(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系と、前記結像光学系の焦点位置に配設されるべき結像部とが光学定盤に固定されてなる光学装置において、
前記光学定盤の温度を検出する光学定盤温度検出手段と、
前記結像光学系の温度を検出する結像光学系温度検出手段と、
前記光学定盤の温度に従って前記結像光学系の温度を制御する温度制御信号を生成する温度制御信号生成手段と、
前記結像光学系に装着され、前記温度制御信号に基づき前記結像光学系を所定温度に加熱する加熱手段と、
を備え、前記結像光学系の焦点位置を前記結像部に対して調整することを特徴とする結像光学系焦点位置調整装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記結像光学系温度検出手段は、前記結像光学系の温度を検出する第１温度センサおよび第２温度センサを有し、
前記温度制御信号生成手段は、前記第１温度センサによって前記結像光学系の前記所定温度よりも高く設定した温度を検出するまで前記加熱手段を制御する温度制御信号を生成した後、前記第２温度センサによって前記結像光学系の前記所定温度を検出するまで前記加熱手段を制御する温度制御信号を生成するように構成されることを特徴とする結像光学系焦点位置調整装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記結像光学系の前記所定温度は、当該光学装置の環境温度よりも高く設定されることを特徴とする結像光学系焦点位置調整装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記温度制御信号生成手段は、前記光学定盤温度検出手段により検出された温度の信号と、前記結像光学系温度検出手段により検出された温度の信号とをブリッジ回路に供給する構成を備え、前記ブリッジ回路の出力信号から温度制御信号を生成することを特徴とする結像光学系焦点位置調整装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記加熱手段は、前記結像光学系を構成するレンズ鏡胴に装着されることを特徴とする結像光学系焦点位置調整装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記結像光学系温度検出手段は、前記加熱手段の中間部分に配設されることを特徴とする結像光学系焦点位置調整装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
前記結像光学系は、断熱部材により被覆されることを特徴とする結像光学系焦点位置調整装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、
前記結像光学系は、レンズ鏡胴と集光レンズとで囲繞される空間部に乾燥気体が封入されることを特徴とする結像光学系焦点位置調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像光学系と、前記結像光学系の焦点位置に配設されるべき結像部とが光学定盤に固定されてなる光学装置に適用される結像光学系焦点位置調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、画像読取装置の場合、画像の記録された原稿からの反射光あるいは透過光を結像光学系によってＣＣＤ等からなる結像部上に結像し、光情報としての画像情報を電気信号に変換するように構成されている。また、画像記録装置の場合には、画像情報を含む光情報を結像光学系を介して記録材料からなる結像部上に集光し、画像の記録を行うように構成されている。
【０００３】
ところで、前記結像光学系を構成する集光レンズは、温度変化に伴って膨張あるいは収縮するため、当該装置の環境温度が変化すると焦点距離が変化してしまう。また、前記結像光学系および前記結像部は、高精度な画像読取や画像記録を実現するため、共通の光学定盤上に設定することでその位置関係等が維持できるように構成されているが、前記光学定盤が温度変化によって伸縮すると、結像光学系と結像部との距離が変化してしまう。この場合、結像光学系を機械的に動かすことができれば、焦点位置を調整して結像部上に集光できるように補正することが可能である。
