JP2017187663A - 結像光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】像面湾曲収差、副走査方向の倍率ずれ、及び各色の像面間の傾き差に起因する色収差を良好に低減しつつ、小型化を達成した結像光学系を提供する。【解決手段】本発明に係る結像光学系３は、夫々が非球面Ａｓｐｈを有する複数の光学素子Ｇ４、Ｇ５と、開口絞りＳＰと、を備える結像光学系３であって、複数の光学素子Ｇ４、Ｇ５のうちの少なくとも２つの光学素子Ｇ４、Ｇ５は、互いに異なる材料から成り、非球面Ａｓｐｈは、光軸に対して回転非対称であり、非球面Ａｓｐｈの光軸を含む第１の断面内における曲率は、光軸上から第１の断面に垂直な第１の方向において変化しており、結像光学系３の全長をＴｄ、最も物体側の非球面Ａｓｐｈから開口絞りＳＰまでの距離をｄｓｔ、とするとき、０．４≦ｄｓｔ／Ｔｄ≦１．０なる条件を満たすことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、結像光学系に関し、特に、光束により原稿を読取手段上に結像する読取レンズユニットとして好適に用いられるものである。

近年、原稿の画像情報を読み取る画像読取装置の小型化が要望されている。そのためには、光束によって原稿を読取手段上に結像する読取レンズユニットひいてはそれを収納したキャリッジの小型化が重要となる。

特許文献１は、キャリッジを小型化するために、光軸に対して回転非対称であり、且つ副走査断面内における曲率が、光軸上から主走査方向に沿って変化している非球面形状のレンズ面（以下、「特殊非球面」と称する場合がある。）を有する特殊非球面レンズを備えた結像光学系を開示している。
特許文献１に開示されている結像光学系は、この特殊非球面を用いることによって、像面湾曲収差、及び副走査方向の倍率が光軸上から軸外像高にわたって変化してしまう、いわゆる副走査方向の倍率ずれの双方を効果的に低減している。そのため、広画角化を可能としながら、物像間距離を縮め、光路長自体を短くし、結像光学系ひいてはキャリッジの小型化を図っている。

特開２００８−６５２３４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている結像光学系では、ＲＧＢの各色の像面間の傾き差に起因する色収差を十分に考慮しておらず、良好に低減できていない。
そこで、本発明では、像面湾曲収差、副走査方向の倍率ずれ、及び各色の像面間の傾き差に起因する色収差を良好に低減しつつ、小型化を達成した結像光学系を提供することを目的とする。

本発明に係る結像光学系は、夫々が非球面を有する複数の光学素子と、開口絞りと、を備える結像光学系であって、複数の光学素子のうちの少なくとも２つの光学素子は、互いに異なる材料から成り、非球面は、光軸に対して回転非対称であり、非球面の光軸を含む第１の断面内における曲率は、光軸上から第１の断面に垂直な第１の方向において変化しており、結像光学系の全長をＴｄ、最も物体側の非球面から開口絞りまでの距離をｄｓｔ、とするとき、
０．４≦ｄｓｔ／Ｔｄ≦１．０
なる条件を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、特殊非球面レンズを用いることにより、像面湾曲収差、副走査方向の倍率ずれ、及び各色の像面間の傾き差に起因する色収差を良好に低減しつつ、小型化を達成した結像光学系を得ることができる。

第１実施形態に係る読取レンズユニットによって行われる画像読取の様子を示した図。 第１実施形態の数値実施例１に係る読取レンズユニットのレンズ断面図。 第１実施形態の数値実施例１に係る読取レンズユニットの諸収差図。 第１実施形態の数値実施例１に係る読取レンズユニットによる各色の間の像面の傾き差の像高依存性を示した図。 第１実施形態の数値実施例１に係る読取レンズユニットによる各色の間の副走査色ずれ量の像高依存性を示した図。 第１実施形態の数値実施例２に係る読取レンズユニットのレンズ断面図。 第１実施形態の数値実施例２に係る読取レンズユニットの諸収差図。 第１実施形態の数値実施例２に係る読取レンズユニットによる各色の間の像面の傾き差の像高依存性を示した図。 第１実施形態の数値実施例２に係る読取レンズユニットによる各色の間の副走査色ずれ量の像高依存性を示した図。 第１実施形態の数値実施例３に係る読取レンズユニットのレンズ断面図。 第１実施形態の数値実施例３に係る読取レンズユニットの諸収差図。 第１実施形態の数値実施例３に係る読取レンズユニットによる各色の間の像面の傾き差の像高依存性を示した図。 第１実施形態の数値実施例３に係る読取レンズユニットによる各色の間の副走査色ずれ量の像高依存性を示した図。 第１実施形態の数値実施例４に係る読取レンズユニットのレンズ断面図。 第１実施形態の数値実施例４に係る読取レンズユニットの諸収差図。 第１実施形態の数値実施例４に係る読取レンズユニットによる各色の間の像面の傾き差の像高依存性を示した図。 第１実施形態の数値実施例４に係る読取レンズユニットによる各色の間の副走査色ずれ量の像高依存性を示した図。 第１実施形態に係る読取レンズユニットに含まれる特殊非球面レンズの特殊非球面を示した図。 従来の読取レンズユニット及び本実施形態に係る読取レンズユニットそれぞれの被写界深度を模式的に示した図。 第１実施形態に係る読取レンズユニットが搭載された画像読取装置の要部概略図。 第１実施形態に係る読取レンズユニットが搭載された画像読取装置の要部概略図。

