透镜和负透镜构成，由此，主要使 得倍率色差和场曲的补正变得容易。通过使用衍射光学元件L21，虽可进行优异的色差补正，但仅通过衍射光学元件L21难以完全补正轴向色差和 倍率色差，尤其，为了通过对倍率色差进行微调整来获得高解像，优选折 射系的各组由相对低色散的正透镜和高色散的负透镜构成。条件式(1)是在第1组G1中有效地补正倍率色差和场曲的条件式。 当脱离条件式(1)时，有必要对第1组G1的负透镜L12选用色散大的高 折射率的材料，正的场曲增加。第1组Gl的正透镜Lll更优选满足以下 的条件式。此处，Npl为相对于e线的折射率。通过满足条件式(6)，可 防止由曲率变大所引起的周边光线的高次像差的发生。1. 55〈Npl...... (6)条件式(2)及条件式(3)是在第3组G3中良好地补正场曲和倍率 色差的条件式。通过满足条件式(2)，可用较小的曲率补正场曲，所以 难以在周边光束生成作为高次像差的彗差。当超过条件式(3)的下限时， 为了良好地补正像差，有必要对负透镜L32选择色散极小的材料，另外， 当超过上限时，有必要在负透镜L32选择色散较大的材料，任何情况下， 在负透镜L32中不能够选择出适合主要为倍率色差和场曲的补正的折射率材料，对它们的补正就变得困难。衍射光学元件L21优选在比其他任意光学元件最靠近光阑的位置被配 置，在色差的补正上是最理想的。通过满足它，可一边使倍率色差保持得 较小， 一边可縮小轴向色差的次级光谱。衍射光学元件L21的衍射构造， 最好设置在与邻接光阑St的面相反的面。由此，光束周边部的光线可按 每像高进行分离，所以可对周边部的光束进行有效地补正。条件式(4)关于衍射构造的光焦度，优选按照满足此条件式的方式 设置衍射光焦度。当低于下限时，基于衍射的消色差效果变小，色差的补 正不充分。相反地，当超过上限时，色差的补正过剩，在任何情况下，均 会导致解像力的下降，所以不优选。衍射光学元件L21优选按照满足条件式(5)的方式设置圆环带衍射 部。在条件式(5)中，当圆环带数N变大或有效径L变小而超过上限时， 圆环带周边部的间距变细使得加工难度变高。当圆环带数N变小而低于条 件式(5)的下限时，圆环带的间距变粗，衍射光学元件本来的衍射所完 成的像差补正的作用不能有效地发挥功能。当有效径L变大而低于条件式(5)的下限时，加工时间增加进而更容易产生加工精度的劣化，所以不 优选。第1组Gl及第3组G3最好以玻璃透镜构成。玻璃透镜的材料选项多， 适合于对倍率色差进行微调整。另外，通过设为研磨透镜可降低成本从而 优选。衍射光学元件L21最好由塑料构成。因塑料通过成形的形状自由度 高，所以，衍射光学元件L21的加工变得容易且廉价。另外，折射率的温 度依存性高，所以，与由玻璃等构成的情况相比可以对因小的曲率且温度 变化所引起的焦点偏移进行补正，也可将因温度变化的像差变动抑制至较小。另外，原本透镜因环境的温度变化而在保持透镜或镜筒及透镜 原 稿，传感器等的筐体发生扩张或收缩，所以具有被摄体成像的焦点位置自 本应该成像的传感器上的受光面位置错位的温度特性。这直接关系到成像 性能的劣化。可通过第2组G2补正因温度特性引起的焦点偏移。具体而 言，通过使第2组G2的衍射光学元件L21的与具有衍射构造的面相反面， 持有具有消除由环境温度的变化产生的透镜的曲率、折射率、筐体的伸展 等引起的焦点移动的曲率，可进行补正。关于此，利用下面的实施例说明 具体例。如以上说明，根据本实施方式所涉及的彩色图像读取透镜，因适当组 合衍射光学元件L21 (第2组G2)和通常的折射透镜系(第1组Gl及第3 组G3)，所以可实现不仅为简易的构成且精度极高地进行了色差补正的高 解像*高性能的透镜系。另外，根据本实施方式所涉及的彩色图像读取装 置，因输出由本实施方式所涉及的高解像 高性能的彩色图像读取透镜形 成的光学像所对应的摄像信号，所以，可以读取高解像的图像。