JP2008026748A - 原稿読取レンズ・原稿読取ユニット・原稿読取装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原稿読取装置内における温度分布の不均一の影響を受け難い新規な原稿読取レンズを実現する。
【解決手段】読取るべき原稿画像を撮像素子上に結像させるための原稿読取レンズであって、光軸上に配置された複数のレンズ１１〜１６と、これら複数のレンズを固定的に保持する鏡筒１７と、この鏡筒内における気体とレンズとの温度差を低減させるために、鏡筒１７の物体側と像側とに設けられた１対の透明平行平板１８、１９を有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、原稿読取レンズ・原稿読取ユニット・原稿読取装置および画像形成装置に関する。

原稿読取装置は、原稿画像を電気的な画像信号に変換する装置であり、デジタル複写機やファクシミリ装置等に関連して広く知られている。原稿読取装置では、読取るべき原稿画像が原稿読取レンズにより撮像素子の受光面に結像され、結像された原稿画像を撮像素子が画像信号（画素ごとの電気信号）に変換する。

従って、原稿画像が正しく読取られるためには、原稿読取レンズによる原稿画像の像が撮像素子の受光面上に適正に結像する必要がある。通常、原稿読取レンズにより撮像素子の受光面に結像されるのは「縮小像」であり、原稿読取レンズと撮像素子の受光面との間隔は数十ｍｍ程度である。

原稿読取装置における問題のひとつとして「温度変化による結像状態の変化」がある。

原稿読取装置は一般に室温（一般に２０℃）を基準として設計され、組み立てられるが、ＣＣＤセンサに代表される撮像素子は使用により発熱する。また、原稿を照明するハロゲンランプ等の照明手段も使用により発熱する。従って、大量の原稿を連続して読取る場合などには、撮像素子や照明手段の発熱により原稿読取装置内の温度が上昇し、ときには６０℃以上にもなることが珍しくない。

原稿読取レンズは一般に「数枚のレンズを鏡筒により固定的に保持してなる」が、温度変化により鏡筒が光軸方向に伸縮すると、原稿読取レンズの焦点距離が微小変化し、原稿画像の結像位置が撮像素子の受光面に対してずれ、撮像素子が「ピントぼけの像」を撮像して画像信号の品質を劣化させる。また、原稿読取レンズを構成するレンズ自体も、温度変化により形状変化や屈折率変化を生じ、焦点距離を変化させる原因となる。

このような温度変化の問題を考慮した技術として、原稿読取レンズと「撮像素子であるラインセンサ（ＣＣＤラインセンサ）」とを保持部材で保持し、温度上昇に伴う「レンズ鏡筒の伸び」による結像面の変位を「温度変化による保持手段の伸び」により相殺させ、温度変化に拘わらず「結像面を撮像素子の受光面に合致させるものが特許文献１に開示されている。

また、特許文献２は、原稿読取レンズに含まれる凸レンズ・凹レンズの「温度変化による屈折率変化」を制御することにより「温度上昇時の焦点距離を伸ばす」方法を開示している。

これら特許文献１、２記載の技術は「原稿読取装置内における温度が均一である」ことを前提としているが、原稿装置内の温度は必ずしも均一ではない。原稿読取装置内には主な発熱源として上述の照明手段や撮像素子があり、原稿装置内の温度は、これらの発熱源の近傍で高くなり易く、対流等の影響で現像装置内での温度分布も変動する。

このような温度分布の変動のため、原稿読取レンズの「レンズ面に接する空気」の温度が変動し「レンズとこれに接する空気との温度差」が４０度以上になることもある。

レンズの光学機能は一般に、屈折率やアッベ数等の「レンズ材料の持つ光学物性」とレンズ面の曲率や厚さ等のレンズ形状により決定される。レンズ機能を特定する要因のうちで、屈折率やレンズ形状は温度変化により変動してレンズ機能を変化させる。また、レンズの屈折率は一般に相対屈折率で表現されるが、これは「一定温度の空気の屈折率で規格化した値」である。

一般に、空気もレンズ材料も「温度が高くなるにつれて屈折率が小さくなる」という特性を有しており、上述の場合のように「レンズ面とこれに接する空気との温度差」が大きくなる場合には、レンズ、空気の屈折率は、それぞれ絶対的な値（真空に対する値）を考えなくてはならない。

「原稿読取レンズとこれに接する空気との温度差」が大きいと、空気に対するレンズの屈折率の値が、相対屈折率から変化し、これが原稿読取レンズの焦点距離を変化させる原因となる。

