JP2013061174A - 分光特性取得装置及び分光特性取得方法、画像評価装置、並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象に応じた適切な空間分解能で複数位置の分光特性を取得可能な分光特性取得装置を提供する。
【解決手段】光照射手段１１から前記画像担持媒体９０に照射された光の反射光を複数の開口部を有する開口部列により複数の領域に分割し、分光手段１５により複数の開口部に対応する複数の回折像を形成された複数の回折像を受光手段１６の複数の画素で受光して電気信号に変換し、演算手段１７により画像担持媒体の複数の位置における反射光の光量の割合を示す分光特性を演算し、演算手段は隣接するａ個（ａは２以上の自然数）の回折像の電気信号に対応する分光特性を算出するための変換行列を記憶する変換行列記憶手段１７ａと、隣接するａ個の前記回折像の電気信号とそれに対応する変換行列とから隣接するａ個の回折像の開口部に対応する画像担持媒体の位置における分光特性を算出する分光特性算出手段１７ｂとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物の分光特性を取得する分光特性取得装置及び分光特性取得方法、前記分光特性取得装置を有する画像評価装置、並びに前記画像評価装置を有する画像形成装置に関する。

近年、プロダクションプリンティング分野においても枚葉機、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、それらの装置による印刷画像の高画質、色再現安定性への要求が高まっている。

印刷画像の色再現安定性を向上させるために、分光計を用いて印刷物を精度良く測色して、装置のキャリブレーションを行ったり、色情報をフィードバックして印刷条件を制御したりする方法がある。従来の分光計は注視する領域の一点で計測されるため、任意の色票を印刷し、その色票について測色を行っていた。これらの技術は、ページ間、ページ内での画像変動に対応するため、画像全域で実行されることが望ましい。単一の分光計を移動させて複数個所を計測する製品もあるが、プロダクションプリンティング等で使用される高速機でのインラインでの計測に対応することは困難である。

画像の全幅でのインライン色計測技術としては、例えば、異なる波長帯を有する光源を用いて画像の全幅を連続的に照射し、その反射光を取得して全幅の分光特性を取得する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、特許文献１に開示された技術では、複数色の照明を時分割で切り替えて反射光を受光するため、同一点における反射光の信号を得ることが難しく、正確な色を測定できない。

又、測定対象物からの反射光をピンホールアレイ等の開口部列で空間的に限定し、その後分光して複数の回折像として１次元アレイセンサに結像し、１次元アレイセンサを構成する複数の画素で各回折像の波長帯毎の光強度信号を取得する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示された技術では、分光特性の異なる複数の信号を一度に取得することができ、各開口部に対応した各位置における正確な分光特性を取得できる。

ところで、印刷画像中の測定対象が例えばユーザ画像の場合は、狭い範囲の色も評価可能なように高い空間分解能で測定されることが望ましい。一方、印刷画像中の測定対象が例えば色票である場合は、色サンプルの範囲内の平均色を高い精度で測定することが望ましいが、高い空間分解能は必要ない。

従来の技術において、測定対象に応じた適切な空間分解能で測定を行うためには、例えば、特許文献２の技術において、ピンホールアレイ等の開口部列を測定対象に応じてその都度交換する必要がある。

しかしながら、例えば開口部の間隔が異なる複数種類の開口部列を用意しなければならず、手間を要する。又、開口部列を交換することにより、開口部列を構成する各開口部に対応する回折像と１次元アレイセンサとの相対的位置関係が変わる虞がある。相対的位置関係が変わると、各信号の分光特性が変わるため、開口部列を交換するたびに校正が必要となり、測定が煩雑化する問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、測定対象に応じた適切な空間分解能で複数の位置の分光特性を取得可能な分光特性取得装置を提供することを課題とする。

本分光特性取得装置は、画像担持媒体へ光を照射する光照射手段と、前記光照射手段から前記画像担持媒体に照射された前記光の反射光を、複数の開口部を有する開口部列により複数の領域に分割する領域分割手段と、前記領域分割手段により複数の領域に分割された前記反射光を波長に応じて異なる方向に伝播し、前記複数の開口部に対応する複数の回折像を形成する分光手段と、前記分光手段により形成された前記複数の回折像を複数の画素で受光して電気信号に変換する受光手段と、前記電気信号に基づいて、前記画像担持媒体の複数の位置における反射光の光量の割合を示す分光特性を演算する演算手段と、を備え、前記演算手段は、隣接するａ個（ａは２以上の自然数）の前記回折像の前記電気信号に対応する前記分光特性を算出するための変換行列を記憶する変換行列記憶手段と、前記隣接するａ個の前記回折像の前記電気信号と、それに対応する前記変換行列とから、前記隣接するａ個の前記回折像の前記開口部に対応する前記画像担持媒体の位置における分光特性を算出する分光特性算出手段と、を有することを要件とする。

