JPH0546138B2 - - Google Patents

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JPH0546138B2
JPH0546138B2 JP1044390A JP4439089A JPH0546138B2 JP H0546138 B2 JPH0546138 B2 JP H0546138B2 JP 1044390 A JP1044390 A JP 1044390A JP 4439089 A JP4439089 A JP 4439089A JP H0546138 B2 JPH0546138 B2 JP H0546138B2
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JP
Japan
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sensor
optical system
diffraction grating
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blazed diffraction
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Michitaka Seya
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Canon Inc
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Priority to EP90102903A priority patent/EP0383307B1/en
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  • Facsimile Heads (AREA)
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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
びこれに向かつ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、照
明用光源(不図示)からの光で照らされた原稿面
1の一部上の情報は、この情報を含む光束が、結
像光学系19を介してスリーピース(3P)プリ
ズム20で3色に分解された後、3つの1ライン
CCD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、コストが高く
つく。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つた。
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つけ、モノリシ
ツクな3ラインセンサーとして3ラインを1素子
上に構成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s1,s2
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28の幅w1,w2は例えば7μm×
7μm、10μm×10μm程度である。
こうしたモノリシツク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ツター30,31で3色の3
光束に分離された後、モノリシツク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10図に示す如く、ビームスプリツ
ター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2√2xとなり、前述の
様にライン間距離(2√2x)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、こうしたモノリシツクな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、上述したモノリシツク
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。
従つて、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かつて凹とな
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次元センサーアレ
イに導かれる構成となつている。
この構成により、有限幅の画像情報からの光
を、色ズレなく、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ツチ
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、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1上の画像情報は、この
原稿面1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に向かつ
て凹となる様に湾曲した3色分解用1次元1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5,6,7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ツク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
イン走査方向(副走査方向)と平行になつてい
る。
1次元ブレーズド回折格子については、
Applied Optics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、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、よつて結像光学系2に対して
画角αが存在する。従つて、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l0となるが、入射角α
の軸外光線では、射出瞳33から射出角α′で出射
してくるので、l1=l0/cosα′>l0となる。通常光
学系ではα≒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:格子ピツチ、λ: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=l0tanθ
となり、軸外でZ=l1tanθ=l0tanθ/cosα′となつ
て、両者は一致しない。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、λ=540nm(グリーン)、
画角α≒α′=20degとして、分離距離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、10μm×10μm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。画角αを小さくすれば上記ズ
レは小さくなるが、装置全体をコンパクトにまと
める必要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図に沿つ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
ピツチが、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、画角α≒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d1
d2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diと厚み
diに起因する位相差とが以下の関係にあることに
よる。
Фi=2π(n〓2/(√〓22′) 〜1/cosα′)di/λ (i=1、2) ここでФi:位相差(rad)、n〓:波長λ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
Фiを実現する波長λは、格子厚みdi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、d1=3100nm、d2=6200n
m、n〓=1.5とした場合、軸上(α′=0)ではФ1
=6π、Ф2=12πとして0次回折光波長は516.7nm
となるが、軸外(α′=20゜)ではこの波長が492.3n
mとなつて約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
に沿つて、第5図に示す如く、射出瞳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Фi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くなり、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に向かつ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ズレの問題
が残る。すなわち、軸上における格子・センサー
面間距離l0に対し、軸外(射出角α′)ではこの距
離は第5図に示す様にl1′=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、g^
は射出瞳33とセンサー4間の距離、l′1は射出角
α′の方向に沿つた格子・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の格子ピツチ
Pを、軸上に対応するA−A′断面から軸外に対
応するB−B′断面に向かつ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λの光に対して格子ピツチPに反比例する
(sinθ=λ/P)ので、この関係を利用すれば、
格子・センサー面間距離が異なつても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
≒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′1tanθ≒(g^/
cosα′−R)θ≒(g^/cosα′−R)λ/Pとなる。
従つて、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)
からの位置R・sinα′において、副走査方向の格
子ピツチを、P=(g^/cosα′−R)λ/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≒
Z(Z:平行なセンサーアレイ8,9,10間距
離)となつて、画角α′によらず分離距離が一定と
なる。よつて、常に平行なセンサーアレイ8,
9,10上に結像することができる。
例えば、前述の例(P=60μm、λ=540nm)
で(g^=55mm、R=35mm、Z=0.18mmと設定した
場合、α′=0での格子ピツチP=60μmに対して、
α′=20degでの格子ピツチ=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の格子ピツチ変化を与えてやればよい
ことを意味し、フオトマスク精度技術、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)をなくすことができる。
また、格子ピツ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ツチ変化を説明する
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図はモノリシツク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。 1……被写体、2……結像光学系、3……1次
元ブレーズド回折格子、4……モノリシツク3ラ
インセンサー、8,9,10……センサーアレ
イ。

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つて、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
    つて前記結合光学系に向かつ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ツチ
    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。
JP1044390A 1989-02-15 1989-02-23 カラー画像読取り装置 Granted JPH02223270A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1044390A JPH02223270A (ja) 1989-02-23 1989-02-23 カラー画像読取り装置
US07/479,606 US5113067A (en) 1989-02-15 1990-02-13 Image reading apparatus having a blazed diffraction grating
DE69020378T DE69020378T2 (de) 1989-02-15 1990-02-14 Bildabtastvorrichtung.
EP90102903A EP0383307B1 (en) 1989-02-15 1990-02-14 Image reading apparatus

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JPH04163401A (ja) * 1990-10-26 1992-06-09 Canon Inc カラー画像読取装置

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