(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像担持媒体に光を照射する光照射部と、
前記光照射部から画像担持媒体に照射された光の反射光を通過する複数の開口部を含むホールアレイと、
前記ホールアレイを通過した光を結像する結像光学系と、
前記結像光学系で結像された光を回折する回折素子と、
前記回折素子により回折された光を複数の画素を含む分光センサ部で各々受光する受光部と、
を有し、
前記回折素子における回折格子の配列方向は、各々の前記開口部を通過した光が、各々前記分光センサ部における画素に入射するように、回折格子における構造が、前記結像光学系で結像された光が回折素子へ入射する角度に対応して、変化するように形成されていることを特徴とする分光測定装置。
【請求項２】
前記回折素子は、表面に鋸波形状、階段形状の構造を周期的に形成されているもの、屈折率の異なる２種類の部材を張合わせた界面に、鋸波形状、階段形状の構造が周期的に形成されているもの、または、屈折率の変化している構造が周期的に形成されているものであって、
前記受光部は、所定の数の画素ごとに複数の分光センサ部が形成されており、
前記回折素子における前記周期は、前記複数の開口部を通過した光が、各々前記分光センサ部に入射するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項３】
前記回折素子は、表面に鋸波形状、階段形状の構造を周期的に形成されているもの、または、屈折率の異なる２種類の部材を張合わせた界面に、鋸波形状、階段形状の構造が周期的に形成されているものであって、
前記受光部は、所定の数の画素ごとに複数の分光センサ部が形成されており、
前記鋸波形状又は階段形状の構造の部分における高さは、前記複数の開口部を通過した光が、各々前記分光センサ部に入射するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項４】
前記回折素子における回折格子の配列方向と、前記受光部における複数の画素の配列方向とが、平行ではないことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の分光測定装置。
【請求項５】
前記受光部に入射する光は、
前記回折素子により回折された＋１次回折光であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の分光測定装置。
【請求項６】
前記所定の数は６以上であることを特徴とする請求項２または３に記載の分光測定装置。
【請求項７】
画像担持媒体上に複数色で形成された画像の色彩を評価する画像評価装置において、
請求項１から６のいずれかに記載の分光測定装置と、
前記分光測定装置により得られた分光特性に基づき、前記画像における画像評価を行う処理部と、
を有することを特徴とする画像評価装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像評価装置と、
前記画像担持媒体に画像を形成する画像形成部と、
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、分光測定装置、画像評価装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロダクションプリンティング分野において枚葉機、連帳機ともにデジタル化が進み、電子写真方式、インクジェット方式等による製品が数多く登場している。ユーザーニーズにおいても、モノクロ印刷からカラー印刷への移行における画像の多次元化、高精細高密度化が進み、写真高画質プリント、カタログ印刷、請求書等への個人嗜好に対応した広告掲載等、消費者の手元に届くサービス形態の多様化が進み、高画質、個人情報の確認、色再現への要求も高まっている。
【０００３】
画像形成装置において、高画質化に対応した技術として、電子写真方式では中間転写体や感光体上の定着前のトナー濃度を検知する濃度センサを搭載しトナー供給量を安定化するもの、個人情報の確認では、画像形成方式によらず出力画面をカメラ等で撮像し、文字認識や画像間差分による差異検出で検査するもの、色再現ではカラーパッチを出力して分光計に一点又は複数点の色計測を実行しキャリブレーションを行うもの等が上市されている。
【０００４】
これらの技術は、ページ間、ページ内における画像変動に対応するため、画像全域で実行されることが望ましい。
【０００５】
このように、画像の全幅計測における評価技術としては、特許文献１から５に記載されている方法が提案されている。
【０００６】
特許文献１には、ライン状の受光素子を複数並べて、測定対象を検出系に対して相対的に移動する機構を設定し、全幅の分光特性を計測する。その際、受光素子間で検出対象領域からの反射光クロストークが生じないように遮光壁を設定する技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、画像の全幅で異なる波長帯を有する光源で連続的に照射し、反射光を取得して全幅における分光特性を取得する技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献３には、印刷面全幅に光を照射し、ラインセンサカメラにより、特定領域における濃度を検出し、平均化することにより、基準濃度を比較する技術が開示されている。
【０００９】
また、特許文献４には、原稿と特定原稿とを複数回走査し、共通する色味情報を画像間論理和等の処理から類似度を判定する技術が開示されている。
【００１０】
