CN100520479C - 使用图像读取镜头的图像读取设备 - Google Patents

Abstract

一种具有用于降低场曲和沿副扫描方向的放大倍率误差的图像读取镜头的图像读取设备，其包括：具有沿主扫描方向排列的像元的光电转换元件；以及用于将原稿面上的图像信息成像在光电转换元件的受光面上的图像读取镜头，该图像读取镜头包括至少一个变形透镜，该变形透镜具有分别在其入射面和出射面处形成的变形面，其中，当将包含图像读取镜头的光轴和主扫描方向的主扫描截面中的变形面的截面形状取为母线时，在垂直于主扫描截面并包含在沿母线方向的任意位置处的变形面的法线的平面内所定义的变形面的径向曲率，从光轴开始沿着母线方向连续改变。

Description

使用图像读取镜头的图像读取设备

技术领域

本发明涉及一种使用图像读取镜头的图像读取设备。尤其是，本发明适用于例如图像扫描仪、复印机或传真机等图像读取设备，在其中最优地利用具有变形透镜的图像读取镜头的光学性能以进行高精度的图像读取。

背景技术

对于例如图像扫描仪或数字复印机等的图像读取设备提出了各种方案。

图10是传统的图像读取设备的结构的主要部分的示意图。

在图10中，92表示的是放置原稿91的原稿台(原稿台玻璃)。93表示的是包括例如氙管、卤素灯或发光二极管阵列的照明系统。94a～94e表示的是用于使来自原稿91的光束在滑架(carriage)97的内部偏折的反射镜。

95表示的是成像光学系统(图像读取镜头)，其用于将来自原稿91的光成像在读取部件96的表面上。

96表示的是例如作为读取部件的CCD(电荷耦合装置)等线传感器，其包括使多个像元(picture element)沿着垂直于纸面的主扫描方向排列的结构。

97表示的是滑架，在其中整体地容纳了照明系统93、反射镜94a～94e，成像透镜(镜头单元)95和读取部件(CCD)96。

滑架97通过诸如马达的副扫描机构98沿着如图所示的副扫描方向扫描移动，从而读取原稿91上的图像信息。

将由此所读取的原稿91的图像信息通过未示出的接口发送到作为外部设备的个人计算机等。

在具有如上所述的结构的图像读取设备中，滑架97的小型化对于尝试小型化整个系统来说是不可缺少的。

为了小型化滑架97，有一些方法：增加反射镜的数量或使用单一的反射镜来进行多次反射，从而保证光路长度。

然而，通过这些方法，滑架97内的结构变得复杂，这要求了更高的装配精度。此外，整个系统变大。

此外，存在另外的问题，即，成像性能正比于反射镜的轮廓不规则度和反射次数恶化，这有害地影响了图像读取。

考虑到这些不便，本申请的受让人提出了一种图像读取设备，其中将具有至少一个旋转不对称形状的表面的变形透镜引入成像光学系统中以加宽成像光学系统的场角(视角)，以由此缩小物像间距并减少光路长度本身(参见以下的专利文献1和2)。

如果如上所述在成像光学系统中使用变形透镜，则可以有效地降低场曲偏差(aberration)，并可以获得具有良好的对比度的图像。然而，另一方面，成像放大倍率，尤其是沿着副扫描方向的成像放大倍率(副扫描放大倍率)将从光轴向着围绕着光轴的周边部分改变。然后，例如在基于R、G和B三线彩色传感器的图像读取的情况下，沿着副扫描方向发生颜色偏离(颜色重合失调)。

在试图避免这种不便时，本申请的受让人提出了彩色图像读取设备，其中，适当地设置线传感器的规格(形状)以及沿副扫描方向的成像透镜的畸变偏差分量(distortion aberration component)，从而可以获得良好的彩色图像(参见专利文献3)。

[专利文献]

1.日本特开2000-171705号公报

2.日本特开2004-78149号公报

3.日本特开2000-307800号公报

当在成像透镜中使用变形面时，需要明确关于变形面的形状和副扫描放大倍率的数值因果关系。为此，最好在确定变形面后进行关于副扫描放大倍率的光线轨迹仿真。

专利文献3的彩色图像读取设备主要针对以约600dpi的分辨率的图像读取设计，并且线传感器的单个像素的一侧的长度约7～8μm。

与之相比，要求新近的彩色图像读取设备进行更高分辨率的图像读取。例如通过2400dpi的分辨率，线传感器单一像元一侧的长度约1.8～2.7μm。因此，要求约3～5倍高的精度。

