JPH09274102A - 色分離光学系およびカラー画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】カラー画像を読み取る手段として色フィルタを
用いる場合、読み取り面を複数回走査する必要がある。
また、カラー画像読み取り手段としてダイクロイックプ
リズムを用いる場合、従来のダイクロイックプリズムで
は光電変換素子との位置合わせを高精度に行う必要があ
る。 【解決手段】加工性と組立て性を考慮したダイクロイッ
クプリズム３を用いて色分離光学系を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカラー画像読み取り
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラー画像を複数の光成分に分離
する手段、および分離された光成分毎に光電変換素子を
用いて読み取るカラー画像読み取り装置および、その組
立て方法は、特開平4−290090 号公報に記載された構成
が知られている。すなわち、３個の光分離プリズムを組
み合わせたダイクロイックプリズムと、３個の光電変換
素子を用いて、原稿からの反射光に一番近いプリズムに
よって反射分離された光信号を光電変換素子により検出
し、光路長調整と光軸調整を行う。この調整操作を二番
目，三番目のプリズムと光電変換素子について行うこと
によりカラー画像読み取り装置を構成する。ここで、原
稿からの反射光に近いプリズム側から順次調整組立てを
行うのは、各プリズムの位置関係がお互いに影響を及ぼ
し合うことによる。また、各光電変換素子によって電気
信号に変換した情報は再度合成してカラー画像が再現さ
れる。すなわち、原稿の１画素から同時に取り込まれた
光信号はダイクロイックプリズムにより赤色成分，緑色
成分，青色成分の光の三原色に分離された後、各光電変
換素子により電気信号に変化される。この電気信号はモ
ニタ画面の入力信号やカラープリンタの入力信号の１画
素となり、各画素が合成されてカラー画像が再現され
る。本方式は原稿の１画素を同時に読み取れるため、色
フィルタを用いて複数回原稿面を走査することで読み取
りを行う読み取り装置と比較して高速読み取りが可能で
あり、且つ色の再現性が高い。しかし、上記の性能を十
分発揮させるためには、各画素毎の光信号を高精度に読
み取ることが必要となる。そこで、それぞれのダイクロ
イックプリズムと光電変換素子の位置合わせは、直交系
３軸、および回転系２軸の合計１５軸の調整と、各光電
変換素子の相対的位置関係の調整について行っている。
ここで、一般の色分離光学系では各光成分の射出向きが
異なるため、調整装置の軸向きをそれぞれのプリズムに
対して変えるか、もしくは３個のプリズムについて個別
の調整手段を用いて位置合わせを行っている。また、特
開昭64−1365号公報では、組立て性の向上を図る手段と
して、ダイクロイックプリズムからの射出光の向きを等
しくして調整を容易にする構成をとっている。また、特
開昭63−299591号公報では、各プリズムをガラススペー
サで結合しプリズムの加工誤差を吸収する手段を設ける
ことと、熱膨張による位置ずれの解消を図るとともに、
光路面の側面を直角にして平坦な面に取付けることで調
整を容易にする構成をとっている。

【０００３】これらの色分離光学系は光電変換素子とし
て固体撮像素子により読み取りを行うテレビカメラやビ
デオカメラ等において、主に高画質読み取りが必要なカ
メラに採用されている。しかし、通常の読み取り装置で
は特開昭62−258551号公報に示すように、カラーフィル
タを内蔵した読み取り部を複数回走査することで読み取
りを行うことが主流である。

