JP2558477B2 - 光学系における光束の波長帯域調整機構 - Google Patents

光学系における光束の波長帯域調整機構

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、対象物が持つ視覚的な情報を読み取るた
めの光学系であって、波長帯域を限定する着色フィルタ
ーを有する光学系における光束の波長帯域調整機構に関
するものである。
従来の技術 例えば複写機(白黒)やファクシミリといった対象物
の輝度情報を検出するモノクロ光学装置では、光源によ
って照明された読取対象からの光束を受光手段としての
感光体あるいはCCD等に導いて読取対象が有する輝度情
報を検出し、これをハードコピーとして、あるいは電気
信号として出力するようにしている。
ここで、上記装置に用いられている受光手段は、一般
的に赤色側(長波長側)の感度が相対的に高いという特
性を有しているものが多いため、これに対する対象を何
ら講じないと、光源と受光手段との特性によって決定さ
れる装置の分光感度が比視感度とかけ離れたものとなっ
てしまい、例えば複写されたハードコピーでは朱肉等の
像が白くとんで見えることとなる。
そこで、このような装置では光源から受光手段に至る
光路中に、光束中の赤色側成分の強度を減衰させる赤外
カットフィルターを挿入し、装置の分光感度を比視感度
に近接させるようにしている。
また、カラーカメラやカラー複写機のように対象物の
輝度情報と色情報とを検出するカラー光学装置では、撮
影対象からの光束を例えばR、G、B(赤、緑、青)の
三色に分光してそれぞれ別個の撮像素子で受光するよう
にしているが、ここでは分光のための波長帯域限定部材
として、ショートパス、バンドパス、ロングパスの機能
を有するフィルターや同様の反射特性を有するミラーを
用いている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述したような装置の光学系において
は、波長帯域を限定するために用いられているフィルタ
ーやミラー等のロットによる限定波長のバラツキに起因
して、モノクロ光学装置においては特定の色の部分にお
ける濃度のバラツキや全体的な光量変動による濃度のバ
ラツキが生じ、カラー光学装置においてはR、G、B各
色の濃度の変化による色再現性のバラツキが生じ、本来
同一であることが望ましい同種装置の特性が個体によっ
て種々異なるものとなってしまうという問題点があっ
た。
例えば、着色フィルターでは、着色層の厚さと色素の
着色度とによって決定される限定波長に、色素の着色度
のバラツキや温度変化によって通常設計地±10nm程度の
誤差が生じる。
また、誘電体干渉フィルターにおいてもガラス基板上
にコーティングされた誘電体層の蒸着厚のバラツキ等に
起因して、限定波長に通常設計値±10nm程度の誤差が生
じる。
発明の目的 この発明は、上述した問題点に鑑みてされたものであ
り、着色フィルターのロットによる限定波長のバラツキ
を補正して同種装置の光学特性を均一に保つことのでき
る光学系における光束の波長帯域調整機構を提供するこ
とを目的とする。
問題点を解決するための手段 この発明は上記の目的を達成させるため、光学系の光
路中に、光束が入射する位置によって着色層の厚さが異
なる波長限定用の着色フィルターを設けると共に、この
着色フィルターを光束の光軸と略垂直な方向へ変位可能
とし、着色フィルターの位置調整によって着色フィルタ
ーに対する光束の入射位置を変化させることにより、着
色フィルターによる限定波長を変化させることを特徴と
したものである。
発明の原理 以下、この発明の原理を図面に基づいて説明する。
波長帯域限定用の着色フィルターは、着色層の厚さ、
すなわち光束が透過する距離を変化させることにより波
長特性をコントロールできることが知られている。
着色層の標準厚t0における波長λの光束に対する内部
透過率τとすると、長さtにおける内部透過率τは
式によって導かれる。
そして、着色フィルターの表面反射による損失係数を
Pとすると、着色フィルター全体としての通過率Tは
式によって求められる。
例えば、第2図に実線で示したように、波長λ=480n
mの入射光に対し標準厚t0=2.5mmにおける透過率τ
0.430、損失係数P=0.916をとるシャープカットオフ
(短波長カット)フィルターY48を用いた場合、各数値
を式に代入すると式の通りとなる。
T=0.916×0.430(t/2.5)=0.394(t/2.5) …… 第3図は、厚さtを変化させた際の透過率Tの変化を
式に従って計算したものである。この図から、着色フ
ィルターの透過率は着色層の厚さに対応して一義的に決
定されることが理解できる。
また、厚さtの変化による透過率Tの変化はλ480nm
の光ばかりでなく、他の波長の光においても同様に起こ
るため、第2図に示した透過率曲線は全体としてシフト
することとなり、限定波長が変化することとなる。例え
ば、上記の着色フィルター厚さをt=1.0mmとすると、
透過率曲線は全体として−10nmシフトして第2図に一点
