JPH07121047B2 - カラー画像読取り装置 - Google Patents

カラー画像読取り装置

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JPH07121047B2
JPH07121047B2 JP1035692A JP3569289A JPH07121047B2 JP H07121047 B2 JPH07121047 B2 JP H07121047B2 JP 1035692 A JP1035692 A JP 1035692A JP 3569289 A JP3569289 A JP 3569289A JP H07121047 B2 JPH07121047 B2 JP H07121047B2
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    • H04N1/46Colour picture communication systems
    • H04N1/48Picture signal generators
    • H04N1/486Picture signal generators with separate detectors, each detector being used for one specific colour component
    • H04N1/488Picture signal generators with separate detectors, each detector being used for one specific colour component using beam-splitters

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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、テレセントリックな結像光
学系および色分解用のブレーズド回折格子を介して固体
撮像素子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5図に示す如き装置が公知である。
ここにおいて、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、2
2、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、センサーとして独立に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っ
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、モノリシックな3つライ
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6図に示す。
図中、3ライン25、26、27間の距離S1、S2は様々な製作
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。こうしたモノリシック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7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ッター30、31で3
色の3光束に分解された後、モノリシック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7図に示す如く、ビームスプリッター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、こうしたモノリシックな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、モノリシック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。
従って、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、被写体からの画像情報光束が、主走査
断面においてテレセントリックな結像光学系、及びブレ
ーズド回折格子を介して複数ラインセンサーに導かれる
構成となっている。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、そして上記複数ラインセンサーの各対応
するラインに正しく結像させることができる。
[実施例] 第1図及び第2図は本発明の第1の実施例を示す。同図
において、原稿面1の画像情報がこれとテレセントリッ
ク結像光学系2との間に配されるミラー(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
テレセントリック結像光学系2を介して3色分解用1次
元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、その後モノリ
シック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。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、その形状は第3図及び第4図に
示す如きものである。
本実施例では、テレセントリックな結像光学系2を用い
ているので、第1図に示す如く、有限な読取り幅yの周
辺部からの光束もその主光線がブレーズド回折格子3に
垂直に入射し、画角特性に関する問題が解決されてい
る。
この点について詳説する。実際の読取り装置を構成する
うえで、第1図に示す通り有限な読取り幅yが必要であ
り、よって結像光学系に対して画角αが存在する。従っ
て、主走査断面にて、結像光学系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に入射し、
一般的な通常の結像光学系では第8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、1平面内に配置される3ラインセンサ
ー4の素子面までの距離は、第8図に示す如く、軸上光
線で10となるが、入射角αの軸外光線では、射出瞳33か
ら射出用α′で出射してくるので、11=10/cosα′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3による1次回折光の回折角
θは第4図に示す構成において、Psinθ=λ(P:格子ピ
ッチ、λ:波長)である。以上より、第3図に示す如
く、軸上、軸外の各々のセンサー素子面における分解距
離Zは、Z=10tanθ(軸上)、Z=11tanθ=10tanθ/
cosα′(軸外)となつて、両者は一致しない。こうし
て、直線状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方向の軸上と軸外と
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ラ
インから外れてしまう大きさである。理論上は画角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で
きない。
この上、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d1と厚みd1に起因
する位相差とが以下の関係にあることによる。
ここでΦ:位相差(rad)、nλ: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Φを実現する波長λは、格子厚
みd1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=6200nm、nλ=1.5とし
た場合、軸上(α′=0)ではΦ=6π、Φ=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492.3nmとなつて約24nmシフト
してしまう。
以上の画角に起因する問題を解決するために、結像光学
系2をテレセントリック光学系としたのである。テレセ
ントリック光学系では、第1図の主走査断面図に示す如
く、結像光学系2がその前側焦平面に入射瞳を持ち、よ
ってこの光学系の射出瞳は無限遠の位置となり、画角α
の場合も含めて軸外の主光線が全て光軸に平行に射出さ
れる。これにより、画角αに対して射出瞳からの出射角
α′は常に0となる。この為、各画角αに対して、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
の距離は常に10となり、Φも出射角α′が0であるこ
とから常に一定の値を持ち、従って分離距離Z方向の結
像位置ズレ、ブレーズ波長ズレが共に押えられる。
[発明の効果] 以上説明した本発明の構成により、広画角、すなわち広
い読取り幅に対しても、結像位置ズレ、ブレーズ波長ズ
レのない良好な色分解、分離結像がセンサーの各ライン
素子面上に得られ、且つコンパクトで安価なカラー画像
読取り装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の主走査断面図、第2図は
第1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、従来のカラー画像読取り光学系を示す図、第6
図はモノリシック3ラインセンサーの構成を示す図、第
7図は他の従来のカラー画像読取り光学系を示す図。第
8図は通常の結像光学系での結像を説明する概念図であ
る。 1……被写体、2……テレセントリック結像光学系、3
……1次元ブレーズド回折格子、4……モノリシック3
ラインセンサー、8、9、10……センサーアレイ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1次元のセンサーアレイが同一基板上に複
    数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し、該結像光学系
    と該センサー間の光路中に、被写体からの光を複数に色
    分解すると共にこの色分解光を各々対応する各センサー
    アレイに導くためのブレーズド回折格子が配置されるカ
    ラー画像読取り装置であって、前記結像光学系が、有限
    な読取り幅yに対して画角αが存在する主走査断面にお
    いて、前側焦平面に入射瞳を持ち、射出瞳が無限遠の位
    置となるテレセントリックな光学系で構成されているこ
    とにより、前記有限な読取り幅yの中央部及び周辺部か
    らの光束の前記結像光学系を介した後の全ての主光線
    が、前記ブレーズド回折格子にほぼ垂直に入射すること
    を特徴とするカラー画像読取り装置。
  2. 【請求項2】前記複数ラインセンサーは、センサーアレ
    イのアレイ方向と直角に、3ライン、有限距離を隔てて
    1次元センサーアレイが配置されたモノリシック3ライ
    ンセンサーであり、被写体は副走査方向にライン走査さ
    れ、該モノリシック3ラインセンサーのセンサー面は副
    走査方向と並行に配置されている請求項1記載のカラー
    画像読取り装置。
  3. 【請求項3】前記結像光学系は縮小光学系である請求項
    1又は2記載のカラー画像読取り装置。
  4. 【請求項4】前記ブレーズド回折格子は1次元ブレーズ
    ド回折格子である請求項1又は2記載のカラー画像読取
    り装置。
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