(57)【要約】    【課題】  路長が短く全系がコンパクトであり、かつ良好なる光学性能を有し、またバックフォーカスの長い結像光学系及びそれを用いた画像読取装置を得ること。    【解決手段】  原稿Ｏ面上の画像情報を、撮像素子ＬＳ面上に結像させ、該撮像素子で得られる信号より該画像情報を読取る為の結像光学系４であって、該結像光学系は、基準軸に対して主走査方向に対称で、かつ副走査方向に非対称なオフアキシャル反射面からなる４つのオフアキシャル光学素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有し、該４つのオフアキシャル光学素子のうち、光学的に原稿側に近い２つのオフアキシャル光学素子の主走査方向の合成のパワーをＭｆ、光学的に撮像素子側に近い２つのオフアキシャル光学素子の主走査方向の合成のパワーをＭｒとするとき        −０．３＜Ｍｆ／Ｍｒ＜０．３なる条件を満足すること。【選択図】    図１
2008158414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原稿面上の画像情報を、撮像素子面上に結像させ、該撮像素子で得られる信号より該画像情報を読取る為の結像光学系であって、
該結像光学系は、基準軸に対して主走査方向に対称で、かつ副走査方向に非対称なオフアキシャル反射面からなる４つのオフアキシャル光学素子を有し、
該４つのオフアキシャル光学素子のうち、光学的に原稿側に近い２つのオフアキシャル光学素子の主走査方向の合成のパワーをＭｆ、光学的に撮像素子側に近い２つのオフアキシャル光学素子の主走査方向の合成のパワーをＭｒとするとき
−０．３＜Ｍｆ／Ｍｒ＜０．３
なる条件を満足することを特徴とする結像光学系。
【請求項２】
前記４つのオフアキシャル光学素子のうち、光学的に原稿側に近い２つのオフアキシャル光学素子の副走査方向の合成のパワーをＳｆ、光学的に撮像素子側に近い２つのオフアキシャル光学素子の副走査方向の合成のパワーをＳｒとするとき
０．１＜Ｓｆ／Ｓｒ＜０．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
【請求項３】
前記結像光学系の主走査方向のパワーをＭｔ、前記４つのオフアキシャル光学素子のうち、光学的に原稿側に近い２つのオフアキシャル光学素子の主走査方向の合成のパワーをＭｆとするとき
−０．３＜Ｍｆ／Ｍｔ＜０．３      
なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
【請求項４】
前記結像光学系の副走査方向のパワーをＳｔ、前記４つのオフアキシャル光学素子のうち、光学的に原稿側に近い２つのオフアキシャル光学素子の副走査方向の合成のパワーをＳｆ、光学的に撮像素子側に近い２つのオフアキシャル光学素子の副走査方向の合成のパワーをＳｒとするとき
０＜Ｓｆ／Ｓｔ＜０．６
１．１＜Ｓｒ／Ｓｔ＜１．６
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項５】
前記結像光学系は、前記原稿面から光学的に最も原稿面側に近いオフアキシャル光学素子のオフアキシャル反射面までの基準軸の長さをＬｏ（ｍｍ）、光学的に最も原稿面側に近いオフアキシャル光学素子のオフアキシャル反射面から前記撮像素子面までの基準軸の長さをＬｂ（ｍｍ）とするとき、
０.０７＜Ｌｂ／Ｌｏ＜０.２５
Ｌｏ＜４００ｍｍ
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の結像光学系と、前記原稿を載置する原稿台と、前記撮像素子を備え、
該原稿を載置する原稿台面上の画像情報を該撮像素子上に結像させ、該原稿と該撮像素子とを相対的に移動することで、該撮像素子で得られる信号より該画像情報を読取ることを特徴とする画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は結像光学系及びそれを用いた画像読取装置に関するものである。特にイメージスキャナーやデジタル複写機やファクシミリ等において、ラインセンサー（撮像素子）からの信号を用いてモノクロ画像やカラー画像等の画像情報を読み取る際に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、原稿面上の画像情報を読み取る画像読取装置（イメージスキャナー）として、フラットベット型のイメージスキャナーが種々と提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
フラットベッド型のイメージスキャナーでは結像レンズ（結像光学系）とラインセンサー（ＣＣＤ）を固定し、光路中に設けた反射ミラーのみを移動させることによって原稿面をスリット露光走査して、画像情報を読み取る所謂２対１ミラー走査方式を用いている。
【０００４】
近年では、装置の構造の簡略化を図るため反射ミラー、結像レンズ、ラインセンサー等を一体化して原稿面を走査するキャリッジ一体型走査方式を採用する場合が多くなってきている。
【０００５】
図７は従来のキャリッジ一体型走査方式を用いた画像読取装置の要部概略図である。同図において照明光源８１から放射された光束は直接原稿台（原稿台ガラス）８２に載置した原稿８７を照明している。そして照明された原稿８７からの反射光束を順に第１、第２、第３の反射ミラー８３ａ，８３ｂ，８３ｃを介してキャリッジ８６内部でその光路を折り曲げ、結像レンズ（結像光学系）８４によりラインセンサー（撮像素子）８５面上に結像させている。
【０００６】
そしてキャリッジ８６を駆動モーター８８により図７に示す矢印Ａ方向（副走査方向）に移動させることにより原稿８７の画像情報を読み取っている。図７におけるラインセンサー８５は複数の受光素子を１次元方向で紙面垂直方向（主走査方向）に配列した構成により成り立っている。
【０００７】
図８は図７の画像読取装置の結像光学系の基本構成の説明図である。
【０００８】