【０００４】また、ブック原稿の読み取りでは特開昭62
−258551号公報に示すように、被読み取り面を下向きに
セットするため、読み取り範囲が不明確であったり、セ
ット時に被読み取り面が折れたり破損する等の問題があ
った。このような問題に対処するため、モノクロ読み取
り装置では特開平7−79324号公報に示すように、被読み
取り面を上向きにして読み取りを行う方式がある。しか
し、本方式をカラー読み取りに適用することは光源の光
量を確保できないこと、従来の副走査方向に読み取り部
を複数回走査する方式を用いるのでは被読み取り面に揺
れが発生すると読み取り不良が発生すること等の問題が
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成の色分離光
学系を用いたカラー画像読み取り装置では、上述のよう
に、それぞれの色分離光学系の光路長調整、および光軸
調整を精度よく行わなければならない。このためには、
各プリズムの形状を高精度に仕上げること、高精度な位
置合わせ装置を用いること等が必要である。ここで、特
開昭64−1365号公報記載の構成は特開平4−290090 号公
報記載の構成に比べて光路長や光軸等の調整が比較的容
易であるが、プリズム形状が複雑なため、プリズムの角
度や厚さを高精度に仕上げる必要がある。また、特開昭
63−299591号公報記載の構成ではガラススペーサにより
結合されたプリズムを特徴としているが、ガラス結合の
作業性が悪いこと、プリズムの加工誤差を吸収するため
のギャップを設けることが組立て工程を複雑にする等の
問題がある。

【０００６】上記の課題から、本色分離光学系は主に高
画質が要求される業務用のテレビカメラやビデオカメラ
に限定されて採用されており、家庭用の安価なビデオカ
メラやスキャナ等への採用は価格の面から見送られてい
るのが現状である。

【０００７】本発明の目的は、色分離光学系を構成する
プリズムを加工性が良い形状とし、さらに色分離光学系
の組立て性を改善し、安価な高精彩カラー画像読み取り
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はダイクロイックプリズムを構成する複数個
のプリズムについて、所定の光成分を選択反射および透
過する面同士を接着剤を介して密着状態に構成した。

【０００９】ダイクロイックプリズムを構成する複数個
のプリズムについて、所定の光成分の選択反射面と選択
反射後の光成分を全反射する面を平行に仕上げた複数個
のプリズムを用い、これらのプリズムを相対的に移動す
ることで光路長調整を行う構成とした。

【００１０】ダイクロイックプリズムを構成する複数個
のプリズムについて、各プリズムが当接する面に対して
それらの面が共通に隣接する面を直角にしてプリズム固
定板に支持する構成とした。

【００１１】ダイクロイックプリズムからの複数の射出
光の向きを等しくした色分離光学系で複数個の光電変換
素子の光軸調整を行う構成とした。

【００１２】ダイクロイックプリズムと光電変換素子と
の間にスペーサを設けて、光路を全て密着する構成とし
た。

【００１３】ダイクロイックプリズムを構成するプリズ
ム間、プリズムと光電変換素子、およびプリズムとプリ
ズム固定部品の間に紫外線硬化型接着剤を塗布した後、
光路長，光軸調整を行い、調整後、紫外線をこれら部材
に照射して組立てる構成とした。

【００１４】色分離光学系と複数個のライン状光電変換
素子を用いてフラットベッド方式のカラー画像読み取り
装置を構成した。

【００１５】色分離光学系と複数個のライン状光電変換
素子を用いて原稿面上向き方式のカラー画像読み取り装
置を構成した。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は本発明の色分離光学系、および
光電変換部の側面図を示したもので、被写体からの反射
光１は集光レンズ２で集光した後、ダイクロイックプリ
ズム３で各光成分に分離され、各光電変換素子４ａ，４
ｂ，４ｃに導かれて電気信号に変換される。ここで、集
光レンズ２、およびダイクロイックプリズム３は図１お
よび図２に上面図を示すプリズム固定部品７に保持さ
れ、さらにダイクロイックプリズム３を構成するプリズ
ム３ａおよび３ｃと光電変換素子４，５の間には光路長
調整用のスペーサ７および８が介装されている。本実施
例では、ダイクロイックプリズム３を構成するプリズム
３ａ，３ｂは反射光１を選択反射する面と、選択反射後
の光成分を全反射する面とが平行に仕上げられている。
また、ダイクロイックプリズム３を構成するプリズム３
ａ，３ｂ，３ｃで、反射光１が入射する面，選択反射す
る面，全反射する面，透過する面はプリズム固定部品７
との当接面に対して直角に仕上げられている。さらに、
スペーサ５，６の反射光１の透過面は平行に仕上げられ
ている。

