JPH0420165A - カラー画像読取装置 - 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） 本発明はカラー画像読取装置に関し、特に反射型１次元
ブレーズド回折格子より成る色分解手段と３つのライン
センサーを同一基板面上に設けた読取手段を利用するこ
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。

第８図は従来のカラー画像読取装置の概略図である。図
中、８５ａは光源、８５ｂは凹面鏡であり、光源８５ａ
からの光を効率良く原稿８４側に集光している。８７は
原稿支持用の原稿台カラス、８６は投影レンズであり、
原稿８４をＣＣＤ等のラインセンサーより成る画像読取
手段８８面上に投影している。画像読取手段８８は基板
上に３本のＣＣＤ８１．８２．８３を配置した３ライン
モノリシツクＣＣＤより成っている。

３本のＣＣＤ８１，８２．８３の受光面上には例えば第
９図に示す分光特性のＢ、Ｇ、Ｒの色フィルターが各々
蒸着等により設けられている。

同図における装置の原稿に対する相対感度は光源１ａの
分光エネルギー分布（第１０図）とＣＣＤ８１，８２．
８３面上の色フィルターの分光特性（第９図）、そして
投影レンズやＣＣＤ自身の分光特性等により、例えば第
１１図に示すような分光分布となっている。

そしてこのとき原稿面上の画像をＣＣＤにより読取る場
合、ＣＣＤ上の３ラインの各々の間隔と投影レンズ８６
の結像倍率の逆数の積によって得られる寸法分だけ原稿
面上て画像の読取り位置が色別にすれてくる。

例えばＣＣＤ８１，８２，８３の各間隔力）第１２図に
示すように０．２ｍｍで、投影レンズ８６の投影倍率が
１／１０のとき第８図の原稿８４面上の画像読取り位置
のずれ量ＭはＭ＝０．２ｘｌＯ＝２　（ｍｍ） となる。

ここで原稿８４を読取るとき同図において上方から矢印
Ｙ方向に下方に移動させたとき原稿８４の先端画像はに
点にさしかかったときに投影レンズ８６により画像読取
手段８８上のＣＣＤ８３上に結像する。ＣＣＤ８３て読
取る際の分光特性か第１１図の分光特性Ｂとなっていれ
ばに点の原稿に基つく光束より青色光の画像情報の検出
が行なわれる。

次に原稿８４を矢印Ｙ方向に２ｍｍ移動させ５点にさし
かかったときは前述のに点は投影レンズ８６によりＣＣ
Ｄ８２上に結像する。このＣＣＤ８２で読取る際の分光
特性が第１１図の分光特性Ｇとなっているときは緑色光
の画像情報の検出か行なわれる。

更に原稿８４を２ｍｍ移動させｉ点に位置したときは前
述と同様にしてＣＣＤ８１で第１１図の分光特性Ｒに基
づいた赤色光の画像情報の検出が行なわれる。

このようにして原ｇ４８４を原稿台ガラス８７上をＹ方
向に移動させて各々の分光特性を有するＣＣＤ８１，８
２．８３により原稿８４面上のカラー画像を３色光によ
り読取っている。

（発明が解決しようとする問題点） 第８図に示す従来のカラー画像読取装置では各ラインセ
ンサー間で読まれる画像情報を所定時間遅延させ、その
後合成することにより原稿面上の一点のカラー画像の読
取りを行っている。この為従来のカラー画像読取装置て
はラインメモリを必要としていた。このラインメモリを
用いて例えばＢ信号に対してＧ信号とＲ信号を遅延させ
ることにより３色の画像信号の合成信号を得ていた。

