JP2006106728A - 結像光学系及びそれを用いた画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非対称収差の発生が少なく、良好な像性能を維持しつつ非常に簡易な構成で画像読取ができる結像光学系を得ること。
【解決手段】 原稿面上の画像情報を、ラインセンサー上に結像させ、該原稿面とラインセンサーとの相対的位置を変えて該ラインセンサーで該画像情報を読取る為の画像読取用の結像光学系であって、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、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と定義するとき、該結像光学系は２つのオフアキシャル光学素子からなり、該２つのオフアキシャル光学素子は、原稿面側からプラス偏向面、マイナス偏向面もしくはマイナス偏向面、プラス偏向面、の順に構成されること。
【選択図】 図１

Description

本発明は結像光学系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、高解像力の画像読取ができるイメージスキャナーやデジタル複写機等においてラインセンサーを用いてモノクロ画像やカラー画像を読取る際に好適なものである。

従来より、原稿面上の画像情報を読取る画像読取装置として主走査方向に複数の受光素子を配列したラインセンサーを用い、その画像情報をラインセンサー（ＣＣＤ）面上に結像させ、原稿とラインセンサーとの相対的位置を副走査方向に変位させて該ラインセンサーから得られる出力信号を利用して、該原稿等の画像情報を読取るようにした画像読取装置が種々提案されている。

図１３は従来のキャリッジ一体型走査方式の画像読取装置の概略図である。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ガラス２に載置した原稿７を照明し、該原稿７からの反射光束を順に第１、第２、第３折り返しミラー３ａ、３ｂ、３ｃを介してキャリッジ７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８により図１３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７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）に配列した構成により成り立っている。

図１４は図１３の画像読取光学系の基本構成の説明図である。

図中、１４４は結像光学系、１４５Ｒ，１４５Ｇ，１４５Ｂは各々ラインセンサー１４５を構成するＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各色に関する画像情報を読取るＲ，Ｇ，Ｂ用のラインセンサー、１４７Ｒ，１４７Ｇ，１４７Ｂはラインセンサー１４５Ｒ，１４５Ｇ，１４５Ｂに対応する原稿面１４７上の読取範囲である。

原稿面１４７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取ることができる。前記構成において結像光学系１４４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１４５Ｇに対しラインセンサー１４５Ｂ，１４５Ｒ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わせて再現した時に色にじみ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。

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提案されている（特許文献１〜３）。特許文献１にその設計方法が、特許文献２、特許文献３にその設計例が示されている。

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）と呼ばれている。

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易い。また、光路の引き回しが比較的自由に行える、構成面を一体成型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っている。

このような技術を画像読取用の結像光学系に用いたものが開示されている（特許文献４，５）。これに開示されている技術により、画像読取装置において色収差のない十分収差が補正された５面、６面の反射面からなるオフアキシャル光学系が達成されている。

特許文献４では光学系の小型化の達成も同時に狙っているため、各実施例ではキャリッジ一体型に好適な光学系となっている。また特許文献５の画像読取用の結像光学系として開示されている実施例では、３面の反射面からなるオフアキシャル光学系が示されており、２：１ミラー走査型のスキャナーへ適用するのに十分な光路長となっている。
特開平９−５６５０号公報（対応外国なし） ＵＳＰ５８２５５６０号公報 ＵＳＰ５８４７８８７号公報 ＵＳ ＡＡ２００３０３８２２８号公報 ＵＳ ＡＡ２００３０７６６０６号公報

反射型のオフアキシャル光学系では、全ての反射面を球面で構成しつつ光学性能を良好に保つのが難しい。この為少なくとも１面に回転非対称な非球面（自由曲面）を導入することで良好な光学性能を達成している。

ところで一般に反射面で構成された光学系は偏心誤差による光学性能の低下が大きいことが知られている。回転非対称な非球面（自由曲面）を有する反射型の光学素子をオフアキシャル光学系に組み込む場合、通常の球面反射面に増してなお、それを保持する部材の配置は非常に高精度であることが要求される。

特に面数が３面以上の場合、各面の各々の相対的な位置精度を出す必要があり、逆に高精度を達成するには保持部材の構成が複雑化、大型化し組立性も悪化して製造が難しくなるという問題が生じてくる。

