JP4759310B2 - 読取光学系及びそれを用いた画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は読取光学系及びそれを用いた画像読取装置に関し、特に各種収差がバランスよく補正され、高解像力を有する小型の結像光学素子を用いたイメージスキャナーやデジタル複写機やファクシミリ等のラインセンサーを用いたモノクロ画像やカラー画像等の画像情報を読み取る際に好適なものである。

従来より、原稿面上の画像情報を読み取る読取光学系（イメージスキャナー）として、フラットベット型のイメージスキャナーが提案されている（特許文献１参照）。

フラットベッド型のイメージスキャナーは結像レンズとラインセンサーを固定し、反射ミラーのみを移動させることによって原稿面をスリット露光走査して、画像情報を読み取る２対１ミラー走査方式によるものである。

近年では、装置の構造の簡略化をはかるためミラー、結像レンズ、ラインセンサー等を一体化して原稿面を走査するキャリッジ一体型走査方式が採用される場合が多くなってきている。

図１０は従来のキャリッジ一体型走査方式の読取光学系の概略図である。同図において
照明手段Ｌから放射された光束は直接原稿台ガラスＣＧに載置した原稿Ｏを照明し、該原稿Ｏからの反射光束を順に第１、第２、第３折り返しミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３を介してキャリッジＣ内部でその光路を折り曲げ、結像レンズ（読取光学系）１０４によりラインセンサーＬＳ面上に結像させている。そしてキャリッジＣを副走査モーターＰにより図１０に示す矢印Ａ方向（副走査方向）に移動させることにより原稿Ｏの画像情報を読み取っている。同図におけるラインセンサーＬＳは複数の受光素子を１次元方向（主走査方向）に配列した構成により成り立っている。

図１１は図１０の画像読取光学系の基本構成の説明図である。

図中１０４は結像レンズ、１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは各々ラインセンサーＬＳのＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各色を読み取るラインセンサー、１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂはラインセンサー１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂに対応する原稿面上の読み取り範囲である。原稿面を走査することによってある時間間隔をおいて同一箇所を異なる色で読み取ることができる。前記構成において結像レンズ１０４が通常の屈折系からなる場合には軸上色収差や倍率色収差が発生するので基準のラインセンサー１１１Ｇに対しラインセンサー１１１Ｂ，１１１Ｒに結像されるライン像にデフォーカスあるいは位置ズレが発生する。したがって各色画像を重ね合わせて再現した時に色にじみやズレの目立つ画像になる。すなわち高開口、高解像度の性能が要求される場合には要求に対応できなくなる。

一方、最近、非共軸光学系においても、基準軸という概念を導入し構成面を非対称非球面にすることで、十分収差が補正された光学系が構築可能であることが提案されている（特許文献２〜４参照）。特許文献２にその設計方法が、特許文献３、特許文献４にその設計例が示されている。

こうした非共軸光学系はオフアキシャル光学系（像中心と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考えた時、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸上にない曲面（オフアキシャル曲面）を含む光学系として定義される光学系で、この時、基準軸は折れ曲がった形状となる）と呼ばれる。このオフアキシャル光学系は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレが生じることがないため、反射面を使った光学系の構築がし易い。

また、反射面のみから構成されるオフアキシャル光学系においては、色収差が発生しないという特徴があり、これは従来の屈折系のような色にじみやズレがなく、高開口、高解像度の要求にも対応できる光学系である。

しかし、特許文献３で提案されているように、オフアキシャル光学系を用いた画像読取光学系は、偏心収差及び各種収差を補正するため、用いられる自由曲面ミラーの数が多くなってしまい、結果としてコストが高くなってしまうという問題があった。

この問題を解決する提案として、少枚数の自由曲面ミラーより構成される読取光学系が開示されている（特許文献５，６参照）。
特開平３−１１３９６１号公報 特開平９−００５６５０号公報 特開平８−２９２３７１号公報 特開平８−２９２７３２号公報 特開２００３−２８７６８３公報 特開２００３−５７５４９号公報

しかしながら上記特許文献５，６は、光学性能を良好に実現するため光路長の長い光学系であり、キャリッジ一体型走査方式の読取光学系に搭載されるようなコンパクトな読取光学系にはいたっていないという問題点があった。

