JPH0671298B2 - Color image reader - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複数の固体撮像素子アレイを用いてカラー画像
を読取る装置、特に被写体から角度をもって結像光学系
に入射する画角を持つ光束も、対応する各固体撮像素子
アレイ上に結像するような、カラー画像読取り装置に関
する。The present invention relates to an apparatus for reading a color image using a plurality of solid-state image sensor arrays, and in particular to a light flux having an angle of view that is incident on an imaging optical system at an angle from a subject. , A color image reader for forming an image on each corresponding solid-state image sensor array.

［従来の技術］ 従来、原稿等の被写体を副走査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
読取りする装置として、第７図に示す様な装置が知られ
ている。同図において、照明用光源（不図示）からの光
で原稿面18の一部が照らされ、この部分の情報を含む光
束が、結像光学系19を介してスリーピース（3P）プリズ
ム20に入りこのプリズム20で３色に分解された後、３つ
の１ラインCCDセンサー21、22、23に結像される。これ
により原稿面18の情報がカラー読取りされる。[Prior Art] Conventionally, an apparatus as shown in FIG. 7 has been known as an apparatus for line-scanning an object such as a document in a sub-scanning direction and reading the image with a solid-state image sensor (CCD sensor etc.) array in color. There is. In the figure, a part of the document surface 18 is illuminated with light from a light source for illumination (not shown), and a light flux containing information on this part enters a three-piece (3P) prism 20 via an imaging optical system 19. After being separated into three colors by the prism 20, images are formed on the three 1-line CCD sensors 21, 22 and 23. As a result, the information on the document surface 18 is read in color.

［発明が解決しようとする課題］ しかし乍ら、この従来例では、センサーが独立に３つ必
要であり、更に、通常、3Pプリズム20の製作には高精度
が要求されるので、コストが高くつく。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。[Problems to be Solved by the Invention] However, in this conventional example, three independent sensors are required, and normally, high precision is required for manufacturing the 3P prism 20, resulting in high cost. Tsuku. Furthermore, there is a drawback in that it is necessary to adjust the condensed light flux and each of the sensors 21, 22, and 23 independently of each other, which makes the manufacturing difficult.

そこで、センサーアレイないし固体撮像素子アレイを、
３ライン、同一基板上に平行に有限距離離して作りつ
け、モノシックな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。Therefore, the sensor array or solid-state image sensor array
3 lines, built in parallel on the same substrate with a finite distance, 3 lines as a monolithic 3 line sensor
It may be formed on the device.

この３ラインセンサー24を第８図に示す。図中、３つの
センサーアレイ25、26、27間の距離S₁、S₂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W₁、W₂は例えば７μｍ×７μｍ、10μｍ×10μｍ程
度である。こうしたモノシリック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９図に示す。This 3-line sensor 24 is shown in FIG. In the figure, the distances S ₁ and S ₂ between the three sensor arrays 25, 26 and 27 are, for example, about 0.1 to 0.2 mm due to various manufacturing conditions.
The widths W ₁ and W ₂ of the electrodes are, for example, about 7 μm × 7 μm and 10 μm × 10 μm. FIG. 9 shows a known structure as a color image reading apparatus using such a monolithic 3-line sensor as a light receiving element.

同図において、原稿面18の情報を副走査方向（図中上下
方向）にライン走査して読取るにあたり、原稿面18から
の光が、結像光学系19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ー30、31に
入りそこで３色の３光束に分離された後、モノリシック
３ラインセンサー32上の対応する各センサーアレイ33、
34、35上に集光される。In the figure, when reading the information on the document surface 18 by line scanning in the sub-scanning direction (vertical direction in the drawing), the light from the document surface 18 is selected through the imaging optical system 19 to have dichroism. After entering the color separation beam splitters 30 and 31 to which a transparent film is added, the light beams are separated into three light fluxes of three colors, and then, corresponding sensor arrays 33 on the monolithic three-line sensor 32,
Focused on 34, 35.

