JP2017021300A - Imaging optical system, image forming apparatus, and image reading device - Google Patents

Imaging optical system, image forming apparatus, and image reading device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging optical system that can achieve both imaging performance and efficiency in light utilization, while reducing an influence due to dust adhered to a light source and a sensor and defects in elements in an image forming apparatus and an image reading device.SOLUTION: There is provided an imaging optical system 100 used for an image forming apparatus, and comprising a plurality of imaging parts 105 arranged in a first direction, wherein the plurality of imaging parts 105 each form an object 101 into an erect image at a unity magnification in a first cross section including the first direction and optical axis direction, and form the object 101 into an inverted image at a reduced magnification in a second cross section perpendicular to the first direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、プリンタや複写機等の画像形成装置及び画像読取装置等に用いられる結像光学系に関する。   The present invention relates to an imaging optical system used in an image forming apparatus such as a printer or a copying machine, an image reading apparatus, or the like.

近年、画像形成装置や画像読取装置として、複数のレンズが等間隔に配列されたマイクロレンズアレイ(MLA)を有する結像光学系を備えたものが開発されている。例えば、MLAがアレイ状光源やラインセンサ等と共に、筺体により保持されて成る光学装置を備える画像形成装置や画像読取装置が知られている。この構成によれば、ポリゴンミラーにより感光体を光走査する構成や、複数のミラーを介して画像を読み取る構成等と比較して、部品数を少なくすることができるため、装置の小型化や低コスト化を実現することが可能になる。   In recent years, an image forming apparatus and an image reading apparatus having an imaging optical system having a microlens array (MLA) in which a plurality of lenses are arranged at equal intervals have been developed. For example, an image forming apparatus and an image reading apparatus are known that include an optical device in which an MLA is held by a housing together with an array light source, a line sensor, and the like. According to this configuration, the number of parts can be reduced compared to a configuration in which a photoconductor is optically scanned by a polygon mirror, or a configuration in which an image is read through a plurality of mirrors. Cost reduction can be realized.

特許文献1には、複数のレンズが一方向(第1の方向)に配列されてなるレンズアレイが開示されている。複数のレンズの夫々は、第1の方向と光軸方向とを含む断面(第1の断面)内では物体を正立等倍結像し、第1の方向に垂直な断面(第2の断面)内では物体を倒立等倍結像している。この構成では、第2の断面内において正立等倍結像する光学系と比較して、第2の断面内でのレンズのパワーを小さくすることができるため、結像性能と光利用効率との両立に有利となる。   Patent Document 1 discloses a lens array in which a plurality of lenses are arranged in one direction (first direction). Each of the plurality of lenses forms an erecting equal-magnification image of an object in a cross section including the first direction and the optical axis direction (first cross section), and is a cross section perpendicular to the first direction (second cross section). In (), an object is imaged upside down at an equal magnification. In this configuration, the power of the lens in the second cross section can be reduced as compared with an optical system that forms an erecting equal magnification in the second cross section. It is advantageous for coexistence.

特開2012−247565号公報JP 2012-247565 A

しかしながら、特許文献1に開示されているレンズアレイは、第2の断面内において物体を等倍結像しているため、これを画像形成装置や画像読取装置に適用した場合、要求される解像度に応じた大きさの光源やセンサが必要となる。そのため、光源やセンサの大きさを十分に大きくすることができず、塵埃が付着した場合や素子が欠陥した場合等に、形成画像及び読取画像の良好な画質を実現できなくなってしまう可能性がある。   However, since the lens array disclosed in Patent Document 1 forms an object at the same magnification in the second cross section, when this is applied to an image forming apparatus or an image reading apparatus, the required resolution is obtained. A light source or sensor of a corresponding size is required. Therefore, the size of the light source or sensor cannot be increased sufficiently, and there is a possibility that good image quality of the formed image and the read image cannot be realized when dust adheres or the element is defective. is there.

本発明の目的は、画像形成装置や画像読取装置において、光源やセンサに対する塵埃の付着や素子の欠陥等による影響を低減しつつ、結像性能及び光利用効率の両立が可能な結像光学系を提供することである。   An object of the present invention is an image forming optical system capable of satisfying both image forming performance and light use efficiency while reducing the influence of dust adhering to a light source or a sensor or an element defect in an image forming apparatus or an image reading apparatus. Is to provide.

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての結像光学系は、画像形成装置に用いられる結像光学系であって、第1の方向に配列される複数の結像部を有し、前記複数の結像部の夫々は、前記第1の方向と光軸方向と含む第1の断面内では物体を正立等倍結像し、前記第1の方向に垂直な第2の断面内では前記物体を倒立縮小結像することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an imaging optical system according to one aspect of the present invention is an imaging optical system used in an image forming apparatus, and has a plurality of imaging units arranged in a first direction. Each of the plurality of image forming units forms an object at an erecting equal magnification within a first cross section including the first direction and the optical axis direction, and a second perpendicular to the first direction. In the cross-section, the object is inverted and reduced-imaged.

また、他の側面としての結像光学系は、画像読取装置に用いられる結像光学系であって、第1の方向に配列される複数の結像部を有し、前記複数の結像部の夫々は、前記第1の方向と光軸方向と含む第1の断面内では物体を正立等倍結像し、前記第1の方向に垂直な第2の断面内では前記物体を倒立拡大結像することを特徴とする。   The imaging optical system as another aspect is an imaging optical system used in an image reading apparatus, and has a plurality of imaging units arranged in a first direction, and the plurality of imaging units In each of the above, an object is imaged upright at an equal magnification in a first cross section including the first direction and the optical axis direction, and the object is inverted and enlarged in a second cross section perpendicular to the first direction. It forms an image.

本発明によれば、画像形成装置や画像読取装置において、光源やセンサに対する塵埃の付着や素子の欠陥等による影響を低減しつつ、結像性能及び光利用効率の両立が可能な結像光学系を提供することができる。   According to the present invention, in an image forming apparatus or an image reading apparatus, an imaging optical system capable of satisfying both imaging performance and light utilization efficiency while reducing the influence of dust adhering to a light source or a sensor or a defect of an element. Can be provided.

本発明の実施形態に係る結像光学系の要部概略図。1 is a schematic diagram of a main part of an imaging optical system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例1に係る光学装置の要部概略図。1 is a schematic diagram of a main part of an optical device according to Embodiment 1 of the present invention. 比較例に係る光学装置の要部概略図。FIG. 6 is a schematic diagram of a main part of an optical device according to a comparative example. 本発明の実施例1及び比較例に係る光路の模式図。The schematic diagram of the optical path which concerns on Example 1 and a comparative example of this invention. 第2の断面内での倍率と光源サイズ及び広がり半角との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the magnification in a 2nd cross section, a light source size, and a breadth half angle. 本発明の実施例1及び比較例に係る各レンズ面の有効径を示す図。The figure which shows the effective diameter of each lens surface which concerns on Example 1 and a comparative example of this invention. 各レンズ部の配置と収差との関係を説明するための図。The figure for demonstrating the relationship between arrangement | positioning of each lens part, and an aberration. 本発明の実施例2に係る光学装置の要部概略図。FIG. 6 is a schematic diagram of a main part of an optical device according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部概略図。1 is a schematic view of a main part of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る画像形読取装置の要部概略図。1 is a schematic view of a main part of an image reading apparatus according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each drawing may be drawn on a different scale for convenience. Moreover, in each drawing, the same reference number is attached | subjected about the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本実施形態に係る結像光学系(レンズアレイ光学系)要部概略図であり、図1(a)はXY断面図、図1(b)はZX断面図、図1(c)はYZ断面図、を夫々示している。結像光学系100は、第1の方向(Y方向)に配列される複数の結像部105を有しており、複数の結像部105の夫々は、光軸方向(X方向)に配列される複数のレンズ部102、104を備えている。   1A and 1B are schematic views of a main part of an imaging optical system (lens array optical system) according to the present embodiment. FIG. 1A is an XY sectional view, FIG. 1B is a ZX sectional view, and FIG. ) Shows a YZ sectional view, respectively. The imaging optical system 100 includes a plurality of imaging units 105 arranged in a first direction (Y direction), and each of the plurality of imaging units 105 is arranged in an optical axis direction (X direction). The plurality of lens units 102 and 104 are provided.

また、複数の結像部105の夫々は、第1の方向と光軸方向と含む第1の断面内(XY断面内)では、物体面101に配置される物体の正立像を等倍で形成する(物体を正立等倍結像する)系(正立等倍結像系)である。なお、ここでの「等倍」とは、厳密な等倍に限らず、画像形成や画像読取が可能な範囲で多少等倍からずれた倍率も含んでいる。一方で、第1の方向に垂直な第2の断面内(ZX断面内)では、物体の倒立像を等倍とは異なる倍率で形成する系(倒立非等倍結像系)である。   In addition, each of the plurality of imaging units 105 forms an erect image of the object placed on the object plane 101 at an equal magnification within the first cross section (within the XY cross section) including the first direction and the optical axis direction. This is a system (an erecting equal-magnification imaging system) that performs (erecting an object at an equal magnification). Note that the “same size” here is not limited to the exact same size but also includes a magnification slightly deviated from the same size within a range where image formation and image reading are possible. On the other hand, in the second cross section (ZX cross section) perpendicular to the first direction, this is a system (inverted non-magnification imaging system) that forms an inverted image of an object at a magnification different from the same magnification.

