(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの光束を集光する結像光学系と、前記物体からの光束を受光する受光部と、を有する撮像装置であって、
前記受光部は、前記結像光学系の光軸に垂直な第１の方向に長い矩形状であり、
前記物体から前記受光部までの光路中に配置され、前記物体からの光束の分光特性を変化させる多層膜面を含む調整手段を有し、
前記第１の方向に垂直な断面内における前記光軸と前記多層膜面の面法線とのなす角度をα、前記光軸と前記受光部に入射する最軸外主光線とのなす角度をθ、とするとき、
０．３θ＜α＜８０°
なる条件を満足することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
０．６７θ＜α＜８０°
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記受光部は、前記第１の方向に配列された複数の画素を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記受光部を複数有し、該複数の受光部は前記光軸と前記第１の方向とに垂直な第２の方向において配列されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記物体を照明する照明手段と、前記物体からの光束を前記結像光学系に導く反射部材と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像情報を結像光学系によって一方向に長い受光部より成る受光手段に結像させて画像情報を得るのに好適な撮像装置に関する。例えば走査光学系ユニットを用いて原稿の画像情報を読取るようにした、イメージスキャナーやデジタル複写機の装置に好適な画像読取装置や被写体を固体撮像に結像するカメラ等に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりビデオカメラやデジタルスチルカメラ等のカメラやイメージスキャナー等の画像読取装置では画像情報を結像光学系によって受光手段に結像させ、受光手段で得られた信号より画像情報を得ている。カメラや画像読取装置等においては、対象となる画像情報を受光手段に結像するとき可視域以外の波長の光束、特に紫外光や赤外光が受光手段に到達することがある。そうすると受光手段に結像される画像情報の分光特性が観察したのと異なってくる。
【０００３】
例えば受光手段で得られる画像情報の色味が実際に観察される画像情報の色味と異なってくる。このときの色味の差を軽減するための手段を光路中に設けた結像光学系が知られている（特許文献１、２）。特許文献１では、結像光学系を構成するレンズのレンズ面に赤外光をカットする光学膜を蒸着することによって赤外光を除去し、原稿面上の画像情報を高精度に読み取るようにした原稿読取装置が開示されている。特許文献２では特定波長のみを透過、または反射する高分子多層膜を有する分光特性調整手段を光路内に設けた画像読取装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０４９１８号公報
【特許文献２】特開２００６−７４５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
曲率を持つレンズ面に対し所望の多層膜を形成し、赤外光を遮光する方法は、新たな光学素子を必要とせず、装置全体の小型化には有利であるが、レンズ面に多層膜を均一に形成するのが難しい。一方、赤外光をカットする多層膜を透明な平行基板に施した光学素子を光路中に配置する方法は、多層膜の形成が容易で比較的容易に赤外光をカットすることができる。一般に多層膜を形成した光学素子を用いて赤外光をカットする方法は、多層膜の光学性質より光学素子への光束の入射角度によって透過率が半分（５０％）となる半値波長が異なってくる。
【０００６】
従ってこのような多層膜を有した光学素子を結像光学系に用いると、光軸上と軸外の位置において赤外光をカットする半値波長が異なってきて、画面中心と画面周辺において色味が異なってくる。
【０００７】
この結果、画面全体で良好なる画質を得ることが難しくなる。例えば画像読取装置における結像光学系によって読み取るカラー画像情報は画面中心と画面周辺で色味が異なってきて画像情報を高精度に読み取ることが困難になる。またカメラにおいては画面中心と画面周辺とで色味が異なってきて高画質のカラー画質を得るのが困難になる。
【０００８】
このため多層膜を用いた分光特性調整手段を光路中に用いて赤外光が受光手段に入射するのを軽減させる結像光学系においては、結像光学系に種々な画角の光束が入射しても赤外カットの半値波長のシフト量が画面全体にわたり少ないことが重要になってくる。
【０００９】