開示の技術によれば、測定対象に応じた適切な空間分解能で複数の位置の分光特性を取得可能な分光特性取得装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る分光特性取得装置を模式的に例示する図である。 第１の実施の形態に係るホールアレイを例示する平面図である。 ラインセンサへ入射する各回折像を入射面側から見た状態を示す図（その１）である。 分光ユニットの例を示す図（その１）である。 校正工程のフローチャートの一例である。 測定工程のフローチャートの一例である。 分光ユニットの例を示す図（その２）である。 分光ユニットの例を示す図（その３）である。 第１の実施の形態の変形例２に係る分光特性取得装置を模式的に例示する図である。 ラインセンサへ入射する回折像を入射面側から見た状態を示す図（その２）である。 第２の実施の形態に係る画像評価装置を例示する図である。 第３の実施の形態に係る画像形成装置を例示する図である。

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。なお、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。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る分光特性取得装置を模式的に例示する図である。なお、以後の記載においては、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向という表現をするが、これらは図中に描かれている軸方向を表すものである。又、本願において、分光特性とは、拡散反射光の光量を波長の関数として表したものを指し、分光特性には分光反射率を含むものとする。なお、分光反射率とは、基準板（白色板等）からの拡散反射光の光量に対する、測定対象物からの拡散反射光の光量の割合を波長の関数として表したものである。

図１を参照するに、分光特性取得装置１０は、大略すると、ライン照明光源１１と、結像光学系１２と、ホールアレイ１３と、結像光学系１４と、分光手段１５と、ラインセンサ１６と、演算手段１７とを有する。９０は、測定対象物である画像担持媒体を示している。画像担持媒体９０上の所定の領域には画像が形成されている。画像担持媒体９０は、例えばシート状の印刷物等であり、図１の矢印Ｍ方向（Ｙ方向）に一定の速度で搬送され得る。

なお、以降の説明において、正反射光とは、ライン照明光源１１から画像担持媒体９０に照射される照射光の入射角と同じ角度で、入射方向とは反対側に反射する反射光（つまり入射角をθとすると、反射角がπ−θとなる反射光）を指し、拡散反射光とは、正反射光以外の反射光を指す。

ライン照明光源１１は、画像担持媒体９０の奥行き方向（Ｘ方向）のライン状に広がった領域に光を照射する機能を有する。ライン照明光源１１としては、例えば可視光のほぼ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。但し、ライン照明光源１１は、分光に必要な波長領域の光を発するものであって、かつ観測領域全体（画像担持媒体９０上のＸ方向の１ライン）にわたって均質に照明可能なものであることが好ましい。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。

ライン照明光源１１から画像担持媒体９０までの光路上に、ライン照明光源１１から出射された光を画像担持媒体９０にコリメートして（略平行光として）若しくは集光してライン状に照射する機能を有するコリメートレンズを配置しても構わない。

結像光学系１２は、画像担持媒体９０に照射された光の法線方向（Ｚ方向）の拡散反射光を、ホールアレイ１３の開口部１３ｂに結像する機能を有する。結像光学系１２としては、例えば、Ｘ方向に複数のレンズが配列された集光レンズアレイ等を用いることができる。

但し、必ずしも正確にホールアレイ１３の開口部列上に拡散反射光が結像している必要はなく、デフォーカスした状態や無限系であってもよい。結像光学系１２として、セルフォックレンズアレイのような屈折率分布型レンズアレイやマイクロレンズアレイ又はミラーからなる結像光学系を用いることも可能である。なお、結像光学系１２は、本発明に係る第１の結像手段の代表的な一例である。

図２に示すように、ホールアレイ１３は、遮光部材１３ａに複数の開口部１３ｂが一列に並んだ開口部列が形成された構造を有し、結像光学系１２を介して入射した拡散反射光を複数の領域に分割する。以降、『複数の領域に分割する』ことを、単に『領域分割』と称する場合がある。ホールアレイ１３において、実質的に同一形状の開口部１３ｂが、実質的に同一間隔でＸ方向に一列に並んで、開口部列を構成している。

ホールアレイ１３としては、ガラス等の透明部材に金属膜や黒色樹脂による遮光部１３ａが形成され、その一部に開口部列が形成された部材や、金属薄板からなる遮光部１３ａにスリット形状の開口部列が形成された部材等を用いることができる。なお、図２では、ホールアレイ１３の各開口部１３ｂの形状を矩形としたが、これに限定されることはなく、各開口部１３ｂの形状は楕円形や円形或いは他のより複雑な形状としてもよい。

ホールアレイ１３を用いることにより、測定対象物からの拡散反射光をホールアレイ１３の開口部列により領域分割し、不要な部分の光を遮蔽できる。これにより、開口部列を構成する各開口部１３ｂを通過した焦点面の光のみを検出し、隣接する領域からの反射光の混入を抑制できる。なお、ホールアレイ１３は、本発明に係る領域分割手段の代表的な一例である。

ホールアレイ１３上の領域分割された像は、結像光学系１４により集光されて分光手段１５に入射する。つまり、結像光学系１４は、開口部列を通過した拡散反射光を集光して分光手段１５に結像させる。なお、結像光学系１４は、本発明に係る第２の結像手段の代表的な一例である。

分光手段１５は、ホールアレイ１３の開口部列により領域分割された後に結像光学系１４により集光された拡散反射光を分光して波長に応じて異なる方向に伝播し、開口部列の各開口部１３ｂに対応する回折像を形成する機能を有する。分光手段１５としては、例えば、プリズムや透過型回折格子或いはそれらを組み合わせたもの等を用いることができる。