このような「原稿読取レンズのレンズ面とこれに接する空気との温度差」に起因する原稿読取レンズの焦点距離の変化を考慮した原稿読取レンズや原稿読取装置は、発明者の知る限りにおいて従来知られていない。

特開平９−０４９９５７号公報 特開平９−２１１３２２号公報

この発明は上述した事情に鑑み、原稿読取装置内における温度分布の不均一の影響を受け難い新規な原稿読取レンズの実現を課題とする。
この発明はまた、かかる原稿読取レンズを有する原稿読取ユニット、原稿読取装置、さらには、かかる原稿読取装置を有する画像形成装置の実現を課題とする。

この発明の原稿読取レンズは「読取るべき原稿画像を撮像素子上に結像させるための原稿読取レンズ」であって、以下のごとき特徴を有する（請求項１）。
即ち、複数のレンズと、鏡筒と、１対の透明平行平板とを有する。
「複数のレンズ」は、光軸上に配置される。
「鏡筒」は、これら複数のレンズを固定的に保持する。
１対の透明平行平板は、一方が鏡筒の物体側に設けられ、他方が鏡筒の像側（即ち撮像素子のある側）に設けられる。１対の透明平行平板は「鏡筒内における気体とレンズとの温度差」を低減させるためのものである。
透明平行平板を鏡筒に設けるには、透明平行平板を鏡筒に直接的に設けてもよいし、適当な連結手段を介して設けてもよい。

請求項１記載の原稿読取レンズにおいて、１対の透明平行平板は「鏡筒内を外気に対して密閉する」ように設けることができる（請求項２）。このように透明平行平板により鏡筒内を密封する場合には、密封された鏡筒内を減圧することができる（請求項３）。
請求項２や３の場合のように、鏡筒内を密封する場合には鏡筒内に、窒素ガスや炭酸ガス、ヘリウムガスやアルゴンガス等、空気以外のガスを封入してもよいが、鏡筒内に密閉される気体を空気とすることができる（請求項４）。

前述の如く、１対の透明平行平板は「鏡筒内における気体とレンズとの温度差」を低減させるための目的で鏡筒に設けられるのであり、この目的のためには、請求項２や３のように、１つの透明平行平板により鏡筒内を密閉するのがよい。このように鏡筒内を密閉すると、鏡筒内の温度は実質的に一定になり、レンズとこれに接する気体との間に温度差は実質的に生じない。しかし、このように密閉する代わりに「鏡筒内の温度の均一性を損なわない程度に鏡筒内に空気が出入りできるような通気穴」が設けられていてもよい。

このように、請求項１〜４の任意の１に記載の原稿読取レンズでは、原稿読取レンズを構成するレンズとこれに接する基体との間に大きな温度差が生じないので「原稿読取レンズのレンズ面とこれに接する空気との温度差」に起因する原稿読取レンズの焦点距離の変化を度外視できる程度に軽減でき、温度変化に起因する原稿読取レンズの焦点距離変化は、原稿読取レンズ全体の温度が均一であるとした場合の焦点距離変化を考慮すればよい。

請求項５記載の原稿読取レンズは、原稿読取レンズと、撮像素子と、保持手段とを有する。
「原稿読取レンズ」は、読取るべき画像を結像させるものである。
「撮像素子」は、原稿読取レンズによる像を撮像する素子である。
「保持手段」は、原稿読取レンズと撮像素子とを、温度変化に拘わらず実質的な結像位置関係に保持する手段である。「実質的な結像位置関係」は、温度変化に拘わらず「原稿読取レンズによる原稿画像の像が、許容範囲内で撮像手段の受光面上に結像する」ことを意味する。
原稿読取レンズは、上記請求項１〜４の任意の１に記載のものであり、従って、温度変化に起因する原稿読取レンズの焦点距離変化は、原稿読取レンズ全体の温度が均一であるとした場合の焦点距離変化を考慮すればよく、このような焦点距離変化に起因する結像位置の変化は、上記保持手段による「温度変化に拘わらず実質的な結像位置関係に保持する保持」によって補正することができる。
撮像素子としてはＣＣＤエリアセンサ等のエリアセンサを用いることができるが、撮像素子としてＣＣＤラインセンサ等のラインセンサを用いることができる（請求項６）。

請求項５または６記載の原稿読取ユニットにおける撮像素子は「色分解機能を有するもの」であることができる（請求項７）、色分解機能を有する撮像素子を用いれば、原稿画像をカラー画像として読取ることができる。