一般にこのようなラインメモリを用いると画像処理回路
が複雑となり、又多くの処理時間を必要とする等の問題
点があった。

又、ラインメモリは一般に高価であり、ラインメモリを
複数個設けることはコスト的な面から大変不利であり安
価なカラー画像読取装置を達成するのが難しかった。

この他複数のラインセンサーを用いたカラー画像読取装
置では各ラインセンサーは同時刻には原稿面上の異なる
位置の画像を読取っている為、各要素の組立上の誤差例
えば原稿読取り用の光学系が僅かに走査ブレを発生して
も大きな色ズレとなり、鮮鋭なカラー画像か得られない
という問題点があった。

本発明はカラー画像の色分解手段として反射型１次元ブ
レーズド回折格子を用い、結像光学系と色分解手段そし
てラインセンサーより成る読取手段等の各要素の構成を
適切に設定することによりラインメモリを必要とせず装
置全体の簡素化を図りつつ、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、カラー画像を結像光学
系により入射光束を３つの色光に色分解する１次元ブレ
ーズド回折格子より成る色分解手段を介した後、３つの
ラインセンサーを同一基板面上に配置した読取手段面上
に結像させ、該読取手段で該カラー画像を読取る際、該
結像光学系と該色分解手段そして該読取手段を一体化ユ
ニットより構成すると共に少なくとも該結像光学系は光
軸方向に移動可能に又は該色分解手段は反射面法線を軸
に回動可能に又は該読取手段は受光面を基準に水平方向
と垂直方向そして光軸方向に移動可能かつ各方向の軸を
中心に回動可能となるように構成したことを特徴として
いる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の要部側面図、第２図は第１
図の一部分の要部斜視図でる。第３図（Ａ）　、　（Ｂ
）は第１図の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）である。

まず本発明のカラー画像読取装置のカラー画像読取りの
光学的な原理について説明する。

第３図（Ａ）　、　（Ｂ）において１は原稿面てあり、
カラー画像か形成されている。２は結像光学系であり、
射出側の主光線か光軸と平行となフ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、反射型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、反射回折させている。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。

本実施例では不図示の照明系より照明された原稿１面上
のカラー画像を結像光学系２により色分解手段３を介し
て、所定の３つの色光に分解し該分解した各色像な各々
対応するラインセンサー８．９．１０面上に結像してい
る。そして読取手段４により各々の色光に基づくカラー
画像をデジタル式に読取っている。

本実施例の色分解手段３は第４図に示すように基板１０
２に入射光束に対して所定の位相差を付与して反射回折
させる位相部１０３を１次元方向に配置して形成した反
射型１次元ブレーズド回折格子より成っている。この色
分解用の１次元ブレーズド回折格子については、例えば
ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ　（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第５図に示すように基板
１０２に対して角度θ。で入射する光束を３つの位相差
を付与して反射回折させるように設けた周期（ピッチ）
Ｐの段差構造より成る位相部１０３を介して所定の３つ
の色光に分解して反射回折させている。

第３図（Ａ）に示すように主走査断面においては原Ｈ４
１面上には有限の読取り幅が存在し、この幅は結像光学
系２に対して画角αとなっている。

今、画角αで入射した光束が結像光学系２により射出側
で例えば第６図に示す如く角度α′で出射したとする。

このとき反射型１次元ブレーズド回折格子から反射回折
され、読取手段４の１つのラインセンサーまでの距離は
軸上においてＩｌｏ、出射角α′の軸外では！、となる
。ここに１．＝１ｏ／ｃｏｓα′である。（尚、第６図
においては破線で示すように光路を展開した状態で示し
ている。通常の光学系ではα岬α′となっている。） 方、反射型１次元ブレーズド回折格子による１次の反射
回折に従うラインセンサー面上での０次光との分離距離
をＺとして、第５図及び第６図中記号を用いて示すと ・・・・・・（１） となる。

但し、＾：波長、θ。二人射角、Ｐ；格子ピッチ、Ｉｌ
、　；　１１ｏｏｒｊ２．　、士符号は±１次に対応し
ている。

（１）式より１＝Ｉｌｏｏｒｌｌ、故にα′−〇以外で
は分離距１１Ｚは一定とならず、即ち直線上に平行に並
ぶ各ラインセンサー面上には一定波長の光束か正しく結
像されない。