【００１７】本実施例の色分離光学系の組立ては以下の
方法で行う。最初に光路長調整を行う。手順は、ダイク
ロイックプリズム３を構成する各プリズム３ａ，３ｂ，
３ｃ，ダイクロイックプリズム３とプリズム固定部品
７，ダイクロイックプリズム３とスペーサ５および６の
それぞれの密着面に図示しない紫外線硬化型接着剤を塗
布した後、集光レンズ２からそれぞれの光電変換素子ま
での光路長が焦点距離と等しくなるように調整を行う。
調整方法は集光レンズ２からスペーサ７５が光電変換素
子４ａと接する面，ダイクロイックプリズム３ｂが光電
変換素子４ｂと接する面、およびスペーサ６が光電変換
素子４ｃと接する面までの距離が焦点距離と等しくなる
位置に設けた図３に示すストッパ９に当接するように各
プリズム３ａ，３ｂ，３ｃを８ａ，８ｂ，８ｃ方向に摺
動して調整する。その後、上記部品に紫外線を照射して
これらの部品の固定を行う。なお、プリズム３ａとプリ
ズム固定部品７の集光レンズ保持部７ａとの間はプリズ
ム３ａ，３ｂ，３ｃ、およびスペーサ５，６の加工誤差
を吸収する目的で所定量離間する。次に、それぞれの光
電変換素子４ａ，４ｂ，４ｃの光軸調整を行う。手順
は、スペーサ５，プリズム３ｂ，スペーサ６と各光電変
換素子４ａ，４ｂ，４ｃの当接面に紫外線硬化型接着剤
を塗布した後、反射光１による光電変換素子４ａ，４
ｂ，４ｃの出力値を測定しながら、スペーサ５，プリズ
ム３ｂ，スペーサ６に対して光電変換素子４ａ，４ｂ，
４ｃを本図でＹ，Ｚ軸方向、およびＸ軸の回転方向に摺
動して光軸合わせを行う。このようにして光路長および
光軸調整が終了した後に、ダイクロイックプリズム３の
入射光側から紫外線を照射して各部材を固定する。

【００１８】なお、反射光１をプリズム３ａ，プリズム
３ｂで選択反射するが、反射する光成分すなわち、光の
三原色である赤色成分，緑色成分，青色成分をどのプリ
ズムで行うかは特に規定しない。ただし、本実施例で
は、プリズム３ａで赤色成分を反射してそれ以外の光成
分を透過させ、次のプリズム３ｂで青色成分を反射して
残りの緑色成分を透過することで反射光１を光の三原色
に分離した。なお、スペーサ５，６はプリズム３ａ，３
ｃと一体構造でもよいが、ここではプリズム３ａ，３ｃ
の加工性を考慮して分割構造とした。

【００１９】本実施例ではダイクロイックプリズム３の
形状を適正化したため、光学系の調整を容易に行うこと
が可能である。すなわち、光路長調整はスペーサ５，プ
リズム３ｂ，スペーサ６について反射光１が透過する側
の面が焦点距離と等しい位置に設けた図示しないストッ
パに当接してＸ軸方向を合わせることにより行える。ま
た、光軸調整は、本図でＹ，Ｚ軸方向とＸ軸の回転方向
のみの調整で可能である。したがって、高精度な光軸調
整用治具１組を各光電変換素子４ａ，４ｂ，４ｃに順次
平行移動することにより調整することもできる。ここ
で、Ｚ軸の回転方向の調整は各プリズム３ａ，３ｂ，３
ｃとプリズム固定部品７の所定面を直角にしたため不用
となる等の特徴を有する。

