JP2015036659A - Spectroscopic characteristic acquisition device, image evaluation device, and image forming apparatus - Google Patents

Spectroscopic characteristic acquisition device, image evaluation device, and image forming apparatus Download PDF

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陽一 窪田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spectroscopic characteristic acquisition device that can acquire spectral characteristics of an object under the optimal measurement conditions according to the purpose, an image evaluation device using the same, and an image forming apparatus.SOLUTION: A spectroscopic characteristic acquisition device 100 includes light irradiation means 101 for irradiating an object 10 with light, diffraction means 105 for diffracting reflection light from the object to form a diffraction image, light receiving means 106 for receiving the diffraction image on a light receiving surface and outputting a signal according to the intensity of the received light, first moving means 107 for moving the diffraction means in the vertical direction with respect to the light receiving surface, and calculation means 121 for performing estimation calculation of the spectroscopic characteristics of the object by using a conversion matrix in the signal.

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。   The present invention relates to a spectral characteristic acquisition device, an image evaluation device, and an image forming device.

プロダクションプリンティングでは、例えば電子写真方式やインクジェット方式のプリンタを用いることで、小ロットかつ短納期での印刷物の提供が可能になってきている。このようなプロダクションプリンティングに用いられるプリンタには、従来のオフセット印刷機並みの画像品質を出力することが求められる。   In production printing, for example, by using an electrophotographic or ink jet printer, it has become possible to provide a printed matter with a small lot and a short delivery time. A printer used for such production printing is required to output image quality equivalent to that of a conventional offset printing press.

そこで、これらのプリンタには、画像の色安定性や色再現性を向上させるために、印刷した画像を測色し、測色結果に基づいて画像形成条件を最適化するものがある。プリンタにおいて印刷画像の測色を行うために、例えば印刷された印刷媒体シートの全幅走査カラー解析のための全幅アレイ分光光度計などが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In order to improve the color stability and color reproducibility of the image, some printers measure the color of the printed image and optimize the image forming conditions based on the color measurement result. In order to perform color measurement of a printed image in a printer, for example, a full width array spectrophotometer for full width scanning color analysis of a printed printing medium sheet has been proposed (for example, see Patent Document 1).

ここで、プリンタにおける測色は、例えば生産性を確保するために高速処理が必要とされる場合や、画像形成条件を最適化するために高分解能での計測が必要とされる場合などがあり、目的に応じて計測条件を変更できることが望ましい。しかし、上記した特許文献1に係る全幅アレイ分光光度計では、計測条件を変えるためにはレンズや画像センサなどの構成を変更する必要があり、適宜計測条件を変えるのは困難であった。   Here, color measurement in a printer may require high-speed processing, for example, to ensure productivity, or may require high-resolution measurement to optimize image forming conditions. It is desirable that the measurement conditions can be changed according to the purpose. However, in the full width array spectrophotometer according to Patent Document 1 described above, it is necessary to change the configuration of the lens, the image sensor, and the like in order to change the measurement conditions, and it is difficult to change the measurement conditions as appropriate.

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、目的に応じて最適な計測条件で対象物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目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a spectral characteristic acquisition device that can acquire the spectral characteristics of an object under optimal measurement conditions according to the purpose.

本発明の一態様の分光特性取得装置によれば、対象物に光を照射する光照射手段と、前記対象物からの反射光を回折させて回折像を形成する回折手段と、前記回折像を受光面で受光し、受光した光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光面に対して垂直方向に前記回折手段を移動させる第1移動手段と、前記信号から変換行列を用いて前記対象物の分光特性を推定演算する演算手段とを有する。   According to the spectral characteristic acquisition device of one aspect of the present invention, a light irradiation unit that irradiates light on a target, a diffraction unit that diffracts reflected light from the target to form a diffraction image, and the diffraction image A light receiving unit that receives light on the light receiving surface and outputs a signal corresponding to the intensity of the received light, a first moving unit that moves the diffraction unit in a direction perpendicular to the light receiving surface, and a conversion matrix from the signal Calculating means for estimating and calculating the spectral characteristics of the object.

本発明の実施形態によれば、目的に応じて最適な計測条件で対象物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。   According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a spectral characteristic acquisition device that can acquire the spectral characteristics of an object under an optimal measurement condition according to the purpose.

第1の実施形態に係る分光特性取得装置の概略構成を例示する図である。It is a figure which illustrates schematic structure of the spectral characteristic acquisition apparatus which concerns on 1st Embodiment. 回折素子とラインセンサとの関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between a diffraction element and a line sensor. 入射面側から見たラインセンサへの入射光を例示する写真(1)である。It is the photograph (1) which illustrates the incident light to the line sensor seen from the entrance plane side. ラインセンサと回折像との関係を説明する図(1)である。It is a figure (1) explaining the relationship between a line sensor and a diffraction image. 入射面側から見たラインセンサへの入射光を例示する写真(2)である。It is the photograph (2) which illustrates the incident light to the line sensor seen from the incident surface side. シミュレーションに用いられるトナー画像の分光分布を例示する図である。It is a figure which illustrates the spectral distribution of the toner image used for simulation. シミュレーション結果を例示する図である。It is a figure which illustrates a simulation result. ラインセンサと回折像との関係を説明する図(2)である。It is a figure (2) explaining the relationship between a line sensor and a diffraction image. 回折像の位置に合わせてラインセンサが移動する様子を例示する図である。It is a figure which illustrates a mode that a line sensor moves according to the position of a diffraction image. 遮光部材を例示する図である。It is a figure which illustrates a light shielding member. 第1の実施形態における分光特性取得処理のフローチャートを例示する図である。It is a figure which illustrates the flowchart of the spectral characteristic acquisition process in 1st Embodiment. 階段状回折素子を例示する図である。It is a figure which illustrates a stair-like diffraction element. 第2の実施形態に係る画像評価装置の概略構成を例示する図である。It is a figure which illustrates schematic structure of the image evaluation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を例示する図である。It is a figure which illustrates schematic structure of the image forming apparatus which concerns on 3rd Embodiment.

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。なお、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。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. In the present application, the spectral characteristic refers to the amount of diffuse reflected light expressed as a function of wavelength, and the spectral characteristic includes spectral reflectance.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る分光特性取得装置100の構成例を示す概略図である。以下の記載においてX方向はラインセンサ106の画素配列方向、Y方向はラインセンサ106の受光面においてX方向に直交する方向、Z方向はラインセンサ106の受光面に対して垂直な方向を示す。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a spectral characteristic acquisition apparatus 100 according to the first embodiment. In the following description, the X direction indicates the pixel arrangement direction of the line sensor 106, the Y direction indicates a direction orthogonal to the X direction on the light receiving surface of the line sensor 106, and the Z direction indicates a direction perpendicular to the light receiving surface of the line sensor 106.

図1に示す様に、分光特性取得装置100は、ライン照明光源101、第1結像光学系102、開口アレイ103、第2結像光学系104、回折素子105、ラインセンサ106、第1移動手段107、第2移動手段108、制御手段120を有する。   As shown in FIG. 1, the spectral characteristic acquisition apparatus 100 includes a line illumination light source 101, a first imaging optical system 102, an aperture array 103, a second imaging optical system 104, a diffraction element 105, a line sensor 106, and a first movement. Means 107, second moving means 108, and control means 120 are provided.

以下では、分光特性取得装置100が、対象物10の分光反射率を計測する例について説明する。対象物10は、例えばシート状の印刷物等であり、対象物10の表面には画像が形成されている。   Below, the spectral characteristic acquisition apparatus 100 demonstrates the example which measures the spectral reflectance of the target object 10. FIG. The object 10 is, for example, a sheet-like printed material, and an image is formed on the surface of the object 10.