ラインセンサ１６は、分光手段１５により形成された各回折像を複数の画素で受光して所定の波長帯毎の光量を取得し、取得した光量を電気信号に変換する機能を有する。ラインセンサ１６としては、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor Device）、ＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor Device）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＩＳ（Contact Image Sensor）等を用いることができる。なお、ラインセンサ１６は、本発明に係る受光手段の代表的な一例である。

図３は、ラインセンサへ入射する各回折像を入射面側から見た状態を示す図（その１）である。図３を参照するに、ラインセンサ１６は、Ｙ方向に長い受光領域を持つ複数の画素がＸ方向に一列に配列した画素構造を有する。ラインセンサ１６は、Ｘ方向に隣接するＮ個の画素を一群とする分光センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、・・・がＸ方向に複数個配列された分光センサアレイを構成している。

分光センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ等は、Ｘ方向に隣接する互いに分光特性の異なる光を受光するＮ個の画素を有する。図３の例では、Ｎ＝８としている（８個の内に無効な画素が含まれている場合もある）。

ラインセンサ１６には、ホールアレイ１３の各開口部１３ｂの１次回折像Ｂのみが結像される。不要な非回折像Ａ（０次回折像）、−１次回折像Ｃ、＋２次回折像Ｄ、−２次回折像Ｅ等は、ラインセンサ１６の画素から離れた位置に結像される。ホールアレイ１３の各開口部１３ｂが、ラインセンサ１６上の各１次回折像Ｂ（各分光センサ）に対応しており、１つの開口部１３ｂと各分光センサのN個の画素とは結像関係にある。従って、測定対象物である画像担持媒体９０の測定位置を正確に取得することが可能となる。

分光手段１５の回折軸方向、回折格子のピッチ、分光手段１５とラインセンサ１６との距離等を適切に設定することで、図３のように斜め方向に回折した＋１次回折像Ｂのみをラインセンサ１６の隣接する複数の画素上に配置し、非回折像Ａ（０次回折像）やその他所望の次数以外の回折像を、ラインセンサ１６の画素から離れた位置に配置することができる。これにより、各1次回折像Ｂについて分光特性の異なる複数の光強度信号を得ることができる。なお、以降、＋１次回折像Ｂを単に回折像と称する場合がある。

ラインセンサ１６で受光された各波長帯の拡散反射光は、受光した光量に応じて光電変換され、例えばデジタル変換された後、演算手段１７に転送される。１次元ラインの分光情報が演算手段１７に転送された後、測定対象物である画像担持媒体９０が分光特性取得装置１０に対して図１の矢印Ｍ方向に相対的に移動し、次の１次元ラインの分光情報がラインセンサ１６で取り込まれ演算手段１７に転送される。このような動作を繰り返すことにより、画像全幅の測色が可能となる。

なお、図１に例示する光学系は、ライン照明光源１１から出射される照明光が画像担持媒体９０に対して略斜め４５度より入射し、ラインセンサ１６が画像担持媒体９０から垂直方向に拡散反射する光を受光する所謂４５／０光学系である。しかしながら、光学系の構成は図１に例示するものに限定されず、例えば、ライン照明光源１１から出射される照明光が画像担持媒体９０に対して垂直に入射し、ラインセンサ１６が画像担持媒体９０から４５度方向に拡散反射する光を受光する所謂０／４５光学系等としても構わない。

ここで、演算手段１７により分光特性（分光反射率）を算出する方法について説明する。演算手段１７は、分光センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ等から出力された電気信号に基づいて、画像担持媒体９０の複数位置での分光特性を演算する機能を有する。演算手段１７は、隣接するａ個（ａは２以上の自然数、以降同様）の分光センサを1つの分光ユニットと見なして動作する。換言すれば、演算手段１７は、ラインセンサ１６上で隣接するａ個の回折像を１つの回折像群と見なして動作する。

演算手段１７は、変換行列記憶手段１７ａと、分光特性算出手段１７ｂとを有する。変換行列記憶手段１７ａは、隣接するａ個の回折像からなる回折像群毎に用意された、各回折像群に対応する電気信号からそれぞれ分光特性を算出するための変換行列を記憶する機能を有する。分光特性算出手段１７ｂは、各回折像群に対応する電気信号とそれに対応する変換行列から、開口部列の隣接するａ個の開口部１３ｂに対応する画像担持媒体９０の位置の分光特性を算出する機能を有する。

演算手段１７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリ等を含み、演算手段１７の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。但し、演算手段１７の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、演算手段１７は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。

図４は、分光ユニットの例を示す図（その１）である。図４では、隣接する２つの分光センサ１６ａ及び１６ｂを1つの分光ユニット２６ａとしている。又、隣接する２つの分光センサ１６ｃ及び１６ｄを1つの分光ユニット２６ｂとしている。換言すれば、ラインセンサ１６上で隣接する２つの回折像を１つの回折像群と見なしている。なお、図４では、便宜上、1次回折像Ｂのみを図示している。

