JP2006259544A - 結像光学系及びそれを用いた画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 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、良好なる結像性能を維持しつつ非常に簡易な構成の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】 基準軸光線の反射点での面法線が基準軸上になく、オフアキシャル反射面を複数一体に形成したオフアキシャル反射部材４ａと、平面形状の反射面を備えた平面反射部材４ｂとを有し、該オフアキシャル反射部材と該平面反射部材が、該オフアキシャル反射面と該平面形状の反射面が対向するように配置されている結像光学系４であって、該結像光学系の光路中には、少なくとも該オフアキシャル反射部材の１つのオフアキシャル反射面Ｒ２、該平面反射部材の平面形状の反射面Ｒ３、該オフアキシャル反射部材の他のオフアキシャル反射面Ｒ４の順で光束が反射する光路が含まれること。
【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、特にラインセンサーを用いてモノクロ画像やカラー画像等を各種収差がバランスよく補正され、高解像力で読取ることができるイメージスキャナーやデジタル複写機等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、その画像情報を結像光学系でラインセンサー（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、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９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８１から放射された光束は直接原稿台ガラス８２に載置した原稿８７を照明する。原稿８７からの反射光束は順に第１、第２、第３折り返しミラー８３a、８３ｂ、８３ｃを介してキャリッジ８６内部でその光路を折り曲げ、結像レンズ（結像光学系）８４によりラインセンサー８５面上に原稿８７上の画像情報を結像している。

そしてキャリッジ８６を副走査用のモーター８８により図７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８７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８５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１０は図９の画像読取装置の読取光学系の基本構成の説明図である。

図中、８４は結像光学系、８５Ｒ，８５Ｇ，８５Ｂは各々ラインセンサー８５を構成するＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各色を読み取るラインセンサーである。８７Ｒ，８７Ｇ，８７Ｂはラインセンサー８５Ｒ，８５Ｇ，８５Ｂで読取るための原稿８７面上の読取範囲である。

原稿８７面を副走査方向に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光学系８４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等が発生するので基準のラインセンサー８５Ｇに対しラインセンサー８５Ｂ，８５Ｒ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色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１〜３参照）。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提案されている（特許文献４、５参照）。特許文献４では、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面または６面の反射面（オフアキシャル反射面）からなるオフアキシャル光学系が開示されている。但し光学系全体の小型化の達成も同時に狙っているため、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では、３面の反射面（オフアキシャル反射面）からなるオフアキシャル光学系が開示されており、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。

これらの光学系で用いるオフアキシャル反射面は、共通の光軸を持つ共軸光学系に比べて組み立て時に十分な精度を確保することが難しい。また、それぞれの光学部品のために独立した製作装置、例えば金型や成形機、研磨装置などを用意しなくてはならず、製造が難しく（単価が高額）なるという問題点があった。

そのような問題点を解決する方法として、複数のオフアキシャル反射面をつなぎ合わせた部材を用いた結像光学系が提案されている（特許文献６参照）。特許文献６に開示された技術を用いれば複数のオフアキシャル反射面を一体で作成することができ、組立上の問題点を解決することができる。

さらにオフアキシャル反射面を用いた光学系の温度による光学性能の劣化を防ぎ、成形上の制約を緩和する技術が知られている（特許文献７参照）。

特許文献７の実施例１には不連続の平面ミラーを介することで、一体で作成されたオフアキシャル面群及び絞りを用いた構成部品点数の少ない光学系が開示されている。
特開平９−００５６５０号公報 特開平８−２９２３７１号公報 特開平８−２９２３７２号公報 特開２００２−３３５３７５号公報 特開２００３−０５７５４９号公報 特開平８−１２２５０５号公報 特開２００３−００４９２２号公報

オフアキシャル光学系において、不連続の複数の平面ミラーを用いると光学系全体を小型にすることができる。このときの不連続の複数の平面ミラーは良好なる画質を得るには面精度を高く維持することが必要となってくる。

また平面ミラーを複数に分割すればそれぞれの面精度を高く維持することは比較的容易になるが、相対的な位置精度が高精度であることが要求される。そのため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上の課題（コスト上昇）を招く。

