JP2024009508A - 画像読取装置及び画像読取装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを増大させることなく、構成部品の寸法誤差や組付け誤差に起因する信号値の安定性の低下を抑制できる画像読取装置を提供する。【解決手段】第１の照明手段２０及び第２の照明手段３０から照射された光の反射光を受光し、分光情報を取得する分光撮像手段ＩＭと、キャリッジ１０ａと、ガイド板２と、被測定物搬送手段５０，５１と、キャリッジ搬送手段６０と、被測定面の高さ調整手段３と、第１の照明手段２０による光照射位置と分光撮像手段ＩＭによる測定位置との相対位置を変化させる第１の調整手段１４（２３）と、高さ調整手段３により高さが変更された被測定面に対する第２の照明手段３０の光照射位置を変化させる第２の調整手段３３と、を備え、第１の調整手段１４（２３）は第１の照明手段２０の反射光の受光量を最大とする手段であり、第２の調整手段３３は第２の照明手段３０の反射光の受光量を最大とする手段である画像読取装置。【選択図】図３

Description

本発明は、画像読取装置及び画像読取装置の調整方法に関する。

近年、商業印刷分において、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（プリンタ、複写機等）を使用する場合に、印刷物の色を所定の基準にあわせる、いわゆる「カラーマネジメント」が重要となっている。
カラーマネジメントは、例えば、複数の色パッチを配置したカラーチャートを印刷し、各色パッチの色を正確に測定し、測定結果を元に入力データに対する再現色の統一を図る画像処理であって、ＩＣＣ（International Color Consortium）プロファイルを適用する技術が広く知られている。

カラーチャート等の測定対象から分光特性を取得する装置では、例えば、色の測定方法の規格（例えば、JIS Z8722）に合わせて、被測定面の法線方向から４５°傾斜した方向から光が照明される。被測定面から反射された反射光束は、撮像光学系で受光され、デジタル信号に変換される。このような装置において被測定面の高さが変動すると、測定領域における照明強度（照明光の光量）も変動するため、精度の高い測色を実施できないという問題があった。

これに対し、特許文献１では、照明光として複数の照明光を用い、被測定物が基準位置に位置する場合に、複数の照明光のそれぞれの光軸と被測定物とが交わる照明中心と、測定部により測定される被測定物の測定領域の中心である測定中心との位置が異なるように構成し、被測定物にうねり（コックリング）等が生じた場合でも、測定領域に照射される光量が減少する等の不都合を抑制する技術が開示されている。

特許文献１の装置では、照明中心と測定中心とが所定の位置関係となるように、複数の照明の光軸と測定部の光軸とを高精度に調整する必要があり、コストの増大につながるという課題がある。また、部品の寸法誤差や組立て時の組付け誤差があると、設計中央値からのズレや、製品ごとのバラツキが生じ、測定領域の光量変動により信号値が安定せず、測定精度の低下につながるという課題がある。

そこで本発明は、コストを増大させることなく、構成部品の寸法誤差や組付け誤差に起因する信号値の安定性の低下を抑制できる画像読取装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の画像読取装置は、被測定物の被測定面の法線方向に対して傾斜した方向であって、互いに異なる方向から光を照射する第１の照明手段及び第２の照明手段と、前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段から前記被測定物に照射された光の反射光を受光し、前記被測定物の分光情報を取得する分光撮像手段と、前記第１の照明手段、前記第２の照明手段及び前記分光撮像手段を搭載したキャリッジと、前記被測定物が載置される平面状のガイド板と、前記ガイド板上の前記被測定物を所定の搬送方向に搬送する被測定物搬送手段と、前記被測定物の搬送方向と交差する方向に、前記キャリッジを搬送するキャリッジ搬送手段と、前記ガイド板に配設され、被測定面の高さを変更する高さ調整手段と、前記第１の照明手段による光照射位置と前記分光撮像手段による測定位置との相対位置を変化させる第１の調整手段と、前記高さ調整手段により高さが変更された被測定面に対する前記第２の照明手段の光照射位置を変化させる第２の調整手段と、を備え、前記第１の調整手段は、前記分光撮像手段による前記第１の照明手段から照射された光の反射光の受光量を最大とする手段であり、前記第２の調整手段は、前記分光撮像手段による前記第２の照明手段から照射された光の反射光の受光量を最大とする手段であることを特徴とする画像読取装置である。

本発明によれば、コストを増大させることなく、構成部品の寸法誤差や組付け誤差に起因する信号値の安定性の低下を抑制できる画像読取装置を提供することができる。

本実施形態に係る画像読取装置の構成の一例を示す斜視図である。 被測定物搬送手段周辺の構成の一例を示す説明図である。 読取ユニットの構成の一例を示す説明図である。 被測定面の高さと信号値の関係を示す説明図である。 第２の調整手段による第２の照明手段の調整方法の説明図である。 本実施形態に係る画像読取装置の調整方法の流れの一例を示す図である。 分光ユニットの構成の一例を説明する図である。 回折像と撮像素子による受光を説明する図である。 本実施形態の画像読取装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

以下、本発明に係る画像読取装置及び画像読取装置の調整方法について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

実施形態の説明においては、分光特性を取得する被測定物を、用紙等の画像担持媒体とする例を示し、分光特性を取得する被測定物を単に用紙と呼ぶ。また実線の矢印で方向を示す図面があるが、矢印で示した方向のうち、Ｘ方向は用紙の幅方向、Ｙ方向は用紙の搬送方向、Ｚ方向はＸＹ平面と直交する方向を示すものとする。なお、Ｘ方向は、「所定の搬送方向と交差する方向」の一例であり、Ｙ方向は「所定の搬送方向」の一例である。
また、実施形態の用語における画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

