JPH0818728A - カラー画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反射型１次元ブレーズド回折格子を用いて３
つの色光でカラー画像を高精度に読取ることができるカ
ラー画像読取装置を得ること。 【構成】 カラー画像を結像光学系２により入射光束を
３つの色光に色分解する反射型１次元ブレーズド回折格
子より成る色分解手段３を介して３つのラインセンサー
を同一基板面上に配置した受光手段４面上に結像させ、
該受光手段で該カラー画像を読取る際、該結像光学系の
後方光路中に設けた副走査方向のみ屈折力を有する第１
の結像光学素子５で副走査断面内において該結像光学系
からの光束を集光し、結像させた後、該色分解手段に導
光し、該色分解手段からの発散光束を副走査方向のみ屈
折力を有する第２の結像光学素子６で集光して該受光手
段面上に結像させていること。

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、特に副走査方向のみ所定の屈折力を有する複数の結
像光学素子を用い反射型１次元ブレーズド回折格子より
成る色分解手段への光束の入射角度の相違による反射回
折角のズレによるカラー画像読取り用の受光素子面上に
おけるボケの発生を防止し、原稿面上のカラー画像情報
を高精度に読取るようにした、例えばカラースキャナや
カラーファクシミリ等に好適なカラー画像読取装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より原稿面上のカラー画像情報を光
学系を介してラインセンサー（ＣＣＤ）面上に結像させ
て、このときのラインセンサーからの出力信号を利用し
てカラー画像情報をデジタル的に読取る装置が種々と提
案されている。

【０００３】例えば図６は従来のカラー画像読取装置の
光学系の要部概略図である。同図では原稿面１１上のカ
ラー画像からの光束を結像レンズ１９で集光し後述する
ラインセンサー面上に結像させる際、該光束を３Ｐプリ
ズム２０を介して例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色
（Ｂ）の３色に色分解した後、各々のラインセンサー２
１，２２，２３面上に導光している。そして各ラインセ
ンサー２１，２２，２３面上に結像したカラー画像を各
々副走査方向にライン走査し各色光毎に読取りを行なっ
ている。

【０００４】図７は従来のカラー画像読取装置の光学系
の要部概略図である。同図では原稿面１１上のカラー画
像からの光束を結像レンズ２９で集光し後述するライン
センサー面上に結像させる際、該光束を２色性を有する
波長選択透過膜が付加された２つの色分解用のビームス
プリッター３０，３１を介して３色に対応する３つの光
束に分離している。

【０００５】そして該３つの色光に基づくカラー画像を
３つのラインセンサーを同一基板面上に設けた所謂モノ
リシック３ラインセンサー３２面上に各々結像させてい
る。これによりカラー画像を副走査方向にライン走査し
各色光毎に読取りを行なっている。

【０００６】図８は図７に示したモノリシック３ライン
センサー３２の説明図であり、該モノリシック３ライン
センサー３２は同図に示すように３つのラインセンサー
（ＣＣＤ）２５，２６，２７を互いに平行となるように
同一基板面上に有限距離離して配置しており、該ライン
センサー面上には各々の色光に基づく不図示の色フィル
ターが設けられている。

【０００７】又、各ラインセンサー２５，２６，２７の
間隔Ｓ１，Ｓ２は様々な製作上の条件から一般的に例え
ば０．１〜０．２ｍｍ程度で製作されており、又各単一
素子２８の画素幅Ｗ１，Ｗ２は例えば７μｍ×７μｍ、
１０μｍ×１０μｍ程度で設定されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図６に示すカラー画像
読取装置では３つの独立のラインセンサーを必要とし、
又高精度化が要求され、しかも製作上困難な３Ｐプリズ
ムを必要とする為、装置全体が複雑化し、又高価となっ
てくる。更に結像光束と各ラインセンサーとの合致調整
を各々独立に３回行なう必要があり、組立調整が面倒と
なる等の問題点があった。

【０００９】又、図７に示すカラー画像読取装置はビー
ムスプリッター３０，３１の板厚をＸとした場合、ライ
ンセンサーの各ライン間の距離は

【００１０】

【数１】 今、製作上好ましいラインセンサーの各ライン間の距離
を０．１〜０．２ｍｍ程度とするとビームスプリッター
３０，３１の板厚ｘは３５〜７０μｍ程度となる。

【００１１】一般にこのような薄い厚さで光学的に平面
性を良好に維持したビームスプリッターを構成すること
は大変難しく、このような厚さのビームスプリッターを
用いるとラインセンサー面上に結像させるカラー画像の
光学性能が低下してくるという問題点があった。

