JP6179800B2 - 画像読取レンズ、画像読取装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
上述した画像読取レンズにおいては、一般に、像面において高空間周波数領域での高いコントラストおよび画角周辺部まで100%近くの開口効率がが要求される。さらに、カラー原稿を良好に読み取るためには、受光面上で赤、緑および青の各色の結像位置を光軸方向に合致させる必要があり、各色の色収差を極めて良好に補正しなければならない。
これに対して特許文献1(特許第3939908号公報)には、ガウス型の画像読取レンズと比較してレンズ構成枚数が少なく、ガウス型と同等以上の性能を有する3枚〜5枚構成の画像読取レンズが開示されている。
すなわち、特許文献1に記載された画像読取レンズにおいては、レンズ構成枚数を最小で3枚とし、最も像側に配置されるレンズのパワーを負とし且つ当該レンズを像面近傍に配置する構成により、諸収差の補正を容易にして、高性能を実現することができる光学系を達成している。
しかしながら、特許文献1には、大きくても45°程度までの画角のレンズの例しか示されていない。すなわち、この特許文献1においては、近年における画像読取装置の小型化と画像読み取りの高速化に伴う、画像読取レンズの広画角化および諸収差の補正のさらなる容易化の要求については述べられておらず、56°以上の画角で諸収差を良好に補正することを実現した光学系は存在しない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、56°以上の画角であっても、レンズ枚数がガウス型のものに比して同等以下と少なく、小型を維持し、しかも諸収差を容易に補正することを可能とし、高画質の画像読取レンズを提供することを目的としている。
原稿画像を読み取るための画像読取レンズであって、
物体側に前群レンズ系、像側に後群レンズ系をそれぞれ配置して、
前記前群レンズ系を、それぞれ1枚以上の正レンズおよび負レンズからなる5枚以下のレンズで構成し、
前記後群レンズ系を、1枚の負レンズで構成し、
当該画像読取レンズ全系の画角を56°以上とし、
前記前群レンズ系と前記後群レンズ系との間隔を調整する手段を有し、
前記後群レンズ系の焦点距離をfr、当該画像読取レンズ全系の焦点距離をfとし、
前記前群レンズ系の最も像側のレンズの像側レンズ面の曲率半径をRaとし、
前記後群レンズ系の負レンズの物体側レンズ面の曲率半径をRbとし、前記後群レンズ系の負レンズの像側レンズ面の曲率半径をRc、とし、
前記前群レンズ系と前記後群レンズ系との間の光軸上の距離をdsとし、レンズ全長をDとして、
下記条件式〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕:
〔1〕−1.00 < fr/f < −0.50
〔2〕 1.0 < (Rc+Rb)/(Rc−Rb) < 1.5
〔3〕1.55 < Ra/Rb < 2.8
〔4〕 0.2 < ds/D < 0.6
を共に満足することを特徴としている。
原稿画像を読み取るための画像読取レンズであって、
物体側に前群レンズ系、像側に後群レンズ系をそれぞれ配置して、
前記前群レンズ系を、それぞれ1枚以上の正レンズおよび負レンズからなる5枚以下のレンズで構成し、
前記後群レンズ系を、1枚の負レンズで構成し、
当該画像読取レンズ全系の画角を56°以上とし、
前記前群レンズ系と前記後群レンズ系との間隔を調整する手段を有し、
前記後群レンズ系の焦点距離をfr、当該画像読取レンズ全系の焦点距離をfとし、
前記前群レンズ系の最も像側のレンズの像側レンズ面の曲率半径をRaとし、
前記後群レンズ系の負レンズの物体側レンズ面の曲率半径をRbとし、前記後群レンズ系の負レンズの像側レンズ面の曲率半径をRc、とし、
前記前群レンズ系と前記後群レンズ系との間の光軸上の距離をdsとし、レンズ全長をDとして、
下記条件式〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕:
〔1〕−1.00 < fr/f < −0.50
〔2〕 1.0 < (Rc+Rb)/(Rc−Rb) < 1.5
〔3〕1.55 < Ra/Rb < 2.8
〔4〕 0.2 < ds/D < 0.6
を共に満足することにより、
56°以上の画角を得て、レンズ枚数が、ガウス型のものに比して同等以下と少なく、小型を維持しつつ、良好に諸収差を補正し、高い画像品質が得られる画像読取レンズを提供することができる。
先に述べたように、従来から広く知られているガウス型の画像読取レンズは、比較的大口径で高解像度を実現することができる。しかしながら、ガウス型の画像読取レンズで、近年求められている高性能を実現しようとすると、レンズ構成枚数の増加およびそれに伴う光学系の大型化を避けることができない。そこで、ガウス型の画像読取レンズと比較して、レンズ構成枚数が少なく、3枚〜5枚構成によって、ガウス型と同等またはそれ以上の性能を得ることが可能な画像読取レンズとして、特許文献1等に開示された画像読取レンズがある。
しかしながら、特許文献1には、大きくても45°程度までの画角のレンズの例しか示されていない。すなわち、特許文献1においては、近年における画像読取装置の小型化と画像読み取りの高速化に伴う、画像読取レンズの広画角化および諸収差の補正のさらなる容易化の要求については述べられておらず、56°以上の画角を得てしかも諸収差を良好に補正することについては、検討されていない。
すなわち、画角が56°以上のレンズにおいて、レンズ全体を6枚以下のレンズで構成し、前群レンズ系と後群レンズ系との間での効果的なレンズ性能の調整を可能として、小型で高性能な画像読取レンズを得ることを可能としている。特に、このように画角が56°以上と広い画角を持つレンズでは、各レンズが担う収差補正量が大きく、上述した条件を満足することによって、前群レンズ系と後群レンズ系との間での効果的なレンズ性能の調整が可能となる。