またオフアキシャル反射面が自由曲面反射面の場合、通常のガラスで製造しようとすると、製造工程が複雑化してくる。

そこでポリカーボネートやアクリル、ポリオレフィン系等のプラスチックでの製造が考えられるが、面数が多い場合は、その面数分の型代といった製造コストが上昇する問題が発生してくる。

本発明は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、良好な像性能を維持しつつ非常に簡易な構成で画像読取ができる結像光学系及び、それを用いた画像読取装置の提供を目的とする。

特にデジタル複写機やイメージスキャナー等の画像読取系を容易に実現する際に好適な結像光学系の提供を目的とする。

本発明の画像読取用の結像光学系は、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、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と定義するとき、該結像光学系は２つのオフアキシャル反射面からなり、該２つのオフアキシャル反射面は、前記原稿面側から該プラス偏向面、該マイナス偏向面もしくは該マイナス偏向面、該プラス偏向面、の順に該結像光学系の光路中に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、イメージスキャナーやデジタル複写機等のラインセンサーを用いた画像読取装置において、色収差が少なくオフアキシャル反射面が２面という非常に構造が簡略で、高性能な画像読取用の結像光学系が得られる。

各実施例の説明に入る前に、各実施例で用いている結像光学系（光学系）の構成諸元の表し方及び実施例全体の共通事項について説明する。

図１５は本発明の結像光学系の構成データを定義する座標系の説明図である。実施例では物体側から像面に進む１つの光線（図１５中の一点鎖線で示すもので基準軸光線と呼ぶ）Ｌａ１に沿ってｉ番目の面を第ｉ面とする。

図１５において第１面Ｒ１は絞り、第２面Ｒ２は第１面と共軸な屈折面、第３面Ｒ３は第２面Ｒ２に対してチルトされた反射面、第４面Ｒ４、第５面Ｒ５は各々の前面に対してシフト、チルトされた反射面、第６面Ｒ６は第５面Ｒ５に対してシフト、チルトされた屈折面である。第２面Ｒ２から第６面Ｒ６までの各々の面はガラス、プラスチック等の透明な媒質で構成される一つの光学素子上に構成されている。

従って、図１５の構成では不図示の物体面から第２面Ｒ２までの媒質は空気、第２面Ｒ２から第６面Ｒ６まではある共通の媒質、第６面Ｒ６から不図示の第７面（例えば像面）Ｒ７までの媒質は空気で構成されている。

本発明の結像光学系はオフアキシャル光学系であるため結像光学系を構成する各面は共通の光軸を持っていない。

そこで、実施例においては先ず第１面の光線有効径の中心を原点とする絶対座標系を設定する。そして、実施例においては、第１面の光線有効径の中心点を原点とすると共に、原点と最終結像面の中心とを通る光線（基準軸光線）の経路を結像光学系の基準軸と定義している。さらに、実施例中の基準軸は方向（向き）を持っている。その方向は基準軸光線が結像に際して進行する方向である。

本発明の実施例においては、結像光学系の基準となる基準軸を上記の様に設定したが、結像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、若しくは結像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。しかし、一般的には像面の中心と、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定する。

つまり、本発明の実施例においては、基準軸は第１面、即ち絞り面の光線有効径の中心点を通り、最終結像面の中心へ至る光線（基準軸光線）が各屈折面及び反射面によって屈折・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屈折・反射を受ける順番に設定している。

従って基準軸は設定された各面の順番に沿って屈折若しくは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。

本発明の各実施例の結像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。
Ｚ軸：原点を通り第２面Ｒ２に向かう基準軸
Ｙ軸：原点を通りチルト面内（図１５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１５の紙面に垂直な直線）
また、結像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、本発明の結像光学系に関する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わす。

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、本発明の実施例では各面のローカル座標の原点は図１５中のＹＺ平面上にある。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。
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、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面のローカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量、Ｎｄｉ、νｄｉ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。また、本発明の実施例では光学系の断面図及び数値データを示す。

球面は以下の式で表される形状である：

また、本発明の実施例における結像光学系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。

上記曲面式はｘに関して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。

また結像光学系の実施例はすべて共軸光学系ではないため、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ｆ_ｅｑを用いる。

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。

ここに
ｈ_１：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。

図１は本発明の結像光学系を画像読取装置に適用したときの実施例１の副走査断面内の要部概略図である。図２は図１の結像光学系４ａを抽出したときの副走査断面内の概略図である。

