(57)【要約】    【課題】  小型で、かつ簡素化され、温度変化時にも分光性能の劣化が少ない分光測色ユニットを得ること。    【解決手段】  被検物１０９に照射された光の反射光束の色情報を測定する分光測色ユニットであって、分光測色ユニットは、被検物に光束を照射する照明装置１０１と、被検物からの反射光束を分光する複数の格子を一方向に配列した回折光学素子１０３と、回折光学素子で分光された光束を集光素子１０４を介して受光する複数の受光素子を一方向に配列した光電変換素子１０５と、を有しており、光電変換素子の複数の受光素子の配列方向と回折光学素子の複数の格子の配列方向とが同一方向であること。【選択図】    図１
2009270959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物に照射された光の反射光束の色情報を測定する分光測色ユニットであって、
前記分光測色ユニットは、被検物に光束を照射する照明装置と、前記被検物からの反射光束を分光する複数の格子を一方向に配列した回折光学素子と、前記回折光学素子で分光された光束を集光素子を介して受光する複数の受光素子を一方向に配列した光電変換素子と、を有しており、
前記光電変換素子の複数の受光素子の配列方向と前記回折光学素子の複数の格子の配列方向とが同一方向であることを特徴とする分光測色ユニット。
【請求項２】
前記回折光学素子と前記光電変換素子は、基盤を共有して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の分光測色ユニット。
【請求項３】
前記回折光学素子と前記光電変換素子の基盤は、同一材料で一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の分光測色ユニット。
【請求項４】
前記集光素子は前記回折光学素子と前記光電変換素子との光路間に配置されており、
前記回折光学素子と前記集光素子との間と、前記集光素子と前記光電変換素子との間は空気層より成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の分光測色ユニット。
【請求項５】
前記光電変換素子は複数の受光素子を１次元方向に配列した１次元光電変換素子であ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分光測色ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の分光測色ユニットを用いたことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被写体の色情報を識別するための分光測色ユニット及びそれを用いた光学装置に関し、例えば、画像形成装置におけるトナーや印字媒体の色情報を測色するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
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、２色目以降の現像器へ異なる色のトナーが混入すると、このときのトナーの混色によって形成するカラー画像の色調にずれが生じることがある。
【０００３】
このような問題を解決するために例えば、像担持体上に形成した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（特許文献１参照）。
【０００４】
形成するカラー画像の色調（色情報）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る。さらに波長帯の数を増やせば、より良い精度でカラー画像の色調を判定することができる。
【０００５】
従来より光束を分光するための手段として、回折現象（回折格子）を用いた分光器が知られている（非特許文献１参照）。
【０００６】
また従来より、インクジェット式プリンタに回折式分光器を内蔵し形成されるカラー画像の色調を測定するカラー画像形成装置が知られている。
【０００７】
図４は、従来の回折式分光器を電子写真方式のフルカラープリンタに応用した装置の要部断面図である。
【０００８】
図４において、給紙ユニット４０１から送られた紙はカラー画像を形成するための画像形成ユニット４０２に入る。画像形成ユニット４０２は、画像処理ユニット４０３からの指示に応じて所定のトナーを感光体面上の適切な位置に載せる。これによって、紙上には例えば図５のような複数の色・濃度を配列したキャリブレーション・パッチ４０７などが形成される。
【０００９】
続いて、トナーが載せられた紙は定着ユニット４０４にて加圧・加熱により紙上に固定される。紙上に固定されたキャリブレーション・パッチ４０７は分光測定装置（分光測色ユニット）４０５にて分光測定されて、排紙ユニット４０６から装置外に排出される。
【００１０】
