JPH1098591A - Color image reader - Google Patents

Color image reader

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JPH1098591A
JPH1098591A JP8271596A JP27159696A JPH1098591A JP H1098591 A JPH1098591 A JP H1098591A JP 8271596 A JP8271596 A JP 8271596A JP 27159696 A JP27159696 A JP 27159696A JP H1098591 A JPH1098591 A JP H1098591A
Authority
JP
Japan
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color
color image
light
diffraction grating
light receiving
Prior art date
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Pending
Application number
JP8271596A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michitaka Seya
通隆 瀬谷
Emiko Ueno
恵美子 上野
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Priority to JP8271596A priority Critical patent/JPH1098591A/en
Publication of JPH1098591A publication Critical patent/JPH1098591A/en
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Facsimile Scanning Arrangements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a color image reader in which occurrence of a fog on a face of a light receiving means resulting from a deviation in an image forming position depending on difference of refracted lights of each degree is prevented and a color image is read with high accuracy by three color lights, R (red), green (G) and blue (B). SOLUTION: A color image is formed on a light receiving means 4 where a plurality of line sensors are arranged on the same board face via a color decomposition means 3 consisting of a linear brazed diffraction grating that separates an incident luminous flux via an image forming optical system 2 into a plurality of color lights, the color image and the light receiving means 4 are scanned relatively to allow the light receiving means 4 to read the color image. In this case, a diffracting optical element 71 that has a unidirectional diffraction and an inverse color dispersion characteristic is placed to an optical path between the color decomposition means 3 and the light receiving means 4 so that a fog on the face of the light receiving section 4 caused by difference from the wavelength of each color light separated by the reflection linear brazed diffraction grating is corrected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はカラー画像読取装置
に関し、特に格子ピッチを適切に設定した反射型1次元
ブレーズド回折格子より成る色分解手段、複数(3つ)
のラインセンサー(受光素子)を同一基板面上に設けた
受光手段、そして逆色分散特性を有する回折光学素子等
を利用することにより、入射角度の相違による反射回折
角のズレによる受光素子面上のボケを防止し、原稿面上
のカラー画像情報を高精度に読取ることができる、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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color image reading apparatus, and more particularly, to a plurality (three) of color separation means composed of a reflection type one-dimensional blazed diffraction grating having an appropriately set grating pitch.
By using light receiving means provided with a line sensor (light receiving element) of the same type on the same substrate surface and a diffractive optical element having reverse chromatic dispersion characteristics, the light receiving element surface due to the deviation of the reflection diffraction angle due to the difference in the incident angle The present invention relates to a color image reading apparatus suitable for, for example, a color scanner, a color facsimile, etc., which can prevent color blur and can read color image information on a document surface with high accuracy.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, color image information on a document surface is imaged on a line sensor (CCD) surface via an optical system, and color image information is converted using an output signal from the line sensor at this time. Various digital reading devices have been proposed.

【0003】例えば図16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
21,22,23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。
For example, FIG. 16 is a schematic view of a main part of an optical system of a conventional color image reading apparatus. In the figure, when a light beam from a color image on the document surface 11 is condensed by an imaging lens 19 and formed on a line sensor surface, which will be described later, the light beam is, for example, red (R) and green through a 3P prism 20. After color separation into three colors (G) and blue (B), the light is guided on the respective line sensors 21, 22, 23. The color images formed on the respective line sensors 21, 22, and 23 are line-scanned in the sub-scanning direction, and reading is performed for each color light.

【0004】図17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。
FIG. 17 is a schematic view of a main part of an optical system of a conventional color image reading apparatus. In the figure, when a light beam from a color image on the document surface 11 is condensed by the imaging lens 29 and formed on a line sensor surface described later, a wavelength selective transmission film having dichroism is added to the light beam. The light is split into three light beams corresponding to three colors via two beam splitters 30 and 31 for color separation.

【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。
[0005] A color image based on the three color lights is formed on a so-called monolithic three-line sensor 32 in which three line sensors are provided on the same substrate surface. Thus, the color image is line-scanned in the sub-scanning direction, and reading is performed for each color light.

【0006】図18は図17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25,26,27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。
FIG. 18 is an explanatory view of the monolithic three-line sensor 32 shown in FIG. 17. The monolithic three-line sensor 32 includes three line sensors (CCD) 25, 26, and 27 parallel to each other as shown in FIG. Are arranged at a finite distance on the same substrate surface so that a color filter (not shown) based on each color light is provided on the surface of the line sensors 25, 26 and 27.

【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。
The distances S1 and S2 between the line sensors 25, 26 and 27 are generally manufactured to be, for example, about 0.1 to 0.2 mm due to various manufacturing conditions. Are, for example, 7 μm × 7 μm,
It is set to about 10 μm × 10 μm.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図16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。
The color image reading apparatus shown in FIG. 16 requires three independent line sensors, requires high precision, and requires a 3P prism which is difficult to manufacture. The whole becomes complicated and expensive. In addition, it is necessary to perform matching adjustment between the imaged light beam and each line sensor three times independently, and there is a problem that assembly adjustment is troublesome.

【0009】又、図17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2√2xとなる。
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。
In the color image reading apparatus shown in FIG. 17, when the plate thickness of the beam splitters 30 and 31 is x, the distance between each line of the line sensor is 2√2x.
If the distance between the lines of the line sensor, which is preferable for manufacturing, is about 0.1 to 0.2 mm, the plate thickness x of the beam splitters 30 and 31 is about 35 to 70 μm.

【0010】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。
In general, it is very difficult to construct a beam splitter having such a small thickness and good optical flatness, and if a beam splitter having such a thickness is used, an image is formed on a line sensor surface. There is a problem that the optical performance of a color image is reduced.

【0011】一方、図19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18参照)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。
On the other hand, as shown in FIG.
The distances S1 and S2 between the other two lines 25 and 27 relative to the center line 26 of the line sensor are generally equidistant in the opposite directions, respectively, and an integer of the pixel size W2 in the sub-scanning direction (see FIG. 18). It is set to double. This is for the following reasons.

【0012】即ち、図19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
11上の読取位置は同図に示す如く異なる3つの位置2
5´,26´,27´となる。
That is, as shown in FIG. 19, when reading a color image with the above-described monolithic three-line sensor using only the normal imaging optical system 45, the three line sensors 25, 26, and 27 simultaneously read the color image. The reading positions on the document surface 11 that can be read are three different positions 2 as shown in FIG.
5 ', 26', 27 '.

【0013】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。
For this reason, the signal components of the three colors (R, G, B) at an arbitrary position on the document surface 11 cannot be read at the same time. Come up.

【0014】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。
To this end, the distances S1 and S2 between the lines of the three-line sensor are set so as to be an integral multiple of the pixel size W2, and a redundant line memory corresponding thereto is provided. By delaying each of the G and R signals (signal components based on the G and R color lights) with respect to the color light based signal components, a composite signal component of three colors can be obtained relatively easily.

【0015】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。
Therefore, as described above, the distances S1 and S2 between the other two line sensors 25 and 27 with respect to the center line sensor 26 of the three line sensors are set to be an integral multiple of the pixel size W2 in the sub-scanning direction. It is.

【0016】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。
However, in the above-described color image reading apparatus, the use of the redundant line memory corresponding to the distance between the lines of the three-line sensor requires the provision of a plurality of expensive line memories, which is costly. There are problems such as being extremely disadvantageous, and the whole apparatus becoming complicated.

