JPH07221930A - カラー画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 色分解手段に適切な光学的手段を設けて、３
つの色光間でのＳ／Ｎ比をバランス良く保つことによ
り、カラー画像を高精度に読み取るようにする。 【構成】 光源１により原稿２面上のカラー画像を照明
し、このカラー画像を結像レンズ４により、３つのライ
ンセンサ６１〜６３を平行に同一基板面上に配置した受
光素子６面上に結像し、受光素子６によりそのカラー画
像を読み取る際、結像レンズ４の後方に、それからの光
束をラインセンサの画素の並び方向と直交する方向に３
つの色光に色分解し、各々のラインセンサに導く色分解
手段５を配置し、色分解手段５をダイクロイックミラー
５１、５２と全反射ミラー５３とが光学フィルタ５４、
５５を介して互いに積層されてなるビームスプリッタで
構成し、３ラインセンサからの出力信号レベルをそれら
光学フィルタで調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー画像読取装置に
関し、特に、カラー画像を３原色に色分解して読み取る
装置の読み取り精度の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー原稿を３原色に色分解し、この色
分解された波長域別の光を受光素子により光電変換して
読み取るカラー原稿読取装置は、従来、種々のものが知
られている。

【０００３】例えば、図６に示すように、光源１に所望
波長域全てを含む白色光を用い、プラテンガラス３上に
載置された原稿２からの反射光を結像する結像レンズ１
１と、１チップ上にＢ、Ｇ、Ｒの３つの分光感度特性を
有するように設定した３つのラインセンサ６１、６２、
６３を副走査方向に配列してなる受光素子６を用いて、
副走査方向に走査しながら読み取る方法がある。

【０００４】また、図７に示すように、光源１に所望波
長域全てを含む白色光を用い、プラテンガラス３上に載
置された原稿２からの反射光を結像する結像レンズ１１
と受光素子６との間の光路中に所望の波長域のみを反射
するダイクロイック膜（二色性被膜）を透明層を介して
積層したビームスプリッタ５を用いて相互に平行な光線
に色分解し、複数のラインセンサを一体に備えた撮像素
子６に受光させる構成のものも提案されている（特開平
３−２０１８６１号）。

【０００５】さらに、図８に示すように、光源１に所望
波長域全てを含む白色光を用い、プラテンガラス３上に
載置された原稿２からの反射光を結像する結像レンズ１
１と受光素子６との光路中に所望の波長域のみを反射す
るダイクロイック膜（二色性被膜）を透明層を介して積
層したビームスプリッタ５を二組を用いて相互に平行な
光線に色分解し、複数のラインセンサを一体に備えた撮
像センサ６に受光させる構成のものが提案されている
（特開昭６２−２３４１０６号、特開平１−２３７６１
９号、特開平２−１８０４６５号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの方式におい
て、光源１として、一般的には光量安定性の良いハロゲ
ンランプがよく用いられる。しかしながら、ハロゲンラ
ンプは、その分光エネルギー分布が可視光範囲において
短波長光成分が少なく、長波長光成分が多いという特性
を有しており、これをＲ、Ｇ、Ｂの３色に分解して読み
取りを行うカラー画像読取装置に適用した場合、３色の
読み取り信号のバランスが悪くなる。

【０００７】例えば、図７に示す方法において、図９に
示す分光エネルギー分布を有する白色光源１としてのハ
ロゲンランプ、図１０に示す分光感度特性を有する３列
の一次元画素列を形成したラインセンサ６、図１１に示
す分光反射率特性を有する色分解手段としてのビームス
プリッタ５、図１２に示す分光透過率特性を有する赤外
カットフィルタ等を組み合せた場合のカラー画像読取装
置の総合的な各色光の出力比率の分光特性は、図１３に
示すようになる。図１３から明らかなように、出力比率
は各色光（Ｂ、Ｇ、Ｒ）で大きく異なり、白色原稿を読
み取った場合のラインセンサ６の各一次元画素列６１
（Ｂ光用）、６２（Ｇ光用）、６３（Ｒ光用）からの出
力比は、およそＢ：Ｇ：Ｒ＝１：２：３となる。このよ
うな出力値の異なる３つの色光に基づく出力信号を有す
る場合、白色光源１の出力及び結像レンズ１１の明るさ
の設定は、３色の出力の中、最大となるＲ光に対応する
出力がラインセンサ６の本来の光電変換特性における飽
和電圧を越えないように設定しなければならず、例え
ば、白色原稿を読み取った場合のＲ光に対応する出力が
９００ｍＶとなるように設定する。このとき、Ｂ光に対
応する出力は３００ｍＶ、Ｇ光に対応する出力は６００
ｍＶとなる。これらの信号出力は、それぞれ増幅器のゲ
インを変化させてＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジに
合わせるよう調整される。したがって、Ｂ光に対応する
出力の増幅率、Ｇ光に対応する出力の増幅率は、それぞ
れＲ光に対応する出力の増幅率の３倍、１．５倍とな
る。この増幅率の違いにより、各色毎にＳ／Ｎ比が大き
く異なるようになる。そして、最終的にマスキング等の
色補正の処理を行うと、特にＢ光に対応する信号のＳ／
Ｎ比が小さくなり、画質の大きな劣化を招く原因とな
る。