しかし、第９図に示す如く、ビームスプリッター30、31
の板厚をｘとしたとき、センサー32上のアレイ間距離は となり、前述の様にアレイ間距離 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
坦度等のことを考慮すると、製作上容易ではない。However, as shown in FIG. 9, the beam splitters 30, 31
The distance between the arrays on the sensor 32 is And, as mentioned above, the distance between arrays Is about 0.1 to 0.2 mm, the plate thickness (x) is about 35 to 70 μm. This value is not easy to manufacture in consideration of the required flatness of the surface.

更に、こうしたモノシリックな３ラインセンサーを用い
た別の構成のカラー画像読取り装置も公知である。この
構成では、上述したモノシリック３ラインセンサーと共
に使用し得るような色分解手段として、ブレーズド回折
格子が用いられている。Further, a color image reading device having another structure using such a monolithic three-line sensor is also known. In this configuration, a blazed diffraction grating is used as a color separation means that can be used with the above-mentioned monolithic 3-line sensor.

しかし乍ら、この構成では、被写体面の１点からの光に
ついてのみ考慮が払われ、主走査方向に有限な読取り幅
が被写体面に存在することによる所謂画角特性の点につ
いては何ら考慮されていない。However, in this configuration, consideration is given only to light from one point on the subject surface, and no consideration is given to the so-called angle-of-view characteristic due to the existence of a finite reading width in the main scanning direction on the subject surface. Not not.

従って、本発明の目的は、上記画角特性に関係する問題
点を解決したカラー画像読取り装置を提供することにあ
る。Therefore, an object of the present invention is to provide a color image reading apparatus which solves the problems related to the above-mentioned field angle characteristics.

［発明の概要］ 上記の目的を達成するために、本発明によるカラー画像
読取り装置においては、結像光学系と複数ラインセンサ
ーとの間の光路中に、被写体からの光を、このセンサー
の複数のセンサーアレイのアレイ方向と直角な方向に複
数に色分解すると共にこの色分解光を対応する各センサ
ーアレイに導くための１次元ブレーズド回折格子が配さ
れ、そしてセンサーの複数のセンサーアレイ間の間隔
が、被写体から角度をもって結像光学系に入射する画角
を持つ光束も、対応する各センサーアレイ上に結像する
ように、この画角に対応して変化している。[Summary of the Invention] In order to achieve the above object, in a color image reading apparatus according to the present invention, light from a subject is detected by a plurality of light beams from an object in an optical path between an imaging optical system and a plurality of line sensors. 1D blazed diffraction gratings for arranging a plurality of color separations in the direction perpendicular to the array direction of the sensor array and guiding the color separation light to each corresponding sensor array, and a space between the sensor array of the sensors are arranged. However, a light flux having an angle of view that is incident on the imaging optical system at an angle from the subject is also changed corresponding to this angle of view so as to form an image on each corresponding sensor array.

この構成により、有限幅の画像情報からの光が、凍なる
波長域から成る複数の光束に分離された後、対応する各
センサーアレイに正しく結像される。With this configuration, the light from the image information of finite width is separated into a plurality of light fluxes in the freezing wavelength range, and then correctly imaged on the corresponding sensor arrays.

［実施例］ 第１図は本発明の実施例に用いられる３ラインセンサー
１を示す。このセンサー１の基板1a上には、各色（例え
ばＲ、Ｇ、Ｂの３原色）に対応するセンサーアレイ２、
３、４が形成され、アレイ間の間隔５、６は後述する様
に画角に対応して決定されている。[Embodiment] FIG. 1 shows a three-line sensor 1 used in an embodiment of the present invention. On the substrate 1a of the sensor 1, a sensor array 2 corresponding to each color (for example, three primary colors of R, G, B),
3 and 4 are formed, and the intervals 5 and 6 between the arrays are determined corresponding to the angle of view as described later.

このセンサー１が組み込まれたカラー読取り光学系が第
２図と第３図に示されている。A color reading optical system incorporating the sensor 1 is shown in FIGS. 2 and 3.

