(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を被投光物体に照射し、該物体から反射もしくは透過され、所定方向に延びるスリットを介して出力された光を色分離し、色分離された各色光を、対応するライン状の撮像手段上に結像せしめるカラー画像読取装置に搭載される色分離光学系装置において、
該被投光物体側から、偏光板、第１の位相板、第１の複屈折板、第２の位相板および第２の複屈折板が共通光軸上にこの順に配設され、
前記第１の位相板と前記第１の複屈折板は、前記偏光板から出力された、所定方向に振動面を有する直線偏光をシアン色光と黄色光に色分離するとともにこれら両光の光路位置を分離し、
前記第２の位相板と前記第２の複屈折板は、前記第１の複屈折板から出力されたシアン色光を青色光と緑色光に色分離するとともにこれら両光の光路位置を分離し、かつ前記第１の複屈折板から出力された黄色光を緑色光と赤色光とに色分離するとともにこれら両光の光路位置を分離し、
これら色分離および位置分離された青色光、緑色光および赤色光が各々青色光用、緑色光用および赤色光用の前記撮像手段上に照射されるように出力されるよう構成されてなることを特徴とする色分離光学系装置。
【請求項２】
前記カラー画像読取装置が、前記スリットの延びる方向および前記共通光軸と直交する方向に、前記被投光物体および前記スリットを相対的に移動せしめて副走査を行うことを特徴とする請求項１記載の色分離光学系装置。
【請求項３】
前記第１の位相板が、２つの直交する直線偏光に対し、所定の赤色光波長に相当する第１の位相差を与えるように構成されてなることを特徴とする請求項１または２のうちいずれか１項記載の色分離光学系装置。
【請求項４】
前記第２の位相板が、２つの直交する直線偏光に対し、前記第１の位相差の２倍に相当する第２の位相差を与えるように構成されてなることを特徴とする請求項３記載の色分離光学系装置。
【請求項５】
前記２つの複屈折板は、同一の材料で略同一の厚みに形成されてなることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の色分離光学系装置。
【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搭載される色分離光学系装置に関し、詳しくは、カラー画像原稿等の被投光物体からの反射もしくは透過光束を色分離し、色分離された各色光を複数のラインセンサよりなる撮像手段に出力するもので、特に、スキャナやファクシミリ等に好適な色分離光学系装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、カラー画像原稿面を光源からの光束により照射し、その反射光束をスリットを介して色分離し、各色光を、対応するラインセンサに導光して、原稿面上のカラー画像情報を読み取るカラー画像読取装置が種々開発されている。
【０００３】
例えば、原稿面上のカラー画像からの反射光束を、結像レンズを介して２色性を有するダイクロイック膜が設けられた２つのビームスプリッタに順次入射せしめ、これにより該光束をＲＧＢの３色光に色分離し、各色光を、対応するラインセンサ上に導いて該カラー画像情報を読み取る装置が知られている。
【０００４】
ところが、一般に用いられるラインセンサの各ラインの間隔は、例えば、０．１ｍｍ程度以下であり、このときのビームスプリッタの厚みは、例えば、数十μｍ程度以下となる。このような薄い厚みのビームスプリッタを作製しようとすると光学的な平面性を良好に維持することが難しく、ラインセンサによる読取精度が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、カラー画像情報を担持した光束を３色に色分離する際に、上述した如きビームスプリッタを用いるのではなく、ＲＧＢ３色フィルタと偏光板や複屈折板等の光学素子を組み合わせた色分離光学系を用いる技術が提案されている（特開平6-18808号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の技術においては、波長選択フィルタよりなるＲＧＢ３色フィルタを介して各色光を分離し、対応するラインセンサ上に導光するようにしているため、ラインセンサ上に到達する光束が大幅に減衰してしまう。