JPH02214372A

JPH02214372A - カラー画像読取り装置

Info

Publication number: JPH02214372A
Application number: JP1035694A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Nakai; 武彦中井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1990-08-27
Also published as: JPH0546139B2

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】［産業上の利用分野］本発明は固体撮像素子を用いてカラー画像を読取る装置
、特に格子厚が適当に変化させられている１次元ブレー
ズド回折格子を介して被写体からの光を複数の固体撮像
素子アレイに導くカラー画像読取り装置に関する。

［従来の技術」従来、原稿等の被写体を副走査方向にライン走査しその
画像を固体撮像素子（ＣＣＤセンサー等）アレイでカラ
ー読取りするものとして、第９図に示す如き装置が知ら
れている。同図において、照明用光源（不図示）からの
光で照明された原稿面１８の一部上の情報は、結像光学
系１９を介してスリーピース（３Ｐ）プリズム２０で３
色に分解された後、３つの１ラインＣＣＤセンサー２１
．２２．２３に結像されて読取られる。

［発明が解決しようとする課Ｍ］しかし乍ら、この従来例では、センサーが独立に３つ必
要であり、また、通常、３Ｐプリズム２０は製作上高精
度が要求されるのでコストが高（付（、更に、集光光束
と各センサー２１．２２．２３との調整が３つ独立に必
要であり、製作の困難度が高いなどという欠点もあった
。

そこで、センサーアレイを、３ライン、同一基板上に平
行に有限距離能して作り付け、モノリシックな３ライン
センサーとして３ラインを１素子上に形成することが考
えられるこの３ラインセンサー２４を第１０図に示す０
図中、３ライン２５．２６．２７間の距離Ｚ１．Ｚａは
様々の製作上の条件から、例えば０．１〜０．２ｍｍ程
度であり、各単素子２８の幅ａ、ｂは例えば７μｍＸ７
μｍ。

１０μｍＸ１ｏμｍ程度である。

こうしたモノリシック３ラインセンサーを受光素子に用
いたカラー画像読取り装置として公知な構成を第１１図
に示す。同図において、原稿面１８の情報を副走査方向
にライン走査して読取るにあたり、原稿面１８からの光
は、結像光学系１９を介して、２色性を有する選択透過
膜が付加された色分解用ビームスプリッタ−３０，３１
で３色の３光束に分解、分離された後、モノリシック３
ラインセンサー３２上の対応するセンサーアレイ３４３
５．３６に集光される。

しかし、第１１図に示す如く、ビームスプリッタ−３０
，３１の板厚をＸとしたとき、センサー３２上のアレイ
間距離は２１２　ｘとなり、前述の様にアレイ間距離（
２１２ｘ　）を０．１〜０．２ｍｍ程度とすると、板厚
（Ｘ）は３５〜７０μｍ程度ということになる、この数
値は、必要とされる面の平坦度等のことを考えると、製
作上容易ではない。

更に、こうしたモノリシックな３ラインセンサーを用い
た別の構成のカラー画像読取り装置も公知である。この
構成では、上述したモノリシック３ラインセンサーに対
応し得るような色分解１分離手段として、ブレーズド回
折格子を用いる光学系が提供される。

しかし、この構成では、被写体の１点からの光について
のみ考慮され、主走査方向に有限な読取り幅が被写体面
に存在することによる所謂画角特性については何ら考慮
されていない。

従って、本発明の目的は、上記の問題点を解決すべ（、
特別の形態を有する１次元ブレーズド回折格子を用いた
カラー画像読取り装置を提供することにある。

［発明の概要］本発明によるカラー読取り装置においては、被写体から
の角度を持った光束が、結像光学系及び１次元ブレーズ
ド回折格子を介して、異なる波長域から成る複数の光束
に分離され、夫々、センサー上の応対するセンサーアレ
イに結像する様に構成され、且つ１次元ブレーズド回折
格子の格子厚が当該格子に入射する光の主光線の画角に
対応して変えられ、それにより色分解される３光束の波
長域が、夫々、全画角に亙って実質的に等しくなってい
る。

［実施例］第１図と第２図は本発明の一実施例に使用される１次元
ブレーズド回折格子１を示す、この種のブレーズド回折
格子については、Ａｐｐｌｉｅｄ　　０ｐｔｉｃｓ誌、
第１７巻、第１５号、２２７３〜２２７９ページ（１９
７８年８月１日号）に示されている。

ブレーズド回折格子１は、回折格子基板ｌａ、Ｉ：にＸ
方向に周期的に階段状の回折格子２（厚みｄ、と厚みｄ
２の部分から成る）が形成されている。そして、回折格
子２の厚みｄ９．ｄ２は、第１図と第２図のｘ−ｚ断面
を示す部分に示されているように、Ｘ方向に沿って変化
している。