図１は、本実施形態に係る画像読取装置の構成の一例を示す斜視図である。図２は、図１の被測定物搬送手段周辺の構成の一例を示す説明図であり、図３は、図１の読取ユニットの構成を示す説明図である。

本実施形態の画像読取装置は、被測定物１００の被測定面の法線方向に対して傾斜した方向であって、互いに異なる方向から光を照射する第１の照明手段２０及び第２の照明手段３０と、第１の照明手段２０及び第２の照明手段３０から被測定物１００に照射された光の反射光を受光し、被測定物１００の分光情報を取得する分光撮像手段（ＩＭ）と、第１の照明手段２０、第２の照明手段３０及び分光撮像手段（ＩＭ）を搭載したキャリッジ１０ａと、被測定物１００が載置される平面状のガイド板２と、ガイド板２上の被測定物１００を所定の搬送方向に搬送する被測定物搬送手段５０，５１と、被測定物１００の搬送方向と交差する方向に、キャリッジ１０ａを搬送するキャリッジ搬送手段６０と、を備えている。

キャリッジ１０ａに搭載された第１の照明手段２０、第２の照明手段３０及び分光撮像手段（ＩＭ）を、以下「読取ユニット１０」ともいう。

分光情報を取得する分光撮像手段（ＩＭ）は、折り返しミラー１１、縮小結像レンズ１２、及び分光ユニット８０を備え、分光ユニット８０は、撮像素子１３を備えている。
なお、「分光情報」とは、測定対象から反射した光に含まれる複数の波長ごとの光強度に関する情報である。このうち、可視光の波長帯の分光情報を「色情報」ともいう。

本実施形態の画像読取装置は、ガイド板２に配設され、被測定面の高さを変更する高さ調整手段３と、第１の照明手段２０による光照射位置と分光撮像手段による測定位置との相対位置を変化させる第１の調整手段１４（２３）と、高さ調整手段３により高さが変更された被測定面に対する第２の照明手段３０の光照射位置を変化させる第２の調整手段３３と、を備えている。
第１の調整手段１４は折り返しミラー１１または第１の照明手段２０に設けられ、第２の調整手段３３は第２の照明手段３０に設けられている。

本実施形態の画像読取装置は、さらに、校正色標７０と、制御部３００とを有している。

被測定物１００としての用紙は、被測定物搬送手段５０，５１である用紙搬送手段により、一定の速度でＹ軸方向に搬送される。
用紙搬送手段５０，５１は、例えば２つのローラを有するニップローラである。用紙搬送手段５０，５１は、図２に示するように、ニップローラで用紙１００を挟み、ニップローラを回転させることで用紙１００を搬送する。
また、用紙搬送手段５０，５１は、それぞれ別の駆動モータ５０ａ，５０ｂに接続されている。
用紙搬送手段５０，５１が用紙１００を挟持して搬送することで、搬送される用紙１００に張力を与え、読取ユニット１０に対向する用紙１００の面を平面状にすることができる。

なお、分光情報取得領域Ｒの搬送方向上流側に位置するニップローラ（用紙搬送手段５０）を駆動する駆動モータ５０ａの方が、分光情報取得領域Ｒの搬送方向下流側に位置するニップローラ（用紙搬送手段５１）を駆動する駆動モータ５１ａよりも駆動力を高くすることにより、分光情報取得領域Ｒの搬送方向上流側に位置するニップローラ（用紙搬送手段５０）がしっかりと用紙１００を噛むようにすることができる。
また、搬送方向上流側に位置するニップローラ（用紙搬送手段５０）は、正転に加えて反転可能であることが好ましい。

画像読取装置は、用紙検知センサ６１および用紙検知センサ６２を備えている。用紙検知センサ６１は、用紙１００の先端が分光情報取得領域Ｒの直前（搬送方向上流側）の用紙搬送手段５０に搬送されてきたことを検知する。用紙検知センサ６２は、用紙１００の先端が分光情報取得領域Ｒの搬送方向下流側の用紙搬送手段５１に搬送されてきたことを検知する。

用紙検知センサ６１，６２は、例えば用紙１００に光を照射し、反射光をフォトダイオード等で検出する。用紙検知センサ６１，６２の出力に基づき、用紙１００が読取ユニット１０による分光情報取得領域Ｒの位置にあることが検知される。

分光情報取得領域Ｒの下面には、被測定物が載置される平面状のガイド板２としての原稿台が設けられている。原稿台２は、分光情報取得領域Ｒをキャリッジ搬送手段６０によりＸ方向に移動した領域をカバーし、用紙１００に密着するように配置される。

原稿台２は、例えば、板金に白色または黒色に塗装された幅広のガイド板で構成されている。塗装の色は、ＩＳＯ準拠や印刷機器のキャリブレーションに使用する場合は黒色、また印刷用の色プロファイル作成の場合は白色というように、目的に応じて色条件が異なり、交換取り付けが可能となっている。

高さ調整手段３は、原稿台２の所定部位の被測定面の高さを変更できる手段であれば特に限定されない。例えば、被測定面を所望の高さとするための台座のような部材であってもよい。また、原稿台２の所定部位のみを昇降させて高さを変更する機構であってもよい。
高さ調整手段３を台座のような別部材とする場合は、被測定面の色を原稿台２と同様の色とすることが好ましい。

キャリッジ搬送手段６０は、読取ユニット１０を用紙の幅方向に搬送する。キャリッジ搬送手段６０は、例えばボールネジとガイド等で構成された搬送ステージである。

校正色標７０は、分光特性の算出に用いる変換行列の校正を行う際に使用される。
校正色標７０は、読取ユニット１０が搬送される範囲内に配置された用紙１００に対し、幅方向に隣接して配置されている。つまり校正色標７０は、キャリッジ搬送手段６０により読取ユニット１０が搬送される範囲内で、用紙１００が配置された領域以外に配置されている。読取ユニット１０を校正色標７０の位置まで搬送することで、校正色標７０を用いた校正が実施可能となっている。

