JPH06121118A - カラーイメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 三原色光の波長成分を含む単一の光源を用い
て照明光を同一角度で原稿に照射する。 【構成】 蛍光管１１から発せられた照射光は、色グル
ープ別に順次オープンする液晶シャッタ１８ａ，１８
ｂ，１８ｃを通過する。この照射光は、開いた液晶シャ
ッタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃに対応した光学フィルタ１
７ａ，１７ｂ，１７ｃに入射し、赤色，緑色，青色の波
長帯域の照明光が個別に抽出される。各照明光は、ほぼ
同じ角度で原稿ステージ１９上に伏せて載置された読み
取り原稿１２に照射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、テキストある
いは画像のカラー原稿情報を一連の電気信号に変換入力
するカラーイメージセンサに関するものであり、特にワ
ークステーション等の情報機器に接続され、カラー原稿
の読み取りを行うカラーイメージスキャナに好適なもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般にカラーイメージセンサは、個別の
三原色光源から発せられる光を時分割的に原稿上に照射
し、それぞれの光に対する原稿の明暗分布像を光電変換
素子上に結像することによって、この像の電気信号化入
力を行う形式のイメージスキャナに用いられている。

【０００３】従来のカラーイメージセンサでは、図１３
の如く、読み取り原稿１を照明する赤色，緑色，青色の
三原色照明光の光源として、読み取り原稿１の最大幅に
適応する長さの発光部を有する三本の円筒型蛍光管２
Ｒ，２Ｇ，２Ｂが用いられている。

【０００４】この蛍光管２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、反射型原
稿を読み取る場合には、透明ガラス製の原稿ステージ３
の下側の図１３に示す実線の位置に、透過型原稿を読み
取る場合には、原稿ステージ３上に密着して載置された
読み取り原稿１の上方の図１３に示す点線の位置に設置
されている。

【０００５】各蛍光管２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの読み取り原稿
に対向する側には、赤色，緑色，青色の波長帯域の光を
透過する特性を有する光学フィルタ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが
取り付けられている。

【０００６】また、蛍光管２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの光学フィ
ルタ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが取り付けられている光取り出し
方向以外の表面には、黒色の遮光性テープ５が張り付け
られており、光学フィルタ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを透過しな
い光が外部へ発せられるのを抑えている。

【０００７】これら三本の蛍光管２Ｒ，２Ｇ，２Ｂおよ
び光学フィルタ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂは、それぞれの蛍光管
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂから発せられる三原色光が原稿ステー
ジ３上に密着して載置された読み取り原稿１のライン状
の読み取り領域にそれぞれ所定の光量を得られるよう設
置されている。

【０００８】また、蛍光管２Ｒ，２Ｇ，２Ｂから発せら
れる照射光は、それぞれ図１４に実線で示した発光波長
を有し、光学フィルタ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂは、それぞれ図
１４に点線で示した赤色，緑色，青色の波長帯域の光を
透過する波長透過特性を有する。

【０００９】蛍光管２Ｒ，２Ｇ，２Ｂから発せられる照
射光により照明された読み取り原稿１のライン領域の濃
淡像は、原稿像ミラー６ａ〜６ｃを経て可視光透過光学
フィルタ７を透過した後、結像レンズセット８によって
ラインＣＣＤ等のライン光電変換素子９上に結像され
る。可視光透過光学フィルタ７は、図１４（ａ）に一点
鎖線で示した波長透過特性を有しており、可視光以外の
光の光電変換素子９への入射を低減する。

【００１０】このように、蛍光管２Ｒ，２Ｇ，２Ｂから
発せられる光が、それぞれに対応する光学フィルタ４
Ｒ，４Ｇ，４Ｂおよび可視光透過光学フィルタ７を透過
することにより、図４に示すような波長特性を有するカ
ラーイメージ像の読み取りに必要な三原色の照明光が得
られる。

【００１１】また、三本の蛍光管２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、
高周波点灯回路によって順次点灯が繰り返され、光電変
換素子９は、各蛍光管２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの点灯に同期し
て三原色照明における原稿１のライン領域の濃淡像デー
タの取り込みを行う。

