(57)【要約】    【課題】  回折面以外の面で反射した迷光が光検知部に入射するのを効果的に軽減し、回折面で分光した光を高精度に検知することができる分光装置を得ること。    【解決手段】  凹面反射型の回折素子を有する分光装置において、該回折素子の回折面以外の面のうち該回折面と同じ側であって、該回折面の外側に位置する非回折面は光沢面であり、該回折素子で回折される１次回折光の結像位置相当に該１次回折光を受光する光検知部を有し、該光検知部は回折面より外側の非回折面で正反射した光束の光路の内側に配置されていること。【選択図】    図３
2010261767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹面反射型の回折素子を有する分光装置において、該回折素子の回折面以外の面のうち該回折面と同じ側であって、該回折面の外側に位置する非回折面は光沢面であり、
該回折素子で回折される１次回折光の結像位置相当に該１次回折光を受光する光検知部を有し、
該光検知部は回折面より外側の非回折面で正反射した光束の光路の内側に配置されていることを特徴とする分光装置。
【請求項２】
被検物からの光を前記回折素子に導く入射スリットを有し、該入射スリットと前記回折面と前記光検知部は同一円の円周上に位置していることを特徴とする請求項１の分光装置。
【請求項３】
前記回折面の面頂点の法線を含む、分光方向の断面に直交し、該面頂点の法線と直交する直交軸を含む面と、前記非回折面とのなす角度をθとするとき、
【数１】
2010261767.tif 000024
なる条件を満足することを特徴とする請求項２の分光装置。
ここで、各変数は以下の通りである。
【数２】
2010261767.tif 000025
【請求項４】
前記光検知器は前記回折面で回折される０次の回折光の光路外に位置していることを特徴とする請求項１、２又は３の分光装置。
【請求項５】
前記回折素子の回折面には反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の分光装置。
【請求項６】
前記光検知器で検知する回折光で最も短波長の光線の、該光検知部に入射する角度は該光検知部の法線方向に対して５０度以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項の分光装置。
【請求項７】
前記回折素子は樹脂より成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項の分光装置。
【請求項８】
前記非回折面の反射率は、前記回折面の反射率より低いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項の分光装置。
【請求項９】
前記光検知器の周辺部に遮光板を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項の分光装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の分光装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光装置及びそれを有する画像形成装置に関し、特にローランド円周上に入射スリット、回折素子そして光検知部を配置し、任意の波長の光を検出する際に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ローランド円周上に入射スリット、反射型の回折素子そして光検知部を配置したローランド型の分光装置が知られている（特許文献１）。このローランド型の分光装置では、回折素子の回折面以外の非回折面で反射した光が迷光(ゴースト光)として光検知部に入射することがある。
【０００３】
回折面以外の非回折面で反射した迷光が光検知部に入射すると、分光方向に複数配置された光検知部の出力電圧が一律オフセットされてしまう。この結果、特に黒などの明度の低い被検物の色光を検知するとき、検知誤差の要因となってくる。従来より、このときの迷光を防止するようにした分光装置が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−２９４２２３号公報
【特許文献２】特開２００８−３０４３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に開示されている分光装置では、光吸収層を回折面で回折される回折光が通過する領域に配置し、迷光の吸収と発生の抑制を行っている。迷光が光検出器に入射するのを防止する方法として、回折面以外に光が入射しないように、回折素子に入射する光束を制限する絞りを配置する方法がある。この他、回折部の大きさを十分に確保し、回折面以外の面に光があたらないようにする方法等がある。しかしながら、迷光を防止するために光吸収層を設ける方法や絞りを配置する方法そして回折面を大きくする方法等は分光装置の構成が複雑になってくる。
