JP3010686B2 - カラー画像読取装置 - Google Patents

カラー画像読取装置

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JP3010686B2 JP2143865A JP14386590A JP3010686B2 JP 3010686 B2 JP3010686 B2 JP 3010686B2 JP 2143865 A JP2143865 A JP 2143865A JP 14386590 A JP14386590 A JP 14386590A JP 3010686 B2 JP3010686 B2 JP 3010686B2
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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素子と3つのラインセン
サーを同一基板面上に設けた検出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9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15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16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17,18,19面上に
導光している。そしてラインセンサー17,18,19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
を行っている。
第10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28で集光し、後述する単一素子の寸法が7μm×7
μm又は10μm×10μm程度より成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29,3
0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の色光に基づくカラー画像を3つのラインセ
ンサー31a,31b,31c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31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。
この他、特公昭62−43594号公報ではモノリシックな
3ラインセンサーに色分解用の光学素子としてブレーズ
ド回折格子を用いて色分解したカラー画像情報を入射さ
せて、該カラー画像情報を検出するようにしたカラー画
像検出装置を提案している。
(発明が解決しようとする問題点) 第9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10図に示すカラー画像読取装置はビームスプリ
ッター29,30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2
9、30の板厚Xは35〜70μm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れ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号公報では1次元ブレーズド回
折格子によって3つの色光に色分解された光束を3ライ
ンセンサーの各ライン面上に導く方法については何ら開
示しない。
又、ブレーズド回折格子の製造上の誤差による影響、
特に回折格子の段差ピッチの誤差による対策については
何ら述べられていない。
この他3ラインセンサー面上に例えば赤、緑、青の色
フィルターを装着しないで用いる場合には各次数の回折
光が例えば第11図に示すように回折されるので1次元ブ
レーズド回折格子による回折光のうち何次の回折光が3
ラインセンサーに入射しているかを判断するのが難し
く、かつ回折格子の製造上の誤差により回折される光の
波長がばらつく為、所望の波長の光が各々ラインセンサ
ーに入射したか否かを判断するのが難しいという問題点
があった。
本発明はモノリシック3ラインセンサーと1次元ブレ
ーズド回折格子を用いて色分解してカラー画像を読取る
際、1次元ブレーズド回折格子で色分解された3つの所
定の色光が所定のラインセンサーに各々精度良く入射す
ることができるようにし、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、照明手段により原稿
面上のカラー画像を照明し、該カラー画像を投影光学系