また、特許文献５には、印刷面全幅に光を照射し、２次元の画素構造を持つＣＣＤ（Charge Coupled Device）と回折素子または屈折素子の組み合わせにより、全幅の分光特性を取得する技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、画像の色を全幅で計測しようとした場合、異なる波長帯に限定した複数の光を照射して、エリアセンサにより撮像するか、ラインセンサで撮像しながら計測系と被検対象とを相対的に移動する構成、または、撮像系を複数設定し、撮像系に入射する被検対象からの反射光の波長帯を限定する構成が一般的に考えられる。その際、取得される複数の波長帯に対応した画像において、画像間で被検対象とする位置にずれが生じた場合、被検対象の各位置での色情報を正確に計測することが不可能となる。ここで波長帯の異なる複数の画像から色情報を正確に計測する方法として、各画像の被検対象の位置で取得される反射光量の強度をリファレンスとなる現画像や原稿データと比較する方法や、各画像の被検対象の位置で取得される反射光量の強度からウィナー推定等を適用して連続分布特性を推測する方法等がある。そのため、各画像で異なる位置を被検対象とした場合、リファレンスとの比較や、連続分光特性の推定に誤差が生じることとなり、測定精度が低下する原因となる。
【００１２】
ところで、引用文献１に記載されている技術では、ライン状の計測系であり、被検対象の画像の色を全幅で計測できる一般的な構成であるが、各波長帯で得られる画像の位置ズレを低減するものではない。
【００１３】
また、引用文献２に記載されている技術では、異なる波長帯を有する光源からの連続的な照射光による被検対象からの反射光を取得する構成では、時間軸におけるズレが生じ、被検対象の同一箇所を計測することはできない。仮に、このような構成で光源と受光系の組み合わせを複数備えたとしても、波長帯の異なる各画像の被検対象位置がずれる可能性が高くなる。また、異なる色でフィルター処理された複数列の検出器を用いた構成も記載されているが、この場合においても、複数色間での画像位置ずれによる問題が生じることは否めない。
【００１４】
また、特許文献３に記載されている技術では、検知した領域の濃度を平均化することにより代表値を得ているものと推認されるが、被検対象の分布に関しては保証できる値を得ることができない。
【００１５】
また、特許文献４に記載されている技術では、各波長帯に原稿と被検対象を画像間演算により比較して判定する方法であるが、この方法では、被検対象の色変動を特定することはできない。また、個別に得られる画像の色情報から、画像を再構成した場合においても、実際の被検対象に色変動が生じているか否かは判定することができない。
【００１６】
また、特許文献５に記載されている技術は、２次元画素構造を有するＣＣＤを用い、一方向には画像データを、他の一方向には分光データを取得することで、全幅の色情報を特定する構成のものである。しかしながら、２次元画素構造を有するＣＣＤにおいては、データ読出し特性の制約より、ラインセンサに対して、読出し速度が格段に遅くなるため、対象物の色情報を取得するためには、多大な時間を要するという問題点を有している。
【００１７】
以上のように、従来の技術では、対象物の分光情報を全幅で計測する分光センサにおいては、高速に読出しを行うことと、分光精度を維持することを両立することは困難であった。
【００１８】
本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたものであり、読取り対象物の分光特性を全幅で計測する際に、高速なデータ読出しができ、複数の波長帯における観測位置の位置合せが不要な分光測定装置、画像評価装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、画像担持媒体に光を照射する光照射部と、前記光照射部から画像担持媒体に照射された光の反射光を通過する複数の開口部を含むホールアレイと、前記ホールアレイを通過した光を結像する結像光学系と、前記結像光学系で結像された光を回折する回折素子と、前記回折素子により回折された光を複数の画素を含む分光センサ部で各々受光する受光部と、を有し、前記回折素子における回折格子の配列方向は、各々の前記開口部を通過した光が、各々前記分光センサ部における画素に入射するように、回折格子における構造が、前記結像光学系で結像された光が回折素子へ入射する角度に対応して、変化するように形成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記回折素子は、表面に鋸波形状、階段形状の構造を周期的に形成されているもの、屈折率の異なる２種類の部材を張合わせた界面に、鋸波形状、階段形状の構造が周期的に形成されているもの、または、屈折率の変化している構造が周期的に形成されているものであって、前記受光部は、所定の数の画素ごとに複数の分光センサ部が形成されており、前記回折素子における前記周期は、前記複数の開口部を通過した光が、各々前記分光センサ部に入射するように形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記回折素子は、表面に鋸波形状、階段形状の構造を周期的に形成されているもの、または、屈折率の異なる２種類の部材を張合わせた界面に、鋸波形状、階段形状の構造が周期的に形成されているものであって、前記受光部は、所定の数の画素ごとに複数の分光センサ部が形成されており、前記鋸波形状又は階段形状の構造の部分における高さは、前記複数の開口部を通過した光が、各々前記分光センサ部に入射するように形成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、前記回折素子における回折格子の配列方向と、前記受光部における複数の画素の配列方向とが、平行ではないことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、前記受光部に入射する光は、前記回折素子により回折された＋１次回折光であることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、前記所定の数は６以上であることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、画像担持媒体上に複数色で形成された画像の色彩を評価する画像評価装置において、前記記載の分光測定装置と、前記分光測定装置により得られた分光特性に基づき、前記画像における画像評価を行う処理部と、を有することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、前記記載の画像評価装置と、前記画像担持媒体に画像を形成する画像形成部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、読取り対象物の分光特性を全幅で計測する際に、高速なデータ読出しができ、複数の波長帯における観測位置の位置合せが不要な分光測定装置、画像評価装置及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施の形態における分光測定装置の上面図
