JP2001111774A - カラー画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸上から軸外にわたり副走査方向に色分解さ
れる複数の色光の間隔を等間隔とすることを可能とし、
よって、走査線の湾曲を無くすことを可能とするカラー
画像読取装置を提供する。 【解決手段】 複数のラインセンサを同一基板面上に配
置した受光手段、入射光束を複数の色光に色分解する１
次元ブレーズド回折格子より成る色分解手段、カラー画
像を色分解手段を介して受光手段に結像させる結像光学
系、カラー画像と受光手段を光学的に相対的に副走査方
向に移動させる手段、色分解手段により色分解された各
色光の波長の違いにより生じる受光手段の基板面上にお
ける結像位置の各色に対応したラインセンサ位置からの
ズレを無くす第１補正手段、第１の補正手段で発生する
主走査方向の曲りを補正する第２補正手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は１次元ブレーズド回
折格子を有するカラー画像読取装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より原稿面上のカラー画像情報を光
学系を介してラインセンサ（ＣＣＤ）面上に結像させて
このときのラインセンサからの出力信号を利用してカラ
ー画像情報をデジタル的に読み取る装置が種々と提案さ
れている。

【０００３】例えば図３は従来のカラー画像読取装置の
光学系の副走査方向の断面図である。図３に示した様に
原稿台ガラス３７上の原稿３３を不図示のランプで照明
し、原稿３３からの光束をミラー３４、３５、３６を介
し結像レンズ３１へ導きモノリシック３ラインセンサ３
２上に結像させている。ミラー３４、３５、３６が副走
査方向（図３の左右方向）に移動しながら主走査方向
（図３を貫く方向）を電気的に走査することで２次元の
カラー画像情報を読み取っている。この時、ミラー３
５、３６の移動量をミラー３４の移動量の半分にするこ
とで原稿面３３とモノリシック３ラインセンサ３２との
間の光学距離を一定としている。

【０００４】図４は図３に示したモノリシック３ライン
センサ３２の説明図であり、該モノリシック３ラインセ
ンサ３２は図４に示すように３つのラインセンサ（ＣＣ
Ｄ）４１、４２、４３を互いに平行となるように同一基
板面上に有限距離だけ離間して配置して成り、ラインセ
ンサ４１、４２、４３面上には各々の色光に基づく不図
示の色フィルターが設けられている。

【０００５】また、各ラインセンサ４１、４２、４３間
の間隔Ｓ₁ 、Ｓ₂ は様々な製作上の条件から一般的に例
えば０．０６４〜０．２ｍｍ程度に設定されており、各
単一素子４４の画素サイズＷ１×Ｗ２は例えば８μｍ×
８μｍ、１０μｍ×１０μｍ程度に設定されている。

【０００６】一方、図５に示すようにモノリシック３ラ
インセンサ３２の中央のライン４２から他の２つのライ
ン４１、４３までのライン間距離Ｓ₁ 、Ｓ₂ は一般的に
互いに等距離となり、かつ副走査方向の画素サイズ（図
４参照）Ｗ２の整数倍になるように設定している。これ
は次の理由による。

【０００７】即ち、図５に示すように、通常の結像光学
系３１のみを用いて上記に示したモノリシック３ライン
センサ３２でカラー画像の読み取りを行う場合、３つの
ラインセンサ４１、４２、４３で同時に読み取れる原稿
面３３上の読取位置は同図に示す如く異なる３つの位置
４１′、４２′、４３′となる。

【０００８】この為、原稿面３３上の任意の位置に対す
る３色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各信号成分を同時に読み取るこ
とができず、それぞれ３ラインセンサで読み取った後
に、一致させて合成する必要が生じてくる。

【０００９】この合成のためには３ラインセンサ３２の
各ライン間の距離Ｓ₁ 、Ｓ₂ を各画素サイズＷ２の整数
倍となるように設定し、これに応じた冗長ラインメモリ
を具備した上で例えばＢ信号（Ｂ色光に基づく信号成
分）に対し各Ｇ、Ｒ信号（Ｇ、Ｒ色光に基づく信号成
分）をこの冗長ラインメモリにより遅延させることによ
って比較的容易に３色の合成信号成分を得ている。

【００１０】従って上記の如く３ラインセンサ３２の中
央のラインセンサ４２から他の２つのラインセンサ４
１、４３までの距離Ｓ₁ 、Ｓ₂ を副走査方向の画素サイ
ズＷ２の整数倍となるように設定しているのである。