【０００６】
本発明は、回折面以外の面で反射した迷光が光検知部に入射するのを効果的に軽減し、回折面で分光した光を高精度に検知することができる分光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の分光装置は、凹面反射型の回折素子を有する分光装置において、該回折素子の回折面以外の面のうち該回折面と同じ側であって、該回折面の外側に位置する非回折面は光沢面であり、該回折素子で回折される１次回折光の結像位置相当に該１次回折光を受光する光検知部を有し、該光検知部は回折面より外側の非回折面で正反射した光束の光路の内側に配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回折面以外の面で反射した迷光が光検知部に入射するのを効果的に軽減し、回折面で分光した光を高精度に検知することができる分光装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の分光装置の分光方向の断面の概略図である。
【図２】回折格子の格子ピッチと回折角の関係を説明するための図である。
【図３】図１の光検知器の配置場所を説明するための図である。
【図４】図３の回折面１２ａ以外の面１２ｂと面１２ｂで反射した光線Ｌ３３の角度を説明する図である。
【図５】フレネル反射による入射角度に対する透過率を示した図である。
【図６】本発明の実施例２の分光装置の分光方向の断面の概略図である。
【図７】図６の光検知部６３の配置場所を説明するための図である。
【図８】図６の回折素子６２の断面形状である。
【図９】本発明の実施例３を説明する図であり、分光装置を用いた画像形成装置の構成例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。本発明の分光装置は、凹面反射型の回折素子１２と被検物からの光を回折素子１２に導く入射スリットを有している。回折素子１２の回折面１２ａ以外の面のうち回折面１２ａと同じ側であって、回折面１２ａで回折される方向の両側に位置する非回折面１２ｂは光沢面より成っている。回折素子１２で回折される１次回折光の結像位置相当に１次の回折光Ｌ３６、Ｌ３７を受光する光検知部を有している。光検知部１３は両側の非回折面１２ｂで反射した光束の光路の内側や回折面１２ａからの０次回折光の光路外に配置されている。そして、入射スリット１１と回折面１２ａと光検知部１３は同一円（ローランド円）１４の円周上に位置している。
【００１１】
［実施例１］
以下、図１から図５を参照して、本発明の実施例１の分光装置について説明する。図１は本発明の実施例１の分光装置の分光方向の断面の概略図である。図２は図１の回折素子１２の格子ピッチと回折角の関係を説明するための図である。図３は図１の光検知器（センサ）１３の配置場所を説明するための図である。図４は回折素子１２の回折面１２ａ以外の面（非回折面）１２ｂと、面１２ｂで反射した光線Ｌ３３の角度を説明するための図である。図４において回折面１２ａの面頂点１２ｃの法線方向（ｙ方向）に直交する面１２ａ２と回折面１２ａ以外の面１２ｂのなす角度がθである。図５はフレネル反射による入射角度に対する透過率を示した図である。図中、１１はローランド円１４の円周上に設けた入射スリットであり、被検物（不図示）より反射または、拡散された光の通過を制限している。１２は凹面反射型の回折素子であり、回折面１２ａを有し、回折面１２ａはベース面の形状がアナモフィックな面であり、等間隔なピッチの回折格子（格子）が刻まれている。
【００１２】
本実施例において、回折面１２ａ以外の回折面１２ａと同じ側で回折面１２ａで回折される方向の両側に位置する面１２ｂは曲率を持たない。例えば、平面より成っている。回折面１２ａの面頂点Ｃの法線方向１２ａ１に直交する面１２ａ２と回折面１２ａ以外の面１２ｂとのなす角度θはθ＝０°である。面１２ｂは、加工上バフ仕上げ或いは光沢仕上げ（鏡面反射）が施されて光沢面となっている。また、回折素子１２は樹脂により作製されているが、材質は樹脂に限定されず、金属等反射率の高い材質を用いても良い。回折素子１２の回折面１２ａの反射率を上げるために、回折面１２ａに反射膜を形成しても良く、これによれば反射光量を十分に獲得でき、検知精度が上がることが容易になる。面１２ｂの反射率は回折面１２ａの反射率よりも低くなっている。
【００１３】
