(57)【要約】【課題】装置の小型化及び計測の高速化を可能とする変角特性取得装置等を提供する。【解決手段】本変角特性取得装置は、対象物へ光を照射する光照射手段と、複数の画素を備えた受光素子と、反射面が互いに異なる方向を向くように配置され、前記対象物に照射された光の複数位置から異なる角度で反射された反射光を各々の反射面で前記受光素子の方向に反射させる複数のミラーを備えたミラー群と、を有し、前記受光素子は、前記複数のミラーからの反射光を異なる画素で取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物へ光を照射する光照射手段と、
複数の画素を備えた受光素子と、
反射面が互いに異なる方向を向くように配置され、前記対象物に照射された光の複数位置から異なる角度で反射された反射光を各々の反射面で前記受光素子の方向に反射させる複数のミラーを備えたミラー群と、を有し、
前記受光素子は、前記複数のミラーからの反射光を異なる画素で取得する変角特性取得装置。
【請求項２】
前記光照射手段は、前記対象物へ線状の光を照射し、
前記複数のミラーは、前記対象物に照射された光の複数位置からの反射光を反射して線状に集光し、
前記受光素子は、前記複数のミラーからの反射光を異なる画素で取得可能な少なくとも一方向に配列した画素構造を有する請求項１記載の変角特性取得装置。
【請求項３】
前記光照射手段から照射される光を平行光とする集光手段を有する請求項１又は２記載の変角特性取得装置。
【請求項４】
前記ミラー群を連続して複数個並設し、
前記受光素子は、複数の前記ミラー群からの反射光を全て受光可能な画素数を有する請求項１乃至３の何れか一項記載の変角特性取得装置。
【請求項５】
隣接する前記ミラーの境界に、ミラー分離部材を、前記ミラー分離部材からの反射光が前記受光素子に結像しないように設置した請求項１乃至４の何れか一項記載の変角特性取得装置。
【請求項６】
前記ミラーに、前記対象物からの反射光を反射する光反射領域と、前記対象物からの反射光を反射しない光吸収領域を設けた請求項１乃至５の何れか一項記載の変角特性取得装置。
【請求項７】
前記光照射手段から前記対象物へ照射した光の反射光を直接受光する第２の受光素子を備え、
前記第２の受光素子で受光した光量に基づいて前記対象物の光量変動を検知し、検知した前記光量変動に基づいて前記受光素子で受光した光量を補正する請求項１乃至６の何れか一項記載の変角特性取得装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項記載の変角特性取得装置と、
前記受光素子の前段に設けられ、前記複数のミラーからの反射光を分光する分光手段と、を有し、
前記受光素子は、複数の画素を２次元に配列した画素構造を備え、前記分光手段により分光された反射光を異なる画素で取得する変角分光特性取得装置。
【請求項９】
前記分光手段は、複数の前記ミラーの各面と平行な面に回折格子を有する請求項８記載の変角分光特性取得装置。
【請求項１０】
請求項１乃至７の何れか一項記載の変角特性取得装置、又は、請求項８若しくは９記載の変角分光特性取得装置を搭載した画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変角特性取得装置、変角分光特性取得装置、及び、変角特性取得装置又は変角分光特性取得装置を搭載した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等の画像関連製品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の製品が多く市場投入されている。ユーザーニーズ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つつある。又、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、個人情報の保証、色再現への要求も高まっている。
【０００３】
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等が上市されてきた。又、個人情報の保証では画像形成方式によらず出力画像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分光計で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きた。
【０００４】
しかし、昨今、画像で表現される情報として、色のほか紙に代表される画像担持媒体や紙上の画像表面での正反射光に基づく光沢感、正反射光と拡散反射光の割合による色変動なども評価、制御対象となりつつある。
【０００５】