校正色標７０の有する各色標の分光特性は、高精度な分光器を用いて予め計測され、領域の分光特性を表す行列Ｒ１が予め記憶されている。
図１に示した校正色標７０は、白色基準板７０ａ及び黒色基準板７０ｂで構成されるが、これに限定されない。

画像読取装置は、用紙１００の分光情報取得領域Ｒ内において、Ｙ軸方向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。
第１の照明手段２０及び第２の照明手段３０は、光源２１，３１としてライン照明光源を備え、分光情報取得領域Ｒを、用紙１００の法線方向に対してそれぞれ約４５度傾斜した方向からライン状の光で照明する。
またライン照明光源２１，３１は、用紙１００における分光情報取得領域Ｒ以外の領域からの反射光が、分光ユニット８０に入射しないように、分光情報取得領域Ｒに対して適切な領域を照明する。

ライン照明光源２１，３１としては、例えば、可視光源及びＵＶ光源を用いることができる。可視光源としては、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。ただし、光源はこれらに限定されず、ライン照明光源２１，３１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。

ライン照明光源２１，３１は、分光に必要な波長領域の光を発するものであって、かつ分光情報取得領域Ｒの全体にわたって均質に照明可能なものであることが好ましい。

第１の照明手段２０及び第２の照明手段３０は、ライン照明光源２１，３１から出射された光を集光し、用紙１００に平行光、又は収束光を照射する集光光学素子２２，２３を備えている。

縮小結像レンズ１２は、光軸が用紙１００の法線方向と一致するように配置され、用紙１００からの反射光、すなわち反射光束を、分光ユニット８０の入射面に所定倍率で結像する機能を有する。
ここで、縮小結像レンズ１２に像側テレセントリック特性を付加することで、像面に入射する光束の主光線は、光軸と略平行となる。縮小結像レンズ１２は、複数枚のレンズから構成されても構わない。

なお、縮小結像レンズ１２に像側テレセントリック特性を付加することで、像面に入射する光束の主光線を簡易に光軸と略平行にできるが、縮小結像レンズ１２に像側テレセントリック特性を付加しなくてもよい。その場合には、像面の各位置での主光線の傾きに合わせて、後述するピンホールアレイの各ピンホールとレンズアレイの各レンズの位置関係等を調整することで、同様の効果が得られる。

分光ユニット８０は、用紙１００に照射された光の拡散反射光を分光する機能と、分光された光を受光した信号を出力する機能を有する。分光ユニット８０については、後述する。

正確な色を測定するための装置では、色の測定方法の規格（例えば、JIS Z8722）に合わせて、測定面の法線方向から４５°傾斜した方向から照明される。測定面から反射された反射光束は、測定面の法線方向にある撮像光学系で受光し、デジタル信号に変換される。
ライン照明では、均等に照明される所定の方向と直交する方向では、山型の照明強度分布を有している。従って、測定面の高さが少しでも変化すると、照明の当たる位置が変わるため、測定点に対する照明強度が変化する。これが測定面の反射光量に対する誤差となるという問題がある。

これに対し、本実施形態に係る画像読取装置では、第１の調整手段１４（２３）及び第２の調整手段３３を備え、照明強度の変化を抑制することができる。
第１の調整手段１４（２３）は、分光撮像手段による第１の照明手段２０から照射された光の反射光の受光量を最大とする手段であり、第２の調整手段３３は、分光撮像手段による第２の照明手段３０から照射された光の反射光の受光量を最大とする手段である。

被測定面の高さと信号値の関係を図４に示す。
図４中、Ｌ１は第１の照明手段２０による光量を、Ｌ２は第２の照明手段３０による光量を、ＬはＬ１とＬ２の合計の光量を示している。また、横軸のＨ１は被測定面が原稿台２の表面であるときの高さ、Ｈ１は被測定面が高さ調整手段３により被測定面を最も高い位置とした場合の高さを示している。

図４に示すように、原稿台２の表面（Ｈ１）では第１の照明手段２０からの光量Ｌ１がピークとなるが、第２の照明手段３０からの光量Ｌ２はピークからずれた位置となっている。一方、最も高い位置（Ｈ２）では第２の照明手段３０からの光量Ｌ２がピークとなるが、第１の照明手段２０からの光量Ｌ１はピークからずれた位置となっている。この関係により、光量Ｌ１と光量Ｌ２を合計である光量Ｌとして、安定した信号値が得られる範囲（有効範囲）が得られる。
従来の装置ように、撮像光学系の測定位置と２つの照明装置からの光量ピークが、原稿面上の1つの高さでのみ交差する構成に比べ、本実施形態の画像読取装置では、被測定面の高さの変化による光量の変動が抑制され、得られる信号値の安定性が向上する。

（第１の実施形態）
第１の調整手段１４は、例えば、折り返しミラー１１の反射面の角度を変更する手段である。
第１の調整手段１４は、図３に示すように、折り返しミラー１１を矢印の方向に回転させることで反射面の角度を変更し、第１の照明手段２０による光照射位置と分光撮像手段による測定位置との相対位置を変化させ、分光撮像手段による第１の照明手段２０から照射された光の反射光の受光量が最大となるように調整する。

第１の調整手段１４は、分光撮像手段が撮像した信号値の強度を確認しながら折り返しミラー１１の回転角度を調整し、信号値が最大となる角度を探索する。そして、信号値が最大となった角度で折り返しミラー１１を固定する。
第１の調整手段１４は、例えば、調整機構１４ａを備え、制御部３００の調整機構駆動部３１０（図９参照）により駆動される駆動モータ等とともに構成することができる。
また、装置の製造工程において、取得した信号の強度を画面表示等で確認しながら、手動で第１の調整手段１４を操作し、調整完了後に固定する態様とすることができる。

