JP2007024575A - 色情報測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストを抑制しつつ、分解能を向上できる色情報測定装置を提供する。
【解決手段】 この色情報測定装置は、発光部２０が有する赤色発光ダイオード３１,緑色発光ダイオード３２,青色発光ダイオード３３から被測定物１２に照射される互いに異なる波長の３つの光束Ｌ３１,Ｌ３２,Ｌ３３は被測定物１２上での共通の照射領域４４を有すると共に、この被測定物１２上での共通の照射領域４４は、反射光Ｒ３１,Ｒ３２,Ｒ３３が集光レンズ２３とスリット部材２４を経由してフォトダイオード２５に入射するような被測定物１２上の観測領域４５を包含している。したがって、異なる波長の３つの光束Ｌ３１〜Ｌ３３が重なった共通の照射領域４４を確実に観測領域４５とすることができ、この観測領域４５からの異なる波長の複数の反射光Ｒ３１〜Ｒ３３の強度を等価に観測することができ、測定精度を向上できる。
【選択図】 図１Ａ

Description

この発明は、色情報測定装置に関し、一例として、発光部から波長の異なる複数の光束を被測定物に照射し、この被測定物からの各波長の反射光の強度を測定することにより、被測定物の色情報を数値化し、カラープリンタ、カラー複写機などの印刷装置や液晶ディスプレイなどの画像表示装置に色情報を出力する色情報測定装置に関する。

近年、コンピュータの出力装置として、インクジェットプリンタなどの多くの印刷装置が広く用いられている。インクジェットプリンタのようなカラープリンタでは、シアン(Ｃ)、マゼンダ(Ｍ)、イエロー(Ｙ)の３色の色インクにブラック(Ｋ)を加えた４色の色インクでカラー画像を印刷する。

しかしながら、ヘッドからのインク吐出量の経時変化や環境差、インクカートリッジの個体差などによってカラーバランスが変化し、色の階調を一定に保てない。

そこで、プリンタの出力部付近にカラーセンサを設置し、このカラーセンサからの出力をフィードバックすることにより、濃度または色度の調整を行うことが望まれている。

図１０に、特許文献１(特開２００３−１０７８３０号公報)に開示されている従来のカラーセンサ１１４の構成を示す。白色光源１１１から照射された光束は、被測定物１１２で反射し、受光素子１１３に入射する。この受光素子１１３は、図１１に示すように、赤、緑、青のそれぞれ独立した画素１１５,１１６,１１７を備え、この各画素はそれぞれ光電変換素子を備える。さらに、この各画素１１５,１１６,１１７は、それぞれ、赤、緑、青の波長を透過する波長フィルタを備えている。この各画素において、それぞれ、赤、緑、青の光強度を測定することにより、被測定物１１２の色情報を数値化することができる。この色情報を数値化して得た出力をプリンタへフィードバックすることで、カラープリンタの印刷状態の補正を行なうことができる。

しかしながら、前述のカラーセンサが備える波長フィルタは高価であり、また、カラーセンサとしての分解能も不十分であった。
特開２００３−１０７８３０号公報

そこで、この発明の課題は、コストを抑制しつつ、分解能を向上できる色情報測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の色情報測定装置は、発光波長が互いに異なる複数の発光素子を有する発光部と、
上記発光部からの波長の異なる複数の光束を被測定物へ照射させる照射部と、
受光した波長の異なる複数の光をそれぞれ電気信号に変換して出力する受光素子と、
上記被測定物からの反射光を上記受光素子に集光する集光部と、
上記発光素子から上記被測定物に照射される互いに異なる波長の複数の光束は上記被測定物上での共通の照射領域を有し、
上記被測定物上での共通の照射領域が、反射光が上記集光部を経由して受光素子に入射するような上記被測定物上の観測領域を包含していることを特徴としている。

この発明の色情報測定装置によれば、発光部の複数の発光素子が波長の異なる複数の光束を発生し、照射部は発光部からの波長の異なる複数の光束を被測定物へ照射させる。そして、集光部は、被測定物からの反射光を受光素子に集光し、受光素子は受光した波長の異なる複数の光をそれぞれ電気信号に変換して出力する。この受光素子が出力する電気信号によって、被測定物が反射する各波長の反射光の強度を測定できる。この反射光の強度を測定することにより、被測定物の色情報を正確に測定することができる。

さらに、この発明では、発光素子から被測定物に照射される互いに異なる波長の複数の光束は被測定物上での共通の照射領域を有すると共に、この被測定物上での共通の照射領域は、反射光が集光部を経由して受光素子に入射するような被測定物上の観測領域を包含している。したがって、異なる波長の複数の光束が重なった共通の照射領域を確実に観測領域とすることができ、この観測領域からの異なる波長の複数の反射光の強度を等価に観測することができ、測定精度を向上できる。したがって、この発明によれば、高価な波長フィルタを用いずにコストを抑制しつつ、高分解能で高精度な色情報測定装置を実現できる。