図８において、８４は結像レンズである。８５はラインセンサー群であり、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各色を読み取るラインセンサー８５Ｒ，８５Ｇ，８５Ｂを有している。８７Ｒ，８７Ｇ，８７Ｂは各々ラインセンサー８５Ｒ，８５Ｇ，８５Ｂに対応する原稿８７面上の読み取り範囲である。原稿８７面を副走査方向に走査することによってある時間間隔をおいて同一箇所をラインセンサー８５Ｒ，８５Ｇ，８５Ｂで異なる色で読み取ることができる。
【０００９】
前記構成において結像レンズ８４が屈折系からなる場合には軸上色収差や倍率色収差が発生するので基準のラインセンサー８５Ｇに対しラインセンサー８５Ｂ，８５Ｒに結像されるライン像にデフォーカスあるいは位置ズレが発生する。したがって各色画像を重ね合わせて再現した時に色にじみやズレの目立つ画像になる。このときの色にじみや色ズレは開口、解像度の高い光学性能が要求される場合には許容できなくなる。
【００１０】
一方最近、非共軸光学系において、基準軸という概念を導入し、構成面を非対称非球面にすることで、収差が調整された光学系が構築可能であることが種々と提案されている（特許文献２参照）。
【００１１】
特許文献２には、その設計方法が示されている。
【００１２】
また、より簡易な構成の結像光学系として、少枚数の自由曲面ミラーより構成した結像光学系が種々と提案されている（特許文献３参照）。
【００１３】
こうした非共軸光学系はオフアキシャル光学系と呼ばれる。オフアキシャル光学系は像中心と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考えたとき、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸上にない曲面（オフアキシャル曲面）を含む光学系として定義される。このとき、基準軸は折れ曲がった形状となる。
【００１４】
このオフアキシャル光学系は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレが生じないため、反射面を使った光学系の構築がし易い。
【００１５】
また反射面のみから構成されるオフアキシャル光学系は、色収差が発生しないという特徴があり、これは従来の屈折光学系のような色にじみやズレがなく、開口、解像度の高い要求にも対応できる。
【特許文献１】特開平３−１１３９６１号公報
【特許文献２】特開平８−２９２３７１号公報
【特許文献３】特開２００４−１３３３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献３で開示されたオフアキシャル光学系を用いた画像読取装置では、前述した特徴があるが、以下に示す課題がある。
【００１７】
オフアキシャル光学系においては、基準軸が折れ曲がっているため、従来の回転対称共軸系と比べて、実質的なバックフォーカスが短くなってくる。そうすると小さな空間内で撮像素子を取り付けなくてはならず、撮像素子の組み付け調整が困難になってくる。
【００１８】
一方、光学性能を良好にしようとすると光路長が長くなって光学系が大型化してくる。そうすると結像光学系をキャリッジ一体型の画像読取装置の小さな空間に収納するのが難しくなってくる。
【００１９】
また、最近ＣＣＤがより小型化されている。それに伴って結像光学系は結像倍率が高いことが要望されている。結像光学系においては、原稿面の読取位置から像面までの光路長（ＴＣ長）は、それを包含するキャリッジのメカ部品によって制限される。光路長を一定としたとき結像光学系の倍率を高倍率にするには結像光学系の焦点距離及びバックフォーカスを短縮する必要がある。バックフォーカスが短いと撮像素子の配置が難しくなってくる。
【００２０】
バックフォーカスが短いオフアキシャル光学系において、高倍率にするには光路長を長くする必要があり、光路長が一定のままでの高倍率化が難しい。光路長が長くなると全系が大型化してくる。光路長を短くし、結像光学系を小型にしつつ結像光学系の倍率を高倍率にすることは大変困難である。
【００２１】
本発明は光路長が短く全系がコンパクトであり、かつ良好なる光学性能を有し、またバックフォーカスの長い結像光学系及びそれを用いた画像読取装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
請求項１の発明の結像光学系は、
原稿面上の画像情報を、撮像素子面上に結像させ、該撮像素子で得られる信号より該画像情報を読取る為の結像光学系であって、
該結像光学系は、基準軸に対して主走査方向に対称で、かつ副走査方向に非対称なオフアキシャル反射面からなる４つのオフアキシャル光学素子を有し、
該４つのオフアキシャル光学素子のうち、光学的に原稿側に近い２つのオフアキシャル光学素子の主走査方向の合成のパワーをＭｆ、光学的に撮像素子側に近い２つのオフアキシャル光学素子の主走査方向の合成のパワーをＭｒとするとき
−０．３＜Ｍｆ／Ｍｒ＜０．３
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記４つのオフアキシャル光学素子のうち、光学的に原稿側に近い２つのオフアキシャル光学素子の副走査方向の合成のパワーをＳｆ、光学的に撮像素子側に近い２つのオフアキシャル光学素子の副走査方向の合成のパワーをＳｒとするとき
０．１＜Ｓｆ／Ｓｒ＜０．５
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２４】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記結像光学系の主走査方向のパワーをＭｔ、前記４つのオフアキシャル光学素子のうち、光学的に原稿側に近い２つのオフアキシャル光学素子の主走査方向の合成のパワーをＭｆとするとき
−０．３＜Ｍｆ／Ｍｔ＜０．３      
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２５】
請求項４の発明は請求項１から３のいずれか１項の発明において、
