JP4804563B2 - 結像光学系及びそれを有する画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は結像光学系及びそれを用いた画像読取装置に関する。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画像読取装置（イメージスキャナー）として、フラットベッド型のイメージスキャナーが例えば特開平３−１１３９６１号公報で提案されている。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、画像情報を読み取っている。近年、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た。

図１５は従来のキャリッジ一体型走査方式の画像読取装置の要部概略図である。同図において、照明光源Ｌから放射された光束は直接原稿台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反射ミラー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ている。そして結像レンズ（結像光学系）４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６を副走査モーターＢにより図１５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っている。

図１６は図１５の画像読み取り光学系の基本構成の説明図である。図中４は結像光学系、ＩＲ，ＩＧ，ＩＢは各々Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各色の画像情報を読み取るラインセンサー，ＯＲ，ＯＧ，ＯＢはラインセンサーＩＲ，ＩＧ，ＩＢに対応する原稿面上の読み取り範囲である。図１５に示す画像読取装置では静止している原稿面をキヤリッジＣが走査しているが、キヤリッジＣの走査は図１６のようにラインセンサーＬＳ及び結像レンズ４が静止していて原稿面Ｏが移動することと等価である。原稿面Ｏ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４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ＩＧに対しラインセンサーＩＢ，ＩＲ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せて再現した時に色ニジミ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、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明らかになってきた（特許文献１〜５）。例えば特開平９−５６５０号公報にその設計法が、特開平８−２９２３７１号公報、特開平８−２９２３７２号公報にその設計例が、特開平９−２２２５６１号公報、特開平９−２５８１０５号公報には変倍光学系が示されている。

図１４は特許文献２に開示されている反射光学系Ｂ１の実施例の一部の要部断面図である。同図において、物体からの光束は絞りを通過し、反射光学素子Ｂ１に入射する。反射光学素子Ｂ１では第１面Ｒ１で屈折、第２面Ｒ２、第３面Ｒ３、第４面Ｒ４、第５面Ｒ５、第６面Ｒ６で反射、第７面Ｒ７で屈折し、反射光学素子Ｂ１を射出する。このとき、第２面付近の中間結像面に１次結像し、第５面近傍に瞳を形成している。そして、反射光学素子Ｂ１を射出した光束は撮像面（ＣＣＤ 等の撮像媒体の撮像面）上に最終的に結像する。図１４の構成では、複数の曲面や平面の反射面を一体的に形成した光学素子を用い、ミラー光学系全体の小型化を図りつつ、又ミラー光学系にありがちな反射ミラーの配置精度（組立精度）を緩やかにしている。

また、絞りを光学系の最も物体側に配置し、且つ該光学系の中で物体像を少なくとも１回結像させる構成とすることにより、広画角の反射型の光学素子でありながら、光学素子の有効径の縮小化を図っている。そして該光学素子を構成する複数の反射面に適切な屈折力を与え、各光学素子を構成する反射面を偏心配置することにより、光学系内の光路を所望の形状に屈曲し、該光学系の所定方向の全長の短縮化を達成している。

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。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やすい。

特開平９−５６５０号公報 特開平８−２９２３７１号公報 特開平８−２９２３７２号公報 特開平９−２２２５６１号公報 特開平９−２５８１０５号公報

デジタル複写機等の原稿読み取り系は高解像度、高速性が要求されるため一体型光学系で構成するにいたっていない。読み取り系に要求される結像レンズは明るくかつ高解像度を必要とするので光学性能を確保するには画角を大きくするのが難しい。画角が狭いとその結果光路長が長くなる。カラー画像の読み取りを行う場合には高解像度になるにしたがい色収差による色毎の結像位置差、画面内の色ズレ等の色収差が光学性能に悪影響を与える。

本発明は高速性、高解像度が要求されるデジタル複写機など原稿読み取り系において、キヤリッジ一体型走査方式が容易に実現することができる原稿読み取り結像光学系及びそれを用いた画像読取装置の提供を目的とする。

この他本発明はデジタルカラー画像の読み取りにおいて、表面反射面からなる反射光学系を用いることにより色収差がなくかつキヤリッジ一体型走査方式が容易に実現することができる原稿読み取り結像光学系及びそれを用いた画像読取装置の提供を目的とする。一般に反射面で構成された光学系は偏心誤差に弱く、表面反射面で構成されている光学系は精度良く面を保持しなければならない。一般に反射面の曲率半径が小さいと偏心誤差に弱く、また面間隔が長くなれば長くなるほど面の傾き誤差による光線の位置ずれが大きくなる。

