JPH10107952A - カラー画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モノリシック３ラインセンサー面上での光量
的ロスを無くすと共に、簡易な構成でカラー画像を高精
度に読み取ることができるカラー画像読取装置を得るこ
と。 【解決手段】 カラー画像を結像光学系１０により複数
のラインセンサー５，６，７を同一基板面上に配置した
受光手段４面上に結像させ、該カラー画像と該受光手段
とを相対的に走査させて該受光手段で該カラー画像を読
み取る際、該結像光学系はアナモフィックな光学系２を
有し、該アナモフィックな光学系で副走査断面内におい
て、該カラー画像からの光束を集光し、結像させた後、
発散する光束を光路中に配した光学素子３により副走査
方向に複数の光束に分割し、該分割された複数の光束を
それぞれ対応するラインセンサー面上に結像させている
こと。

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取装置
に関し、特にアナモフィックな光学系を有する結像光学
系、複数（３つ）のラインセンサー（受光素子）を同一
基板面上に設けた受光手段、そして副走査方向にのみ所
定の屈折力を有する光学素子等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み取ることがで
きる、例えばカラースキャナーや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。

【０００２】

【従来の技術】従来より原稿面上のカラー画像情報を光
学系を介してラインセンサー（ＣＣＤ）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。

【０００３】例えば図４は従来のカラー画像読取装置の
光学系の要部概略図である。同図では原稿面２１上のカ
ラー画像からの光束を結像レンズ４９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４０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、各々のラインセンサー４
１，４２，４３面上に導光している。そして各ラインセ
ンサー４１，４２，４３面上に結像したカラー画像を各
々副走査方向にライン走査し各色光毎に読取りを行なっ
ている。

【０００４】図５は従来のカラー画像読取装置の光学系
の要部概略図である。同図では原稿面２１上のカラー画
像からの光束を結像レンズ５９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
波長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５０，５１を介して３色に対応する３つの光
束に分離している。

【０００５】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５２面上に各々結像させてい
る。これによりカラー画像を副走査方向にライン走査し
各色光毎に読取りを行なっている。

【０００６】図６は図５に示したモノリシック３ライン
センサー５２の説明図であり、該モノリシック３ライン
センサー５２は同図に示すように３つのラインセンサー
（ＣＣＤ）４５，４６，４７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色フィル
ターが設けられている。

【０００７】又、各ラインセンサー４５，４６，４７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４８の画素幅Ｗ１，Ｗ２は例えば７μｍ×７μｍ、
１０μｍ×１０μｍ程度で設定されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図４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、又高価となっ
てくる。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。

【０００９】又、図５に示すカラー画像読取装置はビー
ムスプリッター５０，５１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２√２ｘ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５
０，５１の板厚ｘは３５〜７０μｍ程度となる。

【００１０】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。

【００１１】一方、図７に示すようにモノリシック３ラ
インセンサーの中央のライン４６に対する他の２つのラ
イン４５，４７のライン間の距離Ｓ１，Ｓ２は一般的に
各反対方向に等距離、かつ副走査方向の画素サイズ（図
６参照）Ｗ２の整数倍になるように設定している。これ
は次の理由からによる。

【００１２】即ち、図７に示すように通常の結像光学系
７９のみを用いて上記に示したモノリシック３ラインセ
ンサーでカラー画像の読取りを行なう場合、３つのライ
ンセンサー４５，４６，４７で同時に読取れる原稿面１
１上の読取位置は同図に示す如く異なる３つの位置４５
´，４６´，４７´となる。

【００１３】この為、原稿面１１上の任意の位置に対す
る３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の各信号成分は同時に読取ること
ができず、それぞれ３ラインセンサーで読取り後、一致
させ合成する必要が生じてくる。

【００１４】これには３ラインセンサーの各ライン間の
距離Ｓ１，Ｓ２を各画素サイズＷ２の整数倍となるよう
に設定し、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（Ｂ色光に基づく信号成分）に対し各
Ｇ，Ｒ信号（Ｇ，Ｒ色光に基づく信号成分）を遅延させ
ることによって比較的容易に３色の合成信号成分を得て
いる。