【0017】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受光
手段としてのモノリシック3ラインセンサーで読取る
際、該反射型1次元ブレーズド回折格子と該モノリシッ
ク3ラインセンサーとの間の光路中に逆色分散特性を有
する回折光学素子を配置することにより、±1次回折光
の格子ピッチ断面方向の受光素子面上におけるボケ(結
像位置のズレ)の発生を効果的に防止し、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。
According to the present invention, when a color image is read using a reflection type one-dimensional blazed diffraction grating as a color separation means and a color image is read by a monolithic three-line sensor as a light receiving means, the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating and the monolithic light source are used. By disposing a diffractive optical element having the inverse chromatic dispersion characteristic in the optical path between the three-line sensor, blurring (deviation of the imaging position) on the light receiving element surface in the cross-sectional direction of the grating pitch of ± 1st-order diffracted light is generated. Is effectively prevented, for example, R,
It is an object of the present invention to provide a color image reading device capable of digitally reading a color image with high precision using three color lights of G and B.

【0018】[0018]

【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) カラー画像を結像光学系により入射光束を複数の色
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複数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、該カラー画像
と該受光手段とを相対的に走査させて該受光手段で該カ
ラー画像を読取る際、該色分解手段と該受光手段との間
の光路中に逆色分散特性を有する一方向に回折作用を持
つ回折光学素子を設け、該反射型1次元ブレーズド回折
格子により色分解された各色光の波長の違いにより生じ
る該受光手段面上におけるボケを補正していることを特
徴としている。
The color image reading apparatus according to the present invention comprises: (1) a color separation comprising a reflection type one-dimensional blazed diffraction grating for separating an incident light beam into a plurality of color lights by an image forming optical system; When a plurality of line sensors are imaged on the light receiving means surface arranged on the same substrate surface through the means, and the color image is read by the light receiving means by relatively scanning the color image and the light receiving means. A diffractive optical element having an inverse chromatic dispersion characteristic and having a diffractive action in one direction having an inverse chromatic dispersion characteristic in an optical path between the color separating means and the light receiving means, and each color light separated by the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating. Is characterized in that the blur on the light receiving means surface caused by the difference in wavelength is corrected.

【0019】特に(1-1) 前記複数のラインセンサーは互
いに平行となるように配置しており、前記結像光学系は
射出型テレセントリック系より構成しており、前記色分
解手段は入射光束を該ラインセンサーの画素の並び方向
と直交する方向に3つの色光に色分解していることや、
(1-2) 前記回折光学素子は基本波長に関し、負の回折作
用を有していることや、(1-3) 前記回折光学素子は基本
波長に関し、正の回折作用を有していることや、(1-4)
前記基本波長とは前記反射型1次元ブレーズド回折格子
で分離され反射回折される0次回折光の波長であること
や、(1-5) 前記反射型1次元ブレーズド回折格子の格子
ピッチは前記結像光学系の光軸中心から周辺にかけて順
次大きくなるように設定していることや、(1-6) 前記反
射型1次元ブレーズド回折格子の格子厚は前記結像光学
系の光軸中心から周辺にかけて順次厚くなるように設定
していることや、(1-7) 前記回折光学素子は前記反射型
1次元ブレーズド回折格子で色分解された各色光が空間
的に分離する位置に配置されていること等を特徴として
いる。
In particular, (1-1) the plurality of line sensors are arranged so as to be parallel to each other, the imaging optical system is constituted by an emission type telecentric system, and the color separation means converts the incident light beam. Color separation into three color lights in a direction orthogonal to the arrangement direction of the pixels of the line sensor;
(1-2) The diffractive optical element has a negative diffractive effect on a fundamental wavelength, and (1-3) the diffractive optical element has a positive diffractive effect on a fundamental wavelength. And (1-4)
The fundamental wavelength is a wavelength of the 0th-order diffracted light that is separated and reflected and diffracted by the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating, and (1-5) a grating pitch of the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating (1-6) the thickness of the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating is set from the center of the optical axis of the imaging optical system to the periphery. (1-7) The diffractive optical element is arranged at a position where each color light separated by the reflective one-dimensional blazed diffraction grating is spatially separated. And so on.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1(A)、(B)は各々本発明
の実施形態1の要部平面図(主走査断面)と要部側面図
(副走査断面)である。
1A and 1B are a plan view (main scanning section) and a side view (sub-scanning section) of a main part of a first embodiment of the present invention, respectively.

【0021】図2は図1に示した結像光学系を通過した
後の光束の光路を示した一部分の説明図、図3(A)、
(B)は各々図2に示した反射型1次元ブレーズド回折
格子の一部分の拡大説明図である。
FIG. 2 is a partial explanatory view showing an optical path of a light beam after passing through the imaging optical system shown in FIG. 1, FIG.
(B) is an enlarged explanatory view of a part of the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating shown in FIG. 2.

【0022】図中、1は原稿面であり、カラー画像が形
成されている。2は結像光学系であり、本実施形態にお
いては射出側の主光線が光軸と平行となって射出する所
謂射出型テレセントリック系となるように構成してお
り、カラー画像に基づく光束を後述する反射型1次元ブ
レーズド回折格子を介して受光手段(モノリシック3ラ
インセンサー)面上に結像させている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a document surface on which a color image is formed. Reference numeral 2 denotes an imaging optical system, which in the present embodiment is configured to be a so-called emission type telecentric system in which a principal ray on the emission side is emitted in parallel with the optical axis. An image is formed on a light receiving means (monolithic three-line sensor) surface via a reflective one-dimensional blazed diffraction grating.

【0023】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
も称す。)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と直交する方向に所定の色光、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。本実施形態では+1次回折光で
R色光、0次回折光でG色光、−1次回折光でB色光を
得ている。
Reference numeral 3 denotes a color separating means, which is constituted by a reflection type one-dimensional blazed diffraction grating (hereinafter also referred to as "one-dimensional blazed diffraction grating"), and which makes the incident light beam orthogonal to the arrangement direction of the pixels of the line sensor. The light is decomposed in the direction into predetermined color lights, for example, three primary color lights of R (red), G (green), and B (blue) and reflected and diffracted. In the present embodiment, R color light is obtained as + 1st order diffracted light, G color light is obtained as 0th order diffracted light, and B color light is obtained as −1st order diffracted light.

【0024】71は通常のガラス硝材とは逆色分散特性
を有する透過型の回折光学素子であり、後述する光学素
子より成っており、1次元ブレーズド回折格子3で色分
解された各色光(各次数の回折光)が空間的に分離した
領域(位置)で、かつ受光手段近傍に配置している。本
実施形態における回折光学素子71は基本波長(1次元
ブレーズド回折格子3で分離され反射回折された0次回
折光の波長)に関し、負の回折作用(発散作用)を有し
ており、該1次元ブレーズド回折格子3によって色分解
された各色光(各次数の回折光)の波長の違いによる結
像位置のズレに起因する受光素子面上におけるボケの発
生を防止している。
Reference numeral 71 denotes a transmission-type diffractive optical element having a chromatic dispersion characteristic opposite to that of a normal glass material, which is composed of an optical element described later, and which emits each color light (each color) separated by the one-dimensional blazed diffraction grating 3. It is arranged in a region (position) where spatially separated diffracted light) is spatially separated and near the light receiving means. The diffractive optical element 71 in the present embodiment has a negative diffractive action (divergence action) with respect to the fundamental wavelength (the wavelength of the 0th-order diffracted light separated and reflected and diffracted by the one-dimensional blazed diffraction grating 3). This prevents blurring on the light receiving element surface due to a shift in the imaging position due to the difference in the wavelength of each color light (diffracted light of each order) separated by the blazed diffraction grating 3.