また近年の画像読取装置における結像光学系には、光学系全体が簡素化され、組み立てが容易な構成が要望されている。

本発明は複数の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、良好なる結像性能を有した簡易な構成の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。

特にオフアキシャル反射面を構成する光学部品を含め部品点数が極めて少ない、デジタル複写機やイメージスキャナー等の画像読取系に好適な結像光学系の提供を目的とする。

請求項１の発明の結像光学系は、
オフアキシャル反射面を複数一体に形成したオフアキシャル反射部材と、平面形状の反射面を備えた平面反射部材とを有する結像光学系であって、
該結像光学系の光路中には、該オフアキシャル反射部材の１つのオフアキシャル反射面、該平面反射部材の平面形状の反射面、該オフアキシャル反射部材の他のオフアキシャル反射面の順で光束が反射する光路が含まれることを特徴としている。

請求項２の発明の結像光学系は、
オフアキシャル反射面を複数一体に形成したオフアキシャル反射部材と、平面形状の反射面を備えた平面反射部材とを有する結像光学系であって、
該結像光学系の光路中には、該オフアキシャル反射部材の１つのオフアクシャル反射面、該平面反射部材の平面形状の反射面、該オフアキシャル反射部材の他のオフアキシャル反射面、該平面反射部材の平面形状の反射面の順で光束が反射する光路が含まれることを特徴としている。

請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記オフアキシャル反射部材又は／及び平面反射部材の表面に絞りが設けられていることを特徴としている。

請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、
前記複数のオフアキシャル反射面の中には互いに直交する２平面のうち、一方の平面内において対称で他方の平面内において非対称の形状の反射面が含まれていることを特徴としている。

請求項５の発明は請求項１乃至４の何れか１項の発明において、
前記複数のオフアキシャル反射面は、前記他方の平面内において、基準軸光線を折り曲げるように配置されていることを特徴としている。

請求項６の発明の画像読取装置は、
請求項１乃至５の何れか１項に記載の結像光学系を用いて、原稿を載置する原稿台面上の画像情報を、ラインセンサー上に結像させ、該原稿と該ラインセンサーとを相対的に移動することで該ラインセンサーで該画像情報を読取ることを特徴としている。

本発明によればオフアキシャル面を構成する光学部品を含め部品点数が極めて少ないデジタル複写機やイメージスキャナー等の画像読取系に好適な結像光学系を達成することができる。

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１１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１１中の一点鎖線で示すもので後述する基準軸光線Ｌａ１に沿ってｉ番目の面を第ｉ面とする。

図１１において第１面Ｒ１は絞り、第２面Ｒ２は第１面Ｒ１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、第６面Ｒ６は各々の前面に対してシフト、チルトされた反射面、第７面Ｒ７は第６面Ｒ６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７面Ｒ７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１１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７面Ｒ７まではある共通の媒質、第７面Ｒ７から第８面（例えば像面）Ｒ８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Ｒ２からＲ７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Ｒ１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Ｒ１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Ｒ８の中心に垂直に通る光線（基準軸光線）Ｌａ１の経路を結像光学系の基準軸Ｌａと定義している。さらに、実施例中の基準軸Ｌａは方向（向き）を持っている。その方向は基準軸光線Ｌａ１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Ｒ１、即ち絞り面の光線有効径の中心点を通り、最終結像面Ｒ８の中心へ垂直に至る光線（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Ｌａに設定している。各面の順番は基準軸光線Ｌａ１が屈折・反射を受ける順番に設定している。

従って基準軸Ｌａ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Ｒ８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（ＹＺ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９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９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１１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。

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
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
ａ_k’：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４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から成っている。２は原稿台ガラスであり、その台上に原稿（物体）７が載置されている。３a、３b、３cは順に第１、第２、第３の反射ミラーである。