【００１１】しかしながら上記に示したカラー画像読取
装置においては、３ラインセンサ３２のライン間距離相
当に冗長ラインメモリを備えなければならないが、冗長
ラインメモリは高価であり、また、冗長ラインメモリを
複数個必要とするので、これはコスト的にみて極めて不
利となり、更に、装置全体が複雑化してくる等の問題点
があった。

【００１２】また、一般的に言って半導体プロセスにお
ける容易性から３ラインセンサの各ライン間の距離
Ｓ₁ 、Ｓ₂ は等しい値がとられるのが望ましい。

【００１３】更に、図６に示すようにモノリシックな３
ラインセンサを受光手段（受光素子）３２として用い、
結像光路中に色分解手段としての透過型１次元ブレーズ
ド回折格子６１が形成された平板ガラス６２を結像レン
ズ（投影レンズ）３１の射出瞳から受光手段であるモノ
リシック３ラインセンサ３２の面方向に離して配置し、
透過型１次元ブレーズド回折格子６１による透過回折を
用いて色分解を行い、原稿面３３の１ラインのカラー画
像情報をモノリシック３ラインセンサ３２面上に副走査
方向に色分解して結像させる手法を用いて、カラー画像
情報を読み取るカラー画像読取装置が提案されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記色分解手段として
透過型１次元ブレーズド回折格子を用いたカラー画像読
取装置においては、以下に示す課題があった。

【００１５】色分解系によって色分解される各色の読取
波長域には、ピーク波長、半値波長幅、各色のオーバー
ラップ量等に対する制約が発生してくる。その１例とし
て図７に示す波長特性を読取系の理想的な波長特性とし
たとき、透過型１次元ブレーズド回折格子のピッチをい
かに設定しようとも±１次回折光の０次回折光に対する
角度は一致せず非対称性が残る。その為３ラインセンサ
面上で各色光の間隔（色光間隔）が異なってくる。すな
わち、図６を参照すると、間隔Ｓ₁ とＳ₂とはＳ₁ ≠Ｓ
₂ の関係にある。

【００１６】従って、従来はモノリシック３ラインセン
サの副走査方向のライン間隔（センサ間隔）を非対称に
した、一般的な等ライン間隔ではない特殊なセンサの作
成が必要とされていた。

【００１７】また、上記回折角の非対称性の問題を解決
する方法として次に挙げる提案がなされている。これを
図８を参照して説明する。

【００１８】図８（ａ）を参照すると、結像光学系３１
の光軸に対して透過型１次元ブレーズド回折格子６１が
形成された平板ガラス６２を傾斜して配置することによ
り、回折角の波長の違い（色）により発生する副走査方
向の結像位置（集光位置）のズレを、波長の違いによる
屈折率の差を利用して各色光の光路を変化させることに
より補正し、３ラインセンサ３２面上で副走査方向に色
分解される色光の間隔が等間隔となるようにしている。
また、ここでは図示していないが、分散を発生させ補正
する手段としてはプリズムを用いたものでも上記効果は
同じである。

【００１９】しかし、上記提案に於いては、ある副走査
断面１つをとってみれば補正が成立するが、主走査方向
を考慮すると以下に示す問題が発生する。

【００２０】すなわち、図８（ｂ）に示す様に軸上光線
と軸外光線とでは傾斜平板ガラス６２に入射する角度が
主走査方向で異なり、その為原稿面３３上で主走査方向
に延びた同じ次数の色光は湾曲された曲線状となってラ
インセンサ３２上に結像される。

【００２１】逆にラインセンサ３２上の直線を基準にし
てみると、ラインセンサ３２が読み取る位置が原稿面３
３上で湾曲したものとなり、良質の画像を得るどころ
か、混色防止のための狭小スリット６３で光束がけられ
るという問題があった。

【００２２】尚、図９に示すように、結像レンズ３１を
テレセントリックなものとし、軸上から最軸外にわたり
傾斜平板ガラス６２に入射する角度を垂直とすることに
より上記問題は解決されるが、テレセントリックな結像
レンズにより通常の結像レンズと同等の結像性能を得よ
うとすると、レンズの枚数が増えコンパクトにできない
という別の問題が発生する。

