JPH0546139B2 - - Google Patents

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JPH0546139B2
JPH0546139B2 JP1035694A JP3569489A JPH0546139B2 JP H0546139 B2 JPH0546139 B2 JP H0546139B2 JP 1035694 A JP1035694 A JP 1035694A JP 3569489 A JP3569489 A JP 3569489A JP H0546139 B2 JPH0546139 B2 JP H0546139B2
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angle
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Takehiko Nakai
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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、特に格子厚が適当に変化させられてい
る1次元ブレーズド回折格子を介して被写体から
の光を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9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)からの光で照明された原稿面
18の一部上の情報は、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、センサーが独立
に3つ必要であり、また、通常、3Pプリズム2
0は製作上高精度が要求されるので、コストが高
く付く。更に、集光光束と各センサー21,2
2,23との調整が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付け、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
上に形成することが考えられる。
この3ラインセンサー24を第10図に示す。
図中、3ライン25,26,27間の距離Z1,Z2
は様々の製作上の条件から、例えば0.1〜0.2mm程
度であり、各単素子28の幅a,bは例えば7μ
m×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11図に示す。同図において、原稿面1
8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18からの光は、結像光学系19
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光束に分解、分離された後、モノリシツク3
ラインセンサー32上の対応するセンサーアレイ
34,35,36に集光される。
しかし、第11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上のアレイ間距離は2√2となり、前述の
様にアレイ間距離(2√2)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、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、分
離手段として、ブレーズド回折格子を用いる光学
系が提供される。
しかし、この構成では、被写体の1点からの光
についてのみ考慮され、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
すべく、特別の形態を有する1次元ブレーズド回
折格子を用い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] 本発明によるカラー読取り装置においては、被
写体からの角度を持つた光束が、結像光学系及び
1次元ブレーズド回折格子を介して、異なる波長
域から成る複数の光束に分離され、夫々、センサ
ー上の対応するセンアーアレイに結像する様に構
成され、且つ1次元ブレーズド回折格子の格子厚
が当該格子に入射する光の主光線の画角に対応し
て変えられ、それにより色分解される3光束の波
長域が、夫々、全画角に亙つて実質的に等しくな
つている。
[実施例] 第1図と第2図は本発明の一実施例に使用され
る1次元ブレーズド回折格子1を示す。この種の
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)に示されている。
ブレーズド回折格子1は、回折格子基板1a上
にy方向に周期的に階段状の回折格子2(厚みd1
と厚みd2の部分から成る)が形成されている。そ
して、回折格子2の厚みd1,d2は、第1図と第2
図のx−z断面を示す部分に示されているよう
に、x方向に沿つて変化している。
第3図に、上記1次元ブレーズド回折格子1を
含むカラー読取り光学系が示されている。同図に
おいて、原稿面8上の画像情報は、この原稿面8
と結像光学系9との間に配置されるミラー(不図
示)など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9を介して、3色分
解用1次元ブレーズド回折格子1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)の光束に分離された後、モ
ノリシツク3ラインセンサー3上の各センサーア
レイ4,5,6上に結像される。3ラインセンサ
ー3のセンサー面はライン走査方向(副走走査方
向)と平行に配置されている。
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3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3図aに
示す通り、有限な読取り幅wが必要であり、よつ
て結像光学系9に対して画角θが存在する。従つ
て、主走査断面にて、結像光学系9の光軸外の点
からの光束は、その主光線がθなる角度で結像光
学系9に入射し、第4図に示す如くその射出瞳1
0からθ′の角度で射出する。通常光学系ではθ≒
θ′である。
このような画角を持つた光束の主光線が第5図
と第6図に示すような一定の格子厚d1,d2を持つ
ブレーズド回折格子1′にθ′の角度を成して入射
すると、主光線が垂直入射する場合と格子2′内
の実光路長が異なり、両者のブレーズ波長がずれ
るという問題が起こる。
これは、ブレーズ波長λと厚みdiとに以下の関
係があるからである。
Фi=2π(n〓2/(n〓2−sin2θ′)1/2 −l/cosθ′)xdi/λ(i=1、2) ここでФiは位相差(rad)、n〓は波長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を得る波長λは、第6図のように格子厚diが一