具体的には、結像光学系100を画像形成装置に用いられる光学装置に適用した場合、複数の結像部105の夫々は、第2の断面内では物体を倒立縮小結像する系(倒立縮小結像系)となる。すなわち、画像形成装置が備える光学装置においては、結像光学系100のZX断面内における倍率をβsとするとき、−1<βs<0なる条件が満たされる。また、結像光学系100を画像読取装置に用いられる光学装置に適用した場合、複数の結像部105の夫々は、第2の断面内では物体を倒立拡大結像する系(倒立拡大結像系)となる。すなわち、画像読取装置が備える光学装置においては、βs<−1なる条件が満たされる。   Specifically, when the imaging optical system 100 is applied to an optical apparatus used for an image forming apparatus, each of the plurality of imaging units 105 is a system (inverted) that forms an inverted and reduced image of an object in the second cross section. Reduction imaging system). In other words, in the optical device provided in the image forming apparatus, when the magnification in the ZX cross section of the imaging optical system 100 is βs, the condition of −1 <βs <0 is satisfied. Further, when the imaging optical system 100 is applied to an optical device used for an image reading apparatus, each of the plurality of imaging units 105 is a system (inverted enlarged imaging) that forms an object in an inverted enlarged image in the second cross section. System). That is, in the optical device provided in the image reading apparatus, the condition of βs <−1 is satisfied.

このように、本実施形態に係る結像光学系100は、第2の断面内において倒立結像系であるため、正立結像系と比較して第2の断面内での各結像部105のパワーを小さくすることができるため、結像性能と光利用効率との両立を実現している。また、結像光学系100は、画像形成装置又は画像読取装置に適用される際に、夫々倒立縮小結像系又は倒立拡大結像系となるため、要求される解像度を維持しつつ光源や受光部(センサ)のサイズを十分に大きくすることができる。これにより、光源や受光部に対する塵埃の付着や、発光素子や受光素子の欠陥等による、形成画像や読取画像の画質の低下を抑制することができる(光源や受光部の耐塵埃性能を十分に確保することができる)。   As described above, since the imaging optical system 100 according to the present embodiment is an inverted imaging system in the second cross section, each imaging unit in the second cross section is compared with the erect imaging system. Since the power of 105 can be reduced, both imaging performance and light utilization efficiency are realized. Further, the imaging optical system 100 becomes an inverted reduction imaging system or an inverted enlargement imaging system when applied to an image forming apparatus or an image reading apparatus. The size of the part (sensor) can be made sufficiently large. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the image quality of the formed image and the read image due to the adhesion of dust to the light source and the light receiving part, the defect of the light emitting element and the light receiving element, and the like. Can be secured).

[実施例1]
以下、本発明の実施例1に係る結像光学系について詳細に説明する。本実施例では、画像形成装置が備える光学装置(露光ユニット)内に、結像光学系を配置した場合を想定して説明する。図2は、本実施例に係る光学装置10の要部概略図であり、図2(a)はXY断面図、図2(b)はZX断面図、図2(c)はYZ断面図、を夫々示している。なお、図2では、結像光学系100が有する複数の結像部105のうちの一部のみを図示しており、且つ無数に存在する光線のうち特徴的な光線のみを図示している。
[Example 1]
Hereinafter, the imaging optical system according to Example 1 of the present invention will be described in detail. In the present embodiment, description will be made on the assumption that an imaging optical system is disposed in an optical device (exposure unit) provided in the image forming apparatus. 2A and 2B are schematic views of a main part of the optical device 10 according to the present embodiment, in which FIG. 2A is an XY sectional view, FIG. 2B is a ZX sectional view, and FIG. 2C is a YZ sectional view. Respectively. In FIG. 2, only a part of the plurality of image forming units 105 included in the image forming optical system 100 is illustrated, and only characteristic light rays among the infinite number of light rays are illustrated.

光学装置10は、光源101、結像光学系100、ハウジング110、第1の変更部107、及び第2の変更部108を備えている。光源101は、Y方向に等間隔に配列された複数の発光素子(発光点)を有しており、発光素子としては、LEDや有機EL素子(有機発光素子)やレーザー等を用いることができる。画像形成装置においては、結像光学系100の物体面に光源101が配置され、結像光学系100の像面に受光面(感光面)106が配置される。   The optical device 10 includes a light source 101, an imaging optical system 100, a housing 110, a first change unit 107, and a second change unit 108. The light source 101 has a plurality of light emitting elements (light emitting points) arranged at equal intervals in the Y direction, and an LED, an organic EL element (organic light emitting element), a laser, or the like can be used as the light emitting element. . In the image forming apparatus, a light source 101 is disposed on the object plane of the imaging optical system 100, and a light receiving surface (photosensitive surface) 106 is disposed on the image plane of the imaging optical system 100.

結像光学系100が有する複数の結像部105の夫々は、YZ平面に対して対称に配置された第1のレンズ部102及び第2のレンズ部104を備えている。本実施例においては、第1のレンズ部102及び第2のレンズ部104の夫々が1つの光学素子(レンズ)で構成されている。図2(b)に示すように、ZX断面内において、第1のレンズ部102の形状と第2のレンズ部104の形状とは互いに異なっており、この構成により結像部105は倒立縮小結像系を成している。ここで、第1のレンズ部102のレンズ面(光学面)102a、102b及び第2のレンズ部104のレンズ面104a、104b、の夫々は、アナモフィックな非球面である。   Each of the plurality of imaging units 105 included in the imaging optical system 100 includes a first lens unit 102 and a second lens unit 104 arranged symmetrically with respect to the YZ plane. In the present embodiment, each of the first lens unit 102 and the second lens unit 104 is constituted by one optical element (lens). As shown in FIG. 2B, the shape of the first lens portion 102 and the shape of the second lens portion 104 are different from each other in the ZX cross section. It is an image system. Here, the lens surfaces (optical surfaces) 102a and 102b of the first lens unit 102 and the lens surfaces 104a and 104b of the second lens unit 104 are anamorphic aspheric surfaces.

本実施例に係る結像光学系100は、第1のレンズ部102と第2のレンズ部104との間に配置され、各結像部105に対応する複数の矩形の開口が設けられた遮光部103を備えている。遮光部103における各開口の中心は、各結像部105の光軸上に位置しており、隣接する開口間の遮光壁は、Y方向において隣接する結像部105同士の境界部に位置している。この遮光部103によれば、各結像部105に係る第1のレンズ部102を通過する光線のうち、結像に関与する結像光線のみを通過させ、結像に寄与しない迷光光線(他の結像部105に係る第2のレンズ部104に入射する光線)を遮光することができる。   The imaging optical system 100 according to the present embodiment is disposed between the first lens unit 102 and the second lens unit 104, and is a light shield provided with a plurality of rectangular openings corresponding to the imaging units 105. Part 103 is provided. The center of each opening in the light shielding unit 103 is located on the optical axis of each image forming unit 105, and the light shielding wall between adjacent openings is located at the boundary between the adjacent image forming units 105 in the Y direction. ing. According to the light shielding unit 103, among the light beams that pass through the first lens unit 102 related to each image forming unit 105, only the image forming light beam that participates in the image formation is allowed to pass, and the stray light beam that does not contribute to the image formation (others). Light beam incident on the second lens unit 104 of the image forming unit 105) can be shielded.

ハウジング110は、光源101、結像光学系100、第1の変更部107、及び第2の変更部108等の各部材を収容している。第1の変更部107及び第2の変更部108は、ビスやピン等から成る部材であり、第1のレンズ部102の基準部109及びハウジング110の夫々に当接している。第1の変更部107によれば、X方向において光源101と第1のレンズ部102との間隔(第1の間隔)を変更することにより、XY断面内での焦点位置とZX断面内での焦点位置との差である非点隔差(アス)を調整することができる。また、第2の変更部108によれば、X方向においてハウジング110と受光面106との間隔(第2の間隔)を変更することにより、第1の変更部107によるアスの調整に伴って生じるピントずれを調整することができる。   The housing 110 accommodates members such as the light source 101, the imaging optical system 100, the first changing unit 107, the second changing unit 108, and the like. The first changing unit 107 and the second changing unit 108 are members made of screws, pins, or the like, and are in contact with the reference unit 109 of the first lens unit 102 and the housing 110, respectively. According to the first changing unit 107, the focal position in the XY section and the ZX section are changed by changing the interval (first interval) between the light source 101 and the first lens unit 102 in the X direction. The astigmatic difference (as), which is the difference from the focal position, can be adjusted. In addition, according to the second changing unit 108, the distance between the housing 110 and the light receiving surface 106 (second interval) in the X direction is changed, which is caused by the adjustment of the ass by the first changing unit 107. The focus shift can be adjusted.

