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JP4382370B2 - Variable magnification imaging lens and image reading apparatus using the same - Google Patents
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JP4382370B2 - Variable magnification imaging lens and image reading apparatus using the same - Google Patents

Variable magnification imaging lens and image reading apparatus using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクシミリ、イメージスキャナ、フィルムスキャナその他複写機等の物体面と像面との距離が有限である光学系に好適な、様々な大きさの原稿を読取ることができる可変倍率撮像レンズ及びこれを含む画像読取装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ファクシミリやイメージスキャナ等の画像読取装置では、読取用レンズを介して、原稿の像をCCD等の固体撮像素子上に等倍又は拡大、縮小して結像する。近年では高解像力化に伴う固体撮像素子の大型化により、読取用レンズの使用倍率は高倍率化されてきている。また、このような読取用レンズは、像面湾曲や非点収差、歪曲収差が十分に補正された良好な結像性能を有する必要があることに加えて、使用するCCDセンサ等の受光素子と同等の分解能を有する必要がある。そして、十分な周辺光量の確保と読取時間短縮のためには、読取用レンズが明るいことも必要である。
【0003】
また、近年のカラー画像読取装置は3ライン1チップCCDと言われるイメージセンサが使用されている。このセンサは赤(R)、緑(G)、青(B)の3色のフィルターを持った受光素子が1チップ上に配列されており、この受光素子の受光面にカラー原稿の像を結像させることにより、3色のカラー画像情報を一度に信号化している。但し、このように3色カラー画像情報を1度に読取る場合は、各色の光軸に沿った結像位置を一致させなくてはならない。これは、解像度が最も高くなる光軸に沿った結像位置が各色毎に大きくずれると、ある結像位置では赤(R)の解像度が高くても青(B)の解像度が低くなってしまうという問題が発生するためである。したがって、どの結像位置においても各色のMTFが高い値を得るためには色収差(特に軸上色収差)がバランス良く広い波長範囲に渡って補正され、2次スペクトルが小さくなければならない。さらに、記録媒体の影響(ホコリや傷等)を補償するための赤外線領域(近赤外線領域を含む)の画像を取り込むために、赤外線領域(R´)の光線も補正された色収差バランスが要求されている。
【0004】
スキャナ等の読取光学機器が読取る原稿又はフィルム等のサイズは一定でなく、様々な大きさがある。このため、読取用レンズは、撮影倍率が可変であることが好ましい。ここで、スキャナ等の読取用レンズは撮影倍率を変化させるときに、物像間距離を必ずしも一定に保つ必要がない場合もある。例えば、原稿又はフィルム等が固定されていても、変倍時に固体撮像素子が読取りレンズ光学系とともに結像関係を維持するように移動すれば、物像間距離が常に一定である必要はない。なお、様々なサイズの原稿に対応するためには撮影倍率の変化に伴う諸収差の変動が少ないことが必要となる。
【0005】
また、従来より、物像間距離が一定のレンズ、いわゆるズームレンズを用いる読取光学機器や特定のサイズの原稿に限定した読取光学系、すなわち読取倍率が固定の光学系を複数用いる読取光学機器が知られている。しかし、フィルムスキャナ等のような読取光学機器では高解像力が求められるため、ここで用いられるズームレンズにおいては構成するレンズ枚数が多くなり、結果的に機器自体が大型化している。また、複数の光学系を用いる機器でも同様に、機器全体の大型化やコストアップを生じている。このような機器の大型化などを避けるため、限定された倍率でのみ使用せざるを得ない場合もある。
【0006】
また、写真用のマクロレンズには、無限遠物体から等倍撮影までに使用できるレンズが従来より多数知られている。しかしながら、マクロレンズはフィルムへの写真撮影用として設計されたレンズであるため、このマクロレンズを読取用機器に用いる際には解像力不足や周辺光量不足等の問題を有している。
【0007】
以上のような要求に対して従来から種々のレンズ系が提案されている。例えば、色収差の問題を解決するため、2次スペクトルを良好に抑えたレンズ系(例えば、特許文献1、2を参照)や、回折光学面もしくは回折光学面を有する素子(以下、回折光学素子と称する)を用いたレンズ系が開示されている(例えば、特許文献3を参照)。また、解像力や周辺光量不足等の問題を良好に解決した変倍可能なレンズ系が開示されている(例えば、特許文献4〜7を参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開平10−206731号公報
【特許文献2】
特開2000−89108号公報
【特許文献3】
特開平10−339843号公報
【特許文献4】
特開平5−11189号公報
【特許文献5】
特開平5−273465号公報
【特許文献6】
特開平6−94993号公報
【特許文献7】
特開2000−275516号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の公知例においては、3倍以上の変倍比を有して、その変倍に伴う諸収差の変動が少なく、赤外線領域までの色収差が極めて良好に補正された読取用の可変倍率撮像レンズは開示されていなかった。
【0010】
特許文献1に記載のレンズ系では、色収差は良好に補正されているが、使用倍率が固定されていた。また、特許文献2に記載のレンズ系では、赤外線領域まで非常に良く色収差は補正されているが、使用倍率が固定されていた。同様に、特許文献3に記載のレンズ系では、回折光学面を用いることにより色収差は良好に補正されているが、使用倍率が固定されていた。
【0011】
特許文献4に記載のレンズ系は、コピー機などの複写機用のレンズ系であり、本発明が目指す高解像度は備えていなかった。
【0012】
特許文献6に記載のレンズ系では、使用倍率及び変倍比(使用可能な撮影倍率の範囲)が小さかった。
【0013】
特許文献5に記載のレンズ系では、3倍に近い変倍比を備えているが、この変倍に伴う諸収差の変動が大きかった。
【0014】
特許文献7に記載のレンズ系では、3倍を越える変倍比を備えているが、色収差補正が可視光線領域内に留まり、色収差の補正量も十分とは言い難かった。
【0015】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、低倍率側から高倍率側への変倍過程において、諸収差の変動が少なく、撮像倍率の変倍比が大きく、軸上色収差がバランス良く補正されて、カラー原稿等を読取ることのできる明るい可変倍率撮像レンズ及びこのレンズを含む画像読取装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明に係る可変倍率撮像レンズは、物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する前レンズ群と、正の屈折力有する後レンズ群と、少なくとも1面の回折光学面を有する回折光学素子とからなり
低倍率側から高倍率側にかけての変倍に伴い、前記前レンズ群と前記後レンズ群との空気間隔を変化させつつ、前記前レンズ群と前記後レンズ群とをともに物体側に移動させ
前記回折光学素子は変倍に際して、前記前レンズ群もしくは前記後レンズ群とともに移動するように構成し
前記前レンズ群の最低倍率から最高倍率にかけての変倍による移動量をDF、前記後レンズ群の最低倍率から最高倍率にかけての変倍による移動量をDR、前記回折光学面の焦点距離をFDOE、レンズ全系の最低倍率時の合成焦点距離をFaとしたとき、以下の条件式
0.7<DF/DR<1.0
0.03<Fa/FDOE<0.1
を満足し、
前記回折光学面は、変倍領域の全てにおいて、前記回折光学面に入射する最大像高に対する主光線の高さをhp、最大像高yとしたとき、以下の条件式
|hp/y|<0.1
を満足するように配置されている。
【0018】
また、本発明に係る可変倍率撮像レンズは、後レンズ群において、最も物体側に位置する後レンズ群第1レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ形状であることが望ましい。
【0021】
また、本発明に係る可変倍率撮像レンズにおいて、前レンズ群と後レンズ群との間に開口絞りを配置して、回折光学面と開口絞りとの距離を、変倍中も常に一定に保つように構成されていることが望ましい。
【0022】
本発明に係る画像読取装置は、上記のいずれかに記載の可変倍率撮像レンズを含むように構成する。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変倍率撮像レンズ及びこれを含む画像読取装置の実施の形態について説明する。本発明では、物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する前レンズ群と、正の屈折力とを有する後レンズ群と、少なくとも1面の回折光学面を有する回折光学素子とを備え、低倍率側から高倍率側にかけての変倍に伴い、前レンズ群と後レンズ群との空気間隔を変化させつつ、前レンズ群と後レンズ群とをともに物体側に移動させるように可変倍率撮像レンズを構成している。
【0024】
このような構成の本発明では、使用倍率の幅広い領域確保のため(可変倍率撮像レンズの変倍比が大きいため)、低倍率側から高倍率への変倍に伴い、物体から前レンズ群第1面までの距離を縮小しつつ、前レンズ群と後レンズ群との間隔を変化させて物体側へ移動させている、いわゆるフローティング方式(間隔修正)を採用して、変倍により生じる球面収差、コマ収差、非点収差等の変動を補正している。しかし、上記のフローティング方式だけでは、使用倍率が大きくなるほど軸上色収差が増大して抑えることが困難になる。そこで、従来では、特殊低分散ガラスを使用して、軸上色収差を抑えていた。
【0025】
ところが、特殊低分散ガラスは、屈折力が低いものであるため、ある屈折力を得ようとすると、屈折率の高いガラスに比べて曲率半径が小さく(きつく)なって球面収差の曲がり等の補正をすることが難しくなり、レンズ系を明るくすることに対して不利となっていた。
【0026】
また、特殊低分散ガラスにおいて、軸上色収差の補正のために使用できるガラスが制限されるため、ペッツバール和の自由度がなくなり、像面湾曲の補正も困難となってしまっていた。この結果、可変倍率の変倍比を大きくしようとすると、諸収差の変動に対しての補正が不足してしていた。
【0027】
そこで、本発明では、回折光学面を有する回折光学素子を用いることにより、軸上色収差の補正を行っている。その結果、屈折率の低い特殊低分散ガラスを使用せずに、本発明を構成するレンズに用いるガラス材料において、選択の自由度を増やしている。さらに、ガラス材料選択の自由度が増えることによってペッツバール和の補正が可能となり、像面湾曲の補正や変倍による諸収差の変動を抑え、明るく変倍比の大きな可変倍率撮像レンズを実現している。
【0028】
本発明では、物体から前レンズ群第1面までの距離を縮小しつつ、前レンズ群と後レンズ群の間隔も縮小する方向へ後レンズ群が移動することによって、低倍率側から高倍率側への変倍を行うフローティング方式(間隔修正)を採用している。正の屈折力を有する前レンズ群及び後レンズ群の軸上空気間隔(頂点間隔)が縮小すると、可変倍率撮像レンズ全系の合成焦点距離は短くなる。これによって、高倍率側においての実行Fナンバーが大きくなる(すなわち、暗くなる)ことを緩和している。
【0029】
また、一般に、軸上色収差における2次スペクトルは、横倍率の二乗に比例して増大し、合成焦点距離が長くなるほど大きくなる。そこで、本発明では、前レンズ群と後レンズ群との間隔を縮小させるように物体側へ移動させることにより、合成焦点距離を短くして、2次スペクトルの増大を緩和している。さらに、前レンズ群と後レンズ群との間隔を縮小することで、ノンビグネッティングでの十分な周辺光量を確保することが可能となっている。
【0030】
