JPH03179868A - カラー画像読取装置 - Google Patents

カラー画像読取装置

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JPH03179868A
JPH03179868A JP2206410A JP20641090A JPH03179868A JP H03179868 A JPH03179868 A JP H03179868A JP 2206410 A JP2206410 A JP 2206410A JP 20641090 A JP20641090 A JP 20641090A JP H03179868 A JPH03179868 A JP H03179868A
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optical system
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color image
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Michitaka Seya
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/46Colour picture communication systems
    • H04N1/48Picture signal generators
    • H04N1/486Picture signal generators with separate detectors, each detector being used for one specific colour component
    • H04N1/488Picture signal generators with separate detectors, each detector being used for one specific colour component using beam-splitters

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) 本発明はカラー画像読取装置に関し、特にブレーズド回
折格子より成る色分解素子と3つのラインセンサーから
なる検出手段を利用することにより原稿面上のカラー画
像情報を不要なノイズ光を除去し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C
CD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6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8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−29,30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6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8図に示すカラー画像読取装置はビームスプリッ
タ−29,30の板厚をtとした場合ラインセンサーの
各ライン間の距離は2 (Tt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0.1〜0.2
mm程度とするとビームスプリッタ−29,30の板厚
tは35〜70μm程度となる。
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、−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−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、ダイクロミラーの代わりにブレーズド回折格子を用
いたカラー画像読取装置を提案している特公昭62−4
3594号公報では被写体面上の一点からの光束につい
てのみ取扱っており、例えば反射原稿を読取るような場
合、所謂軸外光かブレーズド回折格子を通過後、各々の
ラインセンサーに対し、他色成分のノイズ光として重な
って入射してくるという問題点があった。
本発明は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、原稿面と投影光学系との間に所
定の条件を満足するスリットを配置することにより軸外
光からの回折に基づくノイズ光が対象とするラインセン
サーに入射しノイズ光となるのを効果的に防止し、例え
ばR,G、H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と直交す
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
該原稿面から該投影光学系に至る光路中に該ラインセン
サーの画素の並び方向に長い開口部を有するスリットを
配置し、該投影光学系とスリットにより決まる半影端の
該検出手段面上における短手方向の長さをLl’、該3
つのラインセンサーの画素の並び方向と直交する方向の
間隔のうち短い方の間隔をL2としたとき Ll ’/2<L2 なる条件を満足するように各要素を設定したことを特徴
としている。
この他、本発明では前記スリットは赤外光を吸収する基
板面上にエツチングを施して形成した透明開口部を有し
、前記ラインセンサーの並び方向に移動可能となるよう
に装着され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実施例のカラー画像読取装置の要
