JP2015203747A - Imaging optical system, image reading device, and manufacturing method for image reading device - Google Patents

Imaging optical system, image reading device, and manufacturing method for image reading device Download PDF

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徳司 瀧澤
Tokuji Takizawa
徳司 瀧澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an imaging optical system which easily provides good imaging performance even with a reduced number of free-form surfaces acting as off-axial reflection surfaces; an image reading device; and a manufacturing method for the image reading device.SOLUTION: An imaging optical system includes first and second free-form surfaces acting as off-axial reflection surfaces, and a reflective aperture for guiding light rays from the first free-form surface to the second free-form surface, the first and second free-form surfaces being formed on a single optical element, where the reflective aperture and the optical element are configured to allow for changing relative positions thereof.

Description

本発明は、結像光学系、画像読取装置および画像読取装置の製造方法に関し、特にラインセンサーを用いて原稿画像(モノクロ画像やカラー画像等)を読み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に好適なものである。   The present invention relates to an imaging optical system, an image reading apparatus, and an image reading apparatus manufacturing method, and is particularly suitable for an image scanner or a digital copying machine that can read an original image (monochrome image, color image, etc.) using a line sensor. It is a thing.

従来、原稿面上の画像情報(原稿画像)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るものが知られる。これは、原稿画像からの光束を画像読取光学系でラインセンサー(CCD)面上に集光させ、原稿画像とラインセンサーとの相対位置を副走査方向に変位させて、原稿画像を読取るものである。なお、原稿画像としてカラー画像を読み取る画像読取装置では、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)の各色を読み取る赤色用、緑色用、青色用のラインセンサーを1本ずつ、副走査方向に並べて設けている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an image reading apparatus that reads image information (original image) on an original surface uses a line sensor in which a plurality of light receiving elements are arranged in the main scanning direction. In this method, a light beam from a document image is condensed on a line sensor (CCD) surface by an image reading optical system, and the relative position between the document image and the line sensor is displaced in the sub-scanning direction to read the document image. is there. In an image reading apparatus that reads a color image as a document image, one line sensor for red, green, and blue that reads each color of R (red), G (green), and B (blue) is sub-scanned one by one. They are arranged side by side.

画像読取光学系が通常の屈折レンズ系から成る場合には、軸上色収差や倍率色収差等が発生するので、基準となる緑色用のラインセンサーに対して赤色用、青色用のラインセンサー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。すると、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って、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ってくる。   When the image reading optical system consists of a normal refractive lens system, axial chromatic aberration, lateral chromatic aberration, etc. occur, so the image is formed on the red and blue line sensors with respect to the reference green line sensor. The defocused or misaligned line image is generated. Then, when each color image is superimposed and reproduced, the image becomes conspicuous in color bleeding and color misalignment, and when high aperture and high resolution performance is required, the request cannot be met.

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、十分収差補正がされた光学系を構築することが提案されている。特に、少枚数のオフアキシャル反射面である自由曲面(自由曲面ミラー)を用いた結像光学系が知られている(特許文献1)。また、不連続なオフアキシャル自由曲面を複合一体化することで、部品点数の削減、光学系の簡素化を図り、組み立てが容易な構成の結像光学系が知られている(特許文献2)。   On the other hand, recently, it has also been proposed to construct an optical system in which aberrations are sufficiently corrected by introducing the concept of a reference axis and making an asymmetric aspherical surface in a non-coaxial optical system. In particular, an imaging optical system using a free-form surface (free-form surface mirror) that is a small number of off-axial reflecting surfaces is known (Patent Document 1). Also, an imaging optical system having a configuration that is easy to assemble by reducing the number of parts and simplifying the optical system by combining and integrating discontinuous off-axial free-form surfaces is known (Patent Document 2). .

特開2003−57549号公報JP 2003-57549 A 特開2006−259544号公報JP 2006-259544 A

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、オフアキシャル反射面である自由曲面の枚数を減らして行くと次第に自由度が減り、偏心敏感度が上がってしまうという課題があり、結果として組み立て精度が非常に厳しくなってしまっていた。   However, in the prior art disclosed in the above-mentioned patent document, there is a problem that when the number of free curved surfaces that are off-axial reflecting surfaces is reduced, the degree of freedom gradually decreases and the eccentricity sensitivity increases, resulting in assembly. The accuracy has become very strict.

本発明の目的は、オフアキシャル反射面である自由曲面の枚数を減らしつつも、良好な結像性能を容易に得ることができる結像光学系、画像読取装置および画像読取装置の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an imaging optical system, an image reading apparatus, and a method for manufacturing the image reading apparatus that can easily obtain good imaging performance while reducing the number of free-form surfaces that are off-axial reflecting surfaces. There is to do.

上記目的を達成するために、本発明に係る結像光学系は、オフアキシャル反射面である第1及び第2の自由曲面と、該第1の自由曲面からの光束を該第2の自由曲面に導く反射絞りと、を備える結像光学系であって、前記第1及び第2の自由曲面は、単一の光学素子に形成されており、前記反射絞り及び前記光学素子は、互いの相対位置が変更可能に構成されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an imaging optical system according to the present invention includes first and second free-form surfaces that are off-axial reflecting surfaces, and a light beam from the first free-form surface. The first and second free-form surfaces are formed in a single optical element, and the reflection diaphragm and the optical element are relative to each other. The position is configured to be changeable.

また、本発明に係る画像読取装置は、原稿画像を照明する照明手段と、上記結像光学系と、該結像光学系の結像面に設けられるラインセンサーと、を1つの筐体に有し、前記筐体を副走査方向に移動させることを特徴とする。   In addition, an image reading apparatus according to the present invention includes an illuminating unit that illuminates a document image, the imaging optical system, and a line sensor provided on an imaging surface of the imaging optical system in one housing. The housing is moved in the sub-scanning direction.

また、本発明に係る画像読取装置の製造方法は、オフアキシャル反射面である第1及び第2の自由曲面を、単一の光学素子として一体的に形成する第1工程と、前記第1及び第2の自由曲面と、該第1の自由曲面からの光束を該第2の自由曲面に導く反射絞りと、を備える結像光学系であって、前記反射絞りに入射する光束の中心光線と、前記反射絞りで反射する光束の中心光線を含む面を射影面とするとき、前記射影面に射影された、前記第1の自由曲面から反射する光束と、前記第2の自由曲面から反射する光束と、は交差している結像光学系を配置する第2工程と、前記光学素子と前記反射絞りとの相対位置関係を変位させる第3工程と、前記結像光学系に対しラインセンサーを前記第2の自由曲面から反射する光束の方向または該方向に直交する方向に変位させる第4工程と、を有することを特徴とする。   According to another aspect of the invention, there is provided a method for manufacturing the image reading apparatus, wherein the first and second free-form surfaces, which are off-axial reflecting surfaces, are integrally formed as a single optical element; An imaging optical system comprising a second free-form surface and a reflection stop that guides the light beam from the first free-form surface to the second free-form surface, and a central ray of the light beam incident on the reflection stop; When a plane including the central ray of the light beam reflected by the reflection diaphragm is used as a projection surface, the light beam reflected from the first free-form surface and reflected from the second free-form surface is projected onto the projection surface. A second step of disposing the imaging optical system intersecting with the light beam, a third step of displacing the relative positional relationship between the optical element and the reflection stop, and a line sensor for the imaging optical system. Direction or direction of the light beam reflected from the second free-form surface And having a, a fourth step of displacing in a direction perpendicular to.

本発明によれば、オフアキシャル反射面である自由曲面の枚数を減らしつつも、良好な結像性能を容易に得ることができる結像光学系、画像読取装置および画像読取装置の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, there are provided an imaging optical system, an image reading apparatus, and a method for manufacturing the image reading apparatus that can easily obtain good imaging performance while reducing the number of free-form surfaces that are off-axial reflecting surfaces. can do.