この他本発明は、各面の曲率と面間隔を所望の値に設定することにより、偏心誤差に強い反射光学系の提供を目的とする。

請求項１の発明の結像光学系は、主走査方向の長さをＡ（ｍｍ）、副走査方向の長さをＢ（ｍｍ）としたとき、原稿面のＡ／Ｂ＞１０を満たす領域の画像情報をラインセンサーの結像面上に結像させる画像読取装置に用いられる結像光学系であって、
前記結像光学系は、前記原稿面から順に、第一のオフアキシャル反射面、第二のオフアキシャル反射面、第三のオフアキシャル反射面、第四のオフアキシャル反射面が配置された４つのオフアキシャル反射面から構成されており、かつ、
前記第二のオフアキシャル反射面と前記第三のオフアキシャル反射面の間の光路中に絞りが配置され、かつ、
副走査断面内において、前記原稿面から前記第一のオフアキシャル反射面に向う光線の光路と前記第二のオフアキシャル反射面から前記絞りに光線に向う光路が交差しており、かつ、
副走査断面内において、前記絞りから前記第三のオフアキシャル反射面に向う光線の光路と前記第四のオフアキシャル反射面から前記結像面に向う光線の光路が交差しておらず、かつ、
前記画像情報は、中間結像せずに前記ラインセンサーの結像面上に結像されており、かつ、
前記オフアキシャル反射面の副走査断面のパワーをＰ（ｍｍ^−１）、前記オフアキシャル反射面から次のオフアキシャル反射面までの基準軸に沿った間隔をＳ（ｍｍ）とするとき、
｜Ｐ｜×Ｓ＜０．５
の条件式を満たすことを特徴としている。

但し、前記条件式は、前記第四のオフアキシャル反射面を除く、前記第一のオフアキシャル反射面、前記第二のオフアキシャル反射面、前記第三のオフアキシャル反射面が満たす
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記全てのオフアキシャル反射面の主走査方向のパワーは、正であることを特徴としている。

請求項３の発明の画像読取装置は、請求項１又は２に記載の結像光学系と、前記ラインセンサーと、前記原稿面を照明する光源と、有することを特徴としている。

本発明によれば、光路を交差させることによりコンパクトで偏心誤差に強い結像光学系を達成することができる。さらに、絞りより物体側で光路を交差させることにより、よりコンパクトな結像光学系を達成することが出来る。この他本発明によれば画像の読み取りにおいて、表面反射面からなる反射光学系を用いることにより色収差がなくかつキヤリッジ一体型走査方式が容易に実現することができる原稿読み取り結像光学系及びそれを用いた画像読取装置を達成することができる。さらに、各面の曲率と面間隔を所望の値に設定することにより、偏心誤差に強い反射光学系を達成することができる。

本発明の参考例１のＹＺ面内での全体の構成を示す要部断面図 本発明の参考例１の画像読取装置の要部概略図 本発明の参考例１の光学系の横収差図 本発明の参考例１の光学系のディストーション 本発明の実施形態１のＹＺ面内での全体の構成を示す要部断面図 本発明の実施形態１の画像読取装置の要部概略図 本発明の実施形態１の光学系の横収差図 本発明の実施形態１の光学系のディストーション 本発明の参考例２のＹＺ面内での全体の構成を示す要部断面図 本発明の参考例２の画像読取装置の要部概略図 本発明の参考例２の光学系の横収差図 本発明の参考例２の光学系のディストーション 本発明の実施形態における座標系の説明図 従来の反射光学系のＹＺ面内での光学断面図 従来のキヤリッジ一体型走査光学系の配置例を示す概略図 従来のカラー画像読取装置を説明する要部概略図

