JP2014238385A - 分光特性取得装置、画像評価装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より広い幅を高密度で測定することが可能な分光特性取得装置を提供する。
【解決手段】対象物２００の複数の位置からの光束が通過する複数の開口が所定方向に配列され、各々の前記開口が前記所定方向に対して傾斜した方向を長手方向とする開口列すなわち斜めスリットアレイ３０と、前記開口を通過した光束を前記所定方向と直交する方向に分光する分光手段すなわち回折素子５０と、前記所定方向と平行な方向に複数の画素を配列した１次元撮像手段すなわち受光素子６０が所定の間隔で複数列設けられた複数列撮像手段が設置され、前記分光手段で分光された光束は複数の前記１次元撮像手段に跨って照射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、分光特性取得装置、画像評価装置、及び画像形成装置に関する。

プロダクションプリンティング分野では、電子写真方式やインクジェット方式のプリンタで印刷物を生産することにより、小ロットかつ短納期で印刷物を提供することが一般的になりつつある。そこで、これらのプリンタにも従来のオフセット印刷機並みの画像品質が期待される。従って、画像の色安定性や色再現性を高めるために、印刷された画像の各位置での色を高精度に計測する色センシング技術が重要になってきている。

ここで、高精度の色センシングにはＲＧＢの３チャンネルより多い６〜３１チャンネル程度で分光情報を取得し、そこから分光反射率を算出し、更にＣＩＥＬＡＢ等の色情報を算出することが可能な分光特性取得装置が有効である。又、画像全域で複数点の色センシングを行なうためには、複数の分光センサを１列に配列し、それに直交する方向に被測定物を搬送させて、並列にセンシングを行なう分光特性取得装置が有効である。

このような分光特性取得装置の一例として、第１の結像光学系で集光した光束をスリットアレイ等の開口列で空間的に限定し、第２の結像光学系で結像しつつ、スリットアレイの配列方向に対して斜め方向に回折軸を有する回折素子で分光するものが知られている。

この分光特性取得装置では、分光された光を１次元撮像素子で取得することで、複数位置の分光特性を各回折像に対応した複数画素の信号から取得している（例えば、特許文献１参照）。この分光特性取得装置では、１次元撮像素子を用いるため、取得した信号の転送時間が短く、測定時間が短いので、高速で搬送される画像を測定するのに好適である。

なお、２次元撮像素子を用いた分光特性取得装置は、取得した信号の転送に時間がかかるため、例えば１秒間に１０００回以上測定する必要があるような、高速で搬送される画像のセンシングには不向きである。

しかしながら、上記の分光特性取得装置において各分光センサを高精度化するには、各分光センサに割り当てる１次元撮像素子の画素数を多くする必要があるが、そのようにすると、１つの１次元撮像素子で実現できる分光センサの数が少なくなる。つまり、各分光センサの精度と分光センサの数はトレードオフの関係にある。分光センサの数が多い方が、より広い幅を測定したり、より高密度で測定したりすることができ、産業上有用である。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、より広い幅を高密度で測定することが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、対象物の複数の位置からの光束が通過する複数の開口が所定方向に配列され、各々の前記開口が前記所定方向に対して傾斜した方向を長手方向とする開口列と、前記開口を通過した光束を前記所定方向と直交する方向に分光する分光手段と、前記所定方向と平行な方向に複数の画素を配列した１次元撮像手段が、所定の間隔で複数列設けられた複数列撮像手段と、を有し、前記分光手段で分光された光束は、複数の前記１次元撮像手段に跨って照射されることを要件とする。

開示の技術によれば、より広い幅を高密度で測定することが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例示する断面図である。 斜めスリットアレイを説明する図である。 受光素子と回折像との関係を説明する図である。 第２の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する断面図である。 階段状回折素子を説明する図である。 第３の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する断面図である。 第４の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する断面図である。 第５の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する断面図である。 表面の微小な凹凸の異方性がない光拡散板について説明する図である。 表面の微小な凹凸の異方性がある光拡散板について説明する図である。 第５の実施の形態の変形例２に係る分光特性取得装置を例示する断面図である。 第６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７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。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例示する断面図であり、図１（ａ）はＸ−Ｚ断面、図１（ｂ）はＹ−Ｚ断面を示している。図１を参照するに、分光特性取得装置１は、光源１０と、第１の結像手段２０と、斜めスリットアレイ３０と、第２の結像手段４０と、回折素子５０と、受光素子６０とを有する。なお、図１（ａ）において、光源１０の図示は省略されている。

