DE69122654T2

DE69122654T2 - Bildlesegerät

Info

Publication number: DE69122654T2
Application number: DE69122654T
Authority: DE
Inventors: Michitaka Setani
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2011-05-15
Also published as: JPH0834532B2; EP0457281A2; US5177349A; EP0457281A3; EP0457281B1; JPH0420166A; DE69122654D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Lesen von Farbbildern durch die Verwendung einer Festkörper Bildaufnahmevorrichtung oder dergleichen und insbesondere auf ein Farbbildlesegerät zum Auflösen nach Farben und zum Trennen von Licht von einem Objekt durch ein optisches Abbildungssystem und Farb-Auflösungsvorrichtungen und zum Leiten der getrennten Lichtstrahlen zu Sensoren wie beispielsweise Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen.
Ein Gerät, wie in Fig. 1 der begleitenden Zeichnung gezeigt, ist als ein Gerät zum zeilenweisen Abtasten eines Objekts wie beispielsweise eines Originals in der Nebenabtastrichtung und zum Farblesen des Bildes davon durch eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungs-(wie beispielsweise eine CCD-Sensor)-Anordnung bekannt. In Fig. 1 wird Informationslicht auf einem Teil der Oberfläche 1 eines mit Licht von einer Beleuchtungslichtquelle (nicht gezeigt) bestrahlten Original aufgelöst und durch ein dreiteiliges (3P) Prisma 20 durch ein optisches Abbildungssystem 19 in drei Farben getrennt, wonach die drei farbigen Lichtstrahlen auf drei Einzeilen-CCD-Sensoren 21, 22 und 23 abgebildet und gelesen werden.
In dem vorstehenden Beispiel des Stands der Technik sind jedoch drei Einzeilen-Sensoren unabhängig notwendig, und gewöhnlich ist eine hohe Herstellungsgenauigkeit für das 3P- Prisma 20 erforderlich, und dies führt zu hohen Kosten.
Darüber hinaus ist eine Justierung unabhängig für den kondensierten Lichtstrahl und jeden der drei Sensoren 21, 22 und 23 notwendig, und dies hat auch zu dem Nachteil geführt, daß die Herstellung schwierig ist.
Somit kam man auf die Idee, drei Zeilen aus Sensoranordnungen auf einem und demselben Substrat parallel zueinander mit einem endlichen Abstand dazwischen herzustellen und drei Zeilen auf einem Element als einen monolithischen Dreizeilen-Sensor zu bilden.
Solch ein Dreizeilen-Sensor 24 ist in Fig. 2 der begleitenden Zeichnungen gezeigt. In Fig. 2 sind die Abstände S&sub1; und S&sub2; zwischen drei Zeilen 25, 26 und 27 beispielsweise von der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 mm, bedingt durch zahlreiche Herstellungsbedingungen, und die Bildelementbreiten W&sub1; und W&sub2; von jedem einzelnen Element 28 sind beispielsweise von der Gößenordnung von 7 µm x 7 µm und 10 µm x 10 µm.
Eine Vorrichtung, die als ein Bildlesegerät unter Verwendung solch eines monolithischen Dreizeilen-Sensors als ein Lichtempfangselement bekannt ist, ist in Fig. 3 der begleitenden Zeichnungen gezeigt.
In Fig. 3 wird, wenn die Information auf der Oberfläche 1 des Originals in der Nebenabtastrichtung zeilenweise abgetastet und gelesen wird, das Licht von der Oberfläche 1 des Originals in drei Lichtstrahlen mit drei Farben durch farb-auflösende Strahlteiler 30 und 31, denen ein selektiv transmittierender Film mit einer zweifarbigen bzw. dichroitischen Eigenschaft hinzugefügt ist, durch ein optisches Abbildungssystem 29 aufgelöst und getrennt, wonach die drei Lichtstrahlen auf jeweils entsprechende Zeilenelemente auf einem monolithischen Dreizeilen-Sensor 32 kondensiert werden. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist jedoch, wenn die Plattendicke der Strahlteiler 30 und 31 X ist, der Zwischenzeilenabstand auf dem Sensor 32 2 2 X und, wenn wie vorstehend beschrieben, der Zwischenzeilenabstand (2 2 X) in der Größenordnung von 1 bis 0,2 mm eingestellt ist, ist die Plattendicke (X) von der Größenordnung von 35 bis 70 µm. Dieser numerische Wert ist bei der Herstellung kein einfacher Wert, wenn der Flachheitsgrad der Oberfläche, der für das Leistungsvermögen erforderlich ist, berücksichtigt wird.
Andererseits sind im allgemeinen die Abstände der anderen zwei Zeilen 25 und 27 zu den zentralen Zeilen 26 des monolithischen Dreizeilen-Sensors gewöhnlich in jeder der entgegengesetzten Richtung jeweils gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Größe der Bildelementgröße (W&sub2; in Fig. 2) in der Nebenabtastrichtung.
