JPH07105861B2 - カラー画像読取装置 - Google Patents

カラー画像読取装置

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JPH07105861B2
JPH07105861B2 JP1319978A JP31997889A JPH07105861B2 JP H07105861 B2 JPH07105861 B2 JP H07105861B2 JP 1319978 A JP1319978 A JP 1319978A JP 31997889 A JP31997889 A JP 31997889A JP H07105861 B2 JPH07105861 B2 JP H07105861B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はカラー画像読取装置に関し、特に反射型1次元
ブレーズド回折格子より成る色分解手段と3つのライン
センサーを同一基板面上に設けた読取手段を利用するこ
とにより原稿面上のカラー画像情報を高精度に読取るこ
とのできるカラースキャナー、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。
(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CC
D等のラインセンサー面上に結像させて、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。
例えば第4図は従来のカラー画像読取装置の概略図であ
る。同図では原稿面1上のカラー画像からの光束を結像
レンズ20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21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CCD等から成るラインセンサー22,23,24面上に
導光している。そしてラインセンサー22,23,24面上に結
像したカラー画像を各々ライン走査し各色光毎に読取り
を行なっている。
第5図は特開昭62-234106号公報で提案されているカラ
ー画像読取装置の要部概略図である。
同図では原稿面1上のカラー画像からの光束を結像レン
ズ25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26,27を介して3
色に対応する3つの光束に分離している。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28a,
28b,28c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28の各ラインセンサー面上に各々結像さ
せている。これによりカラー画像をライン走査して各色
光毎の読取りを行なっている。
第3図は第5図に示したモノリシックアラインセンサー
28の説明図であり、該モノリシックアラインセンサー28
は同図に示すように3つのラインセンサー(CCD)28a,2
8b,28c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、該ラインセンサー面上には各々
の色光に基づく不図示の全フィルターが設けられてい
る。
又各ラインセンサー28a,28b,28c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7
μm×7μm,10μm×10μm程度で設定されている。
尚、色分解手段として透過型のブレーズド回折格子を用
いたものが例えば特公昭62-43594号公報で提案されてい
る。
同公報では被写体面上の一点からの光束について開示し
ているが画像読取りの際の主走査方向に有限な読取り幅
が存在すること、即ちライン走査による所謂画角特性に
ついては何等開示していない。
(発明が解決しようとする問題点) 第4図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、又高価となり、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。
又、第5図に示すカラー画像読取装置はビームスプリッ
ター26,27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 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
26,27の板厚Xは34〜70μm程度となる。
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。
又、特公昭62-43594号公報で提案されている色分解手段
を用いたとき具体的にどのようにしてカラー画像読取り
を行うかについては何ら開示していなく、特に透過型の
回折格子を用いている為にカラー画像読取装置に適用し
たとき装置全体が大型化してくるという問題点があっ
た。
本発明は色分解手段として反射型1次元ブレーズド回折
格子を用い、結像光学系と色分解手段の構成を適切に設
定することにより装置全体の簡素化を図りつつ、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。
(問題点を解決するための手段) 本発明のカラー画像読取装置は、カラー画像を結像光学
系により3つのラインセンサーを同一基板面上に配置し
