(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原稿の画像を１次元的撮像素子上で結像させる反射型の読み取り光学系であって、
パワーを有する光学面として３面の反射面のみを有し、そのうちの少なくとも１面が主走査方向に関しては対称面を持ち、かつ、副走査方向に関しては対称面を持たない自由曲面であり、原稿中心及び絞り中心を通る光線を軸上主光線とし、その軸上主光線が最初に入射する反射面への入射方向をZ軸方向とし、前記１次元的撮像素子の長手方向をY軸方向とし、Y軸及びZ軸に直交する方向をX軸方向とするとき、各反射面がY軸回りに傾いて配置されていることを特徴とする読み取り光学系。
【請求項２】
前記軸上主光線が最初に入射する反射面と最後に入射する反射面との間に絞りが存在することを特徴とする請求項１記載の読み取り光学系。
【請求項３】
前記絞りが反射面と一体的に構成されていることを特徴とする請求項２記載の読み取り光学系。
【請求項４】
前記絞りの主走査方向の長さをSYとし、副走査方向の長さをSXとするとき、式：SY＞SXで表される関係を満たすことを特徴とする請求項２記載の読み取り光学系。
【請求項５】
前記軸上主光線が最初に入射する反射面への入射方向と、前記軸上主光線が撮像素子へ入射するときの入射方向と、がXZ断面において略直交することを特徴とする請求項１記載の読み取り光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型の読み取り光学系に関するものであり、例えば、ラインＣＣＤ(Charge Coupled Device)等の１次元的撮像素子を備えた画像読取装置(特にデジタル複写機，ファクシミリ，スキャナー等)に好適な反射型の読み取り光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２７５５５７号公報で提案されているマルチビームタイプの走査光学系では、パワーを有する光学面がすべて反射面で構成されており、ビーム毎の像高方向の位置ズレによるビーム太りを反射面により解消している。撮像光学系においても反射面を利用したものが知られており、例えば特開平１１−２３９７１号公報では、反射面と透過面の両方を含むものが提案されている。ただし、２次元の像を得るためのものであるため、歪曲の補正が十分とは言えない。これに対し、１次元の像を得るための読み取り光学系では十分な歪曲補正が可能であり、反射面を利用したものも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、画像読取装置には幅広い波長域を持つ光源が使用されるため、読み取り光学系にパワーを有する透過面が含まれていると、色収差によるコントラスト低下が避けられない。また、読み取り光学系に複数の反射面を用いようとすれば、反射面の偏心配置が必要となり、その偏心断面内での光線配置が非対称になる結果、収差補正が困難になってしまう。
【０００４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、光源が幅広い波長域を持つ場合でも高いコントラストが得られ、反射面が偏心配置されていても収差が良好に補正された反射型の読み取り光学系を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の反射型の読み取り光学系は、原稿の画像を１次元的撮像素子上で結像させる反射型の読み取り光学系であって、パワーを有する光学面として３面の反射面のみを有し、そのうちの少なくとも１面が主走査方向に関しては対称面を持ち、かつ、副走査方向に関しては対称面を持たない自由曲面であり、原稿中心及び絞り中心を通る光線を軸上主光線とし、その軸上主光線が最初に入射する反射面への入射方向をZ軸方向とし、前記１次元的撮像素子の長手方向をY軸方向とし、Y軸及びZ軸に直交する方向をX軸方向とするとき、各反射面がY軸回りに傾いて配置されていることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明の反射型の読み取り光学系は、上記第１の発明の構成において、前記軸上主光線が最初に入射する反射面と最後に入射する反射面との間に絞りが存在することを特徴とする。
【０００７】
第３の発明の反射型の読み取り光学系は、上記第２の発明の構成において、前記絞りが反射面と一体的に構成されていることを特徴とする。
【０００８】
第４の発明の反射型の読み取り光学系は、上記第２の発明の構成において、前記絞りの主走査方向の長さをSYとし、副走査方向の長さをSXとするとき、式：SY＞SXで表される関係を満たすことを特徴とする。
【０００９】
第５の発明の反射型の読み取り光学系は、上記第１の発明の構成において、前記軸上主光線が最初に入射する反射面への入射方向と、前記軸上主光線が撮像素子へ入射するときの入射方向と、がXZ断面において略直交することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した反射型の読み取り光学系を、図面を参照しつつ説明する。図１，図２；図３，図４；図５，図６に、第１，第２，第３の実施の形態の光学構成及び光路をそれぞれ光学断面で示す。各図中、1は第１反射面、2は第２反射面、3は第３反射面、4は絞り、5は撮像素子、6は軸上主光線であり、第１反射面(1)の面頂点を原点(0,0,0)とする直交座標系(X,Y,Z)において、図１，図３及び図５がYZ断面を示しており、図２，図４及び図６がXZ断面を示している。