そして、本発明に係る可変倍率撮像レンズの後レンズ群において、最も物体側に位置する後レンズ群第1レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ形状であることが好ましい。このような形状にすることにより、前レンズ群を通過した光線が後レンズ群に入射する際に、後レンズ群第1レンズの面に対して垂直に近い角度をとることができる。その結果、無理な光線の曲がり方を避けることができるため、本発明は諸収差を良好に補正して変倍による変動を抑えることを実現している。
【0031】
以下、条件式の説明に沿って、本発明の可変倍率撮像レンズを詳細に説明する。本発明の可変倍率撮像レンズは、前レンズ群の最低倍率から最高倍率にかけての変倍による移動量をDF、前記後レンズ群の最低倍率から最高倍率にかけての変倍による移動量をDRとしたとき、次の条件式(1)を満足する。
【0032】
【数1】
0.7<DF/DR<1.0 (1)
【0033】
上記条件式(1)は、低倍率側から高倍率側への変倍領域全てにおいてバランス良く諸収差を補正するための条件式であり、最低倍率時から最高倍率時にかけての変倍による前レンズ群及び後レンズ群の移動量の最適な比を規定している。条件式(1)の上限値を上回ると、後レンズ群に対する前レンズ群の移動量が大きくなり、高倍率時の2次スペクトルが大きくなるとともに、上述のように高倍率側の明るさの確保が困難となるため好ましくない。反対に、条件式(1)の下限値を下回ると、前レンズ群に対する後レンズ群の変倍による移動量が大きすぎて、球面収差、コマ収差、非点収差などの諸収差の変動が大きくなる。また、最低倍率時におけるレンズの全長が長くなるため、十分な周辺光量確保のために有効径を大きくする必要が生じる。そして、この有効径の大型化に伴い、レンズを移動させるための機構も大きくなるため、本発明が目指す小型化に反してしまうので好ましくない。
【0034】
さらには、条件式(1)にあるフローティングにおける前レンズ群と後レンズ群との移動比率は、変倍に伴って変化しない(常に一定である)ことが望ましい。低倍率側から高倍率側への変倍中に前レンズ群に対する後レンズ群の移動量の割合が変化すると、レンズ群の移動を実現させるために、非線型なカム等の複雑な構造が鏡筒に要求されてしまい、好ましくないからである。しかしながら、前レンズ群と後レンズ群との移動比率を変倍に伴って変化させることにより、収差変動補正の最適化を図ることも可能である。
【0035】
また、本発明に係る可変倍率撮像レンズにおいて、回折光学素子は、変倍に際して、前レンズ群もしくは後レンズ群とともに移動し、回折光学面の焦点距離をFDOE、レンズ全系の最低倍率時の合成焦点距離をFaとしたとき、次の条件式(2)を満足することが必要である
【0036】
【数2】
0.03<Fa/FDOE<0.1 (2)
【0037】
上記条件式(2)は、本発明に用いられている回折光学面が有する屈折力の適正な範囲を示す式である。条件式(2)の上限値を上回ると、回折光学面が撮像レンズ全系に与える影響が大きく色収差補正が過剰になってしまい、少なからずとも(色収差ではない)他の収差にも影響を及ぼすとともに、簡易な構造の回折光学面を形成することが困難になる。反対に、条件式(2)の下限値を下回ると、屈折光学系のみを用いて行う色収差補正と殆ど同等であり、本発明のレンズにおける変倍領域全てをまかなう色収差の補正が不足してしまう。なお、該回折光学面の屈折力は、正であることが好ましい。
【0038】
本発明に係る可変倍率撮像レンズにおいて、回折光学面を配置する場所は、変倍領域の全てにおいて、前記回折光学面に入射する最大像高に対する主光線の高さをhp、最大像高yとしたとき、次の条件式(3)を満足することが必要である
【0039】
【数3】
|hp/y|<0.1 (3)
【0040】
画面全体に渡り良好な性能を確保するためには、軸上色収差を補正することに加えて、画面周辺の倍率色収差を良好に補正することが不可欠である。例えば、1枚の回折光学面を有する回折光学素子を複数の屈折型光学素子に組み合わせることを想定する。回折光学素子と屈折型光学素子とでは波長に対する分散特性が大きく異なる。一方、倍率色収差は主光線の光軸からの高さに大きく影響される。このことは、使用倍率が固定されている光学系においては殆ど問題にはならない。しかしながら、本発明のように使用倍率が可変である(変倍領域の広い)光学系においては、回折光学面を備えた回折光学素子を配置する場合、最大像高に対する入射主光線高さhpが変倍によって大きく変化する位置に配置すると、それに伴って倍率色収差が大きく変動する。これを補正するのは困難であり、レンズ枚数の増加やフローティングの複雑化等を招くので好ましくない。
【0041】
上記条件式(3)は、回折光学面の位置での最大像高に対する入射主光線高さと最大像高との関係を表した条件式であり、回折光学面を備えた回折光学素子を配置する適切な位置を規定している。条件式(3)の範囲を越えると、回折光学面による倍率色収差への影響力が強く、補正過剰又は補正不足となる。したがって、可変倍率撮像レンズの変倍領域の全てに渡って条件式(3)を満足することが好ましい。すなわち、屈折光学系によって倍率色収差を補正し、回折光学面によって軸上色収差を補正することができる。
【0042】
さらに、本発明に係る可変倍率撮像レンズにおいて、回折光学面を配置する場所は、次の条件式(4)を満足することがより望ましい。
【0043】
【数4】
|hp/y|<0.04 (4)
【0044】
条件式(4)の範囲を満足すれば、球面収差等への影響がさらに少なく、最適な回折光学面を得ることが可能となる。
【0045】
なお、本発明において、正の屈折力を有する前レンズ群と、正の屈折力を有する後レンズ群との間に開口絞りを配置して、回折光学面と開口絞りは変倍中であっても常に一定の間隔にあることが好ましい。このような配置により、本レンズ全系が対称系に近い配置となり、周知のように倍率色収差や歪曲収差の変動を緩和することが可能となる。また、変倍に際して、回折光学面を有する素子の距離を一定にしておくことにより、諸収差の変動を少なくすることが可能となる。
【0046】
このとき、回折光学面を有する回折光学素子は、開口絞りの物体側及び像側のどちらに配されてもよい。さらに、回折光学素子の回折光学面は、物体側及び像側のどちら側に設けられてもよい。また、屈折レンズのレンズ面に回折光学面を施しても、独立した回折光学素子としても同等の効果を得ることができる。
【0047】
さらに、本発明の可変倍率撮像レンズにおいては、以下の条件式(5)、(6)を満足することがより望ましい。
【0048】
本発明において、最高倍率時の前レンズ群と後レンズ群の軸上空気間隔距離をDh、可変倍率撮像レンズの最高倍率時の第1面から最終面迄の光軸上の距離を(レンズ長)ΣDhとしたとき、次の条件式(5)を満足することが好ましい。
【0049】
【数5】
(ΣDh+Dh)/ΣDh<1.1 (5)
【0050】
上記条件式(5)は、小型化を達成するために規定されている。条件式(5)の上限値を上回ると、最高倍率時のレンズ長に対する前レンズ群と後レンズ群との間隔が広くなり、小型化を達成するための最適化が行われていないことを示すので好ましくない。
【0051】
本発明において、後レンズ群第1レンズの第1面の曲率半径をRr1、後レンズ群第1レンズの第2面の曲率半径をRr2としたとき、次の条件式(6)を満足することが好ましい。
【0052】
【数6】
1.0<Rr1/Rr2<1.5 (6)
【0053】
条件式(6)は、後レンズ群中最も前レンズ群側に位置する後レンズ群第1レンズの最適な形状を示す式である。条件式(6)の上限値を上回ると、後レンズ群へ入射する光線の収斂度合いが大きくなり、変倍によって生じる諸収差(特に、コマ収差と非点収差)の変動が大きくなってしまう。条件式(6)の下限値を下回ると、諸収差が増大してしまうため好ましくない。
【0054】
【実施例】
本発明に係る可変倍率撮像レンズの実施例を添付図面に基づいて説明する。ここで、各実施例で用いる回折光学面を有する素子において、一次回折光(m=1)の屈折力をφとすると、該回折光学面の位相差φは次式(7)で表される(但し、i=1,2,3,4…)。
【0055】
【数7】
φ(h)=(2π・m/λ)・(ΣA(2・i)・h(2・i)) (7)
【0056】
なお、上記の式(7)は、2次の項の係数をA2としたとき、φ=−2・A2と表される。さらに、任意波長をλ´、基準波長をλ0としたとき、任意波長の基準波長に対する屈折力変化は次式(8)で表される。
【0057】
【数8】
Δφ=(λ´/λ0)・(−2・A2) (8)
【0058】
これによって、回折光学面の特徴としてA2を変化させることにより、弱い近軸屈折力変化で大きな分散を得られることが理解できる。これは、色収差以外の諸収差に大きな影響を与えることなく、色収差の補正を行うことが可能であることを意味している。
【0059】
回折光学素子の設計手法について説明する。回折光学素子の設計手法には、例えば「回折光学入門」(応用物理学会、日本光学会、光設計研究グループ;オプトロニクス社)に開示されているように、格子モデル法と高屈折率モデル法とがある。いずれの手法も設計段階では実形状のない仮想的な位相変換面として回折光学面を扱い、設計の最終段階で位相関数を実形状に置き換える手続きをとる。本実施例においては回折光学素子を屈折率が極めて大きい仮想の屈折レンズを用いて設計する手法(高屈折率モデル法)を用いている。設計基準波長(d線)λ0=587.56nm、仮想屈折率をn=10001とすると、任意の波長λ´における屈折率n(λ´)は次式(9)で表される。
【0060】
【数9】
n(λ´)=1+(λ´/λ0)・(n−1) (9)
【0061】
また、高屈折率法による回折光学面は、通常の非球面式を用いて表記する。この式において、光軸に垂直な方向の高さをh、高さhにおける光軸方向の変位量をS(h)、基準球面の曲率半径をr、円錐係数をK、n次の非球面係数をCnとしたとき、次式(10)で定義される。
【0062】
【数10】
S(h)=(h/r)/[1+{1−K・(h/r)1/2
+C・h+C・h+C・h+… (10)
【0063】
また、非球面の近軸曲率半径Rは、次式(11)で定義される。
【0064】
【数11】
R=1/{(1/r)+2C} (11)
【0065】
なお、各実施例では収差特性の算出対象として、d線、g線、C線、A´線を選んでいる。下の表1に、これらd線、g線、C線、A´線の波長と、上述した高屈折率法に基づいて各スペクトル線に対して設定した具体的な屈折率の値を示す。
【0066】
【表1】

Figure 0004382370
【0067】
ここで、再び設計手法の説明に戻る。仮想レンズを実形状に変換するには、光路差関数をΔ、n次の係数をAn、光軸からの高さをhとしたとき、次式(12)を用いる。
【0068】
【数12】
Δ(h)=A×h+A×h+A×h+… (12)
【0069】
この光路差関数式に従い、光路差が波長λの整数倍になる毎に基板面に輪帯を形成してゆく。
【0070】
また、形成された鋸歯状輪帯の深さ方向(格子高さ)Lは、回折光学素子の基板材料の屈折率をn´としたとき、次式(13)で表される(但し、i=1,2,3,4…)。
【0071】
【数13】
L(h)=Δ(h)−{iλ/(n´−1)} (13)
【0072】
なお、輪帯の格子高さの最大値LmaxはLmax=λ/(n´−1)を、第i番目の輪帯半径hiはL(hi)=Δ(hi)−{iλ/(n´−1)}=0を解けばそれぞれ求めることができる。
【0073】
図9〜12は、第1〜第4実施例で用いた各回折光学面の断面形状を示す図である。これらの図で示す鋸歯状輪帯をした回折光学面は、キノフォームと呼ばれる。図9〜12において、横軸は0が回折光学面の中心部であり、数値が大きくなる程、有効径外周方向に離れていくことを示している。また、縦軸は0を回折光学面の最も低い位置として、回折格子の高さを示している。なお、回折光学面の形状は、各図に示すような形状が望ましいが、製造上の都合によっては階段状のバイナリー形状でもよい。ただし、バイナリー形状である場合は、回折効率の観点から量子化数は8バイナリー以上であることが好ましい。
【0074】
(第1実施例)
以下、本発明の第1実施例について、図1、図2を用いて説明する。図1は、本発明の第1実施例に係る可変倍率撮像レンズのレンズ構成及び低倍率(pos1)から高倍率(pos4)への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【0075】