前記結像光学系の副走査方向のパワーをＳｔ、前記４つのオフアキシャル光学素子のうち、光学的に原稿側に近い２つのオフアキシャル光学素子の副走査方向の合成のパワーをＳｆ、光学的に撮像素子側に近い２つのオフアキシャル光学素子の副走査方向の合成のパワーをＳｒとするとき
０＜Ｓｆ／Ｓｔ＜０．６
１．１＜Ｓｒ／Ｓｔ＜１．６
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２６】
請求項５の発明は請求項１から４のいずれか発明において、
前記結像光学系は、前記原稿面から光学的に最も原稿面側に近いオフアキシャル光学素子のオフアキシャル反射面までの基準軸の長さをＬｏ（ｍｍ）、光学的に最も原稿面側に近いオフアキシャル光学素子のオフアキシャル反射面から前記撮像素子面までの基準軸の長さをＬｂ（ｍｍ）とするとき、
０.０７＜Ｌｂ／Ｌｏ＜０.２５
Ｌｏ＜４００ｍｍ
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２７】
請求項６の発明の画像読取装置は、
請求項１から５のいずれか１項に記載の結像光学系と、前記原稿を載置する原稿台と、前記撮像素子を備え、
該原稿を載置する原稿台面上の画像情報を該撮像素子上に結像させ、該原稿と該撮像素子とを相対的に移動することで、該撮像素子で得られる信号より該画像情報を読取ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば光路長が短く全系がコンパクトであり、かつ良好なる光学性能を有し、またバックフォーカスの長い結像光学系及びそれを用いた画像読取装置を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００３０】
本発明の結像光学系の実施例の構成および数値の意味を明確にするために、本明細書中で使用のオフアキシャル光学系及びその骨組みとなる基準軸について以下のように定義する。
【００３１】
［基準軸の定義］
一般には物体から像面にいたる基準となる基準波長の光線の光路をその光学系における基準軸と定義する。これだけでは基準となる光線の選び方に曖昧性が残るので、通常は以下に示す２つの原則のいずれかにより基準光線つまり基準軸を設定する。
【００３２】
光学系に部分的にでも対称性を有する軸が存在し、収差を対称性良くとりまとめることができる場合には、その対称性を有する軸上を通る光線を基準光線とする。
【００３３】
光学系に一般的に対称軸が存在しない時、あるいは部分的には対称軸が存在しても、収差を対称性良くとりまとめることができない。その時には、物体面中心（被撮影、被観察範囲の中心）から出る光線のうち、光学系の指定される面の順に光学系を通り、光学系内に定義される絞り中心を通る光線を基準光線として設定する。
【００３４】
基準光線に沿った部材間の距離を基準光線軸の距離（長さ）という。
【００３５】
このようにして定義される基準軸は、折れ曲がっている形状となる事が一般的である。
【００３６】
上記のように定義した基準軸が曲面と交わる点において、面法線が基準軸と一致しない曲面をオフアキシャル曲面と定義し、オフアキシャル曲面を含む光学系をオフアキシャル光学系と定義する。（但し、平面反射面によって基準軸が単純に折れ曲がっている場合も面法線が基準軸と一致しないが、その平面反射面は収差の対称性を損なわないので、オフアキシャル光学系の対象から除外する。）
本発明の実施例においては、光学系の基準となる基準軸を上記のように設定したが、光学系の基準となる軸の決め方は光学設計上、収差のとりまとめ上、もしくは光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の良い軸を採用すれば良い。
【００３７】
しかし、一般的には像面または観察面の中心と、絞りまたは入射瞳または射出瞳または光学系の第１面の中心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を光学系の基準となる基準軸に設定している。各面の順番は基準軸光線が反射を受ける順番に設定している。従って、基準軸は設定された各面の順番に沿って反射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に像面の中心に到達する。
【００３８】
本発明の各実施例の光学系を構成するチルト面は基本的に全てが同一面内でチルトしている。そこで、絶対座標系の各軸を以下のように定める。
【００３９】
Ｚ軸：原点を通り第１面に向かう基準軸
Ｙ軸：原点を通りチルト面内でＺ軸に対して半時計周りに９０°をなす直線
Ｘ軸：原点を通りＺ，Ｙ各軸に垂直な直線
また、光学系を構成する第ｉ面の面形状を表すには、絶対座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第ｉ面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定して、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状を認識する上で理解し易い。そのため、本発明の構成データを表示する実施例では第ｉ面の面形状をローカル座標系で表す。
【００４０】
また、第ｉ面のＹＺ面内でのチルト角は絶対座標系のＺ軸に対して反時計回り方向を正とした角度θｉ（単位°）で表す。
【００４１】
よって、本発明の各実施例では各面のローカル座標の原点はＹＺ平面上にある。
【００４２】
またＸＺおよびＸＹ面内での面の偏心はない。さらに、第ｉ面のローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）のｙ，ｚ軸は絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対してＹＺ面内でも角度θｉ傾いており、具体的には以下のように設定する。
【００４３】