一方で、対象物を視認する際、自動車等では、個人の嗜好に合せ、ボディのデザインや塗装において感性、質感への訴求性向上が一層求められている。感性、質感を評価する指標としては、任意の照明方向、視線方向を勘案した変角特性、特に色については変角分光特性での評価が応用され、塗装等へのフィードバックがされている。画像や自動車に代表されるコンシューマ製品の見え方の評価技術として変角特性評価、及び変角分光特性評価について、例えば、以下のような技術が提案されている。
【０００６】
変角特性取得装置は、例えば、照明方向と、対象物からの反射光量を受光する受光素子の視線方向を対象物の周りに回転可能な機構に取り付け、対象物を回転可能にして相対的に姿勢を変化させ、対象物からの反射光量を取得する（例えば、特許文献１参照）。又、布等のテクスチャは方向性もあるため、回転可能な自由度が３次元的に設定されている装置も存在する。
【０００７】
画像の見え方を計測して設計へ反映する技術として、照明は任意の方向から画像データを投影し、その光量をゴニオフォトメーターで取得することで、画像投影面の変角特性を評価するものもある（例えば、特許文献２参照）。又、人の視線方向による見え方の変化を画像に反映する場合や、理想的な投影面に近似させるためのリファレンスデータとして変角特性を用いる例は多く研究されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１や２の技術では、どちらも可動部材が構成に含まれており、小型化が非常に困難である。又、変角特性を取得するためには逐次、相対姿勢を変化させ反射光量の測定を繰り返すことが不可避であり、計測に時間を要することが懸念される。
【０００９】
変角特性取得装置を小型化する技術として、光源を複数備えることなく、光の伝播角度を光路により変化させる光学系を搭載し、任意の角度による照明を可能とする技術がある（例えば、特許文献３参照）。変角分光測色は対象物からの反射光の角度により光路を分割し、構成要素のうち受光素子で実施すると推測される。
【００１０】
しかし、その測色のメカニズムが明確ではなく、それぞれ分光計を受光素子とするのであれば、ファイバ導光タイプのものでもヘッド部分は大きくなり、小型化に支障をきたすおそれがあるか、受光角度の角度ピッチが制限される懸念が生じる。又、装置全体でのサイズは可動部材も含んでいるため、大きくならざるを得ず、単一箇所の高精度な変角測色に対し複数箇所の同時計測は難しいと解する。
【００１１】
又、単一光学系で面での変角分光特性を計測可能な装置も提案されているが（例えば、特許文献４参照）、マルチスペクトルカメラを移動する時間、フィルタを交換する時間を要し、計測時間の短縮は難しくなる。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、装置の小型化及び計測の高速化を可能とする変角特性取得装置等を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本変角特性取得装置は、対象物へ光を照射する光照射手段と、複数の画素を備えた受光素子と、反射面が互いに異なる方向を向くように配置され、前記対象物に照射された光の複数位置から異なる角度で反射された反射光を各々の反射面で前記受光素子の方向に反射させる複数のミラーを備えたミラー群と、を有し、前記受光素子は、前記複数のミラーからの反射光を異なる画素で取得することを要件とする。
【発明の効果】
【００１４】
開示の技術によれば、装置の小型化及び計測の高速化を可能とする変角特性取得装置等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態に係る変角特性取得装置を例示する正面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る変角特性取得装置を例示する右側面図である。
【図３】個別の微小ミラーを例示する図（その１）である。
【図４】比較例に係る変角特性取得装置を例示する斜視図である。
【図５】比較例に係る変角特性取得装置で取得した変角特性を例示する図（その１）である。
【図６】比較例に係る変角特性取得装置で取得した変角特性を例示する図（その２）である。
【図７】第１の実施の形態の変形例１に係る変角特性取得装置を例示する右側面図である。
【図８】第１の実施の形態の変形例２に係る変角分光特性取得装置を例示する正面図である。
【図９】受光素子への回折像の受光について説明する図である。
【図１０】受光素子の各画素を受光側から視た図（その１）である。
【図１１】受光素子の各画素を受光側から視た図（その２）である。
【図１２】各画素で取得される分光分布について説明する図（その１）である。
【図１３】各画素で取得される分光分布について説明する図（その２）である。
【図１４】分光特性計測結果を例示する図である。
【図１５】シミュレーション結果を例示する図である。