により3つのラインセンサーを平行に同一基板面上に配
置した検出手段面上に投影し、該検出手段により該カラ
ー画像を読取る際、該投影光学系の後方に該投影光学系
からの光束を該ラインセンサーの画素の並び方向を直交
する方向に3つの色光に色分解し、各々のラインセンサ
ーに導光する1次元ブレーズド回折格子を配置すると共
に、該1次元ブレーズド回折格子で色分解された3つの
色光が該3つのラインセンサーに各々入射するように該
1次元ブレーズド回折格子と検出手段との相対的位置関
係を調整する調整手段を設けたことを特徴としている。
特に本発明では、前記検出手段の3ラインセンサー面
上に各々所定の色フィルターが装着されているときは、
前記調整手段により前記1次元ブレーズド回折格子と前
記検出手段との相対的位置を駆動部により変化させてい
ること、又前記検出手段の3ラインセンサー面上に各々
所定の色フィルターが装着されていないときは、前記調
整手段は前記1次元ブレーズド回折格子に色フィルター
を用いて各々異った色光を入射させたとき回折される色
光を用いて該1次元ブレーズド回折格子と前記検出手段
との相対的位置を変化させていることを特徴としてい
る。
(実施例) 第1図は本発明の第1実施例の光学系の要部概略図で
ある。第2図,第3図は各々第1図の一部分の拡大説明
図である。
第1,第2,第3図において1は原稿面であり、カラー画
像が形成されている。101は照明手段であり、例えばハ
ロゲンランプや蛍光灯等から成っている。102は走査手
段であり、ミラー等から成り、原稿面1を紙面内の副走
査方向103をライン走査している。2は投影光学系であ
る。3は色分解素子としての反射型の1次元ブレーズド
回折格子であり、投影光学系2からの光束を同図に示す
ように副走査方向103に所定の色光、例えばR、G、B
の3原色の色光6,7,8に分解している。4は検出手段で
あり、例えば第3図に示すように3つのCCD等のライン
センサー4a,4b,4cを互いに平行となるように同一基板20
面上に配置した所謂モノリシック3ラインセンサーより
成っている。各ラインセンサー面上には各々の色光に基
づく色フィルター(不図示)が配置されており、又各ラ
インセンサーの間隔l1,l2は色分解素子3の色分解方向
に対応し各々異った値に設定されている。
104は調整手段である。調整手段104は検出手段4を支
持するホルダー104aとホルダー104aを移動させるボール
ネジ104b、ボールネジ104bを移動させるモータ104c、そ
してモータ104cを制御する制御部104dを有している。
本実施例では原稿面1上のカラー画像からの散乱反射
光を走査手段102により走査し、該走査手段102からの光
束を投影光学系2により集光し、1次元ブレーズド回折
格子3を介して3つの色光に色分解した後に原稿面1上
のカラー画像を3つのラインセンサー4a,4b,4c面上に各
々結像している。これにより原稿面1上のカラー画像を
検出手段4で順次デジタル的に読取っている。
次に本実施例において色分解用の一次元ブレーズド回
折格子3の諸元について第2図を用いて説明する。同図
に示すように色分解方向に階段上に反射型の格子が周期
的に繰り返される構造より成っている。
このとき回折格子3に入射する光束の入射角をi、回
折格子3の格子ピッチをP、±1次回折光の波長をλ、
回折格子3から検出手段4までの距離をl、0次回折光
と±1次回折光との検出手段4(3ラインセンサー)面
上における間隔をZiとしたとき Zi=l・tan{sin-1(sini±λ/P)−i} ‥‥‥(1) となる。
今、製造上の誤差により回折格子3の格子ピッチPが
設計値よりズレたとする。このとき±1次回折光の回折
角は変化してくる為に、所定の波長の光束が各ラインセ
ンサー4a,4b,4cに入射しなく外れてくる。
即ち(1)式より明らかなように格子ピッチPが設計
値より狭い場合には0次回折光と±1次回折光との間隔
Ziは広がり、逆に広い場合には間隔Ziは狭くなってく
る。
例えば第2図において格子厚d1=d2=910nm、格子ピ
ッチP=180μmの2段階の階段状の回折格子の場合、
入射角i=30度、距離l=45.313mm、1次回折光の波長
λ+1=592nm、−1次回折光の波長λ-1=472nmとしたと
き0次回折光と±1次回折光との検出手段(3ラインセ
ンサー)4面上での間隔Z+1,Z-1は Z+1=172μm Z-1=137μm となる。
これに対して製造誤差により回折格子の格子ピッチP
がP=170μmとなったとする。このとき前述と同様な
間隔Z+1,Z-1は Z+1=183μm Z-1=146μm と変化してくる。
これは波長λ+1592nmと波長λ-1=472nmの光束が画素