【0025】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(以下「3ラインセンサー」とも称す。)より成っ
ている。各ラインセンサー8,9,10面上には各々の
色光に基づく不図示の色フィルターが必要に応じて設け
られており、又各ラインセンサー8,9,10のライン
間隔は色分解手段3の色分解方向(副走査方向)に対応
し各々異なった値に設定している。
Reference numeral 4 denotes light receiving means, which is a so-called monolithic three-line sensor (hereinafter, also referred to as "three-line sensor") in which three line sensors (CCD) 8, 9, and 10 are arranged on the same substrate surface so as to be parallel to each other. ). A color filter (not shown) based on each color light is provided on each of the line sensors 8, 9, and 10 as necessary. Different values are set corresponding to the color separation direction (sub-scanning direction).

【0026】本実施形態では原稿面1上のカラー画像を
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、1次元ブレーズド回折格子3を介して3つの色光に
色分解した後に回折光学素子71を通して各色像を各々
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。
In this embodiment, a color image on the document surface 1 is line-scanned by a scanning means including a mirror or the like (not shown), a light beam from the color image is condensed by an imaging optical system 2, and one-dimensional blazed diffraction is performed. After color separation into three color lights via the grating 3, respective color images are formed on the corresponding line sensors 8, 9 and 10 through the diffractive optical element 71. The light receiving means 4 digitally reads a color image based on each color light.

【0027】本実施形態における色分解用の反射型の1
次元ブレーズド回折格子3は図2に示すように、該1次
元ブレーズド回折格子3により反射回折された光束を−
1次光5、0次光6、そして+1次光7の3方向に分離
し、結像光学系2による集束球面波の光束として各々ラ
インセンサー8,9,10面上に結像している。
In this embodiment, the reflection type 1 for color separation is used.
As shown in FIG. 2, the one-dimensional blazed diffraction grating 3 converts the light reflected and diffracted by the one-dimensional blazed diffraction grating 3 into a negative beam.
The light is split into three directions of primary light 5, zero-order light 6, and + 1st-order light 7 and is focused on the line sensors 8, 9, and 10 as light beams of focused spherical waves by the imaging optical system 2. .

【0028】集束球面波のうち格子ピッチ断面内(図1
(B),図2)(副走査断面内)において光軸に対して
図面上、上側から1次元ブレーズド回折格子3へ入射す
る光束(以下「上側光束」という)と光軸上より1次元
ブレーズド回折格子3へ入射する光束、そして光軸に対
して図面上、下側から1次元ブレーズド回折格子3へ入
射する光束(以下「下側光束」という)とでは、それぞ
れ該1次元ブレーズド回折格子3に対する入射角が異な
っている。
In the focused spherical wave, a cross section of the lattice pitch (FIG. 1)
2 (B), FIG. 2) (in the sub-scanning section), a light beam incident on the one-dimensional blazed diffraction grating 3 from above with respect to the optical axis (hereinafter referred to as “upper light beam”) and a one-dimensional blazed from the optical axis. The luminous flux incident on the diffraction grating 3 and the luminous flux incident on the one-dimensional blazed diffraction grating 3 from below with respect to the optical axis (hereinafter referred to as “lower luminous flux”) with respect to the optical axis are the one-dimensional blazed diffraction grating 3, respectively. Are different from each other.

【0029】例えば図2に示すように上側光束の入射角
をθ1 、光軸上の光束の入射角をθ0 、そして下側光束
の入射角をθ2 としたとき、θ1 >θ0 >θ2 となる関
係で1次元ブレーズド回折格子3へ入射している。
For example, as shown in FIG. 2, when the incident angle of the upper light beam is θ 1 , the incident angle of the light beam on the optical axis is θ 0 , and the incident angle of the lower light beam is θ 2 , θ 1 > θ 0. Incident on the one-dimensional blazed diffraction grating 3 in a relationship of> θ 2 .

【0030】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。
Here, the reflection diffraction angle θ 'in the first-order diffraction in the reflection diffraction and the incident angle θ have a relationship represented by the following equation.

【0031】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。
Sin θ′−sin θ = ± λ / P λ: wavelength, sign positive: + 1st order, sign negative: −1st order, P: grating pitch Therefore, from the above equation, the reflection diffraction angle θ ′ is θ ′ = sin − 1 (± λ / P + sin θ)... (1)

【0032】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。
The reflection diffraction angle θ 'is different in the above-mentioned sub-scan section. Therefore, when a one-dimensional blazed diffraction grating is arranged in a focused spherical wave by the imaging optical system, the blur corresponding to the deviation of the reflection diffraction angle θ ′ of the diffracted light of each order on the imaging plane (light receiving element surface). Will occur.

【0033】ここで具体的に数値例を挙げて説明する
と、例えば光軸上における光束の入射角θ0 を45°、
集束球面波の収束角βを5.5°、格子ピッチPを16
0μm、光軸に沿った1次元ブレーズド回折格子3から
受光素子(3ラインセンサー)面までの距離L0 を3
5.2mmとする。この場合、例えば+1次光において
波長λ+1=606nmとして上側光束では入射角θ1
50.5°で、反射回折角θ′1,+1=50.8°とな
り、又下側光束では入射角θ2 =39.5°で、反射回
折角θ′1,+1=39.8°となる。又光軸上の光束にお
いては入射角θ0 =45°で、反射回折角θ′0,+1=4
5.3°となる。
Here, a specific numerical example will be described. For example, the incident angle θ 0 of the light beam on the optical axis is 45 °,
The convergence angle β of the focused spherical wave is 5.5 ° and the grating pitch P is 16
0 μm, the distance L 0 from the one-dimensional blazed diffraction grating 3 along the optical axis to the light receiving element (three-line sensor) surface is 3
5.2 mm. In this case, for example, the wavelength λ +1 = 606 nm in the + 1st order light, and the incident angle θ 1 =
At 50.5 °, the reflection diffraction angle θ ′ 1, + 1 = 50.8 °, and for the lower beam, the incident angle θ 2 = 39.5 °, and the reflection diffraction angle θ ′ 1, + 1 = 39. 8 °. In the light beam on the optical axis, the incident angle θ 0 = 45 ° and the reflection diffraction angle θ ′ 0, + 1 = 4
5.3 °.

【0034】この3つの反射回折光束が3ラインセンサ
ー4面に向かう光路を図4に示す。図4は±1次光及び
0次光の反射回折光が3ラインセンサー4面へ向かう光
路図を示したものである。
FIG. 4 shows an optical path of the three reflected diffracted light beams toward the surface of the three-line sensor 4. FIG. 4 shows an optical path diagram in which the ± 1st-order light and the 0th-order reflected and diffracted light travel toward the three-line sensor 4 surface.

【0035】同図から明らかなように上側、下側の両光
束はこの断面内において一種の収差をもった形となり、
+1次光では3ラインセンサー4の受光素子面上の手前
で集光(結像)してしまい、このとき受光素子面上では
幾何光学的に略75μmのボケが生じてしまう。
As can be seen from the figure, both the upper and lower light beams have a type of aberration in this cross section.
The + 1st-order light is condensed (imaged) in front of the light receiving element surface of the three-line sensor 4, and at this time, approximately 75 μm blur occurs on the light receiving element surface due to geometrical optics.