以下、本実施形態に係る結像光学系について図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。
本実施形態に係る結像光学系は、特に、イメージスキャナー、複写機又はファクシミリ等の画像読取装置に搭載される、原稿からの光束を読取手段（受光部）の受光面上に導光（集光）する読取レンズユニットとして好適に用いることができる。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る読取レンズユニット（結像光学系）３によって行われる画像読取の様子を示した図である。

原稿１には、カラー画像（画像情報）が形成されている。原稿１内の１Ｒ、１Ｇ及び１Ｂはそれぞれ、読取レンズユニット３によって読取手段２に設けられている３つのラインセンサ２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂ上に結像される画像情報の読取範囲である。すなわち、読取範囲１Ｒ、１Ｇ及び１Ｂはそれぞれ、ラインセンサ２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂと共役関係にある。

なお、以下では、ラインセンサ２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂの読取画素の配列方向、すなわち長手方向を主走査方向（第１の方向）とし、光軸方向及び主走査方向に垂直な方向を副走査方向と呼ぶこととする。

読取手段２には、モノリシックな３つのラインセンサ２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂが互いに平行となるように不図示の同一基板面上に配置されており、各ラインセンサには、ＣＣＤもしくはＣＭＯＳセンサが用いられる。
ラインセンサ２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂそれぞれの受光面上には、各色の光、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の光に基づく不図示のカラーフィルターが設けられている。
ラインセンサ２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂはそれぞれ、短手方向（副走査方向）に幅Ｗを有しており、副走査方向に沿って互いにライン間隔Ｌだけ離間して配置されている。
そして、原稿１を副走査方向へ走査（移動）させることによって、ラインセンサ２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂはそれぞれ、原稿１の読取範囲１Ｒ、１Ｇ及び１Ｂにおける各色の画像情報を線順次方式で読み取っている。

読取レンズユニット３（結像光学系）は、原稿１の画像情報に基づく光束を読取手段２の受光面上に導光（集光）させている。
また、本実施形態に係る読取レンズユニット３は、子線の曲率が主走査方向に沿って軸上像高から最軸外像高にかけて連続的に変化する、光軸に対して回転非対称な非球面である光学面（レンズ面）を有する光学素子（特殊非球面レンズ）を備えている。

次に、本実施形態に係る読取レンズユニット３の数値実施例１乃至４について説明する。

図２は、数値実施例１に係る読取レンズユニット３のレンズ断面図を示している。図３は、数値実施例１に係る読取レンズユニット３の諸収差図を示している。図４は、数値実施例１に係る読取レンズユニット３による、Ｇ色に対するＲ色、Ｂ色それぞれの像面の傾き差の像高依存性を示している。図５は、数値実施例１に係る読取レンズユニット３による、Ｇ色に対するＲ色、Ｂ色それぞれの副走査色ずれ量の像高依存性を示している。

図６は、数値実施例２に係る読取レンズユニット３のレンズ断面図を示している。図７は、数値実施例２に係る読取レンズユニット３の諸収差図を示している。図８は、数値実施例２に係る読取レンズユニット３による、Ｇ色に対するＲ色、Ｂ色それぞれの像面の傾き差の像高依存性を示している。図９は、数値実施例２に係る読取レンズユニット３による、Ｇ色に対するＲ色、Ｂ色それぞれの副走査色ずれ量の像高依存性を示している。

図１０は、数値実施例３に係る読取レンズユニット３のレンズ断面図を示している。図１１は、数値実施例３に係る読取レンズユニット３の諸収差図を示している。図１２は、数値実施例３に係る読取レンズユニット３による、Ｇ色に対するＲ色、Ｂ色それぞれの像面の傾き差の像高依存性を示している。図１３は、数値実施例３に係る読取レンズユニット３による、Ｇ色に対するＲ色、Ｂ色それぞれの副走査色ずれ量の像高依存性を示している。

図１４は、数値実施例４に係る読取レンズユニット３のレンズ断面図を示している。図１５は、数値実施例４に係る読取レンズユニット３の諸収差図を示している。図１６は、数値実施例４に係る読取レンズユニット３による、Ｇ色に対するＲ色、Ｂ色それぞれの像面の傾き差の像高依存性を示している。図１７は、数値実施例４に係る読取レンズユニット３による、Ｇ色に対するＲ色、Ｂ色それぞれの副走査色ずれ量の像高依存性を示している。