演算手段１７は、校正工程と測定工程を経て、各分光ユニット（ここでは、一例として分光ユニット２６ａ及び２６ｂ）の分光特性を取得する。図５は、校正工程のフローチャートの一例である。図６は、測定工程のフローチャートの一例である。

まず、図５に示すステップＳ１００〜Ｓ１３０の校正工程を実行する。ステップＳ１００では、画像担持媒体９０として分光反射率が既知の複数の色票（色票１から色票ｎ、ｎは２以上の自然数）を準備する。そして、色票１を各分光ユニット（ここでは、一例として分光ユニット２６ａ及び２６ｂ）で測定して、各分光ユニットから出力される電気信号を分光特性算出手段１７ｂに転送する。

なお、色票とは、色の表示を目的とする標準試料のことであり、カラーチャートとも称される。色票としては、例えば、ＪＩＳ−Ｚ−８７２１準拠の標準色票等を用いることができる。各色票は、例えば、予め基準となる分光計等で測定され、分光反射率が既知となっている。

ステップＳ１１０では、分光特性算出手段１７ｂは、各分光ユニットから出力される各電気信号に基づいて、分光ユニット毎に、既知の分光反射率を目的変数、電気信号を説明変数とした重回帰分析を行うことで、電気信号から分光反射率への変換行列を算出する。ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で算出した分光ユニット毎の変換行列を変換行列記憶手段１７ａに記憶する。

ここで、変換行列について更に詳しく説明をする。１つの分光センサを構成しているＮ個の画素から出力される電気信号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間隔の３１個）を格納した行ベクトルｒは式（数１）で表される。
ｒ＝Ｇｖ ・・・ （数１）
変換行列Ｇは、式（数２）〜式（数４）に示すように、予め分光分布が既知なｎ個の色票に対して分光分布を格納した行列Ｒと、同様のｎ個の色票を分光特性取得装置１０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。
R = [r1, r2, ・・・, rn] ・・・ （数２）
V = [v1, v2, ・・・, vn] ・・・ （数３）
e＝‖R−GV‖²→min ・・・ （数４）
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。
G = RV^Ｔ(VV^Ｔ)^−１ ・・・ （数５）
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を変換行列記憶手段１７ａに記憶させておくことで、実際の測定時には変換行列Ｇと電気信号ｖｉの積を取ることにより、任意の測定対象物の分光分布ｒが推定できる。変換行列Ｇは、分光センサ毎に求めることもできるし、隣接する複数の分光センサを含む分光ユニット毎に求めることもできる。

ステップＳ１３０では、全色票（色票１から色票ｎまで）の測定が終了したか否かを判定し、終了していない場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ１００〜Ｓ１２０の処理を繰り返す。全色票（色票１から色票ｎまで）の測定が終了した場合（Ｙｅｓの場合）には、校正工程は終了する。このようにして、複数の色票について、既知の分光反射率と分光特性取得装置１０で測定した分光反射率とに基づいて、各分光ユニット（ここでは、一例として分光ユニット２６ａ及び２６ｂ）毎に変換行列を算出できる。なお、校正工程は、1回だけ実行すればよい。

次に、図６に示すステップＳ１４０及びＳ１５０の測定工程を実行する。ステップＳ１４０では、測定対象物である画像担持媒体９０を準備する。そして、測定対象物である画像担持媒体９０を各分光ユニットで測定して、各分光ユニットから出力される各電気信号を分光特性算出手段１７ｂに転送する。ステップＳ１５０では、分光特性算出手段１７ｂは、各分光ユニットから出力される各電気信号と変換行列記憶手段１７ａで記憶してある各分光ユニットに対応する変換行列との積を算出して、各分光ユニットの分光反射率を算出する。このようにして、各分光ユニットの分光反射率を取得できる。

このように、第１の実施の形態では、隣接する２つの分光センサを1つの分光ユニットと見なし、各分光ユニットに対応する変換行列を校正工程で予め算出しておく。そして、測定工程において、各分光ユニットから出力される各電気信号に校正工程で予め算出した各分光ユニットに対応する変換行列を乗算することにより、各分光ユニットの分光反射率を取得する。これにより、取得した分光反射率分布は、図１のホールアレイ１３の隣接する２つの開口部を通過した光束の分光反射率分布の平均値となる。

例えば、測定対象物が印刷画像中の色票の部分である場合、色票の部分では分光反射率がほぼ同じである。このような場合に、第１の実施の形態に係る分光特性取得方法を適用することにより、広い範囲の平均的な分光反射率を高い安定性で取得することができる。

又、隣接する複数の分光センサを1つの分光ユニットと見なして測定することにより、分光反射率を算出するための信号の数が増えるので、例えばラインセンサの出力信号を光電変換する部分で発生するランダムノイズの影響が小さくなり、より安定性の高い分光反射率分布を得ることができる。

なお、隣接する３つ以上の分光センサを1つの分光ユニットと見なしてもよい。

〈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、分光ユニットとして、同一の分光センサを重複して使用する例を示す。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分についての説明は省略する。

図７は、分光ユニットの例を示す図（その２）である。図７では、隣接する２つの分光センサ１６ａ及び１６ｂを1つの分光ユニット３６ａとしている。又、隣接する２つの分光センサ１６ｂ及び１６ｃを1つの分光ユニット３６ｂとしている。又、隣接する２つの分光センサ１６ｃ及び１６ｄを1つの分光ユニット３６ｃとしている。つまり、隣接する２つの分光センサを1つの分光ユニットとしつつ、同一の分光センサを重複して使用している。

