JP6094857B2 - Reading lens and spectrometer - Google Patents
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Description
本発明は、読取レンズ、より詳細には、像側に略テレセントリックな読取レンズおよびこの読取レンズを有する分光測定装置に関するものである。 The present invention relates to a reading lens, and more particularly to a reading lens that is substantially telecentric on the image side, and a spectroscopic measurement apparatus having the reading lens.
本件出願人は、先に特許文献1(特開2011−99718号公報)に記載のような分光測定装置を提案した。
この特許文献1に記載の分光測定装置は、画像担持媒体に光を照射する光照射部と、前記画像担持媒体からの拡散光の一部を透過するための一次元に配列された複数の開口部が設けられたホールアレイと、前記ホールアレイ上における像を結像するための結像光学系と、前記結像のための光線を回折する回折素子と、前記回折素子により分光された光を受光する一次元に配列された複数の画素を有する受光部と、を有している。前記受光部は、所定の数の画素ごとに複数の分光センサ部が形成されている。前記ホールアレイの一つの開口部を通過した光は、前記回折素子により分光され、前記受光部における対応する一つの分光センサ部における各々の画素に入射させることにより、前記拡散光における光の分光特性を得ることができるものであって、前記回折素子における構造は、前記結像光学系によって結像される像の像高に対応して、変化するように形成されている。
このような分光測定装置に用いられる、結像光学系の読取レンズは、回折素子により回折された像を一次元の受光部であるラインセンサに結像させるために、像側にテレセントリック性を有する必要があると共に、可視域全域に亘って、色収差を良好に補正する必要がある。
The present applicant has previously proposed a spectroscopic measurement apparatus as described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-99718).
The spectroscopic measurement device described in
The reading lens of the imaging optical system used in such a spectroscopic measurement apparatus has telecentricity on the image side in order to form an image diffracted by the diffraction element on a line sensor which is a one-dimensional light receiving unit. It is necessary to correct chromatic aberration well over the entire visible range.
像側にテレセントリックなレンズの例として、特許文献2(特許4867356号公報)および特許文献3(特開2002−162562号公報)に記載の発明がある。
また、4群6枚構成のテレセントリックなレンズの例として、特許文献4(特開2010−186011号公報)に記載の広角光学系や特許文献5(特開2012−37640号公報)記載の広角光学系等がある。
しかしながら、特許文献2に記載のテレセントリック対物レンズは、レンズの構成枚数が9枚と多く、この対物レンズを使用すると、測定装置が大型化すると共に、コストも高くなってしまう、という問題点がある。
また、特許文献3に記載のレンズは、レンズの構成枚数は、6枚構成と比較的少ない構成枚数であるが、非球面を2〜3面使用しており、さらに、レンズ全系が焦点距離の2倍以上あるため、レンズ全長が大きく、同様に測定装置が大型化すると共に、コストも高くなってしまう、という問題点がある。
また、特許文献4に記載のレンズおよび特許文献5に記載の広角光学系は、レンズ構成が4群6枚と比較的少ない構成枚数であるが、光学系に非球面を2面または3面使用しているため、コストが高くなってしまうと共に、歪曲収差が非常に大きい、という問題点がある。
Examples of lenses that are telecentric on the image side include the inventions described in Patent Document 2 (Japanese Patent No. 4867356) and Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-162562).
Moreover, as an example of the telecentric lens of 4
However, the telecentric objective lens described in
In addition, the lens described in
In addition, the lens described in
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、請求項1に記載の発明は、レンズの構成枚数は6枚でありながら、像側にテレセントリック性を有し、さらに、c線(656.27nm)からg線(435.83nm)と広い範囲で、軸上の色収差が良好に補正され、その上、小型で低コストな読取用レンズを提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the invention according to
請求項1に記載の読取レンズは、上述した目的を達成するために、
物体側から像側に向かって、順次、凸面を物体側に向けて配置された正メニスカスレンズの第1レンズからなる第1レンズ群と、正の第2レンズと負の第3レンズが接合され全体で負の屈折力を有する第2レンズ群と、負の第4レンズと正の第5レンズが接合され全体で負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の第6レンズからなる第4レンズ群とで構成された4群6枚構成で、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを有し、
前記第2レンズが両凸レンズ、前記第3レンズが両凹レンズ、前記第4レンズが凹面を物体側に向けて配置された負メニスカスレンズ、前記第5レンズが凹面を物体側に向けて配置された正メニスカスレンズ、前記第6レンズが両凸レンズ、であり、
ここで、
f6: 前記第6レンズのe線の焦点距離
f : 全系のe線の合成焦点距離
n凸: 正レンズのd線の屈折率の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
n凹: 負レンズのd線の屈折率の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
ν凸: 正レンズのアッベ数の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
ν凹: 負レンズのアッベ数の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
α:c線からg線に対する入射光束の主光線が、前記第4レンズ群の最終面を射出したときの光軸とのなす角とし、αの符号を光軸から測って反時計回りを正、時計回りを負
としたとき、
下記の条件式(1)、(2)、(3)、(4):
0.5<f6/f<0.85 (1)
−0.01<n凸−n凹<0.07 (2)
11.0<ν凸−ν凹<16.5 (3)
|α|<1 (4)
を満足することを特徴としている。
請求項2に記載の読取レンズは、上述した目的を達成するために、
物体側から像側に向かって、順次、凸面を物体側に向けて配置された正メニスカスレンズの第1レンズからなる第1レンズ群と、正の第2レンズと負の第3レンズが接合され全体で負の屈折力を有する第2レンズ群と、負の第4レンズと正の第5レンズが接合され全体で負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の第6レンズからなる第4レンズ群とで構成された4群6枚構成で、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを有し、
前記第2レンズが両凸レンズ、前記第3レンズが両凹レンズ、前記第4レンズが両凹レンズ、前記第5レンズが両凸レンズ、前記第6レンズが両凸レンズ、であり、
ここで、
f6: 前記第6レンズのe線の焦点距離
f : 全系のe線の合成焦点距離
n凸: 正レンズのd線の屈折率の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
n凹: 負レンズのd線の屈折率の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
ν凸: 正レンズのアッベ数の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
ν凹: 負レンズのアッベ数の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
α:c線からg線に対する入射光束の主光線が、前記第4レンズ群の最終面を射出したときの光軸とのなす角αとし、の符号を光軸から測って反時計回りを正、時計回りを負
としたとき、
下記の条件式(1)、(2)、(3)、(4):
0.5<f6/f<0.85 (1)
−0.01<n凸−n凹<0.07 (2)
11.0<ν凸−ν凹<16.5 (3)
|α|<1 (4)
を満足することを特徴としている。
In order to achieve the above-described object, a reading lens according to
A first lens group including a first lens of a positive meniscus lens, which is arranged with a convex surface directed toward the object side in order from the object side to the image side, and a positive second lens and a negative third lens are cemented together. A second lens group having a negative refractive power as a whole, a third lens group having a negative refractive power as a whole by joining a negative fourth lens and a positive fifth lens, and a positive sixth lens. In a four-group six-lens configuration composed of four lens groups, an aperture stop is provided between the second lens group and the third lens group,
The second lens is a biconvex lens, the third lens is a biconcave lens, the fourth lens is a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side, and the fifth lens is disposed with a concave surface facing the object side. A positive meniscus lens, and the sixth lens is a biconvex lens,
here,
f6: focal length of e-line of the sixth lens f: total focal length of e-line of the entire system n convex: average of refractive indices of d-line of the positive lens (the first lens, the second lens, the fifth Lens, the sixth lens)
n-concave: average of refractive index of d-line of negative lens (the third lens, the fourth lens)
ν convex: average Abbe number of positive lenses (the first lens, the second lens, the fifth lens, the sixth lens)
ν concave: average of Abbe number of negative lens (the third lens, the fourth lens)
α: The principal ray of the incident light beam from the c-line to the g-line is the angle formed by the optical axis when exiting the final surface of the fourth lens group, and the sign of α is measured from the optical axis to counterclockwise. When the clockwise direction is negative ,
Conditional expressions (1), (2), (3) and (4) below:
0.5 <f6 / f <0.85 (1)
−0.01 <n convex−n concave <0.07 (2)
11.0 <ν convex−ν concave <16.5 (3)
| Α | <1 (4)
It is characterized by satisfying.
