JPH04223660A - 光路長補償器付きビームスプリッタ／コンバイナ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に、多層の２色性複
合材を利用して物体の空間的に離れたカラー成分像を像
平面上に発生するカラー結像アセンブリに、及び多層の
２色性複合材を利用して異なるスペクトル範囲の光のビ
ームを一つの混合ビームに混合するコンバイナに、関す
るものである。本発明は特に、２色性複合材に関連して
使用される光路長補償器に関する。

【０００２】

【従来の技術】「光のビーム」という語句は時にコリメ
ート光源により発生されたもののような平行光線の束を
意味するよう狭く規定されることがある。「光のビーム
」という語句はまた全般に同じ方向に走行する光線を有
する狭い光の条を意味するように一層広く規定されるこ
ともある。この広い方の意味で使用すれば、物体から放
射して結像レンズを通過する光の他に、レンズから出て
、像平面に焦点を結ぶ光の収束円錐をも包括的に「光の
ビーム」と言うことができる。「光のビーム」という語
句をここで使用するときは、この広い意味のつもりであ
ることを理解すべきである。

【０００３】ビンセント（Ｖｉｎｃｅｎｔ）の米国特許
第４，７０９，１４４号及びビンセント（Ｖｉｎｃｅｎ
ｔ）他の米国特許第４，８７０，２６８号は、そこに開
示されているすべてについて参照によりここに特に取入
れてあるが、ビームスプリッタアセンブリ及びビームコ
ンバイナアセンブリに使用される多数の異なる２色性複
合材について述べている。ビームスプリッタを利用する
光学スキャナは、１９８９年７月２０日出願されたデー
ビッド・ウェイン・ボイド（Ｄａｖｉｄ　Ｗａｙｎｅ　
Ｂｏｙｄ）の「光学スキャナ」に関する米国特許出願書
第３８３，４６３号に述べられており、この出願をそれ
が開示しているすべてを参照によりここに特に取入れて
ある。

【０００４】分離している成分ビームの光路長の差に関
連する問題は２色性複合材をビームスプリッタまたはビ
ームコンバイナに使用するときに生ずる。光路長の問題
を解決するための従来技術の或るビームスプリッタアセ
ンブリ及び関連手法であって米国特許第４，７０９，１
４４号及び第４，８７０，２６８号に開示されているも
のについてここに手短かに説明することにする。

【０００５】図１は線物体の線像を結像レンズ６から一
定光路長距離のところにある像平面ＩＩの上に結像する
ようになっている結像レンズ６を通過する多色光ビーム
４を発生する線物体１を備えている線結像型カラー結像
アセンブリの概略側面立面図である。光ビーム４は多色
光ビーム４を線物体のカラー成分像を像平面ＩＩに設置
されたモノリシック光センサユニット１１、図１及び図
２、に結像するスペクトル的に且つ空間的に離れている
カラー成分ビーム８、９、１０に分割する２色性ビーム
スプリッタ５６に突き当る。

【０００６】図１は二つの光学的に平坦で透明な光学的
支持媒質６０及び６２を、空間的及びスペクトル的に分
離されている実質上平行な三つの光成分ビーム８、９、
１０を発生する実質上等間隔に設けられた三つの２色性
被膜を作るように取付けることができる仕方を示してい
る。光学的セパレータ５６は一面または両面が２色性被
膜５０、５２、及び５４で被覆されている精密に研削さ
れ且つ磨かれたガラス板６０及び６２から構成されてい
る。各２色性被膜５０、５２、及び５４で、入射光は波
長により、吸収損失が無視できる状態で、反射されるか
透過する。２色性被膜５０、５２、及び５４の組成は正
確な帯域ろ波を行うように設計することができる。

【０００７】図１に示す板６０は２色性被膜５０を４５
°で打つ入射光が青色光（約４００〜５００ｎｍ）を反
射する一方赤色光及び緑色光を透過するように設計され
ている。

【０００８】図１に示す板６２は両面を２色性被膜５２
及び５４で被覆され、第１の２色性被膜５２を通常４５
°で打つ多色性光ビーム４が赤色スペクトル帯（たとえ
ば、６００〜７００ｎｍ）を反射する一方、緑色帯を透
過するようになっている。第２の２色性被膜を打ち、２
色性被膜から通常４５°の向きにある光軸を有する緑色
光は反射する。反射した緑色光はガラス板６２及び他の
２色性被膜５２及び５０を４５°の角度で逆に通過する
。図１に示すように、入射光の各カラー成分８、９、及
び１０は入来ビーム４に対して９０°で反射する。反射
した赤色光及び緑色光の成分９及び８は平行で、ガラス
板６２及び２色性被膜５２の厚さ、板６２の屈折率、及
び入射角で決まる距離だけ互いに離れている。同様に、
青色光及び赤色光の成分１０及び９はガラス板６０及び
２色性被膜５０の厚さ、板６０の屈折率、及び入射角で
決まる距離だけ離れている。