【００２０】本色分離光学系をフラットベッドタイプの
カラー画像読み取り装置に適用した実施例を図４，図５
に示す。図４は本カラー画像読み取り装置の側面断面図
を、図５は上面断面図を示す。被読み取り面１０を筐体
１１に取り付けた透明板１２の上に下向きにセットし、
読み取り部１３を被読み取り面１０の一方向から走査す
ることで読み取りを行うフラットベッドタイプの読み取
り装置で、読み取り部１３は、被読み取り面１０を主走
査方向にライン状に照射する２本の蛍光ランプ１４ａお
よび１４ｂと、蛍光ランプ１４ａおよび１４ｂの照射効
率を向上するために設けた２枚の照明光反射板１５ａお
よび１５ｂと、蛍光ランプ１４ａおよび１４ｂによる被
読み取り面１０での反射光１を光路長調整用に設けられ
た反射鏡１６ａおよび１６ｂおよび１６ｃと、前記反射
鏡１６ａおよび１６ｂおよび16ｃで反射した光を色分離
光学系１７に導く読み取り部１３からなる読み取り装置
で、色分離光学系１７は実施例の図１で示した構成から
なり、主走査方向の３色分離読み取りが行われる。読み
取り部１３は一方をガイド丸棒１８と、他方をガイドロ
ーラ１９がガイドレール２０に当接することで副走査方
向に摺動自由に支持される。さらに、タイミングプーリ
２１に回転自由に取り付けられたタイミングベルト２２
を読み取り系駆動部２３に内蔵された図示しないモータ
で駆動することにより被読み取り面１０の副走査方向の
読み取りが行われる。なお、読み取り部１３の電気的出
力はフラットケーブル２４により信号処理部２５に導か
れて処理される。本実施例では読み取り部１３に色分離
光学系１７を用いているため、被読み取り面１０を１回
走査することで３色の読み取りが行えるので、高速読み
取りであること、画素ずれが発生せず読み取り画質が良
いこと、ダイクロイックプリズムの組立て性が良いため
カラー読み取り装置を安価に供給できること等の特徴を
有する。さらに、本色分離光学系を原稿面上向き方式カ
ラー画像読み取り装置に適用した実施例を図６，図７に
示す。図６は本実施例の正面図を、図７は側面断面図を
示す。被読み取り面１０を上向きにおくための原稿台２
６と、原稿台２６の奥側に被読み取り面１０を当接させ
るための原稿突き当て部２６Ａと、読み取り部１３を被
読み取り面１０の一方から副走査方向に走査することで
読み取りを行う読み取り装置で、読み取り部１３は被読
み取り面１０を主走査方向にライン状に照明する２本の
蛍光ランプ１４ａ、および１４ｂと、蛍光ランプ14ａ，
１４ｂの照射光を被読み取り面１０に所定の間隔をおい
て集中して照明するための２枚の照明反射板１５ａ，１
５ｂと、蛍光ランプ１４ａ、および１４ｂによる被読み
取り面１０での反射光１を光路長調整用に設けられた反
射鏡１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、反射鏡１６ａ，１６
ｂ，１６ｃで反射した光を色分離光学系１７に導く読み
取り部１３からなる読み取り装置で、色分離光学系１７
は実施例の図１で示した構成からなり、主走査方向の３
色分離読み取りが行われる。読み取り部１３は片持ち状
態にあり、ガイド丸棒１８に回転自由に支持され、端部
をガイドローラ１９がガイドレール２０に当接すること
で副走査方向に摺動可能に支持される。さらに、タイミ
ングプーリ２１に回転自由に取り付けられたタイミング
ベルト２２を図示しないモータで駆動することにより被
読み取り面１０の副走査方向の読み取りが行われる。さ
らに、被読み取り面１０との距離を測定するための距離
検出器２７と、測定した結果に基づいて被読み取り面１
０との距離によって図示しない読み取り部上下駆動装置
が作動し読み取り部１３と被読み取り面１０との距離が
一定に保持されながら副走査方向の読み取りが行われ
る。ここで、読み取り部１３と被読み取り面１０との距
離は蛍光ランプ１４ａ，１４ｂの照明光の照度が最高と
なる位置と等しくなるように設定されている。さらに、
距離検出器２７の測定結果に基づいて被読み取り面１０
の傾きを計算して読み取り信号を処理することにより読
み取り面の伸長処理を行う。

【００２１】本実施例によれば、読み取り部１３はブッ
ク原稿等の凹凸がある被読み取り面１０との間隔が一定
に保たれて読み取りが行えるため、被読み取り面１０の
照度をほぼ一定に保つことが可能である。また、原稿の
傾きから読み取り信号を処理することにより読み取り面
の伸長処理を行うため、ブック原稿等の凹凸面を有する
被読み取り面１０の情報を平坦な面の情報として取り込
むことができる。さらに、１回の副走査で読み取りが行
えるため、被読み取り面１０の上に透明な原稿カバーを
設置して被読み取り面１０を固定しなくても高精彩な読
み取りが行える等の特徴がある。