In order to achieve the above-described object, a reading lens according to
A first lens group including a first lens of a positive meniscus lens, which is arranged with a convex surface directed toward the object side in order from the object side to the image side, and a positive second lens and a negative third lens are cemented together. A second lens group having a negative refractive power as a whole, a third lens group having a negative refractive power as a whole by joining a negative fourth lens and a positive fifth lens, and a positive sixth lens. In a four-group six-lens configuration composed of four lens groups, an aperture stop is provided between the second lens group and the third lens group,
The second lens is a biconvex lens, a third lens is a biconcave lens, the fourth lens is biconcave lens, the fifth lens is a biconvex lens, the sixth lens is biconvex lens,
here,
f6: focal length of e-line of the sixth lens f: total focal length of e-line of the entire system n convex: average of refractive indices of d-line of the positive lens (the first lens, the second lens, the fifth Lens, the sixth lens)
n-concave: average of refractive index of d-line of negative lens (the third lens, the fourth lens)
ν convex: average Abbe number of positive lenses (the first lens, the second lens, the fifth lens, the sixth lens)
ν concave: average of Abbe number of negative lens (the third lens, the fourth lens)
α: The angle α formed by the principal ray of the incident light beam from the c-line to the g-line with the optical axis when exiting the final surface of the fourth lens group, and the sign of the angle is measured from the optical axis to counterclockwise When the clockwise direction is negative ,
Conditional expressions (1), (2), (3) and (4) below:
0.5 <f6 / f <0.85 (1)
−0.01 <n convex−n concave <0.07 (2)
11.0 <ν convex−ν concave <16.5 (3)
| Α | <1 (4)
It is characterized by satisfying.
請求項1に記載の発明によれば、
物体側から像側に向かって、順次、凸面を物体側に向けて配置された正メニスカスレンズの第1レンズからなる第1レンズ群と、正の第2レンズと負の第3レンズが接合され全体で負の屈折力を有する第2レンズ群と、負の第4レンズと正の第5レンズが接合され全体で負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の第6レンズからなる第4レンズ群とで構成された4群6枚構成で、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを有し、
前記第2レンズが両凸レンズ、前記第3レンズが両凹レンズ、前記第4レンズが凹面を物体側に向けて配置された負メニスカスレンズ、前記第5レンズが凹面を物体側に向けて配置された正メニスカスレンズ、前記第6レンズが両凸レンズ、であり、
ここで、
f6: 前記第6レンズのe線の焦点距離
f : 全系のe線の合成焦点距離
n凸: 正レンズのd線の屈折率の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
n凹: 負レンズのd線の屈折率の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
ν凸: 正レンズのアッベ数の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
ν凹: 負レンズのアッベ数の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
α:c線からg線に対する入射光束の主光線が、前記第4レンズ群の最終面を射出したときの光軸とのなす角とし、αの符号を光軸から測って反時計回りを正、時計回りを負
としたとき、
下記の条件式(1)、(2)、(3)、(4):
0.5<f6/f<0.85 (1)
−0.01<n凸−n凹<0.07 (2)
11.0<ν凸−ν凹<16.5 (3)
|α|<1 (4)
を満足することにより、像側のテレセントリック性を±1°の範囲内と非常に良好なテレセントリック性を有することができ、更にc線(655.27nm)からg線(435.83nm)と広い範囲で、軸上の色収差が良好に補正され、且つ諸収差も良好に補正され、その上、小型で低コストな読取レンズを提供することができる。
請求項2に記載の発明によれば、
物体側から像側に向かって、順次、凸面を物体側に向けて配置された正メニスカスレンズの第1レンズからなる第1レンズ群と、正の第2レンズと負の第3レンズが接合され全体で負の屈折力を有する第2レンズ群と、負の第4レンズと正の第5レンズが接合され全体で負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の第6レンズからなる第4レンズ群とで構成された4群6枚構成で、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを有し、
前記第2レンズが両凸レンズ、前記第3レンズが両凹レンズ、前記第4レンズが両凹レンズ、前記第5レンズが両凸レンズ、前記第6レンズが両凸レンズであり、
ここで、
f6: 前記第6レンズのe線の焦点距離
f : 全系のe線の合成焦点距離
n凸: 正レンズのd線の屈折率の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
n凹: 負レンズのd線の屈折率の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
ν凸: 正レンズのアッベ数の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
ν凹: 負レンズのアッベ数の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
α:c線からg線に対する入射光束の主光線が、前記第4レンズ群の最終面を射出したときの光軸とのなす角とし、αの符号を光軸から測って反時計回りを正、時計回りを負
としたとき、
下記の条件式(1)、(2)、(3)、(4):
0.5<f6/f<0.85 (1)
−0.01<n凸−n凹<0.07 (2)
11.0<ν凸−ν凹<16.5 (3)
|α|<1 (4)
を満足することにより、像側のテレセントリック性を±1°の範囲内と非常に良好なテレセントリック性を有することができ、更にc線(655.27nm)からg線(435.83nm)と広い範囲で、軸上の色収差が良好に補正され、且つ諸収差も良好に補正され、その上、小型で低コストな読取レンズを提供することができる。
According to the invention of
A first lens group including a first lens of a positive meniscus lens, which is arranged with a convex surface directed toward the object side in order from the object side to the image side, and a positive second lens and a negative third lens are cemented together. A second lens group having a negative refractive power as a whole, a third lens group having a negative refractive power as a whole by joining a negative fourth lens and a positive fifth lens, and a positive sixth lens. In a four-group six-lens configuration composed of four lens groups, an aperture stop is provided between the second lens group and the third lens group,
The second lens is a biconvex lens, the third lens is a biconcave lens, the fourth lens is a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side, and the fifth lens is disposed with a concave surface facing the object side. A positive meniscus lens, and the sixth lens is a biconvex lens,
here,
f6: focal length of e-line of the sixth lens f: total focal length of e-line of the entire system n convex: average of refractive indices of d-line of the positive lens (the first lens, the second lens, the fifth Lens, the sixth lens)
n-concave: average of refractive index of d-line of negative lens (the third lens, the fourth lens)
ν convex: average Abbe number of positive lenses (the first lens, the second lens, the fifth lens, the sixth lens)
ν concave: average of Abbe number of negative lens (the third lens, the fourth lens)
α: The principal ray of the incident light beam from the c-line to the g-line is the angle formed by the optical axis when exiting the final surface of the fourth lens group, and the sign of α is measured from the optical axis to counterclockwise. When the clockwise direction is negative ,
Conditional expressions (1), (2), (3) and (4) below:
0.5 <f6 / f <0.85 (1)
−0.01 <n convex−n concave <0.07 (2)
11.0 <ν convex−ν concave <16.5 (3)
| Α | <1 (4)
By satisfying, the telecentricity on the image side can have a very good telecentricity and the range of ± 1 °, a wider range of c line (655.27nm) g-ray and (435.83 nm) in, axial chromatic aberration is satisfactorily corrected, it is and aberrations also satisfactorily corrected and, moreover, Ru can provide low-cost reading lens compact.
According to invention of
A first lens group including a first lens of a positive meniscus lens, which is arranged with a convex surface directed toward the object side in order from the object side to the image side, and a positive second lens and a negative third lens are cemented together. A second lens group having a negative refractive power as a whole, a third lens group having a negative refractive power as a whole by joining a negative fourth lens and a positive fifth lens, and a positive sixth lens. In a four-group six-lens configuration composed of four lens groups, an aperture stop is provided between the second lens group and the third lens group,
The second lens is a biconvex lens, the third lens is a biconcave lens, the fourth lens is a biconcave lens, the fifth lens is a biconvex lens, and the sixth lens is a biconvex lens;
here,
f6: focal length of e-line of the sixth lens f: total focal length of e-line of the entire system n convex: average of refractive indices of d-line of the positive lens (the first lens, the second lens, the fifth Lens, the sixth lens)
n-concave: average of refractive index of d-line of negative lens (the third lens, the fourth lens)
ν convex: average Abbe number of positive lenses (the first lens, the second lens, the fifth lens, the sixth lens)
ν concave: average of Abbe number of negative lens (the third lens, the fourth lens)
α: The principal ray of the incident light beam from the c-line to the g-line is the angle formed by the optical axis when exiting the final surface of the fourth lens group, and the sign of α is measured from the optical axis to counterclockwise. When the clockwise direction is negative ,
Conditional expressions (1), (2), (3) and (4) below:
0.5 <f6 / f <0.85 (1)
−0.01 <n convex−n concave <0.07 (2)
11.0 <ν convex−ν concave <16.5 (3)
| Α | <1 (4)
By satisfying, the telecentricity on the image side can have a very good telecentricity and the range of ± 1 °, a wider range of c line (655.27nm) g-ray and (435.83 nm) Thus, the axial chromatic aberration is corrected well, the various aberrations are also corrected, and a small and low-cost reading lens can be provided.