この発明の原稿読取装置は、原稿画像を読取る原稿読取装置であって、照明手段と、原稿読取レンズと、撮像手段とを有する（請求項８）。
「照明手段」は、原稿を照明する手段であり、公知の原稿読取装置に用いられている適宜のものを用いることができる。
「原稿読取レンズ」は、照明される原稿からの光束を結像させるものであり、上述の請求項１〜４の任意の１に記載のものが用いられる。

「撮像手段」は、原稿読取レンズによる原稿像を撮像する手段で撮像素子を含む。
請求項８記載の原稿読取装置は、原稿を走査する走査手段を有し、撮像手段がラインセンサを含むことができる（請求項９）。走査手段は、後述する実施の形態におけるように、ミラーを変位させる方式のものでもよいし、原稿読取レンズにより「ラインセンサと共役をなす位置」に配置されたコンタクトレンズ上を、原稿が等速で送られるようにする方式のものでもよい。撮像素子がエリアセンサである場合には、原稿画像全体をエリアセンサの受光面に結像させればよく、この場合には走査手段を不要にできる。

請求項８または９記載の原稿読取装置は、原稿読取レンズによる結像光束に対して色分解を行う色分解機能を有し、撮像手段が、色分解された各色成分画像を撮像するものであることができる（請求項１０）。色分解機能は、撮像手段の撮像素子が有するようにしてもよいし、結像光束の光路上に色分解手段を配置してもよく、更には、照明手段により例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光を微小時間ずつ循環的に原稿面に照射することにより色分解を行うようにしてもよい。

請求項８〜１０の任意の１に記載の原稿読取装置は、撮像手段が撮像素子と保持手段を有し、保持手段が原稿読取レンズと撮像素子とを保持し、これら原稿読取レンズと撮像素子と保持手段とが請求項５〜７の任意の１に記載の原稿読取ユニットを構成するようにすることができる（請求項１１）。

この発明の画像形成装置は、請求項８〜１１の任意の１に記載の原稿読取装置により原稿画像を読取り、読取られた原稿画像のデータに基づき、原稿画像を形成する画像形成部を有することを特徴とする（請求項１２）。「読取られた原稿画像のデータに基づき、原稿画像を形成する画像形成部」はインクジェット装置や光プリンタ装置等であることができる。また、画像形成部はカラー画像形成を行うものであることができ、原稿読取装置として、請求項１０記載の色分解機能を持つものを用いれば、カラー原稿を読取ってカラー画像として画像形成することができる。

なお、原稿読取レンズを構成するレンズはガラスレンズ・樹脂レンズの何れでもあり得るが、ガラスレンズは樹脂レンズに比して「温度変化による形状変化や屈折率変化」が小さいので、原稿読取ガラスは、これを「全てガラスレンズで構成する」ことが好ましい。この場合、全レンズのガラス材料を「鉛や砒素のような有害物質」を含有しないものにすると、原稿読取レンズの材料のリサイクル化が可能で、加工時の廃液による水質汚染等を生じることもなく地球環境保全に大きく貢献することが可能となる。

以上に説明したように、この発明によれば新規な原稿読取レンズを実現できる。この原稿読取レンズは上記の如き構成となっているから「現像装置内の温度分布の不均一に起因する原稿読取レンズの焦点距離の変化」を度外視できる程度に軽減でき、従って、この原稿読取レンズを用いることにより現像読取装置内の温度分布の不均一に拘わらず原稿画像を良好に読取ることが可能となり、このように良好に読取られた画像データに基づき良好な画像形成が可能になる。

以下、実施の形態を説明する。
図１（ａ）は原稿読取装置を説明するための図である。図１（ａ）において、符号３１は原稿載置ガラス、符号３３は第１走行体、符号３４は第２走行体、符号３５は原稿読取レンズ、符号３６は撮像素子を示している。

原稿画像を読取られるべき原稿３２は、原稿載置ガラス３１の上面に平面的に定置される。第１走行体３３は、図面に直交する方向を長手方向とし、原稿載置ガラス３１の原稿載置面に対して鏡面を４５度傾けたミラー３３ａを保持し、図１（ａ）において、符号３３で示す位置から符号３３'で示す位置まで一定速度：Ｖで移動する。

第１走行体３３はまた、照明手段として、蛍光ランプ等「図面に直交する方向に長いランプ（図示されず）」を保持している。図示されないランプは、第１走行体３１が図１の右方へ変位するときに発光し、原稿載置ガラス３１上の原稿３２を照明する。従って、第１走行体３３が符号３３'で示す位置まで変位する間に原稿３２は照明走査される。