４は画像読取用の結像光学系（オフアキシャル光学系）であり、原稿７の画像情報に基づく光束を読取手段としてのラインセンサー５上に結像させている。

具体的には、基準軸光線の反射点での面法線が基準軸上になく、自由曲面形状の反射面を複数一体に形成した自由曲面反射部材４ａと、平面形状の反射面を備えた平面反射部材４ｂとを有し、該自由曲面反射部材４ａと該平面反射部材４ｂが、該自由曲面形状の反射面と平面形状の反射面が対向するように配置されている結像光学系４であって、該結像光学系４の光路中には、少なくとも該自由曲面反射部材４ａの１つの自由曲面形状の反射面Ｒ２、該平面反射部材４ｂの平面形状の反射面Ｒ３、該自由曲面反射部材４ａの他の自由曲面形状の反射面Ｒ４の順で光束が反射する光路が含まれている。

本実施例における結像光学系４は、複数枚の自由曲面形状より成る反射面（オフアキシャル反射面）Ｒ２，Ｒ４を一体成形した自由曲面反射部材（オフアキシャル反射面部材）４ａと、平面形状の反射面Ｒ３の平面反射部材（平面ミラー部材）４ｂとを有している。

ＳＰは絞りであり、平面ミラー部材４ｂの表面（平面反射面）Ｒ３に設けている。例えば、絞りは黒色の樹脂シート部材を平面ミラー表面に接着するなどの方法で作成される。

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，４，５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 Ｘ方向）が主走査方向、それに直交する方向（紙面内方向 Ｙ方向）が副走査方向である。光束の進行方向をＺ方向とする。このときＸＺ面が主走査断面、ＹＺ面が副走査断面である。

本実施例においては光源１から発した光束で原稿台ガラス２の上に載置された原稿（物体）７を照明し、該原稿７からの光束を第１、第２、第３の反射ミラー３ａ、３ｂ、３ｃを介してオフアキシャル反射面部材４ａのオフアキシャル反射面Ｒ２に入射させている。そしてオフアキシャル反射面Ｒ２で反射した光束を、平面ミラー部材４ｂの平面反射面Ｒ３に入射させ、鋭角に反射させた後、該オフアキシャル反射面Ｒ２とは異なるオフアキシャル反射面Ｒ４に入射させ、反射させた後、ラインセンサー５上に結像させている。

尚、このとき各々の反射面は副走査断面内において光路を折り曲げている。

そして原稿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の画像情報を２次元的に読み取っている。

画像読取装置をコンパクトに構成するために第１、第２、第３の反射ミラー３ａ、３ｂ、３ｃにより光路を折り畳んでいる。結像光学系４も光路を折り畳むのに寄与している。結像光学系４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、平面ミラー部材１枚とオフアキシャル反射面部材１枚という少ない構成にも関わらず良好なる結像性能を得ている。

更に良好なる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（ＸＺ面内）に対称で副走査方向（ＹＺ面内）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。これにより無用な非球面次数を削減することができ、収差補正が良好に行われた良好なる結像性能を得ている。

本実施例においては上記の如く平面ミラー部材４ｂの表面（平面反射面）Ｒ３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。さらに部品点数の削減化を図っている。

尚、オフアキシャル反射面の更なる小型化を図るには中間結像面を構成すればよいのであるが、その反面、リレー系を有するために光路長が長くなり、あるいは各反射面のパワーが強くなり、偏心誤差が弱くなってしまうという問題点がある。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。

また本実施例においては各々の反射面が副走査断面内において光路を折り曲げることにより、無用な非球面次数を削減でき、また副走査断面内における光学系全体の厚みを薄くすることができ、これにより光学系全体のコンパクト化を達成している。

このような上記構成の結像光学系４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３ａ，３ｂ，３ｃと１枚のオフアキシャル反射面部材４ａと製造が容易（安価）な１枚の平面ミラー部材４ｂから成る少ない光学部品で構成することができ、これにより非常に製造が容易となり、また小型化への対応も可能となり、如いては高速読取も可能となる。

上記に示した本実施例の画像読取装置は原稿サイズが、例えばＡ４サイズ(210mm×294mm)の原稿を読み取る際に好適なものである。

以下に上で説明した本実施例に対応する画像読取用の結像光学系４の数値実施例１について数値データを示す。

また図３に数値実施例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（像高）を表す。図３に示すように本実施例では広角にも関わらず十分な光学性能が確保できていることが分かる。