以下、図面を参照して本発明に係る読取レンズおよび該読取レンズを結像光学系として採用した分光測定装置について説明する。
具体的な実施例について説明する前に、先ず、本発明の概念的(原理的)な実施の形態を説明する。
本発明の第1〜第3の実施の形態に係る読取レンズは、
物体側から像側に向かって、順次、凸面を物体側に向けて配置された正メニスカスレンズの第1レンズからなる第1レンズ群と,正の第2レンズと負の第3レンズが接合され全体で負の屈折力を有する第2レンズ群と、負の第4レンズと正の第5レンズが接合され全体で負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の第6レンズからなる第4レンズ群とで構成された4群6枚構成からなる読取レンズであって、さらに次に述べるような特徴を有している。
前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを有する構成とした。
像側のテレセントリック性と軸上の色収差を良好に補正するためには、上述したレンズの構成が必要となる。
Hereinafter, a reading lens according to the present invention and a spectroscopic measurement apparatus employing the reading lens as an imaging optical system will be described with reference to the drawings.
Before describing specific examples, a conceptual (principal) embodiment of the present invention will be described first.
The reading lenses according to the first to third embodiments of the present invention are:
A first lens group including a first lens of a positive meniscus lens, which is arranged with a convex surface directed toward the object side in order from the object side to the image side, and a positive second lens and a negative third lens are cemented together. A second lens group having a negative refractive power as a whole, a third lens group having a negative refractive power as a whole by joining a negative fourth lens and a positive fifth lens, and a positive sixth lens. This is a reading lens composed of 4 groups and 6 elements in 4 groups, and has the following features.
And configured to have a aperture stop between the second lens group and the third lens group.
In order to satisfactorily correct the image side telecentricity and axial chromatic aberration, the above-described lens configuration is required.
また、本発明は、上記構成よりなる読取レンズにおいて、前記第6レンズのe線の焦点距離をf6とし、全系のe線の合成焦点距離をfとし、前記正レンズ(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)のd線の屈折率の平均をn凸、前記負レンズ(前記第3レンズ,前記第4レンズ)のd線の屈折率の平均をn凹、前記正レンズ(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)のアッベ数の平均をν凸、前記負レンズ(前記第3レンズ,前記第4レンズ)のアッベ数の平均をν凹、c線からg線に対する入射光束の主光線が、前記第4レンズ群の最終面を射出したときの光軸とのなす角をαとし、αの符号を光軸から測って反時計回りを正、時計回りを負としたとき、下記の条件(1)、(2)、(3)、(4):
(1) 0.5<f6/f<0.85
(2) −0.01<n凸−n凹<0.07
(3) 11.0<ν凸−ν凹<16.5
|α|<1 (4)
を満足することが望ましい。
条件式(1)は、前記第6レンズのパワーを定めるもので、上限を超えると第6レンズのパワーが弱くなりすぎ、テレセントリック性を確保することが困難になると共に、レンズが大きくなってコストアップの原因となる。下限を下回ると、前記第6レンズのパワーが強くなり過ぎるため、諸収差を良好に補正することが困難となる。
Further, according to the present invention, in the reading lens configured as described above, the focal length of the e-line of the sixth lens is f6, the combined focal length of the entire e-line is f, and the positive lens (the first lens, The average of the refractive index of the d-line of the second lens, the fifth lens, and the sixth lens is n-convex, and the average of the refractive index of the d-line of the negative lens (the third lens and the fourth lens) is calculated. n-concave, average of Abbe number of the positive lens (the first lens, the second lens, the fifth lens, the sixth lens) is ν-convex, the negative lens (the third lens, the fourth lens) The average Abbe number is ν-concave , the chief ray of the incident light beam from the c-line to the g-line is α and the angle formed by the optical axis when exiting the final surface of the fourth lens group is α. The following conditions (1), (2), (3) when the counterclockwise direction measured from the axis is positive and the clockwise direction is negative: , (4) :
(1) 0.5 <f6 / f <0.85
(2) −0.01 <n convex−n concave <0.07
(3) 11.0 <ν convex−ν concave <16.5
| Α | <1 (4)
It is desirable to satisfy
Conditional expression (1) determines the power of the sixth lens. If the upper limit is exceeded, the power of the sixth lens becomes too weak, making it difficult to ensure telecentricity and increasing the lens cost. Cause up. Below the lower limit, the power of the sixth lens becomes too strong, making it difficult to correct various aberrations satisfactorily.
また、条件式(2)は、本発明の第1〜第3の実施の形態において、読取レンズを構成する前記凸レンズと前記凹レンズの屈折率の範囲を定めるもので、上限を超えると、ペッツバール和が小さくなりすぎ、像面が正の側に倒れ像面湾曲が大きくなる。下限を下回ると逆に、ペッツバール和が大きくなりすぎ、像面が負の側に倒れ、非点隔差が大きくなり、この条件の範囲外では、全画面にわたって良好な結像性能を得ることが出来なくなる。
また、条件式(3)は、軸上の色収差を良好に補正する条件である。上限を超えると軸上の色収差が補正過剰になり主波長より短波長側で軸上の色収差が正の側に大きくなる。逆に、下限を下回ると軸上の色収差が補正不足になり主波長より短波長側で負の側に軸上の色収差が大きくなってしまう。
また、本発明に係る読取レンズにおいて、前記条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足した上で、前記第2レンズが両凸レンズ、前記第3レンズが両凹レンズ、前記第4レンズが凹面を物体側に向けて配置された負メニスカスレンズ、前記第5レンズが凹面を物体側に向けて配置された正メニスカスレンズ、前記第6レンズが両凸レンズ、であることが望ましい。
光学系に非球面を形成することなく、色収差をはじめ、諸収差を良好に補正することを実現し、併せてコストの低減を図ることができる。
上述した読取レンズにおいて、c線からg線に対する入射光束の主光線が、前記第4レンズ群の最終面を射出したときの光軸とのなす角をαとし、αの符号を光軸から測って反時計回りを正、時計回りを負として、次の条件式(4):
|α|<1 (4)
を満足することが望ましい(請求項1に対応する)。
レンズの構成枚数を4群6枚構成とし、像側のテレセントリック性を±1°の範囲内とすることで、非常に良好なテレセントリック性を有することができ、更に収差図を見れば明らかなように、c線(656.27nm)からg線(435.83nm)と広い範囲で軸上の色収差を良好に補正し、かつ緒収差も良好に補正され良好な性能を得ることができる。
Conditional expression (2) defines the range of the refractive index of the convex lens and the concave lens constituting the reading lens in the first to third embodiments of the present invention. If the upper limit is exceeded, the Petzval sum Becomes too small, and the image plane falls to the positive side, and the curvature of field increases. On the contrary, if the value falls below the lower limit, the Petzval sum becomes too large, the image surface falls to the negative side, and the astigmatic difference becomes large.Under these conditions, good imaging performance can be obtained over the entire screen. Disappear.
Conditional expression (3) is a condition for satisfactorily correcting axial chromatic aberration. If the upper limit is exceeded, the axial chromatic aberration will be overcorrected, and the axial chromatic aberration will become larger on the positive side at shorter wavelengths than the dominant wavelength. On the other hand, if the lower limit is not reached, the axial chromatic aberration is insufficiently corrected, and the axial chromatic aberration becomes larger on the negative side on the shorter wavelength side than the dominant wavelength.
In the reading lens according to the present invention, after satisfying the conditional expressions (1), (2), (3) and (4) , the second lens is a biconvex lens, the third lens is a biconcave lens, The fourth lens is a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side, the fifth lens is a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side, and the sixth lens is a biconvex lens. not desirable.
It is possible to satisfactorily correct various aberrations including chromatic aberration without forming an aspherical surface in the optical system, and to reduce costs.
In the reading lens described above, the angle between the principal ray of the incident light beam from the c line to the g line and the optical axis when exiting the final surface of the fourth lens group is α, and the sign of α is measured from the optical axis. Where counterclockwise is positive and clockwise is negative, the following conditional expression (4):
| Α | <1 (4)
Is preferably satisfied (corresponding to claim 1 ).
When the number of lenses is 6 in 4 groups and the telecentricity on the image side is within a range of ± 1 °, very good telecentricity can be obtained. In addition, the axial chromatic aberration is corrected well in the wide range from the c-line (656.27 nm) to the g-line (435.83 nm), and the leading aberration is also corrected, and good performance can be obtained.