実施形態の説明に入る前に、実施形態で用いている光学系の構成諸元の表し方及び実施形態全体の共通事項について説明する。図１３は本発明の光学系の構成データを定義する座標系の説明図である。実施形態では物体側から像面に進む１つの光線（図１３中の一点鎖線で示すもので基準軸光線と呼ぶ）Ｌａ１に沿ってｉ番目の面を第ｉ面とする。図１３において第１面Ｒ１は絞り、第２面Ｒ２は第１面と共軸な屈折面、第３面Ｒ３は第２面Ｒ２に対してチルトされた反射面である。第４面Ｒ４、第５面Ｒ５は各々の前面に対してシフト、チルトされた反射面、第６面Ｒ６は第５面Ｒ５に対してシフト、チルトされた屈折面である。第２面Ｒ２から第６面Ｒ６までの各々の面はガラス、プラスチック等の透明な媒質で構成される一つの光学素子上に構成されている。従って、図１３の構成では不図示の物体面から第２面Ｒ２までの媒質は空気、第２面Ｒ２から第６面Ｒ６まではある共通の媒質、第６面Ｒ６から不図示の第７面（例えば像面）Ｒ７までの媒質は空気で構成されている。

本発明の光学系はＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系であるため光学系を構成する各面は共通の光軸を持っていない。そこで、実施形態においては先ず第１面の光線有効径の中心を原点とする絶対座標系を設定する。そして、実施形態においては、第１面の光線有効径の中心点を原点とすると共に、原点と最終結像面の中心とを通る光線（基準軸光線）の経路を光学系の基準軸と定義している。さらに、実施形態中の基準軸は方向（向き）を持っている。その方向は基準軸光線が結像に際して進行する方向である。

本発明の実施形態においては、光学系の基準となる基準軸を上記の様に設定したが、光学系の基準となる軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、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、一般的には像面の中心と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光学系の第１面の中心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を光学系の基準となる基準軸に設定する。

つまり、本発明の実施形態においては、基準軸は第１面、即ち絞り面の光線有効径の中心点を通り、最終結像面の中心へ至る光線（基準軸光線）が各屈折面及び反射面によって屈折・反射する経路を基準軸に設定している。各面の順番は基準軸光線が屈折・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屈折若しくは反射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に像面の中心に到達する。本発明の実施形態の光学系を構成するチルト面は基本的にすべ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２面Ｒ２に向かう基準軸
Ｙ軸：原点を通りチルト面内（図１３の紙面内）でＺ軸に対して反時計回りに９０゜をなす直線
Ｘ軸：原点を通りＺ、Ｙ各軸に垂直な直線（図１３の紙面に垂直な直線）
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いる。そしてローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状を認識する上で理解し易い為、本発明の光学系に関する光学系に関する構成データを表示する実施例では第ｉ面の面形状をローカル座標系で表わす。

また、第ｉ面のＹＺ面内でのチルト角は絶対座標系のＺ軸に対して反時計回り方向を正とした角度θｉ（単位°）で表す。よって、本発明の実施形態では各面のローカル座標の原点は図１３中のＹＺ平面上にある。またＸＺおよびＸＹ面内での面の偏心はない。さらに、第ｉ面のローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）のｙ，ｚ軸は絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対してＹＺ面内で角度θｉ傾いており、具体的には以下のように設定する。

ｚ軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座標系のＺ方向に対しＹＺ面内において反時計方向に角度θｉをなす直線
ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、ｚ方向に対しＹＺ面内において反時計方向に９０゜をなす直線
ｘ軸：ローカル座標の原点を通り、ＹＺ面に対し垂直な直線
また、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１） 面のローカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量、Ｎｄｉ、νｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面間の媒質の屈折率とアッベ数である。また、本発明の実施形態では光学系の断面図及び数値データを示す。球面は以下の式で表される形状である：

また、本発明の光学系の実施形態は少なくとも回転非対称な非球面を３面以上有し（１以上であっても良い）、その形状は以下の式により表す：

上記曲面式はｘに関して偶数次の項のみであるため、上記曲面式により規定される曲面はｙｚ面を対称面とする面対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる場合はｘｚ面に対して対称な形状を表す。

C03 =C21 =t =0
さらに
C02 =C20 C04=C40 = C22/2 C06=C60 =C24/3 =C42/3
が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件を満たさない場合は非回転対称な形状である。なお、絞りの直径を絞り径として示している。これは光学系の明るさに関係する。又、実施形態の横収差図を示す。物体面上において画面の中心を原点とし、垂直方向（Ｙ方向）の物体面サイズをＶＳ、水平方向（Ｘ方向）の物体面サイズＨＳとする。そのとき（０，ＶＳ／２），（０，０），（０，−ＶＳ／２），（ＨＳ／２，ＶＳ／２），（ＨＳ／２，０），（ＨＳ／２，−ＶＳ／２）の位置での画角１〜６の光束の横収差を示す。横収差図においては、横軸は瞳への入射高さを表し、縦軸は収差量を表し、入射瞳面上におけるｙ断面とｘ断面の二つの収差を示す。実施形態とも基本的に各面がｙｚ面を対称面とする面対称の形状となっている為、横収差図においても水平方向のプラス、マイナス方向は同一となるので、図の簡略化の為に、マイナス方向の横収差図は省略している。