本発明は簡易な構成でありながら色収差がなく、非対称収差の発生が少なく、像性能の劣化要因の少ない、例えばキャリッジ一体型走査方式に好適な読取光学系及びそれを用いた画像読取装置の提供を目的とする。

請求項１の発明の読取光学系は、原稿の画像情報を主走査方向に配列されたラインセンサーの上に結像させる読取光学系であって、
前記読取光学系は、基準軸に対して前記主走査方向に対称である３つのオフアキシャル反射面から成り、
前記読取光学系の焦点距離をｆ、前記３つのオフアキシャル反射面のうち最も原稿側に近いオフアキシャル反射面の主走査方向の基準軸上におけるパワーをφ１、前記主走査方向の原稿の最大の読取高をＸとするとき、
０．２＜φ１×ｆ＜０．９
０．６×１０^−４(1/mm^２)＜φ１／Ｘ＜２．４×１０^−４(1/mm^２)
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項２の発明は請求項１の発明において、前記３つのオフアキシャル反射面を、前記原稿側から順に、第１のオフアキシャル反射面、第２のオフアキシャル反射面、第３のオフアキシャル反射面とした場合、前記第１のオフアキシャル反射面の主走査方向の基準軸上におけるパワーは正であり、前記第２のオフアキシャル反射面の主走査方向の基準軸上におけるパワーは正であり、前記第３のオフアキシャル反射面の主走査方向の基準軸上におけるパワーは正であることを特徴としている。

請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
０．３＜φ１×ｆ＜０．６
１．０×１０ ^−４ (1/mm ^２ )＜φ１／Ｘ＜１．８×１０ ^−４ (1/mm ^２ )
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記読取光学系は、前記原稿からの画像情報に基づく光束が中間結像せずに前記ラインセンサーの上に結像することを特徴としている。

請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記３つのオフアキシャル反射面は、副走査方向で非対称な形状より成ることを特徴としている。

請求項６の発明の画像読取装置は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の読取光学系と、前記原稿を載置する原稿台と、前記原稿に光束を照明する照明手段と、前記ラインセンサーと、を有することを特徴としている。

請求項７の発明は請求項６の発明において、前記照明手段及び前記読取光学系及び前記ラインセンサーは、移動可能な１つの筐体内に収納されていることを特徴としている。

本発明によれば３つのオフアキシャル光学素子で構成される読取光学系を用いることにより、光路長が短く、かつキャリッジ一体型走査方式に対応できるコンパクトな読取光学系及びそれを用いた画像読取装置を達成することができる。

この他本発明によれば簡易な構成で色収差がなく非対称収差の発生が少ない良好なる光学性能が得られる読取光学系及びそれを用いた画像読取装置を達成することができる。

本発明の読取光学系の実施例の構成および数値の意味を明確にするために、本明細書中で使用のオフアキシャル光学系、及び、その骨組みとなる基準軸について以下のように定義する。

基準軸の定義一般には物体から像面にいたる基準となる基準波長の光線の光路をその光学系における基準軸と定義する。これだけでは基準となる光線の選び方に曖昧性が残るので、通常は以下に示す２つの原則のいずれかにより基準光線すなわち基準軸を設定する。

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する。

光学系に一般的に対称軸が存在しない時、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時には、物体面中心（被撮影、被観察範囲の中心）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を通る光線を基準光線として設定する。

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事が一般的である。

上記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、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（但し、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。）。

本発明の実施例においては、光学系の基準となる基準軸を上記のように設定したが、光学系の基準となる軸の決め方は光学設計上、収差のとりまとめ上、若しくは光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の良い軸を採用すれば良い。しかし、一般的には像面または観察面の中心と、絞りまたは入射瞳または射出瞳または光学系の第１面の中心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を光学系の基準となる基準軸に設定している。各面の順番は基準軸光線が反射を受ける順番に設定している。従って、基準軸は設定された各面の順番に沿って反射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に像面の中心に到達する。本発明の各実施例の光学系を構成するチルト面は基本的に全てが同一面内でチルトしている。そこで、絶対座標系の各軸を以下のように定める。

Ｚ軸：原点を通り第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、光学系を構成する第ｉ面の面形状を表すには、絶対座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第ｉ面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定して、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状を認識する上で理解し易いため、本発明の構成データを表示する実施例では第ｉ面の面形状をローカル座標系で表す。

