JP2969765B2

JP2969765B2 - カラー画像読取装置

Info

Publication number: JP2969765B2
Application number: JP2091695A
Authority: JP
Inventors: 延正福澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JPH03289859A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はカラー画像読取装置に関し、特に１次元ブレ
ーズド回折格子より成る色分解手段と３つのラインセン
サーを同一基板面上に設けた読取手段を利用することに
より原稿面上のカラー画像情報を高精度に読取ることの
できるカラースキャナー、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。

（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
CCD等のラインセンサー面上に結像させて、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。

例えば第４図は従来のカラー画像読取装置の概略図で
ある。同図では原稿面１上のカラー画像からの光束を結
像レンズ20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21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CCD等から成るラインセンサー22,23,24面上に
導光している。そしてラインセンサー22,23,24面上に結
像したカラー画像を各々ライン走査し各色光毎に読取り
を行なっている。

第５図は特開昭62−234106号公報で提案されているカ
ラー画像読取装置の要部概略図である。

同図では原稿面１上のカラー画像からの光束を結像レ
ンズ25で集光し、後述する単一素子の寸法７μｍ×７μ
ｍ、又は10μｍ×10μｍ程度の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26,27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
該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28a,28b,28c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28の各ラインセンサー面上に各々
結像させている。これによりカラー画像をライン走査し
て各色光毎の読取りを行っている。

尚、色分解手段として透過型のブレーズド回折格子を
用いたものが例えば特公昭62−43594号公報で提案され
ている。

同公報では被写体面上の一点からの光束について開示
しているが画像読取りの際の主走査方向に有限な読取り
幅が存在すること、即ちライン走査による所謂画角特性
については何等開示していない。

（発明が解決しようとする問題点）第４図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、又高価となり、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。

又、第５図に示すカラー画像読取装置はビームスプリ
ッター26,27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
26,27の板厚Ｘは34〜70μｍ程度となる。

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。

又、特公昭62−43594号公報で提案されている色分解
手段を用いたとき具体的にどのようにしてカラー画像読
取りを行うかについては何ら開示していなく、特に透過
型の回折格子を用いている為にカラー画像読取装置に適
用したとき装置全体が大型化してくるという問題点があ
った。

一般にブレーズド回折格子は比較的容易に入射光束を
所定の分光特性の複数の色光に色分解することが出来る
性質を有している。しかしながらカラー画像読取装置に
用いる場合は画面全体からの拘束がブレーズド回折格子
に種々の角度で入射する。この為ブレーズド回折格子の
光学的性質により画面中央と画面周辺とからの光束に対
しては入射角度の違いに応じた色光の波長ズレが生じて
くる。この結果画面全体にわたり均一に色分解すること
が難しくなり、カラー画像の読取り誤差になってくると
いう問題点があった。

本発明では色分解手段として１次元ブレーズド回折格
子を用い、結像光学系と色分解手段の構成を適切に設定
すると共にブレーズド回折格子に入射する画面中心（軸
上）と画面周辺（軸外）とからの光束の入射角度の違い
による色分解される際の色光の波長ズレを良好に補正す
ることのできる補正手段を設けることにより装置全体の
簡素化を図りつつ、例えばR,G,Bの３つの色光でカラー
画像をデジタル的に高精度に読取ることのできるカラー
画像読取装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段）本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３つのラインセンサーを同一基板面上に配置
した読取手段面上に結像させ、該読取手段で該カラー画
像を読取る際、該結像光学系の射出瞳と該読取手段面と
の間の光路中に入射光束を３つ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設けると共
に、該カラー画像と該色分解手段との間の光路中に色分
解手段への光束の入射角度の違いによる色光の波長ズレ
を補正する光学フィルターを配置し、該光学フィルター
と該色分解手段を介し色分解された色光に基づくカラー
画像を該読取手段で読取るようにしたことを特徴として
いる。

この他本発明では光学フィルターの代わりに又は光学
フィルターと共にカラー画像を照明する照明系の特性を
制御することにより、ブレーズド回折格子を用いたとき
のブレーズド回折格子（色分解手段）への光束の入射角
度の違いによる波長ズレを補正していることを特徴とし
ている。

（実施例）第１図（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１実施例の要部平
面図（主走査断面）と要部側面図（副走査断面）であ
る。図中１は原稿面であり、カラー画像が形成されてい
る。２は結像光学系である。101はダイクロイックミラ
ーから成る光学フィルターであり、後述するように色分
解手段３への光束の入射角度の違いによる色光の波長の
ズレを補正している。３は色分解手段であり、１次元ブ
レーズド回折格子より構成されており、入射光束を３色
光に、例えば赤色光（Ｒ光）５、緑色光（Ｇ光）６、青
色光（Ｂ光）７に色分解し反射回折させている。４は読
取手段であり、複数の画素を一次元方向に配置した３つ
のラインセンサー8,9,10を同一基板面上に複数の画素の
並び方向が互いに平行となるように配置されたモノリシ
ック３ラインセンサーより成っている。

