(57)【要約】【課題】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。【解決手段】物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する前レンズ群Ｇｆと、正の屈折力とを有する後レンズ群Ｇｒと、少なくとも１面の回折光学面を有する回折光学素子ＤＯＥ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Ｇｆと後レンズ群Ｇｒとの空気間隔を変化させつつ、前レンズ群Ｇｆと後レンズ群Ｇｒとをともに物体側に移動させるように構成されている。【選択図】  図１
2004246139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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るように構成されていることを特徴とする可変倍率撮像レンズ。
【請求項２】
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としたとき、次式
０．７＜ＤＦ／ＤＲ＜１．０
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の可変倍率撮像レンズ。
【請求項３】
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１又は２に記載の可変倍率撮像レンズ。
【請求項４】
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し、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、次式
０．０３＜Ｆａ／ＦＤＯＥ＜０．１
の条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の可変倍率撮像レンズ。
【請求項５】
前記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、次式
｜ｈｐ／ｙ｜＜０．１
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変倍率撮像レンズ。
【請求項６】
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から５のいずれか１項に記載の可変倍率撮像レンズ。
【請求項７】
請求項１から６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。
【発明の詳細な説明】
【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構成されている。
【００１７】
また、本発明に係る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、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、次式０．７＜ＤＦ／ＤＲ＜１．０の条件を満足することが望ましい。
【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。
【００１９】
また、本発明に係る可変倍率撮像レンズにおいて、前記回折光学素子は、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、次式０．０３＜Ｆａ／ＦＤＯＥ＜０．１の条件を満足することが望ましい。
【００２０】
また、本発明に係る可変倍率撮像レンズにおいて、回折光学面を配置する場所は、変倍領域の全てにおいて、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、次式｜ｈｐ／ｙ｜＜０．１の条件を満足することが望ましい。
【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）を満足することが望ましい。
【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）を満足することが望ましい。
【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】
2004246139.tif 000003
【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）＋２Ｃ２｝      （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】
2004246139.tif 000004
【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）＝Ａ２×ｈ２＋Ａ４×ｈ４＋Ａ６×ｈ６＋…      （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】
2004246139.tif 000005
2004246139.tif 000006
【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】
2004246139.tif 000007
2004246139.tif 000008
【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】
2004246139.tif 000009
2004246139.tif 000010
【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】
2004246139.tif 000011
2004246139.tif 000012
【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
【図１】
2004246139.tif 000013
【図２】
2004246139.tif 000014
【図３】
2004246139.tif 000015
【図４】
2004246139.tif 000016
【図５】
2004246139.tif 000017
【図６】
2004246139.tif 000018
【図７】
2004246139.tif 000019
【図８】
2004246139.tif 000020
【図９】
2004246139.tif 000021
【図１０】
2004246139.tif 000022
【図１１】
2004246139.tif 000023
【図１２】
2004246139.tif 000024
【図１３】
2004246139.tif 000025