ｚ軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座標系のＺ軸方向に対しＹＺ面内において半時計方向に角度θｉをなす直線
ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、ｚ軸方向に対してＹＺ面内において半時計方向に９０°をなす直線
ｘ軸：ローカル座標系の原点を通り、ＹＺ面に対し垂直な直線
また、本発明の実施例における結像光学素子は回転非対称の非球面を有し、その形状は以下の式により示す。
【００４４】
【数１】
2008158414.tif 000003
【００４５】
なお球面は以下の式で表される形状である。
【００４６】
【数２】
2008158414.tif 000004
【００４７】
上記曲面式はｘに関して偶数次の項のみであるため、上記曲面式により規定される曲面はｙｚ面を対称面とする面対称な形状である。
【００４８】
近軸理論に基づく焦点距離を直接計算することが困難である。そこで以下の定義による換算焦点距離ｆeqを用いる。
【００４９】
【数３】
2008158414.tif 000005
【００５０】
なお定義上、反射面が奇数個の場合、焦点距離の符号は通常の符号と逆に表現される。
【００５１】
ここにｈ1：第１面において基準軸に平行で基準軸に無限に近く入射する光線の入射高さａk’：該光線が最終面から射出時に基準軸となす角度である。また、数値実施例においてDiは第i面と第(i+1)面間のローカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量、Ndiは第i面と第(i+1)面間の媒質の屈折率である。
【実施例１】
【００５２】
図１は本発明の結像光学系（オフアキシャル光学系）をカラー画像またはモノクロ画像を読み取る画像読取装置に適用したときの実施例１の副走査断面（ＹＺ面）内の要部概略図である。
【００５３】
図２Ａは本発明の実施例１の光路を一部展開したときのＹＺ面（副走査断面）内での全体の構成を示す要部断面図である。図２Ｂは本発明の実施例１の光路を一部展開したときのＸＺ面（主走査断面）内での全体の構成を示す要部断面図である。
【００５４】
図中、Ｌは光源（照明手段）であり、蛍光灯やキセノンランプから成っている。ＣＧは原稿台（原稿台ガラス）であり、その原稿台面上に原稿（モノクロ画像もしくはカラー画像）Ｏが載置されている。Ｍ１，Ｍ２．Ｍ３は各々順に第１、第２、第３の反射ミラー（平面ミラー）である。
【００５５】
４は画像読取用の結像光学系（オフアキシャル光学系）であり、原稿面上の画像情報を読み取る為に用いている。結像光学系４は、原稿Ｏの画像情報に基づく光束を後述する撮像素子面上（ラインセンサー（ＣＣＤ）ＬＳ面上）に結像させている。
【００５６】
本実施例における結像光学系４は基準軸に対し主走査方向に対称で、副走査方向に非対称な４つの自由曲面反射面（オフアキシャル反射面）Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４から成る第１、第２、第３、第４のオフアキシャル光学素子４ａ，４ｂ，４ｃ、４ｄより成っている。
【００５７】
ＳＰは絞りであり、第２のオフアキシャル反射面Ｒ２と第３のオフアキシャル反射面Ｒ３との間に配置されている。
【００５８】
Ｌａは物体中心から出射し、絞りＳＰの中心を通過する基準光線である。
【００５９】
ＬＳはＣＣＤで構成されるラインセンサー（撮像素子）であり、像面に相当する位置に配置されている。
【００６０】
ここでラインセンサーＬＳの画素（センサー）の並び方向（紙面と垂直方向、Ｘ方向）が主走査方向（主走査断面、ＸＺ面）、それに直交する方向（紙面内方向、Ｙ方向）が副走査方向（副走査断面、ＹＺ面）である。
【００６１】
Ｃは移動可能なキャリッジ（筐体）であり、各部材Ｌ，Ｍ１，Ｍ２．Ｍ３，４，ＬＳを収納している。
【００６２】
ＡＦは光学的に最も像面（撮像素子が置かれる位置）ＬＳ側に近いオフアキシャル反射面Ｒ４から像面ＬＳまで距離である。この距離ＡＦは、回転対称共軸系でのバックフォーカスに相当する。
【００６３】
ＢＦは光学的に最も像面ＬＳ側に近いオフアキシャル反射面Ｒ４から像面ＬＳに向かう光路中（光軸）において、光軸に対して垂直で、かつ他のオフアキシャル反射面（図２Ａでは面Ｒ１）の一部を含む断面から像面ＬＳまでの距離の最小値である。この距離ＢＦは上述した如くオフアキシャル光学系での実質的なバックフォーカスとなる。本実施例では、このバックフォーカスＢＦが長くなるように各面Ｒ１からＲ４のパワーを設定している。
【００６４】
尚、本明細書において、「光学的に」とは、「原稿から光が出射して進む方向において」という意味である。
【００６５】
本実施例においては照明手段Ｌから発した光束で原稿台ＣＧの上に載置された原稿（物体）Ｏを照明し、該原稿Ｏからの光束を第１、第２、第３の反射ミラーＭ１，Ｍ２．Ｍ３を介して結像光学系４によりラインセンサーＬＳ上に結像している。そして原稿ＯとキャリッジＣとの相対的位置を副走査方向（矢印Ａ方向）に変えて原稿Ｏを２次元的に読み取っている。
【００６６】
本実施例においては画像読取装置をコンパクトに構成するために第１、第２、第３の反射ミラーＭ１，Ｍ２．Ｍ３により光路を折り畳んでいる。結像光学系４は表面反射面で構成されるため色収差は発生せず、広画角化が容易となる。よって結像光学系４から原稿Ｏまでの距離を短縮することになり、キャリッジ一体型光学系の画像読取装置を３枚の平面ミラーと結像光学系４からなる少ない光学部品で構成することができる。
【００６７】
本実施例における各オフアキシャル反射面Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はラインセンサーＬＳのセンサーが配列されている方向（Ｘ方向）のラインと垂直な方向（Ｙ方向）の断面、つまり副走査断面（ＹＺ断面）内で光路を折り曲げる構成をとっている。
【００６８】