さらに、上述した構成においては、後群レンズ系である最も像側の最終レンズに負レンズを用いることで小型化を実現している。最終レンズを負レンズとすることで物体距離を長めにとり、像距離を短くしている。このようにすることによって、ミラー等の配置についての制約が減り、画像読取装置全体としての小型化も可能となる。後述する画像読取レンズの構成を示す複数の実施例(実施例1〜実施例3)においては、後群レンズ系の負レンズの像側レンズ面から像面までの光軸上の距離であるバックフォーカスをBFとし、レンズ全長をDとしたときのBF/Dの値は、0.13〜0.21となる。
さらに、上述した画像読取用レンズは、次の条件式〔1〕を満足させることにより、前群レンズ系と後群レンズ系との間隔の調整による焦点距離の変動を小さくして、共役長の変化を抑えることが可能となり、画像読取レンズのさらなる小型化を図り、当該画像読取レンズを用いた画像読取装置全体を小型に構成することが可能となる。
ここで、frは後群レンズ系の焦点距離を、fは画像読取レンズ全系の焦点距離をそれぞれあらわしている。
条件式〔1〕は、画像読取レンズ全系の焦点距離と後群レンズ系の焦点距離との比率を規定するものである。
条件式〔1〕において、fr/fが条件式〔1〕の上限値以上となると、前群レンズ系と後群レンズ系の間隔の変化による焦点距離の変動が大きくなり過ぎてしまい、調整が困難となる。fr/fが条件式〔1〕の下限値以下となると、後群レンズ系の負レンズが担うパワーが全体に対して小さくなり過ぎてしまい、画角56°以上の広い画角のレンズにおいて良好な収差補正を行うことが困難となる。
なお、共役長の変動を抑制することは、光学系を小型化する上で重要である。特に、小型を意図して画角が広いレンズの場合には、上述した構成において条件式〔1〕を満足することにより、前群レンズ系と後群レンズ系の間隔による調整時に、焦点距離の変動を小さく抑えることができ、共役長の変動が小さく、小型を維持しつつ高い画質を得ることが可能となる。
〔2〕 1.0 < (Rc+Rb)/(Rc−Rb) < 1.5
〔3〕 1.55 < Ra/Rb < 2.8
ここで、Raは前群レンズ系の最も像側のレンズの像側レンズ面の曲率半径を、Rbは後群レンズ系の負レンズの物体側レンズ面の曲率半径を、Rcは後群レンズ系の負レンズの像側レンズ面の曲率半径をそれぞれあらわしている。
条件式〔2〕は、画像読取レンズの後群レンズ系の負レンズのレンズ形状を規定するものであり、条件式〔3〕は、前群レンズ系の最も像側のレンズの像側レンズ面の曲率半径と後群レンズ系の負レンズの物体側レンズ面の曲率半径との比率を規定するものである。
条件式〔2〕において、(Rc+Rb)/(Rc−Rb)が条件式〔2〕の上限値以上となると、後群レンズ系の負レンズの物体側のレンズ面と前群レンズ系の最も像側のレンズ面との曲率が近くなり過ぎて、軸外のメリディオナル光線の変動が小さくなり、前群レンズ系と後群レンズ系の間隔により像面の倒れの補正を行うことが困難となる。
また、条件式〔3〕において、Ra/Rbを条件式〔3〕の下限値と上限値で挟まれる範囲内とすることにより、前群レンズ系と後群レンズ系との間隔による調整において良好な像面の変動量を得ることが可能となる。
すなわち、上述した構成の画像読取レンズにおいて、後群レンズ系の負レンズの形状および前群レンズ系の最も像側のレンズの像側レンズ面と後群レンズ系の負レンズの物体側レンズ面との関係が条件式〔2〕および条件式〔3〕を満足することによって、前群レンズ系と後群レンズ系との間隔の調整により、軸外の像面の良好な変動量を得ることができ、前群レンズ系と後群レンズ系との間隔の調整により、像面を合わせることができて、高い画質を得ることが可能となる。
さらに、本発明に係る画像読取レンズは、次の条件式〔4〕を満足することにより、さらなる小型化を図ることが可能となる(請求項1に対応する)。
ここで、dsは前群レンズ系と後群レンズ系との間の光軸上の距離を、Dはレンズ全長を、それぞれあらわしている。
条件式〔4〕は、画像読取レンズの全長に対する前群レンズ系と後群レンズ系の間の光軸上の距離の大きさを規定するものである。
条件式〔4〕において、ds/Dが条件式〔4〕の上限値以上となると、画像読取レンズの全長が増加するため大型化してしまう。ds/Dが条件式〔4〕の下限値以下となると、前群レンズ系の径が大きくなって、画像読取レンズの大型化を招き、コストアップが生じてしまう。
さらに、本発明に係る画像読取レンズは、次の条件式〔5〕を満足することにより、さらに良好な軸外収差補正を実現することが可能となる(請求項2に対応する)。
〔5〕 0.12 < (φb−φa)/2ds <0.28
ここで、φaは前群レンズ系の最も像側のレンズの像側レンズ面の有効径を、φbは後群レンズ系の負レンズの物体側レンズ面の有効径を、dsは前群レンズ系と後群レンズ系との間の光軸上の距離を、それぞれあらわしている。
条件式〔5〕において、(φb−φa)/2dsが条件式〔5〕の範囲を外れると、後群レンズ系の負レンズの物体側レンズ面および像側レンズ面で軸外光線の急激な曲がりを生じてしまい、良好な収差補正を実現することが困難となる。
またさらに、本発明に係る画像読取レンズは、後群レンズ系を構成する負レンズの少なくとも一方の面は、非球面であることが望ましい(請求項3に対応する)。このように後群レンズ系を構成する負レンズの少なくとも一方の面を非球面とすることにより、歪曲収差、つまりディストーションによる画像の歪曲を効果的に補正することが可能となる。
