JPH04226418A - 光学分離／結合装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、像平面に物体
の空間的に分離した色成分像を発生する、複数のスペク
トル的に選択性で、反射性の層を用いるカラー結像アセ
ンブリに関するものであり、また、複数のスペクトル的
に選択性で、反射性の層を利用して、スペクトル範囲の
異なる別個の光ビームを組み合わせて、単一の組合せビ
ームにするための色組合せ装置に関するものである。本
発明はとりわけ、焦点合せを施したビームの分割または
組合せを行なうのに必要な、隔置された反射層の数を減
らす光学コーティングの構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】「光のビーム」という句は、狭義に定義
されて、平行光源によって生じるような平行光線束を意
味する場合もある。また、「光のビーム」という句は、
より広義に定義されて、全体的に同じ方向に進む光線か
らなる光の狭い軸を意味する場合もある。この広義の意
味で用いると、物体から放射し、結像レンズのアパーチ
ャを通る光、及び、レンズから放射し、像平面に焦点合
せが施される円錐状の収束光も、集合的に「光のビーム
」と呼ぶことができる。本書において「光のビーム」と
いう句を用いる場合、この広義の意味を意図するものと
理解すべきである。

【０００３】それに開示の全てについて、参考までに本
書に詳細に組み込まれているビンセント（Ｖｉｎｃｅｎ
ｔ）の米国特許第４，７０９，１４４号及びビンセント
（Ｖｉｎｃｅｎｔ）他の米国特許第４，８７０，２６８
号には、ビーム分割器アセンブリ及びビーム組合せ器ア
センブリに用いられるいくつかの異なる２色合成が示さ
れている。それに開示の全てについて、参考までに本書
に詳細に組み込まれている、譲渡先が共通の、１９８９
年７月２０日に提出された、デービッド・ウェイン・ボ
イド（Ｄａｖｉｄ　ＷａｙｎｅＢｏｙｄ）による「光学
式スキャナ（ＯＰＴＩＣＡＬ　ＳＣＡＮＮＥＲ）」と題
する米国特許出願第３８３，４６３号には、ビーム分割
器を用いた光学スキャナの解説がある。それに開示の全
てについて、参考までに本書に詳細に組み込まれている
、譲渡先が共通の、１９９０年３月２３日に提出された
、マイクル・ジョン・スティンル（Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｊ
ｏｈｎ　Ｓｔｅｉｎｌｅ）による「経路長補償装置付き
ビーム分割／組合せ装置（ＢＥＡＭ　ＳＰＬＩＴＴＥＲ
／ＣＯＭＢＩＮＥＲ　ＷＩＴＨ　ＰＡＴＨ　ＬＥＮＧＴ
Ｈ　ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＯＲ）」と題する米国特許出願
第４９８，８６５号には、成分ビーム経路長補償装置の
解説がある。次に、米国特許出願第４，７０９，１４４
号及び第４，８７０，２６８号に開示のいくつかの先行
技術によるビーム分割器アセンブリについて、図１〜４
に関連した説明を行なう。

【０００４】図１は、結像レンズ６から一定の光路長だ
け距離をおいて配置された像平面ＩＩに、線状物体の線
状イメージの焦点を合わせるようになっている結像レン
ズ６を通る多色光ビーム４を生じる線状物体１から成る
線状焦点タイプのカラー結像アセンブリに関する略側面
図である。光ビーム４は、２色ビーム分割器５６にぶつ
かり、このビーム分割器は、多色光ビーム４を分割して
、像平面ＩＩに配置された図１及び図２の一体型光セン
サユニット１１に焦点を合わせた線状物体の色成分イメ
ージを結ぶ、スペクトル的に、かつ、空間的に分離した
色成分ビーム８、９、１０にする。

【０００５】図１には、２つの光学的にフラットで、透
明な光学支持媒体６０及び６２が取りつけられて、３つ
のほぼ等間隔をなす２色コーティングを形成し、空間的
にも、スペクトル的にも分離された３つのほぼ平行な光
学成分ビーム８、９、１０が得られるようにすることが
できる方法が示されている。光学分割器５６は、１つの
面または両方の面に２色コーティング５０、５２、及び
、５４を施された、精密な研削及研摩処理を加えたガラ
ス板６０及び６２から構成される。各２色コーティング
５０、５２、及び、５４毎に、入射光は、波長に従って
反射または透過するが、吸収損失はないに等しい。２色
コーティング５０、５２、及び、５４の構成は、精確な
バンドパスフィルタリングが行なえるように設計するこ
とができる。

【０００６】図１に示すガラス板６０は、２色コーティ
ング５０に当たる４５°の入射光が、青い光（約４００
〜５００ｎｍ）を反射し、一方、赤い光と緑の光を透過
するように設計されている。

【０００７】図１に示すガラス板６２は、両方の面に２
色コーティング５２及び５４を施されており、第１の２
色コーティング５２に当る公称４５°の入射多色光ビー
ム４が、赤のスペクトルバンド（例えば、６００〜７０
０ｎｍ）を反射し、一方、緑のバンドを透過するように
なっている。第２の２色コーティング５４に当たり、そ
の光学軸が２色コーティングから公称で４５°に向けら
れた緑の光が反射する。 緑の反射光はガラス板６２、さらに、他の２色コーティ
ング５２及び５０を通って４５°の角度で戻される。図
１に示すように、入射光の色成分８、９、及び１０のそ
れぞれは、入射ビーム４に対し９０°の角度で反射する
。反射する赤及び緑の成分９及び８は、平行であり、ガ
ラス板６２及び２色コーティング５２の厚さ、ガラス板
６２の屈折率、及び、入射角度によって決まる距離だけ
互いに分離されている。同様に、青及び赤の成分１０及
び９は、ガラス板６０及び２色コーティング５０の厚さ
、ガラス板６０の屈折率、及び、入射角度によって決ま
る距離だけ分離されている。

