JPH07236028A - カラー画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同一ラインのカラー画像情報を正確な位置精
度で同時に読み取ることをができる小型のカラー画像読
取装置を提供すること。 【構成】 カラー画像を色分解して読み取る画像読取装
置において、偏向ミラー５１および多重ダイクロイック
ミラー５３とが透明部材５２を介して一体的に構成され
た色分解素子５を、受光素子６の窓材６ｃ上に直接接着
し、多重ダイクロイックミラー５３と受光素子６との距
離を最小とすることにより、正確な位置精度でカラー画
像読取を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー画像を３原色に
色分解して読み取る画像読取装置に関し、特に、光学像
の読取精度を改善したカラー画像読取装置に関する。

【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４
と、１チップ上にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）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。この場
合、３つのラインセンサで順次読み取るので、リアルタ
イムでカラー画像の色処理を行う際には遅延メモリが必
要になり、また、そのため画像処理が複雑になり、コス
トが高くなるという問題がある。更には、副走査時にお
いて機械的な走査ブレにより色ズレが生じ、鮮鋭なカラ
ー画像を得るのが難しいという欠点があった。

【０００４】また、図９に示すように、白色光源１を用
い、原稿２からの反射光を結像する結像レンズ４と受光
素子６との光路中に、所望する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５０を用いて平行光線に色分解し、
複数のラインセンサを一体に備えた受光素子６に受光さ
せる構成のものも提案されている（たとえば、特開平３
−２０１８６１号公報参照）。この方式の場合、受光素
子６の読取面は、結像レンズ４の光軸方向に対し９０°
の角をなすため、受光素子のパッケージの形状と結像レ
ンズ４の結像角の関係で、ビームスプリッタ５０の面積
をある程度大きくする必要があると同時に、光学的位置
調整が困難になるという欠点があった。

【０００５】さらに、図１０に示すように、白色光源１
を用い、原稿２からの反射光を結像する結像レンズ４と
受光素子６との光路中に所望する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二組５０ａ，５０ｂを用いて平行
光線に色分解し、複数のラインセンサを一体に備えた受
光素子６に受光させる構成のものが提案されている（た
とえば、特開平２−１８０４６５号公報、特開平１−２
３７６１９号公報参照）この場合には、色分解された各
色光の光路長は全て同一となるという利点はあるもの
の、やはり受光素子６の読取面は、結像レンズ４の光軸
方向に対し９０°の角をなすため、受光素子６の光学的
位置調整が困難になるという欠点があった。また、色分
解される各色光の光線は、複数のビームスプリッタ５０
ａ，５０ｂを通過するために、特に青色光成分の光量ロ
スによる画像読取システムの青色チャンネル出力のＳ／
Ｎ比の劣化が問題であった。更に、光線が第１ビームス
プリッタ５０ａ、第２ビームスプリッタ５０ｂを経て受
光素子６に到達するまでにある程度の距離を要するた
め、ビームスプリッタ５０ａ、５０ｂの平面精度及び組
立て精度が厳しく要求され、原稿２からの反射光を受光
素子６の受光画素部の正確な位置に導くことが極めて困
難であるという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであり、比較的容易に製造できる
小型の色分解素子を用いることで、画像読取装置を大型
化させることなく、光学調整が容易で、同一ラインのカ
ラー画像情報を正確な位置精度で同時に読み取ることを
ができるカラー画像読取装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、線状光源と、
１チップ上に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
を集光させる結像レンズと、前記結像レンズを通過した
反射光を色分解し、各波長毎に異なる一次元画素列上に
結像させる色分解手段とを有してなるカラー画像読取装
置において、前記色分解手段は、前記前記結像レンズを
通過した反射光を偏向する偏向ミラーと、前記偏向ミラ
ーにより偏向された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上にそれぞれ分離して集光させる多
重ダイクロイックミラーとが、透明部材を介して一体的
に形成されたものであることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、カラー画像の読取に際して、
小型の色分解素子を用いることにより、装置を大型化す
ることなく、位置ズレのない単一ラインの画像情報が読
み込むことができる。このとき、色分解素子を、受光素
子の窓材上に直接接着し、多重ダイクロイックミラーと
受光素子との距離を最小としたことにより、多重ダイク
ロイックミラーの平面度不良による影響を極力小さく
し、正確な位置精度でカラー画像読取ができるようにな
る。また、受光素子の取り付け方向が従来の受光素子を
用いる場合と同様なので、光学調整が容易である。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。

