JPH0760213B2

JPH0760213B2 - 温度変化補償の結像レンズ

Info

Publication number: JPH0760213B2
Application number: JP21032091A
Authority: JP
Inventors: 嚴達藤陵
Original assignee: 株式会社マーク
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPH0534591A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は温度変化による屈折率変
化と線膨脹とに対し、像点移動の少ない温度変化補償の
結像レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、軽量化と低コスト化を図るために
レンズ系にプラスチックレンズの導入が行われている。
しかしプラスチックは光学ガラスに比べ屈折率の温度係
数が３０倍〜４０倍と大きく、しかも逆符号であり、ま
た線膨脹係数も光学ガラスの約１０倍と大きい。そのた
め、ファクシミリやイメージスキャナ等環境温度の変化
が大きく、しかも像点位置の調節機能をもたない装置へ
の使用に対しては結像性能の劣化が大きいので、プラス
チックレンズの導入は困難とされていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はプラスチック
レンズを導入することによりコスト低減を可能とし、さ
らに温度変化による像点移動が少なく、しかも結像性能
の良好な結像レンズを提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による温度変化補
償の結像レンズは、図１に示す構成図のように３枚構成
のトリプレット系レンズであり、物体側より順に正レン
ズからなる第１レンズと、両凹負レンズからなる第２レ
ンズと、両凸正レンズからなる第３レンズが空隙をもっ
て配置されており、正の第１レンズの材質は光学ガラ
ス、負の第２レンズと正の第３レンズの材質は共にプラ
スチックで構成される。前述のようにプラスチックは、
屈折率の温度係数および線膨脹係数が、光学ガラスに比
べ著しく大きいので、温度変化による像点移動量も大き
い。正の第１レンズの材質をプラスチックとするとき
は、温度変化による像点移動がまず発生し、これを後続
の負の第２レンズ，正の第３レンズで打ち消そうとして
も、像点移動量を減少させることが困難である。これは
あたかも火災が大きくなってから消火活動を行ったり、
問題の種を放置しておき、後で問題解析と対策を行うの
にも似ており不得策である。本発明レンズのレンズ材質
の配置の特色は、温度変化による像点移動の原因を、像
点から遠い第１レンズで発生させないために、正の第１
レンズの材質は光学ガラスとし、負の第２レンズと正の
第３レンズの材質をプラスチックとするものである。以
上のことは、トリプレット系レンズの結像性能向上に
は、正の第３レンズの材質に高屈折率の光学ガラスの使
用が有利であるとの通例に反するため、設計上の困難を
伴うものであるが、温度変化による像点移動の減少を効
果的に行える利点がある。本発明の温度変化補償の結像
レンズは次の各条件を満足させることにより、結像性能
が優れ、温度変化の補償を行なうことができるものであ
る。すなわち、ｎ₁−ｎ₃ ＞０．１・・・・・・・・・（１）３５＜ν₃＜５０・・・・・・・・・・・・（２）１．１５＜ｆ₃／｜ｆ₂｜＜１．５・・・・（３）０．８＜ｄ₄／ｄ₂＜１．２・・・・・・・（４）ただし、ｎ₁：第１レンズの材質のｄ線に対する屈折率ｎ₃：第３レンズの材質のｄ線に対する屈折率 ν₃：第３レンズの材質のアッベ数ｆ₂：第２レンズの焦点距離ｆ₃：第３レンズの焦点距離ｄ₂：第１レンズと第２レンズの光軸上の間隔ｄ₄：第２レンズと第３レンズの光軸上の間隔とするものである。条件（１）は正の第１レンズと正の
第３レンズの材質の屈折率に関するものである。第３レ
ンズの材質をプラスチックにするときはあまり高屈折率
は望めず１．４９＜ｎ₃＜１．７にとどまるため合成レ
ンズの大口径比化や、像面の平坦性を求める上では不利
である。条件（１）は正の第１レンズの材質の屈折率ｎ
₁を、正の第３レンズの材質の屈折率ｎ₃より０．１以
上大きくし、第３レンズの材質の屈折率不足を補うもの
で、この条件を外れるときは大口径比化と像面の平坦化
が行なえなくなる。条件（２）は正の第３レンズの材質
のアッベ数に関するもので、軸上の色収差と倍率の色収
差を共に良好に保つためのものである。条件（２）の下
限を越える時は軸上の色収差が補正不足となり、倍率の
色収差も補正不足となる。この場合軸上の色収差を正の
第１レンズにアッベ数の大きな硝材を用いて補正すると
きは、倍率の色収差の補正不足はさらに大きくなる。条
件（２）の上限を越えるときは軸上の色収差が補正過剰
となり、倍率の色収差も補正過剰となる。この場合、軸
上の色収差を正の第１レンズにアッベ数の小さな硝材を
用いて補正するときは、倍率の色収差の補正過剰はさら
に大きくなる。

