CN102193197A - 分光特性取得装置、图像评价装置、以及图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分光特性取得装置、图像评价装置、以及图像形成装置。其目的在于提供取入光量偏差少且接受光量大的高精度分光特性取得装置。该分光特性取得装置包括光照射装置(1-102)和(1-103)、透镜阵列(1-104)、针孔阵列(1-105)、成像装置(1-106)、衍射装置(1-107)、受光装置(1-108)、以及将多个分光传感器按照单一方向排列成一列的分光传感器阵列，该分光传感器具有按单一方向排列且接受分光特性不同的光的规定数量的像素，透镜阵列的透镜与针孔阵列的开口部一对一对应形成，而且该透镜在其排列方向上的开口值NA与成像装置的最大有效像角度θmax之间满足NA＞sin(θmax)关系。

Description

分光特性取得装置、图像评价装置、以及图像形成装置

技术领域

本发明涉及分光特性取得装置，该分光特性取得装置具有以线状取得读取对象体分光数据的分光传感器阵列，取得全幅图像的分光反射率以进行色彩检测，其主要用于对图像形成装置在图像载置介质上形成的图像进行评价。本发明还涉及具备该分光特性取得装置并用于评价图像形成装置输出结果的图像评价装置、以及搭载该图像评价装置的图像形成装置。

背景技术

目前存在各种图像形成装置，包括打印机、复印机、载有打印机及复印机并兼备通信功能的传真机、数字多功能机、印刷机等装置。这些装置采用各种图像形成方法，如电子照相方式、喷墨方式、感热方式等。而在产业打印领域中，数字化单页输纸机以及连续输纸机都取得了进展，采用电子照相方式、喷墨方式等各种产品被大量地投入市场。另一方面，在用户的需求从黑白打印转向彩色打印的过程中，图像的多元化以及高精致高密度要求有了进一步发展，而且随着送货上门服务形态的多样化的发展，高画质打印照片、产品介绍打印件、账单等的适合个人嗜好的广告宣传对高画质、个人信息保证、色彩重现也有了更高的要求。

在目前的市售产品中，关于提高画质技术方面的产品，有在电子照相方式的图像形成装置中搭载用于检测中间转印体或感光体上的定影前调色剂浓度的浓度传感器以稳定调色剂供应量。关于保证个人信息方面的产品，有利用照相机等拍摄输出图像并用文字识别或图像间差分来进行差异检测，该产品与图像形成方式无关。关于重现色彩方面的产品，有输出彩色小块，用分光计实行一点或多个点的色彩测定进行校准的产品等。

为了应对页间以及页内的图像变动，需要在整个图像区域中实行上述技术。

有关图像全幅测定的评价技术，例如有以下专利文献1至5公开的技术方案。

在专利文献1(JP特表2008-518218号公报)公开的“根据像素用光电方法来测定测定对象的测定装置以及扫描装置”中，设定一种机构，其排列多个线状受光元件，并让测定对象相对于检测系统移动，以测定全幅宽度的分光特性。此时，设定遮光壁，用于避免在受光元件之间发生来自检测对象区域的发射光形成的串扰(cross-talk)。

在专利文献2(JP特开2005-315883号公报)公开的“全幅阵列分光光度计、彩色检查对象的全幅扫描彩色解析方法、以及彩色打印薄片的完全横向扫描彩色解析方法”中，用具有不同波长带的光源连续照射图像全幅宽度，获得反射光，从而得到全幅分光特性。

在专利文献3(JP特开2002-310799号公报)公开的“印刷件的彩色墨水浓度检测方法以及彩色墨水浓度检测装置”中，对印刷面全幅宽度进行光照射，用线传感器照相机检测指定区域的浓度，平均后与基准浓度比较。

在专利文献4(JP特许第3566334号公报)公开的“图像处理装置以及方法”中，多次扫描原稿以及指定原稿，并用图像间逻辑加法等处理共同的色调信息，判断类似程度。

在专利文献5(JP特开2003-139702号公报)公开的“打印薄片上多色印刷图像浓度检测装置”中，对印刷面全幅宽度进行光照射，并用二元图像结构的CCD和衍射元件或者折射元件的组合来取得全幅分光特性。

在需要作全幅宽度图像色彩测定的情况下，通常考虑采用以下构成，即照射限定在不同波长带上的光并用区域传感器拍摄，或者设定多个摄像系统，限定入射到摄像系统的来自被检对象的反射光的波长。此时，在取得的对应多个波长带的图像中，如果图像之间作为被检对象的位置发生偏离，则无法正确地测定各个被检对象位置上的色彩信息。

对此，例如存在以下方法，可用于正确测定来自多个不同波长带的图像的色彩信息，即将在各图像的被检对象位置上取得的发射光量的强度与作为基准的现图像或原稿数据进行对比、或者根据各图像的被检对象位置上取得的发射光量的强度进行维纳推定，推测连续分光特性等方法。为此，如果各个图像中以不同位置为被检对象，则与基准之间的比较，或者连续分光特性的推定，均会发生误差，造成测定精度下降。

在现有技术中，上述专利文献1为线状测定系统，该系统是用于以全幅宽度检测被检对象的图像色彩的一般构成，但是，该技术方案不具备减少各个波长带上所得到的图像的位置偏离的措施。

关于专利文献2，在用具有不同波长带的光源发射的连续照射光照射被检对象并取得被检对象的反射光的构成中，因时间轴发生偏离，无法对被检对象上的相同位置进行检测。在此，即便假设该构成中具有多个光源和受光系统的组合，在波长带不同的各个图像的被检对象位置上也可能发生偏离。此外，还有利用不同颜色进行过滤处理多列检测器的构成，与上述相同，该构成同样会发生多种色彩之间的图像位置偏离所造成的问题。

关于专利文献3，该技术方案与取得全宽度色彩信息的构成相同，但是，虽然能够通过平均检测区域浓度处理来设定代表值，但是无法保证被检对象的色彩分布。

关于专利文献4，其通过对各个波长带进行原稿和被检对象的图像间运算来进行比较和判断，但是无法确定被检对象的色彩变动。另外，即使用个别获得的图像色彩信息重新构成图像，也无法判断实际的被检对象中是否发生色彩变动。

