JP2002335375A - 画像読み取り結像光学系及びそれを用いた画像読取装置 - Google Patents

画像読み取り結像光学系及びそれを用いた画像読取装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラー原稿を含む原稿の装置全体の小型化を
図りつつ原稿面上の画像情報を良好に読み取ることがで
きる原稿読み取り結像光学系及びそれを用いた画像読取
装置を得ること。 【解決手段】 画像情報をラインセンサー上に結像さ
せて、該画像情報を読み取る為の画像読み取り結像光学
系であって、該画像読み取り結像光学系は基準軸光線の
入射方向と射出方向が異なりかつ曲率を有する複数のオ
フアキシャル反射面を含む結像光学素子を有しているこ
と。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は原稿読み取り結像光
学素子及びそれを用いた画像読取装置に関し、特に各種
収差がバランスよく補正され、高解像力を有する小型の
結像光学素子を用いたイメージスキャナーやデジタル複
写機やファクシミリ等のラインセンサーを用いたモノク
ロ画像やカラー画像を読み取る際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、原稿面上の画像情報を読み取
る画像読取装置（イメージスキャナー）として、フラッ
トベッド型のイメージスキャナーが例えば特開平３−１
１３９６１号公報で提案されている。
【０００３】フラットベッド型のイメージスキャナーは
結像レンズとラインセンサーを固定し、反射ミラーのみ
を移動させることによって原稿面をスリット露光走査し
て、画像情報を読み取っている。
【０００４】近年、装置の構造の簡略化をはかるためミ
ラー、結像レンズ、ラインセンサー等を一体化して原稿
面を走査するキャリッジ一体型走査方式が採用される場
合が多くなってきた。
【０００５】図３２は従来のキャリッジ一体型走査方式
の画像読取装置の要部概略図を示す。同図において、照
明光源１から放射された光束は直接原稿台２に載置した
原稿８を照明し、該原稿８からの反射光束を順に第１、
第２、第３反射ミラー３ａ、３ｂ、３ｃを介してキャリ
ッジ６内部でその光路を折り曲げ、結像レンズ（結像光
学系）４によりラインセンサー５面上に結像させてい
る。そしてキャリッジ６を副走査モーター７により図３
２に示す矢印Ａ方向（副走査方向）に移動させることに
より原稿８の画像情報を読み取っている。同図における
ラインセンサー５は複数の受光素子を１次元方向（主走
査方向）に配列して構成により成っている。
【０００６】図３３は図３２の画像読み取り光学系の基
本構成の説明図である。
【０００７】図中４は結像光学系、５Ｒ，５Ｇ，５Ｂは
各々ラインセンサー５のＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ
（青色）の各色を読み取るラインセンサー、８Ｒ，８
Ｇ，８Ｂはラインセンサー５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに対応する
原稿面上の読み取り範囲である。図３２に示す画像読取
装置では静止している原稿面をキャリッジ６が走査して
いるが、キャリッジ走査は図３３のようにラインセンサ
ー５及び結像レンズ４が静止していて原稿面８が移動す
ることと等価である。原稿面を走査することによってあ
る時間間隔をおいて同一箇所を異なる色で読み取ること
ができる。前記構成において結像レンズ４が通常の屈折
系からなる場合には軸上色収差や倍率色収差が発生する
ので基準のラインセンサー５Ｇに対しラインセンサー５
Ｂ，５Ｒに結像されるライン像にデフォーカスあるいは
位置ズレが発生する。したがって各色画像を重ね合せて
再現した時に色ニジミやズレの目立つ画像になる。すな
わち高開口、高解像度の性能が要求される場合には要求
に対応できなくなる。
【０００８】一方最近、非共軸光学系においても、基準
軸という概念を導入し構成面を非対称非球面にすること
で、十分収差が補正された光学系が構築可能であること
が明らかになってきた。例えば特開平９−５６５０号公
報にその設計法が、特開平８−２９２３７１号公報、特
開平８−２９２３７２号公報にその設計例が示されてい
る。
【０００９】こうした非共軸光学系はオフアキシャル光
学系（像中心と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考え
た時、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸
上にない曲面（オフアキシャル曲面）を含む光学系とし
て定義される光学系で、この時、基準軸は折れ曲がった
形状となる）と呼ばれる。このオフアキシャル光学系
は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレ
が生じることがないため、反射面を使った光学系の構築
がしやすい。また、光路の引き回しが比較的自由に行な
える、構成面を一体形成する手法で一体型の光学系を作
りやすいという特徴をも持っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】一方、デジタル複写機
等の原稿読み取り系は高解像度、高速性が要求されるた
め一体型光学系で構成するにいたっていない。読み取り
系に要求される結像レンズは明るくかつ高解像度を必要
とするので光学性能を確保するには画角を大きくするの
が難しい。画角が狭いとその結果光路長が長くなる。
【００１１】一方、カラー画像の読み取りを行う場合に
は高解像度になるにしたがい色収差による色毎の結像位
置差、画面内の色ズレ等の色収差が光学性能に悪影響を
与える。
【００１２】本発明は高速性、高解像度が要求されるデ
ジタル複写機など原稿読み取り系において、キャリッジ
一体型走査方式が容易に実現することができる原稿読み
取り結像光学系及びそれを用いた画像読取装置の提供を
目的とする。
【００１３】この他本発明はデジタルカラー画像の読み
取りにおいて、色収差がなくかつキャリッジ一体型走査
方式が容易に実現することができる原稿読み取り結像光
学系及びそれを用いた画像読取装置の提供を目的とす
る。
【００１４】又、一般的に結像光学素子としてオフアキ
シャル反射面を用いた場合結像光束が遮光されないよう
に基準軸光線は各オフアキシャル反射面に斜めに入射か
つ反射するので本来非対称収差が発生する構成である。
【００１５】本発明は結像光学系をオフアキシャル反射
面で構成しても非対称収差の発生が少なく光学性能が大
きく劣化しない原稿読み取り結像光学系及びそれを用い
た画像読取装置の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の画像読
み取り結像光学系は、画像情報をラインセンサー上に結
像させて、該画像情報を読み取る為の画像読み取りレン
ズであって、該画像読み取り結像光学系は基準軸光線の
入射方向と射出方向が異なりかつ曲率を有する複数のオ
フアキシャル反射面を含む結像光学素子を有しているこ
とを特徴としている。
【００１７】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記結像光学素子は基準軸光線の入射方向に対し射
出方向をほぼ垂直あるいは反対方向に変える機能を有す
ることを特徴としている。
【００１８】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記結像光学素子は少なくとも１組の交差する
反射面を含む複数のオフアキシャル反射面から成り、か
つ交差するオフアキシャル反射面の間に絞りを有してい
ることを特徴としている。
【００１９】請求項４の発明の画像読取装置は、原稿を
載置する原稿台と、結像光学素子と、ラインセンサー
と、を有し、原稿面上の画像情報を結像光学素子でライ
ンセンサーに結像し、該ラインセンサーで読み取る画像
読取装置において、前記結像光学素子は基準軸光線の入
射方向と射出方向が異なりかつ曲率を有する複数のオフ
アキシャル反射面を有することを特徴としている。
【００２０】請求項５の発明は請求項４の発明におい
て、前記結像光学素子の各オフアキシャル反射面におけ
る基準軸光線の折り曲げ方向は前記ラインセンサーのラ
イン方向と垂直の断面内であることを特徴としている。
【００２１】請求項６の発明は請求項５の発明におい
て、前記結像光学素子から射出する基準軸光線の方向は
前記結像光学素子に入射する基準軸光線の方向と異なる
ことを特徴としている。
【００２２】請求項７の発明は請求項６の発明におい
て、前記結像光学素子から射出する基準軸光線の方向は
前記結像光学素子に入射する基準軸光線の方向とほぼ直
交することを特徴としている。
