(57)【要約】【課題】光路長を増加させることなく原稿上の画像情報をより正確に読み取ることができる画像読取装置などを提供する。【解決手段】読取部１００は、シリンダーミラー１１０、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０、受光部材１５０を備え、原稿３０の物体面ｓ１で反射され反射光は、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２において反射され、反射された光は、第１自由曲面ミラー１２０に向って進み、第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３において反射される。さらに、反射された光は、第２自由曲面ミラー１３０に向って進み、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４で反射される。そして、光は、第３自由曲面ミラー１４０に向って進み、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５で反射される。そして、受光部材１５０の結像面（像面ｓ６）に入射する。【選択図】図２
2015075749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた主走査方向に複数の受光素子を並べて構成された受光部と、
原稿によって反射された光が前記受光部に向かって通過する光路上の当該原稿側に設けられ、反射面が円筒面又は球面で構成されて前記主走査方向に正のパワーを有する第１の反射鏡と、
前記光路上の前記受光部側に設けられ、反射面が自由曲面で構成されて前記主走査方向に負のパワーを有する第２の反射鏡と
を備えることを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】
前記光路上に設けられ、反射面が自由曲面で構成されて前記主走査方向に正のパワーを有する第３の反射鏡をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
【請求項３】
前記第１の反射鏡によって反射された光が前記第２の反射鏡に入射することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読取装置。
【請求項４】
前記受光部に入射する光をテレセントリックとする光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像読取装置。
【請求項５】
原稿によって反射された光が受光部に向かって通過する光路上に設けられ、反射面が円筒面又は球面で構成されて予め定められた方向に正のパワーを有する第１の反射鏡と、
前記光路上に設けられ、反射面が自由曲面で構成されて前記方向に負のパワーを有する第２の反射鏡と
を備えることを特徴とする画像読取光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像読取装置及び画像読取光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
公報記載の従来技術として、原稿の画像情報を主走査方向に配列されたラインセンサー上に結像させる読取光学系であって、該読取光学系は基準軸に対して該主走査方向に対称である自由曲面反射面から成る３つのオフアキシャル光学素子から成り、該読取光学系の焦点距離をｆ、該３つのオフアキシャル光学素子のうち最も原稿側に近いオフアキシャル光学素子の副走査方向の基準軸上におけるパワーをφ１、該主走査方向の原稿の最大読取高をＸとするとき、
０．２  ＜  φ１×ｆ  ＜  ０．９
０．６×１０−４（１／ｍｍ２）  ＜  φ１／Ｘ  ＜  ２．４×１０−４（１／ｍｍ２）
なる条件を満足する読取光学系が存在する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０８６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、光路長を増加させることなく原稿上の画像情報をより正確に読み取ることができる画像読取装置など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】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、予め定められた主走査方向に複数の受光素子を並べて構成された受光部と、原稿によって反射された光が前記受光部に向かって通過する光路上の当該原稿側に設けられ、反射面が円筒面又は球面で構成されて前記主走査方向に正のパワーを有する第１の反射鏡と、前記光路上の前記受光部側に設けられ、反射面が自由曲面で構成されて前記主走査方向に負のパワーを有する第２の反射鏡とを備えることを特徴とする画像読取装置である。
請求項２に記載の発明は、前記光路上に設けられ、反射面が自由曲面で構成されて前記主走査方向に正のパワーを有する第３の反射鏡をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置である。
請求項３に記載の発明は、前記第１の反射鏡によって反射された光が前記第２の反射鏡に入射することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読取装置である。