【００１２】そして、原稿１の載置された原稿ステージ
３を、蛍光管２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの点灯周期と比較してゆ
っくりとした一定の速度で走査方向（図１３のＸ方向）
へ移動させ、ライン領域の濃淡像を繰り返し光電変換素
子９に入力することにより、二次元原稿の読み取りを行
う。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来のカラーイメージ
センサにおいては、読み取り原稿１に対して照射される
三色の照明光の照射角度が異なる。このため、図１５の
如く、原稿ステージ３上の原稿１に折り目や綴じ目等に
よって原稿ステージ３に密着しない部分があると、この
原稿１の読み取りを行うとき、原稿ステージ３に密着し
ない部分において三色の照明光の照射位置にずれが生
じ、読み取りの対象となるライン領域において各照明光
に対して予め設定されている光量バランスが崩れ、入力
像に色ずれを生じる欠点があった。

【００１４】また、三原色の照明光を時分割的に原稿１
のライン領域に照射させるように、三本の蛍光管２Ｒ，
２Ｇ，２Ｂの点灯切り替え制御を行うため、蛍光管２
Ｒ，２Ｇ，２Ｂおよびその点灯制御回路の部分の構造が
複雑となり、小型化およびコストダウンを妨げる要素と
なっていた。

【００１５】本発明は、上記に鑑み、三原色光の波長成
分を含む単一の光源を用いたカラーイメージセンサを提
供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明請求項１，２によ
る課題解決手段は、光源１１が三原色光の波長成分をす
べて含み、照明光学系１３あるいは読み取り光学系１５
に、光源１１より発せられる光から三原色の波長帯域の
光をそれぞれ個別に抽出する光学フィルタ１７ａ，１７
ｂ，１７ｃと、該光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ
に入射あるいは光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃか
ら出射される光を三原色の色別に通過あるいは遮断させ
る光学シャッタ１８とを備えている。そして、光学シャ
ッタ１８が、液晶シャッタとされている。

【００１７】請求項３，４による課題解決手段は、照明
光学系３２に、透光性媒質からなる光ガイド３３が設け
られ、該光ガイド３３は、光源３１から発せられる光を
原稿１２に導く光路とされたものである。そして、光ガ
イド３３に、光を一方向に反射させる鋸刃面３３ｂが形
成されている。

【００１８】

【作用】上記請求項１，２による課題解決手段において
は、三原色の波長成分を含む光源１１から発せられた光
は、読み取り原稿１２の所定領域へ導かれる過程あるい
は原稿１２にて反射され光電変換素子１４上へ結像され
る過程で光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃに入射
し、三原色の波長帯域の光が抽出される。

【００１９】それぞれの光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，
１７ｃに対応して設けられている液晶シャッタ１８を光
学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの色グループ別に開
けることによって、抽出された三原色光は、光電変換素
子１４上に到達する。

【００２０】請求項３，４による課題解決手段において
は、三原色の波長成分を含む光源３１から発せられた光
は、光ガイド３３の内部へ入射し、鋸刃面３３ｂにより
照射方向および光量が調整されて反射され、光ガイド３
３から出射される。そして、光学フィルタ１７ａ，１７
ｂ，１７ｃ付き液晶シャッタ１８を通過して三原色の照
明光が抽出され、光電変換素子１４上に到達する。

【００２１】

【実施例】＜第一実施例＞図１は本発明の第一実施例の
カラーイメージセンサの構成図、図２は蛍光管および光
学フィルタのスペクトル特性を示す図、図３は液晶シャ
ッタの平面図、図４は三原色照明光の波長特性を示す
図、図５は三原色光の照明タイミングチャートである。

【００２２】第一実施例のカラーイメージセンサは、図
１の如く、光源１１から発せられる光を原稿１２まで導
く照明光学系１３と、光源１１からの光が照射された領
域の原稿像を光電変換素子１４に結像する読み取り光学
系１５とからなる。

【００２３】前記照明光学系１３は、三原色光の波長成
分をすべて含む光源１１と、該光源１１から発せられる
光から三原色の波長帯域の光をそれぞれ個別に抽出する
光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃと、該光学フィル
タ１７ａ，１７ｂ，１７ｃに入射される光を三原色の色
別に通過あるいは遮断させる光学シャッタ１８とを備え
ている。