【０００９】ミラー被膜を第３の２色性被膜の代りに置
き換えることができる。第３の残りのカラー成分だけが
その被膜境界とに到達するからである。

【００１０】光学的セパレータ５６と共に使用する適切
な光センサユニット１１を図２に示す。光センサ１１は
、精密に位置合せされ且つ図１に示すビーム８、９、及
び１０によりそれぞれ形成された結像線像と一致するよ
うに離して設置された三つの線状光センサアレイ１２、
１３、及び１４を有する単一チップ、単一パッケージ固
体装置とすることができる。

【００１１】図１に示すように、各カラー成分ビーム８
、９、１０はビームスプリッタ５６を通って異なる光路
長を走行する。その結果、ビームスプリッタを通る成分
ビームの光路長の差により、光センサユニット１１は成
分ビームの法平面に対して各θねじれ、レンズ６から光
センサユニット１１まで測った、異なるカラー成分の各
々の総光路長が等しいようになる。角θ及び線状光セン
サアレイ間の距離「Ｄ」はガラス板及び２色性層の厚さ
Ｘ及び屈折率の関数である。

【００１２】図３は光センサ１１を色分離されたビーム
の光軸に垂直に設置できるようにするビームスプリッタ
／光センサの配置を示す。この配置で、色分離されたビ
ームのガラスを通る光路長は３色性ビームスプリッタ５
６及び５８を逆配置することにより等しくなる。

【００１３】図３に示すように、入射光ビーム４は直角
プリズム５１の斜面３２に直角に打当り、光ビームが４
５°で打つプリズム５１の第１の底面３０までプリズム
５１の中を透過する。図１の複合ビームスプリッタ５６
はこれに取付けられている。入射光ビームの赤、緑、及
び青のスペクトル成分の３色分解が先に説明したように
生ずる。反射した三つの成分ビームはプリズム５１に再
び入り、フリズム５１の第２の底面３４に向い、分離し
た各ビームが第２の底面３４を４５°の入射角で打つ。 第２の複合ビームスプリッタ５８はプリズム５１の第２
の底面３４に取付けられている。 ビームスプリッタ５６及び５８の板６０及び６２及び２
色性被膜５０、５２、５４は同じである。ただし、複合
ビームスプリッタ５６及び５８、及びプリズム５１の各
底面３０及び３４の上の多層誘電体膜５０、５２、及び
５４の向きは逆になっており、３色プリズムビームスプ
リッタ５９に出入りする各成分のカラービームの光路長
は同じであるようになっている。すなわち、青色のよう
な、成分カラービームは底面３０に設置された板６０の
２色性被膜５０から反射する。次に、青色青分は底面３
４に隣接して設置されている板６０の２色性被膜５０か
ら反射する。同様な様式で、赤色成分カラービームは底
面３０の上の中間フィルタ５２に進み、緑色成分は背面
フィルタ５４から前面フィルタ５４に反射する。底辺３
４に隣接する３色ビームスプリッタ５８から反射したビ
ームはプリズム５１の外へ導かれる。ビームは斜面３２
に垂直で、入射光ビームに平行である。ビームスプリッ
タのガラス板、６０及び６２、及び２色性被膜、５０、
５２、及び５４、の厚さによって反射ビームの分離が決
まる。このようにして、二重３色ビームスプリッタ５９
はすべてのカラー成分に対してガラスを通る光路長を等
しくする。また、光は直角の入射角でプリズムを出入り
する。

【００１４】図４を参照すると、蛍光光源２２が原文書
２１の表面を照らしている。原文書からの結像光のビー
ムは２色性ビームスプリッタ１６及び１７から成るビー
ムスプリッタアセンブリにレンズ６により投射される。 ビームスプリッタ１６及び１７は一方の面が２色性被膜
５０及び５２でそれぞれ被覆されている平坦なガラス板
である。ビームスプリッタ１６は青色光を反射するが赤
及び緑のスペクトル帯を透過させるように設計されてい
る。青色光は、ビームスプリッタ１６が入射光ビーム４
に対して４５°傾いた状態で、第１のＣＣＤ線状アレイ
光センサ１８に反射される。ビームスプリッタ１７は赤
色光を第２のＣＣＤフォトダイオードアレイセンサ２０
に反射する。両ビームスプリッタ板を通過する緑色線像
は第３のＣＣＤフォトダイオードアレイセンサ１９に捕
えられる。ビームスプリッタ板１７は、図示のように入
射光ビーム４に対して４５°で整列されている。各線状
光センサアレイ１８、１９、２０が別々の光センサユニ
ットに設けられているこの構成では、ビームスプリッタ
１６、１７を通るカラー成分ビームの光路長の差は異な
る光センサユニットの位置を個々に調節することにより
補正される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
ではビームスプリッタを通る成分ビームの光路長の差を
単一平面光センサアレイを成分ビームの法平面に対して
ゆがめることにより調節することが知られている。この
解決法に伴う問題点は光センサアレイをゆがめると光セ
ンサアレイの照明がゆがみ角の余弦に比例する量だけ減
るということである。このようなゆがんだセンサ構成か
らは非点収差も生じ、これにより像の変調伝達関数（Ｍ
ＴＦ）が小さくなる。