【００１５】従って上記の如く３ラインセンサーの中央
のラインセンサー４６に対する他の２つのラインセンサ
ー４５，４７間の距離Ｓ１，Ｓ２は副走査方向の画素サ
イズＷ２の整数倍となるように設定しているのである。

【００１６】しかしながら上記に示したカラー画像読取
装置において冗長ラインメモリーを３ラインセンサーの
ライン間距離相当に充当することは高価なラインメモリ
ーを複数列具備しなければならず、これはコスト的にみ
て極めて不利となり、又装置全体が複雑化してくる等の
問題点があった。

【００１７】更に別な手法として、図８に示すようにモ
ノリシックな３ラインセンサー５２を受光手段（受光素
子）として用い、結像光学系９０内に副走査方向にのみ
所定のパワー（屈折力）を有するシリンドリカルレンズ
８３を配し、系全体をアナモフィックな光学系とし、該
アナモフィックな光学系により副走査方向のカラー画像
に基づく光束を３ラインセンサー５２の前方で一旦結像
させ、その結像位置Ａに副走査方向の光束を規制するス
リット８４を配置することにより、該３ラインセンサー
５２面上で該カラー画像に基づく光束をディフォーカス
した状態で読取る手法のカラー画像読取装置が提案され
ている。

【００１８】しかしながら上記図８に示したカラー画像
読取装置においては以下に示す問題点を持っていた。

【００１９】第１には副走査方向の光束がディフォーカ
スした状態である為に各ラインセンサー４５，４６，４
７間の非センサー部での光量を有効に利用することがで
きない為に光量的ロスが非常に大きくなってしまうとい
う点である。通常３ラインセンサーのライン間の距離は
単一素子の画素サイズの１０〜２０倍程度であるから光
量的ロスが非常に大きい。

【００２０】第２には副走査方向に光束を規制するスリ
ット８４の巾が非常に狭くなり、又その配置精度が非常
に厳しくなってしまうという点である。

【００２１】本発明は原稿面上のカラー画像を結像光学
系を介してモノリシック３ラインセンサーで読取る際、
該結像光学系内にアナモフィックな光学系を配し、副走
査方向の光束を該モノリシック３ラインセンサーの前方
で一旦結像させ、該結像された光束を副走査方向にのみ
所定の屈折力を有する複数の回折光学素子より成る光学
素子により複数に分割した後、該モノリシック３ライン
センサー面上に結像させることにより、該モノリシック
３ラインセンサー面上で光量を有効に利用することがで
きると共に簡易な構成で該カラー画像を高精度に読み取
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。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明のカラー画像読取
装置は、 (1) カラー画像を結像光学系により複数のラインセンサ
ーを同一基板面上に配置した受光手段面上に結像させ、
該カラー画像と該受光手段とを相対的に走査させて該受
光手段で該カラー画像を読み取る際、該結像光学系はア
ナモフィックな光学系を有し、該アナモフィックな光学
系で副走査断面内において、該カラー画像からの光束を
集光し、結像させた後、発散する光束を光路中に配した
光学素子により副走査方向に複数の光束に分割し、該分
割された複数の光束をそれぞれ対応するラインセンサー
面上に結像させていることを特徴としている。

【００２３】特に(1-1) 前記アナモフィックな光学系は
副走査方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ
であることや、(1-2) 前記アナモフィックな光学系はト
ーリックレンズであることや、(1-3) 前記光学素子は副
走査方向にのみ屈折力を有する少なくとも３つの回折光
学素子より成ること、等を特徴としている。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の屈折
力配置を示す副走査方向の要部概略図である。

【００２５】図中、１１は原稿面であり、カラー画像が
形成されている。１０は結像光学系であり、主走査方向
と副走査方向とに共通の屈折力φ₁ を有する正レンズ
１、副走査方向にのみ所定の屈折力φ₂ を有するアナモ
フィックな光学系（屈折光学系）としてのシリンドリカ
ルレンズ２とより成っている。