また、一実施形態の色情報測定装置では、上記発光部は、発光波長が互いに異なる３つの発光素子を有する。

この実施形態の色情報測定装置によれば、発光部は、３つの発光素子によって、波長の異なる３つの光束を発生し、照射部を経由して、被測定物へ照射する。よって、この３つの光束の３つの波長を選択することにより、可視光全域に渡る測定が容易となり、測定精度を向上できる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記３つの発光素子は、それぞれ、発光波長が赤、緑、青に対応している。

この実施形態の色情報測定装置によれば、上記３つの発光素子の発光波長が赤、緑、青に対応しているので、可視光全域に渡る測定が容易となり、測定精度を向上できる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記集光部と上記受光素子との間に配置されたスリット部材を備え、上記スリット部材は円形のスリットを有し、上記被測定物上の観測領域が円形である。

この実施形態の色情報測定装置によれば、スリット部材が円形のスリットを有することによって、被測定物上の観測領域を円形にする。この円形の観測領域により、被測定物上での照射領域から効果的に光量を確保して受光でき、受光素子でのＳ/Ｎ比を高くできる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記被測定物上での観測領域がφ２ｍｍより小さい。

この実施形態の色情報測定装置によれば、被測定物上での観測領域をφ２ｍｍ以下にすることにより、測定分解能を十分高くでき、一例として、プリンタの印字状態の監視に役立てることができる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記発光部が有する３つの発光素子が１基板上に形成されている。

この実施形態の色情報測定装置によれば、３つの発光素子が１つの基板上で構成されることにより、省スペース化を図れ、より小型な色情報測定装置を実現できる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記発光部が有する３つの発光素子を時分割で逐次発光させる発光素子駆動部を備えた。

この実施形態の色情報測定装置によれば、発光素子駆動部は、３つの発光素子を時分割で逐次発光させるので、時分割で３色の光が発生し、この３色の発光は互いに混色することがない。これにより、受光素子が受光する波長の異なる複数の光に対応して出力する電気信号によって精度の高い色情報の測定が可能となる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記受光素子がフォトダイオードで構成されている。

この実施形態の色情報測定装置によれば、受光素子がフォトダイオードで構成されていることで、安価で高精度な測定ができる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記集光部と受光素子との間に配置された波長選択部を有し、上記発光部が有する３つの発光素子を同時に発光させる発光素子駆動部を備えた。

この実施形態の色情報測定装置によれば、上記集光部と受光素子との間に配置された波長選択部によって、集光部から受光素子に向かう光のうち不要な波長の光を低減でき、Ｓ/Ｎ比の高い測定ができる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記波長選択部を回折格子で構成した。

この実施形態の色情報測定装置によれば、回折格子を用いることにより、波長フィルタを使用するよりも、安価で小型な波長選択部を実現できる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記受光素子を、複数の独立した受光部分を有する分割フォトダイオードで構成した。

上記構成の色情報測定装置によれば、上記受光素子の分割フォトダイオードが有する複数の独立した受光部分で、波長の異なる各光を個別に受光して信号変換することができる。よって、信号処理を簡便に行なうことができる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記集光部が上記分割フォトダイオードの上記受光部分に集光する光束のスポットサイズが上記受光部分の面積よりも小さい。

この実施形態の色情報測定装置によれば、上記集光部で集光する光束のすべての光量を受光部分で測定できる上に、分割フォトダイオードのある受光部分で受光される光束が隣の受光部分に影響を及ぼさない。よって、Ｓ/Ｎ比の高い測定ができる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記照射部をレンズで構成した。

この実施形態の色情報測定装置によれば、上記照射部がレンズから構成されることで、小型で安価な色情報測定装置を実現できる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記集光部をレンズで構成した。

この実施形態の色情報測定装置によれば、上記集光部をレンズにすることにより、小型で安価な色情報測定装置を実現できる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、１つのレンズが上記照射部と上記集光部の両方を構成している。

この実施形態の色情報測定装置によれば、１つのレンズが照射部と集光部の両方をなすから、小型な色情報測定装置を実現できる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記レンズがフレネルレンズである。

この実施形態の色情報測定装置によれば、上記レンズがフレネルレンズであることによって、より小型な色情報測定装置を実現できる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記受光素子が出力する電気信号を基準信号で規格化する信号処理部を備える。

この実施形態の色情報測定装置によれば、温度などの周囲環境により変化する受光素子の出力信号のバラツキを上記基準信号による規格化により相殺できる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記信号処理部は、上記受光素子が出力する電気信号を上限基準信号と下限基準信号を用いて規格化する。

この実施形態の色情報測定装置によれば、信号処理部により、上限基準信号と下限基準信号による一定のものさしでもって、受光素子が出力する電気信号による色情報を数値化できる。

また、一実施形態の色情報測定装置では、上記上限基準信号は、上記受光素子が白色部分からの反射光を受光したときに出力する電気信号であり、上記下限基準信号は、上記受光素子が黒色部分からの反射光を受光したときに出力する電気信号である。