【０００８】そのコーティング界面に到達するのは、残
りの第３の色成分だけであるため、ミラーコーティング
の代りに第３の２色コーティングを用いることが可能で
ある。

【０００９】図２には、光学セパレータ５６に用いるの
に適したフォトセンサユニット１１が示されている。フ
ォトセンサ１１は、それぞれ、図１に示すビーム８、９
、及び、１０によって形成される焦点合せを施された線
状イメージと一致するように精密なアライメントがとら
れ、スペーシングが施された３つの線状フォトセンサア
レイ１２、１３、及び、１４を有する単一チップ、単一
パッケージのソリッドステートデバイスとすることがで
きる。

【００１０】図１に示すように、色成分ビーム８、９、
１０のそれぞれにおける光がビーム分割器５６を通って
移動する光路長は、異なっている。ビーム分割器５６を
通る成分ビーム光路長に差が生じる結果として、フォト
センサユニット１１には、成分ビームの垂直面に対し角
度θの傾斜がつけられ、レンズ６とフォトセンサユニッ
ト１１の間で測定した異なる各色成分の全光路長が、等
しくなるようになっている。角度θ及びフォトセンサア
レイ１３、１４間の距離「Ｄ」は、ガラス板及び２色層
の厚さＸ、及び、屈折率の関数である。

【００１１】図３には、フォトセンサ１１を色分解した
ビームの光学軸に対し垂直に配置することを可能ならし
めるビーム分割器／フォトセンサ構成が示されている。 この構成の場合、色分解したビームがガラスを通る光路
長は、３色ビーム分割器５６及び５８の逆構成によって
等しくなる。

【００１２】図３に示すように、入射光ビーム４は、直
角プリズム５１の斜辺面３２に当たり、光ビームが４５
°の角度で当たるプリズム５１の第１の底辺面３０を透
過するようにアライメントがとられる。図１の複合ビー
ム分割器５６が、それに対し取りつけられる。入射光ビ
ームの赤、緑、及び、青のスペクトル成分に対する３色
分解が、前述のように行なわれる。３つの反射成分ビー
ムが、プリズム５１に再び入り、プリズム５１の第２の
底辺面３４に向けて送られ、分解された各ビームは、第
２の底辺面３４に４５°の入射角で当る。第２の複合ビ
ーム分割器５８が、プリズム５１の第２の底辺面３４に
取りつけられる。ビーム分割器５６及び５８におけるガ
ラス板６０及び６２、及び、２色コーティング５０、５
２、及び、５４は同一である。一方、複合ビーム分割器
５６及び５８、及び、プリズム５１の各底辺３０及び３
４における多層２色コーティング５０、５２、及び、５
４の配向は逆になっているので、３色プリズムビーム分
割器５９に出入りする各色成分ビームの光路長が同じで
ある。すなわち、青のような色成分ビームは、底辺３０
に配置されたガラス板６０における２色コーティング５
０で反射する。 次に、青の成分ビームは、底辺３４に隣接して配置され
たガラス板６０における２色コーティング５０で反射す
る。同様に、赤の色成分ビームは、底辺３０の中間フィ
ルタ５２から底辺３４の中間フィルタ５２に進行し、緑
の色成分ビームは、背面フィルタ５４から前面フィルタ
５４に反射される。 底辺３４に隣接した３色ビーム分割器５８からの反射ビ
ームが、プリズム５１から送り出される。ビームは、斜
辺３２に対し垂直で、かつ、入射光ビームに対し平行で
ある。ビーム分割器のガラス板６０及び６２と、２色コ
ーティング５０、５２、及び、５４の厚さによって、反
射ビームの分離が決まる。従って、二重３色ビーム分割
器５９によって、全ての色成分についてガラスを通る光
路長が等しくなる。 また、光は、直角の入射角でプリズムに出入りする。

【００１３】図４を参照すると、蛍光源２２によって、
もとの文書２１の表面が照射される。もとの文書からの
結像光のビームが、レンズ６によって、２色ビーム分割
器１６及び１７から成るビーム分割器アセンブリに投射
される。 ビーム分割器１６及び１７は、片方の面が、それぞれ、
２色コーティング５０及び５２を施されたフラットなガ
ラス板である。ビーム分割器１６は、青い光を反射し、
赤と緑のスペクトルバンドを透過するように設計されて
いる。青い光は、入射光ビーム４に対して４５°傾斜し
たビーム分割器１６によって第１のＣＣＤ線形アレイフ
ォトセンサ１８に反射される。ビーム分割器１７は、赤
い光を第２のＣＣＤフォトダイオードアレイセンサ２０
に反射する。両方のビーム分割板を通る緑の線状イメー
ジが、第３のＣＣＤフォトダイオードアレイセンサ１９
によって捕捉される。ビーム分割板１７は、また、図示
のように、入射光ビーム４に対し４５°の角度をなすよ
うにアライメントがとられる。各線状フォトセンサアレ
イ１８、１９、２０が独立したフォトセンサユニットに
設けられたこの構成の場合、ビーム分割器１６、１７を
通る色成分ビームの光路長の差は、異なるフォトセンサ
ユニットの位置を個々に調整することによって補償され
る。