第２の調整手段３３は、高さ調整手段３により高さが変更された被測定面に対する第２の照明手段３０の光照射位置を変化させ、分光撮像手段による第２の照明手段３０から照射された光の反射光の受光量が最大となるように調整する手段である。

第２の調整手段３３は、例えば、調整機構３３ａを備え、制御部３００が備える調整手段駆動部３１０（図９参照）により駆動される駆動モータ等とともに構成することができる。
また、装置の製造工程において、取得した受光量を画面表示等で確認しながら、手動で第２の調整手段３３を操作し、調整完了後に固定する態様とすることができる。
図５（Ａ）～（Ｃ）は、第２の調整手段３３による被測定面に対する第２の照明手段３０の光照射位置を変化させる態様の例を示した図である。第２の照明手段３０は、光源３１と集光光学素子３２を備えている。

図５（Ａ）の例において、第２の照明手段３０は、長手方向を軸として回転可能に保持されている。第２の調整手段３３は、第２の照明手段３０を、長手方向を軸として回転させる手段である。
第２の調整手段３３は、分光撮像手段が撮像した信号の強度を確認しながら第２の照明手段３０の回転角度を調整し、信号値が最大になる角度を探索する。そして、信号値が最大となった角度で第２の照明手段３０を固定する。

図５（Ｂ）の例において、第２の照明手段３０は、照射光の光軸と直交する方向に移動可能に保持されている。第２の調整手段３３は、第２の照明手段３０を、照射光の光軸と直交する方向に移動させる手段である。
第２の調整手段３３は、分光撮像手段が撮像した信号の強度を確認しながら第２の照明手段３０の移動量を調整し、信号値が最大になる位置を探索する。そして、信号値が最大となった位置で第２の照明手段３０を固定する。

図５（Ｃ）の例において、第２の照明手段３０は、光源３１と集光光学素子３２とが光軸と直交する方向に相対位置を変更可能に保持されている。第２の調整手段３３は、光源３１を光軸と直交する方向に移動させる手段である。光源３１の移動により、集光光学素子３２の中心を通る光軸が傾き、照明の位置が変化する。
第２の調整手段３３は、分光撮像手段が撮像した信号の強度を確認しながら光源３１の移動量を調整し、信号値が最大になる位置を探索する。そして、信号値が最大となった位置で光源３１を固定する。

なお、第２の照明手段３０及び第２の調整手段３３は、図５（Ａ）～（Ｃ）に示した調整方法の少なくともいずれかを実行可能な構成であればよい。また、図５（Ａ）～（Ｃ）に示した調整方法のうち、複数またはすべての方法を実行可能であってもよい。

（第２の実施形態）
第１の調整手段２３は、第１の照明手段２０の光照射位置を変化させ、分光撮像手段による第１の照明手段２０から照射された光の反射光の受光量が最大となるように調整する手段である。
第１の調整手段２３は、例えば、調整機構２３ａを備え、制御部３００が備える調整手段駆動部３１０（図９参照）により駆動される駆動モータ等とともに構成することができる。
また、装置の製造工程において、取得した受光量を画面表示等で確認しながら、手動で第１の調整手段２３を操作し、調整完了後に固定する態様とすることができる。

第１の調整手段２３による被測定面に対する第１の照明手段２０の光照射位置を変化させる態様としては、図５（Ａ）～（Ｃ）に示した第２の調整手段３３と同様の例が挙げられる。

例えば、第１の照明手段２０及び第２の照明手段３０が、長手方向を軸として回転可能に保持されている態様において、第１の調整手段２３は、第１の照明手段２０を、長手方向を軸として回転させる手段であり、第２の調整手段３３は、第２の照明手段３０を、長手方向を軸として回転させる手段である。
第１の調整手段２３は、分光撮像手段が撮像した信号の強度を確認しながら第１の照明手段３０の回転角度を調整し、信号値が最大になる角度を探索する。そして、信号値が最大となった角度で第１の照明手段２０を固定する。
第２の調整手段３３は、図５（Ａ）に示した例と同様である。

例えば、第１の照明手段２０及び第２の照明手段３０が、照射光の光軸と直交する方向に移動可能に保持されている態様において、第１の調整手段２３は、第１の照明手段２０を、照射光の光軸と直交する方向に移動させる手段であり、第２の調整手段３３は、第２の照明手段３０を、照射光の光軸と直交する方向に移動させる手段である。
第１の調整手段２３は、分光撮像手段が撮像した信号の強度を確認しながら第１の照明手段２０の移動量を調整し、信号値が最大になる位置を探索する。そして、信号値が最大となった位置で第１の照明手段２０を固定する。
第２の調整手段３３は、図５（Ｂ）に示した例と同様である。

例えば、第１の照明手段２０及び第２の照明手段３０は、光源と集光光学素子とが光軸と直交する方向に相対位置を変更可能に保持されている態様において、第１の調整手段２３は、光源２１を光軸と直交する方向に移動させる手段であり、第２の調整手段３３は、光源３１を光軸と直交する方向に移動させる手段である。
第１の調整手段２３は、分光撮像手段が撮像した信号の強度を確認しながら光源２１の移動量を調整し、信号値が最大になる位置を探索する。そして、信号値が最大となった位置で光源２１を固定する。
第２の調整手段３３は、図５（Ｃ）に示した例と同様である。

なお、第１の照明手段２０、第２の照明手段３０、第１の調整手段２３、及び第２の調整手段３３は、上記の調整方法の少なくともいずれかを実行可能な構成であればよい。また、上記の調整方法のうち、複数またはすべての方法を実行可能であってもよい。

