JP3033167B2

JP3033167B2 - カラー画像読取装置

Info

Publication number: JP3033167B2
Application number: JP2265936A
Authority: JP
Inventors: 中井　　武彦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-10-03
Filing date: 1990-10-03
Publication date: 2000-04-17
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JPH04142862A

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、原稿面上に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５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６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つ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５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６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。

一般に１次元ブレーズド回折格子を用いて入射光束を
３色光に色分解し、該色光に基づいてカラー画像をモノ
リシックな３ラインセンサーを用いて読取るカラー画像
読取装置は比較的簡易な構成により高精度な読取りがで
きるという特長がある。

このときの１次元ブレーズド回折格子で色分解された
３つの色光は回折格子からの回折角が各々異なり、所定
面上、例えば３ラインセンサー面上での各色光の光束間
隔が異なっている。この為、３ラインセンサーの間隔を
非対称に配列させて構成する必要があり、その製作が大
変困難になってくる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入射光束を色分解してカラー画
像をデジタル的に読取る際、１次元ブレーズド回折格子
を適切に構成することにより、１次元ブレーズド回折格
子で回折された３つの色光間隔が等しくなり、３つのラ
インセンサー面上に等間隔で入射するようにし、これに
より３ラインセンサーの製作を容易にしたカラー画像読
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、照明手段で照明され
た原稿面上のカラー画像を結像光学系により１次元ブレ
ーズド回折格子を介して３つのラインセンサーを同一基
板面上に平行に配置した読取手段面上に投影し、該読取
手段により該カラー画像を読取るカラー画像読取装置に
おいて、該１次元ブレーズド回折格子は格子ピッチが異
なる複数の回折格子を有し、該複数の回折格子のうち１
つの回折格子と該１つの回折格子に隣接する他の回折格
子とは格子ピッチが軸上及び軸外の双方において互いに
異なると共に入射光束を３つの色光に色分解し、このと
き該３つの色光間隔が等間隔となるように構成されてい
ることを特徴としている。

この他本発明では、前記複数の回折格子は互いに格子
厚が異なっていてもよく、又前記複数の回折格子は各々
前記結像光学系の画角に応じた方向に格子ピッチ又は／
及び格子厚が変化していても差しさわりない。

（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）、第１
図（Ｃ）は同図（Ｂ）の拡大説明図である。

図中１は原稿面であり、カラー画像が形成されてい
る。２は結像光学系であり、射出側の主光線が光軸と平
行となって射出する所謂射出型テレセントリック系とな
るように構成されている。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、透過回折さ
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で、かつ等間隔
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。

101は照明手段であり、例えばハロゲンランプや螢光
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を副走査方向103にライン走査して
いる。104はスリットであり、ラインセンサー8,9,10の
画素の並び方向（主走査方向）に長い開口部を有してお
り、副走査方向103に移動可能となっており、不要なノ
イズ光がラインセンサー8,9,10に入射するのを防止して
いる。

本実施例では照明手段101で照明された原稿面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からの光束を結像光学系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上のカラー画像を読取手段４
を構成する３つのラインセンサー8,9,10面上に各々結像
している。これにより原稿面１上のカラー画像を読取手
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１次元ブレーズド回
折格子３の諸元について説明する。

本実施例に係る１次元ブレーズド回折格子の基本的な
構成及び光学的作用については、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所定角度で入射する
光束に３つの位相差を付与して回折させるように周期
（格子ピッチ）Ｐの段差構造より成る位相部より成る回
折格子を利用して所定の３つの色光に分解して反射又は
透過回折させている。

本発明の特長とする１次元ブレーズド回折格子は第２
図、第３図に示すように基板3a上にｘ方向（副走査方
向）に階段状の異なって形状の回折格子3bを各々異なっ
た周期（格子ピッチ）Ｐで形成している。

同図では回折格子3bとして２種類の回折格子3b1,3b2
を各々周期P1,P2で２つの領域3c1,3c2に各々設けてい
る。

第３図は本実施例の１次元ブレーズド回折格子３の正
面概略図を示しており、同図に示すように１次元ブレー
ズド回折格子３のうち領域3c1（3c2）には回折格子3b1
（3b2）が周期P1（P2）で設けられている。