図2(a)に示すように、XY断面内において、光源101から出射した光線は、第1のレンズ部102により中間結像面Aに集光される。ここで、中間結像面Aとは、第1のレンズ部102が光源101の中間像を形成する(物体面を中間結像する)仮想的な面である。そして、中間結像面Aに一旦集光された光線は、第2のレンズ部104により受光面106に集光される。これにより、光源101の中間像の像が受光面106の近傍に形成される(中間像が受光面106の近傍に再結像される)ことになる。すなわち、結像光学系100は、XY断面内においては、光源101の正立等倍像を受光面106の近傍に形成する正立等倍結像系となっている。   As shown in FIG. 2A, the light beam emitted from the light source 101 is condensed on the intermediate imaging plane A by the first lens unit 102 in the XY cross section. Here, the intermediate image formation surface A is a virtual surface on which the first lens unit 102 forms an intermediate image of the light source 101 (intermediate image formation on the object surface). Then, the light beam once condensed on the intermediate imaging surface A is condensed on the light receiving surface 106 by the second lens unit 104. As a result, an intermediate image of the light source 101 is formed in the vicinity of the light receiving surface 106 (the intermediate image is re-imaged in the vicinity of the light receiving surface 106). That is, the imaging optical system 100 is an erecting equal-magnification imaging system that forms an erecting equal-magnification image of the light source 101 in the vicinity of the light receiving surface 106 in the XY cross section.

一方で、図2(b)に示すように、ZX断面内においては、光源101から出射した光線は中間結像面Aに集光されずに受光面106の近傍に集光される。このとき、光源101は、第1のレンズ部102及び第2のレンズ部104により受光面106の近傍に縮小結像される。すなわち、結像光学系100は、ZX断面内においては、光源101の倒立縮小像を受光面106の近傍に形成する倒立縮小結像系となっている。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the ZX cross section, the light beam emitted from the light source 101 is focused on the vicinity of the light receiving surface 106 without being focused on the intermediate imaging plane A. At this time, the light source 101 is reduced and imaged near the light receiving surface 106 by the first lens unit 102 and the second lens unit 104. That is, the imaging optical system 100 is an inverted reduction imaging system that forms an inverted reduced image of the light source 101 in the vicinity of the light receiving surface 106 in the ZX cross section.

本実施例に係る光学装置10の諸特性を以下の表1に示す。   Various characteristics of the optical device 10 according to this example are shown in Table 1 below.

Figure 2017021300
Figure 2017021300

表1に示すように、本実施例に係る結像光学系100のZX断面内における倍率はβs=−0.769であり、光源101が含む各発光素子のサイズは42.30μm×54.99μmである。すなわち、画像形成装置の解像度が600dpiである場合、印字するドットのサイズ(42.30μm×42.30μm)に対して、各発光素子の第2の方向のサイズが1.3(=1/0.769)倍のサイズ(42.3μm×1.3=54.99μm)となる。   As shown in Table 1, the magnification in the ZX section of the imaging optical system 100 according to this example is βs = −0.769, and the size of each light emitting element included in the light source 101 is 42.30 μm × 54.99 μm. It is. That is, when the resolution of the image forming apparatus is 600 dpi, the size of each light emitting element in the second direction is 1.3 (= 1/0) with respect to the size of dots to be printed (42.30 μm × 42.30 μm). .769) times the size (42.3 μm × 1.3 = 54.99 μm).

なお、結像光学系100の各レンズ面と光軸(X軸)との交点を原点とし、第1の方向において光軸と直交する軸をY軸、第2の方向において光軸と直交する軸をZ軸とするとき、その非球面形状は以下に示す非球面式(1)で表される。ただし、Rは曲率半径、kは円錐定数、Aij(i=0,1,2,3・・・、j=0,1,2,3・・・)は非球面係数である。   The intersection of each lens surface of the imaging optical system 100 and the optical axis (X axis) is the origin, the axis orthogonal to the optical axis in the first direction is the Y axis, and the optical axis is orthogonal to the second direction. When the axis is the Z-axis, the aspherical shape is represented by the following aspherical expression (1). Where R is a radius of curvature, k is a conic constant, and Aij (i = 0, 1, 2, 3..., J = 0, 1, 2, 3...) Is an aspheric coefficient.

Figure 2017021300
Figure 2017021300

(比較例)
以下、本実施例に係る結像光学系100の効果について、比較例を用いて説明する。比較例に係る結像光学系300は、ZX断面内において物体を倒立等倍結像する系(倒立等倍結像系)であるという点で、本実施例に係る結像光学系100とは異なっている。
(Comparative example)
Hereinafter, effects of the imaging optical system 100 according to the present embodiment will be described using comparative examples. The imaging optical system 300 according to the comparative example is an imaging optical system 100 according to the present embodiment in that the imaging optical system 300 according to the comparative example is a system (inverted equal magnification imaging system) for imaging an object in the ZX cross section. Is different.

図3は、比較例に係る光学装置30の要部概略図である。図3に示すように、比較例に係る光学装置30の構成は、結像光学系300以外については本実施例に係る光学装置10の構成と同様である。具体的に、図3(b)に示すように、ZX断面内において、第1のレンズ部302と第2のレンズ部304とは、互いに同一の形状を有しており、YZ平面に対して対称となるように配置されている。この構成により、結像部305は、ZX断面内において倒立等倍結像系を成している。   FIG. 3 is a schematic diagram of a main part of an optical device 30 according to a comparative example. As shown in FIG. 3, the configuration of the optical device 30 according to the comparative example is the same as the configuration of the optical device 10 according to the present embodiment except for the imaging optical system 300. Specifically, as shown in FIG. 3B, in the ZX cross section, the first lens unit 302 and the second lens unit 304 have the same shape, and with respect to the YZ plane. They are arranged symmetrically. With this configuration, the imaging unit 305 forms an inverted equal magnification imaging system in the ZX cross section.

比較例に係る光学装置30の諸特性を以下の表2に示す。   Various characteristics of the optical device 30 according to the comparative example are shown in Table 2 below.

Figure 2017021300
Figure 2017021300

表2に示すように、比較例に係る結像光学系300のZX断面内における倍率はβs=−1であるため、画像形成装置の解像度が600dpiである場合、印字するドットと同等のサイズ(42.30μm×42.30μm)の発光素子が必要となる。   As shown in Table 2, since the magnification in the ZX section of the imaging optical system 300 according to the comparative example is βs = −1, when the resolution of the image forming apparatus is 600 dpi, the size equivalent to the dot to be printed ( 42.30 μm × 42.30 μm) light emitting element is required.

発光素子に塵埃が付着した場合や発光素子の欠陥が生じた場合、像面での光量の減少量は、光源における発光素子の総面積に対する、塵埃または欠陥素子の面積の比に比例する。本実施例では、結像光学系100を倒立縮小結像系としたことにより、比較例よりも発光素子のサイズを大型化することができ、同じサイズの塵埃又は素子欠陥が生じた場合に、比較例よりも該面積比を小さくすることが可能になる。すなわち、耐塵埃性能を十分に確保し、光量の減少量を低減することができるという効果を得ている。   When dust adheres to the light emitting element or when a defect of the light emitting element occurs, the amount of light reduction on the image plane is proportional to the ratio of the area of the dust or defective element to the total area of the light emitting element in the light source. In this embodiment, the imaging optical system 100 is an inverted reduction imaging system, so that the size of the light emitting element can be increased compared to the comparative example, and when dust or element defects of the same size occur, The area ratio can be made smaller than in the comparative example. In other words, it is possible to secure sufficient dust resistance and to reduce the amount of light reduction.

さらに、本実施例に係る結像光学系100によれば、総光利用効率(物体面の面積×結像部の光利用効率)を維持しつつ、第1のレンズ部のレンズ面の第2の断面内における有効径(結像に寄与する有効光束が通過する有効面の径)を小径化することができる。このことについて、図4を用いて詳細に説明する。図4は、ZX断面内における結像光学系及びそれを通過する光源101からのマージナル光線の光路を模式的に示した図であり、図4(a)は比較例に係る結像光学系300を示し、図4(b)は本実施例に係る結像光学系100を示している。なお、図4においては、第1及び第2のレンズ部(の主平面)を矢印で表している。   Furthermore, according to the imaging optical system 100 according to the present embodiment, the second light of the lens surface of the first lens unit is maintained while maintaining the total light utilization efficiency (the area of the object plane × the light utilization efficiency of the imaging unit). The effective diameter in the cross section (the diameter of the effective surface through which the effective light beam contributing to the imaging passes) can be reduced. This will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram schematically showing the optical path of the imaging optical system in the ZX section and the optical path of the marginal ray from the light source 101 passing therethrough, and FIG. 4A is an imaging optical system 300 according to the comparative example. FIG. 4B shows the imaging optical system 100 according to the present embodiment. In FIG. 4, the first and second lens portions (main planes) are indicated by arrows.

