(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２組の平行な反射面を有し、前記２組の平行な反射のうち少なくとも１組の各反射面は、光束の入射面側から順に、
３原色の第１の色光を反射する第１のダイクロイックミラーと、
３原色の第２の色光を反射する第２のダイクロイックミラーと、
３原色の第３の色光を反射するミラーと、
が層状に形成されて成り、
前記２組の平行な反射面で包囲される領域内に入射した光束を前記２組の平行な反射面の各面で少なくとも１回反射して３原色の各色光にカラー分離し、所定の出射口から出射することを特徴とする色分解光学装置。
【請求項２】
前記２組の平行な反射面のうち１組の各反射面は、光束の入射面側から順に、
前記第１のダイクロイックミラーと、
前記第２のダイクロイックミラーと、
３原色の第３の色光を反射するミラーと、
が層状に形成され、
他の１組の各反射面は、光束の入射面側から順に、
３原色の第３の色光を反射する第３のダイクロイックミラーと、
前記第２の色光を反射する第２のダイクロイックミラーと、
前記第１の色光を反射するミラーと、
が層状に形成されていることを特徴とする請求項１の色分解光学装置。
【請求項３】
光源で照明された撮影対象物からの光を３原色の色要素に分解し、レンズを介して３ラインセンサの各色チャンネルの受光面に導くカラースキャナー光学系において、
２組の平行な反射面を有し、前記２組の平行な反射面のうち少なくとも１組の各反射面は、光束の入射面側から順に、３原色の第１の色光を反射する第１のダイクロイックミラーと、３原色の第２の色光を反射する第２のダイクロイックミラーと、３原色の第３の色光を反射するミラーとが層状に形成されて成る色分解光学手段を備え、
前記２組の平行な反射面で包囲される領域内に入射した前記撮影対象物からの光を前記反射面の各面で少なくとも１回反射して各色要素の平行な光束に分離して前記レンズに導くように構成されることを特徴とするカラースキャナー光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は色分解光学装置に係り、特に、３ラインＣＣＤを利用した小型のカラースキャナーに好適な色分解光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
照明用の光源で原稿を照明しつつ、該原稿に沿って移動しながら画像情報を取り込むハンディースキャナーでは、読取口（スリット）から入射する原稿面からの光をレンズを介してラインセンサ（ＣＣＤ）に導いている。かかる共役長を確保すべく、従来は、スキャナーのケーシング内に折り返し用のミラーが複数枚設けられている。
【０００３】
また、２枚のダイクロイックミラーを用いてカラー原稿を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色に色分解し、各色チャンネルの撮像素子（ＣＣＤ）で読み取ることが行われる。即ち、青色光を反射する第１ダイクロイックミラーにより、青色光を分離し、第１ダイクロイックミラーを透過した光を、緑色光を反射する第２ダイクロイックミラーに入射させ、緑色光を反射させるとともに、赤色光を透過させることによって、緑色光と赤色光とを分離する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスキャナー光学系では、必要な共役長を確保するために配置されるミラーの角度の調整が微妙であり、複数のミラーについて適正な角度に組付けることは極めて困難である。また、折り返し回数が増えるとミラーの枚数が増え、更なる小型化も難しいという問題がある。
【０００５】
特に、３ラインＣＣＤを利用するカラースキャナーにおいては、各色毎の受光位置に合わせて、各色要素の光束を所定の距離に分離する必要があるという問題もある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で所望の光路長を形成することができるとともに、入射光束を３原色の各色要素に所望の距離にカラー分離することができる色分解光学装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成する為に、２組の平行な反射面を有し、前記２組の平行な反射面のうち少なくとも１組の各反射面は、光束の入射面側から順に、３原色の第１の色光を反射する第１のダイクロイックミラーと、３原色の第２の色光を反射する第２のダイクロイックミラーと、３原色の第３の色光を反射するミラーと、が層状に形成されて成り、前記２組の平行な反射面で包囲される領域内に入射した光束を前記２組の平行な反射面の各面で少なくとも１回反射して３原色の各色光にカラー分離し、所定の出射口から出射することを特徴としている。
