JP2001189829A - カラー画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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することができるカラー画像読
取装置を得ること。 【解決手段】カラー画像を結像光学系２により入射光束
を副走査方向に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３を介して複数のライン
センサーを同一基板面上に配置した受光手段７面上に結
像させ、該カラー画像と該受光手段とを副走査方向に相
対的に走査させて、該受光手段で該カラー画像を読取る
カラー画像読取装置において、該結像光学系と該受光手
段との間の光路中に、副走査方向にプリズム角を有し、
互いに異なる分散を持つ複数のプリズムを貼り合せて全
体として略平板とした補正部材５を設けることにより、
該受光手段面上での複数の色光の間隔が等間隔と成るよ
うにしていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカラー画像読取装置
に関し、特に簡易な構成の固体撮像素子（モノリシック
３ラインセンサー）を用いて原稿面上のカラー画像情報
を高精度に読取るようにした、例えばカラースキャナや
カラーファクシミリ等に好適な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ー（ＣＣＤ）面上に結像させ
て、このとき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取る装置が種々と提
案されている。

【０００３】例えば図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６４上のカ
ラー画像からの光束を結像レンズ６９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６０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、各々のラインセンサー６
１，６２，６３面上に導光している。そして各ラインセ
ンサー６１，６２，６３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光毎に読取りを行なっ
ている。

【０００４】図７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６４上のカラー画
像からの光束を結像レンズ７９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７０，７１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を同一基板面上に設けた所謂
モノリシック３ラインセンサー７２面上に各々結像させ
ている。これに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りを行なっている。

【０００５】図８は図７に示したモノリシック３ライン
センサー７２の説明図であり、該モノリシック３ライン
センサー７２は同図に示すように３つのラインセンサー
（ＣＣＤ）６５，６６，６７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。

【０００６】また各ラインセンサー６５，６６，６７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程度で製作されており、又各
単一素子６８の画素幅Ｗ１，Ｗ２は例えば７μｍ×７μ
ｍ、１０μｍ×１０μｍ程度で設定されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図６に示すカラー画像
読取装置では３つの独立のラインセンサーを必要とし、
又高精度化が要求され、しかも製作上困難な３Ｐプリズ
ムを必要とする為、装置全体が複雑化し、又高価となっ
てくる。更に結像光束と各ラインセンサーとの合致調整
を各々独立に３回行なう必要があり、組立調整が面倒と
なる等の問題点があった。

【０００８】また図７に示すカラー画像読取装置はビー
ムスプリッター７０，７１の板厚をｘとした場合、ライ
ンセンサーの各ライン間の距離は

【０００９】

【数１】

【００１０】となる。今、製作上好ましいラインセンサ
ーの各ライン間の距離を０．１〜０．２ｍｍ程度とする
とビームスプリッター７０，７１の板厚ｘは３５〜７０
μｍ程度となる。

【００１１】一般にこのような薄い厚さで光学的に平面
性を良好に維持したビームスプリッターを構成すること
は大変難しく、このような厚さのビームスプリッターを
用いるとラインセンサー面上に結像させるカラー画像の
光学性能が低下してくるという問題点があった。

【００１２】一方、図９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６６に対する他の２つのラ
イン６５，６７のライン間の距離Ｓ₁ ，Ｓ₂ は一般的に
各反対方向に等距離、かつ副走査方向の画素サイズ（図
８参照）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。

【００１３】即ち、図９に示すように通常の結像光学系
８９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りを行なう場合、３つのライ
ンセンサー６５，６６，６７で同時に読取れる原稿面６
４上の読取位置は同図に示す如く異なる３つの位置６５
´，６６´，６７´となる。

【００１４】この為、原稿面６４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取ること
ができず、それぞれ３ラインセンサーで読取り後、一致
させ合成する必要が生じてくる。

【００１５】これには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の整数倍となるよう
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。

【００１６】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６６に対する他の２つのラインセンサ
ー６５，６７間の距離Ｓ₁ ，Ｓ₂ 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。

【００１７】しかしながら上記に示したカラー画像読取
装置において冗長ラインメモリーを３ラインセンサーの
ライン間距離相当に充当することは高価なラインメモリ
ーを複数列具備しなければならず、これはコスト的にみ
て極めて不利となり、又装置全体が複雑化してくる等の
問題点があった。