光源101の発光素子のZX断面内におけるサイズをDo、像106のZX断面におけるサイズをDi、結像光学系のZX断面内における倍率をβs、とするとき、以下の式(2)が成り立つ。
Do=Di/βs ・・・(2)
When the size in the ZX section of the light emitting element of the light source 101 is Do, the size in the ZX section of the image 106 is Di, and the magnification in the ZX section of the imaging optical system is βs, the following equation (2) is established.
Do = Di / βs (2)

また、光源側(物体側)のマージナル光線の広がり半角(開き角の半値)をθo、像側のマージナル光線の広がり半角をθi、とするとき、Helmholtz−Lagrangeの不変量より、以下の式(3)が成り立つ。
Do×tanθo=Di×tanθi ・・・(3)
Further, assuming that the spread half angle (half value of the opening angle) of the marginal ray on the light source side (object side) is θo and the spread half angle of the marginal ray on the image side is θi, the following formula ( 3) holds.
Do × tan θo = Di × tan θi (3)

よって、式(2)及び(3)より、以下の式(4)が得られる。
tanθo=Di×tanθi/Do=|βs|×tanθi ・・・(4)
Therefore, the following formula (4) is obtained from the formulas (2) and (3).
tan θo = Di × tan θi / Do = | βs | × tan θi (4)

そして、光源101が等方発光すると仮定した場合、像106の光量V(総光利用効率に比例)は、近似的に以下の式(5)で表される。
V∝Do×tanθo=Di×tanθi ・・・(5)
When it is assumed that the light source 101 emits isotropically, the light amount V (proportional to the total light utilization efficiency) of the image 106 is approximately expressed by the following equation (5).
V∝Do × tan θo = Di × tan θi (5)

なお、比較例においては、βs=−1、Do=Di=42.30μm、θo=θi=21.2°、である。   In the comparative example, βs = −1, Do = Di = 42.30 μm, and θo = θi = 21.2 °.

ここで、比較例に係る構成において、像106のサイズDi及び光量Vを変化させずに倍率βsを変化させたときの、光源101の発光素子のサイズDo、物体側広がり半角θo、及び像側広がり半角θiの夫々を、図5に示す。図5より、結像光学系がZX断面内において倒立結像系である場合、倍率βsが大きくなる程、すなわち縮小率が大きくなる程、物体側広がり半角θoが小さくなることがわかる。このとき、像側広がり半角θiも小さくなるが、倍率βsを変化させる前(βs=−1のとき)に対する変化量は微小である。また、発光素子のサイズDoは、倍率βsの絶対値が小さくなる程大きくなる。   Here, in the configuration according to the comparative example, when the magnification βs is changed without changing the size Di and the light amount V of the image 106, the size Do of the light emitting element of the light source 101, the object-side spreading half angle θo, and the image side Each of the spread half angle θi is shown in FIG. FIG. 5 shows that when the imaging optical system is an inverted imaging system in the ZX cross section, the object-side spreading half angle θo decreases as the magnification βs increases, that is, as the reduction ratio increases. At this time, the image-side spread half angle θi is also reduced, but the amount of change relative to before the magnification βs is changed (when βs = −1) is very small. The size Do of the light emitting element increases as the absolute value of the magnification βs decreases.

したがって、結像光学系をZX断面内において倒立縮小結像系(−1<βs<0)とし、発光素子のサイズDoを比較例よりも大きくすることで、像106のサイズDi及び光量Vを変化させずに、物体側広がり半角θoを小さくすることが可能になる。このとき、上述したように、像側広がり半角θiもほぼ変化しない。   Therefore, the imaging optical system is an inverted reduction imaging system (-1 <βs <0) in the ZX cross section, and the size Do and the light amount V of the image 106 are set by making the size Do of the light emitting element larger than that of the comparative example. Without changing, it is possible to reduce the object-side spreading half angle θo. At this time, as described above, the image-side spread half angle θi is substantially unchanged.

本実施例においては、結像光学系100のZX断面内における倍率をβs=−0.769(=−1/1.3)とすることで、比較例に対して像106のサイズDi及び光量Vを変化させずに、発光素子のサイズDoを1.3倍としている。このとき、図5より、θo=16.3°、θi=20.8°、となり、比較例よりも広がり半角が小さくなることがわかる。   In the present embodiment, the magnification Di in the ZX section of the imaging optical system 100 is set to βs = −0.769 (= −1 / 1.3), so that the size Di and the light amount of the image 106 are compared with the comparative example. Without changing V, the size Do of the light emitting element is 1.3 times. At this time, it can be seen from FIG. 5 that θo = 16.3 ° and θi = 20.8 °, and the spread half angle is smaller than that of the comparative example.

よって、図4(b)に示すように、ZX断面内において第1のレンズ部102を通過する光束幅(マージナル光線同士の間隔)L1が、図4(a)に示す比較例に係る光束幅L1よりも小さくなるため、第1のレンズ部102の有効径を小さくすることができる。レンズ部の有効径を小さくすることにより、結像光学系の全系の小型化や、レンズ部の成形型の加工時間の短縮、有効面の形状誤差量の低減、などを実現することが可能になる。なお、必ずしもレンズ部における鏡面(鏡面仕上げされた面)としての光学面の全体を小さくしなくてもよく、少なくとも光学面における有効面の部分を小さくすれば本発明の効果が得られる。   Therefore, as shown in FIG. 4B, the light flux width (interval between marginal rays) L1 passing through the first lens unit 102 in the ZX cross section is the light flux width according to the comparative example shown in FIG. Since it becomes smaller than L1, the effective diameter of the 1st lens part 102 can be made small. By reducing the effective diameter of the lens unit, it is possible to reduce the size of the entire imaging optical system, shorten the processing time of the lens mold, reduce the effective surface shape error, etc. become. Note that it is not always necessary to reduce the entire optical surface as a mirror surface (mirror-finished surface) in the lens portion, and the effect of the present invention can be obtained by reducing at least the effective surface portion of the optical surface.

図6は、実施例1及び比較例に係る各レンズ面のZX断面内における有効径を示す図である。ここでは、光軸上の物体高(軸上物体高)において、各レンズ面のうち有効光束のマージナル光線の通過位置で囲まれる範囲を近似的に有効面とし、その径を有効径としている。図6より、本実施例に係る第1のレンズ部102のレンズ面102a(入射面)及びレンズ面102b(出射面)の有効径が、比較例に対して大幅に小さくなっていることが分かる。一方、第2のレンズ部104のレンズ面104b(入射面)及びレンズ面104a(出射面)の有効径については、本実施例と比較例とでほぼ同程度になっている。   FIG. 6 is a diagram illustrating an effective diameter in the ZX cross section of each lens surface according to Example 1 and the comparative example. Here, in the object height on the optical axis (on-axis object height), the range surrounded by the passing positions of the marginal rays of the effective light beam among the lens surfaces is defined as the effective surface, and the diameter is set as the effective diameter. 6 that the effective diameters of the lens surface 102a (incident surface) and the lens surface 102b (exit surface) of the first lens unit 102 according to the present embodiment are significantly smaller than those of the comparative example. . On the other hand, the effective diameters of the lens surface 104b (incident surface) and the lens surface 104a (exit surface) of the second lens unit 104 are approximately the same in this embodiment and the comparative example.

以下の表3は、比較例に係る各レンズ面の有効径を100%としたときの、本実施例に係る各レンズ面の有効径の比を示したものである。表3より、本実施例に係るレンズ面102a及びレンズ面102bの有効径が、比較例に対して約20〜30%小さくなっていることがわかる。   Table 3 below shows the ratio of the effective diameters of the lens surfaces according to the present example when the effective diameter of the lens surfaces according to the comparative example is 100%. From Table 3, it can be seen that the effective diameters of the lens surface 102a and the lens surface 102b according to the present example are about 20 to 30% smaller than the comparative example.

Figure 2017021300
Figure 2017021300

なお、本実施例においては、結像光学系100の第2の断面内における倍率をβs=−0.769としたが、これに限られることはない。ただし、画像形成装置において、耐塵埃性能を十分に確保するためには、光源101の発光素子のサイズをできるだけ大きくすることが求められる。そのため、少なくとも、光源101の第2の方向におけるサイズを印字するドットサイズよりも5%程度大きくすることが望ましい。すなわち、光源101が有する複数の発光素子の夫々について、第1の方向における長さに対する第2の方向における長さの比をαとするとき、以下の条件式(6)を満足するように構成することが好ましい。
α≧1.05 ・・・(6)
In this embodiment, the magnification in the second cross section of the imaging optical system 100 is set to βs = −0.769. However, the present invention is not limited to this. However, in the image forming apparatus, in order to ensure sufficient dust resistance, it is required to increase the size of the light emitting element of the light source 101 as much as possible. For this reason, at least the size of the light source 101 in the second direction is desirably about 5% larger than the dot size for printing. That is, each of the plurality of light emitting elements included in the light source 101 is configured to satisfy the following conditional expression (6), where α is the ratio of the length in the second direction to the length in the first direction. It is preferable to do.
α ≧ 1.05 (6)

表1に示したように、本実施例においては、α=54.99/42.30=1.300であり、条件式(6)を満たしている。したがって、結像光学系100(結像部105)の第2の断面内における倍率βsが、以下の条件式(7)を満足するように構成することがより望ましい。
0>βs≧−0.95 ・・・(7)
As shown in Table 1, in this example, α = 54.99 / 42.30 = 1.300, which satisfies the conditional expression (6). Therefore, it is more desirable that the magnification βs in the second cross section of the imaging optical system 100 (imaging unit 105) satisfies the following conditional expression (7).
0> βs ≧ −0.95 (7)

また、本実施例においては、表1に示したように、光源101(物体面)から中間結像面Aまでの距離はLo=2.62mm+1.27mm+1.08mm=4.97mmである。また、中間結像面Aから受光面106(像面)までの距離はLi=1.08mm+1.27mm+2.62mm=4.97mmであるため、Lo=Liなる関係を満たしている。   In this embodiment, as shown in Table 1, the distance from the light source 101 (object plane) to the intermediate imaging plane A is Lo = 2.62 mm + 1.27 mm + 1.08 mm = 4.97 mm. Further, since the distance from the intermediate image plane A to the light receiving surface 106 (image plane) is Li = 1.08 mm + 1.27 mm + 2.62 mm = 4.97 mm, the relationship Lo = Li is satisfied.