さらに、本発明に係る画像読取レンズは、前群レンズ系を構成する複数のレンズの少なくとも1つの面は、非球面であることが望ましい(請求項4に対応する)。前群レンズ系を構成する複数のレンズの少なくとも1つの面を非球面とすることにより、一層効果的に収差を補正することが可能となる。
また、本発明に係る画像読取レンズは、撮像素子を構成する受光素子アレイが像面に配置されるため、後群レンズ系を構成する負レンズの外形形状を、光軸に対して回転対称でない形状としても良く(請求項5に対応する)、さらには副走査方向よりも主走査方向に長い短冊形または小判形等の形状とすることが望ましい(請求項6に対応する)。
もちろん、後群レンズ系を構成する負レンズの外形形状を光軸に対して回転対称とすることもできる。また、この場合、撮像素子としてエリアセンサを用いて画像の全画面を同時に読み取る構成とすることもできる。
さらに、後述の本発明の第8の実施の形態および第9の実施の形態に係る画像読取装置においては、原稿を照明する照明系と、前記照明系により照明された原稿の反射光を縮小結像させる結像レンズと、前記結像レンズにより結像された原稿像を光電変換する撮像素子と、を有する画像読取装置に、前記結像レンズとして上述した画像読取レンズを用いることにより、小型で、温度変化に伴う画像読取精度の低下を効果的に補正し得る高性能な画像読取装置とすることが可能となる(請求項7に対応する)。
次に、本発明の複数の実施の形態につき順次詳細に説明する。第1の実施の形態〜第4の実施の形態は、本発明に係る画像読取レンズの前群レンズ系と後群レンズ系との間隔の調整機構についての実施の形態である。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る画像読取レンズの前群レンズ系と後群レンズ系との間隔の調整機構を示す調整機構図であり、図2は、本発明の第2の実施の形態に係る画像読取レンズの前群レンズ系と後群レンズ系との間隔の調整機構を示す調整機構図であり、図3は、本発明の第3の実施の形態に係る画像読取レンズの前群レンズ系と後群レンズ系との間隔の調整機構を示す調整機構図であり、そして図4は、本発明の第4の実施の形態に係る画像読取レンズの前群レンズ系と後群レンズ系との間隔の調整機構を示す調整機構図である。
これら第1の実施の形態〜第4の実施の形態は、前群レンズ系と後群レンズ系との間隔の調整機構の構成を例示するものである。
図1に示す画像読取レンズは、前群レンズ系GF1、後群レンズ系GR1および調整部材SPを具備している。
特に上述のように画角が56°以上と広い画角を持つレンズにおいては、各レンズが担う収差補正量が大きく、上述した条件を満足することによって、前群レンズ系GF1と後群レンズ系GR1との間隔による調整が可能となる。
前群レンズ系GF1と後群レンズ系GR1は、共通の保持部材により保持するようにしてもよいし、前群レンズ系GF1を保持する前群保持手段と、後群レンズ系GR1を保持する後群保持手段と、それらの保時手段を一体的に連結する連結手段とを設ける構成としてもよい。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る画像読取レンズの上方から見た概念的な構成を模式的に示している。
図2に示す画像読取レンズは、前群レンズ系GF2、後群レンズ系GR2およびベース部材MB1を具備している。
すなわち、第1の実施の形態の場合と同様に、画像読取レンズは、56°以上の画角を有する構成とすべく、物体側に前群レンズ系GF2を、像側に後群レンズ系GR2をそれぞれ配置し、前群レンズ系GF2は、それぞれ1枚以上の正レンズおよび負レンズからなる5枚以下のレンズで構成し、後群レンズ系GR2は、1枚の負レンズで構成し、レンズ全体として6枚以下のレンズからなるとともに、前群レンズ系GF2と後群レンズ系GR2との間の間隔の変化による焦点距離の変化を小さく、且つ像面の変化を大きく構成するすることで、前群レンズ系GF2と後群レンズ系GR2との間隔での調整を可能として、小型で高性能な画像読取レンズとする。
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る画像読取レンズの上方から見た概念的な構成を模式的に示している。
図3に示す画像読取レンズは、前群レンズ系GF3、後群レンズ系GR3、スライドベースSBおよびベース部材MB2を具備している。
すなわち、画像読取レンズは、56°以上の画角を有する構成とすべく、物体側に前群レンズ系GF3を、像側に後群レンズ系GR3をそれぞれ配置し、前群レンズ系GF3は、それぞれ1枚以上の正レンズおよび負レンズからなる5枚以下のレンズで構成し、後群レンズ系GR3は、1枚の負レンズで構成し、レンズ全体として6枚以下のレンズからなるとともに、前群レンズ系GF3と後群レンズ系GR3との間の間隔の変化による焦点距離の変化を小さく、且つ像面の変化を大きく構成するすることで、前群レンズ系GF3と後群レンズ系GR3との間隔での調整を可能として、小型で高性能な画像読取レンズとする。
図3に示す第3の実施の形態に係る画像読取レンズにおいては、前群レンズ系GF3と、後群レンズ系GR3とを、一体的に支持連結する連結手段として、これらに共通の支持部材としてのベース部材MB2を設ける。
なお、図3においては、前群レンズ系GF3をベース部材MB2に固定し、後群レンズ系GR3をスライドベースSBを介してベース部材MB2に対し位置調整する構成としたが、例えば、後群レンズ系GR3をベース部材MB2に固定し、前群レンズ系GF3をスライドベースを介してベース部材MB2に対し位置調整する構成とするなどしてもよい。
図4は、本発明の第4の実施の形態に係る画像読取レンズの概念的な構成を模式的に示している。
図4に示す画像読取レンズは、前群レンズ系GF4、後群レンズ系GR4、前群接着突起PFおよび後群接着突起PRを具備している。