【０００８】本発明は従来技術の上記問題点に基づいて
なされたものであり、その目的は、色分解手段に適切な
光学的手段を設けて、３つの色光間でのＳ／Ｎ比をバラ
ンス良く保つことにより、カラー画像を高精度に読み取
るようにしたカラー画像読取装置を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のカラー画像読取
装置は、光源と、該光源により照明された原稿からの反
射光を集光させる結像光学系と、複数の一次元画素列を
並列して形成した受光素子と、前記の反射光を色分解し
て各色の光束を前記受光素子の画素列にそれぞれ分離し
て集光させる色分解手段とを有するカラー画像読取装置
において、前記色分解手段は、ダイクロイックミラーと
全反射ミラーとが光学フィルタを介して互いに積層され
てなるビームスプリッタからなることを特徴とするもの
である。

【００１０】この場合、この光学フィルタは、ＮＤフィ
ルタ、色温度変換フィルタ、色補正フィルタの何れかか
ら構成することができる。

【００１１】また、色分解手段としては、２層からなる
光学フィルタと、その入射側の表面及びその界面に設け
られた分光特性の異なるダイクロイックミラーと、その
入射側とは反対側の表面に設けられた全反射ミラーとか
らなるものとして構成することもできるし、また、２枚
の対向する光学フィルタと、各光学フィルタの対向側の
表面に設けられた分光特性の相互に異なるダイクロイッ
クミラーと、各光学フィルタの対向側の表面とは反対側
の表面に設けられた全反射ミラーとからなるものとして
構成することもできる。

【００１２】

【作用】本発明においては、色分解手段は、ダイクロイ
ックミラーと全反射ミラーとが光学フィルタを介して互
いに積層されてなるビームスプリッタからなるので、カ
ラー画像の読み取りに際して、光学フィルタを設けた色
分解手段により、受光素子の各一次元画素列からの出力
信号レベルを調整することができ、受光素子の複数の一
次元画素列からの各信号出力のダイナミックレンジをほ
ぼ等しくすることにより、各々のＳ／Ｎ比をバランス良
く保ち、高精度な読み取りを実現することができる。

【００１３】

【実施例】本発明のカラー画像読取装置は、照明手段に
より原稿面上のカラー画像を照明し、このカラー画像を
結像光学系により、３つのラインセンサを平行に同一基
板面上に配置した受光素子面上に結像し、この受光素子
によりそのカラー画像を読み取る際、結像光学系の後方
に、その結像光学系からの光束をラインセンサの画素の
並び方向と直交する方向に３つの色光に色分解し、各々
のラインセンサに導く色分解手段を配置してなり、この
色分解手段をダイクロイックミラーと全反射ミラーとが
光学フィルタを介して互いに積層されてなるビームスプ
リッタで構成し、上記の３ラインセンサからの出力信号
レベルを光学フィルタで調整するようにしたことを特徴
としているものである。

【００１４】以下、本発明のカラー画像読取装置の実施
例を図面を参照にして説明する。

【００１５】図１は、本発明に係わるカラー画像読取装
置の１実施例の光学系を示す断面図であり、この装置
は、発光光束が可視波長域のほぼ全域を含む白色光源１
と、原稿２を載置させるプラテンガラス３と、原稿２か
らの反射光の光束を制限する線状スリット１０と、原稿
２からの反射光を集光させる結像レンズ４と、原稿２か
らの反射光を３原色の情報に分解する色分解光学手段と
しての２層ダイクロイックミラー５と、２層ダイクロイ
ックミラー５で色分解された光を受光して原稿２の持つ
情報を電気信号として出力させる３つの並列された一次
元画素列６１、６２、６３を有する受光素子６とから構
成されている。