【図２】第１の実施の形態における分光測定装置の側面図
【図３】第１の実施の形態に用いられるラインセンサの構成図
【図４】第１の実施の形態における分光測定装置の要部拡大図
【図５】第１の実施の形態に用いられる他の回折素子の構成図（１）
【図６】第１の実施の形態に用いられる他の回折素子の構成図（２）
【図７】第１の実施の形態に用いられる他の回折素子の構成図（３）
【図８】回折素子に入射する光の波長λと周期と位置ａｘとの相関図
【図９】通常の回折格子における光の入射角度θｉｎと位置差Δａｘとの相関図
【図１０】第１の実施の形態に用いられる回折素子の周期ｄを示す状態図
【図１１】図１０に示す回折格子における光の入射角度θｉｎと位置差Δａｘとの相関図
【図１２】第１の実施の形態に用いられるホールアレイの構成図
【図１３】第１の実施の形態に用いられる他のホールアレイの構成図
【図１４】第１の実施の形態における分光測定装置における画素数Ｎと色差との相関図
【図１５】第２の実施の形態に用いられる回折素子の高さｈを示す状態図
【図１６】第３の実施の形態における分光測定装置の説明図
【図１７】回折格子における光の入射角度θｉｎと位置ａｙとの相関図
【図１８】第４の実施の形態に用いられる回折素子の角度αを示す状態図
【図１９】図１８に示す回折格子における光の入射角度θｉｎと位置ａｙとの相関図
【図２０】第５の実施の形態における画像評価装置の構成図
【図２１】第６の実施の形態における画像形成装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【００３１】
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態について説明する。本実施の形態における分光測定装置を図１及び図２に示す。図１は本実施の形態における分光測定装置の上面図であり、図２は本実施の形態における分光測定装置の側面図である。尚、本実施の形態における分光測定装置を説明する際には、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向との表現を用いる場合があるが、これらはいずれも図中に記載されているＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を示すものである。
【００３２】
本実施の形態における分光測定装置は、ライン照明光源１２、レンズ１３、セルフォックレンズ１４、ホールアレイ１５、結像光学系１６、回折素子１７、ラインセンサ１８等を有している。尚、破線は、画像担持媒体１１からの拡散反射光の光路を示すものである。
【００３３】
ライン照明光源１２は、例えば、可視光のほぼ全域において所定の強度を有する白色のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）アレイを用いることができる。尚、ライン照明光源１２としては、この他、冷陰極管等の蛍光灯やランプ光源等を用いることも可能である。ライン照明光源１２としては、分光に必要な広い波長領域の光を発することができるものであって、画像担持媒体１１を均一に照明することができるものであることが好ましい。
【００３４】
レンズ１３は、ライン照明光源１２から出射された光を紙等からなる画像担持媒体１１にコリメートして（平行光として）、または、集光して照射する機能を有するものである。これにより紙等からなる画像担持媒体１１には、ライン光源１２から発せられた光が画像担持媒体１１の奥行き方向に広がりのあるライン状に照明される。尚、本実施の形態では、ライン照明光源１２及びレンズ１３を用いた構成を示すが、レンズ１３を省略した構成とすることも可能である。
【００３５】
セルフォックレンズ１４は、画像担持媒体１１に形成されている画像を後述するホールアレイ１５上に結像する機能を有するものである。正し、必ずしも正確にホールアレイ１５上に結像している必要はなく、ホールアレイ１５上においてデフォーカスした状態であってもよい。尚、本実施の形態では、セルフォックレンズ１４を用いた構成を示すが、セルフォックレンズ１４に代えて、マイクロレンズアレイやその他の等倍結像光学素子、複数のレンズからなる結像レンズを用いることも可能である。
【００３６】
ホールアレイ１５は、後述するように、複数の開口部が一列に配列されているものである。ホールアレイ１５を透過した光は、結像光学系１６及び回折素子１７により分光された後、ラインセンサ１８の画像検出のための画素上にホールアレイ１５上における像として結像される。
【００３７】
結像光学系１６は、一般的なスキャナー光学系に用いられるレンズや、工業的に用いられているラインセンサ用レンズを用いることが可能である。例えば、ラインセンサ用レンズとしては、ＭＬ−Ｌ０２０３５（モリテックス社）が挙げられ、このラインセンサ用レンズにおいては、０．２倍の倍率で、Ｘ軸方向に約３００ｍｍの画像をＸ軸方向に約６０ｍｍの像としてラインセンサ１８上に結像させることができる。尚、本願において結像光学系１６によって結像される像の像高とは、結像光学系１６によってラインセンサ１８上に結像される像において、結像光学系１６の光軸中心を原点としたときのＸ軸方向における位置、即ち、ラインセンサ１８における画素２１の配列方向における位置を意味するものである。
【００３８】