図４の分光測定装置４０５の詳細な構成は図６に示すようになっている。図６において、光源手段６０１からの光束でキャリブレーション・パッチ４０７を照明する。キャリブレーション・パッチ４０７からの反射光を開口部（スリット）６０２を介して、分光ユニット（ハウジング）６０５内に取り込む。取り込まれた光束は、回折格子を刻んだ凹形状の光学素子６０３にて反射され受光素子を１次元方向に配列した光電変換素子６０４上に波長ごとに集光される。光電変換素子６０４では入射した光束のそれぞれの波長における光量を各受光素子で測定し、測定結果を画像処理ユニット４０３に出力する。分光測定された結果は画像処理ユニット４０３で演算処理され、その後の画像処理にフィードバックされる。
【００１１】
これによって、常に色特性の安定したフルカラープリンタを実現している。
【００１２】
市場ニーズとして、昨今は画像形成装置の小型化が強く望まれている。画像形成装置を小型化するためには、その構成要素の一つである分光測色ユニットの小型化も必要である。
【００１３】
この分光測色ユニットの小型化を図った回折式分光測色ユニットが従来より種々と提案されている（特許文献２参照）。
【００１４】
特許文献２に開示されている分光測色ユニットは、それまで知られていた一般的な回折式分光測色ユニットに比べて部品点数が少なく、回折光学素子(回折格子）と受光素子(光検出器）との間の位置関係が１部品だけで決まる構成になっている。これにより、小型化と簡素化の双方を実現している。
【特許文献１】特開平０９−１６０３４３号公報
【非特許文献１】末田哲夫著「光学部品の使い方と留意点（増補改訂版）」オプトロニクス社、昭和60年2月28日、ｐ．86
【特許文献２】特開２００６−０３００３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
近年の画像形成装置では、内部における各ユニットの配置密度が高められており、定着ユニットのすぐ隣に分光測色ユニットを配置している。そのため、定着ユニットで発生した熱が分光測色ユニットに伝わりやすくなり、その結果、分光測色ユニットを膨張させてしまうことがあった。
【００１６】
特許文献２に示された分光測色ユニットを画像形成装置に適用した場合は、回折光学素子と受光素子とをつなぐ部材も温度変化で膨張する。同部材は両素子を傾斜配置するために膨張時には両素子が平行移動するだけでなく、傾斜も変化し、分光性能が劣化してくる。
【００１７】
また、同部材を小型化するためには傾斜角度の精度を向上させる必要があり、同部材を平面加工以上の高精度で製作することが必要となる。また特許文献２では、分光測色ユニット内の光路の多くが透明な光学体で占められている。このため温度変化による屈折率が変化すると、さらに分光性能が劣化する。
【００１８】
本発明は小型で、かつ簡素化され、温度変化時にも分光性能の劣化が少ない分光測色ユニット及びそれを用いた光学装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１の発明の分光測色ユニットは、
被検物に照射された光の反射光束の色情報を測定する分光測色ユニットであって、
前記分光測色ユニットは、被検物に光束を照射する照明装置と、前記被検物からの反射光束を分光する複数の格子を一方向に配列した回折光学素子と、前記回折光学素子で分光された光束を集光素子を介して受光する複数の受光素子を一方向に配列した光電変換素子と、を有しており、
前記光電変換素子の複数の受光素子の配列方向と前記回折光学素子の複数の格子の配列方向とが同一方向であることを特徴としている。
【００２０】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記回折光学素子と前記光電変換素子は、基盤を共有して配置されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項３の発明は請求項１の発明において、
前記回折光学素子と前記光電変換素子の基盤は、同一材料で一体的に形成されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項４の発明は請求項１乃至３の何れか一項の発明において、
前記集光素子は前記回折光学素子と前記光電変換素子との光路間に配置されており、
前記回折光学素子と前記集光素子との間と、前記集光素子と前記光電変換素子との間は空気層より成ることを特徴としている。
【００２３】
請求項５の発明は請求項１乃至４の何れか一項の発明において、
前記光電変換素子は複数の受光素子を１次元方向に配列した１次元光電変換素子であることを特徴としている。
【００２４】
請求項６の発明の光学装置は、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の分光測色ユニットを用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば小型で、かつ簡素化され、温度変化時にも分光性能の劣化が少ない分光測色ユニット及びそれを用いた光学装置を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の分光測色ユニットは、
