JPH02223270A - カラー画像読取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は固体撮像素子を用いてカラー画像を読取る装置
、特に被写体からの光を、結像光学系及びこれに向かっ
て凹となる様に湾曲した１次元ブレーズド回折格子を介
して複数の固体撮像素子アレイに導くカラー画像読取り
装置に関する。

［従来の技術］ 従来、原稿等の被写体を副走査方向にライン走査しその
画像を固体撮像素子（ＣＣＤセンサー等）アレイでカラ
ー読取りするものとして、第８図に示す如き装置が知ら
れている。同図において、解明用光源（不図示）からの
光で照らされた原稿面ｌの一部上の情報は、この情報を
含む光束が、結像光学系１９を介してスリ二ピース（３
Ｐ）プリズム２ｏで３色に分解された後、３つの１ライ
ンＣＯＤセンサー２１．２２，２３に結像されることに
より、読取られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし乍ら、この従来例では、センサーが独立に３つ必
要であり、また通常、３Ｐプリズム２０は製作上高精度
が要求されるので、コストが高（つ（、更に、集光光束
と各センサー２１．２２．２３との調整が各々３つ独立
に必要であり、製作の困難度が高いなどという欠点もあ
った。

そこで、センサーアレイを、３ライン、同一基板上に平
行に有限距離離して作りっけ、モノリシックな３ライン
センサーとして３ラインを１素子上にＩＩすることが考
えられるこの３ラインセンサー２４を第９図に示す。図
中、３ライン２５．２６．２７間の距離Ｓ　ｌ＊　Ｓ　
ｚは様々な製作上の条件から例えば０．１〜Ｏ，’２ｍ
ｍ２ｍｍ程り、各単素子２８の幅ｗ＋、ｗｚは例えば７
μｍＸ７ｇｍ。

１０ｕｍＸ１０ＬＬｍ程度である。

こうしたモノリシック３ラインセンサーを受光素子に用
いたカラー画像読取り装置として公知な構成を第１０図
に示す、同図において、原稿面１の情報を副走査方向に
ライン走査して読取るにあたり、原稿面１からの光は、
結像光学系２９を介して、２色性を有する選択透過膜が
付加された色分解用ビームスプリッタ−３０，３１で３
色の３光束に分離された後、モノリシック３ラインセン
サー３２上の対応する各ライン素子上に集光される。

しかし、第１Ｏ図に示す如（、ビームスプリッタ−３０
，３１の板厚をＸとしたとき、センサー３２上のライン
間距離は２Ｆ丁Ｘとなり、前述の様にライン開路！　（
２ｒ丁Ｘ）を０．１〜０．２ｍｍ程度とすると、板厚（
Ｘ）は３５〜７０μｍ程度ということになる。この数値
は面の平坦度等のことを考えると、製作上容易ではない
。

更に、こうしたモノリシックな３ラインセンサーを用い
た別の構成のカラー画像読取り装置も公知である。この
構成では、上述したモノリシック３ラインセンサーに対
応し得るような色分解手段として、ブレーズド回折格子
を含む光学系が用いられている。

しかし乍ら、この構成では、被写体面の１点からの光に
ついてのみ考慮が払われ、主走査方向に有限な読取り幅
が被写体面に存在することによる所謂画角特性の点につ
いては何ら考慮されていない。

従って１本発明の目的は、上記の問題点を解決したカラ
ー画像読取り装置を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明によれば、被写体面からの画像情報光束が、結像
光学系及びこの光学系に向がって凹となる様に湾曲した
１次元ブレーズド回折格子を介して、複数ラインセンサ
ー上の１次元センサニアレイに導かれる構成となってい
る。

この構成により、有限幅の画像情報からの光を１色ズレ
な（、異なる波長域から成る複数の光束に分離し、この
色分解光を対応する各センサーアレイに正しく結像させ
ることができる。

更に、１次元ブレーズド回折格子の格子ピッチが、画角
に応じて変化する結像光学系からの射出光の射出角に対
応して連続的に変化するようにすれば１色分解光を対応
する各センサーアレイ上により正確に結像させることが
できる。

［実施例］ 第１図と第２図は本発明の一実施例を示す同図において
、原稿面ｌ上の画像情報は、この原稿面ｌと結像光学系
２との間に配置されるミラー（不図示）等により副走査
方向にライン走査され、そして画像情報光は、結像光学
系２を介して、主走査断面図においてこの光学系２に向
かって凹となる様に湾曲した３色分解用１次元ブレーズ
ド回折格子３に導かれる。ここで、情報光は所謂カラー
読取りにおける３色（例えばＲ，Ｇ、Ｂ）の光束５６．
７に図中Ｚ方向に分離され、その後この色分解光はモノ
リシック３ラインセンサー４上の各センサーアレイ８，
９．１０上に結像される。３ラインセンサー４のセンサ
ー面はライン走苔方向（副走査方向）と平行になってい
る。