本発明の実施形態に係る画像読取装置の副走査断面図である。1 is a sub-scanning sectional view of an image reading apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る画像読取装置の光路を展開したときの要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part when an optical path of the image reading apparatus according to the embodiment of the present invention is developed. (a)乃至(c)は本発明の実施形態に係る画像読取装置の製造工程におけるユニット化の説明図である。(A) thru | or (c) are explanatory drawings of unitization in the manufacturing process of the image reading apparatus which concerns on embodiment of this invention. 第1の実施形態に係る画像読取装置の製造工程における変位方向の説明図である。6 is an explanatory diagram of a displacement direction in the manufacturing process of the image reading apparatus according to the first embodiment. FIG. 第1の実施形態に係る画像読取装置の製造工程を示すフローチャート図である。FIG. 6 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the image reading apparatus according to the first embodiment. (a)、(b)は第1の実施形態に係る相対的な変位に対応した敏感度を示すグラフである。(A), (b) is a graph which shows the sensitivity corresponding to the relative displacement which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る画像読取装置の製造工程における変位方向の説明図である。It is explanatory drawing of the displacement direction in the manufacturing process of the image reading apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る画像読取装置の製造工程を示すフローチャート図である。FIG. 10 is a flowchart illustrating a manufacturing process of an image reading apparatus according to a second embodiment. 第2の実施形態に係る相対的な変位に対応した敏感度を示すグラフである。It is a graph which shows the sensitivity corresponding to the relative displacement which concerns on 2nd Embodiment.

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

《第1の実施形態》
(画像読取装置)
図1で、Lは光源(照明手段)であり、蛍光灯やキセノンランプ、LEDアレイ照明系などから成っている。CGは原稿面ガラスであり、その台上には原稿画像(モノクロ画像もしくはカラー画像)Objが主走査断面(XZ面)内に載置されている。M1、M2、M3、M4、M5、M6は順に第1、第2、第3、第4、第5、第6の光路折り畳み用の反射面(平面)を形成する反射鏡である。7は赤外光(IR)カットフィルタであり、不要な赤外光を除去している。
<< First Embodiment >>
(Image reading device)
In FIG. 1, L is a light source (illuminating means), which comprises a fluorescent lamp, a xenon lamp, an LED array illumination system, and the like. CG is a document surface glass, on which a document image (monochrome image or color image) Obj is placed in the main scanning section (XZ plane). M1, M2, M3, M4, M5, and M6 are reflecting mirrors that sequentially form first, second, third, fourth, fifth, and sixth optical path folding reflecting surfaces (planes). An infrared light (IR) cut filter 7 removes unnecessary infrared light.

8は後に詳述するオフアキシャル光学系であり、反射鏡M1乃至M6と共に画像読取光学系を形成し、光源Lで照明された原稿画像Objからの光束を像面に相当する位置に配置される読取手段としてのラインセンサーLS上に集光する。ラインセンサーLSとしてはCCDやCMOS等が用いられる。なお、カラー画像を対象とする場合は夫々R、G、Bに対応したラインセンサーをY方向(ラインセンサーの長手方向である主走査方向(X方向)に直交する方向)に並設しておく。   Reference numeral 8 denotes an off-axial optical system, which will be described in detail later, and forms an image reading optical system together with the reflecting mirrors M1 to M6, and the light beam from the original image Obj illuminated by the light source L is disposed at a position corresponding to the image plane. The light is condensed on a line sensor LS as a reading unit. A CCD, CMOS, or the like is used as the line sensor LS. When a color image is a target, line sensors corresponding to R, G, and B are arranged in parallel in the Y direction (a direction perpendicular to the main scanning direction (X direction) that is the longitudinal direction of the line sensor). .

CRGは移動可能なキャリッジ(筐体)であり、筐体内に各部材L、M1、M2、M3、M4、M5、M6、7、8、LS等を収納し、キャリッジCRGは、副走査断面(YZ面)である図1に対し、主走査方向(X方向)に伸びて設けられている。そして、原稿画像Objに対し、キャリッジCRGを原稿画像Objに対する副走査方向(矢印A方向)に変位して、原稿画像Objを2次元的に読取る。   CRG is a movable carriage (housing), and each member L, M1, M2, M3, M4, M5, M6, 7, 8, LS, etc. is housed in the housing. YZ plane) is extended in the main scanning direction (X direction) with respect to FIG. Then, with respect to the document image Obj, the carriage CRG is displaced in the sub-scanning direction (arrow A direction) with respect to the document image Obj, and the document image Obj is read two-dimensionally.

(結像光学系)
1)基準軸およびオフアキシャル光学系
本実施形態に係る画像読取光学系である結像光学系の構成を明確にするために、本明細書中で使用する基準軸およびオフアキシャル光学系について、以下のように定義する。先ず、基準軸に関しては、光学系に部分的にでも対称性を有する軸が存在し、収差を対称性良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し、その基準光線の光路を基準軸とする。
(Imaging optics)
1) Reference Axis and Off-Axial Optical System In order to clarify the configuration of the imaging optical system that is the image reading optical system according to the present embodiment, the reference axis and the off-axial optical system used in this specification will be described below. Define as follows. First, regarding the reference axis, if there is an axis having symmetry even in the optical system, and aberrations can be collected with good symmetry, the light beam passing on the axis having symmetry is used as the reference beam. The optical path of the reference beam is taken as the reference axis.

光学系に一般的に対称軸が存在しない場合、あるいは部分的には対称軸が存在しても、収差を対称性良くとりまとめることができない場合には、以下のような基準光線の光路を基準軸とする。即ち、物体面中心(被読取範囲の中心)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(瞳中心)を通る光線を基準光線として設定し、その基準光線の光路を基準軸とする。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ことが一般的であり、最終的に像面の中心に到達する。   If the optical system generally does not have a symmetry axis or if aberrations cannot be collected with good symmetry even if there is a partial symmetry axis, the optical path of the reference beam is And That is, out of the light rays that come from the center of the object surface (the center of the read range), the light rays that pass through the optical system in the order of the specified surface of the optical system and pass through the aperture center (pupil center) defined in the optical system It is set as a light beam, and the optical path of the reference light beam is used as a reference axis. The reference axis defined in this way generally has a bent shape, and finally reaches the center of the image plane.

次に、こ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、この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。なお、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。   Next, at the point where the reference axis defined in this way intersects the curved surface, a curved surface whose surface normal does not coincide with the reference axis is defined as an off-axial curved surface, and an optical system including this off-axial curved surface is defined as an off-axial optical system. To do. Even when the reference axis is simply bent by the plane reflecting surface, the surface normal does not coincide with the reference axis, but the plane reflecting surface does not impair the symmetry of the aberration and is excluded from the target of the off-axial optical system. .

2)光路に沿った説明
本実施形態においては、光源Lから発した光束で原稿台ガラスCGの上に載置された原稿画像(物体)Objを照明する。そして、原稿画像Objからの光束(拡散反射光束)を、光路を折り畳む第1乃至第6の反射鏡M1乃至M6および赤外光カットフィルタ7を介して、オフアキシャル反射面である第1の自由曲面81に入射させている。
2) Description along the optical path In the present embodiment, the original image (object) Obj placed on the original table glass CG is illuminated with a light beam emitted from the light source L. Then, the first free light which is an off-axial reflecting surface is transmitted through the first to sixth reflecting mirrors M1 to M6 and the infrared light cut filter 7 for folding the light beam (diffuse reflected light beam) from the document image Obj. The light is incident on the curved surface 81.

そして、第1の自由曲面81で斜め上方に反射された光束は、反射絞り82に入射して斜め下方に反射された後、オフアキシャル反射面である第2の自由曲面83に入射する。そして、第2の自由曲面83で反射された光束は、第1の自由曲面81と平行に出射し、結像光学系の結像面に設けられるラインセンサーLS上に集光する。   Then, the light beam reflected obliquely upward by the first free curved surface 81 is incident on the reflection diaphragm 82 and reflected obliquely downward, and then enters the second free curved surface 83 which is an off-axial reflective surface. Then, the light beam reflected by the second free-form surface 83 is emitted in parallel with the first free-form surface 81 and is condensed on the line sensor LS provided on the image formation surface of the image formation optical system.