【００２４】前記光源１１は、透明ガラス等の原稿ステ
ージ１９の下方に平行に、図１に示すＹ軸方向と平行に
配され、直径１０ｍｍで、読み取り原稿１２の最大幅に
適応する長さ（Ａ３サイズ対応：３４０ｍｍ）を有した
蛍光管である。また、この蛍光管１１は、発せられる光
が図２の実線で示すように赤色，緑色，青色の波長帯域
を含む発光波長特性を有するものが用いられている。

【００２５】蛍光管１１の原稿ステージ１９と対向する
上方には、光学シャッタ１８である液晶シャッタアレイ
板が設けられている。蛍光管１１の下面は、遮光性の黒
色テープ２０でシールドされて、液晶シャッタアレイ板
１８を通過しない光が原稿面上に照射されるのことを防
止している。

【００２６】前記液晶シャッタアレイ板１８は、蛍光管
１１の長さと同じ長さ（Ａ３サイズ対応：３４０ｍｍ）
および蛍光管の直径に対応した幅（１２ｍｍ）とされて
いる。

【００２７】この液晶シャッタアレイ板１８は、図３
（ａ）に示すように、その幅方向（図３中Ｘ−Ｘ’方
向）に３分割され、長手方向（蛍光管の軸方向）に平行
な３枚のシャッタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃが配列されて
いる。また、それぞれのシャッタ１８ａ，１８ｂ，１８
ｃの各表面には、前記光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１
７ｃが密着して張り付けられている。

【００２８】また、各シャッタは、それぞれのシャッタ
に配されている光学フィルタの色（透過波長特性）グル
ープ別に、外部からの電圧制御によって開閉制御可能と
されている。

【００２９】なお、液晶シャッタアレイ板１８のシャッ
タ配列は、図３（ｂ）に示すように、液晶シャッタアレ
イ板１８を幅方向に１２分割し、それぞれのシャッタ上
に３種類の光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを幅方
向に順番に並べて設置したり、図３（ｃ）に示すよう
に、液晶シャッタアレイ板１８を長手方向に２．５ｍｍ
ピッチで１２０分割し、それぞれのシャッタ上に３種類
の光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを長手方向に順
番に並べて設置してもよい。

【００３０】このように、光学フィルタ１７ａ，１７
ｂ，１７ｃの設置領域の区分をより細かく設定すること
によって、それぞれの色の照明光が読み取り原稿１２上
に照射されるとき、各照明光の照射角度のずれをより小
さくすることができる。

【００３１】前記光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ
は、それぞれ図２の点線で示す赤色・緑色・青色の三原
色光の波長帯域を透過する特性を有している。液晶シャ
ッタアレイ板１８上に張り付けられたこれら光学フィル
タ１７ａ，１７ｂ，１７ｃのうち、赤色の透過特性を有
する光学フィルタ１７ａは、ガラス基板に色素を含む顔
料インクを印刷したものである。また、緑色および青色
の透過特性を有する光学フィルタ１７ｂ，１７ｃは、そ
れぞれガラス基板上に誘電体薄膜を多層蒸着したもので
ある。

【００３２】また、光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７
ｃの設置方法において、一枚のガラス基板の所定の部分
に、マスクプロセスを用いて各光学フィルタ１７ａ，１
７ｂ，１７ｃを直接印刷や蒸着によって形成し、このガ
ラス基板を液晶シャッタアレイ板１８上に整列して固定
してもよい。さらに、液晶シャッタアレイ板１８の液晶
層の封止に用いられているガラス板に、各光学フィルタ
１７ａ，１７ｂ，１７ｃを直接印刷や蒸着によって形成
してもよい。また、個別のガラス基盤上に形成した光学
フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを液晶シャッタアレイ
板１８上の所定の位置へそれぞれ固定する手法を採用し
てもよい。

【００３３】各光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃに
は、照射位置によって透過率の異なるＮＤ光学フィルタ
が一体的に印刷され、光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１
７ｃの長手方向の中央部の光透過率を端部の光透過率よ
り低くして、原稿１２のライン領域の中央部の照度を端
部より暗く照明するよう設定されている。

【００３４】前記読み取り光学系１５は、原稿１２のラ
イン状領域の原稿像を反射させる三個の反射ミラー２１
ａ，２１ｂ，２１ｃと、該反射ミラー２１ａ，２１ｂ，
２１ｃを経た原稿像を光電変換素子（ラインＣＣＤ）１
４上へ約１／５倍に縮小結像する結像用レンズセット２
３とからなる。

