(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローランド型分光器に用いられる回折光学素子であって、
前記ローランド型分光器が検出する光束の波長の範囲をλ１以上λ２以下（λ１＜λ２）とする時、前記回折光学素子の回折効率は
【数１】
0005421684.tif 000013
なる条件を満たす波長λａにおいて最大値をとり、
前記回折光学素子の基準面は、母線曲率半径をＲ、子線曲率半径をｒ、とする時、
Ｒ＞ｒ
なる条件を満たすアナモフィックな形状であり、
前記回折光学素子からの回折光のうち
【数２】
0005421684.tif 000014
なる式を満たす波長λの１次回折光が、前記回折光学素子の分光方向を含む断面内においてローランド円上に集光する場合の、前記基準面の子線曲率半径をｒ´とする時、
ｒ＜ｒ´
なる条件を満たすことを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
前記波長λａは、
【数３】
0005421684.tif 000015
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
ローランド型分光器に用いられる回折光学素子であって、
前記ローランド型分光器が検出する光束の波長の範囲をλ１以上λ２以下（λ１＜λ２）とし、前記回折光学素子の格子高さをｈ、使用する回折次数をｍ、とする時、
【数４】
0005421684.tif 000016
なる条件を満足し、
前記回折光学素子の基準面は、母線曲率半径をＲ、子線曲率半径をｒ、とする時、
Ｒ＞ｒ
なる条件を満たすアナモフィックな形状であり、
前記回折光学素子からの回折光のうち
【数５】
0005421684.tif 000017
なる式を満たす波長λの１次回折光が、前記回折光学素子の分光方向を含む断面内においてローランド円上に集光する場合の、前記基準面の子線曲率半径をｒ´とする時、
ｒ＜ｒ´
なる条件を満たすことを特徴とする回折光学素子。
【請求項４】
前記回折光学素子の格子高さｈは、
【数６】
0005421684.tif 000018
なる条件を満たすことを特徴とする請求項３に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記回折光学素子はブレーズ格子を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項６】
λ２＞２λ１
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載に回折光学素子。
【請求項７】
被検物を照明する照明光学系と、
前記被検物からの光を分光する請求項１乃至６の何れか一項に記載の回折光学素子と、
前記回折光学素子により分光された光束を受光して分光強度情報を取得する検出器と、
前記分光強度情報に基づき前記被検物の色度を演算する解析部と、
を有することを特徴とする分光測色装置。
【請求項８】
請求項７に記載の分光測色装置と、前記被検物の色度に基づき画像形成条件を制御する制御手段と、を備え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】
本発明は被写体の色の識別や測色のために使用される回折格子を用いたカラーセンサに関するものであり、特に画像形成装置等におけるトナーや印字媒体の測色に好適なものである。
【０００２】
また、画像形成装置に限らず、分光測色装置として例えば、デジタルカメラ等のホワイトバランス用センサ、その他の測色装置などとしても使用することができる。
【背景技術】
【０００３】
カラー画像を電子写真方式で形成する画像形成装置において、トナーの混色等によって色調にずれが生じることがある。これは電子写真方式に限らずインクジェット方式等カラー画像を形成する画像形成装置全般において同様の問題を有する。
例えば、特許文献１では、トナー像の分光反射光量を異なる二つの分光フィルタを用いて測定し、その結果を用いて画像信号を補正する方法が提案されている。また、色調をより高精度で判定するためには、分光する波長帯の数を少なくとも原色数である３以上に増やす必要があり、さらに波長帯の数を増やすことができればより良い精度で判定できる。
そのための手段として、回折現象を用いて分光する回折式分光器が多数提案されており、例えば特許文献２などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１６０３４３
【特許文献２】特開２０００−２９８０６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回折型の分光器を用いた場合には従来から解決しなければならない問題があった。