サイズ10μ×10μのCCDを用いたとき、双方共に外側へ
約1画素分ずれた位置に結像することになる。
そこで本実施例ではこのときのずれを調整手段104に
より回折格子3と検出手段4との距離等の相当的位置を
変化させて補正している。例えば0次回折光が中央のラ
インセンサー4bに入射するように検出手段4を矢印a1の
如く調整手段(不図示)で移動させて調整した後に回折
格子3と検出手段4との間の距離lを調整手段104によ
り矢印a2で示す方向にl=45.313mmからl=42.681mmに
変化させて3つの色光が検出手段4面上に入射するとき
格子ピッチP=180μmのときと同様の間隔Ziとなるよ
うに補正している。
即ち、具体的には予め1次元ブレーズド回折格子の格
子ピッチPを測定し、格子ピッチPから0次回折光と±
1次回折光の検出手段面上における間隔Ziが目標値とな
るように回折格子3から検出手段4までの距離lを計算
し、治具を用いて距離設定を行い回折格子と検出手段と
の相対的位置関係を調整し、その後双方を第4図に示す
ように一体化して固定する。そしてその後のピント調整
等の工程は第4図に示すように一体化した回折格子3と
検出手段4、駆動手段105により同時に矢印a2の如く移
動させてレンズ2からの距離を調整して行う。
第5図は本発明の第2実施例の要部概略図である。
本実施例では第1図の第1実施例に比べて検出手段4
が光軸2aを中心に矢印a3のように回動手段106により90
度回転可能となるように構成した点が大きく異ってい
る。尚、第5図は第1図に比べて検出手段4を90度回転
させた状態を示している。
本実施例では同図に示す状態で原稿面1にスリット10
7を設け、該スリットを投影光学系2により回折格子3
で0次回折光と±1次回折光の3つの色光のスリット像
に色分解して3ラインセンサーに入射させている。この
うちの例えば中央のラインセンサー4b面上に結像する0
次回折光と±1次回折光を用いる。
第6図はこのときのラインセンサー4b面上における0
次回折光(G光)と±1次回折光(R光、B光)との関
係を分けて模式的に示す説明図である。
同図に示すように0次回折光Gに対する±1次回折光
R,Gとの間隔a,bを測定する。次に検出手段4を調整手段
(不図示)により矢印a1方向に調整すると共に調整手段
104で矢印a2方向にスライドさせながら回折格子3から
検出手段4までの距離lを変えて第3図に示すように3
ラインセンサーの間隔l1,l2と間隔a,bが合致し、3つの
色光が3ラインセンサーに入射するように調整する。そ
して調整が完了したら検出手段4を回動手段106により
再び光軸2aに対して90度回転させて第1図と同様の配置
に戻し、各要素を固定する。
第7図は本発明の第3実施例の概略図である。本実施
例では3ラインセンサー面上に色フィルターが装着され
ていない場合に調整手段104により回折格子3と検出手
段4との相対的位置関係を調整し、0次光及び±1次光
をラインセンサー上に結像させる場合を示している。
本実施例では原稿面1に例えばスリット701(70μm
×5mm程度)を設け、該スリット701を所定の干渉フィル
ター702〜704を通過させ、投影光学系2で回折格子3を
介して検出手段4面上に結像している。このとき第2図
に示す回折格子3の格子厚をd1=d2=950nmとしたとき
の0次回折光(中心波長λ)及び±1次回折光(中心
波長λ± )の分光特性は第8図に示す如くである。即
ち λ-1=492nm λ=548nm λ+1=618nm である。
そこで光源101で照明されたスリット701を前述の波長
λ-10+1に対応する干渉フィルター702,703,704を
順に通して回折格子3への入射光束の波長を限定し、次
のようにして0次回折光と±1次回折光が各々対応する
ラインセンサーに入射するように調整している。
まず第7図(A)に示すように波長λに対応する干
渉フィルター702をスリット701に設置し、光源101によ
り照明する。このとき検出手段4に入射する光束は波長
λの0次回折光である。そこで該0次回折光が中央の
ラインセンサー4bに入射するように調整手段104により
検出手段4を矢印a1のように光軸2aに対して垂直方向に
移動させて調整する。
次に第7図(B)又は第7図(C)に示すように波長
λ-1又は波長λ+1に対応する干渉フィルター703,704を
スリット701に装着する。ここでは同図(B)の波長λ
-1に対応する干渉フィルター703を装着した場合につい
て述べる。このとき検出手段4に入射する光は波長λ-1
の−1次回折光であり、該−1次回折光がラインセンサ
ー4aに入射するように調整手段104により検出手段4を
光軸2a方向に矢印a2の如く移動させて調整する。