すなわち、画像読取レンズは、56°以上の画角を有する構成とすべく、物体側に前群レンズ系GF4を、像側に後群レンズ系GR4をそれぞれ配置し、前群レンズ系GF4は、それぞれ1枚以上の正レンズおよび負レンズからなる5枚以下のレンズで構成し、後群レンズ系GR4は、1枚の負レンズで構成し、レンズ全体として6枚以下のレンズからなるとともに、前群レンズ系GF4と後群レンズ系GR4との間の間隔の変化による焦点距離の変化を小さく、且つ像面の変化を大きく構成するすることで、前群レンズ系GF4と後群レンズ系GR4との間隔での調整を可能として、小型で高性能な画像読取レンズとする。
前群レンズ系GF4と、後群レンズ系GR4との間隔を調整設定して、前群接着突起PFと後群接着突起PRとを図4に示すように相互に接着し連結保持することによって、前群レンズ系GF4と後群レンズ系GR4との相互間隔を調整固定することができる。
また、先に述べたように、前群レンズ系と後群レンズ系とを、相互間隔の調整と同時に光軸に対して回転調整可能とすれば、前群レンズ系を後群レンズ系に対して回転させることによって、偏心等による像面の傾きを補正することも可能となる。
次に、本発明の第5の実施の形態に基づく、画像読取レンズの具体的な実施例(数値実施例。以下同じ)を詳細に説明する。
実施例1〜実施例3は、本発明の第5の実施の形態〜第7の実施の形態に係る画像読取レンズの数値例による具体的な構成の実施例である。図5および図6は、本発明の第5の実施の形態であって且つ実施例1における画像読取レンズを説明するためのものであり、図7および図8は、本発明の第6の実施の形態であって且つ実施例2における画像読取レンズを説明するためのものであり、そして図9および図10は、本発明の第7の実施の形態であって且つ実施例3における画像読取レンズを説明するためのものである。
これら実施例1〜実施例3における収差は、充分に補正されている。すなわち、本発明に係る第5の実施の形態〜第7の実施の形態のように画像読取レンズを構成することによって、非常に良好な像性能を確保し得ることは、これら実施例1〜実施例3から明らかである。
これら実施例1〜実施例3に共通の記号の意味は、次の通りである。
Y′:像高
r:曲率半径
d:面間隔
ne:e線の屈折率
νe:e線のアッベ数
φ:光学面の有効径
K:非球面の円錐定数
A4:4次の非球面係数
A6:6次の非球面係数
A8:8次の非球面係数
A10:10次の非球面係数
ここで用いられる非球面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)をC、光軸からの高さをH、そして円錐定数をKとし、上述した各次数の非球面係数を用い、Xを光軸方向における非球面量として、次の式〔6〕で定義され、近軸曲率半径および円錐定数、並びに非球面係数を与えて形状を特定する。
図5に示す画像読取レンズは、第1レンズE1、第2レンズE2、第3レンズE3、第4レンズE4、第5レンズE5、第6レンズE6、開口絞りAD、コンタクトガラスCTGおよびカバーガラスCVGを具備している。
図5において、画像読取レンズの光学系を構成する各光学要素は、被写体である画像原稿側、すなわち物体側から像面側へ向かって、順次、コンタクトガラスCTG、第1レンズE1、第2レンズE2、開口絞りAD、第3レンズE3、第4レンズE4、第5レンズE5、第6レンズE6、そしてカバーガラスCVGを配置している。
コンタクトガラスCTGは、原稿載置ガラス等として、その表面に画像原稿が密着配置される一般に平行平板からなるガラスである。
第1レンズE1は、像側よりも曲率が大きな凸面(すなわち曲率半径が小さな面)を物体側に向けた両凸レンズからなる正レンズであり、その物体側に非球面を形成しており、第2レンズE2は、物体側よりも曲率が大きな凹面を像側に向けた両凹レンズからなる負レンズである。これら第1レンズE1と第2レンズE2の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
第3レンズE3は、凹面を物体側に向けた負メニスカスレンズである。
第4レンズE4は、物体側よりも曲率が大きな凸面を像側に向けた両凸レンズからなる正レンズであり、第5レンズE5は、凹面を物体側に向けた負メニスカスレンズである。これら第4レンズE4と第5レンズE5の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
これら第1レンズE1、第2レンズE2、開口絞りAD、第3レンズE3、第4レンズE4および第5レンズE5により、前群レンズ系Gfを構成している。
第6レンズE6は、凹面を物体側に向けた負メニスカスレンズであり、その物体側と像側の両側に非球面を形成していて、この第6レンズE6単体で後群レンズ系Grを構成している。
カバーガラスCVGは、当該画像読取レンズにより結像された原稿画像の光学像を撮像して電子的な画像データを得るCCD(電荷結合素子)イメージセンサやCMOS(相補型金属酸化物半導体)イメージセンサのような固体撮像素子の撮像面を保護するための一般に平行平板からなるシールガラスであり、光学ローパスフィルタ・赤外カットフィルタ等の各種光学フィルタや、それに代わるダミーガラスを用いる場合には、それらもこのカバーガラスCVGに含まれるものとする。
図5には、各光学面の面番号も示している。なお、図5に対する各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、実施例1〜実施例3の対応する部分について共通に用いており、そのため、図7および図9と共通の参照符号を付していてもそれらに対応する実施例2および実施例3とはかならずしも同一の構成ではない。