た読取手段面上に結像させ、該読取手段で該カラー画像
を読取る際、該結像光学系と該読取手段面との間の光路
中に入射光束を3つ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設け、該色分解
手段で色分解された色光に基づくカラー画像を該読取手
段で読取るようにしたことを特徴としている。
特に本発明では、前記3つのラインセンサーは互いに平
行となるように配置されており、前記結像光学系は射出
型テレセントリック系より構成されており、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
直交する方向に色分解していることを特徴としている。
この他本発明では結像光学系を通常の光学系より構成し
たときは、前記反射型1次元ブレーズド回折格子の格子
ピッチは光軸中心から周辺にかけて順次大きくなるよう
に設定されていることを特徴としている。
(実施例) 第1図(A),(B)は本発明の第1実施例の要部平面
図(主走査断面)と要部側面図(副走査断面)である。
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、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
うに構成されている。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より構成されており、入射光束
を3色光に、例えば赤色光(R光)5、緑色光(G光)
6、青色光(B光)7に色分解し、反射回折させてい
る。4は読取手段であり、複数の画素を一次元方向に配
置した3つのラインセンサー8,9,10を同一基板面上に複
数の画素の並び方向が互いに平行となるように配置され
たモノリシック3ラインセンサーより成っている。
本実施例では不図示の照明系より照明された原稿1面上
のカラー画像を結像光学系2により色分解手段3を介し
て、所定の3つの色光に分解し該分解した各色像を各々
対応するラインセンサー8,9,10面上に結像している。そ
して読取手段4により各々の色光に基づくカラー画像を
デジタル式に読取っている。
本実施例の色分解手段3は第2図に示すように基板102
に入射光束に対して所定の位相差を付与して反射回折さ
せる位相部103を1次元方向に配置して形成した反射型
1次元ブレーズド回折格子より成っている。この色分解
用の1次元ブレーズド回折格子については、例えばAppl
ied Optics(第17巻第15号、P2273〜P2279、1978年8月
1日号)に開示されている。
即ち基本的な光学性質としては第10図に示すように基板
102に対して角度θで入射する光束を3つの位相差を
付与して反射回折させるように設けた周期(ピッチ)P
の段差構造より成る位相部103を介して所定の3つの色
光に分解して反射回折させている。
第1図(A)に示すように主走査断面においては原稿1
面上には有限の読取り幅が存在し、この幅は結像光学系
2に対して画角αとなっている。
今、画角αで入射した光束が結像光学系2により射出側
で例えば第6図に示す如く角度α′で出射したとする。
このとき反射型1次元ブレーズド回折格子から反射回折
され、読取手段4の1つのラインセンサー4までの距離
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/cosα′である。(尚、第6図においては破
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。) 一方、反射型1次元ブレーズド回折格子による1次の反
射回折に従うラインセンサー面上での0次光との分離距
離をZとして、第6図及び第10図中記号を用いて示すと となる。
但し、λ;波長、θ0;入射角、P;格子ピッチ、;l0orl
1、±符号は±1次に対応している。
(1)式より=l0orl1故にα′=0以外では分離距離
Zは一定とならず、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。
例えば周期P=180μm、波長λ=540nm(緑)、θ
30度、l0=45mm、画角α≒α′=20度としてZ方向の軸
上と軸外間のズレは約24μmとなり、前述のラインセン
サーのサイズ7×7μmあるいは10×10μmと比較する
と完全にラインセンサーの受光面から外れてしまう。ま
たα≒α′のときは装置全体のコンパクト化が難しくな
ってくる。
そこで本実施例では出射角α′が入射角αに係らず常に
0度となるよう、即ち射出型テレセントリック系となる
ように結像光学系を構成し、(1)式の分離距離Zを一
定としている。
この他画角α≒α′であると第10図に示すように位相部
103の格子厚d1,d2に対し図中紙面に垂直断面内にα′の
角度を成して主光線が回折格子に入射すると実光路長は
この角度α′に依存し、この為ブレーズド波長がずれて
くる。
即ち、所望の位相差φiを得る波長λは格子厚みdiが一
定であるとき軸外光(α′≠0)ではシフトしてしま
う。これは画角に応じてラインセンサー上に捕捉される
各波長分布がずれることを表わし、結果的に色ズレを引
起こしてしまう。
例えば格子厚d1=909.3nm、d2=1818.6nmとした場合、
入射角θ=30度としてφ=6π、φ=12πとして
0次回折光ブレーズド波長はα′=0(軸上)でλ=52
5nmとなる。
これらの問題を解決する手段として本実施例では前述の
如く結像光学系を射出型テレセントリック系としてい