図２、図６、図１０及び図１４に示されているように、数値実施例１乃至４に係る読取レンズユニット３は、第１レンズＧ１、開口絞りＳＰ、第２レンズＧ２、第３レンズＧ３、第４レンズＧ４及び第５レンズＧ５を備えている。また、図２、図６、図１０及び図１４には、コンタクトガラスＣ１及びカバーガラスＣ２も示している。

図３、図７、図１１及び図１５それぞれにおいては、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図及び倍率色収差図が示されている。なお、各図において、ｅ、ｇ及びＣはそれぞれ、ｅ線、ｇ線及びＣ線を示しており、ΔＭ及びΔＳはそれぞれ、メリディオナル像面及びサジタル像面を示している。なお、倍率色収差はｇ線及びＣ線によって表している。また、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

図４、図８、図１２及び図１６それぞれにおいては、Ｇ色（ｅ線）に対するＲ色（Ｃ線）のメリディオナル像面の傾き差（Ｍｅｒｉ（Ｃ））の像高依存性、Ｇ色に対するＢ色（ｇ線）のメリディオナル像面の傾き差（Ｍｅｒｉ（ｇ））の像高依存性が示されている。また、図４、図８、図１２及び図１６それぞれにおいては、Ｇ色に対するＲ色のサジタル像面の傾き差（Ｓａｇｉ（Ｃ））の像高依存性、及びＧ色に対するＢ色のサジタル像面の傾き差（Ｓａｇｉ（ｇ））の像高依存性が示されている。

図５、図９、図１３及び図１７それぞれにおいては、Ｇ色に対するＲ色の副走査倍率ずれによって発生する副走査色ずれ量（Ｒ−Ｇ）の像高依存性、及びＧ色に対するＢ色の副走査倍率ずれによって発生する副走査色ずれ量（Ｂ−Ｇ）の像高依存性が示されている。

図２、図６、図１０及び図１４に示されているように、数値実施例１乃至４に係る読取レンズユニット３では、原稿１側（物体側）から読取手段２側（像側）へ順に、原稿１側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力の第１レンズＧ１、開口絞りＳＰ、両レンズ面が凹面の第２レンズＧ２、両レンズ面が凸面の第３レンズＧ３、読取手段２側に凸面を向けたメニスカス形状の第４レンズＧ４、メニスカス形状の第５レンズＧ５が配置されている。
第４レンズＧ４（第１の光学素子）及び第５レンズＧ５（第２の光学素子）は、互いに隣接しており、且つ異なる材料のレンズであり、各々が少なくとも１つの特殊非球面Ａｓｐｈを有している特殊非球面レンズである。

図１８は、本実施形態に係る読取レンズユニット３に含まれる特殊非球面レンズの特殊非球面Ａｓｐｈを示した図である。

図１８に示されるように、特殊非球面Ａｓｐｈの、光軸Ｌａ（ｘ方向）及び読取手段２を構成するラインセンサの読取画素の配列方向（主走査方向、ｙ方向）に平行な主走査断面（ｘｙ断面、第２の断面）内において切り取られる線を母線とする。なお、光軸Ｌａは、光軸に対して回転対称なレンズ面からなる第１レンズＧ１乃至第３レンズＧ３によって定まる。
また、図１８に示されるように、特殊非球面Ａｓｐｈの、光軸Ｌａを含み、且つ主走査断面に垂直な副走査断面（ｘｚ断面、第１の断面）内において切り取られる線を子線とする。
ここで、本実施形態に係る読取レンズユニット３に含まれる特殊非球面レンズの特殊非球面Ａｓｐｈでは、光軸Ｌａ上における母線の曲率と子線の曲率とが等しくなっている。
そして、特殊非球面Ａｓｐｈの子線の曲率が、光軸Ｌａから主走査方向に沿って離れるに従って、すなわち主走査方向に沿って軸上像高から最軸外像高にかけて連続的に変化している。
なお、ここで、母線の曲率とは、主走査断面内において、任意の母線上の位置における曲率である。
また、ここで、子線の曲率とは、任意の母線上の位置における副走査断面内において、任意の子線上の位置における曲率である。

本実施形態に係る読取レンズユニット３に含まれる特殊非球面レンズである第４レンズＧ４及び第５レンズＧ５は、樹脂によって成形されている。これは、特殊非球面形状が複雑であり、且つ読取レンズユニット３を構成するレンズの中でレンズ径が大きくなりやすいため、樹脂で成形することで低コスト化を実現するためである。
また、本実施形態に係る読取レンズユニット３に含まれる開口絞りＳＰは、全像高において、読取レンズユニット３に入射する光束の開口効率が９５％以上となるように設定している。

次に、本実施形態に係る読取レンズユニット３の数値実施例１乃至４の具体的な数値について表１乃至８に示す。

表１、表３、表５及び表７はそれぞれ、本実施形態に係る読取レンズユニット３の数値実施例１、２、３及び４の各レンズのレンズ形状の数値を示している。
表１、表３、表５及び表７において、面番号ｉは原稿１側からの各面の順番、Ｒは各面の曲率半径、Ｄは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の部材肉厚若しくは空気間隔、Ｎｄ及びνｄはそれぞれｄ線を基準とした屈折率及びアッベ数を示している。
また、表１、表３、表５及び表７において、ｆは読取レンズユニット３の焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、βは倍率、Ｙは最高像高、ωは半画角を示している。