図中、１は光源（光源手段）であり、蛍光灯やキセノンランプ等が成っている。２は原稿台ガラス、３ａ、３ｂ、３ｃは順に第１、第２、第３反射ミラーである。４ａは画像読取用の結像光学系であり、反射面より成る２つのオフアキシャル光学素子Ｒ２，Ｒ４を有している。５はＣＣＤ等で構成されるラインセンサー（受光手段）であり像面に相当する位置に配置している。６はキャリッジ（筐体）であり、各部材１，３ａ，３ｂ，３ｃ，４ａ，５等を収納している。

ここでラインセンサー５の画素の並び方向（紙面と垂直方向）が主走査方向（主走査断面内）、それに直交する方向（紙面内方向）が副走査方向（副走査断面内）である。

本実施例では、前述した図１５で示すように、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、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と定義するとき、該結像光学系４ａは２つの反射面より成るオフアキシャル光学素子Ｒ２，Ｒ４を有している。そして２つのオフアキシャル光学素子Ｒ２，Ｒ４は原稿面７側から順にプラス偏向面、マイナス偏向面もしくはマイナス偏向面、プラス偏向面となるように構成している。これによって良好なる光学性能を得ている。

オフアキシャル光学素子Ｒ２は基準軸光線を反時計回り方向に偏向させるプラス偏向面、オフアキシャル光学素子Ｒ４は基準軸光線を時計回り方向に偏向させるマイナス偏向面である。

本実施例の画像読取用の結像光学系４ａはパワーを有した屈折面は有さず、２つのオフアキシャル光学素子Ｒ２，Ｒ４から構成している。これによりプリズムのように入射面と射出面で屈折作用を有する構成を用いると偏心による問題は少なくなるものの、プリズムの硝材の特性による色収差が発生し、読取画像に色ズレ問題が発生するという問題を防止している。

光源１からの光束で原稿台ガラス２の上に載置された原稿７（物体）を照明し、原稿７からの光を反射ミラー３ａ、３ｂ、３ｃを介して結像光学系４ａによりラインセンサー５上に結像している。このとき原稿７とキャリッジ６との相対的位置を副走査方向（矢印Ａ方向）に変えて原稿７を２次元的に読み取っている。

原稿読取装置をコンパクトに構成するために第１、第２、第３反射ミラー３ａ、３ｂ、３ｃにより光路を折り畳んでいる。結像光学系４ａも光路を折り畳むのに寄与している。結像光学系４ａでは光路をおおよそＺの形状に折り畳むことで互いのオフアキシャル反射面で発生する偏心収差をキャンセルし易くし、２面という少ない構成にもかかわらず良好な結像性能を得ている。

つまり、２つのオフアキシャル光学素子Ｒ２，Ｒ４は原稿面７側から順にプラス偏向面、マイナス偏向面もしくはマイナス偏向面、プラス偏向面となるように符号の異なる偏向面を順に並ばせているので、互いのオフアキシャル反射面で発生する偏心収差をキャンセルできる効果得ている。

仮に、原稿面７側から順にプラス偏向面、プラス偏向面もしくはマイナス偏向面、マイナス偏向面となるように符号が同一の偏向面を順に並ばせると、互いのオフアキシャル反射面で発生する偏心収差は増幅される問題起こる。

更に良好な結像性能を得るためにオフアキシャル反射面を基準軸に対し主走査方向に対称で副走査方向に非対称な自由曲面で構成して、副走査方向に光路を折り曲げによる偏芯収差を良好に補正している。

またオフアキシャル反射面Ｒ２，Ｒ４との間に絞りＳＰを設けることでオフアキシャル反射面の小型化に寄与している。更に反射面を小型化するには中間結像面を構成すればよいのであるが、リレー系を有するため光路長が長くなるか、各反射面のパワーが強くなり偏心誤差に弱くなってしまうので中間結像をしていない。

本実施例では原稿７の副走査方向の長さが短いため、中間結像面を構成しなくても反射面の大きさはあまり大きくならず、面間隔を小さく構成することができる。

本実施例ではこのような結像光学系４ａを用いることによりキャリッジ一体型光学系の画像読取装置を３枚の平面折り返しミラーと２枚のオフアキシャル光学素子からなる少ない部品で構成することができ非常に製造が容易となり、小型化への対応も可能とし、如いては高速読取を可能としている。