【0036】又、同様に波長λ-1=471nmの−1次
光においても上記に示した+1次光と同様にボケが生じ
てくる。即ち−1次光の上側、下側の両光束は3ライン
センサー4の受光素子面上の後方で集束(結像)してし
まい、このとき受光素子面上ではやはり幾何光学的に5
8μmのボケが生じてしまう。
Similarly, in the case of the -1st-order light having the wavelength λ -1 = 471 nm, blurring occurs similarly to the above-mentioned + 1st-order light. That is, both the upper and lower light beams of the -1st order light are focused (imaged) behind the light receiving element surface of the three-line sensor 4, and at this time, the light beam is also geometrically optically reflected on the light receiving element surface.
8 μm blur occurs.

【0037】一方、0次光においては反射型1次元ブレ
ーズド回折格子3は単なる鏡面として作用する為、前述
した±1次光で発生する受光素子面上におけるボケは生
じない。
On the other hand, in the zero-order light, the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating 3 simply acts as a mirror surface, so that there is no blur on the light receiving element surface generated by the ± first-order light.

【0038】尚、上記算出に用いた反射型1次元ブレー
ズド回折格子3の形状は、格子厚d 1 =d2 =d3 =7
49.5nm、各段幅W1 =W2 =W3 =W4 で、かつ
周期ピッチPは、
It should be noted that the reflection type one-dimensional brake used in the above calculation was used.
The shape of the shifted diffraction grating 3 has a grating thickness d. 1 = DTwo = DThree = 7
49.5 nm, each step width W1 = WTwo = WThree = WFour And
The periodic pitch P is

【0039】[0039]

【数1】 である。(Equation 1) It is.

【0040】又、このときの各次数の回折光(色光)に
おける効率ピーク波長λは各々次式より求めた。±1次
光に対しては、
At this time, the efficiency peak wavelength λ in each order of diffracted light (color light) was obtained by the following equations. For ± primary light,

【0041】[0041]

【数2】 より(n,m)=(4,2)で波長λ+1は606nm、
波長λ-1は471nm、又0次光に対しては、 2d・cosθ0 =m・λ0 ・・・・(2) より波長λ0 は530nmである。
(Equation 2) From (n, m) = (4,2), the wavelength λ +1 is 606 nm,
The wavelength λ -1 is 471 nm, and the wavelength λ 0 is 530 nm for the zero-order light from 2d · cos θ 0 = m · λ 0 ... (2).

【0042】又、前述したボケ量は幾何光学的な算出に
基づいて求めたが、厳密にキルヒホッフ(kirch hoff)回
折によるシミュレーションを行ない点像強度分布を求め
た結果を図5〜図7に示す。各図に示すように双方にお
けるボケ量は比較的良い一致を示している。
Although the above-mentioned blur amount was obtained based on the geometrical optical calculation, the results obtained by strictly performing a simulation by Kirchhoff diffraction and obtaining a point image intensity distribution are shown in FIGS. . As shown in each figure, the blur amount in both cases shows relatively good agreement.

【0043】一般にカラー画像読取装置においてカラー
画像情報を高精度に読み取る為には上記に示したボケ量
は読取時における副走査方向の分解能を損ね許容するこ
とができない量である。
Generally, in order to read color image information with high accuracy in a color image reading apparatus, the blur amount described above impairs the resolution in the sub-scanning direction at the time of reading and cannot be tolerated.

【0044】図4に示す光路図の例からも明らかなよう
に+1次光成分、この場合効率ピーク波長606nmの
赤色光において、0次光の波長530nmなる緑色光に
対して顕著な負の色収差を示すと等価であり、一方−1
次光成分、この場合効率ピーク波長471nmの青色光
において上記と同様な比較において顕著な正の色収差を
示すと等価である。
As is apparent from the example of the optical path diagram shown in FIG. 4, the + 1st-order light component, in this case red light having an efficiency peak wavelength of 606 nm, has a significant negative chromatic aberration with respect to the green light having the 0th-order light wavelength of 530 nm. , While -1
This is equivalent to showing a remarkable positive chromatic aberration in the next light component, in this case, blue light having an efficiency peak wavelength of 471 nm in the same comparison as described above.

【0045】そこで本実施形態においては透過型の回折
光学素子71を用いて上記色収差とも言うべき±1次光
の副走査方向の3ラインセンサー4面上におけるボケを
補正するものである。本実施形態において図4、図5乃
至図7からも明らかであるが副走査断面内の+1次光
(λ=606nm)における結像点は図4に示すライン
センサー10面から−0.39mmであり、−1次光
(λ=471nm)における結像点は図4に示すライン
センサー8面から+0.3mmである。
In this embodiment, the transmission type diffractive optical element 71 is used to correct the blur on the surface of the three-line sensor 4 in the sub-scanning direction of the ± primary light, which is also referred to as chromatic aberration. In this embodiment, as is apparent from FIGS. 4 and 5 to 7, the image forming point of the + 1st-order light (λ = 606 nm) in the sub-scan section is −0.39 mm from the surface of the line sensor 10 shown in FIG. In this case, the image forming point in the −1st order light (λ = 471 nm) is +0.3 mm from the surface of the line sensor 8 shown in FIG.

【0046】しかるに副走査断面内に回折作用を及ぼす
透過型の回折光学素子の焦点距離をf、通過する光束の
波長をλとすると、f・λ=一定となる特性を示すこと
が知られている。これは通常の屈折ガラス系と逆色分散
特性を示す。これを本実施形態に適用すると、 f(606nm )×606nm =f(471nm )×471nm →f(606nm )/f(471nm )=0.777 ・・・・(3) 一方 f(606nm )−f(471nm )=0.69(mm) ・・・・(4) 上式(3),(4)より、 f(471nm )=−3.09(mm) , f(606nm )=−
2.40(mm) 同様にして、 f(530nm )=−2.75(mm) が得られる。
However, if the focal length of a transmission type diffractive optical element which exerts a diffractive action in the sub-scanning section is f and the wavelength of a passing light beam is λ, it is known that the characteristic becomes f · λ = constant. I have. It exhibits the inverse chromatic dispersion characteristics of a normal refractive glass system. If this is applied to the present embodiment, f (606 nm) × 606 nm = f (471 nm) × 471 nm → f (606 nm) / f (471 nm) = 0.777 (3) On the other hand, f (606 nm) −f (471 nm) = 0.69 (mm) (4) From the above equations (3) and (4), f (471 nm) = − 3.09 (mm), f (606 nm) = −
2.40 (mm) Similarly, f (530 nm) = − 2.75 (mm) is obtained.

【0047】即ち、λ=530nmでf=−2.75m
mを示す負のパワー(回折作用)を有する透過型の回折
光学素子71を用いることで±1次光の副走査方向の3
ラインセンサー4面上におけるボケを補正することがで
きる。
That is, f = −2.75 m at λ = 530 nm
By using the transmission type diffractive optical element 71 having a negative power (diffraction action) indicating m, it is possible to obtain 3
Blur on the surface of the line sensor 4 can be corrected.

【0048】一般的に回折光学素子は通常のガラス等の
硝材における色分散の値が30〜80程度の正の値に限
られるのに対し、その値がνd=−3.453と負の、
又大きな色分散を示すことが知られている。次式は波長
に対する屈折率分散を示すものである。
In general, a diffractive optical element has a chromatic dispersion value of a glass material such as ordinary glass which is limited to a positive value of about 30 to 80, whereas the value is νd = −3.453.
It is also known to exhibit large chromatic dispersion. The following equation shows the refractive index dispersion with respect to the wavelength.