【図１６】個別の微小ミラーを例示する図（その２）である。
【図１７】ミラー分離部材について説明する図である。
【図１８】第１の実施の形態の変形例３に係る変角分光特性取得装置を例示する正面図である。
【図１９】第２の実施の形態に係る画像形成装置を例示する図である。
【図２０】変角分光特性計測結果を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１７】
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る変角特性取得装置を例示する正面図である。図２は、第１の実施の形態に係る変角特性取得装置を例示する右側面図である。但し、図２において、図１の一部の構成要素については図示が省略されている。
【００１８】
図１及び図２を参照するに、変角特性取得装置１０は、ライン照明光源１１と、ミラー群１２と、受光素子１３とを有する。９０は、計測対象物である紙や画像、工業部品等を示している（以降、対象物９０とする）。
【００１９】
図１及び図２では、対象物９０の光が照射される面と平行かつライン照明光源１１の長手方向に垂直な方向をＸ軸方向、ライン照明光源１１の長手方向（紙面に垂直な方向）をＹ軸方向、対象物９０の光が照射される面の法線方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、互いに直交している（他の図も同様）。
【００２０】
なお、変角特性（偏角特性とも称される）とは、対象物からの反射光を複数角度で受光し、各角度での反射光の強度を取得したものである。反射角度により反射光の強度が変化する場合、対象物の表面状態や構造による反射率分布が得られる。特に光の波長の違いによる変角特性の変化を変角分光特性と称し、変角特性と同時に対象物の色情報を取得できる。
【００２１】
対象物が紙上の画像の場合の変角分光特性は、画像面での表面反射光と画像内部及び画像を通過した後、紙上で散乱する反射光との割合によりその角度から見た色が変化して観察される。この特性は紙の面特性や画像の厚さ、画像表面の平滑性等により変化する。
【００２２】
変角特性取得装置１０において、ライン照明光源１１は、対象物９０の計測領域Ｅを、対象物９０の法線方向（Ｚ軸方向）に対して約４５度傾斜した方向から線状に照射する。ライン照明光源１１としては、例えば可視光の略全域において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。ライン照明光源１１として、冷陰極管等の蛍光灯やランプ光源等を用いても構わない。
【００２３】
但し、ライン照明光源１１は、対象物９０の計測領域Ｅを、対象物９０の法線方向（Ｚ軸方向）に対して約４５度傾斜した方向から照射する構成には限定されず、対象物９０の計測領域Ｅを他の方向から照射するような構成としてもよい。なお、ライン照明光源１１は、本発明に係る光照射手段の代表的な一例である。
【００２４】
ミラー群１２は、反射角度の異なる（反射面が互いに異なる方向を向くように配置された）複数の微小ミラー１２ａ〜１２ｚが隣接して固定された構造を有する。複数の微小ミラー１２ａ〜１２ｚは、ライン照明光源１１から対象物９０に向けて照射され、対象物９０の計測領域Ｅの複数位置から異なる角度で反射された反射光を、各々の反射面で受光素子１３の方向に反射させる（線状に集光する）機能を有する。
【００２５】
受光素子１３は、複数の微小ミラー１２ａ〜１２ｚからの反射光を異なる画素で取得可能な少なくとも一方向（Ｙ軸方向）に配列した画素構造を有し、複数の微小ミラー１２ａ〜１２ｚからの反射光を異なる画素で取得する。受光素子１３は、ミラー群１２からの反射光が線状に結像する位置に配置されている。受光素子１３としては、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor Device）やＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor Device）等を用いることができる。受光素子１３として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等を用いてもよい。
【００２６】
ミラー群１２の微小ミラー１２ａ〜１２ｚは、各々の反射光が、受光素子１３の異なる画素に受光される位置に配置されている。従って、受光素子１３の各画素で受光される光量に基づいて、変角特性を取得することができる。但し、微小ミラー１２ａ〜１２ｚは、ミラー群１２を２６個の微小ミラーから構成すべきことを示しているのではなく、ミラー群１２は任意の個数の微小ミラーから構成することができる。なお、微小ミラー１２ｍは、対象物９０からの正反射光を取得する微小ミラーである。
【００２７】