１３はローランド円１４の周上に設けた光検知部であり、例えばＣＭＯＳセンサやフォトダイオードなどの光検出素子からなり、それらが回折素子１２で分光される分光方向に一列に配列したラインセンサより成っている。光検知部１３に光検出素子が二次元的に配列したエリアセンサを用いても良い。これによれば、より詳細に検知信号を捉えることができる。光検知部１３は、回折面１２ａより外側の非回折面１２ｂで正反射した光束の光路の内側に配置されている。ローランド円１４の周上には、入射スリット１１、回折素子１２、光検知部１３を配置することで、回折素子１２で回折された光を光検知器１３で検知する。
【００１４】
Ｌ１１は入射光線であり、被検物から反射され、入射スリット１１を通過した光線である。Ｌ１２は回折面１２ａで反射された０次の回折光（光線）である。Ｌ１３は光検知器１３で検知する最も短波長の１次の回折光であり、本実施例においては波長３８０ｎｍの光線である。Ｌ１４は光検知器１３で検知する最も長波長の１次の回折光であり、本実施例においては波長７３０ｎｍの光線である。２１は基準線（ｙ軸）であり、ベース面（回折面）１２ａの面頂点１２ｃの法線に相当している。Ｌ２１は回折面１２ａへの入射光線であり、基準線２１と入射光線Ｌ２１のなす角度−αが入射角度である。Ｌ２２は０次の回折光であり、基準線２１と０次光Ｌ２２のなす角度αが反射角度である。Ｌ２３は波長λ1の１次の回折光（１次光）であり、基準線２１と１次光Ｌ２３のなす角度β1が回折角である。Ｌ２４は波長λ2の１次の回折光（１次光）であり、基準線２１と１次光Ｌ２４のなす角度β2が回折角である。入射角αと回折角βは次式で表される。
【００１５】
【数１】
2010261767.tif 000003
【００１６】
ここで、Ｎは回折面１２ａの単位長さ当たりの格子の本数、ｍは回折次数、λは波長、ｉは添え字、ｄは回折面１２ａの格子ピッチである。Ｌ３０は入射スリット１１を通過した光速の主光線であり、回折面１２ａの面頂点１２ｃに入射する光線であり、図中のｙ軸と主光線Ｌ３０とのなす角度は入射角αである。Ｌ３１は入射スリット１１を通過した光束で回折面１２ａ以外の面１２ｂの負側（ｘ＜０）に入射する光線（マージナル光線）であり、主光線Ｌ３０とマージナル光線Ｌ３１のなす角度がａである。Ｌ３２は入射スリット１１を通過した光束で回折面１２ａ以外の面１２ｂの正側（ｘ＞０）に入射する光線（マージナル光線）であり、主光線Ｌ３０とマージナル光線Ｌ３２のなす角度がｂである。
【００１７】
Ｌ３３は回折面１２ａ以外の面１２ｂの正側で反射した光で最も回折面１２ａに近い側の光線である。Ｌ３４は回折面１２ａ以外の面１２ｂの負側で反射した光で最も回折面１２ａに近い側の光線である。Ｌ３５は回折面１２ａで反射した正反射光（０次の回折光）の主光線であり、図中のy軸と主光線Ｌ３５のなす角度が反射角αである。Ｌ３６は光検知部１３で検知する最も短波長λ1（ｎｍ）の光の回折面１２ａで反射した１次の回折光の主光線であり、図中のy軸と１次の回折光の主光線Ｌ３６のなす角度が回折角β1である。Ｌ３７は検知する最も長波長λ2（ｎｍ）の光の回折面１２ａで反射した１次の回折光の主光線であり、図中のy軸と１次の回折光の主光線Ｌ３６のなす角度が回折角β2である。本実施例の分光器の諸仕様および回折素子１２の形状を表１および表２に示す。
【００１８】
【表１】
2010261767.tif 000004
【００１９】
本実施例において、入射スリット１１、回折面１２ａ及び、光検知部１３はローランド円１４の円周上に配置されている。測色を行いたい被検物（不図示）より反射あるいは拡散された光が入射スリット１１を通過し、回折素子１２に入射する。回折素子１２に入射した光のうち、回折面１２ａで反射された回折光はローランド円１４の円周上に集光する。回折素子１２に入射した光線のうち、回折面１２ａ以外の面（非回折面）１２ｂで反射した光は、正反射光Ｌ３５として発散する。
【００２０】
図３において、回折素子１２の回折面１２ａの面頂点１２ｃを原点Ｏ（０，０）とし、ｙ軸を回折面１２ａの法線方向（面法線方向）、ｘ軸をｙ軸に直交する方向とする。原点Ｏを通り、ｘ軸とｙ軸と直交する方向紙面垂直方向をＺ軸とする。以下において、面法線（ｙ軸）を含むｘｙ断面における形状を母線形状とし、面法線を含みｘｙ断面と垂直な面内（ｙｚ断面）における形状を子線形状とする。ｘｙ断面における回折面１２ａのベースの面形状（母線形状）は次式（３）式で表される形状である。
【００２１】
【数２】
2010261767.tif 000005
【００２２】
なお、Ｒは面の曲率半径、ｋは離心率である。ここで、Ｙのプラス側（図１の上側）とマイナス側（図１の下側）で係数が異なる場合は、プラス側の係数には添字ｕを附し、マイナス側終了側の係数には添字ｌを附している。また、回折面１２ａのベースのｙｚ断面の面形状（子線形状）は次式（４）で表される。
【００２３】
【数３】
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【００２４】