以下に上で説明した本発明の実施例１に対応する画像読取用の結像光学系４ａの数値実施例１ついて数値データを示す。また同様の実施例に対応する画像読取用の結像光学系４ａの数値実施例２、３についても数値データを示す。

図４、図６に数値実施例２、３に対応した画像読取用の結像光学系の副走査断面図を示す。図３、図５、図７に数値実施例１，２、３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（像高）を表す。

本実施例では図２に示すように結像光学系４ａの第１のオフアキシャル光学素子Ｒ２に入射する基準軸光線と第２のオフアキシャル光学素子Ｒ４から射出する基準軸光線の成す角度をθｉとしたとき
−３０°＜θｉ＜３０° （１）
なる条件を満足させている。

この条件式（１）の技術的意義を説明する。

条件式（１）は結像光学系に入射した光線と結像光学系から射出した光線との成す角度を規定したものであり、より具体的にはオフアキシャル反射面２面の配置角度の相対関係を規定したものである。オフアキシャル光学系では偏心収差が発生し、これを補正する必要があるが、オフアキシャル反射面を２面のみで構成するため面形状だけでの補正では良好な光学性能を得ることは困難である。そこで基準軸光線をＺの形状に折り畳むことで互いのオフアキシャル反射面で発生する偏心収差をキャンセルし易くしているが、条件式（１）の範囲内にすることで偏心収差をキャンセルがより容易になる。条件式の上下限を外れてオフアキシャル反射面を相対配置すると、一方の面での偏心収差の発生量が大きくなり２面のオフアキシャル反射面のみではキャンセルが困難になるという問題が発生する。

更に好ましくは上記条件式（１）を次の如く設定するのが良い。
−１５°＜θｉ＜１５°
また、本実施例では図２に示すように結像光学系４ａの第１のオフアキシャル光学素子Ｒ２（反射面）と第２のオフアキシャル光学素子Ｒ４（反射面）の非球面係数の非球面係数Ｃ０２をそれぞれＣ０２ｒ２、Ｃ０２ｒ４としたとき
−１．０＜Ｃ０２ｒ２／Ｃ０２ｒ４＜−０．０１・・・・・（２）
なる条件を満足させている。

この条件式（２）の技術的意義を説明する。

条件式（２）はオフアキシャル光学素子Ｒ２とオフアキシャル光学素子Ｒ４の非球面係数の比を規定したものであり、より具体的には２つのオフアキシャル光学素子の副走査方向の屈折力の比を規定したものである。

一般的にオフアキシャル光学系では偏心収差が発生し、これを補正する必要があるが、コンパクト化を図りつつ良好な光学性能を得るためには、オフアキシャル光学素子の配置角度は制限されてしまう。

この限られた角度範囲で良好な光学性能を得るためには、光線を折り曲げる副走査方向と同方向の副走査方向の屈折力の２面での関係が重要となる。

条件式（２）の下限を超えて、２面間の副走査方向の屈折力の差が発生すると所定の倍率を維持するためには光路長が長くなるという問題が発生する。逆に条件式（２）の上限を超えて２面間の副走査方向の屈折力の差が発生すると、副走査方向の屈折力が２面間で反転が起こり、良好な光学性能を光線を折り曲げるためには４の字形状にする必要が起こり、これも結像光学系を大きくしてしまうという問題が発生する。

