JPS62234106A - ビ−ムスプリツタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光を複数色に分解するビームスプリッタに関
する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

カラーイメージ−ｔ−（ｃｏｌｏｒ　ｉｍａｇｅｒ）は
カラービデオカメラと商業印刷用カラースキャナとを備
えている。カラーイメージヤはカラー画像を機械が読取
り得るデータに変換する。これはカラー映像をピクセル
（ｐｉｘｅｌ）と呼ぶ多数の小部分に分割することによ
り達成される。カラーイメージ中は各ピクセルからの光
を赤、青、または緑の光に分離する。カラー映像の各ピ
クセルに割当てられる数は赤、青、および緑の光を表わ
す。高速、高分解能で、かつ正確なカラーイメージヤが
あればコンピュータの有用性が高まるとともに非常に多
くのタスクが自動化されることになる。たとえば、コン
ピュータはカラー映像をプリントし、表示することがで
きる。しかしながら、カラー映像をコンピュータへ転送
する高速、正確、かつ高分解能の手段が無いためこの能
力の利用が限られている。

初期の従来技術では、ビームスプリンタ（ｂｅａｍ−ｓ
ｐｌｉｔｔｅｒ）やカラーフィルタのような個別の光学
的要素が映像のカラー成分を分離している。二色性（ｄ
　１ｃｈｒｏ　ｉｃ）ビームスプリフタがビームスプリ
ッタとフィルタとの両機能を兼ね備えているため広く用
いられてきた。典型的には、カラー分解は個別の二色性
ビームスプリッタ２個をイメージヤの投射レンズとその
フォトセンサとの間の光路に配置して行われる。第１の
二色性ビームスプリッタが第１のスペクトル帯域（たと
えば、緑）を第１のフォトセンサに反射すると同時に残
りのスベクトル帯域を第２の二色性ビームスプリフタに
伝える。第２の二色性ビームスプリンタは第２の帯域（
たとえば、赤）を第２のフォトセンサに反射すると同時
に残りのスペクトル帯域（たとえば、青）を第３のフォ
トセンサに伝える。この方法の欠点はそれぞれの二色性
ビームスプリフタとフォトセンサとを精密に整列させな
ければならないということである。そうでないと、カラ
ー成分が光学的に正しく合致しないことになる。整列プ
ロセスは費用がかさむためこの従来技術のカラー分解の
使用は限られている。

低価格の固体（ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ）フォトダイオ
ードアレイ・フォトセンサの出現とともに、カラースキ
ャナやビデオカメラの低価格なカラー分解技術を開発す
る各種の試みがなされて来た。

カラーフィルタを内蔵した固体のフォトダイオードアレ
イは日立、東芝、ソニー、およびＲＣＡにより商品化さ
れた。これらの装置は一つのシリコン基板上に配列した
フォトダイオードの二次元アレイを採用している。アレ
イはゼラチン層で被覆され、この層内にカラー染料が標
準のマスキング技術を用いて選択的に含浸されている。

各フォトダイオードは、したがって、アレイを通じて繰
返されるカラーパターンにしたがって、たとえば、赤、
緑、または青のカラーフィルタを組込んでいる。同じ技
術はラインスキャナ用の一次元フオドダイオードアレイ
・センサに応用されている。後者の装置は東芝とフェア
チャイルドから市販されている。

フォトダイオードアレイを使用する従来技術のカラーイ
メージヤを第１図に示す。一つの直線状フォトダイオー
ドアレイ２３はそれぞれの赤、青、および緑のパターン
で各フォトダイオードにわたり含浸された個々の有機染
料フィルタを備えている。カラー分解、すなわちカラー
映像の赤、青、および緑の光への分解は、第１図に示す
ように、光ビームをアレイ上に集束させることにより行
われる。一つの赤、緑、および青のフォトダイオード・
グループ２５は一つのカラービクセルに情報を与える。

この従来技術の技法にはいくつかの欠点がある。３個の
フォトダイオードが情報を一つのビクセルに供給するた
め、ビクセルの分解能が三分の−に減る。正確なカラー
映像を作るには、元のカラー映像からの与えられたカラ
ーピクセルの輝度細部（ｌｕｍｉｎａｎｃｅ　ｄｅｔａ
ｉｌ）とクロマ（ｃｈｒｏｍａ）とが３個の光学的に一
致するフォトセンサ素子によって分解されなければなら
ない。しかしながら、従来技術のフォトダイオードアレ
イではカラーが一致しない。赤色光は一つの位置から検
出され、緑は他の位置から、そして青は第３の位置から
検出される。その他に、各フォトダイオードに入射する
光の三分の二はフィルタの吸収によって失われる（たと
えば、赤色フィルタは緑と青とのスペクトル帯域を吸収
する）。分解能を上げるためには、アレイ２３を長くす
るが、フォトダイオードの面積を減らすかしなければな
らない。しがしながら、分解能を上げるこれらの方法は
それに比例して走査の速さを下げることになる。また、
染料フ、「ルタは二色性フィルタよりもカラー帯域純度
（ｃｏｌｏｒ　ｂａｎｄ　ｐｕｒｉｔｙ）が小さい。従
来技術の方法はカラー感度を弱めるしくｄｅｓａ　ｔｕ
ｒａ　ｔｅ）、またそうでないとすればスペクトル的に
不正確である。

