JP6708045B2 - 画像読取モジュール、画像読取装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光電変換素子により原稿の画像を読み取る画像読取モジュール、当該画像読取モジュールを備えた画像読取装置、および当該画像読取装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、光電変換素子であるラインセンサーにより原稿の画像を読み取る装置として、等倍光学系のＣＩＳ（Contact Image Sensor）と呼ばれる画像読取モジュールがある。
このタイプの画像読取モジュールでは、原稿面からの反射光を分布屈折率レンズアレイ（セルフォック（登録商標）レンズ）を通して、ラインセンサーの位置に正立等倍像を結像するので、小型化が可能である。しかし、被写界深度が浅いので、少しでも原稿の位置が分布屈折率レンズアレイから離れたり、あるいは厚みのある本の中央の中綴じ部分などの凹凸がある原稿では、原稿面に焦点が合わず、読取画像が劣化するという問題がある。

この問題を解決するため、特許文献１では、被写界深度が深く、正立等倍像を得ることができる画像読取モジュールについて提案されている。
この画像読取モジュールは、原稿読取面と対面し、前記原稿読取面の垂直方向に対して、光軸が所定の傾きを持つ第１ミラーアレイと、前記第１ミラーアレイと対面し、前記第１ミラーアレイの光軸に対し、光軸が所定の傾きを持つ第２ミラーアレイと、前記第２ミラーアレイと対面し、前記第２ミラーアレイからの反射光を受光するラインセンサー（ホトアレイセンサー）とを備えている。そして、原稿読取面と第１ミラーアレイの個別のミラーとの間に、絞りが配置されている。

特開平１１−８７４２号公報 特開２００９−２４４５００号公報

このようなミラーアレイを利用した画像読取モジュールでは、原稿の画像を主走査方向に分割して、それぞれの分割画像を第１、第２ミラーアレイの各個別ミラーを介してラインセンサー上で正立等倍像を結像させる構成となっているが、上記特許文献１においては、原稿読取面と第１ミラーアレイの個々のミラーとの間に絞りが配されているため、第１ミラーアレイの各個別のミラーに取り込まれるべき、原稿画像の画角が大きくなってしまう。

このため、原稿面と第１ミラーアレイとの距離が少しでも離れてしまうと、本来、第１ミラーアレイのうちの一のミラーに入射すべき分割画像の境界部分が、隣接するミラーにも入射してしまい、その結果、第１ミラーアレイにおける各個別のミラーに割り当てられた分割画像の繋ぎ目部分の重なりが発生し、読取画像が不鮮明になるという問題がある。
本発明は、上記の問題を解決し、原稿面の位置が多少変位したとしても、繋ぎ目における像の重なりの発生を防いで、鮮明な画像を読取ることができる画像読取モジュール、当該画像読取モジュールを備えた画像読取装置および当該画像読取装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、光源で照射された原稿の画像をラインセンサーで読み取る画像読取モジュールであって、第１凹面鏡、第２凹面鏡及び第３凹面鏡を配してなる単位光学系を主走査方向に複数列設してなり、前記第１凹面鏡は、原稿面からの光を反射し、原稿の画像に対して倒立した第１像を結像し、前記第２凹面鏡は、前記第１凹面鏡からの光を前記第３凹面鏡に向けて反射し、前記第３凹面鏡は、前記第２凹面鏡からの光を反射して第１像に対し倒立した第２像を結像し、前記ラインセンサーのセンサ面が、前記第２像の結像位置に配置されてなり、各単位光学系において、前記第２凹面鏡によってフィールド光学系が構成されると共に、絞りが、前記第１凹面鏡の光路下流側の焦点の位置もしくは第３凹面鏡の光路上流側の焦点の位置に配されて、テレセントリック光学系が構成されており、原稿の読取面から前記第１凹面鏡までの光学的距離と、前記第１凹面鏡から前記第２凹面鏡までの光学的距離との比が、前記第３凹面鏡から前記光電変換素子までの光学的距離と、前記第２凹面鏡から前記第３凹面鏡までの光学的距離との比に等しいことを特徴とする。

また、本発明の一態様は、光源で照射された原稿の画像をラインセンサーで読み取る画像読取モジュールであって、第１凹面鏡、第２凹面鏡及び第３凹面鏡を配してなる単位光学系を主走査方向に複数列設してなり、前記第１凹面鏡は、原稿面からの光を反射し、原稿の画像に対して倒立した第１像を結像し、前記第２凹面鏡は、前記第１凹面鏡からの光を前記第３凹面鏡に向けて反射し、前記第３凹面鏡は、前記第２凹面鏡からの光を反射して第１像に対し倒立した第２像を結像し、前記ラインセンサーのセンサ面が、前記第２像の結像位置に配置されてなり、各単位光学系において、前記第２凹面鏡によってフィールド光学系が構成されると共に、絞りが、前記第１凹面鏡の光路下流側の焦点の位置もしくは第３凹面鏡の光路上流側の焦点の位置に配されて、テレセントリック光学系が構成されており、前記第１凹面鏡の焦点距離は、前記第３凹面鏡の焦点距離に等しいことが望ましい。