【００１１】
各実施の形態において、読み取り光学系は第１〜第３反射面(1,2,3)のみで構成されており、原稿の画像を１次元的撮像素子(5)上で結像させる構成になっている。また、第１〜第３反射面(1,2,3)はいずれも、主走査方向に関しては対称面を持ち、かつ、副走査方向に関しては対称面を持たない自由曲面になっている。ここで、主走査方向とは撮像素子(5)の１次元配列方向(つまり各画素を構成する受光素子の並び方向)であり、副走査方向とは主走査方向及び面法線方向に対して垂直な方向である。また、原稿中心及び絞り(4)中心を通る光線を軸上主光線(6)とし、その軸上主光線(6)が最初に入射する第１反射面(1)への入射方向をZ軸方向とし、１次元的撮像素子(5)の長手方向をY軸方向とし、Y軸及びZ軸に直交する方向をX軸方向とするとき、各反射面(1,2,3)はY軸回りに傾いて配置されている。
【００１２】
各実施の形態のように、パワーを有する光学面として反射面のみを複数面有する構成では、パワーを有する透過面が含まれていないため色収差が発生しない。したがって、使用する光源が幅広い波長域を持つ場合でも、高いコントラストが得られる。また、色収差が発生しないということは、抑えるべき収差が従来よりも減ったということなので、従来よりも少ない面数で読み取り光学系を構成することが可能となり、コスト削減が可能となる。
【００１３】
さらに、主走査方向に関しては対称面を持ち、かつ、副走査方向に関しては対称面を持たない自由曲面を、複数の反射面のうちの少なくとも１面として用いることにより、主走査方向と副走査方向とで独立した収差補正が可能となる。各実施の形態では第１〜第３反射面(1,2,3)がY軸回りに傾いて配置されているが、このように複数の反射面がXZ断面において偏心配置され、その偏心断面(XZ断面)内での光線配置が非対称であったとしても、上記特徴的な自由曲面を用いることにより良好な収差補正を実現することが可能である。したがって、各実施の形態の読み取り光学系を画像読取装置(デジタル複写機，ファクシミリ，スキャナー等)に用いれば、画像読取装置のコンパクト化，低コスト化及び高性能化を達成することができる。
【００１４】
各実施の形態では絞り(4)が第２反射面(2)と一体的に形成されており、第２反射面(2)を構成している反射膜のコーティング範囲で絞り(4)の大きさ・形状が決められている。このように、軸上主光線(6)が最初に入射する第１反射面(1)と最後に入射する最終反射面{各実施の形態では第３反射面(3)}との間に絞り(4)が存在することが望ましく、絞り(4)が反射面と一体的に構成されることが更に望ましい。各反射面(1〜3)は絞り(4)から離れるほど大きくなるので、絞り(4)を第２反射面(2)と一体化すれば、第２反射面(2)の小型化とともに第１，第３反射面(1,3)も小型化され、結果として、読み取り光学系全体の小型化を達成することができる。また、絞り(4)の主走査方向の長さをSYとし、絞り(4)の副走査方向の長さをSXとするとき、式：SY＞SXで表される関係を満たすことが望ましい。この関係を満たさないと、各反射面(1,2,3)のサイズが副走査方向に増大して、読み取り光学系全体の大型化を招くことになる。
【００１５】
図２に示す第１実施の形態のように、軸上主光線(6)が最初に入射する第１反射面(1)への入射方向と、軸上主光線(6)が撮像素子(5)へ入射するときの入射方向と、がXZ断面において略直交することが望ましい。第１反射面(1)へ入射する際の軸上主光線(6)の方向はZ軸方向なので、撮像素子(5)に対する軸上主光線(6)の入射方向が略X軸方向となるようにすればよい。このような光路配置にすることで、読み取り光学系全体を(特にX軸方向に)小型化することができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を実施した反射型の読み取り光学系を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜３は、前述した第１〜第３の実施の形態にそれぞれ対応しており、実施例１〜３における光路及び光学構成は、対応する各実施の形態の光学断面図(図１，図２；図３，図４；図５，図６)に示す通りである。表１に実施例１〜３のコンストラクションデータを示し、表２に実施例１〜３に用いられている絞り(4)の形状及びサイズ(SX,SY)を示す。ただし、第１〜第３反射面(1,2,3)の面形状は自由曲面データ(自由曲面１〜３)で示し、第１〜第３反射面(1,2,3)及び像面(5)の面配置は座標データ(偏心１〜４)で示す。また図７〜図９に、実施例１〜３の歪曲収差を示す。収差図中、横軸は歪曲収差(DISTORTION,％)、縦軸は物高(OBJ-HT,mm)である。
【００１７】
第１〜第３反射面(1,2,3)は、主走査方向に関しては対称面を持ち、かつ、副走査方向に関しては対称面を持たない自由曲面であり、その面形状は、XY平面からのZ軸方向の変位量(sag)を表す以下の式(FS)で定義される。各反射面(1,2,3)の自由曲面データとして、式(FS)中の係数を挙げる。なお、Yの奇数次項の係数をすべて0とすることで、主走査方向(Y軸方向)に関して対称面を持たせることができる。