例えば、図１において、正反射光を取得する微小ミラー１２ｍと計測領域Ｅとのなす角度を基準（０ｄｅｇ）とする。そして、各微小ミラーと計測領域Ｅとのなす角度が、基準の周囲の±２０［ｄｅｇ］の範囲に１［ｄｅｇ］ピッチとなるように微小ミラーを配置すると、合計４１個の微小ミラーが隣接して配置される。
【００２８】
１つの微小ミラーの反射面の面積、及び１つの微小ミラーからの反射光を受光する画素数の設定により、計測領域Ｅの範囲が定まる。１つの微小ミラーの反射面の面積は、1つの微小ミラーより獲得される反射光を受光素子の何画素で受光するか、又、変角特性のどのくらいの角度誤差まで許容できるかで決まる。
【００２９】
一般的に、ＣＣＤ等の受光素子は1画素あたり数[μｍ]から十数[μｍ]の画素サイズと考えられる。そのため、仮に受光素子1画素あたり１０[μｍ]として1つの微小ミラーからの反射光を５画素で受光し、倍率1倍の光学系を想定した場合は、1つの微小ミラーの幅を５０[μｍ]と規定できる。
【００３０】
微小ミラーの高さ方向は、上記1倍の光学系を考えた場合、対象物からの反射光の拡散の影響を低減するためにも小さい値に限定するほうが好適である。受光素子の画素形状を仮に正方形とした場合、１０[μｍ]の高さとすることができるが、受光素子との高い位置決め精度が要求されることと、高さ方向に反射光が広がっても結像しないライン状の受光素子を考慮して、１０[μｍ]以上のサイズを規定してもよい。
【００３１】
上記４１個の微小ミラーの例に対し、1つの微小ミラーからの反射光を幅方向５画素で受光する場合は、２０５画素必要となる。しかし、隣り合う領域からのフレア光による誤差を考慮し、例えば1つの微小ミラーからの反射光を１０画素で受光し、１０画素のうち中央の数画素のみのデータを採用する方法も考えられる。その際、微小ミラーの幅は１００[μｍ]と規定できる。この効果は、隣接する微小ミラーの境界に空隙（ミラー分離部材３４）を設定する場合（具体的には後述する）と同様である。
【００３２】
計測領域Ｅでは反射特性の差異が小さいことを前提としており、微小領域内の更に微小な異なる位置の反射角度を限定した光量を受光し、変角特性とすることで、駆動系を排除し、全体の系の小型化を実現できる。
【００３３】
なお、反射特性の差異が無視できない場合を考慮し、第２の受光素子を用いて補正する信頼性向上のための構成も考えられる。これに関しては、第１の実施の形態の変形例３において後述する。
【００３４】
本実施の形態では、変角特性を計測することが目的であるため、計測する光の反射角度を規定する必要があり、ライン照明光源１１からの照射光が発散した場合は、計測精度が低下することが懸念される。そこで、図示しないシリンドリカルレンズ等の集光手段を用い、ライン照明光源１１から照射される光の変角方向の発散状態を抑制することで、略平行光を確保することが好ましい。
【００３５】
なお、受光素子１３の前段側に、複数の微小ミラー１２ａ〜１２ｚからの反射光を受光素子１３の所定の画素に集光する結像素子（図示せず）を配置することができる。結像素子としては、例えば、両凸レンズや平凸レンズ等を用いることができる。複数のレンズを組み合わせて結像素子を構成しても構わない。
【００３６】
但し、各光学素子（ミラー群１２や受光素子１３等）のレイアウトによっては、受光素子１３の前段側に結像素子（図示せず）を配置しなくてもよい。又、受光素子１３の前段側に結像素子（図示せず）を配置せずに、個々の微小ミラーを凹面にして、個々の微小ミラーに結像素子の機能を持たせることも可能である。
【００３７】
ミラー群１２の製造方法の一例としては、図３に示すように、反射面３１を有する微小ミラーを個別に作製した後に、相対位置を決めて全体の変角特性を顕在化するミラー群１２を組み立てることが挙げられる。又、他の例としては、個数を限定して少数の微小ミラー群を作製した後に、相対位置を決めて全体の変角特性を顕在化するミラー群１２を組み立てることが挙げられる。更に他の例として、切り出しによる一体型のミラー群１２を製造することも可能である。
【００３８】
ここで、比較例を示しながら、本実施の形態に係る変角特性取得装置１０の有する特有の効果について説明する。図４は、比較例に係る変角特性取得装置を例示する斜視図である。図４を参照するに、比較例に係る変角特性取得装置１００は、サンプル固定板１１０と、光源１２０と、回転ステージ１３０と、受光手段１４０とを有する。
【００３９】
図４において、まず、計測対象物となるサンプル（図示せず）をサンプル固定板１１０に固定する。そして、キセノン光源等の一様な波長分布を有するか、又は透過波長帯の異なるフィルタを順次交換して限定された波長の光を照射する光源１２０からの照射光によりサンプルを照射する。
【００４０】
そして、サンプルの表面からの反射光（サンプルが画像の場合は画像表面からの反射光、画像の色材を透過し、色材構成要素、紙等の基材表面で反射する反射光）をフォトダイオード、ＣＣＤカメラ、分光測色機等の受光手段１４０により取得する。