また、本発明の一態様は、光源で照射された原稿の画像をラインセンサーで読み取る画像読取モジュールであって、第１凹面鏡、第２凹面鏡及び第３凹面鏡を配してなる単位光学系を主走査方向に複数列設してなり、前記第１凹面鏡は、原稿面からの光を反射し、原稿の画像に対して倒立した第１像を結像し、前記第２凹面鏡は、前記第１凹面鏡からの光を前記第３凹面鏡に向けて反射し、前記第３凹面鏡は、前記第２凹面鏡からの光を反射して第１像に対し倒立した第２像を結像し、前記ラインセンサーのセンサ面が、前記第２像の結像位置に配置されてなり、各単位光学系において、前記第２凹面鏡によってフィールド光学系が構成されると共に、絞りが、前記第１凹面鏡の光路下流側の焦点の位置もしくは第３凹面鏡の光路上流側の焦点の位置に配されて、テレセントリック光学系が構成されており、複数の前記第１凹面鏡、複数の前記第２凹面鏡及び複数の前記第３凹面鏡がそれぞれ主走査方向に配列されて一体的に形成されたミラーアレイ本体を備え、前記第１凹面鏡からの反射光を前記第２凹面鏡へ向けて折り返し、前記第２凹面鏡からの反射光を前記第３凹面鏡へ向けて折り返す平面ミラーを有することが望ましい。
また、前記ミラーアレイ本体において、主走査方向から見たとき、前記第２凹面鏡は、前記第１凹面鏡及び前記第３凹面鏡と同一面側であって、前記第１凹面鏡と前記第３凹面鏡の中央部に位置することが望ましい。

また、前記平面ミラーは、その反射面が、前記ミラーアレイ本体の各凹面鏡が形成された面に対向配置されていることが望ましい。
また、前記絞りは、前記平面ミラーの反射面上に配置されていることが望ましい。
また、原稿の読取面から前記第１凹面鏡までの光学的距離は、前記第１凹面鏡から前記第２凹面鏡までの光学的距離より長く、互いに隣接する単位光学系の前記第２凹面鏡と前記平面ミラーとの間に、隣接する単位光学系を進行する光の侵入を阻止する遮光部材が設けられていることが望ましい。

また、前記遮光部材を含むミラー保持部材を有し、当該ミラー保持部材によって、前記ミラーアレイ本体と前記平面ミラーとの相対的位置が規制されていることが望ましい。
ここで、前記ミラー保持部材は、絞り形成部を含み、当該絞り形成部に前記絞りが形成されていることが望ましい。
また、本発明の別の態様として、上記画像読取モジュールを有する画像読取装置としてもよい。

本発明のさらに別の態様として、上記画像読取装置を有する画像形成装置としてもよい。

本発明によると、絞りが第１凹面鏡の焦点の位置に配置されているので、当該光学系は、テレセントリックを構成しており、原稿面から第１凹面鏡に入射される光は、第１凹面鏡の光軸に平行となる。これにより、原稿面と第１凹面鏡との相対的な位置が多少ずれても、原稿面の主走査方向に隣接する分割画像同士の繋ぎ目部分の像が重なって読み取られることがなくなり、鮮明な読取画像を得ることができる。

複写機の全体構成を示す概略断面図である。 画像読取モジュールの構成を示す断面図である。 集合ミラー部材の斜視図である。 図３の集合ミラー部材のＡ−Ａ’の位置における矢視断面図である。 図４におけるＢ−Ｂ’の位置における集合ミラー部材の矢視断面図である。 図４におけるＣ−Ｃ’の位置における集合ミラー部材の矢視断面図である。 図４におけるＤ−Ｄ’の位置における集合ミラー部材の矢視断面図である。 保持部材の斜視図である。 図８の保持部材のＥ−Ｅ’の位置における矢視断面図である。 画像読取モジュールの内部の構造を示す一部切り欠き斜視図である。 画像読取モジュールの内部の構造を示す別の一部切り欠き斜視図である。 画像読取モジュールにおける光路の概略図である。 画像読取モジュールにおける主走査方向の展開光路図である。 画像読取モジュールにおける副走査方向の展開光路図である。 （ａ）は、変形例としての画像読取モジュールの前側光学系における主走査方向の展開光路図であり、（ｂ）は、画像読取モジュールの前側光学系における主走査方向の展開光路図の比較例である。

本発明の実施の形態に係る画像読取モジュールを搭載した画像形成装置の例としてタンデム形のカラー複写機（以下、単に「複写機」という。）について説明する。
＜複写機の全体構成＞
図１は、複写機１の全体構成を示す概略断面図である。
同図に示すように、複写機１は、記録シート上にトナー画像を形成するプリント部９０と、原稿面から画像を読み取って画像を表す電気信号に変換する画像読取ユニット７０と、原稿を搬送するＡＤＦ（Auto Document Feeder：自動原稿搬送装置）６０とから構成されている。

画像読取ユニット７０の筐体７１の上面には、平板状の第１原稿ガラス１２及び帯板状の第２原稿ガラス７５が設けられている。
筐体７１内部には、タイミングベルト７３がタイミングプーリー７２、７４により水平方向に張架されており、タイミングベルト７３に画像読取モジュール１０が取着される。不図示のモーターによりタイミングプーリー７２を回転駆動することにより、画像読取モジュール１０が、図の左右方向（副走査方向）に移動するようになっている。

画像読取モジュール１０は、副走査方向に移動しながら、第１原稿ガラス１２上に置かれた原稿の画像を読み取り、あるいは、第２原稿ガラス７５の下方で停止して第２原稿ガラス７５上を通過する原稿の画像を読み取る。
ＡＤＦ６０は、原稿トレイ６１上に載置された原稿を、１枚ずつ搬送経路６４に沿って搬送し、第２原稿ガラス７５上を通過させた後、原稿排出トレイ６３上に排出する。