【００１４】米国特許第４，８７０，２６８号には、並
行な表面の一方が、光学支持媒体の平面と透明な板の隣
接する平面との間にエアギャップを形成するスペーサに
よって、光学支持媒体の平面と平行で、隣接した位置に
つくように取りつけられた、２つの平行な平面を有する
透明板で構成される２色層装置が開示されている。透明
板の２つの平面及び支持媒体の平面には、それぞれ、異
なるスペクトル範囲の光を反射するようになっている異
なる２色材料のコーティングが施されている。従って、
こうした間隔をあけた層構成を利用して、図３に示すよ
うな複合ビーム分割器アセンブリのビーム分割器コンポ
ーネント５６、５８のそれぞれにおけるガラス板６０、
６２の一方を不要にすることができる。

【００１５】図１及び図３に示すような平行な反射層タ
イプのビーム分割器による構成の場合、分離される成分
ビームにおける光学的な質を高い状態に保ち、また、ビ
ーム分割器アセンブリをコンパクトにするには、一般に
各２色複合ビーム分割器における平行な２色層の間にお
ける分離が比較的わずかであることが望ましい。光学カ
ラー結像装置にビーム分割器を利用する場合、適正なカ
ラー結像のため、通常は、赤、緑、及び、青の少なくと
も３つの独立した成分ビームを発生する必要がある。従
って、例えば、図１及び図３の平行な成分光ビームを発
生するようになっているタイプの先行技術によるビーム
分割器には、少なくとも３つの、平行で、間隔をあけた
２色層が設けられていた。図３に示すような複合ビーム
分割器の場合、平行な層による成分ビーム分割器アレイ
のそれぞれが、３つの間隔をあけて配置された２色層か
ら構成される。こうした構成の場合、各平行層アレイに
おける透明板の１つの代りにエアギャップが用いられる
場合であっても、異なる２色層の取付け表面を形成する
ため、少なくとも１つの比較的薄い透明板を用いること
が必要になる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、こうした透明
板の利用には、問題のあることが分った。こうした薄板
のたわみ性のため、各表面の平面度、及び、複合ビーム
分割器の３つの反射表面間における平行度の維持が困難
である。薄板をもう１つの表面に接着する場合、接着剤
の不連続性が、取りつけられる薄板にそりを生じさせる
ことになりがちである。薄板がスペーサによって支持さ
れ、２色層の間にエアギャップを形成する場合、薄板の
剛性の欠如と、薄板の全てのポイントがスペーサで支え
られているわけではないという事実によって、薄板にそ
りを生じさせることになりがちである。

【００１７】図３に示す光学結像装置は、成分光ビーム
に対し垂直に配置された平面上に焦点合せを施した成分
イメージを形成するようになっている。こうした結像装
置には、全部で６つの独立した反射層が必要であり、従
って、光の各反射層をフラットに、かつ、他の層との関
係を適正に保つという問題をさらに困難なものにする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、先行技術の構
成と比較して、使用しなければならない、別個の、間隔
をあけた、スペクトル的に選択性の、光を反射する層の
数が減少することになる、独特のビーム分割器／組合せ
器構成を提供するものである。本発明は、３色光学結像
装置等における薄い透明板の利用に関連した先行技術の
問題を克服するために利用することができる。

【００１９】本発明は、従って、入射多色光ビームを、
平行な光学軸を備えた空間的及びスペクトル的に分離し
た複数の成分ビームに分割するための光学分離装置で構
成することができる。該装置には、入射ビームをスペク
トル的に、かつ、空間的に分割して、第１の複数の成分
ビームにする第１の平行な複合層が含まれている。第１
の複合層は、第１のスペクトル範囲及び第２のスペクト
ル範囲内の光を反射するようになった層を含む、平行で
、スペクトル的に選択性の、第１の複数の反射層から構
成される。該装置には、第１の複数の成分ビームをさら
にスペクトル的に、かつ、空間的に分割して、第２の複
数の成分ビームにするための第２の平行な複合層が含ま
れている。第２の複合層は、第１のスペクトル範囲の光
を反射し、第２のスペクトル範囲の光を透過するように
なった層を含む、平行で、スペクトル的に選択性の、第
２の複数の反射層から構成される。

【００２０】本発明は、また、入射多色光のビームを分
割して、平行な光学軸を有する空間的かつスペクトル的
に分離した複数の成分ビームにするための方法から構成
することが可能である。該方法は、第１のスペクトル範
囲及び第２のスペクトル範囲の光を反射するようになっ
たスペクトル的に選択性の反射層を用いて、入射ビーム
をスペクトル的に、かつ、空間的に分割し、第１の複数
の成分ビームに対するステップと、さらに、第１の層に
対し斜めに配置された、第１のスペクトル範囲の光を反
射し、第２のスペクトル範囲の光を透過するようになっ
ている、スペクトル的に選択性の第２の反射層を用いて
、第１の複数の成分ビームをスペクトル的に、かつ、空
間的に分割するステップから構成される。

【００２１】本発明は、また、平行な光学軸を備えた空
間的かつスペクトル的に分離した複数の成分ビームを組
み合わせて、単一の光学軸を備えた単一の組合せビーム
にするための光学組合せ装置から構成することができる
。該装置には、第１の複数の成分ビームをスペクトル的
に、かつ、空間的に組み合わせて、第２の複数の成分ビ
ームにするための第１の平行な複合層が含まれている。 第１の複合層は、第１のスペクトル範囲の光を反射し、
第２のスペクトル範囲の光を透過するようになった層を
含む、平行で、スペクトル的に選択性の第１の複数の反
射層から構成される。該装置には、第２の複数の成分ビ
ームをスペクトル的に、かつ、空間的に組み合わせて、
組合せビームにするための第２の平行な複合層が含まれ
ている。第２の複合層は、第１のスペクトル範囲及び第
２のスペクトル範囲の光を反射するようになった層を含
む、平行で、スペクトル的に選択性の第２の複数の反射
層から構成される。

