(57)【要約】【課題】簡易的に偏心調整可能／簡易的にレンズの組立・分解ができる構成を提供。【解決手段】予め平行偏心させたレンズを、鏡筒上で回動させられるように、鏡筒の一部を開放してやり、片ボケ調整を行った後、着脱可能な弾性部材で固定する。開放の仕方において、光軸を見込む角度で１８０度未満の開放の場合は光軸方向に組み付けを行い、１８０度以上の場合は、光軸に垂直方向に組付けを行なう。【選択図】        図１
2004294874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズと、これを光軸上所定位置に保持するガイドを有する鏡筒と、複数のレンズを固定するための手段とからなる画像読み取り用レンズユニットにおいて、ガイドに沿って光軸に対し独立に回動可能なレンズを１つ以上有し、該回動可能なレンズは、予め外周部と光軸との製造中心が、所定量偏心させてあり、レンズ組み込み後にレンズの偏心方向が回動調整され、読み取りライン方向の相対平行偏心が最小になる方向で固定されることを特徴とした画像読み取り用レンズユニット。
【請求項２】
該相対平行偏心が最小になる方向に調整するために、組立の際、読み取りラインの周辺部に、読み取りラインに垂直なライン結像の状態を検知せしめる手段を有し、ガイドに沿ってレンズを回動させ、読み取りライン上両端部での結像状態のレスポンスが均一になるような方向に調整したことを特徴とした請求項１記載の画像読み取り用レンズユニット。
【請求項３】
回動可能なレンズは、鏡筒に対して光軸方向に挿入され、鏡筒の一部は回動可能なレンズの外周方向に、光軸より見込む角にして１８０度未満の部分が欠けており、欠けた部分からはみ出したレンズの外周部に回転方向の外力を付加することで回動調整した後、固定されることを特徴とした請求項１記載の画像読み取り用レンズユニット。
【請求項４】
回動可能なレンズは、光軸方向と垂直方向に挿入され、鏡筒の一部は回動可能なレンズの外周方向に、光軸より見込む角にして１８０度以上の部分が欠けており、欠けた部分からはみ出したレンズの外周部に回転方向の外力を付加することで回動調整した後、固定されることを特徴とした請求項１記載の画像読み取り用レンズユニット。
【請求項５】
外周部がはみ出したレンズを固定時もしくは固定した後に、迷光防止の遮光カバーが施されることを特徴とした請求項３または４記載の画像読み取り用レンズユニット。
【請求項６】
絞り近傍のレンズ形状に両凹レンズが採用されていることを特徴とした請求項１記載の画像読み取り用レンズユニット。
【請求項７】
所定の偏心量とは、製造中心が５〜５０μｍであることを特徴とした請求項１記載の画像読み取り用レンズユニット。
【請求項８】
固定方法は、着脱可能な弾性部材においてなされる事を特徴とした請求項１記載の画像読み取り用レンズユニット。
【請求項９】
複数のレンズと該レンズを位置決めする鏡筒と該レンズを鏡筒に固定するための着脱可能な弾性部材とからなる画像読み取り用レンズユニットにおいて、鏡筒は光軸の周りに見込む角度で１８０度以上の部分が欠けており、該レンズは鏡筒の欠けている方向から挿入された後、該弾性部材により固定されて組み立てられると共に、該弾性部材をはずした後、該レンズは鏡筒の欠けている方向に抜かれて、分解可能であることを特徴とした画像読み取り用レンズユニット。
【請求項１０】
レンズの外周部は、芯取り工程時にＶ字型形状に研削され、嵌合はＶ字部の傾斜の部分でなされることを特徴とした請求項４または９記載の画像読み取り用レンズユニット。
【請求項１１】