（参考例１）
図１は本発明の結像光学系として、反射光学系を用いたときの参考例１の要部断面図である。本参考例は、反射光学系１によって原稿面Ｏ上の画像情報を読取手段としてのラインセンサーＬＳ上に結像する場合を示している。ラインセンサーＬＳは紙面（ＹＺ面）と垂直方向（Ｘ方向、主走査方向）に複数の画素を有している。

ＹＺ面が副走査断面、ＸＺ面が主走査断面である。図１において反射光学系１は、原稿面Ｏからの光線の通過順に、反射面Ｒ１、反射面Ｒ２、絞りＲ３、反射面Ｒ４、反射面Ｒ５の４つの反射面で構成され、原稿面Ｏ上の画像をラインセンサーＬＳに結像する機能を有している。また、ラインセンサーＬＳの主走査方向長さは６６．０８ｍｍである。反射光学系１は、原稿面Ｏ上の画像情報の長辺方向（Ｘ方向）の長さをＡ、短辺方向（Ｙ方向）の長さをＢとするとき１０＜Ａ／Ｂを満足する範囲（領域）をラインセンサーＬＳ（結像面上）に結像させている。具体的には読み取る画像の大きさ幅は主走査方向（Ｘ方向）に３００ｍｍ、副走査方向に±０．５ｍｍである。各オフアキシャル反射面Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５は前記ラインセンサーＬＳのセンサーが配列されている方向（Ｘ方向）のラインと垂直な方向（Ｙ方向）の断面すなわち副走査断面（ＹＺ断面）内で光路を折り曲げる構成をとっている。この様な構成にすることにより、各反射面の間隔を短縮することができコンパクトで、かつ、偏心誤差に強くなる光学系を得ている。また、中間結像面を構成すれば反射面の有効径を抑えることができるが、リレー系を有するために光路長が長くなるか、又各反射面のパワーが強くなり偏心誤差が弱くなる傾向となる。本参考例では物体面Ｏの短辺方向の長さが小さいために中間結像面を構成しなくても反射面の大きさはあまり大きくならず、面間隔を小さく構成することができる。絞りの前後の反射面数は夫々２枚である。

本参考例では絞りより物体面側の表面反射面の数をＸ、絞りより結像面側の表面反射面の数をＹとすると
0.65<X/Y<1.6
の条件式を満たすように表面反射面の数を設定している。これにより光学系全体の小型化を図っている。以下、本参考例に用いられる反射光学系の構成データ１を示す。
（構成データ１）

図１に示されるように、原稿面Ｏから反射面Ｒ１に向かう光路と反射面Ｒ２から絞りＲ３に向かう光路で交差し、さらに、絞りＲ３から反射面Ｒ４に向かう光路と反射面Ｒ５からラインセンサーＬＳに向かう光路で交差している。この様に光路が複数位置で交差することにより、光線をけること無しに反射面の法線と基準軸のなす角を小さく抑えることができる。反射面の法線と基準軸のなす角が小さいほうが収差は取りやすく必要となる反射面数が少なくてすむ。本発明のように広画角な光学系の場合、絞りから物体面側の方が光学系は大きくなり、絞りから物体面側の反射面数を抑えたほうがよりコンパクトに成る。それ故、絞りより前側で光路を交差させ、絞りより物体側における必要な反射面数を削減したほうが好ましい。光路を交差させるためには、面間隔を大きく取る必要がある。反射面間の間隔が大きい場合、面の傾き誤差による光線の位置ずれが大きくなる。

この位置ずれの影響は傾く面の光学的パワーが大きければ大きいほどその影響は大きい。つまり、各面の光学的パワーと次の面までの間隔の積を指標とし、この値をある値より小さくすれば、面の傾き誤差に強くなる。本参考例において主走査方向と垂直な面内（副走査断面内）の表面反射面の屈折力（パワー）をＰとし、その表面反射面から次の光学面との基準軸に沿った間隔をＳとしたとき、それらの積｜Ｐ｜Ｓを各面で計算すると以下のようになる。