同図において、原稿面８上の画像情報は、この原稿面８
と結像光学系９との間に配置されたミラー（不図示）等
により副走査方向にライン走査され、そして画像情報光
は結像光学系９を介して３色分解用１次元ブレーズド回
折格子10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）の光束に分離さ
れ、この色分解光はモノシリック３ラインセンサー１の
各センサーアレイ２、３、４上に結像される。センサー
１の素子面はライン走査方向（副走査方向）と平行に配
置されている。In the same figure, the image information on the document surface 8 is the document surface 8
Line scanning in the sub-scanning direction by a mirror (not shown) disposed between the image forming optical system 9 and the image forming optical system 9, and the image information light is transmitted through the image forming optical system 9 to a one-dimensional blazed diffraction grating for three-color separation. Guided to 10. Here, the information light is separated into light fluxes of three colors (for example, R, G, B) in so-called color reading, and this color separation light is imaged on each sensor array 2, 3, 4 of the monolithic three-line sensor 1. It The element surface of the sensor 1 is arranged parallel to the line scanning direction (sub scanning direction).

１次元ブレーズド回折格子については、Applied Optic
s誌、第17巻、第15号、2273〜2279ページ（1978年８月
１日号）に示されている。その形状な副走査断面におい
て第４図および第５図に示す如きものである。Applied Optic for 1D blazed gratings
S., Vol. 17, No. 15, pp. 2273-2279 (August 1, 1978 issue). The sub-scanning cross section of the shape is as shown in FIGS. 4 and 5.

ここで、本発明の原理を理解するために、第８図に示す
通常の３ラインセンサー24を第２図と第３図に示すカラ
ー読取り光学系に用いるときに如何なる問題が起こるか
を詳説する。Here, in order to understand the principle of the present invention, it will be described in detail what kind of problems will occur when the ordinary three-line sensor 24 shown in FIG. 8 is used in the color reading optical system shown in FIGS. 2 and 3. .

実際の読取り装置を構成する上で、第２図に示す様な有
限な読取り幅ｙが必要であり、従って結合光学系９に対
して画角θが存在する。よって、主走査断面にて、結像
光学系９の光軸外からの光束は、その主光線がθの角度
で結像光学系９の入射瞳に入射し、第２図と第４図
（ａ）で示す如くその射出瞳11からθ′の角度で射出す
る。この為、ブレーズド回折格子10から３ラインセンサ
ー１までの距離は、第４図（ａ）で示す如く、軸上光線
では1₀となるが、入射角θの軸外光線では射出瞳11から
射出角θ′で出射してくるので、1₁＝1₀/cosθ′とな
る。通常光学系ではθ≒θ′である。A finite reading width y as shown in FIG. 2 is necessary for constructing an actual reading device, and therefore an angle of view θ exists with respect to the coupling optical system 9. Therefore, in the main scanning cross section, a light flux from the optical axis of the imaging optical system 9 enters the entrance pupil of the imaging optical system 9 with its principal ray at an angle of θ, and FIGS. As shown in a), the light exits from the exit pupil 11 at an angle of θ '. Therefore, the distance from the blazed diffraction grating 10 to the 3-line sensor 1, as shown in 4 (a), although a 1 ₀ a axial ray, emitted from the exit pupil 11 at an off-axis ray of the incident angle θ 'since coming emitted _{by, 1 1 = 1 0 / cosθ} ' angle θ becomes. In an ordinary optical system, θ≈θ ′.

一方、ブレーズド回折格子10による１次回折光の回折角
αは、第５図に示す構成において、Psinα＝λ（P:格子
ピッチ、λ：波長）である。On the other hand, the diffraction angle α of the first-order diffracted light by the blazed diffraction grating 10 is Psin α = λ (P: grating pitch, λ: wavelength) in the configuration shown in FIG.