【００１０】図１は、本発明に係わるカラー画像読取装
置の第１の実施例を示したものである。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、反
射光の光束を制限する線状スリット１１と、原稿２を載
置させるプラテンガラス３と、原稿２からの反射光を集
光させる結像レンズ４と、反射ミラーと色分解手段とか
らなる色分解光学素子５と、反射光を受光して原稿の持
つ情報を電気信号として出力させる複数の一次元画素列
を有する受光素子６とから構成されている。

【００１１】上記色分解光学素子５は、図２に示すよう
に、反射光を全波長成分にわたって反射し光路を９０度
偏向する反射面５１ａを有する全反射ミラー５１と、入
射光を三原色の情報に分解する色分解手段としての多重
ダイクロイックミラーアッセンブリ５３と、全反射ミラ
ー５１と多重ダイクロイックミラーアッセンブリ５３を
一定間隔を置いて平行に保つための透明部材５２とを一
体的に形成して構成されている。

【００１２】また、上記受光素子６は、１チップ上に複
数の一次元画素列６１、６２、６３（図３参照）が並列
して形成された受光素子本体６ａと、この受光素子本体
６ａを支持するハウジング６ｂと、受光素子本体６ａの
前面を覆う透明部材からなる窓材６ｃと、受光素子本体
６ａと外部回路との電気的接続を行うための複数のピン
６ｄとを有している。

【００１３】第１の実施例における多重ダイクロイック
ミラーアッセンブリ５３は、全反射ミラー５１からの入
射光を９０度偏向するような角度で全反射ミラー５１と
平行に設置され、多重ダイクロイックミラーアッセンブ
リ５３の光束が入射する側の最表面５３１に青成分光反
射のダイクロイック被膜が形成されると共に、多重ダイ
クロイックミラーアッセンブリ５３の２層の貼り合わせ
面５３２に緑成分光反射の被膜が形成され、それぞれの
面を透過した赤成分光が反射ミラー面５３３で反射され
る構成とされている。したがって、システム上、もとも
と不足がちな青成分光は、全反射ミラー５１で反射され
た後、多重ダイクロイックミラーアッセンブリ５３の光
束が入射する側の最表面５３１で直ちに反射されるの
で、光量損失が比較的少ない状態で受光素子６に導かれ
ることになり、青成分光に対応する信号出力の低下を抑
えることができＳ／Ｎ比の劣化が低減される。

【００１４】色分解光学素子５は、全反射ミラー５１と
多重ダイクロイックミラーアッセンブリ５３とが透明部
材５２を介して一体構造となっているため、単体のミラ
ーを別々に設置してなる構造に比べ、相互の平行度の精
度が良好になるという特徴があり、光学的位置調整が容
易になるという利点があるとともに、受光素子の取り付
け方向が装置全体の光軸すなわちレンズの光軸の方向と
同じであるため、光学調整が容易であるという利点もあ
る。

【００１５】受光素子６は、図３に示したように、１チ
ップ上に１６８ミクロンずつ離れて並列する３つの一次
元画素列６１、６２、６３を有する撮像センサであり、
上記の色分解光学素子５により色分解された三原色の各
色成分が各々の画素列に集光するよう配置されている。

【００１６】この受光素子６の窓材６ｃ上に色分解光学
素子５を実装する際は、受光素子６の窓材６ｃ上あるい
は色分解光学素子５の接着面側に光学接着剤を塗布した
後、色分解光学素子５を受光素子６の上に載せる。次
に、上部より実体顕微鏡等の光学像拡大手段により色分
解光学素子５を通して観察される受光素子６内の一次元
画素列６１、６２、６３を観察しながら色分解光学素子
５の位置合わせを行い、その後、固定する。色分解光学
素子５と受光素子６を接着した後の装置内での光学調整
は、従来と同様の方法で行う。

