JP2001127960A

JP2001127960A - 画像読取装置

Info

Publication number: JP2001127960A
Application number: JP31105499A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Arita; 信一有田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】光路中に配置されたミラーの配置誤差を補正
し、その結果回折光学素子に入射する光束のＺ成分を略
０に補正することによって走査線湾曲を減少させ、スリ
ットラチチュードを軽減する。【解決手段】原稿等の画像情報を結像光学系を介して
固体撮像素子上に結像し、画像情報を読み取る画像読取
装置において、結像光路内中に回折光学素子を配置して
色分解を行う場合に、副走査方向の軸外光束を遮光する
為のスリットを結像光路中に配置し、さらにその光路中
に配置されたミラーに対して主走査方向に平行な軸を回
転軸とする回転調整機構を有し、回折光学素子に対して
レンズからの結像光束を垂直入射させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原稿等の画像情報を
電気信号に変換してコンピュータに取り込む画像読取装
置における光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より原稿面上のカラー画像情報を光
学系を介して固体撮像素子（以下、「ラインセンサー」
という。）上に結像させ、この時のラインセンサーから
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
み取る装置が種々提案されている。たとえば図５は従来
のカラー画像読取装置の光学系の主要部概略図である。
同図では原稿面５１上のカラー画像からの光束を結像レ
ンズ５２で集光し後述するラインセンサー面上に結像さ
せる際、該光束を３Ｐプリズム５３を介して、例えば赤
色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色に色分解した
後、各々ラインセンサー５４，５５，５６面上に導光し
ている。そして各ラインセンサー５４，５５，５６面上
に結像したカラー画像を各々副走査方向にライン走査
し、各色毎に読み取りを行っている。図６は従来のカラ
ー画像読取装置の光学系の要部概略図である。同図では
原稿面５１上のカラー画像からの光束を結像レンズ５２
で集光し後述するラインセンサー面上に結像させる際、
該光束を２色性を有する波長選択透過膜が付加された２
つの色分解用のビームスプリッター６４，６５を介して
３色に対応する３つの光束に分離している。そして３つ
の色光に基づくカラー画像を３つのラインセンサー６３
面上に各々結像させている。これよりカラー画像を副走
査方向にライン走査し各色光毎に読取を行っている。図
７は図６に示したモノリシック３ラインセンサー６３の
説明図であり、該モノリシック３ラインセンサー６３は
同図に示すように３つのラインセンサー（ＣＣＤ）７
１，７２，７３を互いに平行となるように同一基板面上
に有限距離離して配置しており、該ラインセンサー面上
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。又、各ラインセンサー７１，７２，７３の間
隔Ｓ１，Ｓ２は様々な製作上の条件から一般的に言えば
０．０６４〜０．２ｍｍ程度で製作されており、又各単
一素子７４の画素幅Ｗ１，Ｗ２は例えば８μｍ×８μ
ｍ、１０μｍ×１０μｍ程度に設定されている。又、図
８に示すようにモノリシック３ラインセンサーの中央の
ライン７２に対する他の２つのライン７１，７３のライ
ン間の距離Ｓ１，Ｓ２は一般的に各反対方向に等距離、
且つ副走査方向の画素サイズ（図７参照）Ｗ２の整数倍
になるように設定している。これは次の理由からによ
る。即ち、図８に示すように通常の結像光学系５２のみ
を用いて上記に示したモノリシック３ラインセンサーで
カラー画像の読取を行う場合、３つのラインセンサー７
１，７２，７３で同時に読み取れる原稿面５１上の読取
位置は同図に示す如く異なる３つの位置７１′，７
２′，７３′となる。この為、原稿面５１上の任意の位
置に対する３色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の各信号成分は同時に読
み取ることができず、それぞれ３ラインセンサーで読み
取り後、一致させ合成する必要が生じてくる。これは３
ラインセンサーの各ライン間の距離Ｓ１，Ｓ２を各画素
サイズＷ２の整数倍になるように設定し、これに応じた
冗長ラインメモリー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。従って上記の如く