以上より、センサー素子面での色分解光間の第４図
（ｂ）に示す分離距離Ｚは，軸上ではＺ＝1₀tanαとな
り、軸外ではＺ＝1₁tanα＝1₀tanα/cosθ′となる。こ
のように両者は一致せず、第８図に示す様にセンサーア
レイ25、26、27の間隔が軸上と軸外で変化せず一定であ
る３ラインセンサー24を用いると、３色の３光束が各セ
ンサーアレイ25、26、27上に全画角に亙って正しく結像
しないことになる。From the above, the separation distance Z shown in FIG. 4 between the color separation light of the sensor element surface (b) is, Z = 1 ₀ tan [alpha becomes the on-axis, the off-axis _{Z = 1 1 tanα = 1 0} tanα / cosθ ’ In this way, the two do not match, and as shown in FIG. 8, when the 3-line sensor 24 in which the distance between the sensor arrays 25, 26 and 27 does not change on-axis and off-axis and is constant, three colors of three colors are used. The light flux will not be properly imaged on each sensor array 25, 26, 27 over the entire angle of view.

例えば、Ｐ＝60μｍ、λ＝540nm（グリーン）、画角θ
≒θ′＝10deg、1₀＝20mmとした場合、分離距離Ｚの軸
上と軸外とでのズレは約３μｍ程となり、前述の単素子
サイズ７μｍ×７μｍ、10μｍ×10μｍと比較すると、
光束の結像中心が素子中央から大きくはずれてしまう。
画角θを小さくすれば上記ズレは小さくなるが、装置を
コンパクトにまとめる必要性からそれもいたずらに小さ
くできない。For example, P = 60 μm, λ = 540 nm (green), angle of view θ
_{≒ θ '= 10deg, 1 0} = case of a 20 mm, displacement in the axial and off-axis separation distance Z becomes approximately 3 [mu] m, the aforementioned single element size 7 [mu] m × 7 [mu] m, when compared to 10 [mu] m × 10 [mu] m,
The image forming center of the light beam is largely deviated from the center of the element.
If the angle of view θ is made smaller, the above-mentioned deviation becomes smaller, but it cannot be made unnecessarily small because of the necessity of compacting the device.

そこで、本実施例では、軸上と軸外でのセンサーアレイ
２、３、４間の素子間隔を上記の光束結像位置の変化に
対応する様に、第１図に示す如く、軸外に行くにつれて
広がるように決定している。Therefore, in this embodiment, the element spacing between the sensor arrays 2, 3 and 4 on and off the axis is set off-axis as shown in FIG. I have decided to spread it as I go.

次に、画角θ≒θ′に起因する別の問題もある。第５図
に示す様な格子厚d₁、d₂を持つブレーズド回折格子10
に、図中紙面垂直断面内において画角θ′をもった光束
が入射すると、垂直入射する場合と比して格子10内の実
光路長が異なり、両者のブレーズ波長がずれるというこ
とがある。Next, there is another problem caused by the angle of view θ≈θ ′. Blazed diffraction grating 10 having grating thicknesses d ₁ and d ₂ as shown in FIG.
In addition, when a light beam having an angle of view θ'is incident in the cross section perpendicular to the plane of the drawing in the figure, the actual optical path length in the grating 10 is different from that in the case of vertical incidence, and the blaze wavelengths of both may shift.

これは、ブレーズ波長λと厚みd₁とに以下の関係がある
ことによる。This is because the blaze wavelength λ and the thickness d ₁ have the following relationship.

ここで、Φｉは位相差（rad）、ｎ_λは波長λの光に対
する格子媒質の屈折率である。即ち、所定次数の回折光
について所望の位相差Φｉを実現する波長λは、格子厚
diが一定ならば、画角θ′すなわち格子への入射角が大
きくなるにつれて短波長側にシフトする。これは、１ラ
イン上の画像情報を読取るに際し、軸上から軸外に向け
て、各センサーアレイに捕捉される光の波長域の波長分
布がずれることを意味し、結果的に色ズレを生じる。 Here, Φi is the phase difference (rad), and n _λ is the refractive index of the grating medium with respect to the light of wavelength λ. That is, the wavelength λ that achieves the desired phase difference Φi for diffracted light of a predetermined order is the grating thickness
If di is constant, the angle of view θ ′, that is, the angle of incidence on the grating, shifts to the short wavelength side. This means that when the image information on one line is read, the wavelength distribution in the wavelength range of the light captured by each sensor array deviates from on-axis to off-axis, resulting in a color shift. .