关于专利文献5，其用具有二元像素结构的CCD，在一个方向上取得图像数据，并在另一方向上取得分光特性，测定全幅色彩信息。但是，具有二元像素结构的CCD由于数据读取特性上的约制，使得线传感器的读取速度大幅度减缓，因此，在读取对象体的色彩信息的取得速度上存在很大的约制。

如上所述，目前的读取对象体分光信息的全宽度测定分光传感器难以同时实现高速读取和保证分光精度。

为了解决上述现有技术中的问题，本发明人首先在在先发明JP特愿2009-260259中提出了一种分光特性取得装置，其构成为包括：光照射装置，其对读取对象体进行光照射；分光装置，对光照射装置照射读取对象体的照射光的扩散反射光中的至少一部分进行分光；受光装置，用于取得经过分光装置分光的扩散反射光，其中，该受光装置构成沿着一个方向排列多个分光传感器的分光传感器阵列，该分光传感器具有预定数量的像素，这些像素沿着一个方向排列且接受分光特性互不相同的光。

该在先发明中的具体构成例如图1所示。图1的分光特性取得装置包括未图示线照明光源、线传感器0-101、衍射元件0-102、第一成像装置即成像光学系统0-103、具有多个针孔的针孔阵列0-104、以及第二成像装置即自聚焦透镜0-105。由线照明光源照射并经图像载置体如纸张等0-106扩散反射的光经由自聚焦透镜，被引导到针孔阵列0-104。从针孔阵列0-104中的多个针孔射出的光通过成像光学系统0-103汇聚，并通过衍射元件0-102分光后，在线传感器0-101上成像。在线传感器上多个分光单元呈并列结构，并被设置为使得从一个针孔发射的像入射到一个分光单元。

上述在先申请的发明中，如图1所示，也使用类似自聚焦透镜阵列0-105那样的等倍成像元件作为第二成像光学系统，其优点如下。

(1)即使针孔阵列0-104的周期不同于等倍成像元件的周期，读取对象体的像也能够在针孔阵列上成像。

(2)等倍成像与针孔之间不需要严密的位置关系。

但是，图1的光学系统中存在分光单元之间发生取得光量偏差的问题。这是因为，自聚焦透镜阵列0-105的周期与针孔阵列0-104的周期不同，造成射出光的角度成分之间不均一，成像光学系统中能够偶接的光量随位置而变化。下面利用图2A和图2B进一步详细说明。

图2A显示自聚焦透镜阵列的一个透镜中心与针孔中心一致时的光路模式图(图2A的上图)、以及从针孔射出的光的角度分布图(图2A的下图)。图中的斜线部表示光路。由于针孔中取入来自多个透镜的光，因此射出角度分布中形成多个峰。而第一成像装置即成像光学系统的入射孔有限，因此能够取入其中的中心(射出角度为0)附近范围。

接着，图2B显示自聚焦透镜阵列的一个透镜中心与针孔中心不一致时的情况。射出角度分布为中心部强度小，该中心周围强度大。其结果，与透镜中心与针孔中心一致时相比，成像光学系统能够取得的光量较低。因此，针孔阵列的周期与自聚焦透镜阵列的周期不同时便会发生光量分布偏差。

除上述以外，还存在以下问题。图1所示的线分光传感器中，从感区中心到感区端部，即随着相对于成像透镜的像高的增大，能够被成像光学系统取入的从针孔射出的光的射出角度越大。例如，如图3所示，感区端部能够取入的射出角度范围变成为以更大的射出角度为中心的区域，因此，相比于感区中心，感区端部的取入光量较少。而且在中心与端部之间的区域中，射出角度分布不均匀的发生造成取入光量的不均匀。该问题在为了解决此前叙述的问题而将自聚焦透镜阵列的透镜间距与针孔间距设置为一致时仍然会发生。

上述问题最终将导致如图4所示，相对于像高的最大取入光量将发生周期性变动，而且在高的像高中将发生光量降低。在此，像高是指对于成像光学系统的像高，最大像高是指有效感区中的最大像高。而针对这些问题，在先发明中没有任何有关具体解决方法的描述。

进而，还进一步存在以下问题。如图1所示，对于感区中心部，成像光学系统最终取得来自图像载置体的垂直扩散反射光，而对于感区端部，成像光学系统则取得来自图像载置体的倾斜扩散反射光。通常，打印图像具有偏角分光特性即分光特性的扩散方向的依存性。为此，在图1所示的结构中，有可能因偏角分光特性引起感区中心部的分光特性取得结果与感区端部的分光特性取得结果之间产生误差。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出以下技术方案，其目的在于解决在先发明留下的课题，提供一种能够减少取得光量偏差并增加受光量的高精度分光特性取得装置。

本发明还以提供不受偏角分光特性影响的分光特性取得装置为目的。

上述目的具体如下。即本发明的目的在于，提供一种能够在进行全幅测定读取对象体的分光特性时解决上述问题、并且整个感区中的光量偏差小且受光量大的高精度分光特性取得装置。