【００２２】本発明は、また、平行な光学軸を備える空
間的かつスペクトル的に分離した複数の成分ビームを組
み合わせて、単一の光学軸を備える単一の組合せビーム
にする方法から構成することができる。該方法は、第１
のスペクトル範囲の光を反射し、第２のスペクトル範囲
の光を透過させるようになっている第１のスペクトル的
に選択性の反射層を利用して、スペクトル的かつ空間的
に第１の複数の成分ビームを組み合わせて、第２のより
少ない複数の成分ビームにするステップと、第１の層に
対して斜めに配置された、第１のスペクトル範囲及び第
２のスペクトル範囲の光を反射するようになっている第
２のスペクトル的に選択性の反射層を利用して、第２の
複数の成分ビームをスペクトル的かつ空間的に組み合わ
せ、単一の組合せビームにするステップから構成される
。

【００２３】

【実施例】図５及び図６には、光学スキャナの走査線で
ある物体１０８の空間的に分離した色成分イメージ１０
２、１０４、１０６を単一の像平面ＰＰに形成するよう
になっているカラー結像アセンブリ１００が示されてい
る。

【００２４】結像レンズアセンブリ１１０が、物体１０
８から光学分離装置１０１に多色の結像光ビーム１１２
（光学軸ＷＷを有する）を収束するように伝送する。図
５及び図６に示す本発明の望ましい実施例（現在のとこ
ろ最良の態様と考えられる）の場合、光学分離装置は、
プリズム１１４、第１の剛性板１４０、及び、その所定
の表面部分が所定のスペクトル的に選択性の反射材料で
コーティングを施されている第２の剛性板１５０から構
成されている。光学分離装置１０１は、多色の結像光ビ
ーム１１２を分割して、望ましい実施例の１つでは、平
行で、間隔をあけて配置された光学軸ＲＲ、ＢＢ、ＧＧ
を有する赤、緑、及び青の成分ビームから成る成分ビー
ム１８２、１８４、１８６にする。成分ビームの光路長
の差を補償するため、光路長補償装置１６０が設けられ
ている。分かりやすくするため、図示実施例の場合、結
像光ビーム１１２及び成分ビーム１８２、１８４、１８
６の中心面だけしか示されていない。しかしながら、こ
れらのビームが、参考までに組み込まれている上述の米
国特許出願第３８３，４６３号及び米国特許４，８７０
，２６８号に示されたタイプの収束ビームであることは
もちろんである。

【００２５】カラー結像アセンブリ１００が、光学スキ
ャナである、例えば図５及び図６のような本発明の実施
例の場合、空間的に分離された色成分イメージ１０２、
１０４、１０６は、それぞれ、単一のフォトセンサアセ
ンブリ１９０に共面をなすように設けられた別個の線状
フォトセンサアレイ１９２、１９４、１９６に投影され
る。フォトセンサアセンブリ１９０は、例えば、データ
伝送ケーブル１９８によって、色成分イメージに対応す
るデータ信号をデータ処理とデータ記憶の両方または一
方を行なう装置２００に送る。カラー結像アセンブリ１
００が組み込むことが可能なタイプの光学スキャナ構造
については、参考までに組み込まれた上記米国特許出願
第３８３，４６３号に記載がある。

【００２６】プリズム１１４は向かい合った、同じ形状
で、不規則な五角形の端面１２６、１２８の間に直角に
延びる第１、第２、第３、第４、第５の辺をなす面１１
６、１１８、１２０、１２２、１２４から構成される。 長さが２１６ｍｍの走査線１０８を結像するようになっ
ている、本発明の望ましい実施例の１つでは、結像レン
ズアセンブリ１１０が、物体距離３５７．１ｍｍ、焦点
距離４２．５７ｍｍ、アパーチャｆ／数５．３、横倍率
−０．１２６０９１、入射ひとみ半径４．０００ｍｍと
いったパラメータを有する二重ガウスレンズから構成さ
れ、プリズム１１４の第１の面１１６が、結像光ビーム
の光路に対して垂直に配置され、光路１１２に沿って測
定して、物体１０８から３９１ｍｍの距離に位置してい
る。端面間で測定される各側面の長さは、例えば、２７
．２ｍｍ、第１の面１１６の高さは、２．５ｍｍ、第２
の面１１８の高さは、２．５ｍｍ、第３の面１２０の高
さは、２．０ｍｍ、第４の面１２２の高さは、１．８ｍ
ｍ、及び、第５の面１２４の高さは、０．７ｍｍとする
ことができる。角度ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、は、それぞれ
、９０°、１１２．５°、１１２．５°、１１２．５°
、１１２．５°とすることができる。ここで用いられて
いる各面の高さは、その長さに対して垂直に測定された
面の寸法を表わしている。

【００２７】青い光を反射し、他のスペクトル範囲の光
を透過する表面コーティング１３０が、プリズムの第２
の側面１１８に施される。コーティング１３０は、厚さ
が約０．００２ｍｍの、青い光を反射する２色コーティ
ングとすることができる。プリズムの第３の側面１２０
の表面には、赤い光を反射し、他のスペクトル範囲の光
を透過するようになった表面コーティング１３２が施さ
れている。表面コーティング１３２は、厚さが０．００
２ｍｍの２色コーティングとすることができる。

