JPH03226067A - カラー画像読取り装置 - 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】 ［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
、特に被写体からの光を、結像光学系及び１次元ブレー
ズド回折格子を介して色分解、分離し複数の固体撮像素
子アレイに夫々溝（カラー画像読取り装置に関する。

［従来の技術］ 従来、原稿などの被写体を副走企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５図に示す如き装置が知ら
れている。同図において、開明用光源（不図示）からの
光で照らされた原稿面１の一部上の情報光は、結像光学
系１９を介してスリーピース（３Ｐ）プリズム２ｏで３
色に分解、分離された後、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窟］ しかし乍ら、この従来例では、センサーが３つ独立に必
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（つく。更に、集光光束
と各センサー２１．２２．２３との調整が各々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、同一基盤上に平
行に有限距ｆｉ離して作り付け、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６区に示す。図中、３ラ
イン２５．２６．２７間の距！！Ｓ、、Ｓλは様々な製
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Ｗ、　、Ｗ。

は例えば７　ｇ　ｍ　Ｘ　７　ＬＬｍ、ｌＯＬＬｍＸｌ
Ｏｕｍ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７図に
示す。同図において、原稿面１上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Ｉからの光は、
結像光学系２９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上の対応する各ライン素子上に集光され
る。

しかし、第７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上のライン間
距離は２Ｊ２Ｘとなり、前述の様にライン開路１ｔ（２
Ｊ２Ｘ）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
容易な値ではない。

一方、モノリシック３ラインセンサーの中央ライン２６
に対する他の２ライン２５．２７の距離は、−Ｍ的に言
って、各反対方向に等距離且つ副走査方向の画素サイズ
（第６図のＷ、）の整数倍になっているのが普通である
。

これは次の理由による。第８図から分かる様に、１！ｌ
掌の結像光学系４５のみを用いて上記モノリシック３ラ
インセンサーで画像読み取りする場合、３ライン２５．
２６．２７で同時に読み取られる原稿面上の位置は、第
８図の如く異なる３位置２５°　　２６°、２７°とな
る。この為、成る位置に対する３色（Ｒ，Ｇ、Ｂ）の各
信号成分は、同時に読み取られないので、読み取り後一
致させ合成する必要がある。

これには、ライン開路ａＳ、、Ｓ、を各画素サイズＷ２
の整数倍とし、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信号に対し、ａ、Ｒ＜＝号を遅延さ
せることによって、比較的容易に３色の合成信号が得ら
れる。よって、上記の如（整数倍にするのである。しか
し乍ら、ライン間距離相当に冗長ラインメモリーを充当
することは高価なラインメモリーを複数列持つことにな
り、コスト的に見て極めて不利であり、安価なカラー読
取り装置を提供するには程遠くなる。

従って、本発明の目的は、上記課題に鑑み、安価で高性
能な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〕 上記目的を達成する本発明では、固体撮像素子などの１
次元のセンサーアレイがこのアレイ方向と直角な方向に
３ライン有限距離を隔てて同一基盤上に配置された例え
ばモノリシックな３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ライン走査
型カラー画像読取り装置において、該結像光学系と該セ
ンサー間の光路中であって結像光字系の射出瞳よりセン
サー側に、被写体からの光を回折効果により分光分離し
上記アレイ直角方向に３色に色分解すると共にこの色分
解光を各々対応する各センサーアレイに導（為の１次元
ブレーズド回折格子が配置され、且つ前記３ラインセン
サーの中央のセンサーアレイに対する他の２つのセンサ
ーラインまでの距離が異なっている。

具体的には、前記中央のセンサーアレイに対する他の２
つのセンサーアレイまでの距離が、前記１次元ブレーズ
ド回折格子の、±１次の２つの回折光の回折効率最大の
波長により主として決定される３ラインセンサー上の上
記中央センサーアレイからの分離距離に対応している様
にさせる。

また、１次元ブレーズド回折格子は反射型であったり透
過型であったりする。

これにより、センサーライン間距離を、−Ｍ的な等距離
１画素サイズの整数倍にするという制約を外し得る系が
実現され、安価で高性能なライン走査型デジタル画像読
取りなどが出来る装置が達せられる。

［実施例］ 第１図は本発明の第１芙施例を示す。同図において、原
稿面１の画像情報が、結像光学系２との間に配されるミ
ラー（不図示）等により副走査方向（第１図（ａ）紙面
上下方向）にライン走査され、そして画像情報光は結像
光学系２を介して３色分解用反射型１次元ブレーズド回
折格子３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Ｒ，Ｇ、Ｂ）の光束５．６，７
に反射回折により図中左右方向に分離され、その後モノ
リシック３ラインセンサー４上の各センサーアレイすな
わちラインセンサー８．９．１０上に結像される。

上記３色分解用１次元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（１９７８年８月１日号
）に示されており、その形状は第１図ｔｂ）の拡大図に
示す如きものである。