【００２３】請求項８の発明は請求項５の発明におい
て、前記結像光学素子から射出する基準軸光線の方向は
前記結像光学素子に入射する基準軸光線の方向とほぼ同
方向であることを特徴としている。
【００２４】請求項９の発明は請求項６の発明におい
て、前記結像光学素子から入射する基準軸光線の方向と
前記結像光学素子から射出する基準軸光線の方向はほぼ
反対方向であることを特徴としている。
【００２５】請求項１０の発明は請求項４の発明におい
て、前記画像情報は前記結像光学素子内では中間結像せ
ずにラインセンサー上に直接形成されることを特徴とし
ている。
【００２６】請求項１１の発明は請求項１０の発明にお
いて、前記結像光学素子は、光入射面と光射出面との間
の光路中の略中央近傍に絞りを有することを特徴として
いる。
【００２７】請求項１２の発明は請求項１１の発明にお
いて、前記絞りは前記結像光学素子の光入射面と光射出
面との間の光路中の略中央近傍に位置するオフアキシャ
ル反射面の有効面により形成されるものであることを特
徴としている。
【００２８】請求項１３の発明は請求項４の発明におい
て、前記結像光学素子を構成する内部の媒質は空気であ
ることを特徴としている。
【００２９】請求項１４の発明は請求項４の発明におい
て、前記結像光学素子を構成する内部の媒質は光学的に
透明なガラスあるいはプラスチックであることを特徴と
している。
【００３０】請求項１５の発明は請求項５の発明におい
て、基準軸光線を反時計回り方向に偏向させるオフアキ
シャル反射面をプラス偏向面、基準軸光線を時計回り方
向に偏向させるオフアキシャル反射面をマイナス偏向面
と定義するとき、前記結像光学素子はプラス偏向面が連
続する構成を少なくとも１組またはマイナス偏向面が連
続する構成を少なくとも１組有することを特徴としてい
る。
【００３１】請求項１６の発明は請求項５の発明におい
て、基準軸光線を反時計回り方向に偏向させるオフアキ
シャル反射面をプラス偏向面、基準軸光線を時計回り方
向に偏向させるオフアキシャル反射面をマイナス偏向面
と定義するとき、前記結像光学素子はプラス偏向面が連
続する構成及びマイナス偏向面が連続する構成を少なく
とも１組ずつ有することを特徴としている。
【００３２】請求項１７の発明は請求項５の発明におい
て、前記結像光学素子は６面のオフアキシャル反射面か
ら構成され、基準軸光線を反時計回り方向に偏向させる
オフアキシャル反射面をプラス偏向面、基準軸光線を時
計回りに偏向させるオフアキシャル反射面をマイナス偏
向面と定義するとき、前記結像光学素子はプラス偏向面
とマイナス偏向面をそれぞれ同数有し、最も射出側のオ
フアキシャル反射面は最も入射側のオフアキシャル反射
面に対し入射基準軸において原稿面側に配置することを
特徴としている。
【００３３】請求項１８の発明は請求項１７の発明にお
いて、前記プラス偏向面とマイナス偏向面は絞りに対し
て逆偏向面となるように配置されることを特徴としてい
る。
【００３４】請求項１９の発明は請求項１７の発明にお
いて、前記結像光学素子の最も入射側のオフアキシャル
反射面は収斂作用有するように構成したことを特徴とし
ている。
【００３５】請求項２０の発明は請求項１７の発明にお
いて、前記結像光学素子の少なくとも１面は赤外光をカ
ットする特性を有することを特徴としている。
【００３６】請求項２１の発明は請求項１７の発明にお
いて、前記結像光学素子は原稿面に沿って前記反射ミラ
ーと筐体内で並列に配置されていることを特徴としてい
る。
【００３７】請求項２２の発明は請求項４の発明におい
て、前記光学結像素子の射出面におけるラインセンサー
のライン方向と垂直な方向の有効光束巾をφｓ、ライン
センサーのライン方向の有効光束巾φｍとした時、φｓ
＜φｍの条件を満足することを特徴としている。
【００３８】請求項２３の発明は画像読取装置は、原稿
を載置する原稿台と、結像光学素子と、ラインセンサー
と、を有し、原稿面上の画像情報を結像光学素子でライ
ンセンサーに結像し、該ラインセンサーで読み取る画像
読取装置において、基準軸光線を複数回反射させる反射
ミラーと結像光学素子を有し、前記結像光学素子は基準
軸光線の入射方向に対し射出方向をほぼ垂直あるいは反
対方向に変える機能を有することを特徴としている。
【００３９】請求項２４の発明は請求項２３の発明にお
いて、前記結像光学素子は基準軸光線の入射方向と射出
方向が異なりかつ曲率を有する複数のオフアキシャル反
射面を有することを特徴としている。
【００４０】請求項２５の発明は請求項２４の発明にお
いて、前記結像光学素子は各オフアキシャル反射面にお
ける基準軸光線の折り曲げ方向が前記ラインセンサーの
ライン方向と垂直の断面内であることを特徴としてい
る。
【００４１】請求項２６の発明は請求項２４の発明にお
いて、前記反射ミラーを少なくとも２枚有することを特
徴としている。
【００４２】請求項２７の発明は請求項２４の発明にお
いて、前記結像光学素子は前記反射ミラーに対し前記原
稿面の反対側に配置されていることを特徴としている。
【００４３】請求項２８の発明は請求項２４の発明にお
いて、前記結像光学素子は前記原稿面に沿って前記反射
ミラーと筐体内で並列に配置されていることを特徴とし
ている。
【００４４】請求項２９の発明の画像読取装置は、原稿
を載置する原稿台と、結像光学素子と、ラインセンサー
と、を有し、原稿面上の画像情報を結像光学素子でライ
ンセンサーに結像し、該ラインセンサーで読み取る画像
読取装置において、前記結像光学素子は少なくとも１組
の交差する反射面を含む複数のオフアキシャル反射面を
含み、かつ交差するオフアキシャル反射面の間に絞りを
有していることを特徴としている。
【００４５】請求項３０の発明は請求項２９の発明にお
いて、前記結像光学素子は各オフアキシャル反射面にお
ける基準軸光線の折り曲げ方向が前記ラインセンサーの
ライン方向に垂直の断面内であることを特徴としてい
る。
【００４６】請求項３１の発明は請求項３０の発明にお
いて、前記結像光学素子内の絞りは結像光学素子の光入
射面と光射出面との間の光路中の略中央付近に配置され
ていることを特徴としている。
【００４７】請求項３２の発明は請求項３０の発明にお
いて、前記絞りはラインセンサーのライン方向に垂直の
断面内の開口巾とラインに平行方向の開口巾とが異なる
ことを特徴としている。
【００４８】請求項３３の発明は請求項３２の発明にお
いて、前記絞りは近接するオフアキシャル反射面と一体
的に構成されていることを特徴としている。
【００４９】請求項３４の発明は請求項４から３３のい
ずれか１項の発明において、前記画像情報はカラー画像
であることを特徴としている。
【００５０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の画像読取装置に用
いる画像読み取り結像光学系の実施形態１の説明図であ
る。
【００５１】図１（Ａ）は副走査断面図、図１（Ｂ）は
主走査断面図、図１（Ｃ）は要部斜視図である。
【００５２】図２は図１の画像読み取り結像光学系を一
体型走査光学系の画像読取装置に適用したときの要部概
略図である。
【００５３】以下図面を用いて本発明の実施形態の詳細
を説明する。
【００５４】本発明の画像読取装置の結像光学系（画像
読み取り結像光学系）は、主に曲率を有する複数のオフ
アキシャル反射面を含む結像光学素子を利用して、光路
長が短くかつ基本的に色収差の発生が少ないように構成
している。画像読み取り結像光学系はこの他、レンズや
ミラー等を有する場合もある。図１において結像光学素
子４ａは内部媒質が光学樹脂で基準軸光線の入射光線Ｌ
Ｐ１の方向と射出光線ＬＰ０の方向が異なり、かつ曲率
を有するオフアキシャル反射面を５面（Ｒ３〜Ｒ７）有
し、原稿面８上の画像をラインセンサー５に結像する機
能を有している。各オフアキシャル反射面は前記ライン
センサー５のセンサーが配列されている方向（Ｘ方向）
のラインと垂直な方向（Ｙ方向）の断面すなわち副走査
断面（ＹＺ断面）内で光路を折り曲げる構成をとってい
る。
【００５５】また基準軸光線を反時計回り方向に偏向さ
せるオフアキシャル反射面をプラス偏向面、基準軸光線
を時計回り方向に偏向させるオフアキシャル反射面をマ
イナス偏向面と定義している。このとき、図１の結像光
学素子４ａは原稿面８側から順に面Ｒ３はプラス、面Ｒ
４はプラス、面５Ｒはマイナス、面Ｒ６はマイナス、面
Ｒ７はプラスの偏向面の配列となっている。
【００５６】その結果、射出面Ｒ８より、射出する基準
軸光線ＬＰ０の方向は入射する基準軸光線ＬＰ１の方向
に対しほぼ直角に射出される。偏向面の配列をプラス偏
向面が連続させた後にマイナス偏向面が連続させること
によって入射光線に対し光路がほぼ直交方向に進むこと
になるので、結像光学素子４ａは空間的に効率よい配置
をとることができる。