また、ＡＤＦ本体６２内には、第２原稿ガラス７５上を通過した原稿の裏面の画像を読み取る画像読取モジュール６５が配設されている。
プリント部９０は、画像読取モジュール１０及び画像読取モジュール６５により取得された画像データまたは端末装置等からネットワークを介して送られる画像データに基づいて、記録シートＳ上に画像を形成する。

このプリント部９０は、水平方向に張架され、周回移動する中間転写ベルト８２と、中間転写ベルト８２における下側の周回移動域に対向し、当該周回移動方向に沿って列設された画像形成ユニット８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃ、８３Ｋを備えている。
画像形成ユニット８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃ、８３Ｋは、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成する。これらの画像形成ユニット８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃ、８３Ｋは、何れも同様の構成になっているので、ここでは、画像形成ユニット８３Ｋの構成についてのみ説明し、他の画像形成ユニット８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃの構成の説明を省略する。

画像形成ユニット８３Ｋは、感光体ドラム８４Ｋ、帯電器８５Ｋ、露光器８６Ｋ、現像器８７Ｋを備えている。感光体ドラム８４Ｋの外周面は、帯電器８５Ｋによって、均一に帯電される。
露光器８６Ｋは、画像読取モジュール１０により読み取られた原稿の画像データ等に基づく駆動信号により変調された光ビームを発して、帯電された感光体ドラム８４Ｋの外周面を露光走査し、静電潜像を形成する。

感光体ドラム８４Ｋの外周面上に形成された静電潜像は、現像器８７Ｋによりトナーで現像される。
画像形成ユニット８３Ｋの上方には、中間転写ベルト８２を挟んで感光体ドラム８４Ｋに対向する位置に、１次転写ローラ８８Ｋが設けられている。１次転写ローラ８８Ｋは、感光体ドラム８４Ｋの外周面に形成されたトナー画像を中間転写ベルト８２上に静電転写させる。

他の画像形成ユニット８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃによっても同様に中間転写ベルト８２上に対応する現像色の画像が形成される。これらの画像形成ユニット８３Ｙ、８３Ｍ、８３Ｃ、８３Ｋによる各色の画像は、中間転写ベルト８２上の同じ位置に多重転写されるようにタイミングをずらして形成される。
中間転写ベルト８２と２次転写ローラ８１との間に、記録シートが通過する２次転写ニップが形成されている。２次転写ニップへは、給紙部９２の給紙カセット９１から記録シートＳが１枚ずつ給送される。

２次転写ローラ８１は、中間転写ベルト８２上のトナー画像を、２次転写ニップを通過する記録シートＳ上に静電転写する。トナー画像が転写された記録シートＳは、定着装置８９へ搬送される。定着装置８９は、加熱及び加圧により、記録シートＳ上にトナー画像を定着させ、定着後の記録シートＳは、排紙トレイ８０ａ上に排出される。
＜画像読取モジュール＞
画像読取モジュール１０と画像読取モジュール６５は、同一の構成なので、ここでは、画像読取モジュール１０の構成についてのみ説明し、画像読取モジュール６５については説明を省略する。

図２は、画像読取モジュール１０の構成を示す概略断面図である。
同図に示すように、画像読取モジュール１０は、上壁面２３に主走査方向に伸びる長いスリット２２が形成された筐体１４を有しており、当該上壁面２３のスリット２２を挟む両側に照明ユニット１３ａ、１３ｂを配すると共に、筐体１４内部に、第１平面ミラー１６、集合ミラー部材１９、第２平面ミラー１７及び第３平面ミラー１５を、原稿１１からの反射光の進行方向に沿って配した構成をしている。第３平面ミラー１５で反射された光は、基板２１上に設けられたラインセンサー２０の位置に像を結ぶ。本実施の形態におけるラインセンサー２０は、カラー画像の読取可能なものが使用されているが、モノクロ画像のみが読取可能なラインセンサーであっても構わない。

第２平面ミラー１７と集合ミラー部材１９との間には、集合ミラー部材１９に対し、第２平面ミラー１７を規定の間隔を維持して保持するための保持部材１８が配設される。
また、保持部材１８に付設された絞り形成板４５には円錐状の貫通孔である絞り４１が設けられている。
照明ユニット１３ａ及び１３ｂは、ＬＥＤ（light emitting diode）等の発光素子を有し、筐体１４の上壁面２３に対向して設けられた第１原稿ガラス１２に向けて、光を照射する。

第１平面ミラー１６、第２平面ミラー１７及び第３平面ミラー１５は、例えば、ポリカーボネート樹脂により形成された長尺の帯状板であって、その鏡面となる面に、銀等の金属材料を蒸着させて形成されてなる。
＜集合ミラー部材＞
図３は、集合ミラー部材（ミラーアレイ本体）１９の外観斜視図であり、図４は、図３のＡ−Ａ’の位置における矢視断面図である。

両図に示すように、集合ミラー部材１９は、断面が台形状の突条部３８を備えた基部３５と、基部３５の上下両側において、突条部３８側に屈曲して延設された第１屈曲部３６と第２屈曲部３７とからなる。
第２屈曲部３７、突条部３８及び第１屈曲部３６には、それぞれ、主走査方向に配列されたｋ個の第１曲面ミラー（第１凹面鏡）３３ａ〜３３ｋ、ｋ個の第２曲面ミラー（第２凹面鏡）３２ａ〜３２ｋ、及び、ｋ個の第３曲面ミラー（第３凹面鏡）３１ａ〜３１ｋが形成されている（なお、本明細書において、主走査方向に並ぶ複数の光学要素を個別に表記する必要がある場合には、上記のように番号にａ〜ｋなどの添え字を付して表記するが、特に限定せず任意の１つの光学要素を代表して示す場合には、煩雑さを避けるため、図２のように添え字を付さずに、例えば「第１曲面ミラー３３」と表記する。他の部分においても同じ。）。