本発明は、画角による赤外カットの半値波長のシフト量が少なく、画面中心から画面周辺に至る広い範囲にわたり良好なる画質の画像情報が得られる撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置は、物体からの光束を集光する結像光学系と、前記物体からの光束を受光する受光部と、を有する撮像装置であって、前記受光部は、前記結像光学系の光軸に垂直な第１の方向に長い矩形状であり、前記物体から前記受光部までの光路中に配置され、前記物体からの光束の分光特性を変化させる多層膜面を含む調整手段を有し、前記第１の方向に垂直な断面内における前記光軸と前記多層膜面の面法線とのなす角度をα、前記光軸と前記受光部に入射する最軸外主光線とのなす角度をθ、とするとき、
０．３θ＜α＜８０°
なる条件を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、画角による赤外カットの半値波長のシフト量が少なく、画面中心から画面周辺に至る広い範囲にわたり良好なる画質の画像情報が得られる撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１の画像読取装置の要部概略図である。
【図２】分光特性調整手段の分光特性の説明図である。
【図３】分光特性調整手段の回転による入射角変化の説明図である。
【図４】分光特性調整手段の分光特性の説明図である。
【図５】分光特性調整手段の回転角と入射角度差の変化の説明図である。
【図６】アス量の導出についての説明図である。
【図７】実施例２のカメラの要部概略図である。
【図８】分光特性調整手段の分光特性の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の撮像装置は、被写体や原稿面上の原稿データ等の画像情報を結像光学系によって、一方向に長い矩形状の受光部を有する１次元センサーやイメージセンサー等の受光手段に結像させて画像情報を得るカメラや画像読取装置である。
【００１４】
撮像装置は、光路中に入射光束の分光特性を変化させて出射させる機能を有する多層膜を平行平板に施した分光特性調整手段を有している。分光特性調整手段は、一方向（カメラのときは水平方向又は画像読取装置のときは主走査方向）であって結像光学系の光軸に対し垂直方向の軸を回転軸として、光軸に対して傾いて配置されている。光軸に対する分光特性調整手段の面法線とのなす角度をα、受光手段に入射する光束のうち、最軸外主光線（画面周辺に入射する光束の主光線）と光軸とのなす角度をθとするとき、
０．３θ＜α
なる条件を満足している。
【００１５】
画像読取装置のとき受光手段は、主走査方向に複数の画素を配列した１次元センサーを、光軸に対し直交し、かつ主走査方向と直交する副走査方向に複数配列した構成よりなっている。カメラのとき受光手段は水平方向に長い矩形状のイメージセンサーより成っている。
【００１６】
［実施例１］
図１は本発明の実施例１の撮像装置をキャリッジ一体型の画像読取装置（フラットベッドスキャナー）に適用したときの要部概略図である。
【００１７】
図１において、１は画像読取装置の本体である。１０２は原稿台ガラスであり、その面上に原稿１０１が載置されている。１０８はキャリッジであり、照明手段としての照明光源１０７、複数の反射ミラー（１０３ａ〜１０３ｅ）１０３、結像光学系（結像レンズ）１０５、分光特性調整手段１０４、そして読取手段１０６等を保持している。キャリッジ１０８はモータなどの副走査機構Ｍｏにより図１中の副走査方向（Ａ方向）へ走査し、読取手段１０６によって原稿１０１の画像情報を２次元的に読み取っている。尚、キャリッジ１０８は、原稿台ガラス１０１と相対的に副走査方向へ移動させれば良い。
【００１８】
読み取られた画像情報は不図示のインターフェイスを通じて外部機器であるパーソナルコンピューターなどに送られる。照明手段１０７は図中記載の主走査方向に並んだ冷陰極管又はハロゲンランプからなり、各反射ミラー１０３ａ〜１０３ｅは各々順に原稿１０１からの光束の光路をキャリッジ１０８内部で折り曲げている。結像レンズ１０５は原稿１０１の１次元方向又は矩形領域からの光束をラインセンサー又はイメージセンサーよりなる読取手段１０６面上に結像させている。
【００１９】
読取手段１０６は、複数の受光部として夫々がＲ、Ｇ、Ｂ光を受光する主走査方向に複数の画素を配列した少なくとも３つのラインセンサー（１次元センサー）を有している。読取手段１０６の画素の並び方向（紙面垂直方向）が主走査方向（結像光学系１０５の光軸に垂直な第１の方向）である。即ち、第１の方向に長い矩形状の上記複数の受光部は、結像光学系１０５の光軸と第１の方向とに垂直な第２の方向に配列されている。分光特性調整手段１０４は多層膜を透明基板に形成して構成されており、結像レンズ１０５と読取手段１０６との間の光路内に、その多層膜構成面が主走査方向に平行な軸を中心に回転して光軸１０５ａに対して所定の角度αで配置されている。尚、分光特性調整手段１０４は原稿１０１と読取手段１０６との間の光路中であれば、どこに配置しても良い。