本发明的目的还在于提供具有更高的空间分辨能力的分光特性取得装置。

进而，本发明的目的还在于提供整个感区不易受到偏角分光特性影响的分光特性取得装置。

进而，本发明的目的还在于提供测定精度较少受到读取对象体与透镜阵列之间距离存在的位置偏离的影响的分光特性取得装置。

进而，本发明的目的还在于提供元件数量的减少或振动等引起的元件之间位置偏离、或者热膨胀引起的位置偏离不易使得性能恶化的分光特性取得装置。

进而，本发明的目的还在于提供迷光影响较少并具有更高精度的分光特性取得装置。

进而，本发明的目的还在于提供更加便于透镜阵列制造的分光特性取得装置。

最后，本发明的目的还在于提供具备上述分光特性取得装置并能够达到上述目的的图像评价装置、以及搭载该图像评价装置的图像形成装置。

为了达到上述目的，本发明提供以下(1)～(12)的技术方案。

(1)本发明的一个方面在于，提供一种分光特性取得装置，其特征在于，构成为包括：光照射装置，其对读取对象体进行光照射；透镜阵列，构成为排列多个透镜，该透镜取入所述读取对象体反射的扩散反射光中的一部分光；针孔阵列，构成为在遮光部件上将多个开口部排列成一列，该遮光部件接受从透镜阵列射出的光；成像装置，使得所述针孔阵列上的像在规定位置上成像；衍射装置，使得所述成像装置取入的光按照波长向不同方向传播；以及，受光装置，其设置在被所述成像装置成像的所述像的附近，用于取得所述衍射装置衍射的所述扩散反射光，所述受光装置构成为按照单一方向排列多个分光传感器的分光传感阵列，所述分光传感器具有按照单一方向排列的规定数量的像素，该像素用于接受分光特性互不相同的光，构成所述透镜阵列的透镜与所述针孔阵列的开口部一对一地对应形成，而且该透镜阵列的透镜在该透镜排列方向上的开口值NA与所述成像装置的最大有效像角度θmax之间满足以下关系，NA＞sin(θmax)。

(2)本发明的另一个方面在于，提供根据上述(1)所述的分光特性取得装置，其特征在于，构成所述透镜阵列的透镜被设置在可使得所述读取对象体表面和所述针孔阵列的开口部成像的位置，该透镜的成像倍率M与所述针孔阵列的间距p以及该针孔阵列的排列方向上的开口距离d之间满足以下关系，M＜d/p。

(3)本发明的另一个方面在于，提供根据上述(2)所述的分光特性取得装置，其特征在于，所述针孔阵列的开口部中至少一部分相对于对应的透镜的中心光轴偏心，该偏心的偏心量随开口部所处部位而变。

(4)本发明的另一个方面在于，提供根据上述(1)所述的分光特性取得装置，其特征在于，所述针孔阵列的开口部被设置在对应的透镜的焦点位置附近。

(5)本发明的另一个方面在于，提供根据上述(1)所述的分光特性取得装置，其特征在于，所述针孔阵列与所述透镜阵列形成在同一块基板上。

(6)本发明的另一个方面在于，提供根据上述(1)所述的分光特性取得装置，其特征在于，在所述读取对象体与所述透镜阵列之间设置掩模，该掩模中形成与所述透镜阵列中的各个透镜一对一相对应的透过部。

(7)本发明的另一个方面在于，提供根据上述(6)所述的分光特性取得装置，其特征在于，所述透过部中的至少一部分透过部相对于对应的透镜的光轴偏心，并且随着离开成像透镜的光轴中心，该偏心的偏心量逐渐变大。

(8)本发明的另一个方面在于，提供根据上述(6)所述的分光特性取得装置，其特征在于，所述掩模被一体形成在所述透镜阵列上。

(9)本发明的另一个方面在于，提供根据上述(7)所述的分光特性取得装置，其特征在于，在构成所述透镜阵列的透镜上形成仅对通过所述掩模的透过部的光束所对应的区域起到透镜作用的透镜面。

(10)本发明的另一个方面在于，提供根据上述(1)至(9)中任意一项所述的分光特性取得装置，其特征在于，构成所述透镜阵列的透镜具有菲涅尔透镜形状。

(11)本发明的另一个方面在于，提供一种图像评价装置，用于评价图像载置介质上以多种颜色形成的图像的色彩，其特征在于，包括：分光特性取得装置，其为权利要求1至10中任意一项所述的分光特性取得装置；输送装置，其输送所述图像载置介质；以及，图像评价装置，其根据所述分光特性取得装置取得的分光特性来评价所述图像的色彩。

(12)本发明的另一个方面在于，提供一种图像形成装置，用于在图像载置介质上形成图像，其特征在于，其中搭载权利要求11所述的图像评价装置，并进行改图像评价装置的评价结果的反馈。

上述(1)所述的分光特性取得装置中透镜阵列中的各个透镜与针孔阵列的各个开口部一对一地对应形成，透镜阵列中各个透镜的NA满足关系NA＞sin(θmax)。这样，从针孔阵列的各个开口部射出的光的射出角度分布呈现为均匀且平缓的分布，整个感区中能够在成像光学系统中耦合的取入光量大致一定，从而实现整个感区中的取入光量偏差较少的分光特性取得装置、图像评价装置、以及图像形成装置。

在上述(2)所述的分光特性取得装置中，透镜阵列的透镜使得读取对象体表面与针孔阵列的开口部之间形成成像关系。而且该透镜的成像倍率M与针孔阵列的间距p以及该针孔阵列的排列方向上的开口距离d之间满足M＜d/p关系。这样，各个分光单元能够以图像载置介质上互不重叠区域作为感区，实现空间分辨率高的分光特性取得装置。

在上述(3)所述的分光特性取得装置中，针孔阵列的多个开口部相对于对应的透镜的中心光轴偏心，该偏心的偏心量随开口部所处部位而变。这样，即便是有限系统的光学构成，其取入的光也主要为从图像载置介质垂直射出的光，从而实现不受偏角分光特性影响的分光特性取得装置。

在上述(4)所述的分光特性取得装置中，针孔阵列的多个开口部被设置在对应的透镜焦点位置附近。为此，针孔阵列、透镜整列、以及图像载置介质之间的关系成为无限系统的光学设置，图像载置介质与微型透镜阵列之间的距离即便发生变动，也将很少影响测定结果，从而获得鲁棒性高的分光特性取得装置。

在上述(5)所述的分光特性取得装置中，针孔阵列与透镜阵列形成在同一块基板上。这样能够获得元件数量少且不易受到机械性振动或热膨胀影响的分光特性取得装置。

上述(6)所述的分光特性取得装置中，在读取对象体与透镜阵列之间设置掩模，该掩模中形成与透镜阵列中的各个透镜以一对一地相对应的透过部。为此，能够减少针孔阵列或透镜阵列的表面发生的多次反射或散乱之后被成像透镜取入的迷光，获得具有更高精度的分光特性取得装置。

上述(7)所述的分光特性取得装置中，掩模的透过部相对于对应的透镜的光轴偏心，而且该偏心的偏心量根据透过部的部位而不同。这样，掩模面能够遮挡更多的不需要的光，从而使得上述(6)所述的分光特性取得装置能够进一步减小迷光影响。