【００３５】該結像用レンズセット２３には、図２の一
点鎖線で示す分光透過特性を有する可視光透過光学フィ
ルタ２４が一体的に配されている。この可視光透過光学
フィルタ２４の分光透過特性と、蛍光管１１の発光波長
特性および光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの透過
特性と併せて、図４に示した波長を有する三原色光の照
明を可能にし、この照明光によりカラーイメージ像の読
み取りに必要な原稿像を得ている。

【００３６】なお、可視光透過光学フィルタ２４を結像
用レンズセット２３と一体的に配する構造に代えて、前
記ＮＤ光学フィルタと同様に液晶シャッタアレイ板１８
の表面上に張り付けられている光学フィルタ１７ａ，１
７ｂ，１７ｃに重ねて一体的に配する構造でもよい。

【００３７】また、結像用レンズセット２３によってラ
インＣＣＤ１４上に結像される原稿像の明るさは、一般
的に光軸から遠い周辺部ほど暗くなるといった明るさの
不均一が生じる。しかしながら、原稿像が結像用レンズ
セット２３に至る前段階において、照射光がＮＤ光学フ
ィルタを透過することにより、原稿像の中央部が端部よ
り暗くなっている。このため、原稿像が結像用レンズセ
ット２３を通過するときには、明るさが均一となり、レ
ンズ特性に起因する明るさの不均一性を光学的に補正で
きる。

【００３８】上記構成において、蛍光管１１は、高周波
点灯回路によって連続点灯される。このとき、液晶シャ
ッタアレイ板１８の各シャッタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ
は、図５に示すようなタイミングで順次開閉が繰り返さ
れている。

【００３９】蛍光管１１から発せられた照射光は、各シ
ャッタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃにより光透過可能な状態
となった光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃに入射
し、赤色，緑色，青色の波長帯域の照明光が個別に抽出
される。この各色の照明光は、ほぼ同じ角度で原稿ステ
ージ１９上に伏せて載置された読み取り原稿１２のライ
ン領域に照射される。

【００４０】この三原色の照明光によって照射された読
み取り原色１２のライン領域の原稿像は、原稿ステージ
１９の直下の反射ミラー２１ａからミラー２１ｂさらに
ミラー２１ｃへとリレーされ、可視光透過光学フィルタ
２４を透過した後、結像用レンズセット２３を通ってラ
インＣＣＤ１４上に約１／５倍に縮小結像される。

【００４１】このとき、原稿ステージ１９は、シャッタ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃの切り替え周期に比較して十分
ゆっくりとした一定の速度で走査方向（図１のＸ方向）
へ移動している。このため、ラインＣＣＤ１４には、三
原色の照明光によって照射されるライン状に切り取られ
た領域の原稿像が繰り返し結像される。

【００４２】ラインＣＣＤ１４は、各色の照明光の照射
タイミング（各色の光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７
ｃが設けられた各シャッタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃのオ
ープンタイミング）に同期して三原色照明光により照射
された原稿像の読み取りを行い、この原稿像１２はそれ
ぞれ時系列的な一連の電気信号に変換される。この電気
信号に基づいて、二次元原稿の読み取りが行われる。

【００４３】このように、三原色光の波長成分を含む光
を発する蛍光管１１を使用して光源を単一化することに
より、三本の蛍光管を使用していた従来と比べて照明光
学系の構造を簡素化できる。このため、装置の小型化お
よび組み立て調整工程の簡略化が可能となり、これらに
よるコストダウンおよび信頼性の向上が実現する。

【００４４】また、蛍光管１１から発せられる光は、互
いに極めて近い位置に配置されている光学フィルタ１７
ａ，１７ｂ，１７ｃによって各色の波長帯域を有する照
明光となり、ほぼ同じ角度で原稿１２に照射される。こ
のため、原稿１２に折り目や綴じ目等による原稿ステー
ジ１９に密着しない部分があっても、原稿１２の面上に
おける各照明光の照射位置が同一となり、光量バランス
が崩れることがなく、読み取り像に色ずれが発生するの
を防止できる。

【００４５】また、各色の照明光の照射切り替えは、蛍
光管１１を連続点灯させて液晶シャッタアレイ板１８の
開閉制御により行うため、蛍光管１１自体を高速で点滅
させる必要がない。このため、従来必要であった蛍光管
１１を発光させるための比較的大きな電流を高速で切り
替える回路が不要となり、しかも、蛍光管１１にかかる
電気的負荷を抑制でき、蛍光管１１の寿命を延ばすこと
ができる。