また、第ｉ面のＹＺ面内でのチルト角は絶対座標系のＺ軸に対して反時計回り方向を正とした角度θｉ（単位°）で表す。

よって、本発明の各実施例では各面のローカル座標の原点はＹＺ平面上にある。

またＸＺおよびＸＹ面内での面の偏心はない。さらに、第ｉ面のローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）のｙ，ｚ軸は絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対してＹＺ面内でも角度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、絶対座標系の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
また、本発明の実施例における結像光学素子は回転非対称の非球面を有し、その形状は以下の式により示す。

（ａ）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。

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。

近軸理論に基づく焦点距離を直接計算することが困難である。そこで以下の定義による換算焦点距離ｆ_eqを用いる。

なお定義上、反射面が奇数個の場合、焦点距離の符号は通常の符号と逆に表現される。
ここにｈ₁：第１面において基準軸に平行で基準軸に無限に近く入射する光線の入射高さａ_k’：該光線が最終面から射出時に基準軸となす角度である。また、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。

次に、本発明の請求項に記載の最も物体側もしくは原稿側の自由曲面の主走査方向のパワー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、最も物体側もしくは原稿側の自由曲面の主走査方向の曲率をｒ_１とすると、１/２ｒ₁＝Ｃ_２０の関係式が成り立つ。

よって本発明では最も物体側もしくは原稿側の自由曲面の主走査方向２次の係数をＣ_２０とすると、前記自由曲面の主走査方向のパワーφ_１は、φ_１＝−４×Ｃ_２０と定義する。

図１は本発明の読取光学系を画像読取装置に適用したときの実施例１の副走査断面内の要部概略図である。図２は図１のＹＺ面内での全体の構成の光路を展開したときの要部断面図である。

図中、Ｌは光源（照明手段）であり、蛍光灯やキセノンランプ等から成っている。ＣＧは原稿台ガラスであり、その台上に原稿（モノクロ画像もしくはカラー画像）Ｏが載置されている。Ｍ１，Ｍ２．Ｍ３は順に第１、第２、第３の反射ミラー（平面ミラー）である。

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

本実施例における読取光学系４は基準軸に対して複数のセンサー（読取素子）の並び方向（主走査方向）に対称である自由曲面反射面（オフアキシャル反射面）から成る第１、第２、第３の３つのオフアキシャル光学素子４ａ，４ｂ，４ｃより成っている。

またこの３つのオフアキシャル光学素子４ａ，４ｂ，４ｃは、主走査方向と直交する副走査方向で非対称な形状より成っている。

Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は各々順に第１、第２、第３のオフアキシャル反射面である。

ＬＳはＣＣＤ等で構成されるラインセンサー（読取手段）であり、像面に相当する位置に配置している。尚、画像情報としてカラー画像を対象とするときは図１１に示すセンサーＬＳを用いる。Ｃ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．Ｍ３，４，ＬＳ等を収納している。

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

本実施例においては照明手段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（物体）Ｏを照明し、該原稿Ｏからの光束を第１、第２、第３の反射ミラーＭ１，Ｍ２．Ｍ３を介して第１のオフアキシャル反射面Ｒ２に入射させている。そして第１のオフアキシャル反射面Ｒ２で図面上、斜め下方に反射された光束は、第２のオフアキシャル反射面（絞り）Ｒ３に入射し、図面上、斜め上方に反射された後、第３のオフアキシャル反射面Ｒ４に入射している。そして第３のオフアキシャル反射面Ｒ４で図面上、斜め下方に反射された光束は、ラインセンサーＬＳ上に結像している。そして原稿ＯとキャリッジＣとの相対的位置を副走査方向（矢印Ａ方向）に変えて原稿Ｏを２次元的に読み取っている。

読取光学系をコンパクトに構成するために第１、第２、第３の反射ミラーＭ１，Ｍ２．Ｍ３により光路を折り畳んでいる。読取光学系４は表面反射面（オフアキシャル反射面）で構成されるため色収差は発生せず、広角化が可能となる。よって読取光学系４から原稿Ｏまでの距離を短縮することになり、キャリッジ一体型走査方式の読取光学系を３枚の反射ミラーＭ１，Ｍ２．Ｍ３と読取光学系４からなる少ない光学部品で構成することができる。