此外，除了提高分辨率之外，还希望整个系统的小型化以及更高的画面质量。因此，要求图像读取镜头一方面降低场曲偏差，另一方面加宽场角(视角)。其结果是，需要使用具有更强的变形特性的透镜。因此，与过去相比，所需的精度高了接近10倍。

当考虑到这些情况时，需要完全补偿变形面的母线(meridional)上各位置处的垂直放大倍率，即，改变沿副扫描方向的放大倍率。然而，当在尝试降低场曲偏差和沿副扫描方向的放大倍率误差二者中仅使用一个变形面时，仅存在一个自由度。因此，很难相互独立地控制这两个因素。

发明内容

本发明提供一种使用图像读取镜头的图像读取设备，通过该图像读取镜头可以很好地降低场曲偏差和沿着副扫描方向的放大倍率误差二者。

根据本发明的一个方面，提供一种图像读取设备，其包括：具有沿主扫描方向排列的像元的光电转换元件；以及用于将原稿面上的图像信息成像在所述光电转换元件的受光面上的图像读取镜头，其中，所述图像读取镜头包括至少一个变形透镜，所述变形透镜具有分别在其入射面和出射面处形成的变形面，当将包含所述图像读取镜头的光轴和主扫描方向的主扫描截面内的所述变形面的截面形状取为母线时，在垂直于主扫描截面并包含在沿母线方向的任意位置处的所述变形面的法线的平面内所定义的所述变形面的径向曲率从光轴开始沿着母线方向连续改变，当N为所述变形透镜的材料的折射率，r_in为在主光线通过所述变形透镜的入射面的位置处的径向曲率半径，r_out为在主光线通过所述变形透镜的出射面的位置处并沿垂直于主扫描截面的方向的径向曲率半径，d为在主光线分别通过所述变形透镜的入射面和出射面的位置之间沿光轴方向的距离，ω为所述图像读取镜头的最大半场角时，并且当使用通过下式表示的常数A和B时，

$A=\frac{N-1}{r_{\mathrm{in}}}(1-\frac{1}{r_{\mathrm{out}}}(r_{\mathrm{in}}-\frac{d(N-1)}{N}))$

$B=1-\frac{d(N-1)}{{\mathrm{Nr}}_{\mathrm{in}}}$

那么满足通过下式表示的条件，

$0.8<\frac{A_{\mathrm{off}}}{A_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}<1.2$

$|1-\frac{A_{\mathrm{off}}}{A_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}|+|1-\frac{B_{\mathrm{off}}}{B_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}|<0.2$

其中，A_on和B_on分别为与轴上光束的主光线有关的所述常数A和B的值，A_off和B_off分别为与最离轴光束的主光线有关的所述常数A和B的值。

在本发明的该方面的一种优选的形式中，当A_mid为与相对于最离轴光束的70％场角光束的主光线有关的所述常数A的值时，满足以下关系：

$0<\frac{7A_{\mathrm{on}}+3A_{\mathrm{off}}-10A_{\mathrm{mid}}}{10\left|A_{\mathrm{on}}\right|}<0.4$

在本发明的该方面的一种优选的形式中，当R_in为在主光线通过所述变形透镜的入射面的位置处的母线的曲率半径，R_out为在主光线通过所述变形透镜的出射面的位置处的母线的曲率半径时，使用通过下式表示的常数C，

$C=\frac{N-1}{R_{\mathrm{in}}}(1-\frac{1}{R_{\mathrm{out}}}(R_{\mathrm{in}}-\frac{d(N-1)}{N}))$

并且，当C_on、C_mid和C_off分别为关于轴上光束、70％场角光束和最离轴光束的主光线的值时，满足以下关系：

$0.1<\frac{7C_{\mathrm{on}}+3C_{\mathrm{off}}-10C_{\mathrm{mid}}}{10(C_{\mathrm{off}}-C_{\mathrm{on}})}<0.7$

