(57)【要約】【課題】紙幣計数機等に好適な小型の広角レンズを提供する。【解決手段】物体側から像面側に向けて順に、負の屈折力をもち両面が凹状の第１レンズ１、正の屈折力をもち両面が凸状の第２レンズ２、所定の口径をもつ開口絞り４、正の屈折力をもち両面が凸状の第３レンズ３を順に配置する。これによれば、第１レンズ１により強い発散作用が得られ、外径寸法が小さくても広い画角で画像を取り込むことができ、第２レンズ２により正の球面収差、非点収差、コマ収差も効率良く補正でき、第３レンズ３により光線を所定の方向に収斂させて所望の結像を得ることができる。すなわち、広い画角を確保しつつ、レンズの外径の小さい小型の広角レンズが得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像面側に向けて順に、負の屈折力をもち両面が凹状の第１レンズと、正の屈折力をもち両面が凸状の第２レンズと、所定の口径をもつ開口絞りと、正の屈折力をもち両面が凸状の第３レンズと、
を有する、ことを特徴とする広角レンズ。
【請求項２】
前記第１レンズの両面は、曲率が同一に形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の広角レンズ。
【請求項３】
前記第２レンズの両面は、曲率が同一に形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の広角レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読み取り装置等に適用される広角レンズに関し、特に紙幣計数機等に組み込まれて紙幣画像等を読み取るレンズ光学系として適用される広角レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙幣計数機等においては、紙幣の種類を判別する手法の一つとして、レンズ光学系を介して紙幣画像をＣＣＤ等の撮像素子に取り込み、得られた画像データをソフトウエアで処理する方法が広く適用されている。従来、この紙幣画像の取り込みには、画像歪みが比較的少ないテッサー、トリプレット、ダブルガウスと呼ばれる対称型レンズが用いられてきたが、近年においては、紙幣を広い範囲に亘って一度に読み取ることで、判別処理をより高精度にかつ高速化することが望まれている。
【０００３】
一方、広い視野を確保できるレンズ光学系としては、負の屈折力をもつレンズを最前に配置したレトロフォーカスレンズが知られている。このレトロフォーカスレンズとしては、物体側寄りの最前のレンズ群に負の屈折力をもつレンズ、例えば、物体側の面が平面で像面側の面が凹面である平凹レンズ、あるいは、物体側の面が凸面で像面側の面が凹面であるメニスカスレンズ等を採用するのが一般的である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３３７２６８号公報
【特許文献２】
特開２０００−１６２４９８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これら従来のレンズ光学系においては、広い視野を確保するために、物体側寄りの最前に配置される平凹レンズあるいはメニスカスレンズの外径は、像面側に配置されるレンズの外径よりも大きくなっている。
一方、紙幣計数機等においては、駆動機構等の機械部品や照明光源が占める空間が大きく設定されており、レンズ光学系を配置できる空間は非常に狭くなっている。したがって、上記のような外径の大きいレンズ光学系を、従来の紙幣計数機にそのまま配置することは困難であり、広い視野を確保できるレンズ光学系を小型化するか、あるいは、紙幣計数機を大型に改造する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、レンズ光学系の小型化、特に最も小さいレンズに外径を合わせてレンズ光学系全体を小さい円筒状に形成することで、このレンズ光学系が搭載される紙幣計数機、その他の画像読み取り装置等の機器を小型化でき、しかも画角が広くかつ光学特性に優れた広角レンズを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の広角レンズは、物体側から像面側に向けて順に、負の屈折力をもち両面が凹状の第１レンズと、正の屈折力をもち両面が凸状の第２レンズと、所定の口径をもつ開口絞りと、正の屈折力をもち両面が凸状の第３レンズと、を有することを特徴としている。
この構成によれば、第１レンズが両凹レンズであるため、メニスカスレンズ等に比べて強い発散作用が得られ、外径寸法が小さくても視野を広くすることができ、広い画角で画像を取り込むことができる。そして、第２レンズが両凸レンズであるため、第１レンズで生じた正の球面収差を効率良く補正すると共に、非点収差、コマ収差も効率良く補正することができる。さらに、第３レンズが両凸レンズであるため、第２レンズを通過してきた光線を所定の方向に収斂させることができ、所望の結像を得ることができる。これにより、広い画角を確保しつつ、それぞれのレンズの外径を小さくかつ略同一にすることができ、全体として円筒状をなす小型の広角レンズを提供することができる。
【０００８】
上記構成において、第１レンズの両面は曲率が同一に形成されている、構成を採用できる。この構成によれば、組み付けの際に、両面が同一であるため何れの向きにも組み付けることができ、誤組付け等を解消できる。また、第１レンズとして既製品等を採用することもでき、製造コストを低減できる。