この実施例1においては、F値(Fナンバ)F、画角(全画角)ωおよび像高Y′が、それぞれ、F=F5.00、ω=59.07°およびY′=152.4であり、各光学要素の光学特性は、次表の通りである。なお次表1において、コンタクトガラスをCTG、開口絞りをAD、カバーガラスをCVG、前群レンズ系をGf、後群レンズ系をGr、第1レンズをE1、第2レンズをE2、第3レンズをE3、第4レンズをE4、第5レンズをE5そして第6レンズをE6として示しており、BFはバックフォーカスをあらわしている。
図7は、本発明の第6の実施の形態であって且つ実施例2の画像読取レンズの光学系の縦断面の概念的な構成を示している。
図7に示す画像読取レンズは、第1レンズE1、第2レンズE2、第3レンズE3、第4レンズE4、第5レンズE5、第6レンズE6、開口絞りAD、コンタクトガラスCTGおよびカバーガラスCVGを具備している。
図7において、画像読取レンズの光学系を構成する各光学要素は、被写体である画像原稿側、すなわち物体側から像面側へ向かって、順次、コンタクトガラスCTG、第1レンズE1、第2レンズE2、開口絞りAD、第3レンズE3、第4レンズE4、第5レンズE5、第6レンズE6、そしてカバーガラスCVGを配置している。
コンタクトガラスCTGは、原稿載置ガラス等として、その表面に画像原稿が密着配置される一般に透明な平行平板からなるガラスである。
第1レンズE1は、像側よりも曲率が大きな凸面を物体側に向けた両凸レンズからなる正レンズであり、その物体側に非球面を形成しており、第2レンズE2は、物体側よりも曲率が大きな凹面を像側に向けた両凹レンズからなる負レンズである。これら第1レンズE1と第2レンズE2の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
第3レンズE3は、物体側より曲率が大きな凹面を像側に向けた両凹レンズからなる負レンズである。
第4レンズE4は、物体側よりも曲率が大きな凸面を像側に向けた両凸レンズからなる正レンズであり、第5レンズE5は、凹面を物体側に向けた負メニスカスレンズである。これら第4レンズE4と第5レンズE5の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
これら第1レンズE1、第2レンズE2、開口絞りAD、第3レンズE3、第4レンズE4および第5レンズE5により、前群レンズ系Gfを構成している。
第6レンズE6は、凹面を物体側に向けた負メニスカスレンズであり、その物体側と像側の両側に非球面を形成していて、この第6レンズE6単体で後群レンズ系Grを構成している。
カバーガラスCVGは、当該画像読取レンズにより結像された原稿画像の光学像を撮像して電子的な画像データを得るCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサのような固体撮像素子の撮像面を保護するための一般に平行平板からなるシールガラスであり、光学ローパスフィルタ・赤外カットフィルタ等の各種光学フィルタや、それに代わるダミーガラスを用いる場合には、それらもこのカバーガラスCVGに含まれるものとする。
この実施例2においては、F値F、画角(全画角)ωおよび像高Y′が、それぞれ、F=F5.00、ω=59.15°およびY′=152.4であり、各光学要素の光学特性は、次表4の通りである。なお次表4において、コンタクトガラスをCTG、開口絞りをAD、カバーガラスをCVG、前群レンズ系をGf、後群レンズ系をGr、第1レンズをE1、第2レンズをE2、第3レンズをE3、第4レンズをE4、第5レンズをE5そして第6レンズをE6として示しており、BFはバックフォーカスをあらわしている。
図9は、本発明の第7の実施の形態であって実施例3の画像読取レンズの光学系の縦断面の概念的な構成を模式的に示している。
図9に示す画像読取レンズは、第1レンズE1、第2レンズE2、第3レンズE3、第4レンズE4、第5レンズE5、第6レンズE6、開口絞りAD、コンタクトガラスCTGおよびカバーガラスCVGを具備している。
図9において、画像読取レンズの光学系を構成する各光学要素は、被写体である画像原稿側、すなわち物体側から像面側へ向かって、順次、コンタクトガラスCTG、第1レンズE1、第2レンズE2、開口絞りAD、第3レンズE3、第4レンズE4、第5レンズE5、第6レンズE6、そしてカバーガラスCVGを配置している。
コンタクトガラスCTGは、原稿載置ガラス等として、その表面に画像原稿が密着配置される一般に平行平板からなるガラスである。
第1レンズE1は、凹面を像側に向けた負メニスカスレンズであり、その物体側に非球面を形成しており、第2レンズE2は、凹面を像側に向けた正メニスカスレンズである。これら第1レンズE1と第2レンズE2の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
第3レンズE3は、物体側より曲率が大きな凹面を像側に向けた両凹レンズからなる負レンズであり、第4レンズE4は、像側よりも曲率が大きな凸面を物体側に向けた両凸レンズからなる正レンズであり、第5レンズE5は、凹面を物体側に向けた正メニスカスレンズである。これら第3レンズE3と第4レンズE4と第5レンズE5の3枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、3枚接合からなる接合レンズを形成している。
これら第1レンズE1、第2レンズE2、開口絞りAD、第3レンズE3、第4レンズE4および第5レンズE5により、前群レンズ系Gfを構成している。
第6レンズE6は、凹面を物体側に向けた負メニスカスレンズであり、その物体側と像側の両側に非球面を形成していて、この第6レンズE6単体で後群レンズ系Grを構成している。この第7の実施の形態であって実施例3に係る画像読取レンズは、第3レンズE3が第4レンズE4と接合されている点で、実施例1および実施例2とは、構成を異にしている。