(FS)：Z＝C2X＋C3Y＋C4X2＋C5XY＋C6Y2＋C7X3＋C8X2Y＋C9XY2＋C10Y3＋C11X4＋C12X3Y＋C13X2Y2＋C14XY3＋C15Y4＋C16X5＋C17X4Y＋C18X3Y2＋C19X2Y3＋C20XY4＋C21Y5＋C22X6＋C23X5Y＋C24X4Y2＋C25X3Y3＋C26X2Y4＋C27XY5＋C28Y6＋…＋C35XY6＋…＋C45Y8＋…＋C66Y10
【００１８】
光学面(1〜5)の配置は、その面(1〜5)の位置と傾きで特定される。各面(1〜5)の位置は、第１反射面(1)の面頂点を原点(0,0,0)とする直交座標系(X,Y,Z)において、各面(1〜5)が軸上主光線(6)と交わる点(面頂点)の座標(XDE,YDE,ZDE)で表される(単位：mm)。各面(1〜5)の傾きはXY平面を基準とし、各面(1〜5)が軸上主光線(6)と交わる点を中心とした、X軸，Y軸，Z軸回りの傾き量(ADE,BDE,CDE)で表される(単位：°)。各面配置を表す座標データとして、面頂点座標(XDE,YDE,ZDE)と傾き量(ADE,BDE,CDE)を挙げる。
【００１９】
【表１】
0004380096.tif 000002
【００２０】
【表２】
0004380096.tif 000003
【００２１】
《実施例１の自由曲面データ》
[自由曲面１]
C4 =-1.8800×10-3 ,C6 =-2.0075×10-3 ,C7 = 5.0822×10-6 ,
C9 = 2.2652×10-6 ,C13=-1.7967×10-8 ,C15= 2.8716×10-7 ,
C18=-6.5560×10-9 ,C20=-6.7910×10-9 ,C26= 1.2564×10-10,
C28=-5.2480×10-11,C35= 1.7660×10-12
[自由曲面２]
C4 = 1.7970×10-3 ,C6 = 1.9513×10-3 ,C7 = 1.1758×10-5 ,
C9 =-1.3496×10-5 ,C13=-1.0000×10-6 ,C15= 2.6659×10-7 ,
C18=-3.8217×10-8 ,C20=-3.5279×10-8 ,C26=-1.7119×10-9 ,
C28= 1.0014×10-8 ,C35= 5.0394×10-10,C45=-2.1355×10-10
[自由曲面３]
C4 =-3.7729×10-3 ,C6 =-3.9980×10-3 ,C7 = 4.5181×10-5 ,
C9 =-5.7685×10-5 ,C13=-4.5244×10-6 ,C15= 6.8451×10-7 ,
C20= 8.1490×10-9 ,C26= 1.0567×10-9 ,C28= 1.3911×10-9 ,
C35= 4.5520×10-12,C45=-8.8066×10-12,C66= 1.8875×10-14
【００２２】
《実施例１の座標データ》
[偏心１]
(XDE,YDE,ZDE)=(      0,      0,      0)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,    -15,      0)
[偏心２]
(XDE,YDE,ZDE)=(-14.500,      0,-25.115)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,    -40,      0)
[偏心３]
(XDE,YDE,ZDE)=(  8.481,      0, -5.831)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,    -70,      0)
[偏心４]
(XDE,YDE,ZDE)=(-16.519,      0, -5.831)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,    -90,      0)
【００２３】
《実施例２の自由曲面データ》
[自由曲面１]
C4 =-1.8911×10-3 ,C6 =-2.1536×10-3 ,C7 =-2.7027×10-6 ,
C9 = 2.1214×10-5 ,C13=-2.0636×10-7 ,C15= 1.6858×10-7 ,
C18= 2.3722×10-9 ,C20=-1.5820×10-9 ,C26=-6.1970×10-12,
C28=-1.3454×10-11
[自由曲面２]
C4 = 2.0566×10-3 ,C6 = 2.3899×10-3 ,C7 =-1.3425×10-5 ,
C9 = 1.1730×10-5 ,C13=-1.1533×10-6 ,C15= 6.5814×10-8 ,
C18= 8.4242×10-9 ,C20=-1.5402×10-8
[自由曲面３]
C4 =-5.3814×10-3 ,C6 =-5.6662×10-3 ,C7 = 1.1956×10-4 ,
C9 =-1.2903×10-4 ,C13=-1.0131×10-5 ,C15= 5.8077×10-7 ,
C18= 4.7498×10-8 ,C20= 8.3163×10-9 ,C26=-1.1219×10-9 ,
C28= 2.2302×10-10
【００２４】
《実施例２の座標データ》
[偏心１]