【００１６】従来技術ではビームスプリッタを通る成分
ビームの光路長の差を第２の補足ビームスプリッタ構成
を設けることによって補正することも知られている。し
かし、このような解決法は第２のビームスプリッタの費
用が追加されることにより光学系の総費用が増える。第
２のビームスプリッタは、２色性ビームスプリッタの使
用に関連する光学的品質低下を伴うこともある。

【００１７】従来技術ではビームスプリッタアセンブリ
を通る光路長の差を各成分ビームに対して異なる光セン
サユニットを設けることにより補正することも知られて
いる。しかし、このような構成は説明した他の構成ほど
コンパクトではなく、また精密に位置決めし且つ位置合
せしなければならない複数の光学要素を有する光学系で
経験する形式の、別の公差関連の問題を生じやすい。更
に他の問題は複数の光センサユニットを使用することに
関連する付加費用である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、多色性光ビー
ム分離にまたはカラー成分光ビーム混合に多層２色性複
合材のような多層、スペクトル選択的、反射性被膜を採
用するカラー結像アセンブリ及びカラーコンバイナを目
的としている。本発明は、成分ビーム光路長の差を補正
し、光路長差を処理する従来技術の手法に関連する問題
を回避する光路長補償器を採用している。

【００１９】したがって、本発明は、物体の空間的に離
れたカラー成分の像を単一像平面上に形成するカラー結
像アセンブリを備えている。結像アセンブリは、多色結
像光ビームを物体から受取って物体の像を単一像平面上
に作るようになっている結像レンズアセンブリを備えて
いる。単一多層ビームスプリッタは多色性結像光ビーム
の光路に斜めに設置されて多色性光ビームを、その光軸
が単一像平面に垂直な複数の平行で、空間的に離れた、
カラー成分ビームに分割する。光路長補償器はビームス
プリッタと単一像平面との間に設置されて複数のカラー
成分ビームの光路長の差を屈折により補正し、これによ
り各カラー成分ビームは物体のカラー成分像を単一像平
面上に結像する。

【００２０】本発明はまた、結像光の入射ビームを、距
離「ｄ」だけ離れている第１及び第２の共面光センサア
レイ上に第１及び第２の結像成分像を作る少くとも第１
及び第２の平行成分光ビームに分離するビームスプリッ
タアセンブリをも備えている。ビームスプリッタアセン
ブリは、屈折率が「ｎ」で且つ第１及び第２の対向する
平行面が前記入射光ビームに対して４５°の角を成して
いる透明板を備えている。第１の２色性層は板の第１の
面に隣接して設けられ、第１のスペクトル範囲の光を反
射して第１の成分ビームを結像光の入射ビームから分離
するようになっている。第２の２色性層は板の第２の表
面に隣接して設けられ、第２のスペクトル範囲の光を反
射して第２の成分ビームを結像光の入射ビームから分離
するようになっている。屈折率が板の屈折率「ｎ」に等
しいプリズムが設けられている。プリズムには第１の成
分ビームに垂直で且つこれと交差する関係位置にある第
１の平面状表面部、及び第２の成分ビームと垂直で且つ
これと交差する関係位置にある第２の表面部がある。プ
リズムの第１及び第２の表面部は平行で約ｄ／（ｎ−１
）の距離だけ離れている。

【００２１】本発明はまた、複数の成分光ビームを単一
光軸及び単一焦点視野を有する混合光ビームにスペクト
ル的に且つ空間的に混合する光学装置をも備えることが
できる。この光学装置は、スペクトル範囲が異なり且つ
光軸が空間的に分離されている複数の成分光ビームを発
生する成分光光源を備えている。単一多層ビームコンバ
イナは成分光ビームの光路に設置されて成分光ビームを
混合して単一光軸を有する混合光ビームにする。レンズ
アセンブリは混合光ビームを受取って混合光ビームをそ
れに垂直に設置された単一平面上に結像する。ビームコ
ンバイナとレンズアセンブリとの間に設置されている光
路長補償器は成分ビームとビームコンバイナとの相互作
用で生じた複数の成分光ビームの光路長の差を屈折的に
補正して混合光ビームの各スペクトル成分が単一法平面
上に結像されるようにする。

