(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半画角が３３°以上の画像読取レンズであって、
複数の回転対称の面形状を有するレンズと絞りとで構成され、
前記絞りの形状がラインセンサの長手方向に広い非円弧形状であり、
前記絞りの形状は、前記長手方向の開口幅をＸ、前記長手方向と直交する方向の開口幅をＹ及び半画角をωとした場合、下記の式を満たす、
ことを特徴とする画像読取レンズ。

0005896141.tif 000023

【請求項２】
前記絞りの形状は、略矩形形状である、
ことを特徴とする請求項１記載の画像読取レンズ。
【請求項３】
画像読取レンズと、
１次元に分解能を有するラインセンサと、
原稿配置面と前記画像読取レンズとの光路中に配置された反射ミラーと、
前記原稿配置面を照明する照明系と、
を備え、
前記画像読取レンズは、請求項１または２に記載の画像読取レンズであって、
前記画像読取レンズ、前記ラインセンサ、前記反射ミラー及び前記照明系は、一体のモジュールで構成され、
前記モジュールを走査して前記原稿配置面に配置された原稿の原稿情報を読取る、
ことを特徴とする画像読取装置。
【請求項４】
画像読取装置によって読み取られた原稿情報に応じて像担持体表面を露光して画像を形成する画像形成装置において、前記画像読取装置は請求項３記載の画像読取装置である、ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像読取レンズ並びに画像読取装置及び画像形成装置に関するものである。より詳しくは、ライン状に配列した撮影素子上に原稿の画像を縮小結像させることで画像情報を読取り、読取った画像情報に基づいて画像を形成するデジタル複写機、あるいはファクシミリ等に使用される画像読取レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタル複写機、ファクシミリの画像読取部、イメージスキャナ等は、読取るべき原稿画像情報を画像読取レンズで縮小してＣＣＤのような撮像素子上に結像させることにより、原稿画像情報を信号化する。また、原稿画像情報をカラーで読取る場合、例えば、赤、緑、青のフィルタを持つ撮像素子を１つの基板上に３列配列する所謂３ラインＣＣＤを用い、この撮像素子面に原稿画像情報を結像させることにより、３原色に色分解されたカラーの原稿画像情報を信号化する。
【０００３】
このような画像読取レンズでは、像面である撮像素子上において、高空間周波数領域での高いコントラストが要求されるとともに、画角周辺部までの開口効率が１００％に近いことが要求される。更に、カラー原稿を良好に読取るために、像面上で赤、緑、青の各色の結像位置を光軸方向において合致させること、また、各色の色収差を良好に補正することが要求される。そこで、従来から４群６枚構成のガウスタイプの画像読取レンズが用いられてきた。
【０００４】
ところが、近年、結像性能に加え画像読取装置の小型化の要求に対し、画像読取レンズとしても小型化、広画角化が望まれている。例えば、特許文献１や特許文献２に記載された発明には、非球面レンズに加えて広画角化を達成しようとする画像読取レンズが記載されている。
【０００５】
特許文献１や特許文献２に記載された発明によれば、画像読取レンズの小型化に伴い撮像素子が小画素化し、画像読取レンズの結像倍率が小さくなる傾向がある。例えば、４．７μｍピッチの撮像素子の場合、結像倍率は約０．１１１倍となる。また、像面湾曲補正やレンズの小径化のためにＦナンバは５〜７程度にすることが一般的である。また、解像力を決定するカットオフ周波数は、波長とレンズの明るさの逆数で定義することができる。
【０００６】
しかし、広角化を達成しようとすると、メリディオナル像面のカットオフ周波数は、サジタル像面のカットオフ周波数よりも加速的に低くなり、画角が３３°を超えるあたりから、十分なメリディオナルの解像力を得ることが難しい。 