ラインセンサ１８は、複数のライン状に配列された画素により構成されており、回折素子１７を介して入射する所定の波長帯の拡散反射光量を取得するための受光素子としての機能を有している。ラインセンサ１８としては、例えば、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor Device）、ＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor Device）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＩＳ（Contact Image Sensor）、ＰＤＡ（Photo Diode Array）等を用いることができる。本実施の形態では、ラインセンサ１８として、画素数が８１９２画素であって、画素ピッチpが7μｍで形成されたＣＣＤラインセンサを用いた。
【００３９】
次に、ラインセンサ１８について説明する。図３は、ラインセンサ１８の画素構造を模式的に示す構造図である。図示されるように、ラインセンサ１８は、Ｘ方向に一列に複数２１の画素が配列されたものである。ラインセンサ１８は、Ｘ方向に配列されたＮ個の画素２１を一群とする複数の分光センサ部２２を有している。各々の分光センサ部２２におけるＮ個の画素２１は、互いに分光特性の異なる光を受光するものである。尚、図３においては、一例として、Ｎ＝６の場合のラインセンサ１８を示している。
【００４０】
具体的には、図４に示すように、回折素子１７は、ラインセンサ１８から距離ｔ離れた位置に近接して配置されており、破線で示される光路のように、ラインセンサ１８において、入射光をＸ方向に回折させることにより、分光センサ部２２におけるＮ個の画素２１に異なる分光特性の光を入射させることができるよう構成されている。図示されるように、本実施の形態における回折素子１７は、透明基板の表面に断面形状が鋸歯形状のものを周期的に形成したものである。本実施の形態における回折素子１７は、回折素子１７の鋸歯形状の回折格子の配列方向、即ち、矢印Ｂに示す回折格子ベクトルの方向が、Ｘ方向と一致している。また、回折素子１７の鋸歯形状は周期ｄで形成されており、数１に示されるように、波長λの光が回折素子１７に角度θｉｎで入射した場合、角度θｍに回折する。尚、ｍは、回折素子１７における回折次数であり整数である。尚、回折素子１７の鋸歯形状は高さｈで形成されている。
【００４１】
【数１】
0005609068.tif 000002
数１に示す式より、波長λに依存して角度θｍは変化するため、所定の波長帯の光を分光センサ部２２におけるＮ個の画素２１のうち、所定の画素２１に入射させることができる。
【００４２】
また、図４に示す回折素子１７では、回折素子１７の形状を鋸歯形状とすることにより、＋１次の回折光（数１における式においてｍ＝１となる光）の強度を強くすることができ好ましい。よって、本実施の形態における回折素子１７としては、＋１次の回折光が主となる回折素子を用いる。
【００４３】
回折素子１７としては、上述した鋸歯形状の回折素子の他、図５に示すように、表面に階段状の形状が形成されたものでもよく、また、図６に示すように、２つの異なる屈折率の材料を張合わせたものであって、２つの異なる屈折率の材料が接する界面を鋸波形状に形成したものであってもよい。具体的には、図６に示す回折素子は、第１の回折素子部材２３を低屈折率高分散材料により形成し、第２の回折素子部材２４を高屈折率低分散材料により形成し、第１の回折素子部材２３と第２の回折素子部材２４との界面は、断面形状が周期ｄの鋸歯形状に形成されているものである。これにより、より広い波長範囲において高い回折効率を得ることが可能となる。
【００４４】
更に、図７に示すように、屈折率の分布が周期的に変化するように形成されたものであってもよい。図７に示す回折素子は、濃淡により屈折率を示しているものであり、濃部は高い屈折率を示し、淡部は低い屈折率を示す。このように屈折率が周期ｄで周期的に変化するものであっても、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
上述した回折素子の説明において、周期的とは、厳密な周期構造に限定されるものではなく、緩やかに周期や方向が変化しているが局所的には、ほぼ周期的とみなすことができるもの、または、周期に一定のばらつきを有するものも含む意味である。
【００４６】
ところで、図３に示すように、ラインセンサ１８に入射する光のうち、波長λにおける主光線のＸ方向位置ａｘ（λ）は、数２に示す式により表される。尚、数２に示されるＸ方向位置ａｘ（λ）は、０次光（回折されない光）を原点とするものであり、回折素子１７とラインセンサ１８との距離はｔとする。
【００４７】
【数２】
0005609068.tif 000003
図８は、ラインセンサ１８における画素ピッチｐを７μｍ、回折素子１７における周期ｄを約３．３３３μｍ（１ｍｍに３００ライン）とし、回折素子１７の回折格子が形成されている面からラインセンサ１８までの距離ｔを０．６ｍｍとした場合において、数２に示す式により得られるａｘ（λ）と波長との関係を示す。尚、ａｘ（λ）の値は、主光線が回折素子１７に垂直に入射する場合（θｉｎが０°のとき）のａｘ（λ）の値を示すものである。図８に示されるように、光の波長に応じて、ａｘ（λ）の値が異なっており、ラインセンサ１８上の異なる位置に光が回折されることがわかる。例えば、波長が０．７μｍにおけるａｘ（λ）の値と、波長が０．４μｍにおけるａｘ（λ）の値との差をＸ方向の位置差Δａｘとすると、図８より、波長が０．７μｍにおけるａｘ（λ）の値は約１３０であり、波長が０．４μｍにおけるａｘ（λ）の値は約６６であり、よって、Ｘ方向の位置差Δａｘは約５６μｍである。これより、白色光を約０．４μｍから約０．７μｍまでの波長範囲の光であるものと考えると、ラインセンサ１８における画素ピッチｐが７μｍであることから、後述するホールアレイ１５における一つの開口部から出射した光を、概ねＸ方向に８画素に波長ごとに分光させて入射させることが可能である。
【００４８】
このように本実施の形態における分光測定装置では、一次元方向に画素２１が配列されているラインセンサ１８において、波長ごとに分光し、所定の各々の画素２１に所定の波長域の光を入射させることができ、所望の分光特性を取得することができる。これにより読出し速度の遅い画素が２次元に配列されているイメージセンサを用いることなく必要とされる分光特性を取得することができるため、高速なデータ読出しを行うことが可能となる。