〔数値実施例１〕
原稿読取幅-＝220.0 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
このように本実施例では上記の如く結像光学系４を構成することにより色収差がなくオフアキシャル反射面が極めて少なく、非常に構造が簡略で、簡易な構成の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４は本発明の画像読取用の結像光学系の実施例２の副走査断面内の要部概略図である。同図において図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例において前述の実施例１と異なる点はＡ３サイズ(297mm×420mm)の原稿を読み取る際に好適な画像読取装置に本発明の結像光学系４４を適用したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

即ち、同図において４４は画像読取用の結像光学系（オフアキシャル光学系）であり、原稿の画像情報に基づく光束を読取手段としてのラインセンサー５上に結像させている。

本実施例における結像光学系４４は、基準軸光線の反射点における面法線が基準軸上にない２枚の自由曲面形状より成る反射面（オフアキシャル反射面）Ｒ２，Ｒ４を一体成形した自由曲面反射部材（オフアキシャル反射面部材）４４ａと、平面形状の反射面Ｒ３の平面反射部材（平面ミラー部材）４ｂとを有し、反射面が互いに対向するように配置している。

本実施例においては後述する数値実施例２に示すように様々な仕様においても有効に作用する。

以下に本実施例に対応する画像読取結像光学系の数値実施例２について数値データを示す。

また図５に数値実施例２のラインセンサーのライン方向（主走査方向）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。図５に示すように本実施例では広角にも関わらず十分な光学性能が確保できていることが分かる。

〔数値実施例２〕
原稿読取幅＝304.8 結像倍率＝-0.220
原稿側NA＝0.016 ｆeq＝110.53

非球面形状
Ｒ２面
C02＝ -1.4832E-03 C03＝ 4.4483E-07 C04＝ 8.2190E-09
C05＝ 6.8493E-09 C06＝ -1.4016E-09 C07＝ -4.4183E-11
C08＝ 1.0902E-11 C20＝ -1.5141E-03 C21＝ 2.0622E-06
C22＝ -3.1698E-08 C23＝ -1.0432E-10 C24＝ 1.6657E-10
C25＝ 4.9200E-13 C26＝ -7.2378E-13 C40＝ 1.5841E-08
C41＝ -3.8021E-11 C42＝ -4.3572E-12 C43＝ 0.0000E+00
C44＝ -2.2445E-14 C60＝ -7.7743E-13 C61＝ -4.6406E-15
C62＝ 2.7943E-15 C80＝ 7.9174E-17

Ｒ４面
C02＝ -2.9233E-03 C03＝ 3.0463E-08 C04＝ 6.8107E-07
C05＝ 1.0849E-07 C06＝ -1.0673E-08 C07＝ -2.9339E-09
C08＝ 2.6642E-11 C20＝ -2.9623E-03 C21＝ -5.6863E-06
C22＝ -5.1468E-07 C23＝ -2.1577E-09 C24＝ -6.9236E-09
C25＝ 9.4575E-11 C26＝ 1.1022E-10 C40＝ 3.1733E-08
C41＝ -2.4397E-10 C42＝ -2.0674E-10 C43＝ 0.0000E+00
C44＝ 2.9063E-12 C60＝ -1.3272E-11 C61＝ 0.0000E+00
C62＝ 1.9838E-13 C80＝ 7.3062E-16

図６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３の副走査断面内の要部概略図である。図７は図６の結像光学系を抽出したときの副走査断面内の概略図である。図６、図７において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は結像光学系６４を基準軸光線の反射点における面法線が基準軸上にない３つのオフアキシャル反射面Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６を一体成形した自由曲面反射部材（オフアキシャル反射面部材）６４ａと、平面形状の反射面より成る（反射面Ｒ３と反射面Ｒ５を一体成形）平面反射部材（平面ミラー部材）６４ｂより構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

即ち、６４は画像読取用の結像光学系（オフアキシャル光学系）であり、原稿７の画像情報に基づく光束を読取手段としてのラインセンサー５上に結像させている。

ＳＰは絞りであり、オフアキシャル反射面部材６４ａの表面中央に設けている。
例えば、絞りは黒色顔料膜をスクリーン印刷やインクジェット印刷で付加しても良いし、黒色樹脂シートをオフアキシャル反射面形状に沿うように変形させてから、接着固定する方法などにより作成されても良い。