【００１８】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ラインセンサーの各ライン間の距離Ｓ
₁ ，Ｓ₂ は等しい値がとられるのが望ましい。

【００１９】更に別な手法として図１０に示すようにモ
ノリシックな３ラインセンサーを受光手段（受光素子）
１０４として用い、結像光路中に色分解手段としての反
射型（もしくは透過型）１次元ブレーズド回折格子１０
３を結像レンズ（投影レンズ）１０９の射出瞳から受光
手段１０４面方向に離して配置し、反射回折を用いて色
分解を行ない、原稿面６４の１ラインのカラー画像情報
を３ラインセンサー１０４面上に副走査方向に色分解し
て結像させることにより、該カラー画像情報を読取るカ
ラー画像読取装置が提案されている。

【００２０】上記色分解手段として反射型（もしくは透
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。

【００２１】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。例えばその１
例として図１１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、各色のピークがどの色を基準として考
えても対称的に位置していない為に、反射型（もしくは
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。

【００２２】従って従来はモノリシック３ラインセンサ
ーの副走査方向のライン間隔（センサー間隔）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ーを
用いるか、１次元ブレーズド回折格子で３色に分離した
光束をセンサー面上で等間隔にする光学素子を該１次元
ブレーズド回折格子と該センサーとの間の光路内に配置
する必要がある。

【００２３】本発明は色分解手段として透過型もしくは
反射型の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、結像光学系と受光手段との間の光路
中に、副走査方向にプリズム角を有し、互いに異なる分
散を持つ複数のプリズムを貼り合せて全体として略平板
とした補正部材を設けることにより、該受光手段面上で
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
することができるカラー画像読取装置の提供を目的とす
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のカラー
画像読取装置は、カラー画像を結像光学系により入射光
束を副走査方向に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を介して複数のライン
センサーを同一基板面上に配置した受光手段面上に結像
させ、該カラー画像と該受光手段とを副走査方向に相対
的に走査させて、該受光手段で該カラー画像を読取るカ
ラー画像読取装置において、該結像光学系と該受光手段
との間の光路中に、副走査方向にプリズム角を有し、互
いに異なる分散を持つ複数のプリズムを貼り合せて全体
として略平板とした補正部材を設けることにより、該受
光手段面上での複数の色光の間隔が等間隔と成るように
していることを特徴としている。

【００２５】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記補正部材は第１、第２の２つのプリズムを有
し、該第１、第２のプリズムの材質の屈折率を各々ｎ
₁ ，ｎ₂ としたとき、 ０．９５＜ｎ₁ ／ｎ₂ ＜１．０５ なる条件を満足することを特徴としている。

【００２６】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記補正部材と前記１次元ブレーズド回折格子
は一体的に構成されていることを特徴としている。

【００２７】請求項４の発明は請求項１の発明におい
て、前記補正部材は前記色分解手段と前記受光手段との
間の光路中に配置されていることを特徴としている。

【００２８】請求項５の発明は請求項１又は３の発明に
おいて、前記１次元ブレーズド回折格子は透過型、もし
くは反射型の１次元ブレーズド回折格子より成ることを
特徴としている。

【００２９】請求項６の発明は請求項１の発明におい
て、前記色分解手段は入射光束を前記ラインセンサーの
画素の並び方向と直交する方向に３つの色光に色分解し
ていることを特徴としている。

【００３０】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明の実
施形態１の要部側面図（副走査断面図）、図２は図１に
示した補正部材としての貼り合わせプリズムの拡大説明
図である。

【００３１】図中、１は原稿面であり、カラー画像が形
成されている。２は結像光学系であり、カラー画像に基
づく光束を後述する透過型の１次元ブレーズド回折格子
を介して受光手段（モノリシック３ラインセンサー）面
上に結像させている。

【００３２】３は色分解手段であり、透過型の１次元ブ
レーズド回折格子より構成しており、入射光束をライン
センサーの画素の並び方向と直交する方向（副走査方
向）に所定の色光、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）の３原色の色光に分解し透過回折させている。本
実施形態では−１次回折光でＢ色光、０次回折光でＲ色
光、＋１次回折光でＧ色光を得ている。４は回折格子面
である。