この実施形態の色情報測定装置によれば、上限基準信号を受光素子が白色部分からの反射光を受光したときに出力する電気信号とし、下限基準信号を受光素子が黒色部分からの反射光を受光したときに出力する電気信号とする。したがって、基準信号を固定することができ、受光素子が出力する電気信号による色情報の絶対的な数値化をすることができる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記発光素子を発光ダイオードで構成した。

この実施形態の色情報測定装置によれば、上記発光素子を発光ダイオードで構成することで、安価な色情報測定装置を実現できる。

また、一実施形態の色情報測定装置は、上記発光素子をパルス駆動するパルス駆動部を備える。

この実施形態の色情報測定装置によれば、発光素子をパルス駆動することにより、発光素子での平均消費電流を抑えることができ、発光素子の寿命も伸びるので、経済的である。

また、一実施形態の色情報測定装置では、上記パルス駆動部は、上記発光素子を駆動するパルスのデューティ比が０.１以下である。

この実施形態の色情報測定装置によれば、駆動パルスのデューティ比を０.１以下にすることにより、平均消費電流を抑えながらも、上記発光素子が発生する光束の光量を必要量まで上げることが可能となる。

また、一実施形態の電子機器は、上記したいずれかのひとつの色情報測定装置を備えた。この実施形態の電子機器によれば、小型で高性能な色情報測定装置により、小型で高性能な電子機器となる。

また、一実施形態の電子機器は、上記色情報測定装置が出力する電気信号によって、機能が制御される。この実施形態の電子機器によれば、上記色情報測定装置により、高精度な機能制御が可能となり、小型で高性能な電子機器を実現できる。

この発明の色情報測定装置は、発光部の複数の発光素子が波長の異なる複数の光束を発生し、照射部は発光部からの波長の異なる複数の光束を被測定物へ照射させる。そして、集光部は、被測定物からの反射光を受光素子に集光し、受光素子は受光した波長の異なる複数の光をそれぞれ電気信号に変換して出力する。この受光素子が出力する電気信号によって、被測定物が反射する各波長の反射光の強度を測定できる。この反射光の強度を測定することにより、被測定物の色情報を正確に測定することができる。

さらに、この発明では、発光素子から被測定物に照射される互いに異なる波長の複数の光束は被測定物上での共通の照射領域を有すると共に、この被測定物上での共通の照射領域は、反射光が集光部を経由して受光素子に入射するような被測定物上の観測領域を包含している。したがって、異なる波長の複数の光束が重なった共通の照射領域を確実に観測領域とすることができ、この観測領域からの異なる波長の複数の反射光の強度を等価に観測することができ、測定精度を向上できる。したがって、この発明によれば、高価な波長フィルタを用いずにコストを抑制しつつ、高分解能で高精度な色情報測定装置を実現できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

(第１の実施の形態)
図１Ａに、この発明の色情報測定装置の第１実施形態を示す。この第１実施形態は、発光部２０と照射部としての照射レンズ２１と集光部としての集光レンズ２３とスリット部材２４と受光素子としてのフォトダイオード２５を備える。スリット部材２４は、集光レンズ２３とフォトダイオード２５との間に配置され、スリット２４Ａを有している。

上記発光部２０は複数の発光ダイオードからなるＬＥＤ群を有し、この複数の発光ダイオードは発光波長が互いに異なっている。発光ダイオードは、安価、かつ長寿命であり、可視光全域に渡って、様々な発光スペクトルのものが量産されているので、設計の自由度もあり、色情報測定装置(つまりカラーセンサ)の発光部を構成するのに好適である。一般に、カラーセンサは各波長における被測定物の反射率を測定するという原理のものであるので、ＬＥＤ群による発光のスペクトルは可視光領域全域に渡っていることが望ましい。もっとも、可視光領域全域をカバーするために多数の発光波長の異なるＬＥＤを使用することはコストアップ要因となるので好ましくない。

そこで、この広帯域性とコスト低減という相反する２つの要求を満たすために、この第１実施形態では、ＬＥＤ群は３つの異なる波長を出射している。つまり、発光部２０は、発光波長が互いに異なる３つの発光ダイオードを有している。また、この３つの発光ダイオードによる３つの異なる発光波長は、赤色、緑色、青色の３色であることが好ましい。すなわち、上記３つの波長を、赤色、緑色、青色に対応するように設定することによって、上記３つの発光ダイオードから出射される３つの光束のスペクトル分布を、波長軸に沿って可視光領域を約３等分するものとすることができる。したがって、上記設定により、上記３つの発光ダイオードから出射される３つの光束は、可視光領域全域を効率的にカバーすることができる。

次に、図２の平面図に、上記発光部２０の構成の一例を模式的に示す。この発光部２０は、赤色発光ダイオード３１と緑色発光ダイオード３２と青色発光ダイオード３３を有する。図２において、各発光ダイオード３１,３２,３３は１つの基板３０に実装されていて、仮想的な三角形の略頂点に配置されている。このように、３つの発光ダイオード３１〜３３をなす各発光ダイオードチップが１つの基板３０に実装することにより、発光部２０の光学系を小型化できる。