【００４９】
また、複数の波長帯において、各々別の撮像系で撮像し、後に合成する場合においては、撮像位置の位置合せを厳密に行う必要があり、また合成する際には位置ズレ等の問題が生じる場合があり、構成も複雑なものとなる。しかしながら、本実施の形態における分光測定装置では、一次元のラインセンサからなる構成のものであり、位置合せの必要がなく、撮像位置の位置ズレ等の問題や合成の必要もないため、高精度な分光特性を容易に短時間で取得することができる。
【００５０】
ところで、通常、回折素子１７に入射する主光線の角度θｉｎは、結像光学系１６によって結像される像の像高に応じて異なっており、結像光学系１６としてラインセンサ用レンズを用いた場合では、±３０ｍｍの像高に対して、およそθｉｎは±１０°の範囲で変化する。図９には、回折素子１７における周期ｄが、約３．３３３μｍで一定である場合において、光の入射角度θｉｎとＸ方向の位置差Δａｘとの関係を示す。θｉｎが０°の場合では、位置差Δａｘは約５６μｍであり、白色光を用いた場合では、８画素の範囲に入射させることが可能であるが、θｉｎが１０°の場合では、位置差Δａｘは約６３μｍであり、白色光を用いた場合では、９画素の範囲に入射してしまう。これは、結像光学系１６の像高に応じて分光される光の分布が異なることを意味しており、像高の影響により、ラインセンサ１８により取得される分光特性にばらつきが生じてしまうことを意味する。
【００５１】
これを解決する方法としては、結像光学系１６として、像側において、テレセントリック性を有するレンズを用いることにより、θｉｎを各像高に対して略一定とし、ラインセンサ１８により取得される分光特性にばらつきの発生を防ぐ方法がある。
【００５２】
しかしながら、結像光学系１６として、テレセントリック性を有するレンズを用いた場合、必然的に結像光学系１６のサイズが大きくなるため、分光測定装置を巨大化させることとなり、更には、高価格化を招くこととなる。
【００５３】
このため、本実施の形態における分光測定装置においては、回折素子１７の周期ｄは、結像光学系１６の像高に応じて異なるものを用いている。具体的には、図１０に示すように、この回折素子１７は、結像光学系１６からの主光線の入射する角度θｉｎに応じて周期ｄが変化するように形成されている。尚、図１０における横軸の下段は、前述したラインセンサ用レンズを用いた場合においては、±１０°の角度θｉｎが、±３０ｍｍの像高に対応するため、回折素子１７における位置を示すものである。
【００５４】
図１１には、図１０に示す回折素子１７の周期ｄが、結像光学系１６の像高に応じて異なる回折素子において、光の入射する角度θｉｎとＸ方向の位置差Δａｘとの関係を示す。図１１に示されるように、図１０に示す回折素子１７の周期ｄが、結像光学系１６の像高に応じて異なる回折素子１７では、光の入射角度θｉｎに依存することなく、Ｘ方向の位置差Δａｘを略一定にすることができる。
【００５５】
尚、回折素子１７における周期ｄは、図１０に示すように連続的に変化する構成のものに限定されず、段階的に変化している構成のものであってもよい。また、Ｘ方向の位置差Δａｘは、必ず一定となるように回折素子１７における回折格子の周期ｄを定める必要はなく、Ｘ方向の位置差Δａｘが所定の範囲内となるように回折素子１７における回折格子の周期ｄを定めてもよい。
【００５６】
以上により、本実施の形態における分光測定装置は、像高に依存することなく正確な分光特性を短時間で取得することが可能である。
【００５７】
尚、本実施の形態における分光測定装置においては、図２に示すように、ライン照明光源１２から出射される照明光が紙等の画像担持媒体１１の表面に対して、約４５°に入射し、ラインセンサ１８は、画像担持媒体１１に対し垂直方向に拡散反射する光を受光する構成のものであり、所謂４５／０光学系が用いられている。
【００５８】
しかしながら、本実施の形態における分光測定装置においては、所謂４５／０光学系以外の光学系を用いることも可能である。例えば、ライン照明光源１２より出射される照明光が画像担持媒体１１に対し垂直に入射し、ラインセンサ１８が画像担持媒体１１の表面に対し、４５°の角度で拡散反射する光を検出する所謂０／４５光学系等としてもよい。
【００５９】
次に、ホールアレイ１５について説明する。図１２は、本実施の形態における分光測定装置において用いられているホールアレイ１５の構造を示すものである。ホールアレイ１５は、全体を構成する遮光部３１に光を透過する複数の開口部３２が設けられたものである。開口部３２は、矩形のスリット状の形状で形成されており、所定の間隔で一列に配列されている。尚、開口部３２における形状は矩形の形状に限定されるものではなく、楕円や円形又は、その他の形状であってもよい。
【００６０】
ホールアレイ１５における一つの開口部３２を通過した光線は、図４における破線に示されるように、回折素子１７により分光されラインセンサ１８におけるＮ個の画素２１に各々入射する。即ち、ホールアレイ１５における一つの開口部３２が、ラインセンサ１８における一つの分光センサ部２２に対応している。よって、ホールアレイ１５における一つの開口部３２を通過した光は、分光されラインセンサ１８における一つの分光センサ部２２におけるＮ個の画素２１に各々入射する。これにより分光センサ部２２におけるＮ個の画素２１においては、各々の光の波長帯ごとの光量を電気信号として検出することができる。
【００６１】
ホールアレイ１５は、具体的には、表面を黒化処理した金属板に開口部３２となる開口を設けた構成のものや、ガラス基板の表面に開口部３２となる領域以外にクロム膜やカーボン含有樹脂等の黒色部材からなる膜が形成されている構成のものである。
【００６２】