レンズの外周部は、芯取り工程時に凸または凹型形状に研削され、嵌合はＶ字に形成された保持部の傾斜部分でなされることを特徴とした請求項４または９記載の画像読み取り用レンズユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読み取り用のレンズ、特にイメージスキャナーやデジタル複写機などの様に、専用の原稿照明装置とＣＣＤなどの一次元ラインセンサーと走査光学系とを組み合わせて画像情報を読み取るのに好適なレンズユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像読み取り用レンズは、光軸方向にレンズを投げ込み、固定するという方法が一般的に取られてきている。これまでは画像読み取り装置の解像度は、２００〜３００ＤＰＩ程度のものが主流であったが、近年では、６００〜１２００ＤＰＩのものへとシフトしてきている。それに伴って、読み取りに使用されるレンズユニットの性能も、高解像化が要求されてきており、製造精度内でのばらつきの少ない安定した性能のレンズ供給が望まれている。
【０００３】
その際レンズの要求性能を著しく低下させる要因としては、鏡筒の光軸方向に投げ込んだ際に、外径公差のバラツキや鏡筒自身の製造誤差によって発生する偏心による片ボケ現象が知られている。
【０００４】
これらを解決するために
１）一部のレンズを、偏心させる事により、他の偏心したレンズで発生した収差を、相殺させる。
２）全てのレンズを偏心調整可能な構造にして、個々の調整を行なう。
３）レンズユニット全体を回転させ、最も解像の高い方向を探し出して使用する。
などの方法が、これまで知られてきている。
【０００５】
また、これらの性能とは別に、最近では一度使用した機能部品を品質の保証できる範囲で再利用していくという取り組みもさかんに行なわれるようになってきているが、従来の鏡筒構造は、組み立てやすく分解しにくいという構成が多かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、所定の光学性能を得るための偏心調整として前述１）のような手法は、用途がカメラやビデオといった開口効率の低い、光軸上性能重視のレンズには、適用可能な手法であり、開口効率１００％で、光軸上と最周辺部での性能が等しく求められる画像読み取り用のレンズに対しては、要求されるレベルの効果を得られるケースは稀であった。
【０００７】
また、２）のような手法は、半導体の露光装置のように、コストよりも光学性能を限りなく重視するタイプのレンズには適用可能な手法であり、複雑すぎる機構は、コストパフォーマンスが優先される画像読み取り用レンズに対して、そのまま適用するには、現実性の乏しいものであった。
【０００８】
しかも１）、２）のような手法は、レンズを再使用するための分解清掃作業には不向きである。
【０００９】
また、３）の手法は、これまで広く採用されてきており、従来のイメージスキャナーについては、有用な手段であったが、本発明が目指すような高解像化対応においては、おのずと限界があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基本的には、レンズユニットを構成する複数レンズ素子に対して、調整用の中間機構などの部品点数を増やすことなく簡易的に偏心調整可能な鏡筒構造をとり、高解像イメージスキャナーに好適なレンズユニット性能を保証することを目的とする。
【００１１】
さらに詳しくは、調整するレンズや絞りの外周部と軸を、読み取りラインに垂直方向に許容可能な分だけ、予め平行偏心させておくことにより、素子を鏡筒外周に沿って、回動させる事で、読み取りライン方向のみ平行偏心を除去し、設計性能の維持を図るものである。
【００１２】
さらに具体的には、その平行偏心量は、５〜５０μｍの範囲に収まるように設定し、調整する事で、歩留まりを大幅に向上可能である。これ以上、小さく設定すると、レンズ単品自身の歩留まりが低下し、廃棄に伴う省資源化への悪影響とコストアップを招いてしまう。
【００１３】