例えば、第５図の２段の段階状構造から成るブレーズド
回折格子10において、d₁＝3100nm、d₂＝6200nm、ｎ_λ＝
1.5とした場合、軸上（θ′＝０）ではΦ_１＝６π、Φ
_２＝12πとして１次回折光ブレーズ波長は516.7nmであ
るが、軸外（θ′＝20゜）では同波長が492.3nmと約24n
mシフトしてしまう。しかし、軸外（θ′＝10゜）では
ブレーズ波長は511.2nmと約5nm程のシフトとなり、画像
処理等で捕えるレベルである。従って、第１図に示すブ
レーズド回折格子１を用いる本実施例では、画角θは
θ′＝10（deg）以下にするような大きさであることが
望ましい。For example, in the blazed diffraction grating 10 having a two-step structure in FIG. 5, d ₁ = 3100 nm, d ₂ = 6200 nm, n _λ =
When set to 1.5, Φ ₁ = 6π, Φ on the axis (θ ′ = 0)
_{When 2} = 12π, the blaze wavelength of the first-order diffracted light is 516.7 nm, but at the off-axis (θ '= 20 °), the wavelength is 492.3 nm, which is about 24n.
m shift. However, off-axis (θ '= 10 °), the blaze wavelength is 511.2 nm, which is a shift of about 5 nm, which is a level that can be captured by image processing. Therefore, in the present embodiment using the blazed diffraction grating 1 shown in FIG. 1, it is desirable that the angle of view θ be such that θ ′ = 10 (deg) or less.

上記実施例では、軸上と軸外でのセンサーアレイ間の素
子の間隔を、分離距離Ｚ＝1₀tanα/cosθ′に対応する
ように連続的に変えることで、画角をもった光束でも全
画角に亙ってセンサーアレイ素子面上に正しく結像する
ようにしていた。しかし、各素子毎に間隔を変えること
は製作上相当困難である。例えば、1000ビットのCCDを
センサーアレイとして用いた場合、CCD素子１チップ毎
のアレイ間間隔の変化量は数nmとなる。In the above embodiment, the spacing element between the sensor array in the axial and off-axis, separation distance Z = 1 ₀ tanα / cosθ 'is continuously altering to accommodate, in the light flux having an angle of view The image was correctly formed on the surface of the sensor array element over the entire angle of view. However, it is considerably difficult in manufacture to change the interval for each element. For example, when a 1000-bit CCD is used as a sensor array, the amount of change in the inter-array spacing for each CCD element chip is several nm.

そこで第６図に示す構造の３ラインセンサー12を用いる
第２実施例が考えられる。このセンサー12では、センサ
ーアレイ13、14、15の数十チップを１ブロックとし、各
ブロックのアレイ間間隔５、６は、ブロック内の代表す
る１素子が前記実施例における分離距離Ｚ＝1₀tanα/co
sθ′を満足するように決定する。このようにすれば、
比較的簡単に、目的とする３ラインセンサー12が製作で
きる。従って、生産効率の向上及びコストダウンが可能
となる。尚、１ブロック内の素子数は、センサーアレイ
の全チック数やアレイ間間隔等を考慮して適当に決定す
ればよい。Therefore, a second embodiment using the 3-line sensor 12 having the structure shown in FIG. 6 can be considered. In this sensor 12, several tens of chips of the sensor arrays 13, 14 and 15 are set as one block, and the inter-array intervals 5 and 6 of each block are such that one element in the block is the separation distance Z = 1 ₀ in the above embodiment. tan α / co
Determine so that sθ ′ is satisfied. If you do this,
The target 3-line sensor 12 can be manufactured relatively easily. Therefore, it is possible to improve the production efficiency and reduce the cost. The number of elements in one block may be appropriately determined in consideration of the total number of ticks of the sensor array, the interval between the arrays, and the like.