【０００７】
即ち、２組の平行な反射面から成る４面反射型の光学系は、２組の平行な反射面で包囲される領域内に進入した光を、前記各反射面で少なくとも１回反射して所定の出射口から出射する。４面で光束の経路を折り返すことで、比較的長い光路長を形成することができるので、光学系を小型化できるという利点がある。
かかる４面反射型の光学系の少なくとも１組の平行な反射面について、３原色の第１の色光を反射する第１のダイクロイックミラーと、第２の色光を反射する第２のダイクロイックミラーと、第３の色光を反射するミラーとを層状に形成し、３層構造の反射面とする。４面のすべてを同様の３層構造の反射面としてもよいし、１組は全反射ミラーで構成してもよい。
【０００８】
３層構造の反射面に入射した白色光は、先ず、第１のダイクロイックミラーに入射し、第１の色光が反射される。第１のダイクロイックミラーを透過した光は、第２のダイクロイックミラーに入射し、第２の色光が反射される。従って、第２のダイクロイックミラーを透過した光は、３原色の第３の色光となる。この第３の色光は、ミラーによって反射される。
【０００９】
こうして、白色光は３原色に分解され、各色要素光は第１、第２のダイクロイックミラーの厚さに応じた分離距離で平行に反射する。
以後、各色光は、４面の各面で反射され、出射口から各色光線が平行に出射される。
４面反射型の光学系は、２組の平行平面の長さの比に応じて総反射回数が増減するので、反射回数を選択することにより、所望の光路長を形成できるとともに、所望の分離距離のカラー分解が可能となる。
【００１０】
また、２組の平行な反射面のうち１組の各反射面について、光束の入射面側から順に、第１のダイクロイックミラー、第２のダイクロイックミラー、第３の色光を反射するミラーを形成した３層構造とし、他方の１組については、反射層の構成を逆に、即ち、光束の入射面側から順に、第３の色光を反射する第３のダイクロイックミラー、第２のダイクロイックミラー、第１の色光を反射するミラーを形成した３層構造としたことにより、４面を同じ反射層の構造とする場合などに比べて、カラー分離距離を大きくできる。
【００１１】
また、本発明は、光源で照明された撮影対象物からの光を３原色の色要素に分解し、レンズを介して３ラインセンサの各色チャンネルの受光面に導くカラースキャナー光学系において、２組の平行な反射面を有し、前記２組の平行な反射面のうち少なくとも１組の各反射面は、光束の入射面側から順に、３原色の第１の色光を反射する第１のダイクロイックミラーと、３原色の第２の色光を反射する第２のダイクロイックミラーと、３原色の第３の色光を反射するミラーとが層状に形成されて成る色分解光学手段を備え、前記２組の平行な反射面で包囲される領域内に入射した前記撮影対象物からの光を前記反射面の各面で少なくとも１回反射して各色要素の平行な光束に分離して前記レンズに導くように構成されることを特徴としている。
【００１２】
即ち、この発明は、上述した色分解光学装置をカラースキャナー光学系に適用したものである。上述の色分解光学装置は、反射回数の選択に応じて所望の光路長を形成しつつ、所望の分離距離のカラー分離が可能であるので、分離距離を３ラインセンサの各色チャンネルの受光面に一致させることも容易である。
４面反射型の光学系を４面全て通常のミラーで構成し、撮像手段として１ラインセンサを用いた場合には、単一色（白黒）のスキャナー光学系が達成されることとの関係から、４面反射型の光学系の少なくとも１組に上述のダイクロイックミラーを用い、撮像手段として３ラインセンサを使用することによって、容易にカラースキャナー光学系を構成することができ、カラー対応への変更も容易であるという利点がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る色分解光学装置の実施の形態について詳説する。
先ず、本発明に係る色分解光学装置の前提となる２組の平行平面から成る４面反射型の光学系（以下、４面反射光学系という。）について説明する。
【００１４】
図１乃至図４は、２組の平行平面から成る４面反射光学系１０の断面をモデル化した説明図である。長さＡの一組の平行な反射面１２、１４と、長さＢ（＞Ａ）の一組の平行な反射面１６、１８とを有し、これら２組の長さの異なる平行平面が互いに直交して成る４面反射光学系において、図中白丸で示す最下の頂点（入射点）から光が入射する場合の反射光路について長さの比率（Ａ：Ｂ）との関係で説明する。
【００１５】