第２走行体３４は、図面に直交する方向に長く、鏡面を互いに直交的に傾けた１対のミラー３４ａ、３４ｂを保持し、第１走行体３３の変位に同期して符号３４'で示す位置まで一定速度：Ｖ／２で変位する。

原稿３２が照明走査されるとき、原稿３２の被照明部からの反射光は第１走行体３３のミラー３３ａにより反射され、第２走行体３４のミラー３４ａ、３４ｂで順次反射され、結像光束として原稿読取レンズ３５に入射する。このとき、第１走行体３３と第２走行体３４の速度比が２：１となっているので、原稿被照明部から原稿読取レンズ３５に至る光路長が一定に保たれる。

原稿読取レンズ３５に入射した結像光束は、原稿読取レンズ３５の結像作用により、撮像素子３６の受光面に原稿３２の縮小像を結像する。撮像素子３６はＣＣＤラインセンサであり、微小な光電変換部が図面に直交する方向へ密接して配列しており、原稿３２の照明走査に伴い、原稿画像を画素単位の電気信号として出力する。この電気信号はＡ／Ｄ変換等の信号処理を受けて画像信号となり、必要に応じてメモリ（図示されず）に記憶される。

なお、撮像素子３６は、結像画像を３色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に色分解して色情報を読取ることができ、各光電変換部で変換された電気信号を合成することでカラー原稿を読取ることができる。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に符号３５で示した原稿読取レンズの実施の１形態を示している。原稿読取レンズは、複数のレンズ１１、１２，１３、１４、１５、１６と、これらのレンズ１１〜１６を固定的に保持する鏡筒１７と、１対の透明平行平板１８、１９を有している。複数のレンズ１１〜１６は光軸上に配置され、鏡筒１７により固定的に保持されている。

透明平行平板１８は鏡筒１７の物体側（図の左方）に設けられ、透明平行平板１９は鏡筒１７の像側に設けられている。透明平行平板１８、１９は「鏡筒内における気体（この実施の形態においては空気である。）とレンズ１１〜１６との温度差を低減させる」ためのものであり、この実施の形態においては、鏡筒１７に固定的に設けられて「鏡筒内を外気に対して密閉」している。

即ち、図１（ｂ）に示す原稿読取レンズは、読取るべき原稿３２の原稿画像を撮像素子３６上に結像させるための原稿読取レンズであって、光軸上に配置された複数のレンズ１１〜１６と、これら複数のレンズを固定的に保持する鏡筒１７と、この鏡筒内における気体と上記レンズとの温度差を低減させるために、鏡筒１７の物体側と像側とに設けられた１対の透明平行平板１８、１９を有する（請求項１）。

また、１対の透明平行平板１８、１９は、鏡筒内を外気に対して密閉している（請求項２）。鏡筒内の圧力は「減圧」してもよいが（請求項３）、この実施の形態では「設計上の基準温度（２０℃）において１気圧」としている。また、鏡筒内に密閉されている気体は空気である（請求項４）。なお、鏡筒１７の内部は、図の如き断面形状を有しており、レンズ１３、１４間の部分は「絞り」として機能している。

従って、図１に示す原稿読取装置は、原稿画像を読取る原稿読取装置であって、原稿３２を照明する照明手段（図示されないランプ）と、照明される原稿３２からの光束を結像させる原稿読取レンズ３５と、この原稿読取レンズによる原稿像を撮像する撮像手段３６とを有し、原稿読取レンズ３５は、請求項４に記載のものである（請求項８）。

また、原稿３２を走査する走査手段３３、３４を有し、撮像手段３６がラインセンサを含み（請求項９）、原稿読取レンズ３５による結像光束に対し色分解を行う色分解機能を有し、撮像手段３６が色分解された各色成分画像を撮像するものである（請求項１０）。

ここで、原稿読取レンズについて具体的な数値例を挙げる。
以下、原稿読取レンズに関連する各記号は以下の通りである。
ｆ：全系の焦点距離
Ｆ：Ｆナンバ
ｍ：結像倍率
Ｙ：最大物体高
ω：半画角
ｒ：曲率半径
Ｄ：面間隔
ｎｄ：屈折率（ｄ線）
νｄ：アッベ数
ｎｅ：屈折率（ｅ線）
α［×１０^−６／℃］：線膨張係数
ｄｎ／ｄｔ［×１０^−６／℃］：相対屈折率温度係数
「比較例」
まず、比較のための例として、１対の透明平行平板のない場合の例（以下、「比較例レンズ」という。）を挙げる。
比較例レンズの２０℃におけるデータを表１に示す。