図１Ａに示すように、照射部としての照射レンズ２１は、発光部２０の３つの発光ダイオード３１〜３３から出射された３つの光束Ｌ３１〜Ｌ３３を集光して、被測定物１２に照射する。このように、照射部としてレンズ２１を使用することにより、安価な手段で各発光ダイオード３１〜３３の光束を集光することができる。

次に、図３に、発光部２０の各発光ダイオード３１〜３３から出射された３つの光束Ｌ３１〜Ｌ３３が照射レンズ２１を経由して被測定物１２の表面に照射されている様子を示す。図３において、４１は赤色発光ダイオード３１からの光束Ｌ３１の照射領域であり、４２は緑色発光ダイオード３２からの光束Ｌ３２の照射領域であり、４３は青色発光ダイオード３３からの光束Ｌ３３の照射領域である。また、図３に示すように、上記３つの光束Ｌ３１〜Ｌ３３は、被測定物１２の表面上での共通の照射領域４４を有する。この被測定物１２での上記３つの光束Ｌ３１〜Ｌ３３の反射光Ｒ３１〜Ｒ３３が図２Ａのレンズ２３とスリット部材２４のスリット２４Ａを経由してフォトダイオード２５に入射するような被測定物１２上の領域を、図３に破線で囲まれた観測領域４５として示している。

図３に示すように、この観測領域４５は共通の照射領域４４よりも小さく、共通の照射領域４４は観測領域４５を包含している。したがって、フォトダイオード２５は、３つの光束Ｌ３１〜Ｌ３３による照射領域４１〜４３が重なった共通の照射領域４４が内包する観測領域４５からの３色の反射光Ｒ３１〜Ｒ３３を受光する。したがって、このフォトダイオード２５が出力する電気信号によって、同一領域(観測領域４５)からの３色の反射光Ｒ３１〜Ｒ３３の強度を等価に観測することができ、測定精度が向上する。

また、この実施形態では、集光部を集光レンズ２３で構成したことにより、効率よく被測定物１２からの反射光Ｒ３１〜Ｒ３３をフォトダイオード２５に向けて集光できる。また、この実施形態では、受光素子をフォトダイオード２５で構成したことにより、安価に製造することができる。被測定物１２からの３色の反射光Ｒ３１〜Ｒ３３は集光レンズ１３によって、スリット部材２４を経由してフォトダイオード２５上に集光され、各反射光Ｒ３１〜Ｒ３３の光強度に比例する３つの電気信号に変換される。

一般には、フォトダイオードの受光部の形は、長方形であるので、フォトダイオード２５に対応する観測領域４５を円形にしたい場合は、集光レンズ２３とフォトダイオード２５の間に円形のスリット２４Ａを有するスリット部材２４を配置することが望ましい。また、スリット部材２４は、不要な外乱光を遮光でき、受光信号のＳ/Ｎ比を改善する利点もある。スリット部材２４のスリット２４Ａの径により、フォトダイオード２５に対応する観測領域４５を所望の径に設定できる。一例として、この色情報測定装置を印刷機に取り付けて、この印刷機の印字状態を監視することを前提とする場合には、フォトダイオード２５に対応する円形の観測領域４５の直径は、２ｍｍ以下が望ましい。観測領域４５の直径を２ｍｍ以下に設定することにより、印字状態の高分解能な測定ができるからである。

この実施形態では、受発光タイミングを時分割受発光方式で制御している。図４にこの受発光タイミングのタイミングチャートを示す。まず、一例として、図２に示す基板３０に実装された発光素子駆動部３５は、所定周期のパルス波形を有するトリガ信号５１を発生し、このトリガ信号５１をすべての信号の基準とする。つまり、この発光素子駆動部３５は、トリガ信号５１から所定時間だけ遅延した信号を赤色発光ダイオード３１に入力する駆動信号５２とし、この駆動信号５２から所定時間だけ遅延した信号を緑色発光ダイオード３２に入力する駆動信号５３とする。また、駆動信号５２から所定時間だけ遅延した信号を青色発光ダイオード３３に入力する駆動信号５４とする。

その結果、フォトダイオード２５が受光した光の強度に応じて出力する電気信号は、図４に示す受光信号５５となる。このフォトダイオード２５が出力する受光信号５５は、一例として、図１Ａに示すようにフォトダイオード２５に隣接して設けられる信号処理部２６に入力される。この信号処理部２６は、基板３０に実装された発光素子駆動部３５が出力するトリガ信号５１と同期をとることにより、入力された受光信号５５から、赤、緑、青の３色の反射光Ｒ３１〜Ｒ３３の光強度に比例する３つの光強度信号５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂを時分割で取得できる。

また、図４に示すように、各駆動信号５２〜５４はデューティが０.１以下でパルス駆動されるのが望ましい。パルス駆動方式でデューティを下げることにより、ＤＣ(直流)駆動方式に比べ、同じ平均消費電流でもってより大光量の発光パワーを得られる。言い換えれば、パルス駆動方式とＤＣ駆動方式で同じだけの光量を発光させようとすると、パルス駆動方式の方が少ない平均消費電流となるので経済的である。さらに、パルス駆動方式はＤＣ駆動方式に対して、ＬＥＤの寿命も伸び、放熱性もよくなるので、出力が安定化する。