Das liegt an folgendem. Wie man aus Fig. 4 der begleitenden Zeichnungen ersehen kann, sind, wenn ein Bild durch den vorstehend beschriebenen monolithischen Dreizeilensensor unter Verwendung von nur einem gewöhnlichen optischen Abbildungssystem 45 gelesen wird, die Positionen auf der Oberfläche des Originals, die gleichzeitig durch die drei Zeilen 25, 26 und 27 gelesen werden, drei verschiedene Positionen 25', 26' und 27', wie in Fig. 4 gezeigt. Daher werden die Signalkomponenten der drei Farben (R, G und B) relativ zu einer bestimmten Position auf der Oberfläche des Originals nicht gleichzeitig gelesen, und somit ist es notwendig, sie miteinander übereinstimmen zu lassen und sie zusammen zu kombinieren, nachdem sie gelesen sind.
Zu diesem Zweck werden die Zwischenzeilenabstände S&sub1; und S&sub2; ein ganzzahliges Vielfaches mal so groß wie die Größe W&sub2; von jedem Bildelement gemacht, und ein daran angepaßter redundanter Zeilenspeicher wird bereitgestellt, und dann werden die G- und R-Signale in bezug auf beispielsweise die B-Signale verzögert, wodurch ein kombiniertes Signal der drei Farben relativ einfach erhalten wird. Aus diesem Grund werden die Zwischenzeilenabstände S&sub1; und S&sub2; ein ganzzahliges Vielfaches mal so groß wie die Größe W&sub2; gemacht, wie vorstehend beschrieben. Dies bedeutet jedoch, daß mehrere Zeilen von teuren Zeilenspeichern bereitgestellt werden müssen, um den Zwischenzeilenabstand einem redundantem Zeilenspeicher zuzuweisen, und dies ist sehr unvorteilhaft hinsichtlich der Kosten und weit davon entfernt, ein preiswertes Farbbild-Lesegerät bereitszustellen.
In dem Artikel "Color separation gratings" von H. Dammann in Applied Optics, Band 17, Seite 2273 bis 2279, wird ein Bildlesegerät beschrieben, das einen Mehrzeilensensor, der eine Vielzahl von eindimensionalen Sensoranordnungen umfaßt, die auf ein und demselben Substrat angeordnet sind, ein optisches Abbildungssystem zum Abbilden eines Objekts auf den Sensor und ein Blaze-Beugungsgitter umfaßt, die in dem optischen Weg zwischen dem optischen Abbildungssystem und dem Sensor angeordnet sind, zum Trennen eines Lichtstrahls von dem Objekt nach Farben in eine Vielzahl von Lichtstrahlen. In der Praxis hat das Blaze-Gitter drei Stufen. Zusätzlich sind optische Filter für das optische Restreinigen der Farbkomponenten erforderlich.
Von dem Dokument US-A-4277138 (welches DE 2645075 entspricht) ist ein Farbbild-Lesegerät bekannt, in dem ein Blaze-Beugungsgitter bzw. Beugungsgitter mit bevorzugter Beugungsordnung als eine Farbauflösevorrichtung verwendet wird. Das Beugungsgitter ist zwischen einem abzubildenden Objekt und einer optischen Linse bereitgestellt, während zum Erzielen einer verbesserten Farbauftrennung ein zusätzliches Beugungsgitter oder Prisma jeweils anstelle eines optischen Filters bereitgestellt wird. Die jeweils verwendeten Beugungsgitter umfassen eine Vielzahl von Stufen mit einer Stufenstruktur, wobei eine bevorzugte Anzahl von Stufen drei ist.
In der in der vorstehend erwähnten Veröffentlichung beschriebenen Konstruktion wird jedoch nur das Licht von einem Punkt auf einem Objekt berücksichtigt, und es wird keine endliche Lesebreite in der Hauptabtastrichtung berücksichtigt, die auf der Oberfläche des Objekts vorhanden ist.
Entsprechend ist es angesichts der vorstehend erwähnten Probleme Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein preiswertes Farbbildlesegerät mit hohem Leistungsvermögen bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Bildlesegerät gelöst, das einen Mehrzeilensensor mit einer Vielzahl eindimensionaler Sensoranordnungen, die auf ein und demselben Substrat angeordnet sind; ein optisches Abbildungssystem zum Abbilden eines Objekts auf dem Sensor; und ein Blaze-Beugungsgitter, das in dem optischen Weg zwischen dem optischen Abbildungssystem und dem Sensor angeordnet ist, zum Auflösen eines Lichtstrahls von dem Objekt nach Farben in eine Vielzahl von Lichtstrahlen und zum Leiten der nach Farben aufgelösten Lichtstrahlen zu den ihnen entsprechenden Sensoranordnungen umfaßt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Anzahl der Stufen in der Stufenstruktur des Beugungsgitters vier ist, wobei die Breiten der Stufen die Bedingungen W&sub1; + W&sub2; = W&sub3; + W&sub4;, W&sub1; = W&sub4; < W&sub2; = W&sub3; erfüllen und/oder die Dicken der Stufen die Bedingung h&sub1; = h&sub3; < h&sub2; erfüllen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Farbbildlesegerät vom zeilenweisen Abtasttyp mit beispielsweise einem monolithischen Dreizeilensensor, in dem eindimensionale Sensoranordnungen wie beispielsweise Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen auf einem und demselben Substrat über drei Zeilen mit endlichen Abständen dazwischen in einer zur Anordnungsrichtung senkrechten Richtung angeordnet sind, und einem optischen Abbildungssystem zum Erzeugen des Bildes eines Objekts auf den Sensoren ein preiswertes digitales Farbbild-Lesegerät vom zeilenweisen Abtasttyp mit hohem Leistungsvermögen erzielt, indem ein eindimensionales Blaze-Beugungsgitter zum spektralen Auftrennen des Lichts von dem Objekt durch den Beugungseffekt und zum Auflösen des Lichts nach Farben in drei Farben in der Richtung senkrecht zur Anordnungsrichtung und zum Leiten der nach Farben aufgelösten Lichtstrahlen zu den jeweils entsprechenden Sensoranordnungen in dem optischen Weg zwischen dem optischen Abbildungsweg und den Sensoren angeordnet ist, und die Anzahl der Stufen des Beugungsgitters mit der Stufenstruktur des eindimensionalen Blaze- Beugungsgitters ist nicht auf drei Stufen beschränkt, die notwendig sind, um das Licht effizient in drei Farben zu teilen, sondern sie wird auf vier oder mehr Stufen erhöht, wodurch verhindert wird, daß Interferenz-Rauschlicht, welches spektrales Seitenbandenlicht ist, sich mit jeder Spektralfarbe vermischt, und es wird ein gutes spektrales Lesen mit drei Farben ohne jeweilige wellenlängenselektive Filtereigenschaften (R, G und B) auf den Oberflächen der Dreizeilensensoren, die gewöhnlich eingestellt sind, möglich gemacht.
Die Fig. 1, 3 und 4 sind schematische Querschnitts- Ansichten, die ein Beispiel des Stands der Technik veranschaulichen.
Fig. 2 veranschaulicht den Aufbau eines monolithischen Dreizeilensensors.
Die Fig. 5A und 5B sind schematische Querschnitts- Ansichten zum Veranschaulichen eines erklärenden Beispiels für ein Farbbildlesegerät.
Die Fig. 6A, 6B und 6C sind grafische Darstellungen der spektralen Intensitätsverteilung, die den Effekt des erklärenden Beispiels veranschaulichen.
Fig. 7 zeigt die spektrale Empfindlichkeitsverteilung von Sensoren.
Fig. 8 zeigt die Charakteristik eines in dem erklärenden Beispiel verwendeten Filters.
Fig. 9 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht zum Veranschaulichen eines zweiten erklärenden Beispiels für das Farbbild-Lesegerät.
Fig. 10 veranschaulicht den Querschnitt des Blaze- Beugungsgitters der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 11a und 11b sind grafische Darstellungen der spektralen Intensitätsverteilung, die den Effekt der Ausführungsform veranschaulichen.
Die Fig. 12A, 12B und 12C sind grafische Darstellungen der spektralen Intensitätsverteilung, die den Effekt der Ausführungsform veranschaulichen.
Die Fig. 5A und 5B zeigen ein erklärendes Beispiel für ein Farbbild-Lesegerät. Fig. 5B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Geräts von Fig. 5A, In den Fig. 5A und 5B wird die Oberfläche 1 eines Originals, welches ein Objekt ist, durch Beleuchtungseinrichtungen (nicht gezeigt) beleuchtet, die Bildinformation der Oberfläche 1 des Originals wird zeilenweise in der Nebenabtastrichtung (der vertikalen Richtung in der Ebene des Zeichnungsblatts von Fig. 5A) durch einen Spiegel (nicht gezeigt) oder dergleichen, der zwischen dem Original und einem optischen Abbildungssystem 2 angeordnet ist, abgetastet, und das Bildinformationslicht wird auf ein farbauflösendes eindimensionales Blaze-Beugungsgitter 3 vom Reflexionstyp mit einer Vierstufenstruktur durch das optische Abbildungssystem 2 geleitet. Das heißt, die Oberfläche des Originals und das Bildlesegerät (das optische Abbildungssystem 2, das eindimensionale Blaze-Beugungsgitter 3 und ein Sensor 4) werden relativ zueinander in der Nebenabtastrichtung bewegt, wodurch die Bildinformation der Oberfläche 1 des Originals gelesen wird.
Das Informationslicht wird spektral in Lichtstrahlen 5, 6 und 7 mit drei Farben (z.B. R, G und B) beim sogenannten Farblesen in der horizontalen Richtung durch Reflexion und Beugung getrennt, wonach die Lichtstrahlen 5, 6 und 7 auf Zeilensensor-Anordnungen abgebildet werden, d.h. Zeilensensoren 8, 9 und 10, auf dem monolithischen Dreizeilensensor 4 mit drei Zeilensensoren, die parallel zueinander auf ein und demselben Substrat angeordnet sind. Das eindimensionale Blaze-Beugungsgitter 3 ist auch in dem optischen Weg zwischen dem optischen Abbildungssystem 2 und dem Dreizeilensensor 4 angeordnet und liegt dichter an dem Dreizeilensensor 4 als an der Austrittspupille des optischen Abbildungssystems 2. In diesem erklärenden Beispiel bezeichnen Bezugszeichen 5 Beugungslicht -1. Ordnung, welches der B-Komponente entspricht, Bezugszeichen 6 Beugungslicht 0- ter Ordnung, welches der G-Komponente entspricht, und Bezugszeichen 7 Beugungslicht +1. Ordnung, welches der R- Komponente entspricht. Das eindimensionale Blaze Beugungsgitter für die Aufteilung in drei Farben ist in Applied Optics, Band 17, Nr. 15, Seite 2273 bis 2279 (herausgegeben am 1C August 1978) gezeigt, und das dort gezeigte Gitter hat die Stufen-Struktur.