換言すれば、異なる回折像群が、共通する回折像を含むように選定されている。例えば、分光ユニット３６ａの回折像群（２つの回折像）と、分光ユニット３６ｂの回折像群（２つの回折像）は、共通する分光センサ１６ｂの回折像を含んでいる。なお、図７では、便宜上、1次回折像Ｂのみを図示している。

図７に示すように、隣接する２つの分光センサ（隣接する２つの回折像）を1つの分光ユニットとしつつ、各分光センサ（各回折像）に対応する信号を重複して使用することにより、１つの分光センサ（1つの回折像）を１つの分光ユニットとした場合と同数の分光反射率データを得ることができる。

もちろん、隣接する３つ以上の分光センサ（隣接する３つ以上の回折像）を1つの分光ユニットとしつつ、各分光センサ（各回折像）に対応する信号を重複して使用してもよい。図８に一例を示す。

図８は、分光ユニットの例を示す図（その３）である。図８では、隣接する４つの分光センサ１６ａ〜１６ｄを1つの分光ユニット３６ｐとしている。又、隣接する４つの分光センサ１６ｂ〜１６ｅを1つの分光ユニット３６ｑとしている。又、隣接する４つの分光センサ１６ｃ〜１６ｆを1つの分光ユニット３６ｒとしている。又、隣接する４つの分光センサ１６ｄ〜１６ｇを1つの分光ユニット３６ｓとしている。つまり、隣接する４個の分光センサ（隣接する４つの回折像）を1つの分光ユニットとしつつ、同一の分光センサを重複して使用している。なお、図８では、便宜上、1次回折像Ｂのみを図示している。

例えば、図１のホールアレイ１３の開口部１３ｂの間隔を１ｍｍとし、図８に例示する分光ユニット３６ｐ〜３６ｓを用いて色票内の４ｍｍ角の領域（以降、対象領域とする）を測定することを考える。この場合、対象領域の平均的分光反射率が、１ｍｍピッチで得られる。

色票の位置がずれても対象領域を正確に測定するためには、色票の幅を対象領域の幅＋測定ピッチにする必要がある。この場合には、対象領域の幅＝４ｍｍ、測定ピッチ＝１ｍｍであるから、４ｍｍ角のデータを正確に取得するためには、色票の幅を５ｍｍとすればよい。

一方、図１のホールアレイ１３の開口部の間隔を４ｍｍとし、各分光センサを用いて（分光ユニットを用いずに）色票内の４ｍｍ角の領域を測定することを考える。この場合、対象領域の分光反射率が、４ｍｍピッチで得られる。対象領域の幅＝４ｍｍ、測定ピッチ＝４ｍｍであるから、４ｍｍ角のデータを正確に取得するためには、色票の幅を８ｍｍとする必要がある。

つまり、隣接する分光センサ（隣接する回折像）を1つの分光ユニットとしつつ、同一の分光センサを重複して使用することにより、色票の幅を狭くできるため、同一の領域に、より多くの色票を配置できる。

このように、第１の実施の形態の変形例１では、分光ユニットとして、同一の分光センサを重複して使用する。これにより、第１の実施の形態と同一の光学系を用いて、測定ピッチ（ホールアレイの開口部のピッチ）よりも広い範囲の平均的分光反射率を取得することが可能となり、色票等を評価する場合に好適である。

〈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、演算手段が複数の変換行列記憶手段と複数の分光特性算出手段を有する例を示す。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分についての説明は省略する。

図９は、第１の実施の形態の変形例２に係る分光特性取得装置を模式的に例示する図である。図９を参照するに、分光特性取得装置４０は、演算手段１７が演算手段４７に置換された点が分光特性取得装置１０（図１参照）と相違する。

分光特性取得装置４０において、ラインセンサ１６で受光された各波長帯の拡散反射光は、受光した光量に応じて光電変換され、例えばデジタル変換された後、演算手段４７に転送される。１次元ラインの分光情報が演算手段４７に転送された後、測定対象物である画像担持媒体９０が分光特性取得装置４０に対して図９の矢印Ｍ方向に相対的に移動し、次の１次元ラインの分光情報がラインセンサ１６で取り込まれ演算手段４７に転送される。このような動作を繰り返すことにより、画像全幅の測色が可能となる。

演算手段４７は、分光センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ等から出力された電気信号に基づいて、画像担持媒体９０の複数位置での分光特性を演算する機能を有する。演算手段４７は、第１の変換行列記憶手段４７ａと、第１の分光特性算出手段４７ｂと、第２の変換行列記憶手段４７ｃと、第２の分光特性算出手段４７ｄとを有する。演算手段４７は、演算手段１７と同様に、例えばＣＰＵ等を含んで構成することができる。

