JP5124831B2 - 画像計測装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に電子写真方式での画像形成時における紙を代表とする画像担持媒体および出力画像の色情報を製品内で検出し、色補正のため高精度なセンシング及びフィードバックを可能とする画像計測装置に関する。また、前記画像計測装置から色調整のための画像形成プロセスの制御を実行可能とし、紙と画像の物体色計測から色濃度制御を実行し、背景による画像変動を低減して、高品質画像の出力を可能とした画像形成装置に関する。
また、本発明は、例えば、光沢紙や普通紙等、紙種により画像品質が大きく変動するインクジェット方式の画像形成装置にも応用が可能である。

市場にはプリンター、複写機、それらと電送機能等の高付加価値製品であるファクシミリ、複合機、商業用印刷機など多くの画像製品があり、画像形成方法においても、電子写真方式、インクジェット方式、感熱方式等さまざまである。ユーザーニーズもモノクロ印刷からカラー印刷への移行における画像の多次元化、高精細高密度化、家庭での写真高画質プリント、高光沢画像、封筒やエンボス紙、カラーペーパー等の特殊紙への画像出力など多様化している。

通常、画像形成に使用される色材は電子写真方式ではイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの４色からなり、特にカラーでは上記色材では白を表現できないため紙の色を基準に、減法混色により各色が重畳し、その面積率、各色の位置とから感知される画像の色が決まる。よって画像を担持する媒体に色があると白い媒体上に形成した場合とで当然に形成される画像の色が期待される色と異なることとなる。

期待される画像を形成するために色材の色の検知、フィードバックに関する技術は多数存在し、同様な構成、方法による出願も多数見受けられる。色検知の基本的な構成は、紙または中間転写体、感光体などに担持された色材にカラーフィルタを介し、または、分光特性を有する光を照射する光源と、各色材からの拡散光量を計測する受光素子からなるものが一般的であり、受光素子にはフォトダイオード等による所定の領域からの反射光量を一括で受光するものやＣＣＤエリアセンサ等による領域を分割した色の分布を計測する方法等がある。

画像形成装置内で画像を担持する紙は給紙カセット内、排紙トレイ上以外の画像形成プロセス時においては常に搬送等、常に動いている。また、紙自体はそれぞれ紙種により様々な柔軟性を持つことから、プロセス間、プロセス内での形状は常に変化しており、紙種、紙に加わる機械的な力等により形状変化も一定ではない。同様に、中間転写体などの紙以外での一時的な画像担持体においても、局所的、微小時間において、形状は常に変動していると予測される。そのため、画像パッチを紙や中間転写体等の画像担持体上で画像の色等を検知する工程も、これら対象物変形を考慮する必要が生じてくる。それは、画像の厚さ、光源からの照射光の照射角度、反射光の角度、画像担持体や画像自体の微視的な表面形状などが見かけ上、変動するからである。

従来、画像形成装置内での画像の検知や、そのフィードバック技術、あるいは評価結果の画像形成プロセスへのフィードバック技術として、例えば以下の特許文献１乃至特許文献５に記載の技術が公開されている。

特許文献１（特開２００２−２５２７８０公報）に記載の「画像形成装置」では、給紙装置ごとに色補正データ格納メモリを有し、各給紙装置の紙に対し濃度の異なるパターンを形成し色補正を実施する。加えて、同一濃度領域の複数点についての色検知、補正を実行することで検知、補正精度を向上する。

特許文献２（特開２００２−２５７６２６公報）に記載の「光学測定装置および画像形成装置」では、画像形成装置内で紙に光を照射し、反射光取得から反射率、濃度、色を検出する際、搬送時の紙位置上下変動による反射率変動を低減するため、紙位置の変動中心近辺に検出光学系の集光結像系前側焦点位置を設定し、紙表面で反射した光を更に反射鏡により受光素子へ集光することで検出精度を向上する。

特許文献３（特開平０９−１１４２６７公報）に記載の「画像形成装置」では、紙の分光特性により画像の転写特性を制御して画像を形成する。分光にはフィルタを利用する。
また、特許文献４（特開平１１−２３１５８４号公報）に記載の「画像形成装置」では、紙、中間転写体等の画像担持体に光を照射し、正反射光および拡散反射光を取得する光学系を構成する。そして、画像担持体の表面が経時的に粗くなることで拡散反射光量が変化するので、光量変動が合った場合には、正反射光と拡散反射光を切り替えて濃度検知を実行する。