部概略図である。第1図は副走査断面内の様子を示して
いる。
同図において1は被写体である原稿面であり、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は投影光学系2と検出手段4との間の光路中に配され
た色分解素子としての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、H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7図に示すヨウに3つのCCD等のラインセンサ
ー4a。
4b、4cを画素の並び方向(センサアレイ方向)と直
交する方向に互いに平行となるように同一基板20面上
に有限距離隔てて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4a、4b、4cは図中のX方向及び
Z、方向に垂直な主走査方向にのびている。各ラインセ
ンサー面上には各々の色光に基づく色フイルタ−(不図
示)が配置されており、又各ラインセンサーの間隔J2
1. Il、2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。5はスリットであり、ラ
インセンサー4a、4b、4cの画素の並び方向である
紙面と垂直方向(主走査方向)に紙面内の副走査方向に
比べて長い開口部を有しており、原稿面1と投影光学系
2との間に後述する条件を満足するように配置されてい
る。又スリット5は副走査方向103に移動可能となる
ように設定されている。
スリット5を副走査方向に移動させることにより、スリ
ット5と投影光学系2の軸合せを行う。
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。
つまり、走査手段102によって副走査方向に原稿面1
と画像読取装置(投影光学系2、回折格子3、検出手段
4)を相対的に移動させることにより原稿面1の画像情
報を読取っている。
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格子が周期的に繰り返
される構造より成っており、例えば周期どツチP=60
μm、格子厚d1=d2=3100nm、媒質の屈折率
n=1.5程度になっている。このとき同図に示す如く
入射光は透過回折されて主に3方向に分離される。各次
数の分離された回折光の分光強度を第3図に示す。但し
同図の強度曲線はハロゲン光源及び有害の赤外光除去用
フィルターを用いたときの特性が考慮されている。また
本実施例では0次光に青色光成分(B成分)を設定して
おり、これにより黒体輻射に係る光源の場合不足しがち
なり成分を補っている。+1次回折光は緑色光成分(G
成分)10、−1次回折光は赤色光成分(R成分)であ
る。ところで回折による±1次回折光成分は以下の式に
従って、検出手段4面上(ラインセンサー面上)でZ方
向に分離される。
今、第1図に示すように1次元ブレーズド回折格子3か
ら検出手段4までの距離をXaとしたとき回折光のZ座
標Zlは −±λ Z、=X、−tan  (sin  ’())となる。
但し、 λ;波長、符合正・・・+1次、負・・−1次従って、
座標2.は0次光成分9を除き、±1次回折光10.1
1はその波長に依存し、ラインセンサー面4上到達点が
異なる。
次に具体的に数値例を挙げて説明する。前述の格子構造
より、各回折光成分の中心波長は第3図にも示す通り、
0次光成分の波長λ。=480nm、+1次光成分の波
長λ、、=540nm、−1次光成分の波長λ−,=6
170mである。
即ち、1次元ブレーズド回折格子3からラインセンサー
面4までの距tli x aをX、=20mmとして、
3ラインセンサーの位置は、図中Z方向に+1次回折光
(G成分)の対応ラインが21+I+1=:0.18m
m、0次光(B成分)の対応ラインがZ+(o+=Om
m、−1次回折光(R成分)の対応ラインはZz−+、
=−0.206mmとなる。
第9図に、このときの各O次回折光、±1次回折光6,
7.8の座標関係を示す。第9図は副走査断面内の様子
を示す説明図で、主要部のみ示している。
本実施例において原稿面!上のカラー画像を読取る時、
3つのラインセンサー4a、4b、4cには原稿面1上
の軸上の1点P。からの光束のみが入射するのが好まし
い。
しかしながら一般には軸外点からの0次回折光や高次回
折光がノイズ光となって3つのラインセンサー4a、4
b、4cに入射してくる。
そこで本実施例では、まず第1に、軸外点からの光束で
投影光学系2で集光された光束のうち1次元ブレーズド
回折格子3を0次透過した光(0次回折光)が±1次回
折充用のラインセンサー4a、4cに入射し、ノイズ光
となるのをスリット5を用いて防止している。
即ち、第1図に示すように、例えば原稿面1から距離X
sだけ離れた位置に所定の開口部を有するスリット5を
設けている。このスリット5により決定される原稿1面
上の半影端hs  (長さLl)の投影光学系2による
検出手段4面上での像h’(長さL1′)が所定の大き
さ以下となるようにして、軸外点例えば点P、からの光
がラインセンサー4a、4cに入射しノイズ光となるの
を防止している。
半影端の大きさは、投影光学系の瞳の大きさとスリット
の開口の大きさにより決定される。第1図に示すように
半影14ILlの大きさは、投影光学系2の副走査方向
の瞳の大きさφ2とスリット5の副走査方向の開口の大
きさNsにより決定される。
本実施例では原稿面上の半影端hsが回折を考慮した光
学的共役関係に従いラインセンサー面上に結像する位置
が少なくとも中央のラインセンサー4b上もしくは検出
手段4面上の回折方向にずれるよう設定することにより
実質的に、±1次回折光の0次光成分への混入ノイズを
除去している。