３ラインセンサーの中央のラインセンサー７２に対する
他の２つのラインセンサー７１，７３間の距離Ｓ１，Ｓ
２は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。更に別の手法として図９に示す
ようにモノリシック３ラインセンサーを受光手段（受光
素子）９１として用い、結像光路中に色分解手段として
の回折光学素子９２を結像レンズ５２の射出瞳から受光
手段９１面方向に離して配置し、回折を用いて色分解を
行い、原稿面５１の１ラインのカラー画像情報を３ライ
ンセンサー９１面上に副走査方向に色分解して結像させ
る事により、該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。このような回折光学素子を用
いた画像読取装置においては、３ラインセンサー上に通
常の結像レンズによって結像される、異なる位置からの
０次回折光が入射する為に、図１０に示すように、この
光束（副走査方向の軸外光束）を遮光する為のスリット
を配置する必要があった。この時、スリットは当然なが
ら、画像読取装置の構成部材の配置、形状的誤差から生
じるスリットとＣＣＤの投影光束の位置関係が変わって
も、必ず０次回折光の光束には何ら影響を与えず前記異
なる位置からの０次回折光（以下、有害光束と略す）を
遮光する必要がある。またさらに、前述の配置、形状誤
差等によるスリットのラチチュード変動要因としては、
スリット幅公差、スリット真直度、レンズのできによる
物体側Ｆｎｏの変動、ＣＣＤ受光素子サイズの誤差、Ｃ
ＣＤライン間隔誤差、ＣＣＤラインの真直度、光学系の
配置精度から生じるＣＣＤラインのスリット面上投影ラ
インの湾曲（以下、走査線湾曲と略す）、スリットと光
束の相対位置誤差等があげられる。以上の要因により、
スリットラチチュードが変動する事によって、読み取り
光束がスリットにより蹴られ、主走査全域で画像読み取
りができなくなり、また、有害光束がスリットを通過す
る事により、色ずれ等の画像劣化が生じてしまう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のスリットラチチ
ュード変動要因において、前述のスリット幅公差、スリ
ット真直度、レンズの物体側Ｆｎｏ、ＣＣＤ受光素子サ
イズの誤差、ＣＣＤライン間隔誤差、ＣＣＤラインの真
直度に関しては、スリット、レンズおよびＣＣＤの単品
レベルで精度アップすることで容易に解決することがで
きる。しかしながら、光学系の配置精度、具体的にはス
リット、レンズ、回折光学素子およびＣＣＤの相対位置
関係の変動によって生じる０次回折光の走査線湾曲は、
通常補正が困難である。この走査線湾曲発生の理屈を図
１１で説明する。本図は画像読取装置のレンズ、回折光
学素子基板、受光面およびその光学部材を通過する主光
線をあらわす副走査断面図である。また実線は、レンズ
の光軸と物体が交差する点からの主光線（以下、軸上光
線と略す）、また破線は前記光軸と物体面が交差する点
から主走査方向に画角がついた位置からの主光線（以
下、軸外主光線と略す）である。ここで、軸外主光線に
関しては、その光線を含む断面での光線の振る舞いを示
しており、其のために本図では回折光学素子基板の厚さ
が増大している。ここで本図ではレンズのディストーシ
ョンが全く無いレンズ系を想定しているが、その為、軸
上軸外の主光線が本断面図、特にレンズから回折光学素
子基板までのところで一致しない。但し其の量が微少で
ある為本図では省略している。またレンズから回折光学
素子基板、回折光学素子から受光面までの距離が、軸上
主光線と軸外主光線の両者で差が生じるが、前述のディ
ストーション補正がされているため省略する。ところで
理想的にはレンズに入射するＣＣＤの投影光束はレンズ
光軸に沿う光束であり、この場合、軸上主光線と軸外主
光線はレンズから光軸にそって射出するため、受光面上
での軸上主光線と軸外主光線のＺ方向結像位置に差は生
じないが、画像読取装置として光学キャリッジをコンパ
クト化するために、数枚のミラーを付加して光束を折り
返す系が一般であり、その為ミラー配置精度誤差、特に
ミラーのＹ軸周りの回転が生じ、結像レンズに入射する
ＣＣＤの投影光束が光軸に対してＺ方向に角度をもって
しまう。仮に回折光学素子基板が無い場合は、レンズの
ディストーション補正効果によりδＬ＝０であるが、回
折光学素子基板が存在する場合は、回折光学素子基板に
入射した軸上および軸外主光線が屈折の法則により同等
の角度でＣＣＤ受光面に向かって進行するため、本図の
ように回折光学素子基板から射出する両主光線のＺ方向
位置に差が生じ、受光面上でδＬが存在することにな
る。此れが走査線湾曲の発生プロセスであり、当然のこ
とながら受光面上にＣＣＤセンサーアレイが在る場合
は、スリット面上でのその逆投影像はレンズの結像倍率
が係った分の走査線湾曲が発生する。此れがスリットラ
チチュードを減少させる原因となる。