Lo=Liなる関係を満たすことで得られる効果について、図7を用いて説明する。なお、図7では、結像光学系が有するレンズ部(の主平面)の夫々を矢印で表記しており、各レンズ部を通過する特徴的な光線のみを示している。また、XY断面内では、結像部の光軸上の物体高(軸上物体高)に位置する発光点101aと、隣接する2つの結像部の光軸同士の中間位置における物体高(中間物体高)に位置する発光点101bと、の夫々から出射する光線を示している。   The effect obtained by satisfying the relationship Lo = Li will be described with reference to FIG. In FIG. 7, each of the lens portions (main planes) of the imaging optical system is indicated by arrows, and only characteristic light rays that pass through each lens portion are shown. In the XY cross section, the object height (intermediate position) between the light emitting point 101a located at the object height on the optical axis of the imaging unit (on-axis object height) and the optical axes of two adjacent imaging units. The light rays emitted from each of the light emitting points 101b located at the (object height) are shown.

図7(a)は、本実施例に係る結像光学系100と同様に、XY断面内での倍率がβm=1、ZX断面内における倍率が−1<βs<0であり、且つLo=Liとなる光学系を模式的に示した図である。ZX断面内での光路を見てわかる通り、中間結像面Aと像面106との間に配置される第2のレンズ部の方が、物体面101と中間結像面Aとの間に配置される第1のレンズ部よりも、ZX断面内でのパワーが大きくなっている。よって、ZX断面内おいては、第2のレンズ部に係る収差が大きくなりやすい。一方で、XY断面においては、第1のレンズ部と第2のレンズ部とで略均等にパワーが振り分けられているため、各レンズ部に係る収差が大きくなりにくい。   In FIG. 7A, similarly to the imaging optical system 100 according to the present embodiment, the magnification in the XY section is βm = 1, the magnification in the ZX section is −1 <βs <0, and Lo = It is the figure which showed typically the optical system used as Li. As can be seen from the optical path in the ZX cross section, the second lens unit disposed between the intermediate image plane A and the image plane 106 is located between the object plane 101 and the intermediate image plane A. The power in the ZX cross section is larger than that of the first lens unit to be arranged. Therefore, the aberration related to the second lens portion tends to increase in the ZX cross section. On the other hand, in the XY cross section, since the power is distributed substantially equally between the first lens portion and the second lens portion, the aberration associated with each lens portion is unlikely to increase.

図7(b)は、XY断面内での倍率がβm=1、ZX断面内における倍率が−1<βs<0であるが、Lo>Liとなる光学系を模式的に示した図である。ZX断面内での光路を見てわかる通り、第1のレンズ部と第2のレンズ部とで略均等にパワーが振り分けられているため、各レンズ部に係る収差が大きくなりにくい。一方で、XY断面内においては、図7(a)と比較して、中間結像面Aが像面106に近くなっているため、第2のレンズ部のパワーが大きくなっている。さらに、図7(a)と比較して、第2のレンズ部から出射した光線の像面106に対する入射角(開口角)が大きくなっていることがわかる。よって、XY断面内おいては、第2のレンズ部に係る収差が大きくなりやすい。   FIG. 7B is a diagram schematically showing an optical system in which the magnification in the XY section is βm = 1 and the magnification in the ZX section is −1 <βs <0, but Lo> Li. . As can be seen from the optical path in the ZX cross section, since the power is distributed approximately equally between the first lens portion and the second lens portion, the aberration associated with each lens portion is unlikely to increase. On the other hand, in the XY cross section, since the intermediate image plane A is closer to the image plane 106 than in FIG. 7A, the power of the second lens unit is increased. Furthermore, it can be seen that the incident angle (aperture angle) of the light beam emitted from the second lens portion with respect to the image plane 106 is larger than that in FIG. Therefore, the aberration related to the second lens portion tends to increase in the XY cross section.

このように、XY断面内では物体面を正立等倍結像し、ZX断面では物体面を倒立縮小結像する光学系においては、各断面内での倍率の絶対値が互いに異なるため、一方の断面内において、各レンズ部に均等にパワーを振り分けることが難しくなる。すなわち、一方の断面内においては、他方の断面内よりも光束の収差が大きくなりやすくなる。このとき、XY断面内の方が、各レンズ部が必要とするパワーが大きく、Lo>Liとなる構成では光束の収差を低減しにくいため、Lo=Liとなる構成の方がより好ましい。ただし、以下の条件式(8)を満足する構成であれば、各断面内における光束の収差の増大を抑制することができる。
0.8≦Lo/Li≦1.2 ・・・(8)
Thus, in an optical system in which the object plane is imaged upright at the same magnification in the XY section and the object surface is inverted and reduced in the ZX section, the absolute values of the magnifications in each section are different from each other. In the cross section, it is difficult to evenly distribute the power to the lens portions. That is, the aberration of the light flux is likely to be larger in one cross section than in the other cross section. At this time, in the XY cross section, the power required by each lens unit is large, and in the configuration in which Lo> Li, it is difficult to reduce the aberration of the luminous flux. Therefore, the configuration in which Lo = Li is more preferable. However, as long as the following conditional expression (8) is satisfied, an increase in the aberration of the light beam in each cross section can be suppressed.
0.8 ≦ Lo / Li ≦ 1.2 (8)

上述の説明は、光学系を構成するレンズの枚数が4枚以下と少なく、XY断面内及ZX断面内でのレンズ部(主平面)の位置を大きく変えることができない構成を前提としている。特に、本実施例のように、結像部が2つのレンズのみから成る結像光学系においては、各断面内での主平面の位置を大きく変えることは困難であるため、条件式(8)を満たすことによる効果が大きくなる。   The above description is based on the premise that the number of lenses constituting the optical system is as small as four or less, and the position of the lens portion (main plane) in the XY section and the ZX section cannot be changed greatly. In particular, in the imaging optical system in which the imaging unit is composed of only two lenses as in the present embodiment, it is difficult to greatly change the position of the main plane in each cross section, so conditional expression (8) The effect by satisfying is increased.

なお、本実施例においては、結像光学系100を画像形成装置に適用した場合について説明したが、これに限られることなく、例えば、結像光学系100を画像読取装置に適用してもよい。結像光学系100を画像読取装置に適用する場合は、物体面には第1の方向に延在する原稿(原稿台)が配置され、像面にはCMOSセンサ等の受光素子が配列された受光部が配置されることになる。   In this embodiment, the case where the imaging optical system 100 is applied to an image forming apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this, and the imaging optical system 100 may be applied to an image reading apparatus, for example. . When the imaging optical system 100 is applied to an image reading apparatus, a document (document table) extending in the first direction is arranged on the object surface, and a light receiving element such as a CMOS sensor is arranged on the image surface. A light receiving unit is arranged.

このとき、結像光学系100をZX断面内において倒立拡大結像系とすることにより、受光素子のサイズを大きくすることができるため、倒立等倍結像系とした場合と比較して、受光素子の耐塵埃性能を向上させることができる。さらに、読取領域のサイズや読取効率(総光利用効率)を変化させることなく、各レンズ部の有効径を小さくすることが可能になる。   At this time, since the imaging optical system 100 is an inverted magnification imaging system in the ZX cross section, the size of the light receiving element can be increased. The dust resistance performance of the element can be improved. Furthermore, it is possible to reduce the effective diameter of each lens unit without changing the size of the reading area and the reading efficiency (total light utilization efficiency).

画像形成装置と同様に、画像読取装置においても、複数の受光素子の夫々について、第1の方向における長さに対する第2の方向における長さの比αが、条件式(6)を満たすように構成することが好ましい。よって、結像光学系100(結像部105)の第2の断面内における倍率βsが、以下の条件式(9)を満足するように構成することがより望ましい。
βs≦−1.05 ・・・(9)
Similar to the image forming apparatus, in the image reading apparatus, the ratio α of the length in the second direction to the length in the first direction for each of the plurality of light receiving elements satisfies the conditional expression (6). It is preferable to configure. Therefore, it is more preferable that the magnification βs in the second cross section of the imaging optical system 100 (imaging unit 105) satisfies the following conditional expression (9).
βs ≦ −1.05 (9)

なお、耐塵埃性能を十分に確保するためには、各結像部105において、第1のレンズ部と第2のレンズ部とのZX断面内でのパワー比を1.05以上にすることが望ましい。このとき、画像読取装置においては、第1のレンズ部の方が第2のレンズ部よりもZX断面内でのパワーが大きくなる。また、結像部105の結像性能を考慮した場合、画像形成装置においては倍率βsを−0.7以下に設定し、画像読取装置においては倍率βsを−1/0.7=−1.43以上に設定することが好ましい。   In order to sufficiently secure dust resistance, the power ratio in the ZX cross section between the first lens unit and the second lens unit in each imaging unit 105 should be 1.05 or more. desirable. At this time, in the image reading apparatus, the first lens unit has a higher power in the ZX cross section than the second lens unit. In consideration of the imaging performance of the imaging unit 105, the magnification βs is set to −0.7 or less in the image forming apparatus, and the magnification βs is set to −1 / 0.7 = −1. It is preferable to set it to 43 or more.