従来、ローランド型の回折型分光器が一般的に用いられてきた。ローランド型の回折分光器においては、照明光学系により照明された被写体からの散乱光が入射スリットに入射する。入射スリットから入射した光束は、反射型の凹面回折光学素子により分光され、一次元アレイ状検出器により分光強度分布として取得される。
【０００６】
一次元アレイ状検出器は一般に可視光領域であればＳｉ等を用いたフォトダイオードアレイを用いている。しかしながら、これらのＳｉフォトダイオードを用いた検出器は近赤外に最大の感度を有し、短波長になるにしたがって感度が低下し、例えば、可視光領域で短波長側と長波長側で数倍の検出感度差があるという問題がある。
【０００７】
また、回折型分光器の小型化のためには、照明光源の小型化も必要である。従来、使用されてきたハロゲンランプやキセノンランプ等ではスペース的な問題や、発生する熱の問題がある。近年では、紫外ＬＥＤで蛍光体を励起して白色光を得るタイプの高輝度白色ＬＥＤが、ハロゲンランプやキセノンランプの代替光源として使用されている。演色性が高いといわれる紫外励起の白色ＬＥＤであっても、短波長域でのスペクトル強度は中心波長に対して大幅に低く、上記一次元アレイ状検出器の感度不足を補うことができない。さらに光源である白色ＬＥＤからの光によって効率的に一様の光量で被写体上を照明するためには導光体が必要である。この導光体を小型化するためには全反射と屈折面を有する透過型の素子にすることが望ましい。これらの素子は形状が複雑なため、プラスチックの射出成形により製造すること望ましいが、一般にプラスチック材料（ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト等）は短波長域の透過率が低く、上記一次元アレイ状検出器の感度不足を補うことができない。
【０００８】
一方、回折格子を用いて分光を行う場合には例えば１次回折光を用いるが、実際には高次の不要回折光が発生する。分光器における使用波長帯域が例えば350〜750nmとすると、350〜375nmの波長帯域の光の２次回折光が、700〜750nmの波長帯域の１次回折光と検出器上にてオーバーラップし、混色が発生する。これにより被検体本来の色度に対して検出される色度に色差が発生してしまうという問題がある。
【０００９】
従来これらの問題に対しては、高次回折光をカットするフィルタ等を用いて不要回折光をカットするなどの方法がとられてきた。しかし、高次カットフィルタ等は高価であるとともに画像形成装置等に組み込む場合には小型化が必須であり、装置の小型化のニーズ等による部品数の削減に対してもデメリットを有していた。
【００１０】
本発明の目的は、短波長の高次回折光による混色の発生を低減するとともに光学系全体の光学効率を考慮し、評価波長帯域全域で高精度な分光情報を取得することで、被検物の色度に対して検出色差の少ない分光型カラーセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、ローランド型分光器に用いられる回折光学素子であって、該ローランド型分光器が検出する光束の波長の範囲をλ１以上λ２以下（λ１＜λ２）とする時、回折光学素子の回折効率は
【数１】
0005421684.tif 000002
なる条件を満たす波長λａにおいて最大値をとり、
前記回折光学素子の基準面は、母線曲率半径をＲ、子線曲率半径をｒ、とする時、
Ｒ＞ｒ
なる条件を満たすアナモフィックな形状であり、
前記回折光学素子からの回折光のうち
【数２】
0005421684.tif 000003
なる式を満たす波長λの１次回折光が、前記回折光学素子の分光方向を含む断面内においてローランド円上に集光する場合の、前記基準面の子線曲率半径をｒ´とする時、
ｒ＜ｒ´
なる条件を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば分光器の評価波長帯域内の短波長側の回折効率を高く設定することで短波長での２次回折光の発生を抑え、長波長側の１次回折光との混色を有効に低減できる。そのため、高次カットフィルタ等を用いる必要もなくコストダウンが可能である。
【００１３】
また、短波長領域での１次回折光の回折効率を上げることで、光電変換素子の分光感度特性や照明光学素子の分光透過特性に起因する短波長での検出ダイナミックレンジ低下を補完することができより高精度な分光測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１の分光型カラーセンサの斜視図