フォトダイオードアレイを使用する従来技術の他のカラ
ーイメージヤは着色フィルタ・セグメントから成る回転
カラー輪（ｒｏｔａｔｉｎｇ　ｃｏｌｏｒ　ｗｈｅｅｌ
）を備えている。レンズが元の物体の線像（ｌｉｎｅｉ
ｍａｇｅ）を直線状フォトダイオードアレイに結像する
。回転カラー輪は投射された線像を繰返しカラー列、た
とえば、赤、緑、青にろ波する。与えられた線像の各カ
ラー成分に対する信号は三つのカラー成分がすべて検出
されてしまうまでディジタル的に貯えられる。この信号
は次にメモリに記録され、三つのカラー・バリュー（ｃ
ｏｌｏｒ　ｖａｌｕｅ）を線像内の各ビクセルに割当て
る。

カラー輪カラー分解技法はフォトダイオードアレイの分
解能を完全に利用する他に二色性フィルタをも利用して
いるという長所を備えている。しかしながら、この技法
にはいくつかの欠点がある。

一度に検出するのは三つのカラーのうちの一つだけであ
るから、走査の速さが組込みセンサ・フィルタの走査速
度の部分の−である。また、カラー輪の回転中フィルタ
・セグメント間の移り変りから更に速さの低下が生ずる
。同期的「ステップ進行（ｓｔｅｐｐｅｄ）　Ｊに対抗
して、カラー輸と走査線とを連続的に駆動すると、フォ
トダイオードアレイの有効分解能は走査方向にカラー輪
のカラーサイクル（ｃｏｌｏｒ　ｃｙｃｌｅ）を通じて
走査線の動きだけ減少する。他の欠点はカラー輪の大き
さであって、これによって装置の拡張性が制限される。

ページ幅「接触」あるいは「横断ヘッド（ｔｒａｖｅｒ
ｓｉｎｇ）　Ｊ式スキャナの実施は不可能になるか扱い
にくくなる。更に、この従来技術の装置は大きな運動機
構とその機構の制御装置とを背負っている。

日本のシャープ社はカラー文書の走査に従来技↓ 術にる第３のカラー分解技法を導入した。シャープのス
キャナは結像用光源として３個の順次点灯される着色蛍
光灯（たとえば、赤、緑、青）を備えた一つのフォトダ
イオードアレイを採用している。フォトダイオードアレ
イによって得られる信号の連鎖はカラー輪カラー分解と
全く類似している。すなわち、フォトダイオードアレイ
への入力は与えられた元の線像の赤、緑、および青成分
の順次入力である。同様に、各カラー成分に対するフォ
トダイオード信号は各カラーサイクルの終りにメモリに
ディジタル的に格納され再整理される。

カラー輪カラー分解と同様、三色ランプの方法がフォト
ダイオードアレイの完全分解能を利用する結像手段とな
っている。しかしながら、いくつかの欠点によってイメ
ージヤの速さと色の完全性とが制限される。正確なカラ
ー分解を得るためには、各ランプからの光出力は次のラ
ンプを順に点灯する前に消滅しているべきである。ラン
プの出力が混合するとカラー検出が低下する。その結果
、走査の速さが各蛍光灯に使用されている蛍光体の持続
時間、あるいは前に点灯したランプの減衰光出力によっ
て生じた信号を動的に差引く能力、によって制限される
。カラー完全性は更に市場の走査速度仕様に合うように
充分低い持続値を備えている蛍光体を選択することによ
って制限される。

典型的には、各ランプ出力の所望のスペクトル特性を得
るにはランプの外部吸収ろ波が必要である。

カラー輸カラー分解の場合のように、走査速度に対して
望ましいように、走査線を連続的に駆動すると、フォト
ダイオードアレイの有効分解能は順次点灯するランプの
カラーサイクルを通じて走査方向に走査線の動きだけ減
少する。３個のランプから成る光学系の大きさと容積と
によっても同様に「接触」あるいは「横断ヘッド」式ス
キャナの用途への装置拡張性が制限される。

〔発明の目的〕

本発明は上述の欠点を解消するためになされたものであ
る。

〔発明の概要〕

本発明は新規な三色（ｔｒ　ｉｃｈｒｏｍａ　ｔ　ｉｃ
）ビームスプリフタとフォトセンサとの複合体である。

三色ビームスプリッタは投射映像を空間的精度ばかりで
なくスペクトル的精度を保ってその三つのカラー成分に
分解する複合二色性ビームスプリッタ板から構成されて
いる。三つの直線状アレイから成るフォトセンサは三色
性ビームスプリッタのカラー成分映像を受入れるように
精密に一定間隔で配置された三つの平行フォトダイオー
ドアレイを備えている　モノリシックセンサから構成さ
れている。

三色性ビームスプリッタ５６の一実施例を第３図に示す
。三色性ビームスプリッタ５６の他の変形例を第６図に
示す。第７Ａ図は三色性ビームスプリンタ５９を示して
いる。