表１において、c１、c２は、図１（ａ）に示す原稿載置ガラス３１の両面を示し、c３、c４は撮像素子３６におけるカバーガラスの両面を示す。また、これらの面におけるr＝０．０００はこれらの面の曲率半径が「∞」であることを示す。
焦点距離：ｆ＝９０．２７４、Ｆナンバ：Ｆ＝４．２８、結像倍率：ｍ＝０．２３６２、最大物体高：Ｙ＝１５２．４、半画角：ω＝１８．２゜である。

レンズ構成は図１（ｂ）と同様であり、図１（ｂ）の符号を用いて説明すると、レンズ１１は「物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ」、レンズ１２は「物体側に凸面を向けた平凸レンズ」、第３レンズ１３は「像側に強い凹面を向けた平凹レンズ」であり、レンズ１２とレンズ１３は接合レンズを構成している。

レンズ１４は「物体側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ」、レンズ１５は「像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ」でレンズ１４の像側に接合されている。レンズ１６は「像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ」である。

この「比較例レンズ」において、基準温度：２０℃からΔＴだけ温度上昇した場合の焦点距離変化を算出する。
曲率半径：ｒ、面間隔：Ｄ、レンズ面と間隔環とが接触する位置の光軸からの距離：Ｈは、温度変化：ΔＴに対して、レンズ材料の線膨張係数：αにより、
ｒ'＝ｒ（１＋αΔＴ）
Ｄ'＝Ｄ（１＋αΔＴ）
Ｈ'＝Ｈ（１＋αΔＴ）
に変化する。

また、屈折率：ｎは、相対屈折率温度係数：β（＝ｄｎ／ｄｔ）により、
ｎ'＝ｎ（１＋βΔＴ）
に変化する。

比較レンズにおける第２・第３レンズと第４・第５レンズは接合レンズであり、本来の面数は４であるところを面数：３で表しているので、温度変化：ΔＴの影響を見るには、４面の変化を見る必要があり補正が必要である。

第２・第３レンズのレンズ面（第３〜第５面）の曲率半径：ｒ_３、ｒ_４（接合面）、ｒ_５の補正を例にとって説明する。
これらの面の曲率半径を、基準温度：２０℃において、ｒ_３、ｒ_４、ｒ_５は、レンズ１２、１３の材料の線膨張係数：α_２、α_３により温度変化：ΔＴに対して、以下の式のｒ_３'、ｒ_４'、ｒ_５'のように補正される。

１/ｒ_４'＝[{１/ｒ_４(１＋α_２ΔＴ)}＋{１/ｒ_４(１＋α_３ΔＴ)}]/２ （２Ａ）
１/ｒ_３'＝{１/ｒ_３(１＋α_２ΔＴ)}
＋[１/ｒ_４'−{１/ｒ_４(１＋α_２ΔＴ)}] （２Ｂ）
１/ｒ_５'＝{１/ｒ_５(１＋α_３ΔＴ)}
＋[１/ｒ_４'−{１/ｒ_４(１＋α_３ΔＴ)}] （２Ｃ）
（２Ａ）〜（２Ｃ）式による補正により、温度変化時の接合レンズのパワーを面数４の場合と同じにすることが出来る。
レンズ間隔：ｄについても「間隔環の光軸方向の伸び」と光軸と直交する面内の伸び、間隔環が接触するレンズ面の高さ：Ｈを考慮する必要があり、温度変化後のレンズ間隔：を補正する必要がある。

レンズ１１とレンズ１２とのレンズ間隔：ｄ_２の補正の場合を例にとると、温度変化後のレンズ間隔は以下の「ｄ２''」のように算出される。

Ｄ_２＝±{|ｒ_３|−√(ｒ_３ ^２−Ｈ_３ ^２)}＋ｄ_２−(±){|ｒ_２|−√(ｒ_２ ^２−Ｈ_２ ^２)} （３Ａ）
Ｄ_２'＝Ｄ_２（１＋α_２ΔＴ） （３Ｂ）
Ｄ_２''＝±{|ｒ_３'|−√(ｒ_３'^２−Ｈ_３'^２)}
＋ｄ_２'−(±){|ｒ_２'|−√(ｒ_２'^２−ｒ_２'^２Ｈ_２'^２) } （３Ｃ）
ｄ２''＝ｄ_２'＋Ｄ_２'−Ｄ_２'' （３Ｄ）
ここに、Ｄ_２は、レンズ１１、１２の間のレンズ間隔を規制する間隔環の光軸方向の長さを示す。