本実施例における第１、第２、第３のオフアキシャル反射面Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は副走査断面（ＹＺ断面）内で光路を折り曲げる構成をとっている。第１、第２、第３のオフアキシャル反射面Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は上記の如くそれぞれ基準軸に対して主走査方向に対称であり、副走査方向に非対称な自由曲面より成っており、偏心による非対称収差および各種収差の良好なる補正を行なっている。

本実施例では第１、第３のオフアキシャル反射面Ｒ２、Ｒ４にそれぞれ正のパワーを持たすことで非対称な収差を抑えている。更に望ましくは光学的に最も原稿Ｏ側に近い第１のオフアキシャル反射面Ｒ２の副走査方向のパワーを他の各オフアキシャル反射面の副走査方向のパワーよりも弱くすることで各種収差を良好に補正することができる。

尚、光学的に最も原稿側に近いとは、原稿から光が出射して進む距離に沿ってという意味である。

本実施例では、
(A1)読取光学系４の焦点距離をｆ、光学的に最も原稿Ｏ側に近いオフアキシャル光学素子４ａの該複数のセンサーの並び方向（主走査方向）の基準軸上におけるパワーをφ１、該複数のセンサーの並び方向の原稿の最大読取高をＸとするとき、
０．２＜φ１×ｆ＜０．９‥‥‥(1)
０．６×１０^−４(1/mm²)＜φ１／Ｘ＜２．４×１０^−４(1/mm²)‥‥‥(2)
なる条件を満足すること、
又は／及び
（B1）光学的に最も原稿Ｏ側に近いオフアキシャル光学素子４ａは、基準軸上の軸上光束と、該複数のセンサーの並び方向における原稿Ｏの最大読取高の半値の位置からの軸外光束が反射するときの重なる面積が各々の占める光束の面積の３０％以下であること、
により、光路長が短く広角でコンパクトで、かつ良好なる光学性能を有するバランスのとれた読取光学系を達成している。

次に上記(A1)に示した条件式(1)、(2)の技術的な意味について説明する。

条件式(1)は読取光学系の系全体のパワーに対する第１の反射面（第１のオフアキシャル反射面）Ｒ２の主走査方向のパワーの比率に関するものである。条件式(1)の下限値を超えて第１の反射面Ｒ２のパワーの比率の絶対値が系全体の中で大きくなりすぎると、瞳から像面までの光路が短くなってしまうことで、光学系のバックフォーカスを長くとることが出来なくなる。そのことでＣＣＤや、ＣＣＤ保持部材により光線のケラレが生じ、また組み付けの困難が生じる。また、条件式(1)の上限値を超えて第１の反射面Ｒ２のパワーの比率の絶対値が径全体の中で小さくなってしまうと、第２の反射面（第２のオフアキシャル反射面）Ｒ３、第３の反射面（第３のオフアキシャル反射面）Ｒ４に入射する光束が太くなり結果として第２、第３の反射面Ｒ３，Ｒ４が大型化してしまいコスト、製造面で問題となる。更には、第２、第３の反射面Ｒ３，Ｒ４のパワーが大きくなる結果として各種収差の補正が困難となるため、性能良好を達成し得ない。よって条件式(1)を満足することで、バックフォーカスを長く取ることができ、組み付けを容易にすることが可能となる。

条件式(2)は読取光学系４の第１の反射面Ｒ２のパワーに関するものである。条件式(2)の上限値を超えて第１の反射面Ｒ２のパワーが大きくなりすぎると、第１の反射面Ｒ２での高次の収差の影響が大きくなり、他の各反射面で収差を補正しきれなくなってしまう。

逆に条件式(2)の下限値を超えて、第１の反射面Ｒ２のパワーが小さくなりすぎてしまうと、光学系の光路長が長くなってしまい、キャリッジ一体型走査方式に対応した読取光学系を達成することができなくなってしまう。

よって条件式(1)、(2)を満足することで、前記の読取光学系は、光学性能とコンパクトのバランスのとれたキャリッジ一体型走査方式に対応可能な読取光学系を達成できる。

次に上記条件式(1)、(2)の各値を示す。本実施例では、
ｆ＝３４.９１１
φ１＝１．５９３８×１０^−２
Ｘ＝１１０
である。よって
φ１×ｆ＝０.５６ φ１／Ｘ＝１.４５×１０^−４
となり、条件式(1)、(2)を満たしている。