即ち1本実施例ではスリット5の副走査方向103の開
口部の投影光学系2の瞳径より決定される半影端hgの
副走査方向の長さをLl、該長さLlを有する該半影端
h8の投影光学系2による検出手段4面上への投影像の
長さをL1第7図に示すように3つのラインセンサー4
a。
4b、4cの副走査方向の間隔ILl、It2のうち短
い方の間隔をL2としたとき少なくともLl ”/2<
L2      ・・・・・・・・(1)なる条件を満
足するように各要素を設定してぃる。
実際にはラインセンサーの幅(副走査方向の幅)や回折
光の光束幅(副走査方向の幅)等を考慮すると(1)式
は、 Ll ’/2<0.95xL2  *−−−−m(1a
)程度であれば良く、この条件式(1a)を満足すれば
ノイズ光を良好に除去することができる。
次に第1図に示した記号を用いて説明すると、m ;投
影光学系2の結像倍率 XO+原稿面1から投影光学系2までの距離Zs;半影
端の座標(yXX同面 (0次回行光が±1次回折光を受けるラインセンサー4
a、4cに混入する距m)φ2;投影光学系2の入射瞳
径 とすると距tl x sは となる。又 xs;スリット5の位置 (原稿面1からスリット5までの距111)W3ニスリ
ット5の副走査方向の幅 とするとスリット幅wsは となる。
次に具体的な数値例を示す。
今、m=−1/6.35、X、=735mm、φ、=2
5mmとした場合、即ち、400dpi分解能で、画素
サイズ10μmのラインセンサーを用いて、焦点路11
1f=100mm、明るさFNO=4.0の投影光学系
で縮小読取りする場合に相当する。これより X5=26.46mm、wtl、、o、90mmが得ら
れる。これは照明手段等のスペースを考慮しても充分実
現可能な形状である。
上記設定におけるラインセンサーへ到達する光量分布の
概略を第5図に示す。同図に示す通り、光軸から離れる
に従いスリット巾W8と投影光学系の入射瞳径から決定
される有効光束径に従い単調に光量は減少していく。
第1図のスリット5の構造としては単に開口巾を有する
、例えば金属板金上に開口を形成するものを示した。本
実施例において第1図の断面と垂直方向である主走査方
向に広い幅にわたり、画像読取りする場合、第1図で示
したスリット5巾W5 =0.9 (mm)を均一に形
成するには、例えば板金プレス等では精度上困難が伴な
う場合がある。このため本実施例においてはガラス等透
明部材上にエツチング等で不透明部を形成したスリット
構造をとるのが有効である。
又、このときスリット5を形成する透明部材に波長選択
透過姓を具備させることにより、例えば照明手段等から
の有害赤外光等をカットさせるのが良い。
この他本実施例ではスリット5を投影光学系2の光軸に
対して正確に精度良くスリット開口部が位置するように
副走査方向に移動可能となるようにして構成するのが良
い。
次に本実施例では軸外点P2からの光束で投影光学系2
で集光された光束のうち1次元ブレーズド回折格子3で
回折された光(主に±1次回折光)がラインセンサーに
入射しノイズ光となるのを次にようにして防止している
本実施例では第1図に示すように原稿面1上の軸外点P
Iからの光束が投影光学系2で集光され1次元ブレーズ
ド回折格子3に入射する。このとき第10図に示すよう
に1次元ブレーズド回折格子3からの軸外光束の0次回
行光91の検出手段4面上への入射位置は、前述した如
くスリット5の位置及びスリット幅Wsを設定すること
により、ラインセンサー4a、4cのいずれにも入射せ
ず、それよりも光軸上低い位置に入射する。
(尚、第10図は概念的に種々のケースにつき検出手段
4を光軸に沿って複数示している。)即ち、光軸とライ
ンセンサー4aとの間に0次回行光91が位置する。こ
のとき軸外点p、に基づく±1次回折光はラインセンサ
ー4a、4cに入射しない。
一方、光軸に対して点P、と対称の点P1Mに基づく軸
外光束の0次回行光91aに伴う±1次回行光(92,
93)は第10図に示すようにラインセンサー4a、4
cに入射する場合が考えられる。そこで本実施例ではラ
インセンサー4aには緑フイルタ−、ラインセンサー4
bには青色フィルター、ラインセンサー4Cには赤色フ
ィルターを各々装着して各ラインセンサーで受光する総
合分光感度特性が第4図に示すような分光特性となるよ
うにして、各ラインセンサーには異なった色光の回折光
が入射しないようにしている。
尚、本実施例においてライセンサ−に色フィルターを用
いないときは次のようになる。即ち軸外点P、に基づく
光の±1次回折光がノイズ光としてラインセンサー4a
、4cに入射するのを防止する為には第1O図に示すよ
うに軸外光束の0次回折光の投影光学系の光軸からの距
fiL1’/2に+1次回折光93のZ軸方向の座標点
Zi(+。
を加えたものが軸上P0からの光束に基づく1次回折光
を受光する位置に配置したラインセンサー4c (Z方
向の座標はZi[−0)に入射しないようにすれば良い
から、 Zrt−n  >L 1  ′/ 2+Z1(+りZz
−++  −Z■◆n  >L 1  ′/ 2となる
ようにすれば良い。これによれば+1次回折光93がラ
インセンサー4Cに入射するのを防止することができる
。即ち、半影端(長さLl)の検出手段4面上における
長さLl’の半分が±1次回折光の検出手段4面上にお
けるZ軸方向の座標の差分よりも小さくなるようにすれ
ば良い。
次に本実施例では、軸外点からの光束で&’影先光学系
集光された光束のうち1次元ブレーズド回折格子3で回
折された±!次次回先光伴う第3図に示すようなサイト
バンド成分がラインセンサーに入射しノイズ光となるの
をスリット5を用いて次のように防止している。
即ち、第1図中の被写体面内の光軸上の物点P0から2
゜方向に距11 z sずれた、軸外物点P、からの光