接下来说明本实施方式所涉及的彩色图像读取透镜的具体数值实施 例。以下概括说明第1乃至第7的数值实施例。这些实施例表示作为图8 的彩色图像读取装置10的彩色图像读取透镜1适用时的实施例。图9 (A) 、 (B)表示对应于图1所示的彩色图像读取透镜的构成的 具体的透镜数据。尤其，图9 (A)表示其基本的透镜数据，图9 (B)表 示关于衍射面的数据。图9 (A)所示的透镜数据中的面号码Si的栏表示: 关于实施例1所涉及的彩色图像读取透镜，将最靠近物体侧的构成要素的面作为第1号，按照随着朝向像侧依次增加的方式赋予了符号的第i号 (i = l 17)的面即第i面的号码。需要说明的是，在此透镜数据中，第2面S2及第3面S3成为图8的彩色图像读取装置10中的压制玻璃2的构 成面、第15面S15及第16面S16成为玻璃面罩4的构成面。图9 (A)中 的曲率半径Ri栏表示对应于图1中赋予的符号Ri自物体侧起第i面的曲 率半径的值(mm)。面间隔Di栏也同样表示自物体侧起第i面Si和第i+l 面Si+1在光轴上的间隔(mm) 。 Nej栏表示自物体侧起第j号的光学要素 相对于e线(波长546.07nm)的折射率的值。v dj栏表示自物体侧起第j 光学要素相对于d线(587.6nm)的阿贝数的值。实施例1所涉及的彩色图像读取透镜，在第2组G2的衍射光学元件 L21中，与光阑St相反侧的面S10成为衍射面。衍射光学元件L21的衍射 构造具有赋予相当于下述相位变化量》的光程差的形状，该相位变化量4) 是由自光轴Z1的任意的距离r所赋予的波面的相位变化量，通过以下相位差函数进行计算* (r) 二C1 r2+C2 r4+C3 rs+C4 r8+C5 r0图9 (B)记述了此相位差函数中的第2i次系数Ci (i=l、 2、 3、 4、 5)的值。数值中，记号"E"表示其之后的数值是以IO为底的"幂指数"， 表示由以10为底的指数函数表现的数值与"E"前数值相乘。例如， "1.0E-02"时，表示"1.0X10—2"。与以上实施例1所涉及的彩色图像读取透镜相同，将对应于图2 图 7所示的彩色图像读取透镜的构成的具体透镜数据分别作为实施例2 7 示于图10 (A) 、 (B) 图15 (A) 、 (B)。需要说明的是，对于实施例2乃至7的任一彩色图像读取透镜，也与 实施例1所涉及的彩色图像读取透镜相同，在第2组G2的衍射光学元件 L21中，与光阑St反对侧的面S10成为衍射面。在此，利用实施例2及实施例7说明补正因温度变化引起的焦点偏移 的具体例。如上所述的实施例2及实施例7的透镜数据为常温(例如20°C)中的 数据。实施例2中的衍射面的对面为平面，实施例7中的衍射面的对面成 为在物体侧凸形状的曲面。另外，此处，如图8所示，考虑从透镜至被摄体面S1及从透镜至受光面S17，通过保持部件(筐体5)被单纯连接的简 易的光学系模型。另外，保持部件的线膨胀系数为600X10一7。在常温，通过光学系聚光光束的成像位置和受光面位置一致。在此光学系从常温例如至温度变化土rc后的光学系、考虑了透镜的曲率 厚度*折射率变化、间隔环或保持材的变化等而推测出的光学系中，光束聚光的成像位置和受光面位置的距离(焦点偏移量)S及温度T的关系示于 图16。在实施例2中焦点偏移量S与温度变化成比例地增大，在实施例7 被抑制至较小值。这是因为在实施例7中使与衍射光学元件L21的衍射面 相反侧的面具有补正焦点偏移的曲率。图16的结果是推测计算值，虽然始终没有提及其数值与实际温度变 化后的数值一致，但是如果可正确地推测温度变化后的焦点偏移量S例如 使衍射光学元件L21的衍射面的对面具有正确的曲率，则表示可补正因温 度变化所产生的焦点偏移。图16的计算例，虽因温度的上升，焦点偏移 量S取负值，但是在焦点偏移量S取正值时，通过将衍射光学元件L21的 衍射面的对面设为凹形状，可进行同样的补正。