表２、表４、表６及び表８はそれぞれ、本実施形態に係る読取レンズユニット３の数値実施例１、２、３及び４の特殊非球面の非球面形状を示す各非球面係数を示している。

ここで、特殊非球面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をｘ軸、主走査断面内において光軸と直交する軸をｙ軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をｚ軸としたとき、特殊非球面の母線形状Ｘは、以下の式（１）のように表される。

ここで、式（１）において、Ｒは光軸上での曲率半径、ｋ_ｙ、Ｂ_４、Ｂ_６、Ｂ_８及びＢ₁₀は非球面係数
である。

また、特殊非球面の子線形状Ｓ（レンズの光軸に平行な方向に対する光軸上での曲率半径の基準形状に対するサグ量）は、以下の式（２）のように表される。

ここで、式（２）において、ｒ’は曲率半径、Ｋ_ｚ、Ｄ_ｉ、Ｍ_{j_k}（ｉ＝４、６、８、１０、ｊ＝２、４、６、８、１０、ｋ＝２、４、６、８）は非球面係数である。

また、曲率半径ｒ’は、以下の式（３）のように表される。

ここで、式（３）において、ｒ₀は光軸上での曲率半径、Ｅ₂、Ｅ₄、Ｅ₆、Ｅ₈及びＥ₁₀は非球面係数である。

次に、本実施形態に係る読取レンズユニット３が満たす各条件式について説明する。
本実施形態に係る読取レンズユニット３は、少なくとも２枚（複数）の特殊非球面レンズを備えており、また、各特殊非球面レンズの少なくとも一方の面が特殊非球面となっている。
ここで、読取レンズユニット３のレンズ全長をＴｄ、開口絞りＳＰから最も原稿１側の特殊非球面までの距離をｄｓｔとすると、本実施形態に係る読取レンズユニット３は、以下の条件式（４）を満たす。
０．４≦ｄｓｔ／Ｔｄ≦１．０ ・・・（４）

条件式（４）は、像面湾曲を良好に補正し、且つ軸上像高から軸外像高にわたって、色収差による各色の像面間の傾き差を良好に低減するための条件式である。
もし、条件式（４）の下限値を超えてしまうと、軸上の光線及び軸外の光線それぞれが特殊非球面を通過する際に、光束分離ができていない状態で通過することとなり、像面湾曲補正、各色の間の像面の傾き差の低減が困難となり、好ましくない。
また、条件式（４）の上限値は、開口絞りＳＰから最も原稿１側の特殊非球面までの距離の最大値に対応している。

次に、最も原稿１側の特殊非球面レンズのアッベ数をνｓｔ１、最も読取手段２側の特殊非球面レンズのアッベ数をνｓｔ２とすると、本実施形態に係る読取レンズユニット３は、以下の条件式（５）を満たす。
｜νｓｔ１−νｓｔ２｜≧２０ ・・・（５）

条件式（５）は、色収差補正を良好に行うための条件式である。もし、条件式（５）の下限値を超えてしまうと、少なくとも２枚の特殊非球面レンズによる色収差補正が困難となり、好ましくない。

次に、本実施形態に係る読取レンズユニット３が備える少なくとも２枚の特殊非球面レンズのうち、最も原稿１側の特殊非球面レンズの光軸上の屈折力は正であり、最も読取手段２側の特殊非球面レンズの光軸上の屈折力は負である。
これと条件式（５）によって規定される条件によって、本実施形態に係る読取レンズユニット３において、特殊非球面レンズによる良好な色収差補正が可能となる。

また、主走査方向に垂直な断面（副走査断面）内において、光軸上の屈折力が正である最も原稿１側の特殊非球面レンズの軸上主光線通過位置及び最軸外主光線通過位置それぞれの屈折力を、φａ１及びφａ２とする。そして、副走査断面内において、光軸上の屈折力が負である最も読取手段２側の特殊非球面レンズの軸上主光線通過位置及び最軸外主光線通過位置それぞれの屈折力を、φｂ１及びφｂ２とする。そのとき、本実施形態に係る読取レンズユニット３は、以下の条件式（６）を満たす。
０．９≦（φａ２＋φｂ２）／（φａ１＋φｂ１）≦１．１ ・・・（６）

条件式（６）は、本実施形態に係る読取レンズユニット３における副走査方向の倍率ずれを良好に低減するための条件式である。もし、条件式（６）の下限値または上限値を超えてしまうと、少なくとも２枚の特殊非球面レンズのトータルのパワーの、軸上像高と軸外像高との比に差が生じてしまい、副走査方向の倍率ずれの要因となり悪化してしまう。