請求項４に記載の発明は、前記受光部に入射する光をテレセントリックとする光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像読取装置である。
請求項５に記載の発明は、原稿によって反射された光が受光部に向かって通過する光路上に設けられ、反射面が円筒面又は球面で構成されて予め定められた方向に正のパワーを有する第１の反射鏡と、前記光路上に設けられ、反射面が自由曲面で構成されて前記方向に負のパワーを有する第２の反射鏡とを備えることを特徴とする画像読取光学系である。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明によれば、本構成を備えない場合に比べ、光路長を増加させることなく原稿上の画像情報をより正確に読み取ることができる。
請求項２の発明によれば、本構成を備えない場合に比べ、より小さな受光部を使用することができる。
請求項３の発明によれば、本構成を備えない場合に比べ、原稿上の画像情報をさらに正確に読み取ることができる。
請求項４の発明によれば、本構成を備えない場合に比べ、受光部においてより正確に原稿上の画像情報を読み取ることができる。
請求項５の発明によれば、本構成を備えない場合に比べ、光路長を増加させることなく原稿上の画像情報をより正確に読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施の形態が適用される画像読取装置の一例を示す図である。
【図２】画像読取装置における読取部を説明する図である。
【図３】実施例１における原稿から撮像素子に至る光路上の各光学素子の仕様を説明する図である。
【図４】実施例１における第１自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ３、第２自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ５を表すＸＹ多項式の係数Ｃａｂを示す図である。
【図５】実施例１における横収差を示す図である。（ａ）は２Ｘ／Ｗが“０．００”で原稿の中央の位置、（ｂ）は２Ｘ／Ｗが“０．２９”の位置、（ｃ）は２Ｘ／Ｗが“０．６９”の位置、（ｄ）は２Ｘ／Ｗが“０．８７”の位置、（ｅ）は２Ｘ／Ｗが“１．００”で原稿の端の位置である。
【図６】実施例２における原稿から撮像素子に至る光路上の各光学素子の仕様を説明する図である。
【図７】実施例２における第１自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ３、第２自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ５を表すＸＹ多項式の係数Ｃａｂを示す図である。
【図８】実施例２における横収差を示す図である。（ａ）は２Ｘ／Ｗが“０．００”で原稿の中央の位置、（ｂ）は２Ｘ／Ｗが“０．２６”の位置、（ｃ）は２Ｘ／Ｗが“０．６４”の位置、（ｄ）は２Ｘ／Ｗが“０．８９”の位置、（ｅ）は２Ｘ／Ｗが“１．００”で原稿の端の位置である。
【図９】比較例１における原稿から撮像素子に至る光路上の各光学素子の仕様を説明する図である。
【図１０】比較例１における第１自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ３、第２自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ５を表すＸＹ多項式の係数Ｃａｂを示す図である。
【図１１】比較例１における横収差を示す図である。（ａ）は２Ｘ／Ｗが“０．００”で原稿の中央の位置、（ｂ）は２Ｘ／Ｗが“０．２６”の位置、（ｃ）は２Ｘ／Ｗが“０．６４”の位置、（ｄ）は２Ｘ／Ｗが“０．８９”の位置、（ｅ）は２Ｘ／Ｗが“１．００”で原稿の端の位置である。
【図１２】比較例２における原稿から撮像素子に至る光路上の各光学素子の仕様を説明する図である。
【図１３】比較例２における第１自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ３、第２自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラーのＸＹ多項式面ｓ５を表すＸＹ多項式の係数Ｃａｂを示す図である。
【図１４】比較例２における横収差を示す図である。（ａ）は２Ｘ／Ｗが“０．００”で原稿の中央の位置、（ｂ）は２Ｘ／Ｗが“０．２６”の位置、（ｃ）は２Ｘ／Ｗが“０．６４”の位置、（ｄ）は２Ｘ／Ｗが“０．８９”の位置、（ｅ）は２Ｘ／Ｗが“１．００”で原稿の端の位置である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（画像読取装置）
図１は、本実施の形態が適用される画像読取装置１の一例を示す図である。ここでは、キャリッジ一体型の走査方式の画像読取装置１を例に挙げて説明する。図１に示す画像読取装置１は、原稿３０上に形成された画像（原稿３０）を読み取るキャリッジ１０と、原稿３０を保持するとともに、原稿３０に与えられる照明光及び原稿３０からの反射光が透過するカバーガラス２０と、キャリッジ１０を走査しつつ原稿３０上の画像から画像情報を読み取る制御を行う制御部４０とを備えている。制御部４０は記憶部材（メモリ）を備え、原稿３０上の画像から読み込んだ画像情報をデータ（画像データ）として蓄積する。
【０００９】
カバーガラス２０は、図示しない枠体によって保持されている。