例えば、第１の分光特性算出手段４７ｂは、１つの分光センサを１つの分光ユニットと見なした場合の各分光ユニットから出力された各電気信号に基づいて、分光ユニット毎に（＝分光センサ毎に）、既知の分光反射率を目的変数、電気信号を説明変数とした重回帰分析を行うことで、電気信号から分光反射率への変換行列を算出する。第１の変換行列記憶手段４７ａは、第１の分光特性算出手段４７ｂが算出した変換行列を記憶している。又、第１の分光特性算出手段４７ｂは、各分光ユニットから出力された各電気信号と第１の変換行列記憶手段４７ａで記憶してある各分光ユニットに対応する変換行列との積を算出して、各分光ユニット（＝分光センサ）の分光反射率を算出する。

一方、例えば、第２の分光特性算出手段４７ｄは、隣接する２つの分光センサを1つの分光ユニットと見なした場合の分光ユニットから出力された各電気信号に基づいて、分光ユニット毎に、既知の分光反射率を目的変数、電気信号を説明変数とした重回帰分析を行うことで、各電気信号から分光反射率への変換行列を算出する。第２の変換行列記憶手段４７ｃは、第２の分光特性算出手段４７ｄが算出した変換行列を記憶している。又、第２の分光特性算出手段４７ｄは、各分光ユニットから出力された各電気信号と第２の変換行列記憶手段４７ｃで記憶してある各分光ユニットに対応する変換行列との積を算出して、各分光ユニットの分光反射率を算出する。

このように、第１の実施の形態の変形例２では、演算手段が複数の変換行列記憶手段と複数の分光特性算出手段を有する。これにより、１つの分光センサを1つの分光ユニットと見なした場合の各分光ユニットに対応する変換行列や、隣接する２つの分光センサを1つの分光ユニットと見なした場合の各分光ユニットに対応する変換行列等を校正工程で予め算出しておくことにより、開口部列を交換することなく、同一の光学系を用いて複数の異なる空間分解能で測定対象物上の画像各部の分光反射率を取得可能となる。つまり、測定目的や測定対象物に合わせて適切な空間分解能を選択するための部品交換が不要となり、同一のハードウェアで測定目的や測定対象物に合った分光特性を取得可能となる。

又、演算手段は、例えば１台のコンピュータ内の複数のプログラムとして実現できるので、使用するプログラムを選択することにより、複数種類の空間分解能の分光反射率データを同一の光学系で取得可能となる。

なお、第１の分光特性算出手段４７ｂ及び第２の分光特性算出手段４７ｄのそれぞれにおいて、１つの分光ユニットと見なす分光センサの数は適宜決定できる。例えば、第１の分光特性算出手段４７ｂでは、隣接するａ個（ａは２以上の自然数）の分光センサ（回折像）を１つの分光ユニットと見なし、第２の分光特性算出手段４７ｄでは隣接するｂ個（ｂはａとは異なる２以上の自然数）の分光センサ（回折像）を１つの分光ユニットと見なしてもよい。又、演算手段が３種類以上の変換行列記憶手段及び分光特性算出手段を有してもよい。

〈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、隣接する分光センサに結像する回折像の間隔を、ラインセンサの画素間隔の整数倍からずらす例を示す。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分についての説明は省略する。

図１０は、ラインセンサへ入射する回折像を入射面側から見た状態を示す図（その２）である。図１０を参照するに、分光センサ１６ａ〜１６ｄの各画素数は８であり、分光センサ１６ａの１次回折像Ｂと分光センサ１６ｂの１次回折像Ｂとの間隔はラインセンサ１６の画素幅の約８．５倍に設定されている。つまり、ラインセンサ１６上の各回折像の間隔は、ラインセンサ１６の画素間隔の整数倍と一致していない。なお、図１０では、便宜上、1次回折像Ｂのみを図示している。

図１等に示すホールアレイ１３、結像光学系１４、及びラインセンサ１６の位置関係で決まる結像倍率を調整することで、分光センサ１６ａの１次回折像Ｂと分光センサ１６ｂの１次回折像Ｂとの間隔をラインセンサ１６の画素幅の整数倍からずらすことができる。

図１０の例では、隣接する２つの分光センサ１６ａ及び１６ｂ（隣接する２つの回折像）を1つの分光ユニット２６ａとしており、分光ユニット２６ａ内の２つの１次回折像Ｂは、画素との相対的位置関係が約０．５画素分ずれている。そのため、分光ユニット２６ａ内の分光センサ１６ａと分光センサ１６ｂから異なる分光特性が得られる。その結果、高精度に分光反射率を取得することが可能となる。

なお、例えば隣接する３つの分光センサを１つの分光ユニットとする場合には、分光センサ１６ａ〜１６ｄの各画素数が８であれば、各分光センサの１次回折像Ｂの間隔をラインセンサ１６の画素幅の約８．３３倍に調整することにより、同様の効果が得られる。このように、分光反射率の推定に用いる信号は、できるだけ独立した信号である方が、推定精度が高くなり好適である。

このように、第１の実施の形態の変形例３では、隣接する分光センサに結像する回折像の間隔を、ラインセンサの画素間隔の整数倍からずらしている。これにより、隣接する分光センサを１つの分光ユニットとする場合に、分光ユニット内の各分光センサから異なる分光特性が得られるため、高精度に分光反射率を取得することが可能となる。特に、空間分解能を下げて分光特性を取得する際の、測定精度を向上できる点で好適である。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、分光特性取得装置を用いて画像評価装置を構成する例を示す。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分についての説明は省略する。