鎖線で示したようなものとなり、厚さをt=6.3mmとす
ると、透過率曲線は全体として+10nmシフトして第2図
に破線で示したようなものとなる。
従って、光束の入射する位置によって着色層の厚さt
が最小1.0mm〜最大6.3mmの間で変化するような着色フィ
ルターを用いれば、着色フィルターの位置調整によって
着色度のバラツキによる限定波長のバラツキを±10nmの
範囲で標準的な値に補正することができる。
なお、上記の説明ではシャープカットオフフィルター
についてのみ述べたが、熱線吸収フィルターや3色分解
用青,緑,赤フィルター等においても同様に厚さの変化
によって透過率曲線をシフトさせることができる。
第4図及び第5図は、上記説明において述べた「光束
の入射する位置によって着色層の厚さが変化する着色フ
ィルター」の具体的な構成例を示したものである。
第4図(a)(b)に示した着色フィルターA,A′
は、着色層1の光入射側端面1aと光出射側端面1bとが互
いに所定の角度で傾斜して着色層1の厚さが最小値ts
最大値tLの間で連続的に変化する構成とされている。
但し、第4図(a)に示した着色フィルターAは着色
層1のみによって構成されていためフィルター全体とし
ての形状がテーパ状となっている。従って、入射した光
束は透過によって屈折し、入射する際とは異なる方向へ
出射することとなる。
装置によっては屈折が問題とならない場合もあるが、
屈折が好ましくない場合には第4図(b)に示した着色
フィルターA′を使用すればよい。この着色フィルター
A′は、全体の厚さが光束の入所位置に拘らず一定とな
り、かつ入射端面と出射端面とが平行となるように、屈
折率が着色層1と略等しい無着色層2を着色層1に接合
して構成している。このような構成とすることによって
入射光と出射光との方向を一致させことができる。
第5図(a)(b)に示した着色フィルターB,B′
は、着色層1の光入射側端面1aと光出射側端面1bとが互
いに平行で、かつ、着色層1の厚さがtS,tM,tLの3段階
で階段的に変化する構成とされている。なお、この段階
はより細かいものとしてもよい。
但し、第5図(a)に示した着色フィルターBは着色
層1のみによって構成されているためフィルター全体と
しての形状が階段状となっている。従って、透過光束の
光路長は入射位置によって変化することとなる。
一方、第5図(b)に示した着色フィルターB′で
は、着色層1の形状は階段状であるが、全体の厚さが光
束の入射位置に拘らず一定となり、かつ入射端面と出射
端面とが平行となるように、屈折率が着色層1と略等し
い無着色層2を着色層1に接合して構成している。この
ような構成とすることによって光束の入射位置に拘らず
光路長を一定とすることができる。
実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
〔第1実施例〕 第1図はモノクロ光学装置としてのファクシミリの光
学系を概略的に示したものである。
図中の符号3は透明板から成る原稿台であり、この原
稿台3上を読取対象物である原稿4が移動する。原稿台
3の図中下方には、原稿4を照明する光源としての蛍光
ランプ5と、原稿4の有する視覚的情報を光電変換する
CCD6とが設けられている。
また、これらの蛍光ランプ5とCCD6との間の光路中に
は、蛍光ランプ5によって照明された原稿4からの反射
光をCCD6へ導くミラー7a,7b,7cと、透過する光束の波長
帯域を限定する長波長域カット用の着色フィルター8
と、この着色フィルター8を透過した光束をCCD6の受光
面上に結像させるレンズ9とが設けられている。
この光学系においては、蛍光ランプ5とCCD6と長波長
域カット用の着色フィルター8との光学特性によって決
定される装置の分光特性を比視感度に近接させるため、
着色フィルター8に特定の限定波長を持たせることが望
ましいが、この限定波長には前述したように設計値±10
nm程度のロットによる誤差が予想されるため、これを補
正しなければならない。
そこで、この例の着色フィルター8は前述の第4図
(b)に示した着色フィルターA′と同様な構成とされ
ており、光束の光軸lと略垂直な方向へ変位可能に設け
られている。
このような構成とすれば、着色フィルター8の着色度
のバラツキに起因する限定波長の誤差があったとして
も、着色フィルター8の位置調整によって着色フィルタ
ー8に対する光束の入射位置を変化させることにより、
この誤差を補正することができる。
また、装置の作動等によって温度変化があり、これに
起因して着色フィルター8の限定波長が変化した場合に
も、上記の調整によって補正することが可能である。更
に、温度変化を検出して着色フィルター8を自動的に位
置調整する構成としてもよい。
〔第2実施例〕 次にこの発明の第2実施例を第6図によって説明す
る。
第6図はカラー光学装置としてのカラーカメラの光学
系を概略的に示したものである。図中の符号10は被写体
からの光束を入射させる撮影レンズ、11、12、13は入射
した光束を分離するプリズム、14、15、16は撮像素子と
してのCCDである。なお、プリズム11にはRGB中のB成分