そこで本実施例では出射角α′が入射角αに係らす常に
０度となるよう即ち射出型テレセンドリンク系となるよ
うに結像光学系を構成し、（］）式の分離距１１Ｚを一
定としている。

この他画角α〜α′であると第５図に示すように位相部
１０３の格子厚ｄ、、ｄ２に対し図中紙面に垂直断面内
にα′の角度を成して主光線が回折格子に入射すると実
光路長はこの角度α′に依存し、格子厚みｄｌと位相差
φ、との間には２π　　　　　２ λｃｏｓｅ。”ｃｏｓａ　、　）　ｄ　Ｈ（ｉ−１，２
）φ、＝□（ ・・・・・・（２） φ１　；位相差（ｒａｄ） なる関係かある。この為ブレーズド波長がずれてくる。

即ち、所望の位相差φ１を得る波長λは格子厚みｄｌが
一定であるとき軸外光（α′≠０）ではシフトしてしま
う。これは画角にｚしてラインセンサー上に捕捉される
各波長分布かすれることを表わし、結果的に色ズレを引
起こしてしまう。

例えば格子厚ｄ、＝６８２ｎｍ、ｄ２＝１３６４ｎｒｎ
とした場合、入射角θ。−３０度としてφ、＝６π、φ
２＝１２πとして０次回折光ブレーズド彼長はα′二〇
（軸上）てλ＝５２５ｎｍとなる。

方、α　＝２０度ではえ＝５５９ｎｍとなり約３４ｎｍ
シフトしてしまう。これらの問題を解決する手段として
本実施例では前述の如く結像光学系を射出型テレセンド
リンク系としている。

即ち、本実施例における結像光学系（射出型テレセント
リック系）は前側焦平面に入射瞳を持ち、射出瞳は原稿
１面方向へ無限遠の位置となり軸外主光線の射出角は光
軸に対して常にα′−〇となっている。

次に本実施例における１次元ブレーズド回折格子を反射
型より構成したときの特長について述べる。

前述の（２）式は回折格子として反射型のものについて
の位相差φ１と格子厚ｄ、の関係を示したものであるが
、前述の公知例にも示された透過型のものについて同様
の関係を求めると以下のようになる。

ｘ　　　ｄ、　　　　　　　　　　（ｉ−１，２）・・
・・・・（３） （但し、Ｚ方向に垂直入射、即ちθ。＝０）（２）　、
　（３）式を比較すれば明らかであるが、ここで媒質の
屈折率をｎλ句１．５、α′−〇としたとき、前述例で
示した０次回折光ブレーズド波長λ＝５２５ｎｍを所定
の回折効率を得るのに必要な位相差φ１＝６πで得る為
には、反射型回折格子では格子厚ｄ、＝６８２ｎｍであ
るのに対して透過型回折格子ではｄ、＝３１５０ｎｍ、
同様にφ２＝２πに対し反射型回折格子ではｄ２＝１３
６４ｎｍに対して透過型回折格子ではｄ２＝６３００ｎ
ｍとなり、実際に必要な格子厚は４．６倍も厚くなる。

これは当回折格子を製作するに当り極めて困難を伴なう
。即ち、リングラフィ技術、もしくはレプリカ法におけ
る型製作等の現在一般に知られるこの種の格子製造法に
おいて、前記格子厚は大量に安価に供給する際に難しく
なフてくる。

方、回折格子を反射型とした場合、格子厚が２段目てｄ
２＝１３６４ｎｍ程度であれば例えば光デイスク製作に
おける２Ｐ法等の手法に延長線上に位置させ得る厚みと
なり好ましい。尚、回折効率を考えて位相差φ１は６π
程度以上設けておけば十分である。