る。
即ち、本実施例における結像光学系(射出型テレセント
リック系)は前側焦平面に入射瞳を持ち、射出瞳は原稿
1面方向へ無限遠の位置となり軸外主光線の射出角は光
軸に対して常にα′=0となっている。
次に本実施例における1次元ブレー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述べる。
回折格子として位相差φと格子厚diの関係を透過型の
ものについて求めると以下のようになる。
(但し、Z方向に垂直入射、即ちθ=0) (2)式より明らかであるが、ここで媒質の屈折率をn
λ≒1.5、α′=0としたとき、前述例で示した0次回
折光ブレーズド波長λ=525nmを所定の回折効率を得る
のに必要な位相差φ=6πで得る為には、格子厚d1
3150nm、同様に位相差φ=12πに対し格子厚d2=6300
nmとなり実際に必要な格子厚は4.6倍も厚くなる。これ
は当回折格子を製作するに当り極めて困難を伴なう。即
ち、リソグラフィ技術、もしくはレプリカ法における型
製作等の現在一般に知られるこの種の格子製造法におい
て、前記格子厚は大量に安価に供給する際に難しくなっ
てくる。
一方回折格子を反射型とした場合、格子厚が2段目でd2
=1818.6nm程度であれば例えば光ディスク製作における
2P法等の手法に延長線上に位置させ得る厚みとなり好ま
しい。尚、回折効率を考えて位相差φは6π程度以上
設けておけば十分である。
第7図は本発明の第2実施例の光学系の要部概略図であ
る。本実施例においては色分解手段の反射型ブレーズド
回折格子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(ここではテレセントリック系でな
く前述の角度α,α′がα≒α′の関係となる光学系)
より構成している。
即ち、同図に示すように主走査断面内(有限画角)にお
ける射出角α′の存在により反射型ブレーズド回折格子
3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3に垂直入射するように構成している。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。
一方、当該回折格子3で反射・回折されて後、ラインセ
ンサー面に至る光路長は軸上(α′=0)でl0=−
R、軸外(α′≠0)でl1′=/cosα′−Rとなり、
双方は一定とはならず前記(1)式と同様の内容で各ラ
インセンサーに反射回折光は正しく結像しない。これを
除去する為に回折格子の周期(ピッチ)Pを(1)式に
従って軸上から軸外主光線に対して大きくしていくこと
により(第8図におけるP→P′)、1次反射回折角を
変化させ、結果的に軸上から軸外まで全て正しく直線ラ
インセンサー上に結像させている。
第9図は本発明の第3実施例に係る読取手段4の概略図
である。第2実施例では反射型回折格子の基板を主走査
断面内で円筒面としたが、逆に例えばモノリシック3ラ
インセンサーのセンターラインを挟む両側の2つのライ
ンセンサー8,10を平行から外し、第9図に示す如き構成
とすることで回折格子基板を平板のまま(1)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することができる。
(発明の効果) 本発明によればカラー画像を色分解手段を介してモノリ
シック3ラインセンサーより成る読取手段で読取る際、
色分解手段として前述した構成の反射型1次元ブレーズ
ド回折格子を用いることにより、位相差を付与する為の
格子厚を充分薄くすることが出来る為製作が容易とな
り、又反射による光路折り曲げ効果により装置全体の小
型化を図りつつ、所定の3つの色光に分解した色像を各
々ラインセンサー面上に分離結像させることができ、高
精度にカラー画像のデジタル読取りが出来るカラー画像
読取装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A),(B)は本発明の第1実施例の要部平面
図と要部側面図、第2図は第1図の一部分の説明図、第
3図はモノリシック3ラインセンサーの説明図、第4,第
5図は従来のカラー画像読取装置の概略図、第6,第10図
は本発明の構成と比較説明する為の概略図、第7,第8図
は本発明の第2実施例の要部概略図、第9図は本発明の
第3実施例の要部概略図である。 図中、1は原稿、2は結像光学系、3は色分解手段、4
は読取手段、5,6,7は光束、8,9,10はラインセンサー、1
02は基板、103は位相部である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 1/04

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カラー画像を結像光学系により3つのライ
    ンセンサーを同一基板面上に配置した読取手段面上に結
    像させ、該読取手段で該カラー画像を読取る際、該結像
    光学系と該読取手段面との間の光路中に格子ピッチを光
    軸中心から周辺にかけて順次大きくなるように設定し、
    入射光束を3つの色光に色分解する為の反射型1次元ブ
    レーズド回折格子より成る色分解手段を設け、該色分解
    手段で色分解された色光に基づくカラー画像を該読取手
    段で読取るようにしたことを特徴とするカラー画像読取
    装置。
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