【００５７】図１（Ａ）はラインセンサー５のライン方
向（Ｘ方向）に垂直な断面すなわち副走査断面、図１
（Ｂ）はラインセンサー５のライン方向に平行な断面す
なわち主走査断面（ＸＺ断面）の光路を示している。ま
た図１（Ｃ）は前記結像光学素子４ａの光路の斜視図を
示している。
【００５８】図１（Ａ）、（Ｂ）からわかるように主走
査断面では絞り面ＳＰから離れるほど光束巾が広がって
いくが、副走査断面では光束巾は各面によらずほとんど
変化しない。すなわち結像光学素子４ａの射出面Ｒ８に
おけるラインセンサー５のライン方向（Ｘ方向）と垂直
方向すなわち副走査方向（Ｙ方向）の有効光束巾をφ
ｓ、ラインセンサー５のライン方向すなわち主走査方向
（Ｘ方向）の有効光束巾φｍとした時、次の条件が満足
される。
【００５９】φｓ＜φｍ したがって、画像読取装置をコンパクトに構成するため
には光路を副走査断面で折り曲げる方がよい。この光路
の折り曲げによりキャリッジ一体型走査光学系に適した
構成をとることができる。実施形態１において各オフア
キシャル反射面の収束力は正の収束力と負の収束力が交
互に配列されるように構成して良好な結像性能が得られ
るようにしている。
【００６０】反射面同士の構成では互いに光路を遮らな
いように構成するには各面同士の間隔をある程度おおき
くとらざるを得ない。したがって近くに異なる特性の面
を配置して収差を補正するのがよい。そのため収束力の
配置は交互に正、負が配列するのがよい。
【００６１】実施形態１では原稿面の像は結像光学素子
４ａ内において中間結像せず、結像光学素子４ａを射出
した後に直接ラインセンサー５上に結像するように構成
している。これによって各オフアキシャル反射面の曲率
が緩くできるので各反射面で発生する収差を抑えやすく
なる。結像光学素子４ａ内で中間結像しない構成のた
め、ラインセンサー５のライン方向（Ｘ方向）では絞り
ＳＰから離れるほど光束は広がる。実施形態１では絞り
ＳＰを結像光学素子４ａの光路中の中央付近にあるオフ
アキシャル反射面に設定して主走査方向において結像光
学素子４ａの入射面Ｒ２と射出面Ｒ８の有効光束が大き
くならないようにしている。これも結像光学素子４ａの
コンパクトな構成に寄与する。
【００６２】以上な構成とした上でオフアキシャル反射
面を自由曲面として所望の光学性能を確保している。ま
た実施形態１においては入射面Ｒ２と射出面が屈折面Ｒ
８のため色収差を発生させる要因となる。そこで両面と
も自由曲面として色収差の発生を抑えかつ色収差以外の
収差補正も行っている。実施形態１ではオフアキシャル
反射面間の媒質を光学的に透明なプラスチックＰＭＭＡ
で構成している。なおガラスで構成しても良い。
【００６３】図２は図１の実施形態１の結像光学素子４
ａを用いてカラー画像又はモノクロ画像を読み取る原稿
読取装置を構成した例である。本発明の画像読取装置が
カラー画像を対象とするときは図３３で示したセンサー
を用いている。
【００６４】図中、１は光源、２は原稿台ガラス、３
ａ，３ｂは第１、第２反射ミラー、４ａは結像光学素
子、５はＣＣＤ等で構成されるラインセンサー、６はキ
ャリッジ（筐体）である。
【００６５】原稿台ガラス２の上に載置された原稿８を
ミラー３ａ，３ｂを介して結像光学素子４ａによりライ
ンセンサー５上に結像して原稿８の１ラインを読み取る
ことができる。原稿読取装置をコンパクトに構成するた
めに第１、第２反射ミラー３ａ，３ｂにより光路を折り
畳んでいる。結像光学素子４ａも光路を折り畳むのに寄
与している。光学結像素子４ａを用いることによりキャ
リッジ一体型光学系の原稿読取装置を２枚のミラーと結
像光学素子から成る少ない光学部品で構成することがで
きる。
【００６６】図３２の従来の構成と対比すると結像光学
素子のみで光路をほぼ直角に折り曲げているのでミラー
１枚を結像光学系に含めた構成をとったことに相当し、
画像読み取り装置を簡単な構成にすることができる。こ
のキャリッジ一体型光学系はラインセンサーのライン方
向（Ｘ方向）に垂直な方向すなわち副走査方向（Ｙ方
向、Ａ方向）に原稿８とキャリッジ６とを相対的に走査
することによって原稿８面を２次元的に読み取ってい
る。
【００６７】図３に実施形態１のラインセンサーのライ
ン方向の５点（像高）についての収差図を示す。図中の
Ｘは原稿面上の高さを表す。
【００６８】図４は本発明の結像光学素子の実施形態２
の要部断面図である。
【００６９】実施形態２の結像光学素子４ｂは基準軸光
線の入射面Ｒ２に対する射出面Ｒ９の方向が同一であ
り、曲率を有するオフアキシャル反射面のみ６面（Ｒ３
〜Ｒ８）で構成されている。反射面間の媒質は空気であ
り、基本的に色収差が発生しない中空構成である。偶数
回の反射により入射光線の方向と射出光線の方向はほぼ
同方向になる。
【００７０】図４の結像光学素子４ｂは原稿面８側から
順に面Ｒ３はプラス、面Ｒ４はマイナス、面Ｒ５はマイ
ナス、面Ｒ６はプラス、面Ｒ７はプラス、面Ｒ８はマイ
ナスの偏向面の配列となっている。
【００７１】その結果、射出する基準軸光線の方向は入
射する基準軸光線の方向に対しほぼ同方向に射出され
る。偏向面の配列をマイナス偏向面が連続する組とプラ
ズ偏向面が連続する組を交互に配列することによって入
射光線に対し光路がほぼ平行方向に進むことになるの
で、結像光学素子４ｂは空間的に効率よい配置をとるこ
とができる。
【００７２】実施形態２では実施形態１と同様、結像光
学素子４ｂ内での中間結像をせず、直接、ラインセンサ
ー５上に原稿像が形成されるようにして各オフアキシャ
ル反射面の曲率が緩く構成できるようにしている。さら
に絞りＳＰを結像光学素子４ｂの光路中の中央付近に配
置して結像光学素子４ｂの入射面Ｒ２および射出面Ｒ９
の有効光束が大きくならないようにしている。
【００７３】図５は実施形態２の光学結像素子４ｂを原
稿読取装置に適用した例である。図中の構成部品は図２
とほぼ同様である。３Ｃはミラーである。図５では従来
の複数枚で構成されていた結像レンズを少ない構成要素
から成る結像光学素子４ｂで置き換えることができる。
結像光学素子４ｂは色収差が発生しない構成であるため
色ズレのないカラー読み取りが可能なキャリッジ一体型
光学系を容易に構成することができる。
【００７４】図６に実施形態２のラインセンサーのライ
ン方向の５点（像高）における収差図を示す。図中のＸ
は原稿面上の高さを表す。
【００７５】図７は本発明の結像光学素子４ｃの実施形
態３の要部断面図である。実施形態３の結像光学素子は
反射面が６面（Ｒ３〜Ｒ８）、反射面間の媒質は空気で
構成されている。したがって結像光学素子４ｃは色収差
が発生しない構成である。偶数回の反射により入射光線
の方向に対し射出光線の方向はほぼ反対方向になる。
【００７６】図７の結像光学素子４ｃは原稿面８側から
順に面Ｒ３はプラス、面Ｒ４はプラス、面Ｒ５はマイナ
ス、面Ｒ６はマイナス、面Ｒ７はプラス、面Ｒ８はプラ
スの偏向面の配列となっている。その結果、射出する基
準軸光線の方向は入射する基準軸光線の方向に対しほぼ
逆方向に射出される。偏向面の配列をプラス偏向面が連
続する組とマイナス偏向面が連続する組を交互に配列す
ることによって入射光線に対し光路がほぼ直交方向に進
むことになるので、結像光学素子４ｃは空間的に効率よ
い配置をとることができる。
【００７７】実施形態３では実施形態１と同様、結像光
学素子４ｃ内での中間結像をせず、直接ラインセンサー
５上に原稿像が形成されるようにして各オフアキシャル
反射面の曲率が緩く構成できるようにしている。さらに
絞りＳＰを結像光学素子４ｃの光路中の中央付近に配置
して結像光学素子４ｃの入射面Ｒ２および射出面Ｒ９の
有効光束が大きくならないようにしている。
【００７８】図８は実施形態３の光学結像素子４ｃを原
稿読取装置に適用した例である。図中の構成部品は図２
とほぼ同様である。図８では結像光学素子４ｃは入射光
線の方向を反対にして射出するので、光路を２回折り曲
げたことに相当し図２の原稿読取装置と同様に従来に対
し反射ミラーを減少させることができる。さらにライン
センサー５の配置はコンパクトな構成が可能となる。
【００７９】図９に実施形態３のラインセンサーのライ
ン方向の５点（像高）における収差図を示す。図中のＸ
は原稿面上の高さを表す。
【００８０】図１０〜図１４は本発明の結像光学素子の
実施形態４〜８の要部断面図である。
【００８１】図１０〜図１４の結像光学素子は、主に複
数の反射面で結像作用を有している。いずれも反射面が
５面の場合である。原稿読取装置の中の反射ミラーの構
成にあわせて選択することによりコンパクトな配置がと
ることができる。なお反射面が６面以上の場合も反射面
の組み合わせでいくつかの構成が可能であり原稿読取装
置にあわせて選択することができる。
【００８２】図１５は本発明の結像光学素子の実施形態
９の要部断面図である。