なお、ｒ’はｙｚ断面の曲率半径である。Ｓは母線上の任意の点における子線形状である。回折素子１２の回折面１２ａにおける母線の曲率半径は１７．５ｍｍであり、子線の曲率半径は１５．２ｍｍである。また、有効域Ｄは７ｍｍである。さらに、回折面１２ａには、図２のような回折格子が形成されており、回折格子のピッチｄは２．５２μｍ、ブレーズ角θは５．７２°である。この時、格子本数Ｎは３９６．８本／ｍｍである。回折素子１２で分光反射された光はローランド円１４の円周上に配置された光検知部１３に結像する。
【００２５】
本実施例において、検知する光は波長３８０〜波長７３０ｎｍの光で、光線Ｌ１３、Ｌ２３、Ｌ３６が波長３８０ｎｍの１次の回折光であり、光線Ｌ１４、Ｌ２４、Ｌ３７が波長７３０ｎｍの１次の回折光である。（１）、（２）式より、ｍ＝１として、波長３８０ｎｍの１次の回折角β１と波長７３０ｎｍの１次の回折角β２はそれぞれβ１＝２１．０°、β２＝２９．８°である。光検知部１３は波長３８０ｎｍから波長７３０ｎｍまでの一次の回折光を受光する領域に設置している。また、不要な光が光検知部１３に入射しないようにするために、光検知部１３は回折面１２ａ以外の面１２ｂで反射した光線Ｌ３３と光線Ｌ３４の光路の内側に配置しなければならない。ローランド円１４の半径Rは、回折面１２ａの母線の曲率半径１７．５ｍｍの１／２なので、Ｒ＝８．７５ｍｍである。ローランド円１４の方程式は次式で表現される。
【００２６】
【数４】
2010261767.tif 000007
【００２７】
また、入射スリット１１を通過する光束の主光線Ｌ３０に対するマージナル光線Ｌ３１、Ｌ３２の角度ａと角度ｂは、それぞれａ＝１１．８°、ｂ＝１１．３°であり、入射スリット１１を出射する光束の開口数ＮＡはＮＡ＝０．２である。さらに、回折面１２ａに入射する入射光の主光線Ｌ３０はｙ軸に対して、角度α＝１２．０°で入射している。ローランド円１４と波長３８０ｎｍの１次の回折光Ｌ３６との交点Ａの座標は座標Ａ（５．８６，１５．２５）であり、ローランド円１４と波長７３０ｎｍの１次の回折光Ｌ３７との交点Ｂの座標は座標Ｂ（７．５１，１３．１２）である。面頂点１２ｃの法線ｙと直交する直交軸を含む面（ｘｚ面）１２ａ２と、非回折面１２ｂとのなす角度をθとする。そして各変数は以下のとおりとする。
【００２８】
【数５】
2010261767.tif 000008
【００２９】
なる条件を満足している。このとき角度ΘはＢ（７．５１，１３．１２）とＣ（３．５０，０．０８７７）を結ぶ直線とｘ軸のなす角度であり、Θ＝７２．９０となる。また、−９０＜θ＜３．１０を満たすようなθを設定している。図４に示すように、本実施例において、回折面１２ａの面頂点の法線方向１２ａ１に直交する面１２ａ２と回折面１２ａ以外の面１２ｂのなす角度θはθ＝０°である。この時、回折面１２ａ以外の面１２ｂで反射した光線Ｌ３３と光線Ｌ３４の直線の方程式は、図４のように回折面１２ａの面頂点の法線方向１２ａ１に直交する面１２ａ２と回折面１２ａ以外の面１２ｂのなす角度θで求まり、次式のようになる。
【００３０】
【数６】
2010261767.tif 000009
【００３１】
本実施例において、（８）、（９）式の定数Ｃ１及びＣ２は、Ｃ１＝−７．７７、Ｃ２＝９７３．５４である。光検知部１３は回折面１２ａ以外の面１２ｂで反射した光線Ｌ３３と光線Ｌ３４の内側に配置しなければならないので座標Ａ、Ｂは次式を満たす領域に配置する必要がある。
【００３２】
【数７】
2010261767.tif 000010
【００３３】
の領域に座標Ｂがあると、回折面１２ａ以外の面１２ｂで反射した光Ｌ３３が光検知部１３に入射し、検知精度を悪くする。同様に、
【００３４】
【数８】
2010261767.tif 000011
【００３５】
の領域に座標Ａがあると、回折面１２ａ以外の面１２ｂで反射した光Ｌ３４が光検知部１３に入射し、検知精度を悪くする。また、０次の回折光も回折面１２ａ以外の面１２ｂで反射した光と同様、分光されない光であるため、光検知部１３で検知する必要がないので、０次の回折光Ｌ３５が入射しない位置である回折光３５よりも内側に光検知部１３を配置することが望ましい。０次の回折光Ｌ３５の直線の方程式は次式で表される。
【００３６】
【数９】
2010261767.tif 000012
【００３７】
その為、０次の回折光Ｌ３５よりも内側に光検知部１３を配置するためには、次式（１２）式を満たす領域に配置することが望ましい。
【００３８】
【数１０】
2010261767.tif 000013
【００３９】
の領域に座標Ａがあると、回折面１２ａで反射した０次の回折光Ｌ３５が光検知部１３に入射し、検知精度を悪くする。本実施例において、ローランド円１４と波長３８０ｎｍの１次の回折光Ｌ３６との交点Ａの座標はＡ（５．８６，１５．２５）であり、ローランド円１４と波長７３０ｎｍの１次の回折光Ｌ３７との交点Ｂの座標はＢ（７．５５，１３．１７）である。座標Ａは（１０）、（１２）式の左式が