［発明の効果］ 以上の構成を有する本発明によれば、画角に対応して複
数ライン素子間隔を調整しているので、読取り幅をもつ
画像情報でも結像位置のずれなく良好に色分解、分離結
像され、コンパクトで安価なカラー画像読取り装置が実
現できる。[Advantages of the Invention] According to the present invention having the above-described configuration, the spacing between a plurality of line elements is adjusted according to the angle of view, so that even image information having a reading width can be satisfactorily color-separated without displacement of the image formation position. A separate and image-formed, compact and inexpensive color image reader can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本発明の第１実施例の３ラインセンサーを示す
図、第２図と第３図は第１実施例の読取り光学系を示す
図、第４図はブレーズド回折格子の作用を説明する図、
第５図はブレーズド回折格子の一部拡大図、第６図は第
２実施例の３ラインセンサーを示す図、第７図は従来の
カラー画像読取り光学系を示す図、第８図は通常のモノ
リシック３ラインセンサーの構成を示す図、第９図は他
の従来のカラー画像読取り光学系を示す図である。 １、12……３ラインセンサー、２、３、４、13、14、15
……センサーアレイ、８……被写体、９……結像光学
系、10……１次元ブレーズド回折格子FIG. 1 is a diagram showing a three-line sensor of a first embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are diagrams showing a reading optical system of the first embodiment, and FIG. 4 is a diagram for explaining the function of a blazed diffraction grating. Figure to
FIG. 5 is a partially enlarged view of the blazed diffraction grating, FIG. 6 is a view showing the 3-line sensor of the second embodiment, FIG. 7 is a view showing a conventional color image reading optical system, and FIG. 8 is a normal view. FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a monolithic 3-line sensor, and FIG. 9 is a diagram showing another conventional color image reading optical system. 1,12 …… 3 line sensor 2,3,4,13,14,15
...... Sensor array, 8 ... Subject, 9 ... Imaging optical system, 10 ... One-dimensional blazed diffraction grating

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】１次元のセンサーアレイが、このアレイ方
向と直角に、複数ライン、有限距離を隔てて同一基板上
に配置された複数ラインセンサーと、被写体の像を該セ
ンサー上に結像するための結像光学系とを有するカラー
画像読取り装置であって、該結像光学系と該センサーと
の間の光路中に、被写体からの光を、前記アレイ方向と
直角な方向に複数に色分解すると共にこの色分解光を対
応する各センサーアレイに導くための１次元ブレーズド
回折格子が配置され、前記センサーの複数のセンサーア
レイ間の間隔は、被写体から角度をもって前記結像光学
系に入射する画角を持つ光束も、対応する各センサーア
レイ上に結像するように、この画角に対応して変化して
いることを特徴とするカラー画像読み取り装置。1. A one-dimensional sensor array forms a plurality of line sensors at a right angle to the array direction on a same substrate with a plurality of lines separated by a finite distance and an image of an object on the sensor. A color image reading apparatus having an image forming optical system for controlling the light from a subject into a plurality of colors in a direction perpendicular to the array direction in an optical path between the image forming optical system and the sensor. A one-dimensional blazed diffraction grating for disassembling and guiding the color-separated light to each corresponding sensor array is arranged, and the intervals between the plurality of sensor arrays of the sensor are incident on the imaging optical system at an angle from a subject. A color image reading device characterized in that a light flux having an angle of view is also changed corresponding to this angle of view so as to form an image on each corresponding sensor array. 【請求項２】前記複数のセンサーアレイ間の間隔は連続
的に変化している請求項１記載のカラー画像読取り装
置。2. The color image reading apparatus according to claim 1, wherein the distance between the plurality of sensor arrays is continuously changed. 【請求項３】前記複数のセンサーアレイ間の間隔は、セ
ンサー数十チップを１ブロックとし、ブロック毎に非連
続的に変化している請求項１記載のカラー画像読取り装
置。3. The color image reading apparatus according to claim 1, wherein the interval between the plurality of sensor arrays is such that several tens of chips of the sensor are one block, and the intervals vary discontinuously for each block.