【０００４】また、スリットと読み取り光束の相対位置
誤差により、スリットラチチュードが減少してしまう。

【０００５】そこで本発明は、ブレーズド回折格子、お
よび有害光遮光の為のスリットを光路中に有する画像読
取装置において、同じく光路中に配置されたミラーの配
置誤差を補正し、その結果回折光学素子に入射する光束
のＺ成分を略０に補正することによって走査線湾曲を減
少させ、スリットラチチュードを軽減することを目的と
する。

【０００６】また、本発明は、前記画像読取装置におい
て、スリットに対する読み取り光束の副走査位置を自由
に変動させることにより、スリットラチチュードを軽減
させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明による画像読取装置は、原稿等の画像情
報を結像光学系を介して固体撮像素子上に結像し、画像
情報を読み取る画像読取装置において、結像光路内中に
回折光学素子を配置して色分解を行う場合に、副走査方
向の軸外光束を遮光する為のスリットを結像光路中に配
置し、さらにその光路中に配置されたミラーに主走査方
向に平行な軸を回転軸とする回転調整する機構を有し、
回折光学素子に対してレンズからの結像光束を垂直入射
させるようにしたことを特徴とする。

【０００８】また、上記目的を達成するため、第２の発
明による画像読取装置は、原稿等の画像情報を結像光学
系を介して固体撮像素子上に結像し、画像情報を読み取
る画像読取装置において、結像光路内中に回折光学素子
を配置して色分解を行う場合に、副走査方向の軸外光束
を遮光する為のスリットを結像光路中に配置し、さらに
その光路中に配置されたミラーを副走査方向にシフト調
整する機構を有し、回折光学素子の中央にレンズからの
結像光束を入射させるようにしたことを特徴とする。

【０００９】更に、上記目的を達成するため、第３の本
発明による画像読取装置は、原稿等の画像情報を結像光
学系を介して固体撮像素子上に結像し、画像情報を読み
取る画像読取装置において、結像光路内中に回折光学素
子を配置して色分解を行う場合に、副走査方向の軸外光
束を遮光する為のスリットを結像光路中に配置し、さら
にその光路中に配置されたミラーを主走査方向に平行な
軸を回転軸とする回転調整機構と副走査方向にシフト調
整する機構を有し、回折光学素子に対してレンズからの
結像光束を垂直入射させるようにし、且つ、回折光学素
子の中央にレンズからの結像光束を入射させるようにし
たことを特徴とする。

【００１０】［作用及び効果］第一の発明においては、
原稿等の画像情報を結像光学系を介して固体撮像素子上
に結像し、画像情報を読み取る画像読取装置において、
結像光路内中に回折光学素子を配置して色分解を行う場
合に、副走査方向の軸外光束を遮光する為のスリットを
結像光路中に配置し、さらにその光路中に配置されたミ
ラーに主走査方向に平行な軸を回転軸とする回転調整機
構をもたせ、回折光学素子に対してレンズからの結像光
束を垂直入射させるようにすることによって、前述の図
１１で説明した受光面上での走査線湾曲を軽減すること
ができ、その結果受光面上に存在するＣＣＤラインセン
サーのスリット上での逆投影像の湾曲を軽減し、スリッ
トラチチュードを緩和することができる。

【００１１】第二の発明においては、原稿等の画像情報
を結像光学系を介して固体撮像素子上に結像し、画像情
報を読み取る画像読取装置において、結像光路内中に回
折光学素子を配置して色分解を行う場合に、副走査方向
の軸外光束を遮光する為のスリットを結像光路中に配置
し、さらにその光路中に配置されたミラーを副走査方向
にシフト調整する機構をもたせ、回折光学素子の中央に
レンズからの結像光束を入射させることによって、ＣＣ
Ｄラインセンサーのスリット上での逆投影像と、スリッ
ト自体の副走査方向の相対位置を調節し、スリットの副
走査方向中心にＣＣＤラインセンサーの逆投影像を通過
させることができ、その結果、読み取り光束の両側に存
在する有害光束を効率良く遮光することができる。