一方これ以上、大きく設定すると、読み取りラインに対して垂直方向に偏心方向が大きくなりすぎ、高解像読み取りレンズとしては使用不能である。ただし、この範囲内でのバラツキであれば、技術的に未熟であるが、人件費としてのコストの安い加工地域にも十分、発注可能なレベルである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第一の実施形の構成図であり、光軸を横方向から眺めた図である。
【００１５】
図２は図１を光軸方向から眺めたものである。
【００１６】
図１において、１は画像を読み取るためのレンズ群であり、比較的構成が簡単な凸凹凸のトリプレットタイプをとり、１Ａ、１Ｂ、１Ｃとしてある。むろん調整対象の素子は外周が回動可能な丸い形状であれば、レンズタイプなどは選ばない。なお、絞り近傍に両凹レンズを配置すると、それ以外のレンズが絞り近傍に配置される傾向を示すため、開口効率が１００％近く要求される画像読み取りレンズの外形を小さくするのに有効であり、本発明を実施に移しやすくなるという効果がある。レンズ１の下方にある３は鏡筒に相当し、レンズ１を保持し、レンズ１が回動可能なガイド形状４を有している。図２では、ガイド４は円弧状の形成されており、光軸Ｏに対して見込む角度で１８０度以上開放され、レンズ１が図の上下方向で出し入れ可能になっている。もちろん、回動ガイドの形状は、レンズが外接するポイントが、レンズの外周中心から等距離にあるように設置された平面や円弧であっても良い。レンズ１の上方にあるのは、レンズを回動調整後に固定するための、着脱可能な弾性部材２とレンズ内に余計な迷光が入り込まないように設けた遮光用のフード６である。図２におけるこのＭ字型の弾性部材２は、鏡筒の上部から嵌められ、鏡筒から出ているピン５に嵌って、レンズを調整後の方向、位置に固定する。図１では、３枚のレンズ１Ａ、１Ｂ、１Ｃがすべて回動可能になっており、遮光フード６に連結した弾性部材２Ａ、２Ｂ、２Ｃが調整後に固定するように構成されているが、レンズの偏心敏感度に応じて、予め固定のレンズまたはレンズ群を設定し、このレンズを基準に回動調整を行なっても問題ない。図３は図１の、図４は図２の調整後の固定状況を示したものである。分解する際には、ピン５から弾性部材２を取りはずす専用治工具（不図示）で遮光フード６ごと外せば、レンズは簡単に分解清掃作業に移ることが可能になる。次に、偏心方向調整をレンズの偏心を用いて行なう方法について説明する。図５は図２におけるレンズ１の中心部分の拡大図である。図５において、回動調整可能なレンズを光学系の光軸Ｏの方向から眺めたものであり、レンズの外周中心Ｃとレンズの両面が決定する光軸中心Ｐとが偏心している様子を誇張して表現している。このＣＰ間の距離、即ち平行偏心量は、実際には２５μｍ前後である。レンズは、こういったＣＰ方向に平行偏心が存在すると、ＣＰ方向が読み取りライン方向（Ｙ方向）にきた場合、読み取りライン周辺部では結像性能が著しく低下するため、通常はその製造中心を０μｍに設定するのが普通である。ところが実際には光学系の偏心は、レンズ自身よりもレンズを保持する鏡筒によって決定されることが多い。通常無理なく管理できる鏡筒の同軸度は、２０〜３０μｍであるため、精度よく仕上がったレンズは、むしろ鏡筒にならって平行偏心してしまい、光学系の光軸Ｏは、レンズの外周中心Ｃとは一致しない。そこで本実施系ではレンズの平行偏心ＣＰが５〜５０μｍ程度の範囲でばらつくよう、芯取り工程時に芯取りの工具を偏心させて平行偏心を持つレンズを使用している。このように予め、ＣＰとして、２５μｍ前後もっているレンズを、鏡筒の保持外周に沿って図の矢印方向に回動させることによって、Ｐは半径ＣＰの円周上を移動し、��筒の同軸度やレンズの嵌合精度により発生するの読み取りライン方向へのずれΔＹを相殺するＰ１、Ｐ２の位置に調整後、固定する。この際、読み取ラインと光軸に対して垂直な方向（Ｚ方向）に対するΔＺが、光学系の性能に影響を及ぼす場合は残存のΔＺが小さくなる方Ｐ２を選択してやればよい。また図６のようにＣＰ＜ΔＹの場合でも、性能改善効果は補正なしに比べて著しく改善されることがわかる。