【図２】本発明の実施例１の分光型カラーセンサの要部断面図
【図３】本発明の実施例１の反射型分光素子の要部断面図
【図４】一般的な紫外励起タイプの白色ＬＥＤの発光スペクトルを示す説明図
【図５】一般的なＰＭＭＡの分光透過率を示す説明図
【図６】Ｓｉフォトダイオードの分光感度を示す説明図
【図７】本発明の実施例１の回折光学素子の母線方向の要部断面図
【図８】（１）本発明の実施例１の回折光学素子の使用回折次数の回折効率と波長との関係を示す説明図、（２）本発明の実施例１の回折光学素子の隣接回折次数の回折効率と波長との関係を示す説明図、（３）本発明の実施例１の回折光学素子の回折効率とＳｉフォトダイオードの分光感度の積と波長との関係を示す説明図
【図９】（１）本発明の実施例２の回折光学素子の使用回折次数の回折効率と波長との関係を示す説明図、（２）本発明の実施例２の回折光学素子の隣接回折次数の回折効率を示す説明図
【図１０】（１）本発明の実施例１のスリット像イメージ、（２）全光束に対するセンサ検出光量比を示す図
【図１１】（１）本発明に対する比較例のスリット像イメージ、（２）全光束に対するセンサ検出光量比を示す図
【図１２】本発明の分光型カラーセンサを用いた画像形成装置の構成例を示す要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【実施例１】
【００１７】
本実施例では本発明の分光用反射型回折光学素子を用いた分光型カラーセンサの一実施例を示す。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る回折光学素子を用いた分光型カラーセンサの斜視図であり、図２は要部断面図、図３は回折光学素子の断面図である。
【００１９】
本実施例においては、簡易な構成で小型化に有効である、ローランド型分光器の構成をとっている。ローランド円６０上に入射スリットと凹面反射型回折光学素子６を配置すると、回折光がローランド円上の波長に応じた位置に結像し、その位置に１次元アレイ型検出器７を配置することで同時に分光強度分布を検出することができる。
【００２０】
図３に示すように凹面反射型回折光学素子６は曲面である基準面６１上に微細なブレーズ格子６２を無数に構成している。ただし、図３ではブレーズ格子を実際の大きさではなく強調して表記している。
光源１と集光素子２よりなる照明装置（照明光学系）により、照明された被検物３の反射光は導光体４を介して入射スリット５に導かれる。入射スリット５を通過した光束は、凹面反射型回折光学素子６によって、分光と集光され、１次元アレイ型検出器７に波長ごとにスリット像として結像する。
【００２１】
１次元アレイ型検出器７では波長ごとの光量を電気信号に変換し、分光強度情報として不図示の解析装置（解析部）に送信する。解析装置は入力された分光強度情報を元に内部テーブルから被検物の色度を演算する。
【００２２】
色味を判定したい被検物３上には、所望のカラーパッチ３１，３２，３２が印刷されている。カラーパッチを照明する照明装置は、光源１と集光素子２からなる。カラーパッチ３１，３２，３２は順次移動し、照明される。
【００２３】
本実施例においては光源１として白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）を用いている。
白色ＬＥＤの種類としては一般に以下の３つのタイプが挙げられる。（１）赤色、青色、緑色ＬＥＤのコンビネーション発光、（２）青色ＬＥＤ＋黄色蛍光体、（３）紫外励起ＬＥＤ＋ＲＧＢ蛍光体、である。（１）は赤、青、緑のＬＥＤを同一パッケージに封入し同時に発光させることで白色光を得る構成であるが、基本的に３色のＬＥＤのスペクトルの重ね合わせであるため測色用の光源としては不向きである。（２）は白色ＬＥＤの構造のもっとも一般的な方法であり、蛍光体から発光した５７０ｎｍ前後の黄色は、赤色と緑色の混色光であり、そこにＬＥＤから得られた４７０ｎｍ前後の青色光が混ざることにより、白色発光することが出来る。しかしながら、短波長側はＬＥＤのスペクトルに依存するため470nm未満にはスペクトルは存在せず短波長側のレンジが狭い。（３）は本来の白色に必要な６３０ｎｍ前後の赤色、５３０ｎｍ前後の緑色、４６０ｎｍ前後の青色の３色から白色を発光しているため広帯域のスペクトルが得られるため測色用の光学系の照明光源としては最も好ましい。
【００２４】
上記、事由を鑑み本実施例においては紫外ＬＥＤ励起タイプの白色ＬＥＤを照明光源として用いている。図４に、紫ＬＥＤ励起タイプの白色ＬＥＤのスペクトル分布を示す。ＬＥＤは一般にその素子構成により所定の配向特性を有している。そのため、集光素子２を用いることにより照明効率を上げ、被検物上を均一にかつ被検物の浮きによる光量変動の低減を図っている。
