JPH10190950A - 画像読み取り光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロータリーカメラや、複写機及びスキャナー等
に用いる投影光学系の厚さを薄くし、コンパクト化を図
る。 【解決手段】両面原稿３からの光をミラー５により反射
し、像１１としてフィルム９に投影する場合に、物体面
と像面とが光学的に非平行な配置関係にあるいわゆる非
軸対称な投影レンズ８′を用いる事により、原稿等価面
１０′がフィルム９の面に対して傾いた状態となり、ミ
ラー５も傾ける事ができるので、寸法線Ｂで示す光学系
の厚さを薄くする事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１次像を２次像に
投影するために使用される非軸対称な投影光学系を用い
た画像読み取り装置に関し、さらに詳しくは、ロータリ
ーカメラや、複写機及びスキャナー等の画像読み取り光
学系に好適な、画像読み取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロータリーカメラ、複写機やスキャナー
等の画像読み取り光学系として、例えば、両面原稿を同
時に読み取る事ができれば、作業時間を大幅に短縮でき
る上、例えばデジタル画像読み取り装置では幅広い画像
編集が可能となるため、非常に有効である。このよう
に、両面原稿を同時に読み取る事ができる従来の画像読
み取り装置の画像読み取り光学系を、ロータリーカメラ
に適用した場合を例に説明する。

【０００３】図１２は、従来のロータリーカメラの光学
系を示す斜視図である。同図において、１は露光部であ
り、被写体である両面原稿３がここを通過する。露光部
１の両側には露光ランプ２が設けられており、これによ
り露光された両面原稿３の各面の像は、更に両外側に設
けられたミラー５によってそれぞれ図の前方に反射さ
れ、スリット４によって絞りこまれ、ミラー６，７を経
て、それぞれ別々の投影レンズ８によりフィルム９の同
一フィルム面内の別々の領域に投影される。

【０００４】このとき、両面原稿３をスリット４に垂直
な方向に移動させ、その移動に同期させてフィルム９を
送る事で、図１３に示すように、両面原稿３の表裏面の
像を同一のフィルム９内の横並びの位置に高速撮影する
事ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記投
影レンズ８は軸対称なものであり、両面原稿を同一平面
上に投影する光学系においては、通常の軸対称レンズを
用いると、図１４に示すように、フィルム９の面と原稿
等価面１０とは平行でなければならず、ミラー５を両面
原稿３に対して４５゜の傾きで配置する必要があり、寸
法線Ａで示すように、このミラー５の分だけ光学系の寸
法が厚くなるという欠点があった。尚、同図において、
１１はフィルム９上の像である。本発明は、上記欠点を
解消して上記ロータリーカメラや、複写機及びスキャナ
ー等に用いる投影光学系の厚さを薄くし、さらにレンズ
系も含めてコンパクト化を図る事を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、両面原稿部材の表裏両面をそれぞれ別
体に設けられた投影レンズにより同一の投影面に投影す
る画像読み取り光学装置であって、前記投影レンズの少
なくとも一方は、原稿面と投影面とが光学的に非平行な
配置関係にある非軸対称光学系である構成とする。

【０００７】さらに前記両面原稿部材を移動させる移動
機構を有し、前記投影レンズは前記両面原稿部材が移動
する方向に対して直交する方向の線状領域の原稿面を投
影面に投影する構成とする。

【０００８】また、前記投影面には、受光部が２次元配
列を有する受光素子を配置し、前記移動機構の移動に同
期させて前記受光素子を相対移動させ、投影像を読み取
る構成とする。或いは、前記投影面には、受光部が１次
元配列を有する受光素子を配置し、前記移動機構の移動
に同期させて、投影像を読み取る構成とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の画
像読み取り光学系の実施形態の基本的な構成を示す模式
図である。同図において示すように、少なくとも片方の
光学系について、図１４で示した軸対称な投影レンズ８
の代わりに、物体面と像面とが光学的に非平行な配置関
係にあるいわゆる非軸対称な投影レンズ８′を用いる事
により、原稿等価面１０′がフィルム９の面に対して傾
いた状態となり、ミラー５も図１４の場合と比較して更
に傾ける事ができるので、寸法線Ｂで示すように、光学
系の厚さを薄くする事ができる。

【００１０】図２は、物体面と像面が平行関係にない上
記いわゆる非軸対称な投影レンズ８′のレンズ構成の一
例を示す図であり、図３はその光路図である。この例で
は、物体面に対して像面が２０゜傾いている。ここで
は、縮小側から順に第１の共軸系（ｇｒｐ．１）と、第
２の共軸系（ｇｒｐ．２）の２つのレンズ系を偏心配置
し、物体面と第１の共軸系の光軸を略直交させ、第２の
共軸系の光軸と像面を略直交させ、第１の共軸系と第２
の共軸系は各々物体側，像側に概ねｆθ特性を持つ偏心
光学系において、絞り１２を拡大側の共軸系に含む。
尚、絞りが縮小側にあっても良いが、これについては後
述する。