【０００５】条件（３）は温度変化による像点移動量を
少なくするためのものである。負の第２のレンズの焦点
距離ｆ₂と、正の第３レンズの焦点距離ｆ₃が等しく、
かつ屈折率の温度係数および線膨脹係数が等しければ、
温度変化による像点移動も打ち消し合って増大しない
が、トリプレット系レンズの場合、正レンズ２枚に対し
負レンズは１枚であり、像面を平坦化するためには負の
第２レンズの屈折力（１／ｆ₂）を強くする必要があ
る。一方正の第３レンズに屈折率の低いプラスチックを
用いる場合は、第３レンズの屈折力（１／ｆ₃）を弱く
し、光学ガラスで作られる正の第１レンズに不足分の屈
折力を補わせた方が、結像性能を向上させることができ
る。条件（３）の下限を越える場合は温度変化による像
点移動量は小さく良好となるが、像面の平坦性が悪化す
る。条件（３）の上限を越える場合は像面の平坦性は良
くなるが、温度変化による像点移動量が増大する。

【０００６】条件（４）は条件（３）と密接な関係をも
ち、温度変化による像点移動量を少なくするためのもの
である。負の第２レンズと正の第３レンズとの軸上間隔
ｄ₄を、正の第１レンズと負の第２レンズとの軸上間隔
ｄ₂に比べ小さくするときは、正の第３レンズの屈折力
を強くしなければ等価の合成焦点距離を得ることができ
ない。この場合、条件（３）のｆ₃／｜ｆ₂｜の値が小
さくなる方向で温度変化による像点移動量は小さくな
る。条件（４）の下限を越えるときは条件（３）の下限
をも越える結果を招き像面の平坦性が悪化する。ｄ₄を
ｄ₂に比し大きくするときは正の第３レンズの屈折力を
弱くしても等価の合成焦点距離を得ることができる。こ
の場合条件（３）のｆ₃／｜ｆ₂｜の値が大きくなる方
向で、像面の平坦性は良好となる。条件（４）の上限を
越えるときは条件（３）の上限をも越える結果を招き、
温度変化による像点移動量が増大する。本発明は以上の
４条件を満足することにより、温度変化による像点移動
量の少ない、良好な結像レンズを得るものである。

【０００７】さらに条件（５）を加えることにより、口
径比を増大し、収差も少ない優れた性能の結像レンズを
得ることができる。条件（５）は少なくとも負の第２レ
ンズの物体側の凹面および、正の第３レンズの物体側の
凸面を非球面とするもので、負の第２レンズの物体側の
凹面に非球面を導入するときは、像面の平坦性と、前玉
の周縁部を通過する光束のコマ収差の補正を良好とする
ことができる。正の第３レンズの物体側の凸面に非球面
を導入するときは、球面収差と、後玉の周縁部を通過す
る光束に対するコマ収差の補正を良好とすることができ
る。以上の２面の非球面化に加え、負の第２のレンズの
像面側の凹面および正の第３レンズの像面側の凸面に対
しても非球面を導入することにより、さらに収差を良好
となし得ることはもちろんで、これは本発明の主旨を逸
脱するものではない。

【０００８】

【実施例】次に本発明の温度変化補償の結像レンズの第
１実施例から第７実施例までを第１表から第７表までに
示す。物体側の原稿押さえ用の板ガラスは光学性能への
影響もほとんどないので省略する。この説明に用いる記
号は次のとおりである。ｆ：全系の焦点距離ｍ：結像倍率ｆ₂：負の第２レンズの焦点距離ｆ₃：正の第３レンズの焦点距離ｒ_i：順次に球面の曲率半径または非球面の頂点曲率半
径ｄ_i：順次にレンズの光軸上の厚みまたは空気間隔ｎ_i：順次にレンズの材質のｄ線に対する屈折率 ν_i：順次にレンズの材質のアッベ数ｄ_c：像側カバーガラスの光軸上の厚みｎ_c：像側カバーガラスの材質のｄ線に対する屈折率次に非球面の形状の式はＸ：非球面上の点のレンズ面頂点における接平面からの
距離ｈ：光軸からの高さＣ：非球面頂点の曲率（Ｃ＝１／ｒ）Ｋ：円錐定数Ａ_2i：非球面係数とするとき

