JPH03234159A - 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１ 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１次元ブレー
ズド回折格子を介して色分解、分離し複数の固体搬像素
子アレイに夫々溝（カラ画像読取り装置に関する。

［従来の技術１ 従来、原稿など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、照明用光源（不図示）からの光
で照らされた原稿面１の一部上の情報光は、結像光学系
６９を介してスリーピース（３Ｐ）プリズム７０で３色
に分解、分離された後、３つの１ラインＣＣＤセンサー
７１．７２．７３に結像されて読取られる。

［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３つ独立に必
要であり、また通常、３Ｐプリズム７０は製作上高精度
が要求されるので、コストが高く付（。更に、集光光束
と各センサー７１．７２．７３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があ
った。

そこで、センサーアレイを３ライン、同一基盤上に平行
に有限距離して作り付け、モノリシックな３ラインセン
サーとして３ラインを１素子上に形成することが考えら
れる。

この３ラインセンサー６０を第７図に示す。図中、３ラ
イン６１．６２．６３間の距離Ｓ、Ｓ。

は様々な製作上の条件から例えば０．１〜０．２ｍｍ程
度であり、各単素子の幅Ｗ、　、Ｗ、は例えば７μｍ　
Ｘ　７μｍ、１０μｍＸ１Ｏμｍ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９図に
示す。同図において原稿面１上の情報を副走査方向にラ
イン走査して読取るに当たり、原稿面ｌからの光は、結
像光学系６９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−７５，７６で３色
の３光束に分解、分離された後１、モノリシック３ライ
ンセンサー６０上の対応する各ライン素子上に集光され
る。

しかし、第９図に示す如く、ビームスプリッタ＝７５．
７６の板厚をＸとしたとき、センサー６０上のライン間
距離は２１２　ｘとなり、前述の様にライン間距離（２
Ｊ　２　ｘ　）を０．１〜０．２ｍｍ程度とすると、板
厚（ｘ）は３５〜７０ｕｍ程度ということになる。この
数値は、必要とされる面の平坦度等のことを考えると、
製作上容易な値ではない。

従って、本発明の目的は、上記課題に鑑み、比較的作成
容易且つ安価で高性能なカラー画像読取り装置を提供す
ることにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成する為の本発明では、１次元のセンサー
アレイがこのアレイ方向と直角な方向に複数ライン有限
距離を隔てて同一基盤上に配置された例えばモノリシッ
クな複数ラインセンサーと、被写体の像をこのセンサー
上に結像する結像光学系とを有するライン走査型カラー
画像読取り装置において、この結像光学系と上記センサ
ー間の光路中に、被写体からの光を回折効果により分光
分離し上記アレイ直角方向に複数色に色分解すると共に
この色分解光を各々対応する各センサーアレイに導く為
の１次元ブレーズド回折格子が配置され、この１次元ブ
レーズド回折格子と上記複数ラインセンサーとの間隔が
所定値に固定され、且つ１次元ブレーズド回折格子と上
記結像光学系の位置関係が調整可能となっている。

これにより、上記回折格子により複数に分離された異な
る波長域から成る光束が、対応するセンサーアレイ上に
適正に結像され、そして光学系の倍率や解像力を調整す
るに際して上記回折格子と結像光学系の位置関係を調整
することにより、複数ラインセンサーの読取る原稿面の
各ラインの画素ズレが無（せる。

［実施例］ 以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。第１実施
例の全体構成を示す第２図において、原稿面１の画像情
報が、結像光学系２との間に配されるミラー（不図示）
等により副走査方向（第２図紙面上下方向）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３色
分解用反射型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６．７．８に透過回折により図中
上下方向に分離され、その後モノリシック３ラインセン
サー４上の各センサーアレイすなわちラインセンサー８
，９、ｌＯ上に結像される上記３色分解用１次元ブレー
ズド回折格子については、Ａｐｐｌｉｅｄ　　０ｐｔｉ
ｃｓ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
は第３図の拡大図に示す如きものである。

第３図により１次元ブレーズド回折格子３の諸元につい
て説明する。この格子３は色分解方向（Ｚ方向）に階段
状格子３ａが周期的に繰り返される構造を有し１例えば
、周期ピッチＰ＝６０μｍ、格子厚ｃＬ　＝ｄｚ　＝３
１００ｎｍ、媒質屈折率ｎ＝１．５とした場合、第３図
示の如く入射光は透過回折されて３方向に分離される。