【００２０】
分光特性調整手段１０４は波長約７００ｎｍ以上の波長領域の光（赤外光）を減光することで、本来可視領域ではない赤外光を読取手段１０６の１つのラインセンサーのＲ列が受光するのを防止し、出力画像の色味が原稿の色味と異なることを防止している。本実施例における分光特性調整手段１０４は赤外領域の光を減じるよう設定され、０゜および２３゜の入射光に対する分光透過率は図２のようになっており、入射角によって半値波長のシフトが起こっている。
【００２１】
これは、画角（入射角度）が付くことで分光特性調整手段１０４中の光路長、および屈折角度が変化し、一般的に垂直入射に比べて入射角度の付いた光線の半値波長は短波長側に移動する傾向がある。ここで、分光特性調整手段１０４を主走査方向に平行な軸を中心に回転して配置する技術的な理由について説明する。
【００２２】
主走査方向（第１の方向）に垂直な断面内で、分光特性調整手段１０４の多層膜構成面を光軸に対して垂直に配置した場合、本実施例における結像光学系１０５の主走査画角によって光軸上から最軸外にかけて約２３゜の入射角差が生じる。分光特性調整手段１０４の半値波長は図２から入射角０゜のとき約６７５ｎｍ、入射角２３゜の場合約６３９ｎｍであり、軸上と軸外にかけてカット波長が３６ｎｍ異なり、出力画像も軸上と軸外で色味の異なった画像になる可能性がある。
【００２３】
そこで、分光特性調整手段の多層膜構成面を主走査方向に平行な軸を中心に１０゜回転して配置すると、図３に示すように軸上での入射角は１０゜、軸外での入射角は２４．７゜となる。そして、分光特性調整手段１０４に対する軸上と軸外での入射角度の差は１４．７°と小さくなる。入射角１０゜と、２４．７゜の場合の分光透過率は図４のようになり、画角０゜の場合半値波長は６６８ｎｍ、画角２３°の場合半値波長は６５５ｎｍである。これによって主走査方向の半値波長のシフトは赤外カット波長のシフトが約１３ｎｍとなり、分光特性調整手段１０４を回転しない場合に比べて５０％以上低減される。
【００２４】
分光特性調整手段１０４に対する主走査方向の最軸外画角θの主光線の入射角度φは、傾け角αに対して
【００２５】
【数１】
0005888856.tif 000002
【００２６】
で表され、これをグラフにすると図５のようになる。図５は縦軸が分光特性調整手段１０４を傾けた際の軸上−軸外入射角度差であり、横軸が分光特性調整手段１０４の傾け角である。
【００２７】
グラフには、画角３０゜の場合、画角２０゜、画角１０゜の場合の相関をプロットしており、分光特性調整手段１０４を傾けるほど軸上−軸外入射角度差が小さくなることが分かる。また、入射角度差、つまり半値波長シフトを７０％に低減させるには傾け角αをα≒０．３θとすることが有効であり、さらにより望ましくはα＞０．６７θとして半値波長シフトを５０％程度低減すると、出力画像における色味のムラがより有効に低減される。
【００２８】
また、分光特性調整手段１０４を傾けたことによって副走査方向の半値波長のシフトは悪化するが、一般的に画像読取装置のラインセンサーは副走査方向に各色の複数のラインセンサーが並んでいるため、主走査方向の色むらが改善できれば補正は容易である。
【００２９】
ただし、分光特性調整手段１０４に入射する光線が平行光ではない場合、傾けすぎると非点収差（アス）が生じ、結像性能を低下させるため、少なくとも軸上でのアスが一定量以下になるよう設定することが望ましい。アス量は、ここでは主走査方向、副走査方向の波面収差の差で表わす。図６（Ａ），（Ｂ）のように、分光特性調整手段１０４の位置における光軸１０５ａに対する分光特性調整手段１０４の面法線角度をα、分光特性調整手段１０４の厚さをｄとする。波長５８７．６ｎｍの光での屈折率をｎｄ、分光特性調整手段１０４に入射する軸上光束のＮＡをＮＡｉとする。
【００３０】
このとき分光特性調整手段１０４中の波長５８７．６ｎｍの光での軸上主光線における主走査方向のマージナル光線７０１の光路長は
【００３１】
【数２】
0005888856.tif 000003
【００３２】
となり、同様に副走査方向マージナル光線７０２の光路長は、上下の平均を取って
【００３３】
【数３】
0005888856.tif 000004
【００３４】
と表すことができる。よってアス量はこの差の絶対値を波長で割って
【００３５】
【数４】
0005888856.tif 000005
【００３６】
で表される。結像性能を低下させないためには、この光学系におけるアス量は５λ以下であることが望ましい。
【００３７】
本実施例においては、ｄ＝１．１ｍｍ、Ｎｄ＝１．５１６、Ｎａｉ＝０．４７８２゜、α＝１０゜より、アス量は１λ程度であり、許容範囲内と考えることができる。
【００３８】
［実施例２］