図１３には、他の構成のホールアレイの構造を示す。このホールアレイは、全体を構成する遮光部３３に、幅の狭い開口部３４が一列に形成された第１の領域４１と、次に幅の広い開口部３５が一列に形成された第２の領域４２と、最も幅の広い開口部３６が一列に形成された第３の領域４３とを有している。このホールアレイは、矢印Ａに示す方向に移動させることにより、入射光が第１の領域４１、第２の領域４２及び第３の領域４３のいずれか１つに入射するように切換えることが可能である。このように、ホールアレイにおける第１の領域４１、第２の領域４２及び第３の領域４３のいずれかに切換えることにより、所望の波長分解能に応じた分光特性を得ることができる。
【００６３】
以上より、本実施の形態における分光測定装置では、容易に高精度の分光特性を取得することができ、また、像高に依存することなく、精度の高い分光特性を取得することができる。
【００６４】
ところで、本実施の形態における分光測定装置においては、ラインセンサ１８の分光センサ部２２を構成する画素２１の数Ｎが多いほど、分光特性を詳細に得ることができる。しかしながら、ラインセンサ１８における画素数には限界があり、画素２１の数Ｎが増加することにより、分光センサ部２２の数は減少してしまう。
【００６５】
よって、本実施の形態における分光測定装置では、特に測色を目的とする場合においては、画素２１の数Ｎを最小に抑えてウィナー推定等の推定手段によって分光分布の推定を行う処理を行うことが好ましい。
【００６６】
一例として、一つの分光センサ部２２の出力より、分光分布を推定する方法について説明する。一つの分光センサ部２２を構成しているＮ個の画素２１からの信号出力ｖｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を格納した行ベクトルｖと、変換行列Ｇから、各々の波長帯における分光反射率（例えば、４００〜７００ｎｍで、１０ｎｍピッチで分離した３１個）を格納した行ベクトルｒは、下記の（１）に示す式により表される。
【００６７】
ｒ＝Ｇｖ・・・・・・・・・（１）
変換行列Ｇは、予め分光分布が既知である多数（ｎ個）のサンプルに対して、分光分布を格納した行列Ｒと、同様のサンプルを本実施の形態における分光測定装置により測定したときの行ベクトルｖを格納した行列Ｖより、最小二乗法をもちいて誤差の２乗ノルム‖・‖２を最小化することにより求めることが可能である。
【００６８】
Ｒ＝［ｒ１、ｒ２、・・・・・、ｒｎ］・・・・・（２）
Ｖ＝［ｖ１、ｖ２、・・・・・、ｖｎ］・・・・・（３）
ｅ＝‖Ｒ−ＧＶ‖２→ｍｉｎ・・・・・・・・・・（４）
Ｖを説明変数、Ｒを目的変数としたＶからＲへの回帰式の回帰係数行列である変換行列Ｇは、行列Ｖの二乗最小ノルム解を与えるMoore-Penroseの一般化逆行列を用いて、下記の（５）に示す式により表される。
【００６９】
Ｇ＝ＲＶＴ（ＶＶＴ）−１・・・・・・・・・・・・・（５）
ここで、上付きＴは行列の転置を意味し、上付−１は逆行列を意味している。これにより算出された変換行列Ｇを記憶させておき、実際の測定時には変換行列Ｇと信号出力の行ベクトルｖとの積により、任意の被測定物の分光分布の行ベクトルｒを推定することができる。
【００７０】
更に、本実施の形態における分光測定装置を用いて、電子写真方式による画像形成装置により出力したトナーにより形成されるカラー画像について分光分布を行った場合のシミュレーションを行った結果について説明する。シミュレーションでは、分光センサ部２２を構成する画素２１の数Ｎを変化させた場合の測色結果と、より高精度の分光分析装置により得られる測色結果との色差ΔＥを求めた。図１４は、このシミュレーションにより得られた結果であり、ラインセンサ１７における分光センサ部２２を構成する画素２１の数Ｎと、色差ΔＥとの関係を示すものである。図１４に示されるように、Ｎの値が６以上において、色差が低くなり、本実施の形態における分光測定装置により得られたものとの誤差が小さいことが解る。このように、トナーにより形成されるカラー画像においては、本実施の形態における分光測定装置においては、Ｎの値を６以上とすることが好ましい。
【００７１】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、分光測定装置に用いられる回折素子１７の構造に関するものであり、第１の実施の形態における分光測定装置に用いられるものである。
【００７２】
回折素子１７が、屈折率ｎ（λ）を有する材料により、鋸歯形状の高さｈで形成されており、回折素子１７に入射する主光線の入射の角度θｉｎとした場合、回折効率ηは、数３に示す式で表される。
【００７３】
【数３】
0005609068.tif 000004
数３に示される式より、回折素子１７に入射する光の回折効率ηは波長依存性を有しており、また、入射角度θｉｎに対しても依存性を有するものである。前述したように、回折素子１７に入射する主光線の入射角度θｉｎは、結像光学系１６によって結像される像の像高に応じて異なっており、この像高に応じて回折効率ηの変動が生じ、ラインセンサ１８に入射する光の分光特性に違いが生じてしまう。
【００７４】
このため、本実施の形態における回折素子１７では、回折効率ηが略一定の値となるように、主光線の入射角度θｉｎに応じて、即ち、結像光学系１６によって結像される像の像高に応じて、回折素子１７における回折格子の高さｈを変化させたものである。
【００７５】
具体的には、図１５に示すように、主光線の入射角度θｉｎに対し、回折素子１７における回折格子の高さｈを変化させる。尚、図１５における横軸の下段は、前述したラインセンサ用レンズを用いた場合においては、±１０°の角度θｉｎが、±３０ｍｍの像高に対応するため、回折素子１７における位置を示すものである。図１５に示す場合では、波長が０．５３μｍの光に対して回折効率ηが最適となるように回折素子１７における回折格子の高さｈを形成したものである。本実施の形態において用いられる回折素子１７は、中心部における高さが、周辺部における高さよりも高い構造のものである。尚、数３に示す式により得られる回折効率ηは、近似的な値であるため、厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）法等による、より厳密な解析手法を用いて解析を行い、高さｈを定めることがより好ましい。尚、回折格子における高さｈは連続的に変化している場合に限定されず、階段的に変化している構成であってもよい。