（画像読取装置の調整方法）
本実施形態の画像読取装置の調整方法は、上述の本発明に係る画像読取装置の調整方法であって、第１の照明手段２０を点灯し、分光撮像手段が受光する反射光の光量が最大となるように第１の調整手段１４（２３）による調整を行う第１の調整工程と、高さ調整手段３により被測定面の高さを変更し、第２の照明手段３０を点灯し、分光撮像手段が受光する反射光の光量が最大となるように第２の調整手段３３による調整を行う第２の調整工程と、をこの順で行う方法である。

図６は、本実施形態の画像読取装置の調整方法の流れの一例を示すフローチャートである。
本実施形態の調整方法は、装置の製造工程において実施することができ、また使用開始後のメンテナンス時に適宜実施することができる。
また、各調整工程を行う際、用紙１００等の被測定物は載置せず、原稿台２または高さ調整手段３の表面を被測定面とする。十分な光量を得るために被測定面は白色であることが好ましい。原稿台２または高さ調整手段３の表面が白色以外の場合は、薄い白色のシート状部材を配設してもよい。

まず、分光撮像手段が反射光を受光することができる測定位置に対して光が照射されるように各照明手段を配設し、第１の調整工程を開始する。

第１の調整工程として、まず、第１の照明手段２０のみを点灯し（Ｓ００１）、被測定面に光を照射する。そして第１の調整手段１４（または２３）により、第１の照明手段２０による光照射位置と分光撮像手段による測定位置との相対位置を変化させ、分光撮像手段による反射光の受光量が最大なるように調整を行う（Ｓ００２）。調整完了後、第１の照明手段２０を消灯する。

次に、第２の調整工程を行う。まず、高さ調整手段３により被測定面の高さを変更する。具体的には、被測定面が原稿台２よりも高くなるようにする。

次いで、第２の照明手段３０のみを点灯し（Ｓ００５）、高さの変更された被測定面に光を照射する。そして第２の調整手段３３により、第２の照明手段３０による光照射位置と分光撮像手段による測定位置との相対位置を変化させ、分光撮像手段による反射光の受光量が最大なるように調整を行う（Ｓ００６）。調整完了後、第２の照明手段３０を消灯する。

以上の工程により、装置を構成する部品の製造ばらつき等による幾何学的位置関係の誤差を吸収し、あらかじめ設定された、原稿面高さの有効範囲における照明光量を安定させることができる。これにより比較的低コストで、原稿の厚みや原稿の浮き等による精度低下を低減し、安定して高精度の読取が可能な画像読取装置を実現することができる。
測定対象の用紙等のメディアの厚みや、浮きなどに対するロバスト性を高めことができ、所定の有効領域に対して、照明強度の安定性を高める配置とするにあたり、部品の寸法誤差や組付け時の取り付け誤差などの影響を相殺することができる。
部品の寸法誤差や組付け誤差に起因して製品の個体差が生じるのを抑制し、所定の有効範囲における、信号値の安定性を高めることができる。

分光ユニット８０の構成を、図７を参照して説明する。図７は、画像読取装置１の分光ユニット８０を例示する断面図であり、分光ユニットのＹＺ平面に平行な断面の一部分を示している。

図７において、分光ユニット８０は、ピンホールアレイ８１と、レンズアレイ８２と、回折素子８３と、撮像素子１３とを有している。また分光ユニット８０は、パッケージ８５と、スペーサ８６と、カバーガラス８７と、ガラス基材８８ａ～８８ｃとを有している。

ピンホールアレイ８１は、用紙１００からの反射を通過させる開口部としてのピンホールを有している。ピンホールは、Ｚ軸方向において、縮小結像レンズ１２から入射される光が結像する像面位置に配置され、所定の間隔でＹ軸方向にアレイ状に配列されている。図７では、３つのピンホールがＹ軸方向に配列された例が示されている。

ピンホールアレイ８１は、光透過性フレームとしての透明な平板状のガラス基材８８ａに一体に設けられている。透明なガラス基材に、例えばニッケル等の金属薄膜が蒸着され、ピンホールに該当する開口部がアレイ状に設けられてピンホールアレイ８１が構成されている。用紙１００の分光情報取得領域Ｒの各位置からの反射光の光束が、ピンホールアレイ８１に設けられた各ピンホールにより抽出される。

なお、ピンホールアレイ８１に限定されず、矩形の開口部を有するスリットアレイや、Ｙ軸方向に対して矩形のスリットを傾けた斜めスリットアレイを有する構成としても構わない。

ガラス基材８８ａにおいて、用紙１００からの反射光が入射する面の反対側の面には、光透過性フレームとしての透明な平板状のガラス基材８８ｂが面同士を合わせて接合されている。またガラス基材８８ｂにおいて、ガラス基材８８ａとの接合面の反対側の面には、レンズが所定の間隔でＹ軸方向にアレイ状に配列するように設けられている。
図７は、３つのレンズをＹ軸方向に配列し、レンズアレイ８２を構成した例を示している。レンズアレイ８２の各レンズは、ピンホールアレイ８１の各ピンホールを通過した各光束を集光し、撮像素子１３上に各レンズによる像を結像する。

レンズアレイ８２は、複数のレンズ８２ａがＹ軸方向に１列に配列されたものであり、レンズアレイ８２の各レンズ８２ａは、ピンホールアレイ８１の各開口部を通過した各拡散光束を撮像素子表面に結像する機能を有する。

レンズアレイ８２を構成する各レンズ８２ａは、ピンホールアレイ８１を構成する各開口部に対応する位置に配置されており、各レンズ８２ａは各開口部を透過した光が全て入射するような径とされている。但し、各レンズ８２ａの平面形状は円形でなくてもよい。

本実施の形態では、ピンホールアレイ８１とレンズアレイ８２を、ガラス基材８８ａ、及び８８ｂを介して配置しているが、これには限定されない。なお、レンズアレイ８２において、迷光をなくすため、各レンズ８２ａの開口以外の部分を遮光することが好ましい。