【００２２】本発明はまた、距離「ｄ」だけ離れている
第１及び第２の共面の成分光光源により発生される第１
及び第２の平行な成分光ビームを混合光ビームに混合す
るビームコンバイナアセンブリを備えることもできる。 コンバイナアセンブリは、その屈折率が「ｎ」で、且つ
第１及び第２の対向する平行表面が前記混合光ビームに
対して４５°の角を成している透明板を備えている。第
１の２色性層は板の第１の表面に隣接して設けられ、第
１のスペクトル範囲の光を反射して第１の成分ビームを
混合して混合ビームにするようになっている。第２の２
色性層は板の第２の表面に隣接して設けられ、第２のス
ペクトル範囲の光を反射して第２の成分ビームを混合し
て混合ビームにするようになっている。屈折率が板の屈
折率「ｎ」に等しいプリズムが設けられている。プリズ
ムには第１の成分ビームに垂直で且つこれと交差する関
係位置にある第１の平面状表面部及び第２の成分ビーム
に垂直で且つこれと交差する関係位置にある第２の表面
部がある。プリズムの第１及び第２の表面部は平行で、
屈折率「ｍ」の媒質との境界面をなしている。プリズム
の第１及び第２の表面部は約ｄ／（〔ｎ／ｍ〕−１）の
距離だけ離れている。

【００２３】

【従来の技術】図５及び図６は、光学スキャナの走査線
のような、物体１０８の空間的に分離されたカラー成分
像、たとえば、赤、緑、及び青の像１０２、１０４、１
０６を単一像平面ＰＰに形成するカラー結像アセンブリ
１００を示す。カラー結像アセンブリ１００は、物体１
０８からの、中心ビーム軸がＷＷの多色結像光ビーム１
１２を受取って物体の像を単一像平面ＰＰの上に作るよ
うになっている、概略的に１１０で図示した、結像レン
ズアセンブリを備えている。単一の２色性ビームスプリ
ッタアセンブリ１１４が多色光ビーム１１２の光路に斜
めに設けられて多色光ビームを、単一像平面ＰＰに垂直
に設置された平行な中心光軸ＲＲ、ＧＧ、ＢＢを有する
複数の平行な、空間的に離れた、カラー成分ビーム１２
２、１２４、１２６に分割する。光路長補償器１３０は
、プリズム１３１から構成することができるが、ビーム
スプリッタアセンブリ１１４と単一像平面ＰＰとの間に
設置されて複数のカラー成分ビーム１２２、１２４、１
２６の光路長の差を屈折により補正して各カラー成分ビ
ームが物体１０８のカラー成分像１３２、１３４、１３
６を単一像平面ＰＰに結像するようにする。

【００２４】カラー結像アセンブリ１００について全般
的にこのように説明してきたが、その種々な特徴を今度
は更に詳細に説明することにする。

【００２５】図５に示すように、結像すべき物体１０８
は参照により上に取入れた米国特許出願第３８３，４６
３号に述べられているもののような光学スキャナの走査
線のような線物体とすることができる。

【００２６】レンズアセンブリ１１０は二重ガウスレン
ズアセンブリまたは他の結像レンズアセンブリから構成
することができる。

【００２７】単一２色性ビームスプリッタ１１４は、参
照により上に取入れてある米国特許第４，７０９，１４
４号及び第４，８７０，２６８号に述べられている形式
のものでよい。ビームスプリッタは第１の透明板１４０
及び第２の透明板１４２を備えている。第１の板１４０
の前向き表面１４４にはこれに施された第１の２色性被
膜１４６があり、この被膜は０．００２ｍｍの厚さの青
色光反射被膜とすることができる。第１のガラス板の後
面には層１４６と同じ厚さの緑色光反射層とすることが
できる第２の２色性層１５２を被覆することができる。 第２の板１５２の前向き表面１５４は第１の板１４０の
被覆後面１４８にノルランド６１のような透明光学接着
剤（図示せず）の、たとえば、０．００５ｍｍの厚さの
、薄層により接着することができる。第２の板１４２の
後面１５６には第３の２色性層１５８を被覆することが
できるが、この層は赤色光反射層にまたは代りに鏡面に
することができる。

【００２８】光路長補償器１３０はプリズム１３１から
構成することができる。プリズム１３１は入射光ビーム
１１２の長手方向中心軸ＷＷに垂直に設けられた前向き
の平面状表面部１７０を備えている。プリズム１３１は
入射光ビーム１１２に対して角「ａ」だけ斜めに設置さ
れた平面状の傾斜した後面部１７２を備えている。一好
適実施例では、表面１７２は入射光ビームの長手方向中
心軸ＷＷに対して４５°の角度で傾いている。プリズム
１３１は像平面ＰＰから第１の所定距離に設置された第
１の平面状表面１８２、像平面ＰＰから第２の所定距離
に設置された第２の平面状表面１８４、及び像平面ＰＰ
から第３の所定距離に設置された第３の平面状表面１８
６を有する階段状の下方部分１７４を備えている。表面
１８２は成分ビーム１２２と中心が一致するように設け
られ、且つこれに垂直に向いている。同様に、第２の表
面１８４及び第３の表面１８６はそれぞれ第２及び第３
の成分ビーム１２４、１２６と中心が一致し、且つそれ
らに垂直になっている。