【００１７】多重ダイクロイックミラーアッセンブリ５
３内の各反射層間の透明層部材５３４、５３５の厚さ
は、透明部材５２の光学屈折率及び透明層部材５３４、
５３５の光学屈折率の比、及び、受光素子６上の３つの
一次元画素列６１、６２、６３間のピッチにより決定さ
れる。第１の実施例では、透明部材５２と透明層部材５
３４、５３５は、いずれも可視波長域における光学屈折
率がＮ＝１．５２〜１．５３のものを用いているため、
多重ダイクロイックミラーアッセンブリ５３内の各反射
層間の透明層部材５３４、５３５の厚さを共に約１１９
ミクロンとすることで各色反射光の間隔を受光素子６の
画素列間のピッチと一致させることができた。

【００１８】ここで、色分解光学素子５を経て受光素子
６に入射する各色成分光線の光路長が、緑光線を基準
に、青光線が約１１０ミクロン短く、赤光線が約１１０
ミクロン長くなってしまうことが問題となる。第１の実
施例では、この光路長の差異に適合するように、緑光の
結像焦点位置を基準に青光の結像焦点位置を約１００ミ
クロン短く、赤光の結像焦点位置を約１００ミクロン長
くなるように、予め結像レンズ４を設計し、色分解光学
素子５により生ずる各色成分光線の光路長の差を相殺す
ることで、色分解された三原色の各成分光を各々の一次
元画素列上にボケることなく結像させることができた。

【００１９】なお、結像レンズの縦色収差による青色
光、緑色光、赤色光の焦点距離のズレ量は、各々５０〜
２００ミクロンの範囲であることが望ましい。これは、
焦点距離のズレ量が５０ミクロンより小さいと透明層部
材５３４、５３５の厚さを約５４ミクロンより薄くしな
ければならず、多重ダイクロイックミラーアッセンブリ
５３の製造が困難になるという問題が生じ、２００ミク
ロンより大きいと結像レンズの特性上、各色光に対する
結像される像の解像度が劣化するという問題が生じるか
らである。

【００２０】上記した色分解光学素子５の製造方法の一
例を図４に示す。まず、表面にＡｌ層をコートした厚さ
２ｍｍの全反射ミラー５５０、厚さ０．１１８ｍｍのス
ペーサ５５５、厚さ０．１１８ｍｍの両面ダイクロイッ
クミラーコート透明基板５５４を光学接着剤にて張り合
わせて、多重ダイクロイックミラーアッセンブリ基板５
５３を形成する。次に、厚さ２ｍｍのスペーサ基板５５
２、表面にＡｌ層をコーティングした厚さ２ｍｍの全反
射ミラー基板５５１をそれぞれ光学接着剤にて積層接着
する。各基板の大きさは８０ｍｍ角大とした。積層した
色分解光学素子基板５００をスライサーにより４５°の
角度で幅約４．５ｍｍ間隔で切断し１６本に分離する。
次に、スライシング面両面を光学研磨することで色分解
光学素子５が完成する。このように、第１の実施例にお
ける色分解光学素子５は、量産性に富む方法にて製造可
能である。

【００２１】次に本発明の第２の実施例について、図５
〜図７を参照して説明する。なお、第１の実施例と対応
する部材には同一符号を付している。

【００２２】第２の実施例においては、受光素子６の前
面に配置される色分解光学素子７の構造が第１の実施例
の色分解光学素子５とは異なっている。

【００２３】色分解光学素子７は、図６に示すように、
反射光を特定の２色の情報に分解して反射し光路を９０
度偏向するダイクロイック被覆形成面７１１と全反射面
７１２とを有する第１の色分解素子７１と、第１の色分
解素子７１からの反射光を第１の色分解素子７１とは異
なる２色の情報に分解し光路を９０度偏向するダイクロ
イック被覆形成面７２１と全反射面７２２とを有する第
２の色分解素子７２と、第１の色分解素子７１と第２の
色分解素子７２を一定間隔を置いて平行に保つための透
明部材７３とを一体的に形成して構成されている。