本発明は小形で、廉価であり、製造しゃすい。

本発明の他の利点はビクセル内のカラーの一致である。

すなわち、ビクセルの各部分がすべて三つのカラー成分
を発生する。本発明は正確なスペクトル分解および空間
分離を行う特徴をも備えている。正確なスペクトル分解
は一部は二色性フィルタを通して、一部はカラーイメー
ジヤ装置の必要条件に合うようにスペクトル的に調整さ
れているランプによって行われる。正確な空間分離は板
の厚さの精度によって達成される。本発明は高分解能お
よび高走査速度によっても特徴づけられている。各ビク
セルはすべてのスペクトル成分を発生し、フォトセンサ
はスペクトル成分を並列に検出する。

本発明は従来のろ波技術と比較してきわめて効率的であ
る。本設計ではビームスプリフタに当る入射光の実質的
にすべてがフォトセンサによって集められる。従来のフ
ィルタは一般的には二つのスペクトル帯域を吸収して一
つを透過した。三色性ビームスプリッタで実質的にすべ
ての可視光が利用されるので、与えられた光学系に対し
て最大走査速度が得られる。

本発明は費用のかかる光学的整列を必要としない。二色
性被膜は製造過程でガラス板により精密に分離されてい
る。この分離はフォトセンサのフォトダイオードアレイ
の分離に対応する。本発明は多数の異なる実施例を作る
ことができる。その映像を作り出している物体を近くに
置いてもよいし、離して置いてもよい。三色性ビームス
プリッタ 氷の長さはページ幅に等しくしてもよいし、非常に短（
もてきる。カラー映像を三色に分解するかわりに、多数
の色に分けることができる。したがって、本発明は正確
で廉価な、しかも融通性のあるカラー分離器を提示する
ものである。

〔発明の実施例〕

本発明においては、投射された線像の精密なスペクトル
分解および空間的分離が第３図に示すような複合二色性
ビームスプリッタにより達成される。各ビームスプリン
タ２．３は、精密に研削、研磨され、片面または両面が
所定の多層誘電干渉光学フィルタ被膜（ｎ＋ｕｌｔｉｌ
ａｙｅｒ　ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　１ｎｔｅｒ−ｆｅｒ
ｅｎｃｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｌｔｅｒ　ｃｏａｔｉ
ｎｇ）　５０．５２．５４（今後二色性被膜と言う）で
被覆されたガラ、ス板から構成されている。各二色性被
膜５０．５２．５４で、入射光は波長に応じて反射され
るか透過されるかするが吸収損失は無視できる程である
。二色性被膜５０．５２．５４の組成は正確な帯域通過
ろ波を行うように設計することができる。

二色性被膜は光学の分野では良く知られている。

該被膜は代表的には、ガラス面上に、典型的には約３ミ
クロンの集積厚さに２０以上の高屈折率および低屈折率
の光学層を交互に真空蒸着（ｖａｃｕｕｍ−ｄｅｐｏｓ
　ｉ　Ｌｅｄ）　Ｌ／たものから構成されている。材料
の組成と蒸着の方法とは非常に正確なスペクトル帯域通
過ろ波を行うように設計することができる。

二色性被膜で被覆された１枚のガラス板前面で構成され
る多様な二色性フィルタを多様な供給元（たとえば、カ
リフォルニア州すンタ・ローザにある０ｐｔｉｃａｌ　
Ｃｏａｔｉｎｇ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ、　Ｉｎｃ、）
から市販品として人手できる。

本発明に適する二色性ビームスプリフタ板を第２Ａ図お
よび第２Ｂ図に示す。第２Ａ図に示すビを反射し、赤色
光と緑色とを通過するように作られている。

第２Ｂ図に示すビームスプリッタ３は両面が、第１の二
色性被膜５２に公称４５°で入射する光が赤のスペクト
ル帯域（たとえば、６００〜７００ｎｍ）を反射し、−
労資と緑の帯域を透過するように二色性被８５２．５４
とで被覆されている。第２の二色性被膜５４に入射し、
その光学軸が二色性被膜から公称４５″の向きになって
いる緑の光は反射される。反射された緑の光はガラス板
６２を通り、第１の二色性被膜５２を４５″の角で通っ
て戻される。第２Ｂ図に示すように、入射光の赤と緑と
の成分は９０°で反射される。反射された赤と緑との成
分は平行でかつ、ガラス板６２と二色性被膜５２．５４
の厚さ、およびそれらの屈折率とで決まる距離だけ互い
に分離されている。

入射光ビームの三色分解は第３図に示すようにビームス
プリッタ板２と３との複合体により行われる。スペクト
ル的に調整された三つの二色性被膜５０．５２．５４の
それぞれはガラス板６０．６２の厚さだけ離れている。

第１の二色性被膜に入射し、光学軸がその二色性被膜か
ら４５″の向きになっている入射光は青のスペクトル帯
域が反射されるようにろ波される。反射されない帯域（
赤と緑）はガラス板６０と６２との間に配置された第２
の二色性被膜５２に伝えられる。被膜５２は赤のスペク
トル帯域を反射する。残りの帯域は、緑のスペクトル帯
域であるが、第３の二色性被膜５４から反射される。