なお、図1に示す破線は、対象物10に照射された光が拡散反射した後の代表的な光路を模式的に示している。また、以降の説明において、正反射光とは、ライン照明光源101から対象物10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)を指す。拡散反射光とは、正反射光以外の反射光を指す。また、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。   In addition, the broken line shown in FIG. 1 has shown typically the typical optical path after the light irradiated to the target object 10 diffusely reflected. In the following description, the specularly reflected light is the same angle as the incident angle of the irradiation light irradiated from the line illumination light source 101 to the object 10 and is reflected light that is reflected to the opposite side of the incident direction (that is, the incident angle). Is the reflected light having a reflection angle of π−θ). Diffuse reflected light refers to reflected light other than regular reflected light. The spectral reflectance is a ratio of the amount of diffuse reflected light from the measurement object to the amount of diffuse reflected light from a reference plate (white plate or the like) as a function of wavelength.

ライン照明光源101は、光照射手段の一例であり、対象物10の幅方向(X方向)のライン状に広がった領域に光を照射する。ライン照明光源101は、例えば可視光のほぼ全域において強度を有する白色LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)アレイである。ライン照明光源101としては、白色LEDに限らず、冷陰極管等の蛍光灯やランプ光源等であってもよい。   The line illumination light source 101 is an example of a light irradiating unit, and irradiates light to a region that extends in a line shape in the width direction (X direction) of the object 10. The line illumination light source 101 is, for example, a white LED (Light Emitting Diode) array having intensity over almost the entire visible light range. The line illumination light source 101 is not limited to a white LED, but may be a fluorescent lamp such as a cold cathode tube, a lamp light source, or the like.

ライン照明光源101から対象物10までの光路上には、ライン照明光源101から出射された光を対象物10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よい。   On the optical path from the line illumination light source 101 to the target object 10, the light emitted from the line illumination light source 101 is collimated (substantially as parallel light) on the target object 10 or condensed and irradiated in a line shape. You may arrange | position the collimating lens which has.

第1結像光学系102は、対象物10に照射された光のZ方向への拡散反射光を、開口アレイ103の開口部に結像する。なお、第1結像光学系102は、必ずしも正確に開口アレイ103の開口部に拡散反射光を結像させる必要はなく、デフォーカスした状態や無限系であってもよい。   The first imaging optical system 102 images the diffuse reflected light in the Z direction of the light irradiated on the object 10 on the openings of the aperture array 103. Note that the first imaging optical system 102 does not necessarily have to accurately image the diffuse reflected light on the openings of the aperture array 103, and may be in a defocused state or an infinite system.

第1結像光学系102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。また、第1結像光学系102は、セルフォック(登録商標)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であってもよい。   As the first imaging optical system 102, for example, a condensing lens array in which a plurality of lenses are arranged in the X direction can be used. The first imaging optical system 102 may be an imaging optical system including a gradient index lens array such as a SELFOC (registered trademark) lens array, a microlens array, or a mirror.

開口アレイ103は、領域分割手段の一例であり、例えば一列に形成された複数の開口部を有し、開口アレイ103の開口部以外の部分は光を遮る遮光部である。開口アレイ103は、対象物10からの反射光を開口部により領域分割する。   The aperture array 103 is an example of a region dividing unit, and has a plurality of apertures formed in a row, for example, and a portion other than the apertures of the aperture array 103 is a light shielding unit that blocks light. The aperture array 103 divides the reflected light from the object 10 into regions by apertures.

開口アレイ103は、例えばピンホールアレイやスリットアレイであり、金属や黒色樹脂材料に開口部を形成したものであってもよい。また、ガラスや透明樹脂等に金属膜や黒色樹脂等をパターニングして遮光部を形成し、遮光部以外の部分を開口部としたものであってもよい。開口部は、円形、矩形、楕円形、その他の任意の形状を有する。   The opening array 103 is, for example, a pinhole array or a slit array, and may be an opening formed in a metal or black resin material. Alternatively, a light shielding part may be formed by patterning a metal film, a black resin, or the like on glass or transparent resin, and a part other than the light shielding part may be used as an opening. The opening has a circular shape, a rectangular shape, an elliptical shape, or any other shape.

開口アレイ103により、対象物10からの拡散反射光が複数の開口部で領域分割され、不要な部分の光が遮蔽される。これにより、各開口部を通過した焦点面の光のみが検出され、隣接する領域からの反射光の混入が抑制される。   The aperture array 103 divides the diffusely reflected light from the object 10 into a plurality of apertures, thereby shielding unnecessary portions of light. Thereby, only the light of the focal plane which passed each opening part is detected, and mixing of the reflected light from an adjacent area | region is suppressed.

第2結像光学系104は、結像手段の一例であり、例えば複数枚のレンズで構成され、開口アレイ103を通過した反射光を、回折素子105を介してラインセンサ106の受光面に結像する。第2結像光学系104としては、例えば一般的なスキャナ光学系に用いられるレンズや、工業的に用いられているラインセンサ用レンズである。   The second imaging optical system 104 is an example of imaging means, and is composed of, for example, a plurality of lenses. The reflected light that has passed through the aperture array 103 is coupled to the light receiving surface of the line sensor 106 via the diffraction element 105. Image. The second imaging optical system 104 is, for example, a lens used for a general scanner optical system or a line sensor lens used industrially.

回折素子105は、回折手段の一例であり、対象物に照射された光の反射光を回折させて回折像を形成する。より詳しくは、回折素子105は、開口アレイ103の各開口部により領域分割された後に第2結像光学系104により集光された拡散反射光を分光し、波長に応じて異なる方向に伝播させ、各開口部に対応する回折像を形成する。回折素子105は、例えばプリズムや透過型回折格子或いはそれらの組み合わせである。   The diffractive element 105 is an example of diffracting means, and forms a diffraction image by diffracting the reflected light of the light irradiated on the object. More specifically, the diffractive element 105 divides the diffusely reflected light collected by the second imaging optical system 104 after being divided into regions by each aperture of the aperture array 103 and propagates it in different directions depending on the wavelength. A diffraction image corresponding to each opening is formed. The diffraction element 105 is, for example, a prism, a transmission diffraction grating, or a combination thereof.

ラインセンサ106は、受光手段の一例であり、受光面に複数の画素で構成される分光センサが複数並列して設けられたマルチバンド分光センサアレイである。ラインセンサ106は、回折素子105を介して受光面に入射される回折像から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。ラインセンサ106により変換された電気信号は、制御手段120に送られる。   The line sensor 106 is an example of a light receiving unit, and is a multiband spectral sensor array in which a plurality of spectral sensors composed of a plurality of pixels are provided in parallel on the light receiving surface. The line sensor 106 acquires a light amount for each predetermined wavelength band from a diffraction image incident on the light receiving surface via the diffraction element 105, and converts the acquired light amount into an electrical signal. The electrical signal converted by the line sensor 106 is sent to the control means 120.

ラインセンサ106は、例えばMOS(Metal Oxide Semiconductor Device)、CMOS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor Device)、CCD(Charge Coupled Device)、CIS(Contact Image Sensor)、PDA(Photo Diode Array)等である。   The line sensor 106 is, for example, a MOS (Metal Oxide Semiconductor Device), a CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor Device), a CCD (Charge Coupled Device), a CIS (Contact Image Sensor), a PDA (Photo Diode Array), or the like.