【００３３】７は受光手段であり、不図示の３つのライ
ンセンサー（ＣＣＤ）を互いに平行となるように同一基
板面上に配置した、所謂モノリシック３ラインセンサー
（以下「３ラインセンサー」とも称す。）より成ってい
る。

【００３４】６は主走査方向に長尺のスリットであり、
原稿面１近傍に設けられており、副走査方向に画角をも
った注目画素以外からの０次回折光が３ラインセンサー
７のセンサー面に入射しないように光束を遮光してい
る。

【００３５】５は本実施形態に関わる補正部材であり、
１次元ブレーズド回折格子３と３ラインセンサー７との
間の光路中に設けている。補正部材５は低分散の材料で
あるＳ−ＬＡＬ１４（登録商標、ＯＨＡＲＡ）と高分散
の材料であるＳ−ＴＩＭ３５（登録商標、ＯＨＡＲＡ）
とを各々第１、第２のプリズム５ａ，５ｂとして加工
し、該第１、第２のプリズム５ａ，５ｂを互いに貼り合
せて全体として略平板とした貼り合せプリズムより構成
されている。この貼り合せプリズム５の副走査方向の頂
角は１．４２°である。

【００３６】尚、Ｓ−ＬＡＬ１４及びＳ−ＴＩＭ３５の
各々の屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）は以下に示
す表−１の通りである。

【００３７】

【表１】

【００３８】本実施形態ではこの貼り合せプリズム５に
より、３ラインセンサー７面上での副走査方向に色分解
される複数の色光の間隔が等間隔となるようにしてい
る。

【００３９】本実施形態では原稿面１上のカラー画像を
不図示のミラー等より成る走査手段によりライン走査
し、該カラー画像からの光束（情報光）を結像光学系２
により集光し、透過型の１次元ブレーズド回折格子３を
介して３つの色光（例えばＲ，Ｇ，Ｂ）に色分解した後
に各色像を各々対応する不図示のラインセンサー面上に
結像させている。このとき本実施形態では１次元ブレー
ズド回折格子３で色分解された各次数の回折光を貼り合
せプリズム５を透過させることにより、３ラインセンサ
ー７面上での副走査方向に色分解される３つの色光の間
隔が等間隔となるように補正している。そして３ライン
センサー７により各々の色光に基づくカラー画像をデジ
タル的に読み取っている。

【００４０】上記色分解手段としての透過型の１次元ブ
レーズド回折格子は、Applied Optics誌，第１７巻，第
１５号，2273-2279 ページ（1978年８月１日号）に開示
されているように、該透過型の回折格子に入射した入射
光束は透過回折されて主に３方向に分離されている。

【００４１】この透過型の１次元ブレーズド回折格子は
該透過型の回折格子に入射し透過回折された光束を−１
次回折光、０次回折光、そして＋１次回折光の３方向に
分離し、結像光学系２による集束球面波の光束として各
々３ラインセンサー７面上に結像している。本実施形態
では前述の如く−１次回折光でＢ色光、０次回折光でＲ
色光、＋１次回折光でＧ色光を得ている。

【００４２】通常、ブレーズド回折格子のみで０次回折
光と±１次回折光とを用いてＲ，Ｇ，Ｂの３つの色光に
色分解、分離する場合、どのように格子ピッチを設定し
ても±１次回折光の０次回折光に対する回折角が一致せ
ず非対称性が残る。その為３ラインセンサー面上で各色
光の間隔が異なってくる。

【００４３】ここで本実施形態による貼り合せプリズム
５を用いたときと、該貼り合せプリズム５を用いないと
きとでの光学的作用の違いについて図３、図４を用いて
説明する。図３、図４において図１に示した要素と同一
要素には同符番を付している。図中、８，９，１０は各
々ラインセンサー（ＣＣＤ）である。

【００４４】図３は本実施形態による貼り合せプリズム
５がない場合の透過型の回折格子３による各回折光の副
走査断面内での様子を示した説明図である。同図におい
て回折格子３で分離された各回折光のうち、０次光を赤
（Ｒ）、＋１次光を緑（Ｇ）、−１次光を青（Ｂ）にな
るように回折角を設定している。このとき３ラインセン
サー７面（結像面）上での０次光Ｒと＋１次光Ｇとの距
離ａと、０次光Ｒと−１次光Ｂとの距離ｂは前述した理
由により互いに異なる。