また、色光毎に、その光路内に挿入される光学素子の組合せが異なり、光学系が複雑化するため、組立作業が繁雑となる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、光束を減衰させる色フィルタや、画像情報の読取精度を低下させるビームスプリッタを使用することなく、かつ光学系を複雑化させることなくカラー画像情報を担持した光の色分離を行い得る色分離光学系装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の色分離光学系装置は、光源からの光を被投光物体に照射し、該物体から反射もしくは透過され、所定方向に延びるスリットを介して出力された光を色分離し、色分離された各色光を、対応するライン状の撮像手段上に結像せしめるカラー画像読取装置に搭載されるものであって、
該被投光物体側から、偏光板、第１の位相板、第１の複屈折板、第２の位相板および第２の複屈折板が共通光軸上にこの順に配設され、
前記第１の位相板と前記第１の複屈折板は、前記偏光板から出力された、所定方向に振動面を有する直線偏光をシアン色光と黄色光に色分離するとともにこれら両光の光路位置を分離し、
前記第２の位相板と前記第２の複屈折板は、前記第１の複屈折板から出力されたシアン色光を青色光と緑色光に色分離するとともにこれら両光の光路位置を分離し、かつ前記第１の複屈折板から出力された黄色光を緑色光と赤色光とに色分離するとともにこれら両光の光路位置を分離し、
これら色分離および位置分離された青色光、緑色光および赤色光が各々青色光用、緑色光用および赤色光用の前記撮像手段上に照射されるように出力されるよう構成されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記カラー画像読取装置としては、前記スリットの延びる方向および前記共通光軸と直交する方向に、前記被投光物体および前記スリットを相対的に移動せしめて副走査を行うものであることが好ましい。
【００１０】
また、前記第１の位相板が、２つの直交する直線偏光に対し、所定の赤色光波長に相当する第１の位相差を与えるように構成するのが好ましく、この場合において、前記第２の位相板が、２つの直交する直線偏光に対し、前記第１の位相差の２倍に相当する第２の位相差を与えるように構成するのが好ましい。
さらに、前記２つの複屈折板は、同一の材料で略同一の厚みに形成するのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態の色分離光学系装置を用いたカラースキャナ装置を示す概略図であり、図２および図３はその一部を説明するための図である。この装置は、光源２からの白色光の光束を、プラテンガラス１の裏面側にセットしたカラー画像原稿１Ａ上に照射し、このカラー画像原稿１Ａから反射されたカラー画像情報を担持した光束４をスリット板３のスリットを介して、色分離・結像光学系５〜１０に入射せしめ、この色分離・結像光学系５〜１０により、該光束４をＲＧＢの３色光に色分離するとともに該３色光の光路位置を分離して、受光手段１１上に形成された３つのモノクロ用のラインセンサ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ上に、対応する色光を導光し結像する。
【００１２】
これにより、カラー画像の一ライン分の情報が読み取られ（主走査がなされ）、この後矢印Ａ方向に原稿１Ａとスリット３が相対的に移動（副走査）されつつ上記受光手段１１による画像読取操作が継続して行われることにより、カラー画像原稿１Ａの全画像領域についての読取操作が行われる。
【００１３】
なお、上記受光手段１１は３つのモノクロ用ラインセンサ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを同一基板上に配設したモノリシック３ラインセンサである。
また、上記色分離・結像光学系５〜１０は、偏光板５、結像レンズ６、第１の位相板７、第１の複屈折板８、第２の位相板９および第２の複屈折板１０からなっている。
【００１４】
以下、この色分離・結像光学系５〜１０について詳細に説明する。まず、偏光板７は光束４を直線偏光とし、結像レンズ６はこの直線偏光を集束する。集束光路内に配された２つの位相板７、９は、入射する直線偏光を、振動面が直交する２つの直線偏光成分（Ｐ偏光成分とＳ偏光成分）に分離し、これら２つの直線偏光成分に所定の位相差Δλを与えつつ、集束光路内の後段に配された複屈折板８、１０に出力する。