【００１１】図４は、上記非軸対称な投影レンズのレン
ズ構成において、各光軸や主光線の関係を模式的に示す
図である。同図より、ｆθ特性は以下の条件式で表され
る。 ｙ＝ｋ1 ・θ ｙ′＝ｋ2 ・θ′ ここで、 θ：第１の共軸系Ｌ１の光軸Ｘ１と、第１の共軸系Ｌ１
と第２の共軸系Ｌ２との間の主光線Ｃとの角度 θ′：第２の共軸系Ｌ２の光軸Ｘ２と、第１の共軸系Ｌ
１と第２の共軸系Ｌ２との間の主光線Ｃとの角度 ｙ：その主光線Ｃの物体面上での物高を第１の共軸系Ｌ
１の光軸Ｘ１から測った距離 ｙ′：その主光線Ｃの像面上での像高を第２の共軸系Ｌ
２の光軸Ｘ２から測った距離 ｋ1 ：θに依存せず、第１の共軸系Ｌ１のみに依存する
量 ｋ2 ：θ′に依存せず、第２の共軸系Ｌ２のみに依存す
る量 である。

【００１２】特に、β1 ＝∞，β2 ＝０のとき、ｋ1 ＝
ｆ1 ，ｋ2 ＝ｆ2 となる。ここで、 β1 ：第１の共軸系Ｌ１の倍率 β2 ：第２の共軸系Ｌ２の倍率 ｆ1 ：第１の共軸系Ｌ１の焦点距離 ｆ2 ：第２の共軸系Ｌ２の焦点距離 である。次に、図２，図３に示した非軸対称な投影レン
ズのレンズ構成の具体的なコンストラクションデータを
以下に示す。

【００１３】 〈ｇｒｐ．１〉 第１面面頂点…X1=0.00 Y1=0.00 Z1=0.00 回転角…θ1=0.00 〔曲面の記号〕〔曲率半径ＣＲ〕〔面間隔Ｔ〕〔屈折率ｎd 〕〔アッベ数νd 〕 ｒ１ 211.39 8.80 1.8042 46.5 ｒ２ -88.50 11.30 ｒ３ -37.65 3.80 1.7985 22.6 ｒ４ 80.0 28.00 1.8042 46.5 ｒ５ -58.83 0.20 ｒ６ 86.96 11.00 1.7620 40.4 ｒ７ -167.28 0.20 ｒ８ 36.02 11.00 1.8042 46.5 ｒ９ 114.88 2.30 ｒ１０ 1184.76 1.20 1.6129 37.0 ｒ１１ 23.84

【００１４】 〈ｇｒｐ．２〉 第１面面頂点…X2=93.20 Y2=-1.57 Z2=0.00 回転角…θ2=-20.00 〔曲面の記号〕〔曲率半径ＣＲ〕〔面間隔Ｔ〕〔屈折率ｎd 〕〔アッベ数νd 〕 ｒ１２ -307.17 2.00 1.6700 47.2 ｒ１３ 74.995 5.00 1.7545 32.8 ｒ１４ 447.22 2.00 絞り１２ （絞り半径=9.42） 21.00 ｒ１５ 3167.76 23.00 1.6180 63.4 ｒ１６ -46.50 3.00 1.6815 36.6 ｒ１７ -139.35 11.00 ｒ１８ -73.49 10.00 1.8042 46.5 ｒ１９ -72.94

【００１５】

【００１６】以上のコンストラクションデータと図２，
図３では縮小側の共役面を物体面、拡大側の共役面を像
面とし、レンズの各面の記号を縮小側から順にｒ１，ｒ
２…とし、曲率半径を示している。即ち、ロータリーカ
メラの例で述べると、フィルム側から順に各面を示して
いる。このレンズ系は、２つの共軸なレンズ系の各々の
光軸を傾けて、縮小側から順にｇｒｐ．１，ｇｒｐ．２
として配置し、全体として非軸対称なレンズ系を構成し
ている。

【００１７】その配置の座標系は、ｇｒｐ．１のｒ１の
面頂点を原点とし、ｇｒｐ．１の光軸に沿ってｘ軸をと
り、ｘ軸に垂直に図の紙面内にｙ軸をとり、ｚ軸を紙面
に垂直な方向にとる。回転角とはｘｙ平面内でｘ軸に対
して回転した角度であり、時計回りを正とする。ｇｒ
ｐ．２の配置は、この絶対座標系に対して最も縮小側の
面即ちｒ１２の面頂点の座標で表している。また、物体
面と像面の配置は、それぞれ面の中心の座標で表してい
る。そして、Ｔは各々の共軸系の中での光軸に沿った各
面頂点間の距離であり、ｎd はヘリウムの輝線スペクト
ルｄ線の波長に対する各レンズの屈折率であり、νd は
アッベ数である。