図1の可変倍率撮像レンズにおいて、前レンズ群Gfは、物体側から順に並んだ、両凸レンズL1、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL3との貼り合わせレンズ、回折光学面を有する回折光学素子DOEから構成されて、正の屈折力を有している。また、後レンズ群Grは、物体側から順に並んだ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL4、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL5、両凸レンズL6と両凹レンズL7との貼り合わせレンズ、両凸レンズL8から構成されて、正の屈折力を有している。そして、低倍率側から高倍率側への変倍に伴い、前レンズ群Gfと後レンズ群Grの頂点間隔を縮める方向に、前レンズ群Gf及び後レンズ群Grを物体側に光軸上移動させている。また、前レンズ群Gfと後レンズ群Grとの間において、前レンズ群Gfの近傍に開口絞りSが配置され、この開口絞りSは変倍時に前レンズ群Gfとともに移動する。
【0076】
本発明の第1実施例における各レンズの諸元を表2に示す。設計基準波長(d線)において、表中の、βは倍率、FnoはFナンバー、Bfはバックフォーカス、d0は物点(物体面)Oからレンズ系の第1面までの間隔、面番号は物体側から数えたレンズ面の順番(面番号1〜18は図1における符号1〜18に対応している)、rはレンズ面の曲率半径(非球面の場合には基準球面の曲率半径)、dは各レンズ面の間隔、νdは各ガラスのアッベ数、DOEは回折光学素子を各々示している。Ndはd線、Ngはg線、NCはC線、NA´はA´線に対する屈折率を各々示している。なお、表2において、回折光学面は上述した非球面式で記述されており、面番号の右に*印を付している。
【0077】
なお、表2において、面番号7及び8が回折光学素子DOEを、面番号9が開口絞りS、面番号10が後レンズ群第1レンズL4の第1面の曲率半径Rr1、面番号11が後レンズ群第1レンズL4の第2面の曲率半径Rr2を示す。また、物点Oからレンズ系の第1面までの間隔d0、面番号9に示す面間隔(すなわち面番号9と面番号10との面間隔)d9、面番号18に示す面間隔(すなわち面番号18と像面Iとの面間隔)であるバックフォーカスBfは、それぞれ(使用)倍率βに応じて変化する。そこで、このように変倍に伴い変化する値は、表2中の合焦間隔表において使用倍率pos1〜pos4毎に示している。さらに、表2において、前述の条件式(1)〜(6)に対応する値、すなわち条件対応値も示している。
【0078】
なお、諸元を示す表において、曲率半径r、面間隔dその他の長さの単位は、一般に「mm」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。以上の表の説明は、他の実施例においても同様である。
【0079】
【表2】
Figure 0004382370
Figure 0004382370
【0080】
このように第1実施例では、上記条件式(1)〜(6)は全て満たされることがわかる。
【0081】
図2(a),(b)は、第1実施例の諸収差図である。すなわち、図2(a)は最も低倍率(pos1)における諸収差図であり、図2(b)は最も高倍率(pos4)における諸収差図である。各収差図において、NAは開口数を、Yは像高を、dはd線を、gはg線を、CはC線を、FはF線を、AはA´線をそれぞれ示している。なお、球面収差図において開口数NAの最大値を、非点収差図及び歪曲収差図においては像高の最大値をそれぞれ示している。また、非点収差図では実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様である。
【0082】
各収差図から明らかなように、第1実施例では、赤外線領域まで含んだ諸収差がバランス良く補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【0083】
(第2実施例)
次に、本発明の第2実施例について、図3、図4を用いて説明する。図3は、本発明の第2実施例に係る可変倍率撮像レンズのレンズ構成及び低倍率(pos1)から高倍率(pos4)への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【0084】
図3の可変倍率撮像レンズにおいて、前レンズ群Gfは、物体側から順に並んだ、両凸レンズL1、両凸レンズL2と両凹レンズL3との貼り合わせレンズから構成されて、正の屈折力を有している。また、後レンズ群Grは、物体側から順に並んだ、回折光学面を有する回折光学素子DOE、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL4、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL5と物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL6との貼り合わせレンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL7、両凹レンズL8と両凸レンズL9との貼り合わせレンズから構成されて、正の屈折力を有している。そして、低倍率側から高倍率側への変倍に伴い、前レンズ群Gfと後レンズ群Grの頂点間隔を縮める方向に、前レンズ群Gf及び後レンズ群Grを物体側に光軸上移動させている。また、前レンズ群Gfと後レンズ群Grとの間において、後レンズ群Grの近傍に開口絞りSが配置され、この開口絞りSは変倍時に後レンズ群Grとともに移動する。
【0085】
このように図3に示した本発明の第2実施例における各レンズの諸元を表3に示す。表3において、面番号1〜19は、図3における符号1〜19に対応している。なお、表3において、面番号6が開口絞りS、面番号8及び9が回折光学素子DOE、面番号10が後レンズ群第1レンズL4の第1面の曲率半径Rr1、面番号11が後レンズ群第1レンズL4の第2面の曲率半径Rr2を示す。また、物点Oからレンズ系の第1面までの間隔d0、面番号5に示す面間隔(すなわち面番号5と面番号6との面間隔)d5、面番号19に示す面間隔(すなわち面番号19と像面Iとの面間隔)であるバックフォーカスBfは、それぞれ(使用)倍率βに応じて変化する。そこで、このように変倍に伴い変化する値は、表3中の合焦間隔表において使用倍率pos1〜pos4毎に示している。さらに、表3において、前述の条件式(1)〜(6)に対応する値、すなわち条件対応値も示している。
【0086】
【表3】
Figure 0004382370
Figure 0004382370
【0087】
このように第2実施例では、上記条件式(1)〜(6)は全て満たされることがわかる。
【0088】
図4(a),(b)は、第2実施例の諸収差図である。図4(a)は最も低倍率(pos1)における諸収差図であり、図4(b)は最も高倍率(pos4)における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第2実施例では、赤外線領域まで含んだ諸収差がバランス良く補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【0089】
(第3実施例)
続いて、本発明の第3実施例について図5、図6を用いて説明する。図5は、本発明の第3実施例に係る可変倍率撮像レンズのレンズ構成及び低倍率(pos1)から高倍率(pos4)への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【0090】
図5の可変倍率撮像レンズにおいて、前レンズ群Gfは、物体側から順に並んだ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL1、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL3との貼り合わせレンズから構成されて、正の屈折力を有している。また、後レンズ群Grは、物体側から順に並んだ、回折光学面を有する回折光学素子DOE、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL4、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL5と物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL6との貼り合わせレンズ、両凸レンズL7と両凹レンズL8と両凸レンズL9との3枚貼り合わせレンズから構成されて、正の屈折力を有している。そして、低倍率側から高倍率側への変倍に伴い、前レンズ群Gfと後レンズ群Grの頂点間隔を縮める方向に、前レンズ群Gf及び後レンズ群Grを物体側に光軸上移動させている。また、前レンズ群Gfと後レンズ群Grとの間において、後レンズ群Grの近傍に開口絞りSが配置され、この開口絞りSは変倍時に後レンズ群Grとともに移動する。
【0091】
このように図5に示した本発明の第3実施例における各レンズの諸元を表4に示す。表4において、面番号1〜18は、図5における符号1〜18に対応している。なお、表4において、面番号6が開口絞りS、面番号8及び9が回折光学素子DOE、面番号10が後レンズ群第1レンズL4の第1面の曲率半径Rr1、面番号11が後レンズ群第1レンズL4の第2面の曲率半径Rr2を示す。また、物点Oからレンズ系の第1面までの間隔d0、面番号5に示す面間隔(すなわち面番号5と面番号6との面間隔)d5、面番号19に示す面間隔(すなわち面番号19と像面Iとの面間隔)であるバックフォーカスBfは、それぞれ(使用)倍率βに応じて変化する。そこで、このように変倍に伴い変化する値は、表4中の合焦間隔表において使用倍率pos1〜pos4毎に示している。さらに、表4において、前述の条件式(1)〜(6)に対応する値、すなわち条件対応値も示している。
【0092】
【表4】
Figure 0004382370
Figure 0004382370
【0093】
このように第3実施例では、上記条件式(1)〜(6)は全て満たされることがわかる。
【0094】
図6(a),(b)は、第3実施例の諸収差図である。図6(a)は低倍率(pos1)における諸収差図であり、図6(b)は高倍率(pos4)における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第3実施例では、赤外線領域まで含んだ諸収差がバランス良く補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【0095】
(第4実施例)
次に、本発明の第4実施例について、図7、図8を用いて説明する。図7は、本発明の第4実施例に係る可変倍率撮像レンズのレンズ構成及び低倍率(pos1)から高倍率(pos4)への変倍における各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【0096】
図7の可変倍率撮像レンズにおいて、前レンズ群Gfは、物体側から順に並んだ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL1、両凸レンズL2と両凹レンズL3との貼り合わせレンズから構成されて、正の屈折力を有している。また、後レンズ群Grは、物体側から順に並んだ、回折光学面を有する回折光学素子DOE、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL4、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL5と物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL6との貼り合わせレンズ、両凸レンズL7と両凹レンズL8と両凸レンズL9との3枚貼り合わせレンズから構成されて、正の屈折力を有している。そして、低倍率側から高倍率側への変倍に伴い、前レンズ群Gfと後レンズ群Grの頂点間隔を縮める方向に、前レンズ群Gf及び後レンズ群Gfを物体側に光軸上移動させている。また、前レンズ群Gfと後レンズ群Grとの間において、後レンズ群Gfの近傍に開口絞りSが配置され、この開口絞りSは変倍時に後レンズ群Grとともに移動する。
【0097】