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、３３°以上の広角な読取レンズにおいて、非回転対称のレンズを用いることなくメリディオナル像面の解像力を上げて、サジタル像面の解像力と略同程度の解像力が得られる画像読取レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る画像読取レンズは、半画角が３３°以上の画像読取レンズであって、複数の回転対称の面形状を有するレンズと絞りとで構成され、前記絞りの形状がラインセンサの長手方向に広い非円弧形状であり、前記絞りの形状は、前記長手方向の開口幅をＸ、前記長手方向と直交する方向の開口幅をＹ及び半画角をωとした場合、下記の式を満たす、ことを主な特徴とする。
（式）
0005896141.tif 000002
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半画角が３３°以上の画像読取レンズであっても、メリディオナル像面をサジタル像面の解像力に近づけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一般的なカットオフ周波数ＭＴＦｃの理論限界の一例を示すグラフである。
【図２】一般的なレンズの光軸上、サジタル像面及びメリディオナル像面のカットオフ周波数に対する赤のＭＴＦｃの理論限界の一例を示すグラフである。
【図３】本発明に係る画像読取レンズの絞りの形状によるカットオフ周波数ＭＴＦｃの理論限界の一例を示すグラフである。
【図４】本発明に係る画像読取レンズの実施の形態を示す光学配置図である。
【図５】本発明に係る画像読取レンズの実施例の収差図である。
【図６】本発明に係る画像読取装置の実施の形態を示す図である。
【図７】本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る画像読取レンズ並びにこれを用いた画像読取装置及び画像形成装置の実施形態について説明する。
【００１２】
なお、以下の説明において、結像倍率はすべて正の値として扱う。
【００１３】
＜画像読取レンズ＞
＜第１の実施形態＞
本発明に係る画像読取レンズは、図４に示すように、以下の光学素子が配置されることにより構成されている。なお、物体側とは図４の紙面に向かって左側を、像面側は右側をいう。
【００１４】
画像読取レンズは、物体側から順に、負レンズからなる第１群と、正レンズと負レンズを接合した第２群と、絞りと、負レンズからなる第３群と、正レンズからなる第４群と、負レンズからなる第５群と、で構成される５群６枚構成のレンズであり、第１群の第１面と第２群の第１面と、第５群の第２面は非球面である。絞りの形状は、ラインセンサの長手方向の開口幅Ｘと、同長手方向と直交方向の開口幅Ｙが異なる。つまり、絞りの形状がラインセンサの長手方向に広い非円弧形状となっている。
【００１５】
＜＜解像力とＭＴＦの関係について＞＞
まず、解像力とＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の関係について説明する。
【００１６】
一般的に、レンズの光軸上のＭＴＦのカットオフ周波数ＭＴＦｃは式（１）で表すことができる。すなわち、式（１）は、
0005896141.tif 000003
である。
【００１７】
ここで、λは波長、ＦはＦナンバである。結像倍率ｍで物体を結像する場合、前記Ｆナンバは実効Ｆナンバ（１＋ｍ）Ｆとして式（２）で表すことができる。すなわち、式（２）は、
0005896141.tif 000004
である。
【００１８】
画角ωから入射するメリディオナル像面のカットオフ周波数は、絞りの半径が本来ａであると仮定すれば、その入射波面の正射影であるａ・ｃоｓωに縮小したものと考えることができる。また、焦点距離ｆもｆ・ｓｅｃωに伸びたものと考えることができる。そうすると、光軸上ではＦナンバがＦであると仮定とすれば、軸外でのＦナンバを表す式（３）は、
0005896141.tif 000005
となる。
【００１９】
さらに、像の広がりもＦナンバに比例するが、軸外の光束は光軸と垂直な面に斜めに入射する。つまり、垂直方向で考えると、ｓｅｃωをもう一つ加えた式（４）で表すことができる。すなわち、式（４）は、
0005896141.tif 000006
となる。
【００２０】
一方、サジタル像面のカットオフ周波数の場合、焦点距離ｆの変化量は、ｆ・ｓｅｃωだけであり、絞りの半径や像の広がりも変わらない。そうすると、サジタル像面のカットオフ周波数は、式（５）で表すことができる。すなわち、式（５）は、