【００４６】さらに、液晶シャッタアレイ板１８の使用
は、オン，オフ応答速度の極めて遅い白熱系ランプ（例
えばハロゲンランプ等）を光源として使用することを可
能とし、静粛かつ低電力による切り替え駆動を行なうこ
とができる。

【００４７】＜第二実施例＞図６は第二実施例のカラー
イメージセンサの構成図、図７はハロゲンランプおよび
色素，可視光透過光学フィルタのスペクトル特性を示す
図、図８は照明光学系を示す斜視図、図９は図８のＡ部
分の拡大図である。なお、第一実施例と同様の機能を有
する部材については同符号を付す。

【００４８】第二実施例のカラーイメージセンサは、図
６，８の如く、光源３１から発せられる光を原稿１２ま
で導く照明光学系３２と、光源１１からの光が照射され
た領域の原稿像を光電変換素子１４に結像する第一実施
例と同様の読み取り光学系１５とからなる。

【００４９】前記照明光学系３２は、三原色光の波長成
分をすべて含む光源３１と、該光源３１から発せられる
光を均一に原稿１２に導く光路とされた光ガイド３３
と、該光ガイド３３に配され第一実施例と同様の光学フ
ィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃおよび液晶シャッタアレ
イ板１８とを備えている。

【００５０】前記光源３１は、図７に実線で示すように
赤色，緑色，青色の波長帯域を含む発光波長特性を有す
るハロゲンランプが使用されている。このハロゲンラン
プ３１は、図８のＹ−Ｙ′の方向に関して、光ガイド３
３と対向配置されている。

【００５１】また、ハロゲンランプ３１の近傍には、ハ
ロゲンランプ３１からの照射光のうち光ガイド３３と反
対方向に照射した光を光ガイド３３の方向に反射させる
反射板３４が一体的に配されている。さらに、ハロゲン
ランプ３１と光ガイド３３との間に、ハロゲンランプ３
１からの照射光を光ガイド３３に導くシリンドリカル集
光レンズ３５が配されている。

【００５２】さらに、シリンドリカル集光レンズ３５か
ら光ガイド３３までの光路周辺には、図示しない遮光性
のランプボックスが配されている。これは、ハロゲンラ
ンプ３１からの照射光のうち光ガイド３３に入射しない
光が、原稿１２の面上へ直接照射されるのを防いでい
る。

【００５３】前記光ガイド３３は、図８の如く、屈折率
１．４９のアクリル樹脂を材料として射出成形法により
刃先形状に形成され、前記ハロゲンランプ３１に対向配
置された入射面３３ａと、該入射面３３ａから入射した
光を上方向に反射させる鋸刃状の鋸刃面３３ｂと、該鋸
刃面３３ｂで反射された光が出射する出射面３３ｃとを
有している。

【００５４】この光ガイド３３は、上面である出射面３
１ｃの長手方向（図８のＹ−Ｙ’方向）の長さが読み取
り原稿１２の幅に対応した長さ（Ａ３サイズ対応：３４
０ｍｍ）とされ、幅（図８のＺ−Ｚ′方向）が４０ｍ
ｍ、厚さ（図８のＸ−Ｘ′方向）が８ｍｍとされてい
る。

【００５５】また、光ガイド３３の表面は、すべて滑か
に形成され、これらの表面に対して入射する光線が光散
乱に寄与する割合は、すべての表面において１％以下に
とどまっている。

【００５６】前記光ガイド３３の鋸刃面３３ｂは、ハロ
ゲンランプ３１からの光を前記出射面３３ｃに光量を均
一にして反射させるように、図８の如く、長手方向にお
いて単位長さ当たりの総面積が変化するよう勾配が変化
している。この勾配は、ハロゲンランプ３１側から他方
へ向かって−１／２０ｍｍ以上＋７／２０ｍｍ以下に設
定され、ハロゲンランプ３１から遠ざかるにしたがって
ハロゲンランプ３１の光量が指数的に弱まるのに対応し
て徐々に急峻になり、ハロゲンランプ３１の近傍におい
ては、光量の調節を行うべく逆に傾斜している。