【００１８】図５は、本実施形態で得られる光学系の像
面上でのスポットダイアグラムである。図中の（ｙ，
ｚ）座標は、対応する物点の座標を示す。実際は、図６
の歪曲図で示すように、破線で示す理想形状に対して、
実線で示すような歪曲した形状で像面上に投影される事
になる。図７は、その一部を取り出したものであるが、
ロータリーカメラのようにスリットを使って、投影され
る像の線状領域を取り出し、それを垂直方向に走査して
撮影する場合には、撮影レンズ系としてはこの図７に示
す歪のない線状領域のみを用いる事になる。

【００１９】通常、非軸対称系では歪曲収差が出やすい
が、本発明における非軸対称レンズを用いれば、少なく
とも線状領域での歪はないので、走査系を組み合わせる
事によって歪のない大きな２次元画像が得られる。この
考え方を用いた走査方式を以下に述べる。

【００２０】図８は、直線状の領域で光を検出するライ
ンセンサを受光部として用いた場合を示す。同図におい
て、物体平面１６上の物体１４から出た光は、レンズ１
３によって集光され、像平面１７上に投影される。尚、
物体平面１６と像平面１７は交線１８で交わっている。
物体平面１６内で物体１４を矢印Ａの方向即ち交線１８
の方向に移動させると、像平面１７上の像はそれに対応
して移動する。像平面１７上にはラインセンサ１５が固
定されており、その上を像が移動するので、その移動に
同期させてデータの取り出しを行う。投影される像の歪
のない位置にラインセンサ１５を設けておけば、歪のな
い大きな２次元画像が得られる。

【００２１】図９は、上記ラインセンサの代わりに像平
面１７上にスリット１９を設け、そのスリット１９を通
過してきた光を感光体ドラム２０によって受光する場合
である。上記と同様に、物体平面１６内で物体１４を矢
印Ａの方向即ち交線１８の方向に移動させると、像平面
１７上の像はそれに対応して移動する。即ち感光体ドラ
ム２０上を像が移動するので、その移動に同期させて矢
印Ｂのように感光体ドラム２０を回転軸回りに回転させ
る。投影される像の歪のない位置にスリット１９及び感
光体ドラム２０を設けておけば、歪のない大きな２次元
画像が得られる。

【００２２】ところで、本実施形態における非軸対称な
レンズ系においては、拡大側の共軸系に絞りを入れた
が、縮小側の共軸系に入れても良く、以下に述べるよう
な理由により設計上も容易に行う事ができる。

【００２３】本発明の構成を実現する一つの設計手法と
して、拡大側と縮小側のレンズ系を各々独立して共軸系
として設計し、後にそれらを偏心して配置する方法があ
る。このとき、配置後の状態を見越して各々の系の倍率
を設定しておけば、レンズ系と対応する共役面は同一角
度で偏心して配置されるので、配置後のスポットダイア
グラムは、偏心配置であるにも拘らずそれほど崩れな
い。また、各々の系は共軸系であるので、その収差補正
を行うに当たって従来の手法を用いる事ができる。従っ
て上記のような方法により、全体が非軸対称なレンズ系
である事に関わりなく、従来の手法を用いて縮小側の共
軸系に絞りを入れる設計を行う事が可能である。

【００２４】また、一般に共軸系においては、絞りをレ
ンズ系の中に含むいわゆる中絞りレンズの方が、前絞り
や後絞りレンズよりも収差補正が容易である。なぜなら
ば、絞りの中心を通る主光線が各レンズ面を通過する位
置を考えると分かるように、前絞りや後絞りレンズで
は、軸外主光線が光軸から片側に大きく離れる傾向があ
るのに対して、中絞りレンズでは、光軸の両側に主光線
がバランス良く配置され、しかも光軸からそれほど離れ
ていないため、像面湾曲や歪曲収差等の軸外収差の補正
が容易になるためである。