第1移動手段107は、ラインセンサ106の受光面に対して垂直方向(Z方向)に回折素子105を移動させることで、回折素子105とラインセンサ106との間の距離を変えることができる。回折素子105とラインセンサ106との間の距離が変わることで、ラインセンサ106の受光面における回折像の大きさが変化する。   The first moving means 107 can change the distance between the diffractive element 105 and the line sensor 106 by moving the diffractive element 105 in the direction perpendicular to the light receiving surface of the line sensor 106 (Z direction). When the distance between the diffraction element 105 and the line sensor 106 changes, the size of the diffraction image on the light receiving surface of the line sensor 106 changes.

第2移動手段108は、ラインセンサ106の受光面に平行な面内において、回折素子105によって形成される回折像の回折方向にラインセンサ106を移動させ、分光センサと回折像との位置関係を最適化する。   The second moving means 108 moves the line sensor 106 in the diffraction direction of the diffraction image formed by the diffraction element 105 in a plane parallel to the light receiving surface of the line sensor 106, and the positional relationship between the spectroscopic sensor and the diffraction image is obtained. Optimize.

制御手段120は、演算手段121、記憶手段122を有し、第1移動手段107及び第2移動手段108を制御すると共に、ラインセンサ106から送られる電気信号に基づいて対象物10の分光特性を求める。   The control unit 120 includes a calculation unit 121 and a storage unit 122, controls the first moving unit 107 and the second moving unit 108, and determines the spectral characteristics of the object 10 based on the electric signal sent from the line sensor 106. Ask.

制御手段120は、例えばCPU、ROM、メインメモリ等を含み、制御手段120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で実行されることによって実現される。但し、制御手段120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。また、制御手段120は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。   The control unit 120 includes, for example, a CPU, a ROM, a main memory, and the like, and various functions of the control unit 120 are realized by reading a program recorded in the ROM or the like into the main memory and executing it by the CPU. However, part or all of the control means 120 may be realized only by hardware. Further, the control means 120 may be physically configured by a plurality of devices.

演算手段121は、ラインセンサ106から送られる電気信号から変換行列を用いて対象物10の分光特性を推定演算する。演算手段121による分光特性の推定方法については後述する。   The calculating means 121 estimates and calculates the spectral characteristics of the object 10 from the electrical signal sent from the line sensor 106 using a conversion matrix. A method of estimating spectral characteristics by the calculation unit 121 will be described later.

記憶手段122は、例えばROM、RAM等であり、演算手段121における分光特性の推定演算に用いられる変換行列を記憶している。   The storage unit 122 is, for example, a ROM, a RAM, or the like, and stores a conversion matrix used for spectral characteristic estimation calculation in the calculation unit 121.

なお、図1に例示する光学系は、例えば、ライン照明光源101から出射される照明光が対象物10に対して略斜め45度より入射し、ラインセンサ106が対象物10からZ方向に拡散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。また、ライン照明光源101から出射される照明光が対象物10に対して垂直に入射し、ラインセンサ106が対象物10から45度方向に拡散反射する光を受光する所謂0/45光学系等としてもよい。   In the optical system illustrated in FIG. 1, for example, the illumination light emitted from the line illumination light source 101 is incident on the object 10 at an angle of approximately 45 degrees, and the line sensor 106 diffuses from the object 10 in the Z direction. A so-called 45/0 optical system that receives reflected light can be obtained. In addition, a so-called 0/45 optical system in which illumination light emitted from the line illumination light source 101 is perpendicularly incident on the object 10 and the line sensor 106 receives light diffusely reflected from the object 10 in a 45 degree direction. It is good.

この様に構成された図1に示す分光特性取得装置100は、ラインセンサ106による高速動作が可能で、対象物10の分光特性を高速且つ一度に取得可能であり、例えば印刷画像のインライン測定等の高速な測定が要求される分野に適用可能である。   The spectral characteristic acquisition apparatus 100 shown in FIG. 1 configured as described above can be operated at high speed by the line sensor 106 and can acquire the spectral characteristics of the object 10 at a high speed at a time. It is applicable to the field where high speed measurement is required.

図2は、回折素子105とラインセンサ106との関係を例示する図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the diffraction element 105 and the line sensor 106.

ラインセンサ106は、図2に示す様に、受光面に複数の画素がX方向に一列に配列されている。ラインセンサ106は、それぞれ一列に配列されたN個の画素を一群とする第1分光センサ106a、第2分光センサ106b、第3分光センサ106c等がさらに複数個配列された分光センサアレイである。第1分光センサ106a、第2分光センサ106b、第3分光センサ106c等は、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。なお、ラインセンサ106が有するN個の画素は、二列以上に配列されていてもよい。   As shown in FIG. 2, the line sensor 106 has a plurality of pixels arranged in a line in the X direction on the light receiving surface. The line sensor 106 is a spectroscopic sensor array in which a plurality of first spectroscopic sensors 106 a, second spectroscopic sensors 106 b, third spectroscopic sensors 106 c, and the like, each of which includes a group of N pixels arranged in a row, are arranged. The first spectroscopic sensor 106a, the second spectroscopic sensor 106b, the third spectroscopic sensor 106c, and the like have N pixels that receive light having different spectral characteristics. Note that the N pixels included in the line sensor 106 may be arranged in two or more columns.

開口アレイ103の一つの開口部からの光が、ラインセンサ106の一つの分光センサが有するN個の画素に入射する様に、開口アレイ103の開口部とラインセンサ106の分光センサのN個の画素とは結像関係にある。   The light from one aperture of the aperture array 103 is incident on N pixels of one spectroscopic sensor of the line sensor 106, and the N of the spectroscopic sensors of the aperture array 103 and the line sensor 106 are aligned. The pixel is in an imaging relationship.

回折素子105は、例えば透明基板上に鋸歯形状を所定間隔で形成したものが、+1次の回折光を強めることが可能であるため好ましいが、階段状等の他の形状であってもよい。回折素子105の鋸歯形状の間隔をpとすると、回折素子105に角度θinで入射する波長λの光は、式(1)で表される角度θに回折される。式(1)において、mは回折素子105による回折次数であり、正負の整数の値をとることができる。 The diffractive element 105 is preferably formed by, for example, a sawtooth shape formed on a transparent substrate at a predetermined interval, since it can enhance the + 1st order diffracted light, but may have other shapes such as a stepped shape. When the interval of the sawtooth shape of the diffractive element 105 is p, light having a wavelength λ incident on the diffractive element 105 at an angle θ in is diffracted to an angle θ m expressed by the equation (1). In Expression (1), m is the diffraction order by the diffraction element 105, and can take a positive or negative integer value.

式(1)で示される回折角θの波長依存性により、ラインセンサ106の各分光センサが有するN個の画素に異なる分光特性を有する光を入射させることが可能となっている。 Due to the wavelength dependence of the diffraction angle θ m expressed by the equation (1), it is possible to make light having different spectral characteristics incident on the N pixels of each spectral sensor of the line sensor 106.

ここで、回折素子105が、ラインセンサ106の複数の画素の配列方向(X方向)に光を回折させると、回折された光は0次光、2次回折像や隣接する開口を透過してきた回折像等がラインセンサ106上で重なり合う場合がある。この様な場合には、図3に示すクロストークが生じ、正確な分光特性の取得が困難になる。   Here, when the diffraction element 105 diffracts light in the arrangement direction (X direction) of the plurality of pixels of the line sensor 106, the diffracted light has transmitted through the 0th order light, the second order diffraction image, and the adjacent opening. In some cases, diffraction images and the like overlap on the line sensor 106. In such a case, the crosstalk shown in FIG. 3 occurs, making it difficult to obtain accurate spectral characteristics.