図１には、Ａ：Ｂ＝３：４の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きに４面反射光学系１０内に進入した光は、反射面１６（以下、第１反射面という）で図中９０度右方向に反射され、以後、反射面１４（以下、第２反射面という）、反射面１８（以下、第３反射面という）、反射面１２（以下、第４反射面という）の順に、それぞれ１回づつ反射され、最後に再び第１反射面１６で反射され、図中黒丸で示す右端の頂点（出射点）から４面反射光学系１０外に出射される。この場合、総反射回数５回、光路長は４×２１／２  ×Ａとなる。
【００１６】
図２には、Ａ：Ｂ＝３：５の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きに４面反射光学系１０内に進入した光は、第１反射面１６で図中９０度右方向に反射され、以後、第２反射面１４、第３反射面１８、第１反射面１６、第４反射面１２、第３反射面１８の順に反射され、図中黒丸で示す上側の頂点（出射点）から４面反射光学系１０外に出射される。この場合、総反射回数６回、光路長は５×２１／２  ×Ａとなる。
【００１７】
図３には、Ａ：Ｂ＝４：５の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きに４面反射光学系１０内に進入した光は、第１反射面１６で図中９０度右方向に反射され、以後、順に第２反射面１４、第３反射面１１、第１反射面１２、第１反射面１６、第２反射面１４、第３反射面１８の順に反射され、図中黒丸で示す左側の頂点（出射点）から４面反射光学系１０外に出射される。この場合、総反射回数７回、光路長は５×２１／２  ×Ａとなる。
【００１８】
図４には、Ａ：Ｂ＝３：７の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きに４面反射光学系１０内に進入した光は、各反射面で少なくとも１回反射し、合計８回の反射を経て図中黒丸で示す上側の出射点から４面反射光学系１０外に出射される。この場合、光路長は７×２１／２  ×Ａとなる。
図１乃至図４に示したように、４面反射光学系は、２組の平行平面の辺の長さの比率（Ａ：Ｂの比率）を変更することにより反射経路、反射回数が変更され、出射方向を右方向、左方向、上方向と適宜変更することができるとともに、光路長も適宜変更できるという特徴がある。
【００１９】
本発明は、かかる４面反射光学系の反射面をダイクロイックミラーで構成することにより色分解光学系を形成したものである。
図５には、本発明の実施の形態に係る色分解光学装置の断面をモデル化した図が示されている。同図に示す色分解光学系２０においては、４面反射光学系の４面を構成する各反射面１２、１４、１６、１８は、内側（入射面側）から順に、青色光を反射する第１のダイクロイックミラー２２と、緑色光を反射する第２のダイクロイックミラー２４と、赤色光を反射する第３のダイクロイックミラー２６とが層状に接合されて成る。尚、第３のダイクロイックミラー２６の代わりに全反射ミラーでもよい。
【００２０】
例えば、平面ガラスの片面に全反射膜をコートし、その上に緑色光を反射するダイクロイック膜をコーティングし（第２のダイクロイックミラー）、更に、その上に青色光を反射するダイクロイック膜をコーティングする（第１のダイクロイックミラー）ことにより形成される。
図５に示した４面反射型の色分解光学系２０において、図５中最下の頂点付近に設けられた開口部（入射口７０）から白色光が進入し、第１反射面１６に入射角４５度で入射すると、先ず、第１のダイクロイックミラー２２によって青色光のみが９０度右方向に反射される。尚、図中青色光は一点鎖線で示されている。
【００２１】
第１反射面１６で第１のダイクロイックミラー２２を透過した光は、第２のダイクロイックミラー２４に入射し、該第２のダイクロイックミラー２４によって緑色光のみが９０度右方向に反射される。尚、緑色光は図において点線で示されている。
第２のダイクロイックミラー２４を通過した光、即ち、赤色光は、第３のダイクロイックミラー２６に入射し、該第３のダイクロイックミラー２６によって９０度右方向に反射される。尚、赤色光は、図において実線で表されている。
【００２２】
次いで、第２反射面１４に入射角４５度で入射した青色光は、第１のダイクロイックミラー２２の反射面で反射され、緑色光は第２のダイクロイックミラー２４の反射面で反射され、赤色光は第３のダイクロイックミラー２６の反射面で反射されて、それぞれ第３反射面１８に向かう。以下、第３反射面１８、第１反射面１６、第４反射面１２、第３反射面１８において、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各色光毎に上述と同様の反射が繰返される。
【００２３】
最後の反射面（第３反射面１８）によって図の上方に折り返された光束は、図中の左から、青、緑、赤の各色要素の光線にカラー分離され、最終的に図の最上の頂点付近の出射口７２から出射される。