図１において、被測定物（印刷物等）である対象物２００は、一定の速度でＹ軸方向に搬送されている。測定領域２００ａは、少なくともＸ軸方向に所定の幅をもつ測定範囲である。測定領域２００ａは、対象物２００の全幅であってもよい。分光特性取得装置１は、対象物２００の測定領域２００ａ内の複数の位置の分光特性を同時に取得することができる。

光源１０は、例えば、対象物２００の測定領域２００ａを、対象物２００の法線方向に対して約４５度傾斜した方向から照明するライン照明光源である。光源１０としては、例えば可視光の略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。光源１０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、光源１０は、分光に必要な波長領域の光を発するものであって、かつ測定領域２００ａを均質に照明可能なものであることが好ましい。なお、分光特性取得装置１を構成する光学系に、光源１０から出射された光を対象物２００にコリメートして（平行光として）照射する機能を有するコリメートレンズを加えても構わない。

第１の結像手段２０は、対象物２００の測定領域２００ａからの反射光（光束）を斜めスリットアレイ３０上に結像する機能を有する。第１の結像手段２０は、例えば、単一のレンズや複数のレンズ、アパーチャと単一又は複数のレンズとの組み合わせにより実現できる。

斜めスリットアレイ３０は、例えば、図２に示すように、表面に遮光膜が設けられたガラス基板３０ａに、複数の開口３０ｂがＸ軸方向に所定ピッチで配列された部材である。各開口３０ｂは、例えば、スリット状で、その長手方向（長軸）がＸ軸方向に対して所定の傾斜角θで傾斜した形状とすることができる。

斜めスリットアレイ３０の各開口３０ｂを通過した光束は、それぞれ対象物２００の測定領域２００ａの異なる位置からの反射光束をサンプリングしたものである。

斜めスリットアレイ３０の各開口３０ｂを通過した光束は、第２の結像手段４０で再び集光する。又、第２の結像手段４０を通過した光束は、回折素子５０でＹ軸方向に回折して分光する。回折素子５０でＹ軸方向に回折して分光された回折像は１次元ラインセンサが平行に３本設けられた受光素子６０に結像する。

なお、斜めスリットアレイ３０は、本発明に係る開口列の代表的な一例であり、回折素子５０は、本発明に係る分光手段の代表的な一例である。

受光素子６０には、所定方向と平行な方向に複数の画素を配列した１次元撮像手段が、所定の間隔で複数列設けられている。具体的には、例えば、図３に示すように、各々がＸ軸方向と平行な方向に複数の画素を配列した第１の画素列６０ａ、第２の画素列６０ｂ、及び第３の画素列６０ｃが間隔ｈ（Ｙ軸方向）で設けられている（平行に配置されている）。

受光素子６０としては、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor Device）やＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor Device）等を用いることができる。受光素子６０として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等を用いても構わない。

なお、第１の画素列６０ａ、第２の画素列６０ｂ、及び第３の画素列６０ｃを互いの長辺が接するように配置すると、隣接する画素列で取得できる波長帯域が近接しすぎてしまう。従って、第１の画素列６０ａ、第２の画素列６０ｂ、及び第３の画素列６０ｃは所定の間隔（Ｙ軸方向）で配置することが好ましい。第１の画素列６０ａ、第２の画素列６０ｂ、及び第３の画素列６０ｃを所定の間隔（Ｙ軸方向）で配置し、第１の画素列６０ａ、第２の画素列６０ｂ、及び第３の画素列６０ｃの間に、各画素で受光した光信号を転送する回路等を設置してもよい。

本実施の形態では、各々が１次元撮像手段（ラインセンサ）である第１の画素列６０ａ、第２の画素列６０ｂ、及び第３の画素列６０ｃが平行に３本設けられた受光素子６０を例示するが、これには限定されない。つまり、１次元撮像手段（ラインセンサ）の数は複数本であればよい（２本や４本以上であってもよい）。なお、受光素子６０は、本発明に係る複数列撮像手段の代表的な一例である。

又、図３に示すように、斜めスリットアレイ３０の各開口３０ｂを通過し、第２の結像手段４０で集光しつつ回折素子５０で回折した各々の光束は、受光素子６０の表面及びその近傍で０次回折像Ａや１次回折像Ｂを結像する。

本実施の形態では、０次回折像Ａが受光素子６０以外に結像し、１次回折像Ｂが受光素子６０の第１の画素列６０ａ、第２の画素列６０ｂ、及び第３の画素列６０ｃを横断するように、各光学部品の相対位置が調整されている。このように、回折素子５０で分光された各光束は、第１の画素列６０ａ、第２の画素列６０ｂ、及び第３の画素列６０ｃに跨って照射される。