次に本発明の特徴である結像光学系、色分解手段そして
読取手段の各要素を一体化ユニットで構成する際の組立
行程を第１、第２図を用いて説明する。

尚、第１図において２０１は本発明のカラー画像読取装
置の底板であり、該底板２０１には結像ユニットベース
１００を支える３本の高さ調整コマ２００か高さ調整さ
れた後、接着剤Ｂで固着されている。

まず本実施例においてはアルミダイキャストやモールド
等で作られている結像ユニットベース１００の一部に設
けた位置決め穴１０３に結像光学系２を挿設し、レンズ
押えベルト２１て仮止めをする。

又、取付は板３１には色分解手段３の代わりに調整用と
して不図示の治具ミラーを取付ける。読取手段４にはセ
ンサドライバー４１が係合されていてハーネス４１０を
介して不図示の画像信号処理用の回路ボックスに接続さ
れている。そしてこの回路ボックスからの信号は計測器
又は高解像度モニタ受像器に供給されている。

読取手段４は不図示の位置合わせ調整治具で保持されて
いる。この位置合わせ調整治具としては例えばマイクロ
メータ・ステージを組合わせて構成されており、受光面
の水平方向、垂直方向そして光軸方向（前後方向）更に
各軸を中心に回転方向の全体として６次元で調整可能と
なるように構成されている。

本実施例においては原稿面１の相当位置にテストチャー
トを置き、このテストチャートをバ、ツクライトで照明
し、該テストチャートを結像光学系２により読取手段４
面上に結像させる。そしてこのとき読取手段４で得られ
る画像信号を計測器又は受像器等の観察手段で観察しな
がら各要素を調整する。

まず読取手段４を６次元の位置合わせ可能な調整治具を
計測値の場所でホールドした状態で結像光学系２を光軸
方向（ピント方向）に移動させて観察手段でモニタしな
がら概略のビン出しを行いレンズ押えベルト２１をどス
２２で止める。次に同様に観察手段でモニタしなから該
６次元位置合わせ可能な調整治具を操作しながら読取手
段の正確な位置決めを行う。

そして位置決めか行なわれた状態で読取手段４の取付は
板４２と結像ユニットヘース１００に締結されている対
向板１０１の間で半田等の溶融金属又は接着剤Ｈによる
接合を行う。ここで半田等の溶融金属を使う場合は取付
は板４２と該対向板１０１に半田等の溶融金属メツキを
行なうと容易に接合できるので好ましい。

読取手段４を取付は板４２に取付けた状態で取付は板３
１に仮止めされていた治具ミラーに代えて反射型１次元
ブレーズド回折格子より成る色分解手段３を取着し、観
察手段でモニタしながら色分解手段３を調整する。この
とき色分解手段３は取付は板３１に取付は板バネ３４を
介して取付けている。

そして取付は板３１上の一部の支点３３を中心にして矢
印のようにして回動調整し、調整か完了したならば取付
は板３１を結像ベースユニット１００にビス３２で締結
する。このようにして本実施例では各要素の組立て調整
を行っている。

本実施例では色分解手段３が装置の下方に向くように、
又読取手段４を色分解手段３に対し装置の下方で取付は
板４２で該読取手段４の受光面がおおわれるようにして
配置している。これにより読取手段がゴミや埃で汚れな
いようにし、かっ色分解手段３の回折格子面も汚れない
ようにしている。尚、本実施例において好ましくは外部
からゴミや埃等が侵入しないように結像ユニットをおお
う防塵カバー１０００を取付けるのが良い。

次に本実施例における色分解手段３か反射面法線を軸と
して回転調整可能であることの有効性について第７図を
用いて説明する。

第７図は本発明のカラー画像読取装置の具体的な構造の
一実施例である。同図において原稿カラス４０１に載置
されたＷ、４ｉ１！ｐは照明系４０２によって主走査方
向にスリット状に照明される。原稿Ｐからの反射光は第
１ミラー４０３、第２ミラー４０４、第３ミラー４０５
て反射し、結像光学系２により集光され、反射型ブレー
ズド回折格子より成る色分解手段３で所定の色光の３つ
の光束に色分解された後、読取手段４の各々のラインセ
ンサー面に集光される。そして読取手段４により原ＭＰ
のカラー画像の読取りが行なわれ、読取られたカラー画
像情報に基づいて原稿Ｐの複写等の処理が行なわれる。