【００５７】また、鋸刃面３３ｂには、その全面にわた
ってスパッタリングによってアルミニウム薄膜がコーテ
ィングされており、反射率０．８７程度の鏡面になって
いる。

【００５８】この鋸刃面３３ｂの各鋸刃は、図９の如
く、ピッチＰが光軸方向に０．５ｍｍとされ、光軸に対
する傾斜角αが３４〜４２度、βが０〜９０度の範囲内
の一定の角度に統一されている。

【００５９】前記光ガイド３３の出射面３３ｃの僅か上
方には、第一実施例と同様の光学フィルタ１７ａ，１７
ｂ，１７ｃ付き液晶シャッタアレイ板１８が出射面３３
ｃに沿って平行に配されている。その他の構成は、第一
実施例と同様である。

【００６０】なお、液晶シャッタアレイ板１８の光学フ
ィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ上に重ねて設けられてい
る照明光量分布の調整機能を有するＮＤ光学フィルタの
代わりに、光ガイド３３の鋸刃の傾斜角度あるいは鋸刃
面３３ｂの勾配を適切に設計することによって、光ガイ
ド３３の出射面３３ｃの長手方向における照射光の出力
分布を調整してもよい。

【００６１】また、結像用レンズセット２３あるいは液
晶シャッタアレイ板１８の光学フィルタ１７ａ，１７
ｂ，１７ｃ上に重ねて設けられている可視光透過光学フ
ィルタ２４を、光ガイド３３の入射面３３ａあるいは出
射面３３ｃに設ける構造や、光ガイド３３の全体あるい
は一部を可視光透過光学フィルタ２４と同様の分光透過
特性を有する材料で形成してもよい。

【００６２】上記構成において、ハロゲンランプ３１は
連続点灯され、ランプ３１から発せられた光は、直接あ
るいは反射板３４に反射されてシリンドリカル集光レン
ズ３５を透過し、光ガイド３３の入射面３３ａからガイ
ド内部へ入射する。

【００６３】ここで、光ガイド３３を形成しているアク
リル樹脂材の屈折率は約１．４９であり、ガイド内部に
入射した光が光ガイド３３と大気との境界面に達したと
き、全反射が起こる臨界角は４２．３度となる。

【００６４】したがって、ハロゲンランプ３１の光軸方
向に対して４７．７度（９０度−４２．３度）以内で光
ガイド３３の内部に入射した光は、光ガイド３３の光軸
方向に対して平行に設けられている大気との境界面にお
いてすべて全反射する（反射率≒１）。

【００６５】ハロゲンランプ３１の光軸方向に対して±
４７度以内に射出される光は、全射出光量の約５０％以
上であり、ハロゲンランプ３１より発せられた光の約半
分が光ガイド３３の前記境界面における全反射によって
光ガイド３３の内部に閉じ込められる。この光ガイド３
３の内部に閉じ込められた光は、図８の矢印で示した如
く、光ガイド３３の鋸刃面３３ｂに達する。

【００６６】この鋸刃面３３ｂに達した光は、光ガイド
３３の臨界角および鋸刃面３３ｂの最大勾配（７／２０
ｍｍ）を考慮した場合、光軸に対して＋４７．７度〜−
１９．３度の範囲の角度を有している。

【００６７】一方、鋸刃面３３ｂは、図９に示した如
く、光軸に対して傾斜角αが３４度〜４２度の範囲に設
定されているため、鋸刃面３３ｂの反射率（０．８７）
に応じて反射された光は、光軸に対して平行に設けられ
ている出射面３３ｃに−４１．７度〜＋４１．３度の範
囲の角度で達する。しかも、反射光は、鋸刃面３３ｂの
勾配により光軸方向に光量が均一とされて出射面３３ｃ
に達する。

【００６８】この出射面３３ｃに達した光の大部分は、
出射面３３ｃにおける臨界角（±４２．３度）により、
出射面３３ｃにおいて全反射することなく光ガイド３３
の外部へ出射する。

【００６９】この出射光は、光学フィルタ１７ａ，１７
ｂ，１７ｃ付き液晶シャッタアレイ板１８を通過し、三
原色照明光が抽出される。その後、第一実施例と同様
に、読み取り光学系１５を介して二次元原稿の読み取り
が行われる。