このように、本実施形態における結像光学系は、第1乃至第6の反射面M1乃至M6、第1の自由曲面(反射面)81、反射絞り(平面反射面)82、第2の自由曲面(反射面)83を有する。そして、曲面鏡の反射面である第1、第2の自由曲面81、83は、基準軸に対して主走査方向に対称で副走査方向に非対称な自由曲面を構成する単一の光学素子80として、一体的に形成されている。また、反射絞り82の反射面は平面鏡で構成されている。   As described above, the imaging optical system according to the present embodiment includes the first to sixth reflecting surfaces M1 to M6, the first free curved surface (reflecting surface) 81, the reflecting stop (planar reflecting surface) 82, and the second free surface. A curved surface (reflection surface) 83 is provided. The first and second free curved surfaces 81 and 83 that are the reflecting surfaces of the curved mirror are a single optical element 80 that forms a free curved surface that is symmetric with respect to the reference axis in the main scanning direction and asymmetric in the sub scanning direction. As a single unit. The reflection surface of the reflection diaphragm 82 is a plane mirror.

3)光学的作用
本実施形態では、第1、第2の自由曲面81、83は、単一の光学素子80に形成されており、反射絞り82及び光学素子80は、互いの相対位置が変更可能に構成されている。これにより、オフアキシャル反射面である自由曲面の枚数を減らしつつも、良好な結像性能を容易に得ることができる。
3) Optical action In the present embodiment, the first and second free-form surfaces 81 and 83 are formed in a single optical element 80, and the relative position of the reflection stop 82 and the optical element 80 is changed. It is configured to be possible. Thereby, it is possible to easily obtain good imaging performance while reducing the number of free-form surfaces that are off-axial reflecting surfaces.

更に本実施形態では、副走査断面(YZ断面)内で、結像光学系をコンパクトに構成するために、先ず第1乃至第6の反射鏡M1乃至M6により光路を折り畳んでいる。更に、オフアキシャル光学系8も光路を4の字状に折り畳んでいる。即ち、反射絞り82に入射する光束の中心光線と、反射絞り82で反射する光束の中心光線を含む面を射影面とするとき、該射影面内に射影された、第1の自由曲面81から反射する光束と、第2の自由曲面83から反射する光束と、は交差する。ここで、本実施形態における第1の自由曲面81の面法線の方向は、鉛直方向である。   Further, in the present embodiment, in order to make the imaging optical system compact in the sub-scanning section (YZ section), the optical path is first folded by the first to sixth reflecting mirrors M1 to M6. Further, the off-axial optical system 8 also has an optical path folded into a four-letter shape. That is, when a plane including the central ray of the light beam incident on the reflection diaphragm 82 and the central ray of the light beam reflected by the reflection diaphragm 82 is a projection surface, the first free-form surface 81 projected into the projection surface is used. The reflected light beam and the reflected light beam from the second free-form surface 83 intersect each other. Here, the direction of the surface normal of the first free-form surface 81 in the present embodiment is the vertical direction.

また、オフアキシャル光学系8は、反射面(第1、第2の自由曲面および反射絞り)で構成されるために色収差は発生せず、更にオフアキシャル自由曲面の屈折力による広角化が可能となる。また、光路を4の字状に折り畳むことで偏心収差をキャンセルし易くする。更には、第1、第2の自由曲面を、それぞれ基準軸に対して主走査方向に対称で副走査方向に非対称な形状として、偏心による非対称収差および各種収差の良好な補正を行っている。このようにして、自由曲面から成る単一の光学素子1枚と反射絞りという少ない構成で、良好な結像性能を得ている。   Further, since the off-axial optical system 8 is composed of reflecting surfaces (first and second free-form curved surfaces and a reflective stop), chromatic aberration does not occur, and it is possible to widen the angle by the refractive power of the off-axial free-form surface. Become. In addition, it is easy to cancel the decentration aberrations by folding the optical path into a four-letter shape. Furthermore, the first and second free-form surfaces are each symmetrical with respect to the reference axis in the main scanning direction and asymmetrical in the sub-scanning direction, so that asymmetric aberrations due to decentering and various aberrations are corrected satisfactorily. In this way, good imaging performance can be obtained with a single optical element composed of a free-form surface and a small number of reflection diaphragms.

4)副走査断面内におけるチルト
本実施形態に係る結像光学系の各光学面(反射面)は、基本的に全てが同一面(副走査断面であるYZ面)内でチルトしている。そこで、図2に示す座標系の各軸を以下のように定める。
Z軸:原点(x、y、z=0、0、0)を通り第1面に向かう基準軸
Y軸:原点を通りチルト面内でZ軸に対して半時計周りに90°をなす直線
X軸:原点を通りZ,Y各軸に垂直な直線
また、結像光学系を構成する第i面の面形状を表すには、図2に示す座標系にてその面を表記するより、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。このため、本実施形態では、第i面の面形状をローカル座標系で表す。また、第i面の副走査断面(YZ面)内でのチルト角は、図2に示す座標系の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、本実施形態では、各面のローカル座標の原点はYZ平面上にある。
4) Tilt in the Sub-Scanning Section All the optical surfaces (reflection surfaces) of the imaging optical system according to the present embodiment are basically tilted in the same plane (YZ plane that is the sub-scanning section). Therefore, each axis of the coordinate system shown in FIG. 2 is determined as follows.
Z-axis: Reference axis passing through the origin (x, y, z = 0, 0, 0) toward the first surface Y-axis: Straight line passing through the origin and forming 90 ° counterclockwise with respect to the Z-axis in the tilt plane X axis: A straight line passing through the origin and perpendicular to each of the Z and Y axes. To express the surface shape of the i-th surface constituting the imaging optical system, the surface is represented by the coordinate system shown in FIG. Setting a local coordinate system with the origin at the point where the reference axis and the i-th surface intersect and expressing the surface shape of the surface in the local coordinate system is easier to understand for recognizing the shape. For this reason, in this embodiment, the surface shape of the i-th surface is represented by a local coordinate system. Further, the tilt angle in the sub-scan section (YZ plane) of the i-th surface is represented by an angle θi (unit: °) with the counterclockwise direction being positive with respect to the Z axis of the coordinate system shown in FIG. Therefore, in this embodiment, the origin of the local coordinates of each surface is on the YZ plane.

また、XZ面内およびXY面内での面の偏心は無い。さらに、第i面のローカル座標(x、y、z)のy軸、z軸は、図2に示す座標系(X,Y,Z)に対してYZ面内でも角度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、図2に示す座標系のZ軸方向に対しYZ面内において半時計方向に角度θiをなす直線
y軸:ローカル座標の原点を通り、z軸方向に対してYZ面内において半時計方向に90°をなす直線
x軸:ローカル座標系の原点を通り、YZ面に対し垂直な直線
5)非球面
また、本実施形態における第1、第2の自由曲面81、83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。
Further, there is no surface eccentricity in the XZ plane and the XY plane. Further, the y-axis and z-axis of the local coordinates (x, y, z) of the i-th surface are inclined by the angle θi in the YZ plane with respect to the coordinate system (X, Y, Z) shown in FIG. Specifically, it is set as follows.
z-axis: A straight line passing through the origin of the local coordinate and forming an angle θi in the counterclockwise direction in the YZ plane with respect to the Z-axis direction of the coordinate system shown in FIG. Straight line x-axis forming 90 ° in the counterclockwise direction in the YZ plane: A straight line passing through the origin of the local coordinate system and perpendicular to the YZ plane 5) Aspherical surface Also, the first and second free-form surfaces in this embodiment 81 and 83 have rotationally asymmetric aspherical surfaces, and their shapes are represented by the following equations.

上式においてx=0のとき、副走査方向軸上の形状を示し、y=0のとき、主走査方向軸上の形状を示すことになる。なお、球面は以下の式で表される形状である。   In the above formula, when x = 0, the shape on the sub-scanning direction axis is shown, and when y = 0, the shape on the main scanning direction axis is shown. The spherical surface has a shape represented by the following formula.

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。   Since the curved surface formula is only an even-order term with respect to x, the curved surface defined by the curved surface formula is a plane-symmetric shape with the yz plane as the symmetry plane.

ここで、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。   Here, it is difficult to directly calculate the focal length based on paraxial theory. Therefore, the converted focal length feq according to the following definition is used.