次に、本実施形態に係る読取レンズユニット３の数値実施例１乃至４の各々について詳細に検討する。

［数値実施例１］
図２、表１及び表２に示されているように、数値実施例１に係る読取レンズユニット３は、特殊非球面を有する２枚の特殊非球面レンズである第４レンズＧ４（第３の光学素子）及び第５レンズＧ５（第４の光学素子）を備えている。第４レンズＧ４及び第５レンズＧ５は貼り合わせられて（接合されて）おり、第４レンズＧ４の原稿１側のレンズ面（８面）及び第５レンズＧ５の読取手段２側のレンズ面（１０面）が特殊非球面となっている。

特殊非球面レンズは、配置（特に、平行偏芯や傾き偏芯等）による光学性能敏感度が高いために、第４レンズＧ４及び第５レンズＧ５を貼り合わせ構成にすることで、配置による光学性能劣化を低減することができる。
また、表１に示されているように、数値実施例１に係る読取レンズユニット３は、イメージスキャナー用としては必要十分なＦナンバー５．６を有している。
そのため、図３に示されるように、軸上像高から軸外像高にかけての諸収差が十分に低減されており、高い結像性能が得られていることがわかる。

数値実施例１に係る読取レンズユニット３の条件式（４）、（５）及び（６）それぞれに対応する数値が、表９に示されており、数値実施例１に係る読取レンズユニット３は、条件式（４）、（５）及び（６）のいずれも満たしていることがわかる。

また、図４に示されるように、Ｇ色（ｅ線）に対するＲ色（Ｃ線）のメリディオナル像面の傾き差（Ｍｅｒｉ（Ｃ））及びＧ色に対するＢ色（ｇ線）のメリディオナル像面の傾き差（Ｍｅｒｉ（ｇ））は、全像高において±０．０２ｍｍ以内と良好に低減できている。また、Ｇ色に対するＲ色のサジタル像面の傾き差（Ｓａｇｉ（Ｃ））及びＧ色に対するＢ色のサジタル像面の傾き差（Ｓａｇｉ（ｇ））についても、全ての像高において±０．０２ｍｍ以内と良好に低減できていることがわかる。

さらに、図５に示されるように、Ｇ色に対するＲ色の副走査倍率ずれによって発生する副走査色ずれ量（Ｒ−Ｇ）及びＧ色に対するＢ色の副走査倍率ずれによって発生する副走査色ずれ量（Ｂ−Ｇ）は、全ての像高において０．１５画素程度である。よって、数値実施例１に係る読取レンズユニット３は、十分な光学性能を得ていることがわかる。

［数値実施例２］
図６、表３及び表４に示されているように、数値実施例２に係る読取レンズユニット３は、特殊非球面を有する２枚の特殊非球面レンズである第４レンズＧ４（第３の光学素子）及び第５レンズＧ５（第４の光学素子）を備えている。第４レンズＧ４及び第５レンズＧ５は貼り合わせられて（接合されて）いる。第４レンズＧ４の原稿１側のレンズ面（８面）、第４レンズＧ４と第５レンズＧ５との貼り合わせ面（９面）及び第５レンズＧ５の読取手段２側のレンズ面（１０面）は特殊非球面となっている。

特殊非球面レンズは、配置（特に、平行偏芯や傾き偏芯等）による光学性能敏感度が高いために、第４レンズＧ４及び第５レンズＧ５を貼り合わせ構成にすることで、配置による光学性能劣化を低減することができる。
さらに、第４レンズＧ４と第５レンズＧ５との貼り合わせ面（接合面）も特殊非球面にすることで、設計自由度が上がり、光学性能をさらに向上させることができる。

また、表３に示されているように、数値実施例２に係る読取レンズユニット３は、イメージスキャナー用としては必要十分なＦナンバー５．６を有している。
そのため、図７に示されるように、軸上像高から軸外像高にかけての諸収差が十分に低減されており、高い結像性能が得られていることがわかる。

数値実施例２に係る読取レンズユニット３の条件式（４）、（５）及び（６）それぞれに対応する数値が、表９に示されており、数値実施例２に係る読取レンズユニット３は、条件式（４）、（５）及び（６）のいずれも満たしていることがわかる。

また、図８に示されるように、Ｇ色（ｅ線）に対するＲ色（Ｃ線）のメリディオナル像面の傾き差（Ｍｅｒｉ（Ｃ））及びＧ色に対するＢ色（ｇ線）のメリディオナル像面の傾き差（Ｍｅｒｉ（ｇ））は、全像高において±０．０２ｍｍ以内と良好に低減できている。また、Ｇ色に対するＲ色のサジタル像面の傾き差（Ｓａｇｉ（Ｃ））及びＧ色に対するＢ色のサジタル像面の傾き差（Ｓａｇｉ（ｇ））についても、全ての像高において±０．０２ｍｍ以内と良好に低減できていることがわかる。

さらに、図９に示されるように、Ｇ色に対するＲ色の副走査倍率ずれによって発生する副走査色ずれ量（Ｒ−Ｇ）及びＧ色に対するＢ色の副走査倍率ずれによって発生する副走査色ずれ量（Ｂ−Ｇ）は、全ての像高において０．１５画素程度である。よって、数値実施例２に係る読取レンズユニット３は、十分な光学性能を得ていることがわかる。