また各オフアキシャル反射面Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は上記の如く各々主走査方向に対称であり、副走査方向に非対称な自由曲面反射面で構成している。これにより本実施例では偏心による非対称収差および各種収差の良好な調整を行なっている。
【００６９】
本実施例において光学的に原稿Ｏ側に近い２つの第１、第２のオフアキシャル光学素子４ａ、４ｂの主走査方向の合成のパワーをＭｆとする。また光学的にラインセンサーＬＳ側（撮像素子側）に近い２つの第３、第４のオフアキシャル光学素子４ｃ，４ｄの主走査方向の合成のパワーをＭｒとする。このとき
−０．３＜Ｍｆ／Ｍｒ＜０．３      ‥‥‥(1)
なる条件を満足するように設定している。
【００７０】
本実施例では上記条件式(1)を満足させることにより、光路長の短いコンパクトな画像読取装置を得ている。さらに良好なる光学性能で、オフアキシャル光学系における実質上のバックフォーカスの長い結像光学系を得ている。
【００７１】
また、本実施例において、さらに望ましくは、以下の条件式(2)〜(7)のうち１以上を満足するのが良い。
【００７２】
すなわち、本実施例において光学的に原稿Ｏ側に近い２つの第１、第２のオフアキシャル光学素子４ａ、４ｂの副走査方向の合成のパワーをＳｆとする。また光学的にラインセンサーＬＳ側（撮像素子側）に近い２つの第３、第４のオフアキシャル光学素子４ｃ，４ｄの副走査方向の合成のパワーをＳｒとする。このとき
０．１＜Ｓｆ／Ｓｒ＜０．５      ‥‥‥(2)
なる条件を満足するように設定している。
【００７３】
また結像光学系４の主走査方向のパワーをＭｔ、光学的に原稿Ｏ側に近い２つのオフアキシャル光学素子４ａ，４ｂの主走査方向の合成のパワーをＭｆとする。。このとき
−０．３＜Ｍｆ／Ｍｔ＜０．３          ‥‥‥(3)
なる条件を満足するように設定している。
【００７４】
また結像光学系４の副走査方向のパワーをＳｔ、光学的に原稿Ｏ側に近い２つのオフアキシャル光学素子４ａ，４ｂの副走査方向の合成のパワーをＳｆとする。また光学的にラインセンサーＬＳ側（撮像素子側）に近い２つのオフアキシャル光学素子４ｃ，４ｄの副走査方向の合成のパワーをＳｒとする。このとき
０＜Ｓｆ／Ｓｔ＜０．６              ‥‥‥(4)
１．１＜Ｓｒ／Ｓｔ＜１．６          ‥‥‥(5)
なる条件を満足するように設定している。
【００７５】
また本実施例において結像光学系４は、原稿面Ｏから第１のオフアキシャル光学素子４ａのオフアキシャル反射面Ｒ１までの基準光軸の長さをＬｏ（ｍｍ）とする。また光学的に最も原稿面Ｏ側に近いオフアキシャル反射面Ｒ１からラインセンサーＬＳ面（撮像素子面）までの基準光軸の長さをＬｂ（ｍｍ）とする。このとき、
０.０７＜Ｌｂ／Ｌｏ＜０.２５      ‥‥‥(6)
Ｌｏ＜４００ｍｍ                  ‥‥‥(7)
なる条件を満足するように設定している。
【００７６】
次に条件式(1)〜(7)の技術的な意味について説明する。
【００７７】
条件式(1)は結像光学系の系全体のパワー配置について、主走査方向のパワー配置に関するものであり、絞りＳＰを挟んだ原稿面側の面の合成パワーと、像面（ラインセンサーＬＳ）側の面の合成パワーとの比率に関するものである。以下説明のために、絞りＳＰより原稿面Ｏ側の反射面を前群、絞りＳＰより像面側の反射面を後群とする。
【００７８】
条件式(1)の下限値を超えると、前群の主走査方向の合成パワーＭｆが後群の主走査方向の合成パワーＭｒに対して負の方向に大きくなってしまい、光学系の光路長が長くなってしまう。その結果、キャリッジ一体型に用いるようなコンパクトな光学系を達成するのが難しい。また、後群の合成パワーの絶対値が大きくなることで、そこで発生する収差の補正がより困難になる。
【００７９】
逆に条件式(1)の上限値を超えると前群の主走査方向の合成パワーＭｆが後群の主走査方向の合成パワーＭｒに対して正の方向に大きくなってしまい光学系のバックフォーカスつまりオフアキシャル光学系における実質的なバックフォーカスが短くなってしまう。その結果、ＣＣＤやＣＣＤ保持部材による光線のケラレが生じやすく、また組み付けが困難になる。
【００８０】
条件式(1)を満足することで、光路長が短くコンパクトで、かつバックフォーカスの長い、組み付け容易な結像光学系が達成できる。またこの条件式(1)を満足することで各種収差が抑えやすくなり、光路長とバックフォーカスのバランスのとれた結像光学系を達成できる。
【００８１】
条件式(2)は結像光学系の系全体のパワー配置について、偏心のある副走査方向のパワー配置に関するもので、絞りＳＰを挟んだ原稿面側の面の合成パワーと、像面側の面の合成パワーとの比率に関するものである。
【００８２】
条件式(2)の下限値を超えて、後群の副走査方向の合成パワーＳｒが全系の副走査方向の合成パワーに対して大きくなると、後群により発生する各種収差の調整が困難になる。また、前群の合成パワーが相対的に小さくなることから、後群に対する光束が広がり、後群の有効面が大きくなってしまう。その結果、光学系が大きくなってしまう。
【００８３】
条件式(2)の上限値を超えて、後群の副走査方向の合成パワーＳｒが前群の副走査方向の合成パワーＳｆに近づくと、前群と後群の合成パワーのバランスが崩れ、バックフォーカスが短くなってしまう。その結果、ＣＣＤやＣＣＤ保持部材の組み付けが困難になる。
【００８４】
条件式(2)を満足することで、光学系の大きさをコンパクトに保ちつつバックフォーカスの長い、組み付け容易な結像光学系が達成できる。またこの条件式(2)を満足することでより後群の面の有効径を抑え、かつ各種収差をバランスよく調整することができる。
【００８５】
条件式(3)は結像光学系の系全体のパワー配置について、主走査方向のパワー配置に関するものであり、特に光学系全体の主走査方向のパワーに対する、前群のパワーの比率を表すものである。
【００８６】