【００２３】よって本発明は色分解手段としての１次元
ブレーズド回折格子を用いてカラー画像を複数の色光に
色分解して各々の色光を受光手段（モノリシック３ライ
ンセンサ）面上に導光して、該受光手段によりカラー画
像を読み取るカラー画像読み取り装置において、軸上か
ら軸外にわたり副走査方向に色分解される複数の色光の
間隔を等間隔とすることを可能とし、よって、走査線の
湾曲を無くすことを可能とするカラー画像読取装置を提
供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明によるカラー画像
読取装置は、複数のラインセンサを同一基板面上に配置
した受光手段と、入射光束を複数の色光に色分解する１
次元ブレーズド回折格子より成る色分解手段と、カラー
画像を前記色分解手段を介して前記受光手段に結像させ
るための結像光学系と、前記カラー画像と前記受光手段
とを光学的に相対的に副走査方向に移動させる手段と、
前記色分解手段により色分解された各色光の波長の違い
により生じる前記受光手段の基板面上における結像位置
の各色に対応したラインセンサ位置からのズレを、波長
の違いによる屈折率の差を利用して各色光の光路を変化
させ、前記受光手段の基板面上で副走査方向に色分解さ
れる複数の色光の間隔を等間隔となるように補正するこ
とにより無くす第１の補正手段と、前記第１の補正手段
で発生する主走査方向の曲りを補正する第２の補正手段
と、を備えることを特徴とする。

【００２５】また、本発明によるカラー画像読取装置
は、上記のカラー画像読取装置において、前記第１の補
正手段は前記結像光学系の光軸に対して傾斜させた平板
ガラスであることを特徴とする。

【００２６】更に、本発明によるカラー画像読取装置
は、上記のカラー画像読取装置において、前記第１の補
正手段はプリズムであることを特徴とする。

【００２７】更に、本発明によるカラー画像読取装置
は、上記のカラー画像読取装置において、前記第２の補
正手段は前記結像光学系の光軸に対して傾斜させた平板
ガラスであることを特徴とする。

【００２８】更に、本発明によるカラー画像読取装置
は、上記のカラー画像読取装置において、前記第２の補
正手段は凸面又は凹面のミラーであることを特徴とす
る。

【００２９】更に、本発明によるカラー画像読取装置
は、上記のカラー画像読取装置において、前記第１の補
正手段である光学部材のガラスのアッベ数は前記第２の
補正手段である光学部材のガラスのアッベ数よりも小さ
いことを特徴とする。

【００３０】更に、本発明によるカラー画像読取装置
は、上記のカラー画像読取装置において、前記１次元ブ
レーズド回折格子は前記第１又は第２の補正部材と一体
で構成されていることを特徴とする。

【００３１】更に、本発明によるカラー画像読取装置
は、上記のカラー画像読取装置において、前記１次元ブ
レーズド回折格子の格子ピッチは入射画角に応じて変化
していることを特徴とする。

【００３２】更に、本発明によるカラー画像読取装置
は、上記のカラー画像読取装置において、前記１次元ブ
レーズド回折格子の格子深さは入射画角に応じて変化し
ていることを特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】［第１の実施形態］図１（ａ）は
本発明の第１の実施形態の要部側面図（副走査断面図）
である。図１（ａ）において、１は結像レンズであり、
カラー画像が形成されている原稿１０からの光束を後述
する透過型の１次元ブレーズド回折格子４等を介して受
光手段（モノリシック３ラインセンサ）５の面上に結像
させている。

【００３４】５は受光手段であり、３つのラインセンサ
（ＣＣＤ）を互いに平行となるように等間隔に同一基板
面上に配置したモノリシック３ラインセンサより成って
おり、各ラインセンサの１画素の寸法は８μｍ×８μｍ
であり、隣接するラインセンサは、画素の寸法を基準と
して、８ライン分の間隔を隔てて配設されている。

【００３５】４は色分解手段である透過型の１次元ブレ
ーズド回折格子であり、本実施形態に於いては第１の補
正部材２と一体で構成することで部品点数の削減を行っ
ている。

【００３６】この透過型の１次元ブレーズド回折格子４
は、原稿１０からの光束をラインセンサの画素の並び方
向と直交する方向に沿って所定の色光、例えばＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色の色光に分解して
いる。

【００３７】ここでは図７に示した回折効率をもって−
１次光でＢ色光、０次光でＲ色光、＋１次光でＧ色光を
得ている。前述の１画素の寸法８μｍ×８μｍを基準と
して計測したときに互いに８ライン間隔隔てて並ぶ３つ
のラインセンサより成るモノリシック３ラインセンサ５
上に色分解する為に、光軸上の格子ピッチを１９１μｍ
として最軸外の格子ピッチを２０７μｍとするように、
格子ピッチを入射画角に応じて変化させ、１次元ブレー
ズド回折格子４をモノリシック３ラインセンサから２
７．３ｍｍ離して配置することで所望の色分解特性を得
ている。

