JP2006047395A - 画像スキャン装置用レンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で前群レンズの軸心と後群レンズの軸心とを揃えることができる画像スキャン装置用レンズユニットを提供する。
【解決手段】このレンズユニット８は、ベース１８と、ベース１８に直接取り付けられた後群レンズ１１と、円筒部材１０内に収容され、取付プレート１９を介してベース１８に取り付けられた前群レンズ１２とを含んでいる。円筒部材１０は、取付プレート１９に形成された開口２０に嵌められており、その光軸回りに回転することができる。取付プレート１９は、３本の調整ねじ２４，２５，２６により、各調整ねじ２４，２５，２６が設けられている位置におけるベース１８との間隔を調整できるようになっている。
【選択図】 図４

Description

この発明は、複写機、スキャナなどに用いられる画像スキャン装置用レンズユニットに関する。

画像スキャン装置では、スキャンした画像で反射された光が、レンズユニットによりラインＣＣＤ等の上に結像されるように構成されている。レンズユニットは、通常３〜５枚のレンズを有しており、これらのレンズは、スキャンした画像で反射される光の光路上において、画像側に配置された前群レンズと、結像する物体側に配置された後群レンズとに分けられる。

前群レンズと後群レンズとは、共通の保持部材上に相対的な動きが生じないように固定されて保持されている場合もあるが、一方の群のレンズを保持部材に対して可動とすることにより、他方の群のレンズに対して調整可能にされている場合もある。下記特許文献１には、前群レンズをその光軸の周りに回転させることにより、後群レンズに対して光軸回りの調整ができるレンズユニットが開示されている。
特開２００２−８２２８２号公報 （図５）

しかしながら、上記のレンズユニットでは、前群レンズが回転可能に構成されていることにより、前群レンズの軸心と後群レンズの軸心とを揃えることが困難になっている。このような構成のレンズユニットで、前群レンズの軸心と後群レンズの軸心とが常に揃うようにしようとすると、保持部材と前群レンズとの間の可動構造の機械的精度を高くしなければならず、保持部材のコストが増大する。

そこで、この発明の目的は、安価な構成で前群レンズの軸心と後群レンズの軸心とを揃えることができる画像スキャン装置用レンズユニットを提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、スキャンした画像で反射される光の光路に挿入され、反射光を所定の物体上に結像させるためのレンズユニットであって、ベースと、上記ベースの一端側に固定された後群レンズと、上記後群レンズと所定の間隔をあけ、取付プレートを介して上記ベースに取り付けられた前群レンズとを有し、上記取付プレートは、上記ベースに対して、上記後群レンズと離反／接近する前後方向、および、この前後方向と直交しかつ上記ベースに対して垂直方向である上下方向に位置を調整可能な調整機構を備え、上記前群レンズは、上記取付プレートに対して、上記光の光路を中心に回転可能に取り付けられていることを特徴とする、画像スキャン装置用レンズユニットである。

この発明によれば、前群レンズは、後群レンズが固定されたベースに直接取り付けられているのではなく、取付プレートを介してベースに取り付けられている。したがって、調整機構により、ベースに対する取付プレートの上下方向の位置を調整することにより、前群レンズの軸心調整が可能である。また、ベースに対する取付プレートの位置を前後方向に調整することにより、前群レンズを光軸方向に並進調整できる。

さらに、取付プレート上において、前群レンズを光の光路を中心に回転させることにより、前群レンズの光軸回りの回転調整ができる。
調整機構は、たとえば、それぞれがその位置におけるベースと取付プレートとの間隔を調整できる３本の調整ねじ（たとえば、座有り調整ねじ）を含んでいてもよい。この場合、各調整ねじを調整することにより、ベースに対する取付プレートの姿勢、すなわち、後群レンズに対する前群レンズの姿勢を調整することができる。これにより、後群レンズの光軸に対する前群レンズの光軸の向きを調整できる。

また、この場合、３本の調整ねじにより、ベースと取付プレートとが平行な状態を保ったまま、ベースと取付プレートとの間隔を変更することもできる。この場合、後群レンズの光軸に対して前群レンズの光軸が平行な状態を保ったまま、前群レンズの位置を上下方向に調整して軸心を合わせることができる。
請求項２記載の発明は、上記調整機構は、さらに、上記ベースに対する上記取付プレートの位置を上記前後方向および上記上下方向に直交する左右方向へも調整可能であることを特徴とする、請求項１記載の画像スキャン装置用レンズユニットである。