【００４１】
サンプル固定板１１０に固定されたサンプルは、図４中のＢの向きに任意に回動可能であり、回転ステージ１３０に搭載された受光手段１４０も、サンプルと同軸でサンプルの周りＡについて回動可能である。図４のような構成により、任意の相対姿勢で反射光量を計測し、変角特性を取得することができる。
【００４２】
図４に示す変角特性取得装置１００とは別の比較例として、光源も回動可能とする変角特性取得装置や、サンプル、光源、及び受光手段の姿勢を３次元的に操作することが可能な変角特性取得装置等も存在する。
【００４３】
変角特性は、サンプルからの反射光の角度が制限された成分であり、光源１２０からの照射光は平行光であることが好ましく、又、受光手段１４０の視野も角度が制限されていることが好ましい。
【００４４】
図５及び図６は、比較例に係る変角特性取得装置で取得した変角特性を例示する図である。図５は、３種類の紙サンプル（サンプル（１）〜（３））と、鏡面を有する別材料のサンプル（鏡面サンプル）の変角特性を計測した例である。図６は、３種類の紙サンプル（サンプル（１）〜（３））上に画像を形成した場合と、鏡面を有する別材料のサンプル（鏡面サンプル）の変角特性を計測した例である。
【００４５】
図５では、各サンプルにおいて、受光角度により変角反射率（反射光強度）が大きく変異することがわかる。図５中の角度Ｃでは、各サンプルからの反射光が観測されるが、図６中の角度Ｄ（図５中の角度Ｃと同一角度）では、サンプルによっては反射光が観測されないことが分かる。
【００４６】
これらは、計測対象物の表面での反射指向性を表すとともに、表面特性によっては色等の光学特性が観測できず、人の目視による「見え」と感覚的に一致しない場合があることを示している。
【００４７】
変角特性取得装置１００を用いて変角特性を取得するには、サンプル固定板１１０や回転ステージ１３０を回動させることにより受光角度を変更して繰り返し計測することが必要である。つまり、様々な角度からの反射光を取得するために、サンプルや受光手段１４０をそれぞれの角度に調整しなければならないため、角度変更と反射光取得の動作を繰り返す必要がある。従って、変角特性の取得に長時間を要し、例えば、画像の表面の特性を制御する等のリアルタイム性が必要とされる場合等に適用することは困難である。
【００４８】
一方、第１の実施の形態に係る変角特性取得装置１０では、比較例に係る変角特性取得装置１００のような照明角度及び受光角度を相対的に可変とする機構を排除している。そして、角度の異なる複数の微小ミラーを隣接して固定し、１個の受光素子で各微小ミラーからの反射光を一度に取得する。
【００４９】
これにより、対象物の測定位置に多少のずれは生じるものの、一般的に変角特性計測に必要なジオメトリの複数設定を省略することが可能となり、変角特性を機構上の構成要素移動等を伴わずに同時に取得することが可能となる。その結果、変角特性の計測時間を大幅に低減できる（一瞬で、変角特性を取得できる）。
【００５０】
又、モータ等の駆動部品やフレーム等が不要なため、変角特性取得装置の大幅な小型化が可能となる。又、変角の角度を細かく（狭ピッチに）設定できるため、詳細な変角特性を取得できる。更には、対象物と変角特性取得装置との間に姿勢変動が生じても変角特性を検出可能であるため、正確な変角特性を取得できる。
【００５１】
〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、ミラー群を連続して複数個並設する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
【００５２】
図７は、第１の実施の形態の変形例１に係る変角特性取得装置を例示する右側面図である。図７を参照するに、変角特性取得装置１０Ａは、ミラー群１２及び２２が並設された点が、第１の実施の形態に係る変角特性取得装置１０（図１及び図２参照）と相違する。
【００５３】
ミラー群２２は、反射角度の異なる（反射面が互いに異なる方向を向くように配置された）複数の微小ミラー２２ａ〜２２ｚが隣接して固定された構造を有する。複数の微小ミラー２２ａ〜２２ｚは、ライン照明光源１１から対象物９０に向けて照射され、対象物９０の計測領域Ｅの複数位置から異なる角度で反射された反射光を、各々の反射面で受光素子１３の方向に反射させる（線状に集光する）機能を有する。
【００５４】
但し、微小ミラー２２ａ〜２２ｚは、ミラー群２２を２６個の微小ミラーから構成すべきことを示しているのではなく、ミラー群２２は任意の個数の微小ミラーから構成することができる。なお、微小ミラー２２ｍは、対象物９０からの正反射光を取得する微小ミラーである。
【００５５】