【００１６】２層ダイクロイックミラー５は、光束が入
射する側の最表面５１にＢ成分光反射のダイクロイック
コートがなされていると共に、２層５４、５５の貼り合
わせ面５２にＧ成分光反射のダイクロイックコートがな
されおり、それぞれの面５１、５２を透過したＲ成分光
が裏面５３で反射される構成となっており、それらの面
５１、５２、５３は結像レンズ４からの光軸に対し４５
度の角度にて配置されている。

【００１７】ここで、２層ダイクロイックミラー５の最
表面５１と２層の貼り合わせ面５２の間の層部材５４と
しては、ＮＤフィルタガラス基板（ＨＯＹＡ（株）製Ｎ
Ｄ−０３、屈折率１．５１４）を用い、２層の貼り合わ
せ面５２と裏面５３の間の層部材５５としては、別のＮ
Ｄフィルタガラス基板（ＨＯＹＡ（株）製ＮＤ−１３、
屈折率１．５１０）を用いている。最表面５１と２層の
貼り合わせ面５２、及び、２層の貼り合わせ面５２と裏
面５３の間隔は、コート層厚と接着層厚を考慮して、そ
れぞれ０．１０７ｍｍとなるように、層部材５４、５５
の厚みを設定してある。

【００１８】このような２層ダイクロイックミラー５の
構成とすることにより、入射光に対する各色成分の反射
光の割合は、Ｂ成分光は最表面５１で反射されるだけで
殆ど変化をしないのに対し、Ｇ成分光は層部材５４を往
復透過するため約５０％に、Ｒ成分光は層部材５４及び
５５を往復透過するため約３５％にそれぞれ減少する。
図２に、２層ダイクロイックミラー５で反射した後の各
色成分光の入射光に対する相対分光反射率を示す。

【００１９】受光素子６は、図３に正面図を示したよう
に、１チップ上に８０μｍの間隔でそれぞれ並列する３
つの一次元画素列６１、６２、６３を有するラインセン
サを用いている。２層ダイクロイックミラー５と受光素
子６は、２層ダイクロイックミラー５で色分解された３
原色の各成分光が受光素子６の各々の画素列上へ集光す
るように位置調整されている。

【００２０】このような構成にした場合のこの実施例の
カラー画像読取装置の総合的な各色光の出力比率の分光
特性を図４に示す。この場合、白色原稿を読み取ったと
きの各成分光に対応する受光素子６のそれぞれの一次元
画素列６１、６２、６３からの出力比は、図４のよう
に、およそＢ：Ｇ：Ｒ＝１：１：１となる。したがっ
て、白色光源１の出力あるいは結像レンズ４の明るさを
調整し、各色出力の３つのレベルを所望の値の近くに設
定することが可能となり、出力信号のＳ／Ｎ比は各色光
に対してほぼ等しく、かつ、十分に確保することがで
き、最終的にマスキング等の画像処理を行った場合で
も、画質の劣化を防止することが可能となる。

【００２１】次に、図５の断面図を参照にして別の実施
例について説明する。図１の実施例と同じ構成要素は同
じ符号で示してある。この装置は、発光光束が可視波長
域のほぼ全域を含む白色光源１と、原稿２を載置させる
プラテンガラス３と、原稿２からの反射光の光束を制限
する線状スリット１０と、原稿２からの反射光を集光さ
せる結像レンズ４と、原稿２からの反射光を３原色の情
報に分解する２組のダイクロイックミラー５ａ、５ｂか
らなる色分解光学手段５′と、色分解光学手段５′で色
分解された光を受光して原稿２の持つ情報を電気信号と
して出力させる３つの並列された一次元画素列６１、６
２、６３を有する受光素子６とから構成されている。

【００２２】この実施例における色分解光学手段５′
は、対向して配置された２組のダイクロイックミラー５
ａ、５ｂからなり、ダイクロイックミラー５ａは、第１
の実施例における層部材５４と同様なＮＤフィルタガラ
ス板５４′の裏面に全反射膜５３′がコートされ、その
表面にＢ成分光反射のダイクロイックコート５１′がな
されてなるものである。また、ダイクロイックミラー５
ｂは、第１の実施例における層部材５５と同様なＮＤフ
ィルタガラス板５５′の裏面に全反射膜５３″がコート
され、その表面にＣ成分光すなわちＢ成分光及びＧ成分
光反射のダイクロイックコート５２′がなされてなるも
のである。