すなわち、第1レンズE1〜第5レンズE5からなる前群レンズ系Gfと、第6レンズE6からなる後群レンズ系Grとから、画像読取レンズ本体を構成しており、コンタクトガラスCTG上に密着載置された撮像対象の物体である画像原稿の光学像をカバーガラスCVGの後方に結像する。
この実施例3においては、F値F、画角(全画角)ωおよび像高Y′が、それぞれ、F=F5.00、ω=59.64°およびY′=152.4であり、各光学要素の光学特性は、次表7の通りである。なお次表7において、コンタクトガラスをCTG、開口絞りをAD、カバーガラスをCVG、前群レンズ系をGf、後群レンズ系をGr、第1レンズをE1、第2レンズをE2、第3レンズをE3、第4レンズをE4、第5レンズをE5そして第6レンズをE6として示しており、BFはバックフォーカスをあらわしている。
次に、上述した本発明の第5の実施の形態〜第7の実施の形態に係る実施例1〜実施例3等のような画像読取レンズを画像読取用の結像レンズとして採用して構成した本発明の第8の実施の形態に係る画像読取装置について説明する。
第8の実施の形態および第9の実施の形態は、本発明の第5の実施の形態〜第7の実施の形態に係る実施例1〜実施例3のような画像読取レンズを画像読取用の結像レンズとして採用して構成したものである。図11は、本発明の第8の実施の形態に係る画像読取装置を説明するためのものであり、そして図12は、本発明の第9の実施の形態に係る画像読取装置を説明するためのものである。
図11は、本発明の第8の実施の形態に係る画像読取装置の縦断面の概念的な構成を模式的に示している。この第8の実施の形態に係る画像読取装置においては、上述した実施例1〜実施例3に係る画像読取レンズを画像読取用の結像レンズとして用いる。
図11に示す画像読取装置100は、コンタクトガラス101、第1走行体103、第2走行体104、画像読取レンズ105およびラインセンサ106を具備している。第1走行体103は、照明光源103a、光源ミラー103bおよび第1ミラー103cを備え、第2走行体104は、第2ミラー104aおよび第3ミラー104bを備えており、ラインセンサ106は、色分解手段として赤(R)、緑(G)および青(B)のフィルタを有し、1チップに3列にライン状に配列して3ラインCCDセンサを構成する光電変換素子106a、106bおよび106cを備えている。画像読取レンズ105は、上述した第1〜第3の実施の形態に係る画像読取レンズを用いて構成する。
照明光源103aは、図11の図面に直交する方向を長手方向とする細長い光源である。この照明光源103aとしては、ハロゲンランプ、Xe(いわゆるキセノン)ランプ、または冷陰極管等の蛍光ランプのような管灯を用いても良く、LED(発光ダイオード)等の点光源を一列に並べたものや、点光源を線光源に変換する導光体を用いた線状光源を用いても良く、あるいは有機EL(エレクトロルミネッセンス)に代表される面発光光源を細長い形状として用いることも可能である。照明光源103aは、第1走行体103が図11の右方向へ移動変位するときに発光するように制御される。この照明光源103aの発光は、やはり図11の図面に直交する方向に長い半筒状の光源ミラー103bによって導光して、コンタクトガラス101上に載置された原稿TDにおける図11の図面に直交する主走査方向に長いスリット状部分を照明する。
第2走行体104は、図11の図面に直交する方向に長く、鏡面を互いに直交的に傾けて対をなす第2ミラー104aおよび第3ミラー104bを保持している。この第2走行体104は、第1走行体103の変位に同期して第2走行体104′として示される位置まで一定の走行速度V/2(すなわち第1走行体103の半分の速度)で変位する。
原稿TDの照明された部分からの反射光(画像による反射光)は、第1走行体103に設けられた第1ミラー103cにより反射された後、第2走行体104に設けられた第2ミラー104a、さらには第3ミラー104bによって順次反射され、画像読取レンズ105に入射し、この画像読取レンズ105によって、撮像素子としてのラインセンサ106のカバーガラスを介してラインセンサ106の撮像面(入力面)上に原稿画像の縮小光学像を結像させる。
すなわち、第1ミラー103c、第2ミラー104aおよび第3ミラー104bは、反射光学系を構成している。第1走行体103および第2走行体104は、図示されていない駆動手段によって、それぞれ矢印方向(図示右方)へ走行させられる。このときの第1走行体103の走行速度をVとすると、第2走行体104の走行速度はV/2であり、第1走行体103が所定量走行する間に第2走行体104は、第1走行体103の移動量の半分だけ移動する。
撮像素子であるラインセンサ106は、それぞれ色分解手段として赤(R)、緑(G)および青(B)のフィルタを持ったライン状の光電変換素子106a、106bおよび106cを、1チップに3列配列させた3ラインCCDセンサであり、原稿TDの照明走査に伴い、原稿画像を画像信号化する。このようにして、原稿TDの読取りが実行され、原稿TDのカラー画像は、赤、緑および青の3原色に色分解して読取られる。
このような画像読取装置100は、画像をフルカラーで読取る装置であって、ラインセンサ116に設けられた赤(R)、緑(G)および青(B)のフィルタからなる色分解手段を画像読取レンズ105の結像光路中に有している。
このように、図11に示した画像読取レンズ105に本発明に係る画像読取レンズを用いることによって、画像読取装置の小型化が可能となる.
また、色分解する手法としては、上述した構成に限らず、画像読取レンズとラインセンサとの間に色分解プリズムやフィルタを選択的に挿入して、赤(R)、緑(G)および青(B)に色分解する構成、または赤(R)、緑(G)および青(B)の光源を順次点灯させて原稿を照明する構成を用いることができる.