本実施例において照明系４０２と第１ミラー４０３か設
けられた第１光学台４０８と第２ミラー４０４と第３ミ
ラー４０５が設けられた第２光学台４０９とかステラど
ングモータ等の駆動モータにより図中左右方向に駆動さ
れて原稿２面上を走査する。このとき光路長を一定に保
つように第１光学台４０８は速度Ｖで、第２光学台４０
９は速度Ｖ／２で同期して駆動している。

今、色分解手段３で反射面法線を軸として回転方向に調
整できない場合には原稿ガラス４０１をカラス面と垂直
方向を軸として回転調整をするか、又第２ミラー４０４
又は第３ミラー４０５をその反射面法線を軸として回転
調整する必要がある。この方法は一般に調整が困難であ
り、又故障等により結像ユニットを交換したい場合には
原稿ガラス４０１又は第２ミラー４０４又は第３ミラー
４０５をその都度調整しなければならないという煩わし
さがある。

これに対して本実施例では結像光学系２、色分解手段３
そして読取手段４を一体化ユニットより構成し、前述の
ように次の各要素の少なくとも１つを即ち該結像光学系
２を光軸方向に、色分解手段３を反射面を法線とした回
転方向にそして読取手段４を６次元的に調整可能とする
ことにより装置全体の組立上の高精度化を図っている。

（発明の効果） 本発明によれば１次元ブレーズド回折格子を用いてカラ
ー画像情報を色分解し、各色光に基づくカラー画像情報
をモノリシックラインセンサーより成る読取手段で読取
る際、前述のように結像光学系と色分解手段そして読取
手段を一体化ユニットで少なくとも１つの要素に調整手
段を設けて構成することにより、ラインメモリを必要と
せず、装置全体の簡素化及び各要素の組立調整の容易化
を図ったカラー画像の高精度な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．第２図は本発明の一実施例の要部側面図と要部斜
視図、第３図（Ａ）　、　（Ｂ）は第１図の要部平面図
と要部側面図、第４．第５図は第３図の一部分の拡大説
明図、第６図は本発明と比較する為の結像光学系の一部
分の説明図、第７図は本発明の具体的な一実施例の要部
概略図、第８図は従来のカラー画像読取装置の概略図、
第９．第１０゜第１１．第１２図は第８図の一部分の説
明図である。 図中、ｉ、ｐはｙＸＭ、２は結像光学系、３は色分解手
段、４は読取手段、８，９．１０は各々ラインセンサー
、１００は結像ユニットベース、３１．４２は取付は板
、４０１は原稿ガラス、４０２は照明系である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）カラー画像を結像光学系により入射光束を３つの
   色光に色分解する１次元ブレーズド回折格子より成る色
   分解手段を介した後、３つのラインセンサーを同一基板
   面上に配置した読取手段面上に結像させ、該読取手段で
   該カラー画像を読取る際、該結像光学系と該色分解手段
   そして該読取手段を一体化ユニットより構成すると共に
   少なくとも該結像光学系は光軸方向に移動可能に又は該
   色分解手段は反射面法線を軸に回動可能に又は該読取手
   段は受光面を基準に水平方向と垂直方向そして光軸方向
   に移動可能かつ各方向の軸を中心に回動可能となるよう
   に構成したことを特徴とするカラー画像読取装置。
2. （２）前記３つのラインセンサーは互いに平行となるよ
   うに配置されており、前記色分解手段は入射光束を該ラ
   インセンサーの画素の並び方向と直交する方向に色分解
   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。