Ｚ軸方向において、レンズアレイ８２と対向するように、光透過性フレームとしての透明な平板状のガラス基材８８ｃが設けられている。ガラス基材８８ｂとガラス基材８８ｃは、スペーサ８６を介して接合されている。

スペーサ８６は、ガラス基材８８ｂとガラス基材８８ｃとの間に所定の間隔、すなわち空間を与えるための部材であり、例えば金属平板の平面部に所定の貫通孔が設けられた部材である。スペーサ８６のレンズアレイ８２と対向する側の面では、スペーサ８６の貫通孔に該当しない部分と、ガラス基材８８ｂのレンズのない部分とが接触し、接合される。またスペーサ８６の回折素子８３と対向する側の面では、スペーサ８６の貫通孔に該当しない部分と、ガラス基材８８ｃの任意の部分とが接触し、接合される。これによりガラス基材８８ｂとガラス基材８８ｃとの間に、所定の間隔、すなわち空間が与えられる。貫通孔は、レンズアレイ８２の各レンズが収まるような小さな孔が設けられていてもよいし、複数のレンズが収まるような大きな孔が設けられていてもよい。

ガラス基材８８ｃにおいて、レンズアレイ８２と対向する面、すなわち用紙１００からの反射光が入射する面には、回折素子８３が設けられている。回折素子８３は、ガラス基材８８ｃに所定間隔の鋸歯形状が形成されたもので、入射する光を回折し、分光する回折格子としての機能を有する。レンズアレイ８２の各レンズを透過した各光束は、回折素子８３によりそれぞれ分光される。撮像素子１３上には、各光束に対応した回折像が形成される。

回折素子８３としては、１次回折光の回折効率を高めたブレーズ型回折格子を用いることが好ましい。回折素子８３をブレーズ型回折格子とすることで、１次回折光のみの回折効率を高めることが可能となるため、光学系の光利用効率を高めることができる。これにより短い時間で十分な品質の信号を取得でき、分光特性取得のための時間を短縮できる。

撮像素子１３は、複数の画素がＹ軸方向に配列されたラインセンサである。撮像素子１３は、レンズアレイ８２と回折素子８３により形成された各回折像を、それぞれ異なる位置の複数の受光素子で受光することで、入射する所定の波長帯の光量を取得する。撮像素子１３としては、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等を用いることができる。

なお、回折素子８３の回折軸は、Ｙ軸方向に対して角度αだけ傾いている。撮像素子１３には、図８に示すように、Ｘ軸方向に対して角度αだけ傾いた回折像が入射する。図８には、０次回折像Ａ、＋１次回折像Ｂ、及び＋２次回折像Ｃからなる回折パターンが、Ｙ軸方向に３つ並んで示されている。回折パターンのうち、１次回折像Ｂが撮像素子１３により受光されるように配置されている。図８では、３つのレンズアレイによる３つの１次回折像が、撮像素子１３の画素領域１３ａ、１３ｂ、及び１３ｃで受光され、電気信号に変換される。電気信号は分光ユニット８０により取得された分光情報として出力される。

この様に、本実施形態の画像読取装置では、回折像のクロストークが排除され、＋１次回折像Ｂから用紙１００の分光特性を求めることが可能になっている。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。

撮像素子１３はパッケージ８５の内部に固定され、パッケージ８５の開口部は光透過性のフレームとしての透明なカバーガラス８７で塞がれている。カバーガラス８７は、ガラス基材８８ｃの回折素子８３が形成されていない側の面と接合されている。

ピンホールアレイ８１の１つのピンホールと、これに対応するレンズアレイ８２の１つのレンズ、回折素子８３の一部、すなわちレンズによる光束透過部、及び撮像素子１３の一部の画素列をもって、光学的には１つの分光器の機能を有している。そこで、１つの分光器の機能を有する部分を、以下では分光センサと称する場合がある。

なお、図７及び図８では分光センサを３個だけ図示しているが、これに限定されず、多数の分光センサを有する構成であってよい。例えば、撮像素子１３として１０２４個の画素を有するものを用い、上記の一部の画素列における画素数を１０画素とした場合、１０２個の分光センサを構成することができる。このような分光センサは、Ｙ軸方向、すなわち用紙の搬送方向に配列されており、「被測定物の搬送方向に配列されている複数の分光センサ」の一例である。

分光ユニット８０を構成する分光のための光学系においては、ピンホールアレイ８１とレンズアレイ８２と回折素子８３によって形成される回折像と撮像素子１３の相対的な位置ずれが分光特性の取得精度に大きな影響を及ぼす。本実施形態では、これらの位置ずれを抑制するために、ピンホールアレイ８１と、レンズアレイ８２と、回折素子８３と、撮像素子１３とを、縮小結像レンズ１２の光軸方向に積層するように重ね合わせて接合し、一体化している。

次に、本実施形態の画像読取装置が備える制御部３００の概要について、図９を参照して説明する。
図９は画像読取装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

制御部３００は、主制御部３００Ａと、Ｉ／Ｏ（Input/Output）３０５と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）３０４と、調整手段駆動部３１０と、光源駆動部３１１と、撮像素子制御部３１２と、モータ駆動部３１３と、を有している。

主制御部３００Ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）３０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０３とを有している。これらは、システムバス３２０を介して相互に電気的に接続されている。

ＣＰＵ３０１は、画像読取装置の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ３０１は、ＲＡＭ３０３をワークエリア（作業領域）としてＲＯＭ３０２等に格納されたプログラムを実行することで、画像読取装置の全体の動作を制御し、後述する各種機能を実現する。ＨＤＤ３０４は、取得された分光情報等を格納する。