各次数（０次、±１次）の分離回折光の分光強度を第４
図に示す。但し、ハロゲン光源であること及び有害赤外
光除去用フィルター特性が考慮されている。

本実施例では０次光にＢ成分を設定しているが、これは
黒体輻射に関わる光源の場合に不足しがちなり成分を補
う為である。

このとき、回折による±１次回折光成分は次の式に従っ
てセンサー面４上で分離される。

ｚ、＝ｘａ　　＋ｔａｎ　　（ｓｉｎ−’士え／ｐ）−
・・　（１） ここで、えは各次光の波長、ＸＧはブレーズド回折格子
３とセンガー面４間の距離、符号圧は＋１次光、符号質
は一１次光に対応する。

これにより、Ｏ次光酸分を間にして、±１次回折光はそ
の波長に依存して夫々異なるセンサー面４上の到達点に
達する。従って、０次及び±１次回折光の到達点のとこ
ろに、夫々、センサーアレイ１Ｏ１９，１１を設けてお
けば、ここで夫々Ｂ成分、Ｇ成分、Ｒ成分が読取られて
合理的なカラー読取り装置が実現される。

数値的に具体的に説明すると、上記格子構造より、各回
折光成分の中心波長は第４図にも示す通りＯ次光酸分え
。＝４８０ｎｍ、＋１次次光酸えや＋＝５４０ｎｍ、−
１次光酸分え−＋　＝　６１７　ｎ　ｍである。よって
、上記（１）式より、格子−センサー面間路ｉｉ！　ｘ
　ａをｘａ＝２０ｍｍとして、３ラインセンサー４のセ
ンサーアレイの位置は、第２図中２方向に＋１次回折光
（Ｇ成分）対応ライン９がＺＢ＋Ｂ　＝１８０μｍ、０
次光（Ｂ成分）対応ライン１０がＺ　１（ｏｌ　＝　０
、−１次回折光（Ｒ成分）対応ライン１１がＺ、、、、
、＝−２０６μｍとなる。そこで、モノリシック３ライ
ンセンサー４の各ラインセンサーの間隔をＧ−８間（９
−１０間）１８０ｕｍ、Ｂ−Ｒ間（１０−１１間）２０
６μｍとなる様に製作しておけば、原稿面１上の１ライ
ンの像が各ラインセンサー９．１ｏ、１１に同時に結像
され原稿面ｌ上のこのラインをＲｌＧ、Ｂ各色に分けた
カラー画像として読取られる以上述べた様に、３ライン
モノリシツクセンサー４及び１次元ブレーズド回折格子
３を用いてカラー画像の読取りを行なうことが可能とな
るが、実際に第２図の如き光学系で読取りを行なう場合
、結像レンズ２の焦点距離のバラツキ等があり、物像間
距離（原稿１−ＣＣＤセンサー９．１０．１１間距離）
、倍率、解像力等の光学調整の為に、レンズ位置ｘｏ（
原稿面１からレンズ２の主平面Ｈまでの距離、尚、第２
図のＨＨ′はレンズ２の主平面間距離）、ＣＣＤセンサ
ー位置Ｘ＋　　（レンズ２の回折格子３側の主平面Ｈ′
からＣＣＤセンサーまでの距離）を移動させる必要があ
る。

このとき、本発明の光学系では、１次元ブレーズド回折
格子３とモノリシック３ラインセンサー４の間隔ｘ６の
精度が非常に重要になる。例えば、上記の数値例で光学
調整時に間隔ｘ０が、２０ｍｍから例えば±２％、すな
わち±０．４ｍｍずれてしまったとすると、各回折光成
分の中心波長は、分離距離Ｚ、（＋１）で±３．６ｕｍ
、Ｚ（−１）で±４．１２μｍずれた位置に来ることに
なる。よって、各センサー画素の大きさを主走査方向（
Ｘ軸とＺ軸に直角な方向）、副走査方向（Ｚ軸方向）と
も１０μｍとした場合、センサ４のＢ成分用ライン１０
に対して、Ｇ成分用ライン９が±０．３６画素分、Ｒ成
分用ライン１１が±０．４１２画素分異なる原稿面１を
読取ることになり、この為、得られる画像信号Ｂ、Ｇ、
Ｈのラインに色ズレが生じることになる。

そこで、本実施例では、画像読みとり系の光学調整を行
なうにあたり、先ず１次元ブレーズド回折格子３と３ラ
インセンサー４の間隔Ｘ。を、原稿ｌの１ラインの回折
された光束が夫々Ｒ，Ｇ、Ｂの各センサーアレイ１１．
９．１０に導かれるような所定値に固定し、第１図に示
す１つのユニットＡとする。そしてこのユニットＡと結
像レンズ２の位置関係を調整することにより、倍率、解
像力等の光学調整を行って、３ラインセンサー４からの
信号に色ズレが生じない様にしている。