図５、図６、図７は、それぞれ図４におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図、Ｃ−Ｃ’線矢視断面図、Ｄ−Ｄ’線矢視断面図を示している。
各図に示すように、集合ミラー部材１９において、第１曲面ミラー３３ａ〜３３ｋ、第２曲面ミラー３２ａ〜３２ｋ、第３曲面ミラー３１ａ〜３１ｋは、主走査方向に所定のピッチＷで配設されてなる。

上記第１曲面ミラー３３ａ〜３３ｋを第１曲面ミラーアレイ、第２曲面ミラー３２ａ〜３２ｋを第２曲面ミラーアレイ、第３曲面ミラー３１ａ〜３１ｋを第３曲面ミラーアレイという。
図４のＸ方向から見たとき、第１曲面ミラー３３ａ、第２曲面ミラー３２ａ、第３曲面ミラー３１ａは、光軸が一致するように配設されている。他の対応する第１曲面ミラー３３ｂ〜３３ｋ、第２曲面ミラー３２ｂ〜３２ｋ、第３曲面ミラー３１ｂ〜３１ｋについても同様である。

さらに、第１曲面ミラー３３ａの横幅と第３曲面ミラー３１ａの横幅は、同一の幅（Ｗ）であり、第２曲面ミラー３２ａの横幅は、第１曲面ミラー３３ａの横幅及び第３曲面ミラー３１ａの横幅より短い。その他の第１曲面ミラー３３ｂ〜３３ｋ、第２曲面ミラー３２ｂ〜３２ｋ、第３曲面ミラー３１ｂ〜３１ｋについても同様である。
後述の図１２に示すように、第１曲面ミラー３３は、光軸Ａ１が曲面の外部に存在する軸外非球面鏡を形成している。これらの焦点距離は、ｆである。また、第３曲面ミラー３１は、光軸Ａ３が曲面の外部に存在する軸外非球面鏡を形成している。これらの焦点距離は、ｆである。これは、第１曲面ミラー３３の焦点距離と同一である。

もっとも、原稿の正立等倍像をラインセンサー２０上に結像できるのであれば、必ずしも第１曲面ミラー３３と第３曲面ミラー３１の焦点距離が同一である必要はない。
さらに、第２曲面ミラー３２は、光軸Ａ２が曲面の内部を通過する非球面鏡を形成している。これらの焦点距離は、ｆ’である。この第２曲面ミラー３２は、それぞれ、第１曲面ミラー３３により結像される第１像の結像位置に配置されるフィールド光学系となっている。第２曲面ミラー３２は、結像した第１像による光が、第３曲面ミラー３１に入射するように反射する。

集合ミラー部材１９は、例えば、ポリカーボネート樹脂により射出成形され、第１曲面ミラーアレイ、第２曲面ミラーアレイ、及び、第３曲面ミラーアレイの個々のミラー面は、銀等の金属材料を蒸着させて、曲面状の鏡面が形成される。このように同一面側に各ミラーアレイを配置することにより製造しやすい。
＜保持部材１８＞
図８は、保持部材１８の斜視図であり、図９は、図８における保持部材１８のＥ−Ｅ’の位置における矢視断面図である。

図８に示すように、保持部材１８は、主走査方向と直交する（ｋ−１）枚の平板状の遮光板４２ａ〜４２ｊ及び長尺の絞り形成板４５を、主走査方向に延びる第１支持棒４４及び第２支持棒４３と共に一体的に成形されてなる。
絞り形成板４５には、主走査方向に沿って、ｋ個の絞り４１ａ〜４１ｋが開設され、各隣接する絞りの中間の位置に、遮光板４２ａ〜４２ｊが設けられている。絞り４１ａ〜４１ｋが、第２平面ミラー１７の反射面上に配置されるように、絞り形成板４５の集合ミラー部材１９と反対側の面が第２平面ミラー１７に接触して配置される（図２参照）。

各遮光板４２ａ〜４２ｊは、所定のピッチＷを開けて設けられ、また、各絞り４１ａ〜４１ｋも、同じピッチＷで設けられている。また、各絞り４１ａ〜４１ｋが、それぞれ、第１曲面ミラー３３ａ〜３３ｋの焦点の位置に配置されるように、第２平面ミラー１７と集合ミラー部材１９の位置関係が決定される。
図９に示すように遮光板４２の集合ミラー部材１９側の辺には、凹部４６が形成されており、集合ミラー部材１９の第２曲面ミラー３２が形成された突条部３８（図４参照）が、嵌り込むようになっている。

保持部材１８は、例えば、ポリカーボネート樹脂により形成されており、集合ミラー部材１９と第２平面ミラー１７との相対的な位置関係を規制する規制部材として機能している。
図１０は、画像読取モジュール１０の筐体１４の一部を切り欠き、さらに集合ミラー部材１９を省略したときの内部の様子を示す図である。同図に示すように、第２平面ミラー１７に沿って、保持部材１８が配設されている様子が見て取れる。

図１１は、図１０と反対側の方向から見た時の、画像読取モジュール１０の一部切り欠き斜視図である。同図から、第１平面ミラー１５、第２平面ミラー１６、第３平面ミラー１７、保持部材１８および集合ミラー部材１９の立体的な位置関係が見て取れる。
＜原稿１１からラインセンサー２０に至るまでの光路の概略＞
本実施の形態に係る画像読取モジュール１０においては、ｋ個の単位光学系が主走査方向に存在すると言える。