ライン照明光源１１は、計測範囲（ミラー群１２及び２２が配置されている範囲）を線状に照明できる光源である。又、受光素子１３（図示せず）は、ミラー群１２及び２２からの反射光を全て受光可能な画素数を有する。
【００５６】
このように、第１の実施の形態の変形例１に係る変角特性取得装置１０Ａは、ミラー群を連続して複数個並設している。これにより、第１の実施の形態に係る変角特性取得装置１０が奏する効果に加えて、更に、以下の効果を奏する。すなわち、変角特性取得装置１０よりも広い範囲を同時に計測可能となる。なお、ミラー群を連続して３個以上並設してもよい。
【００５７】
〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、変角分光特性を取得する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
【００５８】
図８は、第１の実施の形態の変形例２に係る変角分光特性取得装置を例示する正面図である。図８を参照するに、変角分光特性取得装置１０Ｂは、回折素子１４を設けた点が、第１の実施の形態に係る変角特性取得装置１０（図１及び図２参照）と相違する。
【００５９】
回折素子１４は、受光素子１３の前段に設けられ、複数の微小ミラーの各面と平行な面に回折格子を有し、複数の微小ミラー１２ａ〜１２ｚからの反射光（ミラー群１２で変角された後の反射光）を分光する分光手段として機能する。図９に示すように、回折素子１４に入射した変角後の反射光は、回折素子１４で回折され、分光された回折像が受光素子１３の各画素に結像する。
【００６０】
本実施の形態では、図１０に示すように、受光素子１３は、複数の画素を２次元に配列した画素構造を備え、回折素子１４により分光された反射光を異なる画素で取得する。ミラー群１２からの変角後の反射光は回折素子１４へ異なる角度で入射する。そのため、図１０に示すとおり、受光素子１３上での回折像の位置が、反射される微小ミラー毎に異なり、受光素子１３上においてアレイ方向（Ｙ軸方向）に垂直な方向（Ｚ軸方向）に位置がシフトして結像される。
【００６１】
１つの微小ミラーに対応する受光素子１３のアレイ方向（Ｙ軸方向）の画素数は光学系の結像倍率や各微小ミラーの幅等で規定可能である。同一の微小ミラーから得られる反射光の同一波長帯の光量を平均化し、計測の変動を低減するためには、図１１に示すように、同一波長帯の光を受光するアレイ方向（Ｙ軸方向）の画素数を増加させるほうが好適である。もちろん、同一波長帯の光を受光するアレイ方向（Ｙ軸方向）の画素数は３個以上であっても構わない。
【００６２】
又、波長方向に分散した回折像を受光するアレイ方向と垂直な方向（Ｚ軸方向）の画素数（バンド数）を増やすほど、詳細に分光特性を計測することが可能となるが、反射光を波長毎に分割するため、各画素で得られる光量が低下するトレードオフの関係にある。
【００６３】
例えば、図１２に示すＨで囲まれた画素で取得される分光分布が図１３に示すような略ガウシアンで表現できる場合のように、離散データとして分光計測する場合、連続分光特性をウィナー推定等を用いて導出することが可能である。分光推定処理に関しては多くの手法が提案されており、例えば非特許文献である『ディジタルカラー画像の解析・評価：東京大学出版会：ｐ１５４〜ｐ１５７』に詳細が述べられている。
【００６４】
ここで、変角分光特性取得装置１０Ｂにおいて、１つの微小ミラーからの反射光が回折素子１４で分光されて受光素子１３のＮ個の画素に入射する場合（バンド数がＮの場合）を考える。そして、Ｎ個の画素の部分を１つの分光センサであると考え、１つの分光センサからの出力viから分光分布を推定する手法の一例を示す。
【００６５】
１つの分光センサを構成しているN個の画素からの信号出力vi（i＝ 1〜N）を格納した行ベクトルｖと、変換行列Gから、各波長帯の分光反射率（例えば４００〜７００ｎｍで１０ｎｍピッチの３１個）を格納した行ベクトルｒは式（数１）で表される。
【００６６】
【数１】
2014167403.tif 000003
変換行列Gは、式（数２）〜式（数４）に示すように求まる。すなわち、予め分光分布が既知な多数（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取得装置で測定したときのｖを格納した行列Vから、最小二乗法を用いて誤差の二乗ノルム‖・‖２を最小化することによって求まる。
【００６７】
【数２】
2014167403.tif 000004
【００６８】
【数３】
2014167403.tif 000005
【００６９】
【数４】
2014167403.tif 000006
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式（数５）のように計算される。
【００７０】
【数５】
2014167403.tif 000007