赤と緑のスペクトル成分はガラス板６０．６２、および
二色性被膜５０．５２を通って、実質的に乱されること
なく、複合ビームスプリッタ５６を出る。このようにし
て入射光ビームの分離された赤、緑、および青の成分は
、平行に空間分離されている（これは単にガラス板６０
．６２および二色性被膜５０．５２．５４の厚さと、そ
れらの屈折率とから決まる）主要入射ビームに対して９
０’で反射される。反射されるカラー帯域の順序は例と
して示したに過ぎない。

更に、第三の二色性被膜５４をミラー被膜（ｍｉｒｒｏ
ｒｃｏａｔｉｎｇ）で置きかえることもできる。という
のは残りの第三のカラー成分だけがその被膜界面に到達
するからである。

本発明に適するフォトセンサを第４Ａ図に示す。

フォトセンサ１１は、第３図および第５Ａ図に示す、集
束線状映像（ｆｏｃｕｓｅｄ　１ｉｎｅ　ｉｍａｇｅ）
　８．９、および１０とそれぞれ一致するように精密に
心合せし、かつ一定間隔に配置された三つの直線状フォ
トセンサアレイ１２．１３および１４を備えた単一チッ
プ、単一パッケージの固体装置であることが望ましい。

このような装置は既知の技術を用いて作ることができる
。たとえば、多数のフォトセンサアレイ装置を現在市場
から入手できる。最もすぐれているのは電荷結合シフト
レジスタを備えたフォトダイオードアレイ　（ＣＯＤフ
ォトセンサ）である。このような単独線状ＣＯＤフォト
ダイオードアレイ装置はカリフォルニア州バロアルト所
在のフェアチャイルド・セミコンダクタ、日本の東芝、
およびその他の会社から市場入手できる。フォトセンサ
アレイ装置はラインあたり　１２８から５０００光エレ
メントを超える範囲の商用分解能を備えている。

光エレメント間の間隔は一般に１０から６２ミクロンの
範囲である。したがって、第４Ｂ図に示すフォトダイオ
ードプレイの設計と製造は三つの平行フォトセンサアレ
イ１２．１３および１４を作るのに既知の技術を利用し
ている。距離ｒＤＪはフォトセンサアレイ１２．１３お
よび１４を分離している。第５Ａ図に示すように、距離
ｒＤＪは二色外被ｌｌＵ３Ｏ，５２および５４の分離と
、フォトセンサ１１の角θとに関係している。フォトセ
ンサ１２と１３との距離はフォトセンサ１３と１４との
距離に等しくする必要はない。

三つのフォトセンサアレイ１２．１３、および１４は同
期化のための共通りロック入力を備えている。当業者に
は周知のとうり、集積回路フォトリソグラフィ・プロセ
スは三つの直線状フォトセンサアレイ１２．１３、およ
び１４をサブミクロンの精度まで心合せし、かつ間隔を
決めることができる。上述の三色ビームスプリンタ５６
と三つのフォトセンサアレイ検出器１２．１３および１
４の空間的精度を組合せることにより、検出した映像を
元の単一線像と正確に一致させることができる。

三色ビームスプリンタ５６とフォトセンサ１１との好ま
しい配置を第５Ａ図の端面図に示す。三つの分離したカ
ラー成分の間でガラスを通る光路長が違うので、ビーム
スプリッタ５６とフォトセンサ１１とはガラスの公称屈
折率に対して９０″より小さい、典型的には８０°の包
含角（ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ　ａｎｇｌｅ）をなすように
取付けられる。前記角度はレンズとフォトセンサとの間
の焦点距離には無関係である。前記包含角で、分離され
た三つのカラー成分はそのそれぞれの直線状フォトセン
サアレイ１２．１３、および１４に正しく収束する。ア
レイ１２．１３、および１４の空間的分離はガラス板６
０．６２、二色性被膜５０．５２および５４の厚さと、
それらの屈折率とによって直接決まる。（角と分離距離
とを計算するには標準のレンズ公式を使用する。）三色
ビームスブリック５６とフォトセンサ１１とは所定の角
とべ距離とを保ち、かつ部品を一つのパンケージに統合
するハウジング内に組立てるのが望ましい。

光学で周知のとうり、９０°以外の入射角でガラス板を
透過する集束光ビームは斜動球面収差（ｏｂ−１ｉｑｕ
ｅ　５ｐｈｅｒｉｃａｌ　ａｂｂｅｒａｔｉｏｎ）を受
ける。このため非点収差を生ずる。ガラスの厚さと入射
角とを増すと非点収差が悪化する。赤、青、および緑の
スペクトル成分の受ける劣化の程度は、それらのガラス
を通る光路長が異なることと入射角が大きい（４５＠）
こととのため、異なる。これは三色ビームスプリッタを
通る色彩焦点（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ　ｆｏｃｉ）が結像
レンズが作る焦点深度を超えるという程度までに焦点と
カラー分解技術の分解能とを損う。