集光レンズ２はプラスチックレンズであり、射出成形により製作される。
【００２５】
導光体４は被検物からの反射光をスリット５に導光する導光体である。導光体４は分光方向と平行な方向に集光作用を有したアナモフィックなパワーを持つ集光素子であり、スリット５上でほぼ線像に結像する構成となっている。導光体４も集光素子２と同様にプラスチックレンズである。
プラスチックの材料としてはアクリルやポリカーボネイト、ポレオレフィン系樹脂など既存の光学樹脂材料を用いればよい。樹脂材料の代表例としてのアクリルの透過率を図５に実線で示す。400nm以上の可視域では90％を超える透過率を有するものの400nm以下の紫外線域では透過率が下がる特徴がある。同図には、青板ガラスなどのカバーガラス材の分光透過率を点線で示している。カバーガラスは図１には不図示であるが防塵性を高める目的で、集光素子２と被検物３の間や、被検物３と導光体４の間に設けてもよい。その際、図５に示すように400nm以上の可視域では90％を超える透過率を有するものの400nm以下の紫外線域では透過率が下がる特徴がある。
【００２６】
入射スリット５を通過した被測定光束は、凹面反射型回折光学素子６によって、分光と集光され、１次元アレイ型検出器７に波長ごとにスリット像として結像する。なお図１、２には、分光された１次回折光Ｌ１B、Ｌ１G、Ｌ１Rとゼロ次回折光（反射光）Ｌ０を示している。
【００２７】
一次元アレイ型検出器７としては一般にＳｉフォトダイオードアレイが用いられる。Ｓｉフォトダイオードアレイはその構成上、近赤外近傍の分光感度特性が高く、短波長になるに従い分光感度が大幅に低下する。図６はＳｉフォトダイオードの分光感度特性を示している。たとえば使用波長帯域を350〜750nmとすると図６の分光感度特性を見ると350nmの分光感度は750nmでの分光感度の半分以下である。したがって、短波長領域と長波長領域では出力信号のダイナミックレンジが大きく異なり、短波長領域の分解能の低下につながる。
【００２８】
加えて、図４の照明装置の光源１のスペクトル特性、図５の集光素子２、導光体４の分光透過率特性を考慮するとより短波長領域と長波長領域のダイナミックレンジの差が拡大する。
【００２９】
そこで、本発明においては、凹面回折光学素子６の回折効率特性を制御し、短波長領域の回折効率を長波長領域の回折効率より高くすることにより、このダイナミックレンジの差を補償している。
具体的には、分光器で検出する波長の範囲λ１以上λ２以下（λ１＜λ２）において、波長λに対する回折光学素子の回折効率Ｄ（λ）が、
【数２】
0005421684.tif 000004
を満足する波長λａにて極大値かつ最大値を取るように回折光学素子を構成する。さらに好ましくは、
【数３】
0005421684.tif 000005
を満足する波長λａにて、回折効率が極大値かつ最大値を取るように回折光学素子を構成する。
【００３０】
図７に示すように、凹面回折光学素子６の中心位置におけるブレーズが形成される基準面の面法線方向をＸ軸、Ｘ軸に垂直でスペクトルの分光方向をＹ軸、さらにＸ軸及びＹ軸に直交する軸をＺ軸とする。凹面回折光学素子６はＹ方向とＺ方向に異なる曲率を有するアナモフィック面上にブレーズ回折格子を構成している。
【００３１】
一般にローランド型の分光器構成では凹面反射型回折光学素子は球面の基準面であるため、分光方向に直行する方向には集光せず１次元アレイ型検出器に入射する光強度が低下してしまうという問題があった。そのため、凹面回折光学素子の基準面の形状をアナモフィック面としている。
【００３２】
なお、凹面回折光学素子６は射出成形により作成したプラスチック光学素子にAｌなどの反射膜とSiO2などの増反射膜を蒸着することで作成している。また、凹面回折光学素子は石英基盤などの光学基板上にイオンビームによる直接加工や、既存のリソグラフィー加工などにより構成しても良い。
【００３３】
ここで凹面回折光学素子６について詳細に説明する。
図３は凹面回折光学素子６の分光方向の断面図（Ｘ−Ｙ断面）である。
本実施例の分光器の諸仕様および回折光学素子６の形状を表１および表２に示す。
【００３４】
【表１】
0005421684.tif 000006
【００３５】
【表２】
0005421684.tif 000007
【００３６】