尚、更に望ましくは、上記条件式(1)、(2)を次の如く設定するのが良い。

０．３＜φ１×ｆ＜０．６‥‥‥(1a)
１．０×１０^−４(1/mm²)＜φ１／Ｘ＜１．８×１０^−４(1/mm²)‥‥‥(2a)
次に上記（B1）の構成の効果について以下に説明する。

読取光学系４を構成する第１、第２、第３の３つのオフアキシャル光学素子４ａ，４ｂ，４ｃのうち、光学的に最も原稿Ｏ側にある第１のオフアキシャル光学素子４ａには軸上光束、軸外光束共に太く且つ重なった面積の比率が大きく入射する。この比率が３０％を超えるとそれぞれの軸外光束に対して収差補正が困難となり、十分な光学性能を有する読取光学系を設計できない。

よって、本実施例において更に好ましくは第１のオフアキシャル光学素子４ａを基準軸上の軸上光束と、主走査方向における原稿の最大読取高の半値の位置からの軸外光束が反射するときの重なる面積が各々の占める光束の面積の３０％以下となるように構成している。

また本実施例の読取光学系及びそれを用いた画像読取装置は、中間結像せずにラインセンサーＬＳ上に直接結像するように構成している。中間結像しないことで本実施例では光路長の短い光学系を達成することができる。

更に第１のオフアキシャル反射面Ｒ２と第３のオフアキシャル反射面Ｒ４の間に絞りを配置することで光学系全体の小型化を図ることができる。これはオフアキシャル反射面を少ない枚数３面で構成したことと同様に装置全体の小型化（低コスト化）を達成するためのものである。

本実施例では第２のオフアキシャル光学素子４ｂの面上又はその近傍に絞りを設けている。

尚、本実施例では上記の如く絞りを第２のオフアキシャル反射面Ｒ３上又はその近傍に設けたが、これに限ったことではなく、第１のオフアキシャル反射面Ｒ１と第３のオフアキシャル反射面Ｒ３との間に設けた構成であればよく、特に絞りの配置等に限定されない。

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

また図３に数値実施例１のラインセンサーのライン方向の５点（像高）についての収差図を示す。図中のＸは原稿面上の高さ（像高）を表す。図３に示すように本実施例では広角にも関わらず十分な光学性能が確保できていることが分かる。

非球面形状の係数に関しては、式（ａ）から明らかなように、係数Ｃ₀₂は基準軸上のｙ方向（副走査方向）のパワー(1/mm)、係数Ｃ₂₀は基準軸上のｘ方向（主走査方向）のパワー(1/mm)に該当する。

具体的には、数値実施例１では第１面Ｒ２、第３面Ｒ４は主走査方向と副走査方向とで正のパワー、第２面Ｒ３は主走査方向で正のパワー、副走査方向で負のパワーである。

尚、表においてｉ＝１は原稿面，ｉ＝２〜４は３つのオフアキシャル光学素子の反射面、ｉ＝５は読取素子面である。

〔数値実施例１〕
原稿読み取り巾 220.0 結像倍率 -0.18898
原稿側NA 0.015949、ｆeq 34.911

非球面形状
Ｒ２面
C02＝ -9.1139E-03 C03＝ 9.2563E-05 C04＝ -1.2039E-06
C05＝ 1.3229E-07 C06＝ -6.8611E-08 C07＝ -8.4741E-09
C08＝ 2.3924E-09 C20＝ -3.9845E-03 C21＝ 7.6198E-06
C22＝ 1.5025E-06 C23＝ -1.2917E-07 C24＝ 1.6074E-08
C25＝ -1.1503E-09 C26＝ 1.0382E-10 C40＝ 2.4673E-06
C41＝ -7.6688E-08 C42＝ 6.4424E-09 C43＝ -2.4129E-10
C44＝ -1.9033E-11 C60＝ -4.2656E-09 C61＝ 3.2612E-11
C62＝ -7.4009E-12 C80＝ 5.9856E-12