各色光線の分離距離は、第１、第２のダイクロイックミラー２２、２４の厚さや、反射回数により定まる。
【００２４】
次に、図５に示した色分解光学系をカラースキャナー光学系に適用した場合について説明する。
図６は、本発明に係る色分解光学装置が適用されたカラースキャナーの断面図であり、図７は、正面透視図である。
同図に示すスキャナー５０は、ケーシング５２内に照明用の光源５４、色分解光学系２０、レンズ５６、３ラインセンサ（ＣＣＤ）５８、スキャナー回路６０及び位置検出用のローラ６２等が配置されて成る。尚、図中符号５９はＣＣＤ基板である。
【００２５】
光源５４は、ケーシング５２の底面部、図１中左下隅部に配設され、該光源５４の右側に図５で説明した色分解光学系２０が隣接して配置される。ケーシング５２の底面、前記色分解光学系２０の真下の部分にはスリット６４が形成され、該スリット６４を介して光源５４の照明光が原稿６６に照射されるとともに、その原稿６６からの光をケーシング５２内に取り込むようになっている。
【００２６】
色分解光学系２０は、図５で説明したように、青、緑、赤の３原色の波長に応じて反射する３層構造の反射面で４面を包囲した４面反射型の色分解光学系が採用されている。
この色分解光学系２０は、下側の反射面１２、１８の傾斜角がθ＝４５度の角度となるように図示しない支持部材により支持されている。
【００２７】
色分解光学系２０の下側の反射面１２、１８が交わる交線陵付近には、原稿６６面からの光束を取り込む開口部（入射口７０）が形成され、上側の反射面１４、１６が交わる交線陵付近には、カラー分離された光束が出射される開口部（出射口７２）が形成されている。
前記スリット６４を介してケーシング５２内に進入した原稿６６からの光は、入射面７０から当該色分解光学系２０に入射したのち、図５で説明した反射経路を経てカラー分離され、最終的に出射口７２から出射される。
【００２８】
色分解光学系２０の上方にはレンズ５６及び３ラインＣＣＤ５８が配設され、カラー分離された各色光は前記レンズ５６を介して前記３ラインＣＣＤ５８の各色チャンネルの受光面に導かれる。
３ラインＣＣＤ５８は、１チップ上に青、緑、赤の３チャンネル分の受光素子が直線状に３列に配設されて成る。３ラインＣＣＤ５８の各色チャンネルの受光面に入射した色光は、光の強さに応じた電気信号に変換され、その電気信号はスキャナー回路６０に導かれる。そして、スキャナー回路６０の画像信号処理手段によって、原稿６６のカラー画像の情報が取得される。
【００２９】
また、前記ローラ６２には、エンコーダ等の回転数を検出する手段（不図示）が設けられ、スキャナー５０が移動した位置や移動量を検出できるようになっている。
上記の如く構成されたカラースキャナー光学系によれば、図１に示すスキャナー５０を原稿６６面に沿って一方向（図中右方向又は左方向）に移動させると、ローラ６２が原稿６６に接触しながら回転し、該スキャナー５０と原稿６６面との距離が一定に保たれ、スキャナー５０は滑らかに移動する。そして、ローラ６２の回転に基づいてスキャナー５０の位置を検出しながら、原稿６６面からの光を上述の色分解光学系及びレンズ５６を介して順次３ラインＣＣＤ５８に導くことにより、原稿６６の２次元画像情報を取得することができる。
【００３０】
上述の４面反射型の色分解光学系は、２組の平行な反射面の長さの比率（Ａ：Ｂ）に応じて反射回数を増減できるので、３ラインＣＣＤの各色チャンネルの受光面の位置に合わせてカラー分離幅を定めることができる。
また、４面反射型の光学系を４面全て通常の全反射ミラーで構成し、撮像手段として１ラインセンサを用いた場合には、単一色（白黒）のスキャナー光学系が達成されることから、４面反射型の光学系をの少なくとも１組に上述のダイクロイックミラーを用い、撮像手段として３ラインＣＣＤを使用することによって、容易にカラースキャナー光学系を構成することができ、カラー対応への変更もできるという利点がある。
【００３１】
上記実施の形態では、４面反射光学系の４面全てを同じ３層構造の反射面で形成する場合を例に説明したが、図８に示すように、一組の反射面を全反射ミラーで構成してもよい。
図８に示した色分解光学系では、図５に示した第２反射面１４、第４反射面１２の構成に代えて、第２反射面１４と第４反射面１２とが通常の全反射ミラー７５、７５で構成される。かかる構成によれば、図５で示した色分解光学系に比べてカラー分離幅を大きくすることができる。
【００３２】