この発明によれば、ベースに対する取付プレートの位置を左右方向へも調整できるから、前群レンズと後群レンズとの左右方向への光軸調整も可能である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るレンズユニットが搭載されたスキャナの構造を示す図解的な断面図である。
このスキャナ１は、コンタクトガラス３が上面に設けられた筐体２を備えている。コンタクトガラス３の上に、スキャンする画像が描かれた原稿を、画像がコンタクトガラス３側に向くようにセットして、この画像をスキャンすることができる。筐体２内には、光源４、３枚のミラー５，６，７、レンズユニット８およびＣＣＤリニアセンサ９が収容されている。

コンタクトガラス３上にセットされた原稿は、光源４により光を照射される。光源４から発せられた光は、原稿で反射され、さらに、ミラー５，６，７により順次反射され、レンズユニット８を通ってＣＣＤリニアセンサ９に至る。レンズユニット８は、原稿で反射された光をＣＣＤリニアセンサ９に備えられた光結合素子上に集光する。すなわち、原稿で反射された光は、レンズユニット８を通ることにより、ＣＣＤリニアセンサ９の光結合素子上で結像される。

ＣＣＤリニアセンサ９において、光結合素子は直線状に配列されている。これにより、ＣＣＤリニアセンサ９は、原稿で反射された光に関して、コンタクトガラス３に平行な方向（図１において紙面に垂直な方向。以下、「主走査方向」という。）の光量の分布を測定できる。
光源４およびミラー５は、コンタクトガラス３に平行で、主走査方向に垂直な方向（以下、「副走査方向」という。図１に矢印Ｂで示す。）に移動可能である。ミラー６，７は、共通の保持部材１３に取り付けられていて、光源４およびミラー５が移動するとき、光源４およびミラー５と同じ方向に、光源４およびミラー５の移動速度の２分の１の移動速度で移動するようになっている。

光源４およびミラー５が副走査方向に移動しながら、ＣＣＤリニアセンサ９が主走査方向に関して原稿で反射された光の光量を繰り返し測定することにより、原稿画像に対応する二次元的な光量分布を測定することができる。ＣＣＤリニアセンサ９は、受光した光量を電気信号へと変換して出力する。
この際、ミラー６，７が光源４およびミラー５と同じ方向に、光源４およびミラー５の移動速度の２分の１の移動速度で移動することにより、原稿からレンズユニット８に至る光路長が一定に保たれる。これにより、原稿とレンズユニット８との間の光路長と、レンズユニット８とＣＣＤリニアセンサ９の光結合素子との間の光路長との比が一定に保たれ、ＣＣＤリニアセンサ９の光結合素子で結像する原稿画像の倍率は一定に保たれる。

レンズユニット８は、原稿で反射された光の光路Ｌ上において、原稿側に配置され円筒部材１０内に収容された前群レンズと、ＣＣＤリニアセンサ９側に前群レンズと所定の間隔をあけて配置された後群レンズ１１とを含んでいる。
図２は、レンズユニット８の結像機能を説明するための平面図であり、主走査方向に相当する方向（図２に矢印Ａで示す）および光軸に垂直な方向から見た状態を示している。また、図３は、レンズユニット８の結像機能を説明するための側面図であり、主走査方向に相当する方向に平行で光軸に垂直な方向から見た状態を示している。

図２および図３では、原稿で反射された光の光路Ｌにおいて、ミラー５，６，７による光の反射は図示を省略し、便宜的にレンズユニット８の直前にコンタクトガラス３を示している。
前群レンズ１２（図２および図３では、円筒部材１０は図示を省略）は、２枚の凸レンズ１５，１６と、その間に配置された１枚の凹レンズ１７とを含んでいる。凸レンズ１５，１６および凹レンズ１７は、いずれもその光軸に沿う方向から見て円形の形状を有しており、それらの光軸が円筒部材１０の中心軸と一致するような姿勢で円筒部材１０の中に収容されている。凸レンズ１５，１６および凹レンズ１７は、互いに移動不可能に円筒部材１０に固定されている。

後群レンズ１１は、１枚の凹レンズからなる。ここで、後群レンズ１１が、前群レンズ１２と同様に光軸に沿う方向に見て円形であるとすると、副走査方向に相当する方向に関しては、射出瞳径Ｐ相当の幅の部分以外の部分が不要部（図３に二点鎖線で示す。）となる。このため、後群レンズ１１の幅は射出瞳径Ｐと同じにされており、後群レンズ１１は、光軸に沿う方向から見てほぼ長方形（短冊状）の形状を有している。これにより、レンズユニット８の小型化が図られている。