図１１は、第２の実施の形態に係る画像評価装置を例示する図である。図１１を参照するに、画像評価装置５０は、例えば電子写真方式の画像形成装置等によって画像担持媒体９０上に作製された画像を全幅に渡って測定する装置であり、図１に示す分光特性取得装置１０と、画像評価手段５１と、搬送手段５２とを有する。なお、複数の分光特性取得装置１０をＸ方向に並設して、より大きなサイズの測定対象物を測定可能に構成してもよい。

画像評価手段５１は、搬送手段５２を制御して、測定対象物である画像担持媒体９０を矢印Ｍ方向に所定の速度で搬送する機能を有する。又、画像評価手段５１は、搬送手段５２による画像担持媒体９０の搬送に同期して分光特性取得装置１０により画像担持媒体９０の分光特性を取得し、分光特性取得装置１０が取得した分光特性に基づいて、画像担持媒体９０上に複数色で形成された画像の色を評価する機能を有する。画像評価手段５１は、例えば反射物の色を示すCIELAB値等を算出できる。

又、画像評価手段５１は、基準となる測定対象物の各部の分光反射率を記憶する機能や、基準となる測定対象物と検査する測定対象物（画像担持媒体９０）の分光反射率を比較して、差が大きい部分を表示する機能等を備えており、操作者の指示に従って測定対象物（画像担持媒体９０）の画像を検査することができる。

画像評価手段５１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリ等を含み、画像評価手段５１の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現される。但し、画像評価手段５１の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、画像評価手段５１は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。

なお、画像評価装置５０において、分光特性取得装置１０に代えて、分光特性取得装置４０を用いても構わない。

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分光特性取得装置を用いて画像評価装置を構成することにより、同一の光学系により測定対象物上の画像各部の分光特性を異なる空間分解能で測定できるため、測定対象物上の評価対象の特徴により適切な分光特性の評価が可能となる。例えば、高い空間分解能で狭い部分の分光反射率を評価することや、色票等のある程度の面積の広い部分の分光反射率を高精度で評価することが可能となる。

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、第２の実施の形態に係る画像評価装置を有する画像形成装置の例を示す。なお、第３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分についての説明は省略する。

図１２は、第３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１２を参照するに、画像形成装置８０は、第２の実施の形態に係る画像評価装置５０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。９０は、画像担持媒体（紙等）を示している。

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により搬送された画像担持媒体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から画像担持媒体９０上に転写される。画像担持媒体９０上に転写された画像は定着ローラ８７により定着され、画像形成された画像担持媒体９０は排紙ローラ８８により排紙される。画像評価装置５０は、定着ローラ８７の後段に設置されている。

このように、第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態に係る画像評価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、画像担持媒体の搬送に同期して、画像担持媒体の面内の色情報を２次元で取得できる。そして、画像形成装置８０が例えば電子写真方式による画像製品である場合には、取得した２次元の色情報に基づいて、書込み走査光学系の光源出力の一走査内制御や印刷前のガンマ補正等の画像処理を行うことにより、画像担持媒体の面内の色むらを低減することが可能となる。

又、画像形成装置８０が例えばインクジェット方式による画像製品である場合には、ヘッド位置によりインクの吐出量を直接制御することにより、画像担持媒体の面内の色むらを低減することが可能となる。

又、第２の実施の形態に係る画像評価装置により、空間分解能の異なる分光特性を２次元で画像全面で取得することが可能なため、色票がある場合は色票に適した分光特性の評価が、色票がない場合には、ユーザの任意の画像の任意の位置に適した分光特性の評価ができる。そして、それぞれの評価に基づいてプロセスの調整を行うことで、より色安定性、色再現性の高い画像形成装置を実現できる。

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及びその変形例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。

１０、４０ 分光特性取得装置
１１ ライン照明光源
１２、１４ 結像光学系
１３ ホールアレイ
１３ａ 遮光部材
１３ｂ 開口部
１５ 分光手段
１６ ラインセンサ
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 分光センサ
１７、４７ 演算手段
１７ａ 変換行列記憶手段
１７ｂ 分光特性算出手段
２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｐ、３６ｑ、３６ｒ、３６ｓ 分光ユニット
４７ａ 第１の変換行列記憶手段
４７ｂ 第１の分光特性算出手段
４７ｃ 第２の変換行列記憶手段
４７ｄ 第２の分光特性算出手段
５０ 画像評価装置
５１ 画像評価手段
５２ 搬送手段
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 画像担持媒体
Ａ 非回折像Ａ（０次回折像）
Ｂ １次回折像
Ｃ −１次回折像
Ｄ ＋２次回折像
Ｅ −２次回折像
Ｍ 矢印

特開２００５−３１５８８３号公報 特開２０１０−２５６３２４号公報

Claims (12)