【００２３】したがって、この実施例においては、原稿
２からの反射光の中、Ｂ成分光は、ダイクロイックミラ
ー５ａのダイクロイックコート５１′及びダイクロイッ
クミラー５ｂのダイクロイックコート５２′で反射され
て殆ど変化せず、Ｇ成分光は、ダイクロイックミラー５
ａのＮＤフィルタガラス板５４′を往復透過し、ダイク
ロイックミラー５ｂのダイクロイックコート５２′で反
射されて、約５０％に減少し、Ｒ成分光は、ダイクロイ
ックミラー５ａのＮＤフィルタガラス板５４′及びダイ
クロイックミラー５ｂのＮＤフィルタガラス板５５′を
それぞれ往復透過して、約３５％に減少する。そして、
それらの色成分は、受光素子６の３つの一次元画素列６
１、６２、６３に集光され、光電変換されるので、第１
の実施例と同様、白色原稿を読み取ったときの各成分光
に対応する受光素子６のそれぞれの一次元画素列６１、
６２、６３からの出力比は、図４のように、およそＢ：
Ｇ：Ｒ＝１：１：１となる。したがって、この場合も、
白色光源１の出力あるいは結像レンズ４の明るさを調整
し、各色出力の３つのレベルを所望の値の近くに設定す
ることが可能となり、出力信号のＳ／Ｎ比は各色光に対
してほぼ等しく、かつ、十分に確保することができ、最
終的にマスキング等の画像処理を行った場合でも、画質
の劣化を防止することが可能となる。

【００２４】なお、以上の実施例における光学減衰フィ
ルタ５４、５５、５４′、５５′としては、ＮＤフィル
タに限らず、Ｇ成分光及びＲ成分光を所望の割合で減衰
でき、受光素子６からの各色成分の出力値のバランスを
保てるものであれば、色温度変換フィルタ、色補正フィ
ルタ等のいかなる分光特性のフィルタであってもよいこ
とは明らかであろう。

【００２５】以上、本発明のカラー画像読取装置を実施
例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に
限定されず種々の変形が可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のカラー画像読取装置によると、色分解手段は、ダイク
ロイックミラーと全反射ミラーとが光学フィルタを介し
て互いに積層されてなるビームスプリッタからなるの
で、受光素子として例えばモノリシックな３ラインセン
サと、色分解素子として例えば２層ダイクロイックミラ
ーを用いてカラー画像を色分解して読み取る際、照明光
の分光分布に起因する３ラインセンサからの３つの信号
のＳ／Ｎ比の差を、色分解素子内の光学フィルタを用い
ることにより小さくし、読み取り画質の劣化を効果的に
防止した、高精度なカラー画像の読み取りが可能なカラ
ー画像読取装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わるカラー画像読取装置の１実施
例の光学系を示す断面図。

【図２】 図１の２層ダイクロイックミラーの分光反射
率特性を示す図。

【図３】 図１の受光素子の正面図。

【図４】 図１のカラー画像読取装置の総合的な分光特
性を示す図。

【図５】 別の実施例の光学系を示す断面図。

【図６】 従来の１つのカラー画像読取装置の光学系を
示す断面図。

【図７】 従来の別のカラー画像読取装置の光学系を示
す断面図。

【図８】 従来のさらに別のカラー画像読取装置の光学
系を示す断面図。

【図９】 ハロゲンランプの分光エネルギー分布を示す
図。

【図１０】 受光素子の分光感度を示す図。

【図１１】 従来のビームスプリッタの分光反射率特性
を示す図。

【図１２】 赤外カットフィルターの分光透過率特性を
示す図。

【図１３】 従来のカラー画像読取装置の総合的な分光
特性を示す図。

【符号の説明】

１…白色光源、２…原稿、３…プラテンガラス、４…結
像レンズ、５…２層ダイクロイックミラー、６…受光素
子、１０…線状スリット、５１…２層ダイクロイックミ
ラーの最表面、５２…２層の貼り合わせ面、５３…２層
ダイクロイックミラーの裏面、５４、５５…層部材、６
１、６２、６３…一次元画素列、５′…色分解光学手
段、５ａ、５ｂ…ダイクロイックミラー、５１′…Ｂ成
分光反射のダイクロイックコート、５２′…Ｃ成分光反
射のダイクロイックコート、５３′、５３″…全反射
膜、５４′、５５′…ＮＤフィルタガラス板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、該光源により照明された原稿か
   らの反射光を集光させる結像光学系と、複数の一次元画
   素列を並列して形成した受光素子と、前記の反射光を色
   分解して各色の光束を前記受光素子の画素列にそれぞれ
   分離して集光させる色分解手段とを有するカラー画像読
   取装置において、 前記色分解手段は、ダイクロイックミラーと全反射ミラ
   ーとが光学フィルタを介して互いに積層されてなるビー
   ムスプリッタからなることを特徴とするカラー画像読取
   装置。