在上述(8)所述的分光特性取得装置中，掩模被一体形成在透镜阵列上。这样能够获得元件数量少且不易受到机械性振动或热膨胀影响的分光特性取得装置。

在上述(9)所述的分光特性取得装置中，构成透镜阵列得透镜呈一部分欠缺形状，这样能够减小透镜的深度方向的高度的最大值，获得便于制造的分光特性取得装置。

在上述(10)所述的分光特性取得装置中，构成透镜阵列的透镜具有菲涅尔透镜形状。这样能够减小透镜的深度方向的高度的最大值，获得便于制造的分光特性取得装置。

上述(11)所述的图像评价装置包括：分光特性取得装置，为上述(1)至(10)中任意一项所述的分光特性取得装置；输送装置，其输送所述图像载置介质；以及，图像评价装置，其根据所述分光特性取得装置取得的分光特性来评价所述图像的色彩，为此能够实现高速且不受位置偏差影响的图像评价装置。

上述(12)所述的图像形成装置搭载上述(11)所述的图像评价装置，并通过进行改图像评价装置的评价结果的反馈，在图像形成过程中加以补偿。这样，能够提供整个图像区域上没有色彩变动的高质量图像，进行色彩的自动校准，稳定图像形成装置的动作。

附图说明

图1是在先发明的分光特性取得装置的结构示意图。

图2A和图2B是用于说明在先发明的分光特形取得装置中存在的问题的图。

图3是用于说明在先发明的分光特形取得装置中存在的问题的图。

图4是用于说明在先发明的分光特形取得装置中存在的问题的图。

图5是模式性显示分光特性取得装置的结构的正视图。

图6是图5所示分光特性取得装置1-100的侧视图。

图7是显示线传感器以及线传感器的入射光的状态的模式图。

图8是显示从入射面方向观察时的线传感器以及入射到线传感器上的入射光的状态的模式图。

图9是微型透镜阵列以及针孔阵列的详细构成示意图。

图10是另一例微型透镜阵列以及针孔阵列的详细构成示意图。

图11A和图11B是显示光从针孔阵列1-105的针孔射出后的扩散范围的模式图，其中，图11A显示采用NA较小的透镜时的扩散范围，图11B显示采用NA较大的透镜时的扩散范围。

图12是一个透镜仅取入从一个针孔的射出光的状态的示意图以及射出光的射出角度分布图。

图13是感区周围的取入光量的分布图。

图14是一例在作为有限系统的情况下，针孔阵列和微型透镜阵列以及图像载置介质之间的设置的示意图。

图15是另一例显示在有限系统的光学系统的情况下，针孔阵列的多个开口部被设置为相对于对应的透镜的中心光轴偏心的示意图。

图16是一例显示在无限系统的光学系统的情况下，针孔阵列的多个开口部被设置为相对于对应的透镜的中心光轴偏心的示意图。

图17是用于说明在针孔阵列和微型透镜阵列之间发生散乱光的示意图。

图18是设置具有与微型透镜阵列的透镜相对应的多个透过部的掩模的示意图。

图19是掩模形状的改良实施例的示意图。

图20是在微型透镜阵列的透镜部上直接形成掩模的构成例的示意图。

图21是本发明的其他实施例的示意图。

图22是本发明的其他实施例的示意图。

图23是仅在掩模的透过部以及其周围形成透镜形状的一部分的构成例的示意图。

图24是将微型透镜阵列的一部分或者全部形成为菲涅尔透镜的构成例的示意图。

图25是一例本发明的图像评价装置的构成的示意图。

图26是搭载了图25所示的图像评价装置的图像形成装置的示意图。

具体实施方式

以下利用图示的实施例详细说明本发明的实施方式。

实施例

图5和图6显示了本发明的分光特性取得装置的一个实施例。其中，图5模式性显示分光特性取得装置1-100结构的正视图，图6是图5所示分光特性取得装置1-100的侧视图。在以下的描述中使用的x方向、y方向、z方向为表示在图中的坐标方向。

在图5和图6中，图像载置介质如纸张等1-101上的图像受到光照射装置在整个感区上展开的线状照射，该光照射装置由LED(发光二极管)阵列形成的线形照明光源1-102以及透镜1-103构成。关于线形照明光源1-102，例如可以使用在几乎所有的可视光区域中均具有强度的白色LED阵列。另外，还可以用冷阴极管等荧光灯或灯泡光源作为线形照明光源1-102。但是，对于线形照明光源1-102，优选使用能够发射分光所需要的波长区域的光，并且能够均匀地照射到整个感区的光源。

直准透镜1-103具有将线形照明光源1-102发射的光作为大致平行的平行光照射到图像载置介质1-101上的功能，或者具有聚光及照射功能。线形照明光源1-102以及直准透镜1-103的构成只不过是涉及本发明的光照射装置的一个代表例，在此还可以省略直准透镜1-103。

图像载置介质1-101上的图像通过微型透镜1-104在针孔阵列1-105上成像。但此时并不需要在针孔阵列1-105上正确成像。有关微型透镜的形状或光路，将在以下详述。

透过针孔阵列1-105的后光受到成像装置及即成像光学系统1-106以及衍射元件1-107分光，而后，作为针孔阵列1-105的像在线传感器1-108的像素上成像。图5和图6中的虚线显示了光从图像载置介质1-101扩散反射后通过针孔阵列1-105的具有代表性的光路。

成像装置是指具有一根光轴的成像光学系。例如不包含如透镜阵列或自聚焦透镜阵列之类的阵列光学系统。此外，还可以考虑使用在针孔阵列1-104和传感器之间采用阵列光学系的结构，例如专利文献6(JP特开2008-256694号公报)中示有类似结构。