【００２９】本発明の一実施例では、各表面１８２、１
８４、１８６にそれぞれ関連する成分ビーム１２２、１
２４、１２６の波長範囲の光を透過する薄いフィルタ被
膜１８３、１８５、１８７が設けられている。このよう
にして、フィルタ層１８３は赤色光を透過するようにな
っており、フィルタ層１８５は緑色光を透過するように
なっており、フィルタ層１８７は青色光を透過するよう
になっている。このようなフィルタ層の使用はそれぞれ
関連２色性層１５８、１５２、１４６の光分離能力を補
正するのに役立つことができ、したがってビームスプリ
ッタアセンブリのスペクトル分離の完全性を増すことが
できる。プリズム１３１はプリズム支持部材１８８を用
いるようにしてレンズアセンブリ１１０に固定して設置
される。

【００３０】センサ信号を適切なデータ処理データ格納
ユニット（図示せず）に伝えるようになっている電気リ
ード１９１を備えているモノリシック光センサアセンブ
リ１９０がプリズム１３１の直下に設けられている。光
センサアセンブリ１９０は複数の各成分ビーム１２２、
１２４、１２６と中心を合せて設置された複数の共面線
状光センサアレイ１９２、１９４、１９６を備えている
。光センサアセンブリ１９０は図１に示す従来技術の光
センサアセンブリ１１に対応することができる。光セン
サアセンブリ１９０はプリズム支持部材１８８と固定関
係に設置されているセンサ支持部材１９８で支持するこ
とができる。各線状光センサアレイ１９２、１９４、１
９６はその上に結像するカラー成分像１３２、１３４、
１３６を表わす信号を伝えるようになっている。

【００３１】図６に仮想線で示したように、プリズム１
３１の屈折率より小さい屈折率を有する、空気のような
、媒質が直接にまたはフィルタ被膜１８３、１８５、１
８７でプリズム表面１８２、１８４、１８６と接触して
いる。空気は現在のところ媒質２００の好ましい物質で
あるが、媒質２００はプリズム１３１の屈折率より小さ
い屈折率を有する第２の固体プリズムから構成すること
ができ、または光学系で使用され、その屈折率がプリズ
ム１３１の屈折率より小さい一定の油のような透明な液
体から構成することもできる。

【００３２】表面１８３、１８５、１８７を像平面ＰＰ
から異なる距離に置くことにより、関連成分ビーム１２
２、１２４、１２６の屈折が対応して各成分ビームに沿
う異なる軸方向位置で生じ、これにより各成分ビームの
焦点が異なる量だけ移動する。各成分ビームの焦点の軸
方向移動の量はビームスプリッタ１４を通る各成分ビー
ムの光路長の差を補償するように選定される。各ビーム
の焦点のこの移動を図７に詳細に示す。表面１８４に一
致する平面ＳＳでと記されている位置で、成分ビーム１
２２、１２４は、ビーム１２２がビームスプリッタ１１
４を通して付加距離を走行してきたということのためビ
ーム１２２が結像レンズアセンブリ１１０からビーム１
２４が走行したよりも大きな距離を走行してきたという
事実により異なる収束程度を示す。各ビーム１２２、１
２４が光学的密度が連続している単一媒質を通過する場
合に有する光路及び焦点を、ビーム１２４に対してそれ
ぞれ１２５及び２０２で、ビーム１２２に対してそれぞ
れ１２３及び２０２で示す。しかし、光学的密度の高い
媒質と光学的密度の低い媒質との間、すなわち、プリズ
ム１３１と空気２００との間、の境界面で生ずる屈折の
ため、各成分ビーム１２２、１２４は、それぞれ表面１
８２及び１８４で示される媒質境界面を通過してから一
層急速に収束する。表面１８２でビーム１２２の屈折に
より生ずる焦点の移動を２０６で示す。表面１８４でビ
ーム１２４の屈折による焦点の移動を２０８で示す。ビ
ーム１２４の比較的大きな焦点の移動がビーム１２２が
ビームスプリッタ１１４を通った大きな距離を補償し、
二つのビーム１２２、１２４を各ビームの軸ＲＲ、ＧＧ
に垂直に設置された像平面ＰＰ上に結像できるようにす
る。

【００３３】プリズム１３１の屈折率と各板１４０、１
４２の屈折率が同一である図６に示すようなビームスプ
リッタ構成でのプリズムの階段距離を決定する特定の方
法を次に説明する。最初に、隣接する２色性層の反射面
間の距離ｘ１、ｘ２（これは通常各ビームスプリッタ板
１４０、１４２の厚さである）は光センサアレイ間の間
隔ｄ１、ｄ２に、及びビームスプリッタの入射光ビーム
軸ＷＷに対する傾斜角「ａ」に、直接関係することに注
目すべきである。 「ａ」が４５°であるとき、この関係をｘ１＝ｄ１×ｓ
ｉｎ（４５°）と及び式ｘ２＝ｄ２×ｓｉｎ（４５°）
により表わすことができる。「ａ」が４５°であるプリ
ズム構成について、表面１８６と１８４との間及び表面
１８４と１８２との間の階段の厚さｔ１、ｔ２はそれぞ
れ、ｔ１＝ｄ１／（〔ｎ／ｍ〕−１）及びｔ２＝ｄ２／
（〔ｎ／ｍ〕−１）と表わすことができる。