【００２６】３は光学素子であり、副走査方向にのみ共
通の回折パワー（屈折力）φ₃ を有する３つの回折光学
素子３ａ，３ｂ，３ｃより成っており、該３つの回折光
学素子３ａ，３ｂ，３ｃは副走査方向に並置されてお
り、後述する受光手段４近傍に配されている。本実施形
態における光学素子３は副走査断面内において結像光学
系１０により一旦結像したカラー画像に基づく光束を３
つの回折光学素子３ａ，３ｂ，３ｃにより副走査方向に
３つの光束に分割し、該分割した３つの光束をそれぞれ
対応するラインセンサー５，６，７面上に結像（集束）
させている。

【００２７】４は受光手段であり、３つのラインセンサ
ー（ＣＣＤ）５，６，７を互いに平行となるように有限
距離を隔てて同一基板面上に配置した、所謂モノリシッ
ク３ラインセンサー（以下「３ラインセンサー」とも称
す。）より成っている。

【００２８】本実施形態では原稿面１１上のカラー画像
を不図示のミラー等より成る走査手段によりライン走査
し、該カラー画像からの光束を結像光学系１０により集
光し、主走査方向においては正レンズ１の屈折力φ₁ の
みによって３ラインセンサー４面上に結像させている。
一方、副走査方向においては同図に示すように正レンズ
１によって収束されたカラー画像に基づく光束をシリン
ドリカルレンズ２により更に収束の度合を高め、３ライ
ンセンサー４の前方の任意の点（結像点）Ａに焦線の形
に一旦結像させた後、発散させ、該発散した光束を共通
の回折パワーφ₃ を有する３つの回折光学素子３ａ，３
ｂ，３ｃより成る光学素子３により３つの光束に分割し
た後に、該３つの光束を各々対応するラインセンサー
５，６，７面上に再結像させている。そして３ラインセ
ンサー４により各々の色光に基づくカラー画像をデジタ
ル的に読取っている。

【００２９】ここで本実施形態の副走査方向の結像関係
について図１を用いて説明する。

【００３０】同図において原稿面１１と正レンズ１との
間隔をｅ₀ 、正レンズ１とシリンドリカルレンズ２との
間隔をｅ₁ ，シリンドリカルレンズ２と結像点Ａとの間
隔をｅ₂ 、結像点Ａと光学素子３との間隔をｅ₃ 、光学
素子３と３ラインセンサーとの間隔をｅ₄ とする。

【００３１】今、薄肉系において副走査方向の結像関係
を考える。周辺光束が各レンズ１，２及び光学素子３を
横切る高さを各々ｈ₁ ，ｈ₂ ，ｈ₃ とし、各レンズ１，
２からの光線の角度を各々α′₁ ，α′₂ とする。更に
３ラインセンサー４の中心のラインセンサー６に結像す
る光線の周辺光束についても同様に各々ｈ₁₁，ｈ₂₂，ｈ
₃₃，α′₁₁、α′₂₂，α′₃₃を考える。

【００３２】ここでｈ₁ ＝−α₁ ・ｅ₀ であるから、正
レンズ１とシリンドリカルレンズ２との間隔ｅ₁ を決定
すると、それ以外の値がすべて求まる。

【００３３】光線追跡により求まる数式は以下の通りで
ある。

【００３４】ｅ₂ ＝ｈ₂₂／α′₂₂ ｅ₃ ＝ｄ／２α′₂₂＋３ｈ₂₂／α′₁ ｅ₄ ＝−３ｈ₃₃／α′₁ φ₂ ＝（α′₂₂−α′₁₁）／ｈ₂₂ φ₃ ＝−（α′₁ ／３＋α′₂₂）／ｈ₃₃ ｈ₁₁＝ｈ₁ ／３ ｈ₂₂＝ｈ₁₁−α′₁ ／３×ｅ₁ ｈ₃₃＝−ｄ／２（１＋３α′₂₂／α′₁ ） この数式の中でｄは３ラインセンサー４の各ラインのラ
イン間隔である。又上述の数式は正レンズ１から射出す
る光線の角度α′₁₁と光学素子３から射出する光線の角
度α′₃₃とが符号の異なる同一の値であること（α′₁₁
＝−α′₃₃）を前提としている。これは主走査方向と副
走査方向との結像倍率を一致させるものである。