一般にブレーズ格子の回折光学素子は単層の回折格子からなるため、ブレーズ波長で回折効率が最大且つ極大値をとり、三次関数的にブレーズ波長から短波長側、長波長側に向かって緩やかに低下していく。したがって、分光器の検出波長帯域内の最短波長近傍がブレーズ波長となるように回折格子形状を設定することでこれらの問題を解決することが可能である。しかしながら、それだけでは十分ではなく、長波長側の光源光量レベルも短波長側のレベル以上に低いことから長波長側での光量確保も問題になる。この点に関しては、一次元アレイ型検出器の入射する光量が長波長側で最大となるように、凹面反射型分光素子の分光方向に直交する断面の形状（曲率半径）を設定することで対応可能である。
【００３７】
本発明においては、アナモフィックな形状の基準面を有する凹面反射型回折光学素子は、その母線曲率半径をＲ、子線曲率半径をｒとしたとき、
R＞ｒ                  （３）
を満たすことを特徴とする。
【００３８】
式（１）はブレーズ波長が検出波長範囲の最小波長（λ１）としたとき必要次数の回折効率が最大となりより高次の不要回折光が最小となること、また、上限値未満であれば、Ｄ（λ1）＞Ｄ（λ2）、が成立し、且つ、より高次の不要回折光が許容な範囲として条件式を設定している。また、不要回折光の観点から、式（２）を満足することがより好ましい。
また、これは言いかえれば回折格子の格子高さｈに置き換えても同義である。
【００３９】
本発明においては、分光器で検出する波長の範囲λ１以上λ２以下（λ１＜λ２）において、反射型回折光学素子の格子高さをｈ、使用する回折次数をｍとした時、
【数４】
0005421684.tif 000008
を満足するように反射型回折光学素子を構成する。さらに好ましくは、
【数５】
0005421684.tif 000009
を満足するように反射型回折光学素子を構成する。
【００４０】
式（４）、（５）は式（１）、（２）の波長領域でブレーズ波長となるよう反射の回折条件式より導出したものである。
【００４１】
また、式（３）は、一次元アレイ型検出器７の表面上におけるスリット像の結像状態が最良になる母線曲率半径と子線曲率半径の関係を規定している。回折効率が最大になる波長が短波長であればあるほど長波長側での光量が低下するためＳＮ比が悪くなる。このため、より長波長側で非分光方向（すなわち、ローランド円の円周方向である分光方向に対し、ローランド円に垂直な方向）の結像状態が最良となるよう設計する必要がある。式（３）の条件が満たされないと短波長側に対して長波長側での光量が低下するため、測定のＳＮ比が悪化する。
【００４２】
図８（１）は、本実施例の凹面回折光学素子６の回折効率D（λ）（＝設計次数出射光量／入射光量）と波長との関係を示すグラフである。なお、反射型回折光学素子であるため反射膜の反射率特性も考慮しており、回折効率計算は厳密結合波解析により算出している。
【００４３】
図８（１）には、格子の高さがｈ＝0.175、0.200、0.225μｍの３種類の実施例と、ｈ＝0.300μｍの比較例の４種類について算出した１次回折光の回折効率が示されている。本実施例においてはλ１＝350nm、λ２＝750nmである。（λ２＞２λ１を満たす）
比較例ｈ＝0.300μｍのケースでは、短波長側で大幅に回折効率が低下していることがわかる。これに対し、ｈ＝0.175、0.200、0.225μmの実施例では短波長側の回折効率が長波長側の回折効率より大きくなっている。このため先に述べた図６のＳｉフォトダイオードの分光感度特性や図５の樹脂材の分光透過率によって、短波長側と長波長側との回折効率のアンバランスを補償することができる。
【００４４】
本実施例の条件に対する、式（１）、式（４）の条件成立の成否を検証する。λ１＝350nm、λ２＝750nm、ｍ＝1より、式（４）は175nm≦ｈ＜235nmとなり、ｈ＝0.175、0.200、0.225μmは式（４）を満たす。また、式（１）は、350nm≦λ＜470nmとなる。図８（１）から、ｈ＝0.175、0.200、0.225μmの実施例において、回折効率D（λ）が最大でかつ極大値になる波長は、それぞれ360、400、450nmであるので、式（１）を満たしていることがわかる。
【００４５】
さらに図６のように滑らかに変化するＳｉフォトダイオードの分光感度特性を補償するためには、式（２）や式（５）を満足することが望ましい。λ１＝350nm、λ２＝750nm、ｍ＝1より、式（５）は175nm≦ｈ＜215nmとなり、ｈ＝0.175、0.200μmは式（５）を満たす。また、式（２）は、350nm≦λ＜430nmとなる。図８（１）から、ｈ＝0.175、0.200μmの実施例においてそれぞれ回折効率D（λ）が最大でかつ極大値になる波長は、360、400nmであるので、式（２）を満たしていることがわかる。
【００４６】