Jeder der Zeilensensoren 8, 9 und 10 auf dem Sensor erstreckt sich in der Hauptabtastrichtung (der Richtung senkrecht zu der Zeichnungsebene von Fig. 5A). Der Sensor 4 ist ein Mehrzeilensensor mit einer Vielzahl von eindimensionalen Sensoranordnungen, die auf ein und demselben Substrat angeordnet sind, und dieser Mehrzeilensensor ist ein monolithischer Dreizeilensensor, in dem eindimensionale Sensoranordnungen auf drei Zeilen mit endlichen Abständen dazwischen in einer Richtung senkrecht zur Anordnungsrichtung der Sensoranordnungen angeordnet sind.
Das eindimensionale Blaze-Beugungsgitter löst auch das Licht von dem Objekt nach Farben in eine Vielzahl von Lichtstrahlen in der Nebenabtastrichtung auf, welches eine Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung ist.
Nun ist, um Licht spektral in drei Farben zu trennen, eine Stufenstruktur mit mindestens drei Stufen notwendig, und die spektrale Intensität in der Dreistufen-Gitterstruktur (θ&sub0; = 45º, h&sub1; = h&sub2; = 1113,7 nm) ist in Fig. 6A gezeigt, wobei beispielsweise die Wellenlänge des Beugungspeaks der G- Komponente von gebeugtem Licht 0-ter Ordnung 525 nm ist. In dem Wellenlängenband, in dem die durch Schraffieren in Fig. 6A angedeuteten Bereiche d.h. in der Nähe von 450 nm und 630 nm, Mittellinien sind, vermischt sich die Wellenkomponente 107' des Seitenbands des Beugungslichts +1. Ordnung (R-Komponente) farbaufgelöst mit dem Beugungslicht -1. Ordnung (B-Komponente) 105, während die Wellenkomponente 105' des Seitenbands des Beugungslichts -1. Ordnung (B-Komponente) sich in ähnlicher Weise mit dem Beugungslicht +1. Ordnung (R-Komponente) 107 vermischt, wobei die Farb-Reproduzierbarkeit beim Farblesen deutlich beeinträchtigt wird. Um solch einen Einfluß zu beseitigen, sind wellenlängenselektive Filtereigenschaften mit sogenannten B-, G- und R-Eigenschaften, die in Fig. 7 mit 108, 109 und 110 angegeben sind, den Zeilensensoren 8, 9 und 10 hinzugefügt worden, welche die lichtempfangenden Elemente sind. Um diese Filtercharakteristiken jedoch gleichförmig und stabil einer Vielzahl von Elementreihen hinzuzufügen, ist eine schwierige Technik erforderlich gewesen, und die Anzahl an Stufen bei der Herstellung ist erhöht worden, und die Ausbeute ist auch in großem Maße beeinträchtigt worden.
Im allgemeinen hat die Zugabe von solch einer Filtereigenschaft auch die Absorption von Licht verursacht, welche wiederum eine Verringerung der Empfindlichkeit der Sensoren verursacht hat.
Somit ist in dem vorliegenden erklärenden Beispiel durch die Bereitstellung von vier oder mehr Stufen in der vorstehend beschriebenen Stufenstruktur ein Verfahren erfunden worden, um das Vermischen der Seitenband- Wellenkomponenten der vorstehend erwähnten Beugungslichtstrahlen während der spektralen Beugung zu verhindern und eine gute Farb-Reproduzierbarkeit zu erhalten, selbst wenn die Oberflächen der Sensoren keine wellenlängenselektive Filtereigenschaften haben.
Das heißt, das vorliegende erklärende Beispiel ist ein Farbbild-Lesegerät, in dem die Stufenstruktur des eindimensionalen Blaze-Beugungsgitters 3 aus vier oder mehr Stufen aufgebaut ist und den Oberflächen der Zeilensensoren 8, 9 und 10 des monolithischen Dreizeilensensors 4 keine wellenlängenselektive Filtereigenschaften hinzugefügt ist.
Die Stufen-Struktur mit vier oder mehr Stufen auszustatten heißt, vier oder mehr Abschnitte der Höhe zuzufügen, die eine Phasendifferenz bereitstellt.
Die spektrale Intensität in der Vierstufenstruktur, die nachstehend beschrieben werden wird, ist in Fig. 6B gezeigt, und die spektrale Intensität in der Fünfstufenstruktur, die nachstehend beschrieben werden wird, ist in Fig. 6C gezeigt. In beiden Figuren ist gezeigt, daß die Beugungslichtkomponenten 0-ter Ordnung und ±1. Ordnung bei einer bestimmten Wellenlänge jeweils 0 werden, und es ist zu sehen, daß es in der vorstehend beschriebenen Dreistufenstruktur, wie in Fig. 6A gezeigt, im wesentlichen kein Vermischen der Seitenbandwelle +1. Ordnung und der Seitenbandwelle -1. Ordnung jeweils mit dem Beugungslicht erster Ordnung und dem Beugungslicht +1. Ordnung gibt.