特許文献５（特開平１１−１５１８０１公報）に記載の「カラー光学センサおよびそれを用いた印刷紙面検査装置」では、単一の白色光源に対称に異なる波長のフィルタを介して受光素子を配置する。光源から照射される光の印刷紙面からの反射光を各受光素子で検知し、印刷紙面の検査を実行する。

上記の他にも、特許文献６（特開平１０−１０４９０９公報）に記載のように、カラーの色材の位置ずれを検知し、色ずれ検知を実施するもの、特許文献７（特開２００５−２６５７５２公報）に記載のように、正確に色検知するために紙が含む蛍光材料の影響を低減し、受光素子のばらつきを抑制するために受光素子を取り囲むように発光素子を配置し、拡散光を取得する構成のものや、補正のためのＬＵＴを備えるものなどがある。

特開２００２−２５２７８０公報 特開２００２−２５７６２６公報 特開平０９−１１４２６７公報 特開平１１−２３１５８４公報 特開平１１−１５１８０１公報 特開平１０−１０４９０９公報 特開２００５−２６５７５２公報

しかしながら、従来の画像の色評価方法において、上記の特許文献１に記載の従来技術では、各給紙装置内の異なる紙についてそれぞれ色補正を実施し、また複数ポイントでの検知により精度を高められる点で優れた技術ではあるが、通常、給紙装置内では紙を取り出すためバネ等により押し上げる機構を有しており、装置内の格納枚数によって紙自体の形状が一定ではない。また、画像形成時のパターン濃度検知では、紙がプロセス内、プロセス間で常に移動しており、各画像形成プロセスでのローラ状の部材に引き込まれるときなど、紙形状および姿勢が著しく変動しており、変動量も紙の厚さ、雰囲気中の湿度、紙上の色材量等により大きく異なる。その際、紙または紙上の画像に対し照射する光の角度が変動し、同様に反射光の角度も変動する。これら光学的なジオメトリ変動から検知される色情報も当然に変動する。特許文献１に記載の従来技術では、これら色検知変動要因への対応ができないため、検知した色情報が真の値ではなく、更には、画像を正確に補正できない。

上記の特許文献２に記載の従来技術では、紙の搬送時における上下位置変動に対応した検出系を構成しているが、反射強度を一定に保つことは可能であるが、集光することにより照射角度が異なる光の反射光成分を全体の光量の中に埋もれさせてしまい、紙への照射角度が変動することによる色変動には対応できない。また集光するための反射鏡の位置により、紙、画像の色を特定するための拡散光に加え、正反射光成分を受光する可能性は否めず、たとえ、開口を制御して正反射光成分を除去したとしても、開口の制御が煩雑となり、紙の上下方向の位置変動に加え、姿勢が変動した場合では正確に色情報を検知することは不可能である。

上記の特許文献３に記載の従来技術では、古くから社会一般に知られているフィルタを用いた構成で紙の分光特性を取得し、結果から画像形成時の転写特性を制御して色補正を実施するものであるが、上記文献同様、紙の姿勢当による色検知、補正の変動を考慮しておらず、給紙装置内での押し上げや格納枚数変動による変形時、搬送、担持される色材量等による姿勢変動、変形による色変動には対応できない。

上記の特許文献４に記載の従来技術では、正反射光と拡散反射光とを切り替えて、画像担持体の表面劣化に対応する構成となっているが、正反射光には画像担持体または画像の鏡面反射光と拡散反射光が混在した状態で取得されるため光源色と画像や画像担持体の物体色を分離する必要があり、光量の変動により取得する光を正反射光と拡散反射光との間で切り替えるだけでは正確には検知できない。また上記特許文献同様、紙搬送時の正確な検知、その後の画像補正は不可能である。