【００１２】一方、図９に示すようにモノリシック３ラ
インセンサーの中央のライン２６に対する他の２つのラ
イン２５，２７のライン間の距離Ｓ１，Ｓ２は一般的に
各反対方向に等距離、かつ副走査方向の画素サイズ（図
８参照）Ｗ２の整数倍になるように設定している。これ
は次の理由からによる。

【００１３】即ち、図９に示すように通常の結像光学系
４５のみを用いて上記に示したモノリシック３ラインセ
ンサーでカラー画像の読取りを行なう場合、３つのライ
ンセンサー２５，２６，２７で同時に読取れる原稿面１
１上の読取位置は同図に示す如く異なる３つの位置２５
´，２６´，２７´となる。

【００１４】この為、原稿面１１上の任意の位置に対す
る３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の各信号成分は同時に読取ること
ができず、それぞれ３ラインセンサーで読取り後、一致
させ合成する必要が生じてくる。

【００１５】これには３ラインセンサーの各ライン間の
距離Ｓ１，Ｓ２を各画素サイズＷ２の整数倍となるよう
に設定し、これに応じた冗長ラインメモリーを具備した
上で例えばＢ信号（Ｂ色光に基づく信号成分）に対し各
Ｇ，Ｒ信号（Ｇ，Ｒ色光に基づく信号成分）を遅延させ
ることによって比較的容易に３色の合成信号成分を得て
いる。

【００１６】従って上記の如く３ラインセンサーの中央
のラインセンサー２６に対する他の２つのラインセンサ
ー２５，２７間の距離Ｓ１，Ｓ２は副走査方向の画素サ
イズＷ２の整数倍となるように設定しているのである。

【００１７】しかしながら上記に示したカラー画像読取
装置において冗長ラインメモリーを３ラインセンサーの
ライン間距離相当に充当することは高価なラインメモリ
ーを複数列具備しなければならず、これはコスト的にみ
て極めて不利となり、又装置全体が複雑化してくる等の
問題点があった。

【００１８】本発明は色分解手段としての反射型１次元
ブレーズド回折格子を用い色分解してカラー画像を読取
る際、結像光学系と受光手段との間の光路中に副走査方
向のみ所定の屈折力を有する複数の結像光学素子を設け
ることにより、該反射型１次元ブレーズド回折格子の入
射波長が異なることに帰因する反射各点からの反射回折
角のズレによる±１次回折光の格子ピッチ断面方向（副
走査方向）の受光素子面上のボケの発生を防止すること
ができ、これにより例えばＲ，Ｇ，Ｂの３つの色光でカ
ラー画像をデジタル的に高精度に読取ることのできるカ
ラー画像読取装置の提供を目的とする。

【００１９】

【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、 （１−イ）カラー画像を結像光学系により入射光束を３
つの色光に色分解する反射型１次元ブレーズド回折格子
より成る色分解手段を介して３つのラインセンサーを同
一基板面上に配置した受光手段面上に結像させ、該受光
手段で該カラー画像を読取る際、該結像光学系の後方光
路中に設けた副走査方向のみ屈折力を有する第１の結像
光学素子で副走査断面内において該結像光学系からの光
束を集光し、結像させた後、該色分解手段に導光し、該
色分解手段からの発散光束を副走査方向のみ屈折力を有
する第２の結像光学素子で集光して該受光手段面上に結
像させていることを特徴としている。

【００２０】特に前記第１の結像光学素子による前記カ
ラー画像に基づく光束の結像位置近傍にスリットを設け
たことや、前記結像光学系における主走査方向の開口数
と副走査方向の開口数とが等しくなるように前記第１の
結像光学素子と前記第２の結像光学素子の副走査方向の
屈折力を設定したこと等を特徴としている。

【００２１】（１−ロ）カラー画像を結像光学系により
入射光束を３つの色光に色分解する反射型１次元ブレー
ズド回折格子より成る色分解手段を介して３つのライン
センサーを同一基板面上に配置した受光手段面上に結像
させ、該受光手段で該カラー画像を読取る際、該結像光
学系の後方光路中に設けた副走査方向のみ屈折力を有す
る第１の結像光学素子で副走査断面内において該カラー
画像に基づく光束を該色分解手段を介して結像させた
後、発散した該カラー画像に基づく光束を副走査方向の
み屈折力を有する第２の結像光学素子により集光して該
受光手段面上に結像させていることを特徴としている。

【００２２】特に前記結像光学系における主走査方向の
開口数と副走査方向の開口数とが等しくなるように前記
第１の結像光学素子と前記第２の結像光学素子の副走査
方向の屈折力を設定したことを特徴としている。