(XDE,YDE,ZDE)=(      0,      0,      0)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,    -20,      0)
[偏心２]
(XDE,YDE,ZDE)=(-22.675,      0,-27.023)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,    -20,      0)
[偏心３]
(XDE,YDE,ZDE)=(-22.675,      0,  8.029)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,    -20,      0)
[偏心４]
(XDE,YDE,ZDE)=(-33.421,      0, -4.778)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,    -40,      0)
【００２５】
《実施例３の自由曲面データ》
[自由曲面１]
C4 =-1.8080×10-3 ,C6 =-1.3365×10-3 ,C7 =-6.2144×10-6 ,
C9 =-1.1576×10-5 ,C13=-1.1253×10-7 ,C15= 2.0092×10-7 ,
C18= 9.7911×10-10,C20= 2.6654×10-9 ,C26= 9.1111×10-12,
C28=-1.1949×10-11
[自由曲面２]
C4 = 1.9879×10-3 ,C6 = 3.0469×10-3 ,C7 = 6.9051×10-6 ,
C9 =-3.7952×10-5 ,C11=-1.9945×10-7 ,C13=-6.4193×10-7 ,
C15= 1.8502×10-7 ,C18= 5.7722×10-9 ,C20= 1.2189×10-8
[自由曲面３]
C4 =-5.1014×10-3 ,C6 =-4.4448×10-3 ,C7 = 3.0126×10-4 ,
C9 =-1.3255×10-4 ,C13=-9.0174×10-6 ,C15= 1.0060×10-6 ,
C18=-1.7298×10-7 ,C20= 9.6014×10-9 ,C26= 1.9153×10-9 ,
C28= 1.3052×10-11,C45= 4.9348×10-13
【００２６】
《実施例３の座標データ》
[偏心１]
(XDE,YDE,ZDE)=(      0,      0,      0)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,     12,      0)
[偏心２]
(XDE,YDE,ZDE)=( 14.236,      0,-31.974)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,     34,      0)
[偏心３]
(XDE,YDE,ZDE)=(-12.856,      0, -3.920)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,     22,      0)
[偏心４]
(XDE,YDE,ZDE)=(-12.856,      0,-22.168)
(ADE,BDE,CDE)=(      0,      0,      0)
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の読み取り光学系によれば、パワーを有する光学面として透過面が含まれていないため、使用する光源が幅広い波長域を持つ場合でも高いコントラストが得られる。しかも、特徴的な自由曲面が用いられているため、反射面が偏心配置されていても良好な収差補正を実現することができる。そして、本発明の読み取り光学系をデジタル複写機，ファクシミリ，スキャナー等の画像読取装置に用いれば、画像読取装置のコンパクト化，低コスト化及び高性能化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】読み取り光学系の第１の実施の形態(実施例１)を示すYZ断面図。
【図２】読み取り光学系の第１の実施の形態(実施例１)を示すXZ断面図。
【図３】読み取り光学系の第２の実施の形態(実施例２)を示すYZ断面図。
【図４】読み取り光学系の第２の実施の形態(実施例２)を示すXZ断面図。
【図５】読み取り光学系の第３の実施の形態(実施例３)を示すYZ断面図。
【図６】読み取り光学系の第３の実施の形態(実施例３)を示すXZ断面図。
【図７】実施例１の歪曲収差図。
【図８】実施例２の歪曲収差図。
【図９】実施例３の歪曲収差図。
【符号の説明】
1  …第１反射面
2  …第２反射面
3  …第３反射面
4  …絞り
5  …撮像素子(像面)
6  …軸上主光線
【図１】
0004380096.tif 000004
【図２】
0004380096.tif 000005
【図３】
0004380096.tif 000006
【図４】
0004380096.tif 000007
【図５】
0004380096.tif 000008
【図６】
0004380096.tif 000009
【図７】
0004380096.tif 000010
【図８】
0004380096.tif 000011
【図９】
0004380096.tif 000012