该专利文献6公开了由第一透镜阵列、设于每个透镜上的收缩开口、设于每个收缩开口上的第二透镜阵列、衍射光学元件、以及受光元件等构成的分光装置。

为了对打印机或复印机等的输出图像进行色彩测定，需要将图像区域的全幅作为感区，而如果采用阵列光学系统，则通常需要有与感区同幅的传感器。然而，这样的传感器很难制作，如果一定要制作，则需要将多个传感器连接起来，而连接部分可能会缺乏像素。对此，在采用非阵列光学系统的成像光学系统的构成中，将成像光学系统作为缩小光学系统，从而能够利用小型传感器来进行大范围传感。

线传感器1-108具有受光功能，其能够取得经由以多个像素构成的衍射元件1-107入射、并具有规定波长带的扩散反射光的光量，关于线传感器1-108，例如可以使用MOS(金属氧化物半导体元件)、CMOS(互补金属氧化物半导体元件)、CCD(电荷耦合元件)、PDA(光电二极管阵列)等元件。

图7是示例显示线传感器1-108的像素结构的模式性示意图。在图7中，线传感器1-108形成沿x方向将多个像素排列成一列的像素构造。线传感器1-108是以第一分光传感器、第二分光传感器、第三分光传感器等多个传感器排列形成的分光传感器阵列。各个分光传感器分别具有一组沿着x方向排列的N个像素。第一分光传感器、第二分光传感器、以及第三分光传感器等分别具有N个像素，用于接受分光特性互不相同的光。以上结构构成分光特性取得装置1-100。

衍射元件1-107位于线传感器1-108附近，如图7中模式性地以虚线显示的光路所示，通过在x方向对入射光进行衍射，光能够入射到线传感器1-108中的N个像素上。关于衍射元件1-107，例如如图7所示的在透明极板上周期性形成截面形状呈锯齿形的构造。如果设定衍射元件1-107的锯齿形状部周期为d，则以角度θin入射衍射元件且波长为λ的光以用下式1表示的角度θm进行衍射。

sinθm＝m(λ/d)+sinθin    (式1)

式1中的m表示衍射元件的衍射次数，可以取正负整数值。

出于上述式1表示的衍射角θm对波长的依存性，具有不同分光特性的光能够入射到构成分光传感器的N个像素上。

进而，为了防止在衍射元件1-108与线传感器1-108之间未发生衍射的0次光、2次衍射光、一1次衍射光等入射传感器而造成精度下降，优选设置遮光部。进一步优选构成为衍射方向相对于传感器的像素排列方向呈一定角度的倾斜，以形成衍射光栅。对此以下利用图8进行说明。

图8模式性地显示了从入射面方向观察时的线传感器1-108以及入射到线传感器1-108上的入射光的状态。图8中，图7所示的透过衍射元件1-107的光中除了需要的衍射光即一次光以外，还有强度比一次光弱的0次光、-1次光、±二次光等。衍射元件的衍射方向如图8所示，相对于x方向倾斜角度为α。衍射元件的具体设置如图7所示，衍射元件1-107的衍射矢量方向在xy平面内且相对于x方向倾斜角度α。由此，衍射元件便能够被设置为一次光入射线传感器1-108而0次光、-1次光、±二次光等几乎不入射。进而，设置用于遮挡上述不入射衍射元件1-108的光的遮光部将更加有效。

图6所示的光学系统即所谓45/0光学系统，该光学系统的照明光源1-102发射的照明光以大约45°的倾斜入射图像载置介质1-101，而且，线传感器1-108在垂直方向上接受来自图像载置介质的扩散反射光。但是，光学系统的结构并不局限于图6所示的结构。例如，还可以将照明光源1-102发射的照明光相对于图像载置介质垂直入射，而线传感器1-108则以45°方向从图像载置介质受光，即所谓0/45光学系统等。

针孔阵列1-105具有矩形缝隙排列成一列的构造，该矩形缝隙为遮光部上的多个透光的开口部。从一个缝隙射出的光线的光路如图7中的虚线所示，入射到线传感器1-108的N个像素之中。1个缝隙与1个缝光传感器相对应，针孔面与线传感器1-108的受光面之间为成像关系。进而，由于缝隙以及N个像素分别排列形成，因而能够对应分光传感器阵列。

以上述实施方式构成的分光特性取得装置1-100，能够在较宽的线形范围内取得分光特性。

<本发明(1)的具体实施方式>

下面说明微型透镜阵列1-104以及针孔阵列1-105的详细构成。如图9所示，针孔阵列1-105具有沿x方向排列多个开口2-101的结构，微型透镜阵列1-104中多个透镜2-102与上述开口2-101一对一地对应排列。

针孔阵列1-105的开口2-101的形状除了圆形之外，还可以是椭圆形、长方形、正方形等各种形状。尤其优选x方向比y方向长的长椭圆形或长方形，这样的形状有利于减少微型透镜整列1-104和针孔整列1-105在y方向的装配误差的影响。关于针孔整列1-105，可以使用开有孔的黑化处理金属板，或在玻璃基板上以规定形状形成含铬或炭的树脂等的黑色部件的部件等。

微型透镜整列1-104构成为在基板上排列多个以微小凹凸形成的透镜，既可以是丙烯酸树脂或烯烃树脂等透明树脂的成型品、也可以是透明玻璃通过成型或蚀刻等方法形成的成型品，进而还可以是在透明基板上用透明树脂成型形成的成型品。尤其优选不易受到热膨胀影响的在透明基板上用透明树脂成型形成的成型品。另外，为了获得较宽的感区，需要制作在x方向较长的微型透镜阵列，为此，可以采用沿x方向连接多个部件等方法来排列形成的微型透镜阵列。

进而，如图10所示，还可将微型透镜阵列1-104和针孔阵列1-105形成在同一基板的正反面。如上所述，在本发明的结构中，构成微型透镜阵列1-104的透镜和构成透镜阵列1-105的开口部以一对一相对应，该结构与自聚焦透镜阵列的结构不同，容易受到位置偏离的影响。为此，图6所示将针孔阵列1-105和微型透镜阵列1-104形成在同一基板上，不但具有减少元件的效果，而且能够防止机械振动或热膨胀引起的位置偏离。

构成微型透镜阵列1-104的透镜2-102的开口值NA需要满足以下式2表示的条件。

NA＞sin(θmax)  (式2)