【００７０】このように、照明光学系３２に透光性材料
より成る光ガイド３３を用いることにより、光学設計の
自由度を増すことができる。例えば、原稿１２のライン
状あるいは面状の照明領域に光を照射する照明光学系３
２の光源として、三原色光を得るのに優れた分光特性を
有し、かつ、高出力が得られる点状のハロゲンランプ３
１等を使用することができる。

【００７１】また、光ガイド３３の形状設計により照射
光にある程度任意の出力分布を与えることができ、光ガ
イド３３の閉じ込め効果により照射光を所定の照明領域
へ高効率で導くことができる。このため、光源の小型化
および省電力化が可能となる。

【００７２】＜第三実施例＞図１０は第三実施例のカラ
ーイメージセンサの構成図、図１１は第三実施例の読み
取り光学系の平面展開図である。なお、第一実施例と同
様の機能を有する部材については同符号を付す。

【００７３】第三実施例のカラーイメージセンサは、図
１０，１１の如く、三原色の光学フィルタ１７ａ，１７
ｂ，１７ｃ付き液晶シャッタアレイ板１８が、読み取り
光学系４０の反射ミラー２１ｃと結像レンズセット２３
との間のデフォーカス位置に配置されている。

【００７４】読み取り光学系４０は、１／５程度の縮小
光学系になっているため、液晶シャッタアレイ板１８の
長手方向（図１１のＹ−Ｙ′方向）の長さは、約１２０
ｍｍとなり、第一および第二実施例において読み取り原
稿の幅に対応した長さが必要であったのに比べて小さく
なっている。他の構成は、第一実施例と同様である。

【００７５】上記構成において、照明光学系３９の蛍光
管１１から発せられた照射光は、原稿ステージ１９上に
伏せて載置された読み取り原稿１２のライン領域に照射
される。このライン領域の原稿像は、読み取り光学系４
０に入射し、反射ミラー２１ａ，２１ｂ，２１ｃを経
て、三原色の光学フィルタ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ付き
液晶シャッタアレイ板１８に入射する。

【００７６】ここで、第一実施例と同様に、液晶シャッ
タアレイ板１８の各シャッタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃの
開閉により、原稿像における赤色，緑色，青色の波長帯
域の照明光が個別に順次抽出され、結像レンズセット２
３を介してラインＣＣＤ１４上に順次結像される。その
後、第一実施例と同様に、二次元原稿の読み取りが行わ
れる。

【００７７】このように、液晶シャッタアレイ板１８を
縮小光学系となっている読み取り光学系１５に設けるこ
とにより、液晶シャッタアレイ板１８のサイズを原稿幅
よりも小さくすることができ、コストダウンとなる。

【００７８】本発明の範囲内において上記実施例に多く
の修正及び変更を加え得ることは勿論である。例えば、
第一ないし第三実施例において、原稿ステージ１９に載
置された透過型の原稿を読み取る場合には、照明光学系
１５，３２，３９を図１，６，１０の点線に示す原稿ス
テージ１９の上方に設置してもよい。

【００７９】第二実施例において、光ガイド３３に取り
付けられている液晶シャッタアレイ板１８の設置位置
を、第三実施例と同様に読み取り光学系４０の反射ミラ
ー２１ｃと結像レンズセット２３との間のデフォーカス
位置へ配置してもよい。

【００８０】第一ないし第三実施例において、三原色の
波長成分を含む各光源および各光学フィルタの組み合わ
せによって得られるカラーイメージ像の読み取りに必要
な三原色照明光の波長帯域は、図４に示された波長帯域
に限定されるものではなく、例えば、図１２の（ａ）に
示した如く、赤外帯域においてある程度の放射強度を有
する場合や、（ｂ）に示した如く、各色の帯域が狭い場
合等、読み取る原稿の色の再現が可能な範囲内で変更し
てもよい。

【００８１】また、三原色の照明光を得るための各光源
および各光学フィルタは、各実施例において示した波長
特性（図２，７参照）および構成に限定されるものでは
なく、光源や光学フィルタの特性や構成に変更を加えた
場合においても、結果的に三原色照明が得られる構成と
すればよい。

【００８２】さらに、第一ないし第三実施例における液
晶シャッタアレイ板１８を、液晶以外（例えばメカニカ
ルな構造）のシャッタアレイや、Ａ／ＯあるいはＥ／Ｏ
効果を用いるシャッタアレイにしてもよい。