また、ダイクロイックミラーの層構成を変更することも可能である。例えば、図９に示すように、２組の平行平面のうち１組の平行平面（第１、第３反射面１６、１８）について、光束の入射面側から順に、第１のダイクロイックミラー２２、第２のダイクロイックミラー２４、第３の色光を反射する第３のダイクロイックミラー２６を形成した３層構造とし、他方の１組（第２、第４反射面１４、１２）については、反射層の構成を逆に、即ち、光束の入射面側から順に、第３の色光を反射する第３のダイクロイックミラー２６、第２のダイクロイックミラー２４、第１の色光を反射する第１のダイクロイックミラー２２（全反射ミラーでもよい）を形成した３層構造としてもよい。
【００３３】
このように、２組の平行平面の反射層の構成を逆にしたことにより、４面を同じ反射層の構造とする場合に比べて、反射回数が少ない割りに分離距離ｄ１  、ｄ２  を大きくできる。
上記実施の形態では、２組の平行な反射面の長さの比が３：５の場合を例に説明したが、２組の平行平面の辺の長さの比率（Ａ：Ｂの比率）を変更することにより反射経路、反射回数が変更できるのは上述の通りであり、他の比率が採用された４面反射型の光学系にも適用される。
【００３４】
また、上記実施の形態では、一組の平行な反射面１２、１４と他の一組の平行な反射面１６、１８とが互いに９０度を成している場合について説明したが、反射面どうしの交わる角度は９０度に限らず、図１０に示すように６０度、１２０度を成すようにしてもよい。
更に、上記の実施の形態では、入射口７０と、レンズ５６及び３ラインＣＣＤ５８が縦方向に略直線的に並ぶ縦型のスキャナーを例に説明したが、下方から入射する光を直交する方向（水平方向）に出射する４面反射光学系を採用した横型のスキャナーにも本発明を適用することができる。
【００３５】
尚、４面反射光学系は、４枚のミラーを固定することによって形成してもよいし、１つの光学ブロックの４面にコーティングを施すことによって形成してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る色分解光学装置によれば、２組の平行な反射面から成る４面反射型の光学系において、その少なくとも１組の平行な反射面を３原色の波長に応じて反射する３層構造の反射面としたので、２組の平行反射面の長さの比に応じて総反射回数を選択することにより、所望の光路長を形成できるとともに、所望の分離距離のカラー分離が可能となる。
【００３７】
特に、一方の組の反射層の構成を、他方の組の反射層の構成と逆にすることにより、４面全てを同じ３層構造の反射面で形成する場合に比べて、同じ反射回数で一層大きなカラー分離幅を得ることができる。
このような色分解光学装置と３ラインセンサとを用いることにより、スキャナー光学系のカラー対応が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２組の長さの異なる平行な反射面を有する４面反射光学系の反射経路を説明する為に用いた図である。
【図２】２組の長さの異なる平行な反射面を有する４面反射光学系の反射経路を説明する為に用いた図である。
【図３】２組の長さの異なる平行な反射面を有する４面反射光学系の反射経路を説明する為に用いた図である。
【図４】２組の長さの異なる平行な反射面を有する４面反射光学系の反射経路を説明する為に用いた図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る分解光学系の構成を示す図である。
【図６】本発明に係る色分解光学装置が適用されたカラースキャナーの側面断面図である。
【図７】本発明に係る色分解光学装置が適用されたカラースキャナーの正面透視図である。
【図８】一組の平行な反射面を全反射ミラーで構成した分解光学系の反射経路を示す図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る分解光学系の構成を示す図である。
【図１０】２組の平行な反射面が６０度、１２０度を成すように構成した色分解光学系の反射経路を示す図である。
【符号の説明】
１０…４面反射光学系
１２、１４、１６、１８…反射面
２０…色分解光学系
２２…第１のダイクロイックミラー
２４…第２のダイクロイックミラー
２６…第３のダイクロイックミラー
５０…スキャナー
５２…ケーシング
５４…照明用の光源
５６…レンズ
５８…３ラインＣＣＤ
６０…スキャナー回路
６２…位置検出用ローラ
６６…原稿
７０…入射口
７２…出射口
【図１】
0003622391.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003622391.tif 000008
【図８】
0003622391.tif 000009
【図９】
0003622391.tif 000010
【図１０】
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