在此，θmax为成像透镜的最大像角度，更加具体来说，即如图11A和图11B所示，在线传感器1-108能够取得的感区以内、从成像光学系统的入射孔3-101的中心观察到的、位于针孔阵列1-105的针孔面上最边缘的端部区域(最大物高)的角度。图11A和图11B中的阴影部模式化地表示了光从针孔阵列1-105的针孔射出后的扩散范围，其中，图11A显示采用NA较小的透镜时的扩散范围，图11B显示采用NA较大的透镜时的扩散范围。光从针孔射出后的扩散角度θL受到透镜NA的限制，可用以下式3近似表示。

sin(θL)＝NA  式3

由此可知，在感区端部中如果要通过成像透镜来确保充分的光量，则需要满足上述式2，即需要θL大于θmax。

在下述存在带有透过部的掩模时，上述说明中的透镜的开口值NA仍然指掩模不存在时能够确保的最大开口值，而不是受到掩模限制的开口值。此外，当x方向的透镜曲率和y方向的透镜曲率不同等时，可以考虑不同方向的开口值取不同值，但是，上述式2中的NA表示透镜以及针孔的排列方向即x方向的开口值。

如上所述，本发明的分光特性取得装置1-100中以一对一形成针孔阵列1-105的开口部2-101和微型透镜阵列1-104中的透镜2-102，为此，不会发生开口部间隔和透镜间隔不一致所引起的取得光量的周期性偏差。而且，本发明不同于图2A和图2B所示的自聚焦透镜阵列，没有把来自多个透镜的光会聚到针孔以提高实际开口值的透镜，在本发明的构成中，如图12的上图所示，一个透镜2-102仅取入从一个针孔2-101射出的光，为此，如图12的下图所示，针孔的射出光的射出角度分布比较平缓。因此，不会发生如上所述的在感区边缘端部发生的光量分布偏差。

因此，最终取入的光量的分布如图13所示，在整个感区内不存在大幅度变动。

接着，为了形成具有高空间分辨率的分光特性取得装置，考虑采用感区对象即图像载置介质表面与针孔阵列1-105的各个开口部之间形成为成像关系的结构。以下的说明中将这样的光学系统成为有限系统。

在有限系统中，如图14所示，针孔阵列1-105与微型透镜阵列1-104之间的距离a、以及微型透镜阵列1-104与图像载置介质1-101之间的距离b分别保持预定距离，保证成像关系。图像载置介质上与针孔阵列1-105的开口部2-101具有成像关系的区域4-101在图14中为以粗线表示的范围，区域4-201为与开口部2-101的相邻开口部具有成像关系的区域，若要获得空间分辨率高的分光特性取得装置，则优选该区域4-101和区域4-201不重叠。

为此，成像倍率M与针孔阵列1-105的间距p、以及针孔阵列1-105排列方向上的开口距离d之间需要满足以下式4。

M＜d/p  (式4)

进而，为了使本发明的分光特性取得装置不易受到偏角分光特性的影响，需要构成能够主要取得整个感区范围中从图像载置介质上垂直射出的光。

为了解决上述问题，图15进一步显示本发明的改良实施例。在图15中，针孔阵列1-105的多个开口部形成为相对于透镜的中心光轴偏心。而且，偏心量随部位不同，如图15中的左图所示，在感区中心部偏心量为0，而如图15的右图所示，在感区端部偏心量变大。

在图15中的左图中，通过位于感区中心部的开口部4-201后被成像光学系统取得的光的主光线4-202平行于z方向，而在图15的右图中，通过位于感区端部的开口部4-203后被成像光学系统取得的主光线则相对于z方向倾斜。要在感区端部也取得图像载置介质1-101上垂直射出的光，则需要构成为使得主光线4-204通过透镜后侧焦点位置。

在有限系统中，透镜后侧焦距f小于针孔阵列1-105与微型透镜阵列1-104的主平面之间的光学距离a，为此，要达到上述目的需要针孔阵列1-105的开口部相对于对应的透镜中心光轴偏心。而且，通过开口部后入射到成像系统中的光的主光线的角度随着感区部位而变，越是接近感区端部，该主光线在成像光学系统上的入射角度越大，因此，优选形成该偏心量也随着接近感区端部而变大的结构。

还可以采用与有限系统不同的结构，即在构成微型透镜阵列1-104的各个透镜后侧焦点位置附近设置针孔阵列1-105的开口部。在以下的说明中将该光学系统称为无限系统。

图16显示无限系统的实施例。在图16中，微型透镜阵列1-104的各个焦点位置附近形成针孔阵列1-105的开口部。

在无限系统的构成中，图像载置介质1-101与微型透镜阵列1-105之间的距离发生变动时，测定结果受到的影响较少，能够形成鲁棒性高的装置。而且，无限系统的构成与有限系统不同，即便不将针孔阵列1-105的开口部与微型透镜阵列1-104的透镜光轴偏心，也能够使得分光特性取得装置不受到偏角分光特性的影响。为此，减轻了制造上的复杂性。另一方面，相比于有限系统，无限系统的构成不易提高空间分辨率，而且光量也容易变得比有限系统的构成小。

因此，需要根据用途来使用无限系统或使用有限系统的构成。进而，还可以考虑采用针孔阵列1-105与微型透镜阵列1-104之间距离可以改变的可变构成。

下面进一步说明更加优选的实施例。

如上所述，在针孔阵列1-105的开口部与微型透镜阵列1-104的透镜形成为一对一对应的结构中，从没有透镜的部分入射的光或从其他透镜入射的光会发生散乱、或者经过多次反射后从针孔阵列1-105射出。这类光属于杂质成分，为分光特性取得装置精度下降的原因。

例如，存在从图17中以箭头表示的透镜形成部以外部分入射、并经过针孔阵列1-105开口部以外的部位以及透镜表面反射后入射到开口部的光。为了减少这类光，提高分光特性取得装置的精度，如图18所示，可采用在微型透镜阵列1-104和图像载置介质1-101之间设置掩模5-201的结构，该掩模具有与微型透镜阵列1-104的透镜相对应的多个透过部。这样能够遮挡图17中以箭头表示的迷光。