Ｒ３面
C02＝ -1.1184E-02 C03＝ -1.1363E-04 C04＝ -1.5247E-06
C05＝ -1.2283E-06 C06＝ 2.6444E-08 C20＝ 2.5925E-03
C21＝ 2.7975E-05 C22＝ 5.1077E-06 C23＝ -1.7159E-07
C24＝ 5.7505E-08 C40＝ 2.7173E-06 C41＝ 1.8550E-07
C42＝ 3.7119E-07 C60＝ -3.7353E-08

Ｒ４面
C02＝ -1.3770E-02 C03＝ -1.4368E-04 C04＝ 2.4233E-07
C05＝ -1.9052E-06 C06＝ 1.9513E-07 C07＝ 5.0384E-08
C08＝ -1.2598E-08 C20＝ -6.2871E-03 C21＝ 1.2508E-05
C22＝ 5.1139E-08 C23＝ -8.0417E-08 C24＝ -2.1567E-07
C25＝ 1.2678E-08 C26＝ 7.8258E-09 C40＝ 3.9899E-06
C41＝ 1.2967E-07 C42＝ -2.2156E-08 C43＝ 2.2309E-09
C44＝ 1.1173E-09 C60＝ -4.0475E-09 C61＝ -1.4371E-11
C62＝ 1.2801E-10 C80＝ 8.0986E-12

図４は本発明の読取光学系を画像読取装置に適用したときの実施例２の副走査断面内の要部概略図である。図５は図４のＹＺ面内での全体の構成の光路を展開したときの要部断面図である。図４、図５において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は結像光学系４４内での光束の折り曲げ方を異ならせて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

即ち、本実施例においては照明手段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（物体）Ｏを照明し、該原稿Ｏからの光束を第１、第２、第３の反射ミラーＭ１，Ｍ２．Ｍ３を介してオフアキシャル反射面Ｒ２に入射させている。そしてオフアキシャル反射面Ｒ２で図面上、斜め下方に反射された光束を、オフアキシャル反射面Ｒ３に入射させ、図面上、斜め下方に反射させた後、オフアキシャル反射面Ｒ４に入射させている。そしてオフアキシャル反射面Ｒ４で図面上、斜め下方に反射させた後、ラインセンサーＬＳ上に結像させている。そして原稿ＯとキャリッジＣとの相対的位置を副走査方向（矢印Ａ方向）に変えて原稿Ｏを２次元的に読み取っている。

本実施例では上記の如く原稿Ｏからの光束を各オフアキシャル反射面Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４で適切に折り曲げることにより、前述の実施例１と比べてバックフォーカスを長くとることができ、これによりＣＣＤ及びＣＣＤ保持部材による光線のケラレや組み付けの困難を解消することができる。

次に上記条件式(1)、(2)の各値を示す。本実施例では、
ｆ＝３４．９０９
φ１＝１．２０００×１０^−２
Ｘ＝１１０
である。よって
φ１×ｆ＝０．４２ φ１／Ｘ＝１．０９×１０⁻⁴
となり、条件式(1)、(2)を満たしている。

以下に上で説明した本実施例に対応する画像読取用の読取光学系４４の数値実施例２について数値データを示す。

また図６に数値実施例２のラインセンサーのライン方向の５点（像高）についての収差図を示す。図中のＸは原稿面上の高さ（像高）を表す。図６に示すように本実施例では広角にも関わらず十分な光学性能が確保できていることが分かる。

〔数値実施例２〕
原稿読み取り巾 220.0 結像倍率 -0.18898
原稿側NA 0.015949、ｆeq 34.909

非球面形状
Ｒ２面
C02＝ -2.8966E-03 C03＝ -3.6270E-04 C04＝ 3.9555E-05
C05＝ -4.0302E-06 C06＝ 2.8828E-07 C07＝ 1.3811E-08
C08＝ -1.6464E-09 C20＝ -3.0000E-03 C21＝ 5.3562E-05
C22＝ -2.6854E-06 C23＝ 3.3376E-07 C24＝ -4.2212E-08
C25＝ 3.3420E-09 C26＝ -8.2878E-11 C40＝ 1.1008E-06
C41＝ -2.9521E-08 C42＝ 2.4843E-09 C43＝ -2.2004E-10
C44＝ 2.7017E-11 C60＝ -5.6835E-10 C61＝ 2.3447E-11
C62＝ -2.6714E-12 C80＝ 3.8913E-13