この実施形態では、図４に示す受光信号５５により、３色の反射光Ｒ３１〜Ｒ３３の各受光光強度に比例した信号５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂが得られるが、フォトダイオード２５が出力する電気信号は、温度など周囲環境により変化するので、何らかの基準信号で規格化することが望ましい。

すなわち、上記信号処理部２６が、フォトダイオード２５が出力する電気信号に基づいて、正確な測定を行なうためには、上記規格化の一例として、まず、上限の基準信号と下限の基準信号を決定する。つまり、上記信号処理部２６は、受光信号５５の信号５５Ｒ,５５Ｇ,５５Ｂに基づいて、色情報を数値化するにあたり、この数値化のものさしにあたる部分として上限の基準信号と下限の基準信号を先に固定しておく。この上限の基準信号と下限の基準信号を絶対的基準としている。なお、一例として、この実施形態では、フォトダイオード２５が被測定物１２の白色部分からの反射光を受光したときに出力する電気信号を上限の基準信号とし、フォトダイオード２５が被測定物１２の黒色部分からの反射光を受光したときに出力する電気信号を下限の基準信号としている。

図５を参照して、上記規格化の具体的一例を説明する。図５の横軸の「Ｒ」,「Ｇ」,「Ｂ」のそれぞれの項目は、赤色,緑色,青色の発光ダイオード３１,３２,３３からの光束Ｌ３１,Ｌ３２,Ｌ３３が観測領域４５で反射してフォトダイオード２５に入射したときにフォトダイオード２５が出力する受光信号５５Ｒ,５５Ｇ,５５Ｂに対応している。また、図５の横軸の(赤)、(緑)、(青)、(マゼンタ)、(シアン)、(黄)、(白)の各欄は、被測定物１２の観測領域４５が赤色、緑色、青色、マゼンタ、シアン、黄色、白色である場合を表している。図５の縦軸は、３色の反射光Ｒ３１〜Ｒ３３のそれぞれに対応する受光信号５５Ｒ,５５Ｇ,５５Ｂを下限の基準信号と上限の基準信号とで規格化した出力値を表している。

図５の横軸の(白)の欄の項目「Ｒ」,「Ｇ」,「Ｂ」では、被測定物１２の白色部分からの３色の反射光Ｒ３１〜Ｒ３３を受光したフォトダイオード２５の受光信号５５Ｒ,５５Ｇ,５５Ｂを規格化した値を表している。この実施形態では、被測定物１２の白色部分は上限の基準信号に対応しているため、「Ｒ」,「Ｇ」,「Ｂ」の各規格化値は１になっている。

図５の横軸の(赤)の欄の項目「Ｒ」,「Ｇ」,「Ｂ」では、被測定物１２の赤色部分からの３色の反射光Ｒ３１〜Ｒ３３を受光したフォトダイオード２５の受光信号５５Ｒ,５５Ｇ,５５Ｂを規格化した値を表している。被測定物１２の観測領域４５が赤色である場合、赤色発光ダイオード３１から光束Ｌ３１が観測領域４５で反射した反射光Ｒ３１による受光信号５５Ｒの信号出力が高い。したがって、この(赤)の欄の項目「Ｒ」の規格化値は１に近く、被測定物１２の観測領域４５が白色部分である場合の(白)の欄の項目「Ｒ」の規格化値並みであった。

一方、観測領域４５の色が緑色である(緑)の欄では、項目「Ｇ」の規格化値が１に近く、他の項目「Ｒ」,「Ｂ」の規格化値は小さく、観測領域４５が黒色部分である場合(下限の基準信号)に相当している。同様に、観測領域４５の色が青色である(青)の欄では、項目「Ｂ」の規格化値が１に近く、他の項目「Ｒ」,「Ｇ」の規格化値は小さく、観測領域４５が黒色部分である場合(下限の基準信号)に相当している。

同様に、図５の横軸の(マゼンタ)、(シアン)、(黄)の各欄に、被測定物１２の観測領域４５の色がマゼンタ、シアン、黄色の場合の「Ｒ」,「Ｇ」,「Ｂ」の各規格化値を示している。この被測定物１２の観測領域４５が混色の場合も同様なことが言え、例えば、被測定物１２の観測領域４５の色がマゼンダ(赤と青の混色)の場合、項目「Ｒ」の規格化値と項目「Ｂ」の規格化値がほぼ１となり、項目「Ｇ」の規格化値がほぼ０となる。

このようにして、信号処理部２６は、被測定物１２の観測領域４５の赤,緑,青の色成分に比例して、３色の反射光Ｒ３１〜Ｒ３３のそれぞれに対応する受光信号５５Ｒ,５５Ｇ,５５Ｂを上限基準信号と下限基準信号とで規格化した値を表す信号を色情報として出力する。この色情報測定装置によれば、上記色情報を管理していくことにより、一例として、プリンタの印刷状態を常時モニタすることができる。