【００４５】図４は本実施形態による貼り合せプリズム
５を光路内に設けた場合の透過型の回折格子３による各
回折光の副走査断面内での様子を示した説明図である。
同図において０次光Ｒは貼り合せプリズム５に用いてい
るガラスの屈折率がほぼ等しいためと、０次光の光線で
あるために、この貼り合せプリズム５によっては、ほと
んど光線を曲げられることなく３ラインセンサー７面に
向かってほぼ直進する。一方−１次光Ｂは短波長である
がために分散の影響を大きく受け、特に高分散の材料よ
り成る第２のプリズム（Ｓ−ＴＩＭ３５）５ｂにより、
大きく屈折される。図４において＋１次光Ｇおよび−１
次光Ｂの光束は共に紙面内、下方向に屈折される。その
量は−１次光Ｂ＞＋１次光Ｇとなると共に０次光である
Ｒ色光がほとんど移動しないため、ライン間隔ｃ，ｄを
補正する方向に移動させることが可能である。

【００４６】本実施形態において第１、第２の２枚のプ
リズム５ａ，５ｂの各々の屈折率ｎ ₁ ，ｎ₂ は、上述の
表−１に示した如くおおむね一致している。これはプリ
ズムの屈折率が大きく異なると、貼り合せたプリズム自
体を略平板として扱えなくなるために３ラインセンサー
７面上の光束が副走査方向に湾曲をもってしまうためで
ある。この湾曲の発生を抑えるためには第１のプリズム
５ａの屈折率ｎ₁ と第２のプリズム５ｂの屈折率ｎ₂ と
の差が下記の条件式（１）を満足する±５％以内である
ことが好ましい。

【００４７】 ０．９５＜ｎ₁ ／ｎ₂ ＜１．０５ ‥‥‥‥（１） 即ち、本実施形態では上記の条件式（１）を満足するよ
うに前述の表−１に示した如く第１、第２のプリズム５
ａ，５ｂの材質の屈折率ｎ₁ ，ｎ₂ を設定することによ
って、貼り合せたプリズム自体を略平板として形成して
いる。

【００４８】また本実施形態において３ラインセンサー
７面上で副走査方向の間隔を広げたい場合は回折光（こ
こでは−１次光のＢ）の移動方向と、第１、第２の２枚
のプリズム５ａ，５ｂのうち高分散の材料を用いた第２
のプリズム５ｂの頂角の方向を逆方向に設定すれば良
い。

【００４９】このように本実施形態においては上述の如
く１次元ブレーズド回折格子３と３ラインセンサー７と
の間の光路中に、副走査方向にプリズム角を有し、互い
に異なる分散を持つ第１、第２のプリズム５ａ，５ｂを
貼り合せて全体として略平板とした貼り合せプリズム５
を設けることにより、３ラインセンサー７の副走査方向
のライン間隔ｃ，ｄの非対称性を無くし、また色分解、
分離とライン間隔の非対称性の補正を１つの光学素子
（貼り合せプリズム）で行なうことにより、光学部材の
簡素化、かつ非常に薄いガラスを使用せずに製作するこ
とができる。

【００５０】尚、補正部材としての貼り合せプリズム５
を結像光学系２と色分解手段３との間に設けても本発明
は前述の実施形態１と同様に適用することができる。

【００５１】（実施形態２）図５は本発明の実施形態２
の一部分の副走査断面図である。同図において図１に示
した要素と同一要素には同符番を付している。

【００５２】本実施形態において前述の実施形態１と異
なる点は補正部材５と色分解手段としての１次元ブレー
ズド回折格子とを一体的に構成したことである。その他
の構成及び光学的作用は実施形態１と略同様であり、こ
れにより同様な効果を得ている。

