JP2014077796A - 分光測色装置およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検出物に垂直な方向に特に薄型化、小型すると共に、高精度な分光測定が可能な分光測色装置を提供する。
【解決手段】被検面上に配置された被検物４を照明する照明光学系２と、被検物からの光束を分光する分光素子と、被検物からの光束を前記分光素子に導光する導光光学系５と、を備える分光測色装置であって、照明光学系は、光源から出射した光束のうち強度が最大である光束を折り曲げて被検物に導光しており、分光素子に入射する光束の主光線と分光素子にて分光された光束の主光線とを含む面を分光平面と定義するとき、被検面と前記分光平面とは互いに平行であり、かつ、被検面と受光素子の受光面とは互いに非平行である。
【選択図】図２

Description

本発明は被写体の色の識別や測色のために使用される回折格子を用いたカラーセンサに関するものであり、特にカラー画像形成装置等に内蔵され、トナーや印字媒体を測色するカラーセンサに好適なものである。

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、トナーの混色等によって色調にずれが生じることがある。これは電子写真方式に限らずインクジェット方式等カラー画像を形成する画像形成装置全般において同様の問題を有する。電子写真においては特に環境によりドラム感度やトナーの電荷容量、紙への転写効率は色毎に異なり、混色比率が所定値から変化することにより色調に影響を与え易い。印刷業界においてはより高度な色調再現を実現する必要があるため、混色比率を所定値に維持することが非常に重要である。

このような問題を解決するために例えば、特許文献１では、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、その測定結果に基づいて画像信号を補正する方法が提案されている。同様に、特許文献２には、カラー画像の色味補正を行う画像形成装置が提案されている。特許文献２には、定着搬送路の定着器の下流に色味検知用のセンサーを設け、搬送路を移動する転写材上（印字画像）に形成された混色パッチ画像の色のＲＧＢ出力値を検知する、電子写真方式の画像形成装置が開示されている。

色調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。分光する波長帯の数を増やすことにより、より高精度で判定できる。そのための手段として、回折現象を用いて分光する回折式分光器が多数提案されており、例えば、特許文献３，４，５などがある。

波長分解能が高く絶対色度を測定できる測色機として、回折式分光器を用い分光強度分布から色度を算出する分光型測色機がある。
従来の回折型分光器として、一般的に用いられているローランド型の回折型分光器を図９に示す。

検知される光束は、入射窓１０８から検知光学装置内に入射する。不図示の照明光学系により照明された被写体からの散乱光が絞りから入射する。反射型の凹面回折素子１０４により分光され、一次元アレイ状検出器１０３により分光強度分布として取得される。

特開平０９−１６０３４３号公報 特開２００４−１２６２７８号公報 特開平６−５８８１２号公報 特開平６−５０８１４号公報 特開２００１−２６４１７３号公報

カラー画像形成装置等において、分光測色装置は、装置本体に内蔵し使用することが求められる。実際に装置内では印刷紙の搬送を妨害しないために印刷紙の搬送方向、すなわち分光測色装置の被検面に垂直な方向への小型化が強く要望されている。

特許文献１及び２においては、ＲＧＢフィルタを用いた測色器が用いられ、装置の大きさは小型化できるが検出できる波長帯が少ないため正確な絶対色度の測定には不向きである。また、フィルタ数を増やそうとすると大幅なコストアップにつながってしまうという問題がある。

また、一般的に回折式分光器であるローランド型分光器を使用する場合、絞りと回折格子によってアレイ状検出器上での絞りの像の大きさの比、すなわち、回折格子による結像倍率はほぼ等倍である。またローランド円を小さくしていくことで比較的容易に分光部を小型化できる。しかしながら、照明系を含めた全体的な構成を小型化するためにはまだ改善すべき点がある。特許文献３に開示されている測定器は、被検面と分光平面を垂直としているため、被検面に垂直な方向に大きな測定器となってしまっている。また特許文献４に開示されている装置は、被検物からの被検知光束がミラーと結像レンズを介して絞りに結像するように、被検物と絞りを共役となるように構成している。被検光束をミラーで折り返すことで小型化を図っているが被検面と分光平面が垂直となるよう配置しているために被検面と垂直な方向には大型化してしまっている。

また、照明系を含む装置全体の小型化は照明系からのフレア光の除去が困難になり、フレア光がセンサーに到達するとセンサー出力にノイズが入り正確な測色が困難になるという問題を有する。