【００４０】
【数１１】
2010261767.tif 000014
【００４１】
となり、（１０）式及び（１２）式を満たす。同様に、座標Ｂは（１０）、（１２）式の左式が
【００４２】
【数１２】
2010261767.tif 000015
【００４３】
となり、（１０）式及び（１２）式を満たす。座標Ａ、Ｂともに（１０）式及び（１２）式を満たし、光検知部１３は回折面１２ａ以外の面１２ｂで反射した光線Ｌ３３と光線Ｌ３４よりも内側に配置されており、さらに０次の回折光Ｌ３５よりも内側に配置されている。光検知部１３は、回折面１２ａより外側の非回折面１２ｂで正反射した光束の光路の内側に配置されている。そして、分光方向と直交する方向においても、上記条件を満たすようにθを設定すれば、センサの高さが０．５ｍｍなので、回折面１２ａ以外の面１２ｂで反射した光束の光路の内側に光検知部１３が配置されている。
【００４４】
また、光検知部１３には光検知素子を保護するためのカバーガラス等のパッケージが形成されている。その為、光検知部１３に入射する光線の角度が大きくなるとフレネル反射により透過率が減少してしまい、光検知の効率が悪くなる。カバーガラスの入射角度による透過率の変化は図５のようになる。フレネルの反射成分があるため、入射角度が０°で透過率の最大値は９６％である。この時、透過率を９０％以上にするには、光検知部１３に入射する検知する最も短波長の光線Ｌ３６の入射角度を６０°以下にする必要がある。更に効率よく検知するために入射角度を５０度以下、更に好ましくは４０°以下にし、透過率を９５％以上にする方がより好ましい。
【００４５】
本実施例において、光検知部１３と最も短波長の光線Ｌ３６のなす角度は２９．８°であり、透過率は９５．６％である。光検知部１３に回折素子１２で分光反射された光以外の光を出来る限り入射しないようにするために光検知部１３の手前の周辺部に必要な１次の回折光のみを通過させる開口を有する遮光板等を設置するとより一層効果的である。以上のようにして、回折面１２ａ以外の面１２ｂで反射した光を光検知部１３で受光することなく、高精度な光検知をすることが容易となる。さらに、０次光を受光しない位置に光検知部１３が配置されており、更に高精度な光検知をすることが容易となる。
【００４６】
［実施例２］
以下、図６から図８を参照して、本発明の実施例２の分光装置について説明する。図６は本発明の実施例２の分光装置の分光方向の断面の概略図である。図７は図６における光検知部６３の配置場所を説明するための図である。図８は図６の回折素子６２の断面形状である。回折面６２ａの面頂点６２ｃの法線方向６２ｄに直交する面６２ｅと回折面６２ａ以外の面６２ｂのなす角度θはθ＝−５°である。図中、６１は入射スリットであり、被検物（不図示）より反射または、拡散された光の通過を制限するためのスリットである。６２は回折素子であり、回折面６２ａを有し、回折面６２ａはベース面の形状がアナモフィックな面であり、等間隔なピッチの回折格子が刻まれている。
【００４７】
本実施例において、回折面６２ａ以外の回折面６２ａと同じ側の面６２ｂは曲率を持たない。回折面６２ａの面頂点６２ｃの法線方向６２ｄに直交する面６２ｅと回折面６２ａ以外の面６２ｂのなす角度θはθ＝−５°であり、加工上バフ仕上げ或いは光沢仕上げが施されて光沢面となっている。また、回折素子６２は樹脂成形により作製されているが、材質は樹脂に限定されず、金属等反射率の高い材質を用いても良い。さらに、回折素子６２の回折面６２ａの反射率を上げるために、回折面６２ａに反射膜を形成するのが良い。これによれば反射光量を十分に獲得でき、検知精度が上がるので好ましい。
【００４８】
６３は光検知部であり、例えばＣＭＯＳセンサやフォトダイオードなどの光検出素子からなり、それらが分光方向に一列に配列したラインセンサより成っている。光検知部６３に光検出素子が二次元的に配列したエリアセンサを用いても良い。これによれば、より詳細に検知信号を捉えることができるので好ましい。６４はローランド円であり、ローランド円周上に入射スリット６１、回折素子６２、光検知部６３を配置することで、回折された光を検知している。Ｌ６１は入射光線であり、被検物から反射され、入射スリット６１を通過した光線である。Ｌ６２は０次の回折光であり、回折面６２ａで反射された光線である。Ｌ６３は検知する最も短波長の１次の回折光であり、本実施例においては波長３８０ｎｍの光線である。
【００４９】