前記条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足した状態で、レンズ系をコンパクトに保ちながら、諸収差を良好に補正可能となる。
また、前記条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足した上で、前記第2レンズが両凸レンズ、前記第3レンズが両凹レンズ、前記第4レンズが両凹レンズ、前記第5レンズが両凸レンズ、前記第6レンズが両凸レンズ、であっても良い(請求項2に対応する)。
このようなレンズ構成であっても、前記条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足した状態で、レンズ系をコンパクトに保ちながら、諸収差を良好に補正することができる。
上記のように構成された読取レンズにおいて、6枚のレンズが全てガラスレンズであり、そのガラス材料は鉛、砒素などの有害物質を含有していないことが望ましい(請求項3に対応する)。
このように、全てのレンズを化学的に安定で鉛や砒素等の有害物質を含まない光学ガラスで構成することにより、材料のリサイクル化が可能で、加工時の廃液による水質汚染が無く、省資源化や加工時に発生するCO2等を低減でき、地球環境を考慮した、小型で低コストな読取用レンズとする事ができる。
Various aberrations can be favorably corrected while keeping the lens system compact in a state where the conditional expressions (1), (2), (3) , and (4) are satisfied.
In addition, after satisfying the conditional expressions (1), (2), (3) and (4) , the second lens is a biconvex lens, the third lens is a biconcave lens, the fourth lens is a biconcave lens, The fifth lens may be a biconvex lens, and the sixth lens may be a biconvex lens (corresponding to claim 2).
Even with such a lens configuration, various aberrations can be corrected satisfactorily while keeping the lens system compact while satisfying the conditional expressions (1), (2), (3) , and (4). Can do.
In the reading lens configured as described above, it is desirable that all six lenses are glass lenses, and that the glass material does not contain harmful substances such as lead and arsenic (corresponding to claim 3).
In this way, all lenses are made of optical glass that is chemically stable and does not contain harmful substances such as lead and arsenic, so that materials can be recycled, and there is no water pollution due to waste liquid during processing, saving energy. It is possible to reduce CO2 and the like generated at the time of resource recycling and processing, and to obtain a reading lens that is small and low cost in consideration of the global environment.
また、上述した読取レンズにおいて、6枚のレンズが全て球面レンズのみで構成することが望ましい(請求項4に対応する)。
光学系に非球面を形成することなく、色収差をはじめ、諸収差を良好に補正することを実現し、併せてコストの低減を図ることができる。
In the reading lens described above, it is desirable that all the six lenses are composed of only spherical lenses (corresponding to claim 4).
It is possible to satisfactorily correct various aberrations including chromatic aberration without forming an aspherical surface in the optical system, and to reduce costs .
また、画像担持媒体に光を照射する光照射部と、前記画像担持媒体からの拡散光の一部を透過するための一次元に配列された複数の開口部が設けられたホールアレイと、前記ホールアレイ上における像を結像するための結像光学系と、前記結像のための光線を回折する回折素子と、前記回折素子により分光された光を受光する一次元に配列された複数の画素を有する受光部と、を有し、前記受光部は、所定の数の画素ごとに複数の分光センサ部が形成されており、前記ホールアレイの一つの開口部を通過した光は、前記回折素子により分光され、前記受光部における対応する一つの分光センサ部における各々の画素に入射させることにより、前記拡散光における光の分光特性を得る分光測定装置において、上述したいずれかの読取レンズを、前記結像光学系として有することが望ましい(請求項5に対応する)。
分光測定装置に用いられる結像光学系は、回折素子回折された像を一次元の受光部であるラインセンサに結像させるために、像側にテレセントリック性を有する必要があり、且つ可視域全域に亘って、色収差を良好に補正されたレンズであることが必要であるため、本発明に係る読取レンズは、分光測定装置に正に好適なものである。
以下に、本発明の読取光学系の実施の形態および具体的な実施例(数値実施例)を示す。
A light irradiating unit configured to irradiate the image bearing medium with light; a hole array provided with a plurality of openings arranged in one dimension to transmit part of diffused light from the image bearing medium; An image forming optical system for forming an image on the hole array, a diffraction element for diffracting the light beam for the image formation, and a plurality of one-dimensionally arranged light receiving light dispersed by the diffraction element A light receiving portion having pixels, wherein the light receiving portion has a plurality of spectral sensor portions formed for each predetermined number of pixels, and the light passing through one opening of the hole array is diffracted In the spectroscopic measurement device that obtains the spectral characteristics of the light in the diffused light by being split by the element and entering each pixel in the corresponding one of the spectral sensor units in the light receiving unit, It is desirable to have as Kiyuizo optical system (corresponding to claim 5).
The imaging optical system used in the spectroscopic measurement apparatus needs to have telecentricity on the image side in order to form an image diffracted by the diffraction element on a line sensor which is a one-dimensional light receiving unit, and the entire visible range. Therefore, the reading lens according to the present invention is exactly suitable for a spectroscopic measurement apparatus because it is necessary that the lens has a chromatic aberration corrected satisfactorily.
Embodiments and specific examples (numerical examples) of the reading optical system of the present invention are shown below.
なお、実施例1〜実施例3における記号の意味は、下記の通りである。
以下に本発明の実施例を示す。各実施例における記号の意味は、下記の通りである。
f:全系のe線の合成焦点距離
FNo:Fナンバ
m:縮率
ω:半画角(度)
Y:物体高
ri(i=1〜11):物体側から数えてi番目のレンズ面の曲率半径
di(i=1〜10):物体側から数えてi番目の面間隔
nj(j=1〜6):物体側から数えてj番目のレンズの材料の屈折率
νj(j=1〜6):物体側から数えてj番目のレンズの材料のアッベ数
rc1:ダミーガラスの物体側の曲率半径
rc2:ダミーガラスの像側の曲率半径
dc1:ダミーガラスの肉厚
nc1:ダミーガラスの屈折率
νc1:ダミーガラスのアッベ数
nd:d線の屈折率
ne:e線の屈折率
f6:第6レンズのe線の焦点距離
n凸:正の屈折力を有するレンズのndの平均
n凹:負の屈折力を有するレンズのndの平均
ν凸:正の屈折力を有するレンズのndの平均
ν凹:負の屈折力を有するレンズのndの平均
図1は、本発明に係る読取レンズの概念図であると共に、読取レンズの光学系の構成を示す断面図である。
In addition, the meaning of the symbol in Example 1- Example 3 is as follows.
Examples of the present invention are shown below. The meanings of symbols in each embodiment are as follows.
f: Composite focal length of e-line of the entire system FNo: F number m: Reduction ratio ω: Half angle of view (degrees)
Y: object height ri (i = 1 to 11): radius of curvature of the i-th lens surface counted from the object side di (i = 1 to 10): i-th surface interval counted from the object side nj (j = 1) ˜6): Refractive index of the material of the jth lens counted from the object side νj (j = 1 to 6): Abbe number of the material of the jth lens counted from the object side rc1: Curvature of the dummy glass on the object side Radius rc2: Radius of curvature on the image side of the dummy glass dc1: Thickness of the dummy glass nc1: Refractive index of the dummy glass νc1: Abbe number of the dummy glass nd: Refractive index of the d line ne: Refractive index of the e line f6: Sixth Focal length of lens e-line n convex: average of nd of lenses having positive refractive power n concave: average of nd of lenses having negative refractive power ν convex: average of nd of lenses having positive refractive power ν Concave: Average nd of lenses having negative refractive power FIG. Together is a conceptual diagram of a reading lens, is a cross-sectional view showing a configuration of an optical system of the reading lens.
図1に示す読取レンズは、光軸に沿って、物体側から像側に向かって、順次、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りADを配置している。
第1レンズ群G1は、単一の第1レンズL1を有してなる。
第2レンズ群G2は、第2レンズL2と第3レンズL3を有してなる。第3レンズ群G3は、第4レンズ群L4と第5レンズ群L5を有してなる。第4レンズ群G4は、単一の第6レンズL6を有してなる。
尚、第2レンズL2と第3レンズL3および第4レンズL4と第5レンズL5の各2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わされて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4は、それぞれ各群毎に適宜なる支持枠によって支持されている。
図1には、各光学面の面番号r1〜r11、rc1、rc2、面間隔d1〜d10、dc、屈折率n1〜n6、nc、アッベ数ν1〜ν6、νcも示している。
なお、図1に示す断面図は、図2に示す本発明の第1の実施の形態の断面図と同様であるので、詳しい説明は、図2を参照しつつ行うこととする。
The reading lens shown in FIG. 1 includes a first lens group G1 having a positive refractive power and a second lens group G2 having a negative refractive power in order from the object side to the image side along the optical axis. The third lens group G3 having negative refractive power and the fourth lens group G4 having positive refractive power are disposed, and the aperture stop AD is disposed between the second lens group G2 and the third lens group G3. doing.
The first lens group G1 includes a single first lens L1.