条件式(3)の下限値を超えると、前群の主走査方向の合成パワーＭｆが光学系全体の主走査方向のパワーＭｔに対して負の方向に大きくなってしまい、光学系の光路長が長くなってしまう。その結果、キャリッジ一体型に用いるようなコンパクトな光学系を達成するのが難しい。また、後群の合成パワーの絶対値が大きくなってしまい、そこで発生する収差補正がより困難になる。
【００８７】
逆に条件式(3)の上限値を超えると前群の主走査方向の合成パワーＭｆが系全体の主走査方向のパワーＭｔに対して大きな割合を占めることになってしまい光学系のバックフォーカスつまりオフアキシャル光学系における実質的なバックフォーカスが短くなってしまう。その結果、ＣＣＤやＣＣＤ保持部材による光線のケラレが生じやすく、また組み付けが困難になる。
【００８８】
条件式(3)を満足することで、光路長が短くコンパクトで、かつバックフォーカスの長い、組み付け容易な結像光学系が達成できる。またこの条件式(3)を満足することで各種収差が抑えやすくなり、光路長とバックフォーカスのバランスのとれた結像光学系を達成できる。
【００８９】
条件式(4)、(5)は結像光学系の系全体のパワー配置について、偏心のある副走査方向のパワー配置に関するもので、絞りＳＰを挟んだ原稿面側の面の合成パワーと、像面側の面の合成パワーの光学系全体の副走査方向のパワーＳｔに対する比率に関するものである。
【００９０】
条件式(4)の下限値を超えて、前群の副走査方向の合成パワーＳｆが全系の副走査方向の合成パワーに対して小さくなると、後群により発生する各種収差の調整が困難になる。また、後群に入射する光束が広がり、後群の有効面が大きくなってしまう。その結果、光学系が大きくなってしまう。
【００９１】
条件式(4)の上限値を超えて、前群の副走査方向の合成パワーＳｆが全系の副走査方向の合成パワーに対して大きくなると、バックフォーカスが短くなってしまう。その結果、ＣＣＤやＣＣＤ保持部材の組み付けが困難になる。
【００９２】
条件式(5)の下限値を超えて、後群の副走査方向の合成パワーＳｒが全系の副走査方向の合成パワーに対して小さくなると、バックフォーカスが短くなってしまう。その結果、ＣＣＤやＣＣＤ保持部材の組み付けが困難になる。  条件式(5)の上限値を超えて、後群の副走査方向の合成パワーＳｒが全系の副走査方向の合成パワーに対して大きくなると、後群により発生する各種収差の調整が困難になる。
【００９３】
条件式(4)(5)を満足することで、光学系の大きさをコンパクトに保ちつつバックフォーカスの長い、組み付け容易な結像光学系が達成できる。またこの条件式(4)(5)を満足することでより後群の面の有効径を抑え、かつ各種収差をバランスよく調整することができる。
【００９４】
条件式(6)は結像光学系のバックフォーカスと光路長との比率に関するものである。
【００９５】
条件式(6)の下限値を超えて、バックフォーカスの比率が小さくなると、バックフォーカスが短くなり、ＣＣＤやその保持部材の調整精度が厳しくなってしまう。また、逆に調整精度を実現可能な範囲で設定するときには、光路長が長くなってしまい、コンパクトとバックフォーカスの長さの両立が困難となる。
【００９６】
条件式(6)の上限値を超えて、バックフォーカスの比率が大きくなると、後群の各面に対する入射光束径が大きくなり、後群の有効径が大きくなってしまう。また、そのことによって光線のケラレが多く発生してくる。
【００９７】
条件式(7)は結像光学系の光路長に関するものである。条件式(7)を外れると結像光学系をコンパクトな画像読取装置に搭載するのが難しくなる。よって、条件式(7)を満たすことにより、光学系の大きさをコンパクトに抑え、かつ調整が容易な結像光学系を達成できる。
【００９８】
さらに望ましくは上記条件式(1)〜(7)を次の如く設定するのが良い。
【００９９】
−０．２＜Ｍｆ／Ｍｒ＜０．１            ‥‥‥(1a)
０．１５＜Ｓｆ／Ｓｒ＜０．４            ‥‥‥(2a)
−０．２＜Ｍｆ／Ｍｔ＜０．２            ‥‥‥(3ａ)
０．２＜Ｓｆ／Ｓｔ＜０．５８            ‥‥‥(4ａ)
１．１５＜Ｓｒ／Ｓｔ＜１．５            ‥‥‥(5ａ)
０．０８＜Ｌｂ／Ｌｏ＜０．１８          ‥‥‥(6a)
１００ｍｍ＜Ｌｏ＜２８０ｍｍ            ‥‥‥(7a)
本実施例における画像読取装置は、原稿の画像情報を中間結像させずに直接ラインセンサーＬＳ上に結像させている。このように原稿の画像情報を中間結像させないことで光路長の短い結像光学系を達成することができる。
【０１００】
尚、本実施例では第２のオフアキシャル反射面Ｒ２と第３のオフアキシャル反射面Ｒ３との間に絞りＳＰを設けたが、これに限らず、例えば第２のオフアキシャル反射面Ｒ２上、もしくは第３のオフアキシャル反射面Ｒ３上に絞りＳＰを設けても良い。つまり本実施例では絞りＳＰの配置に限定されることはない。
【０１０１】
このように本実施例においては光路長が短くコンパクトであり、かつ良好なる光学性能で、オフアキシャル光学系における実質上、長いバックフォーカスを得ることができる。
【０１０２】
図３は後述する数値実施例１のラインセンサーの主走査方向（ライン方向）の５点（像高）についての横収差図である。
【０１０３】
ここで主走査方向とはラインセンサーＬＳの画素（センサー）の並び方向（紙面と垂直方向、Ｘ方向）、それに直交する方向（紙面内方向、Ｙ方向）が副走査方向（副走査断面、ＹＺ面）である。
【０１０４】
図中のＸは原稿面上の高さ（像高）を表す。図３に示すように本実施例では広画角にも関わらず光学性能が確保できていることが分かる。
【０１０５】
以下に本発明の実施例１に対応する結像光学系４の数値実施例１について数値データを示す。また後述する表―１に前述の各条件式と数値実施例１における諸数値を示す。
【０１０６】
〔数値実施例１〕  
原稿読取巾＝305.0  結像倍率＝-0.11
原稿側ＮＡ＝0.01194    ｆｅｑ＝24.874
【０１０７】
【表１】
2008158414.tif 000006
【０１０８】
非球面形状
Ｒ１面