可以使在所述图像读取镜头的光轴上所述图像读取镜头的所述母线曲率半径和所述径向曲率半径相等。

所述图像读取镜头按照从所述原稿面到所述光电转换元件侧的顺序，可以包括：具有凸面朝向所述原稿侧的弯月形状的正折光力的第一透镜，具有双凹透镜面的第二透镜，具有双凸透镜面的第三透镜，以及具有凸面朝向所述光电转换元件侧的弯月形状的第四透镜，其中所述第四透镜可以是所述变形透镜。

所述图像读取镜头在整个场角内可以具有不小于95％的渐晕系数。

简而言之，根据本发明，实现了一种使用图像读取镜头的图像读取设备，通过该图像读取镜头可以很好地降低场曲偏差和沿着副扫描方向的放大倍率误差二者。

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的说明，本发明的这些和其它目的、特征和优点将变得更显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的数值例1的镜头剖视图。

图2是根据本发明的数值例1的偏差图。

图3是根据本发明的数值例2的镜头剖视图。

图4是根据本发明的数值例2的偏差图。

图5是根据本发明的数值例3的镜头剖视图。

图6是根据本发明的数值例3的偏差图。

图7是用于说明第四透镜和CCD之间的关系的透视图。

图8是根据本发明的图像读取设备的主要部分的示意图。

图9是根据本发明的图像读取设备的主要部分的示意图。

图10是传统的图像读取设备的主要部分的示意图。

具体实施方式

现在参照附图说明本发明的优选实施例。

图1、图3和图5分别为基于根据本发明的图像读取镜头的数值例1、2和3的镜头剖视图。图2、图4和图6分别为示出根据本发明的图像读取镜头的数值例1、2和3的球差、像散、畸变和放大倍率的色差的偏差图。

图7是用于说明构成本发明的图像读取镜头的一个元件的第四透镜G4和光电转换元件Q之间的关系的透视图。

在图1、图3和图5的镜头剖视图中，左手侧是与原稿面P侧(呈现要被读取的图像)相对应的放大侧(较长的共轭点)。右手侧是与设置光电转换元件(CCD)Q的侧相对应的缩小侧(较短的共轭点)。

附图中LG表示的是用于将原稿面上的图像信息成像在光电转换元件的受光面上的图像读取镜头(成像光学系统)。P表示的是作为对象的原稿(原稿面)。要被读取的图像信息呈现在该表面上。Q表示的是具有沿一维方向排列的像元的光电转换元件(CCD)设置在其上的像面。除了这些，可以在此设置二维CCD或感光面等图像拾取部件。C1表示的是接触玻璃，C2表示的是覆盖玻璃。

图像读取镜头LG用于以缩小的比例将原稿面P上的图像信息成像在光电转换元件Q上。通过光电转换元件Q读取该图像信息。本实施例的图像读取镜头LG在整个场角内具有95％或更大的渐晕系数(孔径效率)。

图1、图3和图5的图像读取镜头LG按照从原稿面侧P到光电转换元件侧Q的顺序包括以下透镜：

具有凸面朝向原稿面侧P的弯月形状的正折光力(以下，简称为“正”)的第一透镜G1；

光阑(stop)S；

具有双凹透镜面的第二透镜G2；

具有双凸透镜面的第三透镜G3；以及

具有凸面朝向光电转换元件侧Q的弯月形状的第四透镜G4。

由这四个透镜构成望远型镜头。

通过变形面来定义第四透镜G4的入射面(light entrancesurface，第一面)和出射面(light exit surface，第二面)。

这里，如图7所示，将母线定义为在主扫描截面(x-y截面)内的横截面形状，该主扫描截面包含由旋转对称面所构成的第一透镜G1到第三透镜G3定义的光轴La(x方向)以及光电转换元件Q的像元的排列方向(主扫描方向)。

在变形面中，在光轴La上，在主扫描截面中的母线的曲率和沿着垂直于主扫描截面的方向(副扫描方向，z向或径向方向)的径向曲率相等。此外，沿着垂直于主扫描截面的方向的变形面的曲率从光轴La开始沿着母线方向(y方向)连续改变。

在本实施例中，径向曲率指在垂直于主扫描截面并且包含在沿母线方向的任意位置处的变形面的法线的平面中所定义的曲率。换言之，径向曲率是在垂直于主扫描截面并且包含在沿母线方向的任意位置处与母线形状的切线垂直的线的平面中所定义的曲率。