なお、上記実施形態では、図１Ａに示すように、発光部２０からの光束Ｌ３１〜Ｌ３３が被測定物１２で正反射した正反射光Ｒ３１〜Ｒ３３をフォトダイオード２５が受光するように、集光レンズ２３,スリット部材２４,フォトダイオード２５を配置した。これに対し、図１Ｂに示すように、発光部２０からの光束Ｌ３１〜Ｌ３３が被測定物１２で拡散反射した拡散反射光Ｄ３１〜Ｄ３３をフォトダイオード２５が受光するように、集光レンズ２３,スリット部材２４,フォトダイオード２５を配置してもよい。また、上記実施形態では、発光部２０は、赤色,緑色,青色の発光ダイオード３１,３２,３３を備えたが、発光部が備える発光ダイオードとしては、赤色,緑色,青色以外の互いに異なる他の色の光を発生する２つあるいは４つ以上の発光ダイオードであってもよい。

(第２の実施の形態)
次に、図６Ａに、この発明の色情報測定装置の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、第１実施形態のスリット部材２４を有さないと共に、発光部２０とフォトダイオード２５の構成は、前述の第１実施形態と同様である。この第２実施形態は、前述の第１実施形態と異なる点について説明する。

図６Ａに示すように、この第２実施形態では、発光部２０の出射光軸およびフォトダイオード２５の入射光軸は被測定物１２の表面に対して略直角になっている。この第２実施形態では、レンズ７２を有し、このレンズ７２で発光部２０から出射された光束をコリメート化している。このコリメート化された光束はフレネルレンズ７３に入射する。このフレネルレンズ７３は、照射部と集光部を兼ねている。このフレネルレンズ７３は、レンズ７２からのコリメート化された光束を被測定物１２の照射領域４４に入射させる。この照射領域４４内の観測領域４５から反射した反射光は再びフレネルレンズ７３に入射し、さらに、レンズ７４で集光されてから、フォトダイオード２５に入射する。

この第２実施形態では、発光部２０から出射された光束を一旦、レンズ７２でコリメート化している。コリメート光に変換することにより、発光部２０からレンズ７２までの焦点距離、および、フレネルレンズ７３から被測定物１２までの焦点距離を短くすることができる。よって、この色情報測定装置を含む色情報測定システムを全体として小型化できる。また、構造上、発光部２０と受光素子２５を同一の仮想平面上に配置することが可能となり、発光部２０と受光素子２５の両方を１枚の基板上に実装することが可能となる。したがって、この第２実施形態によれば、前述の第１実施形態の構造と比べて、色情報測定装置自体を小型化できる。

この実施形態では、フレネルレンズ７３は照射部の一部と集光部の一部とが一体化したレンズである。この一体化によって、この色情報測定装置を含む色情報測定システムの光学系全体としての小型化を図れる。なお、フレネルレンズとは、レンズ内部の光が直進する部分の肉厚をそぎ落とし、通常の球面レンズに比べて厚みを抑えたレンズである。そうすることにより、通常の球面レンズよりもＦ値が小さい短焦点で明るいレンズを実現できる。従って、この実施形態のように、照射部と集光部で採用するレンズをフレネルレンズに置換した方が良好な光学特性が得られるので好適である。

なお、図６Ａでは、発光部２０からの光束が被測定物１２で正反射した正反射光をフォトダイオード２５が受光するように、発光部２０,照射レンズ７２,フレネルレンズ７３,集光レンズ７４,フォトダイオード２５を配置した。これに対し、図６Ｂに示すように、発光部２０からの光束が被測定物１２で拡散反射した拡散反射光をフォトダイオード２５が受光するように、発光部２０,照射レンズ７２,フレネルレンズ７３’,集光レンズ７４,フォトダイオード２５を配置してもよい。

次に、図７Ａに、上記第２実施形態の変形例を示す。この変形例では、図６Ａの照射レンズ７２,フレネルレンズ７３,集光レンズ７４に替えて、この照射レンズ７２,フレネルレンズ７３,集光レンズ７４を一つのレンズにまとめてフレネルレンズ化した一体化フレネルレンズ８１を備えた。このように、一体型フレネルレンズ８１を備えたことで、部品点数を削減でき、安価に製造できる。

さらに、この変形例では、図６Ａのフレネルレンズ７２から被測定物１２までの焦点に比べて、一体型フレネルレンズ８１から被測定物１２までの焦点は長くなるものの、光学系がコンパクトになり、色情報測定装置自体を小型化できる。なお、図７Ａでは、発光部２０からの光束が被測定物１２で正反射した正反射光をフォトダイオード２５が受光する構成を示したが、図７Ｂに示すように、発光部２０からの光束が被測定物１２で拡散反射した拡散反射光をフォトダイオード２５が受光する構成としてもよい。