被検物に光束を照射する照明装置と、被検物からの反射光束を分光する複数の格子を一方向に配列した回折光学素子と、回折光学素子で分光された光束を集光する集光素子を有している。更に集光素子からの光束を受光する複数の受光素子を一方向に配列した光電変換素子を有している。
【００２７】
このとき光電変換素子の複数の受光素子の配列方向と前記回折光学素子の複数の格子の配列方向とが同一方向となるように構成している。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は本発明の分光測色ユニットを図４に示すようなレーザービームプリンター等のカラー画像形成装置（光学機器）の一部に適用したときの実施例１の要部概略図である。
【００３０】
尚、図１においては、後述する光電変換素子を構成する受光素子（画素）の一次元方向の配列方向（Ｘ方向）と、光電変換素子の受光面の垂直方向（Ｙ方向）とを含む断面をＸＹ断面とする。そして、それに直交する断面をＸＺ断面とする。
【００３１】
図１において、１００は分光測色ユニットである。１０９は被検物である。被検物１０９としては図５に示すような色情報を調整するキャリブレーション・パッチやカラー画像が形成された紙等である。
【００３２】
１０１は照明装置である。照明装置１０１からの光（白色光）で被検物１０９を照明する。
【００３３】
分光測色ユニット１００は被検物１０９に照射された光のうち、反射光束の色情報を検出して被検物１０９の色情報を測定している。
【００３４】
１０２は開口部（ルーバー）であり、被検物１０９からの反射光束が入射するハウジング１０７に設けている。尚、ルーバー（Louver）とは、羽板（はいた）と呼ばれる細長い板を平行に組んで板状にし、取り付けたものである。
【００３５】
１０３は複数の格子を直線状（平面状）（一方向）に配列した回折光学素子（以下、「平面回折光学素子」とも称す。）であり、開口部１０２から入射した光束を分光している。
【００３６】
１０４は集光素子としての反射鏡であり、凹形状より成る反射面（以下、「凹面反射面」とも称す。）１０４ａを有しており、平面回折光学素子１０３によって分光された光束を後述する光電変換素子１０５側に集光反射させている。以下、上記反射鏡１０４を「凹面反射鏡１０４」とも称す。
【００３７】
１０５は複数の受光素子（画素）を１次元方向に配列した光電変換素子(以下、「１次元光電変換素子」とも称す。）であり、凹面反射面１０４ａで反射された光束を受光している。
【００３８】
本実施例においては、１次元光電変換素子１０５の複数の受光素子（画素）の配列方向と平面回折光学素子１０３の複数の格子の配列方向とが同一方向と成るように構成している。
【００３９】
１０６は平板より成る基盤（以下、「平面基盤」とも称す。）である。平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５とは、平面基盤１０６を共有している。
【００４０】
本実施例では平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５のそれぞれの裏面（光束が到達しない面）を平面基盤１０６面上に固定している。
【００４１】
本実施例における平面基盤１０６は、例えばポリカーボネイト樹脂より成り、その材料の熱膨張率は6.5×10-5/℃である。
【００４２】
１０８は画像処理ユニットであり、１次元光電変換素子１０５からの出力信号を受信している。分光測色ユニット１００は前述した各部材１０１〜１０７を一構成要件としている。
【００４３】
本実施例において、照明装置１０１からの光束により照明された、例えば被検物１０９としてのキャリブレーション・パッチからの反射光は開口部（ルーバー）１０２を通過することで平行光束とされ、ハウジング１０７内に入る。
【００４４】
開口部１０２を通過した平行光束は平面回折光学素子１０３によって分光され、次いで凹面反射面１０４ａによって集光され、１次元光電変換素子１０５に波長ごとに集光する。
【００４５】
１次元光電変換素子１０５では波長ごとの光量を電気信号に変換し、その出力信号は、分光測色ユニット１００外の画像処理ユニット１０８に入力される。画像処理ユニット１０８は、入力されてきた色情報を演算処理し、演算結果をその後の画像処理にフィードバックしている。
【００４６】
本実施例では上記の如く平面回折光学素子１０３の複数の格子(回折格子）の配列方向と１次元光電変換素子１０５の複数の受光素子の配列方向とが同一方向となるように構成している。また夫々の素子の裏面（光束が到達しない面）を平面基盤１０６面上に接着又はビス等で固定している。
【００４７】
これにより本実施例では１次元光電変換素子１０５と平面回折光学素子１０３との位置精度が高く保持することができる。また温度変化等による膨張現象発生時も傾き変化を伴わず分光性能の劣化を防止することができる。