斜めスリットアレイ３０の各開口３０ｂは、Ｘ軸に対して傾斜角θで傾斜しており、かつ回折素子５０によりＹ軸方向に分光しているので、各画素列中の各画素に入射する１次回折像Ｂの分光特性は、隣り合う画素の分光特性と異なるものとなる。又、各画素列に入射する光束も、異なる分光特性となる。

斜めスリットアレイ３０の各開口３０ｂに対応する各１次回折像Ｂの信号を受光する３つの画素列の計１２の画素の信号に基づいて、分光反射率等の分光特性を算出することができる。分光反射率は、例えば、ウィナー推定等の既存の方法を利用して算出することができる。

なお、本実施の形態では、回折像のうち１次回折像Ｂを受光素子６０の３つの画素列で撮像したが、これに限定されず、２次回折像等の他の次数の回折像も同様の方法で使用可能である。そのとき、回折素子５０は、所定の次数の回折光の回折効率を高めたもの、具体的にはブレーズ型回折素子等を用いると好適である。

又、本実施の形態では、回折素子５０を用いて分光したが、これに限定されず、例えばプリズム等の分光機能を有する他の素子（分光手段）を用いて分光してもよい。

分光特性取得装置１において、第２の結像手段４０は、正立等倍結像素子を複数配列した構成とすると好適である。このような素子としては、例えば日本板硝子株式会社から発売されているセルフォックレンズアレイ（登録商標）（以下ＳＬＡと称する）がある。ＳＬＡは、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズを多数配列して全体で１個の連続した像を形成する光学系である。

ＳＬＡを用いることにより、斜めスリットアレイ３０と受光素子６０との間の共役長を１０〜６０ｍｍ程度の長さで結像できる。従って、分光特性取得装置１を小型化するのに効果的である。

分光特性取得装置１は、回折素子５０等の分光手段を用いることで光の波長情報を位置情報に変換しているため、回折像と受光素子６０との相対位置変動は、分光特性取得装置１の測定精度に大きな影響を及ぼす。そこで、小型化することで、振動や熱膨張等に起因する相対位置変動を小さくすることが容易になり、より安定性の高い分光特性取得装置１を実現可能となる。

ここで、第１の結像手段２０は、少なくとも像側テレセントリック特性を有することが望ましい。像側テレセントリック特性を有することで、斜めスリットアレイ３０を通過した各光束の主光線が光軸と略平行になるので、第２の結像手段４０に入射する各光束の特性が均質になる。これにより、分光特性取得装置１を構成する各分光センサの特性が均質になるため、分光特性取得装置１の全ての分光センサで所定の測定精度を確保できる。

なお、図１に例示する光学系は、光源１０から出射される光が対象物２００に対して略斜め４５度より入射し、受光素子６０が対象物２００から垂直方向に反射する光を受光する所謂４５／０光学系とすることができる。しかしながら、これには限定されず、例えば、光源１０から出射される光が対象物２００に対して垂直に入射し、受光素子６０が対象物２００から４５度方向に反射する光を受光する所謂０／４５光学系等としてもよい。

なお、本願明細書では、光学的に１つの分光器の機能を有する部分を分光センサと称する場合がある。各側定点に対応する部分の第１の結像手段２０、斜めスリットアレイ３０の１つの開口、第２の結像手段４０、回折素子５０、及び受光素子６０の一部の画素が１つの分光センサを構成している。

このように、第１の実施の形態に係る分光特性取得装置では、平行に配置された複数の１次元撮像素子を用いて分光特性を取得する。これにより、従来のような１本の１次元撮像素子を用いて分光特性を取得する分光特性取得装置に比べ、高速・高精度を維持しつつ数倍の点を並列して測定することが可能な分光特性取得装置を実現できる。

又、１台の分光特性取得装置で測定できる幅を増やしたり、測定点の密度を高めたりすることが可能となり、産業上好適である。

又、像側テレセントリック特性を有する第１の結像手段を用いることにより、分光特性取得装置を構成する各分光センサの特性が均質になるため、分光特性取得装置の全ての分光センサで所定の測定精度を確保できる。

又、正立等倍結像素子を複数配列した構成の第２の結像手段を用いることにより、分光特性取得装置を容易に小型化可能となる。その結果、振動や熱膨張等に起因する分光特性取得装置の安定性を容易に向上できる。

なお、特許文献１に記載の分光特性取得装置は、１つのラインセンサを用いるのには適しているが、複数のラインセンサを設ける（平行に配置する）のには適していない。なぜなら、ラインセンサに対して斜め方向（例えば、４５度方向）に回折像を形成しているためである。

つまり、特許文献1に記載の分光特性取得装置は、回折軸方向が斜めなので、1つの回折像を受光する画素位置が、各1次元撮像手段により異なる。そのため、各1次元撮像手段の周辺部に、分光情報の取得に使用できない部分ができ、画素を十分に利用することができない。