ここで、上付きTは行列の転置を、上付き−１は逆行列を表す。これで求まった変換行列Gを記憶させておくことで、実際の測定時には変換行列Gと信号出力ｖの積を取ることで任意の被測定物の分光分布ｒが推定される。
【００７１】
一例として、電子写真方式の画像形成装置によって出力したトナー画像を、本実施形態に係る変角分光特性取得装置１０Ｂで読み取って分光分布を推定し、推定した分光分布から推定誤差である色差を算出するシミュレーションを行った。シミュレーションでは、Nの値を変えたときの測色結果と、より詳細な分光装置から得られる測色結果との色差（ΔE）を求めている。
【００７２】
図１４は、シミュレーションに用いたトナー画像の分光分布を例示する図である。図１５は、シミュレーション結果を例示する図である。図１５に示すように、バンド数を増加させるほど、推定精度は向上するが、実際には前述のとおり、バンド数を増加させるほど各バンドの光量が低下しＳ／Ｎが悪化するトレードオフの関係であり、最適条件（最適なバンド数）を検討する必要がある。
【００７３】
このように、第１の実施の形態の変形例２に係る変角分光特性取得装置１０Ｂは、回折素子を受光素子の前段に配している。又、第１の実施の形態に係る変角特性取得装置１０と同様に、照明角度及び受光角度を相対的に可変とする機構を排除し、角度の異なる複数の微小ミラーを隣接して固定し、１個の受光素子で各微小ミラーからの反射光を一度に取得する。
【００７４】
これにより、対象物の測定位置に多少のずれは生じるものの、一般的に変角分光特性計測に必要なジオメトリの複数設定を省略することが可能となり、変角分光特性の計測時間を大幅に低減できる（一瞬で、変角分光特性を取得できる）。
【００７５】
又、モータ等の駆動部品やフレーム等が不要なため、変角分光特性取得装置の大幅な小型化が可能となる。又、変角の角度を細かく（狭ピッチに）設定できるため、詳細な変角分光特性を取得できる。更には、対象物と変角分光特性取得装置との間に姿勢変動が生じても変角分光特性を検出可能であるため、正確な変角分光特性を取得できる。
【００７６】
なお、図７に示す変角特性取得装置１０Ａと同様にミラー群を連続して複数個並設し、並設したミラー群の個数だけ回折素子を受光素子の前に設置するか、受光素子のアレイ方向に受光素子を網羅する長さを有する回折素子を固定するようにしても良い。これにより、変角分光特性取得装置１０Ｂよりも広い範囲を同時に計測可能となる。なお、ミラー群を連続して３個以上並設してもよい。
【００７７】
なお、例えば、図１６に示すように、各微小ミラーに、対象物９０からの反射光を反射しない無反射面３２（光吸収領域）と、対象物９０からの反射光を反射するスリット状の反射面３３（光反射領域）とを設けてもよい。これにより、計測対象ではない角度の反射光を排除して、各微小ラーに割り当てられた反射光の角度を厳密に規定することができ、変角特性又は変角分光特性の測定精度を向上可能となる。
【００７８】
又、例えば、図１７に示すように、隣接する微小ミラーの境界に、ミラー分離部材３４を、ミラー分離部材３４からの反射光が受光素子１３に結像しないように設置してもよい。
これにより、隣接する微小ミラーからの変角された反射光が混在した状態で受光素子へ結像することを回避できる。なお、図１６及び図１７に示した微小ミラーは、何れの実施の形態及びその変形例に適用しても効果を奏する。
【００７９】
〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、変角分光特性取得装置において、第２の受光素子を設置する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
【００８０】
図１８は、第１の実施の形態の変形例３に係る変角分光特性取得装置を例示する正面図である。図１８を参照するに、変角分光特性取得装置１０Ｃは、第２の受光素子１５を設置した点が、第１の実施の形態の変形例２に係る変角分光特性取得装置１０Ｂ（図８参照）と相違する。第２の受光素子１５は、ライン照明光源１１から対象物９０へ照射された光の反射光を、ミラー群１２を介さず、直接受光する。
【００８１】
第２の受光素子１５で受光した光量に基づいて対象物９０の光量変動を検知し、検知した光量変動に基づいて受光素子１３で受光した光量を補正できる。すなわち、図１８に示すように、ライン照明光源１１から対象物９０に照射された光の反射光を直接受光することにより、対象物９０の微小な面形状の粗さ等で生じる光量ムラ等を計測し、変角分光特性を導出するための光量の補正を実施することができる。
【００８２】
又、変角分光特性取得装置の校正や、光源の光量ムラの補正、受光素子の感度調整等にも用いることができる。なお、変角特性取得装置１０や１０Ａにおいても、ライン照明光源１１から対象物９０に照射された光の反射光を直接受光することにより、同様の効果を奏する。つまり、第１の実施の形態の変形例３は、何れの実施の形態及びその変形例に適用しても効果を奏する。