【0049】[0049]

【数3】 (n:屈折率,d,F,Cは各スペクトル波長) 又、素子の基板の分散は上記回折光学素子の大きな負の
分散に対して無視し得るとした。必要であれば考慮する
のは容易な手法に基づき実施し得る。
(Equation 3) (N: refractive index, d, F, and C are the respective spectral wavelengths) The dispersion of the element substrate is assumed to be negligible with respect to the large negative dispersion of the diffractive optical element. If necessary, it can be implemented in an easy way to consider.

【0050】次に本実施形態における1次元ブーレズド
回折格子を反射型より構成したときの特長について透過
型の1次元ブレーズド回折格子と比較して述べる。
Next, features of the one-dimensional blazed diffraction grating of the present embodiment formed by a reflection type diffraction grating will be described in comparison with a transmission type one-dimensional blazed diffraction grating.

【0051】透過型の1次元ブーレズド回折格子はAppl
ied Optics誌,17巻15号 2273〜2279頁(1978.8.1
号)に開示されているように、該透過型の1次元ブーレ
ズド回折格子に入射した入射光束は透過回折されて主に
3方向に分離されている。この透過型の1次元ブーレズ
ド回折格子は、例えばブレーズド波長をλ0 としたと
き、該ブレーズド波長λ0 に対し必要な格子厚di は di =m・λ0 /(nλ0 −1) となる。
The transmission type one-dimensional boozed diffraction grating is Appl.
ied Optics, Vol. 17, No. 15, pp. 2273-2279 (1978.8.1
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260, an incident light beam incident on the transmission type one-dimensional borated diffraction grating is transmitted and diffracted and separated mainly into three directions. 1 dimensional Burezudo diffraction grating of the transmission type, for example, when the blazed wavelength is lambda 0, the blazed wavelength lambda 0 grating thickness d i needed to the d i = m · λ 0 / a (n [lambda 0 -1) Become.

【0052】ここでnλ0 は媒質の屈折率、m,λ0
前述の実施形態と同様な値を用い、m=2,λ0 =53
0nmとし、屈折率nλ0 =1.5程度として算出した
場合、透過型の1次元ブーレズド回折格子の格子厚di
はdi =2120nm必要となる。
Here, nλ 0 is the refractive index of the medium, m and λ 0 are the same values as in the above embodiment, and m = 2, λ 0 = 53.
0 nm and the refractive index nλ 0 = approximately 1.5, the grating thickness d i of the transmission type one-dimensional borated diffraction grating
Requires d i = 2120 nm.

【0053】一方、本発明における反射型の1次元ブレ
ーズド回折格子の場合(光軸上の光束の入射角が45
°)は前述の如く格子厚di は749.5nmである。
従って透過型の1次元ブーレズド回折格子の格子厚di
は反射型の1次元ブーレズド回折格子の格子厚di に比
べ約3倍も深い段差を必要とする。
On the other hand, in the case of the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating of the present invention (the incident angle of the light beam on the optical axis is 45 °).
°) is a grating thickness d i as described above is 749.5Nm.
Therefore, the grating thickness d i of the transmission-type one-dimensional borated diffraction grating
Requiring even deeper level difference of about 3-fold compared to the grating thickness d i of the one-dimensional Burezudo diffraction grating of the reflection type.

【0054】これは反射型の1次元ブーレズド回折格子
を製作するにあたり極めて困難を伴うものであり、例え
ば媒質の屈折率を高めてやれば多少緩和されるものの、
一般的に1次元ブレーズド回折格子としては加工性及び
コスト面等その他から判断して、例えばSiO2 のよう
な媒質の屈折率n1 =1.5程度のものが多く使用され
ている。
This is extremely difficult in fabricating a reflection type one-dimensional borated diffraction grating. For example, if the refractive index of the medium is increased, it is somewhat relaxed.
Generally, as a one-dimensional blazed diffraction grating, for example, a medium such as SiO 2 having a refractive index of about n 1 = 1.5 is often used in view of workability, cost, and the like.

【0055】更に装置内のスペース効率からみても反射
型の1次元ブーレズド回折格子の方が装置全体のコンパ
クト化を容易に図ることができる等の利点も有してい
る。
Further, from the viewpoint of the space efficiency in the apparatus, the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating also has an advantage that the whole apparatus can be easily made compact.

【0056】本実施形態においては結像光学系を射出型
テレセントリック系となるように構成している。これは
次の理由からによる。
In this embodiment, the imaging optical system is configured to be an emission type telecentric system. This is for the following reasons.

【0057】即ち、主走査断面内の画角に応じた各光束
の1次元ブーレズド回折格子への入射角が一定でない場
合、ブレーズド波長λ0 は次式に従って変化してくる。
That is, when the angle of incidence of each light beam on the one-dimensional blazed diffraction grating according to the angle of view in the main scanning section is not constant, the blazed wavelength λ 0 changes according to the following equation.

【0058】[0058]

【数4】 具体的に示すと画角に応じた主走査面内の入射角α’を
20°とし、テレセントリック系でない通常の結像光学
系と反射型の1次元ブレーズド回折格子を用いた場合、
ブレーズド波長λ0 は約30nmもシフトしてしまう。
(Equation 4) Specifically, when the incident angle α ′ in the main scanning plane according to the angle of view is set to 20 ° and a normal imaging optical system that is not a telecentric system and a reflection type one-dimensional blazed diffraction grating are used,
The blazed wavelength λ 0 shifts by about 30 nm.

【0059】このブレーズド波長λ0 のシフトズレを防
止する為に本実施形態においては結像光学系を射出型テ
レセントリック系によるように構成し、該結像光学系か
らの射出光の各画角の主光線が常に主走査断面内で垂直
入射するようにしている。
In order to prevent the shift of the blazed wavelength λ 0 , in the present embodiment, the image forming optical system is constituted by an emission type telecentric system, and the main component of each angle of view of the light emitted from the image forming optical system. Light rays are always incident perpendicularly in the main scanning section.

【0060】次に本発明の実施形態2について説明す
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0061】前述の実施形態1では反射型の1次元ブレ
ーズド回折格子に対して光束が前記図3に示す如く図面
上、右上りの階段格子に対し左上方より入射し、右上方
に反射回折される場合の例であるが、本実施形態ではこ
れとは逆方向、即ち右上方から光束が入射し、左上方に
反射回折するように構成している。このような場合は±
1次回折光の3ラインセンサー面上におけるボケの様子
は逆転する。即ち前記図4における光束7に−1次光
(青色光)、光束5に+1次光(赤色光)が相当する。
In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the light beam enters the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating from the upper left to the upper right step grating, and is reflected and diffracted upward and to the right. In this embodiment, a light beam is incident in the opposite direction, that is, from the upper right, and is reflected and diffracted to the upper left. In such a case ±
The blurring of the first-order diffracted light on the three-line sensor surface is reversed. That is, the luminous flux 7 in FIG. 4 corresponds to the −1st-order light (blue light), and the luminous flux 5 corresponds to the + 1st-order light (red light).

【0062】従って、所謂色収差としては+1次光が正
の値を示し、−1次光が負の値を示す。これを補正する
為の回折光学素子は、 f(606nm )−f(407nm )=−0.69(mm) となり、前述の(3),(4)式を基に、f(530nm )
=2.15(mm),f(471nm )=3.09(mm),f(60
6nm )=2.40(mm)と正のパワー(回折作用)を持っ
た回折光学素子となる。
Accordingly, as the so-called chromatic aberration, the +1 order light has a positive value and the -1 order light has a negative value. The diffractive optical element for correcting this is f (606 nm) -f (407 nm) =-0.69 (mm). Based on the above-mentioned equations (3) and (4), f (530 nm)
= 2.15 (mm), f (471 nm) = 3.09 (mm), f (60
6 nm) = 2.40 (mm), which is a diffractive optical element having a positive power (diffraction effect).