本実施例においては光源１から発した光束で原稿台ガラス２の上に載置された原稿（物体）７を照明し、該原稿７からの光束を第１、第２、第３の反射ミラー３ａ、３ｂ、３ｃを介してオフアキシャル反射面部材６４ａのオフアキシャル反射面Ｒ２に入射させ、反射させた後、平面ミラー部材６４ｂの平面反射面Ｒ３に入射させている。そして平面反射面Ｒ３で鋭角に反射した光束を、オフアキシャル反射面Ｒ２とは異なるオフアキシャル反射面Ｒ４に入射させ、反射させた後、平面反射面Ｒ３とは異なる平面反射面Ｒ５に入射させている。そして平面反射面Ｒ５で反射した光束を、オフアキシャル反射面Ｒ２、Ｒ４とは異なるオフアキシャル反射面Ｒ６に入射させ、反射させた後、ラインセンサー５上に結像させている。

このとき各々の反射面は副走査断面内において光路を折り曲げている。

そして原稿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の画像情報を２次元的に読み取っている。

尚、本実施例では平面反射面Ｒ５で反射した光束を、オフアキシャル反射面Ｒ６を介してラインセンサー５上に結像させているが、これに限らず、例えば図１２に示すようにラインセンサー５の位置を変えて平面反射面Ｒ５で反射した光束を直接ラインセンサー５上に結像するように構成しても良い。

画像読取装置をコンパクトに構成するために第１、第２、第３の反射ミラー３ａ、３ｂ、３ｃにより光路を折り畳んでいる。結像光学系６４も光路を折り畳むのに寄与している。結像光学系６４では光路をおおよそΣの形状に折り畳み、平面ミラー部材６４ｂで光路を折り返すことで、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、平面ミラー部材１枚とオフアキシャル反射面部材１枚という少ない構成にも関わらず良好なる結像性能を得ている。

本実施例では更に良好なる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（ＸＺ断面内）に対称で副走査方向（ＹＺ断面内）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。これにより無用な非球面次数を削減することができ、収差補正を良好に行われた良好なる結像性能を得ている。

本実施例では上記の如くオフアキシャル反射面部材６４ａの表面中央に絞り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。さらに部品点数の削減化を図っている。

尚、オフアキシャル反射面の更なる小型化を図るには中間結像面を構成すればよいのであるが、その反面、リレー系を有するために光路長が長くなり、あるいは各反射面のパワーが強くなり、偏心誤差が弱くなってしまうという問題点がある。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。

また本実施例においては各々の反射面が副走査断面内において光路を折り曲げることにより副走査断面内における光学系全体の厚みを薄くすることができ、これにより光学系全体のコンパクト化を達成している。

このような上記構成の結像光学系６４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３ａ，３ｂ，３ｃと１枚のオフアキシャル反射面部材６４ａと製造が容易（安価）な１枚の平面ミラー部材６４ｂからなる少ない光学部品で構成することができ、これにより非常に製造が容易となり、また小型化への対応も可能となり、如いては高速読取も可能となる。

上記に示した本実施例の画像読取装置は原稿サイズが、例えばＡ４サイズ(210mm×294mm)の原稿を読み取る際に好適なものである。

以下に上で説明した本実施例に対応する結像光学系の数値実施例３について数値データを示す。

また図８に数値実施例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。図８に示すように本実施例では広角にも関わらず十分な光学性能が確保できていることが分かる。

〔数値実施例３〕
原稿読取幅＝220.0 結像倍率＝-0.152
原稿側NA＝0.008 ｆeq＝27.688

非球面形状
Ｒ２面
C02＝ 1.1828E-03 C03＝ -8.0979E-04 C04＝ 7.3370E-05
C05＝ -1.5564E-05 C06＝ 5.1623E-06 C07＝ -2.1575E-08
C08＝ -2.4035E-07 C20＝ -1.0899E-03 C21＝ 9.3861E-05
C22＝ -9.4968E-06 C23＝ 1.4274E-06 C24＝ -2.3462E-07
C25＝ 3.8754E-08 C26＝ -6.1555E-09 C40＝ 1.6414E-06
C41＝ -6.3268E-08 C42＝ 6.8117E-09 C43＝ -2.3224E-09
C44＝ 4.2096E-10 C60＝ 2.3095E-10 C61＝ 4.6233E-11
C62＝ 7.0123E-12 C80＝ -6.9443E-13