すなわち、本発明の第8の実施の形態に係る画像読取装置は、上述した第1の実施の形態〜第7の実施の形態の画像読取レンズを結像レンズとして使用した画像読取装置である。そして、この画像読取装置は、結像レンズによる結像光路内に色分解機能を設けて、原稿情報をフルカラーで読み取るようにしても良い。
なお、画像読取装置としては、コンタクトガラス上の原稿をスリット状に照明する照明手段と、ラインセンサと、原稿の被照明部からラインセンサに至る結像光路を形成する複数のミラーと、結像光路上に配置される画像読取レンズとを一体化して画像読取ユニットを構成し、この画像読取ユニットを駆動手段により原稿に相対的に走行させることにより原稿を読み取り走査するようにした形態の画像読取装置とすることもできる。これが上述した本発明の第9の実施の形態に係る画像読取装置の構成である。
すなわち、上述した本発明の第1〜第7の実施の形態に係る画像読取レンズを画像読取用の結像レンズとして採用して構成した本発明の第9の実施の形態に係る画像読取装置について図12を参照して説明する。
図12は、本発明の第9の実施の形態に係る画像読取装置の縦断面の概念的な構成を模式的に示している。この第9の実施の形態に係る画像読取装置においても、上述した第1の実施の形態〜第7の実施の形態に係る画像読取レンズを画像読取用の結像レンズとして用いる。
図12に示す画像読取装置110は、コンタクトガラス101、画像読取ユニット113、画像読取レンズ114およびラインセンサ115を具備している。
図12において、読み取るべき画像が記載されている読み取り対象としての原稿TDは、原稿台としての平坦な原稿載置ガラスであるコンタクトガラス101上に読み取り面を伏せて平面的に載置される。コンタクトガラス101の下方に配置した画像読取ユニット113は、いずれも図12の図面に直交する方向に長い第1の照明光源113a、第1の光源ミラー113b、第2の照明光源113c、第2の光源ミラー113d、第1ミラー113e、第2ミラー113fおよび第3ミラー113gを保持しており、画像読取レンズ114およびラインセンサ115も、この画像読取ユニット113と一体的に設けられる。
画像読取ユニット113が図12に示す画像読取ユニット113の位置から画像読取ユニット113′として示される位置まで一定速度で移動する間に、原稿TDの照明された部分からの反射光(画像による反射光)は、画像読取ユニット113に設けられた第1ミラー113e、画像読取ユニット113に設けられた第2ミラー113f、さらには画像読取ユニット113に設けられた第3ミラー113gによって順次反射され、画像読取レンズ114に入射し、この画像読取レンズ114によって、撮像素子としてのラインセンサ115のカバーガラスを介してラインセンサ115の撮像面(入力面)上に原稿画像の縮小光学像を結像させる。
すなわち、第1ミラー113e、第2ミラー113fおよび第3ミラー113gは、反射光学系を構成している。画像読取ユニット113は、図示されていない駆動手段によって、図12における図示右方へ走行させられる。
このとき、第1ミラー113e、第2ミラー113f、そして第3ミラー113gの全てが、画像読取ユニット113に一体的に保持されているため、原稿TDの照明走査中における原稿TDの被照明部位から画像読取レンズ114に至る光路長は一定である。
画像読取レンズ114に入射した結像光束は、画像読取レンズ114の結像作用により、撮像素子であるラインセンサ115の受光面に原稿TDの画像を縮小結像する。ラインセンサ115の受光面に結像された画像は、図11において、先に述べた画像読取装置の第8の実施の形態の場合と同様にして電気信号に変換され、原稿情報が読み取られる。
本発明の第10の実施の形態においては、上述した本発明の第8の実施の形態および第9の実施の形態等に示す画像読取装置を用いて、画像形成装置を構成する。このような本発明の第10の実施の形態の画像形成装置について説明する。
図13は、本発明の第10の実施の形態に係る画像形成装置を説明するためのものである。
図13は、本発明の第10の実施の形態に係る画像形成装置の縦断面の概念的な構成を模式的に示している。この画像形成装置においては、上述した第8の実施の形態に係る図11に示した画像読取装置を画像読み取りに用いている。
図13に示す画像形成装置は、画像読取装置100と、画像形成部200とを有している。画像読取装置100は、図11と同様の構成を有しており、図11と同様の部分には同符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。すなわち、画像読取装置100は、コンタクトガラス101、第1走行体103、第2走行体104、画像読取レンズ105およびラインセンサ106を具備している。第1走行体103は、照明光源103a、光源ミラー103bおよび第1ミラー103cを備え、第2走行体104は、第2ミラー104aおよび第3ミラー104bを備えており、ラインセンサ106は、色分解手段として赤(R)、緑(G)および青(B)のフィルタを有し、1チップに3列にライン状に配列して3ラインCCDセンサを構成する光電変換素子106a、106bおよび106cを備えている。画像読取レンズ105は、上述した第5の実施の形態〜第7の実施の形態に係る画像読取レンズを用いて構成する。
また、画像形成部200は、画像読取装置100の下方に位置しており、感光体210、帯電ローラ211、現像装置213、転写ベルト部214、クリーニング装置215、定着装置216、光走査装置217、カセット218、レジストローラ対219、信号処理部220、トレイ221および給紙コロ222を具備している。転写ベルト部214は、転写電圧印加ローラ214aおよび転写ローラ214bを有している。
画像形成部200は、潜像担持体として円筒状に形成された光導電性の感光体210を有し、その周囲に、帯電手段としての帯電ローラ211、ターレット式の現像装置213、転写ベルト部214およびクリーニング装置215を配設している。帯電手段としては帯電ローラ211に代えてコロナチャージャを用いることもできる。
光走査装置217は、信号処理部220から書込み用の信号を受けて光走査により感光体210に書込みを行う。また、光走査装置217は、帯電ローラ211と現像装置213との間において感光体210の光走査を行うようになっている。
画像形成を行うときは、光導電性の感光体210が図示時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ211により均一に帯電され、光走査装置217のレーザビームの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、いわゆるネガ潜像であって、画像部が露光されている。