第１の単位光学系は、第１平面ミラー１６、第１曲面ミラー３３ａ、絞り４１ａ、第２平面ミラー１７、第２曲面ミラー３２ａ、第３曲面ミラー３１ａ及び第３平面ミラー１５により構成される。
また、第２の単位光学系は、第１平面ミラー１６、第１曲面ミラー３３ｂ、絞り４１ｂ、第２平面ミラー１７、第２曲面ミラー３２ｂ、第３曲面ミラー３１ｂ及び第３平面ミラー１５により構成される。第３の単位光学系から第ｋの単位光学系についても同様である。

ｋ個の単位光学系は、主走査方向に所定のピッチＷで配置されている（図５〜図８参照）。
また、説明の便宜上、各単位光学系において、原稿１１からの第２曲面ミラー３２まで至る光学系を前側光学系と定義し、第２曲面ミラー３２からラインセンサー２０に至るまでの光学系を後側光学系と定義する。

図１２は、一つの単位光学系における主走査方向の光路の概略図であり、原稿１１から、第１曲面ミラー３３、絞り４１、第２曲面ミラー３２、第３曲面ミラー３１を介して、ラインセンサー２０に至る光路を表したものであり、本図では、簡略化のため、光路変更用の第１平面ミラー１６、第２平面ミラー１７及び第３平面ミラー１５を省略している。
また、この図において、第１曲面ミラー３３の光軸をＡ１で示し、焦点をＦ１で示す。また、第２曲面ミラー３２の光軸をＡ２で示す。さらに、第３曲面ミラー３１の光軸をＡ３で示し、焦点をＦ２で示す。

原稿１１からの光軸Ａ１に平行な光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、第１曲面ミラー３３で反射し、反射光Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、絞り４１を配した焦点Ｆ１を通過して、第２曲面ミラー３２に導かれ、これによりテレセントリック光学系が構成される。
第２曲面ミラー３２により反射した光は、焦点Ｆ２を通過して、光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３として、第３曲面ミラー３１に入射する。第３曲面ミラー３１で反射した光Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ１５は、光軸Ａ３に平行に、ラインセンサー２０に入射する。

なお、図１２では絞り４１は、第１曲面ミラー３３の光路下流側の焦点Ｆ１の位置に配置されているが、これに代えて第３曲面ミラー３１の光路上流側の焦点Ｆ２の位置に絞りを配置してもテレセントリック光学系を構成することは可能である。すなわち、フィールド光学系を挟んで、前側光学系もしくは後側光学系のいずれか一方をテレセントリック光学系にすれば、他方の光学系もテレセントリック光学系に構成することができる。

（主走査方向の展開光路図）
図１３は、一つの単位光学系における主走査方向の展開光路図として、原稿１１から、第１平面ミラー１６、第１曲面ミラー３３、絞り４１、第２平面ミラー１７、第２曲面ミラー３２、第２平面ミラー１７、第３曲面ミラー３１、第３平面ミラー１５を介して、ラインセンサー２０に至る光路を表したものである。

図１３において、縦軸は、主走査方向を示し、横軸は、原稿１１からラインセンサー２０に至る光路の方向を示す。
原稿１１の面で反射した光は、第１曲面ミラー３３を介して、絞り４１を通過し、第２曲面ミラー３２に第１像５２を結ぶ。第２曲面ミラー３２から照射される光は、第３曲面ミラー３１により平行光として、ラインセンサー２０に届く。

ここで、原稿１１から第１曲面ミラー３３までの光学的距離をａ、第１曲面ミラー３３から絞り４１までの光学的距離をｃ、第１曲面ミラー３３から第２曲面ミラー３２までの光学的距離をｂ、第２曲面ミラー３２から第３曲面ミラー３１までの光学的距離をｂ’、第３曲面ミラー３１からラインセンサー２０までの光学的距離をａ’とすると、ｂ／ａ＝ｂ’／ａ’である。

言い換えると、光学的距離ａと光学的距離ｂとの比は、光学的距離ａ’と光学的距離ｂ’の比に等しい。
また、光学的距離ａは、光学的距離ｂより長い（ａ＞ｂ）であり、ｂ／ａ（＝ｂ’／ａ’）は、１未満である。本実施の形態では、ｂ／ａは０．５程度に設定されている。
第１曲面ミラー３３の焦点が存在する位置に、絞り４１が配置されている。このため、原稿１１から第２曲面ミラー３２までの前側光学系は、テレセントリックを構成している。

このように、前側光学系は、テレセントリックを構成しているので、原稿１１から第１曲面ミラー３３に至る光路において、第１曲面ミラー３３の光軸に平行である光線が、絞り４１を通過して、第２曲面ミラー３２に倒立像５２を形成する。
これにより原稿１１の位置が、現在の位置より光軸方向に前側又は後側に変化しても、取り込む分割画像５１の範囲に変化はなく隣接する分割画像との境界が重なって一つの光学系に取り込まれることがなくなる。

第２曲面ミラー３２に形成された倒立像５２の大きさは、光学的距離ａ及び光学的距離ｂに依存して一定である。ａ＞ｂなので、倒立像５２の大きさは、像５１の大きさよりも小さい。
第２曲面ミラー３２に形成された倒立像５２による光は、第３曲面ミラー３１に入射し、第３曲面ミラー３１で反射した光は、第３曲面ミラー３１の光軸に平行に、ラインセンサー２０に入射し、正立像５３を形成する。