【００３５】以上のような結像関係の中で副走査方向の
光束は結像点Ａに一旦結像された後、光学素子３を通し
て分割される形で３ラインセンサー４面上に再結像され
る。このような結像関係により原稿面１１上の１ライン
のカラー画像情報を３ゾーン（３ライン）に分割し、３
ラインセンサー４面上に再結像させることにより、前述
した従来例の問題点であった光束をディフォーカスした
状態でカラー画像情報を読取る際に発生した光量的ロス
を無くすことができ、更には副走査方向においても完全
な結像関係が成立していることにより、副走査方向に光
束を規制するスリットも不要としている。

【００３６】本実施形態において回折光学素子の特徴と
して、例えば上記３ゾーンがカラー読取りの基本３原色
Ｒ，Ｇ，Ｂの色光に相当するとすれば、各々の色光Ｒ，
Ｇ，Ｂに適応した素子構造をとることで格子ピッチを変
化させ、これにより回折角を自由に選択することによ
り、３ラインセンサー４の各ラインのライン間隔ｄを各
々自由な値に設定することができる。

【００３７】又、光学素子３の中央ゾーンである回折光
学素子３ｂ（ラインセンサー６に対応する）での素子構
造は、例えばフレネルゾーンプレート型においては、そ
の位相関数をφ（ｈ）として

【００３８】

【数１】 として求められる。

【００３９】ここでλは上記基本３原色Ｒ，Ｇ，Ｂのう
ちいずれか１つの原色の中心波長を充当させると良い。
同様に各ラインセンサー５，７に対応する各々のゾーン
（回折光学素子３ａ，３ｃ）についても上記と同様の手
法で素子構造が求められ、ただ各々の素子について光学
的共役関係において軸外となる点のみが異なる。

【００４０】図２に本実施形態に関わるフレネルゾーン
型の素子構造の回折光学素子を示す。又図３に量子化し
た階段状の所謂４段構造のバイナリー素子（ＢＯＥ）の
回折光学素子を示す。どちらの回折光学素子を用いても
本実施形態における基本的な効果は同じである。

【００４１】次に本発明の実施形態２のカラー画像読取
装置について説明する。本実施形態において前述の実施
形態１と異なる点は結像光学系を主走査方向と副走査方
向とで互いに異なる屈折力を有するトーリックレンズで
構成したことである。その他の構成及び光学的作用は前
述の実施形態１と略同様である。

【００４２】即ち、アナモフィックな光学系としてのト
ーリックレンズを用いて結像光学系を構成することによ
っても、本実施形態は前述の実施形態１と同様な効果を
得ることができる。又本実施形態ではこのトーリックレ
ンズを用いることにより、前述の実施形態１で用いた副
走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレ
ンズ２を不要としている。

【００４３】次に本発明の実施形態３のカラー画像読取
装置について説明する。本実施形態において前述の実施
形態１と異なる点は光学素子と３ラインセンサーを保護
するカバーガラスとを一体的にして構成したことであ
る。その他の構成及び光学的作用は前述の実施形態１と
略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