そこで、図4及び図5に示す様に、例えば回折素子105をXY平面内で回転させるか、回折素子105の歯の角度を適宜設定し、回折光の回折方向とラインセンサ106の画素の配列方向とが所定の角度αを有する様に構成する。   Therefore, as shown in FIGS. 4 and 5, for example, the diffraction element 105 is rotated in the XY plane, or the tooth angle of the diffraction element 105 is appropriately set, and the diffraction direction of the diffracted light and the arrangement of the pixels of the line sensor 106 are set. The direction is configured to have a predetermined angle α.

この様な構成により、図4及び図5に示す様に、ラインセンサ106には開口アレイ103の各開口部の+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106の画素から離れた位置に結像される。したがって、分光特性取得装置100は、回折像のクロストークが排除され、+1次回折像Bから対象物10の分光特性を求めることができる。なお、以降の説明において、+1次回折像Bを単に回折像と称する場合がある。   With such a configuration, as shown in FIGS. 4 and 5, only the + 1st order diffraction image B of each aperture of the aperture array 103 is formed on the line sensor 106. Unnecessary non-diffracted image A (0th order diffracted image), −1st order diffracted image C, + 2nd order diffracted image D, −2nd order diffracted image E and the like are formed at positions away from the pixels of the line sensor 106. Therefore, the spectral characteristic acquisition apparatus 100 can obtain the spectral characteristic of the object 10 from the + 1st-order diffraction image B without the crosstalk of the diffraction image. In the following description, the + 1st order diffraction image B may be simply referred to as a diffraction image.

第1の実施形態におけるラインセンサ106は、上記した様に、配列されたN個の画素を一群とする第1分光センサ106a、第2分光センサ106b、第3分光センサ106c等がさらに複数個配列されたマルチバンド分光センサである。   As described above, the line sensor 106 according to the first embodiment further includes a plurality of first spectral sensors 106a, second spectral sensors 106b, third spectral sensors 106c, and the like, each of which includes a group of N pixels arranged. Multiband spectroscopic sensor.

マルチバンド分光では、各分光センサが有する画素数Nが多いほど計測される分光特性の分解能が向上する。しかしながら、ラインセンサ106に設けられる画素数には上限があり、分光センサの画素数が増えることによってアレイ化することが可能な分光センサの数は減少することになる。よって、分光特性取得装置100は、分光センサの画素数を最小に抑えてウィナー推定等の推定手段によって分光分布の推定を行う処理(分光推定処理)を有することが好ましい。分光推定処理に関しては多くの手法が提案されており、例えば非特許文献である『ディジタルカラー画像の解析・評価:東京大学出版会:p154〜157』に詳細が述べられている。   In multiband spectroscopy, the resolution of the spectral characteristics measured increases as the number N of pixels of each spectral sensor increases. However, the number of pixels provided in the line sensor 106 has an upper limit, and the number of spectral sensors that can be arrayed decreases as the number of pixels of the spectral sensor increases. Therefore, it is preferable that the spectral characteristic acquisition apparatus 100 has processing (spectral estimation processing) in which the spectral distribution is estimated by estimation means such as Wiener estimation while minimizing the number of pixels of the spectral sensor. Many methods have been proposed for the spectral estimation processing, and are described in detail, for example, in “Non-patent literature“ Analysis and evaluation of digital color images: University of Tokyo Press: p154-157 ””.

以下に、1つの分光センサの出力viから分光分布を推定する手法の一例を示す。1つの分光センサを構成しているN個の画素からの信号出力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ピッチの31個)を格納した行ベクトルrは式(2)で表される。   An example of a technique for estimating the spectral distribution from the output vi of one spectroscopic sensor is shown below. From the row vector v storing the signal outputs vi (i = 1 to N) from the N pixels constituting one spectroscopic sensor and the conversion matrix G, the spectral reflectance (for example, 400 to 700 nm) of each wavelength band. (31 of 10 nm pitch) is stored as a row vector r expressed by the equation (2).

変換行列Gは、式(3)〜(5)に示す様に、予め分光分布が既知な多数(n個)のサンプルの分光分布を格納した行列Rと、同サンプルを分光特性取得装置100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‖・‖を最小化することによって求められる。 As shown in the equations (3) to (5), the conversion matrix G includes a matrix R that stores the spectral distributions of a large number (n) of samples whose spectral distributions are known in advance, and the spectral samples obtained by the spectral characteristic acquisition apparatus 100. It is obtained by minimizing the square norm ‖ · ‖ 2 of the error using the least square method from the matrix V storing v when measured.

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(6)の様に計算される。 The regression transformation matrix G of the regression equation from V to R, where V is the explanatory variable and R is the objective variable, is expressed by the equation (6) using the Moore-Penrose generalized inverse matrix that gives the least-square norm solution of the matrix V. Is calculated as follows.

上付きTは行列の転置を、上付き−1は逆行列を表す。式(6)で求められたGを記憶させておくことで、実際の測定時には変換行列Gと信号出力vの積を取ることで任意の対象物10の分光分布rが推定される。分光特性取得装置100の演算手段121は、上記した様に、ラインセンサ106が有する分光センサの各画素から出力される電気信号に基づいて、変換行列Gを用いて対象物10の分光特性を推定演算により求める。 The superscript T represents the transpose of the matrix, and the superscript -1 represents the inverse matrix. By storing G obtained by Expression (6), the spectral distribution r of an arbitrary object 10 is estimated by taking the product of the transformation matrix G and the signal output v during actual measurement. As described above, the calculation unit 121 of the spectral characteristic acquisition apparatus 100 estimates the spectral characteristic of the object 10 using the conversion matrix G based on the electrical signal output from each pixel of the spectral sensor included in the line sensor 106. Calculate by calculation.

ここで、電子写真方式の画像形成装置によって出力されたトナー画像を、第1の実施形態に係る分光特性取得装置100で分光分布を推定し、推定した分光分布から推定誤差である色差を算出するシミュレーションを行った。シミュレーションでは、分光センサの画素数Nの値を変えたときの側色結果と、より詳細な分光装置から得られる側色結果との色差(ΔE)を求めた。   Here, the spectral distribution of the toner image output by the electrophotographic image forming apparatus is estimated by the spectral characteristic acquisition apparatus 100 according to the first embodiment, and a color difference that is an estimation error is calculated from the estimated spectral distribution. A simulation was performed. In the simulation, the color difference (ΔE) between the side color result when the value of the number N of pixels of the spectroscopic sensor is changed and the side color result obtained from a more detailed spectroscopic device is obtained.

図6は、シミュレーションに用いられたトナー画像の分光分布を例示する図であり、図7は、シミュレーション結果を例示する図である。図7に示す結果から、分光センサの画素数Nが大きいほど色差(ΔE)が小さく、高精度に分光特性が求められていることが分かる。   FIG. 6 is a diagram illustrating the spectral distribution of the toner image used in the simulation, and FIG. 7 is a diagram illustrating the simulation result. From the results shown in FIG. 7, it can be seen that the color difference (ΔE) decreases as the number N of pixels of the spectroscopic sensor increases, and the spectral characteristics are required with high accuracy.

次に、回折像とラインセンサ106における分光センサの画素との関係について、図8に基づいて説明する。   Next, the relationship between the diffraction image and the pixel of the spectral sensor in the line sensor 106 will be described with reference to FIG.