【００２８】例えば、厚さ２．１ｍｍで、長さ２５ｍｍ
、幅が２．５ｍｍといった第１の剛性板１４０が、第２
の側面１１８と向かい合ったプリズム１１４に対し一定
の関係をなすように取りつけられている。第１の剛性板
１４０が、プリズムの面１１８に隣接し、それと平行に
配置された平面１４２から構成される。平面１４２には
、赤い光と緑の光を反射し、他のスペクトル範囲の光を
透過するようになった表面コーティング１４４が施され
ている。コーティング１４４は、厚さが例えば０．００
２ｍｍの２色コーティングとすることができる。 平面１４２は、例えば０．１５ｍｍといった２つの平面
に対し垂直に測定された寸法を有するエアギャップ１４
６によってプリズム面１１８から分離されている。

【００２９】剛性板と同じ構造にすることが可能な第２
の剛性板１５０が、第３のプリズム側面１２０に向かい
合ったプリズム１１４に対し一定の関係をなすように配
置されている。表面１５２には、青と緑の光を反射し、
他のスペクトル範囲の光を透過するようになった表面コ
ーティング１５４が施されている。平面１５２は、成分
ビーム間に、例えば０．１５ｍｍといった等間隔を形成
するように選択可能なギャップ距離を備えたエアギャッ
プ１５６によって、第３のプリズム面１２０から分離さ
れる。

【００３０】図６に示す、プリズム１１４からエアギャ
ップ１７０によって分離されたブロッをなす補償装置１
６０は、プリズムの面１２２に対して垂直に配置された
上部表面１６２と、やはり、プリズムの面１２２に対し
て垂直に配置された第１、第２、及び第３の下方平面部
分１６４、１６６、１６８から構成される。第２の表面
１６６は、第１と第３の下方表面部分１６４、１６８よ
りも下方に配置されている。第１の表面部分１６４は、
赤い成分の光ビーム１８２と交差するようになっており
、第２の下方表面部分１６６は、緑の成分の光ビーム１
８４と交差するようになっており、第３の下方表面部分
１６８は、青い成分の光ビーム１８６と交差するように
なっている。表面１６４及び１６８と表面１６６との相
対的高さの相違は、光路長が同じである、赤い成分ビー
ム１８２と青い成分ビーム１８６の比較的短い光路長と
は対照的な、プリズム１１４を通る緑の成分ビーム１８
４の比較的長い光路長を補償するようになっている。

【００３１】代替案として、図５に示すように、光路長
補償装置１６０は、プリズム１１４と一体形成するか、
あるいは、別個に形成して、プリズム１１４に取りつけ
ることが可能であり、それぞれ、プリズムの第４の面１
２２を通って出る緑の成分ビーム１８４、赤及び青の成
分ビームとだけ交差するようになっている下方表面１６
２を備えた平行六面体形状ブロック１６１で構成するこ
とができる。補償装置１６０のようなステップタイプの
補償装置の利用及び構成については、それに開示の全て
について参考までに本書に詳細に組み込まれた、１９９
０年３月２３日に提出のマイクル・ジョン・スティンル
（Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｊｏｈｎ　Ｓｔｅｉｎｌｅ）による
「経路長補償器付きビーム分割／組合わせ装置（ＢＥＡ
Ｍ　ＳＰＬＩＴＴＥＲ／ＣＯＭＢＩＮＥＲ　ＷＩＴＨ　
ＰＡＴＨ　ＬＥＮＧＴＨ　ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＯＲ）」
と題する米国特許出願第４９８，８６５号に記載がある
。本発明の望ましい実施例の１つにおいて、プリズム及
び補償装置１６０は、それぞれ、屈折率が１．５１９で
あり、線状フォトセンサアレイ１９２と１９４の間の間
隔、及び、アレイ１９４と１９６の間の間隔が、それぞ
れ、２００ミクロンであり、また、エアギャップ１４６
、１５６は、それぞれ、１５２ミクロンであり、補償装
置１６０のステップ厚さ、すなわち、図６の実施例にお
ける表面１６４と１６６の間及び表面１６８と１６６の
間の距離が、約１．０９０ミクロンとなり、あるいは、
代替案として、図５の実施例におけるプリズムの面１２
２からの表面１６３の距離が、約１．０９０ミクロとな
る。

【００３２】前述のように、光学分離装置１０１は、多
色結像光の入射ビーム１１２を分割して、平行で、空間
的に分離した成分ビーム１８２、１８４、１８６にする
ようになっている。入射ビーム１１２は、まず、通常の
、コーティングを施していないか、または、非反射性の
コーティングを施したプリズムの面１１６に当たり、ど
のスペクトルバンドについてもあまり反射を伴わずに通
過する。次に、結像ビーム１１２が、コーティングされ
た表面１１８に当たり、青い光が反射して、第１の分離
した青い成分ビーム１８４が形成される。次に、光ビー
ム１１２における残りのスペクトル成分が、表面コーテ
ィング１４４に当たり、残りの赤と緑のスペクトルバン
ドの光が反射して、複合成分ビーム１８５が生じる。本
発明の望ましい実施例の場合、全波長の光を反射可能で
あるが、青い成分ビームが入射光ビームから既に除去さ
れているため、入射光ビームのうち赤と緑の光しか反射
しない鏡面によって、層１４２が構成される。