その場合、Ｐ１に設定すれば、ΔＹに対する補正効果が最大になり、ΔＺとのバランスを考慮したければ、ＣＯ上のＰ２に設定した後、固定を行なえばよい。次に、図７を用いてレンズをどの方向に回動調整したとき、全系としての読み取りライン方向についての相対偏心が最小になるのか検知する方法について説明する。このレンズ偏心による性能低下は、読み取りラインの端部での結像性能が同じにできない、もしくはできても所定性能に達しないという形で現れるため、縮小側の読み取りラインＬ１の両端部に、最低１本ずつの読み取りラインＬ１と垂直方向に伸びた結像用チャート７を設置して、白色光源９で照明し、それらチャート７の理想投影位置Ｌ２に、読み取りラインＬ１と平行になるように配置したＣＣＤ８でのレスポンスの差が極小になるように調整すればよい。また±ΔＺの偏心のどちらの偏心方向を選択するかということが問題になるような光学系では、レンズが一周する間に、２回レスポンスが等しくなるようなポイントが得られる場合、軸上に、チャート７、ＣＣＤ８を９０度光軸方向に回転させた方向に配置し、そのレスポンスが大きい方の方向を選択すればよい。
【００１７】
次に図８を用いて別の実施形について説明する。図６において、実施形１の予め平行偏心させたレンズ１を光軸方向に鏡筒３に挿入する。鏡筒３の一部は回動可能なレンズ１の外周方向に、光軸より見込む角にして１８０度未満の部分が欠けており、欠けた部分からはみ出したレンズ１の外周部に回転方向の外力を付加することで回動が可能になるような構成をとっている。レンズを仮保持しながら、レンズ１の回動を行い、偏心の方向が、読み取りラインの方向に最小になるように調整した後、Ｃリングのごとき弾性部材２をレンズ１の上下方向より挿入し、鏡筒３に固定している。
【００１８】
なお、レンズ外周部とレンズを回動させるガイドの形状との関係については、光軸方向の位置出しが用意になされるという効果から、レンズの外周部を、芯取り工程時にＶ字型形状に研削し、嵌合はＶ字部の傾斜の部分でなされるようにしてもよいし、あるいはレンズの外周部を、芯取り工程時に凸または凹型形状に研削し、嵌合はＶ字に形成された保持部の傾斜部分でなされるようにしてもよい。
【００１９】
またこのときのＶ字の傾斜角度は、調整固定後の保持圧が最適になるように、非対称に設定してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明によれば、簡単な調整工程の追加のみで、読み取りライン方向における偏心成分を除去し、開口効率が１００％近いレンズにおいても十分に設計性能を維持したレンズを安定供給することが可能となり、部品レベルならびにユニットレベルでの歩留まりも大幅にアップ、廃棄される不良品を廃却するためのコストも下げることが可能になった。また光軸に対して垂直に組み込むような鏡筒構造を採用した際には、分解作業も容易となり、この分に要するコストも下げられるという効果も得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形構成側面図
【図２】本発明の実施形構成正面図
【図３】本発明の実施形組立側面図
【図４】本発明の実施形組立正面図
【図５】本発明の原理説明図
【図６】本発明の原理説明図
【図７】本発明の調整工程図
【図８】本発明の実施形正面図
【符号の説明】
１  レンズ
２  弾性部材
３  鏡筒
４  回動ガイド
５  ピン
６  遮光フード
７  チャート
８  ＣＣＤ
９  照明系
【図１】
2004294874.tif 000003
【図２】
2004294874.tif 000004
【図３】
2004294874.tif 000005
【図４】
2004294874.tif 000006
【図５】
2004294874.tif 000007
【図６】
2004294874.tif 000008
【図７】
2004294874.tif 000009
【図８】
2004294874.tif 000010