【０００４】
しかしながら、前記結像光学系がズーム機構を有していない場合、あるいは、機械的な駆動部分を減らすことによって装置全体のコストを低下させるため、前記結像部に対して結像光学系を固定して構成される装置では、焦点位置を機械的に調整することができず、従って、環境温度の変化によってピントがずれてしまう不都合が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、結像光学系と結像部とが光学定盤に固定されてなる光学装置において、前記結像光学系の焦点位置を当該装置の環境温度変化によらず前記結像部上に高精度に設定することができる結像光学系焦点位置調整装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、結像光学系と、前記結像光学系の焦点位置に配設されるべき結像部とが光学定盤に固定されてなる光学装置において、光学定盤温度検出手段により前記光学定盤の温度を検出するとともに、結像光学系温度検出手段により前記結像光学系の温度を検出し、前記光学定盤の環境温度による伸縮を考慮した温度制御信号を温度制御信号生成手段において生成し、前記温度制御信号を前記結像光学系に装着された加熱手段に供給することで、前記結像光学系の焦点距離を調整し、これによって、当該光学装置の環境温度によらず前記結像部に対して光を高精度に集光させることができる。
【０００７】
ここで、前記結像光学系温度検出手段を第１温度センサおよび第２温度センサから構成し、前記結像光学系が前記加熱手段により所定温度よりも高く設定した温度まで加熱されたことを前記第１温度センサで検出した後、前記第２温度センサの検出温度に基づいて前記温度制御信号生成手段により前記加熱手段に温度制御信号を供給することで、前記結像部に対して光を集光させることができるように前記結像光学系を速やかに前記所定温度に調整することが可能となる。
【０００８】
なお、前記所定温度を当該光学装置の環境温度よりも高く設定することにより、前記結像光学系が常に放熱状態となり、安定した温度制御が可能となる。
【０００９】
前記温度制御信号生成手段は、前記光学定盤温度検出手段および前記結像光学系温度検出手段を前記光学定盤の熱膨張を考慮したブリッジ回路の構成要素とし、前記ブリッジ回路の出力信号から温度制御信号を生成することにより、前記光学定盤の伸縮に依存しない結像光学系の焦点調整が可能となる。
【００１０】
加熱手段は、前記結像光学系を構成するレンズ鏡胴に装着することができる。
【００１１】
前記結像光学系温度検出手段は、前記加熱手段の中間部分に配設することにより、結像光学系の温度検出の感度を向上させることができる。
【００１２】
前記結像光学系を断熱部材により被覆することにより、温度の安定化および効率的な加熱を行うことができる。
【００１３】
結像光学系は、レンズ鏡胴と集光レンズとで囲繞される空間部に乾燥空気、乾燥窒素ガス等の乾燥気体が封入され、それによって、加熱手段による温度調整により生じる結露を回避することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本実施形態の結像光学系焦点位置調整装置が適用される画像読取装置１０の概略構成を示す。この画像読取装置１０は、搬送機構１１により矢印Ｘ方向に副走査搬送される原稿カセット１２が照明光学系１４からの照明光Ｌによって主走査方向に沿って照明され、前記原稿カセット１２に保持された透過型原稿Ｆに記録された画像情報が透過光Ｔとして結像光学系１６により結像部１８に集光され、電気信号に変換されるように構成される。
【００１５】
照明光学系１４は、内周面に拡散面が形成され、長手方向に沿ってスリット２０が形成された円筒状の拡散キャビテイ２２と、前記拡散キャビテイ２２の両端部に装着されたハロゲンランプ等からなる光源２４ａ、２４ｂとから構成される。結像光学系１６および結像部１８は、基台２６および２８を介して共通の光学定盤３０に固定される。