【００３３】次に、表面１１８で反射する青い成分ビー
ム１８４が、第３のプリズム側面１２０の赤い反射性コ
ーティング１３２を通過し、板表面１５４の青と緑の反
射性層１５２から反射して、さらに、像平面ＰＰの線状
フォトセンサアレイ１９６にぶつかる前に、プリズム面
１２０、プリズム面１２２、及び、補償装置表面１６２
及び１６８を通って戻される。

【００３４】表面１４４から反射する複合成分ビーム１
８５は、プリズム面１１８を通って戻り、次に、プリズ
ム面１２０に当り、そこで、赤い成分ビーム１８２が表
面コーティング１３２によって反射される。その後、赤
い成分ビーム１８２は、像平面ＰＰの連係した線状フォ
トセンサアレイ１９２にぶつかる前に、プリズム面１２
２、補償装置１６０の上方表面１６２、及び、補償装置
１６０の下方表面部分１６４を通過する。結像ビームに
おける全ての赤い光が、赤い光の反射性コーティング１
３２によって既に反射されているので、複合成分ビーム
１８５の緑の成分１８４がプリズム面１２０を通過する
と、本発明の望ましい実施例の場合、青と緑の光だけを
反射する鏡面をなす板表面１５４によって反射される。 表面１５２における反射に続いて、緑の成分ビーム１８
４は、表面１２０及び表面コーティング１５６、表面１
２２、光路長補償装置の上部表面１６２、下方中間表面
１６６を透過して、最後に像平面ＰＰに配置された線状
フォトセンサアレイ１９４に当る。

【００３５】前述のように、間隔をあけて配置された線
状フォトセンサアレイ１９２、１９４、１９６に与えら
れる物体１０８の成分イメージ１０２、１０４、１０６
が、フォトセンサアレイによってフォトセンサアセンブ
リ１９０を経由する電子データに変換され、このデータ
は、データケーブル１９８のような適合する伝送装置に
よって、マイクロプロセッサ等のようなデータ処理装置
または記憶装置２００に送られる。記憶またはデータ処
理を目的としたフォトセンサアレイによる物体イメージ
の電子データへの変換は、当該技術において周知のとこ
ろである。

【００３６】参考までに組み込まれている、上述のビン
セント（Ｖｉｎｃｅｎｔ）による米国特許第４，８７０
，２６８号及びスティンル（Ｓｔｅｉｎｌｅ）による米
国特許出願第４９８，８６５号に開示のように、光学結
像装置のさまざまな働きをするコンポーネントを逆のや
り方で利用することによって、光の成分ビームを組み合
わせて、組合せ成分ビームのそれぞれが同軸を有する、
単一の多色光のビームにするビーム組合せ器アセンブリ
を形成することも可能である。こうしたビーム組合せ器
は、線状フォトセンサアレイ１９２、１９４、１９６の
代りに、図５に虚線のリード線で示された線状光源アレ
イ１９３、１９５、１９７を用いることにより、図６の
アセンブリで形成することが可能である。こうしたシス
テムの場合、個々の成分ビーム１８２、１８４、１８６
は、アセンブリ１０１によって組み合わせられ、１０８
に焦点を結ぶ単一の多色光ビーム１１２を形成する。ビ
ーム１８２及び１８４は、それぞれ、表面１２０、１５
２における反射で組み合わせられ、複合ビーム１８５を
形成する。それぞれ、表面１５２及び１１８で反射する
ビーム１８６は、表面１４２から反射し、表面１１８の
反射ポイントでビーム１８６と結合する合成ビーム１８
５と組み合わせられる。アセンブリ１０１内における成
分ビーム１８４と成分ビーム１８２及び１８６との光路
長の差は、補償装置１６０によって補償され、組み合わ
せられたビーム１１２の全ての成分ビーム部分が、同軸
の光学軸を有するだけでなく、焦点も同じになる。

【００３７】また、本書に記載の他のビーム分離器のそ
れぞれも、ビーム分割器の各成分ビームと関連したそれ
ぞれのフォトセンサアレイの代わりに、対応する成分ビ
ーム光源を用いることによってビーム組合せ器として利
用することができる。従って、図５以外の図には、各成
分ビーム毎に独立した参照番号が付与されていないとし
ても、本書に記載の本発明の各実施例は、代替案におい
て、ビーム組合せ器を構成するものと理解すべきである
。

【００３８】図７には、図６に示すものと同じ構成が可
能なプリズム１１４、第１の剛性板１４０、及び、第２
の剛性板１５０から成る光学分離装置１０１の変形１０
３が示されている。ただし、光学分離装置１０３の場合
、プリズム表面１１８には、青と緑の反射性表面コーテ
ィング１３２が施され、表面１４２には、赤の反射性表
面コーティング１４３が施され、表面１２０には、緑と
赤の反射性表面コーティング１３３が施され、表面１５
２には、青の反射性表面コーティング１５３が施されて
いる。代替案として、表面コーティング１４３及び１５
３は、ミラーコーティングとすることが可能である。こ
うした構成では、青と緑の複合ビーム１８７は、表面１
１８で反射し、緑の成分ビームは、表面１２０で反射し
、青の成分ビームは、表面１５２で反射し、赤の成分ビ
ームは、表面１４２及び１２０で反射する。

【００３９】緑の成分ビーム１８４の光路長における差
を補正するための光路長補正器２１０は、表面１２２に
取りつけられた上方平面２１４と、成分ビーム１８６と
交差する下方平面２１６を備えた第１の透明板２１２、
さらには、表面１２２に取りつけられた上方平面２２０
と、表面２１６と同じ高さに配置された下方平面２２２
を備えた第２の透明板２１８によって形成することがで
きる。