以上、本実施例に係る結像光学系によれば、画像形成装置や画像読取装置において、光源や受光部の耐塵埃性能を十分に確保しつつ、結像性能及び光利用効率を両立することが可能になる。さらに、本実施例に係る結像光学系によれば、各レンズ部の第2の断面内における有効径の小型化を実現することができる。   As described above, according to the imaging optical system according to the present embodiment, in the image forming apparatus and the image reading apparatus, both the imaging performance and the light utilization efficiency can be achieved while sufficiently securing the dust resistance performance of the light source and the light receiving unit. Is possible. Furthermore, according to the imaging optical system according to the present embodiment, it is possible to reduce the effective diameter in the second cross section of each lens unit.

[実施例2]
以下、本発明の実施例2に係る結像光学系について詳細に説明する。図8は、本実施例に係る光学装置80の要部概略図であり、図8に示すように、本実施例に係る光学装置80の構成は、結像光学系800以外については実施例1に係る光学装置10の構成と同様である。具体的には、本実施例に係る結像光学系800は、実施例1に係る結像光学系100を上下に二分割して、その一方を各レンズ部の配列周期の半分(半ピッチ)だけY方向にずらした構成(段ずらし構造)を採っている。
[Example 2]
Hereinafter, the imaging optical system according to Example 2 of the present invention will be described in detail. FIG. 8 is a schematic diagram of a main part of the optical device 80 according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, the configuration of the optical device 80 according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment except for the imaging optical system 800. This is the same as the configuration of the optical device 10 according to the above. Specifically, in the imaging optical system 800 according to the present embodiment, the imaging optical system 100 according to the first embodiment is vertically divided into two, and one of them is half of the arrangement period of each lens unit (half pitch). Only a configuration shifted in the Y direction (stage shift structure) is employed.

すなわち、本実施例に係る結像光学系800は、第1の方向だけでなく、それに垂直な第2の方向にも複数の結像部805が配列された構成である。実施例1と同様に、上下段の第1のレンズ部802のレンズ面802a、802b、802c、802d、及び上下段の第2のレンズ部804のレンズ面804a、804b、804c、804d、の夫々は、アナモフィックな非球面である。また、各レンズ面の非球面形状は、上述した非球面式(1)で表される。   That is, the imaging optical system 800 according to the present embodiment has a configuration in which a plurality of imaging units 805 are arranged not only in the first direction but also in the second direction perpendicular thereto. Similarly to the first embodiment, the lens surfaces 802a, 802b, 802c, and 802d of the upper and lower first lens portions 802 and the lens surfaces 804a, 804b, 804c, and 804d of the upper and lower second lens portions 804, respectively. Is an anamorphic aspherical surface. In addition, the aspheric shape of each lens surface is represented by the above-described aspheric expression (1).

本実施例に係る光学装置80の諸特性を以下の表4に示す。   Various characteristics of the optical device 80 according to this example are shown in Table 4 below.

Figure 2017021300
Figure 2017021300

本実施例に係る結像光学系800の第2の断面内における倍率は、実施例1と同様にβs=−0.769であるため、上記条件式(7)を満たしており、これにより実施例1と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例では、上述したような段ずらし構造を採用することで、実施例1と比較して、1つの発光点から出射した光線が通過するレンズ部の数を増やすことができる。これにより、夫々の光線に対する光学性能が平均化され、第1の方向における結像性能(MTFや光利用効率)のムラを大幅に低減することができるという効果を得ている。   Since the magnification in the second cross section of the imaging optical system 800 according to the present example is βs = −0.769 as in the first example, the above conditional expression (7) is satisfied, which is carried out. The same effect as in Example 1 can be obtained. Furthermore, in this embodiment, the number of lens portions through which a light beam emitted from one light emitting point passes can be increased as compared with the first embodiment by adopting the step shifting structure as described above. Thereby, the optical performance with respect to each light beam is averaged, and it is possible to significantly reduce the unevenness of the imaging performance (MTF and light utilization efficiency) in the first direction.

ただし、本実施例のように段ずらし構造を採用した場合、実施例1に係る構成と比較して複雑になるため、成形型の加工時や成形型からの離型時などの製造工程において、各レンズ面の形状誤差が発生しやすくなる。しかし、本実施例に係る各レンズ部の有効径は実施例1と同じであるため、実施例1と同様に、像106のサイズ及び光量を確保しつつ、各レンズ部の有効径を比較例よりも小さくすることができる。すなわち、結像光学系800を第2の断面内において倒立縮小結像系としたことにより、段ずらし構造を採用した場合にも、各レンズ面の形状誤差の発生を抑制することが可能になる。   However, when adopting a staggered structure as in this example, it becomes more complex than the configuration according to Example 1, so in the manufacturing process such as when the mold is processed or released from the mold, A shape error of each lens surface is likely to occur. However, since the effective diameter of each lens unit according to this example is the same as that of Example 1, the effective diameter of each lens unit is compared with that of Example 1 while ensuring the size and the amount of light of the image 106 as in Example 1. Can be made smaller. That is, by forming the imaging optical system 800 as an inverted reduction imaging system in the second cross section, it is possible to suppress the occurrence of shape errors of the lens surfaces even when a step-shifting structure is employed. .

なお、ここでは、各レンズ部を成形により製造することを前提に説明したが、これに限らず、例えば各レンズ部を切削加工により製造する場合においても、本発明によって各レンズ面の形状誤差の低減効果を得ることができる。   Here, the description has been made on the assumption that each lens part is manufactured by molding. However, the present invention is not limited to this. For example, even when each lens part is manufactured by cutting, the present invention reduces the shape error of each lens surface. A reduction effect can be obtained.

[画像形成装置]
図9は、本発明の実施形態に係る画像形成装置33の要部概略図(ZX断面図)である。画像形成装置33は、上述した各実施例のいずれかに係る結像光学系を有する光学装置(露光ユニット)を4個備え、夫々が並行して感光ドラム(感光体)の受光面(感光面)を露光するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。
[Image forming apparatus]
FIG. 9 is a schematic diagram (ZX sectional view) of a main part of the image forming apparatus 33 according to the embodiment of the present invention. The image forming apparatus 33 includes four optical devices (exposure units) each having the imaging optical system according to any of the above-described embodiments, and each of them receives a light receiving surface (photosensitive surface) of a photosensitive drum (photosensitive member) in parallel. Is a tandem type color image forming apparatus.

画像形成装置33は、プリンタコントローラ36と、露光ユニット17、18、19、20と、像担持体としての感光ドラム21、22、23、24と、現像器25、26、27、28と、搬送ベルト34と、定着器37とを備えている。ここで、露光ユニット17〜20の夫々は、結像光学系の第2の方向が感光ドラム21〜24の回転方向であるZ方向に一致するように配置されている。   The image forming apparatus 33 includes a printer controller 36, exposure units 17, 18, 19, and 20, photosensitive drums 21, 22, 23, and 24 as image carriers, developing devices 25, 26, 27, and 28, and conveyance A belt 34 and a fixing device 37 are provided. Here, each of the exposure units 17 to 20 is arranged such that the second direction of the imaging optical system coincides with the Z direction that is the rotation direction of the photosensitive drums 21 to 24.

図9に示すように、パーソナルコンピュータ等の外部機器35からは、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の各色信号が出力される。各色信号は、プリンタコントローラ36によってY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の各画像信号(ドットデータ)に変換され、対応する露光ユニット17〜20に入力される。なお、プリンタコントローラ36は、前述した信号の変換だけでなく、後述するモータなどの画像形成装置33における各部の制御を行う。   As shown in FIG. 9, R (red), G (green), and B (blue) color signals are output from an external device 35 such as a personal computer. Each color signal is converted into image signals (dot data) of Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black) by the printer controller 36, and input to the corresponding exposure units 17-20. . The printer controller 36 controls not only the signal conversion described above but also each part of the image forming apparatus 33 such as a motor described later.

露光ユニット17〜20の夫々は、各画像信号に応じて変調された露光光29、30、31、32の夫々によって、不図示の帯電ローラにより帯電させられた感光ドラム21〜24の各感光面を露光し、静電潜像を形成する。なお、感光ドラム21〜24の夫々は、不図示のモータによってZX断面内で回転させられており、この回転に伴って各感光ドラムの感光面がZ方向に移動している。その後、各感光面上に形成された各色の静電潜像は、現像器25〜28の夫々によって各色のトナー像として現像される。そして、各色のトナー像は、不図示の転写器によって、搬送ベルト34により搬送されてきた被転写材(記録媒体)に多重転写された後、定着器37によって被転写材に定着させられる。以上の工程により、1枚のフルカラー画像が形成される。   Each of the exposure units 17 to 20 has a photosensitive surface of each of the photosensitive drums 21 to 24 that is charged by a charging roller (not shown) by each of the exposure light 29, 30, 31, and 32 modulated according to each image signal. Are exposed to form an electrostatic latent image. Each of the photosensitive drums 21 to 24 is rotated in the ZX section by a motor (not shown), and the photosensitive surface of each photosensitive drum is moved in the Z direction along with the rotation. Thereafter, the electrostatic latent images of the respective colors formed on the respective photosensitive surfaces are developed as toner images of the respective colors by the developing devices 25 to 28, respectively. The toner images of the respective colors are multiplexed and transferred onto a transfer material (recording medium) conveyed by the conveyance belt 34 by a transfer device (not shown), and then fixed on the transfer material by a fixing device 37. One full color image is formed by the above process.