【００８３】図１６は実施形態９の結像光学素子を原稿
読取装置に適用した例である。
【００８４】実施形態９の結像光学素子４ｄは反射面が
５面（Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６〜Ｒ８）、反射面間の媒質は空
気で構成されている。したがって結像光学素子４ｄは色
収差が発生しない構成である。
【００８５】図１５の結像光学素子４ｄは原稿面８側か
ら順に面Ｒ３はプラス、面Ｒ４はマイナス、面Ｒ６はプ
ラス、面Ｒ７はマイナス、面Ｒ８はマイナスの偏向面の
配列となっている。この構成により反射ミラー３ｂから
射出された光束を結像光学素子４ｄ内で最初の反射ミラ
ー側に折り曲げた後、反射ミラーと反対方向に光束を射
出させる構成である。
【００８６】すなわち、奇数回の反射により射出する基
準軸光線の方向は入射する基準軸光線の方向に対しほぼ
直角方向になる。光路を繰り返し折り曲げる２枚の反射
ミラー３ａ，３ｂから射出する光束を前記結像光学素子
４ｄで結像させ、かつ結像光学素子４ｄ内の光路を反射
ミラーと反対方向に向かうように入射方向に対し直角方
向に折り曲げて空間的に効率よい配置をとることができ
る。
【００８７】実施形態９では実施形態１と同様、結像光
学素子４ｄ内での中間結像をせず、直接ラインセンサー
５上に原稿像が形成される構成として各オフアキシャル
反射面の曲率が緩くしている。さらに絞りＳＰを結像光
学素子４ｄの光路中の中央付近に配置して結像光学素子
の入射面Ｒ２および射出面Ｒ９の有効光束が大きくなら
ないようにしている。図に示したように結像光学素子４
ｄが光路の折り曲げ作用を有するのでキャリッジ一体型
走査方式の画像読み取り装置を２枚の反射ミラーと結像
光学素子のみの簡単な構成で実現することができる。
【００８８】図１７は本発明の結像光学素子の実施形態
１０の要部断面図である。
【００８９】図１８は実施形態１０の結像光学素子を原
稿読取装置に適用した例である。
【００９０】実施形態１０の結像光学素子４ｅは反射面
が５面（Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６〜Ｒ８）、反射面間の媒質は
空気で構成されている。したがって結像光学素子４ｅは
色収差が発生しない構成である。
【００９１】図１７の結像光学素子４ｅは原稿面８側か
ら順に面Ｒ３はマイナス、面Ｒ４はプラス、面Ｒ６はプ
ラス、面Ｒ７はマイナス、面Ｒ８はプラスの偏向面の配
列となっている。この構成によって反射ミラー３ｂから
射出された光束は結像光学素子４ｅ内でほぼ直線的に下
側に導かれた後反射ミラー側に射出される。
【００９２】すなわち、奇数回の反射により射出する基
準軸光線の方向は入射する基準軸光線の方向に対しほぼ
直角方向に射出される。光路を繰り返し折り曲げる２枚
の反射ミラー３ａ，３ｂから射出する光束を前記結像光
学素子４ｅで結像させ、かつ光路を反射ミラーのある方
向に向かうように入射方向に対しほぼ直交方向に折り曲
げて空間的に効率よい配置をとることができる。
【００９３】実施形態１０では実施形態１と同様、結像
光学素子４ｅ内での中間結像をせず、直接ラインセンサ
ー５上に原稿像が形成されるようにして各オフアキシャ
ル反射面の曲率が緩く構成できるようにしている。さら
に絞りＳＰを結像光学素子４ｅの光路中の中央付近に配
置して結像光学素子４ｅの入射面Ｒ２および射出面Ｒ９
の有効光束が大きくならないようにしている。図に示し
たように結像光学素子４ｅが光路の折り曲げ作用を有す
るのでキャリッジ一体型走査方式の画像読み取り装置を
２枚の反射ミラーと結像光学素子４ｅのみの簡単な構成
で実現することができる。
【００９４】図１９は本発明の結像光学素子の実施形態
１１の要部断面図である。
【００９５】図２０は実施形態１１の結像光学素子を原
稿読取装置に適用した例である。
【００９６】実施形態１１の結像光学素子４ｆは反射面
が６面（Ｒ３〜Ｒ５、Ｒ７〜Ｒ９）である。また結像光
学素子４ｆ内の反射面間の媒質は空気である。したがっ
て結像光学素子４ｆは色収差の発生しない構成である。
【００９７】図１９の結像光学素子４ｆは原稿面８側か
ら順に面Ｒ３はプラス、面Ｒ４はプラス、面Ｒ５はマイ
ナス、面Ｒ７はプラス、面Ｒ８はプラス、面Ｒ９はマイ
ナスの偏向面の配列となっている。図２０において反射
ミラー３ａから射出された光束は結像光学素子４ｆ内で
光路を折り曲げられた後ほぼ直線的に下側に導かれ射出
される。
【００９８】すなわち、結像光学素子４ｆから射出され
る基準軸光線の方向は入射する基準軸光線の方向に対し
ほぼ反対方向に射出される。光路を繰り返し折り曲げる
２枚の反射ミラー４ａ，４ｂから射出する光束を前記結
像光学素子４ｆで結像させ、かつ光路を反転させて下側
方向に向かうように折り曲げて空間的に効率よい配置を
とることができる。
【００９９】実施形態１１では実施形態１と同様、結像
光学素子４ｆ内での中間結像をせず、直接ラインセンサ
ー５上に原稿像が形成される構成として各オフアキシャ
ル反射面の曲率を緩くしている。さらに絞りＳＰを結像
光学素子４ｆの光路中の中央付近に配置して結像光学素
子４ｆの入射面Ｒ２および射出面Ｒ１０の有効光束が大
きくならないようにしている。図に示したように結像光
学素子が光路の折り曲げ作用を有するのでキャリッジ一
体型の画像読み取り装置を２枚の反射ミラー４ａ，４ｂ
と結像光学素子４ｆのみの簡単な構成で実現することが
できる。この構成では光束の反射ミラー３ｂによる反射
回数を減少できるので反射ミラー３ｂの小さく構成でき
る。
【０１００】以上の結像光学素子４ｄ〜４ｆは自由曲面
である反射面を用いることにより原稿面と結像光学素子
との距離を従来の結像光学系より短縮し、キャリッジ一
体型光学系の構成を実現している。
【０１０１】図２１は本発明の結像光学素子の実施形態
１２の要部断面図である。本実施形態の結像光学素子の
外形状は図１７の実施形態１０と同じである。
【０１０２】図２２は実施形態１２の結像光学素子を原
稿読取装置に適用した例である。
【０１０３】図２１の結像光学素子は基準軸光線の入射
光線の方向と射出光線の方向が異なりかつ曲率を有する
オフアキシャル反射面を５面（Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６〜Ｒ
８）有し原稿面８をラインセンサー５に結像する機能を
有している。反射面間の媒質は空気である。したがって
結像光学素子４ｇは色収差の発生しない構成である。各
オフアキシャル反射面は前記ラインセンサー５のライン
方向と垂直な断面すなわち副走査断面内で光路を折り曲
げる構成をとっている。
【０１０４】図２１の結像光学素子４ｇは原稿面８側か
ら順に面Ｒ３はマイナス、面Ｒ４はプラス、面Ｒ６はプ
ラス、面Ｒ７はマイナス、面Ｒ８はプラスの偏向面の配
列となっている。その結果、射出する基準軸光線の方向
は入射する基準軸光線の方向に対しほぼ直角に射出され
る。
【０１０５】図２１において反射面同士が交差する第２
反射面Ｒ４と第３反射面Ｒ６の間に絞りＳＰを配置して
いる。図２１（Ａ）はラインセンサーのライン方向に垂
直な断面すなわち副走査断面、図２１（Ｂ）はラインセ
ンサーのライン方向に平行な断面すなわち主走査断面の
光路を示している。また図２１（Ｃ）は前記光路の斜視
図を示している。
【０１０６】結像光学素子４ｇにおいて原稿面の像は結
像光学素子内において中間結像せず、結像光学素子を射
出した後に直接、ラインセンサー５上に結像するように
構成している。これによって各オフアキシャル反射面の
曲率が緩くできるので各反射面で発生する収差を抑えや
すくなる。しかし反射面同士の構成では互いに光路を遮
らないように構成するには各面同士の感覚をある程度お
おきくとらざるを得ないが、結像光学素子内で中間結像
しない構成のため、ラインセンサーのライン方向では絞
りから離れるほど光束は広がる。
【０１０７】本実施形態では絞りＳＰを結像光学素子の
光路中の中央付近に設定して主走査方向において結像光
学素子の入射面と射出面の有効光束が大きくならないよ
うにしている。オフアキシャル反射面では常に光束が斜
めに入射および反射されるので非対称収差が発生するの
で、基本的に非対称収差が相殺される構成をとるのがよ
い。
【０１０８】そこで本実施形態では絞りＳＰの前後に配
置されるオフアキシャル反射面が絞りに対しほぼ対称に
なるように交差する１組のオフアキシャル反射面を構成
している。さらに構成上１組の交差するオフアキシャル
反射面にそれぞれ隣接するオフアキシャル反射面は交差
するオフアキシャル反射面と平行な配置をとらざるを得
ず、隣接のオフアキシャル反射面同士が交差する構成を
とる。したがってこの絞り配置は絞りを交差するオフア
キシャル反射面の１つとそれに隣接するオフアキシャル
反射面と一体的に構成できる。