原稿３０とキャリッジ１０とは、カバーガラス２０を挟んで対向するように配置されている。図１に示すように、キャリッジ１０が下方で、原稿３０が上方に配置される場合には、原稿３０は画像が形成された面を下側として、カバーガラス２０の上側の表面（上面）に配置される。
一方、キャリッジ１０は、カバーガラス２０と予め定められた距離を維持しつつ、Ｙ方向（図１において左右方向）に移動するように構成されている。なお、Ｙ方向が副走査方向、Ｙ方向と直交するＸ方向（図１において紙面に垂直な方向）が主走査方向である。
【００１０】
次に、キャリッジ１０を説明する。キャリッジ１０は、原稿３０上の画像から画像情報を読み取る読取部１００と、原稿３０に対して照射光を与える光源２００と、原稿３０からの反射光を反射して読取部１００に導光する平面ミラー３００−１、３００−２、３００−３とを備えている。平面ミラー３００−１、３００−２、３００−３をそれぞれ区別しないときは、平面ミラー３００と表記する。
ここでは、３枚の平面ミラー３００を用いているが、原稿３０からの反射光が読取部１００に導光できればよく、平面ミラー３００の数は３枚未満であってもよく、３枚を超えてもよい。なお、平面ミラー３００は、画像情報の倍率を変化させない。
【００１１】
さらに、キャリッジ１０における読取部１００を説明する。読取部１００は、後述するように、第１の反射鏡の一例としてのシリンダーミラー（円筒面ミラー）１１０、第２の反射鏡の一例としての第１自由曲面ミラー１２０、第３の反射鏡の一例としての第２自由曲面ミラー１３０、第３の反射鏡の他の一例としての第３自由曲面ミラー１４０及び受光部の一例としての受光部材１５０を備えている。ここで、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０をそれぞれ区別しない場合は、自由曲面ミラーと表記する。
自由曲面ミラーとは、平面、円筒面、球面で表現できない曲面で構成された反射面を有するミラーをいう。
【００１２】
平面ミラー３００−１、３００−２、３００−３により順に導光された反射光は、シリンダーミラー１１０、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０の順に導光され、受光部材１５０の像面ｓ６（後述する図２参照）に結像する。
すなわち、原稿３０からの反射光が、シリンダーミラー１１０、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０により集光されて受光部材１５０に、原稿３０の画像の像を形成する（結像する）。
ここで、シリンダーミラー１１０、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０を光学素子と表記する。
【００１３】
受光部材１５０は、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどで構成されたラインセンサであって、原稿３０上の画像のＸ方向（主走査方向）における画像情報を読み取ることができる。なお、受光部材１５０は、読み取り用の受光素子がＸ方向に１列並んでいて、画像のＸ方向の１ライン分の画像情報を読み取るように構成されていてもよく、読み取り用の受光素子がＸ方向に複数列並んでいて、画像のＸ方向の複数ライン分の画像情報を一括して読み取るように構成されていてもよい。この場合、複数ラインのそれぞれがＲＧＢなどの色に対応させ、１ライン分の色を含んだ画像情報を一括して読み取るように構成されていてもよい。
以下では、１ライン分の単色の画像情報を読み取るように構成されているとして説明する。
【００１４】
ここで、画像読取装置１の動作を説明する。
画像読取装置１の制御部４０は、画像の読み取りを開始する前において、キャリッジ１０を、Ｙ方向の数値が小さい側に設けられた基準点に保持する。すなわち、キャリッジ１０は、カバーガラス２０上に設置された原稿３０において、原稿３０の端から画像の読み取りができるように、Ｙ方向の数値が小さい側の端（基準点）に保持されている。
【００１５】
ユーザにより、カバーガラス２０上に画像が形成された原稿３０が設置され、スタートボタンが押されるなどによって、画像の読み取りが指示される。すると、画像読取装置１の制御部４０は、キャリッジ１０内の光源２００を点灯して、原稿３０に照射光を与える。そして、Ｙ方向の基準点において、受光部材１５０により、画像から１ライン分の画像情報を読み取る。読み込まれた１ライン分の画像情報は、制御部４０に取り込まれ、メモリに画像データとして格納される。
【００１６】
１ライン分の画像データがメモリに格納されると、制御部４０は、次の１ライン分の画像情報を読み込むために、キャリッジ１０をＹ方向に１ライン分移動させる。そして、キャリッジ１０により、次の１ライン分の画像情報が読み込まれ、次の１ライン分の画像情報がメモリに画像データとして格納される。
このようにして、キャリッジ１０が順次Ｙ方向に移動することにより、原稿３０のＹ方向において数値の小さい側の端から数値が大きい側の端まで、画像が読み込まれる。
そして、原稿３０のＹ方向の数値が大きい側の端の画像の読み込みが終了すると、制御部４０は、光源２００を消灯するとともに、キャリッジ１０をＹ方向の基準点に戻す。
これにより、次の原稿３０がカバーガラス２０上に設置され、スタートボタンが押されるのを待つ。
【００１７】
さて、画像読取装置１においては、受光部材１５０のそれぞれの画素が、原稿３０上の画像から明度、彩度、色相などの色に関する画像情報を正確に読み取れることが要求される。
【００１８】