【００４８】
また本実施例では上記の如く平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５とが、それぞれ共有の平板より成る平面基盤（共有基盤）１０６の平面上に固定されている。
【００４９】
これにより異なる素材で作られた平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５であっても、位置精度を高く保持することができる。さらに温度変化等による膨張現象の発生時も傾き変化を伴わず分光性能の劣化を防止することができる。
【００５０】
尚、平面基盤１０６は単純な平板でよく、これにより容易に加工できる。また単純な形状であることから基盤のみならず、周辺部も小さくすることができ、装置全体の小型化に寄与できる。
【００５１】
また本実施例では上記の如く平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５との光路間に凹面反射鏡１０４を配置している。さらに平面回折光学素子１０３と凹面反射鏡１０４との間と、凹面反射鏡１０４と１次元光電変換素子１０５との間に空気層が形成されるように構成している。
【００５２】
これにより本実施例では、温度変化等に起因する熱膨張率の影響が少なくなるようにしている。
【００５３】
また本実施例では上記の如く１次元光電変換素子１０５を複数の受光素子（画素）を直線状に配列した１次元光電変換素子より構成している。
【００５４】
これにより光電変換素子の構造を必要十分なものとでき、高性能と簡素化を両立させている。
【００５５】
尚、光電変換素子の種別は特に限定されないが、複数の格子の配列方向にのみ受光素子が配列される１次元光電変換素子であれば良い。
【００５６】
本実施例における分光測色ユニット１００に温度変化があったとき、平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５との位置関係は、膨張により配列方向（図１の左右方向（Ｘ方向））へのズレが若干生じる。しかしながら、前記従来技術で述べた温度による傾斜ズレが生じることはない。
【００５７】
また、本実施例における分光測色ユニット１００は、図１の上下方向（Ｙ方向）への膨張も発生しないために、１次元光電変換素子１０５上に集光する光束のピントズレは生じない。これにより、温度変化が発生しても分光性能が劣化し難い構成となっている。
【００５８】
このように本実施例では上述した如く光電変換素子の複数の受光素子の配列方向と回折光学素子の複数の格子の配列方向とを同一方向とし、また光電変換素子と回折光学素子とを基盤面上に固定している。これにより本実施例では極めて小型で、部品点数も少なく、簡易な構成で、しかも温度変化時にも分光性能の劣化が少ない分光測色ユニットを実現している。
【００５９】
尚、本実施例は画像形成装置に限らず、分光測色ユニットとして例えば、デジタルカメラ等のホワイトバランス用センサ、その他の分光測色ユニットなどとしても使用できる。
【実施例２】
【００６０】
図２は本発明の分光測色ユニットをレーザービームプリンター等のカラー画像形成装置の一部に適用したときの実施例２の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６１】
本実施例において前述の実施例１と異なる点は、平面回折光学素子１０３の表面で格子が形成されていない部分１０３ａを平面基盤１０６の裏面１０６ｂに固定している。また１次元光電変換素子１０５の裏面１０５ｂを平面基盤１０６の表面１０６ａに固定したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００６２】
つまり本実施例では、平面回折光学素子１０３の表面の一部（光束が到達する側の面の一部）１０３ａを平面基盤１０６の裏面１０６ｂに固定している。また１次元光電変換素子１０５の裏面（光束が到達しない面）１０５ｂを平面基盤１０６の表面１０６ａに固定している。
【００６３】
本実施例の分光測色ユニット１００に温度変化があったとき、平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５の位置関係は、膨張により配列方向（図２の左右方向（Ｘ方向））へのズレが発生する。また、それと垂直の方向（図２の上下方向（Ｙ方向））が平面基盤１０６の厚さに応じてズレが若干発生するが、前記従来技術で述べた温度による傾斜ズレが生じることはない。
【００６４】
従来技術の傾斜ズレが発生した場合は、分光した波長に依存して（１次元光電変換素子１０５の位置によって）、光束のピントズレ量が異なるため、その後のデータ処理方法が複雑になる。
【００６５】
しかしながら、本実施例で発生しうるピントズレは波長に依存せず、ほぼ一律なのでデータ処理が必要となっても傾斜ズレの場合に比べて簡便なものとなる。
【００６６】