このように図7に示した本発明の第4実施例における各レンズの諸元を表5に示す。表5において、面番号1〜18は、図7における符号1〜18に対応している。なお、表5において、面番号6が開口絞りS、面番号8及び9が回折光学素子DOE、面番号10が後レンズ群第1レンズL4の第1面の曲率半径Rr1、面番号11が後レンズ群第1レンズL4の第2面の曲率半径Rr2を示す。また、物点Oからレンズ系の第1面までの間隔d0、面番号5に示す面間隔(すなわち面番号5と面番号6との面間隔)d5、面番号18に示す面間隔(すなわち面番号18と像面Iとの面間隔)であるバックフォーカスBfは、それぞれ(使用)倍率βに応じて変化する。そこで、このように変倍に伴い変化する値は、表5中の合焦間隔表において使用倍率pos1〜pos4毎に示している。さらに、表5において、前述の条件式(1)〜(6)に対応する値、すなわち条件対応値も示している。
【0098】
【表5】
Figure 0004382370
Figure 0004382370
【0099】
このように第4実施例では、上記条件式(1)〜(6)は全て満たされることがわかる。
【0100】
図8(a),(b)は、第4実施例の諸収差図である。図8(a)は最も低倍率(pos1)における諸収差図であり、図8(b)は最も高倍率(pos4)における諸収差図である。各収差図から明らかなように、第4実施例では、赤外線領域まで含んだ諸収差がバランス良く補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【0101】
本発明に係る可変倍率撮像レンズを透過原稿読取装置に適用した場合について説明する。透過原稿読取装置は、図13に示すように、照明光源▲1▼と、原稿台▲2▼と、光路折り曲げ用ミラー▲3▼と、本発明に係る可変倍率撮像レンズ▲4▼と、読取用の固体撮像素子(CCD等)▲5▼とから構成されている。このような構成の透過原稿読取装置は、原稿台▲2▼の面上に原稿(図示略)をセットすると、この原稿の大きさに応じて可変倍率撮像レンズ▲4▼の倍率を合わせるためにその位置を移動させ、固体撮像素子▲5▼も移動させ、適正な共役長にて結像させている。また、照明光源▲1▼から放射された光線は原稿台▲2▼の面上にセットされた原稿を照明し、この原稿の透過光線を光路折り曲げ用ミラー▲3▼にて折り曲げて可変倍率撮像レンズ▲4▼を通して、固体撮像素子▲5▼にて結像させている。そして、このような読取過程に伴って、原稿台▲2▼は、図中矢印aの方向に移動して原稿全面の画像情報を読取っている。
【0102】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、赤外線領域まで色収差を含む諸収差がバランス良く補正された撮影倍率を変倍比3以上で変化させることが可能な光学系を得ることができる。
【0103】
具体的には、本発明において、カラーコピー機、カラーファクシミリ、カラーイメージスキャナ、カラーフィルムスキャナ等に適した可変倍率撮像レンズ及びこれを含む画像読取装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る可変倍率撮像レンズのレンズ構成を示す図である。
【図2】図2(a)は第1実施例の(最も)低倍率(pos1)における諸収差図であり、図2(b)は第1実施例の(最も)高倍率(pos4)における諸収差図である。
【図3】本発明の第2実施例に係る可変倍率撮像レンズのレンズ構成を示す図である。
【図4】図4(a)は第2実施例の(最も)低倍率(pos1)における諸収差図であり、図4(b)は第2実施例の(最も)高倍率(pos4)における諸収差図である。
【図5】本発明の第3実施例に係る可変倍率撮像レンズのレンズ構成を示す図である。
【図6】図6(a)は第3実施例の(最も)低倍率(pos1)における諸収差図であり、図6(b)は第3実施例の(最も)高倍率(pos4)における諸収差図である。
【図7】本発明の第4実施例に係る可変倍率撮像レンズのレンズ構成を示す図である。
【図8】図8(a)は第4実施例の(最も)低倍率(pos1)における諸収差図であり、図8(b)は第4実施例の(最も)高倍率(pos4)における諸収差図である。
【図9】第1実施例の回折光学面の鋸歯形状を示す図である。
【図10】第2実施例の回折光学面の鋸歯形状を示す図である。
【図11】第3実施例の回折光学面の鋸歯形状を示す図である。
【図12】第4実施例の回折光学面の鋸歯形状を示す図である。
【図13】本発明に係る可変倍率撮像レンズを透過原稿読取装置に適用したときの要部概略図である。
【符号の説明】
Gf 前レンズ群
Gr 後レンズ群
Rr1 後レンズ群第1レンズの第1面の曲率半径
Rr2 後レンズ群第1レンズの第2面の曲率半径
S 開口絞り
DOE 回折光学素子
O 物点(物体面)
I 像面
▲1▼ 照明光源
▲2▼ 原稿台
▲3▼ 光路折り曲げ用ミラー
▲4▼ 可変倍率撮像レンズ
▲5▼ 固体撮像素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable-magnification imaging lens suitable for an optical system having a finite distance between an object plane and an image plane, such as a facsimile, an image scanner, a film scanner, and other copying machines, and capable of reading originals of various sizes, and The present invention relates to an image reading apparatus including the same.
[0002]
[Prior art]
In an image reading apparatus such as a facsimile or an image scanner, an image of a document is formed on a solid-state image pickup device such as a CCD at the same magnification or enlarged and reduced via a reading lens. In recent years, the use magnification of the reading lens has been increased due to the increase in the size of the solid-state imaging device accompanying the increase in resolution. Further, such a reading lens needs to have a good imaging performance in which curvature of field, astigmatism, and distortion are sufficiently corrected, and a light receiving element such as a CCD sensor to be used. It is necessary to have an equivalent resolution. In order to secure a sufficient amount of peripheral light and shorten the reading time, the reading lens needs to be bright.
[0003]
Further, an image sensor called a 3-line 1-chip CCD is used in recent color image reading apparatuses. In this sensor, light receiving elements having three color filters of red (R), green (G), and blue (B) are arranged on one chip, and an image of a color original is formed on the light receiving surface of the light receiving element. By imaging, the color image information of the three colors is converted into a signal at a time. However, when the three-color image information is read at a time in this way, the imaging positions along the optical axes of the respective colors must be matched. This is because if the image formation position along the optical axis where the resolution is highest is greatly shifted for each color, the resolution of blue (B) is low even if the resolution of red (R) is high at a certain image formation position. This is because a problem occurs. Therefore, in order to obtain a high MTF value for each color at any imaging position, chromatic aberration (particularly axial chromatic aberration) must be corrected over a wide wavelength range with a good balance, and the secondary spectrum must be small. Furthermore, in order to capture an image in the infrared region (including the near infrared region) for compensating for the influence (dust, scratches, etc.) of the recording medium, a chromatic aberration balance in which the light in the infrared region (R ′) is also corrected is required. ing.
[0004]
The size of a document or film read by a reading optical device such as a scanner is not constant, and there are various sizes. For this reason, the reading lens preferably has a variable shooting magnification. Here, a reading lens such as a scanner may not necessarily maintain a constant distance between object images when changing the photographing magnification. For example, even if a document or a film is fixed, the distance between the object images does not have to be always constant if the solid-state imaging device moves together with the reading lens optical system so as to maintain the imaging relationship at the time of zooming. In order to deal with documents of various sizes, it is necessary that fluctuations in various aberrations accompanying changes in photographing magnification are small.