図２は、画像読取装置１における読取部１００を説明する図である。ここでは、平面ミラー３００−１、３００−２、３００−３を省略して、原稿３０からの反射光が読取部１００に入射するとする。
図１に対応して、図２に示すようにＸ方向、Ｙ方向を定め、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向としてＺ方向を定める。
【００１９】
前述したように、画像読取装置１における読取部１００は、シリンダーミラー１１０、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０、受光部材１５０を備えている。ここでは、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０の反射面は、それぞれがＸＹ多項式で表されるとする。
よって、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０のそれぞれの反射面を、ＸＹ多項式面ｓ３、ＸＹ多項式面ｓ４、ＸＹ多項式面ｓ５と表記する。
そして、原稿３０の画像が形成された面を物体面ｓ１、シリンダーミラー１１０の反射面をシリンダー面ｓ２、受光部材１５０の結像面を像面ｓ６と表記する。
【００２０】
光源２００からの照射光は、原稿３０で反射され反射光となる。なお、以下では、反射光を光と表示する。光は、シリンダーミラー１１０に向って進み、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２において反射される。反射された光は、第１自由曲面ミラー１２０に向って進み、第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３において反射される。さらに、光は、第２自由曲面ミラー１３０に向って進み、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４で反射される。そして、光は、第３自由曲面ミラー１４０に向って進み、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５で反射される。そして、受光部材１５０の結像面（像面ｓ６）に入射する。
【００２１】
図２では、３本のラインが物体面ｓ１から像面ｓ６にむけて引かれている。このうち、中央のラインが、主光線であって、主光線の上側が上側マージナル光線、主光線の下側が下側マージナル光線である。主光線を結んだラインを光路と表記する。
図２に示すように、光路を設定するためには、シリンダーミラー１１０、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０をＹ方向に対して傾けて（α回転）（偏心させて）配置している。すなわち、シリンダーミラー１１０、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０は、オフアキシャルである。
なお、読取部１００は、シリンダーミラー１１０、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０のミラー光学系で構成されているので、色収差を生じない。
【００２２】
次に、第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５を表すＸＹ多項式について説明する。
ＸＹ多項式は、下記の数式で表される。ＸＹ多項式とは、Ｘ（ｘ）、Ｙ（ｙ）に対して加法、減法および乗法以外の演算を含まない式をいう。
数式において、ｘはＸに、ｙはＹに、ｚはＺに対応する。しかし、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０は、前述したように、Ｙ方向から傾けて設定されている。そこで、数式のｚ方向は、図２に示すように、反射面と主光線とが交差する点から傾きを戻した方向にとっている。同様に、このｚ方向に対して、Ｘ方向と平行な方向をｘ方向、Ｙ方向と平行な方向をｙ方向としている。
すなわち、ｚは、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０毎に異なっている。
【００２３】
【数１】
2015075749.tif 000003
【００２４】
数式において、係数Ｃａｂのサフィックスのうち、ａはｘの指数であって、ｂはｙの指数である。なお、指数が１０の場合はＴと表記する（後述する図４参照）。
一般に、反射面が曲率半径ｒの場合、その反射面のパワーφは−２／ｒで表される。自由曲面ミラーのｘ方向の曲率半径ｒ１は、１／（２×Ｃ２０）で表される。
よって、自由曲面ミラーの反射面のｘ方向のパワーφｘは、−４×Ｃ２０となる。
同様に、自由曲面ミラーのｙ方向の曲率半径ｒ２は、１／（２×Ｃ０２）で表され、自由曲面ミラーの反射面のｙ方向のパワーφｙは、−４×Ｃ０２となる。
【００２５】
ここでは、光が入射する方向がｚ方向である場合、係数Ｃ２０が正（＋）であるとｘ方向のパワーφｘが負になって光を発散させる。係数Ｃ２０が負（−）であるとｘ方向のパワーφｘが正になって光を集光させる。光が入射する方向が−ｚ方向である場合は逆になる。
ここでは、Ｘ方向（主走査方向）に１ライン分の画像を読み取るとしているので、ｘ方向のパワーを説明すれば足りる。
【００２６】
ここで、シリンダーミラー１１０を使用する理由を説明する。