【００５３】即ち、同図において１１は補正部材（貼り
合せプリズム）５と１次元ブレーズド回折格子とを一体
的にして構成した光学部材である。

【００５４】尚、この光学部材１１の一要素を構成する
第１、第２のプリズム５ａ，５ｂの各々の屈折率及びア
ッベ数は前述の実施形態１と同様である。

【００５５】このように本実施形態では上述の如く補正
部材５と１次元ブレーズド回折格子とを一体的に構成す
ることにより、部品点数を削減することができ、かつ簡
素な構成で高精度な調整も必要とせずに簡易な３ライン
センサー７でカラー画像を高精度に読み取ることができ
る。

【００５６】尚、各実施形態１，２においては色分解手
段として透過型の１次元ブレーズド回折格子を用いた
が、反射型の１次元ブレーズド回折格子を用いても本発
明は前述の実施形態と同様に適用することができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く色分解手段と
して透過型もしくは反射型の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、結像光学系と受
光手段との間の光路中に、副走査方向にプリズム角を有
し、互いに異なる分散を持つ複数のプリズムを貼り合せ
て全体として略平板とした補正部材を設けることによ
り、該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することができるカラー画像読取
装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の要部側面図（副走査断
面図）

【図２】 図１の補正部材の拡大説明図

【図３】 従来の透過型の回折格子による各回折光の様
子を示した副走査断面図

【図４】 本発明の実施形態１の透過型の回折格子によ
る各回折光の様子を示した副走査断面図

【図５】 本発明の実施形態２の要部側面図（副走査断
面図）

【図６】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部概
略図

【図７】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部概
略図

【図８】 モノリシク３ラインセンサーの説明図

【図９】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部概
略図

【図１０】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部
概略図

【図１１】 １次元ブレーズド回折格子による各次数の
分光エネルギー分布を示す説明図

【符号の説明】

１ 原稿面 ２ 結像光学系 ３ 色分解手段（透過型１次元ブレーズド回折格子） ４ 回折格子面 ５ 補正部材（貼り合せプリズム） ５ａ 第１のプリズム ５ｂ 第２のプリズム ６ スリット ７ 受光手段（モノリシック３ラインセンサー） ８，９，１０ ラインセンサー ａ，ｂ，ｃ，ｄ ライン間の距離 １１ 光学部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 孝幸 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） 2H042 CA00 CA08 CA10 CA14 CA17 5B047 AA01 AB04 BA01 BB03 BC04 CA17 CB05 CB09 5C072 AA01 BA04 BA19 DA10 DA20 EA05 QA03 UA18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラー画像を結像光学系により入射光束
   を副走査方向に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を介して複数のラインセ
   ンサーを同一基板面上に配置した受光手段面上に結像さ
   せ、該カラー画像と該受光手段とを副走査方向に相対的
   に走査させて、該受光手段で該カラー画像を読取るカラ
   ー画像読取装置において、 該結像光学系と該受光手段との間の光路中に、副走査方
   向にプリズム角を有し、互いに異なる分散を持つ複数の
   プリズムを貼り合せて全体として略平板とした補正部材
   を設けることにより、該受光手段面上での複数の色光の
   間隔が等間隔と成るようにしていることを特徴とするカ
   ラー画像読取装置。
2. 【請求項２】 前記補正部材は第１、第２の２つのプリ
   ズムを有し、該第１、第２のプリズムの材質の屈折率を
   各々ｎ₁ ，ｎ₂ としたとき、 ０．９５＜ｎ₁ ／ｎ₂ ＜１．０５ なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載のカ
   ラー画像読取装置。
3. 【請求項３】 前記補正部材と前記１次元ブレーズド回
   折格子は一体的に構成されていることを特徴とする請求
   項１又は２記載のカラー画像読取装置。
4. 【請求項４】 前記補正部材は前記色分解手段と前記受
   光手段との間の光路中に配置されていることを特徴とす
   る請求項１記載のカラー画像読取装置。
5. 【請求項５】 前記１次元ブレーズド回折格子は透過
   型、もしくは反射型の１次元ブレーズド回折格子より成
   ることを特徴とする請求項１又は３記載のカラー画像読
   取装置。
6. 【請求項６】 前記色分解手段は入射光束を前記ライン
   センサーの画素の並び方向と直交する方向に３つの色光
   に色分解していることを特徴とする請求項１記載のカラ
   ー画像読取装置。