【０１０９】図２２において、２は原稿台ガラス、３
ａ，３ｂは第１、第２反射ミラー、４ｇは結像光学素
子、５はＣＣＤ等で構成されるラインセンサーである。
【０１１０】原稿台ガラス２の上に載置された原稿８を
結像光学素子４ｇによりラインセンサー５上に結像して
原稿の１ラインを読み取ることができる。原稿読取装置
をコンパクトに構成するために第１、第２反射ミラー３
ａ，３ｂにより光路を折り畳んでいる。結像光学素子４
ｇも光路を折り畳むのに寄与している。光学結像素子４
ｇを用いることによりキャリッジ一体型光学系の原稿読
取装置を２枚の反射ミラーと結像光学素子から成る少な
い光学部品で構成することができる。
【０１１１】従来の構成と対比すると結像光学素子のみ
で光路をほぼ直角に折り曲げているのでミラー１枚を結
像光学系に含めた構成をとったことに相当し、画像読取
装置を簡単な構成にすることができる。このキャリッジ
一体型光学系はラインセンサーのライン方向に垂直な方
向すなわち副走査方向に走査することによって原稿面を
２次元的に読み取っている。
【０１１２】図２３は本発明の結像光学素子の実施形態
１３の要部断面図である。本実施形態の結像光学素子の
外形状は図１７の実施形態１０と同じである。
【０１１３】図２４は実施形態１３の結像光学素子を原
稿読取装置に適用した例である。
【０１１４】本実施形態の結像光学素子４ｈはオフアキ
シャル反射面が５面（Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６〜Ｒ８）有し、
反射面間の媒質は空気で構成される。したがって結像光
学素子は色収差の発生しない構成である。
【０１１５】結像光学素子４ｈは原稿面８側から順に面
Ｒ３はプラス、面Ｒ４はマイナス、面Ｒ６はマイナス、
面Ｒ７はプラス、面Ｒ８はプラスの偏向面の配列となっ
ている。結像光学素子４ｈより射出する基準軸光線の方
向は入射する基準軸光線の方向に対しほぼ直角方向に射
出される。この構成において反射面同士が交差する第２
反射面Ｒ４と第３反射面Ｒ６の間に絞りＳＰを配置して
いる。絞りＳＰが結像光学素子４ｈの光路中の中央付近
に配置されているので結像光学素子の入射面および射出
面の有効光束が大きくならない。
【０１１６】基本的に非対称収差が相殺される構成をと
るのがよいので、絞りＳＰの前後に配置されるオフアキ
シャル反射面が絞りＳＰに対しほぼ対称になるように交
差する１組のオフアキシャル反射面を構成している。図
２５は本発明の結像光学素子の実施形態１４の要部断面
図である。本実施形態の結像光学素子の外形状は図１の
実施形態１と同じである。
【０１１７】図２６は実施形態１４の結像光学素子を原
稿用読取装置に適用した例である。
【０１１８】結像光学素子４ｉは反射面が５面（Ｒ３〜
Ｒ７）、反射面間の媒質は空気で構成されている。した
がって結像光学素子４ｉは色収差の発生しない構成であ
る。結像光学素子４ｉは原稿面８側から順に面Ｒ３はプ
ラス、面Ｒ４はプラス、面Ｒ５はマイナス、面Ｒ６はマ
イナス、面Ｒ７はプラスの偏向面の配列となっている。
この構成により結像光学素子４ｉより射出され基準軸光
線は入射方向に対しほぼ直交方向に射出される。この構
成においてオフアキシャル反射面同士が交差する第３反
射面Ｒ５と第４反射面Ｒ６の間に絞りＳＰを配置してい
る。
【０１１９】さらに絞りＳＰを結像光学素子４ｉの光路
中の中央付近に配置して結像光学素子の入射面および射
出面の有効光束が大きくならないようにしている。基本
的に非対称収差が相殺される構成をとるのがよいので、
絞りの前後に配置されるオフアキシャル反射面が絞りに
対しほぼ対称になるように交差する１組のオフアキシャ
ル反射面を構成している。図２７は本発明の結像光学素
子の実施形態１５の要部断面図である。本実施形態の結
像光学素子の外形状は図７の実施形態３と同じである。
【０１２０】図２８は実施形態１５の結像光学素子を原
稿用読取装置に適用した例である。
【０１２１】結像光学素子４ｊは反射面が６面（Ｒ３〜
Ｒ５，Ｒ７〜Ｒ９）である。反射面間の媒質は空気で構
成される結像光学素子である。したがって結像光学素子
４ｊは色収差の発生しない構成である。結像光学素子は
原稿面８側から順に面Ｒ３はプラス、面Ｒ４はプラス、
面Ｒ５はマイナス、面Ｒ７はマイナス、面Ｒ８はプラ
ス、面Ｒ９はプラスの偏向面の配列となっている。この
構成によって入射光束は結像光学素子内でほぼ直線的に
下側に導かれた後、偶数回の反射により射出する基準軸
光線の方向は入射する基準軸光線の方向に対しほぼ反対
方向に射出される。
【０１２２】結像光学素子内での中間結像をせず、直接
ラインセンサー５上に原稿像が形成されるようにして各
オフアキシャル反射面の曲率が緩く構成できるようにし
ている。さらに絞りＳＰを反射面同士交差する第３反射
面Ｒ５と第４反射面Ｒ７の間に配置している。絞りＳＰ
は結像光学素子４ｊの光路中の中央付近にあるので結像
光学素子４ｊの入射面および射出面の有効光束が大きく
ならない。基本的に非対称収差が相殺される構成をとる
のがよいので、絞りの前後に配置されるオフアキシャル
反射面が絞りに対しほぼ対称になるように交差する１組
のオフアキシャル反射面を構成している。
【０１２３】図２９は本発明の結像光学素子の実施形態
１６の要部断面図である。
【０１２４】図３０は実施形態１６の結像光学素子を原
稿用読取装置に適用した例である。
【０１２５】結像光学素子４ｋは反射面が６面（Ｒ３〜
Ｒ５，Ｒ７〜Ｒ９）である。反射面間の媒質は空気で構
成される結像光学素子である。したがって結像光学素子
４ｋは色収差の発生しない構成である。結像光学素子４
ｋは原稿面８側から順に面Ｒ３はプラス、面Ｒ４はプラ
ス、面Ｒ５はマイナス、面Ｒ７はマイナス、面Ｒ８はプ
ラス、面Ｒ９はマイナスの偏向面の配列となっている。
この構成によって入射光束は結像光学素子内でほぼ直線
的に下側に導かれた後、偶数回の反射により射出する基
準軸光線の方向は入射する基準軸光線の方向に対しほぼ
同方向に射出される。
【０１２６】結像光学素子内での中間結像をせず、直接
ラインセンサー５上に原稿像が形成されるようにして各
オフアキシャル反射面の曲率が緩く構成できるようにし
ている。さらに絞りＳＰを反射面同士交差する第３反射
面Ｒ５と第４反射面Ｒ７の間に配置している。絞りＳＰ
は結像光学素子の光路中の中央付近にあるので結像光学
素子の入射面および射出面の有効光束が大きくならな
い。基本的に非対称収差が相殺される構成をとるのがよ
いので、絞りＳＰの前後に配置されるオフアキシャル反
射面が絞りに対しほぼ対称になるように交差する１組の
オフアキシャル反射面を構成している。原稿読取装置の
校正は実施形態１の基本的に同じである。
【０１２７】図３４は本発明の結像光学素子の実施形態
１７の要部断面図である。
【０１２８】図３６は実施形態１７の結像光学素子を画
像読み取り装置に適用した例である。
【０１２９】実施形態１７の結像光学素子４は基準軸光
線の入射面Ｒ３に対する射出面Ｒ１１の方向が同一であ
り、曲率を有するオフアキシャル反射面のみ６面（Ｒ４
〜Ｒ６、Ｒ８〜Ｒ１０）で構成されている。反射面間の
媒質は空気であり、基本的に色収差が発生しない中空構
成である。偶数回の反射により入射光線の方向と射出光
線の方向はほぼ同方向になる。
【０１３０】図３４の結像光学素子４は原稿面８側から
順に面Ｒ４はプラス、面Ｒ５はプラス、面Ｒ６はマイナ
ス、面Ｒ８はプラス、面Ｒ９はマイナス、面Ｒ１０はマ
イナスの偏向面の配列となっている。
【０１３１】そして最も射出側にある面Ｒ１０を最も入
射側にある面Ｒ４よりも入射基準軸において原稿側に配
置している。この配置により４から射出して結像位置ま
で至る光路いわゆるバックフォーカスの部分を入射光が
面４に至る部分までの下方にほぼ平行に配置することが
でき、空間的に効率の良い配置をとることができる。さ
らに基本的に非対称収差が相殺される構成をとるのが良
いので、絞りＳＰの前後において配置されるオフアキシ
ャル反射面は面Ｒ６がマイナスに対しＲ８面がプラス、
面Ｒ５がプラスに対して面Ｒ９がマイナス、面Ｒ４がプ
ラスに対して面Ｒ１０がマイナスとなり、絞り中心に１
８０度回転させると同じになる構成となっている。
【０１３２】そして面Ｒ４から面Ｒ５に向かう光束を収
斂させることで面Ｒ４以降にあるオフアキシャル反射面
を小さくしている。さらにこのオフアキシャル反射面の
少なくとも１つの面に赤外光をカットする効果をもたせ
ることで、カラー画像の黒の部分が赤っぽくなることも
防ぐことができる。赤外光カットの方法の１例としてダ
イクロ膜を蒸着もしくはディッピングにてオフアキシャ
ル反射面を作成することが挙げられる。
【０１３３】図３６において、２は原稿台ガラス、３
ａ，３ｂ，３ｃは第１、第２、第３反射ミラー、４は結
像光学素子、５はＣＣＤ等で構成されるラインセンサー