以上、これらの問題を鑑み、本発明の目的は画像形成装置等に最適な被検面に垂直な方向への大幅な小型化と、小型化に伴うフレア光によるノイズを有効に低減することが可能な分光測色装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の分光測色装置は、被検面上に配置された被検物を照明する照明光学系と、前記被検物からの光束を分光する分光素子と、該分光素子により分光された光束を受光する受光素子と、前記被検物からの光束を前記分光素子に導光する導光光学系と、を備え、前記照明光学系は、光源から出射した光束のうち強度が最大である光束を折り曲げて前記被検物に導光しており、前記分光素子に入射する光束の主光線と、前記分光素子にて分光された光束の主光線とを含む面を前記分光平面と定義するとき、前記被検面と分光平面とは互いに平行であり、かつ、前記被検面と前記受光素子の受光面とは互いに非平行であることを特徴とする。

前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記分光平面と前記受光面とは互いに直交していることを特徴とする。
前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記照明光学系は、光源から出射した光束のうち強度が最大である光束を折り曲げて前記被検物に導光することを特徴とする。
前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記照明光学系は、発光面の面法線近傍方向に出射する光束の強度が最大となるＬＥＤ光源を含むことを特徴とする。
前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記導光光学系は、前記被検物からの光束を前記分光平面内において集光するアナモフィックなパワーを有することを特徴とする。
前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記照明光学系は、光源から出射した光束が入射する入射面と、前記入射面からの光束を反射する反射面と、前記入射面又は前記反射面からの光束を出射する出射面と、を有する照明光学素子を含むことを特徴とする。
前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記被検物からの光束を規制する絞りを有することを特徴とする。
前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記導光光学系は、前記絞りの長手方向に伸びる線像を形成することを特徴とする。

前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記分光素子は凹面反射型回折素子であり、前記絞りと前記凹面反射型回折素子と前記受光素子とは、ローランド円上に配置されていることを特徴とする。
前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記導光光学系は、前記被検物からの光束を該光束が前記導光光学系に入射する方向に対して垂直な方向に折り曲げており、前記被検面と前記絞りとは、少なくとも一つの断面内において互いに共役であることを特徴とする。

前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記被検物は、前記被検面を含む平面内において、前記絞りにより規定される矩形状の読み取り領域の長手方向に対して垂直な方向に搬送されることを特徴とする。

前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記絞りと前記分光素子の面頂点を結ぶ線を基準線とした時、前記照明光学系と前記受光素子とは、前記基準線を挟んで対向する位置に配置されていることを特徴とする。

前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記被検面の面法線方向における前記分光測色装置の厚みをｄ（ｍｍ）、前記被検面に平行な面内での前記分光測色装置の最大幅をＷ（ｍｍ）とした時、条件０．１＜ｄ／Ｗ＜１、を満足することを特徴とする。
前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、被検面上に配置された被検物を照明する照明光学系と、前記被検物からの光束を分光する分光素子と、該分光素子により分光された光束を受光する受光素子と、前記被検物からの光束を前記分光素子に導光する導光光学系と、を備える分光測色装置であって、前記照明光学系は、光源から出射した光束のうち強度が最大である光束を折り曲げて被検物に導光しており、前記導光光学系に入射する光束の主光線と前記導光光学系から出射する光束の主光線とを含む面と、前記分光素子に入射する光束の主光線と前記分光素子にて分光された光束の主光線とを含む面と、は互いに異なり、前記被検面と前記受光素子の受光面とは互いに非平行であることを特徴とする。
前記分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記分光素子に入射する光束の主光線と前記分光素子にて分光された光束の主光線とを含む面と、前記受光面と、は互いに直交していることを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、感光面上に形成される潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を記録材に定着させる定着器と、前記記録材に形成された画像の色を検出する前記分光測色装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、従来の分光装置に対して被検面に垂直な方向の厚みを圧倒的に小型することができる。さらに、ローランド型分光方式と組合せることにより最小構成で最大限の小型化が可能となる。これにより分光測色装置を画像形成装置等に組み込むことが容易となり、通常配置される定着器後の紙の搬送部をよりコンパクトにすることができ画像形成装置の小型化にも貢献することができる。さらには、分光測色装置を薄型化したことで紙の搬送を妨げることないためプロセス速度を変更することなく高精度な測色が可能となる。

また、照明光源と受光素子アレイを分光部の基準軸に対して互いに逆側に配置したことで照明光源からの直接的なフレア光が入射することによるノイズを大幅に低減することも可能となり、安定した高精度な色度測定が可能となる。これにより画像形成装置等でのより安定した高精度な色再現が可能となる。