本実施例は、平面回折素子１０３や１次元光電変換素子１０５の外周形状を小型化できない場合、相互に重ね合わせることで分光測色ユニット１００をより小型化できる好適な手段である。
【００６７】
尚、本実施例では上述した構成に限らず、平面回折光学素子１０３の裏面１０３ｂを平面基盤１０６の表面１０６ａに固定し、１次元光電変換素子１０５の表面の一部１０５ａを平面基盤１０６の裏面１０６ｂに固定しても良い。
【実施例３】
【００６８】
図３は本発明の分光測色ユニットをレーザービームプリンター等のカラー画像形成装置の一部に適用したときの実施例３の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６９】
本実施例において前述の実施例１と異なる点は、平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５の基盤とを同一材料で一体的に形成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【００７０】
つまり同図において、３０３はハイブリッド素子であり、複数の格子が平面状に配列された平面回折光学素子１０３と複数の受光素子が１次元方向に配列された１次元光電変換素子１０５の基盤とが一体的に形成されている。
【００７１】
かつ１次元光電変換素子１０５の複数の受光素子の配列方向と平面回折光学素子１０３の複数の格子の配列方向とが同一方向となるように構成している。
【００７２】
本実施例において、照明装置１０１からの光束により照明された、例えば被検物１０９としてのキャリブレーション・パッチからの反射光は開口部（ルーバー）１０２を通過することで平行光束とされ、ハウジング１０７内に入る。
【００７３】
開口部１０２を通過した平行光束はハイブリッド素子３０３の平面回折光学素子１０３によって分光され、次いで凹面反射面１０４ａによって集光され、ハイブリッド素子３０３の１次元光電変換素子１０５に波長ごとに集光する。
【００７４】
ハイブリッド素子３０３の１次元光電変換素子１０５では波長ごとの光量を電気信号に変換し、その出力信号は、分光測色ユニット１００外の画像処理ユニット１０８に入力される。画像処理ユニット１０８は、入力されてきた色情報を演算処理し、演算結果をその後の画像処理にフィードバックしている。
【００７５】
本実施例では上記の如くハイブリッド素子３０３は平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５の基盤とを一体的に形成している。かつ１次元光電変換素子１０５の複数の受光素子の配列方向と平面回折光学素子１０３の複数の格子の配列方向とが同一方向となるように構成している。これにより本実施例では、極めて小型で、部品点数も少なく、簡易な構成で、しかも温度変化時にも分光性能の劣化が少ない分光測色ユニットを実現している。
【００７６】
この分光測色ユニットに温度変化があったとき、ハイブリッド素子３０３の平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５の位置関係は、膨張により配列方向（図３の左右方向（Ｘ方向））へのズレが若干あるが、実施例１以上のズレが生じることはない。
【００７７】
ハイブリッド素子３０３は半導体材料上に一般的なリソグラフィ技術にて形成することができる。また、１次元光電変換素子１０５をリソグラフィ技術で形成し、平面回折光学素子１０３をナノインプリンティング技術によって形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施例１の要部概略図
【図２】本発明の実施例２の要部概略図
【図３】本発明の実施例３の要部概略図
【図４】従来の分光測色ユニットを搭載した画像形成装置の要部概略図
【図５】キャリブレーション・パッチを印字した紙の概略図
【図６】従来の分光測色ユニットを用いた画像形成装置の一部分の要部概略図
【符号の説明】
【００７９】
１００  分光測色ユニット
１０１、６０１  照明装置
１０２、６０２  開口部（ルーバー）
１０３         平面回折光学素子
１０４         凹面反射鏡
１０５、６０５  １次元光電変換素子
１０６         基盤
１０７、６０７  ハウジング
１０８  画像処理ユニット
３０３         ハイブリッド素子
４０１         給紙ユニット
４０２         画像形成ユニット
４０３         画像処理ユニット
４０４         定着ユニット
４０５         分光測色ユニット
４０６         排紙ユニット
６０３         凹面反射回折光学素子
【図１】
2009270959.tif 000003
【図２】
2009270959.tif 000004
【図３】
2009270959.tif 000005
【図４】
2009270959.tif 000006
【図５】
2009270959.tif 000007
【図６】
2009270959.tif 000008