図8は、一つの開口部に入射した光が回折素子105に入射し、ラインセンサ106の受光面に+1次回折像Bが結像された状態を示している。回折素子105による+1次回折像Bの回折角θは上式(1)から求められ、回折素子105による波長λの+1次回折像の結像位置は、0次回折像Aに対して回折素子105とラインセンサ106との距離sを用いてs×tanθとして求められる。ここで、計測する波長領域をλ≦λ≦λとすると、+1次回折像Bの幅jは、j=s×(tanθ−tanθ)と表すことができる。したがって、+1次回折像Bの幅jは、回折素子105とラインセンサ106との距離sに比例する。 FIG. 8 shows a state in which light incident on one opening is incident on the diffraction element 105 and a + 1st order diffraction image B is formed on the light receiving surface of the line sensor 106. Diffraction angle theta i +1 order diffraction image B by the diffraction element 105 is determined from the above equation (1), +1 imaging position of order diffraction image of the wavelength lambda i by the diffraction element 105 relative to 0-order diffraction images A The distance s between the diffraction element 105 and the line sensor 106 is used to obtain s × tan θ i . Here, if the wavelength region to be measured is λ 0 ≦ λ ≦ λ n , the width j of the + 1st order diffraction image B can be expressed as j = s × (tan θ n −tan θ 0 ). Therefore, the width j of the + 1st order diffraction image B is proportional to the distance s between the diffraction element 105 and the line sensor 106.

また、+1次回折像Bの形状は、回折格子の格子ピッチp、結像面までの距離s、結像光学系の結像特性、さらに開口部の形状により規定される。1次回折像Bは、結像光学系および回折格子によってぼける影響を重畳した形状となっており、例えば各波長のピーク強度に対して1/eまで減衰する領域として定義される。 The shape of the + 1st order diffraction image B is defined by the grating pitch p of the diffraction grating, the distance s to the imaging surface, the imaging characteristics of the imaging optical system, and the shape of the aperture. The first-order diffraction image B has a shape in which the effect of blurring by the imaging optical system and the diffraction grating is superimposed, and is defined as a region that attenuates to 1 / e 2 with respect to the peak intensity of each wavelength, for example.

本実施形態に係る分光特性取得装置100では、ラインセンサ106の画素配列方向に異なる波長の光が分光されて入射されるため、ラインセンサ上の+1次回折像Bの形状によって各分光センサにおける波長分解能が決まる。波長分解能をどの程度に設定するかは分光特性取得装置100の使用目的によって定められ、求められる波長分解能に応じて開口部の幅及び結像光学系の結像性能が設計される。   In the spectral characteristic acquisition apparatus 100 according to the present embodiment, since light having different wavelengths is split and incident in the pixel arrangement direction of the line sensor 106, the wavelength of each spectral sensor is determined by the shape of the + 1st order diffraction image B on the line sensor. Resolution is determined. The degree to which the wavelength resolution is set is determined by the purpose of use of the spectral characteristic acquisition device 100, and the width of the aperture and the imaging performance of the imaging optical system are designed according to the required wavelength resolution.

ラインセンサ106の各画素が幅w、高さhであり、分光センサ106nがN個の画素を有する場合には、例えば回折素子105をラインセンサ106の画素の配列方向(X方向)に対して、以下の式(7)で求められる傾き角度αで構成する。   When each pixel of the line sensor 106 has a width w and a height h, and the spectral sensor 106n has N pixels, for example, the diffraction element 105 is arranged with respect to the arrangement direction (X direction) of the pixels of the line sensor 106. , And an inclination angle α obtained by the following equation (7).

この様な構成において、例えばラインセンサ106の画素の幅wが10μm、回折素子105の周期pが10μmであり、回折素子105とラインセンサ106との距離sが2mmである場合には、分光センサ106nの6画素に+1次回折像Bが結像する。 In such a configuration, for example, when the width w of the pixel of the line sensor 106 is 10 μm, the period p of the diffraction element 105 is 10 μm, and the distance s between the diffraction element 105 and the line sensor 106 is 2 mm, the spectral sensor A + 1st order diffraction image B is formed on 6 pixels of 106n.

第1移動手段107により回折素子105がZ方向に移動することで+1次回折像Bの幅jは変化し、例えば距離sが1mmの場合には分光センサ106nの3画素に+1次回折像Bが結像する。また、例えば距離sが3mmの場合には、分光センサ106nの9画素に+1次回折像Bが結像する。   When the diffractive element 105 is moved in the Z direction by the first moving means 107, the width j of the + 1st order diffraction image B changes. For example, when the distance s is 1 mm, the + 1st order diffraction image B is added to 3 pixels of the spectroscopic sensor 106n. Forms an image. For example, when the distance s is 3 mm, the + 1st order diffraction image B is formed on nine pixels of the spectroscopic sensor 106n.

ここで、第1移動手段107により回折素子105がZ方向に移動すると、ラインセンサ106の受光面に結像される回折像の位置が変化する。例えば図9に示す様に、回折素子105とラインセンサ106との距離sが3mm(図9(a))から2mm(図9(b))に変化すると、+1次回折像B及び+2次回折像Cが、回折方向Ddに沿って非回折像A(0次回折像)に近付く様に変位する。   Here, when the diffraction element 105 is moved in the Z direction by the first moving means 107, the position of the diffraction image formed on the light receiving surface of the line sensor 106 changes. For example, as shown in FIG. 9, when the distance s between the diffraction element 105 and the line sensor 106 changes from 3 mm (FIG. 9A) to 2 mm (FIG. 9B), the + 1st order diffraction image B and + 2nd order diffraction are obtained. The image C is displaced so as to approach the non-diffracted image A (0th-order diffraction image) along the diffraction direction Dd.

この様に第1移動手段107が回折素子105をラインセンサ106に近付けると、+1次回折像Bがラインセンサ106の画素から外れてしまう場合がある。そこで、第1の実施形態に係る分光特性取得装置100では、図9(b)に示す様に、第2移動手段108が、+1次回折像Bがラインセンサ106の画素内に収まるように、回折方向Ddに沿ってラインセンサ106を移動させる。第2移動手段108が、回折素子105とラインセンサ106との距離sに応じてラインセンサ106を移動させることで、+1次回折像Bはラインセンサ106の画素内に収まり、ラインセンサ106は常に+1次回折像Bを受光することが可能になる。   As described above, when the first moving unit 107 brings the diffraction element 105 close to the line sensor 106, the + 1st order diffraction image B may deviate from the pixels of the line sensor 106. Therefore, in the spectral characteristic acquisition apparatus 100 according to the first embodiment, as illustrated in FIG. 9B, the second moving unit 108 allows the + 1st order diffraction image B to be within the pixels of the line sensor 106. The line sensor 106 is moved along the diffraction direction Dd. The second moving means 108 moves the line sensor 106 according to the distance s between the diffraction element 105 and the line sensor 106, so that the + 1st order diffraction image B is within the pixel of the line sensor 106, and the line sensor 106 is always + 1st order diffraction image B can be received.

第2移動手段108がラインセンサ106を移動させると、例えば図9(b)に示す様に、+2次回折像Cがラインセンサ106の画素に入射される場合がある。この様な場合には、分光特性の推定演算において、+2次回折像Cが入射されている画素から出力される電気信号は使用せずに破棄することで、+2次回折像Cの影響を受けずに分光特性を求めることが可能になる。または、図10に示す様に、+2次回折像Cを遮る遮光部材109を回折素子105とラインセンサ106との間に設けてもよい。遮光部材109は、ラインセンサ106に入射される回折像のうち、分光特性の推定演算に用いられる+1次回折像B以外の回折像を遮光する様に設けられる。   When the second moving unit 108 moves the line sensor 106, for example, as shown in FIG. 9B, the + 2nd order diffraction image C may be incident on the pixels of the line sensor 106. In such a case, in the spectral characteristic estimation calculation, the electrical signal output from the pixel on which the + 2nd-order diffraction image C is incident is discarded without being used. Spectral characteristics can be obtained without the need. Alternatively, as shown in FIG. 10, a light shielding member 109 that blocks the + second order diffraction image C may be provided between the diffraction element 105 and the line sensor 106. The light shielding member 109 is provided so as to shield the diffracted images other than the + 1st order diffracted image B used for spectral characteristic estimation calculation among the diffracted images incident on the line sensor 106.