Ｉ／Ｏ３０５は、用紙検知センサ６１，６２による検知信号等を入力する。

調整手段駆動部３１０は、入力された制御信号に従って、第１の調整手段１４の調整機構１４ａ（または調整手段２３の調整機構２３ａ）、及び第２の調整手段３３の調整機構３３ａを駆動して、折り返しミラー１１（または第１の照明手段２０）及び第２の照明手段３０を変位させるための信号を出力する電気回路である。

なお、第１の調整手段１４（または２３）、及び第２の調整手段３３は、調整手段駆動部３１０による駆動を介さず、手動で調整する態様であってもよい。

光源駆動部３１１は、入力された制御信号に従って、第１の照明手段２０のライン照明光源２１、及び第２の照明手段３０のライン照明光源３１を発光させるための駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。

撮像素子制御部３１２は、入力された制御信号に従って、分光ユニット８０の有する撮像素子１３による撮像を制御する。また撮像素子１３による撮像データは、分光情報として撮像素子制御部３１２を通じてＨＤＤ３０４に送信され、記憶される。

モータ駆動部３１３は、入力された制御信号に従って、用紙搬送手段５０，５１及びキャリッジ搬送手段６０を作動させるための各モータに、駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。

上記で説明した実施形態の各機能のうち、制御部３００で実行される部分は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（digital signal processor）、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。

本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 被測定物の被測定面の法線方向に対して傾斜した方向であって、互いに異なる方向から光を照射する第１の照明手段及び第２の照明手段と、
前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段から前記被測定物に照射された光の反射光を受光し、前記被測定物の分光情報を取得する分光撮像手段と、
前記第１の照明手段、前記第２の照明手段及び前記分光撮像手段を搭載したキャリッジと、
前記被測定物が載置される平面状のガイド板と、
前記ガイド板上の前記被測定物を所定の搬送方向に搬送する被測定物搬送手段と、
前記被測定物の搬送方向と交差する方向に、前記キャリッジを搬送するキャリッジ搬送手段と、
前記ガイド板に配設され、被測定面の高さを変更する高さ調整手段と、
前記第１の照明手段による光照射位置と前記分光撮像手段による測定位置との相対位置を変化させる第１の調整手段と、
前記高さ調整手段により高さが変更された被測定面に対する前記第２の照明手段の光照射位置を変化させる第２の調整手段と、を備え、
前記第１の調整手段は、前記分光撮像手段による前記第１の照明手段から照射された光の反射光の受光量を最大とする手段であり、
前記第２の調整手段は、前記分光撮像手段による前記第２の照明手段から照射された光の反射光の受光量を最大とする手段であることを特徴とする画像読取装置である。
＜２＞ 前記分光撮像手段は、光路折り曲げ用の折り返しミラーを有し、
前記第１の調整手段は、前記折り返しミラーの反射面の角度を変更する手段であることを特徴とする前記＜１＞に記載の画像読取装置である。
＜３＞ 前記第２の照明手段は、長手方向を軸として回転可能に保持され、
前記第２の調整手段は、前記第２の照明手段を、長手方向を軸として回転させる手段であることを特徴とする前記＜１＞または＜２＞に記載の画像読取装置である。
＜４＞ 前記第２の照明手段は、照射光の光軸と直交する方向に移動可能に保持され、
前記第２の調整手段は、前記第２の照明手段を、照射光の光軸と直交する方向に移動させる手段であることを特徴とする前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の画像読取装置である。
＜５＞ 前記第２の照明手段は、光源と集光光学素子とが光軸と直交する方向に相対位置を変更可能に保持され
前記第２の調整手段は、前記光源を光軸と直交する方向に移動させる手段であることを特徴とする前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の画像読取装置である。
＜６＞ 前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段は、長手方向を軸として回転可能に保持され、
前記第１の調整手段は、前記第１の照明手段を長手方向を軸として回転させる手段であり、前記第２の調整手段は、前記第２の照明手段を長手方向を軸として回転させる手段であることを特徴とする前記＜１＞に記載の画像読取装置である。
＜７＞ 前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段は、照射光の光軸と直交する方向に移動可能に保持され、
前記第１の調整手段は、前記第１の照明手段を照射光の光軸と直交する方向に移動させる手段であり、前記第２の調整手段は、前記第２の照明手段を照射光の光軸と直交する方向に移動させる手段であることを特徴とする前記＜１＞または＜６＞に記載の画像読取装置である。
＜８＞ 前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段は、光源と集光光学素子とが光軸と直交する方向に相対位置を変更可能に保持され
前記第１の調整手段は、前記第１の照明手段の前記光源を光軸と直交する方向に移動させる手段であり、前記第２の調整手段は、前記第２の照明手段の前記光源を光軸と直交する方向に移動させる手段であることを特徴とする前記＜１＞、＜６＞及び＜７＞のいずれかに記載の画像読取装置である。
＜９＞ 被測定物の被測定面の法線方向に対して傾斜した方向であって、互いに異なる方向から光を照射する第１の照明手段及び第２の照明手段と、
前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段から前記被測定物に照射された光の反射光を受光し、前記被測定物の分光情報を取得する分光撮像手段と、
前記第１の照明手段、前記第２の照明手段及び前記分光撮像手段を搭載するキャリッジと、
前記被測定物が載置される平面状のガイド板と、
前記ガイド板上の前記被測定物を所定の搬送方向に搬送する被測定物搬送手段と、
前記被測定物の搬送方向と交差する方向に、前記キャリッジを搬送するキャリッジ搬送手段と、
前記ガイド板に配設され、被測定面の高さを変更する高さ調整手段と、
前記第１の照明手段の光照射位置と前記分光撮像手段の受光位置の相対位置を変化させる第１の調整手段と、
前記高さ調整手段を載置した被測定面に対する前記第２の照明手段の光照射位置を変化させる第２の調整手段と、を備える画像読取装置の調整方法であって、
前記第１の照明手段を点灯し、前記分光撮像手段が受光する反射光の光量が最大となるように前記第１の調整手段による調整を行う第１の調整工程と、
前記高さ調整手段により被測定面の高さを変更し、前記第２の照明手段を点灯し、前記分光撮像手段が受光する反射光の光量が最大となるように前記第２の調整手段による調整を行う第２の調整工程と、をこの順で行うことを特徴とする画像読取装置の調整方法である。