【００７６】
本実施の形態における分光測定装置では、回折素子１７における回折格子の高さｈを結像光学系１６によって結像される像の像高に対応して変化させることにより、ラインセンサ１８における各々の分光センサ部２２に略同一の回折効率の回折光を入射させることが可能となり、結像光学系１６によって結像される像の像高に依存することなく、高精度の分光特性を得ることが可能である。
【００７７】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態における分光測定装置は、回折素子１７により生じる０次光等がラインセンサ１８における画素２１に入射することを防いだ構成のものであり、より高精度の分光特性を得ることのできる分光測定装置である。
【００７８】
本実施の形態における分光測定装置は、図４における矢印Ｂに示す回折素子１７の回折格子ベクトル方向と、ラインセンサ１８における画素２１の配列方向とが、非平行となる（平行とはならない）構成のものである。このように非平行に配置することにより、回折素子１７において発生する０次光や＋１次回折光以外の回折光がラインセンサ１８における画素２１に入射することを防ぐことができる。尚、ラインセンサ１８は１次元方向に画素２１が配列されている。
【００７９】
図１６に基づき本実施の形態における分光測定装置を説明する。図１６は、ラインセンサ１８に入射する光の入射面側からみたラインセンサ１８に入射する光を示す図である。図１６に示されるように、回折素子１７により、＋１次回折光（＋１次光）以外に、０次光、−１次回折光（−１次光）、＋２次回折光（＋２次光）、−２次回折光（−２次光）等が発生する。０次光、−１次回折光、＋２次回折光、−２次回折光等は、＋１次回折光に比べて強度は弱いが、ラインセンサ１８の画素２１に入射することにより、分光特性の精度を低下させてしまう。
【００８０】
本実施の形態では、回折素子１７の回折格子ベクトル方向と、ラインセンサ１８における画素２１の配列方向とが、角度α傾いた状態で設置されている。即ち、図１の紙面であるＸＺ面に対し、Ｘ軸と回折素子１７の回折格子ベクトル方向とのなす角がαとなるように設置されている。尚、ラインセンサ１８の画素２１の配列方向は、Ｘ軸方向に配列されるよう設置されているものとする。
【００８１】
このように、ラインセンサ１８と回折素子１７を配置することにより、回折素子１７により分光された＋１次回折光のみをラインセンサ１８に配列されている画素２１に入射させることができ、０次光、−１次回折光、＋２次回折光、−２次回折光等の光が入射することを防ぐことができる。
【００８２】
尚、ラインセンサ１８と回折素子１７との間には、ラインセンサ１８に配列されている画素２１において、＋１次回折光のみが入射するような開口部を有する遮光板等を設けてもよい。
【００８３】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第３の実施の形態をさらに改良した構成の分光測定装置である。
【００８４】
ところで、回折素子１７の回折格子ベクトルが、ＸＺ面に対して、Ｘ軸とのなす角が角度αとなるような状態で設置されている場合、回折素子１７に入射する光の入射角度θｉｎは、結像光学系１６によって結像される像の像高に応じて異なるものとなり、ラインセンサ１８に入射する光は、Ｙ方向において位置ズレが生じてしまう可能性がある。
【００８５】
図１７には、αが５０°、距離ｔが０．９２７ｍｍ、回折素子１７における回折格子の周期ｄが約３．３３３μｍである場合において、波長が５３０ｎｍの＋１次回折光がラインセンサ１８に入射した場合の入射角度θｉｎとＹ方向の位置ａｙ（λ）との関係を示す。尚、Ｙ方向の原点位置は、０次光の位置としている。
【００８６】
＋１次回折光の位置がＹ方向にずれることにより、＋１次回折光が正確にラインセンサ１８における各々の画素２１に入射しないといった問題や、±２次回折光がラインセンサ１８における各々の画素２１に入射してしまうといった問題が生じ、高精度の分光特性を得ることが困難となる。
【００８７】
よって、本実施の形態における分光測定装置では、回折素子１７における回折格子ベクトル、即ち、角度αを像高に対応させて変化させた構成のものである。具体的には、図１８に示すように、回折素子１７において、光の入射角度θｉｎに応じて角度αを変化させる。尚、図１０における横軸の下段は、前述したラインセンサ用レンズを用いた場合においては、±１０°の角度θｉｎが、±３０ｍｍの像高に対応するため、回折素子１７における位置を示すものである。
【００８８】
図１９は、図１８に示す回折素子１７において、光の波長が５３０ｎｍの場合における入射角度θｉｎとＹ方向の光の入射位置ａｙ（λ）との関係を示すものである。図１９に示されるように、図１８に示す回折素子１７を用いることにより、角度θｉｎに依存することなくＹ方向の光の入射位置ａｙ（λ）を略一定にすることができる。このように、回折素子１７における回折格子ベクトル方向を結像光学系１６によって結像される像の像高に対応させて変化させることにより、結像光学系１６によって結像される像の像高に依存することなく、Ｙ方向の光の入射位置ａｙ（λ）を略一定にすることができる。
【００８９】
これにより、本実施の形態における分光測定装置では、結像光学系１６によって結像される像の像高に依存することなく、Ｙ方向の光の入射位置ａｙ（λ）を略一定にすることができ、高精度の分光特性を測定することが可能となる。
【００９０】
更に、本実施の形態における回折素子１７は、回折格子ベクトルの方向のみではなく、図１０に示すような、回折素子１７における回折格子の高さｈも変化させるものであってもよい。回折素子１７における周期ｄ、高さｈ、角度αを像高に対応させて最適化することにより、より高精度の分光特性を得ることが可能となる。
【００９１】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１から第４の実施の形態における分光測定装置を用いた画像評価装置である。
【００９２】