これに対し、第１の実施の形態に係る分光特性取得装置では、回折軸方向が1次元撮像手段の配列方向に対して直交しているため、各1次元撮像手段で１つの回折像を撮像する画素位置が同じになる。そのため、1次元撮像手段の端部まで分光特性の検出に用いることができ、より有用である。

又、特許文献１に記載の分光特性取得装置は、回折軸方向が斜めなので、回折像の端部が斜めに画素を横切る。その結果、回折像端部の画素は十分な信号を得られないため、検出に利用できない無効画素が出てしまう。

これに対し、第１の実施の形態に係る分光特性取得装置では、回折像の端部が画素の境界と同じ方向なので、回折像端部の画素でも十分な信号が得られ、より多くの画素を信号検出に用いることができて有用である。

更に、特許文献１に記載の分光特性取得装置は、回折軸方向が斜めなので、1つの分光センサで使用する画素の分光特性を、検出する波長帯内で均等にするためには、前述の無効画素などを考慮して開口列の幅や傾斜角を調整する必要がある。又、少なくとも回折像の角度又は長さを変更する必要があり、所定の特性を得るための光学系調整が難しい。

これに対し、第１の実施の形態に係る分光特性取得装置では、検出する波長帯は回折像の位置と長さで調整され、1つの分光センサで使用する画素数は開口列のピッチ及び傾斜角の変更のみで達成される。従って、使用用途に応じた波長帯や精度を達成するための光学系の変更、調整が容易で産業上有用である。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なる回折素子を用いる例を示す。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には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図４は、第２の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する断面図であり、図４（ａ）はＸ−Ｚ断面、図４（ｂ）はＹ−Ｚ断面を示している。図４を参照するに、第２の実施の形態に係る分光特性取得装置１Ａは、回折素子５０が階段状回折素子５０Ａに置換された点が第１の実施の形態に係る分光特性取得装置１（図１等参照）と相違する。

斜めスリットアレイ３０の各開口３０ｂを通過した光束は、第２の結像手段４０で再び集光する。又、第２の結像手段４０を通過した光束は、階段状回折素子５０ＡでＹ軸方向に回折して分光する。階段状回折素子５０ＡでＹ軸方向に回折して分光された回折像は１次元ラインセンサが平行に３本設けられた受光素子６０に結像する。なお、階段状回折素子５０Ａは、本発明に係る分光手段の代表的な一例である。

図５は、階段状回折素子を説明する図である。階段状回折素子５０Ａはブレーズ型回折格子の一種で、全てのブレーズ面が光軸に直交しており、入射面とは反対側の面に所定のピッチで所定の段差が形成されたものである。これは、ブレーズ型回折格子とプリズムが合わさったものとも考えられる。

階段状回折素子５０Ａは、格子ピッチ及び段差を適宜選択することで、所定の波長の１次回折光Ｂ_Ｌを入射光Ｌの光軸と平行に出射できる。なお、図５において、Ａ_Ｌは０次回折光を、Ｃ_Ｌは２次回折光を示している。

第１の実施の形態のような一般的な回折素子５０では、１次回折光の主光線が光軸に対して所定の角度をもつ。そのため、光学系の組み立て時に、例えば受光素子６０を構成する３つの画素列のＺ軸方向の位置調整をすると、１次回折像のＹ軸方向の位置もそれに伴って変化し、２軸同時に調整する必要がある。

一方、本実施の形態のような階段状回折素子５０Ａを用いた場合には、光学系の組み立てに、例えば受光素子６０を構成する３つの画素列のＺ軸方向の位置調整をしても、１次回折像がＹ軸方向に変化しないので、簡易に調整を行なうことができ好適である。

又、階段状回折素子５０Ａを用いることで、所定の次数の回折光を光軸に平行に取り出すことが可能となる。すなわち、所定の波長及びその周辺波長の１次回折光の回折効率が高められ、他の次数の回折効率は低くなる。従って、受光素子６０を構成する３つの画素列に入射する光量を高めることができ、より少ない露光時間で十分な画素信号を得られるので、分光特性取得装置１Ａの高速化に好適である。

更に、１次以外の次数の回折光が少なくなることで、測定精度を悪化させる迷光成分が減少し、より高精度での測定が可能となる。又、分光特性取得装置１Ａの組み立て時の光学系の調整等が容易になる。

なお、特許文献１に記載の分光特性取得装置は、回折軸方向が斜めなので、分光センサの配列方向に長い有効領域を有する回折格子では、格子の本数が本実施の形態に比べて圧倒的に多くなる。従って、本実施の形態のような階段状回折素子を使用すると、階段による回折格子の光軸方向高さが圧倒的に大きくなるため、実用的にはこれを使用することができない。