ここで、回折素子105とラインセンサ106との距離sを大きくすると、ラインセンサ106の各分光センサにおいて+1次回折像Bが入射される画素数が増え、計測される波長の分解能が上がり、分光特性の推定精度が向上する。しかしながら、回折像を広範囲に分散させて多くの画素で取得する場合には、ラインセンサ106の各画素で取得可能な光量が減少する。したがって、測定精度を確保するためには十分な露光時間が必要になり、分光特性を取得するまでに相応の時間を要することとなる。   Here, when the distance s between the diffractive element 105 and the line sensor 106 is increased, the number of pixels on which the + 1st order diffraction image B is incident is increased in each spectroscopic sensor of the line sensor 106, the resolution of the wavelength to be measured is increased, and the spectrum is increased. The characteristic estimation accuracy is improved. However, when the diffraction image is dispersed over a wide range and acquired by many pixels, the amount of light that can be acquired by each pixel of the line sensor 106 decreases. Therefore, a sufficient exposure time is required to ensure measurement accuracy, and a corresponding time is required until the spectral characteristics are acquired.

また、回折素子105とラインセンサ106との距離sを小さくすると、ラインセンサ106の各分光センサにおいて+1次回折像Bが入射される画素数Nが少なくなる。この場合には、分光特性の推定精度は低下するが、ラインセンサ106の1画素に入射される光量が増大するため、分光特性を高速に求めることが可能になる。   Further, when the distance s between the diffraction element 105 and the line sensor 106 is reduced, the number N of pixels on which the + 1st order diffraction image B is incident on each spectral sensor of the line sensor 106 is reduced. In this case, although the estimation accuracy of the spectral characteristics decreases, the amount of light incident on one pixel of the line sensor 106 increases, so that the spectral characteristics can be obtained at high speed.

ここで、第1の実施形態に係る分光特性取得装置100では、高精度モード、高速モード及び通常モードの3つのモードで対象物10の分光特性を推定する。   Here, in the spectral characteristic acquisition apparatus 100 according to the first embodiment, the spectral characteristic of the object 10 is estimated in three modes, that is, the high accuracy mode, the high speed mode, and the normal mode.

高精度モードは、例えば回折素子105とラインセンサ106との距離sが3mmに設定され、ラインセンサ106の各分光センサにおいて9画素に回折像が入射され、高精度に分光特性を推定できる。高速モードは、例えば回折素子105とラインセンサ106との距離sが1mmに設定され、ラインセンサ106の各分光センサにおいて3画素に回折像が入射され、高速に分光特性を推定できる。通常モードは、例えば回折素子105とラインセンサ106との距離sが2mmに設定され、ラインセンサ106の各分光センサにおいて6画素に回折像が入射され、高速モードよりも高精度に、高精度モードよりも高速に分光特性を推定できる。なお、各モードの設定などは、上記した例に限るものではなく、目的に応じて適宜設定することができる。   In the high accuracy mode, for example, the distance s between the diffractive element 105 and the line sensor 106 is set to 3 mm, and a diffracted image is incident on nine pixels in each spectroscopic sensor of the line sensor 106, so that the spectral characteristics can be estimated with high accuracy. In the high-speed mode, for example, the distance s between the diffractive element 105 and the line sensor 106 is set to 1 mm, and a diffraction image is incident on three pixels in each spectroscopic sensor of the line sensor 106, so that spectral characteristics can be estimated at high speed. In the normal mode, for example, the distance s between the diffractive element 105 and the line sensor 106 is set to 2 mm, and a diffraction image is incident on 6 pixels in each spectral sensor of the line sensor 106. Spectral characteristics can be estimated at higher speed. Note that the setting of each mode is not limited to the above example, and can be appropriately set according to the purpose.

上記した各モードでは、ラインセンサ106の各分光センサにおいて回折像が入射する画素数がそれぞれ異なるため、それぞれに対応する変換行列が予め求められ、記憶手段122に記憶される。対象物10の分光特性を求める場合には、演算手段121がモードに対応する変換行列を記憶手段122から取得し、取得した変換行列を用いて分光特性の推定演算を行う。   In each of the above-described modes, the number of pixels on which the diffraction image is incident is different in each spectroscopic sensor of the line sensor 106, so that a corresponding conversion matrix is obtained in advance and stored in the storage unit 122. When obtaining the spectral characteristics of the object 10, the calculation means 121 acquires a conversion matrix corresponding to the mode from the storage means 122, and performs spectral characteristic estimation calculation using the acquired conversion matrix.

図11に、第1の実施形態における分光特性取得処理のフローチャートを例示する。   FIG. 11 illustrates a flowchart of spectral characteristic acquisition processing in the first embodiment.

分光特性取得装置100において、対象物10の分光特性を取得する場合には、まずステップS101にて、ユーザによりモードが選択される。次にステップS102では、選択されたモードに基づいて、第1移動手段107が回折素子105をZ方向に移動させ、回折素子105とラインセンサ106との距離sを所定の距離に設定する。続いてステップS103では、第2移動手段108が、回折像が分光センサの画素内に収まる様に、必要に応じて回折像の回折方向Ddに沿ってラインセンサ106を移動させる。   In the case where the spectral characteristic acquisition apparatus 100 acquires the spectral characteristic of the object 10, first, in step S101, the mode is selected by the user. In step S102, the first moving unit 107 moves the diffraction element 105 in the Z direction based on the selected mode, and sets the distance s between the diffraction element 105 and the line sensor 106 to a predetermined distance. Subsequently, in step S103, the second moving unit 108 moves the line sensor 106 along the diffraction direction Dd of the diffraction image as necessary so that the diffraction image is within the pixel of the spectroscopic sensor.

ステップS104では、演算手段121が選択されたモードに対応する変換行列を記憶手段122から取得する。次にステップS105にて、演算手段121は取得した変換行列を用いて、対象物10の分光特性の推定演算を行った後に処理を終了する。   In step S104, the transformation matrix corresponding to the mode selected by the computing means 121 is acquired from the storage means 122. Next, in step S105, the calculation means 121 performs an estimation calculation of the spectral characteristics of the object 10 using the acquired conversion matrix, and then ends the process.

以上で説明した様に、第1の実施形態に係る分光特性取得装置100によれば、第1移動手段107が回折素子105を移動させ、回折素子105とラインセンサ106との距離sを変更することが可能である。したがって、求められる精度、時間等に応じて回折素子105とラインセンサ106との距離sを変更し、目的に応じて最適な計測条件で対象物10の分光特性を取得することができる。   As described above, according to the spectral characteristic acquisition apparatus 100 according to the first embodiment, the first moving unit 107 moves the diffraction element 105 and changes the distance s between the diffraction element 105 and the line sensor 106. It is possible. Accordingly, the distance s between the diffractive element 105 and the line sensor 106 can be changed according to the required accuracy, time, etc., and the spectral characteristics of the object 10 can be acquired under optimum measurement conditions according to the purpose.

なお、回折素子105は、図12に示す様な階段状回折素子110であってもよい。階段状回折素子110は、ブレーズ型回折素子の一種で、全てのブレーズ面が光軸に直交し、所定のピッチで所定の段差が形成されている。   The diffraction element 105 may be a stepped diffraction element 110 as shown in FIG. The stepped diffraction element 110 is a kind of blazed diffraction element, and all blazed surfaces are perpendicular to the optical axis, and a predetermined step is formed at a predetermined pitch.