本発明の実施形態の分光測色装置の斜視図 本発明の実施形態の分光測色装置の内部斜視図 （Ａ）：本発明の実施形態の分光測色装置の照明光学系の要部断面図（図２ ３Ａ−３Ａ断面）、（Ｂ）：（Ａ）に示した本発明の実施形態の分光測色装置の照明光学系の要部をＹ軸方向から見た図 本発明の実施形態の分光測色装置の照明光学系の被検物位置（高さ方向）への位置変動に対する光量変動を示すグラフ 本発明の実施形態の分光測色装置の導光光学系の要部断面図（図２ ５−５断面） （Ａ）：本発明の実施形態の分光測色装置の分光部の要部断面図、（Ｂ）：本発明の実施形態の分光測色装置の凹面反射型回折素子の模式図 本発明の実施形態２の分光測色装置の要部断面図 本発明の実施形態のカラー画像形成装置の要部断面図 従来例の分光測色装置の要部断面図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の分光測色装置の一実施例を示す。
図１は、本発明の実施形態にかかる回折素子を用いた分光測色装置の斜視図であり、図２は内部の光学装置の斜視図である。
図２において、光源１と照明光学素子２よりなる照明装置により、照明された被検面上の被検物４から拡散された反射光（被検光束）は導光素子５を介して絞り６に導かれる。絞り６を通過した光は、凹面反射型回折素子７によって、分光されると共に集光され、受光素子アレイ８の受光面上に波長ごとに絞り像として結像する。
受光素子アレイ８では波長ごとの光量を電気信号に変換し、分光強度情報を得ることができる。また、本分光測色装置で得た分光強度情報は不図示の解析装置に送信され、解析装置は入力された分光強度情報を元に内部テーブルから被検物の絶対色度を算出する測色装置として機能する。
本実施例においては、簡易な構成で小型化に有効なローランド型の分光器構成を採用している。ローランド型分光器においては、図６に示すように、ローランド円上に絞りと凹面反射型回折素子７が配置され、回折光は波長ごとに同じローランド円上の所定の場所に結像する。その位置に受光素子アレイ８を配置することで同時に分光強度分布を検出することができる。

図１、２に示すように、測定したい被検物４上には、例えば所望のカラーパッチ（色度調整用パッチ）４１、４２、４３、４４が印刷されている。カラーパッチを照明する照明部は、光源１と照明光学素子（全反射＋屈折面からなる光学素子）２からなる。カラーパッチ４１、４２、４３、４４は順次図１上の矢印Ｓ方向に移動し、照明される。

（光源）
本実施例においては、白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）である紫外ＬＥＤ励起タイプの白色ＬＥＤを照明光源（光源１）として用いている。

（照明光学系）
図３を用いて照明光学系（照明光学素子２）について説明する。
ＬＥＤは一般にその素子構成により所定の配向特性を有している。そのため、照明光学素子２を用いることにより照明効率を上げ、被検物上を均一にかつ被検物の浮きによる光量変動の低減を図っている。

光源１は一般にＴＯＰＶＩＥＷタイプと呼ばれるＬＥＤで、電気実装基板に対し垂直方向に光を発するＬＥＤからなり、不図示の電気実装基板に取り付けられている。同時に前記基板上に照明光学素子２が取り付けられており、被検面４を照明するようになっている。被検面４で反射拡散された被検光束は導光光学系を介して分光光学系に導光される。

ここで光源１のＬＥＤは、発光面の面法線近傍方向の光量が最大となり、面法線からの傾きが大きくなるに従い光量も徐々に減少していく、配光角度特性を有する。このため、図３（Ａ）に示すように、光源１の発光面中央近傍から直上にある照明光学素子に最も強度の強い光Ｌｐ１が入射する。ここで、照明光学素子２の入射面２ａを被検面の方向に傾けることで２ａ面に入射した光束は、屈折しＬｐ２となり、最も強度の強い光は被検面の方向に曲げられＬｐ３となり、出射面２ｂから出射し、被検面４に到達する。また、発光面の面法線から傾きをもって出射した光束の一方Ｌｐ４は、入射面２ａに入射した後、反射面２ｃで全反射しＬｐ５となり、出射面２ｂから出射し、被検面４に到達する。また光束Ｌｐ４とは面法線から逆方向に傾きを有して出射した光束Ｌｐ６は、入射面２ａに入射した後、出射面２ｄから出射しＬｐ７となり、被検面４に到達する。

このように最も強度の強い光束を照明光学素子２の入射面２ａで曲げることで取り付け基板を斜めにすることなく強度の強い光束を被検面４に導くことが可能である。またさらに最も強度の強い光束Ｌｐ１に対して角度をもって出射する光束を全反射面と屈折面の作用を用いて被検物に導くことで、被検面上で被検物がばたついた時の位置変動に起因する照度変化を低減している。