【００８３】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項１によると、三原色光の波長成分を含む光を発する
光源を単一化することにより、照明光学系の構造を簡素
化できる。このため、装置の小型化および組み立て調整
工程の簡略化が可能となり、これらによるコストダウン
および信頼性の向上が実現する。

【００８４】また、単一光源から発せられる光は、ほぼ
同じ角度で原稿に照射される。このため、原稿に折り目
や綴じ目等があっても、原稿の面上における各照明光の
照射位置が同一となり、光量バランスが崩れることがな
く、読み取り像に色ずれが発生するのを防止できる。

【００８５】さらに、光学シャッタにより三原色の照明
光の色の切り替えを行なうため、光源自体を高速で点滅
させる必要がない。このため、オン，オフ応答速度の極
めて遅い白熱系ランプ（例えばハロゲンランプ等）を光
源として使用することが可能となり、従来必要であった
光源を発光させるための比較的大きな電流を高速で切り
替える回路が不要となる。しかも、光源にかかる電気的
負荷を抑制でき、光源の寿命を延ばすことができる。

【００８６】請求項２によると、液晶シャッタを使用し
たため、静粛かつ低電力による切り替え駆動を行なうこ
とができる。

【００８７】請求項３，４によると、照明光学系に光ガ
イドを用いることにより、光学設計の自由度を増すこと
ができる。例えば、原稿のライン状あるいは面状の照明
領域に光を照射する照明光学系の光源として、三原色光
を得るのに優れた分光特性を有し、かつ、高出力が得ら
れる点状のハロゲンランプ等を使用することが可能とな
る。

【００８８】また、光ガイドの鋸刀面等の形状設計によ
り照射光にある程度任意の出力分布を与えることがで
き、光ガイドの閉じ込め効果により照射光を所定の照明
領域へ高効率で導くことができる。このため、光源の小
型化および省電力化が可能となるといった優れた効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例のカラーイメージセンサの
構成図

【図２】蛍光管および光学フィルタのスペクトル特性を
示す図

【図３】液晶シャッタの平面図

【図４】三原色照明光の波長特性を示す図

【図５】三原色光の照明タイミングチャート

【図６】第二実施例のカラーイメージセンサの構成図

【図７】ハロゲンランプおよび光学フィルタのスペクト
ル特性を示す図

【図８】照明光学系を示す斜視図

【図９】図８のＡ部分の拡大図

【図１０】第三実施例のカラーイメージセンサの構成図

【図１１】第三実施例の読み取り光学系の平面展開図

【図１２】その他の三原色照明光の波長特性を示す図

【図１３】従来のカラーイメージセンサの構成図

【図１４】各蛍光管および光学フィルタのスペクトル特
性を示す図

【図１５】従来のカラーイメージセンサにおいて原稿ス
テージに密着しない原稿への照射状態を示す図

【符号の説明】

１１，３１ 光源 １２ 原稿 １３，３２，３９ 照明光学系 １４ 光電変換素子 １５，４０ 読み取り光学系 １７ａ，１７ｂ，１７ｃ 光学フィルタ １８ 液晶シャッタアレイ板 ３３ 光ガイド ３３ｂ 鋸刃面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から発せられる光を原稿まで導く照
   明光学系と、光源からの光が照射された領域の原稿像を
   光電変換素子に結像する読み取り光学系とからなるカラ
   ーイメージセンサにおいて、光源は、三原色光の波長成
   分をすべて含み、前記照明光学系あるいは読み取り光学
   系に、光源より発せられる光から三原色の波長帯域の光
   をそれぞれ個別に抽出する光学フィルタと、該光学フィ
   ルタに入射あるいは光学フィルタから出射される光を三
   原色の色別に通過あるいは遮断させる光学シャッタとを
   備えたことを特徴とするカラーイメージセンサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光学シャッタが、液晶シ
   ャッタとされたことを特徴とするカラーイメージセン
   サ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の照明光学系に、透光性媒
   質からなる光ガイドが設けられ、該光ガイドは、光源か
   ら発せられる光を原稿に導く光路とされたことを特徴と
   するカラーイメージセンサ。
4. 【請求項４】 請求項３記載の光ガイドに、光を一方向
   に反射させる鋸刃面が形成されたことを特徴とするカラ
   ーイメージセンサ。