更に好ましくは上記条件式（２）を次の如く設定するのが良い。
−０．８＜Ｃ０２ｒ２／Ｃ０２ｒ４＜−０．２

数値実施例１
原稿読取幅 ２２０ｍｍ 結像倍率 −０．１８９
原稿側ＮＡ ０．０１６ ｆｅｑ ２９．６８０

非球面形状
Ｒ２面
C02＝ -4.5460E-03 C03＝ 1.8570E-05 C04＝ -1.9333E-05
C05＝ 1.2781E-06 C06＝ 1.5282E-06 C07＝ -2.6256E-07
C08＝ 4.0099E-08 C20＝ -4.7534E-03 C21＝ 6.3040E-05
C22＝ -4.0753E-06 C23＝ -5.3171E-08 C24＝ 5.5317E-07
C25＝ 2.3713E-08 C26＝ -4.2652E-08 C40＝ 2.5124E-06
C41＝ -6.5956E-08 C42＝ -2.5347E-09 C43＝ -8.2587E-10
C44＝ -8.2235E-10 C60＝ -3.3116E-09 C61＝ 2.3522E-11
C62＝ 6.4321E-11 C80＝ 3.3081E-12
Ｒ４面
C02＝ 6.8081E-03 C03＝ 6.1342E-05 C04＝ -8.7196E-05
C05＝ -4.3217E-05 C06＝ 1.5179E-05 C07＝ 1.0360E-05
C08＝ 6.6517E-07 C20＝ 6.9865E-03 C21＝ 8.4961E-05
C22＝ 8.3621E-06 C23＝ 5.2533E-07 C24＝ 3.4662E-06
C25＝ -1.4766E-07 C26＝ -5.7376E-07 C40＝ -6.0197E-06
C41＝ -1.6224E-07 C42＝ 2.0695E-08 C43＝ 7.9461E-10
C44＝ -6.8943E-09 C60＝ 1.5482E-08 C61＝ 3.6681E-10
C62＝ -1.4023E-10 C80＝ -3.0158E-11

数値実施例２
原稿読取幅 ２２０ｍｍ 結像倍率 −０．１６５
原稿側ＮＡ ０．０１４ ｆｅｑ ２８．９２７

非球面形状
Ｒ２面
C02＝ -4.8409E-03 C03＝ 1.2949E-05 C04＝ 1.4067E-06
C05＝ 3.5016E-07 C06＝ -1.3856E-07 C20＝ -4.9915E-03
C21＝ 3.6762E-05 C22＝ -3.3290E-06 C23＝ -1.9140E-08
C24＝ 1.9491E-08 C40＝ 7.0626E-07 C41＝ -9.2190E-09
C42＝ 2.3060E-09 C60＝ -2.2285E-10
Ｒ４面
C02＝ 1.0388E-02 C03＝ 1.8869E-05 C04＝ -5.8565E-05
C05＝ -5.3466E-06 C06＝ 1.1605E-05 C20＝ 1.0488E-02
C21＝ 6.3485E-05 C22＝ 1.5856E-05 C23＝ 1.9689E-07
C24＝ 6.9101E-07 C40＝ -2.0168E-06 C41＝ 7.2103E-09
C42＝ 1.4145E-08 C60＝ 2.2083E-09

数値実施例３
原稿読取幅 ２２０ｍｍ 結像倍率 −０．２５５
原稿側ＮＡ ０．０２３ ｆｅｑ ４９．８１９

非球面形状
Ｒ２面
C02＝ -3.2910E-03 C03＝ 2.8869E-06 C04＝ 4.4281E-07
C05＝ 6.6841E-08 C06＝ -3.4875E-08 C07＝ -1.0234E-09
C08＝ 7.2439E-10 C20＝ -3.3779E-03 C21＝ 1.3092E-05
C22＝ -2.7252E-07 C23＝ 1.4027E-09 C24＝ 1.9624E-10
C25＝ -3.9379E-11 C26＝ -5.2793E-12 C40＝ 2.5615E-07
C41＝ -2.5287E-09 C42＝ -8.2932E-11 C43＝ -9.6523E-13
C44＝ 2.2800E-13 C60＝ -6.3385E-11 C61＝ 6.1354E-13
C62＝ 8.2234E-14 C80＝ 1.2858E-14
Ｒ４面
C02＝ 5.3904E-03 C03＝ -7.1792E-06 C04＝ -1.8231E-06
C05＝ 1.9647E-07 C06＝ 4.9083E-07 C07＝ 5.2920E-09
C08＝ -2.9427E-08 C20＝ 5.5433E-03 C21＝ 3.5404E-05
C22＝ 5.2311E-06 C23＝ 2.3961E-08 C24＝ 1.0051E-08
C25＝ -1.5006E-09 C26＝ -3.9259E-10 C40＝ -5.9770E-07
C41＝ 3.3155E-10 C42＝ 3.5756E-10 C43＝ 9.4700E-12
C44＝ 8.5528E-12 C60＝ 5.2122E-10 C61＝ 1.5001E-12
C62＝ -2.3248E-12 C80＝ -2.2990E-13