R1 |P|S=0.00537004×14=0.075181
R2 |P|S=0.00902189×35.5697=0.320906
R4 |P|S=0.00970005×14.9985=0.145486
（面Ｒ５は次の光学面が存在しないので該当せず。）
本参考例では、すべての面で｜Ｐ｜Ｓが０．５以下になっている。｜Ｐ｜Ｓが０．５以上なら、少しの面の傾き誤差により性能が大きく崩れてしまい表面反射面を精度良く保持しなければならない。

図２は図１の本参考例の反射光学系１を用いてカラー画像又はモノクロ画像を読み取る原稿読取装置を構成した本参考例の要部断面図である。本参考例の画像読取装置が画像情報としてカラー画像を対象とするときは図１６で示したセンサーＬＳを用いている。図２において、Ｌは原稿面を照明する光源、ＣＧは原稿台ガラス、Ｍ１〜Ｍ３は第１〜３反射ミラー，１は反射光学系、ＬＳはＣＣＤ等で構成されるラインセンサー、Ｃはキヤリッジ（筐体）である。原稿台ガラスＣＧの上に載置された原稿ＯをミラーＭ１〜Ｍ３を介して反射光学系１によりラインセンサーＬＳ上に結像して原稿Ｏ上の１ラインの画像情報を読み取ることができる。原稿読取装置をコンパクトに構成するために第１〜３反射ミラーＭ１〜Ｍ３により光路を折り畳んでいる。反射光学系１は表面反射面で構成されるため色収差は発生せず、高角化することが可能になる。よって反射光学系１から原稿Ｏまでの距離を短縮することになり、キヤリッジ一体型光学系の原稿読取装置を３枚の平面ミラーと反射光学系１から成る少ない光学部品で構成することができる。このキヤリッジ一体型光学系はラインセンサーＬＳのライン方向（Ｘ方向）に垂直な方向すなわち副走査方向（Ｚ方向）に原稿ＯとキヤリッジＣとを相対的に走査することによって原稿Ｏ面を２次元的に読み取っている。

図３はラインセンサーＬＳ上の横収差を図４はディストーションを表している。ただし、図４については副走査方向の像は極端に狭いので主走査方向の縮尺に対して５０倍拡大して表示している。この様に高角にもかかわらず十分な性能が確保できている。本参考例では回転非対称反射面はある平面に対して対称な形状であるが、これに限った事ではない。また反射光学系の面数や配置等に限定されない。

（実施形態１）
図５は本発明の反射光学系の実施形態１の要部断面図である。本実施形態は、反射光学系２によって、原稿面Ｏ上の画像情報をラインセンサーＬＳ上に結像する場合を示している。本実施例の結像光学系は、物体面から順に、第一のオフアキシャル反射面、第二のオフアキシャル反射面、第三のオフアキシャル反射面、第四のオフアキシャル反射面が配置された４つのオフアキシャル反射面から構成されている。第二のオフアキシャル反射面と第三のオフアキシャル反射面の間の光路中に絞りが配置されている。副走査断面内において、原稿面から第一のオフアキシャル反射面に向う光線の光路と第二のオフアキシャル反射面から絞りに光線に向う光路が交差している。副走査断面内において、絞りから第三のオフアキシャル反射面に向う光線の光路と前記第四のオフアキシャル反射面から結像面に向う光線の光路が交差していない。そして画像情報は、中間結像せずにラインセンサーの結像面上に結像されている。

図５において反射光学系２は原稿面Ｏからの光線の通過順に、反射面Ｒ１、反射面Ｒ２、絞りＲ３、反射面Ｒ４、反射面Ｒ５の４つの反射面で構成され、原稿面Ｏ上の画像をラインセンサーＬＳに結像する機能を有している。ラインセンサーＬＳの主走査方向の長さは６６．０８ｍｍ、読み取る画像の大きさ幅は主走査方向に３００ｍｍ、副走査方向に±０．５ｍｍである。各オフアキシャル反射面Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５は前記ラインセンサーＬＳのセンサーが配列されている方向（Ｘ方向）のラインと垂直な方向（Ｙ方向）の断面すなわち副走査断面（ＹＺ断面）内で光路を折り曲げる構成をとっている。この様な構成にすることにより、各反射面の間隔を短縮することができコンパクトで、かつ、偏心誤差に強くなる光学系を得ている。また、中間結像面を構成すれば反射面の有効径を抑えることができるが、リレー系を有するために光路長が長くなるか、各反射面のパワーが強くなり偏心誤差が弱くなる傾向となる。本実施形態では物体面Ｏの短辺方向の長さが小さいために中間結像面を構成しなくても反射面の大きさはあまり大きくならず、面間隔を小さく構成することができる。以下、本実施形態に用いられる反射光学系の構成データ２を示す。
（構成データ２）