【００４０】図８には、図６のカラー結像アセンブリ１
００に示す光学分離装置の代りに用いることが可能なも
う１つの光学分離装置１０５が示されている。図８の実
施例において、赤と緑の反射性表面コーティング２４４
を施された前方平面２４２を備える、例えば相対厚さが
２．１ｍｍの第１の剛性板２４０は、背面２４８及び前
面２５０を有する第１の薄板２４６が取りつけられてお
り、表面２４６及び２４２は、隣接するように配置され
ている。薄板の前面２５０には、青い反射性表面コーテ
ィング２５２が施されている。表面２４２、２４８、及
び、２５２は、平行である。

【００４１】青と緑の反射性表面コーティング２６４が
施された前方平面２６２を有する、第２の比較的厚い剛
性板２６０が設けられている。第１の薄板２４６と同じ
厚さとすることが可能な第２の薄板２６６が、第２の剛
性板２６０に取りつけられる。第２の薄板は、表面２６
２と隣接する背面２６８を備え、また、赤の反射性表面
コーティング２７２を施された前面２７０を備えている
。表面２６２、２６８、及び、２７０は、平行に配置さ
れている。上部平面２８２、赤い成分ビームと交差する
ようになっている第１の下部平面２８４、緑の成分ビー
ムと交差するようになっている第２の下部平面２８６、
及び、青の成分ビームと交差するようになっている第３
の下部平面２８８を備えた、透明な補償器ブロック２８
０が設けられている。光学分離装置１０５は、分離装置
１０１と同様の働きをし、その各表面における反射によ
って入射多色光ビーム１１２を赤、緑、及び、青の色成
分ビーム３０２、３０４、３０６に分離するが、赤と緑
の複合成分ビーム３０５が、平面２４２における反射に
よって形成され、引続き、それぞれ、表面２７０及び２
６２において分割され、分離した赤と緑の成分ビーム３
０２、３０４が生じる。

【００４２】図９には、図６のカラー結像アセンブリ１
００の光学分離装置の代りに用いることが可能な光学分
離装置１０７が示されている。この実施例の場合、それ
ぞれの表面構造は、図８の複合板構造に対応する。ただ
し、施される表面コーティングは、図７と対応する方法
で光を反射するように構成されている。例えば、ブロッ
ク前面２４２は、赤の反射性コーティング２４３が施さ
れ、前方平面２５０は、青と緑の反射性コーティング２
５１を施され、第２の剛性板前面２６２は、青の反射性
コーティングを施され、前面２７０は、緑と赤の反射性
コーティングを施されている。

【００４３】上方平面３１２、赤い成分ビームと交差す
るようになっている第１の下方平面３１４、緑の成分ビ
ームと交差するようになっている第２の下方平面３１６
、及び、青い成分ビームと交差するようになっている第
３の下方平面３１８を備えた補償器ブロック３１０が、
設けられている。

【００４４】赤い成分ビームは、表面２４２及び２７０
において多色光ビーム１１２から分離されて、像平面Ｐ
Ｐに反射される。緑と青の複合ビーム３２５は、表面２
５０において組合せビーム１１２から分離される。緑の
成分ビーム３１６は、表面２７０において複合成分ビー
ム３２５から分離される。青の成分ビーム３２６は、表
面２６２において反射される。３つの成分ビーム３２２
、３２４、３２６は、像平面ＰＰに焦点の合った、空間
的に分離した色成分イメージを形成する。

【００４５】図１０には、多色の結像光ビーム１１２を
分割して、並行に、間隔があくように配置された、スペ
クトル範囲の異なる第１、第２、第３、第４、第５、第
６、第７、第８、及び、第９の成分ビーム３９１〜３９
９にするようになった光学分離装置が示されている。光
学分離装置１０９は、第１の平面３４４を備え、表面コ
ーティング３４６が第１、第２、及び、第３のスペクト
ル範囲の光を反射するようになっている、第１の板厚さ
を有する第１の板３４２を含む第１の複合ビーム分割器
３４０から構成される。第１の板３４２は、第４、第５
、及び、第６のスペクトル範囲における光を反射するよ
うになっているコーティング３５０を施された、第１の
平面３４４と平行をなす第２の平面３４８を備えている
。第１の板３４２と同じ厚さを有し、第１の平面部分３
５４が表面３４８に取りつけられている、第２の板３５
２が設けられている。板３５２は、第７、第８、及び、
第９のスペクトル範囲における光を反射するようになっ
ている表面コーティング３５８を施された、第２の平面
３５６を備えている。

【００４６】板３４２の厚さの１／４の厚さを備えた第
１の板３６２から成る、第２の複合ビーム分割器３６０
が設けられている。板３６２は、第１、第４、及び、第
７のスペクトル範囲の光を反射するようになっている反
射層のコーティングを施された、第１の平面３６４を備
えている。板３６２は、第２、第５、及び、第８のスペ
クトル範囲の光を反射するようになっている表面コーテ
ィング３７０を施した第２の平面３６８を具備している
。板３６０と等しい厚さの第２の板３７２は、表面３６
８に取りつけられた第１の平面７４を備えており、また
、第３、第６、及び、第９のスペクトル範囲の光を反射
するようになっている表面コーティング３７８が施され
た、第２の平面３７６を備えている。