【０００９】
上記構成において、第２レンズの両面は曲率が同一に形成されている、構成を採用できる。この構成によれば、組み付けの際に、両面が同一であるため何れの向きにも組み付けることができ、誤組付け等を解消できる。また、第２レンズとして既製品等を採用することもでき、製造コストを低減できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る広角レンズの一実施形態を示す基本構成図である。この広角レンズは、図１に示すように、物体側から像面側に向けて、負の屈折力をもち両面が凹状の第１レンズ１、正の屈折力をもち両面が凸状の第２レンズ２、正の屈折力をもち両面が凸状の第３レンズ３とが順に配置され、さらに、第２レンズ２と第３レンズ３との間において所定の口径をもつ開口絞り４が配置された、レトロフォーカスタイプのレンズ光学系である。
【００１１】
ここで、第１レンズ１ないし第３レンズ３においては、図１に示すように、レンズの面をＳｉ（ｉ＝１〜４，６，７）、それぞれの面の曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜４，６，７）、ｄ線に対する第ｉレンズの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１，２，３）、で表す。開口絞り４の面Ｓ５の曲率半径をＲ５、第１レンズ１から像面Ｓｃまでのそれぞれの光軸方向Ｌにおける面間隔をＤｉ（ｉ＝１〜７）、第１レンズ１〜第３レンズ３の外径寸法をφｉ（ｉ＝１〜３）で表す。
【００１２】
第１レンズ１は、物体側及び像面側の両側に凹面（Ｓ１，Ｓ２）を向けた両凹レンズであり、両方の凹面は球面に形成されている。すなわち、外径寸法φ１を小さくしても、メニスカスレンズ等に比べて強い発散作用が得られるため、広い画角を確保することができる。
【００１３】
ここで、両方の凹面（Ｓ１，Ｓ２）は、曲率（１／Ｒ１，１／Ｒ２）すなわち曲率半径Ｒ１，Ｒ２が異なって形成されてもよく、同一に形成されてもよい。曲率半径Ｒ１，Ｒ２が同一に形成されると、第１レンズ１は何れの面Ｓ１，Ｓ２を物体側（あるいは像面側）に向けてもよいため、誤組みつけが防止され、又、既製品を使用することもでき、製造コストを低減できる。
【００１４】
第２レンズ２は、物体側及び像面側の両側に凸面（Ｓ３，Ｓ４）を向けた両凸レンズであり、両方の凸面は球面に形成されている。第２レンズ２は、第１レンズ１の外径寸法φ１と略同一の外径寸法φ２に形成され、第１レンズ１で生じた球面収差を効率良く補正すると共に、その他の非点収差、コマ収差、像面湾曲を緩和する役割をなす。
また、第２レンズ２は、その外周縁が第１レンズ１の外周縁と環状に接触するように配置されている。したがって、組み付けの際に、第２レンズ２と第１レンズ１との軸心を容易に合わせることができる。
【００１５】
ここで、両方の凸面（Ｓ３，Ｓ４）は、曲率（１／Ｒ３，１／Ｒ４）すなわち曲率半径Ｒ３，Ｒ４が異なって形成されてもよく、同一に形成されてもよい。曲率半径Ｒ３，Ｒ４が同一に形成されると、第２レンズ２は何れの面Ｓ３，Ｓ４を物体側（あるいは像面側）に向けてもよいため、誤組みつけが防止され、又、既製品を使用することもでき、製造コストを低減できる。
【００１６】
第３レンズ３は、物体側及び像面側の両側に凸面（Ｓ６，Ｓ７）を向けた両凸レンズであり、両方の凸面は球面に形成されている。第３レンズ３は、第１レンズ１及び第２レンズ２の外径寸法φ１，φ２と略同一の外径寸法φ３に形成され、第２レンズ２を通過してきた光線を像面Ｓｃに向けて効率良く収斂させる役割をなす。ここで、両方の凸面（Ｓ６，Ｓ７）は、曲率半径Ｒ６，Ｒ７が、│Ｒ６│＞│Ｒ７│となるように形成されている。
【００１７】
上記の構成からなる広角レンズが、紙幣計数機のレンズ光学系に適用された場合について説明すると、図２に示すように、円筒形状をなす鏡筒１０には、光軸方向Ｌにおいて物体（紙幣）Ｐ側から順に、第１レンズ１、第２レンズ２、開口絞り４、第３レンズ３が収容され、押えリング１１により固定されて、全体としてレンズユニット（広角レンズ）を形成している。
ここで、第１レンズ１と第２レンズ２とは、外周縁が接触して配置されるため、スペーサが不要であり、第２レンズ２と第３レンズ３との間に配置された開口絞り４はスペーサの役割をなしている。
【００１８】
また、鏡筒１０は、撮像素子としてのＣＣＤ１２を保持するホルダー２０の円筒部２１に挿入される。そして、調整孔２１ａに取り付けられる偏心ピン（不図示）により、光軸方向Ｌにおける位置が調整されて焦点合わせが行なわれ、ネジ孔２１ｂに螺合される固定ネジ（不図示）により締め付けられて固定される。
ここで、第１レンズ１〜第３レンズ３は、外径寸法φ１，φ２，φ３が全て同一（あるいは略同一）に形成されているため、第１レンズの外径寸法が極端に大きい従来のレンズユニット（広角レンズ）に比べて、鏡筒１０を小型化でき、それ故に、鏡筒１０を保持するホルダー２０を小型化できる。したがって、紙幣計数機内の狭い空間に、鏡筒１０及びホルダー２０を容易に配置できる。
【００１９】