表１に照明光学系の数値実施例を示す。

図３に記載したように、被検面３上で被検物４が移動する方向ＳをＹ軸方向、被検面３の法線方向をＺ軸方向、Ｙ軸及びＺ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向と定義し、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸周りの回転角を（α、β、γ）とする。
なお、座標系の原点は被検面中心とする。

なお、照明光学素子２の各面は平面であり、照明光学素子２はアクリル製のプラスチック光学素子であり、射出成形により製作される。

図４は、被検面上の矩形状の読み取り領域４０の被検物４の移動方向Ｓにおける中心に対する移動方向Ｓの各位置での被検物上の光量を、被検物の被検面３に対する高さ方向（被検面であるカバーガラス３から離れる方向）の変位をパラメータとして示したグラフである。被検物が被検面上にあるときの光量を１として正規化している。グラフを見てわかるように被検物が被検面位置に対して高さ方向に±０．５ｍｍ振れたとしても３％未満の光量変動であり良好に補正がなされていることがわかる。

本実施形態では最善の系として本照明光学系１を用いているが、本構成に限らずいかなる照明光学系を用いても本発明の効果は有効である。

図５に示すように、導光光学素子５は被検物４からの反射光を絞り６に導光する導光体である。被検面上の読み取り領域４０は、長方形の開口を有する絞り６により規定され、被検面上の被検物４の移動方向（矢印Ｓ）に対して垂直な方向に細長い領域である。導光光学素子５は分光方向と平行な方向（絞り６の幅方向）に集光作用を有したアナモフィックなパワーを持つ集光素子であり、絞り６で絞りの長手方向にほぼ線像に結像する構成を有する。

また被検面４と絞り６は、分光方向と平行な断面内（絞り６の幅方向）で略共役関係をなしている。これにより被検物の高さが被検面４に対して変動しても光量の変化が少なく、安定して測定することができる。導光光学素子５は絞り６の幅方向において分光部の凹面反射型回折素子７の有効幅以上のＮＡを確保するとともに、絞り６の位置前後で集光する構成になっており、絞り６のピント調整時の移動量を確保している。

この導光光学素子により被検光束を被検面４に対して垂直な方向に折り曲げ、被検面４と分光部の分光平面とを平行にすることで分光測色装置の薄型化を行っている。
また、分光平面内において、分光光学系に入射する光束の主光線は、受光素子アレイ８の中心と分光素子の面頂点を結ぶ直線に対して斜め入射させ、受光素子アレイ８の受光面と分光平面を直交させて、分光測色装置の薄型化を行っている。
ここで、分光素子（本実施例では凹面反射型回折素子７、透過型回折素子、分光プリズム等でも可）により入射光束の主光線と入射光束が回折（分散）された光束の各主光線を含む平面を、分光平面と定義している。

本実施形態では導光光学素子５として全反射による光路折り曲げ機能と屈折面による集光機能を有する複合素子としているが、機能分離し、光路折り返しミラーと集光レンズで構成してもよい。

表２に導光光学素子５の具体的数値実施例を示す。

図５に記載したように、被検面３上で被検物４が移動する方向がＹ軸方向、被検面３の法線方向がＺ軸方向、Ｙ軸及びＺ軸方向に垂直な方向で絞り６から凹面反射型回折素子７への方向がＸ軸方向であり、各軸周りの角度を（α、β、γ）と表記する。
なお、被検面中心を座標原点とする。

（分光光学系）
図６（Ａ）のように絞り６を通過した光は、凹面反射型回折素子７によって、分光すると共に集光され、受光素子アレイ８上に波長ごとに絞り像として結像する。なお図６（Ａ）には、分光された１次回折光Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｇ、Ｌ１Ｒとゼロ次回折光Ｌ０を示している。

受光素子アレイ８としては一般にＳｉフォトダイオードアレイが用いられる。受光素子アレイ８の受光面には複数の受光画素が水平に並べられている。受光画素は波長毎に集光された絞り像の強度を検出信号として出力することが出来る。検出信号は不図示の信号処理回路により波長に対応する信号として検知され、対応する色度を算出することができる。また、Ｓｉフォトダイオードアレイはその構成上、近赤外近傍の分光感度特性が高く、短波長になるにしたがって分光感度が低下する。信号処理回路はこのような受光素子アレイの分光感度も勘案して処理信号を発生可能な構成をとっている。