【００３８】すなわち、テレセントリックでない結像レ
ンズを用いているため、軸上主光線の格子面からライン
センサまでの距離と、軸外主光線の格子面からラインセ
ンサまでの距離との違いによりラインセンサ上における
±１次光の変位のずれを格子ピットを変化させることに
より補正している。

【００３９】また、格子ピッチを入射画角に応じて変化
させるとともに、格子深さも入射画角に応じて変化させ
ても良い。格子深さを変化させるのは、回折格子に入射
する光線の入射角度により変化する回折効率を、格子深
さによる回折効率の変化によりキャンセルさせるためで
ある。

【００４０】また、第１の補正部材である平板ガラス２
はＳ−ＴＩＨ１１材（ＯＨＡＲＡ社製）より成るもの
で、その厚さは３．０ｍｍであり、結像レンズ１の光軸
に対し２１．０°傾斜させている。なお、第１の補正部
材として平板ガラスの代わりにプリズムを用いても良
い。

【００４１】３は第１の補正部材である平板ガラス２で
発生する主走査方向の読み取り走査線の曲りを補正する
第２の補正部材であるＳ−ＢＳＬ７（ＯＨＡＲＡ社製）
より成る厚さが３．０ｍｍの平板ガラスであり、結像レ
ンズ５の光軸に対し第１の補正部材である平板ガラス２
と逆方向に２５．０°傾斜している。ここで第２の補正
部材である平板ガラス３は回折角の非対称性を補正する
第１の補正部材である平板ガラス２の補正効果をキャン
セルするように作用するが、それぞれの光学部材の硝材
を、第１の補正部材のガラスのアッベ数＜第２の補正部
材のガラスのアッベ数…式とすることで回折角の非対
称性と走査線の曲りを同時に補正することが可能とな
る。また、式を満す材質であれば基本的な補正効果は
問題ないがアッベ数の差が小さいとそれぞれの補正部材
の傾斜角が大きくなり、光軸上でも非点収差が大きく発
生し、結像性能に悪影響を及ぼす。よってアッベ数の差
をできるだけ大きく離した硝材の選択が好ましい。

【００４２】図１（ｂ）は１次元ブレーズド回折格子と
第２の補正部材とが一体で構成されている場合の実施例
を示している。図１（ａ）に示した要部と同一要素には
同一の符号を付している。本実施例に於いては、第２の
補正部材である厚さ３ｍｍの平板ガラス３（Ｓ−ＢＳＬ
７）上に１次元ブレーズド回折格子を形成し、且つ２
１．６度傾斜させて配置している。また、第１の補正部
材２は厚さ３ｍｍの平板ガラス（Ｓ−Ｔ１Ｈ１１）を逆
に２１．９度傾斜させている。更にモノリシック３ライ
ンセンサ５上に色分解する為に、光軸上の格子ピッチを
１９１μｍとして最軸外の格子ピッチを２０６μｍとす
るように、格子ピッチを入射角に応じて変化させ、１次
元ブレーズド回折格子４をモノリシック３ラインセンサ
から２４．５ｍｍ離して配置することで所望の色分解特
性を得ている。この様に配置することにより、１次元ブ
レーズド回折格子で色分解された各色光の波長の違いに
より生ずる受光手段面上における結像位置のズレと、第
１の補正手段で発生する走査線の曲りを同時に補正する
ことが可能となる。

【００４３】［第２の実施形態］図２は本発明の第２の
実施形態の要部側面図（副走査断面図）である。同図に
おいて図１に示した要部と同一要素には同一の符号を付
している。

【００４４】第２の実施形態が第１の実施形態１と異な
る点は、第２の補正部材３を除去して、代わりに、読み
取り走査線の曲りを凹面ミラー１２で補正したことであ
る。本実施形態では結像レンズ１やモノリシック３ライ
ンセンサ５が固定配置され、ミラー８、９、１２が移動
するミラー走査型のカラー画像読取装置を例に取ってい
るが、これに限定されることなく、ミラー、結像レン
ズ、センサが１つのキャリッジに配置され、キャリッジ
が移動するキャリッジ走査型のカラー画像読取装置にも
適応できる。尚、図２のような光学部品の配置の時、第
１ミラー１２で補正する為には面を凹面に、第２ミラー
８で補正する為には面を凹面に、第３ミラー９で補正す
る為には面を凸面にすればよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１次元ブレーズド回折格子より成る色分解手段を有する
カラー画像読取装置に於いて、色分解手段により色分解
された各色光の波長の違いにより生じる受光手段面上に
おける結像位置のズレを第１の補正手段で補正し、第１
の補正手段は波長の違いによる屈折率の差を利用して各
色光の光路を変化させ、受光手段面上で副走査方向に色
分解される複数の色光の間隔を等間隔となるようにして
いるとともに、第１の補正手段で発生する読み取り走査
線の曲りを第２の補正手段で補正している。これにより
画像品質を劣化させることなく通常の等ライン間隔のラ
インセンサを使用することが可能となり、高品位なカラ
ー画像を読み取るカラー画像読取装置を達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るカラー画像読取
装置の副走査断面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係るカラー画像読取
装置の副走査断面図である。