C02:    6.7196E-03    C03:  -1.2395E-03    C04:    8.9009E-05
C05:   -9.2429E-06    C06:   3.8641E-07    C07:   -1.8528E-09
C08:   -8.7375E-10    C20:   2.0982E-03    C21:   -3.1257E-04
C22:    3.0465E-05    C23:  -3.0449E-06    C24:    3.2797E-07
C25:   -1.5200E-08    C26:   5.1181E-10    C40:   -2.6898E-06
C41:    2.1918E-07    C42:  -1.4755E-08    C43:   -2.0711E-10
C44:   -5.1063E-11    C60:   2.6155E-09    C61:   -2.0117E-10
C62:    2.2657E-11    C80:  -1.3874E-12          
Ｒ２面                             
C02:    8.4731E-03    C03:   -5.6683E-04   C04:   -6.3708E-06
C05:   -1.7566E-06    C06:   -1.7922E-07   C07:   -1.4695E-08
C08:   -1.3144E-09    C20:    4.4102E-04   C21:   -2.8125E-04
C22:   -2.1611E-06    C23:   -9.0943E-09   C24:   -4.5364E-08
C25:    1.0162E-08    C26:    1.7764E-09   C40:   -5.3566E-06
C41:    4.5551E-07    C42:    2.2650E-08   C43:    9.9504E-10
C44:    4.6929E-10    C60:    1.7053E-08   C61:   -1.3281E-09
C62:   -1.1110E-10    C80:   -3.7833E-11
Ｒ３面                      
C02:    1.4607E-02    C03:   -6.1357E-04   C04:    2.4672E-05
C05:   -1.5950E-05    C06:    1.0219E-06   C07:    5.5787E-08
C08:    1.8154E-09    C20:   -5.2004E-03   C21:   -2.1681E-04
C22:   -2.0582E-05    C23:   -2.1086E-07   C24:    1.2985E-08
C25:    6.8142E-08    C26:    9.5092E-10   C40:   -3.4882E-06
C41:   -6.9193E-08    C42:    3.2465E-08   C43:    8.0331E-11
C44:    3.2708E-10    C60:    2.5356E-09   C61:   -1.0017E-10
C62:   -3.6840E-11    C80:   -2.3623E-12   
Ｒ４面                      
C02 :   1.5314E-02    C03 :   1.4510E-05   C04 :   1.8554E-06
C05 :  -9.1423E-07    C06 :  -6.9311E-09   C07 :  -1.5748E-09
C08 :  -1.3980E-10    C20:    6.2222E-03   C21:   -1.4979E-04
C22:   -3.9715E-06    C23:   -3.7750E-07   C24:   -2.9509E-08
C25:   -4.3258E-11    C26:   -2.2146E-11   C40:   -3.5410E-06
C41:   -2.8733E-07    C42:   -9.3906E-09   C43:   -2.9515E-10
C44:    1.1740E-11    C60:   -3.5265E-09   C61:   -1.4750E-10
C62:    1.2617E-12    C80:   -1.4592E-14   
【実施例２】
【０１０９】
図４は本発明の結像光学系をカラー画像またはモノクロ画像を読み取る画像読取装置に適用したときの実施例２の副走査断面（ＹＺ面）内の要部概略図である。
【０１１０】
図５Ａは本発明の実施例２の光路を一部展開したときのＹＺ面（副走査断面）内での全体の構成を示す要部断面図である。図５Ｂは本発明の実施例２の光路を一部展開したときのＸＺ面（主走査断面）内での全体の構成を示す要部断面図である。図４、図５Ａ、図５Ｂにおいて図１、図２Ａ、図２Ｂに示した要素と同一要素には同符番を付している。
【０１１１】
本実施例において前述の実施例１と異なる点は実施例１に比べ原稿の読み取り幅が狭い画像読取装置に本発明の結像光学系４４を適用したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【０１１２】
すなわち、図中、４４は結像光学系（オフアキシャル光学系）であり、原稿Ｏの画像情報に基づく光束を後述する撮像素子（読取手段）としてのラインセンサー（ＣＣＤ）ＬＳ上に結像させている。
【０１１３】
本実施例の結像光学系４４は基準軸に対し主走査方向に対称で、副走査方向に非対称な４つの自由曲面反射面（オフアキシャル反射面）Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４から成る第１、第２、第３、第４のオフアキシャル光学素子４４ａ，４４ｂ，４４ｃ、４４ｄより成っている。