好ましい実施例では、ガラス板６０．６２と二色性被膜
５０．５２、および５４の厚さ、およびフォトセンサ１
１の三つのフォトセンサアレイ１２．１３、および１４
の空間分離とは、そうしない場合の光学的欠陥を無視で
きるようにかつ価格を最小限にするように包括的に最小
限にされる。薄いガラス板（０，１から０．２　ミリメ
ートルの程度）は実質的にゆがみ無く研削し被覆するの
は難しいので、ビームスプリフタ製造の好ましい方法は
、第５Ｂ図に示す厚いガラス基板７０を採用し、これか
ら三色ビームスプリッタ５６を作り上げる。この好まし
い方法では、厚いガラス基板７０を平らに研削し、研磨
し、二色性被膜５４で被覆する。該被膜５４に、光学セ
メント（ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｅｍｅｎｔ）を使用してガ
ラス板６２を接合する。次にガラス板６２の露出面を平
らに研削し、研磨して、複合体を通して測ったとき被膜
、セメント、およびガラスの厚さが所定の厚さになるよ
うにする。同様な方法で、ガラス板６２に二色性被膜５
２を被覆し、次にガラス板６０に接合し、この時点で板
６０の表面を研削し、研磨して所定の厚さにする。最後
に、二色性被膜５０を板６０の露出面に蒸着させる。前
記製作法を利用して、多数のビームスプリッタを最小の
部品価格で切取ることができる比較的大きなガラスシー
トから成る三色ビームスプリッタ５６を製造することが
できる。

別の実施例は一対のビームスプリッタ板と一つのプリズ
ムとを使用している。第６図に示すように、入射光ビー
ムは直角プリズム１の第１の底辺３０に直角に打ち当り
、これを通して、光ビームが４５°で入射するプリズム
１の斜辺３２に伝わるように配置されている。ビームス
プリンタ２と３とから成る、第３図の複合ビームスプリ
ッタ５６がこのプリズムに取付けられている。入射光ビ
ームの赤、緑、および青のスペクトル成分の三色分解は
前述のように行われる。反射した三つの成分ビームはプ
リズム１に再び入り、プリズムの第２の底辺３４に向う
。成分ビームは底辺３４に対して９０″でプリズムを出
、光学軸は空間的にｆｌＸだけ離れている。

ただしＸは隣接する二つの二色性被膜の間のガラス、光
学セメント、および二色性被膜から成る厚さである。ビ
ームスプリッタ５６を通して集束されるのに使用するレ
ンズにかかわりなく、三つの成分光ビームはプリズム１
の第２の底辺３４に対して角θ＝ａｒｃＬａｎ　２（ｎ
−１／ｎ）の向きにある平面内に収束する。ただし、ｎ
はガラスプリズム１およびビームスプリッタ板の屈折率
である（　ｎ　＝　１．５１７に対して、θ＝３４．２
８°）。三つの直線状アレイ・フォトセンサ１２．１３
．１４は、先に述べたとうり、三成分ビームの焦点の位
置で角θになるように前記平面上に配置されている。プ
リズムｌの付いた三色ビームスプリッタ５６によりガラ
スに対する入射角を９０’にし、各センサアレイ１２．
１３、および１４に色彩収束させることができる。

フォトセンサ１１をカラー分解するビームの光軸に直角
に整列するため、第７Ａ図に示すプリズム５９の付いた
二重三色ビームスプリッタを採用する。

この実施例では、カラー分解するビームのガラス内光路
長を三色ビームスプリンタ５６と５８とを互いに逆に配
置することにより等しくしである。

第７Ａ図に示したとうり、入射光ビームは直角プリズム
１の斜辺３２に直角に当り、これを通して、光ビームが
４５°で当るプリズムｌの第１の底辺３０に伝わるよう
に整列されている。第３図の複合ビームスプリッタ５６
はこのプリズムｌに取付けられている。入射光ビームの
赤、緑、および青のスペクトル成分の三色分解は上述の
とうり行われる。

反射した三つの成分ビームはプリズム１に再び入り、プ
リズム１の第２の底辺３４に向い、分解した各ビームは
４５°の入射で第２の底辺３４に当る。第２の複合ビー
ムスプリッタ５８がプリズムｌの第２の底辺３４に取付
けられている。ビームスプリッタ５６および５８の板６
０．６２、および二色性被膜５ｏ、５２．５４は同じで
ある。ただし、プリズムｌの各底辺３ｏ、３４の上の、
複合ビームスプリッタ５６と５８およびその多層誘電体
被膜５０．５２．５４は三色プリズム・ビームスプリッ
タ５９に出入りする各成分カラービームの光路長が同一
になるように逆にしである。すなわち、青のような、成
分カラービームは底辺３゜に設置された板６０の二色性
被膜５０によって反射する。次に、青の成分は底辺３４
に隣接して配置されている板６０の二色性被膜５０によ
り反射する。同様な仕方で、赤の成分カラービームは中
間フィルタ５２から中間フィルタ５２に進み、緑の成分
は第７Ａ図に示すように後側フィルタ５４によって前側
フィルタ５４に反射する。底辺３４に隣接する三色ビー
ムスプリッタ５８から反射したビームはプリズムｌの外
に向う。このビームは斜辺３２に垂直で、入射光ビーム
と平行である。ビームスプリフタのガラス板６０．６２
とその二色性被膜５０．５２．５４との厚さにより反射
ビームの分離が決まる。したがって、二重三色ビームス
プリンタ５９はすべてのカラー成分に対してガラスを通
過する光路長を等しくする。