0005896141.tif 000007
となる。
【００２１】
サジタル像面のカットオフ周波数とメリディオナル像面のカットオフ周波数は、式（６）の関係となる。すなわち、式（６）は、
0005896141.tif 000008
となる。
【００２２】
ＭＴＦの理論限界は、瞳の自己相関を計算すれば導くことができる。図１は、瞳の形状が円形であると仮定した場合のＭＴＦの理論限界を示すグラフである。図１では、半画角３３°、Ｆナンバが７、結像倍率が０．１１１倍とした場合のカラー用読取レンズを想定する。また、画素サイズは、４．７μｍで６００ｄｐｉの解像度である。
【００２３】
赤、緑、青の波長は、光源、レンズの透過率及びＣＣＤのフィルタ感度から求めることができる。図１では、赤を６１０ｎｍ、緑を５４０ｎｍ、青を４５０ｎｍと仮定している。なお、光の波長は、それぞれの色のピーク波長を用いると考え易い。
【００２４】
軸上のカットオフ周波数、軸外のカットオフ周波数は、それぞれの波長に対して表１の値となる。
【００２５】
表１は、軸上のカットオフ周波数と軸外のカットオフ周波数の関係を示す。単位はμｍである。
【表１】
0005896141.tif 000009
【００２６】
表１によれば、波長が長くなるほど、カットオフ周波数が低くなることが理解できる。また、サジタル像面のカットオフ周波数は軸上のカットオフ周波数に対して１６％程度低下するが、メリディオナル像面のカットオフ周波数は軸上のカットオフ周波数に対して更に顕著であり４１％程度低下することが理解できる。図２は、赤の波長の理論限界の一例を示すグラフである。
【００２７】
一般的に、解像力の限界値は、レーリ限界であることが知られている。軸上、メリディオナル像面及びサジタル像面のレーリ限界は、それぞれ式（７）、式（８）及び式（９）により導くことができる。
【００２８】
式（７）は、
0005896141.tif 000010
である。
【００２９】
式（８）は、
0005896141.tif 000011
である。
【００３０】
式（９）は、
0005896141.tif 000012
である。
【００３１】
レーリ限界は表２の通りである。メリディオナル像面において必要とする周波数１０６．２ｌｐ／ｍｍを割ってしまうため、解像力が得られなくなる。
【００３２】
表２は、軸上及び軸外のレーリ限界を示す。単位は、μｍである。
【表２】
0005896141.tif 000013
【００３３】
そこで、メリディオナル方向の絞り径を広げることで、メリディオナル方向の瞳径が広がりメリディオナル像面の理論的な解像限界を上げることが可能となる。しかし、サジタル方向の絞り径まで広げてしまうと、サジタル像面の解像限界も上がってしまう。
【００３４】
また、このような場合、メリディオナル像面とサジタル像面の解像力の差が変わらない。また、画像読取レンズとして必要な像面深度がメリディオナル像面とサジタル像面の両方の深度が狭くなることにより、全体としても狭くなる。そのため、メリディオナル像面とサジタル像面のＭＴＦの差を小さくするためには、サジタル方向の絞り径を広げないこと又はメリディオナル方向の絞り径を広げた分だけ狭くすることが、像面深度を十分確保する上で重要である。
【００３５】
これにより、レンズに非回転対称な面形状を持たせて、メリディオナルとサジタルで異なる瞳収差を発生させるのと疑似的に近い効果を得ることができる。つまり、非回転対称なレンズを用いることなく、低コストで良好なＭＴＦを得ることが可能となる。
【００３６】
また、非回転対称なレンズは、非常に高い位置精度が要求される。しかし、非回転対称なレンズを用いずに回転対称なレンズだけを用いることができるため、レンズの調整精度や固定精度が高精度に要求されることなく良好な解像力を得ることができる。
【００３７】
以上説明した実施形態によれば、半画角が３３°以上の画像読取レンズが、複数の回転対称の面形状を有するレンズと絞りとで構成され、前記絞りの形状がラインセンサの長手方向に広い非円弧形状であることで、メリディオナル像面方向の開口幅をサジタル像面方向の開口幅よりも広くすることができる。また、疑似的にメリディオナル像面方向のＦナンバを小さくすることができる。また、半画角が３３°以上の画像読取レンズにおいても、メリディオナル像面方向のカットオフ周波数をサジタル方向のカットオフ周波数に近づけることができる。したがって、メリディオナル像面をサジタル像面の解像力に近づけることができる。