図７（ａ）は本発明の実施例２の撮像装置をデジタルカメラに適用したときの要部概略図である。図７（ａ）において被写体からの光は結像レンズ８０１をとおしてフィルムや２次元センサー（イメージセンサー）といった受光手段８０２（図７に示されるように水平方向の軸８０４の方向（第１の方向）に長い矩形状）に結像される。分光特性調整手段８０３は図示しない被写体と受光手段８０２との間の光路上で、水平方向の軸８０４を中心に１０゜回転して配置されている。
【００３９】
ここで、分光特性調整手段８０３を光軸８０１ａに対して垂直に配置した場合、図７（ｂ）のように光軸８０１ａと交わる位置での入射角度は０゜、垂直方向端部では１゜となり、１゜の入射角差が生じる。これに対し、受光手段８０２の四隅に相当する最軸外の通過位置では３０．０１゜となり、軸上に対して３０．０１゜の入射角度差がつく。
【００４０】
本実施例における分光特性調整手段８０３の分光透過率は、垂直入射の場合、図８のようになっており、半値となる波長は入射角０゜のとき約６７５ｎｍである。分光特性調整手段８０３に対する入射角が大きくなると、実施例１の場合と同様に半値波長は短波長側にシフトする。このとき図１０のように入射角１゜の場合約６７４．３ｎｍ、入射角３０．０１゜の場合約６５４ｎｍであり、垂直方向でのカット波長差が０．７ｎｍ、対角方向でのカット波長差が２１ｎｍとなる。このカット波長差のため、出力画像において垂直方向に比べて対角方向に色むらの大きい画像になる可能性がある。
【００４１】
そこで、分光特性調整手段８０３を水平方向に平行な軸を中心に回転して配置すると、回転後最も入射角が大きくなる位置８０６での入射角θｍａｘは幾何的に求められる。すなわち分光特性調整手段８０３を光軸８０１ａに対し垂直に配置した場合の分光特性調整手段８０３における、長辺方向端部に入射する光線の入射角をθＨ、短辺方向端部に入射する光線の入射角θＶとする。このとき、
【００４２】
【数５】
0005888856.tif 000006
【００４３】
となる。
【００４４】
図８（ａ）のように分光特性調整手段８０３を角度αとして１０゜回転させた場合、入射角の最も小さい位置８０５の入射角度θはθ＝α−θＶ＝９゜、最も入射角が大きくなる位置８０６での入射角θｍａｘは３１．３４゜となる。また、α＞θＶのとき、画角の狭い方向での入射角差は２θＶとなるのに対し、受光手段８０２の四隅に相当する位置８０６と入射角の最も小さい位置８０５との入射角度の差Δθは
【００４５】
【数６】
0005888856.tif 000007
【００４６】
となる。
【００４７】
これにより画角の狭い垂直方向では９°と１１°の２゜の入射角差となるのに対し、受光手段８０２の四隅に相当する位置８０６と入射角の最も小さい位置８０５との入射角度の差Δθは２２．３４゜となる。
【００４８】
分光特性調整手段８０３のカット波長は表１から入射角９゜のとき約６６９ｎｍ、入射角１１゜の場合約６６７．５ｎｍ、入射角３１．３４゜の場合約６５３．６ｎｍである。そして垂直方向でのカット波長差が０．７ｎｍ、対角方向でのカット波長差が２１ｎｍとなる。よって垂直方向でのカット波長差が１．５ｎｍ、対角方向でのカット波長差が１５．４ｎｍとなり、分光特性調整手段８０３を回転させたことにより、画角の広い水平方向の半値波長差を７４％程度に改善することができる。
【００４９】
受光手段８０２内の半値波長のムラを低減することによって色味のムラを改善することを考えると、入射角度差が最も大きい方向について、８０％程度に低減できると効果があり、より効果を上げるためには７０以下とすることが適当である。分光特性調整手段８０３を傾ける角度は、大きいほどより面内の半値波長ムラを改善することができるが、分光特性調整手段８０３に入射する光線の発散、集束度によっては、傾けたことによる波面収差の劣化が実施例１と同様に発生することが考えられる。このため、その撮像装置として許容できる範囲内とすればよい。
【００５０】
【表１】
0005888856.tif 000008
【００５１】
以上、各実施例によれば平行平板の光学フィルタを用いつつ、画角による分光分布ムラを低減することができ、高画質の画像情報が得られるカメラや画像読取装置が得られる。
【００５２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０１  原稿    １０２  原稿台ガラス    １０３  折り返しミラー
１０４  分光特性調整手段    １０５  結像レンズ    １０６  読取手段
１０７  光源手段    １０８  キャリッジ    ８０１  結像レンズ
８０２  受光手段    ８０３  分光特性調整手段
【図１】
0005888856.tif 000009
【図２】
0005888856.tif 000010
【図３】
0005888856.tif 000011
【図４】
0005888856.tif 000012
【図５】
0005888856.tif 000013
【図６】
0005888856.tif 000014
【図７】
0005888856.tif 000015
【図８】
0005888856.tif 000016