【００１２】第三の発明においては、原稿等の画像情報
を結像光学系を介して固体撮像素子上に結像し、画像情
報を読み取る画像読取装置において、結像光路内中に回
折光学素子を配置して色分解を行う場合に、副走査方向
の軸外光束を遮光する為のスリットを結像光路中に配置
し、さらにその光路中に配置されたミラーに主走査方向
に平行な軸を回転軸とする回転調整機構と副走査方向に
シフト調整する機構をもたせ、回折光学素子に対してレ
ンズからの結像光束を垂直入射させるようにし、且つ、
回折光学素子の中央にレンズからの結像光束を入射させ
るようにすることによって、第一の発明、第二の発明の
効果の両者を実現させることができ、つまりスリット上
でのＣＣＤラインセンサーの逆投影像を湾曲の無いライ
ン像とし、さらにスリットの副走査方向の中心にライン
像を通過させて、スリットラチチュードを緩和させるこ
とができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】［実施形態１］図１は実施形態１
をもっとも良く表す画像読取装置の光学キャリッジ副走
査断面図であり、まず１は原稿、２は原稿台ガラス、３
はランプ、４は反射笠、５はスリット、６は第一ミラ
ー、７は主走査方向（紙面を垂直に貫く方向）に平行な
軸を回転軸とする回転調整機構を有する第二ミラー、８
は第三ミラー、９はレンズ、１０は回折光学素子、１１
は３ラインＣＣＤセンサー、１２は光学キャリッジ、Ｌ
１は第二ミラー７回転調整前の３ラインＣＣＤセンサー
１１の逆投影光束、Ｌ２は第二ミラー７回転調整後の３
ラインＣＣＤセンサーの逆投影光束である。又、図２は
図１におけるスリット５を光軸方向から見た図であり、
１３はスリット開口、Ｌ１Ｐ及びＬ２ＰはＬ１，Ｌ２そ
れぞれの主光線がスリット５を通過する位置を示してい
る。まず一般に光学調整の際、原稿１と同じ位置に存在
する調整用チャートを３ラインＣＣＤセンサー１１で読
み取ろうとする為、ミラー６，７，８、レンズ９、回折
光学素子１０の相対位置誤差が存在したまま調整を行う
ことになる。このとき、Ｌ１の光束のように、３ライン
ＣＣＤセンサー１１の逆投影像は回折光学素子１０に対
して副走査方向に多少なりとも９０゜±α゜となってし
まい、その結果、主走査方向の軸上から軸外に掛けて副
走査方向にこのα゜に応じた湾曲を持ってレンズ９、第
三、第二、第一ミラー８，７，６、スリット５を通過し
原稿面に至ることとなり、スリット開口１３の中でＬ１
の主光線Ｌ１Ｐが湾曲し、スリットラチチュードを減少
させてしまう。そこで本実施形態では、Ｌ２の光束にな
るよう、つまり第二ミラー７を主走査方向に平行な軸を
回転軸とする回転調整を行い、α゜＝０゜とすることに
よって回折光学素子１０によって発生する副走査方向の
走査線湾曲を０とし、さらにスリット開口１３の中でＬ
１の主光線Ｌ１ＰをＬ２Ｐのように直線状にすることに
よって、スリットラチチュードを増大させている。