[0005]
Conventionally, there are reading optical devices that use lenses with a constant distance between object images, so-called zoom lenses, and reading optical systems limited to originals of a specific size, that is, reading optical devices that use a plurality of optical systems with a fixed reading magnification. Are known. However, since a reading optical device such as a film scanner requires high resolution, the zoom lens used here has a large number of lenses, resulting in an increase in the size of the device itself. Similarly, devices using a plurality of optical systems are similarly increased in size and cost. In order to avoid such an increase in the size of the device, there are cases where it must be used only at a limited magnification.
[0006]
In addition, as a macro lens for photography, many lenses that can be used from an object at infinity to the same magnification photographing are conventionally known. However, since the macro lens is a lens designed for taking a picture on a film, when the macro lens is used for a reading device, there are problems such as insufficient resolution and insufficient amount of peripheral light.
[0007]
Conventionally, various lens systems have been proposed in response to the above requirements. For example, in order to solve the problem of chromatic aberration, a lens system that suppresses the secondary spectrum satisfactorily (see, for example, Patent Documents 1 and 2), a diffractive optical surface or an element having a diffractive optical surface (hereinafter referred to as a diffractive optical element). (For example, see Patent Document 3). In addition, a lens system capable of zooming that satisfactorily solves problems such as resolving power and insufficient amount of peripheral light is disclosed (for example, see Patent Documents 4 to 7).
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-206731
[Patent Document 2]
JP 2000-89108 A
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-339843
[Patent Document 4]
JP-A-5-11189
[Patent Document 5]
JP-A-5-273465
[Patent Document 6]
JP-A-6-94993
[Patent Document 7]
JP 2000-275516 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned known example, the variable magnification for reading has a zoom ratio of 3 times or more, the fluctuation of various aberrations accompanying the zoom is small, and the chromatic aberration up to the infrared region is corrected very well. An imaging lens was not disclosed.
[0010]
In the lens system described in Patent Document 1, chromatic aberration is corrected well, but the use magnification is fixed. Further, in the lens system described in Patent Document 2, chromatic aberration is corrected very well up to the infrared region, but the use magnification is fixed. Similarly, in the lens system described in Patent Document 3, chromatic aberration is favorably corrected by using a diffractive optical surface, but the use magnification is fixed.
[0011]
The lens system described in Patent Document 4 is a lens system for a copying machine such as a copying machine, and does not have the high resolution aimed by the present invention.
[0012]
In the lens system described in Patent Document 6, the magnification used and the zoom ratio (the range of usable imaging magnification) were small.
[0013]
The lens system described in Patent Document 5 has a zoom ratio close to 3 ×, but the fluctuations of various aberrations accompanying this zoom are large.
[0014]
The lens system described in Patent Document 7 has a zoom ratio exceeding 3 times, but the chromatic aberration correction remains in the visible light region, and the correction amount of chromatic aberration is hardly sufficient.
[0015]
The present invention has been made in view of such problems, and in the process of zooming from the low magnification side to the high magnification side, there are few variations in various aberrations, the zoom ratio of the imaging magnification is large, and axial chromatic aberration. An object of the present invention is to provide a bright variable-magnification imaging lens capable of reading a color original and the like and an image reading apparatus including the lens.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problem, a variable magnification imaging lens according to the present invention includes a front lens group having positive refractive power, arranged in order from the object side, and positive refractive power.TheA rear lens group, and a diffractive optical element having at least one diffractive optical surface;Consist of,
  As the magnification is changed from the low magnification side to the high magnification side, both the front lens group and the rear lens group are moved to the object side while changing the air gap between the front lens group and the rear lens group.,
The diffractive optical element is configured to move together with the front lens group or the rear lens group upon zooming.,
  DF represents the amount of movement due to zooming from the lowest magnification to the maximum magnification of the front lens group, DR represents the amount of movement due to zooming from the lowest magnification to the maximum magnification of the rear lens group, and the focal length of the diffractive optical surface is FDOE, When the combined focal length at the minimum magnification of the entire lens system is Fa, the following conditional expression
              0.7 <DF / DR <1.0
              0.03 <Fa / FDOE <0.1
Satisfied,
  The diffractive optical surface has the following conditional expression where hp is the height of the principal ray with respect to the maximum image height incident on the diffractive optical surface, and y is the maximum image height y in all the zooming regions.
              | Hp / y | <0.1
It is arranged to satisfy.
[0018]
In the variable magnification imaging lens according to the present invention, the first lens in the rear lens group located closest to the object side in the rear lens group preferably has a meniscus lens shape with a concave surface facing the object side.
[0021]
In the variable magnification imaging lens according to the present invention, an aperture stop is disposed between the front lens group and the rear lens group so that the distance between the diffractive optical surface and the aperture stop is always kept constant during zooming. It is desirable to be configured.
[0022]
An image reading apparatus according to the present invention is configured to include any of the variable magnification imaging lenses described above.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a variable magnification imaging lens and an image reading apparatus including the same according to the present invention will be described. In the present invention, a front lens group having a positive refractive power, a rear lens group having a positive refractive power, and a diffractive optical element having at least one diffractive optical surface, which are arranged in order from the object side, Variable magnification imaging so that both the front lens group and the rear lens group are moved to the object side while changing the air gap between the front lens group and the rear lens group as the magnification is changed from the low magnification side to the high magnification side. The lens is configured.
[0024]
In the present invention having such a configuration, in order to secure a wide range of use magnification (because the zoom ratio of the variable magnification imaging lens is large), the zoom lens is changed from the object to the front lens group as the zoom ratio is changed from the low magnification side to the high magnification. Spherical aberration caused by zooming by adopting a so-called floating method (distance correction) in which the distance between the front lens group and the rear lens group is changed and moved to the object side while reducing the distance to one surface. Variations such as coma and astigmatism are corrected. However, with the above floating method alone, axial chromatic aberration increases and becomes difficult to suppress as the use magnification increases. Therefore, conventionally, special low dispersion glass is used to suppress the longitudinal chromatic aberration.
[0025]
However, special low-dispersion glass has a low refractive power, so when trying to obtain a certain refractive power, the radius of curvature is smaller (tighter) than glass with a high refractive index, and correction of spherical aberration bending, etc. It has become difficult to make the lens system brighter.
[0026]
In addition, in the special low dispersion glass, the glass that can be used for correcting the longitudinal chromatic aberration is limited, so that the degree of freedom of Petzval sum is lost and it is difficult to correct curvature of field. As a result, when trying to increase the zoom ratio of the variable magnification, correction for variations in various aberrations has been insufficient.
[0027]
Therefore, in the present invention, axial chromatic aberration is corrected by using a diffractive optical element having a diffractive optical surface. As a result, the degree of freedom of selection is increased in the glass material used for the lens constituting the present invention without using a special low dispersion glass having a low refractive index. Furthermore, the Petzval sum can be corrected by increasing the degree of freedom in selecting the glass material, and the variation of various aberrations due to field curvature correction and zooming is suppressed, and a bright variable magnification imaging lens with a high zoom ratio is realized. Yes.
[0028]
In the present invention, the rear lens group moves in the direction of reducing the distance between the front lens group and the rear lens group while reducing the distance from the object to the first surface of the front lens group. Floating method (interval correction) is used to zoom in. When the axial air space (vertex space) between the front lens group and the rear lens group having positive refractive power is reduced, the combined focal length of the entire variable magnification imaging lens system is shortened. As a result, the execution F number on the high magnification side is reduced from increasing (that is, darkening).
[0029]
In general, the secondary spectrum in axial chromatic aberration increases in proportion to the square of the lateral magnification, and increases as the combined focal length increases. Therefore, in the present invention, by moving to the object side so as to reduce the distance between the front lens group and the rear lens group, the combined focal length is shortened, and the increase in the secondary spectrum is mitigated. Furthermore, by reducing the distance between the front lens group and the rear lens group, it is possible to secure a sufficient amount of peripheral light in non-vignetting.
[0030]
In the rear lens group of the variable magnification imaging lens according to the present invention, the first lens in the rear lens group located closest to the object side preferably has a meniscus lens shape with a concave surface facing the object side. By adopting such a shape, when the light beam that has passed through the front lens group enters the rear lens group, an angle close to perpendicular to the surface of the first lens in the rear lens group can be taken. As a result, it is possible to avoid excessive bending of the light beam, and therefore the present invention realizes that various aberrations are corrected well to suppress fluctuation due to zooming.
[0031]
Hereinafter, the variable magnification imaging lens of the present invention will be described in detail along the description of the conditional expression. In the variable magnification imaging lens of the present invention, the amount of movement by zooming from the lowest magnification of the front lens group to the maximum magnification is DF, and the amount of movement of the rear lens group by zooming from the lowest magnification to the maximum magnification is DR. The following conditional expression (1) is satisfied.
[0032]
[Expression 1]
0.7 <DF / DR <1.0 (1)
[0033]
The above conditional expression (1) is a conditional expression for correcting various aberrations in a well-balanced manner in all the variable magnification regions from the low magnification side to the high magnification side. The front lens is obtained by changing the magnification from the lowest magnification to the highest magnification. The optimum ratio of the amount of movement of the lens group and the rear lens group is defined. If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the amount of movement of the front lens group with respect to the rear lens group increases, the secondary spectrum at high magnification increases, and the brightness on the high magnification side is ensured as described above. Is not preferable because it becomes difficult. On the other hand, if the lower limit value of conditional expression (1) is not reached, the amount of movement of the rear lens unit with respect to the front lens unit due to zooming is too large, and variations in various aberrations such as spherical aberration, coma and astigmatism are large. Become. Further, since the total length of the lens at the minimum magnification becomes long, it is necessary to increase the effective diameter in order to secure a sufficient amount of peripheral light. As the effective diameter increases, the mechanism for moving the lens also increases, which is not preferable because it is contrary to the size reduction aimed at by the present invention.
[0034]
Furthermore, it is desirable that the movement ratio between the front lens group and the rear lens group in the floating condition in the conditional expression (1) does not change with zooming (always constant). If the ratio of the amount of movement of the rear lens group to the front lens group changes during zooming from the low magnification side to the high magnification side, a complex structure such as a non-linear cam is used as a mirror to realize the movement of the lens group. This is because it is required for the cylinder and is not preferable. However, it is also possible to optimize aberration fluctuation correction by changing the movement ratio between the front lens group and the rear lens group in accordance with zooming.