［数値実施例３］
図１０、表５及び表６に示されているように、数値実施例３に係る読取レンズユニット３は、特殊非球面を有する２枚の特殊非球面レンズである第４レンズＧ４（第５の光学素子）及び第５レンズＧ５（第６の光学素子）を備えている。第４レンズＧ４及び第５レンズＧ５は、互いに近接（離間）して配置されている。第４レンズＧ４の原稿１側のレンズ面（８面）、第４レンズＧ４の読取手段２側のレンズ面（９面）、第５レンズＧ５の原稿１側のレンズ面（１０面）及び第５レンズＧ５の読取手段２側のレンズ面（１１面）全てが特殊非球面となっている。

数値実施例３に係る読取レンズユニット３では、さらに設計自由度を上げるために、第４レンズＧ４及び第５レンズＧ５を単レンズ化させ、全てのレンズ面を特殊非球面としている。
また、特殊非球面レンズは、配置（特に、平行偏芯や傾き偏芯等）による光学性能敏感度が高いため、調整が可能となるように、第４レンズＧ４及び第５レンズＧ５を互いになるべく近接して配置させ、さらに半画角を広げて広角対応も同時に行っている。
これにより、読取レンズユニット３のさらなる小型化が可能となる。

また、表５に示されているように、数値実施例３に係る読取レンズユニット３は、イメージスキャナー用としては必要十分なＦナンバー５．６を有している。
そのため、図１１に示されるように、軸上像高から軸外像高にかけての諸収差が十分に低減されており、高い結像性能が得られていることがわかる。

数値実施例３に係る読取レンズユニット３の条件式（４）、（５）及び（６）それぞれに対応する数値が、表９に示されており、数値実施例３に係る読取レンズユニット３は、条件式（４）、（５）及び（６）のいずれも満たしていることがわかる。

また、図１２に示されるように、Ｇ色（ｅ線）に対するＲ色（Ｃ線）のメリディオナル像面の傾き差（Ｍｅｒｉ（ｇ））及びＧ色に対するＢ色（ｇ線）のメリディオナル像面の傾き差（Ｍｅｒｉ（ｇ））は、全像高において±０．０２ｍｍ以内と良好に低減できている。また、Ｇ色に対するＲ色のサジタル像面の傾き差（Ｓａｇｉ（Ｃ））及びＧ色に対するＢ色のサジタル像面の傾き差（Ｓａｇｉ（ｇ））についても、全ての像高において±０．０２ｍｍ以内と良好に低減できていることがわかる。

さらに、図１３に示されるように、Ｇ色に対するＲ色の副走査倍率ずれによって発生する副走査色ずれ量（Ｒ−Ｇ）及びＧ色に対するＢ色の副走査倍率ずれによって発生する副走査色ずれ量（Ｂ−Ｇ）は、全ての像高において０．１５画素程度である。よって、数値実施例３に係る読取レンズユニット３は、十分な光学性能を得ていることがわかる。

［数値実施例４］
図１４、表７及び表８に示されているように、数値実施例４に係る読取レンズユニット３は、特殊非球面を有する２枚の特殊非球面レンズである第４レンズＧ４（第５の光学素子）及び第５レンズＧ５（第６の光学素子）を備えている。第４レンズＧ４及び第５レンズＧ５は、互いに近接（離間）して配置されている。第４レンズＧ４の原稿１側のレンズ面（８面）、第４レンズＧ４の読取手段２側のレンズ面（９面）、第５レンズＧ５の原稿１側のレンズ面（１０面）及び第５レンズＧ５の読取手段２側のレンズ面（１１面）全てが特殊非球面となっている。

数値実施例４に係る読取レンズユニット３では、第５レンズＧ５のメニスカス形状の向きを読取手段２側に凸形状から読取手段２側に凹形状としている。そのため、第４レンズＧ４及び第５レンズＧ５を互いに近接して配置させながらも、特殊非球面同士の距離を十分に取ることができ、光束が分離している状態で特殊非球面効果が出しやすくしている。

このような配置でも、表７に示されているように、数値実施例４に係る読取レンズユニット３は、イメージスキャナー用としては必要十分なＦナンバー５．６を有している。
そのため、図１５に示されるように、軸上像高から軸外像高にかけての諸収差が十分に低減されており、高い結像性能が得られていることがわかる。

数値実施例４に係る読取レンズユニット３の条件式（４）、（５）及び（６）それぞれに対応する数値が、表９に示されており、数値実施例４に係る読取レンズユニット３は、条件式（４）、（５）及び（６）のいずれも満たしていることがわかる。

また、図１６に示されるように、Ｇ色（ｅ線）に対するＲ色（Ｃ線）のメリディオナル像面の傾き差（Ｍｅｒｉ（Ｃ））及びＧ色に対するＢ色（ｇ線）のメリディオナル像面の傾き差（Ｍｅｒｉ（ｇ））は、全像高において±０．０２ｍｍ以内と良好に低減できている。また、Ｇ色に対するＲ色のサジタル像面の傾き差（Ｓａｇｉ（Ｃ））及びＧ色に対するＢ色のサジタル像面の傾き差（Ｓａｇｉ（ｇ））についても、全ての像高において±０．０２ｍｍ以内と良好に低減できていることがわかる。