本実施例では照明系104より照明された原稿１面上の
カラー画像からの光束をダイクロイックフィルター101
を介した後結像光学系２により色分解手段３を介して、
所定の３つの色光に分解し該分解した各色像を各々対応
するラインセンサー8,9,10面上に結像している。そして
読取手段４により各々の色光に基づくカラー画像をデジ
タル式に読取っている。

本実施例の色分解手段３は第２図に示すように基板10
2に入射光束に対して所定の位相差を付与して回折させ
る位相部103を１次元方向に配置して形成した１次元ブ
レーズド回折格子より成っている。この色分解用の１次
元ブレーズド回折格子については例えばapplied Optics
（第17巻第15号、P2273〜P2279、1978年８月１日号）に
開示されている。

即ち、基本的な光学性質としては第６図に示すように
基板102に対して角度θ_０で入射する光束を３つの位相
差を付与して反射回折させるように設けた周期（ピッ
チ）Ｐの段差構造より成る位相部103を介して、所定の
３つの色光に分解して反射回折させている。

第１図（Ａ）に示すように主走査断面においては原稿
１面上には有限の読取り巾が存在し、この幅は結像光学
系２に対して画角αとなっている。今、原稿１面上から
画角αで入射した光束が結像光学系２により射出側で例
えば角度α′で出射したとする。

今、第６図に示すブレーズド回折格子３の位相部103
に対し、紙面に垂直断面内に角度α′で主光線が入射し
たとすると、光路長はこの角度α′に依存する為ブレー
ズド波長がずれてくる。

第６図に示すようにブレーズド回折格子への光束の紙
面内における入射角度をθ_０、紙面と垂直方向の面内に
おける入射角度をα′とする。又位相部103の格子厚みd
_iと位相差φ_ｉ（rad）との間には波長を入とすると次式
が成立する。

即ち、所望の位相差φ_ｉを得る波長入は格子厚みd_iが
一定であるとき軸外光（画面周辺からの光、α′≠０）
では画角αに応じて読取手段４面上で捕捉される各波長
分布がずれることとなり、結果的に色分解の際の色光の
波長ズレを起こすようになる。

例えば第６図に示すような格子厚d₁＝682nm、d₂＝136
4nmとした場合、入射角θ_０＝30度として、位相差φ_１
＝６π、φ_２＝12πとして０次回折光ブレーズド波長は
角度α′＝０（軸上、画面中心）でλ＝525nmとなるが
角度α′＝15度ではλ＝550nmとなり約25nmの波長シフ
トが生じ、又±１次回折光も長波長側へシフトしてしま
う。

これらの問題点を解決する一手段としては結像光学系
２を射出主光線が光軸と平行となる所謂射出側テレセン
トリック系より構成する方法がある。しかしながらテレ
セントリック光学系は通常の結像光学系よりもレンズ構
成が複雑となり、又射出側のレンズ外径が増大する傾向
がある。

そこで本発明では第１図に示すように原稿面１と色分
解手段３との間の光路中に入射角度の違いにより波長ず
れを起こす多層膜より成るダイクロイックフィルターか
ら成る補正手段としての光学フィルターを配置してい
る。そして１次元ブレーズド回折格子への入射角α′の
違いによる波長ズレを該ダイクロイックフィルターの画
角（角度）特性により補正し、これにより軸上（画面中
心）と軸外（画面周辺）からの光束の読取手段４面にお
ける波長ズレを補正している。

例えば１次元ブレーズド回折格子３で異なる分光分布
に分離された３光束（R,G,B光）の軸上での分光分布は
第３図に示すようになる。１次元ブレーズド回折格子３
の分光透過率を第３図のようにしておくと軸外（α′≠
０）では前述したように色分解された３光束の波長分布
は各々長波長側にシフトする。一方ダイクロイックフィ
ルターの分光透過率は軸外では一般に短波長側にシフト
する。

このように双方の画角特性が相殺するようになってい
る為１次元ブレーズド回折格子による軸外光束の読取手
段４面上での波長ズレ（ピーク波長のズレ）を補正する
ことが可能となる。

以上のように本発明では１次元ブレーズド回折格子に
よる画角特性とダイクロイックフィルターによる画角特
性が光学的に互いに逆の作用をすることを利用し、これ
によりカラー画像の良好なる読取りを行っている。