【図３】従来のカラー画像読取装置の副走査断面図であ
る。

【図４】モノリシック３ラインセンサを説明する図であ
る。

【図５】従来のカラー画像読取装置の結像レンズとライ
ンセンサの位置関係を示す図である。

【図６】１次元ブレーズド回折格子を用いた従来例によ
るカラー画像読取装置の副走査断面図である。

【図７】１次元ブレーズド回折格子の回折効率を示すグ
ラフである。

【図８】１次元ブレーズド回折格子を用いた別の従来例
によるカラー画像読取装置の副走査断面図である。

【図９】テレセントリック光学系を用いた時の走査線の
曲りについて説明する為の図である。

【符号の説明】

１ 結像レンズ ２ 第１の補正部材 ３ 第２の補正部材 ４ １次元ブレーズド回折格子 ５ モノリシック３ラインセンサ ６ 狭小スリット ７、８、９ ミラー １０ 原稿 １１ 原稿台ガラス １２ 凹面ミラー ３１ 結像レンズ ３２ モノリシック３ラインセンサ ３３ 原稿 ３４、３５、３６ ミラー ３７ 原稿台ガラス ４１、４２、４３ ラインセンサ ４４ 単素子 ４１′、４２′、４３′ ３ライン ６１ １次元ブレーズド回折格子 ６２ 基板ガラス ６３ 狭小スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 浩 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 AA50 AA53 AA58 AA60 AA63 AA65 5C051 AA01 BA03 DA03 DB01 DB04 DB24 DC02 DE19 EA01 5C072 AA01 BA17 BA19 DA04 DA20 EA05 LA02 MB01 QA03 QA17 UA18

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のラインセンサを同一基板面上に配
   置した受光手段と、 入射光束を複数の色光に色分解する１次元ブレーズド回
   折格子より成る色分解手段と、 カラー画像を前記色分解手段を介して前記受光手段に結
   像させるための結像光学系と、 前記カラー画像と前記受光手段とを光学的に相対的に副
   走査方向に移動させる手段と、 前記色分解手段により色分解された各色光の波長の違い
   により生じる前記受光手段の基板面上における結像位置
   の各色に対応したラインセンサ位置からのズレを、波長
   の違いによる屈折率の差を利用して各色光の光路を変化
   させ、前記受光手段の基板面上で副走査方向に色分解さ
   れる複数の色光の間隔を等間隔となるように補正するこ
   とにより無くす第１の補正手段と、 前記第１の補正手段で発生する主走査方向の曲りを補正
   する第２の補正手段と、 を備えることを特徴とするカラー画像読取装置。
2. 【請求項２】 前記第１の補正手段は前記結像光学系の
   光軸に対して傾斜させた平板ガラスであることを特徴と
   する請求項１に記載のカラー画像読取装置。
3. 【請求項３】 前記第１の補正手段はプリズムであるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のカラー画像読取装置。
4. 【請求項４】 前記第２の補正手段は前記結像光学系の
   光軸に対して傾斜させた平板ガラスであることを特徴と
   する請求項２又は３に記載のカラー画像読取装置。
5. 【請求項５】 前記第２の補正手段は凸面又は凹面のミ
   ラーであることを特徴とする請求項２又は３に記載のカ
   ラー画像読取装置。
6. 【請求項６】 前記第１の補正手段である光学部材のガ
   ラスのアッベ数は前記第２の補正手段である光学部材の
   ガラスのアッベ数よりも小さいことを特徴とする請求項
   ４に記載のカラー画像読取装置。
7. 【請求項７】 前記１次元ブレーズド回折格子は前記第
   １又は第２の補正部材と一体で構成されていることを特
   徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のカラー
   画像読取装置。
8. 【請求項８】 前記１次元ブレーズド回折格子の格子ピ
   ッチは入射画角に応じて変化していることを特徴とする
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載のカラー画像読取
   装置。
9. 【請求項９】 前記１次元ブレーズド回折格子の格子深
   さは入射画角に応じて変化していることを特徴とする請
   求項８に記載のカラー画像読取装置。