図５に示されるように、原稿面Ｏから反射面Ｒ１に向かう光路と反射面Ｒ２から絞りＲ３に向かう光路で交差している。この様に光路が交差することにより、光線をけること無しに反射面の法線と基準軸のなす角を小さく抑えることができる。反射面の法線と基準軸のなす角が小さいほうが収差は取りやすく必要となる反射面数が少なくてすむ。本発明のように広画角な光学系の場合、絞りから物体面側の方が光学系は大きくなり、絞りから物体面側の反射面数を抑えたほうがよりコンパクトに成る。それ故、絞りより前側で光路を交差させ、絞りより物体側における必要な反射面数を削減したほうが好ましい。光路を交差させるためには、面間隔を大きく取る必要がある。反射面の間隔が大きい場合、面の傾き誤差による光線の位置ずれが大きくなる。この位置ずれは傾く面の光学的パワーが大きければ大きいほどその影響は大きい。つまり、各面の光学的パワーと次の面までの間隔の積を指標とし、この値をある値より小さくすれば、面の傾き誤差に強くなる。主走査方向と垂直な面内（副走査断面内）のパワーＰとし、その面から次の光学面との基準軸に沿った間隔をＳとしたとき、それらの積｜Ｐ｜Ｓを各面で計算すると以下のようになる。

R1 |P|S=0.00506534×14=0.070915
R2 |P|S=0.00936854×35.5697=0.333236
R4 |P|S=0.00833666×14.9985=0.125037
（面Ｒ５は次の光学面が存在しないので該当せず。）
実施形態１では、すべての面で｜Ｐ｜Ｓが０．５以下になっている。｜Ｐ｜Ｓが０．５以上なら、少しの面の傾き誤差により性能が大きく崩れてしまい表面反射面を精度良く保持しなければならない。

図６は図５の実施形態１の反射光学系２を用いてカラー画像又はモノクロ画像を読み取る原稿読取装置を構成した実施形態の要部断面図である。本実施形態の画像読取装置が画像情報としてカラー画像を対象とするときは図１６で示したセンサーＬＳを用いている。図中、Ｌは光源、ＣＧは原稿台ガラス、Ｍ１〜Ｍ３は第１〜３反射ミラー，２は反射光学系、ＬＳはＣＣＤ等で構成されるラインセンサー、Ｃはキヤリッジ（筐体）である。原稿台ガラスＣＧの上に載置された原稿ＯをミラーＭ１〜Ｍ３を介して反射光学系２によりラインセンサーＬＳ上に結像して原稿Ｏの１ラインを読み取ることができる。原稿読取装置をコンパクトに構成するために第１〜３反射ミラーＭ１〜Ｍ３により光路を折り畳んでいる。反射光学系２は表面反射面で構成されるため色収差は発生せず、高角化することが可能になる。よって光学系から原稿までの距離を短縮することになり、キヤリッジ一体型光学系の原稿読取装置を３枚の平面ミラーと反射光学系から成る少ない光学部品で構成することができる。このキヤリッジ一体型光学系はラインセンサーＬＳのライン方向（Ｘ方向）に垂直な方向すなわち副走査方向に原稿ＯとキヤリッジＣとを相対的に走査することによって原稿Ｏ面を２次元的に読み取っている。

図７はラインセンサーＬＳ上の横収差を図８はディストーションを表している。ただし、図８については副走査方向の像は極端に狭いので主走査方向の縮尺に対して５０倍拡大して表示している。この様に高画角にもかかわらず十分な性能が確保できている。本実施形態では回転非対称反射面はある平面に対して対称な形状であるが、これに限った事ではない。また反射光学系の面数や配置等に限定されない。