【数１】で表される。また、 Δｎ／ΔＴ：材質の屈折率の温度係数 α：材質の線膨脹係数 Δｆ₂₀：基準温度より２０℃上昇した場合の全系の焦点
距離の変化量 Δｓ’₂₀：基準温度，結像倍率ｍにおける物体〜レンズ
間の距離を固定し、それより温度が２０℃上昇した場合
の像点距離の変化量とする。

【表１】実施例１Ｆ８ｆ＝２４．７７ｍ＝−０．１１２物体高１０８画角４７．５° (Δn/ΔT)×10^-6 α×10^-6 r₁= 6.150 d₁=1.90 ｎ₁=1.80420 ν₁=46.5 4 6.3 r₂= 9.116 d₂=0.50 r₃=-21.072 d₃=0.70 ｎ₂=1.58983 ν₂=31.0 -108 60 r₄= 5.858 d₄=0.50 r₅= 9.058 d₅=1.50 ｎ₃=1.53285 ν₃=41.6 -109 66.9 r₆=-10.784 dc=0.7 ｎc=1.523 ｆ₃／｜ｆ₂｜＝１．２３３ｄ₄／ｄ₂＝１．０ Δｆ₂₀＝０．０１４ Δｓ’₂₀＝０．００１

【表２】実施例２Ｆ5.6 ｆ＝２４．７６ｍ＝−０．１１２物体高１０８画角４７．５° (Δn/ΔT)×10^-6 α×10^-6 r₁= 6.854 d₁=2.19 ｎ₁=1.80420 ν₁=46.5 4 6.3 r₂= 12.252 d₂=0.61 r₃=-13.944 d₃=0.80 ｎ₂=1.58983 ν₂=31.0 -108 60 r₄= 6.485 d₄=0.60 r₅= 8.753 d₅=1.55 ｎ₃=1.53285 ν₃=41.6 -109 66.9 r₆=-12.103 dc=0.7 ｎc=1.523

【表３】実施例３Ｆ5.6 ｆ＝24.76 ｍ＝−0.112 物体高 108 画角47.5° (Δn/ΔT)×10^-6 α×10^-6 r₁= 7.036 d₁=2.19 ｎ₁=1.80420 ν₁=46.5 4 6.3 r₂= 14.131 d₂=0.614 r₃=-14.334 d₃=0.91 ｎ₂=1.58983 ν₂=31.0 -108 60 r₄= 6.457 d₄=0.686 r₅= 9.107 d₅=1.55 ｎ₃=1.53285 ν₃=41.6 -109 66.9 r₆=-13.085 dc=0.7 ｎc=1.523

【表４】実施例４Ｆ5.6 ｆ＝20.35 ｍ＝−0.088 物体高 108 画角46.6° (Δn/ΔT)×10^-6 α×10^-6 r₁= 5.715 d₁=1.80 ｎ₁=1.80420 ν₁=46.5 4 6.3 r₂= 10.540 d₂=0.52 r₃=-10.937 d₃=0.75 ｎ₂=1.58983 ν₂=31.0 -108 60 r₄= 5.298 d₄=0.48 r₅= 6.859 d₅=1.26 ｎ₃=1.53285 ν₃=41.6 -109 66.9 r₆=-10.234 dc=0.7 ｎc=1.523

【表５】実施例５Ｆ5.6 ｆ＝20.35 ｍ＝−0.088 物体高 108 画角46.6° (Δn/ΔT)×10^-6 α×10^-6 r₁= 5.813 d₁=1.81 ｎ₁=1.80420 ν₁=46.5 4 6.3 r₂= 12.036 d₂=0.52 r₃=-12.101 d₃=0.75 ｎ₂=1.58983 ν₂=31.0 -108 60 r₄= 5.200 d₄=0.586 r₅= 7.550 d₅=1.26 ｎ₃=1.53285 ν₃=41.6 -109 66.9 r₆=-10.820 dc=0.7 ｎc=1.523