他のレンズ間隔に付いての補正も同様に行うことができる。

上記の補正を行ったときの、ΔＴ＝４０℃（雰囲気温度：６０度）のときのレンズデータを示す。間隔環の材料はアルミニウム（線膨張係数：α：２３）として算出している。各レンズ面と間隔環に当たる高さ：Ｈは表２のとおりである。

雰囲気温度：６０℃における比較例レンズのデータを表３に示す。

この状態における焦点距離は：ｆ＝９０．３５８ｍｍである。基準温度：２０℃における焦点距離はｆ＝９０．２７４であるから、４０度の雰囲気温度上昇（レンズ温度の上昇）による焦点距離変化：Δｆ＝＋０．０８４ｍｍとなる。

従って、雰囲気温度とレンズ温度が同じ様に４０℃上昇したときに、原稿読取レンズとラインセンサとの間の距離が「焦点距離変化：Δｆによる結像位置変化」と同程度変化するように原稿読取レンズとラインセンサとを保持すれば、良好にラインセンサ上に結像することは可能である。

しかし実際には、前述の如く原稿読取装置内の温度は均一ではなく、このため「原稿読取レンズとこれに接する空気との温度差」が大きいと、空気に対するレンズの屈折率の値が相対屈折率から変化し、これが原稿読取レンズの焦点距離を変化させる原因となる。

このような「原稿読取レンズとこれに接する空気との温度差」に起因する、比較例レンズにおける焦点距離変化を以下に説明する。

まず、１気圧下における空気の屈折率：Ｎｅの温度による変化として、２０℃と６０℃のときの値を表４に挙げる。

表４の値は文献「Philip E. Coddor: Refractive index of air: new equation for the visible and near infrared, APPLIED OPTICS, vol.35, No.9, 20 March 1996」によっている。

そこで、まず、原稿読取レンズ（比較例レンズ）の温度が６０℃であるときの、レンズデータを表５に示す。

このように、原稿読取レンズ（比較例レンズ）の温度が６０℃である場合において、第１面（レンズ１１の物体側の面）より物体側における空気の温度が２０℃、第１１面（レンズ１６の像側面）よりも像側における空気の温度も２０℃であった場合を考えてみる。即ち、原稿読取レンズのレンズ面とこれに接する空気の温度差が４０℃の場合である。

このとき、原稿読取レンズの物体側・像側の雰囲気温度：２０℃で、この状態の空気の屈折率は１．０００２７３であるから、これを基に、この状態での原稿読取レンズの焦点距離を見積もると、焦点距離：ｆ＝９０．３７１ｍｍとなる。即ち、先に説明した「原稿読取レンズと雰囲気が共に６０℃の時の焦点距離ｆ＝９０．３５８ｍｍに対し、原稿読取レンズが６０℃で雰囲気温度が２０℃の場合には焦点距離が＋０．０１３ｍｍも長くなってしまう。

従って、上述の如く、雰囲気温度とレンズ温度が同じ様に４０℃上昇したときに、原稿読取レンズとラインセンサとの間の距離が、焦点距離変化：Δｆによる結像位置変化と同程度変化するようにして、原稿読取レンズ（比較例レンズ）とラインセンサとを保持したとしても、原稿読取レンズとこれに接する雰囲気の温度に差があれば、結像位置ずれが生じて良好な画像読取りができなくなる。

以下、この発明の原稿読取レンズの具体的な数値例（以下「実施例レンズ」と言う。）のデータを挙げる。

表６は、実施例レンズの６０℃におけるデータである。

表６において、実施例レンズの構成は、図１（ｂ）に示すように、レンズ１１の物体側に透明平行平板１８（ＩＡ、１Ｂ面）を有し、レンズ１６の像側に透明平行平板１９（２Ａ、２Ｂ面）を有する構成であり、表６では第１面から第１１面までは、先の比較礼レンズに関する表５のデータと同一である。

実施例レンズで、原稿読取レンズと雰囲気の温度が共に６０℃のとき、即ち、透明平行平板１８の物体側面（表６で１Ａ面）よりも物体側の空気の屈折率、透明平行平板１９よりも像側の空気の屈折率が共に１．０００２４０のときは、焦点距離：ｆ＝９０．３５８ｍｍであり、実施例レンズの温度が６０℃で、雰囲気温度が２０℃のとき、即ち、１Ａ面より物体側、２Ｂ面より像側の空気の屈折率が１．０００２７３のときは、焦点距離：ｆ＝９０．３６１ｍｍとなり、上記２つの状態間の焦点距離変動は＋０．００３ｍｍ程度に抑えられている。