１次元ブレーズド回折格子については、Ａｐｐｌｉｅｄ
　　０ｐｔｉｃｓ誌、第１７巻、第１５号、２２７３〜
２２７９ページ（１９７８年８月１日号）に示されてお
り、その形状は副走査断面において第３図及び第４図に
示す如きものである。

ここで１本発明の原理をより良く理解するために、１次
元ブレーズド回折格子が通常のものであるとき、第１図
と第２図の構成において如何なる問題が起こるかを詳説
する。実際の読取り装置を構成する上で、第１図に示す
通り、有限な読取り幅ｙが必要であり、よって結像光学
系２に対して画角αが存在する、従って、主走査断面に
て、結像光学系２の光軸外の点からの光束は、その主光
線がαなる角度で結像光学系２に入射し、第１１図に示
す如くその射出瞳３３からα′の角度で射出する。この
為、ブレーズド回折格子３′から、３ラインセンサー４
の素子面までの距離は第１１図に示す如く、軸上光線で
はｌ。どなるが、入射角αの軸外光線では、射出瞳３３
かも射出角α゛で出射して（るので、１１＝１゜／　ｃ
　ｏ　ｓα’＞ｔｏとなる。通常光学系ではα坤α′で
ある。

一方、ブレーズド回折格子による１次元回折光の回折角
θは、第４図に示す構成において、Ｐｓｉｎθ＝λ（Ｐ
：格子ピッチ、え：波長）である。

以上より、センサー素子面における色分解光間の第３図
に示す分離距離Ｚは、軸上でＺ”Ｉｏ　ｔａｎθとなり
、軸外でＺ＝　１　＋　ｔａｎθ＝Ｌｏｔａｎθ／　Ｃ
ＯＳα″　となって・両餐は一致しない、こうして、副
走査方向と直角な方向に平行に延びる１次元の各センサ
ーアレイ８．９．１０上に正しく３色の光束が結像され
ないことになる。

例えば、Ｐ＝６０μｍ％ん＝５４０ｎｍ　（グリーン）
１画角α＃α′＝２０ｄｅｇとして、分離距Ｗ＃Ｚの軸
上と軸外とでのズレは約１２μｍとなり、前述の単素子
サイズ７μｍ×７μｍ、１０ｕｍＸ１０μｍと比較する
と完全にセンサーアレイ８．９．１０から外れてしまう
大きさである０画角αを小さくすれば上記ズレは小さ（
なるが、装置全体をコンパクトにまとめる２芦性からそ
れもいたずらに小さく出来ない。

この点の問題を解決する為の構造が、第６図と第７図に
沿って後述するものである。

すなわち、１次元ブレーズド回折格子３の格子ピッチが
、画角に応じて変化する結像光学系２からの射出光の射
出角に対応して連続的に変化している。

次に１画角α岬α′に起因する別の問題もある。

第４図に示すブレーズド回折格子３の厚みｄ　＋　、　
ｄ□方向に対し、図中紙面垂直断面内においてα′の角
度を成して主光線が格子３に入射すると、主光線が垂直
入射する場合と格子３内の実光路長が異なり、両者のブ
レーズ波長がずれるという問題がそれである。

これは、ブレーズド回折格子３の厚みｄ。

と厚みｄ、に起因する位相差とが以下の関係にあること
による。

Φ＋　　＝２ｘ　　（ｎ４”／　（ｎ、　　−５ｉｎ　
　ａ　　）〜１　／　ｃ　ｏ　ｓα′　）ｄ、／ん（ｉ
＝１．２） ここでΦ、二二相相差ｒａｄ）、ｎλ　：波長んの光に
対する格子媒質の屈折率である。

即ち、所定次数の回折光について所望の位相差Φ１を実
現する波長えは、格子厚みｄ。

が一定であれば、入射角α′が変化するに従いシフトす
る。これは、１ライン上の画像情報を読取るに際し軸上
から軸外に向けて、各ラインセンサーに捕捉される光の
波長域の波長分布がずれることを意味し、結果的には色
ズレを引き起こす。

例えば、第４図に示す２段の階段状構造のブレーズド回
折格子では、ｄ　＋　＝　３１００　ｎｍ、ｄａ　＝６
２００ｎｍ％ｎ、＝１．５とした場合、軸上（α゛＝０
１ではΦ、＝６１、Φズ＝］２πとしてＯ次回指光波長
は５１６゜７ｎｍとなるが、軸外（α′＝２０°）では
この波長が４９２．３ｎｍとなって約２４ｎｍシフトし
てしまう。

この問題を解決する為に、１次元ブレーズド回折格子３
の基板形状を、主走査断面内においてすなわちセンサー
アレイ８．９．１０のアレイ方向に沿って、第５図に示
す如く。

射出Ｉ！３３を略中心とする半径Ｒの円筒面ないしこれ
に近似する２次曲面の一部としている。これにより、射
出角α゛の射出光は、その主光線が回折格子３の格子面
と常に垂直になり、前述の位相差Φ、におけるα′への
角度依存性が解消される。こうして画角αによるブレー
ズ波長ズレはな（なり、読取りにおける色ズレ現象が軽
減される。