図８は本発明の結像光学系を画像読取装置に適用したときの実施例２の要部概略図である。図９は図８の結像光学系４ｂを抽出したときの副走査方向の概略図である。

図中、１は光源（光源手段）であり、蛍光灯やキセノンランプ等が成っている。２は原稿台ガラス、３ａ、３ｂ、３ｃは順に第１、第２、第３反射ミラーである。４ｂは画像読取用の結像光学系であり、２つのオフアキシャル光学素子Ｒ２，Ｒ４を有している。５はＣＣＤ等で構成されるラインセンサー（受光手段）である。

本実施例の該画像読取用の結像光学系４ｂは、２つの反射面Ｒ２，Ｒ４より成るオフアキシャル光学素子４ｂで構成され、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、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、と定義するとき原稿面７側からプラス偏向面、マイナス偏向面もしくはマイナス偏向面、プラス偏向面、となるように構成している。

図８において原稿７を照射した光束は該原稿７で反射されて第１のミラー台Ｍ１に載置した第１のミラー３ａに向かう。この反射光は原稿７の画像情報を含んでおり、この光束を読取手段としての受光手段５に導くために第２のミラー３ｂ、第３のミラー３ｃが配置されている。この第２のミラー３ｂと第３のミラー３ｃも一体の構造（ハの字ミラー）となっていて、第２のミラー台Ｍに載置されている。

原稿を走査する（読取る）際は第１のミラー台Ｍ１が不図示のモーターによって該原稿２を走査していくと、その１／２の速度で第２のミラー台Ｍ２が追随するような構造となっており、これにより走査中の原稿７と結像光学系４ｂ（読取系）との光学的距離が維持される。こうして結像光学系４ｂにより原稿７からの光束が共役関係に配されたラインセンサー５面上に結像する。

この受光手段５は実施例１と同様に主走査方向に複数の素子を配列した１次元ラインセンサー（ＣＣＤ）等より成り、原稿面７上の主走査方向に沿うよう位置が規定されている。これにより原稿積載台２上に載置された原稿７の主走査方向を一度読み込み、順次各第１，第２のミラー台Ｍ１，Ｍ２が走査していくことで原稿７の副走査方向を読み込んでいる。

実施例２で実施例１と異なるのは画像読取装置の構成がキャリッジ１体型走査方式のものから２：１ミラー走査方式になっているところおよび画像読取用の結像光学系４ｂが２：１ミラー走査方式に対応して原稿面から原稿側のオフアキシャル反射面までの光路長が長くなっている点である。

このような画像読取用の結像光学系４ｂを用いることにより２：１ミラー走査型の画像読取装置を３枚の平面折り返しミラーと２枚のオフアキシャル光学素子Ｒ２，Ｒ４からなる少ない部品で構成することができ非常に製造が容易となる。

更に反射面のみで構成されるため色収差が発生せず、カラー読取における色ずれが無いため、これに付随するソフトウエア等での処理が簡略化でき、画像読取装置としてもより容易に製造することができる。

以下に上で説明した本発明の実施例２に対応する画像読取用の結像光学系の数値実施例４ついて数値データを示す。また同様の実施例に対応する画像読取用の結像光学系の数値実施例５についても数値データを示す。

図１１に数値実施例５に対応した画像読取用の結像光学系の副走査断面図を示す。図１０、図１２に数値実施例４、５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。

数値実施例４
原稿読取幅 ３０４．８ｍｍ 結像倍率 −０．１１１
原稿側ＮＡ ０．００９ ｆｅｑ ４５．０９３

非球面形状
Ｒ２面
C02＝ -3.0020E-03 C03＝ 4.7838E-06 C04＝ 2.3504E-07
C05＝ 9.9324E-08 C06＝ -2.8659E-09 C20＝ -3.1491E-03
C21＝ 2.5084E-05 C22＝ -5.4761E-07 C23＝ -1.0084E-08
C24＝ -6.8492E-10 C40＝ 7.8808E-07 C41＝ -1.6587E-08
C42＝ 1.2190E-09 C60＝ -5.1022E-10
Ｒ４面
C02＝ -4.4171E-03 C03＝ -1.4059E-05 C04＝ 4.6758E-07
C05＝ 8.9070E-07 C06＝ 4.8105E-08 C20＝ 4.6431E-03
C21＝ 6.1598E-05 C22＝ 5.6242E-06 C23＝ 1.6523E-09
C24＝ 3.4457E-09 C40＝ -1.5530E-06 C41＝ -3.2913E-08
C42＝ -8.0017E-09 C60＝ 9.5119E-10