上記構成からなる紙幣計数機においては、鏡筒１０の前方に紙幣Ｐが取り込まれると、光源（ＬＥＤ）３０から投射光、例えば波長６６０ｎｍ程度の単色光が照射され、第１レンズ１は紙幣Ｐの広い範囲を一度に取り込み、第２レンズ２、第３レンズ３を通して、球面収差、その他の諸収差が補正された紙幣Ｐの画像がＣＣＤ１２（の結像面）に撮像される。その後、撮影画像のデータは、画像処理回路においてソフト的に処理され、紙幣Ｐの判別が行なわれる。
【００２０】
次に、上記構成からなる実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例１ないし実施例５として以下に示す。
＜実施例１＞
実施例１における仕様諸元は表１に、種々の数値データ（設定値）は表２に示す。また、実施例１における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図３に示されるような結果となる。尚、図３ないし図７において、光線は波長６６０ｎｍの単色光であり、ＤＳはサジタル平面での収差、ＤＴはメリジオナル平面での収差を示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
＜実施例２＞
実施例２における仕様諸元は表３に、種々の数値データ（設定値）は表４に示す。また、実施例２における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図４に示されるような結果となる。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
【表４】
2004151295.tif 000006
【００２６】
＜実施例３＞
実施例３における仕様諸元は表５に、種々の数値データ（設定値）は表６に示す。また、実施例３における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図５に示されるような結果となる。
【００２７】
【表５】
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【００２８】
【表６】
2004151295.tif 000008
【００２９】
＜実施例４＞
実施例４における仕様諸元は表７に、種々の数値データ（設定値）は表８に示す。また、実施例４における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図６に示されるような結果となる。
【００３０】
【表７】
2004151295.tif 000009
【００３１】
【表８】
2004151295.tif 000010
【００３２】
＜実施例５＞
実施例５における仕様諸元は表９に、種々の数値データ（設定値）は表１０に示す。また、実施例５における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図７に示されるような結果となる。
【００３３】
【表９】
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【００３４】
【表１０】
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【００３５】
上記実施形態においては、本発明に係る広角レンズを適用する画像読み取り装置として、紙幣計数機を示したが、これに限定されるものではなく、物体を広い視野に亘って撮影することが要求されるものであればその他の機器にも適用可能であり、特に、レンズ光学系の配置スペースが制限される機器に好適である。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の広角レンズによれば、広い画角を確保しながらも、各レンズの外径寸法を小さくかつ略同一に設定できるため、広角レンズ全体を小型化でき、それ故に、レンズ光学系の配置スペースが限られた紙幣計数機等の機器へ容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る広角レンズの一実施形態を示す基本構成図である。
【図２】本発明に係る広角レンズを搭載した紙幣計数機の一部を示す断面図である。
【図３】実施例１における広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【図４】実施例２における広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【図５】実施例３における広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【図６】実施例４における広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【図７】実施例５における広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【符号の説明】
１  第１レンズ
Ｓ１，Ｓ２  凹面
２  第２レンズ
Ｓ３，Ｓ４  凸面
３  第３レンズ
Ｓ６，Ｓ７  凸面
４  開口絞り
１０  鏡筒
１１  押えリング
１２  ＣＣＤ
２０  ホルダー
３０  光源
Ｌ  光軸
Ｐ  紙幣
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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