【００３４】ここでｎはプリズム１３１及び板１４０、
１４２を構成している媒質の屈折率であり、ｍは媒質２
００の屈折率である。典型的には、光センサアセンブリ
１９０に一様間隔の線状光センサアレイ１９２、１９４
、１９６が設けられており、この場合ｄ１＝ｄ２、ｘ１
＝ｘ２、及びｔ１＝ｔ２である。本発明の好適実施例で
は、媒質２００は屈折率１，０００を有する空気である
。一様間隔の線状光センサアレイを有し、媒質２００が
空気である、図６に示すような構成に対するガラス板の
厚さｘ及び階段の厚さｔを、角「ａ」が４５°、多様な
異なるプリズム１３１のマトリックス材料、及び異なる
線状光センサアレイ間隔ｄについて、下表に示す。セン
サ間隔ｄ、板の厚さｘ、及び階段厚さｔは各々μｍで表
わしてある。

【００３５】比較的高い屈折率を有するＬＡＳＦＮ１８
のようなガラス形式の使用、及び第２のマトリックス材
料２００が空気である図６に示す形式の構成で４００ミ
クロンの光センサアレイ間隔を使用することが本発明を
実用化するのに考えられる現在のところ最良の態様であ
る。

【００３６】

【表１】

【００３７】本発明の模範的実施例では、ビームスプリ
ッタ１１４、プリズム１３１、及び光センサアレイ１９
０が、対物距離３５７．１ｍｍ、焦点距離４２．５７ｍ
ｍ、開口ｆ数５．３、横倍率−０．１２６０９１、入射
瞳半径４，０００を有する二重ガウスレンズから成るレ
ンズアセンブリ１１０と関連して使用されている。長さ
２１６ｍｍ及び線幅０．０６３５ｍｍを有する走査線１
０８と関連して使用されるこのような構成では、プリズ
ムの前面１７０の高さを２．２ｍｍ、横寸法を２７ｍｍ
とすることができ、線物体１０８から入射光路軸ＷＷに
沿って測って３９４ｍｍの距離に設置することができる
。

【００３８】本発明の別の実施例を図８に示す。これで
はビームスプリッタアセンブリ１１４の前面２色性層１
４６が直接空気のような第１の比較的低屈折率の媒質２
１８と境界を接している。第２の、ガラスプリズム２２
０のような比較的高い屈折率の媒質が像平面ＰＰでセン
サアセンブリ１９０と境界を接する低い表面部分２２６
を備えている。プリズム２２０は像平面ＰＰの上方第１
の距離のところに設置されている成分ビーム１２２と中
心を合せて設置された第１の平面状表面部分２２２を備
えている。プリズム２２０は成分ビーム１２４と中心を
合せて設置され且つ像平面ＰＰの上方第２の所定距離の
ところの表面２２２の下に設置されている第２の平面状
表面２２４を備えている。この構成では、ビーム１２２
及び１２４の光は比較的低屈折率の媒質から比較的高屈
折率の媒質へ通るので、表面２２２及び２２４で生ずる
屈折により関連成分ビーム１２２、１２４の収束の割合
が減少し、各ビームの焦点の位置が相対的に下方に移動
する。各ビームと交差する表面の位置の差により、ビー
ム１２２の焦点の相対的下方移動はビーム１２４の焦点
の下方移動より大きい。プリズム２２０を通過しないビ
ーム１２６は、勿論、全く移動しない。表面２２２及び
２２４の相対的高さは各ビームの焦点が像平面ＰＰにあ
るように選択される。同じ効果は、勿論、成分ビーム１
２６に関連する階段を備えている３段プリズムを用いて
発生させることができる。高さの異なるプリズム面２２
２、２２４の各々にはフィルタ層１８３、１８５、１８
７を参照して説明したように関連する成分ビームのスペ
クトルの完全性を増すフィルタ層を設けることができる
。プリズム２２０のように構成したプリズムはその表面
２２６で像平面ＰＰと軸方向に離して設置されるように
設置することもできる。