另一方面，母线曲率是指在主扫描截面内、在沿母线方向的任意位置处的曲率。

此外，在本实施例中，当通过v4表示第四透镜G4的材料的阿贝数(Abbe’s number)时，满足条件：

45<v4<65           ...(1)

通过满足该条件，消除了沿母线方向的各位置处在副扫描方向上的颜色偏移(颜色重合失调)。

更优选地，如下更好地设置上述条件表达式(1)。

50<v4<60           ...(1a)

接下来说明本发明的数值例1～3。

表1、表3和表5示出根据数值例1、2和3的透镜形状。表1、表3和表5中的f表示的是图像读取镜头LG的焦距，F_no表示的是F数。m表示的是放大倍率，Y表示的是最大图像高度。ω表示的是半场角。

此外，在表1、表3和表5所示的图像读取镜头LG中，表面编号i是按照从原稿面P开始的顺序的各表面的序号。此外，R_i表示的是表面的曲率半径，D_i表示的是第“i”个表面和第“i+1”个表面之间的材料厚度或空气间隔。N_di和v_di表示的是以d线为基准的折射率和阿贝数。

变形面具有如通过使用在数值例1、2和3的表2、表4和表6中使用的系数所定义的非球面形状。

相对于图像读取镜头的光轴，具有旋转非对称折光力的非球面形状如下：

如果将透镜表面和光轴之间的交叉点取为原点，将光轴方向取为x轴，将在主扫描截面内与光轴正交的轴取为y轴，将在副扫描截面内与光轴正交的轴取为z轴，那么母线形状X表示为

$X=\frac{\frac{y^2}{R}}{1+\sqrt{1-(1+k_y){\left(\frac{y}{R}\right)}^2}}+B_4{y}^4+B_6{y}^6+B_8{y}^8+B_{10}{y}^{10}$

其中，R是曲率半径，ky、B4、B6、B8和B10为非球面系数。

通过以下公式表示径向形状S，同时取位于母线上并垂直于母线的平面作为截面。

$S=\frac{\frac{z^2}{r\&prime;}}{1+\sqrt{1-(1+K_z){\left(\frac{z}{r\&prime;}\right)}^2}}+D_4{z}^4+D_6{z}^6+D_8{z}^8+D_{10}{z}^{10}$

r¹＝r₀(E₂y²+E₄y⁴+E₆y⁶+E₈y⁸+E₁₀y¹⁰)

其中，r0是光轴上的径向的曲率半径，R＝r0，D2、D4、D6、D8、D10、E2、E4、E6、E8和E10是非球面系数。

[数值例1]

表1

表2

[数值例2]

表3

表4

[数值例3]

表5

表6

接下来，将说明具有根据本实施例的图像读取镜头LG的图像读取设备。

图像读取镜头LG的第四透镜G4由变形透镜构成。

这里：

N为变形透镜的材料的折射率；

r_in为在主光线通过变形透镜的入射面(第一表面)的位置处、沿垂直于主扫描截面的方向的曲率半径；

r_out为在主光线通过变形透镜的出射面(第二表面)的位置处、沿垂直于主扫描截面的方向的曲率半径；

d为在主光线通过变形透镜的入射面(第一表面)和出射面(第二表面)的位置之间沿光轴方向的距离；以及

ω为图像读取镜头的最大半场角。

应当注意，半场角ω取决于沿着主扫描方向光电转换元件Q的有效长度和图像读取镜头LG的焦距。

现在，使用由以下的公式表示的常数A和B。

$A=\frac{N-1}{r_{\mathrm{in}}}(1-\frac{1}{r_{\mathrm{out}}}(r_{\mathrm{in}}-\frac{d(N-1)}{N}))$

$B=1-\frac{d(N-1)}{{\mathrm{Nr}}_{\mathrm{in}}}$

当A_on和B_on表示关于轴上光束的主光线的常数A和B的数值、A_off和B_off表示关于最离轴光束的主光线的常数A和B的数值时，满足以下的条件表达式。

$0.8<\frac{A_{\mathrm{off}}}{A_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}<1.2...\left(2\right)$

$|1-\frac{A_{\mathrm{off}}}{A_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}|+|1-\frac{B_{\mathrm{off}}}{B_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}|<0.2...\left(3\right)$