紙などの原稿３０の表面では拡散反射が生じる。拡散反射においては、反射光の光度（単位立体角あたりの光量）は、原稿３０の表面の垂直方向に大きく、斜め方向には小さい（ランベルトの余弦則と呼ばれる。）。よって、原稿３０が光源２００から均一に照射されていても、反射光を原稿３０から斜め方向に取り出すと、垂直方向に取り出した場合に比べ、光量（光度）が小さくなる。
このため、原稿３０の端部からは斜めの方向の光を読み込み、原稿３０の中央部からは垂直方向の光を読み込むと、例え画像が中央部と端部とで同じであっても、読み込まれる色などの画像情報が異なってしまう。
【００２７】
すなわち、画像読取装置１において、読み取る光（反射光）は、原稿３０から垂直又は垂直に近い角度（浅い角度）で反射された光であることが好ましい。なお、浅い角度とは、垂直方向に取り出した光量との差が予め定められた範囲内であることをいう。
例えば、拡散反射する物体において色を計測する測色計は、物体に対して斜め方向から光を照射し、物体から垂直方向に反射する光を計測するように構成されている。
【００２８】
画像読取装置１において、原稿３０から垂直又は垂直に近い角度（浅い角度）で反射光を読み込もうとすると、原稿３０に近い側に読み取る方向に大きいミラーを配置することが必要となる。
シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２は、曲率半径で決まるので、自由曲面ミラーに比べて、製作が容易である。すなわち、大きいミラーであっても、精度よく、安価に製造できる。よって、本実施の形態では、画像読取装置１において、原稿３０に近い側にシリンダーミラー１１０を設けている。
そして、シリンダーミラー１１０により光路長を短く構成することができる。
【００２９】
しかし、シリンダーミラー１１０の場合、図２に示すように光路に対して斜めに傾けて使用すると、Ｙ方向（副走査方向）において光線の対称性（上側マージナル光線及び下側マージナル光線）が失われるため、収差が大きくなって結像性能が悪くなる。このため、読み込まれた画像の質が悪くなってしまう。
そこで、シリンダーミラー１１０の後段に第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０を設けて補正を行っている。
ここで、シリンダーミラー１１０、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０が画像読取光学系の一例である。
【００３０】
なお、シリンダーミラー１１０の代わりに自由曲面ミラーを用いることもできるが、大きな自由曲面ミラーは、精度が確保しづらく且つ高価になってしまう。
以下では、実施例１、２及び比較例１、２を説明する。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
図３は、実施例１における原稿３０から受光部材１５０に至る光路上の各光学素子の仕様を説明する図である。
ここでは、原稿読み取り幅Ｗを３４６ｍｍとし、Ｘ方向の開口（アパチャ）が２８．６ｍｍの受光部材１５０で読み取るとした。すなわち、結像倍率は０．０８２７である。原稿側の開口数（Ｎａ）を０．０４２とし、像側はテレセントリックとなるように設定した。
受光部材１５０は、ＣＣＤ等における画素に設けられたカラーフィルタにより色を識別する。よって、カラーフィルタを介して画素に斜めに光が入射すると、色が正しく識別されなくなる。このため、受光部材１５０の像面ｓ６に光が垂直に入射するよう、像側をテレセントリック（射出瞳が無限遠にあるよう）にしている。
【００３２】
図３には、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２のＸ曲率半径（ｍｍ）、各光学素子のＺ方向の面間隔（ｍｍ）、各光学素子のＸＹ面に対する偏心角度（α回転）（°）、各光学素子のｙ方向の大きさであるＹアパチャ半径（ｍｍ）及びｘ方向の大きさであるＸアパチャ半径（ｍｍ）を示している。すなわち、Ｙアパチャ半径（ｍｍ）及びＸアパチャ半径（ｍｍ）は、各光学素子を偏心させない状態での値である。
なお、面間隔（ｍｍ）は、各光学素子間の距離であって、各光学素子の間に表記している。そして、Ｚ方向を＋、−Ｚ方向を−で表している。
【００３３】
図３に示すように、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２は、負のＸ曲率半径を有している。すなわち、シリンダーミラー１１０は、正のパワーを有する。
【００３４】
そして、図３の面間隔から、図２に示したと同様に、物体面ｓ１で反射された光は、Ｚ方向に進んでシリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２で反射し、−Ｚ方向に向かう。そして、第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３で反射し、Ｚ方向に向かい、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４で反射し、−Ｚ方向に向かう。そして、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５で反射し、受光部材１５０の結像面（像面ｓ６）に到達する。
【００３５】
図４は、実施例１における第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５を表すＸＹ多項式の係数Ｃａｂを示す図である。なお、図４では、係数ＣａｂをＣａｂと表記している。