【００１５】
これら２つの成分間に与えられる位相差Δλはこの位相板７、９の厚み等を変更することにより調節でき、第１の位相板７の位相差Δλは６５６．２５ｎｍ、第２の位相板９の位相差Δλは１３１２．５ｎｍに設定されている。
すなわち、第１の位相板７における、Ｓ偏光入射の場合のＰ偏光とＳ偏光の透過率特性は図４に示すようになっており、また、第２の位相板９における、Ｓ偏光入射の場合のＰ偏光とＳ偏光の透過率特性は図５に示すようになっている。
【００１６】
なお、これら２つの位相板７、９はプラスチックシートや複屈折結晶を用いて構成することができ、前者のものに比べ後者のものでは位相差精度を高いものとすることができる。また、位相板９は、位相板７の位相差の倍の位相差をもたせるようにしているので、位相板９としては２枚の位相板７の光学軸を互いに合わせ２枚重ねにして構成することも可能である。
【００１７】
上記各位相板７、９は、主走査方向に対して光学軸が４５度方向となるように配設され、さらにその後段に配される２つの複屈折板８、１０は矢印Ｂ、Ｃで示されるように、入射面内で光学軸が光軸に対して４５度傾くようにセットされている。これにより、この複屈折板８、１０内において、入射光束のうち、振動面の方向がスリット３の延びる方向（主走査方向）と一致する常光線ＯＬはそのまま直進するように出力され、一方、振動面の方向が副走査方向に一致する異常光線ＥＬは副走査方向に所定量だけシフトして出力される。
【００１８】
これら２つの複屈折板８、１０の材質および厚みは同一となるように形成されているため、上記常光線ＯＬに対する異常光線ＥＬのシフト量は互いに等しい値となる。なお、この複屈折板８、１０は、ＫＤＰ、ＡＤＰ、方解石、水晶等の種々の一軸結晶により形成し得る。
【００１９】
次に、上記色分離・結像光学系５〜１０の作用を説明する。
まず、偏光板５によってスリット方向（主走査方向）に振動面を有する直線偏光（Ｓ偏光）とされ、結像レンズ６により集束光束とされた、カラー画像情報を担持した光束４ａは、まず第１の位相板７においてＰ偏光とＳ偏光に分離されるが、この第１の位相板７がこの２つの成分に対して、６５６．２５ｎｍの位相差Δλを与えるように構成されているため、図４に示すように、波長６５６．２５ｎｍの光に対しては１波長分の位相差が、波長５２５ｎｍの光に対しては１波長＋１／４波長分の位相差が、波長４３７．５ｎｍの光に対しては１波長＋１／２波長分の位相差が各々Ｐ偏光とＳ偏光との間に与えられることになる。
【００２０】
すなわち、この第１の位相板７は、見かけ上、赤色光（λ＝６５６．２５ｎｍ）に対しては位相ずれが生じないように、緑色光（λ＝５２５ｎｍ）に対しては１／４波長板として、さらに青色光（λ＝４３７．５ｎｍ）に対しては１／２波長板として各々機能することとなる。そして、Ｐ偏光成分に対する透過率は、波長６２６．２５ｎｍのときに０％、波長５２５ｎｍのときに５０％、波長４３７．５ｎｍのときに１００％となることから全体としてシアン色光（ＣＬ）となり、一方、Ｓ偏光成分に対する透過率は、波長６５６．２５ｎｍのときに１００％、波長５２５ｎｍのときに５０％、波長４３７．５ｎｍのときに０％となることから全体として黄色光（ＹＬ）となる。
【００２１】
したがって、第１の位相板７からは、シアン色光（ＣＬ）に偏った成分を有するＰ偏光と、黄色光（ＹＬ）に偏った成分を有するＳ偏光が重畳されて射出されることとなる。
【００２２】
次に、この光束が第１の複屈折板８に入射すると、この第１の複屈折板８における光軸の方向が矢印Ｂの如く設定されていることから、Ｓ偏光は常光線ＯＬとなって直進し、Ｐ偏光は異常光線ＥＬとなって副走査方向（矢印Ａ方向）に屈折するため両者は分離され、この後両者は所定距離ｄだけ離れた光束として進む。この場合において、前述した黄色光（ＹＬ）であるＳ偏光は常光線ＯＬとなり、一方、前述したシアン色光（ＣＬ）であるＰ偏光は異常光線ＥＬとなっているため、この第１の複屈折板８からは黄色光（ＹＬ）とシアン色光（ＣＬ）の２光束が出力されることとなる。
【００２３】