【００２３】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部側面図（副走
査断面）、図２は本発明の実施例１の要部平面図（主走
査断面）である。

【００２４】図中１は原稿面であり、カラー画像が形成
されている。２は結像光学系（結像レンズ）であり、カ
ラー画像に基づく光束を後述する反射型１次元ブレーズ
ド回折格子３を介して受光手段（モノリシック３ライン
センサー）４面上に結像させている。

【００２５】５は第１の結像光学素子であり、副走査方
向のみ所定の屈折力を有する第１のシリンドリカルレン
ズより成っており、副走査断面内においてカラー画像に
基づく光束を反射型１次元ブレーズド回折格子３の前方
光路中の任意の点（結像点）Ｑに結像させている。

【００２６】３は色分解手段であり、反射型１次元ブレ
ーズド回折格子（以下「１次元ブレーズド回折格子」と
もいう。）より構成しており、入射光束をラインセンサ
ーの画素の並び方向（主走査方向）と直交する方向（副
走査方向）に所定の色光、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑），
Ｂ（青）の３原色の色光に分解し反射回折させている。

【００２７】１１は第２の結像光学素子であり、副走査
方向のみ所定の屈折力を有する第２のシリンドリカルレ
ンズより成っており、副走査断面内において回折格子３
により色分解されたカラー画像に基づく光束を受光手段
４面上に結像させている。

【００２８】４は受光手段であり、３つのラインセンサ
ー（ＣＣＤ）８，９，１０を互いに平行となるように同
一基板面上に配置した所謂モノリシック３ラインセンサ
ーより成っている。尚、各ラインセンサー８，９，１０
のライン間隔は色分解手段３の色分解方向に対応し各々
異なった値に設定している。

【００２９】本実施例では原稿面１上のカラー画像を該
原稿面１と結像光学系２との間に配置した不図示のミラ
ー等より成る走査手段によりライン走査し、該カラー画
像からの光束を結像光学系２により集光し、副走査断面
内においては第１のシリンドリカルレンズ５により一旦
任意の点（結像点）Ｑに結像させた後、発散させてい
る。そして発散したカラー画像に基づく光束を１次元ブ
レーズド回折格子３を介して３つの色光に色分解した後
に副走査断面内においては第２のシリンドリカルレンズ
１１により各色像を各々対応するラインセンサー８，
９，１０面上に結像させている。そして受光手段４によ
り各々の色光に基づくカラー画像をデジタル的に読取っ
ている。

【００３０】ここで通常の反射型１次元ブレーズド回折
格子を用いたときに生じる問題点について図３（Ａ），
（Ｂ）を用いて説明する。

【００３１】図３（Ａ），（Ｂ）は各々従来のカラー画
像読取装置の主走査断面図と副走査断面図である。

【００３２】同図においての色分解用の反射型１次元ブ
レーズド回折格子３３は結像光学系３２による集束球面
波の光束を反射回折して−１次光３５と０次光３６、そ
して＋１次光３７の３方向に分離して各々ラインセンサ
ー３８，３９，４０面上に導光（結像）している。

【００３３】原稿照明光は、一般的にハロゲンランプや
蛍光灯等の広波長特性を有する光源を使用しているため
に、１次元ブレーズド回折格子３３へ入射する光束の波
長も異なった特性を持つようになる。

【００３４】ここで反射回折における１次回折での反射
回折角θ´と入射角θとは次式に示す関係がある。

【００３５】ｓｉｎθ´−ｓｉｎθ＝±λ／Ｐ λ：波長、符号正：＋１次、符号負：−１次、Ｐ：格子
ピッチ 従って上式より反射回折角θ´は θ´＝ｓｉｎ^-1（±λ／Ｐ＋ｓｉｎθ） ‥‥‥（１） より求めることができる。

【００３６】この反射回折角θ´が上述した副走査断面
内で各々異なる。この為結像光学系による集束球面波内
に１次元ブレーズド回折格子を配置した場合、結像面
（受光素子面）内で各次数（±１次光）の回折光の反射
回折角θ´のズレに相当するボケが生じることになる。

【００３７】そこで本実施例においては第１のシリンド
リカルレンズ５により副走査断面内で光束を一旦結像さ
せ、１次元ブレーズド回折格子３を介して色分解させた
後、第２のシリンドリカルレンズ１１により受光手段４
面上に再結像させることによって、該１次元ブレーズド
回折格子３の入射波長が異なることに帰因する反射各点
からの反射回折角θ´のズレによる±１次回折光の副走
査方向の受光素子面上でのボケの発生を防止している。