本実施例では、このような構成により１次元ブレーズ
ド回折格子３から回折される３つの色光の回折角を調整
し、３つの色光間隔が等間隔となるようにしている。即
ち所定面上の３つの色光が等間隔で入射するようにして
おり、これにより３ラインセンサーのセンサー間隔が等
しくなるようにしている。

次に本発明に係る１次元ブレーズド回折格子の構成を
説明する前に従来の１次元ブレーズド回折格子を用いた
場合の問題点について第７図を用いて説明する。

一般に回折格子に入射した光束が回折される際、ｍ次
の回折光の回折色（分離角）θは回折格子の格子ピッチ
をＰ、光束の波長をλとすると Psinθ＝ｍλ となる。

今、回折格子により赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色
（Ｂ）の３つの色光に色分解された光束を用いるものと
する。尚、このときの波長λは色分解格子の性能上、例
えばＲがλ＝610nm、Ｇがλ＝530nm、Ｂがλ＝470nmで
あるとする。このとき格子ピッチＰは通常の回折格子の
場合はＰ＝160μｍ程度である。今０次回折光にＧをと
るとＲとＢの±１次回折光の回折角θ_R,θ_Ｂは各々 θ_Ｒ＝0.218（deg） θ_Ｂ＝0.168（deg）となる。回折格子とラインセンサー間の距離を35mmとす
ると第７図に示すようにラインセンサー面上における各
センサー8,9,10の間隔l₁,l₂はＲとＧではl₁＝133.4μ
ｍ、ＧとＢではl₂＝102.8μｍ程度となる。このように
従来の１次元ブレーズド回折格子を用いるとラインセン
サー１素子の寸法が７μｍ×７μｍ程度であることを考
えると３ラインセンサーを平行に等間隔で配列した読取
手段を用いると３色光のうち２色光はラインセンサー面
上に導光させることができるが、残りの１色光はライン
センサー面上に導光することができなくなってくる。

この為、従来の１次元ブレーズド回折格子を用いた場
合には第７図に示すように３ラインセンサーの各センサ
ー間隔l₁,l₂を変えて非対称にする必要があった。

これに対して本発明に係る１次元ブレーズド回折格子
は前述した第2,第３図に示すように格子ピッチP1の回折
格子3b1を領域3c1に、格子ピッチP2の回折格子3b2を領
域3c2に設けて構成している。

具体的に数値例を示すと例えば領域3c1に設ける回折
格子3b1の格子ピッチP1をP1＝160μｍとし、この回折格
子3b1で色分解された光束のうち０次回折光に緑色
（Ｇ）をとり、１次回折光に赤色（Ｒ）を用いる。この
ときのＲの回折角（分離角）θ_Ｒは θ_Ｒ＝0.218（deg）となる。

一方、領域3c2に設ける回折格子3b2は青色（Ｂ）の回
折角（分離角）θ_ＢがＲの回折角θ_Ｒと等しくなるよう
に、即ち θ_Ｂ＝0.218（deg）となるように格子ピッチP2を決めている。即ち本実施例
ではP2＝123.3μｍとなっている。

次に本発明に係る１次元ブレーズド回折格子として適
用可能な他の実施例について説明する。

（Ｉ）格子ピッチの異なる２つの回折格子を基板面上の
異なる領域3c1,3c2に形成する際、第４図（Ａ），
（Ｂ）に示すように階段状の回折格子3b1,3b2の向きを
第２図で示す一方向に配置する代わりに逆向きに配置し
て構成しても良い。

これによれば格子ピッチP1の回折格子3b1における回
折でＲとＧが最適となるような設計をし、格子ピッチP2
の回折格子3b2における回折でＢとＧが最適となるよう
に設計することができ、より高精度な色分解が可能とな
る。

（II）格子ピッチP1の回折格子3b1と格子ピッチP2の回
折格子3b2の格子厚d₁,d₂を互いに独立して異なった厚さ
で設定しても良い。これによれば通過光束間に所望の位
相差を容易に付与することができ、回折光の最適化の自
由度が増加し、より高精度な色分解が可能となる。