である。原稿台ガラス２の上に載置された原稿８を結像
光学素子４によりラインセンサー５上に結像して原稿の
１ラインを読み取ることができる。原稿読み取り装置を
コンパクトに構成するために第１、第２、第３反射ミラ
ー３ａ，３ｂ，３ｃにより光路を折り畳んでいる。ミラ
ーと並列に配置して、従来とくらべミラーの下にレンズ
を配置する必要がないため、深さ（紙面上下）方向に薄
くすることができる。さらにＣＣＤ等を副走査方向に配
置しているため、深さ方向にＣＣＤ基盤等の出っ張りが
なく薄くできる。
【０１３４】なお本発明の結像光学素子は、カラー複写
機、モノクロの複写機、イメージスキャナー等の光学機
器に適用できる。特にＦナンバーが明るくかつ色ずれの
ない高画質が要求されるカラーデジタル複写機に最適で
ある。
【０１３５】本発明の実施形態においてラインセンサー
上においてラインセンサーのライン方向に垂直の断面方
向すなわち副走査方向とラインに平行方向すなわち主走
査方向の性能がほぼ同一になるように入射側のＮＡを同
一にしている。これを実現するために絞りにおいてライ
ンセンサーのライン方向に垂直の断面内の開口巾とライ
ンに平行方向の開口巾が異なるように設定している。オ
フアキシャル反射面は基本的にアジムス方向で曲率が異
なるため結像光学素子内での光線の通り方も非対称にな
るからである。
【０１３６】非対称の絞りの方向をオフアキシャル反射
面の方向とあわせて配置する必要があるので近接するオ
フアキシャル反射面と絞りとを一体的に構成するのがよ
い。
【０１３７】なおカラー複写機、モノクロの複写機、イ
メージスキャナーについては本発明の構成は適用可能で
ある。
【０１３８】以上の各実施形態によれば、カラー及びモ
ノクロの画像情報をラインセンサー及び結像光学系によ
り読み取る画像読取装置において前記の結像光学系を複
数の曲率を有するオフアキシャル反射面から成る結像光
学素子で構成することによってカラー画像のときは色ズ
レがない高精細の画像読み取りできると同時にコンパク
トな構成によりキャリッジ一体型光学系を実現してい
る。
【０１３９】又、以上の各実施形態によれば、原稿をラ
インセンサー及び結像光学系により読み取るカラー画像
読取装置において基準軸光線を複数回反射させる反射ミ
ラーと曲率を有する複数のオフアキシャル反射面から成
る結像光学素子で構成される読み取り光学系は簡単な構
成でキャリッジ一体型光学系を実現できる。さらに結像
光学素子４はほぼ反射面で構成されているので一体型光
学系は色ズレのない高精細の画像読み取りを実現でき
る。
【０１４０】又、以上の実施形態によれば、画像情報を
ラインセンサー及び結像光学系により読み取るカラー及
びモノクロの画像読取装置において前記結像光学系を複
数の曲率を有するオフアキシャル反射面から成る結像光
学素子で反射面及び絞りを適切に構成することによって
カラー画像のときは色ズレのない高精細の画像読み取り
が可能な高性能のキャリッジ一体型光学系を実現でき
る。
【０１４１】本発明の結像光学素子の実施形態の構成お
よび数値の意味を明確にするために、本明細書中で使用
のオフアキシャル光学系、及び、その骨組みとなる基準
軸について以下のように定義する。
【０１４２】基準軸の定義 一般的には物体面から像面にいたる基準となる基準波長
の光線の光路をその光学系における基準軸と定義する。
これだけでは基準となる光線の選び方に曖昧性が残るの
で、通常は以下に示す２つの原則のいずれかにより基準
光線すなわち基準軸を設定する。
【０１４３】◎光学系に部分的にでも対称性を有する軸
が存在し、収差を対称性よくとりまとめることができる
場合にはその対称性を有する軸上を通る光線を基準光線
とする。
【０１４４】◎光学系に一般的に対称軸が存在しない
時、あるいは部分的には対称軸が存在しても、収差を対
称性よくとりまとめることができる時には、物体面中心
（被撮影、被観察範囲の中心）から出る光線のうち、光
学系の指定される面の順に光学系を通り、光学系内に定
義される絞り中心を通る光線を基準光線として設定す
る。
【０１４５】このようにして定義される基準軸は、折れ
曲がっている形状となる事が一般的である。
【０１４６】オフアキシャル光学系の定義 上記のように定義した基準軸が曲面と交わる点におい
て、面法線が基準軸と一致しない曲面をオフアキシャル
曲面と定義し、オフアキシャル曲面を含む光学系をオフ
アキシャル光学系と定義する。（但し、平面反射面によ
って基準軸が単純に折れ曲がっている場合も面法線が基
準軸と一致しないが、その平面反射面は収差の対称性を
損なわないので、オフアキシャル光学系の対象から除外
する。）本発明の実施形態においては、光学系の基準と
なる基準軸を上記の様に設定したが、光学系の基準とな
る軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、若しく
は光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の良い
軸を採用すれば良い。
【０１４７】しかし、一般的には像面又は観察面の中心
と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光学系の第１面の中
心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を
光学系の基準となる基準軸に設置する。
【０１４８】つまり、本発明の実施形態においては、基
準軸はラインセンサー５（結像面）の中心点を通り、像
面の中心へ至る光線（基準軸光線）が反射面によって反
射する経路を基準軸に設定している。各面の順番は基準
軸光線が反射を受ける順番に設定している。
【０１４９】従って基準軸は設定された各面の順番に沿
って反射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終
的に像面の中心に到達する。
【０１５０】本発明の各実施例の光学系を構成するチル
ト面は基本的にすべてが同一面内でチルトしている。そ
こで、絶対座標系の各軸を以下のように定める。（図３
１参照） Ｚ軸：原点を通り第２面に向かう基準軸 Ｙ軸：原点を通りチルト面内（図３１の紙面内）でＺ軸
に対して反時計回りに９０°をなす直線 Ｘ軸：原点を通りＺ，Ｙ各軸に垂直な直線（図３１の紙
面に垂直な直線） 又、光学系を構成する第ｉ面の面形状を表すには、絶対
座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第ｉ
面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し
て、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状
を認識する上で理解し易い為、本発明の構成データを表
示する実施例では第ｉ面の面形状をローカル座標系で表
す。
【０１５１】また、第ｉ面のＹＺ面内でのチルト角は絶
対座標系のＺ軸に対して反時計回り方向を正とした角度
θｉ（単位°）で表す。よって、本発明の実施形態では
各面のローカル座標の原点は図３１中のＹＺ平面上にあ
る。
【０１５２】またＸＺおよびＸＹ面内での面の偏心はな
い。さらに、第ｉ面のローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）の
ｙ，ｚ軸は絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対してＹＺ面内
で角度θｉ傾いており、具体的には以下のように設定す
る。
【０１５３】ｚ軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座
標系のＺ方向に対しＹＺ面内において反時計方向に角度
θｉをなす直線 ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、ｚ方向に対しＹＺ面
内において反時計方向に９０°をなす直線 ｘ軸：ローカル座標の原点を通り、ＹＺ面に対し垂直な
直線 また、本発明の実施例における光学結像素子は回転非対
称の非球面を有し、その形状は以下の式により示す。
【０１５４】ｚ＝Ｃ０２ｙ２＋Ｃ２０ｘ２＋Ｃ０３ｙ３
＋Ｃ２１ｘ２ｙ＋Ｃ０４ｙ４＋Ｃ２２ｘ２ｙ２＋Ｃ４０
ｘ４＋Ｃ￥０５ｙ５＋Ｃ２３ｘ２ｙ３＋Ｃ４１ｘ４ｙ＋
Ｃ０６ｙ６＋Ｃ２４ｘ２ｙ４＋Ｃ４２ｘ４ｙ２＋Ｃ６０
ｘ６ なお球面は以下の式で表される形状である。
【０１５５】ｚ＝（（ｘ２＋ｙ２）／ｒｉ）／（１＋
（１−（ｘ２＋ｙ２）／ｒｉ）１／２ 上記曲面式はｘに関しては偶数次の項のみであるため、
上記曲面式により規定される曲面はｙｚ面を対称面とす
る面対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる
場合はｘｚ面に対して対称な形状をあらわす。 Ｃ０３＝Ｃ２１＝０ Ｃ０２＝Ｃ２０Ｃ０４＝Ｃ４０＝Ｃ２２／２ Ｃ０５＝Ｃ２３＝Ｃ４１＝０ Ｃ６０＝Ｃ０６＝Ｃ２４／３＝Ｃ４２／３ が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件
を満たさない場合は非回転対称な形状である。
【０１５６】また光学系の実施形態はすべて共軸光学系
でないため、近軸理論に基づく焦点距離を直接計算する
ことが困難である。そこで以下の定義による換算焦点距
離ｆｅｑを用いる。
【０１５７】ｆｅｑ＝ｈ１／ｔａｎ（ａｋ′） なお定義上、反射面が奇数個の場合、焦点距離の符号は
通常の符号と逆に表現される。
【０１５８】ここに ｈ１：第１面において基準軸に平行で基準軸に無限に近
く入射する光線の入射高さ ａｋ′：該光線が最終面から射出時に基準軸となす角度 である。
【０１５９】次に数値実施例において、曲率半径Ｒｉの
符号は第１面Ｒ１から結像面に進む１点鎖線で示す基準
軸に沿って、曲率中心が第１面Ｒ１側にある場合をマイ
ナス、結像面側にある場合をプラスとする。
【０１６０】またＤｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面間のロ
ーカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量、Ｎｄｉ，
υｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面間の媒質の屈折率とア
ッベ数である。
【０１６１】有効寸法（Ｘ＊Ｙ）は各面のローカル座標
のＸ軸方向とＹ軸方向の有効寸法である。
【０１６２】以下に、上で説明した本発明の実施形態１
〜１７の夫々の実施例１〜１７について数値データを示
す。
【外１】
【０１６３】
【外２】
【０１６４】
【外３】
【０１６５】
【外４】
【０１６６】
【外５】
【０１６７】
【外６】
【０１６８】
【外７】
【０１６９】
【外８】
【０１７０】
【外９】
【０１７１】
【外１０】
【０１７２】
【外１１】
【０１７３】
【外１２】
【０１７４】
【外１３】
【０１７５】
【外１４】
【０１７６】
【外１５】
【０１７７】
【外１６】
【０１７８】
【外１７】
【０１７９】
【外１８】
【０１８０】
【外１９】
【０１８１】
【外２０】
【０１８２】
【外２１】
【０１８３】
【外２２】
【０１８４】
【発明の効果】本発明によれば、高速性、高解像度が要
求されるデジタル複写機など原稿読み取り系において、
キヤリッジ一体型走査方式が容易に実現することができ
る原稿読み取り用結像光学系及びそれを用いた画像読取
装置を達成することができる。
【０１８５】この他本発明によれば、デジタルカラー画
像の読み取りにおいて、色収差がなくかつキヤリッジ一
体型走査方式が容易に実現することができる原稿読み取
り結像光学系及びそれを用いた画像読取装置を達成する
ことができる。
【０１８６】この他本発明によれば、結像光学系をオフ
アキシャル反射面で構成しても非対称収差の発生が少な
く光学性能が大きく劣化しない原稿読み取り結像光学系
及びそれを用いた画像読取装置を達成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態１
の要部外略図
【図２】本発明の画像読取装置の実施形態１の要部外略
図
【図３】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態１
の収差図
【図４】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態２
の要部外略図
【図５】本発明の画像読取装置の実施形態２の要部外略
図
【図６】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態２
の収差図
【図７】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態３
の要部外略図
【図８】本発明の画像読取装置の実施形態３の要部外略
図
【図９】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態３
の収差図
【図１０】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
４の要部断面図
【図１１】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
５の要部断面図
【図１２】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
６の要部断面図
【図１３】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
７の要部断面図
【図１４】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
８の要部断面図
【図１５】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
９の要部概略図
【図１６】本発明の画像読取装置の実施形態９の要部概
略図
【図１７】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
１０の要部概略図
【図１８】本発明の画像読取装置の実施形態１０の要部
概略図
【図１９】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
１１の要部概略図
【図２０】本発明の画像読取装置の実施形態１１の要部
概略図
【図２１】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
１２の要部概略図
【図２２】本発明の画像読取装置の実施形態１２の要部
概略図
【図２３】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
１３の要部概略図
【図２４】本発明の画像読取装置の実施形態１３の要部
概略図
【図２５】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
１４の要部概略図
【図２６】本発明の画像読取装置の実施形態１４の要部
概略図
【図２７】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
１５の要部概略図
【図２８】本発明の画像読取装置の実施形態１５の要部
概略図
【図２９】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
１６の要部概略図
【図３０】本発明の画像読取装置の実施形態１６の要部
概略図
【図３１】本発明に係る結像光学素子のオフアキシャル
光学系の定義を説明する図
【図３２】従来のキヤリッジ一体型走査光学系の配置例
を示す図
【図３３】従来のカラー画像読取装置を説明する要部概
略図
【図３４】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
１７の要部断面図
【図３５】本発明の画像読み取り結像光学系の実施形態
１７の収差図
【図３６】本発明の画像読み取り装置の実施形態１７の
要部概略図
【符号の説明】
１ 照明光源 ２ 原稿台ガラス ３ａ，３ｂ，３ｃ 反射ミラー ４ 結像光学系 ４ａ〜４ｋ 結像光学素子 ５ 読取手段（ラインセンサー） ６ キャリッジ ７ 副走査モーター ８ 原稿
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 1/19 Ｈ０４Ｎ 1/04 Ｄ Ｆターム(参考） 2H087 KA08 KA18 RA32 RA44 TA01 TA02 TA06 5C051 AA01 BA03 DA03 DB01 DB22 DB24 DB28 DC04 DC07 EA01 FA01 5C072 AA01 BA02 CA02 DA02 DA04 DA18 DA21 EA05 QA10 XA01

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像情報をラインセンサー上に結像させ
    て、該画像情報を読み取る為の画像読み取り結像光学系
    であって、該画像読み取り結像光学系は基準軸光線の入
    射方向と射出方向が異なりかつ曲率を有する複数のオフ
    アキシャル反射面を含む結像光学素子を有していること
    を特徴とする画像読み取り結像光学系。
  2. 【請求項２】 前記結像光学素子は基準軸光線の入射方
    向に対し射出方向をほぼ垂直あるいは反対方向に変える
    機能を有することを特徴とする請求項１の画像読み取り