【００３９】図９は、第１の、ガラスのような比較的高
い屈折率の媒質のプリズム２４０を採用している本発明
の実施例を示すが、これは上方の階段形構成として成分
ビーム１２２と位置合せされた第１の表面２４２、成分
ビーム１２４と位置合せされた第２の表面２４４、及び
成分ビーム１２６と位置合せされた第３の表面２４６を
備えている。プリズム２４０も成分ビーム１２２と位置
合せされた第４の表面２５２、成分ビーム１２４と位置
合せされた第５の表面２５４、及び成分ビーム１２６と
位置合せされた第６の表面から成る下方の階段形構成を
備えている。第２の、空気のような低屈折率媒質２６０
または更に屈折率の低いガラスがプリズム２４０の上部
階段形構成と境界を接しており、ビームスプリッタ１１
４とも境界を接している。第３の、空気のような比較的
低い屈折率の媒質２６２または更に低い屈折率のガラス
がプリズム２４０の下にその下部階段形構成と境界を接
する関係で、及びセンサアセンブリ１９０と境界を接す
る関係で設置されている。この実施例では、各成分ビー
ムは２回、１回はプリズム２４０の上面で、１回はプリ
ズム２４０の下面で、屈折してその焦点距離の移動を生
じ、これによりビームスプリッタ１１４を通る光路長の
差が補償される。この配置は、事実、図６に示すような
プリズム及び図８に示すようなプリズムの両方の焦点移
動能力を組合せる。各ビーム交差面にはスペクトルフィ
ルタ被膜を設けることができる。

【００４０】図１０はビームスプリッタ１１４を通ると
光路長の差を補償する方法を示すが、これは、事実、図
９に示すものの逆である。図１０の実施例では、比較的
高い屈折率を有する第１の媒質から構成される第１のプ
リズム２７０が直接ビームスプリッタ１１４と接触し、
成分ビーム１２２、１２４、１２６とそれぞれ位置合せ
された複数の階段状表面２７２、２７４、２７６を備え
ている。やはりガラスのような比較的高い屈折率の媒質
から構成されている第２のプリズム２８０に成分ビーム
１２２、１２４、及び１２６と交差する平面状表面２８
２、２８４、２８６から成る上部階段形表面構成が設け
られている。表面２８２、２８４、２８６はプリズム２
７０の表面２７２、２７４、２７６に対して鏡像構成を
有することができる。空気のような比較的低い屈折率の
第３の媒質２９０がプリズム２７０と２８０との間にこ
れと境界を接する関係に設けられている。上の説明から
このような構成も各成分ビームの焦点の対応する移動を
生じ、これをビームスプリッタ１１４を通る光路長差の
補正に使用して物体の結像成分像を像平面ＰＰに設置さ
れている各線状光センサアレイ１９２、１９４、１９６
に発生するようにすることができることが認められるで
あろう。

【００４１】ビームコンバイナアセンブリについてはこ
こに参照により取入れてある米国特許第４，８７０，２
６８号に詳細に述べられている。図１１は特許第４，８
７０，２６８号に開示されている形式のビームコンバイ
ナへ本発明が適用可能であることを示している。図１１
のビームコンバイナ結像アセンブリ３００は混合光ビー
ムを集光するレンズアセンブリ３１０、及び図６を参照
して上に説明したビームスプリッタ１１４と同一構造と
することができる単一２色性ビームコンバイナアセンブ
リ３１４から構成されている。図６のプリズム１３１を
参照して上に説明したものと同一構造することができる
光路長補償器３１６が設けられている。光路長補償器３
１６の下に、図６に説明した線状光センサ１９２、１９
４、１９６に構造及び位置を対応させることができる、
赤色光源３１８、緑色光源３１９、及び青色光源３２０
から構成することができる複数のカラー成分光源３１６
が設置されている。各成分光源は、光路長補償器３１６
の対応する階段状部分を通して導かれ、ビームコンバイ
ナ３１４の関連２色性層から反射される、対応成分ビー
ム３２２、３２４、３２６を発生する。ビームコンバイ
ナアセンブリ３１４の構成は、成分ビームを単一光路軸
ＷＷを有する単一混合ビーム３２８に混合するようにな
っている。混合光ビーム３２８は図６を参照して上に説
明したレンズアセンブリ１１０と同一とすることができ
る結像レンズアセンブリ３１０を通過する。レンズアセ
ンブリは混合光ビームを、混合光ビームを遠い場所に伝
達するのに使用される光ファイバ３３４の端面３３２に
設置することができる共通の焦点３３０に集光する。混
合光ビームは遠い場所で図６で説明したようなアセンブ
リによりカラー成分ビームに再び分離することができる
。当業者は、一組の線状光源及び線焦点を設けるのでは
なく、点光源及び点焦点３３０を代りに設けることがで
きることを認めるであろう。光路長補償器３１６は、図
６を参照して上に説明したと同じ理由で、各成分ビーム
３２２、３２４、３２６の収束をビームコンバイナアセ
ンブリ３１４を通るその光路長の差を補正して各成分ビ
ームが像平面ＦＦで同じ焦点３３０を持つように変える
。更に、上の説明から図８〜図１０の各ビームスプリッ
タアセンブリ及び光路長補償器に厳密に対応する構造を
有するビームコンバイナアセンブリを、各線状光センサ
アレイ１９２、１９４、１９６を線状光源アレイで単に
置き換えるだけで、設けることができることを認めるで
あろう。当業者にはここで説明した光路長補償の原理を
米国特許第４，８７０，２６８号に述べられているビー
ムコンバイナの用途に使用することができることも明ら
かであろう。