【０１１４】
本実施例においては、実施例１に比べ原稿の読み取り幅（２２０．０ｍｍ）が狭いことにより、結像光学系４４はコンパクト化と収差調整のバランスのとれたパワー配置に設定されている。これにより前述の実施例１と同様に光路長が短くコンパクトであり、かつ良好なる光学性能で、オフアキシャル光学系における実質上、長いバックフォーカスの結像光学系４４を達成している。
【０１１５】
本実施例においては後述する数値実施例２に示すように様々な仕様においても有効に作用する。
【０１１６】
図６は後述する数値実施例２のラインセンサーの主走査方向（ライン方向）の５点（像高）についての横収差図である。図中のＸは原稿面上の高さ（像高）を表す。図６に示すように本実施例では広角にも関わらず光学性能が確保できていることが分かる。
【０１１７】
以下に本発明の実施例２に対応する結像光学系４４の数値実施例２について数値データを示す。また表−１に前述の各条件式と数値実施例２における諸数値を示す。
【０１１８】
〔数値実施例２〕  
原稿読み取り巾＝220.0  結像倍率＝-0.11
原稿側NA＝0.01    ｆeq＝32.425
【０１１９】
【表２】
2008158414.tif 000007
【０１２０】
非球面形状
Ｒ１面
C02:   -7.6340E-03   C03:   -2.5893E-04   C04:    2.5178E-05
C05:   -6.5531E-08   C06:   -1.6582E-07   C20:   -1.4889E-03
C21:   -5.4543E-05   C22:   -9.0050E-06   C23:   -3.3223E-07
C24:   -6.3632E-08   C40:   -2.2160E-06   C41:   -2.0402E-07
C42:   -1.0437E-10   C60:   1.7300E-09           
Ｒ２面                      
C02:   -5.4943E-03   C03:   -1.0442E-04   C04:    9.4161E-05
C05:    1.4597E-06   C06:   -2.2154E-06   C20:   -6.4330E-04
C21:   -1.5404E-04   C22:   -3.1054E-05   C23:   -3.1262E-07
C24:   -1.0130E-07   C40:   -7.8862E-06   C41:   -1.3581E-06
C42:    1.2613E-07   C60:    8.3488E-09           
Ｒ３面                      
C02:   1.8437E-02    C03:   3.8128E-03    C04:    4.2170E-04
C05:   4.4612E-05    C06:   1.2330E-06    C20:   -6.1029E-03
C21:  -3.4698E-04    C22:  -6.3660E-05    C23:   -2.5027E-06
C24:   7.0618E-08    C40:  -5.9732E-06    C41:    8.8869E-07
C42:   3.6883E-07    C60:   7.8248E-09           
Ｒ４面                      
C02:    2.1764E-02    C03:  6.8873E-04    C04:  -4.0272E-05
C05:    3.4816E-06    C06: -2.1671E-08    C20:   7.7281E-03
C21:   -1.4760E-04    C22:  2.3856E-06    C23:   1.7988E-06
C24:   -1.2143E-07    C40: -6.1248E-06    C41:   3.0649E-07
C42:   -1.9795E-08    C60: -5.4348E-09          
【０１２１】
【表３】
2008158414.tif 000008
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の実施例１の画像読取装置の要部概略図
【図２Ａ】本発明の実施例１の主走査断面（ＹＺ面）図
【図２Ｂ】本発明の実施例１の副走査断面（ＸＺ面）図
【図３】本発明の実施例１の光学系の横収差図
【図４】本発明の実施例２の画像読取装置の要部概略図
【図５Ａ】本発明の実施例２の主走査断面（ＹＺ面）図
【図５Ｂ】本発明の実施例２の副走査断面（ＸＺ面）図
【図６】本発明の実施例１の光学系の横収差図
【図７】従来のキャリッジ一体型走査光学系の配置例を示す概略図
【図８】従来のカラー画像読取装置を説明する要部概略図
【符号の説明】
【０１２３】
Ｌ        照明光源
ＣＧ  原稿台
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３  反射ミラー
４、４４  結像光学系
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４  自由曲面ミラー（オフアキシャル反射面）
ＬＳ  撮像素子（ラインセンサー）
Ｏ        原稿
【図１】
2008158414.tif 000009
【図２Ａ】
2008158414.tif 000010
【図２Ｂ】
2008158414.tif 000011
【図３】
2008158414.tif 000012
【図４】
2008158414.tif 000013
【図５Ａ】
2008158414.tif 000014
【図５Ｂ】
2008158414.tif 000015
【図６】
2008158414.tif 000016
【図７】
2008158414.tif 000017
【図８】
2008158414.tif 000018