【００３８】次にこのときの各要素の光学配置及び光学
的作用について図１、図２を用いて説明する。

【００３９】図１に示す副走査断面内において原稿面１
上からのカラー画像に基づく光束は結像光学系（結像レ
ンズ）２により集束光に変換される。

【００４０】結像光学系２は図２に示す主走査断面内で
カラー画像に基づく光束を受光手段４面上に結像させる
屈折力を持っている。副走査断面内では第１のシリンド
リカルレンズ５によりカラー画像に基づく光束が一旦１
次元ブレーズド回折格子３前方光路中の任意の点（結像
点）Ｑに結像される。この結像点Ｑから発散された光束
は１次元ブレーズド回折格子３に入射し、該回折格子３
で反射回折され３つの色光に色分解される。更に３つの
色光に色分解された光束は第２のシリンドリカルレンズ
１１により主走査断面内の光束の結像面と同じ結像面、
即ち受光手段（３ラインセンサー）４面上に再結像され
る。

【００４１】このとき主走査断面内での射出側でのＮ．
Ａ（開口数）と副走査断面内でのＮ．Ａ（開口数）とが
同一となるように第１のシリンドリカルレンズ５と第２
のシリンドリカルレンズ１１の副走査方向の屈折力を適
切に設定している。これにより主走査断面及び副走査断
面の両断面内での倍率関係が常に同一に保たれるように
している。

【００４２】このように本実施例においては１次元ブレ
ーズド回折格子３により反射回折され色分解されたカラ
ー画像に基づく光束が副走査方向において再結像するこ
とにより、第２のシリンドリカルレンズ１１の副走査方
向の屈折力によって各次数（±１次光）の回折光の反射
回折角θ´を微小とすることができ、この反射回折角θ
´の量に比例して発生していた副走査方向の受光素子面
上のボケを微小としている。これによりＲ，Ｇ，Ｂの３
つの色光でカラー画像をデジタル的に高精度に読み取っ
ている。

【００４３】図４は本発明の実施例２の要部側面図（副
走査断面）である。同図において図１に示した要素と同
一要素には同符番を付している。

【００４４】本実施例において前述の実施例１と異なる
点は副走査断面内において第１のシリンドリカルレンズ
によるカラー画像に基づく光束の結像点が１次元ブレー
ズド回折格子と３ラインセンサーとの間の任意の点（結
像点）Ｒに位置するように該第１のシリンドリカルレン
ズの副走査方向の屈折力を設定したこと、そしてそれに
伴ない第２のシリンドリカルレンズの副走査方向の屈折
力及び配置位置を設定したことである。その他の構成及
び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同
様な効果を得ている。

【００４５】即ち、前述の実施例１では副走査断面内に
おいて第１のシリンドリカルレンズ５によるカラー画像
に基づく光束の結像点Ｑからの発散光を１次元ブレーズ
ド回折格子３に入射させていたが、本実施例では集束光
で該１次元ブレーズド回折格子３に入射させ、該１次元
ブレーズド回折格子３で反射回折された該カラー画像に
基づく光束を該１次元ブレーズド回折格子３と３ライン
センサー４との間の任意の点（結像点）Ｒに結像させた
後、発散した該光束を第２のシリンドリカルレンズ１１
により３ラインセンサー４面上に再結像させている。

【００４６】このように集束光で１次元ブレーズド回折
格子に入射させることによっても本実施例では、該１次
元ブレーズド回折格子の反射各点からの反射回折角θ´
の微小化の効果は前述の実施例１と同様であり、これに
より各次光（±１次光）の副走査方向の受光素子面上の
ボケを効果的に微小させることができる。

【００４７】図５は本発明の実施例３の要部側面図（副
走査断面）である。同図において図１に示した要素と同
一要素には同符番を付している。

【００４８】本実施例において前述の実施例１と異なる
点は副走査断面内において第１のシリンドリカルレンズ
によるカラー画像に基づく光束の結像位置Ｑの近傍に通
過光束（光量）を制御する為の微小開口のスリット１２
を配置したことである。その他の構成及び光学的作用は
実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得て
いる。

【００４９】即ち、本実施例においては微小開口のスリ
ット１２を配置したことにより副走査断面内においての
軸外光が受光手段としての３ラインセンサー４面に混入
するのを防止している。これにより更に高精度でカラー
画像情報の読取りを行っている。

【００５０】尚、本実施例においては光束（光量）を制
御する部材としてスリットを用いたが通過光束を制御で
きる光学部材なら何を用いても本発明は前述の実施例３
と同様に適用することができる。