Dies wird in keiner Weise beeinträchtigt, selbst wenn mit der spektralen Empfindlichkeit 111 eines gewöhnlichen CCD-Sensors kombiniert, der nicht die wellenlängenselektiven Filtereigenschaften, die in Fig. 7 gezeigt sind, oder die spektrale Empfindlichkeit 112 der Beleuchtungseinrichtung wie beispielsweise einer Halogenlampe hat, die bei der Schwarzkörperstrahlung betroffen ist.
Durch die Verwendung der Anzahl von Stufen (n) der Stufenstruktur und des Wellenlängenverhältnisses (m), das durch die Dicke des Gitters bestimmt ist, und der Peak wellenlänge 0-ter Ordnung, können die Peak-Wellenlängen der Beugungslichtstrahlen 0-ter Ordnung und +1. Ordnung annähernd auf der Grundlage der folgenden Beziehungen gefunden werden:
Peak-Wellenlänge 0-ter Ordnung: 2 h&sub1; cos θ&sub0; = (m + i) λ&sub0;
Peak-wellenlänge +1. Ordnung: 2 h&sub1; cos θ&sub0; (m + i - 1/n) λ + 1
Peak-Wellenlänge -1. Ordnung: 2 h&sub1; cos θ&sub0; (m + i + 1/n) λ - 1
worin h&sub1; = h&sub2; (drei Stufen) oder h&sub1; = h&sub2; = h&sub3; (vier Stufen, (1 = 0, ±1, ±2, ...).
In dem in Fig. 6A gezeigten Beispiel ergibt sich unter der Annahme, daß h&sub1; = h&sub2; = 1113,7 nm und θ&sub0; = 45º, aus m = 3 die Peak-Wellenlänge 0-ter Ordnung zu λ&sub0; = 525 nm, 393,8 nm, 787,5 nm, ..., die Peak-Wellenlänge +1. Ordnung λ&sbplus;&sub1; = 590,6 nm, 429,5 nm, 945 nm, ..., und die Peak- Wellenlänge -1. Ordnung zu λ&submin;&sub1; = 472,5 nm, 363,5 nm, 675 nm, ...
Andererseits gibt es eine Wellenlänge λ, die nur bei
2 h&sub1; cos θ&sub0; (m + i ± m/n) λ,
auftritt, wenn die Anzahl an Stufen n vier oder mehr ist und gleichzeitig werden die spektralen Intensitäten von den Beugungslichtstrahlen 0-ter Ordnung und ±1. Ordnung jeweils 0.
Beispielsweise für (n, m) = (4, 2) h&sub1; = h&sub2; = h&sub3; = 742,46 nm und θ&sub0; = 45º, wie in Fig. 6B gezeigt, die Peakwellenlänge 0-ter Ordnung ist λ&sub0; = 525 nm, 350 nm, 1050 nm, die Peak-Wellenlänge +1. Ordnung ist λ&sbplus;&sub1; = 600 nm, 381,8 nm, 1400 nm, und die Peak-Wellenlänge -1. Ordnung ist λ&submin;&sub1; = 466,7 nm, 323,1 nm, 840 nm, ..., und für λ = 420 nm, 700 nm, ..., sind die Spitzenwellenlängen 0-ter Ordnung und ±1. Ordnung alle 0. Es ist offensichtlich, daß durch die Verwendung von solch einer Charakteristik das Vermischen der Seitenbandwelle -1. Ordnung und der Seitenbandwelle +1. Ordnung mit jeweils der Komponente +1. Ordnung (R) und der Komponente -1. Ordnung (B) verhindert werden kann.
In ähnlicher Weise werden in Fig. 6C selbst für (n, m) = (5, 2), h&sub1; = h&sub2; = h&sub3; = h&sub4; = 742,46 nm und θ&sub0; = 45º, die Spitzenwellenlänge 0-ter Ordnung und +1. Ordnung alle 0 bei λ = 437,5 nm, 656,3 nm, ... Der Effekt ist ähnlich wie der im Fall der vorstehend beschriebenen vier Stufen. Aus dem, was vorstehend beschrieben worden ist, ist zu sehen, daß indem man die Anzahl der Stufen in der Stufenstruktur des eindimensionalen Blaze-Beugungsgitters vom Reflexionstyp zu vier oder mehr macht, ein gutes und preiswertes Farbbildlesegerät bereitgestellt werden kann, ohne daß dem Dreizeilensensor, der ein Lichtempfangselement ist, die wellenlängenselektiven Filtereigenschaften (R, G und B) hinzugefügt werden. Hier ist jede Position des Dreizeilensensors, unter Einschluß des Beugungseffekts, konjugiert zu einer bestimmten Position auf der Oberfläche des Originals, welche spektral getrennt wird, und daher ist natürlich ein redundanter Speicher oder dergleichen zum Interpolieren des Abstands zwischen den Zeilen unnötig.
Fig. 9 zeigt ein zweites erklärendes Beispiel für das Farblesegerät. In dem ersten erklärenden Beispiel wird ein eindimensionales Blaze-Beugungsgitter 3 vom Reflexionstyp verwendet, um den Trenneffekt nach drei Farben zu verwirklichen, während in dem vorliegenden erklärenden Beispiel ein ähnlicher Effekt durch die Verwendung eines eindimensionalen Blaze-Beugungsgitters vom Transmissionstyp mit einer Vierstufenstruktur erhalten wird. Bezugszeichen, die ähnlich denen in Fig. 5 sind, bezeichnen funktionell ähnliche Elemente und ähnliche Beugungslichtstrahlen. Wie in Fig. 9 gezeigt, ist ein eindimensionales Blaze-Beugungsgitter 3' vom Transmissionstyp mit einer Vier-Stufenstruktur senkrecht zur optischen Achse des optischen Systems angeordnet, wodurch ein optisches Lesesystem bereitgestellt wird, welches eine einfachere Anordnung des optischen Achsensystems zuläßt. In diesem Fall sind die Sensoroberflächen der Zeilensensoren