（III）透過型の１次元ブレーズド回折格子の代わりに
反射型の１次元ブレーズド回折格子を用いても良い。こ
の場合光束間に所定の位相差を付与するのに回折格子の
格子厚を透過型の場合に比べて薄くすることができ製作
上容易となる。

（IV）結像光学系として射出テレセントリック系を用い
ない場合には主走査断面内において軸外のカラー画像か
らの主光線は回折格子に斜入射する。この為軸上の主光
線が垂直入射する場合に比べて回折格子内での実光路長
が異なってくる。そうすると回折格子で回折されるブレ
ーズド波長がずれてきて、軸上と軸外とでは異なった色
光（ピーク波長が異なった色光）が１つのラインセンサ
ー面上に入射し、この結果カラー画像の読取り精度が低
下してくる。

そこで一方の領域3c1内における回折格子3b1のうち軸
上から軸外（ｙ方向）にかけて、即ち画角に応じて回折
格子の格子ピッチを変えて構成するのが良い。このこと
は領域3c2内の回折格子3b2についても同様である。

これによれば３ラインセンサーのライン間隔を等間隔
とした状態で、結像光学系の軸上から軸外（ラインセン
サーの素子の並び方向、ｙ方向）における色光のピーク
波長を同一とすることができ、高精度の色分解が可能と
なる。

（Ｖ）（IV）と同様の理由により領域3c1内における
回折格子3b1のうち、軸上から軸外（ｙ方向）にかけて
即ち画角に応じて回折格子の格子厚を順次変えて構成す
るのが良い。

このことは領域3c2内の回折格子3b2についても同様で
ある。これにより軸上から軸外にかけての回折格子内に
おける各光束間の光路長を等しくし、各光束に一定の位
相差を付与し、軸上と軸外とのブレーズド波長のずれを
防止し、１次元ラインセンサー面上でのピーク波長を等
しくした高精度な色分解を可能としている。

（発明の効果）本発明によればモノリシックな３ラインセンサーを用
いてライン走査し、カラー画像の読取りを行う際、色分
解素子としての１次元ブレーズド回折格子を前述の如く
設定することにより、３つの色光に色分解された各光束
間隔を等間隔にすることができ、簡易な構成の３ライン
センサーによりカラー画像を高精度に読取ることができ
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】

第１図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明のカラー画像読
取装置の要部平面図と要部側面図と一部拡大説明図、第
２図，第３図は本発明に係る１次元ブレーズド回折格子
の説明図、第４図（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る１次元
ブレーズド回折格子の他の実施例の説明図、第5,第６図
は従来のカラー画像読取装置の要部概略図、第７図は従
来の１次元ブレーズド回折格子を用いたカラー画像読取
装置の要部概略図である。図中、１は原稿面、２は結像光学系、３は色分解素子
（１次元ブレーズド回折格子）、４は読取手段、8,9,10
はラインセンサー、101は照明手段、102は走査手段、10
4はスリット、3b1,3b2は回折格子である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】照明手段で照明された原稿面上のカラー画
像を結像光学系により１次元ブレーズド回折格子を介し
て３つのラインセンサーを同一基板面上に平行に配置し
た読取手段面上に投影し、該読取手段により該カラー画
像を読取るカラー画像読取装置において、該１次元ブレ
ーズド回折格子は格子ピッチが異なる複数の回折格子を
有し、該複数の回折格子のうち１つの回折格子と該１つ
の回折格子に隣接する他の回折格子とは格子ピッチが軸
上及び軸外の双方において互いに異なると共に入射光束
を３つの色光に色分解し、このとき該３つの色光間隔が
等間隔となるように構成されていることを特徴としてい
ることを特徴とするカラー画像読取装置。
【請求項２】前記複数の回折格子は互いに格子厚が異な
っ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。
【請求項３】前記複数の回折格子は各々前記結像光学系
の画角に応じた方向に格子ピッチ又は／及び格子厚が変
化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。