【0063】このように本実施形態では上述の如くλ=
530nmでf=2.15mmを示す正の回折作用(収
束作用)を有する回折光学素子を用いることで、前述の
実施形態1と同様な効果を得ている。
As described above, in the present embodiment, λ =
By using a diffractive optical element having a positive diffraction function (convergence function) of f = 2.15 mm at 530 nm, the same effect as in the first embodiment is obtained.

【0064】上記実施形態1,2で述べた透過型の回折
光学素子の代表的な断面を各々図8(A),(B)に示
す。当該素子はよく知られる半導体製造に用いられるマ
スクとエッチングによる製法、もしくはそのレプリカ、
もしくは切削等により加工製造がなされるものである。
FIGS. 8A and 8B show typical cross sections of the transmission type diffractive optical elements described in the first and second embodiments. The element is a well-known manufacturing method using a mask and etching used in semiconductor manufacturing, or a replica thereof,
Alternatively, it is processed and manufactured by cutting or the like.

【0065】尚、図8(A),(B)に典型的な回折型
フレネル素子を示したが、例えば図9に示すように各々
の鋸歯状断面を量子化した階段状の格子断面からなるB
OE(Binary Optics Element) 構造としても、その効果
が変わらないのは言うまでもない。図8、図9において
71,72,73は各々回折光学素子、hは格子厚であ
る。
FIGS. 8A and 8B show a typical diffraction type Fresnel element. For example, as shown in FIG. 9, each of the sawtooth-shaped cross-sections has a step-like lattice cross-section quantized. B
Needless to say, the effect does not change even if the OE (Binary Optics Element) structure is used. 8 and 9, reference numerals 71, 72, and 73 denote diffractive optical elements, respectively, and h denotes a grating thickness.

【0066】図10は本発明の実施形態3の光学系の要
部概略図である。本実施形態においては色分解手段とし
ての反射型1次元ブレーズド回折格子40の形状を円筒
形より構成することにより、結像光学系を通常の光学系
(テレセントリック系でない)より構成している。
FIG. 10 is a schematic view of a main part of an optical system according to Embodiment 3 of the present invention. In the present embodiment, the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating 40 as the color separation means is formed of a cylindrical shape, so that the imaging optical system is formed of a normal optical system (not a telecentric system).

【0067】今、画角αで入射した光束が結像光学系2
により射出側で例えば角度α’で出射したとする。この
とき図11に示すように円筒形状でない通常の反射型1
次元ブレーズド回折格子を用いたとする。そうするとそ
れから反射回折された光束が受光手段4の1つのライン
センサー4に入射する際の距離は軸上においてL0 、出
射角α’の軸外ではL1 となる。ここにL1 =L0 /c
osα’である(尚、図10,図11においては破線で
示すように光路を展開した状態で示している。通常の光
学系ではα≒α’となっている)。この為、1次元ブレ
ーズド回折格子40と受光素子面との間の各出射角α’
に対する光路長は軸上(α’=0)と軸外(α≠0)で
は異なり一定とはならない。
The light beam incident at the angle of view α is
It is assumed that the light is emitted at an emission side at an angle α ′. At this time, as shown in FIG.
It is assumed that a two-dimensional blazed diffraction grating is used. Then, the distance when the light flux reflected and diffracted therefrom enters one of the line sensors 4 of the light receiving means 4 is L 0 on the axis and L 1 off the axis of the emission angle α ′. Where L 1 = L 0 / c
osα ′ (in FIGS. 10 and 11, the optical path is expanded as shown by a broken line. In a normal optical system, α ≒ α ′). Therefore, each emission angle α ′ between the one-dimensional blazed diffraction grating 40 and the light receiving element surface.
Is different on-axis (α ′ = 0) and off-axis (α ≠ 0) and is not constant.

【0068】尚、ここで各光束における反射型1次元ブ
レーズド回折格子40への入射角θと副走査方向におけ
る受光素子面上の位置(分離距離)Zとは次式に示す関
係がある。
Here, the incident angle θ of each light beam on the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating 40 and the position (separation distance) Z on the light receiving element surface in the sub-scanning direction have the following relationship.

【0069】 Z=L・tan{sin-1(±λ/P+sinθ)−θ} ・・・・(6) 符号正:+1次,符号負:−1次,L:L0 又はL1 この為、上記(6)式に示す如く受光素子面上の各入射
角α’によって位置Zは一定とはならず、即ち直線上に
平行に並ぶ各ラインセンサー面上には一定波長の光束が
正しく結像されない。
Z = L · tan {sin −1 (± λ / P + sin θ) −θ} (6) Sign positive: +1 order, sign negative: −1 order, L: L 0 or L 1 As shown in the above equation (6), the position Z is not constant due to each incident angle α 'on the light receiving element surface, that is, a light beam of a constant wavelength is correctly formed on each line sensor surface arranged in parallel with a straight line. Not imaged.

【0070】そこで本実施形態においては上記の問題点
を解決する為に図10に示すように主走査断面内(有限
画角)における出射角α’の存在により反射型1次元ブ
レーズド回折格子40が作り付けられた基板を結像光学
系の射出瞳を中心とする円筒面とし、各画角に対応する
射出主光線が常に該回折格子40に垂直入射するように
している。これにより当該断面内の入射角依存によるブ
レーズド波長のシフトを効果的に防止している。
Therefore, in the present embodiment, in order to solve the above-mentioned problem, as shown in FIG. 10, the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating 40 is formed by the existence of the emission angle α ′ in the main scanning section (finite angle of view). The formed substrate has a cylindrical surface centered on the exit pupil of the imaging optical system, and the exit chief ray corresponding to each angle of view is always perpendicularly incident on the diffraction grating 40. Thereby, the shift of the blazed wavelength due to the incident angle dependence in the cross section is effectively prevented.

【0071】一方、当該回折格子40で反射回折された
後、3ラインセンサー4の受光素子面に至る光路長は軸
上(α’=0)でL0 =g−R、軸外(α’≠0)でL
1'=g/cosα’−Rとなり、双方は一定とはならず
前記(6)式と同様の内容で各ラインセンサーの受光素
子面に反射回折光は正しく結像しない。
On the other hand, after being reflected and diffracted by the diffraction grating 40, the optical path length reaching the light receiving element surface of the three-line sensor 4 is L 0 = g−R on the axis (α ′ = 0) and off-axis (α ′). ≠ 0) and L
1 ′ = g / cosα′-R, and both are not constant, and the reflected diffracted light does not form an image correctly on the light receiving element surface of each line sensor with the same contents as in the above equation (6).

【0072】これを除去する為に反射型1次元ブレーズ
ド回折格子の格子ピッチを図12に示すように光軸に対
し主走査断面内に対称に軸上から軸外(中心部から周辺
部)に向かうにつれて大きくなるように(図12におけ
るP→P’)各々設定している。これにより1次回折角
を変化させ結果的に軸上から軸外まで全て正しく直線上
に平行に並んだラインセンサー(受光素子)4面上に結
像させている。
In order to eliminate this, the grating pitch of the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating is shifted from on-axis to off-axis (from the center to the periphery) symmetrically in the main scanning section with respect to the optical axis as shown in FIG. Each is set so as to increase as it moves (P → P ′ in FIG. 12). As a result, the first-order diffraction angle is changed, and as a result, an image is formed on four line sensors (light receiving elements) that are arranged in a straight line in parallel from the axis to the axis.