【００３８】
＜画像読取レンズ＞
＜第２の実施形態＞
本発明に係る画像読取レンズの別の実施形態は、前記第１の実施形態において、メリディオナル像面とサジタル像面のカットオフ周波数の差が、次の式（１２）を満足することを特徴とする。
【００３９】
絞りの形状を、ラインセンサの長手方向の開口幅をＸ、Ｘと直交する方向の開口幅をＹ、画像読取レンズの焦点距離をｆとすると、メリディオナル像面方向のＦナンバＦｘとサジタル像面方向のＦナンバＦｙは、それぞれ、式（１０）及び式（１１）で表される。
【００４０】
式（１０）は、
0005896141.tif 000014
である。
【００４１】
式（１１）は、
0005896141.tif 000015
である。
【００４２】
また、画角ωのときのそれぞれのカットオフ周波数の比は、
0005896141.tif 000016
となる。この比が式（１２）を満足することにより、メリディオナル像面とサジタル像面のカットオフ周波数の差が小さくなり、メリディオナル像面とサジタル像面において、略等しい解像力を得ることが可能となる。
【００４３】
すなわち、式（１２）は、
0005896141.tif 000017
である。
【００４４】
以上説明した実施形態によれば、サジタル像面に対するメリディオナル像面のカットオフ周波数の比が０．８から１の間となることで、メリディオナル像面とサジタル像面の解像力を略等しく保つことができる。
【００４５】
＜第３の実施形態＞
＜画像読取レンズ＞
本発明に係る画像読取レンズの別の実施形態は、前記第１又は第２の実施形態において、絞りの形状が略矩形形状となることを特徴とする。
【００４６】
図３は、絞りの形状によるカットオフ周波数ＭＴＦｃの理論限界の一例を示すグラフである。絞りの形状を矩形形状にすることにより、ＭＴＦの理論限界は、カットオフ周波数に向かって直線的に減衰するようになり、円形の絞り形状を用いた場合よりも各周波数において高いＭＴＦを得ることができる。これは、ラインセンサと組み合わせて用いる画像読取用レンズにおいて有効な解像力を向上させる手段である。
【００４７】
以上説明した実施形態によれば、絞りの形状を略矩形形状とすることにより、解像力の理論限界を高くすることができるため良好な解像力を得ることができる。
【００４８】
＜本発明に係る画像読取レンズの実施例＞
次に、本発明に係る画像読取レンズの実施例を具体的な数値で示す。この実施例における記号の意味は以下の通りである。
ｆ                  ：全系の合成焦点距離
ＦＮｏ              ：Ｆナンバ
ｍ                  ：縮率
ω                  ：半画角(度)
Ｙ                  ：物体高
ｒ                  ：レンズ面の曲率半径
ｄ                  ：面間隔
ｎｄ                ：レンズ材料の屈折率
ｖｄ                ：レンズ材料のアッベ数
【００４９】
また、非球面の形状は式（１３）を用いて表す。すなわち、式（１３）は、
0005896141.tif 000018
である。
【００５０】
Ｙを光軸と直交する方向の光軸からの距離とした場合、非球面の面形状は任意の距離Ｙにおいて、光軸と交わる面頂点から光軸方向に距離Ｘで表すことができる。ｋは円錐係数、Ａｉは次数ｉに対する非球面係数を示す。各光学素子の面番号ｊは物体側から順番に付与される。Ｃ１、Ｃ２は原稿を設置するコンタクトガラスの第１面、第２面を示し、Ｃ３、Ｃ４は撮像素子のカバーガラスの第１面、第２面を示す。
【００５１】
＜実施例＞
ｆ：２１．０  ＦＮｏ＝５．６、  ｍ＝０．１１１、  Ｙ＝１５２．４、  ω＝３７°
【表３】
0005896141.tif 000019
【００５２】
【表４】
0005896141.tif 000020
図５は、この実施例における図４に示した基本構成の画像読取レンズの収差図である。
【００５３】
実施例では、軸上のカットオフ周波数、軸外のカットオフ周波数は、それぞれの波長に対して表５の値となる。なお、軸上のカットオフ周波数は、絞りの開口幅Ｘ、Ｙがメリディオナルとサジタルで異なるため両方を算出している。表５より、メリディオナル像面とサジタル像面のカットオフ周波数が略等しくなっていることが理解できる。