これに対し、第２の実施の形態に係る分光特性取得装置では、回折格子の本数が少ないため、前述の階段状回折素子を使用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、分光特性取得装置の光学系にシリンダレンズを導入する例を示す。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には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図６は、第３の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する断面図であり、図６（ａ）はＸ−Ｚ断面、図６（ｂ）はＹ−Ｚ断面を示している。図６を参照するに、第３の実施の形態に係る分光特性取得装置１Ｂは、斜めスリットアレイ３０の前段にシリンダレンズ７０が挿入された点が第１の実施の形態に係る分光特性取得装置１（図１等参照）と相違する。

対象物２００の測定領域２００ａからの反射光（光束）は、第１の結像手段２０で結像すると共に、シリンダレンズ７０で発生した所定の非点収差が与えられた後、斜めスリットアレイ３０に入射する。なお、シリンダレンズ７０は、本発明に係る一方向結像手段の代表的な一例である。

図６（ｂ）に示すＹ−Ｚ断面では、第１の結像手段２０とシリンダレンズ７０によるレンズ系により、対象物２００と斜めスリットアレイ３０とは共役の関係になる。一方、図６（ａ）に示すＸ−Ｚ断面ではシリンダレンズ７０により非点収差が付与されるので、共役関係からずれた配置となる。

分光特性取得装置１Ｂにおいて、斜めスリットアレイ３０の各開口３０ｂを通過する光束の分光特性は一定であることが望ましい。例えば、各開口３０ｂの右端と左端で、対応する位置での対象物２００の色が異なると、通過する光束の分光特性に違いがでてしまい、測定精度が低下する。

分光特性取得装置１Ｂにおいて、搬送される対象物２００をセンシングする場合、受光素子６０は所定の有限の時間だけ露光して光信号を電気信号に変換する。対象物２００は、搬送方向であるＹ軸方向に露光時間中に移動し、そのときに測定領域２００ａを通過する間の光情報が積分されて蓄積される。

つまり、Ｙ軸方向には移動平均の効果があるので、前述のスリットの右端と左端の分光特性の差は十分に小さくなる。従って、光学系としてはＸ軸方向にのみ平均化効果を付与することが望ましい。これはシリンダレンズ７０等で非点収差を付与することで、実現できる。

このように、斜めスリットアレイ３０に入射する光束に、シリンダレンズ７０を用いて非点収差を付与することで、斜めスリットアレイ３０の各開口３０ｂの配列方向のみに光学的な平均化効果をもたせることができる。

これにより、斜めスリットアレイ３０の各開口３０ｂ内の光束の分光特性が略均一になり、分光特性取得装置１Ｂの安定性を向上させることができる。各測定点が所定の範囲の平均色を出力するので、例えば、色の変わり目等でも安定して分光情報を取得可能となる。

〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、分光特性取得装置の光学系にカラーフィルタアレイを導入する例を示す。なお、第４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には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図７は、第４の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する断面図であり、図７（ａ）はＸ−Ｚ断面、図７（ｂ）はＹ−Ｚ断面を示している。図７を参照するに、第４の実施の形態に係る分光特性取得装置１Ｃは、受光素子６０の前段にカラーフィルタアレイ８０が挿入された点が第１の実施の形態に係る分光特性取得装置１（図１等参照）と相違する。

カラーフィルタアレイ８０は、受光素子６０の３つの画素列の前段直近に、分光透過率の異なるカラーフィルタをそれぞれ配置したものである。各カラーフィルタは、それぞれ異なる波長帯を透過するバンドパスフィルタである。つまり、カラーフィルタアレイ８０と受光素子６０の３つの画素列によりカラーラインセンサを構成している。

なお、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタと３つのラインセンサを組み合わせたカラーラインセンサは、市場において比較的安価で容易に入手可能である。

斜めスリットアレイ３０の各開口３０ｂを通過した光束は、第２の結像手段４０で再び集光する。又、第２の結像手段４０を通過した光束は、回折素子５０でＹ軸方向に回折して分光する。回折素子５０でＹ軸方向に回折して分光された回折像は、カラーフィルタアレイ８０を透過して、受光素子６０の各画素列に結像する。なお、カラーフィルタアレイ８０は、本発明に係る波長帯限定手段の代表的な一例である。

一般に分光センサは、結像レンズや回折素子等を用いるため、多重反射等による迷光成分が発生することがある。任意の迷光が受光素子６０の各画素列に入射すると、測定精度を低下させる原因となる。