図４から分かるように、第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３はｘ方向に負のパワーを備えているが、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５は、ｘ方向に正のパワーを備えている。
【００３６】
図２において説明すると、原稿３０から反射した光は、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２により集光されるが、第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３にて発散される。そして、発散した光が第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４及び第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５で再び集光されて受光部材１５０の像面ｓ６に結像される。
【００３７】
以上説明したように、実施例１においては、原稿３０で反射した光は、正のパワーのシリンダーミラー１１０によって集光されるが、負のパワーの第１自由曲面ミラー１２０により一旦は発散される。そして、正のパワーの第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０により再び集光され、受光部材１５０の像面ｓ６に結像されている。
【００３８】
図５は、実施例１における横収差を示す図である。ここに示す横収差は、図３に示した構成と、図４に示した第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０に対するＸＹ多項式の係数Ｃａｂを用いてシミュレーションにより算出した。
なお、横収差を示す図（横収差図）とは、像面ｓ６において、主光線が到達した点に対して、入射瞳の外周を通過するマージナル光線が到達する位置を示す図である。Ｙ−ＦＡＮは、Ｙ方向の上側マージナル光線と下側マージナル光線との間を示している。Ｘ−ＦＡＮは、Ｘ方向の右側マージナル光線と左側マージナル光線との間を示している。
【００３９】
図５では、原稿３０におけるＸ方向の位置（像高）を原稿読み取り幅Ｗの半分で割った値で示している。なお、Ｙ方向の位置は中心（Ｙ＝０．００）である。図５（ａ）は２Ｘ／Ｗが“０．００”で原稿３０の中央の位置、図５（ｂ）は２Ｘ／Ｗが“０．２９”の位置、図５（ｃ）は２Ｘ／Ｗが“０．６９”の位置、図５（ｄ）は２Ｘ／Ｗが“０．８７”の位置、図５（ｅ）は２Ｘ／Ｗが“１．００”で原稿３０の端の位置である。
【００４０】
図５から分かるように、実施例１における横収差は、２Ｘ／Ｗが“０．００”〜“１．００”の位置において、後述する比較例１、２に比べてＸ方向及びＹ方向とも小さい。
第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０の内、第１自由曲面ミラー１２０を負のパワーとしていることにより、横収差が小さく抑えられている。
【００４１】
実施例１では、図３に示したように、原稿３０からの光を最初に収束させるシリンダーミラー１１０のＸアパチャ半径（幅）を１３０．６３ｍｍとし、原稿読み取り幅Ｗである３４６ｍｍの７５％としている。
すなわち、シリンダーミラー１１０の幅を、原稿読み取り幅Ｗに近い幅にしているので、シリンダーミラー１１０には、原稿３０の端部においても、原稿３０の垂直方向に近い角度（浅い角度）の光（反射光）を取り込むことができる。
【００４２】
このように、原稿３０からの光を最初に収束させるミラーは、Ｘアパチャ半径（幅）が大きいことが望ましい。
前述したように、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２は、Ｘ曲率半径だけで設定されるので、構造が単純であって、Ｘアパチャ半径（幅）が広いものが精度よく且つ安価に製造しやすい。
【００４３】
なお、実施例１における第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０は、図３に示したように、Ｘアパチャ半径が、シリンダーミラー１１０に比べて小さいため、精度及びコストの面において上記の問題を生じにくい。
【００４４】
（実施例２）
図６は、実施例２における原稿３０から受光部材１５０に至る光路上の各光学素子の仕様を説明する図である。
ここでは、原稿読み取り幅Ｗを７８．３２ｍｍとし、Ｘ方向の開口（アパチャ）が３４．８ｍｍの受光部材１５０で読み取るとした。すなわち、結像倍率は０．４４である。原稿側の開口数（Ｎａ）を０．０３とし、像側をテレセントリックとなるように光学系を設定した。
なお、計算を容易にするため、原稿３０の物体面ｓ１、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２、第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５のＸアパチャ半径とＹアパチャ半径とを同じにした。
さらに、第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３と第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４との間に、絞り（絞り面ｓ７）を挿入した。なお、絞りも光学素子と呼ぶ。
【００４５】