图17对于各实施例概括表示有关上述各条件式的值。如从图17所知， 关于实施例1 3及实施例5 6，所有值在各条件式的数值范围内。关于 实施例4及实施例7，虽脱离了条件式(6)的数值范围，但其他的在各条 件式的数值范围内。图17还作为诸数据表示有关实际(real)F值(Fno.) 及半视角"的值。需要说明的是，关于条件式(4)的衍射面的光焦度<1> doe和透镜整个系统的光焦度4) all以相对于e线的值进行了计算。图18 (A) 图18 (D)分别表示实施例1所涉及的彩色图像读取透 镜中的球差、像散、畸变(歪曲像差)及倍率色差。各像差图表示将e线 作为基准波长的像差。球差及倍率色差图还表示对g线(波长435.8nm)， C线(波长656.3nm)的像差。在像散图中，实线表示弧矢方向，虚线表 示子午方向的像差。Fno.表示F值，co表示半视角。同样，实施例2所涉及的彩色图像读取透镜的诸像差(球差、像散、 畸变及倍率色差)示于图19 (A) 图19 (D)。同样，实施例3所涉及 的彩色图像读取透镜的诸像差示于图20 (A) 图20 (D)，实施例4所 涉及的彩色图像读取透镜的诸像差示于图21 (A) 图21 (D)，实施例5所涉及的彩色图像读取透镜的诸像差示于图22 (A) 图22 (D)，实施 例6所涉及的彩色图像读取透镜的诸像差示于图23 (A) 图23 (D)， 实施例7所涉及的彩色图像读取透镜的诸像差示于图24 (A) 图24 (D)。进一歩，实施例l所涉及的彩色图像读取透镜的各视角中的横向像差 示于图25 (A) 图25 (E)。尤其，图25 (A) 图25 (C)表示子午面 的横向像差，图25 (D) 图25 (E)表示弧矢面的横向像差。这些横向 像差图还将e线作为基准波长，还表示对g线、C线的像差。同样，实施 例2所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差示于图26 (A) 图26 (E)， 实施例3所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差示于图27(A) 图27(E)， 实施例4所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差示于图28(A) 图28(E)， 实施例5所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差示于图29(A) 图29(E)， 实施例6所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差示于图30(A) 图30(E)， 实施例7所涉及的彩色图像读取透镜的横向像差示于图3KA) 图31(E)。从以上的各数值数据及各像差图可知，对各实施例可实现不仅为简易 的构成并且精度极高地进行了色差补正的高解像 高性能的透镜系。需要说明的是，本发明不限定于上述实施方式及各实施例，可以是各 种变形实施。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔及折射率的值等不限 定于上述各数值实施例所示的值，可取其它值。另外，上述各实施例虽只表示将具有衍射构造的面为完全平面作为基 准形成的情况，但在曲率充分小得接近于平面时，在曲率面具有衍射构造 也无妨。另外，各实施例虽只表示第1组G1及第3组G3的透镜的各面全 部为球面构成的情况，但至少将l面设为非球面也无妨。
权利要求
1.一种彩色图像读取透镜，从物体侧起依次具备第1组，其由凸面朝向物体侧的正透镜和双凹的负透镜而成；光阑；第2组，其由至少1面为平面且在其平面上具有衍射构造的1个衍射光学元件而成；和第3组，其由双凸形状的正透镜和凹面朝向物体侧的负透镜而成。