Ｌ６４は検知する最も長波長の１次の回折光であり、本実施例においては波長７３０ｎｍの光線である。Ｌ７０は入射スリット６１を通過した光速の主光線であり、回折面６２ａの面頂点６２ｃに入射する光線である。Ｌ７１は入射スリット６１を通過した光束で回折面６２ａ以外の面６２ｂの負側(ｘ＜０)に入射する光線（マージナル光線）であり、主光線Ｌ７０とマージナル光線Ｌ７１のなす角度がａである。Ｌ７２は入射スリット６１を通過した光束で回折面６２ａ以外の面６２ｂの正側（ｘ＞０）に入射するマージナル光線であり、主光線Ｌ７０とマージナル光線Ｌ７２のなす角度がｂである。Ｌ７３は回折面６２ａ以外の面６２ｂの正側で反射した光で最も回折面６２ａに近い側の光線である。
【００５０】
Ｌ７４は回折面６２ａ以外の面６２ｂの負側で反射した光で最も回折面６２ａに近い側の光線である。Ｌ７５は回折面６２ａで反射した反射光（０次の回折光）の主光線であり、図中のy軸とＬ７５のなす角度が反射角αである。Ｌ７６は検知する最も短波長λ1（ｎｍ）の回折面６２ａで反射した１次の回折光の主光線であり、図中のy軸と１次の回折光Ｌ７６のなす角度が回折角β1である。Ｌ７７は検知する最も長波長λ2（ｎｍ）の回折面６２ａで反射した１次の回折光の主光線であり、図中のy軸と１次の回折光Ｌ７６のなす角度が回折角β2である。本実施例の分光装置の諸仕様および回折素子６２の回折面６２ａの形状を表３および表４に示す。
【００５１】
【表２】
2010261767.tif 000016
【００５２】
本実施例において、入射スリット６１、回折面６２ａ及び、光検知部６３はローランド円６４の円周上に配置されている。測色を行いたい被検物（不図示）より反射あるいは拡散された光が入射スリット６１を通過し、回折素子６２に入射する。回折素子６２に入射した光のうち、回折面６２ａで反射された回折光はローランド円６４の円周上に集光する。回折素子６２に入射した光線のうち、回折面６２ａ以外の面６２ｂで反射した光は、正反射光として発散する。
【００５３】
図７において、回折素子６２の回折面６２ａの面頂点６２ｃを原点Ｏ（０，０）とし、ｙ軸を回折面６２ａの法線方向、ｘ軸をｙ軸に直交する方向とする。ｘ軸とｙ軸に直交する方向をｚ軸とする。回折素子６２の回折面６２ａは、実施例１の形状と同様である。回折素子６２の回折面６２ａにおける母線の曲率半径は１７．５０ｍｍであり、子線の曲率半径は１５．４５ｍｍである。また、有効域Ｄは７ｍｍである。さらに、回折面６２ａには、図２と同様な回折格子が形成されており、回折格子のピッチｄは１．５μｍ、ブレーズ角θは５．７２°である。この時、格子本数Ｎは６６６．７本／ｍｍである。回折素子６２で分光反射された光はローランド円６４の円周上に配置された光検知部６３に結像する。
【００５４】
本実施例において、光検知器６３で検知する波長は波長３８０〜波長７３０ｎｍの光で、光線Ｌ６３、光線Ｌ７６が波長３８０ｎｍの１次の回折光であり、光線Ｌ６４、光線Ｌ７７が波長７３０ｎｍの１次の回折光である。（１）、（２）式より、ｍ＝１として、波長３８０ｎｍの１次の回折角β１と波長７３０ｎｍの１次の回折角β２はそれぞれβ１＝２７．５°、β２＝４４．０°である。光検知部６３は波長３８０ｎｍから波長７３０ｎｍまでの一次の回折光を受光する領域に設置している。また、不要な光が光検知部６３に入射しないようにするために、光検知部６３は回折面以外の面６２ｂで反射した光線Ｌ７３と光線Ｌ７４の内側に配置しなければならない。
【００５５】
ローランド円６４の半径Ｒは、回折面６２ａの曲率半径の１／２なので、Ｒ＝８．７５ｍｍである。ローランド円６４の方程式は（５）式で表現される。また、入射スリット６１を通過する光束の主光線Ｌ７０に対するマージナル光線Ｌ７１、Ｌ７２の角度ａとｂは、それぞれａ＝１１．８°、ｂ＝１１．３°であり、スリット１１を出射する光束の開口数ＮＡはＮＡ＝０．２である。さらに、回折面１２ａに入射する入射光の主光線Ｌ７０はｙ軸に対して、α＝１２．０°で入射している。ローランド円６４と波長３８０ｎｍの１次の回折光Ｌ７６との交点Ａの座標は座標Ａ（７．１６，１３．７８）であり、ローランド円６４と波長７３０ｎｍの１次の回折光Ｌ７７との交点Ｂの座標は座標Ｂ（８．８４，９．１６）である。
【００５６】
前述のΘはＢ（８．８４，９．１６）とＣ（３．５０，０．０８７７）を結ぶ直線とｘ軸のなす角度であり、Θ＝５９．５２となる。また、−９０＜θ＜−３．５９を満たすようなθを設定している。本実施例において、回折面６２ａの面頂点６２ｃの法線方向ｙに直交する面６２ｅと回折面１２ａ以外の面１２ｂのなす角度θはθ＝−５．０°である。この時、回折面６２ａ以外の面６２ｂで反射した光線Ｌ７３と光線Ｌ７４の直線の方程式は図４のように回折面６２ａの面頂点６２ｃの法線方向ｙに直交する面６２ｅと回折面１２ａ以外の面１２ｂのなす角度求まり、次式のようになる。
【００５７】
【数１３】
2010261767.tif 000017
【００５８】