[画像読取装置]
図10は、本実施形態に係る画像読取装置44の要部概略図(ZX断面図)である。画像読取装置44は、透過部材から成る原稿台43と、上述した各実施例のいずれかに係る結像光学系を有する光学装置(読取ユニット)41と、を備え、原稿台43の上面に載置された原稿40を、読取ユニット41により読み取る装置である。原稿台43はフレーム42により支持されており、原稿台43の上面は原稿40の原稿面と一致している。
[Image reading device]
FIG. 10 is a schematic diagram (ZX cross-sectional view) of a main part of the image reading device 44 according to the present embodiment. The image reading device 44 includes a document table 43 made of a transmissive member, and an optical device (reading unit) 41 having an imaging optical system according to any of the above-described embodiments, and is placed on the upper surface of the document table 43. This is a device for reading a placed document 40 by a reading unit 41. The document table 43 is supported by a frame 42, and the upper surface of the document table 43 coincides with the document surface of the document 40.

ここで、読取ユニット41は、原稿台43を介して原稿40を照明する照明部と、上述した各実施例のいずれかに係る結像光学系と、結像光学系により集光された原稿40からの反射光を受光する受光部と、各部材を保持する筐体(ハウジング)と、を有する。読取ユニット41は、不図示の駆動部によりX方向に移動可能な構成であるため、原稿台43(原稿40)と結像光学系との相対位置をX方向(第2の方向)に変更することができる。この構成により、読取ユニット41は、原稿40の原稿面を副走査方向に順次読み取ることができ、原稿40の原稿面の全域の画像データを取得することができる。   Here, the reading unit 41 includes an illumination unit that illuminates the document 40 via the document table 43, the imaging optical system according to any of the above-described embodiments, and the document 40 condensed by the imaging optical system. A light receiving portion that receives reflected light from the light source, and a housing (housing) that holds each member. Since the reading unit 41 is configured to be movable in the X direction by a drive unit (not shown), the relative position between the document table 43 (document 40) and the imaging optical system is changed to the X direction (second direction). be able to. With this configuration, the reading unit 41 can sequentially read the document surface of the document 40 in the sub-scanning direction, and can acquire image data of the entire document surface of the document 40.

この時、原稿台43の上面、すなわち原稿40の原稿面は、結像光学系の物体面に配置されており、受光部の受光面(センサ面)は、結像光学系の像面に配置されている。また、結像光学系は、第2の方向が副走査方向に一致するように配置されている。受光部としては、例えばCCDセンサやCMOSセンサ等により構成されるラインセンサを用いることができる。なお、画像読取装置44は、照明部により照明された原稿40からの透過光を受光部によって受光する構成としてもよい。また、照明部としては、光源を含むものに限らず、外部からの光を原稿40に導光するような構成を採用しても良い。   At this time, the upper surface of the document table 43, that is, the document surface of the document 40 is disposed on the object surface of the imaging optical system, and the light receiving surface (sensor surface) of the light receiving unit is disposed on the image surface of the imaging optical system. Has been. The imaging optical system is arranged so that the second direction coincides with the sub-scanning direction. As the light receiving unit, for example, a line sensor constituted by a CCD sensor, a CMOS sensor, or the like can be used. Note that the image reading device 44 may have a configuration in which transmitted light from the document 40 illuminated by the illumination unit is received by the light receiving unit. Further, the illumination unit is not limited to the one including the light source, and a configuration in which light from the outside is guided to the document 40 may be adopted.

[変形例]
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。
[Modification]
The preferred embodiments and examples of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments and examples, and various combinations, modifications, and changes can be made within the scope of the gist.

例えば、上述した各実施例における結像部の各レンズ面は、式(1)で表されるアナモフィックな非球面であるが、これに限らず、他の表現式で表される非球面であってもよい。また、各実施例に係る結像部は、光軸方向に配列された互いに異なる形状の2つのレンズを有する構成であるが、互いに同じ形状の2つのレンズを採用してもよい。ただし、収差を良好に補正するためには、互いに異なるレンズを採用することが好ましい。また、レンズの数は2つに限らず、3つ以上のレンズを有する構成としてもよく、中間結像面にレンズが配置された構成を採用してもよい。その場合は、物体面から中間結像面までの光学系が第1のレンズ部、中間結像面から像面までの光学系が第2のレンズ部となる。なお、実施例2においては、第2の方向においては結像部を2つ配列した構成を採っているが、これに限らず、第2の方向において3つ以上の結像部を配列した構成としてもよい。   For example, each lens surface of the imaging unit in each of the above-described embodiments is an anamorphic aspherical surface expressed by Expression (1), but is not limited thereto, and is an aspherical surface expressed by another expression. May be. In addition, the image forming unit according to each embodiment has a configuration including two lenses having different shapes arranged in the optical axis direction, but two lenses having the same shape may be employed. However, in order to correct aberrations satisfactorily, it is preferable to employ different lenses. Further, the number of lenses is not limited to two, and a configuration having three or more lenses may be employed, and a configuration in which lenses are arranged on an intermediate image plane may be employed. In this case, the optical system from the object plane to the intermediate image plane is the first lens unit, and the optical system from the intermediate image plane to the image plane is the second lens unit. In the second embodiment, the configuration in which two image forming units are arranged in the second direction is adopted. However, the configuration is not limited to this, and the configuration in which three or more image forming units are arranged in the second direction is used. It is good.

各実施例に係る結像光学系では、遮光部の開口が開口面となっているが、これに限らず、レンズ面が開口面となるように構成してもよい。また、各実施例に係る遮光部の開口の形状は矩形であるが、ここでの矩形とは略矩形のことを示しており、矩形を構成する辺を曲線にしたものや、各頂点をなくして略円形状又は略楕円形状にしたようなもの等を含んでいる。なお、開口形状は矩形に限られるものではないが、発光素子や印字ドットの形状に対応させて矩形にすることにより、開口形状を円形や楕円形状にした場合と比較して、光利用効率を向上させることができる。また、第2の断面内においては、開口の上下端部の形状を、有効光束の軌跡に沿って斜めになるようにしてもよい。   In the imaging optical system according to each embodiment, the opening of the light shielding portion is an opening surface. However, the present invention is not limited to this, and the lens surface may be an opening surface. In addition, the shape of the opening of the light-shielding portion according to each embodiment is a rectangle, but the rectangle here indicates a substantially rectangular shape, and the sides constituting the rectangle are curved and each vertex is eliminated. In a substantially circular shape or a substantially elliptical shape. Note that the aperture shape is not limited to a rectangle, but by using a rectangle corresponding to the shape of the light emitting element or the print dot, the light utilization efficiency is improved compared to the case where the aperture shape is a circle or an ellipse. Can be improved. In the second cross section, the shape of the upper and lower ends of the opening may be inclined along the locus of the effective light beam.

また、各実施例では、Y方向及びZ方向の両方で600dpiのドットを印字することを想定しているため、ドットの形状が正方形であったが、これに限られるものではない。同様に、光源が有する発光素子(発光面)の形状に関しても、矩形に限られず、印字ドットの形状に合わせて、例えば、菱形や楕円形、平行四辺形等としてもよい。さらに、光源として、第1の方向だけでなく第2の方向にも複数の発光素子を配列した構成を採用してもよい。   In each embodiment, since it is assumed that 600 dpi dots are printed in both the Y direction and the Z direction, the dot shape is square, but the present invention is not limited to this. Similarly, the shape of the light emitting element (light emitting surface) included in the light source is not limited to a rectangle, and may be, for example, a rhombus, an ellipse, a parallelogram, or the like according to the shape of a print dot. Furthermore, as the light source, a configuration in which a plurality of light emitting elements are arranged not only in the first direction but also in the second direction may be employed.

なお、上述した画像形成装置及び画像読取装置における記録密度は限定されるものではない。しかし、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、上述した各実施例に係る光学装置は、600dpi以上の画像形成装置においてより高い効果を発揮する。また、上述した画像読取装置を外部機器として画像形成装置に接続することにより、カラーデジタル複写機を構成してもよい。当然ながら、各実施例に係る結像光学系をモノクロ画像形成装置に適用してもよい。   The recording density in the image forming apparatus and the image reading apparatus described above is not limited. However, considering that the higher the recording density is, the higher the image quality is required, the optical device according to each of the above-described embodiments exhibits a higher effect in an image forming apparatus of 600 dpi or more. Further, a color digital copying machine may be configured by connecting the above-described image reading apparatus as an external device to the image forming apparatus. Of course, the imaging optical system according to each embodiment may be applied to a monochrome image forming apparatus.