ここで、h1は第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’は該光線が最終面から射出時に基準軸となす角度である。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。   Here, h1 is the incident height of a light beam that is parallel to the reference axis and incident infinitely on the reference axis on the first surface, and ak 'is an angle that the light beam makes with the reference axis when exiting from the final surface. Note that, by definition, when there are an odd number of reflecting surfaces, the sign of the focal length is expressed opposite to the normal sign.

次に、本実施形態における最も物体側(原稿画像側)の自由曲面である第1の自由曲面81の主走査方向のパワー(屈折力)の定義について、説明する。一般的に反射面の曲率をrとすると、その反射面のパワーφはφ=−2/rと表されることが知られている。ここで、最も物体側(原稿画像側)の自由曲面の主走査方向の曲率をr1とすると、1/2r1=C20の関係式が成り立つ。   Next, the definition of the power (refractive power) in the main scanning direction of the first free-form surface 81 that is the most object-side (original image side) free-form surface in this embodiment will be described. Generally, it is known that when the curvature of a reflecting surface is r, the power φ of the reflecting surface is expressed as φ = −2 / r. Here, assuming that the curvature in the main scanning direction of the free-form surface on the most object side (original image side) is r1, the relational expression 1 / 2r1 = C20 is established.

よって、本実施形態で最も物体側(原稿画像側)の自由曲面の主走査方向2次の係数をC20とすると、第1の自由曲面81の主走査方向のパワーφ1は、φ1=−4×C20と定義される。   Therefore, when the second-order coefficient in the main scanning direction of the free-form surface on the most object side (original image side) in this embodiment is C20, the power φ1 of the first free-form surface 81 in the main scanning direction is φ1 = −4 ×. Defined as C20.

(数値実施例)
以下に示す数値実施例において、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は第i面と第(i+1)面間の媒質の屈折率である。
原稿読取幅=305.0 結像倍率=−0.111
原稿側NA=0.017 Feq=27.6
(Numerical example)
In the numerical examples shown below, Di is a scalar quantity representing the distance between the origins of the local coordinates between the i-th surface and the (i + 1) -th surface, and Ndi is the refractive index of the medium between the i-th surface and the (i + 1) -th surface. It is.
Document reading width = 305.0 Imaging magnification = −0.111
Document side NA = 0.177 Feq = 27.6

第1オフアキシャル自由曲面
非球面形状
C02=−4.70025E−03 C03=1.95452E−05 C20=−5.06338E−3
C21=7.81725E−05 C22=2.80003E−06 C23=2.59571E−8
C41=−1.32239E−07 C42=−4.39348E−10 C43=−3.54953E−10
C60=−4.73343E−09 C61=2.38409E−10 C62=2.19191E−11
C80=5.63910E−12
第2オフアキシャル自由曲面
非球面形状
C02=−7.52190E−03 C03=1.85322E−05 C20=−8.03730E−03
C21=−1.92907E−04 C22=−2.43021E−05 C23=6.00834E−06
C41=2.76078E−07 C42=4.99602E−7 C43=−6.12587E−7
C60=−1.09008E−08 C61=−7.46929E−10 C62=−1.95926E−10
C80=2.17295E−11
(画像読取装置の製造工程におけるユニット化)
図3(a)、(b)、(c)は、本実施形態の画像読取装置の製造工程におけるユニット化を説明する図である。図3(a)で、第1の保持部材84は、第1、第2の自由曲面81、83を一体化した単一の光学素子80のX、Y、Z基準(803、802、801)に対応する各保持基準座面(842、841、843)を有する。そして、各保持基準座面に単一の光学素子80の各基準が突き当たるように保持され、例えばUV硬化樹脂などで接着固定される。
First off-axial free-form aspherical surface shape C02 = −4.70025E-03 C03 = 1.95452E-05 C20 = −5.06338E-3
C21 = 7.881725E-05 C22 = 2.80003E-06 C23 = 2.59571E-8
C41 = −1.32239E-07 C42 = −4.39348E−10 C43 = −3.54953E−10
C60 = -4.73343E-09 C61 = 2.38409E-10 C62 = 2.19191E-11
C80 = 5.63910E-12
Second off-axial free-form aspherical shape C02 = −7.52190E-03 C03 = 1.85322E-05 C20 = −8.03730E-03
C21 = −1.92907E-04 C22 = −2.43021E-05 C23 = 6.000834E-06
C41 = 2.76078E-07 C42 = 4.99962E-7 C43 = -6.18787E-7
C60 = −1.09008E−08 C61 = −7.46929E−10 C62 = −1.995926E−10
C80 = 2.17295E-11
(Unitization in manufacturing process of image reading device)
3A, 3 </ b> B, and 3 </ b> C are diagrams for explaining unitization in the manufacturing process of the image reading apparatus of the present embodiment. In FIG. 3A, the first holding member 84 is an X, Y, Z reference (803, 802, 801) of the single optical element 80 in which the first and second free curved surfaces 81, 83 are integrated. Each holding reference seating surface (842, 841, 843) corresponding to. And it hold | maintains so that each reference | standard of the single optical element 80 may contact | abut each holding | maintenance reference seat surface, for example, it adheres and fixes with UV hardening resin etc.

同様に、図3(b)で、反射絞り82も第2の保持部材85の各基準に突き当て接着固定される。第2の保持部材85は、第1の保持部材84のY方向の移動を規制しており、Z方向にのみ平行にシフトできる構成となっている。843は接着剤だまりであり、後述の製造工程にて、相対位置が変更可能に構成された第1の保持部材84と第2の保持部材85の相対位置関係を調整した後に固着され、一体のユニット(以後、結像光学ユニット)とされる(図3(c))。   Similarly, in FIG. 3B, the reflection diaphragm 82 is also abutted and fixed to each reference of the second holding member 85. The second holding member 85 restricts the movement of the first holding member 84 in the Y direction, and can be shifted in parallel only in the Z direction. Reference numeral 843 denotes an adhesive pool, which is fixed after adjusting the relative positional relationship between the first holding member 84 and the second holding member 85 that are configured so that the relative position can be changed in the manufacturing process described later. A unit (hereinafter, an imaging optical unit) is formed (FIG. 3C).

(画像読取装置の製造工程における変位方向)
図4は、上述した結像光学ユニットに関する製造工程における変位方向を示す概略図である。また、図5は、製造工程を示すフローチャートである。以下、図4、図5を用いて、本実施形態における画像読取装置の製造工程を説明する。製造装置(調整装置)としては、透過チャート1、チャート用照明光学系LC、治具用の原稿台ガラスCG、治具用のミラー2、治具用の赤外光カットフィルタ3、治具用のラインセンサーLSを有する。
(Displacement direction in the image reading device manufacturing process)
FIG. 4 is a schematic view showing the displacement direction in the manufacturing process relating to the imaging optical unit described above. FIG. 5 is a flowchart showing the manufacturing process. Hereinafter, the manufacturing process of the image reading apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The manufacturing apparatus (adjusting apparatus) includes a transmission chart 1, a chart illumination optical system LC, a jig table glass CG, a jig mirror 2, a jig infrared cut filter 3, and a jig. Line sensor LS.

そして、第1の保持部材84に保持された状態の単一の光学素子80と、第2の保持部材85に保持された状態の反射絞り82との、H方向(Z方向)の相対位置関係をスライド調整可能な構成になっている。また、ラインセンサーLSは、不図示の位置調整機構により、図中矢印B方向(Z軸方向)およびC方向(副走査方向であるY方向)に変位可能となっている。   Then, the relative positional relationship in the H direction (Z direction) between the single optical element 80 held by the first holding member 84 and the reflection diaphragm 82 held by the second holding member 85. The slide is adjustable. Further, the line sensor LS can be displaced in the arrow B direction (Z-axis direction) and the C direction (Y direction which is the sub-scanning direction) in the figure by a position adjusting mechanism (not shown).

この製造装置(調整装置)を用いて製造(調整)する項目としては、解像力特に主走査方向の像面湾曲および軸上アス量がある。前者は、第1の保持部材84と第2の保持部材85とのH方向(Z方向)における相対変位、後者はラインセンサーLSのC方向(副走査方向であるY方向)変位を用いる。   Items to be manufactured (adjusted) using this manufacturing apparatus (adjusting apparatus) include resolution, particularly field curvature in the main scanning direction and axial astigmatism. The former uses relative displacement in the H direction (Z direction) between the first holding member 84 and the second holding member 85, and the latter uses displacement in the C direction (Y direction which is the sub-scanning direction) of the line sensor LS.