分光特性取得装置１Ｃは、Ｙ軸方向に分光しているため、受光素子６０の各画素列は、それぞれ異なる波長帯の光量を検出することができる。そこで、受光素子６０の各画素列の前段直近に、各波長帯を透過する広帯域なカラーフィルタを設置することで、迷光成分のうち所定の波長帯の外側の成分を減少させることができ、迷光成分に起因する測定精度の低下を抑制できる。

〈第５の実施の形態〉
第５の実施の形態では、分光特性取得装置の光学系に光拡散板を導入する例を示す。なお、第５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には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図８は、第５の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する断面図であり、図８（ａ）はＸ−Ｚ断面、図８（ｂ）はＹ−Ｚ断面を示している。図８を参照するに、第５の実施の形態に係る分光特性取得装置１Ｄは、斜めスリットアレイ３０の前段に光拡散板８２が挿入された点が第１の実施の形態に係る分光特性取得装置１（図１等参照）と相違する。

光拡散板８２は、光束を拡散させながら透過する機能を有する。光拡散板８２としては、表面の微小な凹凸のレンズ効果で光を拡散させることで、透過率が高く、光拡散板８２上の任意の位置で拡散の特性が安定しているものが望ましい。光拡散板８２の具体例としては、Luminit社のLight Shaping Diffuser等を挙げることができる。

光拡散板８２は、第１の結像手段２０と斜めスリットアレイ３０との間で、かつ斜めスリットアレイ３０から距離ｄだけ離して配置することができる。この場合、測定領域２００ａの任意の点から出射する光束は、斜めスリットアレイ３０の面上で、配光角と、距離ｄで決まる所定の範囲に照射する。従って、斜めスリットアレイ３０上の任意の点には、測定範囲２００ａ上で、配光角と、距離ｄと、レンズの縮率（倍率）で決まる所定の領域から出射した光束が到達する。なお、光拡散板８２は、本発明に係る拡散手段の代表的な一例である。

ここで、第１の結像手段２０は、少なくとも像側テレセントリック特性を有することが望ましい。像側テレセントリック特性を有することで、光拡散板８２を透過する光束の主光線が光軸と略平行になる。光拡散板８２は、その拡散の特性が入射角によって変化するので、像側テレセントリック特性により、位置による主光線の傾きが小さいと、位置による拡散の特性が均質になり、好適である。

このように、第５の実施の形態に係る分光特性取得装置では、斜めスリットアレイ３０の前段の適切な位置に適切な配光特性の光拡散板８２を設置する。これにより、適切な光学的平均化効果を付与することができ、被測定面内で急激に分光特性が変わる部分での測定精度の低下を抑制して、より高精度な分光特性の取得が可能となる。

又、光拡散板８２を用いることで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置調整やＺ軸周りの回転の位置調整が不要となり、より簡易に組立が可能になると共に、熱膨張や経時変化の影響もほぼないため、より安定した分光特性取得装置を提供でき、産業上好適である。

〈第５の実施の形態の変形例１〉
第５の実施の形態の変形例１では、分光特性取得装置の光学系に楕円光拡散板を導入する例を示す。なお、第５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には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図８に示す分光特性取得装置１Ｄにおいて、光拡散板８２として、Ｙ軸方向に比べてＸ軸方向の配光角が大きくなる楕円拡散板を用いてもよい。表面の微小な凹凸のレンズ効果を用いて拡散させる拡散板の場合、この微小な凹凸に異方性を持たせることで、配光角に異方性を持たせることができる。

図９（ａ）は、表面の微小な凹凸の異方性がない光拡散板を拡大して例示している。この場合、図９（ｂ）のように、配光角も異方性がなく光束は略円形に拡散する。これに対して、図１０（ａ）は、表面の微小な凹凸の異方性がある光拡散板（楕円光拡散板）を拡大して例示している。この場合、図１０（ｂ）のように、配光角も縦と横で異なり光束は略楕円形に拡散する。

例えば、分光特性取得装置１Ｄにおいて、被測定物である対象物２００を一定の速度でＹ軸方向に搬送させつつ連続して分光特性を取得する場合は、Ｙ軸方向には有限な露光時間による平均化効果があるが、Ｘ軸方向にはそれがない。この場合、略円形の光拡散板を用いると、Ｙ軸方向には光拡散板による光学的平均化効果に加えて移動平均による平均化効果があるため、取得した分光特性は、Ｙ軸方向に長い楕円の範囲の平均的分光特性となる。

そこで、光拡散板８２として楕円拡散板を用いて、かつ楕円拡散板のＸ軸方向（第1の方向）の配光角がＹ軸方向（第1の方向に直交する第２の方向）の配光角より大きくなるように配置する。その結果、取得した分光特性をより円に近い範囲の平均的分光特性とすることができる。すなわち、被測定物の搬送方向に存在する移動平均の効果を考慮しつつ、取得した分光情報の方向による測定範囲の特性を均質化した、より安定した分光特性取得装置を提供できる。