ここで、ｂ／ａ＝ｂ’／ａ’であるので、原稿上の像５１と、ラインセンサー２０に結像された正立像５３は、同じ大きさである。
＜副走査方向の展開光路図＞
図１４は、一つの単位光学系における副走査方向の展開光路図として、原稿１１から、第１平面ミラー１６、第１曲面ミラー３３、絞り４１、第２平面ミラー１７、第２曲面ミラー３２、第２平面ミラー１７、第３曲面ミラー３１、第３平面ミラー１５を介して、ラインセンサー２０に至る光路を表したものである。

図１４において、縦軸は、副走査方向を示し、横軸は、原稿１１からラインセンサー２０に至る光路の方向を示す。
図１３に示す場合と同様に、図１４に示す副走査方向の展開光路図においても、第２曲面ミラー３２に形成された倒立像５７による光は、第３曲面ミラー３１に入射し、第３曲面ミラー３１で反射した光は、第３曲面ミラー３１の光軸にほぼ平行に、ラインセンサー２０に入射し、等倍の正立像５８を形成する。

＜変形例＞
（１）上述したように、実施の形態の画像読取モジュール１０においては、第１曲面ミラー３３の焦点の位置に、絞り４１が配置されてテレセントリック光学系が形成されている。
しかしながら、本発明は、このように厳密なテレセントリック光学系の絞り配置には、限定されない。

例えば、図１５（ａ）に示すように、画像読取モジュール１０の前側光学系において、第１曲面ミラー３３の焦点が存在する位置から、第２曲面ミラー３２側へ、ごくわずかの光学的距離ｅだけ離れた位置に、絞り４１’を配置する。
同図において、縦軸は、主走査方向を示し、横軸は、原稿１１から第２曲面ミラー３２に至る光路の方向を示している。

この構成によると、絞り４１’が第１曲面ミラー３１の焦点の位置から所定の光学的距離ｅだけ離して配置されているので、原稿面から入射される光は、第１曲面ミラー３１の光軸に完全に平行ではなく、内側に若干の傾き（角度ｄ）を持った光となる。ここで、角度ｄは、１°以内であることが望ましい。このように、適切な光学的距離ｅを選択して、その位置に絞り４１’を配置することにより、第２曲面ミラー３２の主走査方向における幅を小さくしても、入射される光が、第２曲面ミラー３２の鏡面からはみ出ることがないようにすることができる。

このように光学的距離ｅは、ごくわずかの距離であるので、原稿からの画像はほぼ平行に第1曲面ミラー３３に入射することができ、原稿面の位置が規定値より多少ずれても原稿の分割画像同士の繋ぎ部分が重なったり欠落したりするおそれが、従来技術よりも少なくなる。
これにより、第２曲面ミラー３２の主走査方向における幅をより小さくしても画像の読取が可能となるので、各単位光学系同士を遮光するための遮光板４２の設置がより容易になる。

なお、図１５（ａ）と対比するために、図１５（ｂ）に、前側光学系において、第１曲面ミラー３３の焦点の位置に、絞り４１が配置されている場合において第２曲面ミラー３２の主走査方向の幅を狭くした例を示す。
図１５（ｂ）に示すように、第１曲面ミラー３３の焦点の位置に絞り４１を配置すると、第２曲面ミラー３２の主走査方向における幅をより狭くしたときに、他のミラーとの位置関係によっては、一の第２曲面ミラー３２に入射されるべき光が、当該第２曲面ミラー３２の鏡面からはみ出る可能性がある。このため、隣接する第２曲面ミラー３２との繋ぎ目に光が入射され、反射されずに画像の一部が欠損するというおそれがあるが、図１５（ａ）に示す変形例では、このような問題が生じるおそれが少なく、画像読取モジュール１０の設計の自由度が増す。

（２）また、フィールド光学系としての第２曲面ミラー３２は、必ずしも厳密に第１曲面ミラー３３の結像位置に配する必要はなく、その付近に配置されておればよい。
（３）上記の実施の形態においては、画像形成装置である複写機１の画像読取部に画像読取モジュール１０を設置した例を示したが、本発明は、これに限定されない。画像読取モジュール１０を備えた画像読取装置単体であってもよい。

＜まとめ＞
上述のように、本実施の形態に係る画像読取モジュール１０は、第１原稿ガラス１２上に置かれた原稿１１に対し、照明ユニット１３ａ、１３ｂにより光を照射し、原稿１１からの反射光を、ラインセンサー２０により光電変換して、電気信号を得ることにより、原稿１１の画像を読み取る装置である。

原稿１１からの反射光は、最初に、第１平面ミラー１６により反射し、次に、第１曲面ミラー３３により集光され、第２平面ミラー１７へ向かう。第２平面ミラー１７の直前には、絞り４１があり、絞り４１で、光束が制限される。絞り４１を通過し、第２平面ミラー１７で反射した光は、第２曲面ミラー（フィールドミラー）３２で、結像し、反射する。

ここまでが、前側光学系の構成であり、図１３に示すように、前側光学系では倒立像５２が得られる構成になっている。
第２曲面ミラー（フィールドミラー）３２からラインセンサー２０までが後側光学系であり、後側光学系でも倒立像が得られ、最後に、ラインセンサー２０に入射し、画像情報として光電変換される。

このように、前側光学系と後側光学系をフィールド光学系で繋げることにより正立像が得られる光学系となる。
前側光学系と後側光学系を繋げた光学系は、主走査方向に分割された単位光学系であり、図３、図５〜図８、図１０、図１１に示すように、当該単位光学系が、主走査方向にｋ個並んで存在している。