    結像光学系。
  3. 【請求項３】 前記結像光学素子は少なくとも１組の交
    差する反射面を含む複数のオフアキシャル反射面から成
    り、かつ交差するオフアキシャル反射面の間に絞りを有
    していることを特徴とする請求項１又は２の画像読み取
    り結像光学系。
  4. 【請求項４】 原稿を載置する原稿台と、結像光学素子
    と、ラインセンサーと、を有し、原稿面上の画像情報を
    結像光学素子でラインセンサーに結像し、該ラインセン
    サーで読み取る画像読取装置において、前記結像光学素
    子は基準軸光線の入射方向と射出方向が異なりかつ曲率
    を有する複数のオフアキシャル反射面を有することを特
    徴とする画像読取装置。
  5. 【請求項５】 前記結像光学素子の各オフアキシャル反
    射面における基準軸光線の折り曲げ方向は前記ラインセ
    ンサーのライン方向と垂直の断面内であることを特徴と
    する請求項４の画像読取装置。
  6. 【請求項６】 前記結像光学素子から射出する基準軸光
    線の方向は前記結像光学素子に入射する基準軸光線の方
    向と異なることを特徴とする請求項５の画像読取装置。
  7. 【請求項７】 前記結像光学素子から射出する基準軸光
    線の方向は前記結像光学素子に入射する基準軸光線の方
    向とほぼ直交することを特徴とする請求項６の画像読取
    装置。
  8. 【請求項８】 前記結像光学素子から射出する基準軸光
    線の方向は前記結像光学素子に入射する基準軸光線の方
    向とほぼ同方向であることを特徴とする請求項５の画像
    読取装置。
  9. 【請求項９】 前記結像光学素子に入射する基準軸光線
    の方向と前記結像光学素子から射出する基準軸光線の方
    向はほぼ反対方向であることを特徴とする請求項６の画
    像読取装置。
  10. 【請求項１０】 前記画像情報は前記結像光学素子内で
    は中間結像せずにラインセンサー上に直接形成されるこ
    とを特徴とする請求項４の画像読取装置。
  11. 【請求項１１】 前記結像光学素子は、光入射面と光射
    出面との間の光路中の略中央近傍に絞りを有することを
    特徴とする請求項１０の画像読取装置。
  12. 【請求項１２】 前記絞りは前記結像光学素子の光入射
    面と光射出面との間の光路中の略中央近傍に位置するオ
    フアキシャル反射面の有効面により形成されるものであ
    ることを特徴とする請求項１１の画像読取装置。
  13. 【請求項１３】 前記結像光学素子を構成する内部の媒
    質は空気であることを特徴とする請求項４の画像読取装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記結像光学素子を構成する内部の媒
    質は光学的に透明なガラスあるいはプラスチックである
    ことを特徴とする請求項４の画像読取装置。
  15. 【請求項１５】 基準軸光線を反時計回り方向に偏向さ
    せるオフアキシャル反射面をプラス偏向面、基準軸光線
    を時計回り方向に偏向させるオフアキシャル反射面をマ
    イナス偏向面と定義するとき、前記結像光学素子はプラ
    ス偏向面が連続する構成を少なくとも１組またはマイナ
    ス偏向面が連続する構成を少なくとも１組有することを
    特徴とする請求項５の画像読取装置。
  16. 【請求項１６】 基準軸光線を反時計回り方向に偏向さ
    せるオフアキシャル反射面をプラス偏向面、基準軸光線
    を時計回り方向に偏向させるオフアキシャル反射面をマ
    イナス偏向面と定義するとき、前記結像光学素子はプラ
    ス偏向面が連続する構成及びマイナス偏向面が連続する
    構成を少なくとも１組有ずつ有することを特徴とする請
    求項５の画像読取装置。
  17. 【請求項１７】 前記結像光学素子は６面のオフアキシ
    ャル反射面から構成され、基準軸光線を反時計回り方向
    に偏向させるオフアキシャル反射面をプラス偏向面、基
    準軸光線を時計回りに偏向させるオフアキシャル反射面
    をマイナス偏向面と定義するとき、前記結像光学素子は
    プラス偏向面とマイナス偏向面をそれぞれ同数有し、最
    も射出側のオフアキシャル反射面は最も入射側のオフア
    キシャル反射面に対し入射基準軸において原稿面側に配
    置することを特徴とする請求項５の画像読取装置。
  18. 【請求項１８】 前記プラス偏向面とマイナス偏向面は
    絞りに対して逆偏向面となるように配置されることを特
    徴とする請求項１７の画像読取装置。
  19. 【請求項１９】 前記結像光学素子の最も入射側のオフ
    アキシャル反射面は収斂作用有するように構成したこと
    を特徴とする請求項１７の画像読取装置。
  20. 【請求項２０】 前記結像光学素子の少なくとも１面は
    赤外光をカットする特性を有することを特徴とする請求
    項１７の画像読取装置。
  21. 【請求項２１】 前記結像光学素子は原稿面に沿って前
    記反射ミラーと筐体内で並列に配置されていることを特
    徴とする請求項１７の画像読取装置。
  22. 【請求項２２】 前記光学結像素子の射出面におけるラ
    インセンサーのライン方向と垂直な方向の有効光束巾を
    φｓ、ラインセンサーのライン方向の有効光束巾φｍと
    した時、 φｓ＜φｍ の条件を満足することを特徴とする請求項４の画像読取
    装置。
  23. 【請求項２３】 原稿を載置する原稿台と、結像光学素
    子と、ラインセンサーと、を有し、原稿面上の画像情報
    を結像光学素子でラインセンサーに結像し、該ラインセ
    ンサーで読み取る画像読取装置において、基準軸光線を
    複数回反射させる反射ミラーと結像光学素子を有し、前
    記結像光学素子は基準軸光線の入射方向に対し射出方向
    をほぼ垂直あるいは反対方向に変える機能を有すること
    を特徴とする画像読取装置。
  24. 【請求項２４】 前記結像光学素子は基準軸光線の入射
    方向と射出方向が異なりかつ曲率を有する複数のオフア
    キシャル反射面を有することを特徴とする請求項２３の
    画像読取装置。
  25. 【請求項２５】 前記結像光学素子は各オフアキシャル
    反射面における基準軸光線の折り曲げ方向が前記ライン
    センサーのライン方向と垂直の断面内であることを特徴
    とする請求項２４の画像読取装置。
  26. 【請求項２６】 前記反射ミラーを少なくとも２枚有す
    ることを特徴とする請求項２４の画像読取装置。
  27. 【請求項２７】 前記結像光学素子は前記反射ミラーに
    対し前記原稿面の反対側に配置されていることを特徴と
    する請求項２４の画像読取装置。
  28. 【請求項２８】 前記結像光学素子は前記原稿面に沿っ
    て前記反射ミラーと筐体内で並列に配置されていること
    を特徴とする請求項２４の画像読取装置。
  29. 【請求項２９】 原稿を載置する原稿台と、結像光学素
    子と、ラインセンサーと、を有し、原稿面上の画像情報
    を結像光学素子でラインセンサーに結像し、該ラインセ
    ンサーで読み取る画像読取装置において、前記結像光学
    素子は少なくとも１組の交差する反射面を含む複数のオ
    フアキシャル反射面を含み、かつ交差するオフアキシャ
    ル反射面の間に絞りを有していることを特徴とする画像
    読取装置。
  30. 【請求項３０】 前記結像光学素子は各オフアキシャル
    反射面における基準軸光線の折り曲げ方向が前記ライン
    センサーのライン方向に垂直の断面内であることを特徴
    とする請求項２９の画像読取装置。
  31. 【請求項３１】 前記結像光学素子内の絞りは結像光学
    素子の光入射面と光射出面との間の光路中の略中央付近
    に配置されていることを特徴とする請求項３０の画像読
    取装置。
  32. 【請求項３２】 前記絞りはラインセンサーのライン方
    向に垂直の断面内の開口巾とラインに平行方向の開口巾
    とが異なることを特徴とする請求項３０の画像読取装
    置。
  33. 【請求項３３】 前記絞りは近接するオフアキシャル反
    射面と一体的に構成されていることを特徴とする請求項
    ３２の画像読取装置。
  34. 【請求項３４】 前記画像情報はカラー画像であること
    を特徴とする請求項４から３３のいずれか１項記載の画
    像読取装置。
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