（参考例２）
図９は本発明の反射光学系の参考例２の要部断面図である。本参考例は反射光学系３によって原稿面Ｏ上の画像情報をラインセンサーＬＳ上に結像する場合を示している。図９において反射光学系３は原稿面Ｏからの光線の通過順に、反射面Ｒ１、反射面Ｒ２、反射面Ｒ３、絞りＲ４、反射面Ｒ５、反射面Ｒ６の５つの反射面で構成され、原稿面Ｏ上の画像をラインセンサーＬＳに結像する機能を有している。ラインセンサーＬＳの長さは６６．０８ｍｍ、読み取る画像の大きさ幅は主走査方向に３００ｍｍ、副走査方向に±０．５ｍｍである。各オフアキシャル反射面Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６は前記ラインセンサーＬＳのセンサーが配列されている方向（Ｘ方向）のラインと垂直な方向（Ｙ方向）の断面すなわち副走査断面（ＹＺ断面）内で光路を折り曲げる構成をとっている。この様な構成にすることにより、各反射面の間隔を短縮することができコンパクトで、かつ、偏心誤差に強くなる光学系を得ている。また、中間結像面を構成すれば反射面の有効径を抑えることができるが、リレー系を有するために光路長が長くなるか、各反射面のパワーが強くなり偏心誤差が弱くなる傾向となる。本参考例では物体面Ｏの短辺方向の長さが小さいために中間結像面を構成しなくても反射面の大きさはあまり大きくならず、面間隔を小さく構成することができる。以下、本参考例に用いられる反射光学系の構成データ３を示す。
（構成データ３）

図９に示されるように、原稿面Ｏから反射面Ｒ１に向かう光路と反射面Ｒ２から反射面Ｒ３に向かう光路、原稿面Ｏから反射面Ｒ１に向かう光路と反射面Ｒ３から絞りＲ４に向かう光路で交差している。更に反射面Ｒ１から反射面Ｒ２に向かう光路と反射面Ｒ３から絞りＲ４に向かう光路の以上３箇所で交差している。この様に光路が複数位置で交差することにより、光線をけること無しに反射面の法線と基準軸のなす角を小さく抑えることができる。反射面の法線と基準軸のなす角が小さいほうが収差は取りやすく必要となる反射面数が少なくてすむ。本発明のように広画角な光学系の場合、絞りから物体面側の方が光学系は大きくなり、絞りから物体面側の反射面数を抑えたほうがよりコンパクトに成る。それ故、絞りより前側で光路を交差させ、絞りより物体側における必要な反射面数を削減したほうが好ましい。光路を交差させるためには、面間隔を大きく取る必要がある。反射面間の間隔が大きい場合、面の傾き誤差による光線の位置ずれが大きくなる。この位置ずれは傾く面の光学的パワーが大きければ大きいほどその影響は大きい。つまり、各面の光学的パワーと次の面までの間隔の積を指標とし、この値をある値より小さくすれば、面の傾き誤差に強くなる。主走査方向と垂直な面内（副走査断面内）のパワーＰとし、その面から次の光学面との基準軸に沿った間隔をＳとしたとき、それらの積｜Ｐ｜Ｓを各面で計算すると以下のようになる。
R1 |P|S=0.00802038×12=0.0962445
R2 |P|S=0.00502248×15=0.0753372
R3 |P|S=0.00410259×30=0.123078
R5 |P|S=0.0165277×13=0.21486
（面Ｒ６は次の光学面が存在しないので該当せず。）
参考例２では、すべての面で｜Ｐ｜Ｓが０．５以下になっている。｜Ｐ｜Ｓが０．５以上なら、少しの面の傾き誤差により性能が大きく崩れてしまい表面反射面を精度良く保持しなければならない。