〈第５の実施の形態の変形例２〉
第５の実施の形態の変形例２では、光拡散板と斜めスリットアレイを基板の表裏面に形成する例を示す。なお、第５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には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図１１は、第５の実施の形態の変形例２に係る分光特性取得装置を例示する断面図であり、図１１（ａ）はＸ−Ｚ断面、図１１（ｂ）はＹ−Ｚ断面を示している。図１１を参照するに、第５の実施の形態の変形例２に係る分光特性取得装置１Ｅは、基板８５が追加された点が第５の実施の形態に係る分光特性取得装置１Ｄ（図８参照）と相違する。

分光特性取得装置１Ｅにおいて、光拡散板８２は、基板８５の入射面に、斜めスリットアレイ３０は基板８５の出射面に形成されている。基板８５としては、例えば、ガラス基板やプラスチック基板等を用いることができる。但し、光拡散板８２及び斜めスリットアレイ３０をそれぞれ別の基板上に形成し、それを貼り合せてもよい。

光拡散板８２による光学的平均化効果の特性は、表面の微小な凹凸等に起因する配光角と、斜めスリットアレイ３０との距離で決まる。そこで適切な厚みの基板８５の入射面と出射面に光拡散板８２と斜めスリットアレイ３０を形成して一体化することで、光拡散板８２の設置時の位置決め調整工程が不要となり、製造工程が簡単になる。更に、熱膨張や経時変化等の影響も十分に小さくなるので、より安価に、より安定した分光特性取得装置を提供でき、産業上好適である。

〈第６の実施の形態〉
第６の実施の形態では、分光特性取得装置を有する画像評価装置の例を示す。なお、第６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には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図１２は、第６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１２を参照するに、画像評価装置９０は、分光特性取得装置１と、搬送手段９１と、画像評価手段９２とを有する。搬送手段９１は、測定領域２００ａを備えた対象物２００をＹ軸方向に搬送する機能を有する。

画像評価手段９２は、搬送手段９１及び分光特性取得装置１を制御し、両者を連動して動作させる。そして、例えば、斜めスリットアレイ３０の各開口３０ｂに対応する各１次回折像Ｂの信号を受光する３つの画素列の計１２の画素の信号（図３参照）に基づいて、対象物２００の全面の分光特性を取得する。

又、取得した分光特性に基づいて、三刺激値ＸＹＺやＣＩＥＬＡＢ等の測色結果を算出し、対象物２００上に複数色で形成された画像の色を評価する。

なお、画像評価手段９２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリ等を含み、画像評価手段９２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、画像評価手段９２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９２は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。

このような構成により、画像評価装置９０は、既知の若しくは搬送手段（図示せず）に装着されるエンコーダーセンサ等からの速度情報を元に、例えば印刷画像等が形成された対象物２００上の複数の位置での分光特性、例えば色の情報を取得することが可能となる。

なお、図１２において、搬送手段９１は、対象物２００と分光特性取得装置１とを所定の方向（図１２の場合はＹ軸方向）に相対的に移動させれば良い。そこで、搬送手段９１は、図１２では分光特性取得装置１を固定し対象物２００を移動させたが、図１２とは異なり、対象物２００を固定し分光特性取得装置１を移動させてもよい。

又、対象物２００が例えば紙のように曲げることが可能な場合は、搬送手段９１は、例えば回転するドラムで、対象物２００をその表面に付着させた後に回転させるような構成としてもよい。

このように、第６の実施の形態によれば、単独で対象物の全面の分光特性を評価可能な画像評価装置を実現できる。すなわち、対象物２００の画像内の任意の位置の分光特性や色を測定できるので、対象物２００の面内の色ムラや、複数の対象物２００の所定の位置の色の差等を評価することが可能となる。

例えば対象物２００が印刷物の場合、印刷中に定期的に印刷物を抜き出し、画像評価装置９０で評価することで、印刷プロセス中の色の変化を管理することができ、これを基に印刷プロセスの調整等を行なうことができる。

〈第７の実施の形態〉
第７の実施の形態では、第６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７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には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図１３は、第７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１３を参照するに、画像形成装置１００は、画像評価装置９０と、給紙カセット１０１ａ及び１０１ｂと、給紙ローラ１０２と、コントローラ１０３と、走査光学系１０４と、感光体１０５と、中間転写体１０６と、定着ローラ１０７と、排紙ローラ１０８とを有する。画像形成装置１００は、例えば、電子写真方式やインクジェット方式等のフルカラー画像形成装置である。