1. 画像担持媒体へ光を照射する光照射手段と、
   前記光照射手段から前記画像担持媒体に照射された前記光の反射光を、複数の開口部を有する開口部列により複数の領域に分割する領域分割手段と、
   前記領域分割手段により複数の領域に分割された前記反射光を波長に応じて異なる方向に伝播し、前記複数の開口部に対応する複数の回折像を形成する分光手段と、
   前記分光手段により形成された前記複数の回折像を複数の画素で受光して電気信号に変換する受光手段と、
   前記電気信号に基づいて、前記画像担持媒体の複数の位置における反射光の光量の割合を示す分光特性を演算する演算手段と、を備え、
   前記演算手段は、隣接するａ個（ａは２以上の自然数）の前記回折像の前記電気信号に対応する前記分光特性を算出するための変換行列を記憶する変換行列記憶手段と、
   前記隣接するａ個の前記回折像の前記電気信号と、それに対応する前記変換行列とから、前記隣接するａ個の前記回折像の前記開口部に対応する前記画像担持媒体の位置における分光特性を算出する分光特性算出手段と、を有する分光特性取得装置。
2. 前記隣接するａ個の前記回折像と、それとは異なる隣接するａ個の前記回折像とが、共通する前記回折像を含むように選定されている請求項１記載の分光特性取得装置。
3. 前記受光手段上の前記各回折像の間隔は、前記受光手段の画素間隔の整数倍と一致していない請求項１又は２記載の分光特性取得装置。
4. 前記演算手段は、隣接するｂ個（ｂはａとは異なる２以上の自然数）の前記回折像の前記電気信号に対応する前記分光特性を算出するための第２の変換行列を記憶する第２の変換行列記憶手段と、
   前記隣接するｂ個の前記回折像の前記電気信号と、それに対応する前記第２の変換行列とから、前記隣接するｂ個の前記回折像の前記開口部に対応する前記画像担持媒体の位置における分光特性を算出する第２の分光特性算出手段と、を更に有する請求項１乃至３の何れか一項記載の分光特性取得装置。
5. 前記演算手段は、前記各回折像の前記電気信号に対応する前記分光特性を算出するための第３の変換行列を記憶する第３の変換行列記憶手段と、
   前記各回折像の前記電気信号と、それに対応する前記第３の変換行列とから、前記回折像の前記開口部に対応する前記画像担持媒体の位置における分光特性を算出する第３の分光特性算出手段と、を更に有する請求項１乃至４の何れか一項記載の分光特性取得装置。
6. 前記画像担持媒体に照射された前記光の反射光を集光して前記開口部列に結像させる第１の結像手段と、
   前記開口部列を通過した前記反射光を集光して前記分光手段に結像させる第２の結像手段と、を有する請求項１乃至５の何れか一項記載の分光特性取得装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項記載の分光特性取得装置と、
   前記画像担持媒体を搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段による前記画像担持媒体の搬送に同期して前記分光特性取得装置により前記画像担持媒体の分光特性を取得し、前記分光特性取得装置が取得した前記分光特性に基づいて、前記画像担持媒体上に複数色で形成された画像の色を評価する画像評価手段と、を有する画像評価装置。
8. 請求項７記載の画像評価装置を搭載した画像形成装置。
9. 画像担持媒体へ光を照射する光照射工程と、
   前記光照射工程で前記画像担持媒体に照射された前記光の反射光を、複数の開口部を有する開口部列により複数の領域に分割する領域分割工程と、
   前記領域分割工程で複数の領域に分割された前記反射光を波長に応じて異なる方向に伝播し、前記複数の開口部に対応する複数の回折像を形成する分光工程と、
   前記分光工程で形成された前記複数の回折像を複数の画素で受光して電気信号に変換する受光工程と、
   前記電気信号に基づいて、前記画像担持媒体の複数の位置における反射光の光量の割合を示す分光特性を演算する演算工程と、を備え、
   前記演算工程は、隣接するａ個（ａは２以上の自然数）の前記回折像の前記電気信号と、前記隣接するａ個の前記回折像の前記電気信号に対応する前記分光特性を算出するための変換行列とから、前記隣接するａ個の前記回折像の前記開口部に対応する前記画像担持媒体の位置における分光特性を算出する工程を有する分光特性取得方法。
10. 前記演算工程は、隣接するｂ個（ｂはａとは異なる２以上の自然数）の前記回折像の前記電気信号と、前記隣接するｂ個の前記回折像の前記電気信号に対応する前記分光特性を算出するための第２の変換行列とから、前記隣接するｂ個の前記回折像の前記開口部に対応する前記画像担持媒体の位置における分光特性を算出する工程を更に有する請求項９記載の分光特性取得方法。
11. 前記演算工程は、前記各回折像の前記電気信号と、前記各回折像の前記電気信号に対応する前記分光特性を算出するための第３の変換行列とから、前記回折像の前記開口部に対応する前記画像担持媒体の位置における分光特性を算出する工程を更に有する請求項９又は１０記載の分光特性取得方法。
12. 前記光照射工程と前記領域分割工程との間で、前記画像担持媒体に照射された前記光の反射光を集光して前記開口部列に結像させる第１の結像工程と、
    前記領域分割工程と前記分光工程との間で、前記開口部列を通過した前記反射光を集光して前記分光手段に結像させる第２の結像工程と、を有する請求項９乃至１１の何れか一項記載の分光特性取得方法。

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