The second lens group G2 includes a second lens L2 and a third lens L3. The third lens group G3 includes a fourth lens group L4 and a fifth lens group L5. The fourth lens group G4 includes a single sixth lens L6.
The two lenses, the second lens L2 and the third lens L3, and the fourth lens L4 and the fifth lens L5, are intimately bonded to each other and joined together to form a cemented lens composed of two lenses. doing.
The first lens group G1 to the fourth lens group G4 are each supported by an appropriate support frame for each group.
FIG. 1 also shows surface numbers r1 to r11, rc1, rc2, surface intervals d1 to d10, dc, refractive indexes n1 to n6, nc, and Abbe numbers ν1 to ν6, νc of each optical surface.
The sectional view shown in FIG. 1 is the same as the sectional view of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2, and detailed description will be made with reference to FIG.
図2は、本発明の第1の実施の形態であって且つ実施例(数値実施例)1に係る読取レンズの断面構成を示す断面図と共に、レンズを透過する光線の屈折状態を示す光路図を表している。
図2において、第1の実施の形態に係る読取レンズ1は、光軸に沿って、物体側から像側に向かって、順次、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りADを配置している。
第1レンズ群G1は、単一の第1レンズL1を有し、第2レンズ群G2は、第2レンズL2と第3レンズL3を有し、第3レンズ群G3は、第4レンズL4と第5レンズL5を有し、第4レンズ群G4は、単一の第6レンズL6を有している。
尚、第2レンズL2と第3レンズL3および第4レンズL4と第5レンズL5の各2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
FIG. 2 is an optical path diagram showing a refraction state of a light beam transmitted through the lens, together with a sectional view showing a sectional configuration of the reading lens according to the first embodiment of the present invention and Example (Numerical Example) 1. Represents.
In FIG. 2, the reading
The first lens group G1 includes a single first lens L1, the second lens group G2 includes a second lens L2 and a third lens L3, and the third lens group G3 includes a fourth lens L4. The fourth lens group G4 includes a fifth lens L5 and a single sixth lens L6.
Each of the two lenses, the second lens L2 and the third lens L3, and the fourth lens L4 and the fifth lens L5, are closely bonded to each other and joined together to form a cemented lens formed by joining the two lenses. Forming.
第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4は、それぞれ、各群毎に、または共通の支持枠(図示せず)によって、支持されている。各光学の面番号も示している。なお、図2における各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各実施例毎に独立して用いており、そのため他の実施例に係る図面と共通の参照符号を付していてもそれらは他の実施例とは必ずしも共通の構成ではない。
第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りADが固定配置されている。
この第1の実施の形態に係る読取レンズ1は、正・負・負・正の4群6枚の構成でなっている。
第1レンズ群G1は、物体側から像側に向かって、順次、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第1レンズ(正レンズ)を配置している。第2レンズ群G2は、物体側から像側に向かって、順次、物体側に像側の面より曲率が大きな凸面を向けた両凸レンズからなる第2レンズL2(正レンズ)と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる第3レンズL3(負レンズ)とを配置し、この第2レンズL2と第3レンズL3の2枚のレンズは、互いに密接して、貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
The first lens group G1 to the fourth lens group G4 are supported by each group or by a common support frame (not shown). The surface number of each optical is also shown. Note that each reference symbol in FIG. 2 is used independently for each embodiment in order to avoid complication of explanation due to an increase in the number of digits of the reference symbol, and therefore, a reference common to the drawings according to the other embodiments. Even if the reference numerals are given, they are not necessarily in common with the other embodiments.
An aperture stop AD is fixedly disposed between the second lens group G2 and the third lens group G3.
The reading
In the first lens group G1, a first lens (positive lens) composed of a positive meniscus lens having a convex surface directed toward the object side is sequentially arranged from the object side toward the image side. The second lens group G2 includes, in order from the object side to the image side, a second lens L2 (positive lens) composed of a biconvex lens having a convex surface with a larger curvature than the image side surface toward the object side, and the image side. A third lens L3 (negative lens) composed of a biconcave lens having a concave surface having a larger curvature than the object side surface is disposed, and the two lenses of the second lens L2 and the third lens L3 are in close contact with each other. And bonded together to form a cemented lens consisting of two lenses.
第3レンズ群G3は、物体側から順次、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第4レンズL4(負レンズ)と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第5レンズL5(正レンズ)とを配置し、この第4レンズL4と、第5レンズL5の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
第4レンズ群G4は、物体側に像側の面より大きな曲率の凸面を向けた両凸レンズからなる第6レンズ(正レンズ)L6を配置している。
この第1の実施の形態において、第4レンズ群G4の像面側に配置される平行平板FGは、光学ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ等の各種フィルタや、CMOS、CCDセンサ等の受光素子のカバーガラス(またはシールガラス)を想定したものである。
そして、第1レンズ群G1の第1レンズL1から第4レンズ群G4の第6レンズL6までの光学材料は、すべて光学レンズで構成され、且つ読取レンズ1の第1面r1から第11面までのいずれのレンズ面にも非球面が形成されていないことも特徴となっている。
この実施例1における各光学要素の光学特性は、次表1の通りである。
The third lens group G3 includes, in order from the object side, a fourth lens L4 (negative lens) composed of a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side and a fifth lens L5 (negative lens) composed of a positive meniscus lens having a convex surface directed to the image side. A positive lens), and the four lenses, the fourth lens L4 and the fifth lens L5, are closely bonded to each other to be joined together to form a cemented lens composed of two lenses. Yes.
In the fourth lens group G4, a sixth lens (positive lens) L6 including a biconvex lens having a convex surface with a larger curvature than the image side surface is disposed on the object side.
In the first embodiment, the parallel flat plate FG disposed on the image plane side of the fourth lens group G4 includes various filters such as an optical low-pass filter and an infrared cut filter, and light receiving elements such as a CMOS and a CCD sensor. A cover glass (or seal glass) is assumed.
The optical materials from the first lens L1 of the first lens group G1 to the sixth lens L6 of the fourth lens group G4 are all composed of optical lenses, and from the first surface r1 to the eleventh surface of the
The optical characteristics of each optical element in Example 1 are as shown in Table 1 below.
上述した実施例1における条件式(1)〜(3)に対応する値は、
条件式(1):f6/f=0.810
条件式(2):n凸−n凹=0.064055
条件式(3):ν凸−ν凹=11.90
であり、それぞれ条件式(1)〜条件式(3)を満足している。
また、上述した実施例1における条件式(4)に対応する値、即ち、主光線の像面への入射角αは、
0.25yのとき、−0.502°
0.5yのとき、−0.748°
0.75yのとき、−0.430°
0.9yのとき、0.208°
1.0yのとき、0.901°
であり、条件式(4)を満足している。
よって、実施例1の読取レンズ1は、c線からg線に対する入射光束の主光線が第4レンズ群の最終面を射出したときの光軸とのなす角(主光線の像面に対する入射角度)αが0.901という非常に良好なテレセントリック性を有することが明らかである。
The values corresponding to the conditional expressions (1) to (3) in the first embodiment are as follows:
Conditional expression (1): f6 / f = 0.810
Conditional expression (2): n convex-n concave = 0.064055
Conditional expression (3): ν convex−ν concave = 11.10
And satisfy conditional expressions (1) to (3), respectively.
Further, the value corresponding to the conditional expression (4) in the first embodiment, that is, the incident angle α of the principal ray to the image plane is
-0.502 ° at 0.25y
-0.748 ° at 0.5y
-0.430 ° when 0.75y
0.208 ° at 0.9y
0.901 ° at 1.0y
And conditional expression (4) is satisfied.
Therefore, in the
また、図3に、実施例1における球面収差、非点収差、歪曲収差並びにコマ収差(横収差)の各収差図を示している。なお、これらの図において、球面収差における破線は正弦条件をあらわし、非点収差における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれあらわしている。また、球面収差、非点収差、並びにコマ収差(横収差)の各収差図におけるc、e、Fおよびgはそれぞれ、c線、e線、F線およびg線をあらわしている。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
これらの収差図から明らかなように、広い範囲での軸上の色収差を良好に補正し、且つ諸収差も補正され、良好な性能を有していることが分かる。
FIG. 3 shows aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism, distortion, and coma aberration (lateral aberration) in Example 1. In these drawings, a broken line in spherical aberration represents a sine condition, a solid line in astigmatism represents sagittal, and a broken line represents meridional. Further, c, e, F, and g in the respective aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism, and coma aberration (lateral aberration) represent the c-line, e-line, F-line, and g-line, respectively. The same applies to the aberration diagrams of the other examples.