【００１６】
結像光学系１６は、図３に示すように、中央部にフランジ部３２を有し、複数の集光レンズ３４を収納した円筒状のレンズ鏡胴３６を備え、前記レンズ鏡胴３６の下端部が基台２６に形成された円孔３８に断熱スペーサ４０を介して挿入される。なお、集光レンズ３４とレンズ鏡胴３６とによって囲繞される空間部には、乾燥空気が封入される。基台２６から下方に突出したレンズ鏡胴３６の外周部には、断熱カバー４２が装着される。一方、前記基台２６の上部に突出するレンズ鏡胴３６の外周部には、例えば、フイルムに金属線を形成してなるシート状のヒータ４４（加熱手段）が巻装される。前記ヒータ４４は、図３に示すように、一部が略半円状に切り欠かれており、その切欠部４６に対して一部の前記金属線間を接続する温度ヒューズ４８が配設される。この温度ヒューズ４８は、制御系の暴走等による結像光学系１６の過剰加熱を防止するためのもので、レンズ鏡胴３６に接着される。また、ヒータ４４の中間部分は、切り欠かれることで円孔部５０となっており、前記円孔部５０には、２つのサーミスタ５２および５４（結像光学系温度検出手段）がレンズ鏡胴３６に接着して設けられる。前記のように構成されるレンズ鏡胴３６の上部外周部には、断熱カバー５６が装着される。
【００１７】
光学定盤３０には、サーミスタ５８（光学定盤温度検出手段）が接着して設けられており、前記ヒータ４４、サーミスタ５２、５４および５８の各リード線はレンズ温度制御回路６０（温度制御信号生成手段）に接続される。
【００１８】
結像部１８は、スリット６２が形成された基台２８の下面部に装着され、透過光ＴをＲ、Ｇ、Ｂの光に分離するためのプリズム６４ａ〜６４ｃを有し、前記各プリズム６４ａ〜６４ｃには、光電変換素子としてのライン状のＣＣＤセンサ６６ａ〜６６ｃが固定される。
【００１９】
一方、前記レンズ温度制御回路６０は、図４に示すように構成される。すなわち、レンズ温度制御回路６０は、レンズ鏡胴３６に装着されたサーミスタ５２および光学定盤３０に装着されたサーミスタ５８を含むブリッジ回路６８と、レンズ鏡胴３６に装着されたサーミスタ５４を含むブリッジ回路７０とを有する。
【００２０】
ブリッジ回路６８は、サーミスタ５２およびそれに並列に接続される固定抵抗Ｒ１と、固定抵抗Ｒ２と、サーミスタ５８およびそれに並列に接続される固定抵抗Ｒ３と、固定抵抗Ｒ４とでホイートストンブリッジを構成しており、サーミスタ５２および５８の接続点の電圧値と、固定抵抗Ｒ２およびＲ４の接続点の電圧値とがコンパレータ７２によって比較され、その比較結果がオアゲート回路７４の一方の入力端子に供給される。また、ブリッジ回路７０は、サーミスタ５４と固定抵抗Ｒ５〜Ｒ７によってホイートストンブリッジを構成しており、サーミスタ５４および固定抵抗Ｒ６の接続点の電圧値と、固定抵抗Ｒ５およびＲ７の接続点の電圧値とがコンパレータ７６によって比較され、その比較結果がフリップフロップ回路７８に供給される。前記フリップフロップ回路７８の出力端子は、前記オアゲート回路７４の他方の入力端子に接続される。オアゲート回路７４の出力端子には、ヒータドライバ８０が接続されており、前記ヒータドライバ８０は、オアゲート回路７４からの出力信号に基づきヒータ４４のオンオフ制御を行う温度制御信号を生成する。
【００２１】
なお、前記オアゲート回路７４の出力端子には、ＬＥＤ８２が接続されており、その点灯状態によってヒータ４４の駆動状態が外部より視認できるように構成されている。また、前記フリップフロップ回路７８の出力端子には、マイコン８４が接続されており、前記フリップフロップ回路７８の出力信号に基づき、例えば、当該画像読取装置１０の準備完了状態等を指示する信号を生成することができる。
【００２２】
本実施形態の結像光学系焦点位置調整装置が適用される画像読取装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作について説明する。
【００２３】