【００１４】［実施形態２］図３は実施形態２をもっと
も良く表す画像読取装置の光学キャリッジ副走査断面図
であり、まず１は原稿、２は原稿台ガラス、３はラン
プ、４は反射笠、５はスリット、６は第一ミラー、７は
主走査方向に平行な軸を回転軸とする回転調整機構を有
する第二ミラー、８は副走査方向にシフト調整機構を有
する第三ミラー、９はレンズ、１０は回折光学素子、１
１は３ラインＣＣＤセンサー、１２は光学キャリッジ、
Ｌ３は第二ミラー７回転調整前で且つ第三ミラー８シフ
ト調整前の３ラインＣＣＤセンサー１１の逆投影光束、
Ｌ４は第二ミラー７回転調整後で且つ第三ミラー８シフ
ト調整後の３ラインＣＣＤセンサーの逆投影光束であ
る。又、図４は図３におけるスリット５を光軸方向から
見た図であり、１３はスリット開口、Ｌ３Ｐ及びＬ４Ｐ
はＬ３，Ｌ４それぞれの主光線がスリット５を通過する
位置を示している。まず一般的にＬ３の光束及びＬ３Ｐ
に示すように、実施形態１に説明した副走査方向の走査
線湾曲同様、スリット５の相対位置誤差が生じた場合に
発生する読み取り光束の蹴られが生じる。そこで本実施
形態では、Ｌ４の光束になるよう、つまり第二ミラー８
を副走査方向にシフト調整することによって、スリット
開口１３の中でＬ３の主光線Ｌ３ＰをＬ４Ｐのように直
線状にすることによって、スリットラチチュードを増大
させている。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回折光学素子を使用した画像読取装置において、ミラー
の主走査方向に平行な軸を回転軸とする回転調整によっ
て走査線湾曲を軽減し、さらにミラーの副走査方向のシ
フト調整によって読み取り光束の副走査位置を調整し
て、スリットラチチュードを軽減させることができる。
これにより主走査全域に渡って、振動等によるスリット
ラチチュードの変動によって生じる有害光束の混色が生
じにくくなり、良好な画像を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を表す画像読取装置の副走査断面図
である。

【図２】実施形態１のスリット面上での主光線通過位置
を示す図である。

【図３】実施形態２を表す画像読取装置の副走査断面図
である。

【図４】実施形態２のスリット面上での主光線通過位置
を示す図である。

【図５】従来のカラー画像読取装置の光学系の主要部概
略図である。

【図６】従来のカラー画像読取装置の光学系の要部概略
図である。

【図７】従来のモノリシック３ラインセンサーの説明図
である。

【図８】従来のモノリシック３ラインセンサーへの結像
関係を説明する図である。

【図９】従来の回折光学素子を用いた光学系の概略図で
ある。

【図１０】スリットの効果を示す図である。

【図１１】走査線湾曲を説明する図である。

【符号の説明】

１原稿２原稿台ガラス３ランプ４反射笠５スリット６第一ミラー７第二ミラー８第三ミラー９レンズ１０回折光学素子１１３ラインＣＣＤセンサー１２光学キャリッジ１３スリット開口５１原稿面５２結像レンズ５３３Ｐプリズム５４，５５，５６ラインセンサー６３モノリシック３ラインセンサー６４，６５ビームスプリッター７１，７２，７３ラインセンサー（ＣＣＤ）７４単一素子９１３ラインＣＣＤセンサー９２回折光学素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原稿等の画像情報を結像光学系を介して
固体撮像素子上に結像し、画像情報を読み取る画像読取
装置において、結像光路内中に回折光学素子を配置して
色分解を行う場合に、副走査方向の軸外光束を遮光する
為のスリットを結像光路中に配置し、さらにその光路中
に配置されたミラーに対して主走査方向に平行な軸を回
転軸とする回転調整機構を有し、回折光学素子に対して
レンズからの結像光束を垂直入射させるようにした画像
読取装置。
【請求項２】原稿等の画像情報を結像光学系を介して
固体撮像素子上に結像し、画像情報を読み取る画像読取
装置において、結像光路内中に回折光学素子を配置して
色分解を行う場合に、副走査方向の軸外光束を遮光する
為のスリットを結像光路中に配置し、さらにその光路中
に配置されたミラーを副走査方向にシフト調整する機構
を有し、回折光学素子の中央にレンズからの結像光束を
入射させるようにした画像読取装置。
【請求項３】原稿等の画像情報を結像光学系を介して
固体撮像素子上に結像し、画像情報を読み取る画像読取
装置において、結像光路内中に回折光学素子を配置して
色分解を行う場合に、副走査方向の軸外光束を遮光する
為のスリットを結像光路中に配置し、さらにその光路中
に配置されたミラーを主走査方向に平行な軸を回転軸と
する回転調整機構と副走査方向にシフト調整する機構を
有し、回折光学素子に対してレンズからの結像光束を垂
直入射させるようにし、且つ、回折光学素子の中央にレ
ンズからの結像光束を入射させるようにした画像読取装
置。