しかし、単に１次元回折格子３を、結像光学系３に向か
って凹となる様に湾曲させるのみでは、前述の分離距離
Ｚの軸上と軸外とでのスレの問題が残る。すなわち、軸
上における格子・センサー面開路１ｉｉｔ１ｏに対し、
軸外（射出角ａ’　）ではこの距離は第５図に示す様に
Ｂ′　＝ｇ／ｃｏｓα’　−Ｒとなり、画角αに応じて
この距離は変化する（ここで、２は射出瞳３３とセンサ
ー４間の距離、１１は射出角α′の方向に沿った格子・
センサー面間距離である）。

そこで、本実施例では、第６図と第７図に示す様に、゛
１次元ブレーズド回折格子３の格子ピッチＰを、軸上に
対応するＡ−Ａ’断面から軸外に対応するＢ−Ｂ”断面
に向かって連続的に変化させている。

前述したように、１次元回折角の正弦ｓｉｎθは同一波
長えの光に対して格子ピッチＰに反比例する（ｓｉｎθ
＝λ／Ｐ）ので、この間係を利用すれば、格子・センサ
ー面間距離が異なってもＰを変化させることによりセン
サー４上での前述の分離距離を一定にすることができる
。

一般に１次回折角θは小さいので、ｓｉｎθ？ｔａｎθ
坤θ（ｒａｄ）となり、センサー上の色分解光間の分離
距離は射出角α′の光に対してｌ　ｒ　　ｔ　ａ　ｎθ
＝（、／ｃ、　ｓα′−Ｒ）θ岬び／ｃｏｓα−リλ／
Ｐとなる。

従って、円筒状１次元ブレーズド回折格子３の主走査断
面内での中心（すなわち光軸との交点）からの位［Ｒ−
ｓｉｎａ゛において、副走査方向の格子ピッチを、Ｐ＝
（’２／ｃＯＳα’−Ｒ）ん／Ｚを満足するように設定
すれば（すなわち、第６図に示すように軸外に行くにつ
れて大きくなる）、ｌ’　ｔａθ押Ｚ（Ｚ：平行なセン
サーアレイ８，９．１０間距離）となって、画角ａ′に
よらず分離距離が一定となる。よって、常に平行なセン
サーアレイ８，９、ＩＯ上に結像することができる。

例えば、前述の例（Ｐ＝６０ＬＬｍ、λ＝５４０　ｎｍ
）でｇ＝５５ｍｍ、Ｒ＝３５ｍｍ。

Ｚ＝０．１８ｍｍと設定した場合、α′二〇での格子ピ
ッチＰ＝６０μｍに対して、α＝２０ｄｅｇでの格子ピ
ッチ＝７０μｍとなる。これは、主走査断面内での光軸
からの位置１２ｍｍに対して、１０μｍの格子ピッチ変
化を与えてやればよいことを意味し、フォトマスク精度
技術、その他加工技術から考えて充分可能な数値である
。

［発明の効果］ 以上の構成を有する本発明によれば、軸外光も常に１次
元ブレーズド回折格子に垂直入射することになり、画角
に依存する色ズレ（ブレーズ波長ズレ）をな（すことが
できる。

また、格子ピッチを射出角に応じて連続的に広がるよう
に変化させることにより、副走査断面内の結像位置ズレ
も補正でき、結像位置ズレやブレーズ波長ズレのない良
好な色分解、分離結像性能が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の主走査断面図、第２図は同
実施例の副走査断面図、第３図は第２図の一部拡大図、
第４図は透過型１次元ブレーズド回折格子の構成を示す
図、第５図はブレーズド回折格子の湾曲を説明する図、
第６図と第７図はブレーズド回折格子の格子ピッチ変化
を説明する図、第８図は従来のカラー画像読み取り光学
系を示す図、第９図はモノリシック３ラインセンサーの
構成を示す図、第１０図は他の従来のカラー画像読取り
光学系を示す図、第１１図は通常のブレーズド回折格子
での結像の様子を説明する概念図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１次元のセンサーアレイが、このアレイ方向と直角
   に、複数ライン、有限距離を隔てて同一基板上に配置さ
   れた複数ラインセンサーと、被写体の像を該センサー上
   に結像する結像光学系とを有するカラー画像読取り装置
   であって、該結像光学系と該センサー間の光路中に、被
   写体からの光を前記アレイ方向と直角な方向に複数に色
   分解すると共にこの色分解光を対応する各センサーアレ
   イに導くための１次元ブレーズド回折格子が配置され、
   該ブレーズド回折格子は前記アレイ方向に沿って前記結
   合光学系に向かって凹となる様に湾曲していることを特
   徴とするカラー画像読取り装置。 ２、前記１次元ブレーズド回折格子の格子ピッチが、画
   角に応じて変化する前記結像光学系からの射出光の射出
   角に対応して連続的に変化している請求項１記載のカラ
   ー画像読取り装置。