Ｒ４面
C02＝ -7.6175E-03 C03＝ 7.0412E-04 C04＝ 1.5714E-05
C05＝ 2.6821E-06 C06＝ 5.5374E-07 C20＝ -6.8289E-03
C21＝ -1.3021E-05 C22＝ -2.3430E-07 C23＝ 6.9647E-07
C24＝ -3.5027E-07 C40＝ -3.2891E-07 C41＝ -3.0270E-07
C42＝ -1.4950E-07 C60＝ -3.4282E-08

Ｒ６面
C02＝ -3.0097E-03 C03＝ -2.7386E-03 C04＝ 6.4802E-04
C05＝ -1.2026E-04 C06＝ 2.0289E-05 C07＝ -4.7590E-05
C08＝ 1.8062E-05 C20＝ -2.2957E-03 C21＝ -1.9077E-04
C22＝ 2.1688E-05 C23＝ -8.8362E-06 C24＝ 2.7510E-06
C25＝ -3.2980E-09 C26＝ -2.2548E-07 C40＝ 5.0127E-06
C41＝ 3.4779E-08 C42＝ 6.2470E-08 C43＝ -2.0147E-08
C44＝ 4.7571E-09 C60＝ -4.1993E-09 C61＝ -1.9194E-10
C62＝ 2.5005E-11 C80＝ 8.1460E-12
尚、絞りＳＰを平面ミラー部材及びオフアキシャル反射面部材の表面の双方に設けても良い。

またオフアキシャル反射面を３面以上設け、平面形状の反射面で２回以上反射させるように構成しても良い。

また各実施例では一体型（フラットベッド型）の画像読取装置に本発明の結像光学系を適用したが、これに限らず、例えば１：２走査光学系を有する画像読取装置に適用しても本発明は上述の実施例と同様に適用することができる。

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 本発明の画像読取装置の実施例３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 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図 本発明の結像光学系の他の実施例の断面図

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
４，４４，６４ 結像光学系
４ａ，４４ａ，６４ａ 自由曲面反射部材
４ｂ，４４ｂ，６４ｂ 平面反射部材
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. オフアキシャル反射面を複数一体に形成したオフアキシャル反射部材と、平面形状の反射面を備えた平面反射部材とを有する結像光学系であって、
   該結像光学系の光路中には、該オフアキシャル反射部材の１つのオフアキシャル反射面、該平面反射部材の平面形状の反射面、該オフアキシャル反射部材の他のオフアキシャル反射面の順で光束が反射する光路が含まれることを特徴とする結像光学系。
2. オフアキシャル反射面を複数一体に形成したオフアキシャル反射部材と、平面形状の反射面を備えた平面反射部材とを有する結像光学系であって、
   該結像光学系の光路中には、該オフアキシャル反射部材の１つのオフアクシャル反射面、該平面反射部材の平面形状の反射面、該オフアキシャル反射部材の他のオフアキシャル反射面、該平面反射部材の平面形状の反射面の順で光束が反射する光路が含まれることを特徴とする結像光学系。
3. 前記オフアキシャル反射部材又は／及び平面反射部材の表面に絞りが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
4. 前記複数のオフアキシャル反射面の中には互いに直交する２平面のうち、一方の平面内において対称で他方の平面内において非対称の形状の反射面が含まれていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の結像光学系。
5. 前記複数のオフアキシャル反射面は、前記他方の平面内において、基準軸光線を折り曲げるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の結像光学系。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の結像光学系を用いて、原稿を載置する原稿台面上の画像情報を、ラインセンサー上に結像させ、該原稿と該ラインセンサーとを相対的に移動することで該ラインセンサーで該画像情報を読取ることを特徴とする画像読取装置。