[0035]
  In the variable magnification imaging lens according to the present invention, the diffractive optical element moves together with the front lens group or the rear lens group at the time of zooming. When the focal length is Fa, the following conditional expression (2) must be satisfiedis necessary.
[0036]
[Expression 2]
0.03 <Fa / FDOE <0.1 (2)
[0037]
The conditional expression (2) is an expression indicating an appropriate range of refractive power of the diffractive optical surface used in the present invention. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the influence of the diffractive optical surface on the entire imaging lens system will be large, and chromatic aberration correction will be excessive, and other aberrations (not chromatic aberration) will be affected. At the same time, it becomes difficult to form a diffractive optical surface having a simple structure. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (2) is not reached, it is almost equivalent to chromatic aberration correction performed using only the refractive optical system, and correction of chromatic aberration that covers all the variable power regions in the lens of the present invention is insufficient. . The refractive power of the diffractive optical surface is preferably positive.
[0038]
  In the variable-magnification imaging lens according to the present invention, the diffractive optical surface is disposed at all the variable magnification regions at the principal ray height with respect to the maximum image height incident on the diffractive optical surface, hp, and the maximum image height y. When satisfying the following conditional expression (3)is necessary.
[0039]
[Equation 3]
| Hp / y | <0.1 (3)
[0040]
In order to ensure good performance over the entire screen, in addition to correcting axial chromatic aberration, it is indispensable to properly correct lateral chromatic aberration around the screen. For example, assume that a diffractive optical element having one diffractive optical surface is combined with a plurality of refractive optical elements. The diffractive optical element and the refractive optical element have greatly different dispersion characteristics with respect to the wavelength. On the other hand, lateral chromatic aberration is greatly affected by the height of the principal ray from the optical axis. This is hardly a problem in an optical system in which the use magnification is fixed. However, in an optical system in which the use magnification is variable (a wide variable magnification region) as in the present invention, when a diffractive optical element having a diffractive optical surface is arranged, the incident principal ray height hp relative to the maximum image height is If the lens is disposed at a position that greatly changes due to zooming, the lateral chromatic aberration greatly varies accordingly. It is difficult to correct this, and this is not preferable because it causes an increase in the number of lenses and complicated floating.
[0041]
The conditional expression (3) is a conditional expression that represents the relationship between the incident principal ray height and the maximum image height with respect to the maximum image height at the position of the diffractive optical surface. An appropriate position is specified. If the range of the conditional expression (3) is exceeded, the influence of the diffractive optical surface on the lateral chromatic aberration is strong, resulting in overcorrection or undercorrection. Therefore, it is preferable that the conditional expression (3) is satisfied over the entire zooming region of the variable magnification imaging lens. That is, the lateral chromatic aberration can be corrected by the refractive optical system, and the axial chromatic aberration can be corrected by the diffractive optical surface.
[0042]
Furthermore, in the variable magnification imaging lens according to the present invention, it is more desirable that the place where the diffractive optical surface is disposed satisfies the following conditional expression (4).
[0043]
[Expression 4]
| Hp / y | <0.04 (4)
[0044]
If the range of the conditional expression (4) is satisfied, the influence on the spherical aberration and the like is further reduced, and an optimum diffractive optical surface can be obtained.
[0045]
In the present invention, an aperture stop is disposed between the front lens group having a positive refractive power and the rear lens group having a positive refractive power, and the diffractive optical surface and the aperture stop are being zoomed. It is preferable that the distance is always constant. With such an arrangement, the entire lens system becomes an arrangement close to a symmetric system, and it is possible to reduce fluctuations in lateral chromatic aberration and distortion as is well known. Further, by changing the distance of the element having the diffractive optical surface at the time of zooming, it becomes possible to reduce fluctuations in various aberrations.
[0046]
At this time, the diffractive optical element having the diffractive optical surface may be arranged on either the object side or the image side of the aperture stop. Furthermore, the diffractive optical surface of the diffractive optical element may be provided on either the object side or the image side. Further, even if a diffractive optical surface is provided on the lens surface of the refractive lens, the same effect can be obtained as an independent diffractive optical element.
[0047]
Furthermore, in the variable magnification imaging lens of the present invention, it is more desirable to satisfy the following conditional expressions (5) and (6).
[0048]
In the present invention, the axial air separation distance between the front lens group and the rear lens group at the maximum magnification is Dh, and the distance on the optical axis from the first surface to the final surface at the maximum magnification of the variable magnification imaging lens is expressed as (lens length). ) ΣDh, it is preferable that the following conditional expression (5) is satisfied.
[0049]
[Equation 5]
(ΣDh + Dh) / ΣDh <1.1 (5)
[0050]
The conditional expression (5) is defined in order to achieve miniaturization. Exceeding the upper limit value of conditional expression (5) indicates that the distance between the front lens group and the rear lens group with respect to the lens length at the maximum magnification becomes wide, and optimization for achieving miniaturization is not performed. Therefore, it is not preferable.
[0051]
In the present invention, when the radius of curvature of the first surface of the first lens in the rear lens group is Rr1, and the radius of curvature of the second surface of the first lens in the rear lens group is Rr2, the following conditional expression (6) is satisfied. Is preferred.
[0052]
[Formula 6]
1.0 <Rr1 / Rr2 <1.5 (6)
[0053]
Conditional expression (6) is an expression showing the optimum shape of the first lens in the rear lens group located closest to the front lens group in the rear lens group. If the upper limit value of conditional expression (6) is exceeded, the degree of convergence of rays incident on the rear lens group will increase, and variations in various aberrations (particularly coma and astigmatism) caused by zooming will increase. If the lower limit of conditional expression (6) is not reached, various aberrations increase, which is not preferable.
[0054]
【Example】
Embodiments of a variable magnification imaging lens according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Here, in an element having a diffractive optical surface used in each example, assuming that the refractive power of the first-order diffracted light (m = 1) is φ, the phase difference φ of the diffractive optical surface is expressed by the following equation (7). (Where i = 1, 2, 3, 4,...).
[0055]
[Expression 7]
φ (h) = (2π · m / λ) · (ΣA (2 · i) · h(2.i)(7)
[0056]
In addition, said Formula (7) is represented as (phi) =-2 * A2 when the coefficient of a quadratic term is set to A2. Further, when the arbitrary wavelength is λ ′ and the reference wavelength is λ0, the change in refractive power of the arbitrary wavelength with respect to the reference wavelength is expressed by the following equation (8).
[0057]
[Equation 8]
Δφ = (λ ′ / λ0) · (−2 · A2) (8)
[0058]
Thus, it can be understood that a large dispersion can be obtained with a weak change in the paraxial refractive power by changing A2 as a characteristic of the diffractive optical surface. This means that it is possible to correct chromatic aberration without significantly affecting various aberrations other than chromatic aberration.
[0059]
A design method of the diffractive optical element will be described. For example, as disclosed in “Introduction to Diffraction Optics” (Applied Physics Society, Japan Optical Society, Optical Design Research Group; Optronics), the diffractive optical element design method includes a lattice model method and a high refractive index model method. There is. Both methods treat the diffractive optical surface as a virtual phase conversion surface having no actual shape at the design stage, and take the procedure of replacing the phase function with the actual shape at the final stage of design. In this embodiment, a method (high refractive index model method) for designing a diffractive optical element using a virtual refractive lens having an extremely high refractive index is used. Assuming that the design reference wavelength (d-line) λ0 = 587.56 nm and the virtual refractive index n = 10001, the refractive index n (λ ′) at an arbitrary wavelength λ ′ is expressed by the following equation (9).
[0060]
[Equation 9]
n (λ ′) = 1+ (λ ′ / λ0). (n−1) (9)
[0061]
A diffractive optical surface by the high refractive index method is expressed using a normal aspherical expression. In this equation, the height in the direction perpendicular to the optical axis is h, the amount of displacement in the optical axis direction at height h is S (h), the radius of curvature of the reference spherical surface is r, the conic coefficient is K, and the nth-order aspherical surface. When the coefficient is Cn, it is defined by the following equation (10).
[0062]
[Expression 10]
S (h) = (h2/ R) / [1+ {1-K · (h / r)2}1/2]
+ C2・ H2+ C4・ H4+ C6・ H6+ ... (10)
[0063]
The paraxial radius of curvature R of the aspherical surface is defined by the following equation (11).
[0064]
## EQU11 ##
R = 1 / {(1 / r) + 2C2} (11)
[0065]
In each embodiment, the d-line, g-line, C-line, and A′-line are selected as the aberration characteristic calculation targets. Table 1 below shows the wavelengths of these d-line, g-line, C-line, and A′-line, and specific refractive index values set for each spectral line based on the high refractive index method described above.
[0066]
[Table 1]
Figure 0004382370
[0067]
Here, it returns to description of a design method again. In order to convert the virtual lens into a real shape, when the optical path difference function is Δ, the n-th order coefficient is An, and the height from the optical axis is h, the following equation (12) is used.
[0068]
[Expression 12]
Δ (h) = A2× h2+ A4× h4+ A6× h6+ ... (12)
[0069]
In accordance with this optical path difference function equation, an annular zone is formed on the substrate surface every time the optical path difference becomes an integral multiple of the wavelength λ.
[0070]
Further, the depth direction (lattice height) L of the formed serrated annular zone is expressed by the following formula (13) where n ′ is the refractive index of the substrate material of the diffractive optical element (provided that i = 1, 2, 3, 4 ...).
[0071]
[Formula 13]
L (h) = Δ (h) − {iλ / (n′−1)} (13)
[0072]
The maximum value Lmax of the lattice height of the annular zone is Lmax = λ / (n′−1), and the i-th annular zone radius hi is L (hi) = Δ (hi) − {iλ / (n ′ -1)} = 0 can be obtained respectively.