【００４２】レンズの色収差は多くの光学装置に共通の
問題である。特定のレンズ媒質の屈折率が光の異なるス
ペクトル範囲に対してわずかに異なるという事実により
、焦点距離などのような他のレンズパラメータも光の異
なるスペクトル範囲に対してわずかに変る。上述の光路
長補償器は異なるスペクトル範囲の成分ビームの焦点距
離の差を補正するのに使用することができる。

【００４３】結像レンズ及び２色性層のような複数の、
平行な、スペクトル選択性の、反射層を利用する形式の
結像アセンブリまたはコンバイナアセンブリにおける異
なる成分ビームに対する焦点距離の相違を補償する他の
方法は、最長焦点距離を有する成分ビームが最小数の層
を通過し且つ最短焦点距離を有する成分ビームが第１の
表面層などにより反射されるようにガラス板の厚さまた
は空気間隙距離を選択することにより、２色性層を配列
すること、及び反射層間の間隔を成分ビームの焦点距離
に対応するように配列することである。異なる成分ビー
ムが先行する反射２色性層間の距離を各種成分ビームの
焦点距離の差に正確に対応させることにより、レンズの
色収差が補正される。

【００４４】従来技術で既知のとおり、ビームスプリッ
タ結像アセンブリの隣接線状光センサアレイ間の間隔は
隣接２色性層間の距離の関数である。したがって、隣接
光センサアレイ間のこの間隔を、採用する特定のレンズ
アセンブリに対するカラー成分ビームの焦点距離の差を
補正するのに必要な２色性層間の特定の間隔に合せて特
別に仕立てなければならない。

【００４５】レンズの色収差を補正する成分ビーム光路
長補正法の同じ原理を、勿論、ビームコンバイナアセン
ブリの２色性複合材にも適用することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、多色性
光ビーム分離にまたはカラー成分光ビーム混合に多層２
色性複合材のような多層、スペクトル選択的、反射性被
膜を採用するカラー結像アセンブリ及びカラーコンバイ
ナが提供される。

【００４７】本発明の例証且つ現在のところ好適な実施
例についてここに詳細に説明してきたが、本発明の概念
はその他の場合に種々に具体化され利用され得ること、
及び付記した特許請求の範囲は、従来技術により限定さ
れているものの他はこのような変形案を含むと解釈する
つもりである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のカラー結像アセンブリの側面図である。

【図２】従来の光センサアセンブリの透視図である。

【図３】プリズムに取り付けられた従来の２重３色性ビ
ームスプリッタアセンブリの側面図である。

【図４】２つのビームスプリッタ装置と３つの光センサ
装置を用いた従来のカラー結像アセンブリの側面図であ
る。

【図５】カラー結像アセンブリの透視図である。

【図６】図５のカラー結像アセンブリの部分の側面図で
ある。

【図７】図５及び図６のカラー結像アセンブリの光路補
償器部分の詳細な側面図である。

【図８】カラー結像アセンブリ用の第１の変更光路補償
器の側面図である。

【図９】カラー結像アセンブリ用の第２の変更光路補償
器の側面図である。

【図１０】カラー結像アセンブリ用の第３の変更光路補
償器の側面図である。

【図１１】カラービームコンバイナ及び焦点アセンブリ
の側面図である。

【符号の説明】

１００…カラー結像アセンブリ １０２…赤の像 １０４…緑の像 １０６…青の像 １０８…物体 １１０…物体の像 １１２…多色結像光ビーム １１４…ビームスプリッタアセンブリ １２２，１２４，１２６…カラー成分 １３０…光路長補償器 １３１…プリズム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単一像平面上に物体の空間的に分離された
   カラー成分像を形成するためのカラー結像アセンブリで
   あって：前記物体からの多色性結像光ビームを受信し、
   前記単一画像平面上に前記物体を結像させるように配列
   された結像レンズ手段と；前記多色性光ビームを前記単
   一画像平面に垂直な光軸を備えた複数の平行で空間的に
   分離されたカラー成分ビームに分割するべく、前記多色
   性結像光ビームの光路に斜めに配置された単一多層ビー
   ムスプリッタと；前記ビームスプリッタ手段と前記単一
   画像平面との間に配置されて、前記複数のカラー成分ビ
   ームの光路長の差を屈折により補正し、これにより、前
   記各カラー成分ビームを前記物体のカラー成分像として
   前記単一平面上に結像させるための光路長補償器と；か
   ら構成されることを特徴とするカラー結像アセンブリ。