【表６】実施例６Ｆ6.3 ｆ＝30.63 ｍ＝−0.112 物体高 128 画角45.7° (Δn/ΔT)×10^-6 α×10^-6 r₁= 8.407 d₁=2.70 ｎ₁=1.80420 ν₁=46.5 4 6.3 r₂= 14.934 d₂=0.79 r₃=-14.615 d₃=1.00 ｎ₂=1.58983 ν₂=31.0 -108 60 r₄= 8.000 d₄=0.68 r₅= 9.730 d₅=1.90 ｎ₃=1.53285 ν₃=41.6 -109 66.9 r₆=-14.876 dc=0.7 ｎc=1.523

【表７】実施例７Ｆ6.3 ｆ＝29.11 ｍ＝−0.112 物体高 128 画角47.8° (Δn/ΔT)×10^-6 α×10^-6 r₁= 8.171 d₁=2.57 ｎ₁=1.80420 ν₁=46.5 4 6.3 r₂= 15.231 d₂=0.75 r₃=-14.263 d₃=1.00 ｎ₂=1.58983 ν₂=31.0 -108 60 r₄= 7.809 d₄=0.68 r₅= 9.731 d₅=1.82 ｎ₃=1.53285 ν₃=41.6 -109 66.9 r₆=-14.549 dc=0.7 ｎc=1.523 本発明の各実施例中に記したように、温度変化による焦
点距離および像点距離の変化量は、プラスチックレンズ
２枚を含むトリプレット系レンズにおいて、温度変化に
対し特別に考慮しなかった場合に比べ１／３〜１／５と
小さい。また、温度変化時の収差は基準温度におけるも
のに近い。本発明の実施例１の収差曲線を図２に、以下
順次に実施例２〜実施例７の収差曲線をそれぞれ図３〜
図８に示す。いずれの実施例においても３枚構成のトリ
プレット系レンズの中、２枚がプラスチックレンズであ
るにもら拘わらずコマ収差，軸上の色収差，倍率の色収
差がともに良好であり、コントラストのよい画像が得ら
れる。また収差曲線からも判るように、サジタル像面が
高画角になっても（＋）側に戻らず、平坦であることも
本発明の利点である。

【０００９】

【発明の効果】以上、説明したように本発明による温度
変化補償の結像レンズは、３枚構成のトリプレット系レ
ンズの中、２枚にプラスチックレンズを使用しているに
も拘わらず、温度変化による屈折率変化と、線膨脹に基
づく像点移動量を小さくすることができる。したがっ
て、ファクシミリやイメージスキャナ等，環境温度の変
化が大きく、像点位置の調節機能をもたない装置に対し
ても、結像性能を維持し、充分適用することができる。
すなわち本発明によりレンズ系の低コスト化，ひいては
装置のコストダウンも図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の温度変化補償の結像レンズの実施例２
の断面図である。

【図２】実施例１の収差曲線図である。

【図３】実施例２の収差曲線図である。

【図４】実施例３の収差曲線図である。

【図５】実施例４の収差曲線図である。

【図６】実施例５の収差曲線図である。

【図７】実施例６の収差曲線図である。

【図８】実施例７の収差曲線図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に，正レンズからなる第１
レンズと，両凹負レンズからなる第２レンズと，両凸正
レンズからなる第３レンズが空隙をもって配置されるト
リプレット系レンズにおいて、負の第２レンズと正の第
３レンズの材質が共にプラスチックであり，次の条件を
満足することを特徴とする温度変化補償の結像レンズ。ｎ₁−ｎ₃ ＞０．１・・・・・・・・・（１）３５＜ν₃＜５０・・・・・・・・・・・・（２）１．１５＜ｆ₃／｜ｆ₂｜＜１．５・・・・（３）０．８＜ｄ₄／ｄ₂＜１．２・・・・・・・（４）ただしｎ₁：第１レンズの材質のｄ線に対する屈折率ｎ₃：第３レンズの材質のｄ線に対する屈折率 ν₃：第３レンズの材質のアッベ数ｆ₂：第２レンズの焦点距離ｆ₃：第３レンズの焦点距離ｄ₂：第１レンズと第２レンズの光軸上の間隔ｄ₄：第２レンズと第３レンズの光軸上の間隔
【請求項２】請求項１記載の温度変化補償の結像レン
ズにおいて、少なくとも負の第２レンズの物体側の凹面
および正の第３レンズの物体側の凸面は非球面であるこ
とを特徴とする温度変化補償の結像レンズ。・・・
（５）