また、光は直角にプリズムを出入りする。

三色ビームスプリッタ５９の別の実施例では明らかにプ
リズムｌを省略することになる。プリズム１が無ければ
、入射光はビームスプリッタ５６および５８に４５°で
当り、フォトセンサ１１の焦点面で非点収差的焦点を生
ずる。非点収差による影響の程度は付随する光学系の投
影レンズの焦点深度と三色ビームスプリフタを構成する
各種二色性被膜の空間分離との関数である。前記代案実
施例の主な利点は、そうでない場合には、レンズをそれ
に対して補正しなければならなかった光路中のガラスを
排除したことである。

単なる例としてだけ、第７Ａ図の三色ビームスプリッタ
５９を採用している光学系を第８Ａ図および第８Ｂ図に
示す。同様な光学系をそれぞれ第５Ａ図、第６図、第７
Ａ図のビームスプリッタ５６．５８、およびプリズム無
しビームスプリンタ５９を付けて、あるいは入射光ビー
ムを複数のビームスプリッタ板を組合せて三つより多い
スペクトル帯域に分離するビームスプリフタを付けて採
用することができる。元の物体の線像７は第８Ａ図に示
す開ロア５を通してレンズ６によりプリズム１の斜辺を
通り入射ビームの光軸が斜辺に垂直になるように投射さ
れる。開ロア５は主物体線７のまわりの遠く隔たった物
体線からの映像を阻止するように作られている。これは
そうしなければ複数の別々の映像がフォトセンサに入る
ことがあるからである。

入射ビームは先に述べたようにその三つのカラー成分に
分解される。青、赤、および緑の成分はそれぞれ線像８
．９および１０のようにプリズム１から出て来る。ビー
ムスプリッタ５８を通るカラー成分ビームの個々の光路
長は同一であるから、前記線像８．９、および１０はプ
リズム１の斜辺に垂直な一つの平面上に存在する。三つ
の線像８．９、および１０の空間分離はビームスプリッ
タ板６０．６２の六つの二色性被膜５０．５２、および
５４のガラス板の間隔によって決まる。ビームスプリフ
タ板６０．６２の個々の厚さを慎重に選択することによ
り、集束線像８．９、および１０の空間分離を非常に正
確に決定し維持することができる。この特徴は第８Ａ図
および第４Ａ図に示す前記モノリシック固体フォトセン
サによる三色光検出に特に適している。

各線像８．９および１０は平行に隔てられた三つのフォ
トセンサ１２．１３、および１４の一つによって電子的
に検出される。

前述の三色ビームスプリッタ５９の組立図を第７Ｂ図に
示す。四つのビームスプリッタ板２．３．４、および５
は図示のとうりプリズムｌの周りに配置され、標準慣例
による光学セメントで互いに固定されている。前記光学
セメントは屈折率がガラスと合うように選択される。典
型的な光学セメントはポリエステルまたはアクリル系で
ある。組立プロセスでは接合線軸１ｕｅ　１ｆｎｅ）の
厚さを最小にすること、好ましくはミクロンまたはサブ
ミクロンののり状膜（ｇｌｕｅ　ｆｉｌｍ）としてビー
ムスプリッタ板の二色性被膜の間隔の不規則変動を最小
限にすることが重要である。これは代表的には接着プロ
セス中複合構造に熱および圧力を加えて行われる。

今度は第７Ａ図に示すビームスプリッタの寸法を参照し
、二色性被膜５０．５２、および５４が距離Ｘだけ離れ
ていると仮定すれば、三つの集束線像８．９、および１
０の受ける分離はＦＴ・２ｘである。誘電体光学フィル
タ５０．５２、および５４の分離はガラス板の厚さによ
り左右される　（フィルタ５０．５２、および５４の厚
さは標準の二色性被膜の場合、典型的には３μｍである
）。このように、ガラス板の厚さは主として線像８．９
、および１０の間の分離を決める。線像８．９、および
１０の分離の変動はガラス板の分離の変動によって決ま
る。たとえば、映像線８．９、および１０を７μｍ（標
準の１３μｍの光エレメントの半分）の間隔公差に維持
するには、ガラス板の厚さの公差は２．５μｍ（０，０
００１インチ）にする必要がある。このようなガラスの
厚さの精度は従来の研削、研磨手順と機器を用いて得る
ことができる。

三色ビームスプリッタ５９を通るカラー成分の光路長は
ｆｌ　Ａ＋２ｆｆ　Ｘである。ただし、Ａは第７Ａ図に
示すように、プリズム１の底辺の寸法である。基板（ｂ
ａｓｅ）および板の寸法の適度に小さな変動は通常大多
数のレンズの正常焦点深度特性により処理することがで
きる。