図８（２）には、格子の高さがｈ＝0.175、0.200、0.225μｍの３種類の実施例と、ｈ＝0.300μm  の比較例の４種類について２次回折光の回折効率が示されている。２次回折光は不要回折光であり、ゴーストを発生させる原因となる。例えば波長350nmの光の２次回折光は、波長700nmの光の１次回折光と同じ位置に結像する。したがって、図８（２）のｈ＝0.300μmの比較例のように、短波長（λ＝350nm）の２次回折光は、長波長（700nm）の１次回折光と混色してしまうため、十分な１次回折光の分光性能を得ることができない。この比較例に対し、ｈ＝0.175、0.200、0.225μｍの実施形態においては短波長側の２次回折光が十分に低減され、１次回折光の分光性能を向上させることができる。さらに、図８（２）からわかるように、ｈ＝0.175、0.200μｍは、短波長側の２次回折光をさらに低減しており効果が大きい。
【００４７】
図８（３）には、図８（１）で示された本実施例と比較例の回折効率D（λ）と、図６で示されたＳｉフォトダイオードの分光感度特性の積を、波長との関係で示したものである。ｈ＝0.300μｍの比較例では、短波長側で大幅に回折効率と分光感度の積が低下していることがわかる。これに対し、ｈ＝0.175、0.200、0.225μmの実施例では、比較例ｈ＝0.300μｍに比べ、短波長側と長波長側とで、回折効率と分光感度の積に大きな差が無く、波長依存性が良好に補償されていることがわかる。
【００４８】
一方、本光学系においては、幅60μｍ×高さ2mmの入射スリットを用いており、それに対して１次元アレイ型受光素子は2.5μｍピッチ×高さ1mmを用いている。したがって、凹面反射型回折光学素子は入射スリットを１次元アレイ型受光素子上にほぼ等倍結像させているので、スリット像はセンササイズによりケラレが発生する。そのため、非分光方向（ローランド円を含む面に垂直な方向）の結像状態によってセンサで検出される光量が変化する。
【００４９】
図１０(１)は本実施形態における、一次元受光素子アレイ７の表面上のスリット像プロファイルイメージを示したものである。
波長750nmから短波長に向かうにつれ、上下方向（非分光方向、すなわち、ローランド円に垂直な方向）の像の広がりが大きくなり、ボケが大きくなっていることがわかる。図中に記載された四角は１次元受光素子アレイ７の外形形状に相当する。図１０（２）は、スリットから入射した光束の回折光学素子による各波長の回折像の全光量に対する、１次元受光素子アレイに入射する光量の比を、波長に対してプロットしたものである。図より明らかなように、波長350nmでの検出光量比に対して、波長750nmでの検出光量比は約10.9ポイント高い。すなわち、長波長側での低い回折効率は１次元受光素子アレイで検出可能な光量比の増大で補償できていることがわかる。
【００５０】
比較例として、図１１（１）に凹面反射型回折光学素子の基準面の形状を球面とした場合（Ｒ＝ｒ＝17.5mm）のスリット像のプロファイルイメージを示す。本実施例とは逆に長波長になるに従い、非分光方向のスリット像のボケが大きい。図１１（２）は図１０（２）と同様に、各波長の回折像の全光量に対する、１次元受光素子アレイに入射する光量の比を、波長に対してプロットしたものである。本実施例の場合とは異なり、波長350nmの方が波長650nmに対して3.2ポイント検出光量比が高い。このように、回折格子の母線曲率半径Ｒと子線曲率半径ｒの関係が、Ｒ≦ｒ  の場合には、長波長側における低い回折効率を検出可能な光量の増加によって補償することはできない。
【００５１】
これらは非分光方向の像面位置の違いに起因するものである。図１１に示した比較例は、図２中の面７１の位置に非分光方向の結像位置（像面）が位置する場合である。すなわち、ローランド円の外側に非分光方向の結像位置が位置する場合である。これに対し、本実施例においては、ローランド円の内側（面７３の位置）に非分光方向の結像位置が位置する。面７１の位置に非分光方向の結像位置が位置する場合、１次元受光素子アレイによって受光される光量は全体的に減少する。さらに、１次元アレイ型検出器の位置と非分光方向の結像位置を比較すると、短波長側より長波長側の方が互いに離間しているため、結果として長波長側の光量は、短波長側の光量に対して相対的に低下する。本発明においては、子線曲率半径ｒが母線曲率半径Ｒより小さくなるように回折光学素子を構成することにより、１次元受光素子アレイ上の長波長側における受光光量を短波長側に対して大きくすることができ、これらの問題を解決することが出来る。
【００５２】
式（３）を満足しないと長波長域での光量が確保できず長波長域での検出ＳＮ比が悪化してしまうという問題が発生する。
【００５３】