図６（Ｂ）に示すように、凹面回折素子７はＹ方向とＺ方向に異なる曲率を有するアナモフィック面上にブレーズ回折格子が構成されている。

一般にローランド型の分光器構成では凹面反射型回折素子は球面をベースとする面から構成されている。そのため、分光方向とそれに直行する方向での結像状態が大きく異なり、大きな非点収差が発生し結像性能が低下するため、分光器としての分解能が低下してしまう。これは原理的なものであるので、その特性上完全には回避できない。しかしながら、凹面反射型回折素子７の曲率を、分光方向とそれに直交する方向で異なるように（すなわちアナモフィック面に）することで、分光方向に直交する方向の像面傾きを短波長と長波長で異なるようにすることが可能である。これにより、必要十分な結像性能を得ることが可能となる。そのため、凹面反射型回折素子７のベースとなる面をアナモフィック面としている。

なお、凹面反射型回折素子７は射出成形により作成したプラスチック光学素子にＡｌなどの反射膜とＳｉＯ２などの増反射膜を蒸着することで作成している。また、凹面反射型回折素子７は石英基板などの光学基板上にイオンビームによる直接加工や、既存のリソグラフィー加工などにより構成しても良い。

ここで凹面反射型回折素子７について詳細に説明する。
図６（Ｂ）は凹面反射型回折素子７の分光方向の断面図である。円弧状のベース面７１上に微細なブレーズ格子７２が多数構成されている。（なお、ブレーズ格子７２は説明のため誇張して記載している。）
本実施例の分光器の諸仕様および凹面反射型回折素子７の形状を表３および表４に示す。

また、分光部の配置情報を表５に示す。なお座標系は図６（Ａ）に記載したように、分光平面内で絞り６から入射する光束の光軸方向がＸ軸方向、分光平面内でＸ方向と垂直な方向がＹ軸方向、分光平面の法線方向がＺ軸方向であり、各軸周りの回転を（α、β、γ）で記載する。
なお、座標系の原点は絞り６の中心とする。

ローランドタイプの分光器であるがゆえに、ローランド円７０の半径は８．７５ｍｍであり、ローランド円７０を含む面内の凹面反射型回折格子７のアナモフィックなベース面の母線の曲率半径は、ローランド円半径の２倍の１７．５ｍｍである。また母線と直交する子線の曲率半径は１５．４５ｍｍである。また、有効径は７ｍｍであり、ＮＡは０．４である。

凹面反射型回折素子７の製造方法は切削により作成した金型を使用したプラスチック射出成形で製作する。もしくは母材を直接切削してもよい。もしくは切削により作成した金型に溶融ガラスを押し付けるレプリカ法で製作してもよい。いずれの場合も最終的に格子面にＡｌ等の金属膜をベースとする多層膜を蒸着して製作する。

図６（Ａ）で絞り６や凹面反射型回折素子７や受光素子アレイ８の配置精度や凹面反射型回折素子７の面精度により、絞り６の像が受光素子アレイ８上でボケてしまうことがある。そのため、絞り６は保持部により保持され光束の進行方向に沿ってシフト可能な構成を有する。また同様の理由で受光素子アレイ８上の絞り像の到達位置がずれてしまうことがある。そのため、受光素子アレイ８は、分光平面に垂直な基準取り付け面上において、二次元的に（Ｙ、Ｚ方向に）、シフトして位置を調整することが可能な構成をとっている。

本発明においては、任意の分光素子（本実施例では凹面反射型回折素子７、透過型回折素子、分光プリズム等でも可）への入射光束の主光線と分光素子によって回折（分散）された各光束の主光線とを含む平面を、分光光学系の分光平面と定義する。

その分光平面と被検面４を平行となるように配置構成することで被検面４に垂直な方向の分光測色装置の厚みを有効に低減することが可能となる。
また、分光平面内において、分光光学系に入射する光束の主光線は、受光素子アレイ８の中心と分光素子の面頂点を結ぶ直線に対して斜め入射させ、受光素子アレイ８の受光面と分光平面を直交させることで、分光測色装置の厚みを有効に低減することが可能となる。

具体的には、被検面４からの反射光束を被検面４の法線に垂直な方向に光路を折り返す機能を導光光学系５に持たせることにより、被検面４と分光平面を平行とする構成を実現している。

分光平面は分光素子への入射角によっては非分散方向に角度を持ちうる。本件では分光部の分光平面と被検面が平行としているが±10°程度の範囲であれば本件の要件から外れるものではない。