１次元ブレーズド回折格子３と３ラインセンサ４の間隔
を所定の値にする方法としては、例えばメカニカルな精
度により出すものがある。上記間隔Ｘ。の誤差を±５０
μｍに抑えれば、画素ズレは、センサー４のＢ成分用ラ
イン１０に対して、Ｇ成分用ライン９が±０．０４５画
素分、Ｒ成分用ライン１１が±０．０５１５画素分とな
り、実用上問題とならないレベルに出来る。

尚、第１図において、３′は１次元ブレーズド回折格子
用ホルダー、４′はモノリシック３ラインセンサー用ホ
ルダーであり、第２図において、５はノイズ回折光除去
用スリットである。

１次元ブレーズド回折格子３と３ラインセンサー４の間
隔を、所定の性能が得られる用にする為の他の方法とし
ては、治具上で第２図の様な光学系を組み、原稿１の代
わりに原稿面に対応する位置に第５図に示す如き手段を
配置するものがある。即ち、第５図では、１つ又はｌラ
イン上に並んだ副数個のピンホール、又はスリット２１
が上記原稿面対応位置に置かれたチャート２２に形成さ
れ、その後方よりハロゲンランプ等の治具用光源２３で
拡散板２４を介して、チャート２２を照明するものであ
る。尚、２５は反射笠である。こうして、スリット２１
が照明され、そのスリット２１の像が３ラインセンサー
４上に結像される様にし、各センサーアレイ９．１０．
１１の出力をモニターしてその各ラインに信号が得られ
る様に調整する。

つまり、原稿に対応する位置からの光が回折格子３によ
り夫々３つの光束に分離され、所定の３ライン９．１０
、ｌｌ上に結像される位置になったところで、１次元ブ
レーズド回折格子３と３ラインセンサー４を固定し、前
記のユニットＡを得る。

こうすることにより、１次元ブレーズド回折格子３の格
子ピッチＰ等の精度に若干の誤差があり回折光のピーク
波長に若干の変化があっても、回折格子３で３つに分離
された光束の夫々の中心波長の到達位置に各センサーア
レイ９．１Ｏ１１１が来る様に３ラインセンサー４を固
定することができる。

第６図は、反射型１次元ブレーズド回折格子３３と３ラ
インセンサー３４の間隔Ｘａを固定して１つのユニット
とし、光学調整を行なえるようにした他の実施例を示す
。こうしても第１の実施例の透過型１次元ブレーズド回
折格子を使用した系と全く同じに見なせる。第６図中、
第２図の符号と同じ符号は同じものを表わす。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、■次元ブレーズド
回折格子と複数ラインセンサーを用いたカラー画像読取
り装置において、この光学系を組み立てるにあたり、１
次元ブレーズド回折格子と複数ラインセンサーを所定の
間隔で固定して１つのユニットを作成し、そのユニット
と結像光学系間の間隔等の位置関係を、通常の光学系と
同じ様に調整可能としているので、色ズレがないカラー
画像が得られると共に比較的作成が用意で安価なカラー
画像読取り装置が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例のユニットの概略斜視図、
第２図は第１実施例の副走査断面における全体図、第３
図は１次元ブレーズド回折格子を示す部分拡大図、第４
図は各次数の分離回折光の分光強度を示す図、第５図は
ユニットを作成する他の方法を説明する図、第６図は本
発明の他の実施例を示す図、第７図はモノリシック３ラ
インセンサーの構成を示す図、第８図は従来例を説明す
る図、第９図は他の従来例を説明する図である。 ｌ・・・・・原稿面、２・・・・・結像レンズ、３．３
３・・・・・１次元ブレーズド回折格子、４．３４・・
・・・３ラインセンサー、９．１０１１・・・・・セン
サーアレイ、２１・・・・・スリット、２２・・・・・
チャート、２３・・・・・光源、２４・・・・・拡散板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、１次元のセンサーアレイがこのアレイ方向と直角な
   方向に複数ライン有限距離を隔てて同一基盤上に配置さ
   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
   において、該結像光学系と該センサー間の光路中に、被
   写体からの光を回折効果により分光分離し上記アレイ直
   角方向に複数色に色分解すると共にこの色分解光を各々
   対応する各センサーアレイに導く為の１次元ブレーズド
   回折格子が配置され、該１次元ブレーズド回折格子と前
   記複数ラインセンサーとの間隔が所定値に固定され、且
   つ１次元ブレーズド回折格子と前記結像光学系の位置関
   係が調整可能であることを特徴とするカラー画像読取り
   装置。