図６には、図３と同様に、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２のＸ曲率半径（ｍｍ）、各光学素子のＺ方向の面間隔（ｍｍ）、各光学素子のＸＹ面に対する偏心角度（α回転）（°）、各光学素子のｙ方向の大きさであるＹアパチャ半径（ｍｍ）及びｘ方向の大きさであるＸアパチャ半径（ｍｍ）を示している。
【００４６】
図６に示すように、各光学素子は、絞りを除いて、図２に示した配置で並んでいる。図２において、絞りは第１自由曲面ミラー１２０と第２自由曲面ミラー１３０との間に設けられている。
【００４７】
図７は、実施例２における第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５を表すＸＹ多項式の係数Ｃａｂを示す図である。なお、図７でも、係数ＣａｂをＣａｂと表記している。
図７から分かるように、第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３及び第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５は、ｘ方向に正のパワーを備えているが、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４はｘ方向に負のパワーを備えている。
【００４８】
図８は、実施例２における横収差を示す図である。ここに示す横収差は、図６に示した構成と、図７に示した第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０に対してＸＹ多項式の係数Ｃａｂを用いてシミュレーションにより算出した。
図８では、図５と同様に、原稿３０におけるＸ方向の位置（像高）を原稿読み取り幅Ｗの半分で割った値で示している。なお、Ｙ方向の位置は中心（Ｙ＝０．００）である。図８（ａ）は２Ｘ／Ｗが“０．００”で原稿３０の中央の位置、図８（ｂ）は２Ｘ／Ｗが“０．２６”の位置、図８（ｃ）は２Ｘ／Ｗが“０．６４”の位置、図８（ｄ）は２Ｘ／Ｗが“０．８９”の位置、図８（ｅ）は２Ｘ／Ｗが“１．００”の位置で原稿３０の端の位置である。
【００４９】
図８から分かるように、実施例２では、２Ｘ／Ｗが“０．００”〜“１．００”の位置において、実施例１に比べるとＸ方向の横収差が大きいが、後述する比較例１、２に比べるとＸ方向の横収差が小さい。
第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０の内、第２自由曲面ミラー１３０を負のパワーとしていることにより、横収差が小さく抑えられている。
さらに、原稿３０からの光を最初に収束させるシリンダーミラー１１０のＸアパチャ半径（幅）を６１．６３ｍｍとし、原稿読み取り幅Ｗである７８．３２ｍｍの７９％としている。
よって、実施例１と同様に、シリンダーミラー１１０には、原稿３０の端部においても、原稿３０の垂直方向に近い角度（浅い角度）の光（反射光）を取り込むことができる。
【００５０】
（比較例１）
図９は、比較例１における原稿３０から受光部材１５０に至る光路上の各光学素子の仕様を説明する図である。
原稿読み取り幅Ｗ、結像倍率、原稿側の開口数（Ｎａ）、像側のテレセントリックは、実施例２と同じである。
また、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２のＸ曲率半径（ｍｍ）、各光学素子のＺ方向の面間隔（ｍｍ）、各光学素子のＺ軸に対する偏心角度（α回転）（°）、各光学素子のＹ方向の大きさであるＹアパチャ半径（ｍｍ）及びＸ方向の大きさであるＸアパチャ半径（ｍｍ）も、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２のＸ曲率半径（ｍｍ）及び第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５と受光部材１５０の像面ｓ６との距離（面間隔）を除いて、実施例２と同じである。
【００５１】
図１０は、比較例１における第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５を表すＸＹ多項式の係数Ｃａｂを示す図である。なお、図１０でも、係数ＣａｂをＣａｂと表記している。
図１０に示すように、第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５は、ｘ方向に正のパワーを備え、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４はｘ方向にパワーを備えていない（Ｃ２０＝０）。
【００５２】
図１１は、比較例１における横収差を示す図である。ここに示す横収差は、図９に示した構成と、図１０に示した第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０に対してＸＹ多項式の係数Ｃａｂを用いてシミュレーションにより算出した。
図１１では、図８と同様に、原稿３０におけるＸ方向の位置（像高）を原稿読み取り幅Ｗの半分で割った値で示している。なお、Ｙ方向の位置は中心（Ｙ＝０．００）である。図１１（ａ）は２Ｘ／Ｗが“０．００”で原稿３０の中央の位置、図１１（ｂ）は２Ｘ／Ｗが“０．２６”の位置、図１１（ｃ）は２Ｘ／Ｗが“０．６４”の位置、図１１（ｄ）は２Ｘ／Ｗが“０．８９”の位置、図１１（ｅ）は２Ｘ／Ｗが“１．００”の位置で原稿３０の端の位置である。
【００５３】
図１１（ａ）〜（ｅ）から分かるように、比較例１における横収差は、２Ｘ／Ｗが“０．００”〜“１．００”の位置において、実施例１、２に比べるとＸ方向の横収差が特に大きいことが分かる。