定であれば、画角が大きくなるにつれて即ちθ′が
大きくなるにつれて短波長側にシフトする。これ
は、幅wを持つ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センサーアレイに捕
捉される光の波長域の波長分布がずれることを意
味し、結果的に色ズレを引き起こす。
例えば、第5図と第6図に示す2段の階段状構
造から成るブレーズド回折格子1′の場合、d1
3100nm、d2=6200nm、n〓=1.5として、θ′=0の
軸上では1次回折光ビレーズ波長は516.7nm(Ф
=6π、Ф2=12πとする)となるが、θ′=20゜の軸
外ではこの波長が492.3nmとなつて約24nmシフ
トしてしまう。
そこで、上記の位相差Фiの式から分かるよう
に、画角θ′に対応して回折格子の厚みdiを変えれ
ば全画角に亙つてブレーズ波長λを一定にできる
ことに着目する。これが本発明の考え方である。
例えば、前述の如く、d1=3100nm、d2=6200n
m、n〓=1.5とすると、θ′=0ではФ1=6π、Ф2
12πとしてブレーズ波長は516.7nmであつたが、
θ′=20゜でもブレーズ波長がこの値になるようにd1
とd2を決定すると、d1=3253.7nm、d2=6507.4n
mとなる。
従つて、画角θ′=20゜の主光線が回折格子1を
通過する位置での格子厚d1,d2を、前記の如く厚
くすれば、軸上と軸外でブレーズ波長を一定に保
つことができる。第1図と第2図に示す1次元ブ
レーズド回折格子1の格子厚d1,d2は、この様に
軸上から軸外へ行くにつれて厚くなるように変化
している。
次に、画角θ≒θ′に起因する別の問題を考え
る。
ブレーズド回折格子1から3ラインセンサー3
までの光路長は、第4図に示す如く、軸上光線で
はl0となるが、入射角θの軸外光線では射出瞳1
0から射出角θ′で出射してくるので、当該距離は
l1=l0/cosθ′>l0となる。
一方、ブレーズド回折格子1における回折角α
は、第5図、第7図において、Psinα=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bと第7図に示す分離距離Zは、軸上で
Z=l0tanαとなり、軸外でZ=l1tanα=l0tanα/
cosθ′となつて、両者は一致しない。この様に、
軸上と軸外ではセンサー素子面での分離距離が異
なり、センサーアレイ間隔が一定である3ライン
センサーであると、3色の光束が全画角にわたつ
て対応するセンサーアレイ4,5,6に正しく結
像しないことになる。
例えば、P=60μm、λ=540nm(グリーン)、
画角θ≒θ′=20deg、l0=20mmとした場合、分離
距離の軸上と軸外でのズレは約11.5μm程度とな
り、前述の素子サイズ7μm×7μm、10μm×10μ
mと比較すると、光束の結像中心がセンサー素子
中央から大きく外れてしまう。画角θを小さくす
ればこのずれは小さくなる理屈であるが、装置の
コンパクト化から画角θをいたずらに小さくする
ことはできない。
そこで、例えば、Psinα=λにおける格子ピツ
チPを軸上と軸外で変えることにより1次回折光
の回折角αを変え、センサー3のセンサーアレイ
4,5,6上に3色の光束が全画角に亙つて正し
く結像する様にする。前記の如く、軸上での格子
ピツチPをP=60μm、λ=540nm、l0=20mmと
した場合、θ≒θ′=20degの光束の主光線が回折
格子に入射する位置での格子ピツチはP=63.85μ
mとなる。
しかし、本実施例の1次元ブレーズド回折格子
1は画角に対応して格子厚d1,d2を変えているの
で、その上格子ピツチも変えると格子形状が2次
元的で複数なものとなり、製作が相当困難とな
る。
そこで、第8図に示す如く、センサーアレイ
4,5,6上での結像位置のずれの補正は、3ラ
インセンサー3を湾曲させ、1次元ブレーズド回
折格子1とセンサー3間の光路長を全画角に亙つ
て一定に保つことにより、軸上と軸外での結像位
置のずれをなくしてもよい。この様にすれば、画
角を持つた情報光も、比較的簡単な構成のブレー
ズド回折格子1、良好に色分解、分離、結像され
るため、装置の生産性の向上並びにコストダウン
ができる。
[発明の効果] 以上説明した様に、本発明においては、入射光
束の画角に対応して1次元ブレーズド回折格子の
格子厚を調整しているので、画角を持つ情報光も
波長分布のずれすなわち色ズレなく、良好に、色
分解、分離されて対応するセンサーアレイに結像
され、コンパクトで安価なカラー画像読取り装置
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図と第2図は本発明の一実施例に用いられ
る1次元ブレーズド回折格子を示す図、第3図
a,bは本実施例の読取り光学系の主走査断面
図、副走査断面図、第4図はブレーズド回折格子
と3ラインセンサー間の光路長を説明する図、第
5図と第6図は1次元ブレーズド回折格子の機能
を説明する図、第7図はブレーズド回折格子によ
る分離距離を説明する図、第8図は本発明の変形
例を示す図、第9図は従来のカラー画像読取り装
置を示す図、第10図は従来のモノリシツク3ラ
インセンサーを示す図、第11図は他の従来のカ
ラー画像読取り装置を示す図である。 1……1次元ブレーズド回折格子、2……格
子、3……3ラインセンサー、4,5,6……セ
ンサーアレイ、8……原稿、9……結像光学系。

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の格子厚が被写体から
    の光の主光線の当該格子に入射する画角に対応し
    て変えられていることにより、被写体全域からの
    光についてブレーズ波長の等しい色ズレのない像
    が対応する各センサーアレイに結像されることを
    特徴とするカラー画像読取り装置。 2 前記ブレーズド回折格子の格子ピツチが、被
    写体からの光の主光線の当該格子に入射する画角
    に対応して変えられている請求項1記載のカラー
    画像読取り装置。 3 前記複数ラインセンサーが、該センサーとブ
    レーズド回折格子間の光路長が全画角に亙つて等
    しくなるように、湾曲している請求項1記載のカ
    ラー画像読取り装置。
JP1035694A 1989-02-15 1989-02-15 カラー画像読取り装置 Granted JPH02214372A (ja)

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EP90102903A EP0383307B1 (en) 1989-02-15 1990-02-14 Image reading apparatus
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