本実施例において、（１５）、（１６）式の定数Ｃ３及びＣ４は、Ｃ３＝−４．９７、Ｃ４＝−１９．０９である。光検知部６３は回折面６２ａ以外の面６２ｂで反射した光線Ｌ７３と光線Ｌ７４の内側に配置しなければならないので座標Ａ、Ｂは次式を満たす領域に配置する必要がある。
【００５９】
【数１４】
2010261767.tif 000018
【００６０】
の領域に座標Ｂがあると、回折面６２ａ以外の面６２ｂで反射した光Ｌ７３が光検知部６３に入射し、検知精度を悪くする。同様に、
【００６１】
【数１５】
2010261767.tif 000019
【００６２】
の領域に座標Ａがあると、回折面６２ａ以外の面６２ｂで反射した光Ｌ７４が光検知部６３に入射し、検知精度を悪くする。光検知部６３は、回折面６２ａより外側の非回折面６２ｂで正反射した光束の光路の内側に配置されている。また、０次の回折光Ｌ７５も回折面６２ａ以外の面６２ｂで反射した光と同様、分光されない光であるため、光検知部６３で検知する必要がないので、０次の回折光Ｌ７５よりも内側に光検知部６３を配置することが望ましい。０次の回折光Ｌ７５の直線の方程式は次式で表される。
【００６３】
【数１６】
2010261767.tif 000020
【００６４】
その為、０次の回折光Ｌ７５よりも内側に光検知部６３を配置するためには、次式を満たす領域に配置することが望ましい。
【００６５】
【数１７】
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【００６６】
の領域に座標Ａがあると、回折面６２ａで反射した０次の回折光Ｌ７５が光検知部６３に入射し、検知精度を悪くする。本実施例において、ローランド円６４と波長３８０ｎｍの１次の回折光Ｌ７６との交点Ａの座標はＡ（７．１６，１３．７８）であり、ローランド円６４と波長７３０ｎｍの１次の回折光Ｌ７７との交点Ｂの座標はＢ（８．７４，９．０６）である。座標Ａは（１７）、（１９）式の左式が
【００６７】
【数１８】
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【００６８】
となり、（１７）式及び（１９）式を満たす。同様に、座標Ｂは（１７）、（１９）式の左式が
【００６９】
【数１９】
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【００７０】
となり、（１７）式及び（１９）式を満たす。座標Ａ、Ｂともに（１７）式及び（１９）式を満たし、光検知部６３は回折面６２ａ以外の面６２ｂで反射した光線Ｌ７３と光線Ｌ７４よりも内側に配置されており、さらに０次の回折光Ｌ７５よりも内側に配置されている。そして、分光方向と直交する方向においても、上記条件を満たすようにθを設定すれば、センサの高さが０．５ｍｍなので、回折面６２ａ以外の面６２ｂで反射した光束の光路の内側に光検知部６３が配置されている。
【００７１】
また、光検知部６３には光検知素子を保護するためのカバーガラス等のパッケージが形成されている。その為、光検知部６３に入射する光線の角度が大きくなるとフレネル反射により透過率が減少してしまい、光検知の効率が悪くなる。カバーガラスの入射角度による透過率の変化は図５のようになる。フレネルの反射成分があるため、入射角度が０°で透過率の最大値は９６％である。この時、透過率を９４％以上にするには、光検知部６３に入射する検知する最も短波長の光線Ｌ７６の入射角度を５０°以下にする必要があり、更に効率よく検知するために入射角度を４０°以下にし、透過率を９５％以上にする方がより好ましい。
【００７２】
本実施例において、光検知部６３と最も短波長の光線Ｌ７６のなす角度は４４．０°であり、透過率は９４．８である。以上のようにして、回折面６２ａ以外の面６２ｂで反射した光を光検知部６３で受光することなく、高精度な光検知をすることが容易となる。さらに、０次光を受光しない位置に光検知部６３が配置されており、更に高精度な光検知をすることが容易となる。以上のように各実施例によれば回折面以外の面で反射した光が光検知部に入射しないように各部材を配置することで、簡易な構成でかつ小型で各色光を高精度に検知することができる分光装置が得られる。
【００７３】
［実施例３］
図９は本発明の実施例３の分光装置を用いたカラー画像形成装置（画像形成装置）の要部概略図である。本実施例は、光走査装置を4個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図９において、９０はカラー画像形成装置、１１１、１１２、１１３、１１４は光走査装置、１２１、１２２、１２３、１２４は各々像担持体としての感光ドラム、１３１、１３２、１３３、１３４は各々現像器、９１は中間転写ベルト、９４は定着器である。
【００７４】