【００２２】なお、読み取り部１３から被読み取り面１
０までの距離の測定，測定した距離から被読み取り面１
０の傾きの算出，算出結果に基づく画像読み取り情報の
副走査方向の伸長処理等は特開昭64−29059 号公報記載
の手法で行うことでもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明によればダイクロイックプリズム
の形状を適正化することで、読み取り系の加工性、およ
び組立て性を向上したため３色分離方式を安価に供給す
ることが可能となった。また、本読み取り方式をカラー
画像読み取り装置に適用することにより、高速，高精彩
のカラー画像読み取りを可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の色分離光学系を示す側面
図。

【図２】図１におけるプリズム固定部品の上面図。

【図３】図１におけるプリズム組立て方法を示す側面
図。

【図４】本発明の１実施例のフラットベッドタイプのカ
ラー画像読み取り装置を示す側面断面図。

【図５】図４における上面図。

【図６】本発明の他の実施例を示すブック上向き読み取
り方式のカラー画像読み取り装置を示す正面図。

【図７】図６における断面図。

【符号の説明】

３…ダイクロイックプリズム、４ａ…光電変換素子、９
…被読み取り面、１２…読み取り部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋谷 竹志 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 清野 太作 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 松野 順一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体からの反射光をレンズにより結像す
   る光路内に反射光の所定の成分を選択反射し他の光成分
   を透過するプリズムを接着剤を介して複数個組み合わせ
   たダイクロイックプリズムと前記ダイクロイックプリズ
   ムからの出力光を電気信号に変換する光電変換素子を備
   えた色分離光学系において、前記ダイクロイックプリズ
   ムを構成する複数個のプリズムは、所定の光成分の選択
   反射面と選択反射後の光成分を全反射する反射面が平行
   であることを特徴とする色分離光学系。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ダイクロイックプ
   リズムを構成する前記各プリズムが当接する面に対して
   それらの面が共通に隣接する面の少なくても片側の面が
   直角である色分離光学系。
3. 【請求項３】請求項２において、前記ダイクロイックプ
   リズムを構成する前記各プリズムが当接する面に対して
   それらの面が共通に当接する面の少なくても片側の面が
   平坦な支持面に支持される色分離光学系。
4. 【請求項４】請求項１，２または３において、前記ダイ
   クロイックプリズムから射出する所定の光成分毎に選択
   反射された複数の光成分の向きが平行である色分離光学
   系。
5. 【請求項５】請求項４において、前記各プリズムと前記
   各プリズムからの光成分を電気信号に変換する光電変換
   素子との間に光を透過するスペーサを設けた色分離光学
   系。
6. 【請求項６】請求項５において、前記各プリズムの接触
   面、前記各プリズムと光電変換素子との接触面、前記各
   プリズムと各スペーサとの接触面、前記各スペーサと前
   記各光電変換素子との接触面、前記各プリズムと平坦な
   プリズム固定板との間に紫外線硬化型接着剤を塗布し、
   集光レンズの焦点と光電変換素子受光面の位置が等しく
   なるように前記各プリズムの位置を相対的に移動して光
   路長の調整を行い、引き続き、前記光電変換素子の出力
   を用いて光軸調整を行った後、紫外線を照射することに
   より前記各部材の固定組立てを行う色分離光学系。
7. 【請求項７】請求項６において、被読み取り面を照射す
   る光源と、前記被読み取り面を下向きに平坦におくため
   の透明板と、前記光分離光学系と前記光源とを前記被読
   み取り面に対して相対的に移動する手段等を備えたフラ
   ットベッドタイプのカラー画像読み取り装置。
8. 【請求項８】請求項６において、被読み取り面を照射す
   る光源と、被読み取り面を上向きに保持する原稿台と前
   記色分離光学系および前記光源を前記被読み取り面に対
   して相対的に移動する手段と、前記色分離光学系と前記
   被読み取り面との距離を測定する距離検出器と、測定し
   た距離から前記色分離光学系と前記光源を合焦点位置に
   移動させる手段と、前記の測定した距離から被読み取り
   面の傾きを求めて読み取った画像信号の伸長処理を行う
   手段等を備えたカラー画像読み取り装置。