【００２４】本実施例における第１の色分解素子７１
は、結像レンズ４から射出された光束を９０度偏向する
ような角度で設置され、光束が入射する側の最表面７１
１に青成分光反射のダイクロイック被膜が形成されてい
る。第１の色分解素子７１の最表面７１１では入射光の
うち青成分光のみが反射され、残りの黄光成分は透過す
る。色分解素子７１の最表面７１１を透過した黄成分光
は、全反射ミラー面７１２で反射される。第１の色分解
素子７１の最表面７１１で反射された青成分光及び全反
射ミラー面７１２で反射された黄成分光は、透明部材７
３を通過し第２の色分解素子７２に入射する。第２の色
分解素子７２は第１の色分解素子７１と平行に配置され
ており、その最表面７２１には青成分光及び緑或分光を
反射するグイクロイック被膜が形成されており、色分解
素子７１の最表面７１１で反射された青成分光及び全反
射ミラー面７１２で反射された黄成分光のうちの緑成分
光が反射される。第２の色分解素子７２の最表面７２１
を透過した黄成分光のうちの残りの赤成分光は、全反射
ミラー面７２２で反射される。このようにして結像レン
ズ４を通過した光情報は、色分解光学手段７により青成
分光、緑成分光、赤成分光に分解され、図３に示す受光
素子６の三列の一次元画素列上６１、６２、６３にそれ
ぞれ導かれるここで、システム上もともと不足しがちな
青成分光は、第１の色分解素子７１の最表面７１１で反
射された後、第２の色分解素子７２の最表面７２１で直
ちに反射されるので、光量損失が比較的少ない状態で受
光素子６に導かれることになり、青成分に対応する信号
出力の低下を抑えることができＳ／Ｎ比の劣化が低減さ
れる。

【００２５】色分解光学手段７は、第１の色分解素子７
１と第２の色分解素子７２とが透明部材７３を介して一
体構造となっているため、単体のミラーを別々に設置し
てなる構造に比ぺ、相互の平行度の精度が良好になると
いう特徴があり、光学的位置調整が容易になるという利
点があるとともに、受光素子の取り付け方向が従来の方
式と同様であるため、光学調整が容易であるという利点
もある。

【００２６】なお、色分解光学手段７と受光素子６とを
接着する際の位置合わせ、及び、色分解光学手段７と受
光素子６を接着した後の装置内での光学調整に関して
は、第１の実施例と同様であるので説明を省略する。

【００２７】第１の色分解素子７１及び第２の色分解素
子７２内のグイクロイックミラーと全反射ミラー間の透
明層部材７１３、７２３の厚さは、透明部材７３の光学
屈折率及び透明層部材７１３、７２３の光学屈折率との
比、及び、受光素子６上の３つの一次元画素列間のピッ
チにより決定される。本実施例では、透明部材７３と透
明層部材７１３、７２３は、いずれも可視波長域におけ
る光学屈折率がＮ＝１．５２〜１．５３のものを用いて
いるため、第１の色分解素子７１及び第２の色分解素子
７２内の各反射層間の透明層部材７１３、７２３の厚さ
を共に約１１９ミクロンとすることで各色反射光の間隔
を受光素子６の画索列間のピッチと一致させることがで
きた。

【００２８】また、色分解光学手段７を経て受光素子６
に入射する各色成分光の光線の光路長が、各色成分光で
異なるという問題については、第１の実施例と同様に結
像レンズ４を第２の実施例に適合するように設計する。

【００２９】色分解光学手段７の製造方法の一例を図７
に示す。まず、厚さ２ｍｍの透明ガラス部材７１４と、
表面にダイクロイック膜７１１をコートし表面に全反射
ミラー７１２をコートした透明ガラス部材７１３を光学
接着剤にて張り合わせて第１の色分解素子基板７１０を
形成し、同様に形成した第２の色分解素子基板７２０と
第１の色分解素子基板７１０とを厚さ２ｍｍのスペーサ
基板７３０を介しそれぞれ光学接着剤にて積層接着して
色分解手段基板７００を形成する。各基板の大きさは８
０ｍｍ角大とした。積層した色分解光学手段基板７００
をスライサーにより４５°の角度で幅約４．５ｍｍ間隔
で切断し１６本に分離する。次に、スライシング面両面
を光学研磨することで色分解光学手段５が完成ずる。こ
のように、本実施例における色分解光学手段７は量産性
に富む方法にて製造可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、小型の色分解光学素子を従来の装置に追加するだけ
で、１ラインの画像情報を色分解し、受光素子上の３列
の受光画素列に同時に効率よく高精度に結像させること
ができるため、カラー画像読取装置の読取性能を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るカラー画像読取装置の第１の実
施例の光学系全体の説明図である。