通过满足条件表达式(2)和(3)，很好地降低了在沿变形面的母线方向的各位置处的沿副扫描方向的放大倍率的误差。

更优选地，如下更好地设置上述条件表达式(2)和(3)。

$0.9<\frac{A_{\mathrm{off}}}{A_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}<1.1...\left(2a\right)$

$0.05<|1-\frac{A_{\mathrm{off}}}{A_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}|+|1-\frac{B_{\mathrm{off}}}{B_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}|<0.15...\left(3a\right)$

此外，如果A_mid表示与相对于最离轴光束的70％场角光束的主光线有关的常数A的数值，则满足以下条件。

$0<\frac{7A_{\mathrm{on}}+3A_{\mathrm{off}}-10A_{\mathrm{mid}}}{10\left|A_{\mathrm{on}}\right|}<0.4...\left(4\right)$

条件表达式(4)是较好地校正场曲偏差的条件，更具体地，校正在包括中间场角的整个场角区域上图像读取设备的副扫描方向的场曲偏差的条件。如果不满足数值下限或上限，则不仅场曲校正过度，而且副扫描放大倍率也恶化。

更优选的，如下更好地设置条件表达式(4)的数值范围。

$0.05<\frac{7A_{\mathrm{on}}+3A_{\mathrm{off}}-10A_{\mathrm{mid}}}{10\left|A_{\mathrm{on}}\right|}<0.35...\left(4a\right)$

此外，R_in表示在主光线通过变形透镜的入射面(第一表面)的位置处、在主扫描截面内的曲率半径。同样，R_out表示在主光线通过变形透镜的出射面(第二表面)的位置处、在主扫描截面内的曲率半径。使用如下表示的常数C。

$C=\frac{N-1}{R_{\mathrm{in}}}(1-\frac{1}{R_{\mathrm{out}}}(R_{\mathrm{in}}-\frac{d(N-1)}{N}))$

此外，C_on、C_mid和C_off分别表示关于轴上光束、70％场角光束和最离轴光束的主光线的数值。这里满足以下条件。

$0.1<\frac{7C_{\mathrm{on}}+3C_{\mathrm{off}}-10C_{\mathrm{mid}}}{10(C_{\mathrm{off}}-C_{\mathrm{on}})}<0.7...\left(5\right)$

条件表达式(5)是较好地校正场曲偏差的条件，尤其是，校正在包括中间场角的整个场角区域上相对于图像读取设备的主扫描方向的场曲偏差的条件。如果不满足数值下限或上限，则场曲校正恶化。

更优选地，如下更好地设置条件表达式(5)的数值范围。

$0.2<\frac{7C_{\mathrm{on}}+3C_{\mathrm{off}}-10C_{\mathrm{mid}}}{10(C_{\mathrm{off}}-C_{\mathrm{on}})}<0.6...\left(5a\right)$

[数值例1]

数值例1的图像读取镜头LG具有在图像扫描仪中使用所需并足够的F数6.5。如图2所示，从轴上点到轴外点的偏差充分减少，并获得了较高的成像性能。

对于在组合中使用的线传感器(CCD)，在放大倍率是0.189x的情况下可以使用任意一种。在以下的表7中示出了条件表达式(1)～(5)的数值。所有这些值满足相应的条件表达式(1)～(5)。

这里，即使使用2400dpi的CCD，该CCD具有传感器阵列间隔为96μm、像素大小为2μm的R-G和G-B的不同颜色传感器，通过光线轨迹仿真确认由于副扫描放大倍率的误差导致的颜色偏移约0.6像素。这是非常好的性能。

[数值例2]

数值例2的图像读取镜头LG具有在数字复印机中使用所需并足够的F数5.5。如图4所示，从轴上点到轴外点的偏差充分减少，并获得了较高的成像性能。

对于在组合中使用的线传感器(CCD)，在放大倍率是0.124x的情况下可以使用任意一种。在以下的表7中示出了条件表达式(1)～(5)的数值。所有这些值满足相应的条件表达式(1)～(5)。

这里，即使使用600dpi的CCD，该CCD具有传感器阵列间隔为63μm、像素大小为5.25μm的R-G和G-B的不同颜色传感器，通过光线轨迹仿真确认由于副扫描放大倍率的误差导致的颜色偏移约0.3像素。这是非常好的性能。

[数值例3]