Ｒ３面
C02＝ 3.3068E-03 C03＝ -9.2129E-04 C04＝ 2.7488E-05
C05＝ 4.9476E-06 C06＝ -9.1013E-08 C20＝ 3.8193E-03
C21＝ 3.1887E-05 C22＝ -9.8366E-07 C23＝ -5.5840E-07
C24＝ 5.9452E-08 C40＝ 5.6593E-07 C41＝ -1.0387E-07
C42＝ 5.1460E-09 C60＝ -7.8017E-09

Ｒ４面
C02＝ -4.7426E-03 C03＝ -1.7779E-03 C04＝ 4.4338E-04
C05＝ -7.1245E-05 C06＝ 4.4867E-06 C07＝ -4.6813E-06
C08＝ 1.5383E-06 C20＝ -4.7547E-03 C21＝ -1.0635E-04
C22＝ -1.4033E-06 C23＝ -1.5177E-06 C24＝ 1.1947E-07
C25＝ 6.9433E-08 C26＝ -1.5376E-08 C40＝ 2.9322E-06
C41＝ 3.6634E-08 C42＝ 1.5629E-09 C43＝ -7.0189E-10
C44＝ -5.0603E-11 C60＝ -1.3641E-09 C61＝ -4.7487E-11
C62＝ 3.0200E-11 C80＝ 1.3840E-12

図７は本発明の読取光学系を画像読取装置に適用したときの実施例３の副走査断面内の要部概略図である。図８は図７のＹＺ面内での全体の構成の光路を展開したときの要部断面図である。図７、図８において図１、図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は、条件式(1),(2)を満足する範囲において、光学的に最も原稿Ｏに近い第１のオフアキシャル光学素子７４ａの反射面Ｒ２のパワーを実施例１に示した第１のオフアキシャル光学素子４ａの反射面Ｒ２のパワーより大きく設定したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

即ち、本実施例では第１のオフアキシャル反射面Ｒ２のパワーを実施例１の第１のオフアキシャル反射面Ｒ２のパワーより大きく設定することにより、原稿Ｏから第１のオフアキシャル反射面Ｒ２までの光路長の短縮を図り、キャリッジ一体型走査方式の光学系に好適なコンパクト化と光学性能良好とのバランスの取れた読取光学系を達成している。

次に上記条件式(1)、(2)の各値を示す。本実施例では、
ｆ＝３７．２９３
φ１＝２．１１３８×１０^−２
Ｘ＝１１０
である。よって
φ１×ｆ＝０．７４ φ１／Ｘ＝１．９２×１０⁻⁴
となり、条件式(1)、(2)を満たしている。

以下に上で説明した本実施例に対応する画像読取用の読取光学系７４の数値実施例３について数値データを示す。

また図９に数値実施例３のラインセンサーのライン方向の５点（像高）についての収差図を示す。図中のＸは原稿面上の高さ（像高）を表す。図９に示すように本実施例では広角にも関わらず十分な光学性能が確保できていることが分かる。

〔数値実施例３〕
原稿読み取り巾 220.0 結像倍率 -0.18898
原稿側NA 0.015949、ｆeq 37.293

非球面形状
Ｒ２面
C02＝ -9.1443E-03 C03＝ 1.4858E-04 C04＝ -4.1424E-06
C05＝ -4.7398E-08 C06＝ -2.1961E-07 C07＝ 2.9419E-10
C08＝ 6.6745E-09 C20＝ -5.2845E-03 C21＝ 4.1572E-05
C22＝ -1.9892E-07 C23＝ 6.0259E-09 C24＝ 1.4174E-09
C25＝ -6.2953E-10 C26＝ 2.0193E-10 C40＝ 1.4813E-06
C41＝ -2.2440E-08 C42＝ -1.2453E-09 C43＝ -3.6176E-11
C44＝ -1.2671E-12 C60＝ -1.2745E-09 C61＝ 1.4006E-11
C62＝ 2.8307E-12 C80＝ 7.0443E-13

Ｒ３面
C02＝ -1.4942E-02 C03＝ 4.3055E-04 C04＝ -5.5720E-05
C05＝ -2.4277E-06 C06＝ 1.0601E-07 C20＝ -7.3219E-04
C21＝ 5.7874E-05 C22＝ -1.4124E-05 C23＝ -7.1056E-07
C24＝ 5.0424E-07 C40＝ 9.5570E-07 C41＝ -5.5293E-07
C42＝ 1.4624E-06 C60＝ -4.3104E-08