画像形成装置１００において、給紙カセット１０１ａ及び１０１ｂから図示しないガイド、給紙ローラ１０２により搬送された対象物２００が、走査光学系１０４により感光体１０５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１０６上に、次いで、中間転写体１０６から対象物２００上に転写される。

対象物２００上に転写された画像は定着ローラ１０７により定着され、画像形成された対象物２００は排紙ローラ１０８により排紙される。画像評価装置９０は、定着ローラ１０７の後段に設置されている。

このように、第７の実施の形態によれば、画像形成後の対象物２００（印刷後の画像）をインラインで測定し、これを基に印刷プロセスの調整を可能とする画像形成装置を実現できる。すなわち、分光特性取得装置１を備えた画像評価装置９０を画像形成装置１００の所定の位置に装備することにより、印刷後の画像の任意の位置の分光特性を取得することができる。

又、取得した分光特性に基づいて、三刺激値ＸＹＺやＣＩＥＬＡＢ等の測色結果を算出することが可能となる。従って、任意の画像からの測色結果を用いて印刷プロセスを監視し、これに変化がある場合には印刷を中断したり、印刷プロセスの変化を相殺するように印刷プロセスを調整したりすることが可能となり、より正確な色の画像を安定して生産することが可能となる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態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に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、各実施の形態は適宜組み合わせることができる。但し、同一の光学系にシリンダレンズと光拡散板の両方が同時に用いられることはない。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 分光特性取得装置
１０ 光源
２０ 第１の結像手段
３０ 斜めスリットアレイ
３０ａ ガラス基板
３０ｂ 複数の開口
４０ 第２の結像手段
５０ 回折素子
５０Ａ 階段状回折素子
６０ 受光素子
６０ａ 第１の画素列
６０ｂ 第２の画素列
６０ｃ 第３の画素列
７０ シリンダレンズ
８０ カラーフィルタアレイ
８２ 光拡散板
８５ 基板
９０ 画像評価装置
９１ 搬送手段
９２ 画像評価手段
１００ 画像形成装置
１０１ａ、１０１ｂ 給紙カセット
１０２ 給紙ローラ
１０３ コントローラ
１０４ 走査光学系
１０５ 感光体
１０６ 中間転写体
１０７ 定着ローラ
１０８ 排紙ローラ
２００ 対象物
２００ａ 測定領域

国際公開第０２／５０７８３号パンフレット

Claims (11)

1. 対象物の複数の位置からの光束が通過する複数の開口が所定方向に配列され、各々の前記開口が前記所定方向に対して傾斜した方向を長手方向とする開口列と、
   前記開口を通過した光束を前記所定方向と直交する方向に分光する分光手段と、
   前記所定方向と平行な方向に複数の画素を配列した１次元撮像手段が、所定の間隔で複数列設けられた複数列撮像手段と、を有し、
   前記分光手段で分光された光束は、複数の前記１次元撮像手段に跨って照射される分光特性取得装置。
2. 前記対象物の複数の位置からの光束を前記開口列に結像する第１の結像手段を有し、
   前記第１の結像手段は、像側テレセントリック特性を有する請求項１記載の分光特性取得装置。
3. 前記開口列を通過した光束を前記複数列撮像手段に結像する第２の結像手段を有し、
   前記第２の結像手段は、正立等倍結像素子を複数配列した構成である請求項１又は２記載の分光特性取得装置。
4. 前記分光手段が階段状回折素子である請求項１乃至３の何れか一項記載の分光特性取得装置。
5. 前記開口列の前段に、所定の非点収差を発生させる一方向結像手段を配置した請求項１乃至４の何れか一項記載の分光特性取得装置。
6. 前記開口列の前段に、光束を所定の配光角で拡散させる拡散手段を配置した請求項１乃至４の何れか一項記載の分光特性取得装置。
7. 前記拡散手段は、第1の方向の配光角が、前記第1の方向に直交する第２の方向の配光角より大きい請求項６記載の分光特性取得装置。
8. 前記拡散手段と前記開口列とが一体となっている請求項６又は７記載の分光特性取得装置。
9. 各々の前記１次元撮像手段の前段に、異なる波長帯を透過する波長帯限定手段を配置した請求項１乃至８の何れか一項記載の分光特性取得装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項記載の分光特性取得装置と、
    前記分光特性取得装置と前記対象物とを相対的に移動させる搬送手段と、
    前記分光特性取得装置と前記搬送手段とを連動させて動作させ、前記対象物の全面の分光特性を取得する画像評価手段と、を有する画像評価装置。
11. 請求項１０記載の画像評価装置を備えた画像形成装置。