以下利用图19说明关于掩模形状的改良实施例。如图15的说明，通过位于感区中心部的开口部4-201后被成像光学系统取得的光的主光线4-202平行于z方向，通过位于感区端部的开口部4-203后被成像光学系统取得的主光线则相对于z方向倾斜。掩模5-210优选被构成为能够最大限度地遮挡除了被光学系统取入的光以外的光，为此，掩模5-201的透过部位于感区中心部时如图19A所示，相对于透镜光轴的偏心量为0，而位于感区端部时则如图19B所示偏心量变大。从图19B可知，掩模5-201的透过部中心的偏心方向与针孔开口部偏心方向相反。

越是接近感区端部，通过开口部后入射到成像光学系统的光的主光线的角度越大，为此，优选构成为偏心量也随之越是接近感区端部越大。而且，在上述中描述了无限系统构成不需要针孔偏心，但是掩模5-201中透过部中心部偏心的结构在在无限系统中也有效。

作为掩模5-201的遮光部，可以使用开孔的金属或黑色树脂材料、玻璃或透明塑料等上涂布设有图案的金属膜或者树脂等部件。进而优选如图20所示，在微型透镜阵列的透镜部上直接形成掩模。

图20显示一例将针孔阵列1-105以及微型透镜阵列1-104一体形成在长尺寸基板上。此时，针孔阵列1-105以及微型透镜阵列1-104的排列方向的所需长度需要比将要测定的范围更长，例如，用于测定A3的短边方向宽度(297mm)区域的分光特性取得装置，其长度需要在300mm以上。

在上述长尺寸基板上形成多个微型透镜阵列1-104的制造比较困难，会发生制造设备变大，成品率下降的问题。因此，当需要降低制造成本时，可以考虑排列多个短基板形成微型透镜阵列。

此时的实施例如图21所示。在图21具有微型透镜阵列1-104以及针孔阵列1-105的第一芯片A-101、第二芯片A-102、第三芯片A-103互相粘结固定。在粘结的连接部A-104将发生以下问题，即从基板端面进入的迷光造成对测定结果发生不良影响，通过该连接部的光到达线传感器，形成闪光。为了避免这些问题的发生，优选用黑色树脂充填连接部A-104。

但是，上述构成中仍然会残余微少的光透过连接部的黑色树脂，成为发生闪光的原因，引起测定误差。图22显示能够减小连接部影响的构成。在图22中，针孔阵列1-105形成在没有连接部的一体的长尺寸基板A-201上，并且形成具有微型透镜阵列的第一芯片A-202、第二芯片A-203、第三芯片A-204。该构成能够使得从连接部泄漏的光完全被针孔阵列1-105的遮光部挡住。

本发明的分光特性取得装置为了实现装置的小型化，缩短针孔阵列面与传感器面之间的距离，需要加大成像光学系统的像角度。从上述式2可知，若要加大成像光学系统的像角度，则需要增大微型透镜阵列1-104的透镜的开口值。这样必须制作深度高度高的微型透镜阵列，而利用蚀刻等方法制作这种微型透镜阵列比较困难。

为了解决上述问题，形成便于制造的结构，可以考虑将微型透镜阵列1-104的透镜形成为其中一部分欠缺形状。

如图19的说明，本发明中，微型透镜阵列1-104与图像载置介质1-101之间形成具有多个透过部的掩模5-201。微型透镜阵列1-104的透镜之中仅一部分被使用，其余的透镜因掩模5-201的遮挡在功能上成为不需要的透镜。因此，如图23所示，构成为仅在掩模5-201的透过部以及其周围形成透镜形状的一部分、而其它部分不形成透镜，这样的结构在功能上没有任何问题。该构成可减少透镜深度方向的高度，便于制造。

进而如图24所示，将微型透镜阵列1-104的一部分或者全部形成为菲涅尔透镜也有效果。

在本发明的分光特性取得装置中，上述线传感器1-108中的一个分光传感器的像素数量N越多，越能获得详细的测定结果，因此，本发明的分光特性取得装置优选象素数量N多分光传感器来构成线传感器。但是，在线传感器1-108的像素数量一定的情况下，如果增加N则必然分光传感器的数量减少。因此，在本发明的分光特性取得装置中，尤其是以测定色彩为目的的分光特性取得装置中，优选进行将N数值抑制到最小并用维纳推定等推定方法来推定分光分布的处理。

关于分光推定处理存在多种方法，例如，非专利文献1《数字彩色图像的解析及评价》(东京大学出版会，154页-157页)描述了各种分光推定处理的方法。

在此例举从一个分光传感器的输出vi来推定分光分布的方法。r＝Gv表示设有构成一个分光传感器的N个像素的信号输出vi(i＝1～N)的行矢量v、和设有从转换行列G开始的各个波长带的分光反射率(例如400～700nm中10nm间距的31个)的行矢量r。

转换行列G可通过对分光分布已知的多个(n个)试样预先放置分光分布的行列R、以及用本测定装置测定相同试样时放置v的行列V，用最小二乘法求出误差的最小二次范数||||2来获得。

R＝[r1，r2，，rn]

V＝[v1，v2，，vn]

e＝||R-GV||2→min

以V为说明变数、R为目的变数的从V到R的回归公式的回归系数行列G可通过给与行列V的最小二次范数解的Moore-Penrose的一般化逆行列，并以下式计算。

G＝RV^T(VVT)^-1

在此，上标T表示行列的转换，上标-1表示逆行列。通过保存以此求得的G，在实际测定中通过取得转换行列G和信号输出v的乘积，便能够推定任意被测体的分光分布r。

本发明的分光特性取得装置可用于构成图像评价装置。图25显示本发明的图像评价装置。图19是用于全幅测定图像形成装置在纸张等图像载置介质1-101上形成的图像的图像评价装置。图19的图像评价装置是通过将多个已在图5和图6中说明了的分光特性取得装置1-100排列构成的装置，其可以作为能够在更宽的范围内取得分光数据的装置。该图像评价装置具有未图示的输纸机构，能够在垂直于图表面的朝内部的方向上输送纸张。而且具有图像处理装置7-101，用于处理多个分光特性取得装置1-100的输出，这样，该图像评价装置能够根据已知的速度信息或装配在输纸机构上的编码传感器发出的速度信息，计算整个图像形成部的分光图像数据。