透過型原稿Ｆがセットされた原稿カセット１２は、搬送機構１１によってその両側部が支持された状態で矢印Ｘ方向に副走査搬送される。一方、照明光学系１４において光源２４ａ、２４ｂから射出された照明光Ｌは、拡散キャビテイ２２の内周面によって拡散反射され、前記矢印Ｘ方向と直交する主走査方向に延在するスリット２０を介して前記原稿カセット１２に導かれる。原稿カセット１２に導かれた前記照明光Ｌは、透過型原稿Ｆを透過し、画像情報を担持した透過光Ｔとして結像光学系１６に導かれる。結像光学系１６は、前記透過光Ｔを集光レンズ３４により集光し、結像部１８に導く。結像部１８では、前記透過光Ｔがスリット６２を介してプリズム６４ａ〜６４ｃによりＲ、Ｇ、Ｂの各光に分離され、各ＣＣＤセンサ６６ａ〜６６ｃに導かれる。ＣＣＤセンサ６６ａ〜６６ｃは、それぞれの透過光Ｔを電気信号に変換する。なお、画像読取装置１０では、前記各電気信号に対して所定の画像処理が施される。
【００２４】
ここで、結像光学系１６を構成する集光レンズ３４の焦点位置は、レンズ温度制御回路６０からの温度制御信号に基づき各ＣＣＤ６６ａ〜６６ｃ上に高精度に調整されている。そこで、次に、前記集光レンズ３４の焦点位置の調整動作について説明する。
【００２５】
先ず、画像読取装置１０の電源を入れると、フリップフロップ回路７８の出力端子からハイレベル（Ｈ）の信号が出力されることで、ヒータ４４が連続加熱モードに設定される。すなわち、電源投入当初、サーミスタ５４が装着されたレンズ鏡胴３６は、ヒータ４４によってまだ加熱されておらず、レンズ温度制御回路６０を構成するブリッジ回路７０のサーミスタ５４の抵抗値が大きく、コンパレータ７６の出力がＨとなっている。従って、電源の投入に伴ってフリップフロップ回路７８にセット信号が供給されると、その出力がＨとなり、オアゲート回路７４を介してヒータドライバ８０が駆動され、ヒータ４４に温度制御信号が供給される。これによって、レンズ鏡胴３６の温度が上昇し、集光レンズ３４のレンズ温度ｔも上昇する（図５参照）。この連続加熱モードは、前記レンズ温度ｔが当該画像読取装置１０の環境温度よりも高く、且つ、集光レンズ３４の最終的に調整したい所望の設定温度ｔ０  よりも高い加熱上限温度ｔｍａｘ  となるまで継続するように、固定抵抗Ｒ５〜Ｒ７の抵抗値が設定されている。この結果、集光レンズ３４は、速やかに加熱上限温度ｔｍａｘ  まで加熱されることになる。
【００２６】
集光レンズ３４が加熱上限温度ｔｍａｘ  になると、サーミスタ５４の抵抗値が所定値以下となり、これによって、コンパレータ７６の出力がローレベル（Ｌ）となる。そのときのトリガ信号に従いフリップフロップ回路７８の出力がＬとなってヒータ４４がオフとなる。従って、前記ヒータ４４の連続加熱モードが解除されることになる。そのため、レンズ温度ｔは下降を開始し、保温モードに入る。
【００２７】
一方、前記保温モードにおいて、レンズ鏡胴３６に装着されたサーミスタ５２と光学定盤３０に装着されたサーミスタ５８とは、前記レンズ温度ｔと光学定盤温度αとをその抵抗値の変化として検出し、ブリッジ回路６８に供給する。この場合、ブリッジ回路６８を構成する固定抵抗Ｒ１〜Ｒ４、サーミスタ５２、５８の各抵抗値は、光学定盤温度αとレンズ温度ｔとの関係が図６に示す関係を境としてコンパレータ７２の出力がＨからＬ、あるいは、ＬからＨとなるように設定しておく。すなわち、図７に示すように、当該画像読取装置１０の環境温度を示す光学定盤温度αが上昇すると、光学定盤３０が膨張して結像光学系１６と結像部１８との距離が増大するため、前記結像光学系１６の合焦距離が増加する。従って、前記合焦距離の変化に対応させてレンズ温度ｔを図６に示すように調整することで、集光レンズ３４の焦点距離を調整し、結果的にＣＣＤセンサ６６ａ〜６６ｃ上に透過光Ｔを集光させることができる。
【００２８】
そこで、保温モードとなった当初、レンズ温度ｔは、加熱上限温度ｔｍａｘ  近傍に設定されているため、サーミスタ５２の抵抗値が低く、コンパレータ７２の出力はＬとなっており、ヒータ４４は非駆動状態となっている。従って、集光レンズ３４の温度ｔは下降を続けることになる。集光レンズ３４のレンズ温度ｔが光学定盤温度αから図６の関係で決まる所定の設定温度ｔ０  となると、前記コンパレータ７２の出力が反転してＨとなり、オアゲート回路７４を介してヒータドライバ８０に駆動信号が供給される。そのため、前記ヒータドライバ８０は、ヒータ４４に対して温度制御信号を供給し、集光レンズ３４が再び加熱される。この繰り返しによって、前記集光レンズ３４が所望の設定温度ｔ０  に維持され、その焦点位置がＣＣＤセンサ６６ａ〜６６ｃ上に高精度に設定されることになる。なお、前記集光レンズ３４の設定温度ｔ０  を環境温度よりも高めに設定しておくことにより、結像光学系１６を常に放熱状態とし、レンズ温度ｔを安定して調整することができる。