【００２５】本実施形態における拡大側のレンズ系は、
図１０に示すように、絞り１２がそのレンズ系の中に含
まれている。もし絞りが拡大側のレンズ系の外側にある
とすれば、例えば図１１に示すように、レンズの外径が
大きくなり、そのうえレンズの光軸方向の長さも長くな
るので、明らかに光学系が全体として大型化してしま
う。尚、図１０と図１１は、同じ焦点距離，同じＦ値，
同じ画角で比較してある。このように中絞りにする事
で、レンズ系のコンパクト化をも図る事ができる。これ
は、縮小側に絞りを入れる場合でも同様である事は言う
までもない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、両面
原稿部材の表裏両面をそれぞれ別体に設けられた投影レ
ンズにより同一の投影面に投影する画像読み取り光学装
置であって、前記投影レンズの少なくとも一方は、原稿
面と投影面とが光学的に非平行な配置関係にある非軸対
称光学系である構成とする事により、その非軸対称な光
学系のミラーと前記両面原稿部材とのなす角を小さくす
る構成とする。この構成によるならば、両面原稿部材の
表裏各面を同一平面に投影するためのミラーの開き角が
小さくなるので、光学系の厚さを薄くできる。

【００２７】さらに前記両面原稿部材を移動させる移動
機構を有し、前記投影レンズは前記両面原稿部材が移動
する方向に対して直交する方向の線状領域の原稿面を投
影面に投影する構成とする。この構成によるならば、投
影像の歪のない部分を取り出して走査する事により、歪
のない大きな２次元画像が得られる。

【００２８】また、前記投影面には、受光部が２次元配
列を有する受光素子を配置し、前記移動機構の移動に同
期させて前記受光素子を相対移動させ、投影像を読み取
る構成とする。この構成によるならば、歪のない大きな
２次元画像を例えば感光体上に静電潜像等として形成す
る事ができるので、マイクロカメラやアナログ複写機等
にも応用する事で効果を発揮する。

【００２９】或いは、前記投影面には、受光部が１次元
配列を有する受光素子を配置し、前記移動機構の移動に
同期させて、投影像を読み取る構成とする。この構成に
よるならば、歪のない大きな２次元画像を例えば画像デ
ータとして取り出し、電気的に画像処理を行う事ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像読み取り光学系の実施形態の基本
的な構成を示す模式図。

【図２】非軸対称な投影レンズ系のレンズ構成の一例を
示す図。

【図３】その光路図。

【図４】非軸対称な投影レンズ系の各光軸や主光線の関
係を模式的に示す図。

【図５】本実施形態で得られる光学系の像面上でのスポ
ットダイアグラム。

【図６】本実施形態で得られる光学系の像面上での歪曲
図。

【図７】その歪曲図の一部を取り出したもの。

【図８】ラインセンサを受光部として用いた走査方式を
模式的に示す斜視図。

【図９】感光体ドラムを受光部として用いた走査方式を
模式的に示す斜視図。

【図１０】絞りがレンズ系の中に含まれている構成を示
す図。

【図１１】絞りがレンズ系の外側にある構成を示す図。

【図１２】従来のロータリーカメラの光学系を示す斜視
図。

【図１３】ロータリーカメラにより撮影したフィルム面
の様子を示す図。

【図１４】従来のロータリーカメラの画像読み取り光学
系の基本的な構成を示す模式図。

【符号の説明】

１ 露光部 ２ 露光ランプ ３ 両面原稿 ４ スリット ５，６，７ ミラー ８，８′ 投影レンズ ９ フィルム １０，１０′ 原稿等価面 １１ 像 １２ 絞り １３ レンズ １４ 物体 １５ ラインセンサ １６ 物体平面 １７ 像平面 １８ 交線 １９ スリット ２０ 感光体ドラム Ｌ１ 第１の共軸系 Ｘ１ 第１の共軸系の光軸 Ｌ２ 第２の共軸系 Ｘ２ 第２の共軸系の光軸 Ｃ 主光線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面原稿部材の表裏両面をそれぞれ別体
   に設けられた投影レンズにより同一の投影面に投影する
   画像読み取り光学装置であって、 前記投影レンズの少なくとも一方は、原稿面と投影面と
   が光学的に非平行な配置関係にある非軸対称光学系であ
   る事を特徴とする画像読み取り光学装置。
2. 【請求項２】 さらに前記両面原稿部材を移動させる移
   動機構を有し、前記投影レンズは前記両面原稿部材が移
   動する方向に対して直交する方向の線状領域の原稿面を
   投影面に投影する事を特徴とする請求項１に記載の画像
   読み取り光学装置。
3. 【請求項３】 前記投影面には、受光部が２次元配列を
   有する受光素子を配置し、前記移動機構の移動に同期さ
   せて前記受光素子を相対移動させ、投影像を読み取る事
   を特徴とする請求項２に記載の画像読み取り光学装置。
4. 【請求項４】 前記投影面には、受光部が１次元配列を
   有する受光素子を配置し、前記移動機構の移動に同期さ
   せて、投影像を読み取る事を特徴とする請求項２に記載
   の画像読み取り光学装置。