図９において、カラー画像形成装置９０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器９２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置１１１、１１２、１１３、１１４に入力される。そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム１４１、１４２、１４３、１４４が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム１２１、１２２、１２３、１２４の感光面が主走査方向に走査される。
【００７５】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は光走査装置（１１１、１１２、１１３、１１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の各色に対応している。そして各々平行して感光ドラム１２１、１２２、１２３、１２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【００７６】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの光走査装置１１１、１１２、１１３、１１４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム１２１、１２２、１２３、１２４面上に形成している。その後、各現像器により潜像を現像すると伴に中間転写ベルト上で各色を多重転写し、その後、記録材に転写し定着器により記録材上に画像が形成される。
【００７７】
本画像形成装置においては、色度検出用の前述した実施例１又は２の分光装置９５が記録材の搬送路の定着器９４の直後に、記録材の画像形成面に向けて配置されている。ここでは分光装置９５は実施例１で説明した構成のものを用いている。分光装置９５は画像形成装置９０により記録材上に形成定着された後のカラーパッチ（色度検出用パッチ）の色度を検知する。ここで記録材上に定着後のカラーパッチを測色しているのは定着等による色度変化を考慮した上でカラーマッチングを行うためである。検出結果をプリンタコントローラ９３に転送し、プリンタコントローラ９３は出力された単色パッチの色再現が適切になされているかを判断する。出力された単色パッチがプリントコントローラ９３によって指示した色度との色差が所定範囲内の場合にはカラーキャリブレーションを終了する。色差が所定範囲外の場合には色差情報をもとにプリンタコントローラ９３は所定の色差以内となるまでカラーキャリブレーションを実施する。このように画像形成装置に本発明の分光装置９５を導入することにより、より高度なカラーキャリブレーションが可能となる。
【００７８】
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】
【００７９】
１１、６１は入射スリット  １２、６２は回折素子  １３、６３は光検知部  １４、６４はローランド円  Ｌ１１、Ｌ６１は入射光束  Ｌ１２、Ｌ６２は０次の回折光束  Ｌ１３、Ｌ６３は３８０ｎｍの１次の回折光束  Ｌ１４、Ｌ６４は７３０ｎｍの１次の回折光束  ２１は基準線  Ｌ２１は入射光線  Ｌ２２、Ｌ３５、Ｌ７５は０次の回折光線  Ｌ２３、Ｌ３６、Ｌ７６は波長λ1の1次の回折光線  Ｌ２４、Ｌ３７、Ｌ７７は波長λ2の1次の回折光線  Ｌ３０、Ｌ７０は入射光束の主光線  Ｌ３１、Ｌ７１は入射光束の回折面以外の面の負側(ｘ＜０)に入射する光線  Ｌ３２、Ｌ７２は入射光束の回折面以外の面の正側(ｘ＞０)に入射する光線  Ｌ３３、Ｌ７３は回折面以外の面の正側で反射した光で最も回折面に近い側の光線  Ｌ３４、Ｌ７４は回折面以外の面の負側で反射した光で最も回折面に近い側の光線  ９０は画像形成装置  ９１は搬送ベルト  ９２は外部機器  ９３はプリンタコントローラ  ９４は定着器  ９５は分光装置  １１１、１１２、１１３、１１４は光走査装置  １２１、１２２、１２３、１２４は像担持体  １３１、１３２、１３３、１３４は現像器  １４１、１４２、１４３、１４４は光ビーム
【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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【図７】
2010261767.tif 000032
【図８】
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【図９】
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