As can be seen from these aberration diagrams, the axial chromatic aberration in a wide range is corrected well, and various aberrations are also corrected.
図4は、本発明の第2の実施の形態であって且つ実施例(数値実施例)2に係る読取レンズの断面構成を示す断面図と共に、レンズを透過する光線の屈折状態を示す光路図を表している。
図4において、第2の実施の形態に係る読取レンズ2は、光軸に沿って、物体側から像側に向かって、順次、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りADを配置している。
第1レンズ群G1は、単一の第1レンズL1を有し、第2レンズ群G2は、第2レンズL2と第3レンズL3を有し、第3レンズ群G3は、第4レンズL4と第5レンズL5を有し、第4レンズ群G4は、単一の第6レンズL6を有している。
第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4は、それぞれ、各群毎に、または共通の支持枠(図示せず)によって、支持されている。図4には、各光学の面番号も示している。なお、図4における各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各実施例毎に独立して用いており、そのため他の実施例に係る図面と共通の参照符号を付していてもそれらは他の実施例とは必ずしも共通の構成ではない。
FIG. 4 is an optical path diagram showing a refraction state of a light beam transmitted through the lens, together with a sectional view showing a sectional configuration of a reading lens according to Example 2 (Numerical Example) 2 according to the second embodiment of the present invention. Represents.
In FIG. 4, the reading
The first lens group G1 includes a single first lens L1, the second lens group G2 includes a second lens L2 and a third lens L3, and the third lens group G3 includes a fourth lens L4. The fourth lens group G4 includes a fifth lens L5 and a single sixth lens L6.
The first lens group G1 to the fourth lens group G4 are supported by each group or by a common support frame (not shown). FIG. 4 also shows the surface numbers of the respective optics. In addition, in order to avoid complication of explanation due to an increase in the number of digits of the reference code, each reference code in FIG. 4 is used independently for each embodiment, and therefore, the same reference as the drawings according to other embodiments. Even if the reference numerals are given, they are not necessarily in common with the other embodiments.
この第2の実施の形態に係る読取レンズ2も、正・負・負・正の4群6枚の構成となっている。
第1レンズ群G1は、物体側から像側に向かって、順次、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第1レンズ(正レンズ)を配置している。第2レンズ群G2は、物体側から像側に向かって、順次、物体側に像側の面より曲率が大きな凸面を向けた両凸レンズからなる第2レンズL2(正レンズ)と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる第3レンズL3(負レンズ)とを配置し、この第2レンズL2と第3レンズL3の2枚のレンズは、互いに密接して、貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
第3レンズ群G3は、物体側から順次、像側に物体側の面より大きな曲率の凹面を向けた両凹レンズからなる第4レンズL4(負レンズ)と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第5レンズL5(正レンズ)とを配置し、この第4レンズL4と、第5レンズL5の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
第4レンズ群G4は、物体側に像側の面より大きな曲率の凸面を向けた両凸レンズからなる第6レンズ(正レンズ)L6を配置している。
The reading
In the first lens group G1, a first lens (positive lens) composed of a positive meniscus lens having a convex surface directed toward the object side is sequentially arranged from the object side toward the image side. The second lens group G2 includes, in order from the object side to the image side, a second lens L2 (positive lens) composed of a biconvex lens having a convex surface with a larger curvature than the image side surface toward the object side, and the image side. A third lens L3 (negative lens) composed of a biconcave lens having a concave surface having a larger curvature than the object side surface is disposed, and the two lenses of the second lens L2 and the third lens L3 are in close contact with each other. And bonded together to form a cemented lens consisting of two lenses.
The third lens group G3 includes, in order from the object side, a fourth lens L4 (negative lens) composed of a biconcave lens having a concave surface with a larger curvature than the object side surface on the image side, and a positive meniscus lens having a convex surface on the object side. The fifth lens L5 (positive lens) is arranged, and the fourth lens L4 and the two lenses of the fifth lens L5 are closely bonded to each other and integrally joined to each other. A cemented lens is formed.
In the fourth lens group G4, a sixth lens (positive lens) L6 including a biconvex lens having a convex surface with a larger curvature than the image side surface is disposed on the object side.
この第2の実施の形態において、第4レンズ群G4の像面側に配置される平行平板FGは、光学ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ等の各種フィルタや、CMOS、CCDセンサ等の受光素子のカバーガラス(またはシールガラス)を想定したダミーガラスである。
そして、第1レンズ群G1の第1レンズL1から第4レンズ群G4の第6レンズL6までの光学材料は、すべてガラスレンズで構成され、且つ読取レンズ1の第1面r1から第11面までのいずれのレンズ面にも非球面が形成されていないことも特徴となっている。また、ガラス材料は、鉛、砒素などの有害物質を含有していないものを使用している。
この実施例2における各光学要素の光学特性は、次表2の通りである。
In the second embodiment, the parallel flat plate FG disposed on the image plane side of the fourth lens group G4 includes various filters such as an optical low-pass filter and an infrared cut filter, and light receiving elements such as a CMOS and a CCD sensor. It is a dummy glass that assumes a cover glass (or seal glass).
The optical materials from the first lens L1 of the first lens group G1 to the sixth lens L6 of the fourth lens group G4 are all composed of glass lenses, and from the first surface r1 to the eleventh surface of the
The optical characteristics of each optical element in Example 2 are as shown in Table 2 below.
上述した実施例2における条件式(1)〜(3)に対応する値は、
条件式(1):f6/f=0.566
条件式(2):n凸−n凹=−0.00978
条件式(3):ν凸−ν凹=15.71
であり、それぞれ条件式(1)〜条件式(3)を満足している。
The values corresponding to the conditional expressions (1) to (3) in the second embodiment are as follows:
Conditional expression (1): f6 / f = 0.666
Conditional expression (2): n convex-n concave = -0.00978
Conditional expression (3): ν convex−ν concave = 15.71
And satisfy conditional expressions (1) to (3), respectively.
また、上述した実施例2における条件式(4)に対応する値、即ち、主光線の像面への入射角αは、
0.25yのとき、−0.367°
0.5yのとき、−0.657°
0.75yのとき、−0.781°
0.9yのとき、−0.730°
1.0yのとき、−0.623°
であり、条件式(4)を満足している。
よって、実施例2の読取レンズ2は、c線からg線に対する入射光束の主光線が第4レンズ群の最終面を射出したときの光軸とのなす角(主光線の像面に対する入射角度)αが−0.623(1.0yのとき)という非常に良好なテレセントリック性を有することが明らかである。
Further, the value corresponding to the conditional expression (4) in the above-described second embodiment, that is, the incident angle α of the principal ray to the image plane is
-0.367 ° at 0.25y
-0.557 ° at 0.5y
-0.781 ° at 0.75y
-0.730 ° at 0.9y
-0.623 ° at 1.0y
And conditional expression (4) is satisfied.
Therefore, in the
また、図5に、実施例2における球面収差、非点収差、歪曲収差並びにコマ収差(横収差)の各収差図を示している。なお、これらの図において、球面収差における破線は正弦条件をあらわし、非点収差における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれあらわしている。また、球面収差、非点収差、並びにコマ収差(横収差)の各収差図におけるc、e、Fおよびgはそれぞれ、c線、e線、F線およびg線をあらわしている。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
これらの収差図から明らかなように、広い範囲での軸上の色収差を良好に補正し、且つ諸収差も補正され、良好な性能を有していることが分かる。
FIG. 5 shows aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism, distortion, and coma aberration (lateral aberration) in Example 2. In these drawings, a broken line in spherical aberration represents a sine condition, a solid line in astigmatism represents sagittal, and a broken line represents meridional. Further, c, e, F, and g in the respective aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism, and coma aberration (lateral aberration) represent the c-line, e-line, F-line, and g-line, respectively. The same applies to the aberration diagrams of the other examples.
As can be seen from these aberration diagrams, the axial chromatic aberration in a wide range is corrected well, and various aberrations are also corrected.
図6は、本発明の第3の実施の形態であって且つ実施例(数値実施例)3に係る読取レンズの断面構成を示す断面図と共に、レンズを透過する光線の屈折状態を示す光路図を表している。
図6において、第3の実施の形態に係る読取レンズ3は、光軸に沿って、物体側から像側に向かって、順次、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りADを配置している。
第1レンズ群G1は、単一の第1レンズL1を有し、第2レンズ群G2は、第2レンズL2と第3レンズL3を有し、第3レンズ群G3は、第4レンズL4と第5レンズL5を有し、第4レンズ群G4は、単一の第6レンズL6を有している。
第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4は、それぞれ、各群毎に、または共通の支持枠(図示せず)によって、支持されている。各光学の面番号も示している。なお、図6における各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各実施例毎に独立して用いており、そのため他の実施例に係る図面と共通の参照符号を付していてもそれらは他の実施例とは必ずしも共通の構成ではない。
FIG. 6 is an optical path diagram showing a refraction state of light rays passing through the lens, along with a sectional view showing a sectional configuration of a reading lens according to Example 3 (Numerical Example) 3 according to the third embodiment of the present invention. Represents.