分光測色装置の、被検面４の面法線方向の厚みをｄ（ｍｍ）、被検面４に平行な方向の最大幅をＷ（ｍｍ）としたとき、次式を満足するよう構成することが望ましい。
０．１＜ｄ／Ｗ＜１ ・・・（式１）
ｄ/Ｗが式１の上限値を超えると実質的に薄型化が達成できず、下限値を超えると分光測色装置が他の機器に組み込む場合、実装面積が大きくなりすぎて使用しにくい分光測色装置となってしまう。ｄ／Ｗが式１を満たす範囲内であれば有効に分光測色装置の薄型化且つ小型化が実現可能である。

本実施例においては被検面３の面法線方向の厚みｄは１５(ｍｍ)であり、被検面４に平行な面内の最大幅Ｗは、４０(ｍｍ)であるので、ｄ／Ｗ＝０．３７５である。従って、式１を満足しており十分な薄型化が達成できている。

本実施形態では光源１に白色ＬＥＤを用いた照明光学素子を用いることで照明光学系の小型化も図っている。さらに、導光光学系５を全反射面と屈折面を組み合わせた単一の光学素子とすることでも小型化を図っている。

本実施形態では図２のように、被検面４を含む平面内で定義される被検物の搬送方向Ｓに対して、絞り６により規定される被検面４上の矩形状の読み取り領域４０の長手方向が垂直となるように構成している。これにより被検物としてカラーパッチ４１，４２，４３，４４を想定した場合、カラーパッチの搬送方向の幅を短くすることが可能となり、１枚の紙面でより多くのカラーパッチを形成することが可能でありより高精度なカラーキャリブレーションを可能としている。

また、本構成では図２のように、光源１と受光素子アレイ８を、絞り６の中心と凹面反射型回折素子７の面頂点を結ぶ基準線Ａ−Ａ’を挟んで対向する位置であると共に遠方に配置したことで、装置を小型化しつつ、光源からの直接的なフレア光の入射を低減できる。フレア光はノイズとして色度測定時の測定色差の原因となるため可能な限り抑える構成をとることが望ましい。

本実施形態では分光部をローランド型分光器としたが、透過型回折素子等を用いた構成や一般的な多波長分光器構成においてもその有効性は損なわれるものではなく実施可能である。

本実施形態でローランド型多波長分光器を使用している理由としてはローランド円を小さくしていくことで小型化が容易であり、他の多波長分光器に対して圧倒的に小型化が可能なためである。

（分光測色装置の調整方法）
図６（Ａ）を用いて分光測色装置の調整方法を説明する。
本分光測色装置を組み立てる際には、絞り６の位置や凹面反射型回折素子７、受光素子アレイ８等の取り付け誤差のため、単純にメカ的な位置決めでは良好な性能を得られないことが容易に推測される。そのため、本実施形態では回折部において２素子、計４軸の光学調整を行っている。

以下、具体的に素子の調整方法を順を追って説明する。
（第１工程）
絞り６と受光素子アレイ８を筐体に仮組みし、凹面反射型回折素子７をメカ基準にて固着する。受光素子アレイ８は受光面の面法線方向の位置は規制されており、面法線に垂直な面内のみ移動可能となっている。外部から波長が明確である光源１からの光束を導光光学素子５を介して入射させる。本実施形態では分光光源（波長分解能５ｎｍ）から、４５０ｎｍと６５０ｎｍの波長を有する光束を導光している。各波長において絞り６を、絞り中心と凹面反射型回折素子７の面頂点を結ぶ基準線上Ａ−Ａ’を前後方向に移動させながら受光素子アレイ８の出力を観測し、両波長で出力が最大となる絞り６の位置を特定し、固定する。これにより受光素子アレイ８上での結像状態を調整することができる。また、分光測色装置の分光スペクトル範囲内の最短波長、最長波長近傍にとることで全域での結像状態を補償している。
本工程を行うためには、先の実施例で説明したように、導光光学系の機能により絞り６を前後方向に移動させたときの絞り６によるケラレによる光量変動が小さくなるよう設計されていることが重要である。この要件が満たされていない場合にはピントのずれによる光量変動と絞り６の移動による光量変動が区別できないためである。

（第２工程）
第１工程終了後、絞り６を基準線Ａ−Ａ’周りに回転させ、受光素子アレイ８の出力波形がより鮮明なピークを有する位置を検出する。これにより絞り６の回転や受光素子アレイ８の回転による他波長の画素への回り込みを低減することができる。本工程は第１工程で使用したいずれか１波長のみで実行可能である。

（第３工程）
第２工程終了後、第１工程で用いた２波長の光束を用いて、受光素子アレイ８上での画素位置の調整を行う。まず、第１波長の光束を導光し、受光素子アレイ上での指定画素Ａが最大出力となるよう受光素子アレイを分光方向にシフトさせる。その状態で第２の波長を導光し最大出力となる画素Ｂを特定する。一般に単純なローランドタイプのポリクロメータは設計上ディストーションを有するため各波長の光束は受光素子アレイ上で等ピッチにはならない。そのため設計値に対してずれた画素Ａと画素Ｂの距離のずれは電気的に補正する。