透過チャート1には、ラインセンサーLSの受光素子配列方向(X方向)に対して垂直方向(Y方向)に並んだ万線パターンと、X方向に一定の角度を持って並んだ万線パターンが、各々ペアで、主走査方向の最低3箇所に配置されている。主走査方向に配置される3箇所の例としては、主走査方向の中心部と両端部がある。そして、透過チャート1のパターンをオフアキシャル光学系によりラインセンサーLS上に結像させ、解像力の評価を行う。解像力の評価方法は、既知の技術であり、ここでは詳細を省略するが、白黒万線チャートのコントラストで評価している。   The transmission chart 1 includes a line pattern arranged in a direction (Y direction) perpendicular to the light receiving element arrangement direction (X direction) of the line sensor LS and a line pattern arranged at a certain angle in the X direction. Each pair is arranged at least at three locations in the main scanning direction. As an example of three places arranged in the main scanning direction, there are a central portion and both end portions in the main scanning direction. Then, the pattern of the transmission chart 1 is imaged on the line sensor LS by the off-axial optical system, and the resolving power is evaluated. The method for evaluating the resolving power is a known technique, and although the details are omitted here, the evaluation is performed based on the contrast of the monochrome line chart.

(画像読取装置の製造工程を示すフローチャート)
以下、図4、図5を用い、本実施形態の画像読取装置の製造工程を説明する。先ず、仮組みしたオフアキシャル光学系8を調整用台座に積載する。第1の保持部材84は、H方向(Z方向)に平行移動可能なステージの上に爪で挟まれて固定される。第2の保持部材85は、そのZ、Y基準で治具側の基準ピンに嵌め込まれて固定され、第1の保持部材84のみがステージで第2の保持部材85に対して平行変位可能な状態で固定される。その際の第1の保持部材84および第2の保持部材85、ラインセンサーLSは設計称呼の位置に保持されるものとする。
(Flowchart showing manufacturing process of image reading apparatus)
Hereinafter, the manufacturing process of the image reading apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, the temporarily assembled off-axial optical system 8 is loaded on the adjustment base. The first holding member 84 is fixed by being sandwiched between claws on a stage that can move in parallel in the H direction (Z direction). The second holding member 85 is fitted and fixed to a jig-side reference pin based on the Z and Y references, and only the first holding member 84 can be displaced in parallel with the second holding member 85 on the stage. Fixed in state. In this case, the first holding member 84, the second holding member 85, and the line sensor LS are held at the design designation positions.

次に、チャート用照明装置LCを点灯させ、透過チャート1を照明し、オフアキシャル光学系8により、ラインセンサーLS上にチャート像を形成させる。ここで、ラインセンサーLSを矢印B方向(Z方向)に所定範囲変位させながら所定ピッチで解像力を測定し、解像力のデフォーカス特性を評価する(ステップ1)。解像力のデフォーカス特性を評価するために、チャートパターン位置に対応した主走査方向の3箇所(中心部1箇所と周辺端部2箇所)で、主走査方向と副走査方向の解像力の両方をR、G、B各色毎に取得する。   Next, the chart illumination device LC is turned on, the transmission chart 1 is illuminated, and a chart image is formed on the line sensor LS by the off-axial optical system 8. Here, the resolving power is measured at a predetermined pitch while the line sensor LS is displaced by a predetermined range in the arrow B direction (Z direction), and the defocus characteristic of the resolving power is evaluated (step 1). In order to evaluate the defocus characteristic of the resolving power, both the main scanning direction and the sub-scanning resolving power are R at three positions in the main scanning direction corresponding to the chart pattern position (one central portion and two peripheral end portions). , G, B for each color.

次に、ステップ1で測定した解像力のデフォーカスデータを基に、後述する主走査像面湾曲量および軸上アス量、軸上深度中心位置を算出する(ステップ2)。   Next, based on the defocus data of the resolving power measured in Step 1, a main scanning image plane curvature amount, an axial ascent amount, and an axial depth center position, which will be described later, are calculated (Step 2).

次に、ステップ2で算出した主走査像面湾曲量と軸上アス量、軸上深度中心位置の算出結果に基づき、以下を行う。即ち、第1の保持部材84の矢印H方向(Z方向)の偏心調整量(変位量)と、ラインセンサーLSの矢印B方向およびC方向の偏心調整量(変位量)を敏感度テーブルから算出する。    Next, based on the calculation result of the main scanning image plane curvature amount, the axial ascent amount, and the axial depth center position calculated in step 2, the following is performed. That is, the eccentricity adjustment amount (displacement amount) of the first holding member 84 in the arrow H direction (Z direction) and the eccentricity adjustment amount (displacement amount) of the line sensor LS in the arrow B direction and C direction are calculated from the sensitivity table. To do.

図6(a)は、第1の保持部材84を矢印H方向に0.05mm偏心(変位)させたときの敏感度であり、(b)はラインセンサーLSを矢印C方向に0.05mm偏心(変位)させたときの深度中心変化の敏感度である。これらの敏感度から、画像読取装置の製造に必要な補正量を算出する(ステップ3)。   6A shows the sensitivity when the first holding member 84 is eccentric (displaced) by 0.05 mm in the arrow H direction, and FIG. 6B shows the sensitivity of the line sensor LS by 0.05 mm in the arrow C direction. This is the sensitivity of the depth center change when (displaced). From these sensitivities, a correction amount necessary for manufacturing the image reading apparatus is calculated (step 3).

次に、算出した補正量に基づき、第1の保持部材84を矢印H方向、およびラインセンサーLSをC方向に駆動(変位)させる(ステップ4)。そして、位置変更後の状態で、再度デフォーカス特性を測定し、所定の規格内に入っているかを判定する(ステップ5)。ステップ5で規格に入っていれば、第1の保持部材84と第2の保持部材85は、接着等の既知の方法で固定され、第1の保持部材84と第2の保持部材85との相対位置調整は完了する(ステップ6)。これにより、主走査方向の像面湾曲を十分に補正したオフアキシャル光学系8が得られる。   Next, based on the calculated correction amount, the first holding member 84 is driven (displaced) in the arrow H direction and the line sensor LS in the C direction (step 4). Then, in the state after the position change, the defocus characteristic is measured again to determine whether it is within a predetermined standard (step 5). If the standard is satisfied in Step 5, the first holding member 84 and the second holding member 85 are fixed by a known method such as adhesion, and the first holding member 84 and the second holding member 85 are fixed. The relative position adjustment is completed (step 6). Thereby, the off-axial optical system 8 in which the curvature of field in the main scanning direction is sufficiently corrected is obtained.

その後、オフアキシャル光学系8とラインセンサーLSは、中間結合部材を介して偏心状態(変位状態)を保ったまま、接着等により固着される(STEP7)。このようにして、オフアキシャル光学系8に対するラインセンサーLSの副走査方向(C方向)の偏心量(変位量)を適宜調整することにより、主副の像面のアス量を十分に補正した状態でユニット化することができる。   Thereafter, the off-axial optical system 8 and the line sensor LS are fixed by adhesion or the like while maintaining the eccentric state (displacement state) via the intermediate coupling member (STEP 7). In this way, the astigmatism amount of the main / sub image plane is sufficiently corrected by appropriately adjusting the decentering amount (displacement amount) of the line sensor LS with respect to the off-axial optical system 8 in the sub scanning direction (C direction). Can be unitized.