束に対して、例えば第3図の+1次回折光のサイドバン
ド成分10−Aでは、丁度中央のラインセンサー4b(
B成分)上に結像されると、第4図に示す曲線12で、
B成分のラインセンサー4bの総合分光感度で殆んどカ
ットされる。この為B成分へのノイズ光として無視し得
る。
−・方−1次回折光のサイドバンド成分11−Aでは、
他の共役の軸外物点として存在した場合、総合分光感度
の一部が重複している為、色フイルタ−(青)等ではカ
ットしきれず、0次光成分であるB成分にノイズ光とし
て混入してくる。これを防止する為に本実施例ではサイ
トバンド成分11−Aが一1次回折光として、中央のラ
インセンサー4bに結像されないように光学的に共役な
原稿面上の軸外物点からの光束を次にようにして根本的
に無くしている。
即ち、除去すべきノイズ光である、第3図に示すサイド
バンド成分11−Aは一1次光成分であり中心波長λ−
,,,4=440nmで、検出手段4面上における入射
位置座標Z I (−11,Nは2.、−、。
=−0,147mmと算出される。換言すれば、第11
図に示すようにある軸外物点P3からの0次光成分の光
94が、ラインセンサー面上、21(。、=+0.14
7に結像する関係にある時、−1次回折光成分の内の波
長λ−,,,=440nmを中心とするサイドバンド光
11−Aがラインセンサー4bに混入しノイズ光となる
そこで本実施例では第11図に示すように軸上の点P。
における+1次回折光の座標Zi+++1(=0.18
)に比べてノイズ光となるサイドバンド成分11−Aの
座標Z、t−++、  (=0.147)は一般に小さ
い。又、種々の条件を考慮した場合、サイドバンド成分
によるノイズ光を除去する為に前述の式(1)式を用い
て表わしたときLl ’/2<O18×L2 となるように設定している。これにより−1次回折光の
サイドバンド成分11−Aがラインセンサー4bに入射
しノイズ光となるのを効果的に防止している。
このように本実施例ではLl’/2の値が±11次回折
光成のうちの短波長側の側帯波(サイドバンド)成分が
ラインセンサー面上に到達するときの投影光学系の光軸
からの距Il!Z、がL 1 ′/ 2 < Z r 
となるようにし、これによりノイズ光を除去している。
尚、本実施例においてスリット5を所定位置に配置した
ときのスリット幅W3の上限値を半影端の長さLl’を
用いて前述の如く設定し、これによりノイズ光を除去し
た場合を示したが、スリット幅Wsの下限値については
特に限定していない。これはスリット幅W3が狭くなれ
ば半影端の長さLl’を短くして対応すればすむことで
あり、下限値を設定するならば 0<Ll′/2 と表わすのが良い。
(発明の効果) 本発明によればモノリシック3ラインセンサーを用いて
ライン走査によりカラー画像情報の読取りを行う際、色
分解素子としての1次元ブレーズド回折格子と前述の条
件を満足するスリットを用いることにより、軸外点から
の光束のうち0次回先光が±1次回折光を検出する3ラ
インセンサーに入射しないようにし、又軸外点からの光
束に基づく±1次回折光が軸上点からの光束に基づく±
1次回折光を検出するラインセンサーに入射しないよう
にし、又軸外点からの光束に基づく±1次回折行光分の
うちのサイドバンド成分が回折ノイズ光として0次光酸
分の対応する中央のラインセンサーに混入しないように
、その光学的共役物点が半影端若しくはその外側に位置
するように各要素を設定することにより実質的にサイド
バンド成分によるノイズ光を除去し、高精度なデジタル
カラー画像の読取りが出来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図は第1図の1次元ブレーズド回折格子の説明図、第
3図は第2図の1次元ブレーズド回折格子からの回折光
の分光特性を示す説明図、第4図は第1図の3ラインセ
ンサーの分光感度の説明図、第5図は第1図のスリット
によるラインセンサー到達光量制御を概念的に示す説明
図、第6、第8図は従来のカラー画像読取装置の概略図
、第7図は第1図の3ラインセンサーの説明図、第9図
、第10図、第11図は各々3ラインセンサ一面上に入
射する各光束の概念図である。 図中、1は原稿、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 5はスリット、6,
7.8は各々G色光、B色光、R色光、101は照明手
段、102は走査手段、である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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と直交する方向に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原稿面から該投影光学系
    に至る光路中に該ラインセンサーの画素の並び方向に長
    い開口部を有するスリットを配置し、該投影光学系とス
    リットにより決まる半影端の該検出手段面上における短
    手方向の長さをL1′、該3つのラインセンサーの画素
    の並び方向と直交する方向の間隔のうち短い方の間隔を
    L2としたとき L1′/2<L2 なる条件を満足するように各要素を設定したことを特徴
    とするカラー画像読取装置。
  2. (2)前記スリットは赤外光を吸収する基板面上にエッ
    チングを施して形成した透明開口部を有し、前記ライン
    センサーの並び方向に移動可能となるように装着されて
    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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