ここでもし回折格子3の方向を逆方向に設置した場合
には回折光が逆方向(第7図(C)の方向)に生ずるの
でその確認もできる。
次に波長λ+1の光束に対応する干渉フィルター704に
交換し、同様のことを行い、波長λ-1と波長λ+1の場合
の出力を比較しながら回折格子3と検出手段4との相対
的位置関係をバランス良く調整する。
以上のようにして本実施例では回折格子3で色分解さ
れた3つの色光が3つのラインセンサーに精度良く入射
するように調整している。
尚、本実施例において3つの波長λ-10+1のう
ち所定の分光特性のフィルターを用いて、例えば1つの
色光を遮光し、他の2つの色光を通過するようにして、
2つの色光に対して同時に回折格子3を検出手段4との
相対的位置関係の調整を行い、各々のラインセンサー上
に結像させ、次に残りの1つの色光について調整するよ
うにしても良い。
(発明の効果) 本発明によればモノリシックな3ラインセンサーと1
次元ブレーズド回折格子を用いて色分解してカラー画像
の読取りを行う際、前述の如く調整手段により回折格子
と検出手段との相対的位置関係を調整することにより、
色分解されたカラー画像に基づく所定の3つの色光を各
々所定のラインセンサーに精度良く入射させることがで
き、デジタル的に高精度なカラー画像の読取りができる
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】
第1図は本発明の第1実施例の光学系の要部概略図、第
2,第3図は第1図の一部分の拡大説明図、第4図は第1
図の一部分の駆動状態の説明図、第5図は本発明の第2
実施例の光学系の要部概略図、第6図は第5図のライン
センサーで得られる出力信号の説明図、第7図は本発明
の第3実施例の光学系の要部概略図、第8図は第7図の
回折格子から発生する回折光の分光特性の説明図、第9,
第10図は従来のカラー画像読取装置の概略図、第11図は
回折格子から発生する各次数の回折光の説明図である。 図中、1は原稿面、2は投影光学系、3は1次元ブレー
ズド回折格子、4は検出手段、4a,4b,4cは各々ラインセ
ンサー、6,7,8は各々回折光、101は光源、102は走査手
段、103は副走査方向、104は調整手段、105は駆動手段
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 1/04 - 1/207 G06F 13/00 G06F 17/00,19/00 H04L 12/54,12/58 DIALOG,INSPEC

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】照明手段により原稿面上のカラー画像を照
    明し、該カラー画像を投影光学系により3つのラインセ
    ンサーを平行に同一基板面上に配置した検出手段面上に
    投影し、該検出手段により該カラー画像を読取る際、該
    投影光学系の後方に該投影光学系からの光束を該ライン
    センサーの画素の並び方向を直交する方向に3つの色光
    に色分解し、各々のラインセンサーに導光する1次元ブ
    レーズド回折格子を配置すると共に、該1次元ブレーズ
    ド回折格子で色分解された3つの色光が該3つのライン
    センサーに各々入射するように該1次元ブレーズド回折
    格子と検出手段との相対的位置関係を調整する調整手段
    を設けたことを特徴とするカラー画像読取装置。
  2. 【請求項2】前記検出手段の3ラインセンサー面上に各
    々所定の色フィルターが装着されているときは、前記調
    整手段により前記1次元ブレーズド回折格子と前記検出
    手段との相対的位置を駆動部により変化させていること
    を特徴とする請求項1記載のカラー画像読取装置。
  3. 【請求項3】前記検出手段の3ラインセンサー面上に各
    々所定の色フィルターが装着されていないときは、前記
    調整手段は前記1次元ブレーズド回折格子に色フィルタ
    ーを用いて各々異った色光を入射させたとき回折される
    色光を用いて該1次元ブレーズド回折と前記検出手段と
    の相対的位置を変化させ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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7428511B2 (en) 1997-03-31 2008-09-23 Hitachi, Ltd. Electronic business transaction system
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