ところで、第１図（ｂ）に示す反射型１次元ブレーズド
回折格子３において、反射回折分離された±１次回折光
７．５が０次元６との間でセンサー面４上で分離結像さ
れる距離１６．１５は、これをＺとして、第１図中の記
号を用いて、Ｚ＝ｆｆＸｔａｎ　　（ｓ　ｉｎ−’　（
士え／　ｐ　＋　ｓ　ｉ　ｎθ。）−〇。）　・・・・
・　（１） と表わされる（ここで、えは分離結像される情報光の波
長、θ。はブレーズド回折格子３への入射角、ｐは格子
ピッチ、！は格子−受光面距離である）。

例えば、反射型ブレーズド回折格子３の階段形状で、１
段目の深さｈｌ、２段目の深さｈｌを夫々ｈ　＋　＝　
９０９　ｎ　ｍ、　ｈ　ｚ　＝　１８１８　ｎ　ｍとし
た場合、０次光中心波長はえ。＝５２５ｎｍ、＋１次回
折光は先や＋＝５９２ｎｍ、−１次回折光はえ＝４７２
ｎｍとなる。これは次の式に従うもの％式％ （２） ：３ １／３、ん。はｍ＝３として求められる（但し、λ±１
に間しては近似値）。

従って、上記回折格子３の格子ピッチをｐ＝１８０μｍ
、格子−受光面距離を［＝４５ｍｍ、入射角をθ。＝３
０度と設定した場合、 ２え一＋＝０．　１７１　ｍｍ％Ｚ　Ｌ−１＝−０，１
３６ｍｍとなる。

すなわち、モノリシック３ラインセンサー４のセンサー
ライン間距離を、センターライン９（Ｇ）に対し、＋１
次光（え、１）側（Ｒ）で（すなわちラインｌＯまでの
距１１１６）０．１７１ｍｍ。

−１次光（１−＋）側（Ｂ）で（すなわちライン８まで
の距離１５）０．１３６ｍｍとなる様に非対称なライン
間隔１６．１５を持った３ラインセンサー４を作成すれ
ばよいことになる。これにより、前述の補間用冗長ライ
ンメモリーの不要な合理的なカラー読取り装置が実現さ
れる。

尚、上述の階段形状の格子厚ｈ＋、ｈｌと各次光中心波
長の関係から各次光中心波長を求めるに際し、ｍを３に
とったが、原理的には正の整数なら如何なる値でも良い
、しかし、１次回折効率に伴い、本実施例の場合でいう
なら、Ｒ，Ｂ成分の光量不足を招き易いことからも（特
に照明光源に、ハロゲンランプ等の黒体輻射に従う種類
などを用いるときには、Ｂ成分の光量不足を招き易い）
、ｍは３以上の値を取るのが望ましい。

第２図に、本実施例の反射型１次元ブレーズド回折格子
３とハロゲンランプを用いた場合の各分光分離成分のス
ペクトル分布を示す。

第３図は第２の実施例を示す。第１実施例では反射型１
次元ブレーズド回折格子３を用いて３色分離効果を実現
させていたが、第２実施例では透過型１次元ブレーズド
回折格子３゛により同様の効果を得ている。

第１図のものと同一の符号で示すものは同一機能を有す
る部材ないし回折光である。

第２図に示す如く、光字系の光軸に垂直に回折格子２３
を配置する場合を考えると、第１実施例の場合と同様の
記号を用いて、各次回折光の中心波長と階段形状の格子
の形態の関係は え＝（ｎλ−１）　ｈ　＋　／　ｍ　＝　（ｎん−１）
・ｈ。

７２　ｍ・・・・・　（３） となる（ここで、え。はｍ＝３、え、、はｍ＝３−１／
３、え−１はｍ　＝　３　＋　ｌ　／　３として求めら
れ、ｎえは格子２３の屈折率であり、先±１に関しては
近似値である）。

第１実施例と同波長のＯ次回折光中心波長え。

”５２５ｎｍを得る場合を考えると、ｎ−Ｆｌ、５とし
て ｈ＋　＝３１５０ｎｍ、ｈａ　＝６３００ｎｍとなるこ
のとき（３）式よりえ。＝５２５ｎｍ、え。１＝５９１
ｎｍ、え−＋＝４７３ｎｍとなり、第１実施例とほぼ同
一のＧ、Ｒ，Ｂの各次回折光中心波長が得られる。透過
型の回折格子２３の場合、格子−受光面距離２だけ雌れ
たセンサー面４上での、分離結像される距ｆｉ１６．１
５は、これをＺとして Ｚ＝ＲＸｔａｎ　（ｓｉｎ−’（士ん／ｐ））・・・・
・　（４） により与えられ、第１実施例同様に格子ピッチｐ＝０．
１８ｍｍ、格子−受光直路１ｉｉ１β＝４５ｍｍとする
と、 Ｚ　′Ｌ、、＝０．１４８ｍｍ、Ｚん一、＝−０，１１
８ｍｍとなる。