なお、透過チャート1は、1つ(1種類)ではなく複数(複数種類)用意し、所望の解像度よりも低解像度のチャートでデフォーカス特性を取得して調整を行っても良い。また、主走査像面湾曲量や軸上アス量が大きいと、周辺像高での解像力低下が激しく、深度中心を算出できなくなることが想定される。その際には、所望の解像度とは別の低解像度のチャートで初期主走査像面湾曲量およびアス量を算出することで、同時に調整パラメーターを確定させることができる。初期調整ができれば、本来の所望の解像度のチャートに戻して性能確認すれば良い。   Note that the transmission chart 1 may be prepared not by one (one type) but by a plurality (a plurality of types), and the defocus characteristic may be acquired and adjusted by using a chart having a resolution lower than a desired resolution. Further, when the main scanning image plane curvature amount and the axial ascent amount are large, it is assumed that the resolution at the peripheral image height is drastically reduced and the depth center cannot be calculated. In that case, the adjustment parameter can be determined at the same time by calculating the initial main scanning image plane curvature amount and the astigmatism amount with a low resolution chart different from the desired resolution. If the initial adjustment can be performed, the performance may be confirmed by returning to the original desired resolution chart.

そして、キャリッジユニットを、折り返しミラーM1乃至M6および赤外光カットフィルター7、オフアキシャル光学系8とラインセンサーLSを中間結合部材9を介して結合したユニットとして仮組みする。その上で、上述したユニット調整で使用した万線チャートに加えて、既知の幾何特性評価チャートを用いて、性能を確認し、問題がなければ組み立て完了となる。   Then, the carriage unit is temporarily assembled as a unit in which the folding mirrors M1 to M6, the infrared light cut filter 7, the off-axial optical system 8 and the line sensor LS are coupled via the intermediate coupling member 9. Then, in addition to the line chart used in the unit adjustment described above, the performance is confirmed using a known geometric characteristic evaluation chart. If there is no problem, the assembly is completed.

(画像読取装置の製造方法)
上述したように、本実施形態に係る画像読取装置の製造方法としては、以下の工程を備えることとなる。即ち、先ずオフアキシャル反射面である第1、第2の自由曲面81、83を、単一の光学素子80として一体的に形成する第1工程を備える。また、第1及び第2の自由曲面81、83と、反射絞り82と、を備える結像光学系であって、射影面に射影された、第1の自由曲面から反射する光束と、第2の自由曲面から反射する光束と、は交差している結像光学系を、配置する第2工程を備える。ここで、反射絞り82に入射する光束の中心光線と、反射絞り82で反射する光束の中心光線を含む面が射影面である。
(Method for manufacturing image reading apparatus)
As described above, the manufacturing method of the image reading apparatus according to the present embodiment includes the following steps. That is, first, the first and second free curved surfaces 81 and 83 which are off-axial reflecting surfaces are integrally formed as a single optical element 80. In addition, the imaging optical system includes first and second free curved surfaces 81 and 83, and a reflection stop 82, a light beam reflected from the first free curved surface projected onto the projection surface, and a second A second step of arranging an imaging optical system intersecting with the light beam reflected from the free curved surface. Here, a plane including the central ray of the light beam incident on the reflection diaphragm 82 and the central ray of the light beam reflected by the reflection diaphragm 82 is a projection surface.

そして、自由曲面からなる単一の光学素子80と反射絞り82との相対位置関係を変位させる第3工程を備える。具体的には、自由曲面からなる単一の光学素子80と反射絞り82との第2の自由曲面83から反射する光束の方向における相対位置関係を変位可能とする。更に、結像光学系であるオフアキシャル光学系8に対しラインセンサーLSを第2の自由曲面83から反射する光束の方向または該方向に直交する方向に変位させる第4工程を備える。   And the 3rd process of displacing the relative positional relationship of the single optical element 80 which consists of free-form surfaces, and the reflective stop 82 is provided. Specifically, the relative positional relationship in the direction of the light beam reflected from the second free-form surface 83 between the single optical element 80 having a free-form surface and the reflection stop 82 can be displaced. Furthermore, a fourth step of displacing the line sensor LS in the direction of the light beam reflected from the second free-form surface 83 or the direction perpendicular to the direction with respect to the off-axial optical system 8 which is an imaging optical system is provided.

(本実施形態の効果)
2面のオフアキシャル自由曲面と反射絞りの3面から成るオフアキシャル光学系8を用いることにより、短光路長で、且つキャリッジ一体型の画像読取装置に対応できる結像光学系を提供することができる。また、簡易な構成で色収差がなく非対称収差の発生が少ない画像読取装置を達成することができる。
(Effect of this embodiment)
By using an off-axial optical system 8 comprising two off-axis free-form surfaces and three surfaces of a reflective diaphragm, an imaging optical system that has a short optical path length and can be used for a carriage-integrated image reading apparatus is provided. it can. Further, it is possible to achieve an image reading apparatus with a simple configuration and no chromatic aberration and little occurrence of asymmetric aberration.

また、本実施形態によれば、第1、第2の自由曲面と反射絞りとの相対位置関係を調整することで、主走査像面湾曲やアスなどを有効に調整することができ、結果として良好な性能の画像読取装置を容易に製造することができる。   Further, according to the present embodiment, by adjusting the relative positional relationship between the first and second free-form surfaces and the reflective diaphragm, it is possible to effectively adjust the main scanning field curvature and the asphalt, and as a result An image reading apparatus having good performance can be easily manufactured.

《第2の実施形態》
図7、図8は、本発明の第2の実施形態に係る画像読取装置の製造工程における変位方向の説明図、本実施形態に係る画像読取装置の製造工程を示すフローチャート図である。図7において、図4に示した要素と同一要素には、同符番を付しており、詳細な説明を割愛する。本実施形態において、第1の実施形態と異なる点は、第1の保持部材84と第2の保持部材85との相対位置関係をH方向(Z方向)の変位で調整する替りに、相対位置関係を矢印V方向(副走査方向であるY方向)の変位で調整している点である。その他の構成、および光学的な作用は実施形態1と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
<< Second Embodiment >>
7 and 8 are explanatory diagrams of the displacement direction in the manufacturing process of the image reading apparatus according to the second embodiment of the present invention, and a flowchart showing the manufacturing process of the image reading apparatus according to the present embodiment. In FIG. 7, the same elements as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In this embodiment, the difference from the first embodiment is that, instead of adjusting the relative positional relationship between the first holding member 84 and the second holding member 85 by displacement in the H direction (Z direction), the relative position The relationship is adjusted by the displacement in the arrow V direction (Y direction which is the sub-scanning direction). Other configurations and optical actions are substantially the same as those of the first embodiment, and the same effects are obtained.

(画像読取装置の製造工程を示すフローチャート)
以下、図8を用い、本実施形態の画像読取装置の製造工程を示す。先ず、仮組みしたオフアキシャル光学系8を調整用台座に積載する。第1の保持部材84は、V方向(Y方向)に平行移動可能なステージの上に固定される。第2の保持部材85は、そのZ、Y基準で治具側の基準ピンに嵌め込まれて固定され、第1の保持部材84のみがステージで第2の保持部材85に対して平行変位可能な状態で固定される。その際の第1の保持部材84および第2の保持部材85、ラインセンサーLSは設計称呼の位置に保持されるものとする。
(Flowchart showing manufacturing process of image reading apparatus)
Hereinafter, the manufacturing process of the image reading apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. First, the temporarily assembled off-axial optical system 8 is loaded on the adjustment base. The first holding member 84 is fixed on a stage that can be translated in the V direction (Y direction). The second holding member 85 is fitted and fixed to a jig-side reference pin based on the Z and Y references, and only the first holding member 84 can be displaced in parallel with the second holding member 85 on the stage. Fixed in state. In this case, the first holding member 84, the second holding member 85, and the line sensor LS are held at the design designation positions.

次に、チャート用照明装置LCを点灯させ、透過チャート1を照明し、オフアキシャル光学系8により、ラインセンサーLS上にチャート像を形成させる。ここで、ラインセンサーLSを矢印B方向(Z方向)に所定範囲変位させながら所定ピッチで解像力を測定し、解像力のデフォーカス特性を評価する(ステップ1)。解像力のデフォーカス特性を評価するために、チャートパターン位置に対応した主走査方向の3箇所(中心部1箇所と周辺端部2箇所)で、主走査方向と副走査方向の解像力の両方をR、G、B各色毎に取得する。   Next, the chart illumination device LC is turned on, the transmission chart 1 is illuminated, and a chart image is formed on the line sensor LS by the off-axial optical system 8. Here, the resolving power is measured at a predetermined pitch while the line sensor LS is displaced by a predetermined range in the arrow B direction (Z direction), and the defocus characteristic of the resolving power is evaluated (step 1). In order to evaluate the defocus characteristic of the resolving power, both the main scanning direction and the sub-scanning resolving power are R at three positions in the main scanning direction corresponding to the chart pattern position (one central portion and two peripheral end portions). , G, B for each color.