本发明的图像评价装置可以搭载到图像形成装置的内部。图26显示搭载了图25所示的图像评价装置的图像形成装置。

图26所示的图象形成装置20包括多层供纸盘21a和21b、构成输送装置的供纸辊22a和输送辊22b、定位辊22c、控制器23、扫描光学系统24、四台并列设置的感光体单元25、中间转印体26、二次转印辊27、定影单元28、排纸辊29等。图25所示的图像评价装置被设置在图26中的定影单元27的后端以A表示的区域中。

在图26所示的图象形成装置20中，四台并列设置的感光体单元25除显影用的色彩材料不同以外其它结构相同，该图像形成装置中包括像载置体即光导电性感光体、以及设于该像载置体周围的未图示的充电装置、显影装置、一次转印装置、以及清洁装置。

图像形成开始后，四台感光体单元25中的感光体分别进行顺时针转动，当充电装置对感光体充电后，扫描光学系统24根据图像信息用经过调制的激光对四台感光体单元25中的感光体进行曝光，形成静电潜像。而后，在各个感光体上的静电潜像上附着各台显影装置中的色彩材料(如黄色、青色、洋红色、以及黑色的调色剂)以进行显影。而后，一次转印装置进行一次转印，将各个感光体上受到显影后的各色图像依次转印到反时针转动的中间转印体26上并重合各色图像，从而在中间转印体26上形成彩色图像。

另一方面，配合上述图像形成动作的时机，用供纸辊22a从多层供纸盘21a和21b之一输出纸张等图像载置介质30，并通过未图示导体和输送辊22b将该图像载置介质30送到定位辊22c，由定位辊22c将图像载置介质30送入二次转印部。在二次转印部中，二次转印辊27将彩色图像从中间转印体26转印到图像载置介质30上。被转印到图像载置介质30上的彩色图像通过定影单元28中的定影辊和加压辊定影，定影后的图像载置介质30通过排纸辊29排送到排纸盘中。

在图26所示的图像形成装置20中，图25所示的图像评价装置被设置在定影单元28的后方，对纸张等图像载置介质30上经过定影的彩色图像的色彩进行评价。因此，图像评鉴装置评价结果能够被反馈到图像形成装置的控制部即控制器23，使控制器23能够在图像形成过程中进行补偿，从而提供整个图像区域不发生色彩变动的高质量图像。而且，能够利用图像评价装置进行色彩的自动校准，稳定图像形成装置的动作。进而，能够取得整个图像区域的图像信息，保存质量检查或打印数据，提供可靠的图像形成装置。

Claims (12)

1.一种分光特性取得装置，其特征在于，构成为包括：

光照射装置，其对读取对象体进行光照射；

透镜阵列，构成为排列多个透镜，该透镜取入所述读取对象体反射的扩散反射光中的一部分光；

针孔阵列，构成为在遮光部件上将多个开口部排列成一列，该遮光部件接受从透镜阵列射出的光；

成像装置，使得所述针孔阵列上的像在规定位置上成像；

衍射装置，使得所述成像装置取入的光按照波长向不同方向传播；以及，

受光装置，其设置在被所述成像装置成像的所述像的附近，用于取得所述衍射装置衍射的所述扩散反射光，

所述受光装置构成为按照单一方向排列多个分光传感器的分光传感阵列，

所述分光传感器具有按照单一方向排列的规定数量的像素，该像素用于接受分光特性互不相同的光，

构成所述透镜阵列的透镜与所述针孔阵列的开口部一对一地对应形成，而且该透镜阵列的透镜在该透镜排列方向上的开口值NA与所述成像装置的最大有效像角度θmax之间满足以下关系，NA＞sin(θmax)。

2.根据权利要求1所述的分光特性取得装置，其特征在于，构成所述透镜阵列的透镜被设置在可使得所述读取对象体表面和所述针孔阵列的开口部成像的位置，该透镜的成像倍率M与所述针孔阵列的间距p以及该针孔阵列的排列方向上的开口距离d之间满足以下关系，M＜d/p。

3.根据权利要求2所述的分光特性取得装置，其特征在于，所述针孔阵列的开口部中至少一部分相对于对应的透镜的中心光轴偏心，该偏心的偏心量随开口部所处部位而变。

4.根据权利要求1所述的分光特性取得装置，其特征在于，所述针孔阵列的开口部被设置在对应的透镜的焦点位置附近。

5.根据权利要求1所述的分光特性取得装置，其特征在于，所述针孔阵列与所述透镜阵列形成在同一块基板上。

6.根据权利要求1所述的分光特性取得装置，其特征在于，在所述读取对象体与所述透镜阵列之间设置掩模，该掩模中形成与所述透镜阵列中的各个透镜一对一相对应的透过部。

7.根据权利要求6所述的分光特性取得装置，其特征在于，所述透过部中的至少一部分透过部相对于对应的透镜的光轴偏心，并且随着离开成像透镜的光轴中心，该偏心的偏心量逐渐变大。

8.根据权利要求6所述的分光特性取得装置，其特征在于，所述掩模被一体形成在所述透镜阵列上。

9.根据权利要求7所述的分光特性取得装置，其特征在于，在构成所述透镜阵列的透镜上形成仅对通过所述掩模的透过部的光束所对应的区域起到透镜作用的透镜面。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的分光特性取得装置，其特征在于，构成所述透镜阵列的透镜具有菲涅尔透镜形状。

11.一种图像评价装置，用于评价图像载置介质上以多种颜色形成的图像的色彩，其特征在于，包括：

分光特性取得装置，其为权利要求1至10中任意一项所述的分光特性取得装置；

输送装置，其输送所述图像载置介质；以及，

图像评价装置，其根据所述分光特性取得装置取得的分光特性来评价所述图像的色彩。

12.一种图像形成装置，用于在图像载置介质上形成图像，其特征在于，其中搭载权利要求11所述的图像评价装置，并进行改图像评价装置的评价结果的反馈。

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