ここで、図１３に示すように、原稿１１から第１曲面ミラー３３までの光学的距離をａ、第１曲面ミラー３３から第２曲面ミラー３２までの光学的距離をｂ、第２曲面ミラー３２から第３曲面ミラー３１までの光学的距離をｂ’、第３曲面ミラー３１からラインセンサー２０（光電変換素子）までの光学的距離をａ’とすると、ｂ／ａ＝ｂ’／ａ’である。

このような条件を満たす光学系にすることにより、原稿と同じ長さの光電変換素子で読み取ることができる、等倍の正立光学系を構成することができる。
また、図１３に示すように、ｂ／ａ（＝ｂ’／ａ’）は、１未満になっている。このため、図３に示すように、第１曲面ミラー３３による結像面に位置する第２曲面ミラー３２の、特に主走査方向における幅を、第１曲面ミラー３３の幅、及び、第３曲面ミラー３３の幅より狭くすることができる。これにより、一つの第２曲面ミラーとこれに隣接する第２曲面ミラーの間に十分遮光板４２を設けることができ、隣接する単位光学系からの迷光を遮ることができる。

また、（ｋ−１）枚の遮光板４２を含む保持部材１８は、第２平面ミラー１７と集合ミラー部材１９とを保持する機能も持っており、第２平面ミラー１７の鏡面と集合ミラー部材１９に形成された各曲面ミラーとの間隔を一定に保つことが可能となる。
また、この遮光板を兼ねた保持部材１８に一体的に形成された絞り形成板４５には、前側光学系の絞りとしての貫通孔を有しており、第２平面ミラー１７に密着して配置されて、絞りの役割を果たしている。

ここで、絞り４１が設置されている位置は、前側光学系の焦点距離ｆと等しい位置に配置されている。この構成により、図１３に示すように原稿１１から第１曲面ミラー３３への入射光は、第１曲面ミラー３３の光軸に平行となるテレセントリック光学系となっており、原稿面の位置が多少ずれても、その分割画像の繋ぎ部分が重なったりして読取画像が劣化することがない。

本実施の形態の画像読取モジュール１０のように、曲面ミラーアレイを使った光学系を構成する場合、曲面ミラーアレイにおける曲面ミラー間の位置の誤差が結像性能に与える影響は非常に大きいため、位置精度を確保することが非常に重要である。
本実施の形態では、前側光学系及び後側光学系の要素である第１曲面ミラーアレイ、第２曲面ミラーアレイ及び第３曲面ミラーアレイを一体化して形成し、これにより、組立誤差による位置バラツキを低減し、また温度などの環境変化による変動がある場合にも、一体化して相対的に伸び縮みすることで、結像性能への影響を最小限にすることができる。

第１曲面ミラーアレイ、第２曲面ミラーアレイ及び第３曲面ミラーアレイを同一の側面で一体化するため、第１曲面ミラーアレイ、第２曲面ミラーアレイ及び第３曲面ミラーアレイに対向するように、第２平面ミラー１７を配置している。これにより画像読取モジュール１０の小型化が図れる。
また、画像読取モジュール１０を複写機１の内部において、どのように配置するかにも依存するが、図１に示すように、画像読取モジュール１０を複写機１の内部の配置することにより、第２平面ミラー１７及び集合ミラー部材１９を鉛直方向に配置することができる。

これにより、第２平面ミラー１７及び集合ミラー部材１９の鏡面にごみなどが付着しにくくなる。特に、第２曲面ミラー（フィールドミラー）３２は、結像面となるため、光束が集中しており、ゴミに対する感度が高いため、極力ゴミがつかない姿勢にすることが望ましい。
第２平面ミラー１７と集合ミラー部材１９とは、保持部材１８により相対位置が決められているので、面倒な位置合わせの作業が不要となり組立が容易である。また、保持部材１８は、構造体であって比較的剛性が強く、保持部材１８に第２平面ミラー１７と集合ミラー部材１９を密着させてしっかりと固定することにより、温度変化などの環境変動が発生しても、長尺な第２平面ミラー１７や集合ミラー部材１９などに反りなどの変形が生じにくくなり、主走査方向における中央部と端部における第２平面ミラー１７や集合ミラー部材１９の距離が均一に保たれる。密着固定の方法としては、平面ミラー部材と樹脂材料に線膨張係数の差による温度変化時の伸び量の差があるため、バネ等で押圧固定し長手方向には伸びによる歪みが出ないような固定方法とすることが望ましい。

また、保持部材１８と一体的な絞り形成板４５に絞り４１が形成されているため、集合ミラー部材１９と絞り４１の位置関係が安定して維持され、環境変動や組立誤差による結像性能の変動を低減することができる。

本発明は、ラインセンサーを利用して原稿の画像を読み取る小型の画像読取モジュールとして好適である。

１ 複写機
１０ 画像読取モジュール
１１ 原稿
１２ 第１原稿ガラス
１３ａ、１３ｂ 照明ユニット
１４ 筐体
１５ 第３平面ミラー
１６ 第１平面ミラー
１７ 第２平面ミラー
１８ 保持部材
１９ 集合ミラー部材
２０ ラインセンサー
２２ スリット
３１、３１ａ〜３１ｋ 第３曲面ミラー
３２、３２ａ〜３２ｋ 第２曲面ミラー
３３、３３ａ〜３３ｋ 第１曲面ミラー
４１、４１ａ〜４１ｋ 絞り
４２、４２ａ〜４２ｊ 遮光板
４５ 絞り形成板
６０ ＡＤＦ
７０ 画像読取ユニット
９０ プリント部