数值例3的图像读取镜头LG具有在数字复印机中使用所需并足够的F数5.0。如图6所示，从轴上点到轴外点的偏差充分减少，并获得了较高的成像性能。

对于在组合中使用的线传感器(CCD)，在放大倍率是0.124x的情况下可以使用任意一种。在以下的表7中示出了条件表达式(1)～(5)的数值。所有这些值满足相应的条件表达式(1)～(5)。

这里，即使使用1200dpi的CCD，该CCD具有传感器阵列间隔为63μm、像素大小为2.625μm的R-G和G-B的不同颜色传感器，通过光线轨迹仿真确认由于副扫描放大倍率的误差导致的颜色偏移约0.4像素。这是非常好的性能。

现在表7示出了上述条件表达式(1)～(5)和数值例1～3的数值之间的关系。

这些数值例中的任意一个的图像读取镜头具有所述较高的成像性能，还具有非常宽的场角。从原稿面到线传感器的光路长度约250mm，其适合作为小型滑架或图像读取设备使用。

表7

如上所述，在该实施例中，通过变形表面设置第四透镜G4的入射面和出射面二者。然后，通过满足上述条件表达式(1)～(5)，很好地降低了场曲偏差和沿副扫描方向的放大倍率误差。

此外，通过满足条件表达式(1)～(5)，防止了由变形透镜对场曲偏差的过度校正。如果过度地校正，则即使充分地补偿场曲偏差，副扫描放大倍率也极度恶化。因此，对图像读取镜头并不好。

此外，当满足条件表达式(1)～(5)时，设置标准值以辨别设计是好是坏，而不需要光线轨迹仿真。因此，不仅可以提高设计性能，而且可以减少设计步骤。

此外，本实施例实现了宽场角和高图像质量的图像读取镜头，然而由于仅具有4个透镜，因此镜头结构非常简单。

此外，通过本实施例，实现了在光轴外的点处保持较高的光量的图像读取镜头。

[平台型图像读取设备]

图8是例如数字复印机等滑架整体型(平台型)图像读取设备的主要部分的示意图，在其中包含了根据本发明的数值例1、2和3中的任意一个的图像读取镜头。

在本实施例中，来自照明系统3的光束直接或通过反射器(未示出)照明原稿1。来自所照明的原稿1的反射光被第一、第二、第三、第四和第五反射镜4a、4b、4c、4d和4e反射，光束的光路在滑架7内偏折。

由此所偏折的光束通过根据在上文中说明的数值例1、2和3中的任意一个的图像读取镜头5在作为读取部件的CCD 6的表面上成像。通过使用副扫描机构8沿着箭头C的方向(副扫描方向)移动滑架7，来读取原稿1的图像信息。将由此所读取的图像信息通过接口(未示出)发送到作为外部设备的个人计算机等。

通过使用根据上文中所说明的数值例1、2和3中的任意一个的成像镜头5，实现了尺寸极小并且图像质量非常高的图像读取设备。

应当注意，本发明不限于该整体型(平台型)图像读取设备。可以将本发明以本质上与上述相同的方式应用于例如图9所示的具有1:2扫描光学系统的图像读取设备。

更具体地，在图9中，82表示的是原稿台(原稿台玻璃)，原稿81放置在其表面上。84表示的是包括例如卤素灯、荧光灯或氙灯的照明光。83表示的是用于将来自照明光源84的光束反射以高效地照明原稿的反射器。85、86和87按顺序表示的是第一、第二和第三反射镜，其用于在主结构内部偏折来自原稿81的光束的光路。

5表示的是根据数值例1、2和3中的任意一个的图像读取镜头，其用于将基于原稿81的图像信息的光束成像在光电转换元件的表面。6表示的是作为光电转换元件的线传感器(CCD)。70表示的是主结构，71表示的是平板。72表示的是第一镜台，73表示的是第二镜台。

在图9中，来自照明系统84的光束直接或通过反射器83照明原稿81。来自所照明的原稿81的反射光被第一、第二和第三反射镜85、86和87反射，并且光束的光路在主结构70中偏折。

这里，在第一、第二和第三反射镜85、86和87沿着副扫描方向移动的同时进行沿着主扫描方向的电扫描，从而读取原稿81的图像信息。第二和第三反射镜86和87的移动量是第一反射镜85的移动量的一半。这样，原稿81和CCD 6之间的距离保持恒定。