又、本発明においては結像光学系に完全なテレセント
リック光学系（射出角α′≒０）でなく準テレセントリ
ック光学系を用いた場合には略完全に軸外での波長ズレ
を補正することが可能となる。

尚、本発明において光学フィルターとしてダイクロイ
ックフィルターの他に例えば第７図の曲線A,Bで示すよ
うな分光透過率を有する光学フィルターを設け、該光学
フィルターの画角特性が入射角が増大したとき短波長側
にシフトするように設定しておけば前述と同様の効果を
得ることができる。

本発明において入射角度により波長シフトをする光学
フィルターを光路中に設ける代わりに、光学フィルター
と同様な光学的作用をする多層膜を結像光学系中の少な
くとも１つのレンズ面に施しても良い。

本発明において光学フィルターを用いたときの読取手
段面上での光量の絶対値の変動に対してはシェーディン
グ補正を行うか、又は照明系の光源の光量分布を変化さ
せるか、又は所定の特性を有した光量補正板を結像光学
系近傍に配置すれば良好に補正をすることができる。

この他本発明においては前述の光学的性質を有する光
学フィルターを用いる代わりに原稿面を照明する照明系
に画角に応じて分光エネルギー分布（色温度）が異なっ
ているもの、例えば画面中心近傍（軸上近傍）では色温
度が低く、画面周辺（軸外）では色温度が高くなるよう
に設定した光源を用いても良く、又は前述の光学フィル
ターと共に用いても前述したブレーズド回折格子による
画角特性を良好に補正することが出来る。

（発明の効果）本発明によれば入射光束を所定の色光の光束に色分解
するブレーズド回折格子を用いてカラー画像の読取りを
行う際、該ブレーズド回折格子への光束の入射角度の違
いによる波長ズレを前述した構成の光学フィルター又は
／及び照明系を用いて補正することにより、装置全体の
簡素化を図りつつ所定の色光で該カラー画像をデジタル
的に高精度に読取ることの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】

第１図（Ａ），（Ｂ）は本発明の一実施例の要部平面図
と要部側面図、第２図は第１図の一部分の説明図、第３
図は本発明に係るダイクロイックフィルターの分光特性
の説明図、第4,第５図は従来のカラー画像読取装置の概
略図、第６図は本発明に係るブレーズド回折格子の説明
図、第７図は本発明に係る他の光学フィルターの分光特
性の説明図である。図中、１は原稿面、２は結像光学系、３は色分解手段、
４は読取手段、5,6,7は光束、8,9,10はラインセンサ
ー、101は光学フィルター、102は基板、103は位相部、1
04は照明系である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 1/028

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】カラー画像を結像光学系により３つのライ
ンセンサーを同一基板面上に配置した読取手段面上に結
像させ、該読取手段で該カラー画像を読取る際、該結像
光学系の射出瞳と該読取手段面との間の光路中に入射光
束を３つ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設けると共に、該カラー画像と該
色分解手段との間の光路中に該色分解手段への光束の入
射角度の違いによる色光の波長ズレを補正する光学フィ
ルターを配置し、該光学フィルターと該色分解手段を介
し色分解された色光に基づくカラー画像を該読取手段で
読取るようにしたことを特徴とするカラー画像読取装
置。
【請求項２】前記光学フィルターとしてダイクロイック
フィルターを用いたことを特徴とする請求項１記載のカ
ラー画像読取装置。
【請求項３】照明系で照明されたカラー画像を結像光学
系により３つのラインセンサーを同一基板面上に配置し
た読取手段面上に結像させ、該読取手段で該カラー画像
を読取る際、該照明系により該カラー画像を画角に応じ
て異った色温度で照明すると共に、該結像光学系と該読
取手段面との間の光路中に入射光束を３つの色光に色分
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
設け、該色分解手段で色分解された色光に基づくカラー
画像を該読取手段で読取るようにしたことを特徴とする
カラー画像読取装置。
【請求項４】前記カラー画像と前記色分解手段との間の
光路中に該色分解手段への光束の入射角度の違いによる
色光の波長ズレを補正する光学フィルターを配置したこ
とを特徴とする請求項３記載のカラー画像読取装置。
【請求項５】前記光学フィルターは前記色分解手段によ
って色分解された光束の波長分布が長波長側にシフトす
るのを、短波長側にシフトさせることにより、読取手段
面上での波長ズレを補正していることを特徴とする請求
項1,2又は４のカラー画像読取装置。
【請求項６】前記光学フィルターの画角特性は前記色分
解手段による画角特性と光学的に逆の作用をすることを
特徴とする請求項1,2又は４のカラー画像読取装置。