Claims (11)

1. 光源で照射された原稿の画像をラインセンサーで読み取る画像読取モジュールであって、
   第１凹面鏡、第２凹面鏡及び第３凹面鏡を配してなる単位光学系を主走査方向に複数列設してなり、
   前記第１凹面鏡は、原稿面からの光を反射し、原稿の画像に対して倒立した第１像を結像し、
   前記第２凹面鏡は、前記第１凹面鏡からの光を前記第３凹面鏡に向けて反射し、
   前記第３凹面鏡は、前記第２凹面鏡からの光を反射して第１像に対し倒立した第２像を結像し、
   前記ラインセンサーのセンサ面が、前記第２像の結像位置に配置されてなり、
   各単位光学系において、前記第２凹面鏡によってフィールド光学系が構成されると共に、絞りが、前記第１凹面鏡の光路下流側の焦点の位置もしくは第３凹面鏡の光路上流側の焦点の位置に配されて、テレセントリック光学系が構成されており、
   原稿の読取面から前記第１凹面鏡までの光学的距離と、前記第１凹面鏡から前記第２凹面鏡までの光学的距離との比が、前記第３凹面鏡から前記光電変換素子までの光学的距離と、前記第２凹面鏡から前記第３凹面鏡までの光学的距離との比に等しい
   ことを特徴とする画像読取モジュール。
2. 光源で照射された原稿の画像をラインセンサーで読み取る画像読取モジュールであって、
   第１凹面鏡、第２凹面鏡及び第３凹面鏡を配してなる単位光学系を主走査方向に複数列設してなり、
   前記第１凹面鏡は、原稿面からの光を反射し、原稿の画像に対して倒立した第１像を結像し、
   前記第２凹面鏡は、前記第１凹面鏡からの光を前記第３凹面鏡に向けて反射し、
   前記第３凹面鏡は、前記第２凹面鏡からの光を反射して第１像に対し倒立した第２像を結像し、
   前記ラインセンサーのセンサ面が、前記第２像の結像位置に配置されてなり、
   各単位光学系において、前記第２凹面鏡によってフィールド光学系が構成されると共に、絞りが、前記第１凹面鏡の光路下流側の焦点の位置もしくは第３凹面鏡の光路上流側の焦点の位置に配されて、テレセントリック光学系が構成されており、
   前記第１凹面鏡の焦点距離は、前記第３凹面鏡の焦点距離に等しい
   ことを特徴とする画像読取モジュール。
3. 光源で照射された原稿の画像をラインセンサーで読み取る画像読取モジュールであって、
   第１凹面鏡、第２凹面鏡及び第３凹面鏡を配してなる単位光学系を主走査方向に複数列設してなり、
   前記第１凹面鏡は、原稿面からの光を反射し、原稿の画像に対して倒立した第１像を結像し、
   前記第２凹面鏡は、前記第１凹面鏡からの光を前記第３凹面鏡に向けて反射し、
   前記第３凹面鏡は、前記第２凹面鏡からの光を反射して第１像に対し倒立した第２像を結像し、
   前記ラインセンサーのセンサ面が、前記第２像の結像位置に配置されてなり、
   各単位光学系において、前記第２凹面鏡によってフィールド光学系が構成されると共に、絞りが、前記第１凹面鏡の光路下流側の焦点の位置もしくは第３凹面鏡の光路上流側の焦点の位置に配されて、テレセントリック光学系が構成されており、
   複数の前記第１凹面鏡、複数の前記第２凹面鏡及び複数の前記第３凹面鏡がそれぞれ主走査方向に配列されて一体的に形成されたミラーアレイ本体を備え、
   前記第１凹面鏡からの反射光を前記第２凹面鏡へ向けて折り返し、前記第２凹面鏡からの反射光を前記第３凹面鏡へ向けて折り返す平面ミラーを有する
   ことを特徴とする画像読取モジュール。
4. 前記ミラーアレイ本体において、主走査方向から見たとき、前記第２凹面鏡は、前記第１凹面鏡及び前記第３凹面鏡と同一面側であって、前記第１凹面鏡と前記第３凹面鏡の中央部に位置する
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像読取モジュール。
5. 前記平面ミラーは、その反射面が、前記ミラーアレイ本体の各凹面鏡が形成された面に対向配置されている
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の画像読取モジュール。
6. 前記絞りは、前記平面ミラーの反射面上に配置されている
   ことを特徴とする請求項３から５までのいずれかに記載の画像読取モジュール。
7. 原稿の読取面から前記第１凹面鏡までの光学的距離は、前記第１凹面鏡から前記第２凹面鏡までの光学的距離より長く、
   互いに隣接する単位光学系の前記第２凹面鏡と前記平面ミラーとの間に、隣接する単位光学系を進行する光の侵入を阻止する遮光部材が設けられている
   ことを特徴とする請求項３から６までのいずれかに記載の画像読取モジュール。
8. 前記遮光部材を含むミラー保持部材を有し、当該ミラー保持部材によって、前記ミラー
   アレイ本体と前記平面ミラーとの相対的位置が規制されている
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像読取モジュール。
9. 前記ミラー保持部材は、絞り形成部を含み、当該絞り形成部に前記絞りが形成されている
   ことを特徴とする請求項８に記載の画像読取モジュール。
10. 請求項１から９までのいずれかに記載の画像読取モジュールを有する
    ことを特徴とする画像読取装置。
11. 請求項１０の画像読取装置を有する
    ことを特徴とする画像形成装置。

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