これは、第１自由曲面ミラー１２０、第３自由曲面ミラー１４０をｘ方向に正のパワーとし、第２自由曲面ミラー１３０をｘ方向にパワーを備えていないとしたことにより、横収差が大きくなっていると思われる。
【００５４】
（比較例２）
図１２は、比較例２における原稿３０から受光部材１５０に至る光路上の各光学素子の仕様を説明する図である。
原稿読み取り幅Ｗ、結像倍率、原稿側の開口数（Ｎａ）、像側のテレセントリックは、実施例２、比較例１と同じである。
また、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２のＸ曲率半径（ｍｍ）、各光学素子のＺ方向の面間隔（ｍｍ）、各光学素子のＺ軸に対する偏心角度（α回転）（°）、各光学素子のＹ方向の大きさであるＹアパチャ半径（ｍｍ）及びＸ方向の大きさであるＸアパチャ半径（ｍｍ）も、シリンダーミラー１１０のシリンダー面ｓ２のＸ曲率半径（ｍｍ）及び第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５と受光部材１５０の像面ｓ６との距離（面間隔）を除いて、実施例２、比較例１と同じである。
【００５５】
図１３は、比較例２における第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５を表すＸＹ多項式の係数Ｃａｂを示す図である。なお、図１３でも、係数ＣａｂをＣａｂと表記している。
図１３に示すように、第１自由曲面ミラー１２０のＸＹ多項式面ｓ３、第２自由曲面ミラー１３０のＸＹ多項式面ｓ４、第３自由曲面ミラー１４０のＸＹ多項式面ｓ５は、いずれもｘ方向に正のパワーを備えている。
【００５６】
図１４は、比較例２における横収差を示す図である。ここに示す横収差は、図９に示した構成と、図１０に示した第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０に対してＸＹ多項式の係数Ｃａｂを用いてシミュレーションにより算出した。
図１４では、図８と同様に、原稿３０におけるＸ方向の位置を原稿読み取り幅Ｗの半分で割った値で示している。なお、Ｙ方向の位置は中心（Ｙ＝０．００）である。図１４（ａ）は２Ｘ／Ｗが“０．００”で原稿３０の中央の位置、図１４（ｂ）は２Ｘ／Ｗが“０．２６”の位置、図１４（ｃ）は２Ｘ／Ｗが“０．６４”の位置、図１４（ｄ）は２Ｘ／Ｗが“０．８９”の位置、図１４（ｅ）は２Ｘ／Ｗが“１．００”の位置で原稿３０の端の位置である。
【００５７】
図１４（ａ）〜（ｅ）から分かるように、比較例１における横収差は、２Ｘ／Ｗが“０．００”〜“１．００”の位置で、実施例１、２に比べるとＸ方向において大きいことが分かる。
これは、第１自由曲面ミラー１２０、第２自由曲面ミラー１３０、第３自由曲面ミラー１４０のいずれにおいても、正のパワーとしていることにより、横収差が大きくなっていると思われる。
【００５８】
以上説明したように、画像読取装置１において、原稿３０の端部に対しても、原稿３０の垂直方向に近い角度（浅い角度）の光（反射光）を取り込むようにすることで、読み取る画像の画像情報が正確に（忠実に）読み取ることができる。このため、原稿３０からの光を最初に集光するミラーとして、形状を大きくしても高い精度が確保されるシリンダーミラー１１０を用いている。
そして、シリンダーミラー１１０を用いることにより発生する収差を抑制するために、負のパワーの自由曲面ミラーを備えた光学系を用いている。
なお、図５に示すシリンダーミラー１１０の直後の第１自由曲面ミラー１２０を負のパワーとした実施例１の方が、図８に示す第２自由曲面ミラー１３０を負のパワーとした実施例２に比べ、横収差の発生を小さく抑えることができる。
【００５９】
大きくしても高い精度が確保されればよいので、シリンダーミラー１１０は、正のパワーを備える球面鏡であってもよい。
【００６０】
なお、平面ミラー３００−１、３００−２、３００−３などの平面ミラーは、パワーを有しないので、光路を曲げるように光路の途中に介在してもよい。平面ミラーが、半透過性のハーフミラーであって、光路を分岐するように構成されていてもよい。
【００６１】
この画像読取装置１は、プリンタや印刷機などの画像形成装置と組み合わせることで、コピー機能を実現することができる。また、画像形成装置により形成された画像を読み取った画像データと、画像形成装置が画像を形成するために送信され画像データとを比較することで、形成された画像を検査する画像検査装置としても使用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…画像読取装置、１０…キャリッジ、２０…カバーガラス、３０…原稿、４０…制御部、１００…読取部、１１０…シリンダーミラー、１２０…第１自由曲面ミラー、１３０…第２自由曲面ミラー、１４０…第３自由曲面ミラー、１５０…受光部材、２００…光源、３００、３００−１、３００−２、３００−３…平面ミラー、ｓ１…物体面、ｓ２…シリンダー面、ｓ３、ｓ４、ｓ５…ＸＹ多項式面、ｓ６…像面
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015075749.tif 000013
【図１１】
2015075749.tif 000014
【図１２】
2015075749.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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