In FIG. 6, the reading
The first lens group G1 includes a single first lens L1, the second lens group G2 includes a second lens L2 and a third lens L3, and the third lens group G3 includes a fourth lens L4. The fourth lens group G4 includes a fifth lens L5 and a single sixth lens L6.
The first lens group G1 to the fourth lens group G4 are supported by each group or by a common support frame (not shown). The surface number of each optical is also shown. In addition, in order to avoid complication of explanation due to an increase in the number of digits of the reference code, each reference code in FIG. 6 is used independently for each embodiment, and therefore, is a reference common to the drawings according to other embodiments. Even if the reference numerals are given, they are not necessarily in common with the other embodiments.
この第3の実施の形態に係る読取レンズ3は、正・負・負・正の4群6枚の構成となっている。
第1レンズ群G1は、物体側から像側に向かって、順次、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第1レンズ(正レンズ)を配置している。第2レンズ群G2は、物体側から像側に向かって、順次、物体側に像側の面より曲率が大きな凸面を向けた両凸レンズからなる第2レンズL2(正レンズ)と、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる第3レンズL3(負レンズ)とを配置し、この第2レンズL2と第3レンズL3の2枚のレンズは、互いに密接して、貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
第3レンズ群G3は、物体側から順次、像側に物体側の面より曲率の大きな凹面を向けた両凹レンズからなる第4レンズL4(負レンズ)と物体側に像側の面より大きな曲率の凸面を向けた両凸レンズからなる第5レンズL5(正レンズ)とを配置し、この第4レンズL4と、第5レンズL5の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
第4レンズ群G4は、像側に物体側の面より大きな曲率の凸面を向けた両凸レンズからなる第6レンズ(正レンズ)L6を配置している。
The reading
In the first lens group G1, a first lens (positive lens) composed of a positive meniscus lens having a convex surface directed toward the object side is sequentially arranged from the object side toward the image side. The second lens group G2 includes, in order from the object side to the image side, a second lens L2 (positive lens) composed of a biconvex lens having a convex surface with a larger curvature than the image side surface toward the object side, and the image side. A third lens L3 (negative lens) composed of a biconcave lens having a concave surface having a larger curvature than the object side surface is disposed, and the two lenses of the second lens L2 and the third lens L3 are in close contact with each other. And bonded together to form a cemented lens consisting of two lenses.
The third lens group G3 includes, in order from the object side, a fourth lens L4 (negative lens) composed of a biconcave lens with a concave surface having a larger curvature than the object side surface facing the image side, and a larger curvature than the image side surface toward the object side. A fifth lens L5 (positive lens) composed of a biconvex lens with its convex surface facing is disposed, and the fourth lens L4 and the two lenses of the fifth lens L5 are closely bonded to each other and integrated. A cemented lens composed of two lenses is joined.
In the fourth lens group G4, a sixth lens (positive lens) L6 including a biconvex lens having a convex surface with a larger curvature than the object-side surface is disposed on the image side.
この第3の実施の形態において、第4レンズ群G4の像面側に配置される平行平板FGは、光学ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ等の各種フィルタや、CMOS、CCDセンサ等の受光素子のカバーガラス(またはシールガラス)を想定したダミーガラスである。
そして、第1レンズ群G1の第1レンズL1から第4レンズ群G4の第6レンズL6までの光学材料は、すべてガラスレンズで構成され、且つ読取レンズ3の第1面r1から第11面までのいずれのレンズ面にも非球面が形成されていないことも特徴となっている。また、6枚のレンズのガラス材料には、鉛、砒素などの有害物質が含有されていない。
この実施例3における各光学要素の光学特性は、次表3の通りである。
In the third embodiment, the parallel flat plate FG disposed on the image plane side of the fourth lens group G4 includes various filters such as an optical low-pass filter and an infrared cut filter, and light receiving elements such as a CMOS and a CCD sensor. It is a dummy glass that assumes a cover glass (or seal glass).
The optical materials from the first lens L1 of the first lens group G1 to the sixth lens L6 of the fourth lens group G4 are all composed of glass lenses, and from the first surface r1 to the eleventh surface of the
The optical characteristics of the optical elements in Example 3 are as shown in Table 3 below.
上述した実施例3における条件式(1)〜(3)に対応する値は、
条件式(1):f6/f=0.530
条件式(2):n凸−n凹=−0.00978
条件式(3):ν凸−ν凹=15.71
であり、それぞれ条件式(1)〜条件式(3)を満足している。
The values corresponding to the conditional expressions (1) to (3) in Example 3 described above are
Conditional expression (1): f6 / f = 0.530
Conditional expression (2): n convex-n concave = -0.00978
Conditional expression (3): ν convex−ν concave = 15.71
And satisfy conditional expressions (1) to (3), respectively.
また、上述した実施例3における条件式(4)に対応する値、即ち、主光線の像面への入射角αは、
0.25yのとき、−0.302°
0.5yのとき、−0.562°
0.75yのとき、−0.737°
0.9yのとき、−0.777°
1.0yのとき、−0.769°
であり、条件式(4)を満足している。
よって、実施例3の読取レンズ3は、c線からg線に対する入射光束の主光線が第4レンズ群の最終面を射出したときの光軸とのなす角(主光線の像面に対する入射角度)αが−0.769(1.0yのとき)という非常に良好なテレセントリック性を有することが明らかである。
Further, the value corresponding to the conditional expression (4) in the above-described third embodiment, that is, the incident angle α of the principal ray to the image plane is
-0.302 ° at 0.25y
-0.562 ° at 0.5y
-0.737 ° at 0.75y
-0.777 ° at 0.9y
-0.769 ° at 1.0y
And conditional expression (4) is satisfied.
Therefore, in the
また、図7に、実施例3における球面収差、非点収差、歪曲収差並びにコマ収差(横収差)の各収差図を示している。なお、これらの図において、球面収差における破線は正弦条件をあらわし、非点収差における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれあらわしている。また、球面収差、非点収差、並びにコマ収差(横収差)の各収差図におけるc、e、Fおよびgはそれぞれ、c線、e線、F線およびg線をあらわしている。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
これらの収差図から明らかなように、広い範囲での軸上の色収差を良好に補正し、且つ諸収差も補正され、良好な性能を有していることが分かる。
尚、条件式(1)〜(3)について、
実施例1〜3における条件式(1)〜(3)の値を、下記の表4にまとめて示す。
FIG. 7 shows aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism, distortion, and coma aberration (lateral aberration) in Example 3. In these drawings, a broken line in spherical aberration represents a sine condition, a solid line in astigmatism represents sagittal, and a broken line represents meridional. Further, c, e, F, and g in the respective aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism, and coma aberration (lateral aberration) represent the c-line, e-line, F-line, and g-line, respectively. The same applies to the aberration diagrams of the other examples.
As can be seen from these aberration diagrams, the axial chromatic aberration in a wide range is corrected well, and various aberrations are also corrected.
Regarding conditional expressions (1) to (3),
The values of conditional expressions (1) to (3) in Examples 1 to 3 are summarized in Table 4 below.
また、条件式(4)について、実施例1〜3における条件式(4)の値を、下記の表5に、各像高毎に分けて、表5にまとめて示す。 Moreover, about conditional expression (4), the value of conditional expression (4) in Examples 1 to 3 is shown in Table 5 below for each image height and summarized in Table 5.