なお、図６Ａ,図６Ｂ,図７Ａ,図７Ｂでは、信号処理部２６の図示を省略している。

(第３の実施の形態)
次に、図８Ａに、この発明の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、前述の図７Ａの変形例と比較して、発光部２０の３つの発光ダイオード３１〜３３、一体型フレネルレンズ８１を備える点は同じである。一方、フォトダイオード２５に替えて分割フォトダイオード９３を備えた点と、この分割フォトダイオード９３と一体化フレネルレンズ８１との間に波長選択部９２を配置した点が、前述の図７Ａの変形例と異なる。

また、この第３実施形態では、図２に一例として示した発光素子駆動部３５が、発光部２０の３つの発光ダイオード３１〜３３を同時に発光させる点が、前述の第１,第２実施形態と異なる。

この第３実施形態では、上記３つの発光ダイオード３１〜３３を同時に発光させる発光方式は、ＤＣ駆動方式でもパルス駆動方式でも構わないが、消費電流を考慮すると、パルス駆動することが望ましい。発光部２０から出射された光束は、第２実施形態の変形例と同様、一体型フレネルレンズ８１から被測定物１２に向けて出射された光束は被測定物１２の観測領域４５で反射し、反射光束として再び一体型フレネルレンズ８１に入射する。この一体型フレネルレンズ８１によって集光された反射光束は、波長選択部９２を経由して、分割フォトダイオード９３に入射する。

図９に示す一例では、波長選択部９２としての回折格子９５を示し、分割フォトダイオード９３が３つの独立した受光部分９３Ａ,９３Ｂ,９３Ｃを有している。一体化フレネルレンズ８１によって集光された光束は回折格子１０１を通過する。そのとき、上記反射光束は、回折格子１０１によって、波長に応じた回折角で回折されて、分割フォトダイオード９３の受光部分９３Ａ〜９３Ｂのうちのいずれかに入射させられる。一例として、図９に示すように、この受光部分９３Ａには波長選択素子９２をなす回折格子９５で回折された赤色の反射光Ｒ３１が入射し、受光部分９３Ｂには回折格子９５で回折された緑色の反射光Ｒ３２が入射し、受光部分９３Ｃには回折格子９５で回折された青色の反射光Ｒ３３が入射する。

この実施形態では、分割フォトダイオード９３の各受光部分９３Ａ〜９３Ｃでのスポット径は、各受光部分９３Ａ〜９３Ｃよりも十分に小さくなされるようにしている。この実施形態のように、波長選択部９２として回折格子９５を用いることにより、波長フィルタを使用する場合に比べて、安価な波長選択手段を実現できる。

なお、図８Ａでは、発光部２０からの光束が被測定物１２で正反射した正反射光を分割フォトダイオード９３が受光するように、発光部２０,一体化フレネルレンズ８１,波長選択部９２,分割フォトダイオード９３を配置した。これに対し、図８Ｂに示すように、発光部２０からの光束が被測定物１２で拡散反射した拡散反射光を分割フォトダイオード９３が受光するように、発光部２０,一体型フレネルレンズ８１’,波長選択部９２,分割フォトダイオード９３を配置してもよい。また、上記色情報測定装置を備えると共に、この色情報測定装置が出力する電気信号によって、機能が制御される電子機器(一例としてプリンタ)によれば、上記色情報測定装置により、高精度な機能制御が可能となり、小型で高性能な電子機器を実現できる。また、上記実施形態では、受光素子としてフォトダイオードを採用したが、フォトトランジスタやフォトＩＣ等の他の受光素子を採用してもよい。

この発明の色情報測定装置の第１実施形態を示す模式図である。 上記第１実施形態の変形例を示す模式図である。 上記第１実施形態の発光部２０の構成の一例を示す模式図である。 上記第１実施形態の発光部２０が被測定物に照射する３つの光束の被測定物の表面での照射領域を示す図である。 上記第１実施形態での受発光タイミングを示すタイミングチャートである。 上記第１実施形態においてフォトダイオードが出力する受光信号の規格化の一例を示すグラフである。 この発明の色情報測定装置の第２実施形態を示す模式図である。 図６Ａに示す第２実施形態の変形例を示す模式図である。 上記第２実施形態のもう１つの変形例を示す模式図である。 図７Ａに示す変形例の変形例を示す模式図である。 この発明の色情報測定装置の第３実施形態を示す模式図である。 上記第３実施形態の変形例を示す模式図である。 上記第３実施形態が備える波長選択部の一例としての回折格子と分割フォトダイオードの構造を示す斜視図である。 従来のカラーセンサを示す模式図である。 上記従来のカラーセンサの受光素子の構成を示す模式図である。

符号の説明

１２ 被測定物
２０ 発光部
２１ 照射レンズ
２３ 集光レンズ
２４ スリット部材
２５ フォトダイオード
２６ 信号処理部
３０ 基板
３１ 赤色発光ダイオード
３２ 緑色発光ダイオード
３３ 青色発光ダイオード
３５ 発光素子駆動部
４１ 赤色発光ダイオードによる照射領域
４２ 緑色発光ダイオードによる照射領域
４３ 青色発光ダイオードによる照射領域
４４ 共通の照射領域
４５ フォトダイオードによる観測領域
７２ 照射レンズ
７３ フレネルレンズ
７４ 集光レンズ
８１ 一体型フレネルレンズ
９２ 波長選択部
９３ 分割フォトダイオード
９３Ａ〜９３Ｃ 受光部分
１０１ 回折格子