【００５４】
【表５】
0005896141.tif 000021
【００５５】
また、カットオフ周波数の比は
0005896141.tif 000022
となり、第２の実施形態の条件式を満足している。つまり、メリディオナル像面、サジタル像面の解像性能のバランスがよく、良好な結像性能を得ることができる。
【００５６】
＜画像読取装置の実施形態＞
次に、本発明に係る画像読取装置の実施形態について説明する。本発明に係る画像読取装置は、本発明に係る画像読取レンズを備えることを特徴とする。
【００５７】
以下、図６に基づいて説明する。図６は、画像読取装置を説明するための図である。図６において、符号４１は原稿載置ガラス、符号４３は画像読取ユニット、符号４４は画像読取レンズ、符号４５は撮像素子を示す。
【００５８】
原稿画像を読取られるべき原稿４２は、原稿載置ガラス４１の上面に平面的に定置される。画像読取ユニット４３は、紙面手前方向を長手方向とし、原稿載置ガラス４１の原稿載置面に対して鏡面を傾けて配置された反射ミラー４３ｅ、４３ｆ、４３ｇを保持する。画像読取ユニット４３は、符号４３で示す位置から符号４３’で示す位置まで一定速度Ｖで移動する。
【００５９】
画像読取ユニット４３は、照明系としての照明手段として、紙面手前方向に長い蛍光ランプ４３ａ、４３ｃ及び反射鏡４３ｂ、４３ｄを保持している。蛍光ランプ４３ａ及び４３ｃは、画像読取ユニット４３が図６の紙面右方へ変位するときに発光し、原稿載置ガラス４１上の原稿４２を照明する。したがって、画像読取ユニット４３が符号４３’で示す位置まで変位する間に原稿４２は照明走査される。
【００６０】
画像読取レンズ４４、ラインセンサ４５、反射ミラー４３ｅ、４３ｆ、４３ｇ及び照明系は、一体のモジュールで構成される。
【００６１】
原稿４２が照明走査されるとき、原稿４２の被照明部からの反射光は、ミラー４３ｅ、４３ｆ、４３ｇで順次反射され、結像光束として画像読取レンズ４４に入射する。このとき、全てのミラーは画像読取ユニット４３に一体で保持されているため、原稿４２の照明走査中において、原稿被照明部から画像読取レンズ４４に至る光路長は一定である。画像読取レンズ４４に入射した結像光束は画像読取レンズの結像作用により、撮像素子４５の受光面に原稿４２を縮小結像する。その後、受光面で検出される光信号を電気信号に変換し原稿情報を読取ることができる。
【００６２】
以上説明した画像読取装置の実施形態によれば、第１〜３のいずれかに係る実施形態の画像読取レンズを画像読取レンズに用いることで、良好な解像力を得ることができるため、画像読取装置の高解像度化、消費電力の低減化を実現することができる。
【００６３】
＜画像形成装置の実施形態＞
次に、本発明に係る画像形成装置の実施形態について説明する。本発明に係る画像形成装置は、前記画像読取装置を備えていることを特徴とする。
【００６４】
本発明に係る画像形成装置の実施態様を図７に示す。以下、図７に基づいて説明する。この画像形成装置は、装置上部に位置する画像読取装置２００と、その下位に位置する画像形成部１００とを有する。画像読取装置２００の部分は、図６において説明した画像読取装置と同様のものであり、各部には図６と同じ符号が付してある．
【００６５】
画像信号は、原稿読取装置２００における３ラインのＣＣＤラインセンサである、撮像素子としてのラインセンサ４５から出力される。その後、この画像信号は、信号処理部１２０に送られ、信号処理部１２０で処理されて「書込み用の信号（イエロー・マゼンタ・シアン・黒の各色を書込むための信号）」に変換される。
【００６６】
画像形成部１００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１１０を有し、その周囲に、帯電手段としての帯電ローラ１１１、リボルバ式の現像装置１１３、転写ベルト１１４、クリーニング装置１１５が配設されている。帯電手段としては帯電ローラ１１１に代えて「コロナチャージャ」を用いることもできる。
【００６７】
光走査装置１１７は、信号処理部１２０から書込み用の信号を受けて光走査により感光体１１０に書込みを行う。なお、光走査装置１１７による感光体１１０への書込みは、帯電ローラ１１１と現像装置１１３との間において行われる。