を反射させるダイクロイック面11a、プリズム12にはR
成分を反射させるダイクロイック面12aが形成されてい
る。3つのCCDはそれぞれRGBの各色を受光するようにな
っており、各プリズムとCCDとの間にはダイクロイック
面で分離された色成分を所定の分光特性に補正するトリ
ミングフィルターとしての着色フィルター17、18、19が
設けられている。
上記の各着色フィルターは、17が600nmより長波長側
の光束を透過させる赤色フィルター、18が500〜600nmの
波長の光束を透過させる緑色フィルター、19が500nmよ
り短波長側の光束を透過させる青色フィルターとされて
おり、各々第4図(b)と同様の構成とされ、入射する
光束の光軸と略垂直な方向へ変位可能とされている。
上記の実施例のような構成のカラーカメラでは、RGB
の分光は主としてダイクロイック面11a、12aによって行
われるが、各フィルター17、18、19の位置調整により色
分解精度及び色再現性の細かい調整を行うことができ
る。また、装置の外部からこの位置調整を行い得る構成
としておけば、ユーザーが自由に感色性、色再現性を設
定することができる。
なお、赤,青色フィルター17、19には、位置調整によ
るバラツキの補正という第1実施例と同様の効果を持た
せることができるが、緑色フィルター18は長波長側と短
波長側とで限定波長を独立して変化させることはできな
いため、効果としては主として上述した色分解精度及び
色再現性の調整を挙げることができ、前述した第1実施
例における限定波長の補正という用途は、長短一方側の
補正のみが重要になる場合等を除き副次的となる。
効果 以上、説明してきたように、この発明によれば、着色
フィルターのロットによる限定波長のバラツキや温度変
化による限定波長の変化を補正することにより、色によ
る部分的な濃度の変化や全体の濃度の変化、あるいは、
R、G、B各色の濃度の変化による色再現性の変化を補
正して、同一機種の装置の特性を均一化することができ
る。
また、逆に上記の変化を積極的に利用することによっ
て好みの光学特性を装置に与えることもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第6図はこの発明に係る波長帯域調整機構を説
明するための図であり、第1図はファクシミリの光学系
を示す説明図、第2図はシャープカットオフフィルター
の透過率特性を示すグラフ、第3図は第2図に示したフ
ィルターの波長480nmの入射光束に対する着色層の厚さ
と透過率との相関を示すグラフ、第4図(a)(b)は
着色層の厚さが連続的に変化する着色フィルターの構成
の説明図、第5図(a)(b)は着色層の厚さが階段的
に変化する着色フィルターの構成の説明図、第6図はカ
ラーカメラの光学系を示す説明図である。 A,A′,B,B′……着色フィルター 1……着色層 1a……入射側端面 1b……出射側端面 2……無着色層 8……長波長域カット用着色フィルター 17……赤色フィルター 18……緑色フィルター 19……青色フィルター l……光軸

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対象物からの光束を受光して前記対象物が
    有する視覚的情報を検出する光学系の光路中に、前記光
    束が入射する位置によって着色層の厚さが異なる波長限
    定用の着色フィルターを設けると共に、前記着色フィル
    ターを前記光束の光軸と略垂直な方向へ変位可能とし、
    前記着色フィルターの位置調整によって前記着色フィル
    ターに対する前記光束の入射位置に変化させることによ
    り、該着色フィルターによる限定波長を変化させること
    を特徴とする光学系における光束の波長帯域調整機構。
  2. 【請求項2】前記着色フィルターは、前記着色層の光入
    射側と光出射側との端面が互いに所定の角度で傾斜する
    構成とされ、前記着色層の厚さが連続的に変化すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の光学系にお
    ける光束の波長帯域調整機構。
  3. 【請求項3】前記着色フィルターは、前記着色層の光入
    射側と光出射側との端面が互いに平行な構成とされ、前
    記着色層の厚さが階段的に変化することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載の光学系における光束の波長
    帯域調整機構。
  4. 【請求項4】前記着色フィルターは、全体の厚さが光束
    の入射位置に拘らず一定となり、かつ入射端面と出射端
    面とが平行となるように、屈折率が前記着色層と略等し
    い無着色層を前記着色層に接合して構成されたことを特
    徴とする特許請求の範囲第2項及び第3項のいずれかに
    記載の光学系における光束の波長帯域調整機構。
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