尽管在该实施例中，将本发明的成像光学系统包含到数字彩色复印机的图像读取设备中，但本发明不限于此。本发明还可应用于例如彩色图像扫描仪等各种彩色图像读取设备。

尽管参照这里所公开的结构说明了本发明，但其不限于所述内容，该申请旨在覆盖可以在改进的目的或所附权利要求的范围内的这样的变形或变化。

Claims (6)

1.一种图像读取设备，其包括：

具有沿主扫描方向排列的像元的光电转换元件；以及

用于将原稿面上的图像信息成像在所述光电转换元件的受光面上的图像读取镜头，

其中，所述图像读取镜头包括至少一个变形透镜，所述变形透镜具有分别在其入射面和出射面处形成的变形面，

当将包含所述图像读取镜头的光轴和主扫描方向的主扫描截面中的所述变形面的截面形状取为母线时，在垂直于主扫描截面并包含在沿母线方向的任意位置处的所述变形面的法线的平面内所定义的所述变形面的径向曲率从光轴开始沿着母线方向连续改变，

当N为所述变形透镜的材料的折射率，r_in为在主光线通过所述变形透镜的入射面的位置处的径向曲率半径，r_out为在主光线通过所述变形透镜的出射面的位置处并沿垂直于主扫描截面的方向的径向曲率半径，d为在主光线分别通过所述变形透镜的入射面和出射面的位置之间沿光轴方向的距离，ω为所述图像读取镜头的最大半场角时，并且当使用通过下式表示的常数A和B时，

$A=\frac{N-1}{r_{\mathrm{in}}}(1-\frac{1}{r_{\mathrm{out}}}(r_{\mathrm{in}}-\frac{d(N-1)}{N}))$

$B=1-\frac{d(N-1)}{{\mathrm{Nr}}_{\mathrm{in}}}$

那么满足通过下式表示的条件，

$0.8<\frac{A_{\mathrm{off}}}{A_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}<1.2$

$|1-\frac{A_{\mathrm{off}}}{A_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}|+|1-\frac{B_{\mathrm{off}}}{B_{\mathrm{on}}\cos \mathrm{\&omega;}}|<0.2$

其中，A_on和B_on分别为与轴上光束的主光线对应的所述常数A和B的值，A_off和B_off分别为与最离轴光束的主光线对应的所述常数A和B的值。

2.根据权利要求1所述的图像读取设备，其特征在于，当A_mid为与相对于最离轴光束的70％场角光束的主光线对应的所述常数A的值时，满足以下关系：

$0<\frac{7A_{\mathrm{on}}+3A_{\mathrm{off}}-10A_{\mathrm{mid}}}{10\left|A_{\mathrm{on}}\right|}<0.4.$

3.根据权利要求1所述的图像读取设备，其特征在于，当R_in为在主光线通过所述变形透镜的入射面的位置处的母线的曲率半径，R_out为在主光线通过所述变形透镜的出射面的位置处的母线的曲率半径时，使用通过下式表示的常数C，

$C=\frac{N-1}{R_{\mathrm{in}}}(1-\frac{1}{R_{\mathrm{out}}}(R_{\mathrm{in}}-\frac{d(N-1)}{N}))$

并且，当C_on、C_mid和C_off分别为关于轴上光束、70％场角光束和最离轴光束的主光线的值时，满足以下关系：

$0.1<\frac{7C_{\mathrm{on}}+3C_{\mathrm{off}}-10C_{\mathrm{mid}}}{10(C_{\mathrm{off}}-C_{\mathrm{on}})}<0.7.$

4.根据权利要求1所述的图像读取设备，其特征在于，在所述图像读取镜头的光轴上，所述图像读取镜头的所述母线曲率半径和所述径向曲率半径相等。

5.根据权利要求1所述的图像读取设备，其特征在于，所述图像读取镜头按照从所述原稿面到所述光电转换元件侧的顺序，包括：具有凸面朝向所述原稿侧的弯月形状的正折光力的第一透镜，具有双凹透镜面的第二透镜，具有双凸透镜面的第三透镜，以及具有凸面朝向所述光电转换元件侧的弯月形状的第四透镜，其中所述第四透镜是所述变形透镜。

6.根据权利要求1所述的图像读取设备，其特征在于，所述图像读取镜头在整个场角内具有不小于95％的渐晕系数。

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