先に示したとうり、線像８．９．１０とフォトセンサア
レイ１２．１３．１４とは間隔が合っていることが望ま
しい。したがって、フォトセンサアレイ１２．１３、お
よび１４の間の間隔は二色性被膜５０．５２．５４の間
の間隔が第７Ａ図に示すビームスプリッタ５９における
Ｘであるとき５丁・２Ｘとすべきである。

このようにして、アレイの間隔をｌ　、　Ｏｍｍとすれ
ば、ビームスプリンタ５９に対してビームスプリンタ板
６０．６２の厚さを０．３５ｍｍにしなければならない
。正常状態のもとで、このような小さな厚さのガラス板
に施した二色性被膜５０．５２、および５４はガラス板
をわずかに曲げることになる。ただし、ビームスプリッ
タ５９の組立中、プリズムｌの堅い平らな表面への板の
接着性と適合性とによって曲りを除くことができる。Ｃ
ＣＤフォトダイオードアレイに対する合理的な最小アレ
イ間隔は約０．２から０．３である。このような最小間
隔にするにはビームスプリフタ板６０．６２の厚さを、
利用するビームスプリッタの具体的構成により、０．０
７から０．２ｍｍの程度にしなければならない。製造時
これらの寸法を達成するには、前に述べた第５Ｂ図の製
作技法が望ましい。この技法は前述の三色ビームスプリ
ンタ構造のすべてに適用できることが明らかである。

第８Ａ図の輪郭図は「投射」結像装置の外観を備えてい
る。すなわち、比較的長い物体線７がレンズ６を経由し
てもっと小さい映像線８．９、および１０に投射される
。このようなシステムでは、フォトセンサアレイ１２．
１３、および１４の第４Ｂ図に示す光ニレメンｌ−８０
は比例して元の物体の所定の走査分解能より小さくしな
ければらない。このような「投射」式走査装置の利点は
小さなフォトセンサアレイ１２．１３、および１４を使
用することである。

本発明は「投射」光学系に限られるものではなく、事実
、他の製品形態、応用形態に全く拡張可能である。特に
、提示した三色ビームスプリッタ５９と三つの直線状ア
レイ・フォトセンサ１１とはファイバ・アレイレンズ１
５と−まとめにして第９図に示す「接触」弐走査ヘッド
５７を作ることができる。「接触１式走査ヘッド５７は
主として倍率Ｉのレンズを使用する。このように、レン
ズとセンサとを原物の非常に近くに小じんまりとまとめ
ることができる。　（走査ヘッドは名称が示すようには
実際に原物と接触してはいない、） ファイバ・アレイレンズ１５は映像の分野では周知であ
り、５ｅｌＦｏｃレンズという名称で日本板硝子（日本
）の製品である。ファイバ・アレイレンズ１５はページ
幅のような狭く長い長さに利用することができる。ファ
イバ・アレイレンズ１５は所定の長さのガラスファイバ
から作られる。各ファイバは一つ一つのレンズとして働
く。それは、化学処理によって屈折率がファイバの半径
の関数として変るからである。本例では、レンズアレイ
１５は物体７の線像を三色ビームスプリッタ５９を通し
て三つの直線状アレイセンサ１１に投射する。レンズア
レイ１５、ビームスプリンタ５９（または他の前述のビ
ームスプリンタ構造体）、およびフォトセンサ１１の長
さは、第９図のページ内に移動するにつれて、用途によ
って決まる。すなわち、ページ幅走査に対しては比較的
長い長さ　くたとえば、長さべ ８．５嶽ンチ）、あるいは走査ヘッド５７が原物体上を
外部機構により前後に横断する「横断」弐走査に対して
は短い長さとなる。走査分解能が同等な場合、第９図に
示す接触（倍率１）弐走査ヘッド５７は第８Ａ図および
第８Ｂ図に示す投射式走査へフドと比較してビームスプ
リッタ板２．３．４．５の厚さに関し比例的に公差をゆ
るくしなければならない。他方、走査幅が同等な場合、
接触スキャナ５７は、走査ヘッド５７が原物体を横断し
ないかぎり、レンズ倍率の比で測って、比例的に長くし
なければならない。

二色性被膜５０．５２、および５４の他のる波技法に対
して格段に有利な点は帯域通過波長と帯域通過の傾斜特
性、クロスオーバ特性とに関して設計を自由に変えられ
ることである。非常に鋭いステップ関数帯域通過ばかり
でなく隣接カラー帯域との制御傾斜クロスオーバ（ｃｏ
ｎｔｒｏｌｌｅｄ　５ｌｏｐｅ　ｃｒｏｓｓ−ｏｖｅｒ
）は与えられたフィルタの、層の数、材質の種類、およ
び被覆層の厚さによって管理される。

可視スペクトル内では、赤、緑と青またはシアン、マゼ
ンタ、および黄の間で非常にきれいな帯域の識別ができ
る。対照的に、従来技術で使用している、従来の有機染
料フィルタでは、−ａ的にあまりはっきりしていす、通
常は、与えられた検出三色カラーの飽和不足による、帯
域の近接や複数帯域ろ波の特性を示し、このため結局は
正確なカラー分解ができない。