parallel zu der Nebenabtastrichtung angeordnet. Wenn jedoch beispielsweise zu dieser Zeit eine spektrale Intensitätsverteilung ähnlich der von Fig. 6B zu erhalten ist, und aus der Beziehung, daß (nλ-1) h&sub1; = m λ&sub0; und der Brechungsindex nλ des Beugungsgitters nλ 1,5 ist, ergibt sich, daß die Dicken h&sub1;, h&sub2; und h&sub3; h&sub1; h&sub2; = h&sub3; = 2100 nm bei m = 2 und λ&sub0; = 525 nm sein müssen, und dies ist ungefähr 2,8-mal so groß wie die Dicken im Falle des Reflexionstyps. Als ein Merkmal des Beugungsgitters von diesem Typ ist es jedoch einfach, ein Element vom einstückigen Typ herzustellen, welches auch als ein staubfreies Deckglas für den Dreizeilensensor dient, indem man einen größeren Beugungswinkel oder dergleichen einstellt.
In dem vorstehend beschriebenen eindimensionalen Blaze- Beugungsgitter vom Transmissionstyp mit der Vierstufenstruktur wird die Dicke einer Platte aus dielektrischem Material wiederholt variiert, zu vier Stufen in einer stufenweisen Art.
In dem ersten und zweiten erklärenden Beispiel sind die Gitterdicke h und jede Gitterstufenbreite W der Stufenstruktur des Beugungsgitters im Nebenabtast-Querschnitt mit der Richtung, in der das Licht von dem Objekt nach Farben aufgelöst wird, jeweils als gleichformig behandelt worden. Nun wird ein Beugungsgitter, in dem diese Parameter gemäß der vorliegenden Erfindung verändert sind, unter Bezugnahme auf eine Querschnittsansicht des Beugungsgitters, wie in Fig. 10 gezeigt, beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind diese Parameter so eingestellt, daß sie von all den vorstehend erwähnten gleichformigen Werten abweichen, wodurch ein eindimensionales Blaze-Beugungsgitter bereitgestellt wird, welches eine kleinere Rauschlichtkomponente hat, und welches eine spektrale Trennung erzielen kann.
Als ein Beispiel sind in Fig. 11a die spektralen Intensitätsverteilungen der jeweiligen Ordnungen in einem Fall gezeigt, in dem in einem vierstufigen Blaze- Beugungsgitter erster Ordnung vom Reflexionstyp jede Gitterstufendicke h&sub1; = h&sub2; = h&sub3; = 749,5 nm und jede Stufenbreite w&sub1; = w&sub2; = w&sub3; = w&sub4; = 45 µm und der Einfaliswinkel θ = 45º ist. In der Figur liegen in den Intensitätskurven 105, 106 und 107, die jeweils der -1, Ordnung (B), der 0-ten Ordnung (G) und der +1. Ordnung (R) entsprechen, Bereiche mit kleinem Peak (die Bereiche, die durch Pfeile angegeben sind), die mehr oder weniger Rauschlicht erzeugen können, wenn die Filtereigenschaften nicht den Zeilensensoren hinzugefügt sind, jeweils zwischen jeweiligen Peak-Wellenlängen vor, wie gezeigt, und in diesem Beispiel liegen solche Bereiche mit kleinem Peak in der Größenordnung von 6% von der Peak- Intensität jeder Ordnung vor. Um dies relativ zu verringern, kam man auf die Idee, die Gitterbreiten W&sub1; bis W&sub4; der jeweiligen Stufen nicht gleichförmig sondern ungleichförmig zu verringern. Dies stellte den Effekt bereit, daß die Beugungseffizienz von diesem Rauschkomponentenband relativ stark reduziert wird, selbst wenn der Beitrag von jeder Stufe, der bei Beugung betroffen ist, asymmetrisch gemacht wird und wenn die Beugungseffizienz in den Peak-Wellenlängen eine geringfügige Verringerung zeigt. Aus diesem Grund ist es erwünscht, daß W&sub1; + W&sub2; = W&sub3; + W&sub4; und W&sub1; = W&sub4; und W&sub2; = W&sub3;, wodurch teilweise die Symmetrie im Beitrag von Interferenz und Beugung verlassen wird. So wird ein Beugungsgitter in den spektralen Intensitäten der Fig. 11b gezeigt, in dem in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform W&sub1; = W&sub4; = 35 µm und W&sub2; = W&sub3; = 55 µm, d.h., W&sub1; = W&sub4; ( W&sub2; = W&sub3; und W&sub1; + W&sub2; = W&sub3; + W&sub4; = 90 µm. Wie dort gezeigt, ist die vorstehend erwähnte Rauschlichtkomponente 3,8% höchstens, eine Verringerung auf ungefähr 2/3 oder weniger im Vergleich mit dem Fall der Fig. 11A. Andererseits ist die Verringerung der Beugungseffizienz in den Peak-Wellenlängen von der Größenordnung von 2%, und in der vorliegenden Ausführungsform ist die Beugungseffizienz in den Peak-Wellenlängen ±1. Ordnung ungefähr 78%, was ausreichend ist.
Wenn W&sub1; = W&sub4; kleiner gemacht wird, wird die Wellenlänge der spektralen Intensität 0 des Beugungslichts null, während die Spitzenwellenlängen eine deutliche Verringerung der Beugungseffizienz verursachen, und dies ist im allgemeinen nicht erwünscht.