さらに、短波長に対する長波長側の検出光量を上げるためには図中７２の位置（測定する波長の中心波長（550nm）の１次回折光が結像するローランド円上の位置を含む、非分光方向の結像面）より回折光学素子側に、例えば本実施例の位置７３に、設定することで長波長側の検出光量を上げることができる。
【００５４】
すなわち、波長
【数６】
0005421684.tif 000010
の１次回折光が結像するローランド円上の位置を含む、非分光方向における結像位置である結像面、を形成する場合の子線曲率を  ｒ´  としたとき、子線曲率半径ｒは、ｒ＜ｒ´であることが望ましい。
【００５５】
以上の説明から明らかのように、式（１）、（２）、（４）、（５）の上限値を上回ると不要な２次回折光の回折効率が上昇し、混色による誤検知の原因となり得る。
【００５６】
また、式（１）、（２）、（４）、（５）の下限値を下回ると、長波長側に対して短波長側の回折効率は高く、ダイナミックレンジの補償はできるものの、短波長（λ１）側での回折効率の絶対値が大きく低下し、システム全体の絶対光量の不足を招く。
以上のように本実施例の構成をとることで、１次元アレイ型検出器の分光感度特性による短波長側と長波長側でのダイナミックレンジの差を、凹面反射回折光学素子の回折効率特性を制御することで補償することができる。
【実施例２】
【００５７】
次に、実施例１と同様の反射型凹面回折光学素子６を用いた変形例の数値例を示す。
【００５８】
【表３】
0005421684.tif 000011
【００５９】
【表４】
0005421684.tif 000012
【００６０】
図９の（１）は、本実施例の凹面回折光学素子の回折効率Ｄ（λ）（＝設計次数出射光量／入射光量）のグラフである。なお、反射型回折光学素子であるため反射膜の反射率特性も考慮しており、回折効率計算は厳密結合波解析により算出している。
【００６１】
図９（１）には、格子の高さがｈ＝0.200、0.225μｍの実施例と、0.300μｍの比較例の３ケースについて算出した１次回折光の回折効率が示されている。本実施例においてはλ１＝400nm、λ2＝700nmである。  
比較例ｈ＝0.300μｍのケースでは、短波長側で大幅に回折効率が低下していることがわかる。これに対し、ｈ＝0.200、0.225μmの実施例では短波長側の回折効率が長波長側の回折効率より大きくなっている。このため先に述べた図６のＳｉフォトダイオードの分光感度特性や図５の樹脂材の分光透過率による短波長側と長波長側の効率のアンバランスを是正することができる。
【００６２】
また、比較例ｈ＝0.175は、実施例のｈ＝0.200、0.225μｍに比べ、λ１＝400nmをはじめ、400〜700nm全域で、回折効率が大きく低下し、システム全体の絶対光量の不足を招く。
【００６３】
本実施例においては、λ１＝400nm、λ２＝700nm、ｍ＝1より、式（４）は200nm≦ｈ＜245nmとなり、ｈ＝0.200、0.225μmは、式（４）を満たす。また、式（１）は、400nm≦λ＜490nmとなる。図９（１）から、ｈ＝0.200、0.225μmの実施例で、それぞれ回折効率Ｄ（λ）が最大値かつ極大値になる波長は、400、430nmであるので、式（１）を満たす。
さらに図６のように滑らかに変化するＳｉフォトダイオードの分光感度特性を補償するためには、式（２）や式（５）を満足させることが望ましい。
【００６４】
λ１＝400nm、λ２＝700nm、ｍ＝1より、式（５）は、200nm≦ｈ＜230nmとなり、ｈ＝0.200、0.225μmは式（５）を満たす。また、式（２）は、200nm≦λ＜460nmとなる。図９（１）から、ｈ＝0.200、0.225の実施例で、それぞれ回折効率Ｄ（λ）が最大値かつ極大値になる波長は、400、430nmであるので、式（２）を満たす。
【００６５】
図９（２）には、格子の高さがｈ＝0.200、0.225μｍの実施例と、ｈ＝0.300μｍの比較例の３ケースについて算出した２次回折光の回折効率が示されている。２次回折光は不要回折光であって、ゴーストを発生させる原因となる。例えば、波長400nmの光の２次回折光は、波長800nmの光の１次回折光の結像位置に結像する。したがって、波長400nmの光の２次回折光が、直接領域400〜700nmの１次回折光と混色することは無いが、受光素子近隣の保持部材など（不図示）に反射してフレアーとなる可能性があり、フレアー遮光部材の設置が必要となる場合がある。ｈ＝0.300μｍの比較例に対し、ｈ＝0.200、0.225μｍの実施例は、短波長側の２次回折光を十分に低減しており、フレアーとはならず、フレアー対策部材の設置も不要である。
本実施形態においても実施例１と同様に、子線曲率半径ｒを決定しており、図示はしていないものの実施例１と同様の効果が得られている。