[第4の実施の形態]
次に、上述した本発明の第1の実施の形態〜第3の実施の形態に係る読取レンズ1〜3を、分光測定装置の結像光学系として採用して構成した、本発明の第4の実施の形態に係る分光測定装置について、図8、図9を参照して説明する。
図8、図9において、分光測定装置は、画像担持媒体11に光を照射するライン照明光源12、レンズ13からなる光照射部と、画像担持媒体11に形成されている画像をホールアレイ15上に結像するセルフォック(登録商標)レンズ14、画像担持媒体11からの拡散光の一部を透過するための一次元に配列された複数の開口部が設けられたホールアレイ15と、ホールアレイ15上における像を結像するための結像光学系16と、結像のための光線を回折する回折素子17と、回折素子17により分光された光を受光する一次元に配列された複数の画素を有する受光部18と、を有し、受光部18は、所定の数の画素ごとに複数の分光センサ部が形成されており、ホールアレイ15の一つの開口部を通過した光は、回折素子17により分光され、受光部18における対応する一つの分光センサ部における各々の画素に入射させることにより、拡散光における分光特性を得ることができるものであって、回折素子17における構造は、結像光学系16によって結像される像の像高に対応して、変化するように形成されている。
[Fourth Embodiment]
Next, the
In FIG. 8 and FIG. 9, the spectroscopic measuring device displays a line
結像光学系16によって結像される像の像高とは、結像光学系16によってラインセンサ(受光部)18上において、結像される像において、結像光学系16の光軸中心を原点としたときのX軸方向における位置、即ちラインセンサ18における画素21の配列方向における位置を意味するものとする。
上記構成よりなる分光測定装置において、回折素子17に角度を持って光が入射すると、異なる角度の光ごとに回折角が変化してしまう。
そうすると、その後段のラインセンサ(たとえば、CCD)への入射する回折像の幅や角度が像高により変わり、焦点位置が変わってしまうことを制御することができる。
また、光学レイアウトは、ピンホールとマイクロレンズが一対一対応で、それぞれの光軸が一直線に並んでいるので、ピンホールに真直ぐに入射し、そのまま、マイクロレンズに到達する必要があるので、本発明のように、第4レンズ群G4の最終面を射出したときのなす角αが、1°未満(実施例2では、−0.623°、実施例1では、0.901°)と非常に良好なテレセントリック性は、極めて重要な要素なのである。
The image height of the image formed by the imaging
In the spectroscopic measurement apparatus having the above configuration, when light is incident on the
Then, it can be controlled that the width and angle of the diffraction image incident on the subsequent line sensor (for example, CCD) changes depending on the image height and the focal position changes.
Also, the optical layout is one-to-one correspondence between pinholes and microlenses, and the optical axes are aligned in a straight line, so it is necessary to enter the pinholes straight and reach the microlens as it is. Like the invention, the angle α formed when the final surface of the fourth lens group G4 is emitted is less than 1 ° (−0.623 ° in Example 2, 0.901 ° in Example 1), which is extremely low. Good telecentricity is a very important factor.
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
L1〜L6 第1レンズ〜第6レンズ
ri(i=1〜11) 物体側から数えてi番目のレンズ面の曲率半径
di(i=1〜10) 物体側から数えてi番目の面間隔
nj(j=1〜6) 物体側から数えてj番目のレンズの材料の屈折率
νj(j=1〜6) 物体側から数えてj番目のレンズの材料のアッベ数
rc1 ダミーガラスの物体側の曲率半径
rc2 ダミーガラスの像側の曲率半径
dc1 ダミーガラスの肉厚
G1 First lens group G2 Second lens group G3 Third lens group G4 Fourth lens group L1 to L6 First lens to sixth lens ri (i = 1 to 11) Curvature of i-th lens surface counted from the object side Radius di (i = 1 to 10) i-th surface interval counted from the object side nj (j = 1 to 6) Refractive index of the material of the j-th lens counted from the object side νj (j = 1 to 6) Object Abbe number of material of the j-th lens from the side rc1 Radius of curvature of dummy glass on the object side rc2 Radius of curvature of dummy glass on the image side dc1 Thickness of dummy glass
Claims (5)
前記第2レンズが両凸レンズ、前記第3レンズが両凹レンズ、前記第4レンズが凹面を物体側に向けて配置された負メニスカスレンズ、前記第5レンズが凹面を物体側に向けて配置された正メニスカスレンズ、前記第6レンズが両凸レンズ、であり、
下記の条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足することを特徴とする読取レンズ。
0.5<f6/f<0.85 (1)
−0.01<n凸−n凹<0.07 (2)
11.0<ν凸−ν凹<16.5 (3)
|α|<1 (4)
但し、
f6: 前記第6レンズのe線の焦点距離
f : 全系のe線の合成焦点距離
n凸: 正レンズのd線の屈折率の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
n凹: 負レンズのd線の屈折率の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
ν凸: 正レンズのアッベ数の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
ν凹: 負レンズのアッベ数の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
α:c線からg線に対する入射光束の主光線が、前記第4レンズ群の最終面を射出したときの光軸とのなす角とし、αの符号を光軸から測って反時計回りを正、時計回りを負とする。 A first lens group including a first lens of a positive meniscus lens, which is arranged with a convex surface directed toward the object side in order from the object side to the image side, and a positive second lens and a negative third lens are cemented together. A second lens group having a negative refractive power as a whole, a third lens group having a negative refractive power as a whole by joining a negative fourth lens and a positive fifth lens, and a positive sixth lens. In a four-group six-lens configuration composed of four lens groups, an aperture stop is provided between the second lens group and the third lens group,
The second lens is a biconvex lens, the third lens is a biconcave lens, the fourth lens is a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side, and the fifth lens is disposed with a concave surface facing the object side. A positive meniscus lens, and the sixth lens is a biconvex lens,
A reading lens satisfying the following conditional expressions (1), (2), (3) , and (4) .
0.5 <f6 / f <0.85 (1)
−0.01 <n convex−n concave <0.07 (2)
11.0 <ν convex−ν concave <16.5 (3)
| Α | <1 (4)
However,
f6: focal length of e-line of the sixth lens f: total focal length of e-line of the entire system n convex: average of refractive indices of d-line of the positive lens (the first lens, the second lens, the fifth Lens, the sixth lens)
n-concave: average of refractive index of d-line of negative lens (the third lens, the fourth lens)
ν convex: average Abbe number of positive lenses (the first lens, the second lens, the fifth lens, the sixth lens)
ν concave: average of Abbe number of negative lens (the third lens, the fourth lens)
α: The principal ray of the incident light beam from the c-line to the g-line is the angle formed by the optical axis when exiting the final surface of the fourth lens group, and the sign of α is measured from the optical axis to counterclockwise. , Clockwise is negative.
前記第2レンズが両凸レンズ、前記第3レンズが両凹レンズ、前記第4レンズが両凹レンズ、前記第5レンズが両凸レンズ、前記第6レンズが両凸レンズ、であり、
下記の条件式(1)、(2)、(3)、(4)を満足することを特徴とする読取レンズ。
0.5<f6/f<0.85 (1)
−0.01<n凸−n凹<0.07 (2)
11.0<ν凸−ν凹<16.5 (3)
|α|<1 (4)
但し、
f6: 前記第6レンズのe線の焦点距離
f : 全系のe線の合成焦点距離
n凸: 正レンズのd線の屈折率の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
n凹: 負レンズのd線の屈折率の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
ν凸: 正レンズのアッベ数の平均(前記第1レンズ,前記第2レンズ,前記第5レンズ,前記第6レンズ)
ν凹: 負レンズのアッベ数の平均(前記第3レンズ,前記第4レンズ)
α:c線からg線に対する入射光束の主光線が、前記第4レンズ群の最終面を射出したときの光軸とのなす角とし、αの符号を光軸から測って反時計回りを正、時計回りを負とする。 A first lens group including a first lens of a positive meniscus lens, which is arranged with a convex surface directed toward the object side in order from the object side to the image side, and a positive second lens and a negative third lens are cemented together. A second lens group having a negative refractive power as a whole, a third lens group having a negative refractive power as a whole by joining a negative fourth lens and a positive fifth lens, and a positive sixth lens. In a four-group six-lens configuration composed of four lens groups, an aperture stop is provided between the second lens group and the third lens group,
The second lens is a biconvex lens, the third lens is a biconcave lens, the fourth lens is a biconcave lens, the fifth lens is a biconvex lens, and the sixth lens is a biconvex lens,
A reading lens satisfying the following conditional expressions (1), (2), (3) , and (4) .
0.5 <f6 / f <0.85 (1)
−0.01 <n convex−n concave <0.07 (2)
11.0 <ν convex−ν concave <16.5 (3)
| Α | <1 (4)
However,
f6: focal length of e-line of the sixth lens f: total focal length of e-line of the entire system n convex: average of refractive indices of d-line of the positive lens (the first lens, the second lens, the fifth Lens, the sixth lens)
n-concave: average of refractive index of d-line of negative lens (the third lens, the fourth lens)
ν convex: average Abbe number of positive lenses (the first lens, the second lens, the fifth lens, the sixth lens)
ν concave: average of Abbe number of negative lens (the third lens, the fourth lens)
α: The principal ray of the incident light beam from the c-line to the g-line is the angle formed by the optical axis when exiting the final surface of the fourth lens group, and the sign of α is measured from the optical axis to counterclockwise. , Clockwise is negative.
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