さらに、図１７に示されるように、Ｇ色に対するＲ色の副走査倍率ずれによって発生する副走査色ずれ量（Ｒ−Ｇ）及びＧ色に対するＢ色の副走査倍率ずれによって発生する副走査色ずれ量（Ｂ−Ｇ）は、全ての像高において０．１５画素程度である。よって、数値実施例４に係る読取レンズユニット３は、十分な光学性能を得ていることがわかる。

表９は、数値実施例１乃至４に係る読取レンズユニット３の条件式（４）、（５）及び（６）それぞれに対応する数値を示している。

上記のように、数値実施例１乃至４のいずれの読取レンズユニット３も、高い結像性能を有している。
本実施形態に係る読取レンズユニット３を用いた場合、原稿１から読取手段２までの光路長としては約２８０ｍｍ乃至３００ｍｍとなり、画像読取装置においてキャリッジを小型化することができ、用いるのに適している。

図１９（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、従来の読取レンズユニット及び本実施形態に係る読取レンズユニット３それぞれの被写界深度を模式的に示している。

図１９（ａ）に示されているように、従来の読取レンズユニットでは、Ｇ色に対するＲ色、Ｂ色の像面の傾き差が低減できていないために、共通深度が減少してしまっている。
一方で、図１９（ｂ）に示されているように、本実施形態に係る読取レンズユニット３では、上記のように、Ｇ色に対するＲ色、Ｂ色の像面の傾き差を十分低減することができるため、共通深度を十分に確保できていることがわかる。

このように、本実施形態に係る読取レンズユニット３は、少なくとも２つが互いに異なる材料で作製されており、且つ、各々が少なくとも１つの特殊非球面を有している、複数の特殊非球面レンズを備えている。
そして、本実施形態に係る読取レンズユニット３は、条件式（４）、（５）及び（６）全てを満たすことで、像面湾曲収差、各色の間の副走査倍率ずれ及び色収差による軸上像高から軸外像高にわたる各色の像面間の傾き差を良好に低減することができる。
また、本実施形態によって、最少で５枚という少ないレンズ構成でありながら、広画角且つ高画質の読取レンズユニットを実現することができる。

［画像読取装置］
図２０は、本実施形態の数値実施例１乃至４のいずれかに係る読取レンズユニット３が搭載された画像読取装置１００の要部概略図である。
なお、画像読取装置１００としては、デジタル複写機等のキャリッジ一体型（フラットベッド型）の画像読取装置が挙げられる。

画像読取装置１００では、照明系（照明部）５３から射出された光束が、直接若しくは反射笠を介して、原稿台（原稿台ガラス）５２に載置された原稿１を照明（照射）している。
そして、照明された原稿１からの反射光が、第１、第２、第３及び第４の反射ミラー５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及び５４ｄによって反射されることにより、キャリッジ５７内部でその反射光の光路が折り曲げられる。
そして、折り曲げられた反射光が、上述の本実施形態の数値実施例１乃至４のいずれかに係る読取レンズユニット３によって、ラインセンサ（ＣＣＤ若しくはＣＭＯＳセンサ）で構成される読取手段（受光部）２の受光面上に導光される。
そして、キャリッジ５７を走査機構５８によって矢印Ｈ方向に移動させることにより、原稿１上の画像情報を２次元的に読取っている。そして、読取られた画像情報は、インターフェイス５９を介して、外部機器であるパーソナルコンピューター６０等に送られる。

画像読取装置１００では、上述の本実施形態の数値実施例１乃至４のいずれかに係る読取レンズユニット３を用いることにより、さらに小型で、且つ高画質な画像読取装置を実現している。

また、本実施形態に係る読取レンズユニット３は、画像読取装置１００のような一体型（フラットベッド型）の画像読取装置に限らず、１：２走査光学系を有する画像読取装置に適用することもできる。

図２１は、本実施形態の数値実施例１乃至４のいずれかに係る読取レンズユニット３が搭載された、１：２走査光学系を有する画像読取装置２００の要部概略図である。

画像読取装置２００では、原稿１が原稿台（原稿台ガラス）６２の面上に載置されており、圧板７４によって位置決めされている。そして、照明光源６３から射出された光束が、直接あるいは反射笠６４によって反射され、効率良く原稿１を照明（照射）することができる。
なお、照明光源６３としては、例えばハロゲンランプ、蛍光灯、キセノンランプ、ＬＥＤアレイ等が挙げられる。また、照明された原稿１からの照明光源６３と反射笠６４で、照明部７１が構成される。