階段状回折素子110は、格子ピッチ及び段差が適切に設けられることで、所定の波長の1次回折像が光軸と平行に出射される。そのため、階段状回折素子110とラインセンサ106との距離sを変更しても、1次回折像が変位することがないため、階段状回折素子110との距離sに応じてラインセンサ106を移動させる必要がない。したがって、第2移動手段108を設ける必要がなくなり、装置構成を簡易化できる。   The stair-like diffraction element 110 emits a first-order diffraction image having a predetermined wavelength parallel to the optical axis by appropriately providing a grating pitch and a step. Therefore, even if the distance s between the stepped diffraction element 110 and the line sensor 106 is changed, the first-order diffraction image is not displaced, so the line sensor 106 is moved according to the distance s with the stepped diffraction element 110. There is no need to let them. Therefore, it is not necessary to provide the second moving means 108, and the apparatus configuration can be simplified.

また、階段状回折素子110は、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く、他の次数の回折効率は低くなる。したがって、階段状回折素子110は、ラインセンサ106に入射され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光量を得られるため、分光特性の推定を高速化するのに好適である。また、他の次数の回折光の光量が低下するため、測定制度を悪化させる迷光成分が減少し、分光特性をより高精度に推定することが可能になる。   Further, the stepped diffraction element 110 has high diffraction efficiency of the first-order diffracted light having a predetermined wavelength and its peripheral wavelength, and has low diffraction efficiency of other orders. Accordingly, the stepped diffraction element 110 can increase the amount of light incident on the line sensor 106 and can obtain a sufficient amount of light with a shorter exposure time, and is therefore suitable for speeding up the estimation of spectral characteristics. In addition, since the amount of diffracted light of other orders is reduced, stray light components that deteriorate the measurement system are reduced, and the spectral characteristics can be estimated with higher accuracy.

[第2の実施形態]
第2の実施の形態では、分光特性取得装置100を備える画像評価装置200について説明する。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は同一符号を付し、説明は省略する。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, an image evaluation apparatus 200 including the spectral characteristic acquisition apparatus 100 will be described. Note that in the second embodiment, the same components as those already described in the embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図13は、第2の実施の形態に係る画像評価装置200の概略構成を例示する図である。図13に示す様に、画像評価装置200は、第1の実施形態に係る分光特性取得装置100、画像評価手段201、対象物10を搬送する不図示の搬送手段を有する。   FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of an image evaluation apparatus 200 according to the second embodiment. As illustrated in FIG. 13, the image evaluation apparatus 200 includes a spectral characteristic acquisition apparatus 100 according to the first embodiment, an image evaluation unit 201, and a conveyance unit (not illustrated) that conveys the object 10.

分光特性取得装置100は、ライン照明光源101、第1結像光学系102、開口アレイ103、第2結像光学系104、回折素子105、ラインセンサ106、制御手段120を有している。   The spectral characteristic acquisition apparatus 100 includes a line illumination light source 101, a first imaging optical system 102, an aperture array 103, a second imaging optical system 104, a diffraction element 105, a line sensor 106, and a control means 120.

画像評価装置200は、例えば電子写真方式の画像形成装置等によって対象物10上に形成された画像を全幅に渡って評価する。なお、図13では、画像評価装置200が分光特性取得装置100を1つ有する例を示しているが、例えば、複数の分光特性取得装置100を対象物10の幅方向に並列に配置してもよい。   The image evaluation apparatus 200 evaluates an image formed on the object 10 by, for example, an electrophotographic image forming apparatus over the entire width. 13 illustrates an example in which the image evaluation apparatus 200 includes one spectral characteristic acquisition apparatus 100. For example, a plurality of spectral characteristic acquisition apparatuses 100 may be arranged in parallel in the width direction of the object 10. Good.

画像評価手段201は、例えばCPU、ROM、メインメモリ等を含み、画像評価手段201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201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201は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。   The image evaluation unit 201 includes, for example, a CPU, a ROM, a main memory, and the like, and various functions of the image evaluation unit 201 are realized by a program recorded in the ROM or the like being read into the main memory and executed by the CPU. The However, part or all of the image evaluation unit 201 may be realized only by hardware. Further, the image evaluation unit 201 may be physically configured by a plurality of devices.

搬送手段は、図13において矢印方向に対象物10を搬送する。なお、画像評価装置200では、対象物10を移動させるように構成しているが、画像評価装置200を対象物10に対して相対的に移動するように構成してもよい。搬送手段としては、例えば、搬送ローラや搬送ベルト等を用いることができる。画像評価手段201は、既知の、若しくは搬送手段に装着されるエンコーダセンサからの速度情報に基づいて、対象物10の画像形成部全面に渡る分光画像データを算出できる。   The conveying means conveys the object 10 in the direction of the arrow in FIG. The image evaluation apparatus 200 is configured to move the object 10, but the image evaluation apparatus 200 may be configured to move relative to the object 10. For example, a conveyance roller or a conveyance belt can be used as the conveyance unit. The image evaluation unit 201 can calculate spectral image data over the entire image forming unit of the object 10 based on speed information from an encoder sensor that is known or attached to the conveyance unit.

また、画像評価装置200は、画像評価手段201において、ラインセンサ106によって得られた測色結果とマスタ画像とを比較し、マスタ画像との差を抽出して表示することが好ましい。これによって、作業者が簡単にマスタ画像との比較を実行できる。更に、マスタ画像としてはデジタルマスタ画像を外部から入力できるように構成してもよく、画像評価装置200によって測定した任意の対象物10の測定結果をマスタ画像として設定してもよい。   The image evaluation apparatus 200 preferably compares the colorimetric result obtained by the line sensor 106 with the master image in the image evaluation unit 201, extracts the difference from the master image, and displays it. As a result, the operator can easily perform comparison with the master image. Further, the master image may be configured so that a digital master image can be input from the outside, and the measurement result of an arbitrary object 10 measured by the image evaluation apparatus 200 may be set as the master image.

以上で説明した様に、第2の実施形態によれば、分光特性取得装置100を用いて画像評価装置200を構成することで、搬送される対象物10上に形成された画像等の色の評価を高速に行うことが可能な画像評価装置200を実現できる。   As described above, according to the second embodiment, by configuring the image evaluation apparatus 200 using the spectral characteristic acquisition apparatus 100, the color of an image or the like formed on the object 10 to be conveyed can be changed. An image evaluation apparatus 200 capable of performing evaluation at high speed can be realized.

[第3の実施形態]
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200を備える画像形成装置300について説明する。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は同一符合を付し、説明は省略する。
[Third embodiment]
In the third embodiment, an image forming apparatus 300 including the image evaluation apparatus 200 according to the second embodiment will be described. Note that in the third embodiment, identical symbols are assigned to components that are the same as in the previously described embodiments and descriptions thereof are omitted.

図14は、第3の実施の形態に係る画像形成装置300を例示する図である。図14に示す様に、画像形成装置300は、第2の実施の形態に係る画像評価装置200、給紙カセット301a、給紙カセット301b、給紙ローラ302、コントローラ303、走査光学系304、感光体305、中間転写体306、定着ローラ307、排紙ローラ308を有する。対象物10は、紙等の記録媒体である。   FIG. 14 is a diagram illustrating an image forming apparatus 300 according to the third embodiment. As shown in FIG. 14, the image forming apparatus 300 includes an image evaluation apparatus 200 according to the second embodiment, a paper feed cassette 301a, a paper feed cassette 301b, a paper feed roller 302, a controller 303, a scanning optical system 304, a photosensitive device. A body 305, an intermediate transfer body 306, a fixing roller 307, and a paper discharge roller 308. The object 10 is a recording medium such as paper.