Claims (24)

1. 発光波長が互いに異なる複数の発光素子を有する発光部と、
   上記発光部からの波長の異なる複数の光束を被測定物へ照射させる照射部と、
   受光した波長の異なる複数の光をそれぞれ電気信号に変換して出力する受光素子と、
   上記被測定物からの反射光を上記受光素子に集光する集光部と、
   上記発光素子から上記被測定物に照射される互いに異なる波長の複数の光束は上記被測定物上での共通の照射領域を有し、
   上記被測定物上での共通の照射領域が、反射光が上記集光部を経由して受光素子に入射するような上記被測定物上の観測領域を包含していることを特徴とする色情報測定装置。
2. 請求項１に記載の色情報測定装置において、
   上記発光部は、発光波長が互いに異なる３つの発光素子を有することを特徴とする色情報測定装置。
3. 請求項２に記載の色情報測定装置において、
   上記３つの発光素子は、それぞれ、発光波長が赤、緑、青に対応していることを特徴とする色情報測定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の色情報測定装置において、
   上記集光部と上記受光素子との間に配置されたスリット部材を備え、
   上記スリット部材は円形のスリットを有し、
   上記被測定物上の観測領域が円形であることを特徴とする色情報測定装置。
5. 請求項４に記載の色情報測定装置において、
   上記被測定物上の観測領域がφ２ｍｍより小さいことを特徴とする色情報測定装置。
6. 請求項２乃至５のいずれか１つに記載の色情報測定装置において、
   上記発光部が有する３つの発光素子が１つの基板上に形成されていることを特徴とする色情報測定装置。
7. 請求項２乃至６のいずれか１つに記載の色情報測定装置において、
   上記発光部が有する３つの発光素子を時分割で逐次発光させる発光素子駆動部を備えたことを特徴とする色情報測定装置。
8. 請求項７に記載の色情報測定装置において、
   上記受光素子がフォトダイオードで構成されていることを特徴とする色情報測定装置。
9. 請求項２乃至６のいずれか１つに記載の色情報測定装置において、
   上記集光部と受光素子との間に配置された波長選択部を有し、
   上記発光部が有する３つの発光素子を同時に発光させる発光素子駆動部を備えたことを特徴とする色情報測定装置。
10. 請求項９に記載の色情報測定装置において、
    上記波長選択部を回折格子で構成したことを特徴とする色情報測定装置。
11. 請求項９に記載の色情報測定装置において、
    上記受光素子を、複数の独立した受光部分を有する分割フォトダイオードで構成したことを特徴とする色情報測定装置。
12. 請求項１１に記載の色情報測定装置において、
    上記集光部が上記分割フォトダイオードの上記受光部分に集光する光束のスポットサイズが上記受光部分の面積よりも小さいことを特徴とする色情報測定装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の色情報測定装置において、
    上記照射部をレンズで構成したことを特徴とする色情報測定装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の色情報測定装置において、
    上記集光部をレンズで構成したことを特徴とする色情報測定装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１つに記載の色情報測定装置において、
    １つのレンズが上記照射部と上記集光部の両方を構成していることを特徴とする色情報測定装置。
16. 請求項１３乃至１５のいずれか１つに記載の色情報測定装置において、
    上記レンズがフレネルレンズであることを特徴とする色情報測定装置。
17. 請求項１乃至１６のいずれか１つに記載の色情報測定装置において、
    上記受光素子が出力する電気信号を基準信号で規格化する信号処理部を備えることを特徴とする色情報測定装置。
18. 請求項１７に記載の色情報測定装置において、
    上記信号処理部は、
    上記受光素子が出力する電気信号を上限基準信号と下限基準信号を用いて規格化することを特徴とする色情報測定装置。
19. 請求項１８に記載の色情報測定装置において、
    上記上限基準信号は、上記受光素子が白色部分からの反射光を受光したときに出力する電気信号であり、
    上記下限基準信号は、上記受光素子が黒色部分からの反射光を受光したときに出力する電気信号であることを特徴とする色情報測定装置。
20. 請求項１乃至１９のいずれか１つに記載の色情報測定装置において、
    上記発光素子を発光ダイオードで構成したことを特徴とする色情報測定装置。
21. 請求項１乃至２０のいずれか１つに記載の色情報測定装置において、
    上記発光素子をパルス駆動するパルス駆動部を備えることを特徴とする色情報測定装置。
22. 請求項２１に記載の色情報測定装置において、
    上記パルス駆動部は、
    上記発光素子を駆動するパルスのデューティ比が０.１以下であることを特徴とする色情報測定装置。
23. 請求項１乃至２２のいずれか１つに記載の色情報測定装置を備えた電子機器。
24. 請求項２３に記載の電子機器において、
    上記色情報測定装置が出力する電気信号によって、機能が制御されることを特徴とする電子機器。

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