反射光は、第１、第２及び第３の反射ミラー６５、６６及び６７によって反射されることにより、本体７０の内部でその反射光の光路が折り曲げられる。
そして原稿１の画像情報に基づく、折り曲げられた反射光が、上述の本実施形態の数値実施例１乃至４のいずれかに係る読取レンズユニット３によって、ラインセンサ（ＣＣＤ若しくはＣＭＯＳセンサ）で構成される読取手段（受光部）２の受光面上に導光される。
また、第１の反射ミラー６５は、第１ミラー台７２によって保持されており、第２及び第３の反射ミラー６６及び６７は、第２ミラー台７３によって保持されている。

画像読取装置２００では、第１、第２及び第３の反射ミラー６５、６６及び６７が矢印Ｈ方向に移動しながら、主走査方向を電気的に走査することで、原稿１の画像情報が読み取られる。
ここで、第２及び第３の反射ミラー６６及び６７は、第１の反射ミラー６５の移動量の半分だけ移動することで、原稿１と読取手段２との距離を一定にしている。

なお、ここでは、本実施形態に係る読取レンズユニット３をデジタルカラー複写機等の画像読取装置に適用した例を示したが、これに限らず、例えばカラーイメージスキャナー等の種々のカラー画像読取装置にも適用することができる。

３ 読取レンズユニット（結像光学系）
Ａｓｐｈ 特殊非球面（非球面）
Ｇ４、Ｇ５ 特殊非球面レンズ（光学素子）
ＳＰ 開口絞り

Claims (14)

1. 夫々が非球面を有する複数の光学素子と、開口絞りと、を備える結像光学系であって、
   前記複数の光学素子のうちの少なくとも２つの光学素子は、互いに異なる材料から成り、
   前記非球面は、光軸に対して回転非対称であり、
   前記非球面の光軸を含む第１の断面内における曲率は、光軸上から該第１の断面に垂直な第１の方向において変化しており、
   前記結像光学系の全長をＴｄ、最も物体側の前記非球面から前記開口絞りまでの距離をｄｓｔ、とするとき、
   ０．４≦ｄｓｔ／Ｔｄ≦１．０
   なる条件を満たすことを特徴とする結像光学系。
2. 最も物体側の前記光学素子のアッベ数をνｓｔ１、最も像側の前記光学素子のアッベ数をνｓｔ２、とするとき、
   ｜νｓｔ１−νｓｔ２｜≧２０
   を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の結像光学系。
3. 前記第１の断面内において、光軸上での屈折力が正である前記光学素子のうち最も物体側の第１の光学素子の軸上主光線通過位置での屈折力をφａ１、前記第１の光学素子の最軸外主光線通過位置での屈折力をφａ２、光軸上での屈折力が負である前記光学素子のうち最も像側の第２の光学素子の軸上主光線通過位置での屈折力をφｂ１、前記第２の光学素子の最軸外主光線通過位置での屈折力をφｂ２、とするとき、
   ０．９≦（φａ２＋φｂ２）／（φａ１＋φｂ１）≦１．１
   を満たすことを特徴とする、請求項１または２に記載の結像光学系。
4. 各々の前記非球面において、前記光軸上における、前記非球面の、前記光軸及び前記第１の方向に平行な第２の断面内において切り取られる線である母線の曲率と、前記第１の断面内において切り取られる線である子線の曲率とが、互いに等しいことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の結像光学系。
5. 前記複数の光学素子のうち、最も物体側の前記光学素子の物体側の光学面及び最も像側の前記光学素子の像側の光学面は共に、前記非球面であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の結像光学系。
6. 前記複数の光学素子のうち、互いに隣接する第３の前記光学素子及び第４の前記光学素子は、互いに接合されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の結像光学系。
7. 前記複数の光学素子のうち、互いに隣接する第５の前記光学素子及び第６の前記光学素子は、光軸に沿って互いに離間して配置されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の結像光学系。
8. 前記第３の光学素子及び前記第４の光学素子の接合面は、前記非球面であることを特徴とする、請求項６に記載の結像光学系。
9. 前記第５の光学素子は、前記第６の光学素子より物体側に配置されており、
   前記第５の光学素子の像側の光学面及び前記第６の光学素子の物体側の光学面は共に、前記非球面であることを特徴とする、請求項７に記載の結像光学系。
10. 前記結像光学系は、物体側から像側に順に、前記物体側のレンズ面が凸面で、メニスカス形状であり、正の屈折力を有する第１レンズ、前記開口絞り、両レンズ面が凹面の第２レンズ、両レンズ面が凸面の第３レンズ、前記像側のレンズ面が凸面で、メニスカス形状の第４レンズ、及びメニスカス形状の第５レンズで構成されていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の結像光学系。
11. 前記第４レンズ及び前記第５レンズは、前記非球面を備えることを特徴とする、請求項１０に記載の結像光学系。
12. 前記複数の光学素子は、樹脂によって成形されていることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の結像光学系。
13. 前記開口絞りは、全像高において、前記結像光学系に入射する光束の開口効率が９５％以上となるように設定されていることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の結像光学系。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の結像光学系と、該結像光学系により集光された原稿からの光束を受光する受光部と、を備えることを特徴とする画像読取装置。

Images