【００４４】通常、３ラインセンサーの上面には防塵等
の目的の為、カバーガラスを配置することが一般的であ
る。そこで本実施形態ではこのカバーガラスと前述した
結像関係の計算式から３ラインセンサー近傍に配される
光学素子とを一体的にして構成することにより、レンズ
等の配置精度の向上を図り、又固定部材の除去等により
部品点数を削減することにより、装置全体のコンパクト
化を図っている。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば前述の如くカラー画像を
結像光学系を介してモノリシック３ラインセンサーで読
取る際、該結像光学系内にアナモフィックな光学系を配
し、副走査方向の光束を該モノリシック３ラインセンサ
ーの前方で焦線の形に一旦結像させ、該結像された光束
を副走査方向にのみ所定の屈折力を有する複数の回折光
学素子より成る光学素子により複数に分割した後、該モ
ノリシック３ラインセンサー面上に結像させることによ
り、該モノリシック３ラインセンサー面上で光量を有効
に利用することができると共に簡易な構成でカラー画像
を高精度に読み取ることができ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】

【図１】 本発明の実施形態１の屈折力配置を示す副走
査方向の要部概略図

【図２】 本発明の実施形態１の回折光学素子の要部断
面図

【図３】 本発明の実施形態１の回折光学素子の要部断
面図

【図４】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部概
略図

【図５】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部概
略図

【図６】 モノリシック３ラインセンサーの説明図

【図７】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部概
略図

【図８】 従来のカラー画像読取装置の光学系の要部概
略図

【符号の説明】

１ 正レンズ ２ シリンドリカルレンズ ３ 光学素子 ３ａ，３ｂ，３ｃ 回折光学素子 ４ 受光手段（モノリシック３ラインセンサー） ５，６，７ ラインセンサー １０ 結像光学系 ｅ₀ 原稿面と正レンズとの間隔 ｅ₁ 正レンズとシリンドリカルレンズとの間隔 ｅ₂ シリンドリカルレンズと結像点Ａとの間隔 ｅ₃ 結像点Ａとレンズとの間隔 ｅ₄ 光学素子とモノリシック３ラインセンサーとの間
隔 φ₁ 正レンズの屈折力 φ₂ シリンドリカルレンズの屈折力 φ₃ 回折光学素子の屈折力 α′₁ 周辺光束が正レンズを射出する角度 α′₂ 周辺光束がシリンドリカルレンズを射出する角
度 α′₁₁ 中央のラインセンサーに結像する周辺光束が正
レンズを射出する角度 α′₂₂ 中央のラインセンサーに結像する周辺光束がシ
リンドリカルレンズを射出する角度 α′₃₃ 中央のラインセンサーに結像する周辺光束が回
折光学素子を射出する角度 ｈ₁ 周辺光束が正レンズを横切る高さ ｈ₂ 周辺光束がシリンドリカルレンズを横切る高さ ｈ₃ 周辺光束が回折光学素子を横切る高さ ｈ₁₁ 中央のセンサーに結像する周辺光束が正レンズを
横切る高さ ｈ₂₂ 中央のセンサーに結像する周辺光束がシリンドリ
カルレンズを横切る高さ ｈ₃₃ 中央のセンサーに結像する周辺光束が回折光学素
子を横切る高さ Ａ 結像点 ｄ ライン間隔

Claims (4)

【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複数のラ
   インセンサーを同一基板面上に配置した受光手段面上に
   結像させ、該カラー画像と該受光手段とを相対的に走査
   させて該受光手段で該カラー画像を読み取る際、 該結像光学系はアナモフィックな光学系を有し、該アナ
   モフィックな光学系で副走査断面内において、該カラー
   画像からの光束を集光し、結像させた後、発散する光束
   を光路中に配した光学素子により副走査方向に複数の光
   束に分割し、該分割された複数の光束をそれぞれ対応す
   るラインセンサー面上に結像させていることを特徴とす
   るカラー画像読取装置。
2. 【請求項２】 前記アナモフィックな光学系は副走査方
   向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズであるこ
   とを特徴とする請求項１のカラー画像読取装置。
3. 【請求項３】 前記アナモフィックな光学系はトーリッ
   クレンズであることを特徴とする請求項１のカラー画像
   読取装置。
4. 【請求項４】 前記光学素子は副走査方向にのみ屈折力
   を有する少なくとも３つの回折光学素子より成ることを
   特徴とする請求項１のカラー画像読取装置。