従って、実施例レンズにおいては「実施例レンズとこれに接する雰囲気との間の温度差が４０℃変動」したとしても、結像位置ずれは「比較例レンズの場合の１／４以下」に軽減させることができ、原稿読取装置内に温度変動があっても良好な原稿読取りが可能となる。

上には、原稿読取レンズ（実施例レンズ）の温度が６０度で、その物体側・像側で接する雰囲気温度が２０℃のときの焦点距離変動を示したが、逆に原稿読取レンズ（実施例レンズ）の温度が２０℃で、これに接する雰囲気温度が６０℃であっても「効果は同じ」である。

また、物体側・像側ともに雰囲気温度が変化することが「焦点距離の変動」に最も大きく影響するため、物体側と像側との一方のみが原稿読取レンズに対して温度変化する場合でも、焦点距離の変化は、上記の場合よりも小さくなり、結像位置ずれも小さい。

上に説明した実施の形態では、透明平行平板１８、１９により鏡筒１７の内部を外部に対して密閉しているので、原稿読取レンズ内には実質的な温度分布がなく、焦点距離の変動が上記の如く小さい。

上の実施の形態の場合においては、原稿読取レンズ内の圧力は１気圧であるが、原稿読取レンズ内の空気の圧力を減圧すると、原稿読取レンズ内に密閉された空気の「温度変化に伴う屈折率変化」が小さくなるので、原稿読取レンズと雰囲気の温度が略同じである場合における焦点距離変動がさらに小さくなる。

１例として、０．５気圧下における空気の屈折率：Ｎｅを、２０℃および６０℃に対して、表７に示す。

図２は、原稿読取ユニットの実施の１例を説明するための図である。
図の如く、原稿読取ユニットは、原稿読取レンズ１１と、撮像素子としてのラインセンサ２０と、これらを保持する第１保持部材２１、第２保持部材２２とを有している。第１保持部材２１と第２保持部材２２とは「保持手段」を構成する。原稿読取レンズ１１は、例えば上に説明した実施例レンズである。

原稿読取レンズ１１を保持する第１保持部材２１と、ラインセンサ２０を保持する第２保持部材２２とは、第２保持部材２２の係合突起２３を、第１係合部材２１の係合孔２４に勘合させることにより一体化されて保持手段となり、原稿読取レンズ１１とラインセンサ２０の間隔を維持するが、第１保持部材２１と第２保持部材２２とは「線膨張率の異なる材料」で形成されている。

線膨張率を、第１保持部材２１に対してｋ１、第２保持部材２２に対してｋ２とし、基準温度：２０℃において、両保持部材の係合部から、原稿読取レンズ１１の保持部までの距離をＬ１、ラインセンサ２０の保持部までの距離をＬ２とすると、温度変化：ΔＴに対して、上記距離は、
Ｌ１'＝Ｌ１（１＋ｋ１ΔＴ）、Ｌ２'＝Ｌ２（１＋ｋ２ΔＴ）
となるので、温度変化：ΔＴによる「原稿読取レンズ１１とラインセンサ２０との間隔」は、
Ｌ１'−Ｌ２'＝Ｌ１−Ｌ２＋（Ｌ１・ｋ１−Ｌ２・ｋ２）ΔＴ
のように変化し、間隔の変化量は、
（Ｌ１・ｋ１−Ｌ２・ｋ２）ΔＴ
となるので、温度変化：ΔＴとして０〜４０℃程度の変化領域に対して、原稿読取レンズの温度変化による「焦点距離変化：Δｆによる結像位置変化」が（Ｌ１・ｋ１−Ｌ２・ｋ２）ΔＴと実質的に等しくなるように、Ｌ１、Ｌ２、ｋ１、ｋ２を選択すれば、保持手段をなす第１保持部材２１と第２保持部材２２とにより、原稿読取レンズ１１と撮像素子２０とを「温度変化に拘わらず実質的な結像位置関係に保持」することができる。

即ち、図２に示す原稿読取ユニットは、読取るべき画像を結像させる原稿読取レンズ１１と、この原稿読取レンズ１１による像を撮像する撮像素子２０と、原稿読取レンズ１１と撮像素子２０とを、温度変化に拘わらず実質的な結像位置関係に保持する保持手段２１、２２とを有し、原稿読取レンズ１１は請求項１〜４の任意の１に記載のものである（請求項５）。また、撮像素子２０はラインセンサである（請求項６）。ラインセンサ２０として、色分解機能を持つ公知のカラーラインセンサを用いることにより、原稿画像をカラー画像情報として読取ることができる（請求項７）。