後群レンズ１１とＣＣＤリニアセンサ９との間には、ＣＣＤリニアセンサ９を保護するカバーガラス１４が設けられている。
図２を参照して、レンズユニット８により、コンタクトガラス３上にセットされた原稿の中央部で反射された光は、ＣＣＤリニアセンサ９の長さ方向中間部で結像し、主走査方向に関して、原稿の一方側の部分で反射された光は、ＣＣＤリニアセンサ９の他方側で結像する。原稿のいずれの部分で反射された光も、レンズユニット８を通過することにより、ＣＣＤリニアセンサ９上の所定の位置で結像するようになっている。

図３を参照して、ＣＣＤリニアセンサ９上で副走査方向に相当する方向（図３に矢印Ｃで示す。）、すなわち、主走査方向に相当する方向および光軸に垂直な方向に関しては、原稿で反射された光はほぼ同じ位置で結像する。
図４は、レンズユニット８およびＣＣＤリニアセンサ９の図解的な斜視図である。
図４を参照して、後群レンズ１１は、平板状のベース１８の一端側（ＣＣＤリニアセンサ９側）に直接取り付けられている。ベース１８の後端部両側方からは、後群レンズ１１を固定するための固定部材２９が立設されている。後群レンズ１１は、その長さ方向両端部を固定部材２９に挟まれた状態でベース１８に固定されている。

一方、前群レンズ１２が収容された円筒部材１０は、平板状の取付プレート１９を介してベース１８に取り付けられている。ベース１８および取付プレート１９は、原稿で反射された光の光路Ｌにほぼ平行に配置されている。
取付プレート１９には、長さが円筒部材１０の長さよりわずかに長く、幅が円筒部材１０の径より短い長方形の開口２０が形成されている。開口２０の長手方向は、原稿で反射された光の光路Ｌとほぼ平行である。開口の２０の長手方向と円筒部材１０の軸方向とが一致するように、開口２０に円筒部材１０が嵌められている。したがって、円筒部材１０の軸は、原稿で反射された光の光路Ｌにほぼ平行である。

取付プレート１９において、円筒部材１０の後方（後群レンズ１１側）、および円筒部材１０の前端部（後群レンズ１１側と反対側の端部）の両側方には、開口２０の長手方向と平行な方向に延びる細長い穴２１，２２，２３が形成されている。ベース１８において、取付プレート１９の穴２１，２２，２３に対応する位置には、座２８を有する３本の調整ねじ２４，２５，２６が取り付けられている。調整ねじ２４，２５，２６の座２８の幅（径）は穴２１，２２，２３の幅より大きく、調整ねじ２４，２５，２６のねじ頭の幅（径）は穴２１，２２，２３の幅よりわずかに小さい。

調整ねじ２４，２５，２６のねじ頭は、取付プレート１９の穴２１，２２，２３に挿入されており、取付プレート１９は調整ねじ２４，２５，２６の座２８の上に乗せられている。
調整ねじ２４，２５，２６を回すことにより、それぞれの調整ねじ２４，２５，２６が設けられている位置におけるベース１８と取付プレート１９との間隔を調整できる。したがって、各調整ねじ２４，２５，２６を調整することにより、ベース１８に対する取付プレート１９の姿勢、すなわち、後群レンズ１１に対する前群レンズ１２の姿勢を調整することができる。これにより、後群レンズ１１の光軸に対する前群レンズ１２の光軸の向きを調整できる。

また、ベース１８（調整ねじ２４，２５，２６）に対して、穴２１，２２，２３の長手方向に取付プレート１９を移動させることができる。これにより、前群レンズ１２を後群レンズ１１と離反／接近する前後方向（光軸方向）に並進移動させることができる。
また、調整ねじ２４，２５，２６を調整することにより、前後方向と直交しかつベース１８に対して垂直方向である上下方向に、前群レンズ１２の位置を調整できる。

さらに、円筒部材１０をその軸の回りに回転させることができ、取付プレート１９上において、前群レンズ１２を原稿で反射された光の光路を中心に回転させることにより、前群レンズ１２の光軸回りの回転調整ができる。
後群レンズ１１は、短冊状の形状を有していることにより、ベース１８に対して回転可能な構成とすることが困難である。そこで、回転が容易な円筒部材１０に収容された前群レンズ１２を、ベース１８に対して回転可能な構成としている。

円筒部材１０は、ベース１８に固定されたバンド２７により、取付プレート１９に押しつけられるように固定されている。これにより、取付プレート１９もベース１８に対して固定されている。
このレンズユニット８は、後群レンズ１１に対して、前群レンズ１２の光軸の向きを調整し、前群レンズ１２を前後方向および上下方向に位置を調整し、前群レンズ１２をその光軸回りに回転させて、後群レンズ１１の軸心に対する前群レンズ１２の軸心を調整することができる。