【図２】 第１の実施例で用いられる色分解光学素子の
断面図である。

【図３】 第１の実施例で用いられる受光センサの概略
平面図である。

【図４】 第１の実施例で用いられる色分解光学素子の
製造方法を示す工程図である。

【図５】 本発明に係るカラー画像読取装置の第１の実
施例の光学系全体の説明図である。

【図６】 第１の実施例で用いられる色分解光学素子の
断面図である。

【図７】 第１の実施例で用いられる色分解光学素子の
製造方法を示す工程図である。

【図８】 従来のカラー画像読取装置の光学系を示す説
明図である。

【図９】 他の従来のカラー画像読取装置の光学系を示
す説明図である。

【図１０】 更に他の従来のカラー画像読取装置の光学
系を示す説明図である。

【符号の説明】

１…光源、２…原稿、３…プラテンガラス、４…結像レ
ンズ、５，７…色分解光学素子、６…受光素子、１１…
線状スリット、５１…全反射ミラー、５１ａ…反射面、
５２…透明部材、５３…多重ダイクロイックミラーアッ
センブリ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線状光源と、 １チップ上に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
   る結像レンズと、 前記結像レンズを通過した反射光を色分解し、各波長毎
   に異なる一次元画素列上に結像させる色分解手段とを有
   してなるカラー画像読取装置において、 前記色分解手段は、前記前記結像レンズを通過した反射
   光を偏向する偏向ミラーと、前記偏向ミラーにより偏向
   された反射光を色分解して各色の光束を前記受光素子の
   画素列上にそれぞれ分離して集光させる多重ダイクロイ
   ックミラーとが、透明部材を介して一体的に形成された
   ものであることを特徴とするカラー画像読取装置。
2. 【請求項２】 前記偏向ミラーの面と前記多重ダイクロ
   イックミラーの面は平行であることを特徴とする請求項
   １記載のカラー画像読取装置。
3. 【請求項３】 前記多重ダイクロイックミラーは、入射
   光に対し、青色光成分を反射する第１面と、緑色光成分
   を反射する第２面とを有することを特徴とする請求項１
   記載のカラー画像読取装置。
4. 【請求項４】 線状光源と、 １チップ上に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
   る結像レンズと、 前記結像レンズを通過した反射光を色分解し、各波長毎
   に異なる一次元画素列上に結像させる色分解手段とを有
   してなるカラー画像読取装置において、 前記色分解手段は、特定の波長光のみを反射するダイク
   ロイック膜と全反射ミラーとが透明層を介して積層され
   た色分解素子を複数有し、前記複数の色分解素子が透明
   部材を介して一体的に形成されたものであることを特徴
   とするカラー画像読取装置。
5. 【請求項５】 前記色分解手段は、白色光を青色光と黄
   色光とに分離する第１の色分解素子と、白色光を青緑色
   光と赤色光とに分離する第２の色分解素子とを有するこ
   とを特徴とする請求項８記載のカラー画像読取装置。
6. 【請求項６】 前記結像レンズの縦色収差による青色
   光、緑色光、赤色光の焦点距離が、それぞれ等間隔分だ
   け離れていることを特徴とする請求項１または請求項４
   記載のカラー画像読取装置。
7. 【請求項７】 前記色分解手段は、光学接着剤を介して
   前記受光素子の窓材上に直接接着されていることを特徴
   とする請求項１または請求項４記載のカラー画像読取装
   置。
8. 【請求項８】 前記結像レンズは、その縦色収差によ
   り、緑色光の焦点距離に対する青色光の焦点距離が短
   く、赤色光の焦点距離が長いものであることを特徴とす
   る請求項１または請求項４記載のカラー画像読取装置。