【００６６】
以上のように、式（１）、（２）、（４）、（５）の上限値を上回ると不要な２次回折光の回折効率が上昇し、フレアー光による誤検知の原因となり得る。
【００６７】
また、式（１）、（２）、（４）、（５）の下限値を下回ると、長波長側に対して短波長側の回折効率は高く、ダイナミックレンジの補償はできるものの、長波長域、例えばλ２において、回折効率の絶対値が大きく低下し、システム全体の絶対光量の不足を招く。
【００６８】
以上のように本実施例の構成をとることで、１次元アレイ型検出器の分光感度特性による短波長側と長波長側でのダイナミックレンジの差を凹面回折光学素子の回折効率特性を制御することで補償することができる。
【実施例３】
【００６９】
（画像形成装置）
図１２は本発明の実施態様のカラー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１２に示すカラー画像形成装置１６０は、光走査装置１１、１２、１３、１４、像担持体としての感光ドラム２１、２２、２３、２４、現像器３１、３２、３３、３４、中間転写ベルト５１、を有する。
【００７０】
カラー画像形成装置１６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２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１１、１２、１３、１４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４１、４２、４３、４４が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム２１、２２、２３、２４の感光面が主走査方向に走査される。
【００７１】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は光走査装置（１１、１２、１３、１４）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、各々平行して感光ドラム２１、２２、２３、２４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。
【００７２】
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１１、１２、１３、１４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２１、２２、２３、２４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。
【００７３】
本画像形成装置においては、色度検出用のカラーセンサ１００が記録材の搬送路の定着器の直後に、記録材の画像形成面に向けて配置されている。カラーセンサは実施例１で説明した構成のものを用いている。カラーセンサは画像形成装置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）の色度を測定する。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。測定結果をプリンタコントローラに転送し、プリンタコントローラ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とプリントコントローラが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は所定の色差以内となるまで画像形成条件を制御するカラーキャリブレーションを行う。
【００７４】
このように画像形成装置に本発明のカラーセンサ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。
【００７５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
カラー画像形成装置等のカラーキャリブレーションに用いる分光測色器として最適なものであるが、それに限らず諸分光特性評価において有効である。
【符号の説明】
【００７７】
１：光源（紫外励起タイプの白色ＬＥＤ）
２：集光素子
３：被検物
４：導光体
５：入射スリット
６：凹面反射回折光学素子
７：１次元アレイ型検出器（Ｓｉフォトダイオードアレイ）
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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