[0073]
9 to 12 are diagrams showing cross-sectional shapes of the diffractive optical surfaces used in the first to fourth examples. The diffractive optical surface having a serrated ring zone shown in these drawings is called a kinoform. 9 to 12, the horizontal axis indicates that 0 is the central portion of the diffractive optical surface, and the larger the numerical value, the farther away from the outer peripheral direction of the effective diameter. The vertical axis indicates the height of the diffraction grating with 0 being the lowest position on the diffractive optical surface. The shape of the diffractive optical surface is preferably as shown in each drawing, but may be a stepped binary shape depending on the manufacturing convenience. However, in the case of a binary shape, the quantization number is preferably 8 binary or more from the viewpoint of diffraction efficiency.
[0074]
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating a lens configuration of a variable magnification imaging lens according to a first example of the present invention and a movement locus of each lens group in zooming from low magnification (pos1) to high magnification (pos4).
[0075]
In the variable magnification imaging lens of FIG. 1, the front lens group Gf includes a biconvex lens L1, a positive meniscus lens L2 having a convex surface facing the object side, and a negative meniscus lens L3 having a convex surface facing the object side. And a diffractive optical element DOE having a diffractive optical surface, and has a positive refractive power. The rear lens group Gr is a combination of a positive meniscus lens L4 having a concave surface facing the object side, a negative meniscus lens L5 having a concave surface facing the object side, and a biconvex lens L6 and a biconcave lens L7 arranged in order from the object side. It is composed of a lens and a biconvex lens L8 and has a positive refractive power. As the magnification is changed from the low magnification side to the high magnification side, the front lens group Gf and the rear lens group Gr are moved on the optical axis to the object side in a direction to reduce the vertex interval between the front lens group Gf and the rear lens group Gr. I am letting. In addition, an aperture stop S is disposed near the front lens group Gf between the front lens group Gf and the rear lens group Gr, and the aperture stop S moves together with the front lens group Gf at the time of zooming.
[0076]
Table 2 shows the specifications of each lens in the first example of the present invention. In the design reference wavelength (d-line), β in the table is the magnification, Fno is the F-number, Bf is the back focus, d0 is the distance from the object point (object surface) O to the first surface of the lens system, and the surface number is The order of the lens surfaces counted from the object side (surface numbers 1 to 18 correspond to reference numerals 1 to 18 in FIG. 1), r is the radius of curvature of the lens surface (in the case of an aspherical surface, the radius of curvature of the reference spherical surface) , D is the distance between the lens surfaces, νd is the Abbe number of each glass, and DOE is the diffractive optical element. Nd represents the d-line, Ng represents the g-line, NC represents the C-line, and NA ′ represents the refractive index with respect to the A′-line. In Table 2, the diffractive optical surface is described by the aspherical formula described above, and an asterisk (*) is added to the right of the surface number.
[0077]
In Table 2, the surface numbers 7 and 8 are the diffractive optical element DOE, the surface number 9 is the aperture stop S, the surface number 10 is the radius of curvature Rr1 of the first surface of the rear lens group first lens L4, and the surface number 11 is The curvature radius Rr2 of the 2nd surface of the rear lens group 1st lens L4 is shown. Further, the distance d0 from the object point O to the first surface of the lens system, the surface distance indicated by the surface number 9 (namely, the surface distance between the surface number 9 and the surface number 10) d9, and the surface distance indicated by the surface number 18 (namely, the surface). The back focus Bf, which is the surface interval between the number 18 and the image plane I, changes in accordance with the (use) magnification β. Thus, the values that change with zooming are shown for each of the use magnifications pos1 to pos4 in the focusing interval table in Table 2. Further, Table 2 also shows values corresponding to the above-described conditional expressions (1) to (6), that is, condition corresponding values.
[0078]
In the table showing the specifications, the unit of length of curvature radius r, surface spacing d and other lengths is generally “mm”, but the optical system can obtain the same optical performance even if proportionally enlarged or reduced. It is not limited to this. The description of the above table is the same in other embodiments.
[0079]
[Table 2]
Figure 0004382370
Figure 0004382370
[0080]
Thus, in the first embodiment, it can be seen that all the conditional expressions (1) to (6) are satisfied.
[0081]
2A and 2B are graphs showing various aberrations of the first example. 2A is an aberration diagram at the lowest magnification (pos1), and FIG. 2B is an aberration diagram at the highest magnification (pos4). In each aberration diagram, NA is the numerical aperture, Y is the image height, d is the d line, g is the g line, C is the C line, F is the F line, and A is the A ′ line. Yes. In the spherical aberration diagram, the maximum value of the numerical aperture NA is shown, and in the astigmatism diagram and the distortion diagram, the maximum value of the image height is shown. In the astigmatism diagram, the solid line indicates the sagittal image plane, and the broken line indicates the meridional image plane. The explanation of the above aberration diagrams is the same in the other examples.
[0082]
As is apparent from each aberration diagram, in the first example, it is understood that various aberrations including the infrared region are corrected in a well-balanced manner and excellent imaging performance is ensured.
[0083]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing the lens configuration of the variable magnification imaging lens according to the second embodiment of the present invention and the movement trajectory of each lens group in zooming from low magnification (pos1) to high magnification (pos4).
[0084]
In the variable magnification imaging lens of FIG. 3, the front lens group Gf is composed of a biconvex lens L1, a cemented lens of a biconvex lens L2, and a biconcave lens L3 arranged in order from the object side, and has a positive refractive power. ing. The rear lens group Gr includes, in order from the object side, a diffractive optical element DOE having a diffractive optical surface, a positive meniscus lens L4 having a concave surface facing the object side, a negative meniscus lens L5 having a concave surface facing the object side, and an object The lens is composed of a cemented lens with a positive meniscus lens L6 having a concave surface facing the side, a positive meniscus lens L7 having a concave surface facing the object side, and a cemented lens with a biconcave lens L8 and a biconvex lens L9. Have. As the magnification is changed from the low magnification side to the high magnification side, the front lens group Gf and the rear lens group Gr are moved on the optical axis to the object side in a direction to reduce the vertex interval between the front lens group Gf and the rear lens group Gr. I am letting. An aperture stop S is disposed between the front lens group Gf and the rear lens group Gr and in the vicinity of the rear lens group Gr. The aperture stop S moves together with the rear lens group Gr during zooming.
[0085]
Table 3 shows the specifications of the lenses in the second embodiment of the present invention shown in FIG. In Table 3, surface numbers 1 to 19 correspond to reference numerals 1 to 19 in FIG. In Table 3, the surface number 6 is the aperture stop S, the surface numbers 8 and 9 are the diffractive optical element DOE, the surface number 10 is the radius of curvature Rr1 of the first surface of the rear lens group first lens L4, and the surface number 11 is the rear. The curvature radius Rr2 of the 2nd surface of the lens group 1st lens L4 is shown. Further, the distance d0 from the object point O to the first surface of the lens system, the surface distance indicated by the surface number 5 (namely, the surface distance between the surface number 5 and the surface number 6) d5, the surface distance indicated by the surface number 19 (namely, the surface). The back focus Bf, which is the surface interval between the number 19 and the image plane I, changes in accordance with the (use) magnification β. Therefore, the values that change with zooming in this way are shown for each use magnification pos1 to pos4 in the focusing interval table in Table 3. Further, in Table 3, values corresponding to the conditional expressions (1) to (6) described above, that is, condition corresponding values are also shown.
[0086]
[Table 3]
Figure 0004382370
Figure 0004382370
[0087]
Thus, it can be seen that in the second embodiment, all of the conditional expressions (1) to (6) are satisfied.
[0088]
4A and 4B are graphs showing various aberrations in the second example. 4A is a diagram showing various aberrations at the lowest magnification (pos1), and FIG. 4B is a diagram showing various aberrations at the highest magnification (pos4). As is apparent from each aberration diagram, in the second example, various aberrations including the infrared region are corrected in a well-balanced manner, and excellent imaging performance is secured.
[0089]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram showing the lens configuration of the variable magnification imaging lens according to the third embodiment of the present invention and the movement trajectory of each lens group in zooming from low magnification (pos1) to high magnification (pos4).
[0090]
In the variable magnification imaging lens of FIG. 5, the front lens group Gf is arranged in order from the object side, a positive meniscus lens L1 having a convex surface facing the object side, a positive meniscus lens L2 having a convex surface facing the object side, and a convex surface facing the object side. And has a positive refracting power. The rear lens group Gr includes, in order from the object side, a diffractive optical element DOE having a diffractive optical surface, a positive meniscus lens L4 having a concave surface facing the object side, a negative meniscus lens L5 having a concave surface facing the object side, and an object The lens is composed of a cemented lens with a positive meniscus lens L6 with a concave surface facing side, and a three-lens cemented lens with a biconvex lens L7, a biconcave lens L8, and a biconvex lens L9, and has positive refractive power. As the magnification is changed from the low magnification side to the high magnification side, the front lens group Gf and the rear lens group Gr are moved on the optical axis to the object side in a direction to reduce the vertex interval between the front lens group Gf and the rear lens group Gr. I am letting. An aperture stop S is disposed between the front lens group Gf and the rear lens group Gr and in the vicinity of the rear lens group Gr. The aperture stop S moves together with the rear lens group Gr during zooming.
[0091]
Table 4 shows the specifications of each lens in the third embodiment of the present invention shown in FIG. In Table 4, surface numbers 1 to 18 correspond to reference numerals 1 to 18 in FIG. In Table 4, the surface number 6 is the aperture stop S, the surface numbers 8 and 9 are the diffractive optical element DOE, the surface number 10 is the radius of curvature Rr1 of the first surface of the rear lens group first lens L4, and the surface number 11 is the rear. The curvature radius Rr2 of the 2nd surface of the lens group 1st lens L4 is shown. Further, the distance d0 from the object point O to the first surface of the lens system, the surface distance indicated by the surface number 5 (namely, the surface distance between the surface number 5 and the surface number 6) d5, the surface distance indicated by the surface number 19 (namely, the surface). The back focus Bf, which is the surface interval between the number 19 and the image plane I, changes in accordance with the (use) magnification β. Thus, the values that change with zooming are shown for each of the use magnifications pos1 to pos4 in the focusing interval table in Table 4. Furthermore, in Table 4, the values corresponding to the conditional expressions (1) to (6) described above, that is, the condition corresponding values are also shown.