Ｒ４面
C02＝ -1.7523E-02 C03＝ 1.0496E-04 C04＝ -2.4043E-05
C05＝ -5.3309E-06 C06＝ -2.3097E-06 C07＝ 1.9264E-07
C08＝ 2.5196E-07 C20＝ -8.3756E-03 C21＝ -7.1704E-05
C22＝ -8.3271E-06 C23＝ -3.3073E-07 C24＝ -1.4386E-07
C25＝ 3.0800E-08 C26＝ 1.0671E-08 C40＝ 3.0566E-06
C41＝ 5.5664E-09 C42＝ -2.3473E-08 C43＝ 1.3565E-09
C44＝ 5.4870E-10 C60＝ -6.4061E-09 C61＝ 3.1245E-11
C62＝ 1.0212E-10 C80＝ 9.6271E-12
尚、各実施例では一体型（フラットベッド型）の画像読取装置に本発明の読取光学系を適用したが、これに限らず、例えば１：２走査光学系を有する画像読取装置に適用しても本発明は上述の実施例と同様に適用することができる。

本発明の実施例１の読取光学系の要部概略図 本発明の実施例１のＹＺ面内での全体の構成を示す要部断面図 本発明の実施例１の光学系の横収差図 本発明の実施例２の読取光学系の要部概略図 本発明の実施例２のＹＺ面内での全体の構成を示す要部断面図 本発明の実施例３の光学系の横収差図 本発明の実施例３の読取光学系の要部概略図 本発明の実施例３のＹＺ面内での全体の構成を示す要部断面図 本発明の実施例３の光学系の横収差図 従来のキャリッジ一体型走査光学系の配置例を示す概略図 従来のカラー読取光学系を説明する要部概略図

符号の説明

Ｌ 光源（照明光源）
ＣＧ 原稿台ガラス
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ 反射ミラー
４，４４，７４ 読取光学系
４ａ、４ｂ、４ｃ オフアキシャル光学素子
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ オフアキシャル光学素子
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ オフアキシャル光学素子
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ オフアキシャル反射面
ＬＳ 読取手段（ラインセンサー）
Ｏ 原稿

Claims (7)

1. 原稿の画像情報を主走査方向に配列されたラインセンサーの上に結像させる読取光学系であって、
   前記読取光学系は、基準軸に対して前記主走査方向に対称である３つのオフアキシャル反射面から成り、
   前記読取光学系の焦点距離をｆ、前記３つのオフアキシャル反射面のうち最も原稿側に近いオフアキシャル反射面の主走査方向の基準軸上におけるパワーをφ１、前記主走査方向の原稿の最大の読取高をＸとするとき、
   ０．２＜φ１×ｆ＜０．９
   ０．６×１０^−４(1/mm^２)＜φ１／Ｘ＜２．４×１０^−４(1/mm^２)
   なる条件を満足することを特徴とする読取光学系。
2. 前記３つのオフアキシャル反射面を、前記原稿側から順に、第１のオフアキシャル反射面、第２のオフアキシャル反射面、第３のオフアキシャル反射面とした場合、前記第１のオフアキシャル反射面の主走査方向の基準軸上におけるパワーは正であり、前記第２のオフアキシャル反射面の主走査方向の基準軸上におけるパワーは正であり、前記第３のオフアキシャル反射面の主走査方向の基準軸上におけるパワーは正であることを特徴とする請求項１に記載の読取光学系。
3. ０．３＜φ１×ｆ＜０．６
   １．０×１０ ^−４ (1/mm ^２ )＜φ１／Ｘ＜１．８×１０ ^−４ (1/mm ^２ )
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の読取光学系。
4. 前記読取光学系は、前記原稿からの画像情報に基づく光束が中間結像せずに前記ラインセンサーの上に結像することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の読取光学系。
5. 前記３つのオフアキシャル反射面は、副走査方向で非対称な形状より成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の読取光学系。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の読取光学系と、前記原稿を載置する原稿台と、前記原稿に光束を照明する照明手段と、前記ラインセンサーと、を有することを特徴とする画像読取装置。
7. 前記照明手段及び前記読取光学系及び前記ラインセンサーは、移動可能な１つの筐体内に収納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。