【0073】このように本実施形態においては反射型1
次元ブレーズド回折格子40の形状を円筒形より構成
し、かつ格子ピッチの配列を前述の如く適切に設定して
いる。これにより結像光学系を通常の光学系で構成して
も正しく分光分離を行い、カラー画像情報を各色光ごと
に高精度に読取っている。
As described above, in this embodiment, the reflection type 1
The shape of the dimensional blazed diffraction grating 40 is constituted by a cylindrical shape, and the arrangement of the grating pitch is appropriately set as described above. As a result, even if the imaging optical system is composed of a normal optical system, spectral separation is correctly performed, and color image information is read with high accuracy for each color light.

【0074】図13は本発明の実施形態4に係る受光手
段50の要部概略図である。前述の実施形態3では反射
型1次元ブレーズド回折格子40の基板を主走査断面内
で円筒面としたが、本実施形態においては逆に受光手段
としてのモノリシック3ラインセンサー50のセンター
ライン52を挟む両側の2つのラインセンサー51,5
3を平行から外し同図に示すような構成としている。こ
れにより回折格子基板を平板のままとし、前記(6)式
に従うZ方向のシフトをラインセンサーの受光部の各画
素の位置シフトにより吸収している。
FIG. 13 is a schematic view of a main part of the light receiving means 50 according to the fourth embodiment of the present invention. In the third embodiment described above, the substrate of the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating 40 has a cylindrical surface in the main scanning section. However, in the present embodiment, the center line 52 of the monolithic three-line sensor 50 as the light receiving means is conversely sandwiched. Two line sensors 51, 5 on both sides
3 is removed from the parallel configuration to provide a configuration as shown in FIG. As a result, the diffraction grating substrate remains a flat plate, and the shift in the Z direction according to the equation (6) is absorbed by the position shift of each pixel of the light receiving section of the line sensor.

【0075】一方、1次元ブレーズド回折格子の基板を
平板とすることにより発生する入射角α’に依存するブ
レーズド波長のシフトに関しては図14に示すように該
1次元ブレーズド回折格子60の主走査断面方向の軸上
から軸外(中心部から周辺部)に向かって格子厚を連続
的に各段共に同比率で厚くしていくことにより解決して
いる。
On the other hand, regarding the shift of the blazed wavelength depending on the incident angle α ′ caused by making the substrate of the one-dimensional blazed diffraction grating a flat plate, as shown in FIG. The problem is solved by continuously increasing the lattice thickness at the same ratio in each stage from the on-axis to the off-axis (from the center to the periphery).

【0076】具体的に数値例を挙げて説明すると前述し
た実施形態1の1次元ブレーズド回折格子を用いた場
合、入射角α’=20°においては格子厚di を入射角
α’=0°での格子厚d1 =749.5nmに対してd
1 =797.6nmと厚くすることによりブレーズド波
長λ0 =530nmを一定に保っている。
[0076] Specifically when using a one-dimensional blazed diffraction grating of the first embodiment described above and will be described as a numerical example, 'angle of incidence α of the grating thickness d i in = 20 °' = 0 ° angle of incidence α For a lattice thickness d 1 = 749.5 nm at
By increasing the thickness to 1 = 797.6 nm, the blazed wavelength λ 0 = 530 nm is kept constant.

【0077】図15は本発明の実施形態5の色分解手段
としての反射型1次元ブレーズド回折格子70の説明図
である。
FIG. 15 is an explanatory view of a reflection type one-dimensional blazed diffraction grating 70 as color separation means according to the fifth embodiment of the present invention.

【0078】本実施形態では反射型の1次元ブレーズド
回折格子70を3次元構造より構成し、該1次元ブレー
ズド回折格子の格子ピッチPを光軸中心から主走査断面
方向の周辺部に向かうにつれて徐々に大きくしていく
(Pc→Pe)と共に、前記実施形態1と同様に色分解
手段と受光手段との間の光路中に回折光学素子を配して
いる。これによりラインセンサー面上における回折結像
位置のズレを防止し、かつ±1次回折光の副走査断面方
向のボケの発生を押えている。
In this embodiment, the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating 70 is constituted by a three-dimensional structure, and the grating pitch P of the one-dimensional blazed diffraction grating gradually increases from the center of the optical axis toward the peripheral portion in the main scanning section direction. (Pc → Pe), and a diffractive optical element is arranged in the optical path between the color separation means and the light receiving means as in the first embodiment. As a result, deviation of the diffraction image forming position on the line sensor surface is prevented, and blurring of the ± 1st-order diffracted light in the sub-scanning section direction is suppressed.

【0079】又、本実施形態では前述の実施形態4と同
様に格子厚を軸上から軸外(中心部から周辺部)に向け
て連続的に厚くしていく(hc→he)ことにより画角
α’によるブレーズド波長のシフトを効果的に防止して
いる。
Further, in this embodiment, similarly to Embodiment 4 described above, the grid thickness is continuously increased from on-axis to off-axis (from the center to the periphery) (hc → he). The shift of the blazed wavelength due to the angle α 'is effectively prevented.

【0080】このように平板基板上に形成された3次元
構造よりなる反射型の1次元ブレーズド回折格子70を
用いることにより、結像光学系にテレセントリック系を
用いずにカラー画像読取装置を構成している。
By using the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating 70 having a three-dimensional structure formed on a flat substrate as described above, a color image reading apparatus can be constructed without using a telecentric system as an imaging optical system. ing.

【0081】尚、以上の実施形態で示したうちで格子ピ
ッチ及び格子厚の格子面上での変化を連続的であるとし
たが、この変化に限らず例えば複数のステップで分割し
て変化を与えても前述の実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。
In the above embodiment, the change of the grating pitch and the grating thickness on the grating surface is assumed to be continuous. However, the change is not limited to this change, and the change may be divided into a plurality of steps. Even if it gives, the same effect as the above-mentioned embodiment can be obtained.

【0082】[0082]

【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
で読取る際、該反射型1次元ブレーズド回折格子と該モ
ノリシック3ラインセンサーとの間の光路中に透過型の
回折光学素子を配置することにより、結像光学系からの
出射光束である集束球面波が反射型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
の入射角が異なることに起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モノリシック3ラインセ
ンサー面上におけるボケ(結像位置のズレ)を効果的に
除去することができ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。
According to the present invention, when a color image is read by a light receiving means comprising a monolithic three-line sensor via a reflective one-dimensional blazed diffraction grating as a color separating means as described above, the reflective one-dimensional blazed diffraction is performed. By disposing a transmissive diffractive optical element in the optical path between the grating and the monolithic three-line sensor, a focused spherical wave, which is a light beam emitted from the imaging optical system, enters the reflective one-dimensional blazed diffraction grating. In this case, blurring on the monolithic three-line sensor surface in the sub-scanning direction of the ± 1st-order diffracted light due to the shift of the reflection diffraction angle due to the difference in the incident angle of each light beam on the grating surface within the sub-scanning cross section It is possible to achieve a color image reading apparatus capable of effectively removing the deviation and reading a color image with high accuracy.