[0092]
[Table 4]
Figure 0004382370
Figure 0004382370
[0093]
Thus, in the third embodiment, it can be seen that all the conditional expressions (1) to (6) are satisfied.
[0094]
FIGS. 6A and 6B are graphs showing various aberrations of the third example. 6A is a diagram showing various aberrations at a low magnification (pos1), and FIG. 6B is a diagram showing various aberrations at a high magnification (pos4). As is apparent from each aberration diagram, in the third example, various aberrations including the infrared region are corrected in a well-balanced manner, and excellent imaging performance is ensured.
[0095]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing the lens configuration of the variable magnification imaging lens according to the fourth embodiment of the present invention and the movement trajectory of each lens group in zooming from low magnification (pos1) to high magnification (pos4).
[0096]
In the variable magnification imaging lens of FIG. 7, the front lens group Gf is composed of a positive meniscus lens L1 arranged in order from the object side and a convex lens facing the object side, and a cemented lens of a biconvex lens L2 and a biconcave lens L3. , Has a positive refractive power. The rear lens group Gr includes, in order from the object side, a diffractive optical element DOE having a diffractive optical surface, a positive meniscus lens L4 having a concave surface facing the object side, a negative meniscus lens L5 having a concave surface facing the object side, and an object The lens is composed of a cemented lens with a positive meniscus lens L6 with a concave surface facing side, and a three-lens cemented lens with a biconvex lens L7, a biconcave lens L8, and a biconvex lens L9, and has positive refractive power. As the magnification is changed from the low magnification side to the high magnification side, the front lens group Gf and the rear lens group Gf are moved on the optical axis to the object side in a direction to reduce the apex distance between the front lens group Gf and the rear lens group Gr. I am letting. An aperture stop S is disposed between the front lens group Gf and the rear lens group Gr in the vicinity of the rear lens group Gf. The aperture stop S moves together with the rear lens group Gr during zooming.
[0097]
Table 5 shows the specifications of each lens in the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. In Table 5, surface numbers 1 to 18 correspond to reference numerals 1 to 18 in FIG. In Table 5, the surface number 6 is the aperture stop S, the surface numbers 8 and 9 are the diffractive optical element DOE, the surface number 10 is the radius of curvature Rr1 of the first surface of the rear lens group first lens L4, and the surface number 11 is the rear. The curvature radius Rr2 of the 2nd surface of the lens group 1st lens L4 is shown. Further, the distance d0 from the object point O to the first surface of the lens system, the surface distance indicated by the surface number 5 (namely, the surface distance between the surface number 5 and the surface number 6) d5, and the surface distance indicated by the surface number 18 (namely, the surface). The back focus Bf, which is the surface spacing between the number 18 and the image plane I, changes in accordance with the (use) magnification β. Thus, the values that change with zooming are shown for each of the use magnifications pos1 to pos4 in the focusing interval table in Table 5. Further, in Table 5, values corresponding to the above-described conditional expressions (1) to (6), that is, condition corresponding values are also shown.
[0098]
[Table 5]
Figure 0004382370
Figure 0004382370
[0099]
Thus, in the fourth example, it can be seen that all the conditional expressions (1) to (6) are satisfied.
[0100]
8A and 8B are graphs showing various aberrations of the fourth example. FIG. 8A is an aberration diagram at the lowest magnification (pos1), and FIG. 8B is an aberration diagram at the highest magnification (pos4). As can be seen from the respective aberration diagrams, in the fourth example, various aberrations including the infrared region are corrected in a well-balanced manner, and excellent imaging performance is ensured.
[0101]
A case where the variable magnification imaging lens according to the present invention is applied to a transparent original reading apparatus will be described. As shown in FIG. 13, the transmissive original reading apparatus includes an illumination light source (1), an original table (2), an optical path bending mirror (3), a variable magnification imaging lens (4) according to the present invention, and a reading unit. And a solid-state image pickup device (CCD or the like) (5). The transparent document reading apparatus having such a configuration is designed to adjust the magnification of the variable magnification imaging lens (4) according to the size of the document when a document (not shown) is set on the surface of the document table (2). The position is moved, the solid-state image pickup element (5) is also moved, and an image is formed with an appropriate conjugate length. The light emitted from the illumination light source (1) illuminates the document set on the surface of the document table (2), and the transmitted light of the document is folded by the optical path folding mirror (3) to obtain variable magnification imaging. An image is formed on the solid-state image pickup element (5) through the lens (4). In accordance with such a reading process, the document table {circle around (2)} moves in the direction of arrow a in the drawing to read image information on the entire surface of the document.
[0102]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an optical system capable of changing the imaging magnification in which various aberrations including chromatic aberration are corrected in a well-balanced manner to the infrared region with a zoom ratio of 3 or more.
[0103]
Specifically, in the present invention, a variable magnification imaging lens suitable for a color copier, a color facsimile, a color image scanner, a color film scanner, and the like and an image reading apparatus including the same can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a lens configuration of a variable magnification imaging lens according to a first example of the present invention.
FIG. 2 (a) is a diagram showing various aberrations at the (most) low magnification (pos1) of the first example, and FIG. 2 (b) is the (most) high magnification (pos4) of the first example. It is an aberration diagram.
FIG. 3 is a diagram illustrating a lens configuration of a variable magnification imaging lens according to a second example of the present invention.
FIG. 4A is a diagram showing various aberrations at the (most) low magnification (pos1) of the second example, and FIG. 4B is the (most) at the (highest) high magnification (pos4) of the second example. It is an aberration diagram.
FIG. 5 is a diagram illustrating a lens configuration of a variable magnification imaging lens according to a third example of the present invention.
FIG. 6A is a diagram showing various aberrations at the (most) low magnification (pos1) of the third example, and FIG. 6B is the (most) high magnification (pos4) of the third example. It is an aberration diagram.
FIG. 7 is a diagram illustrating a lens configuration of a variable magnification imaging lens according to a fourth example of the present invention.
FIG. 8A is a diagram showing various aberrations at the (most) low magnification (pos1) of the fourth embodiment, and FIG. 8B is the (most) high magnification (pos4) of the fourth embodiment. It is an aberration diagram.
FIG. 9 is a diagram showing a sawtooth shape of the diffractive optical surface of the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a sawtooth shape of a diffractive optical surface according to a second embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating a sawtooth shape of a diffractive optical surface according to a third embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating a sawtooth shape of a diffractive optical surface according to a fourth embodiment.
FIG. 13 is a schematic view of a main part when the variable magnification imaging lens according to the present invention is applied to a transparent document reading apparatus.
[Explanation of symbols]
Gf front lens group
Gr Rear lens group
Rr1 radius of curvature of the first surface of the first lens in the rear lens group
Rr2 radius of curvature of the second surface of the first lens in the rear lens group
S Aperture stop
DOE diffractive optical element
O Object point (object surface)
I Image plane
▲ 1 ▼ Illumination light source
(2) Document table
(3) Optical path bending mirror
(4) Variable magnification imaging lens
(5) Solid-state image sensor

Claims (4)

物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する前レンズ群と、正の屈折力有する後レンズ群と、少なくとも1面の回折光学面を有する回折光学素子とからなり
低倍率側から高倍率側にかけての変倍に伴い、前記前レンズ群と前記後レンズ群との空気間隔を変化させつつ、前記前レンズ群と前記後レンズ群とをともに物体側に移動させ
前記回折光学素子は変倍に際して、前記前レンズ群もしくは前記後レンズ群とともに移動するように構成し
前記前レンズ群の最低倍率から最高倍率にかけての変倍による移動量をDF、前記後レンズ群の最低倍率から最高倍率にかけての変倍による移動量をDR、前記回折光学面の焦点距離をFDOE、レンズ全系の最低倍率時の合成焦点距離をFaとしたとき、以下の条件式
0.7<DF/DR<1.0
0.03<Fa/FDOE<0.1
を満足し、
前記回折光学面は、変倍領域の全てにおいて、前記回折光学面に入射する最大像高に対する主光線の高さをhp、最大像高yとしたとき、以下の条件式
|hp/y|<0.1
を満足するように配置されていることを特徴とする可変倍率撮像レンズ。
In order from an object consists of a front lens group having positive refractive power, and a rear lens group having positive refractive power, a diffractive optical element having a diffractive optical surface of at least one surface,
While changing the air gap between the front lens group and the rear lens group with zooming from the low magnification side to the high magnification side, both the front lens group and the rear lens group are moved to the object side ,
The diffractive optical element is configured to move together with the front lens group or the rear lens group upon zooming ,
DF represents the amount of movement due to zooming from the lowest magnification to the maximum magnification of the front lens group, DR represents the amount of movement due to zooming from the lowest magnification to the maximum magnification of the rear lens group, and the focal length of the diffractive optical surface is FDOE, When the combined focal length at the minimum magnification of the entire lens system is Fa, the following conditional expression
0.7 <DF / DR <1.0
0.03 <Fa / FDOE <0.1
Satisfied,
The diffractive optical surface has the following conditional expression where hp is the height of the principal ray with respect to the maximum image height incident on the diffractive optical surface, and y is the maximum image height y in all the zooming regions.
| Hp / y | <0.1
A variable magnification imaging lens, which is disposed so as to satisfy the above .
前記後レンズ群において、最も物体側に位置する後レンズ群第1レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ形状であることを特徴とする請求項に記載の可変倍率撮像レンズ。2. The variable magnification imaging lens according to claim 1 , wherein in the rear lens group, the first lens in the rear lens group located closest to the object side has a meniscus lens shape with a concave surface facing the object side. 前記前レンズ群と前記後レンズ群との間に絞りを配置して、前記回折光学面と前記絞りとの距離を、変倍中も常に一定に保つように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の可変倍率撮像レンズ。A stop is disposed between the front lens group and the rear lens group, and the distance between the diffractive optical surface and the stop is always kept constant during zooming. The variable magnification imaging lens according to claim 1 or 2 . 請求項1からのいずれか1項に記載の可変倍率撮像レンズを含むことを特徴とする画像読取装置。An image reading apparatus which comprises a variable magnification imaging lens according to any one of claims 1 to 3.
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