１ 画像読取装置
２ ガイド板
３ 高さ調整手段
１０ 読取ユニット
１０ａ キャリッジ
１１ 折り返しミラー
１２ 縮小結像レンズ
１３ 撮像素子
１４，２３ 第１の調整手段
２０ 第１の照明手段
２１，３１ 光源（ライン照明光源）
２２，３２ 集光光学素子
３０ 第２の照明手段
３３ 第２の調整手段
５０，５１ 用紙搬送手段（被測定物搬送手段）
６０ キャリッジ搬送手段
８０ 分光ユニット
１００ 用紙（被測定物）
Ｒ 分光情報取得領域

特開２０１７－２０７４２７号公報

Claims (9)

1. 被測定物の被測定面の法線方向に対して傾斜した方向であって、互いに異なる方向から光を照射する第１の照明手段及び第２の照明手段と、
   前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段から前記被測定物に照射された光の反射光を受光し、前記被測定物の分光情報を取得する分光撮像手段と、
   前記第１の照明手段、前記第２の照明手段及び前記分光撮像手段を搭載したキャリッジと、
   前記被測定物が載置される平面状のガイド板と、
   前記ガイド板上の前記被測定物を所定の搬送方向に搬送する被測定物搬送手段と、
   前記被測定物の搬送方向と交差する方向に、前記キャリッジを搬送するキャリッジ搬送手段と、
   前記ガイド板に配設され、被測定面の高さを変更する高さ調整手段と、
   前記第１の照明手段による光照射位置と前記分光撮像手段による測定位置との相対位置を変化させる第１の調整手段と、
   前記高さ調整手段により高さが変更された被測定面に対する前記第２の照明手段の光照射位置を変化させる第２の調整手段と、を備え、
   前記第１の調整手段は、前記分光撮像手段による前記第１の照明手段から照射された光の反射光の受光量を最大とする手段であり、
   前記第２の調整手段は、前記分光撮像手段による前記第２の照明手段から照射された光の反射光の受光量を最大とする手段であることを特徴とする画像読取装置。
2. 前記分光撮像手段は、光路折り曲げ用の折り返しミラーを有し、
   前記第１の調整手段は、前記折り返しミラーの反射面の角度を変更する手段であることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
3. 前記第２の照明手段は、長手方向を軸として回転可能に保持され、
   前記第２の調整手段は、前記第２の照明手段を、長手方向を軸として回転させる手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像読取装置。
4. 前記第２の照明手段は、照射光の光軸と直交する方向に移動可能に保持され、
   前記第２の調整手段は、前記第２の照明手段を、照射光の光軸と直交する方向に移動させる手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像読取装置。
5. 前記第２の照明手段は、光源と集光光学素子とが光軸と直交する方向に相対位置を変更可能に保持され
   前記第２の調整手段は、前記光源を光軸と直交する方向に移動させる手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像読取装置。
6. 前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段は、長手方向を軸として回転可能に保持され、
   前記第１の調整手段は、前記第１の照明手段を長手方向を軸として回転させる手段であり、前記第２の調整手段は、前記第２の照明手段を長手方向を軸として回転させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
7. 前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段は、照射光の光軸と直交する方向に移動可能に保持され、
   前記第１の調整手段は、前記第１の照明手段を照射光の光軸と直交する方向に移動させる手段であり、前記第２の調整手段は、前記第２の照明手段を照射光の光軸と直交する方向に移動させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
8. 前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段は、光源と集光光学素子とが光軸と直交する方向に相対位置を変更可能に保持され
   前記第１の調整手段は、前記第１の照明手段の前記光源を光軸と直交する方向に移動させる手段であり、前記第２の調整手段は、前記第２の照明手段の前記光源を光軸と直交する方向に移動させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
9. 被測定物の被測定面の法線方向に対して傾斜した方向であって、互いに異なる方向から光を照射する第１の照明手段及び第２の照明手段と、
   前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段から前記被測定物に照射された光の反射光を受光し、前記被測定物の分光情報を取得する分光撮像手段と、
   前記第１の照明手段、前記第２の照明手段及び前記分光撮像手段を搭載するキャリッジと、
   前記被測定物が載置される平面状のガイド板と、
   前記ガイド板上の前記被測定物を所定の搬送方向に搬送する被測定物搬送手段と、
   前記被測定物の搬送方向と交差する方向に、前記キャリッジを搬送するキャリッジ搬送手段と、
   前記ガイド板に配設され、被測定面の高さを変更する高さ調整手段と、
   前記第１の照明手段の光照射位置と前記分光撮像手段の受光位置の相対位置を変化させる第１の調整手段と、
   前記高さ調整手段を載置した被測定面に対する前記第２の照明手段の光照射位置を変化させる第２の調整手段と、を備える画像読取装置の調整方法であって、
   前記第１の照明手段を点灯し、前記分光撮像手段が受光する反射光の光量が最大となるように前記第１の調整手段による調整を行う第１の調整工程と、
   前記高さ調整手段により被測定面の高さを変更し、前記第２の照明手段を点灯し、前記分光撮像手段が受光する反射光の光量が最大となるように前記第２の調整手段による調整を行う第２の調整工程と、をこの順で行うことを特徴とする画像読取装置の調整方法。

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