Ein weiteres Verfahren zur Verringerung der Komponenten mit kleinem Peak der Beugungslichtkomponenten der jeweiligen Ordnung, die in der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben sind, wird nachstehend gezeigt. Dieses bewirkt, daß die Gitterdicke von jeder Stufe von einem gleichförmigen festen Wert abweicht, was zu einer Verringerung der Rauschlichtkomponente in der selben Weise wie in der vorhergehenden Ausführungsform führt und verbessert die spektrale Trennleistung stärker. In diesem Fall gibt es wiederum eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß die Beugungseffizienz in der Nähe der Peak-Wellenlänge deutlich reduziert ist, wenn die Symmetrie gänzlich entfernt ist, und in der vorliegenden Ausführungsform kann die Rauschlichtkomponente mit kleinem Peak, die in dem Breitenbereich der Komponente der -1. Ordnung (B) und der Komponente +1. Ordnung (R) vorliegt, in denen h&sub1; = h&sub3; und h&sub1; + h&sub2; + h&sub3; gleich der ist, die in dem erklärenden Beispiel in den Figuren 5A und 5B gezeigt ist, wohl-ausgeglichen auf ein ausreichend kleines Niveau verringert werden.
Fig. 12 zeigt grafisch jeweils spektrale Intensitäten in einer Gitterstruktur, in der h&sub1; = h&sub3; = 729,5 nm und h&sub2; = 769,5 nm, d.h., h&sub1; = h&sub3; < h&sub2; als spezielle numerische Werte gegeben sind, und das Verfahren der ersten Ausführungsform (das Verfahren, bei dem die Gitterbreiten der jeweiligen Stufen nicht gleichförmig gemacht werden) ist auch enthalten. Fig. 12A zeigt die Komponente -1. Ordnung (B), Fig. 12B zeigt die Komponente 0-ter Ordnung (G), und Fig 12C zeigt die Komponente +1. Ordnung (R). In jeder dieser Figuren gibt die durchgezogene Linie die spektrale Intensitätsverteilung von dem an, was in dem erklärenden Beispiel in den Figuren 5A und 5B gezeigt ist, und die durchbrochenen Linien geben die spektrale Intensitätsverteilung in der Gitterstruktur mit dem Verfahren der ersten und zweiten Ausführungsform an. Diese spektralen Intensitätsverteilungen enthalten die spektrale Empfindlichkeit des Sensors 111 (den drei Zeilen gemeinsam) und die spektrale Intensitt 112 des Halogenlichts, wie in Fig. 7 gezeigt, und die spektrale Verteilungseigenschaft 113 und 114 des Infrarot-Abschneidefilters bzw. des Interferenz- Bandpaßfilters, wie in Fig. 8 gezeigt.
Wie vorstehend beschrieben, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Farbbild-Lesegerät, in dem ein Farbbild auf der Oberfläche eines Originals durch Beleuchtungseinrichtungen beleuchtet wird, und dieses Farbbild wird durch ein optisches Projektionssystem auf eine Nachweiseinrichtung projiziert, die einen monolithischen Dreizeilensensor mit drei Zeilensensoren, die auf ein und demselben Substrat angeordnet sind, und ein eindimensionales Blaze-Beugungsgitter von der Stufen-Struktur zum Auflösen eines Lichtstrahls nach Farben in drei farbige Lichtstrahlen in einer Richtung senkrecht zur Anordnungsrichtung der Zeilensensoren, wenn das Farbbild durch die Nachweisrichtung gelesen wird, und zum Leiten der farbigen Lichtstrahlen zu den jeweiligen Zeilensensoren, das zwischen dem optischen Projektionssystem und der Nachweiseinrichtung angeordnet ist, umfaßt, und wobei die Stufen-Struktur des eindimensionalen Blaze-Beugungsgitters aus vier oder mehr Stufen aufgebaut ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Gerät zum Farblesen von Bildinformationen durch zeilenweises Abtasten beispielsweise ein monolithischer Dreizeilensensor entlang der Zeilen-Abtastrichtung (der Nebenabtast-Querschnittsrichtung) angeordnet, und ein eindimensionales Blaze-Beugungsgitter mit einer Stufenstruktur aus vier oder mehr Stufen zur Farbauflösung und Trennung befindet sich zwischen einem optischen Abbildungssystem und der Oberfläche des Sensors, wodurch drei Zeilensensoren, denen keine wellenlängenselektive Filtercharakteristik, die bei einem gewöhnlichen Farblesesensor als unentbehrlich angesehen wird, hinzugefügt ist, dazu befähigt sind, einen Lichtstrahl in drei Farben aufzulösen und zu trennen und die Lichtstrahlen abzubilden, wodurch Farblesen erzielt wird, und auch ein gutes Farbbildlesen wird ohne Verwendung eines redundanten Zeilenspeichers für Zwischenzeileninterpolation verwirklicht, welcher für gewöhnliches Dreizeilen-Farbsensorlesen als notwendig erachtet wird. Die vorliegende Erfindung beseitigt im Prinzip auch jede Farb-Mißregistrierung, die einem mechanischen Zittern oder dergleichen zuzuschreiben ist, die eine Folge von Abtast-Lesen ist, welches gewöhnlich während dem gewöhnlichen Dreizeilenlesen auftritt.