図１０は図９の参考例２の反射光学系３を用いてカラー画像又はモノクロ画像を読み取る原稿読取装置を構成した本参考例の要部断面図である。本参考例の画像読取装置が画像情報としてカラー画像を対象とするときは図１６で示したセンサーＬＳを用いている。図中、Ｌは光源、ＣＧは原稿台ガラス、Ｍ１〜Ｍ３は第１〜３反射ミラー，３は反射光学系、ＬＳはＣＣＤ等で構成されるラインセンサー、Ｃはキヤリッジ（筐体）である。原稿台ガラスＣＧの上に載置された原稿ＯをミラーＭ１〜Ｍ３を介して反射光学系３によりラインセンサーＬＳ上に結像して原稿Ｏの１ラインの画像情報を読み取ることができる。原稿読取装置をコンパクトに構成するために第１〜３反射ミラーＭ１〜Ｍ３により光路を折り畳んでいる。反射光学系３は表面反射面で構成されるため色収差は発生せず、高角化することが可能になる。よって光学系から原稿までの距離を短縮することになり、キヤリッジ一体型光学系の原稿読取装置を３枚の平面ミラーと反射光学系から成る少ない光学部品で構成することができる。このキヤリッジ一体型光学系はラインセンサーのライン方向（Ｘ方向）に垂直な方向すなわち副走査方向に原稿ＯとキヤリッジＣとを相対的に走査することによって原稿Ｏ面を２次元的に読み取っている。

図１１はラインセンサーＬＳ上の横収差を図１２はディストーションを表している。ただし、図１２については副走査方向の像は極端に狭いので主走査方向の縮尺に対して５０倍拡大して表示している。この様に高画角にもかかわらず十分な性能が確保できている。本参考例では回転非対称反射面はある平面に対して対称な形状であるが、これに限った事ではない。また反射光学系の面数や配置等に限定されない。なおカラー複写機、モノクロの複写機、イメージスキャナーについては本発明の反射光学系が適用可能である。

実施形態１によれば、カラー及びモノクロの画像情報をライセンサー及び反射光学系（結像光学系）により読み取る画像読取装置において前記の反射光学系を複数の曲率を有するオフアキシャル反射面から成る結像光学素子で構成している。これによってカラー画像のときは色ズレがない高精細の画像読み取りできると同時にコンパクトな構成によりキヤリッジ一体型光学系を実現している。

Ｒｉ，Ｒｍ，ｎ 面 Ｄｉ 基準軸に沿った面間隔 Ｎｄｉ 屈折率
νｄｉ アッベ数 θ 反射面の法線と基準軸のなす角度
ξ 基準軸の偏向角１，２，３ 反射光学系 ４ 従来の読み取り光学系
Ｂ 副走査モーターＣ キャリッジ ＣＧ 原稿台ガラス
ＬＳ ラインセンサー Ｌ 照明光源 Ｍ１〜３ 反射ミラー Ｏ 原稿

Claims (3)

1. 主走査方向の長さをＡ（ｍｍ）、副走査方向の長さをＢ（ｍｍ）としたとき、原稿面のＡ／Ｂ＞１０を満たす領域の画像情報をラインセンサーの結像面上に結像させる画像読取装置に用いられる結像光学系であって、
   前記結像光学系は、前記原稿面から順に、第一のオフアキシャル反射面、第二のオフアキシャル反射面、第三のオフアキシャル反射面、第四のオフアキシャル反射面が配置された４つのオフアキシャル反射面から構成されており、かつ、
   前記第二のオフアキシャル反射面と前記第三のオフアキシャル反射面の間の光路中に絞りが配置され、かつ、
   副走査断面内において、前記原稿面から前記第一のオフアキシャル反射面に向う光線の光路と前記第二のオフアキシャル反射面から前記絞りに光線に向う光路が交差しており、かつ、
   副走査断面内において、前記絞りから前記第三のオフアキシャル反射面に向う光線の光路と前記第四のオフアキシャル反射面から前記結像面に向う光線の光路が交差しておらず、かつ、
   前記画像情報は、中間結像せずに前記ラインセンサーの結像面上に結像されており、かつ、
   前記オフアキシャル反射面の副走査断面のパワーをＰ（ｍｍ^−１）、前記オフアキシャル反射面から次のオフアキシャル反射面までの基準軸に沿った間隔をＳ（ｍｍ）とするとき、
   ｜Ｐ｜×Ｓ＜０．５
   の条件式を満たすことを特徴とする結像光学系。
   但し、前記条件式は、前記第四のオフアキシャル反射面を除く、前記第一のオフアキシャル反射面、前記第二のオフアキシャル反射面、前記第三のオフアキシャル反射面が満たす
2. 前記全てのオフアキシャル反射面の主走査方向のパワーは、正であることを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. 請求項１又は２に記載の結像光学系と、前記ラインセンサーと、前記原稿面を照明する光源と、有することを特徴とする画像読取装置。