モノリシック３ラインセンサー４のセンサーライン間距
離を、センサーライン９（Ｇ）に対し、＋１次光（え、
ｌ）側（Ｒ）で（ライン１０までの距離１６）０．１４
８ｍｍ、−１次光（え−１）側（Ｂ）で（ライン８まで
の距離１５）０．１１８ｍｍとなる様に非対称なライン
間隔１６．１５を持った素子４を作成すれば良いことに
なる。こうして第１実施例と同様な効果が得られる。

透過型１次元ブレーズド回折格子３′においては、前述
の格子厚ｈｒ、ｈｘが１反射型の格子３に比べて厚くな
る為、格子作成上の容易さは減少するが、光軸をストレ
ートに保てて光学系が単純になるという長所を有する。

次に、第１実施例ではＯ次回折光成分６にえ。

”５２５ｎｍなるＧ成分光を設定したが、−数的にいっ
て光量的に不足しがちなり成分光をＯ次回指光成分に用
いることにより、この不足を補うことが可能である。

例えば、反射型１次元ブレーズド回折格子３において、
格子ピッチＰ、入射角θ。を第１実施例と同じ値とし、
格子厚ｈ　＋　＝　８３１　ｎｍ、　ｈｚ　＝１６６２
ｎｍとする階段状格子とすると、（２）式から各次回折
光中心波長が同様にして求められて、 ん。＝　４８０　ｎ　ｍ　、え−ｔ＝５４０ｎｍ％　先
ヤ、＝６１７ｎｍとなる（但し、え。はｍ＝３、え−１
はｍ＝３−１／３、丸や、はｍ　＝　３−２　／　３と
して求める）。

このときの、ハロゲンランプを光源とした場合の各分光
分離成分のスペクトル分布を第４図に示す。第４図から
明らかな様に、第２図のスペクトル分布と比べると、不
足しがちなり成分光を補い得ることが判る。

このときのセンサーライン間距離は、（１）式より同様
に求めて、センサーライン９（Ｂ）に対し、−次光（え
−４）側（Ｇ）で（ライン８までの距離１５）０．１５
６ｍｍ、＋１次光（ん、１）Ｉｌｌ（Ｒ）で（ラインｌ
Ｏまでの距１ｄ１６）０．１７８ｍｍとなる。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、ライン走査により
画像情報をカラー読取りする装置において、例えばモノ
リシックな３ラインセンサーをライン走査方向（副走査
断面方向）に沿って平行に配置し、結像光学系と当該セ
ンサー面間に色分解用１次元ブレーズド回折格子を載置
することにより３色分解すると共に各３ラインセンサー
に光束を分離、結像してカラー読取りを可能ならしめ、
更に３ラインセンサーのセンサーラインに対する他の２
ラインまでの距離を、上記１次元ブレーズド回折格子の
格子形態及び設定配置条件に対応した非対称な距離とし
ているので、通常の３ライン読取りで必要とされるライ
ン間補間用の冗長ラインメモリーを用いることなく良好
なカラー読取りを実現している。

また、通常の３ライン読取りで発生しがちな走査読取り
に伴うメカニカルなブレ等に起因する色ズレに対しても
、本発明は原理的にこれを排除している。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例の副走査断面におけ
る概略図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の部分拡大図、
第２図は第１実施例における各分光分離成分のスペクト
ル分布を示す図、第３図は第２実施例の副走査断面にお
ける概略図、第４図は第２実施例における各分光分離成
分のスペクトル分布を示す図、第５図は従来例を示す図
、第６図はモノリシック３ラインセンサーの構成説明図
、第７図は他の従来例を示す図、第８図は従来の３ライ
ン読取りを説明する概略図である。 ｌ・・・・・原稿面、２・・・・・結像光学系、３．３
′　・・・・・１次元ブレーズド回折格子、４・・・・
・モノリシック３ラインセンサー受光面、８．９，１０
・・・・・ラインセンサー　１５．１６・・・・・ライ
ン間距離 第 図 （ａ） 、５−１５．ｊ５Ｑ、　６’　１０ −７ 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【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な
   方向に３ライン有限距離を隔てて同一基盤上に配置され
   た３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にお
   いて、該結像光学系と該センサー間の光路中であって結
   像光学系の射出瞳よりセンサー側に、被写体からの光を
   回折効果により分光分離し上記アレイ直角方向に３色に
   色分解すると共にこの色分解光を各々対応する各センサ
   ーアレイに導く為の１次元ブレーズド回折格子が配置さ
   れ、且つ前記３ラインセンサーの中央のセンサーアレイ
   に対する他の２つのセンサーラインまでの距離が異なる
   ことを特徴とするカラー画像読取り装置。 ２、前記中央のセンサーアレイに対する他の２つのセン
   サーアレイまでの距離が、前記１次元ブレーズド回折格
   子の、±１次の２つの回折光の回折効率最大の波長によ
   り主として決定される３ラインセンサー上の上記中央セ
   ンサーアレイからの分離距離に対応している請求項１記
   載のカラー画像読取り装置。 ３、前記１次元ブレーズド回折格子が反射型である請求
   項１記載のカラー画像読取り装置。 ４、前記１次元ブレーズド回折格子が透過型である請求
   項１記載のカラー画像読取り装置。