第３図に、上記１次元ブレーズド回折格子１を含むカラ
ー読取り光学系が示されている、同図において、原稿面
８上の画像情報は、この原稿面８と結像光学系９との間
に配置されるミラー（不図示）などにより副走査方向に
ライン走査され、そして画像情報光は結像光学系９を介
して、３色分解用１次元ブレーズド回折格子１に導かれ
る。ここで、情報光は所謂カラー読取りにおける３色（
例えばＲＧ、Ｂ）の光束に分離された後、モノリシック
３ラインセンサー３上の各センサーアレイ４．５，６上
に結像される。３ラインセンサー３のセンサー面はライ
ン走査方向（副走走査方向）と平行に配置されている。

ここで、本発明の原理をより良（理解するために、１次
元ブレーズド回折格子が通常のものであるとき、第３図
の構成において如何なる問題が起こるかを詳説する。

実際の読取り装置を構成する上で、第３図（ａ）に示す
通り、有限な読取り幅Ｗが必要であり、よって結像光学
系９に対して画角θが存在する。従って、主走査断面に
て、結像光学系９の光軸外の点からの光束は、その主光
線がθなる角度で結像光学系９に入射し、第４図に示す
如（その射出瞳１０からθ′の角度で射出する６通常光
学系ではθ与θ′である。

このような画角を持った光束の主光線が第５図と第６図
に示すような一定の格子厚ｄ１、ｄヨを持つブレーズド
回折格子１′にθ′の角度を成して入射すると、主光線
が垂直入射する場合と格子２′内の実光路長が異なり１
両者のブレーズ波長がずれるという問題が起こる。

これは、ブレーズ波長んと厚みｄ、とに以下の関係があ
るからである。

１二 λ　　　（ｉ＝１．２）ここでΦ、は位相差（ｒａｄ）、ｎ２は波長先の光に対
する格子媒質の屈折率である。

即ち、所定次数の回折光について所望の位相差Φ、を得
る波長えは、第６図のように格子厚ｄ、が一定であれば
、画角が大きくなるにつれて即ちθ′が太き（なるにつ
れて短波長側にシフトする。これは、幅Ｗを持つｌライ
ン上の画像情報を読取るに際し軸上から軸外に向けて各
センサーアレイに捕捉される光の波長域の波長分布がず
れることを意味し、結果的に色ズレを引き起こす。

例えば、第５図と第６図に示す２段の階段状構造から成
るブレーズド回折格子１″の場合、ｄｌ　＝３１００ｎ
ｍ、ｄ＊　＝６２００ｎｍ、ｎ１＝１．５として、θ′
＝ｏの軸上では１次回折光ビレーズ波長は５１６．７ｎ
ｍ　（Φ６＝６π、Φ２＝１２πとする）となるがθ′
＝２０°の軸外ではこの波長が４９２３ｎｍとなって約
２４ｎｍシフトしてしまう。

そこで、上記の位相差Φ、の式から分かるように、画角
θ′に対応して回折格子の厚みｄｌを変えれば全画角に
亙ってブレーズ波長えを一定にできることに着目する。

これが本発明の考え方である０例えば、前述の如（、ｄ
ｌ　＝３１００ｎｍ、ｄ＊　＝６２００ｎｍ。

ｎλ＝１．５とすると、θ’＝ｏではΦ１＝６π、Φ８
＝１２πとしてブレーズ波長は５１６．７ｎｍであった
が、θ’＝２０”でもブレーズ波長がこの値になるよう
にｄ、とｄ□を決定すると、ｄ　ｒ　＝　３２５３　、
７　ｎ　ｍ。

ｄａ　＝　６５０７．４　ｎｍとなる。

従って１画角θ’＝２０”の主光線が回折格子１を通過
する位置での格子厚ｄ＋−ｄｉを、前記の如く厚（すれ
ば、軸上と軸外でブレーズ波長を一定に保つことができ
る。第１図と第２図に示す１次元ブレーズド回折格子１
の格子厚ｄ＋、ｄａは、この様に軸上から軸外へ行（に
つれて厚くなるように変化している。

次に、画角θ斡θ′に起因する別の問題を考える。

ブレーズド回折格子１から３ラインセンサー３までの光
路長は、第４図に示す如く、軸上光線では１０となるが
、入射角θの軸外光線では射出瞳１０から射出角θ′で
出射してくるので、当該距離は１　ｌ＝　ｌ　ｏ　／　
ＣＯＳθ′〉１゜どなる。

一方、ブレーズド回折格子ｌにおける回折角αは、第５
図、第７図において、Ｐｓｉｎα：え（Ｐ：格子ピッチ
、ん：波長）である以上より、センサー素子面における
色分解光間の１４３図（ｂ）と第７図に示す分離距離Ｚ
は、軸上でＺ＝ｔｏ　ｔａｎαとなり、軸外でＺ＝Ｌ＋
　ｔａｎａ＝ｌｏ　ｔａｎａ／ｃｏｓθ′となって５両
者は一致しない、この様に、軸上と軸外ではセンサー素
子面での分離距離が異なり、センサーアレイ間隔が一定
である３ラインセンサーであると、３色の光束が全画角
にわたって対応するセンサーアレイ４５．６に正しく結
像しないことになる。