【００４７】動作時、入射多色光ビーム１１２は、第１
の複合ビーム分割器３４０によって、第１、第２、及び
、第３のスペクトル範囲の光を有する第１の複合ビーム
３８２、第４、第５、及び、第６のスペクトル範囲の光
を有する第２の複合ビーム３８４、及び、第７、第８、
及び、第９のスペクトル範囲の光を有する第３の複合ビ
ーム３８６に分割される。第２のビーム分割器は、それ
ぞれ、第１、第２、及び、第３の複合ビーム３８２、３
８４、３８６を第１、第２、及び、第３の成分ビーム３
９１、３９２、３９３、第４、第５、及び、第６の成分
ビーム３９４、３９５、３９６、及び、第７、第８、及
び、第９の成分ビーム３９７、３９８、３９９に分割す
る。成分ビーム３９１〜３９９は、それぞれの成分ビー
ムの光路長の変動を補償する適正な光路長補償器４００
（概略だけが示されている）に通して、成分ビームのそ
れぞれが像平面ＰＰに焦点を結ぶようにすることが可能
である。

【００４８】例えば、３組以上の平行で反射性の層を設
け、また、異なる光反射層のそれぞれに、さまざまな数
の光反射コーティングを施して、所望の成分の分離が行
なえるようにすることによって、本発明に関する他の無
数のバリエーションが得られることになる。例えば、そ
れぞれ、２つの平行な平面を有する、３つの独立した板
が３面アレイをなすように形成される構成が、可能であ
る。第１の板は、その前面に第１、第２、第３、及び、
第４のスペクトル範囲の反射性コーティングを施され、
そのもう一方の面に、第５、第６、第７、及び、第８の
スペクトル範囲の反射性コーティングを施されている。 第１の板から反射する光を受ける第２の板は、その前面
に第１、第２、第５、及び、第６のスペクトル範囲の光
を反射するコーティングを施され、その背面に第３、第
４、第７、及び、第８のスペクトル範囲の光を反射する
コーティングを施されている。第２の板から反射する光
を受ける第３の板は、その前面に第１、第３、第５、及
び、第７のスペクトル範囲の光を反射するコーティング
を施され、その背面に第２、第４、第６、及び、第８の
スペクトル範囲の光を反射するコーティングを施されて
いる。こうした構成を利用することによって、成分ビー
ムは、８つの独立した、平行な成分ビームに分割するこ
とができる。

【００４９】

【発明の効果】図５、６、及び、７に示す本発明の実施
例の場合、さまざまな光の反射性コーティングを施され
る全ての表面は、ごく正確な処理によって、アセンブリ
時にそりを生じないようにすることができる、また、他
のコーティングを施された表面に対する精密な関係を維
持することができる比較的厚い、剛性部材であるため、
先行技術に比べて大幅に有利である。こうした構成によ
って、薄い板の使用に頼らなくても、正確な色再現のた
め、光を３つの成分ビームに分割することが必要な光学
スキャナを得ることが可能になり、従って、薄い板面を
そりのない、平坦な状態に保つことに関連した質的問題
が解消される。

【００５０】本発明に関する例示のための、現在のとこ
ろ望ましい実施例について詳述したが、もちろん、本発
明の概念は、別様のさまざまな具現化、及び、使用が可
能であり、付属のクレームは先行技術による制限のない
限り、こうしたバリエーションを含めることを意図した
ものとみなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のカラー結像アセンブリの側面図である。

【図２】従来のフォトセンサアセンブリの見取図である
。

【図３】従来のプリズムに取り付けられた３色ビーム分
割器の側面図である。

【図４】２つのビーム分割器及び３つの分割フォトセン
サを備えたカラー結像アセンブリの側面図である。

【図５】多層ビーム分割器を備えた光学式結像装置の見
取図である。

【図６】別の経路長補償器構成を備えた図５の光学式結
像装置の側面図である。

【図７】第１の変更多層ビーム分割器の側面図である。

【図８】第２の変更多層ビーム分割器の側面図である。

【図９】第３の変更多層ビーム分割器の側面図である。

【図１０】第４の変更多層ビーム分割器の側面図である
。

【符号の説明】

１００　　カラー結像 １０１　　光学分離装置 １０２〜１０６　　色成分イメージ １０８　　物体 １１０　　結像レンズアセンブリ １１２　　入射光ビーム １１４　　プリズム １１６〜１２８　　プリズム面 １３０　　コーティング １４０　　剛性板 １４４　　コーティング １５４　　コーティング １６０　　光路長補償装置 １８２〜１８６　　光成分ビーム １９０　　フォトセンサアセンブリ １９８　　伝送ケーブル ２００　　データ処理及び記憶装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射多色光ビームを、平行な光学軸を備え
   た空間的及びスペクトル的に分離した複数の成分ビーム
   に分割するための光学分離装置であって：第１のスペク
   トル範囲及び第２のスペクトル範囲内の光を反射するよ
   うにされた層を含む平行でスペクトル的に選択性の第１
   の複数の反射層から構成される、入射ビームをスペクト
   ル的にかつ空間的に分割して第１の複数の成分ビームに
   する第１の平行な複合層手段と；前記第１のスペクトル
   範囲内の光を反射し及び前記第２のスペクトル範囲内の
   光を透過するようにされた層を含む平行でスペクトル的
   に選択性の第２の複数の反射層から構成される、前記第
   １の複数の成分ビームをさらにスペクトル的にかつ空間
   的に分割して第２の複数の成分ビームにするための第２
   の平行な複合層手段と；から成ることを特徴とする装置
   。