本発明の教示は主としてカラー文書の走査に通用されて
きた。本例では、走査された文書の映像はカラーモニタ
に表示される。カラー分解の精度は表示された映像のカ
ラーと元の文書のカラーとの類似によって判断される。

カラーの忠実性を得るには、カラー分解がモニタ表示装
置の画面の赤、緑、および青の個々の蛍光体のスペクト
ル特性と合っていなければならない。これは、第１０図
に示すように、試験装置に二色性ビームスプリッタ１６
と１７、および蛍光体を特別に調製した蛍光灯２２を使
用することにより首尾よく達成された。試験装置は２０
４８個の要素アレイと共に三つの単独直線状アレイＣＣ
Ｄフォトセンサ１８．１９、および２０（東芝ＴＣＤ１
０２Ｃ−１）を使用している。

第１０図を参照すると、蛍光光源２２が原文書２１の表
面を照らしている。原物体７の線像はレンズ６により二
色性ビームスプリッタ１６と１７とから成るビームスプ
リッタ・アセンブリに投射される。ビームスプリッタ１
６と１７とは片面に二色性被膜５０と５２とをそれぞれ
被覆した扁平なガラス板である。

ビームスプリッタ１６は青色光を反射し、赤と緑とのス
ペクトル帯域を透過する。前記青色光は、ビームスプリ
ッタ１６を入射光ビームに対して４５°傾けて、第１の
ＣＣＤ直線状アレイ・フォトセンサ１８に反射される。

ビームスプリッタ１７は赤の光を第２のＣＣＤフォトダ
イオード・アレイセンサ２０に反射する。前記ビームス
プリッタ板はＯｐｔｉｃａｌＣｏａＬｉｎｇＬａｂ、の
市販の青および赤の４５°の二色性カラー分解フィルタ
である。両ビームスプリッタ板を通過する緑の線像は第
３のＣＣＤフォトダイオード・アレイセンサ１９に捕ら
えられる。ビームスプリッタ板１７も、図示のように４
５″に整列されている。

第１０図の一括ビームスプリッタアセンブリの帯域通過
特性を第１１図に示す。カラー帯域間のクロスオーバ波
長は分解に関しきれいでスペクトル的に正確であるが、
反射された帯域は出力装置のカラーバレット（ｃｏｌｏ
ｒ　ｐａｌｅｔｔｅ）のスペクトル形状と過不足分（ｂ
ａｌａｎｃｅ）を分担しない。出力装置はモニタとハー
ドコピー装置とを備えている。この場合、スペクトルの
正確さは光源２２をスペクトル的に特別調整することに
より最も容易に得られる。

蛍光灯の蛍光体は広範囲のスペクトルを得るようにブレ
ンドすることができる。二色性被膜５０．５２のスペク
トル帯域通過特性は被膜５０．５２のカラー分解がモニ
タの表示蛍光体に合うようにランプ２２の蛍光体を選定
するのに使用することができる。

ＨＰのカラーモデル研究の結果はスキャナの光源２２の
原型であるシルバニャ・ランプが使用したランプ仕様と
なった。シルバニャが製作し測定した前述の蛍光体の処
方（Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ社から）と原型ラ
ンプのスペクトルとを第１２図に示す。

二色性ビームスプリッタ１６および１７により分解され
、ＣＣＤフォトダイオードアレイ１８．１９、および２
０で検出された前記スペクトル的に特別調整した蛍光灯
のスペクトルは標準のモニタ蛍光体出力とほとんど同等
のカラー音階（ｃｏｌｏｒ　ｇａｍｕｔ）を発止する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明を用いることにより、正確な
カラースペクトル分解ができ、高分解能、高速操作性を
有した、小形、廉価、製造容易なカラーイメージヤを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術のカラーセンサーを示す図、第２Ａ図
及び第２Ｂ図は、二色性ビームスプリッタ板を示す図、
第３図は、本発明の一実施例の三色ビームスプリンタを
示す図、第４Ａ図及び第４Ｂ図は、それぞれフォトセン
サ集積回路、フォトセンサーアレイを示す図、第５Ａ図
は、本発明の一実施例の三色ビームスプリフタと三色フ
ォトセンサーの相対位置を示す図、第５Ｂ図は、三色ビ
ームスプリッタの構成法を示す図、第６図は、プリズム
が付加された本発明の三色ビームスプリフタの別の一実
施例を示す図、第７Ａ図は、プリズムが付加された二重
三色ビームスプリンタを示す図、第７Ｂ図は、その組立
図、第８Ａ図は、プリズム付二重三色ビームスプリンタ
を使用した光学系を示す図、第８Ｂ図は、その等殉国、
第９図は、本発明の別の一実施例を示す図、第１０図は
、フィルタの試験装置を示す図、第１１図は、第２Ａ図
及び第２Ｂ図のフィルタのスペクトル透過を示す図、第
１２図は、第１１図に示すスペクトル透過へ調整された
ランプ出力を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の二色性被膜が透明層部材を介して互いに積
   層されていることを特徴とするビームスプリッタ。