図２０に基づき本実施の形態における画像評価装置５０について説明する。本実施の形態における画像評価装置５０は、紙等の画像担持媒体１１に画像形成装置等により形成された画像を紙等の全幅にわたり評価することが可能な装置である。本実施の形態における画像評価装置５０は、図１に示す分光測定装置を複数設けた構成のものである。具体的には、一組の結像光学系１６、回折素子１７及びラインセンサ１８からなる測定部５１を複数設けたものであり、各々の測定部５１は、処理部５２に接続されている。このような構成にすることにより、紙等の画像担持媒体１１において、広い範囲において分光特性を測定することができる。尚、本実施の形態における画像評価装置５０には、不図示の紙搬送機構を有しており、図２０における紙面の奥行き方向に、紙等の画像担持媒体１１を搬送することが可能である。また、処理部５２は、複数の測定部５１における測定結果、及び、不図示の紙搬送機構に設けられているエンコーダーセンサからの速度情報に基づき、紙等の画像担持媒体１１の全面における画像の分光特性を算出し、さらには、この分光特性に基づき紙等の画像担持媒体１１に形成された画像の評価を行う機能を有している。
【００９３】
〔第６の実施の形態〕
次に、第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第５の実施の形態における画像評価装置５０を有する画像形成装置である。
【００９４】
図２１に基づき本実施の形態における画像形成装置について説明する。本実施の形態における画像形成装置は、給紙トレイ６１ａ及び６１ｂ、給紙ローラ６２、コントローラ６３、走査光学系６４、感光体ユニット６５、中間転写体６６、定着ユニット６７、排紙ローラ６８を有しており、定着ユニット６７と排紙ローラ６８との間に、第５の実施の形態における画像評価装置５０を設置した構成のものである。尚、本実施の形態における画像形成装置においては、画像評価装置５０以外の部材により、画像形成部が構成される。
【００９５】
本実施の形態における画像形成装置では、給紙トレイ６１ａ及び６１ｂから画像担持媒体である紙６９を給紙ローラ６２により搬送する。一方、走査光学系６４により感光体ユニット６５の感光体に露光され、色材が付与されて現像される。色材により現像された画像は中間転写体６６に転写され、更に、中間転写体６６より紙６９に転写される。紙６９に転写された画像は、定着ユニット６７により定着され、画像形成された紙６９として排紙ローラ６８により排紙される。
【００９６】
本実施の形態における画像形成装置では、画像評価装置５０により紙６９に定着されている画像について分光測定に基づく画像評価を行い、この画像評価の結果をコントローラ６３に伝達し、画像評価に基づいて最適な画像形成を行うことができるものである。
【００９７】
よって、本実施の形態における画像形成装置では、形成される画像の全体において色変動等のない高品位な画像を提供することが可能となり、色の自動キャリブレーションを可能とすることから、安定的に紙等の画像担持媒体に画像形成を行うことが可能となる。また、形成された画像の全域において画像情報を取得することができるものであるため、検品や印刷データの保存等を可能とし、信頼性の高い画像形成を行うことが可能となる。
【００９８】
本実施の形態では、トナーを用いた電子写真方式の画像形成装置について説明したが、他の電子写真方式の画像形成装置、インクジェット方式の画像形成装置、オフライン印刷やカラープルーフ等においても適用することが可能である。
【００９９】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることが可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１１    画像担持媒体
１２    ライン照明光源
１３    レンズ
１４    セルフォックレンズ
１５    ホールアレイ
１６    結像光学系
１７    回折素子
１８    ラインセンサ
５０    画像評価装置
５１    測定部
５２    処理部
６１ａ、６１ｂ    用紙トレイ
６２    給紙ローラ
６３    コントローラ
６４    走査光学系
６５    感光体ユニット
６６    中間転写体
６７    定着ユニット
６８    排紙ローラ
６９    紙
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０１】
【特許文献１】特表２００８−５１８２１８号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５８８３号公報
【特許文献３】特開２００２−３１０７９９号公報
【特許文献４】特許第３５６６３３４号公報
【特許文献５】特開２００３−１３９７０２号公報
【図１】
0005609068.tif 000005
【図２】
0005609068.tif 000006
【図３】
0005609068.tif 000007
【図４】
0005609068.tif 000008
【図５】
0005609068.tif 000009
【図６】
0005609068.tif 000010
【図７】
0005609068.tif 000011
【図８】
0005609068.tif 000012
【図９】
0005609068.tif 000013
【図１０】
0005609068.tif 000014
【図１１】
0005609068.tif 000015
【図１２】
0005609068.tif 000016
【図１３】
0005609068.tif 000017
【図１４】
0005609068.tif 000018
【図１５】
0005609068.tif 000019
【図１６】
0005609068.tif 000020
【図１７】
0005609068.tif 000021
【図１８】
0005609068.tif 000022
【図１９】
0005609068.tif 000023
【図２０】
0005609068.tif 000024
【図２１】
0005609068.tif 000025