画像形成装置300において、給紙カセット301a及び301bから図示しないガイド、給紙ローラ302により搬送された対象物10が、走査光学系304により感光体305に露光され、色材が付与されて現像される。現像された画像は中間転写体306上に転写された後、中間転写体306から対象物10上に二次転写される。対象物10上に転写された画像は定着ローラ307により定着され、画像形成された対象物10は排紙ローラ308により排紙される。画像評価装置200は、定着ローラ307の後段に設置されている。   In the image forming apparatus 300, the object 10 conveyed by the guide (not shown) and the paper feed roller 302 from the paper feed cassettes 301 a and 301 b is exposed to the photoconductor 305 by the scanning optical system 304, and a color material is applied and developed. The The developed image is transferred onto the intermediate transfer member 306 and then secondarily transferred from the intermediate transfer member 306 onto the object 10. The image transferred onto the object 10 is fixed by the fixing roller 307, and the object 10 on which the image is formed is discharged by the paper discharge roller 308. The image evaluation apparatus 200 is installed at the subsequent stage of the fixing roller 307.

第3の実施の形態に係る画像形成装置300によれば、第2の実施の形態に係る画像評価装置200を備えることにより、記録媒体の搬送に同期して、記録媒体の面内の色情報を取得できる。そして、画像形成装置300が例えば電子写真方式による画像製品である場合には、取得された画像色の評価結果に基づいて、調整手段が、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形成条件を調整することで、記録媒体に形成される画像の色むらを低減できる。   According to the image forming apparatus 300 according to the third embodiment, by providing the image evaluation apparatus 200 according to the second embodiment, the color information within the surface of the recording medium is synchronized with the conveyance of the recording medium. Can be obtained. When the image forming apparatus 300 is, for example, an image product based on an electrophotographic method, based on the obtained image color evaluation result, the adjustment unit performs one-scan control or printing within the light source output of the writing scanning optical system. By adjusting the image forming conditions such as the previous gamma correction, the color unevenness of the image formed on the recording medium can be reduced.

また、画像形成装置300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、記録媒体に形成される画像の色むらを低減できる。   Further, when the image forming apparatus 300 is an image product using, for example, an ink jet method, color unevenness of an image formed on a recording medium can be reduced by directly controlling the ink discharge amount according to the head position.

また、第2の実施の形態に係る画像評価装置200により、空間分解能の異なる分光特性を画像全面において2次元で取得できるため、色票がある場合は色票に適した分光特性の評価が可能となる。また、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可能となる。そして、それぞれの評価に基づいて画像形成条件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300を実現できる。   In addition, since the image evaluation apparatus 200 according to the second embodiment can acquire spectral characteristics having different spatial resolutions two-dimensionally over the entire image, if there is a color chart, it is possible to evaluate the spectral characteristics suitable for the color chart. It becomes. Further, when there is no color chart, it is possible to evaluate spectral characteristics suitable for an arbitrary position of an arbitrary image of the user. Then, by adjusting the image forming conditions based on the respective evaluations, the image forming apparatus 300 with higher color stability and color reproducibility can be realized.

分光特性取得装置100は、上記実施形態に限らず、画像評価装置、画像形成装置以外にも様々な装置に搭載可能である。例えば分光特性取得装置100は、紙幣やクレジットカードなどの信憑性を検査する検査装置に設けられてもよい。   The spectral characteristic acquisition apparatus 100 is not limited to the above-described embodiment, and can be mounted on various apparatuses other than the image evaluation apparatus and the image forming apparatus. For example, the spectral characteristic acquisition apparatus 100 may be provided in an inspection apparatus that inspects authenticity such as banknotes and credit cards.

以上、実施形態に係る分光特性取得装置、画像評価装置及び画像形成装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。   The spectral characteristic acquisition device, the image evaluation device, and the image forming device according to the embodiments have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention. It is.

10 対象物
101 ライン照明光源(光照射手段)
105 回折素子(回折手段)
106 ラインセンサ(受光手段)
107 第1移動手段
108 第2移動手段
109 遮光手段
110 階段状回折素子
121 演算手段
100 分光特性取得装置
200 画像評価装置
201 画像評価手段
300 画像形成装置
10 Object 101 Line illumination light source (light irradiation means)
105 Diffraction element (Diffraction means)
106 Line sensor (light receiving means)
107 first moving means 108 second moving means 109 light shielding means 110 stepped diffraction element 121 computing means 100 spectral characteristic acquisition apparatus 200 image evaluation apparatus 201 image evaluation means 300 image forming apparatus

特開2005−315883号公報JP 2005-315883 A

Claims (8)

対象物に光を照射する光照射手段と、
前記対象物からの反射光を回折させて回折像を形成する回折手段と、
前記回折像を受光面で受光し、受光した光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光面に対して垂直方向に前記回折手段を移動させる第1移動手段と、
前記信号から変換行列を用いて前記対象物の分光特性を推定演算する演算手段と
を有することを特徴とする分光特性取得装置。
A light irradiation means for irradiating the object with light;
Diffraction means for diffracting reflected light from the object to form a diffraction image;
A light receiving means for receiving the diffraction image on a light receiving surface and outputting a signal corresponding to the intensity of the received light;
First moving means for moving the diffraction means in a direction perpendicular to the light receiving surface;
An apparatus for obtaining spectral characteristics, comprising: an arithmetic unit that estimates and calculates spectral characteristics of the object using a conversion matrix from the signal.
前記受光手段の受光面に平行な面内において、前記受光手段を前記回折像の回折方向に移動させる第2移動手段を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の分光特性取得装置。
2. The spectral characteristic acquisition apparatus according to claim 1, further comprising a second moving unit configured to move the light receiving unit in a diffraction direction of the diffraction image within a plane parallel to the light receiving surface of the light receiving unit.
前記演算手段は、前記受光面に対して垂直方向における前記回折手段の位置に応じて、異なる変換行列を用いて前記対象物の分光特性を推定演算する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の分光特性取得装置。
3. The calculation means according to claim 1, wherein the calculation means estimates and calculates the spectral characteristics of the object using different transformation matrices in accordance with a position of the diffraction means in a direction perpendicular to the light receiving surface. The spectral characteristic acquisition apparatus described.
前記受光手段は、前記受光面に複数の画素で構成された分光センサが複数配列された分光センサアレイである
ことを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の分光特性取得装置。
4. The spectral characteristic acquisition apparatus according to claim 1, wherein the light receiving unit is a spectral sensor array in which a plurality of spectral sensors each including a plurality of pixels are arranged on the light receiving surface. 5. .
前記受光手段に入射される前記反射光の回折像のうち、前記演算手段による前記分光特性の推定演算に用いられる回折像以外を遮光する遮光手段を有する
ことを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の分光特性取得装置。
5. The light-shielding unit that shields light other than the diffraction image used for the calculation calculation of the spectral characteristic by the calculation unit among the diffraction images of the reflected light incident on the light-receiving unit. The spectral characteristic acquisition apparatus as described in any one of Claims.
前記回折手段は、階段状回折素子であることを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の分光特性取得装置。   6. The spectral characteristic acquisition apparatus according to claim 1, wherein the diffraction unit is a step-like diffraction element. 請求項1から6の何れか一項に記載の分光特性取得装置と、
前記分光特性取得装置により求められた分光特性に基づいて前記対象物の画像を評価する画像評価手段と
を有することを特徴とする画像評価装置。
The spectral characteristic acquisition device according to any one of claims 1 to 6,
An image evaluation apparatus comprising: an image evaluation unit that evaluates an image of the object based on the spectral characteristic obtained by the spectral characteristic acquisition apparatus.
請求項7に記載の画像評価装置を有することを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the image evaluation apparatus according to claim 7.
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