次に、ステップ1で測定した解像力のデフォーカスデータを基に、後述する主走査像面湾曲量および軸上アス量、軸上深度中心位置を算出する(ステップ2)。   Next, based on the defocus data of the resolving power measured in Step 1, a main scanning image plane curvature amount, an axial ascent amount, and an axial depth center position, which will be described later, are calculated (Step 2).

次に、ステップ2で算出した主走査像面湾曲量と軸上アス量、軸上深度中心位置の算出結果に基づき、以下を行う。即ち、第1の保持部材84の矢印V方向(Y方向)の偏心調整量(変位量)と、ラインセンサーLSの矢印B方向およびC方向の偏心調整量(変位量)を敏感度テーブルから算出する。    Next, based on the calculation result of the main scanning image plane curvature amount, the axial ascent amount, and the axial depth center position calculated in step 2, the following is performed. That is, the eccentricity adjustment amount (displacement amount) of the first holding member 84 in the arrow V direction (Y direction) and the eccentricity adjustment amount (displacement amount) of the line sensor LS in the arrow B direction and C direction are calculated from the sensitivity table. To do.

図9は、第1の保持部材84を矢印V方向に0.05mm偏心(変位)させたときの敏感度である。ラインセンサーLSを矢印C方向(副走査方向)に偏心(変位)させたときの敏感度は、第1の実施形態と同じである。これらの敏感度から、画像読取装置の製造に必要な補正量を算出する(ステップ3)。   FIG. 9 shows the sensitivity when the first holding member 84 is eccentric (displaced) by 0.05 mm in the arrow V direction. The sensitivity when the line sensor LS is decentered (displaced) in the arrow C direction (sub-scanning direction) is the same as in the first embodiment. From these sensitivities, a correction amount necessary for manufacturing the image reading apparatus is calculated (step 3).

次に、算出した補正量に基づき、第1の保持部材84を矢印V方向、およびラインセンサーLSをC方向に駆動(変位)させる(ステップ4)。そして、位置変更後の状態で、再度デフォーカス特性を測定し、所定の規格内に入っているかを判定する(ステップ5)。ステップ5で規格に入っていれば、第1の保持部材84と第2の保持部材85は、接着等の既知の方法で固定され、第1の保持部材84と第2の保持部材85との相対位置調整は完了する(ステップ6)。これにより、主走査方向の像面湾曲を十分に補正したオフアキシャル光学系8が得られる。   Next, based on the calculated correction amount, the first holding member 84 is driven (displaced) in the arrow V direction and the line sensor LS in the C direction (step 4). Then, in the state after the position change, the defocus characteristic is measured again to determine whether it is within a predetermined standard (step 5). If the standard is satisfied in Step 5, the first holding member 84 and the second holding member 85 are fixed by a known method such as adhesion, and the first holding member 84 and the second holding member 85 are fixed. The relative position adjustment is completed (step 6). Thereby, the off-axial optical system 8 in which the curvature of field in the main scanning direction is sufficiently corrected is obtained.

その後、オフアキシャル光学系8とラインセンサーLSは、中間結合部材を介して偏心状態(変位状態)を保ったまま、接着等により固着される(STEP7)。このようにして、オフアキシャル光学系8に対するラインセンサーLSの副走査方向(C方向)の偏心量(変位量)を適宜調整することにより、主副の像面のアス量を十分に補正した状態でユニット化することができる。   Thereafter, the off-axial optical system 8 and the line sensor LS are fixed by adhesion or the like while maintaining the eccentric state (displacement state) via the intermediate coupling member (STEP 7). In this way, the astigmatism amount of the main / sub image plane is sufficiently corrected by appropriately adjusting the decentering amount (displacement amount) of the line sensor LS with respect to the off-axial optical system 8 in the sub scanning direction (C direction). Can be unitized.

なお、透過チャート1は、1つ(1種類)ではなく複数(複数種類)用意し、所望の解像度よりも低解像度のチャートでデフォーカス特性を取得して調整を行っても良い。また、主走査像面湾曲量や軸上アス量が大きいと、周辺像高での解像力低下が激しく、深度中心を算出できなくなることが想定される。その際には、所望の解像度とは別の低解像度のチャートで初期主走査像面湾曲量およびアス量を算出することで、同時に調整パラメーターを確定させることができる。初期調整ができれば、本来の所望の解像度のチャートに戻して性能確認すれば良い。   Note that the transmission chart 1 may be prepared not by one (one type) but by a plurality (a plurality of types), and the defocus characteristic may be acquired and adjusted by using a chart having a resolution lower than a desired resolution. Further, when the main scanning image plane curvature amount and the axial ascent amount are large, it is assumed that the resolution at the peripheral image height is drastically reduced and the depth center cannot be calculated. In that case, the adjustment parameter can be determined at the same time by calculating the initial main scanning image plane curvature amount and the astigmatism amount with a low resolution chart different from the desired resolution. If the initial adjustment can be performed, the performance may be confirmed by returning to the original desired resolution chart.

そして、キャリッジユニットを、折り返しミラーM1乃至M6および赤外光カットフィルター7、結像光学系であるオフアキシャル光学系8とラインセンサーLSを中間結合部材9を介して結合したユニットとして仮組みする。その上で、上述したユニット調整で使用した万線チャートに加えて、既知の幾何特性評価チャートを用いて、性能を確認し、問題がなければ組み立て完了となる。   Then, the carriage unit is temporarily assembled as a unit in which the folding mirrors M1 to M6, the infrared light cut filter 7, the off-axial optical system 8 that is an imaging optical system, and the line sensor LS are coupled via the intermediate coupling member 9. Then, in addition to the line chart used in the unit adjustment described above, the performance is confirmed using a known geometric characteristic evaluation chart. If there is no problem, the assembly is completed.

(画像読取装置の製造方法)
上述したように、本実施形態に係る画像読取装置の製造方法としては、以下の工程を備えることとなる。即ち、先ずオフアキシャル反射面である第1、第2の自由曲面81、83を、単一の光学素子80として一体的に形成する第1工程を備える。また、第1及び第2の自由曲面81、83と、反射絞り82と、を備える結像光学系であって、射影面に射影された、第1の自由曲面から反射する光束と、第2の自由曲面から反射する光束と、は交差している結像光学系を、配置する第2工程を備える。ここで、反射絞り82に入射する光束の中心光線と、反射絞り82で反射する光束の中心光線を含む面が射影面である。
(Method for manufacturing image reading apparatus)
As described above, the manufacturing method of the image reading apparatus according to the present embodiment includes the following steps. That is, first, the first and second free curved surfaces 81 and 83 which are off-axial reflecting surfaces are integrally formed as a single optical element 80. In addition, the imaging optical system includes first and second free curved surfaces 81 and 83, and a reflection stop 82, a light beam reflected from the first free curved surface projected onto the projection surface, and a second A second step of arranging an imaging optical system intersecting with the light beam reflected from the free curved surface. Here, a plane including the central ray of the light beam incident on the reflection diaphragm 82 and the central ray of the light beam reflected by the reflection diaphragm 82 is a projection surface.

そして、自由曲面からなる単一の光学素子80と反射絞り82との相対位置関係を変位させる第3工程を備える。具体的には、自由曲面からなる単一の光学素子80と反射絞り82との第2の自由曲面83から反射する光束の方向に直交する方向における相対位置関係を変位可能とする。更に、結像光学系であるオフアキシャル光学系8に対しラインセンサーLSを第2の自由曲面83から反射する光束の方向または該方向に直交する方向に変位させる第4工程を備える。   And the 3rd process of displacing the relative positional relationship of the single optical element 80 which consists of free-form surfaces, and the reflective stop 82 is provided. Specifically, the relative positional relationship in the direction orthogonal to the direction of the light beam reflected from the second free-form surface 83 between the single optical element 80 having a free-form surface and the reflection stop 82 can be displaced. Furthermore, a fourth step of displacing the line sensor LS in the direction of the light beam reflected from the second free-form surface 83 or the direction perpendicular to the direction with respect to the off-axial optical system 8 which is an imaging optical system is provided.