2. 根据权利要求1所述的彩色图像读取透镜，其特征在于，上述衍射光学元件将平行平面板作为基板且在至少1面具有衍射构造。
3. 根据权利要求1所述的彩色图像读取透镜，其介由保持部件与受 光面一体化，其特征在于，上述衍射光学元件在由具有曲率的面和与具有该曲率的面相对的平 面而成的基板的上述平面具有衍射构造；具有上述曲率的面具有以下曲率，其抑制随着温度变化的光学性焦点 移动所引起的成像位置的变化与随着温度变化的上述保持部件的机械性 伸缩所引起的受光面位置的变化之差，抑制随着温度变化的成像位置和受 光面位置的错位。
4. 根据权利要求1 3中任一项所述的彩色图像读取透镜，其特征在于，当将上述第1组的正透镜相对于d线的阿贝数设为vpl时，满足下述条件式.-<formula>formula see original document page 2</formula>
5. 根据权利要求1 3中任一项所述的彩色图像读取透镜，其特征在于，当将上述第3组的正透镜相对于e线的折射率设为Np3，将上述第3 组的正透镜相对于d线的阿贝数设为v p3时，满足下述条件式<formula>formula see original document page 2</formula>
6. 根据权利要求1 3中任一项所述的彩色图像读取透镜，其特征在于，上述衍射光学元件被配置在比其他任意光学元件更靠近光阑附近。
7. 根据权利要求1 3中任一项所述的彩色图像读取透镜，其特征在于，上述衍射光学元件在与上述光阑的相反侧的面具有衍射构造。
8. 根据权利要求1 3中任一项所述的彩色图像读取透镜，其特征在于，上述衍射光学元件的衍射面的光焦度满足下述条件式0, 02<4)doe/>alK0. 09......(4)此处，4)doe:是衍射面的光焦度，当将相位差函数的2次系数设为C1且将 光的波长设为入时，被定义为-入xci/n，ct)all:是透镜整个系统的光焦度，当将透镜整个系统的焦距设为fa 时，被定义为Vfa。
9. 根据权利要求1 3中任一项所述的彩色图像读取透镜，其特征在于，上述衍射光学元件的衍射构造由多个圆环带而成，当将其圆环带数设 为N且将具有衍射构造的面的有效径设为L时，满足下述条件式 0. 70〈N/L<3. 30......(5)
10. 根据权利要求1 3中任一项所述的彩色图像读取透镜，其特征 在于，构成上述第1组及上述第3组的透镜全部由玻璃的球面透镜而成。
11. 根据权利要求1 3中任一项所述的彩色图像读取透镜，其特征 在于，上述衍射光学元件由塑料而成。
12. —种彩色图像读取装置，其特征在于，具备-权利要求1 3中任一项所述的彩色图像读取透镜，和输出由上述彩色图像读取透镜形成的光学像所对应的摄像信号的摄 像元件。
全文摘要
本发明提供一种不仅为简易的构成并且精度极高地进行了色差补正的高解像·高性能的彩色图像读取透镜及可读取高解像的图像的彩色图像读取装置。从物体侧起依次具备第1组(G1)，其由凸面朝向物体侧的正透镜(L11)和双凹的负透镜(L12)而成；光阑(St)；第2组(G2)，其由至少1面为平面且在其平面上具有衍射构造的1片衍射光学元件(L21)而成；第3组(G3)，其由双凸形状的正透镜(L31)和凹面朝向物体侧的负透镜(L32)而成。通过在光阑(St)附近配置衍射光学元件(L21)，可在整个像高区域有效地补正像差，同时，衍射光学元件(L21)的口径也可限制至较小，可抑制模形成时的形状变形等误差。另外，通过在平面设置衍射构造，可将制造误差所导致的性能劣化抑制至较小。
文档编号H04N5/225GK101334515SQ20081010825
公开日2008年12月31日 申请日期2008年6月5日 优先权日2007年6月26日
发明者北原有, 大友凉子, 森将生 申请人:富士能株式会社