次に、この平行な２光束は第２の位相板９に入射され、各々が再びＰ偏光とＳ偏光に分離される。この第２の位相板９は各々の入射光束について、Ｐ偏光とＳ偏光に対して１３１２．５ｎｍの位相差Δλを与えるように構成されているため、図５に示すように、波長６５６．２５ｎｍの光に対しては２波長分の位相差が、波長５２５ｎｍの光に対しては２波長＋１／２波長分の位相差が、波長４３７．５ｎｍの光に対しては３波長分の位相差が各々与えられることになる。
【００２４】
すなわち、この第２の位相板９は、見かけ上、赤色光（λ＝６５６．２５ｎｍ）に対しては位相ずれが生じないように、緑色光（λ＝５２５ｎｍ）に対しては１／２波長板として、さらに青色光（λ＝４３７．５ｎｍ）に対しては位相差が生じないように機能することとなる。
【００２５】
そして、Ｐ偏光成分に対する透過率は、波長６５６．２５ｎｍのときに０％、波長５２５ｎｍのときに１００％、波長４３７．５ｎｍのときに０％となり、一方、Ｓ偏光に対する透過率は、波長６５６．２５ｎｍのときに１００％、波長５２５ｎｍのときに０％、波長４３７．５ｎｍのときに１００％となる。したがって、この第２の位相板９に入射したシアン色光（ＣＬ）に対しては、Ｓ偏光成分は、図４に示すＰ偏光の曲線と図５に示すＰ偏光の曲線を乗算したような特性を有することとなるため振幅が１／２程度に減衰された緑色光（ＧＬ）となり、一方、Ｐ偏光は、図４に示すＰ偏光の曲線と図５に示すＳ偏光の曲線を乗算したような特性を有することとなるため青色光（ＢＬ）となる。また、この第２の位相板９に入射した黄色光（ＹＬ）に対しては、Ｐ偏光成分は、図４に示すＳ偏光の曲線と図５に示すＰ偏光の曲線を乗算したような特性を有することとなるため振幅が１／２程度に減衰された緑色光（ＧＬ）となり、一方、Ｓ偏光成分は、図４に示すＳ偏光の曲線と図５に示すＳ偏光の曲線を乗算したような特性を有することとなるため赤色光（ＲＬ）となる。
【００２６】
したがって、第２の位相板９からは、振幅が１／２程度の緑色光（ＧＬ）成分を有するＳ偏光と、青色光（ＢＬ）成分を有するＰ偏光が重畳された光束と、振幅が１／２程度の緑色光（ＧＬ）成分を有するＰ偏光と赤色光（ＲＬ）成分を有するＳ偏光とが重畳された光束とが射出されることとなる。
【００２７】
次に、これら第２の位相板９からの２つの光束４ａが第２の複屈折板１０に入射すると、この第２の複屈折板１０における光学軸の方向が矢印Ｃの如く設定されていることから、常光線ＯＬは直進し、異常光線ＥＬは副走査方向（矢印Ａ方向）に屈折するため両者は分離され、この後両者は所定距離ｄだけ離れて平行な光束として進む。
【００２８】
この場合において、シアン色光（ＣＬ）から分離された緑色光（ＧＬ）であるＳ偏光は常光線ＯＬとなり、一方、青色光（ＢＬ）であるＰ偏光は異常光線ＥＬとなる。
また、黄色光（ＹＬ）から分離された緑色光（ＧＬ）であるＰ偏光は異常光線ＥＬとなり、一方、赤色光（ＲＬ）であるＳ偏光は常光線ＯＬとなる。
【００２９】
この第２の複屈折板１０に入射した２つの光束４ａの距離と、この第２の複屈折板１０内で分離された異常光線ＥＬと常光線ＯＬの分離幅は等しくなるので、シアン色光（ＣＬ）から分離された常光線ＯＬである緑色光（ＧＬ）と、黄色光（ＹＬ）から分離された異常光線ＥＬである緑色光（ＧＬ）は、丁度第２の複屈折板１０の同一位置から射出されることとなる。なお、これら２つの緑色光（ＧＬ）は各々１／２の振幅に減衰されていることから、これら２つの緑色光（ＧＬ）が重畳されて加算されることにより緑色光（ＧＬ）は元の振幅に調整されることとなる。
【００３０】
したがって、第２の複屈折板１０からは、距離ｄの間隔を置いて３つの色光ＢＬ、ＧＬ、ＲＬが平行な光束となって出力される。
このようにして第２の複屈折板１０から出力された３色光ＢＬ、ＧＬ、ＲＬによる３光束は、各々対応する、受光手段１１上のモノクロ用のラインセンサ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに入射する。なお、図３に示すように、３つのラインセンサ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの間隔はｄとされており、第２の複屈折板１０から出力された上記３光束の間隔ｄと一致している。
【００３１】