後群レンズ１１の軸心に対する前群レンズ１２の軸心を調整するときは、以下の手順に従う。先ず、バンド２７が締め付けられていない状態で、各調整ねじ２４，２５，２６を調整して、後群レンズ１１の光軸に対する前群レンズ１２の光軸の向きを調整することにより、軸心の調整を行う。
この際、レーザおよび受光部を備えた軸心調整治具を用いる。レーザは、後群レンズ１１の後ろ側（ＣＣＤリニアセンサ９側）に配置し、受光素子は、前群レンズ１２の前（後群レンズ１１と反対側）に配置する。レーザおよび前群レンズ１２は、レンズユニット８の光軸上にのるようにする。この状態で、レーザから受光素子に向けてレーザ光を出射し、レーザ光が屈折しないように（直進するように）、前群レンズ１２の向きおよび上下方向の位置を調整する。

次に、円筒部材１０をその軸の回りに回転させることにより、前群レンズ１２の光軸回りの回転調整を行う。これにより、ＣＣＤリニアセンサ９の長手方向（主走査方向に対応する方向）に関して所定の性能（結像状態）が得られるようにする。
その後、取付プレート１９をベース１８に対して前後方向に移動させることにより、倍率調整を行う。これにより、後群レンズ１１の軸心に対する前群レンズ１２の軸心合わせが完了するので、ベース１８に対する取付プレート１９の位置や、取付プレート１９に対する前群レンズ１２の角度位置が動かないように、バンド２７を締め付けて、前群レンズ１２（円筒部材１０）および取付プレート１９を固定する。

以上のように、このレンズユニット８は、前群レンズ１２の可動構造等の高い機械的精度を要せず、安価な構成で、前群レンズ１２の軸心と後群レンズ１１の軸心とを揃えることができる。
以上は、本発明の実施形態の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、穴２１，２２，２３の代わりに、穴２１，２２，２３と同様の長さを有し、穴２１，２２，２３より幅が広い穴３１，３２，３３（図４に二点鎖線で示す）が形成されていてもよい。

この場合、取付プレート１９は、ベース１８に対して、前後方向だけではなく、前後方向および上下方向に直交する左右方向へも移動させることができる。これにより、前群レンズ１２を左右方向へ移動させて軸心を合わせることができる。
以上の実施形態では、前群レンズ１２（取付プレート１９）の上下方向の調整は、３本の調整ねじ２４，２５，２６で行うようにされているが、４本以上の調整ねじで行うようにされていてもよい。

以上の実施形態では、原稿で反射される光がＣＣＤリニアセンサ９の光結合素子上に結像する、いわゆるデジタル式のスキャン装置を例に説明したが、この発明は、たとえば、原稿で反射される光を感光体ドラム上に直接結像させる、いわゆるアナログ式の複写機にも適用できる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の一実施形態に係るレンズユニットが搭載されたスキャナの構造を示す図解的な断面図である。 レンズユニットの結像機能を説明するための平面図である。 レンズユニットの結像機能を説明するための側面図である。 レンズユニットおよびＣＣＤリニアセンサの図解的な斜視図である。

符号の説明

１ スキャナ
８ レンズユニット
９ ＣＣＤリニアセンサ
１１ 後群レンズ
１２ 前群レンズ
１８ ベース
２１，２２，２３ 穴
２４，２５，２６ 調整ねじ
２８ 座
Ｌ 光の光路

Claims (2)

1. スキャンした画像で反射される光の光路に挿入され、反射光を所定の物体上に結像させるためのレンズユニットであって、
   ベースと、
   上記ベースの一端側に固定された後群レンズと、
   上記後群レンズと所定の間隔をあけ、取付プレートを介して上記ベースに取り付けられた前群レンズとを有し、
   上記取付プレートは、上記ベースに対して、上記後群レンズと離反／接近する前後方向、および、この前後方向と直交しかつ上記ベースに対して垂直方向である上下方向に位置を調整可能な調整機構を備え、
   上記前群レンズは、上記取付プレートに対して、上記光の光路を中心に回転可能に取り付けられていることを特徴とする、画像スキャン装置用レンズユニット。
2. 上記調整機構は、さらに、上記ベースに対する上記取付プレートの位置を上記前後方向および上記上下方向に直交する左右方向へも調整可能であることを特徴とする、請求項１記載の画像スキャン装置用レンズユニット。

Images