【0083】又、併せて反射型の1次元ブレーズド回折
格子を3次元構造より構成することで結像光学系にテレ
セントリック光学系を用いずにコンペンショナルな通常
の光学系を用いて構成することができるカラー画像読取
装置を達成することができる。
In addition, by forming the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating with a three-dimensional structure, it is possible to use a normal optical system which is a compensation system without using a telecentric optical system as an imaging optical system. A color image reading device that can be achieved can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施形態1の要部平面図と要部側面
FIG. 1 is a plan view and a side view of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の結像光学系を通過した後の光束の光路
を示した一部分の説明図
FIG. 2 is a partial explanatory view showing an optical path of a light beam after passing through an imaging optical system in FIG. 1;

【図3】 図2に示した反射型1次元ブレーズド回折格
子の一部分の拡大説明図
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a part of the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating shown in FIG. 2;

【図4】 各次光の反射回折光が3ラインセンサーへ向
かう光路を示した光路図
FIG. 4 is an optical path diagram showing an optical path of reflected and diffracted light of each order light going to a three-line sensor.

【図5】 従来の+1次光における回折パターン図FIG. 5 is a conventional diffraction pattern diagram for + 1st-order light.

【図6】 従来の0次光における回折パターン図FIG. 6 is a conventional diffraction pattern diagram for zero-order light.

【図7】 従来の−1次光における回折パターン図FIG. 7 is a conventional diffraction pattern diagram of −1st order light.

【図8】 (A)本発明の実施形態1の回折光学素子の
要部断面図、(B)本発明の実施形態2の回折光学素子
の要部断面図
8A is a sectional view of a principal part of a diffractive optical element according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a sectional view of a principal part of a diffractive optical element according to a second embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の実施形態の回折光学素子(BOE)
の要部断面図
FIG. 9 shows a diffractive optical element (BOE) according to an embodiment of the present invention.
Main part sectional view of

【図10】 本発明の実施形態3の要部概略図FIG. 10 is a schematic diagram of a main part of a third embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の構成と比較説明する為の要部概略
FIG. 11 is a schematic diagram of a main part for comparing and describing the configuration of the present invention.

【図12】 本発明の実施形態3の1次元ブレーズド回
折格子の説明図
FIG. 12 is an explanatory diagram of a one-dimensional blazed diffraction grating according to a third embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の実施形態4の受光手段の要部概略
FIG. 13 is a schematic diagram of a main part of a light receiving unit according to a fourth embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の実施形態4の1次元ブレーズド回
折格子の説明図
FIG. 14 is an explanatory diagram of a one-dimensional blazed diffraction grating according to a fourth embodiment of the present invention.

【図15】 本発明の実施形態5の1次元ブレーズド回
折格子の説明図
FIG. 15 is an explanatory diagram of a one-dimensional blazed diffraction grating according to a fifth embodiment of the present invention.

【図16】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部
概略図
FIG. 16 is a schematic diagram of a main part of an optical system of a conventional color image reading apparatus.

【図17】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部
概略図
FIG. 17 is a schematic view of a main part of an optical system of a conventional color image reading apparatus.

【図18】 モノリシック3ラインセンサーの説明図FIG. 18 is an explanatory diagram of a monolithic three-line sensor.

【図19】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部
概略図
FIG. 19 is a schematic view of a main part of an optical system of a conventional color image reading apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 原稿面 2 結像光学系 3,40,60 色分解手段(反射型1次元ブレーズド
回折格子) 4,50 受光手段(モノリシック3ラインセンサー) 5,6,7 反射回折光 8,9,10 ラインセンサー 51,52,53 ラインセンサー 70 色分解手段(反射型1次元ブレーズド回折格
子) 71,72,73 回折光学素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Original surface 2 Imaging optical system 3, 40, 60 Color separation means (reflective one-dimensional blazed diffraction grating) 4, 50 Light receiving means (monolithic three-line sensor) 5, 6, 7 Reflected diffracted light 8, 9, 10 lines Sensors 51, 52, 53 Line sensor 70 Color separation means (reflective one-dimensional blazed diffraction grating) 71, 72, 73 Diffractive optical element

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 カラー画像を結像光学系により入射光束
を複数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複数のラインセンサー
を同一基板面上に配置した受光手段面上に結像させ、該
カラー画像と該受光手段とを相対的に走査させて該受光
手段で該カラー画像を読取る際、 該色分解手段と該受光手段との間の光路中に逆色分散特
性を有する一方向に回折作用を持つ回折光学素子を設
け、 該反射型1次元ブレーズド回折格子により色分解された
各色光の波長の違いにより生じる該受光手段面上におけ
るボケを補正していることを特徴とするカラー画像読取
装置。
1. A plurality of line sensors are arranged on the same substrate surface through a color separation means comprising a reflection type one-dimensional blazed diffraction grating for color-separating a color image into a plurality of color lights by an imaging optical system. An image is formed on a light receiving means surface, and when the color image is read by the light receiving means by relatively scanning the color image and the light receiving means, an optical path between the color separation means and the light receiving means is provided. A diffractive optical element having a diffractive action in one direction having an inverse chromatic dispersion characteristic is provided, and a blur on the light receiving means surface caused by a difference in the wavelength of each color light color-separated by the reflective one-dimensional blazed diffraction grating is corrected. A color image reading device.
【請求項2】 前記複数のラインセンサーは互いに平行
となるように配置しており、前記結像光学系は射出型テ
レセントリック系より構成しており、前記色分解手段は
入射光束を該ラインセンサー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てい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。
2. The plurality of line sensors are arranged so as to be parallel to each other, the imaging optical system is constituted by an emission type telecentric system, and the color separation means converts an incident light beam to the line sensor. 2. The color image reading apparatus according to claim 1, wherein the color image is separated into three color lights in a direction orthogonal to the arrangement direction of the pixels.
【請求項3】 前記回折光学素子は基本波長に関し、負
の回折作用を有してい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. The color image reading apparatus according to claim 1, wherein said diffractive optical element has a negative diffraction effect with respect to a fundamental wavelength.
【請求項4】 前記回折光学素子は基本波長に関し、正
の回折作用を有してい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. The color image reading apparatus according to claim 1, wherein said diffractive optical element has a positive diffraction effect with respect to a fundamental wavelength.
【請求項5】 前記基本波長とは前記反射型1次元ブレ
ーズド回折格子で分離され反射回折される0次回折光の
波長であることを特徴とする請求項3又は4記載のカラ
ー画像読取装置。
5. The color image reading apparatus according to claim 3, wherein the fundamental wavelength is a wavelength of a 0th-order diffracted light that is separated and reflected and diffracted by the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating.
【請求項6】 前記反射型1次元ブレーズド回折格子の
格子ピッチは前記結像光学系の光軸中心から周辺にかけ
て順次大きくなるように設定してい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。
6. The color image according to claim 1, wherein a grating pitch of said reflection type one-dimensional blazed diffraction grating is set so as to increase gradually from a center of an optical axis of said imaging optical system to a periphery thereof. Reader.
【請求項7】 前記反射型1次元ブレーズド回折格子の
格子厚は前記結像光学系の光軸中心から周辺にかけて順
次厚くなるように設定してい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。
7. The color image according to claim 1, wherein the thickness of the reflection type one-dimensional blazed diffraction grating is set so as to gradually increase from the center of the optical axis of the imaging optical system to the periphery. Reader.
【請求項8】 前記回折光学素子は前記反射型1次元ブ
レーズド回折格子で色分解された各色光が空間的に分離
する位置に配置されてい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。
8. A color image reading apparatus according to claim 1, wherein said diffractive optical element is arranged at a position where each color light separated by said reflection type one-dimensional blazed diffraction grating is spatially separated. apparatus.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015513824A (en) * 2012-03-20 2015-05-14 ノキア コーポレイション Imaging

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