（第４工程）
第３工程終了後、外部光源より分光測色装置の分光スペクトルの中心波長（本実施例では５５０ｎｍ）の光束を入射させ、５５０ｎｍ相当の画素光量が最大となる位置を分光方向と直交する方向に受光素子アレイをシフトさせて最良位置を探し、最終的に受光素子アレイを固定する。

以上、４つの調整工程を経ることで、最良の分光性能を得ることが可能となる。順を追って説明したが、必ずしも上記の４つの工程を記載した順に実施する必要はなく、順番を入れ替えたり、一部を省いて実施したりすることも可能である。

（平板透過型回折素子を用いた分光測色装置の実施例）
本実施例では分光光学系として平板透過型回折素子を用いた分光測色装置の実施例を示す。

図７は、本発明の実施形態に関わる平板透過型回折素子を用いた分光測色装置の分光光学系の斜視図である。

実施例１と異なる点は分光光学系を構成する分光素子が平板透過型回折素子１０７を用いている点であり、照明光学系および導光光学系は同一のものを使用している。

本実施例においては、簡易な構成で小型化に有効な分光器構成をとっている。絞り１０６、検知用集光レンズ素子１１０と平板透過型回折素子１０７、結像レンズ１１１からなる検知光学系により、決められた波長が決められた場所に結像するようになっており、その位置に受光素子アレイ１０８を配置することで同時に分光強度分布を検出することができる。

実施例１と同様の照明光学系により被検物４を照明し、照明された被検物４の反射光は導光光学系を介して絞り１０６に導かれる。絞り１０６を通過した光は、検知用集光レンズ素子１１０を介して平行光束に変換される。さらに平板透過型回折素子１０７は導光された光束を分光し、結像レンズ１１１は導光された光束を集光し受光素子アレイ１０８に波長ごとに絞り像として結像する。

受光素子アレイ１０８では波長ごとの光量を電気信号に変換し、不図示の解析装置に送信する。解析装置は入力された分光強度情報と内部テーブルに基づき被検物の色度を算出するものである。

平板透過型回折素子１０７は平面のベース面上に微細なブレーズ格子を無数に構成している。

以下に本実施例の分光測色装置の諸仕様および平板透過型回折素子１０７の形状を表６および表７に示す。

本実施形態においても、実施形態１と同様の導光光学系を用いることで被検面と分光平面を平行とすることができ、それにより被検面に垂直な方向の厚みを有効に低減することができている。

本実施例の分光測色装置は、被検面に垂直な方向の厚みｄは１５（ｍｍ）であり、被検面に平行な面内の最大幅Ｗは８０(ｍｍ）であり、ｄ／Ｗ＝０．１８８であるので、条件式１を満足している。

このように透過型回折素子を用いた分光測色装置においても有効に分光測色装置の被検面に垂直な方向の厚みを低減することが可能である。

このように一般的な多波長分光器構成においてもその有効性は損なわれるものではなく実施可能である。

図８は本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、光走査装置を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。カラー画像形成装置１６０は、光走査装置１１、１２、１３、１４、像担持体としての感光ドラム２１、２２、２３、２４、現像器３１、３２、３３、３４、中間転写ベルト５１、定着器５２を有する。

図８において、カラー画像形成装置１６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５３からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５４によって、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ光走査装置１１、１２、１３、１４に入力される。そして、これらの光走査装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１、４２、４３、４４が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム２１、２２、２３、２４の感光面が主走査方向に走査される。

本実施態様におけるカラー画像形成装置は光走査装置（１１、１２、１３、１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ(イエロー）、Ｋ（ブラック）の各色に対応し、各々平行して感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。

本実施態様におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの光走査装置１１、１２、１３、１４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に形成している。その後、各現像器により潜像を現像すると伴に中間転写ベルト５１上で各色を多重転写し、その後、記録材に転写し定着器により記録材上に画像が形成される。