数値実施例５
原稿読取幅 ３０４．８ｍｍ 結像倍率 −０．２２０
原稿側ＮＡ ０．０１７ ｆｅｑ ８０．４３２

非球面形状
Ｒ２面
C02＝ -1.6082E-03 C03＝ 3.9135E-06 C04＝ 7.1800E-08
C05＝ 2.6687E-08 C06＝ -1.1885E-09 C20＝ -1.6933E-08
C21＝ 1.4997E-05 C22＝ -3.1463E-07 C23＝ -6.9537E-09
C24＝ -9.9100E-11 C40＝ 5.1882E-07 C41＝ -1.2070E-08
C42＝ 1.0832E-09 C60＝ -3.2503E-10
Ｒ４面
C02＝ 1.9433E-03 C03＝ 2.6548E-06 C04＝ 6.9000E-08
C05＝ 6.2702E-08 C06＝ 4.8170E-09 C20＝ 2.0246E-03
C21＝ 2.1504E-05 C22＝ 9.6888E-07 C23＝ -5.0452E-09
C24＝ -2.2503E-10 C40＝ -6.6966E-07 C41＝ -1.5781E-08
C42＝ -2.2432E-09 C60＝ 3.9269E-10
各実施例では結像光学系４ａ，４ｂを上述のように構成することで色収差がなくオフアキシャル反射面が２面という非常に構造が簡略で、高性能な画像読取用の結像光学系およびそれを用いた画像読取装置を達成することができる。

本発明の画像読取装置の実施例１の要部概略図 本発明の画像読取用の結像光学系の数値実施例１の断面図 本発明の画像読取用の結像光学系の数値実施例１の収差図 本発明の画像読取用の結像光学系の数値実施例２の断面図 本発明の画像読取用の結像光学系の数値実施例２の収差図 本発明の画像読取用の結像光学系の数値実施例３の断面図 本発明の画像読取用の結像光学系の数値実施例３の収差図 本発明の画像読取装置の実施例２の要部概略図 本発明の画像読取用の結像光学系の数値実施例４の断面図 本発明の画像読取用の結像光学系の数値実施例４の収差図 本発明の画像読取用の結像光学系の数値実施例５の断面図 本発明の画像読取用の結像光学系の数値実施例５の収差図 従来の画像読取装置の要部概略図 従来のカラー画像読取装置の基本構成図 オフアキシャル光学系の定義を説明する概略図

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
４ａ，４ｂ 結像光学系
５ 読取手段（ラインセンサー）
６ キャリッジ（筐体）
７ 原稿
ＳＰ 絞り

Claims (6)

1. 原稿面上の画像情報を主走査方向に伸びたラインセンサー上に結像させ、該原稿面とラインセンサーとの相対的位置を副走査方向に変えて該ラインセンサーで該画像情報を読取る為の画像読取用の結像光学系であって、
   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、
   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
   と定義するとき、
   該結像光学系は２つのオフアキシャル反射面からなり、該２つのオフアキシャル反射面は、前記原稿面側から該プラス偏向面、該マイナス偏向面もしくは該マイナス偏向面、該プラス偏向面、の順に該結像光学系の光路中に配置されることを特徴とする結像光学系。
2. 前記結像光学系は前記２つのオフアキシャル反射面の間の光路中に絞りを有することを特徴とする請求項１記載の結像光学系。
3. 前記結像光学系は前記原稿面上の画像情報を中間結像させずに前記ラインセンサー上に結像させることを特徴とする請求項１又は２記載の結像光学系。
4. 前記２つのオフアキシャル反射面は基準軸に対し主走査方向に対称であり、副走査方向に非対称な自由曲面反射面よりなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の結像光学系。
5. 前記結像光学系の２つのオフアキシャル反射面のうち、前記原稿面側の光路中に配置された第１のオフアキシャル反射面に入射する基準軸光線と前記ラインセンサー側の光路中に配置された第２のオフアキシャル反射面から射出する基準軸光線の成す角度をθとしたとき、
   −３０°＜θ＜３０°
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項の結像光学系。
6. 請求項１〜５のいずれか一項の結像光学系と、前記原稿を載置する原稿台と、該原稿面上の画像情報が結像するラインセンサーと、該原稿と該ラインセンサーとを相対的に移動させる移動手段と、を有することを特徴とする画像読取装置。
   

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