【００８３】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る変角特性取得装置を有する画像形成装置の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
【００８４】
図１９は、第２の実施の形態に係る画像形成装置を例示する図である。図１９を参照するに、画像形成装置８０は、変角特性取得装置１０と、給紙カセット８１ａと、給紙カセット８１ｂと、給紙ローラ８２と、コントローラ８３と、走査光学系８４と、感光体８５と、中間転写体８６と、定着ローラ８７と、排紙ローラ８８とを有する。
【００８５】
画像形成装置８０において、給紙カセット８１ａ及び８１ｂから図示しないガイド、給紙ローラ８２により搬送された対象物９０が、走査光学系８４により感光体８５に露光され、色材が付与されて現像される。現像された画像が中間転写体８６上に、次いで、中間転写体８６から対象物９０上に転写される。対象物９０上に転写された画像は定着ローラ８７により定着され、画像形成された対象物９０は排紙ローラ８８により排紙される。変角特性取得装置１０は、定着ローラ８７の後段に設置されている。
【００８６】
このように、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態に係る変角特性取得装置を画像形成装置の所定の位置に装備することにより、画像の光沢付与へのフィードバック、紙種に対応した出力画像の調整等が可能となる。
【００８７】
又、また、図２０に示すような変角分光特性計測結果から、多様な角度からの画像や工業製品の「見え」を評価することが可能となる。
【００８８】
以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、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及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００８９】
例えば、本実施の形態に係る変角特性取得装置及び変角分光特性取得装置は、画像形成装置以外に、自動車等の工業製品における金属表面上や樹脂表面上の塗装状態を評価するシステム等に応用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１０、１０Ａ  変角特性取得装置
１０Ｂ、１０Ｃ  変角分光特性取得装置
１１  ライン照明光源
１２、２２  ミラー群
１２ａ〜１２ｚ、２２ａ〜２２ｚ  微小ミラー
１３  受光素子
１４  回折素子
１５  第２の受光素子
３１、３３  反射面
３２  無反射面
３４  ミラー分離部材
８０  画像形成装置
８１ａ  給紙カセット
８１ｂ  給紙カセット
８２  給紙ローラ
８３  コントローラ
８４  走査光学系
８５  感光体
８６  中間転写体
８７  定着ローラ
８８  排紙ローラ
９０  対象物
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９１】
【特許文献１】特開平２−１９８３３９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４９８７５号公報
【特許文献３】特開２００８−１５１６４２号公報
【特許文献４】特開２００５−１８１０３８号公報
【図１】
2014167403.tif 000008
【図２】
2014167403.tif 000009
【図３】
2014167403.tif 000010
【図５】
2014167403.tif 000011
【図６】
2014167403.tif 000012
【図７】
2014167403.tif 000013
【図８】
2014167403.tif 000014
【図１３】
2014167403.tif 000015
【図１５】
2014167403.tif 000016
【図１６】
2014167403.tif 000017
【図１７】
2014167403.tif 000018
【図１８】
2014167403.tif 000019
【図１９】
2014167403.tif 000020
【図４】
2014167403.tif 000021
【図９】
2014167403.tif 000022
【図１０】
2014167403.tif 000023
【図１１】
2014167403.tif 000024
【図１２】
2014167403.tif 000025
【図１４】
2014167403.tif 000026
【図２０】
2014167403.tif 000027