(変形例)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
(Modification)
As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

(変形例1)
上述した実施形態においては、第2の保持部材85を固定し、これを基準として、第1の保持部材84をH方向(基準軸方向であるZ方向)またはV方向(副走査方向であるY方向)に変位(平行シフト)させて調整した。しかしながら、逆に第1の保持部材84を固定し、これを基準として、第2の保持部材85をH方向(基準軸方向であるZ方向)またはV方向(副走査方向であるY方向)に変位(平行シフト)させて調整しても良く、同様の効果を得ることが可能である。
(Modification 1)
In the above-described embodiment, the second holding member 85 is fixed, and using the first holding member 84 as a reference, the first holding member 84 is moved in the H direction (Z direction which is the reference axis direction) or V direction (Y which is the sub-scanning direction). Direction) was adjusted by shifting (parallel shift). However, conversely, the first holding member 84 is fixed, and using this as a reference, the second holding member 85 is moved in the H direction (Z direction which is the reference axis direction) or the V direction (Y direction which is the sub-scanning direction). Adjustment may be made by displacement (parallel shift), and the same effect can be obtained.

(変形例2)
上述した実施形態においては、第1の反射型オフアキシャル自由曲面81の面法線の方向を鉛直方向としたが、本発明はこれに限らず、第1の反射型オフアキシャル自由曲面81の面法線の方向を任意の方向とすることができる。
(Modification 2)
In the embodiment described above, the direction of the surface normal of the first reflective off-axial free curved surface 81 is the vertical direction, but the present invention is not limited to this, and the surface of the first reflective off-axial free curved surface 81 is The direction of the normal can be set to an arbitrary direction.

80・・オフアキシャル自由曲面光学素子、81・・第1の反射型オフアキシャル自由曲面、82・・反射型平面絞り、83・・第2の反射型オフアキシャル自由曲面、Obj・・原稿画像、LS・・ラインセンサーアレイ 80 .. Off-axial free-form optical element, 81 .. First reflective off-axis free-form curved surface, 82 .. Reflective-type plane stop, 83 .. Second reflective off-axial free-form curved surface, Obj. LS line sensor array

Claims (10)

オフアキシャル反射面である第1及び第2の自由曲面と、該第1の自由曲面からの光束を該第2の自由曲面に導く反射絞りと、を備える結像光学系であって、
前記第1及び第2の自由曲面は、単一の光学素子に形成されており、
前記反射絞り及び前記光学素子は、互いの相対位置が変更可能に構成されていることを特徴とする結像光学系。
An imaging optical system comprising: first and second free curved surfaces that are off-axial reflecting surfaces; and a reflective diaphragm that guides a light beam from the first free curved surface to the second free curved surface,
The first and second free-form surfaces are formed in a single optical element;
The imaging optical system, wherein the reflection diaphragm and the optical element are configured such that relative positions thereof can be changed.
前記反射絞りに入射する光束の中心光線と前記反射絞りにより反射される光束の中心光線とを含む射影面に射影されたとき、前記第1及び第2の自由曲面により反射される光束は互いに交差することを特徴とする請求項1に記載の結像光学系。   The light beams reflected by the first and second free-form surfaces intersect each other when projected onto a projection surface including the central ray of the light beam incident on the reflection stop and the central ray of the light beam reflected by the reflection stop. The imaging optical system according to claim 1, wherein: 前記反射絞り及び前記光学素子は、射影面内において互いの相対位置を変更可能であることを特徴とする請求項2に記載の結像光学系。   The imaging optical system according to claim 2, wherein the reflection diaphragm and the optical element can change relative positions of each other in a projection plane. 前記反射絞り及び前記光学素子は、前記第2の自由曲面により反射される光束の方向または該方向に垂直な方向において互いの相対位置を変更可能であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の結像光学系。   The relative position of the reflection diaphragm and the optical element can be changed in the direction of the light beam reflected by the second free-form surface or in the direction perpendicular to the direction. The imaging optical system according to any one of the above. 前記第1の自由曲面の面法線の方向が鉛直方向であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の結像光学系。   The imaging optical system according to claim 1, wherein a direction of a surface normal of the first free-form surface is a vertical direction. 原稿画像を照明する照明手段と、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の結像光学系と、
該結像光学系の結像面に設けられるラインセンサーと、
を1つの筐体に有し、
前記筐体を副走査方向に移動させることを特徴とする画像読取装置。
Illumination means for illuminating the document image;
The imaging optical system according to any one of claims 1 to 5,
A line sensor provided on the imaging surface of the imaging optical system;
In one housing,
An image reading apparatus, wherein the housing is moved in a sub-scanning direction.
前記光学素子を保持する第1の保持部材と、前記反射絞りを保持する第2の保持部材と、を有し、
前記第2の保持部材に対し前記第1の保持部材を前記第2の自由曲面から反射する光束の方向または該方向に直交する方向に変位可能とし、
前記第1の保持部材と、前記第2の保持部材と、前記ラインセンサーとが、単一の結合部材に固定されていることを特徴とする請求項6に記載の画像読取装置。
A first holding member that holds the optical element, and a second holding member that holds the reflective diaphragm,
The first holding member can be displaced relative to the second holding member in a direction of a light beam reflected from the second free curved surface or in a direction perpendicular to the direction,
The image reading apparatus according to claim 6, wherein the first holding member, the second holding member, and the line sensor are fixed to a single coupling member.
前記ラインセンサーを前記第2の自由曲面から反射する光束の方向または該方向に直交する方向に変位可能としたことを特徴とする請求項7に記載の画像読取装置。   The image reading apparatus according to claim 7, wherein the line sensor is displaceable in a direction of a light beam reflected from the second free-form surface or in a direction orthogonal to the direction. オフアキシャル反射面である第1及び第2の自由曲面を、単一の光学素子として一体的に形成する第1工程と、
前記第1及び第2の自由曲面と、該第1の自由曲面からの光束を該第2の自由曲面に導く反射絞りと、を備える結像光学系であって、
前記反射絞りに入射する光束の中心光線と、前記反射絞りで反射する光束の中心光線を含む面を射影面とするとき、
前記射影面に射影された、前記第1の自由曲面から反射する光束と、前記第2の自由曲面から反射する光束と、は交差している結像光学系を配置する第2工程と、
前記光学素子と前記反射絞りとの相対位置関係を変位させる第3工程と、
前記結像光学系に対しラインセンサーを前記第2の自由曲面から反射する光束の方向または該方向に直交する方向に変位させる第4工程と、
を有することを特徴とする画像読取装置の製造方法。
A first step of integrally forming first and second free-form surfaces, which are off-axial reflecting surfaces, as a single optical element;
An imaging optical system comprising: the first and second free curved surfaces; and a reflection diaphragm for guiding a light beam from the first free curved surface to the second free curved surface,
When a plane including the central ray of the light beam incident on the reflection diaphragm and the central ray of the light beam reflected by the reflection diaphragm is a projection surface,
A second step of disposing an imaging optical system projected onto the projection surface and intersecting with the light beam reflected from the first free curved surface and the light beam reflected from the second free curved surface;
A third step of displacing the relative positional relationship between the optical element and the reflective diaphragm;
A fourth step of displacing the line sensor with respect to the imaging optical system in a direction of a light beam reflected from the second free-form surface or a direction perpendicular to the direction;
A method for manufacturing an image reading apparatus, comprising:
前記第3工程で、前記光学素子と前記反射絞りとの前記第2の自由曲面から反射する光束の方向または該方向に直交する方向における相対位置関係を変位可能としたことを特徴とする請求項9に記載の画像読取装置の製造方法。   The relative positional relationship in the direction of a light beam reflected from the second free-form surface of the optical element and the reflection stop in the third step or in a direction perpendicular to the direction can be displaced. A method for manufacturing the image reading apparatus according to claim 9.
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