画像の書込みは、感光体210の回転に従って、イエロー(Y)画像、マジェンタ(M)画像、シアン(C)画像、そして黒画像(K)の順に、逐次行われて、形成された静電潜像はターレット式の現像装置213の各現像ユニットY(イエロートナーによる現像を行う)、M(マジェンタトナーによる現像を行う)、C(シアントナーによる現像を行う)、そしてK(黒トナーによる現像を行う)により、順次反転現像されてポジ画像として可視化され、得られた各色トナー画像は、転写ベルト214上に、転写電圧印加ローラ214aにより順次転写され、上述した各色トナー画像が転写ベルト214上で重ね合わせられてカラー画像となる。
レジストローラ対219は、転写ベルト部214上のトナーによるカラー画像が転写位置に移動するのにタイミングを合わせて転写紙Sを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Sは、転写部においてカラー画像と重ね合わせられ、転写ローラ214bの作用によりカラー画像が静電転写される。転写ローラ214bは、転写時に転写紙Sにカラー画像を押圧転写させる。
カラー画像が転写された転写紙Sは、定着装置216へ送られ、定着装置216においてカラー画像が定着され、図示されていないガイド手段による搬送路を通り、図示されていない排紙ローラ対によりトレイ221上に排出される。各色トナーによる画像が転写されるたびに、感光体210の表面はクリーニング装置215によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
もちろん、本発明に係る画像形成装置は、カラー画像を形成する構成に限らず、モノクロームの画像形成を行うように構成することもできることはいうまでもない。
また、紙出力が画像読取装置と画像形成部との間に形成されている胴内排紙型の省スペースな画像形成装置において、上述した本発明に係る画像読取レンズを用いた画像読取装置を用いることにより、画像読取装置を薄型化することができ、画像形成部との間隔が広がることによって、出力された紙等の作業者への視認性を高めることによって、作業を容易にするという効果もある。
なお、本発明の記載は、すべて円形のレンズを用いて説明しているが、レンズの大きさ、特に画像読取装置の高さ方向の大きさを低減するために、レンズの上下を切断した小判型のレンズを用いて、本発明に従った画像読取レンズを構成することも可能である。
E2 第2レンズ
E3 第3レンズ
E4 第4レンズ
E5 第5レンズ
E6 第6レンズ
AD 開口絞り
CTG コンタクトガラス
CVG カバーガラス
Gf,GF1,GF2,GF3,GF4 前群レンズ系
Gr,GR1,GR2,GR3,GR4 後群レンズ系
SP、SG1,SG2,SG3,SG4,SG5,FS1,FS2,PF、PR 間隔調整機構
100,110 画像読取装置
101 コンタクトガラス
103 第1走行体
104 第2走行体
105 画像読取レンズ
106 ラインセンサ
103a 照明光源
103b 光源ミラー
103c,113e 第1ミラー
104a,113f 第2ミラー
104b,113g 第3ミラー
106,115 ラインセンサ
106a,106b,106c,115a,115b,115c 光電変換素子
113 画像読取ユニット
114 画像読取レンズ
115 ラインセンサ
113a 第1の照明光源
113b 第1の光源ミラー
113c 第2の照明光源
113d 第2の光源ミラー
113e 第1ミラー
113f 第2ミラー
113g 第3ミラー
200 画像形成部
210 感光体
211 帯電ローラ
213 現像装置
214 転写ベルト部
215 クリーニング装置
216 定着装置
217 光走査装置
218 カセット
219 レジストローラ対
220 信号処理部
221 トレイ
222 給紙コロ
214a 転写電圧印加ローラ
214b 転写ローラ
Claims (8)
- 原稿画像を読み取るための画像読取レンズであって、
物体側に前群レンズ系、像側に後群レンズ系をそれぞれ配置して、
前記前群レンズ系を、それぞれ1枚以上の正レンズおよび負レンズからなる5枚以下のレンズで構成し、
前記後群レンズ系を、1枚の負レンズで構成し、
当該画像読取レンズ全系の画角を56°以上とし、
前記前群レンズ系と前記後群レンズ系との間隔を調整する手段を有し、
前記後群レンズ系の焦点距離をfr、当該画像読取レンズ全系の焦点距離をfとし、
前記前群レンズ系の最も像側のレンズの像側レンズ面の曲率半径をRaとし、
前記後群レンズ系の負レンズの物体側レンズ面の曲率半径をRbとし、前記後群レンズ系の負レンズの像側レンズ面の曲率半径をRc、とし、
前記前群レンズ系と前記後群レンズ系との間の光軸上の距離をdsとし、レンズ全長をDとして、
下記条件式〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕:
〔1〕−1.00 < fr/f < −0.50
〔2〕 1.0 < (Rc+Rb)/(Rc−Rb) < 1.5
〔3〕1.55 < Ra/Rb < 2.8
〔4〕 0.2 < ds/D < 0.6
を共に満足することを特徴とする画像読取レンズ。 - 前記前群レンズ系の最も像側のレンズの像側レンズ面の有効径をφaとし、前記後群レンズ系を構成する負レンズの物体側レンズ面の有効径をφbとし、前記前群レンズ系と前記後群レンズ系との間の光軸上の距離をdsとして、
下記条件式〔5〕:
〔5〕 0.12 < (φb−φa)/2ds <0.28
を満足することを特徴とする請求項1に記載の画像読取レンズ。 - 前記後群レンズ系を構成する負レンズの少なくとも一方の面に、非球面を形成してなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像読取レンズ。
- 前記前群レンズ系を構成する複数のレンズの少なくとも1面に、非球面を形成してなることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の画像読取レンズ。
- 前記後群レンズ系を構成する負レンズの外形形状が、光軸に対して回転対称でないことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の画像読取レンズ。
- 前記後群レンズ系を構成する負レンズの外形形状が、副走査方向よりも主走査方向に長い形状であることを特徴とする請求項5に記載の画像読取レンズ。
- 原稿を照明する照明系と、
前記照明系により照明された原稿の反射光を縮小結像させる結像レンズと、
前記結像レンズにより結像された原稿像を光電変換する撮像素子と、
を有する画像読取装置であって、
前記結像レンズは、請求項1〜請求項6のいずれか1項の画像読取レンズを用いて構成したことを特徴とする画像読取装置。 - 請求項7の画像読取装置を備えて構成したことを特徴とする画像形成装置。
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