100 結像光学系
101 光源(物体面)
105 結像部
100 Imaging optical system 101 Light source (object plane)
105 Imaging unit

Claims (24)

画像形成装置に用いられる結像光学系であって、
第1の方向に配列される複数の結像部を有し、
前記複数の結像部の夫々は、前記第1の方向と光軸方向と含む第1の断面内では物体を正立等倍結像し、前記第1の方向に垂直な第2の断面内では前記物体を倒立縮小結像することを特徴とする結像光学系。
An imaging optical system used in an image forming apparatus,
A plurality of imaging portions arranged in a first direction;
Each of the plurality of imaging units forms an erecting image at an equal magnification in a first cross section including the first direction and the optical axis direction, and in a second cross section perpendicular to the first direction. Then, an imaging optical system characterized in that the object is imaged in an inverted manner.
前記第2の断面内における前記複数の結像部の夫々の倍率をβsとするとき、
βs≧−0.95
なる条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の結像光学系。
When the magnification of each of the plurality of imaging portions in the second cross section is βs,
βs ≧ −0.95
The imaging optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記複数の結像部の夫々は、前記第1の断面内において前記物体の中間像を形成する第1のレンズ部と前記中間像を再結像する第2のレンズ部とを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の結像光学系。   Each of the plurality of image forming units includes a first lens unit that forms an intermediate image of the object in the first cross section and a second lens unit that re-images the intermediate image. The imaging optical system according to claim 1 or 2. 前記第2の断面内において、前記第2のレンズ部のパワーは、前記第1のレンズ部のパワーよりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の結像光学系。   4. The imaging optical system according to claim 3, wherein a power of the second lens unit is larger than a power of the first lens unit in the second cross section. 5. 第1の断面内において、前記複数の結像部の夫々に係る、物体面から中間結像面までの距離をLo、前記中間結像面から像面までの距離をLi、とするとき、
0.8≦Lo/Li≦1.2
なる条件を満足することを特徴とする請求項3又は4に記載の結像光学系。
In the first cross section, when the distance from the object plane to the intermediate imaging plane is Lo and the distance from the intermediate imaging plane to the image plane is Li, respectively, for each of the plurality of imaging sections,
0.8 ≦ Lo / Li ≦ 1.2
The imaging optical system according to claim 3 or 4, wherein the following condition is satisfied.
前記第1の方向と、前記第1の方向と前記光軸方向とに垂直な第2の方向と、に配列される複数の結像部を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の結像光学系。   6. The apparatus according to claim 1, further comprising: a plurality of image forming units arranged in the first direction and a second direction perpendicular to the first direction and the optical axis direction. The imaging optical system according to claim 1. 前記複数の結像部の夫々は、矩形の開口面を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の結像光学系。   7. The imaging optical system according to claim 1, wherein each of the plurality of imaging units has a rectangular opening surface. 前記複数の結像部の夫々は、4枚以下のレンズを含むことを特徴とする請求項1乃至7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 each of the plurality of imaging units includes four or less lenses. 光源と、該光源を結像する請求項1乃至8のいずれか1項に記載の結像光学系と、を有することを特徴とする光学装置。   An optical apparatus comprising: a light source; and the imaging optical system according to claim 1 that forms an image of the light source. 前記光源は、前記第1の方向に配列される複数の発光素子を含み、該複数の発光素子の夫々について、前記第1の方向における長さに対する前記第1の方向と前記光軸方向とに垂直な第2の方向における長さの比をαとするとき、
α≧1.05
なる条件を満足することを特徴とする請求項9に記載の光学装置。
The light source includes a plurality of light emitting elements arranged in the first direction, and each of the plurality of light emitting elements is in the first direction and the optical axis direction with respect to the length in the first direction. When the ratio of lengths in the vertical second direction is α,
α ≧ 1.05
The optical device according to claim 9, wherein the following condition is satisfied.
請求項9又は10に記載の光学装置と、該光学装置により感光体の感光面上に形成される静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を記録媒体に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着器と、を備えることを特徴とする画像形成装置。   11. The optical device according to claim 9 or 10, a developing device that develops an electrostatic latent image formed on a photosensitive surface of a photoreceptor by the optical device as a toner image, and the developed toner image on a recording medium. An image forming apparatus comprising: a transfer device for transferring; and a fixing device for fixing the transferred toner image to the recording medium. 前記感光体は、前記第2の断面内で回転することを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。   The image forming apparatus according to claim 11, wherein the photoconductor rotates within the second cross section. 画像読取装置に用いられる結像光学系であって、
第1の方向に配列される複数の結像部を有し、
前記複数の結像部の夫々は、前記第1の方向と光軸方向と含む第1の断面内では物体を正立等倍結像し、前記第1の方向に垂直な第2の断面内では前記物体を倒立拡大結像することを特徴とする結像光学系。
An imaging optical system used in an image reading apparatus,
A plurality of imaging portions arranged in a first direction;
Each of the plurality of imaging units forms an erecting image at an equal magnification in a first cross section including the first direction and the optical axis direction, and in a second cross section perpendicular to the first direction. Then, an imaging optical system characterized in that the object is inverted and enlarged.
前記第2の断面内における前記複数の結像部の夫々の倍率をβsとするとき、
βs≦−1.05
なる条件を満足することを特徴とする請求項13に記載の結像光学系。
When the magnification of each of the plurality of imaging portions in the second cross section is βs,
βs ≦ −1.05
The imaging optical system according to claim 13, wherein the following condition is satisfied.
前記複数の結像部の夫々は、前記第1の断面内において前記物体の中間像を形成する第1のレンズ部と前記中間像を再結像する第2のレンズ部とを含むことを特徴とする請求項13又は14に記載の結像光学系。   Each of the plurality of image forming units includes a first lens unit that forms an intermediate image of the object in the first cross section and a second lens unit that re-images the intermediate image. The imaging optical system according to claim 13 or 14. 前記第2の断面内において、前記第1のレンズ部のパワーは、前記第2のレンズ部のパワーよりも大きいことを特徴とする請求項15に記載の結像光学系。   The imaging optical system according to claim 15, wherein in the second cross section, the power of the first lens unit is larger than the power of the second lens unit. 第1の断面内において、前記複数の結像部の夫々に係る、物体面から中間結像面までの距離をLo、前記中間結像面から像面までの距離をLi、とするとき、
0.8≦Lo/Li≦1.2
なる条件を満足することを特徴とする請求項15又は16に記載の結像光学系。
In the first cross section, when the distance from the object plane to the intermediate imaging plane is Lo and the distance from the intermediate imaging plane to the image plane is Li, respectively, for each of the plurality of imaging sections,
0.8 ≦ Lo / Li ≦ 1.2
The imaging optical system according to claim 15 or 16, wherein the following condition is satisfied.
前記第1の方向と、前記第1の方向と前記光軸方向とに垂直な第2の方向と、に配列される複数の結像部を有することを特徴とする請求項13乃至17のいずれか1項に記載の結像光学系。   18. The image forming apparatus according to claim 13, further comprising: a plurality of image forming units arranged in the first direction and a second direction perpendicular to the first direction and the optical axis direction. The imaging optical system according to claim 1. 前記複数の結像部の夫々は、矩形の開口面を有することを特徴とする請求項13乃至18のいずれか1項に記載の結像光学系。   The imaging optical system according to claim 13, wherein each of the plurality of imaging units has a rectangular opening surface. 前記複数の結像部の夫々は、4枚以下のレンズを含むことを特徴とする請求項13乃至19のいずれか1項に記載の結像光学系。   20. The imaging optical system according to claim 13, wherein each of the plurality of imaging units includes four or less lenses. 原稿の像を形成する請求項13乃至20のいずれか1項に記載の結像光学系と、該結像光学系からの光を受光する受光部と、を有することを特徴とする光学装置。   21. An optical apparatus comprising: the imaging optical system according to claim 13 that forms an image of a document; and a light receiving unit that receives light from the imaging optical system. 前記受光部は、前記第1の方向に配列される複数の受光素子を含み、該複数の受光素子の夫々について、前記第1の方向における長さに対する前記第1の方向と前記光軸方向とに垂直な第2の方向における長さの比をαとするとき、
α≧1.05
なる条件を満足することを特徴とする請求項21に記載の光学装置。
The light receiving unit includes a plurality of light receiving elements arranged in the first direction, and for each of the plurality of light receiving elements, the first direction and the optical axis direction with respect to the length in the first direction When the ratio of lengths in the second direction perpendicular to is α,
α ≧ 1.05
The optical device according to claim 21, wherein the following condition is satisfied.
請求項21又は22に記載の光学装置と、前記原稿を載置するための原稿台と、を備えることを特徴とする画像読取装置。   23. An image reading apparatus comprising: the optical device according to claim 21; and a document table on which the document is placed. 前記第1の方向と前記光軸方向とに垂直な第2の方向において、前記原稿台と前記結像光学系及び前記受光部との相対位置を変更する駆動部を備えることを特徴とする請求項23に記載の画像読取装置。   And a driving unit configured to change a relative position between the document table, the imaging optical system, and the light receiving unit in a second direction perpendicular to the first direction and the optical axis direction. Item 24. The image reading apparatus according to Item 23.
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