【００２９】
以上のようにして集光レンズ３４の温度を調整することにより、画像情報を担持した透過光Ｔを結像光学系１６によって結像部１８を構成するＣＣＤセンサ６６ａ〜６６ｃに正確に集光させることができる。この結果、極めて高精度な画像情報の読み取りを行うことができる。
【００３０】
なお、レンズ温度制御回路６０を構成するマイコン８４が、フリップフロップ回路７８のＱ出力に基づき、連続加熱モードの完了から集光レンズ３４のレンズ温度ｔが設定温度ｔ０  になると推定される所定時間経過後に準備完了信号を出力するように設定し、前記準備完了信号を受信した時点から画像の読み取りを開始するように制御することができる。このようにした場合、結像光学系１６の焦点位置が正確に調整された状態で画像の読み取りを確実に行うことができる。また、レンズ温度制御回路６０を構成するオアゲート７４の出力には、ＬＥＤ８２が接続されており、このＬＥＤ８２の点滅状態から結像光学系１６の温度制御状態、例えば、連続加熱モードであるか、保温モードであるか等の状況を把握することも可能である。
【００３１】
上述した実施形態において、ヒータ４４をレンズ鏡胴３６に装着する代わりに透明電極より構成されるヒータを集光レンズ３４そのものに装着し、温度調整を行うように構成すれば、前記集光レンズ３４の温度を一層正確に把握することができ、これによって、より高精度な焦点調整を行うことが可能である。また、断熱カバー５６、４２等の断熱材をレンズ鏡胴３６に装着する代わりに、集光レンズ３４に直接装着することにより、前記集光レンズ３４の温度の安定化をはかることができる。さらに、連続加熱モードにおける加熱上限温度ｔｍａｘ  を連続加熱モードに入る直前の環境温度を用いて前記設定温度ｔ０  近傍に設定可能とすることで、必要最小限な熱量をヒータ４４に与えることができ、これによって調整時間をさらに短縮することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、結像光学系と結像部とが光学定盤に固定されてなる光学装置において、当該結像光学系と結像部とが光学定盤に固定光学装置が設置される環境温度の変化によらず、結像光学系による焦点位置を結像部に対して正確に調整することができるため、極めて高精度な記録や読み取り等を行うことかできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の結像光学系焦点位置調整装置が適用される画像読取装置の概略構成図である。
【図２】結像光学系焦点位置調整装置の構成説明図である。
【図３】図１に示す結像光学系の分解斜視説明図である。
【図４】図２に示すレンズ温度制御回路の構成ブロック図である。
【図５】結像光学系を構成する集光レンズの温度制御の説明図である。
【図６】光学定盤温度とレンズ温度との関係説明図である。
【図７】光学定盤温度と結像光学系の合焦距離との関係説明図である。
【符号の説明】
１０…画像読取装置                  １２…原稿カセット
１４…照明光学系                    １６…結像光学系
１８…結像部                        ３０…光学定盤
３４…集光レンズ                    ４４…ヒータ
５２、５４、５８…サーミスタ        ６０…レンズ温度制御回路
６８、７０…ブリッジ回路
【図１】
0003626279.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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