また、図６は上記実施形態装置を用いて白色光を色分離した場合の、第２の複屈折板１０から出力される上記３光束の相対分光特性を示すものである。このように確実に色分離および位置分離された３色光ＢＬ、ＧＬ、ＲＬが、各々対応するラインセンサ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに確実に導光されることとなる。
【００３２】
また、上記２つの複屈折板８、１０の厚みｔは等しく設定されおり、この厚みｔと、異常光線ＥＬの常光線ＯＬからのシフト量ｄ（各光束の間隔）との関係は、例えば、水晶複屈折板の場合はｄ＝０．００５９ｔなる式で表される。
したがって、例えば各ラインセンサ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの間隔が１０μｍであれば各光束の間隔、すなわち上記シフト量ｄは１０μｍとする必要があるから、複屈折板８、１０の厚みｔは１．７ｍｍに設定することになる。
【００３３】
本発明の色分離光学系装置としては上記実施形態のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば、偏光板と結像レンズの配設位置を入れ替えたり、偏光板としてＰ偏光を透過させるものとしたり、赤外光カットフィルタ等の他の光学素子を挿入することもできる。また、複屈折板として、入射光束を２つの異常光線に分離する２軸結晶を用いることも可能である。
【００３４】
また、２つの複屈折板による異常光線のシフト量は必ずしも同一量とする必要はないが、両者でシフト量が異なる場合には緑色光光束が２本になるので、ラインセンサは合計４本必要となり、緑色光用の２本のラインセンサからの出力値を加算して最終的な緑色光情報とすることが必要となる。
なお、本発明の色分離光学系装置は狭義のカラースキャナにのみ適用されるものではなく、被投光物体の光走査を行って該被投光物体の画像情報を読み取る手段を有する種々の画像読取装置に適応可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の色分離光学系装置によれば偏光板、２つの位相板および２つの複屈折板のみを用いて、カラー画像情報を担持した光をＲＧＢの３色光に色分離し、さらにこれら３つの光の光路位置を分離するようにしており、従来技術のように色フィルタを使用していないので、光効率の大幅な改善を図ることができる。
また、各光学素子が共通光軸上に順次配列される構成とされているので、光学系の組立工程を比較的容易なものとすることができる。
【００３６】
さらに、各ラインセンサはモノクロ用のもので充分であるので撮像手段に要するコストを低減することができる。
なお、上記２つの複屈折板を同一材料、同一厚のもので形成すれば、第２の複屈折板に入射した２光束から分離される光のうち、２つの緑色光を射出時に位置的に重畳させることができ、３つのモノクロ用ラインセンサによって第２の複屈折板からの出力光を効率良く読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の色分離光学系装置を搭載したカラースキャナ装置の一例を示す概略図
【図２】本発明の一実施形態に係る色分離光学系装置を示す概略図
【図３】図２に示す受光手段を表す正面図
【図４】第１の位相板による２つの直交する偏光成分の透過率特性を示すグラフ
【図５】第２の位相板による２つの直交する偏光成分の透過率特性を示すグラフ
【図６】第２の複屈折板から出力された３色光の相対分光特性を示すグラフ
【符号の説明】
１        プラテンガラス
１Ａ      カラー画像原稿
２        光源
３        スリット板
４、４ａ  光束
５        偏光板
６        結像レンズ
７        第１の位相板
８        第１の複屈折板
９        第２の位相板
１０      第２の複屈折板
１１      受光手段
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ    ラインセンサ
【図１】
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【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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