本画像形成装置においては、色度検出用の測色装置１００が記録材の搬送路の定着器５２の直後に、記録材の画像形成面に向けて配置されている。測色装置は実施例１または実施例２で説明した構成のものを用いている。測色装置１００は画像形成装置により記録材上に形成定着された後のカラーパッチの色度を検知する。ここで記録材上に定着後のカラーパッチを測色しているのは定着等による色度変化を考慮した上でカラーマッチングを行うためである。検出結果をプリンタコントローラに転送し、プリンタコントローラは出力された単色パッチの色再現が適切になされているかを判断する。出力された単色パッチとプリントコントローラが指示した色度との色差が所定範囲内の場合にはカラーキャリブレーションを終了する。色差が所定範囲外の場合には色差情報をもとにプリンタコントローラは所定の色差以内となるまでカラーキャリブレーションを実施する。
このように画像形成装置に本発明のカラーセンサを導入することにより、より高度なカラーキャリブレーションが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１：光源（白色ＬＥＤ）
２：照明光学系（光学素子）
３：カバーガラス
４：被検物（被検面）
５：導光光学系（光学素子）
６：絞り
７：凹面反射型回折素子
７０：ローランド円
８：受光素子アレイ
１０：筐体

Claims (15)

1. 被検面上に配置された被検物を照明する照明光学系と、前記被検物からの光束を分光する分光素子と、該分光素子により分光された光束を受光する受光素子と、前記被検物からの光束を前記分光素子に導光する導光光学系と、を備える分光測色装置であって、
   前記照明光学系は、光源から出射した光束のうち強度が最大である光束を折り曲げて前記被検物に導光しており、
   前記分光素子に入射する光束の主光線と前記分光素子にて分光された光束の主光線とを含む面を分光平面と定義するとき、
   前記被検面と前記分光平面とは互いに平行であり、かつ、前記被検面と前記受光素子の受光面とは互いに非平行であることを特徴とする分光測色装置。
2. 前記分光平面と前記受光面とは互いに直交していることを特徴とする請求項１に記載の分光測色装置。
3. 前記照明光学系は、発光面の面法線近傍方向に出射する光束の強度が最大となるＬＥＤ光源を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の分光測色装置。
4. 前記導光光学系は、前記被検物からの光束を前記分光平面内において集光するアナモフィックなパワーを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分光測色装置。
5. 前記照明光学系は、光源から出射した光束が入射する入射面と、前記入射面からの光束を反射する反射面と、前記入射面又は前記反射面からの光束を出射する出射面と、を有する照明光学素子を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分光測色装置。
6. 前記被検物からの光束を規制する絞りを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の分光測色装置。
7. 前記導光光学系は、前記絞りの長手方向に伸びる線像を形成することを特徴とする請求項６に記載の分光測色装置。
8. 前記分光素子は凹面反射型回折素子であり、
   前記絞りと前記凹面反射型回折素子と前記受光素子とは、ローランド円上に配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の分光測色装置。
9. 前記導光光学系は、前記被検物からの光束を該光束が前記導光光学系に入射する方向に対して垂直な方向に折り曲げており、
   前記被検面と前記絞りとは、少なくとも一つの断面内において互いに共役であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の分光測色装置。
10. 前記被検物は、前記被検面を含む平面内において、前記絞りにより規定される矩形状の読み取り領域の長手方向に対して垂直な方向に搬送されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の分光測色装置。
11. 前記絞りと前記分光素子の面頂点とを結ぶ線を基準線とした時、前記照明光学系と前記受光素子とは、前記基準線を挟んで対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の分光測色装置。
12. 前記被検面の面法線方向における前記分光測色装置の厚みをｄ（ｍｍ）、前記被検面に平行な面内での前記分光測色装置の最大幅をＷ（ｍｍ）、とした時、
    ０．１＜ｄ／Ｗ＜１
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の分光測色装置。
13. 被検面上に配置された被検物を照明する照明光学系と、前記被検物からの光束を分光する分光素子と、該分光素子により分光された光束を受光する受光素子と、前記被検物からの光束を前記分光素子に導光する導光光学系と、を備える分光測色装置であって、
    前記照明光学系は、光源から出射した光束のうち強度が最大である光束を折り曲げて前記被検物に導光しており、
    前記導光光学系に入射する光束の主光線と前記導光光学系から出射する光束の主光線とを含む面と、前記分光素子に入射する光束の主光線と前記分光素子にて分光された光束の主光線とを含む面と、は互いに異なり、
    前記被検面と前記受光素子の受光面とは互いに非平行であることを特徴とする分光測色装置。
14. 前記分光素子に入射する光束の主光線と前記分光素子にて分光された光束の主光線とを含む面と、前記受光面と、は互いに直交していることを特徴とする請求項１３に記載の分光測色装置。
15. 感光面上に形成される潜像をトナー像として現像する現像器と、
    前記現像されたトナー像を記録材に定着させる定着器と、
    前記記録材に形成された画像の色を検出する請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の分光測色装置と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。

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