【００５１】又、各実施例においては第１、第２の結像
光学素子としてシリンドリカルレンズを用いたが、副走
査方向のみ所定の屈折力を有する結像光学素子なら何を
用いても本発明は前述の実施例と同様に適用することが
できる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば前述の如くカラー画像を
色分解手段としての反射型１次元ブレーズド回折格子を
介してモノリシック３ラインセンサーより成る受光手段
で読み取る際、副走査方向のみ所定の屈折力を有する第
１の結像光学素子により一旦結像させた後、発散した光
束を該１次元ブレーズド回折格子に入射させ、該１次元
ブレーズド回折格子により３つの色光に色分解させた
後、副走査方向のみ所定の屈折力を有する第２の結像光
学素子により該受光手段面上に再結像させることによ
り、結像光学系からの出射光束である集束球面波が該１
次元ブレーズド回折格子に入射する際、副走査断面内で
各光束の格子面への入射波長が異なることに帰因する反
射回折角のズレによる±１次回折光の副走査方向のボケ
の発生を効果的に防止することができ、これにより高精
度にカラー画像の読取りができるカラー画像読取装置を
達成することができる。

【００５３】又、本発明によれば前述の如くカラー画像
を色分解手段としての反射型１次元ブレーズド回折格子
を介してモノリシック３ラインセンサーより成る受光手
段で読み取る際、副走査方向のみ所定の屈折力を有する
第１の結像光学素子により該カラー画像からの光束を結
像光学系を介して集束光束のまま該１次元ブレーズド回
折格子に入射させ、該１次元ブレーズド回折格子により
３つの色光に色分解させた後結像させ、その後副走査方
向のみ所定の屈折力を有する第２の結像光学素子により
該受光手段面上に再結像させることにより、結像光学系
からの出射光束である集束球面波が該１次元ブレーズド
回折格子に入射する際、副走査断面内で各光束の格子面
への入射波長が異なることに帰因する反射回折角のズレ
による±１次回折光の副走査方向のボケの発生を効果的
に防止することができ、これにより高精度にカラー画像
の読取りができる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】 本発明の実施例１の要部側面図

【図２】 本発明の実施例１の要部平面図

【図３】 従来のカラー画像読取装置の要部平面図と
要部側面図

【図４】 本発明の実施例２の要部側面図

【図５】 本発明の実施例３の要部側面図

【図６】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部
概略図

【図７】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部
概略図

【図８】 モノリシック３ラインセンサーの説明図

【図９】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部
概略図

【符号の説明】

１ 原稿面 ２ 結像光学系 ３ 色分解手段（反射型１次元ブレーズド回折格
子） ４ 受光手段（モノリシック３ラインセンサー） ５ 第１の結像光学素子 ６ 第２の結像光学素子 ８，９，１０ ラインセンサー １２ スリット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラー画像を結像光学系により入射光束
   を３つの色光に色分解する反射型１次元ブレーズド回折
   格子より成る色分解手段を介して３つのラインセンサー
   を同一基板面上に配置した受光手段面上に結像させ、該
   受光手段で該カラー画像を読取る際、 該結像光学系の後方光路中に設けた副走査方向のみ屈折
   力を有する第１の結像光学素子で副走査断面内において
   該結像光学系からの光束を集光し、結像させた後、該色
   分解手段に導光し、該色分解手段からの発散光束を副走
   査方向のみ屈折力を有する第２の結像光学素子で集光し
   て該受光手段面上に結像させていることを特徴とするカ
   ラー画像読取装置。
2. 【請求項２】 カラー画像を結像光学系により入射光束
   を３つの色光に色分解する反射型１次元ブレーズド回折
   格子より成る色分解手段を介して３つのラインセンサー
   を同一基板面上に配置した受光手段面上に結像させ、該
   受光手段で該カラー画像を読取る際、 該結像光学系の後方光路中に設けた副走査方向のみ屈折
   力を有する第１の結像光学素子で副走査断面内において
   該カラー画像に基づく光束を該色分解手段を介して結像
   させた後、発散した該カラー画像に基づく光束を副走査
   方向のみ屈折力を有する第２の結像光学素子により集光
   して該受光手段面上に結像させていることを特徴とする
   カラー画像読取装置。
3. 【請求項３】 前記第１の結像光学素子による前記カラ
   ー画像に基づく光束の結像位置近傍にスリットを設けた
   ことを特徴とする請求項１のカラー画像読取装置。
4. 【請求項４】 前記結像光学系における主走査方向の開
   口数と副走査方向の開口数とが等しくなるように前記第
   １の結像光学素子と前記第２の結像光学素子の副走査方
   向の屈折力を設定したことを特徴とする請求項１又は２
   のカラー画像読取装置。