【００６８】
符号１１６は定着装置、符号１１８はカセット、符号１１９はレジストローラ対、符号１２２は給紙コロ、符号１２１はトレイ、符号Ｓは「記録媒体」としての転写紙を示している．
【００６９】
画像形成を行うときは、光導電性の感光体１１０が紙面時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１１により均一帯電され、光走査装置１１７から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所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。
【００７０】
「画像の書込み」は、感光体１１０の回転に従い、イエロー画像、マゼンタ画像、シアン画像、黒画像の順に行われる。形成された静電潜像はリボルバ式の現像装置１１３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（マゼ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）、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る。
【００７１】
得られた各色トナー画像は、転写ベルト１１４上に、転写電圧印加ローラ１１４Ａにより順次転写され、上記各色トナー画像が転写ベルト１１４上で重ね合わせられてカラー画像となる。
【００７２】
転写紙Ｓを収納したカセット１１８は、画像形成装置本体に脱着可能であり、図７のごとく装着された状態において、収納された転写紙Ｓの最上位の１枚が給紙コロ１２２により給紙され、給紙された転写紙Ｓはその先端部をレジストローラ対１１９に捕えられる。
【００７３】
レジストローラ対１１９は、転写ベルト１１４上の「トナーによるカラー画像」が転写位置へ移動するタイミングに合わせて転写紙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１１４Ｂの作用によりカラー画像が静電転写される。転写ローラ１１４Ｂは、転写時に転写紙Ｓをカラー画像に押圧させる。
【００７４】
カラー画像を転写された転写紙Ｓは定着装置１１６へ送られ、定着装置１１６においてカラー画像が定着され、図示されないガイド手段による搬送路を通り、図示されない排紙ローラ対によりトレイ１２１上に排出される。各色トナー画像が転写されるたびに、感光体１１０の表面はクリーニング装置１１５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。勿論、画像形成装置を「モノクロームの画像形成を行うように構成」できることは言うまでもない。
【００７５】
以上説明した実施形態によれば、本発明に係る画像読取装置を用いることで、良好な解像力を得ることができるため、画像形成装置の高解像度化、消費電力の低減化を実現することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１  第１群
２  第２群
３  第３群
４  第４群
５  第５群
６  絞り
４１  原稿載置ガラス
４２  原稿
４３ｅ、４３ｆ、４３ｇ  ミラー
４４  画像読取レンズ
４５  撮像素子
１００  画像形成部
１１１  帯電ローラ
１１３  現像装置
１１４  転写ベルト
１１５  クリーニング装置
１１７  光走査装置
１１８  カセット
１１９  レジストローラ対
１２０  信号処理部
１２１  トレイ
１２２  給紙コロ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７７】
【特許文献１】特許第３８６２４４６号公報
【特許文献２】特開平１１−０３０７４４号公報
【図１】
0005896141.tif 000024
【図２】
0005896141.tif 000025
【図３】
0005896141.tif 000026
【図４】
0005896141.tif 000027
【図５】
0005896141.tif 000028
【図６】
0005896141.tif 000029
【図７】
0005896141.tif 000030