例えば、Ｐ＝６０ｕｍ、ん＝５４０ｎｍ　（グリーン）
、画角θ押θ′＝２０ｄｅｇ、１ｏ＝２０ｍｍとした場
合、分離距離の軸上と軸外でのズレは約１１．５μｍ程
度となり、前述の素子サイズ７μｍ　Ｘ　７μｍ％　ｌ
ｏｕｍ×１０μｍと比較すると、光束の結像中心がセン
サー素子中央から大きく外れてしまう。

画角θを小さくすればこのずれは小さくなる理屈である
が、装置のコンパクト化から画角θをいたずらに小さく
することはできない。

そこで、例えば、Ｐｓｉｎα＝えにおける格子ピッチＰ
を軸上と軸外で変えることにより１次回折光の回折角α
を変え、センサー３のセンサーアレイ４．５，６上に３
色の光束が全画角に亙って正しく結像する様にする。

前記の如く、軸上での格子ピッチＰをＰ＝６０ｇｍ、λ
＝５４０ｎｍ％　ｉｏ　＝２０ｍｍとした場合、θ崎θ
′＝２０ｄｅｇの光束の主光線が回折格子に入射する位
置での格子ピッチはＰ＝６３．８５ａｍとなる。

しかし、本実施例の１次元ブレーズド回折格子１は画角
に対応して格子厚ｄ１．ｄｘを変えているので、その上
格子ピッチも変えると格子形状が２次元的で複数なもの
となり、製作が相当困難となる。

そこで、第８図に示す如（、センサーアレイ４．５，６
上での結像位置のずれの補正は３ラインセンサー３を湾
曲させ、１次元ブレーズド回折格子ｌとセンサー３間の
光路長を全画角に亙って一定に保つことにより、軸上と
軸外での結像位置のずれをなくしてもよい。この様にす
れば、画角な持った情報光も、比較的簡単な構成のブレ
ーズド回折格子１、良好に色分解、分離、結像されるた
め、装置の生産性の向上並びにコストダウンができる。

［発明の効果］以上説明した様に、本発明においては、入射光束の画角
に対応して１次元ブレーズド回折格子の格子厚を調整し
ているので、画角を持つ情報光も波長分布のずれすなわ
ち色ズレな（、良好に、色分解、分離されて対応するセ
ンサーアレイに結像され、コンパクトで安価なカラー画
像読取り装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の一実施例に用いられる１次元
ブレーズド回折格子を示す図、第３図（ａ）、（ｂ）は
本実施例の読取り光学系の主走査断面図、副走査断面図
、第４図はブレーズド回折格子と３ラインセンサ一間の
光路長を説明する図、第５図と第６図は１次元ブレーズ
ド回折格子の機能を説明する図、第７図はブレーズド回
折格子による分離距離を説明する図、第８図は本発明の
変形例を示す図、第９図は従来のカラー画像読取り装置
を示す図、第１０図は従来のモノリシック３ラインセン
サーを示す図、第１１図は他の従来のカラー画像読取り
装置を示す図である１・・・・・１次元ブレーズド回折
格子、２・・・・・格子、３・・・・・３ラインセンサ
ー　４％５．６・・・・・センサーアレイ８・・・・・
原稿、９・・・・・結像光学系

Claims

【特許請求の範囲】１、１次元のセンサーアレイが、このアレイ方向と直角
に、複数ライン、有限距離を隔てて同一基板上に配置さ
れた複数ラインセンサーと、被写体の像を該センサー上
に結像する結像光学系とを有するカラー画像読取り装置
であって、該結像光学系と該センサー間の光路中に、被
写体からの光を前記アレイ方向と直角な方向に複数に色
分解すると共にこの色分解光を対応する各センサーアレ
イに導くための１次元ブレーズド回折格子が配置され、
該ブレーズド回折格子の格子厚が被写体からの光の主光
線の当該格子に入射する画角に対応して変えられている
ことにより、被写体全域からの光についてブレーズ波長
の等しい色ズレのない像が対応する各センサーアレイに
結像されることを特徴とするカラー画像読取り装置。２、前記ブレーズド回折格子の格子ピッチが、被写体か
らの光の主光線の当該格子に入射する画角に対応して変
えられている請求項１記載のカラー画像読取り装置。３、前記複数ラインセンサーが、該センサーとブレーズ
ド回折格子間の光路長が全画角に亙って等しくなるよう
に、湾曲している請求項１記載のカラー画像読取り装置
。