「画像形成装置」の実施の１形態を図３に示す。

この画像形成装置は、装置上部に位置する原稿読取装置２００と、その下位に位置する画像形成部１００とを有する。原稿読取装置２００の部分は、図１（ａ）に即して説明したのと同様のものであり、各部には図１（ａ）と同じ符号を付してある。

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ラインセンサ（撮像素子）３６から出力される画像信号は信号処理部１２０に送られ、信号処理部１２０において処理されて「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。

画像形成部は、「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。

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に書込みを行う光走査装置１１７は、帯電ローラ１１１と現像装置１１３との間において感光体１１０の光走査を行うようになっている。

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。

画像形成を行うときは、光導電性の感光体１１０が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。

「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、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、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。

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。

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のにタイミングを合わせて転写紙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を静電転写される。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。

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を定着され、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。

原稿読取装置と原稿読取レンズの実施の１形態を説明するための図である。 原稿読取ユニットの実施の１形態を説明するための図である。 画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。

符号の説明

１１〜１６ 原稿読取レンズのレンズ
１７ 鏡筒
１８ 鏡筒の物体側に設けられた透明平行平板
１９ 鏡筒の像側に設けられた透明平行平板

Claims (12)

1. 読取るべき原稿画像を撮像素子上に結像させるための原稿読取レンズであって、
   光軸上に配置された複数のレンズと、
   これら複数のレンズを固定的に保持する鏡筒と、
   この鏡筒内における気体と上記レンズとの温度差を低減させるために、上記鏡筒の物体側と像側とに設けられた一対の透明平行平板を有することを特徴とする原稿読取レンズ。
2. 請求項１記載の原稿読取レンズにおいて、
   一対の透明平行平板が、鏡筒内を外気に対して密閉することを特徴とする原稿読取レンズ。
3. 請求項２記載の原稿読取レンズにおいて、
   一対の透明平行平板により外気に対して密閉された鏡筒内が減圧されていることを特徴とする原稿読取レンズ。
4. 請求項２または３記載の原稿読取レンズにおいて、
   鏡筒内に密閉される気体が空気であることを特徴とする原稿読取レンズ。
5. 読取るべき画像を結像させる原稿読取レンズと、
   この原稿読取レンズによる像を撮像する撮像素子と、
   上記原稿読取レンズと上記撮像素子とを、温度変化に拘わらず実質的な結像位置関係に保持する保持手段とを有し、
   上記原稿読取レンズが請求項１〜４の任意の１に記載のものであることを特徴とする原稿読取ユニット。
6. 請求項５記載の原稿読取ユニットにおいて、
   撮像素子がラインセンサであることを特徴とする原稿読取ユニット。
7. 請求項５または６記載の原稿読取ユニットにおいて、
   撮像素子が色分解機能を有するものであることを特徴とする原稿読取ユニット。
8. 原稿画像を読取る原稿読取装置であって、
   原稿を照明する照明手段と、
   照明される原稿からの光束を結像させる原稿読取レンズと、
   この原稿読取レンズによる原稿像を撮像する撮像手段とを有し、
   上記原稿読取レンズが請求項１〜４の任意の１に記載のものであることを特徴とする原稿読取装置。
9. 請求項８記載の原稿読取装置において、
   原稿を走査する走査手段を有し、
   撮像手段がラインセンサを含むことを特徴とする原稿読取装置。
10. 請求項８または９記載の原稿読取装置において、
    原稿読取レンズによる結像光束に対し色分解を行う色分解機能を有し、撮像手段が、色分解された各色成分画像を撮像するものであることを特徴とする原稿読取装置。
11. 請求項８〜１０の任意の１に記載の原稿読取装置において、
    撮像手段が撮像素子と保持手段とを有し、原稿読取レンズと撮像素子とが、保持手段により保持され、上記原稿読取レンズと撮像素子と保持手段とが、請求項５〜７の任意の１に記載の原稿読取ユニットを構成することを特徴とする原稿読取装置。
12. 請求項８〜１１の任意の１に記載の原稿読取装置により原稿画像を読取り、読取られた原稿画像のデータに基づき、原稿画像を形成する画像形成部を有することを特徴とする画像形成装置。

Images