Claims

1. Bildlesegerät, umfassend:

einen Mehrzeilensensor (4) mit einer Vielzahl eindimensionaler Sensor-Anordnungen (8,9,10), die auf ein und demselben Substrat angeordnet sind;

ein optisches Abbildungssystem (2) zum Abbilden eines Objekts (1) auf dem Sensor; und

ein Blaze-Beugungsgitter (3), das in dem optischen Weg zwischen dem optischen Abbildungssystem (2) und dem Sensor (4) angeordnet ist, zum Auflösen eines Lichtstrahls von dem Objekt nach Farben in eine Vielzahl von Lichtstrahlen und zum Leiten der nach Farben aufgelösten Lichtstrahlen zu den ihnen entsprechenden Sensor-Anordnungen (8, 9, 10);

dadurch gekennzeichnet, daß

die Anzahl der Stufen in der Stufen-Struktur des Beugungsgitters (3) vier ist, wobei die Breiten, die als W&sub1;, W&sub2;, W&sub3; und W&sub4; bezeichnet sind, die Bedingungen w&sub1; + w&sub2; = w&sub3; + W&sub4;, W&sub1; = W&sub4; < W&sub2; = W&sub3; erfüllen und/oder die Dicken der Stufen, die als h&sub1;, h&sub2; und h&sub3; bezeichnet sind, die Bedingung h&sub1; = h&sub3; < h&sub2; erfüllen.

2. Bildlesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrzeilensensor (4) ein Mehrzeilensensor ist, in dem eindimensionale Sensoranordnungen (8, 9, 10) auf einer Vielzahl von Zeilen mit endlichen Abst-nden (15, 16) dazwischen in einer Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung der Sensoranordnungen (8, 9, 10) angeordnet sind.

3. Bildlesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 40 das Blaze-Beugungsgitter (3) den Lichtstrahl von dem Objekt (1) nach Farben in eine Vielzahl von Lichtstrahlen in einer Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung (8, 9, 10) auflöst.

4. Bildlesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wellenlängenselektive Filtercharakteristik der Sensoroberfläche des Mehrzeilensensors (4) nicht hinzugefügt ist.

5. Bildlesegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (1) in der Nebenabtast-Richtung abgetastet wird, die eine Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung der Sensoranordnungen (8, 9, 10) ist.

6. Bildlesegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoroberfläche des Mehrzeilensensors (4) parallel zu der Nebenabtastrichtung angeordnet ist.

7. Bildlesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blaze-Beugungsgitter (3) ein eindimensionales Blaze- Beugungsgitter ist.

8. Bildlesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (3) ein Beugungsgitter vom Reflexionstyp ist.