上記の特許文献５に記載の従来技術では、単一白色光源に対象に透過波長の異なるフィルタを介して印刷紙面からの反射光を複数の受光素子で受光するという構成であり、放射輝度の異なる複数光源と単一受光素子による組合せ同様、極めて一般的な構成であると共に、同文献代表図からも分かるとおり、光源と各受光素子がローラ軸中心に正確に対象となるよう位置決めされていたとしても、その反射角度は正負で対象となり、光源からの光が照射される領域で画像が一様となっていなければ各受光素子で受光する反射光の特性は異なるものとなる。また、ローラ近傍では紙はローラへの引き込みや離脱、搬送角度の変動など紙自体の姿勢が大きく変わりやすく、検出角度がばらつけば検知される色情報も当然に変化し、正確な色情報取得が不可能となる。同文献のセンサをローラ近傍ではなく、平面搬送される経路上に設置した場合も同様である。

本発明は上記従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、紙等の画像担持媒体と画像の計測系の変動による計測値の差異に着目し、給紙装置内または紙搬送時、作像プロセス内および作像プロセス間において、また、紙の坪量等の特性、画像担持の有無、中間転写体等の面ぶれ、雰囲気中の湿度などに起因し、画像担持媒体（紙、中間転写体等）の姿勢や形状が変動した場合でも、正確に画像担持媒体（紙や中間転写体等）および、同媒体上の画像の色、濃度を正確に検知することができる画像計測装置、画像担持媒体計測装置を提供し、さらには、その計測結果からのフィードバックによる補正を可能ならしめる構成の画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第１の手段は、画像形成装置に用いられる画像計測装置であって、前記画像形成装置の画像形成時において、画像担持媒体上に形成された画像に所定の波長の光を照射する単一のまたは複数の第一の光源と、前記光源から照射され前記画像担持媒体上に形成された画像からの反射光を受光する単一のまたは複数の第一の受光手段と、前記画像担持媒体の姿勢を検出する姿勢検出手段とを有し、前記光源と前記受光手段により得られる前記画像の色情報を、前記姿勢検出手段により得られた前記画像担持媒体の姿勢から補正するものであり、前記姿勢検出手段により、前記画像担持媒体の姿勢の変動を検出した場合、当該画像担持媒体の姿勢を変化させるパラメータに対し各波長の２点に基づき、前記画像担持媒体の色情報の変動を推定することを特徴とする。

本発明の第２の手段は、第１の手段に記載の画像計測装置において、前記姿勢検出手段は第二の光源と、第二の受光手段を有する単一のまたは複数の組合せからなることを特徴とする。
また、本発明の第３の手段は、第１の手段または第２の手段に記載の画像計測装置において、前記第二の光源は前記第一の光源と異なる波長特性を有することを特徴とする。
さらに本発明の第４の手段は、第１乃至第３の手段のいずれか１つに記載の画像計測装置において、前記第一の光源手段および前記第二の光源手段は単一の波長特性を有し、各光源に波長を限定する波長限定手段を有することを特徴とする。

本発明の第５の手段は、第１乃至第４の手段のいずれか１つに記載の画像計測装置において、前記媒体の姿勢における分光反射率テーブルを有し、前記姿勢検出手段に検出される前記媒体の姿勢から、前記第一の受光手段により取得される色情報を補正することを特徴とする。
また、本発明の第６の手段は、第５の手段の画像計測装置において、前記分光反射率テーブルは紙の分光特性と分離していることを特徴とする。

本発明の第７の手段は、画像担持媒体上に画像を形成する画像形成装置において、第１乃至第６の手段のいずれか１つに記載の画像計測装置を有し、出力予定の画像特性と計測した画像特性が異なる場合、画像の色補正をすることを特徴とする。

以下には、参考技術を３例挙げる。
参考技術１は、画像形成装置に用いられる画像担持媒体計測装置であって、画像形成時の画像担持媒体の姿勢が既知のときの前記画像担持媒体の色情報計測において、少なくとも２以上の光源と、前記各光源から照射された光の前記画像担持媒体からの拡散反射光を受光する少なくとも２以上の受光手段とから成る計測ユニットと、前記計測ユニットを複数有し前記各計測ユニットの前記各光源から出射される光または前記拡散反射される光の波長を限定する単一の波長限定手段とから成る計測ユニット群から成り、一つの計測ユニット内で前記各光源から出射され前記画像担持媒体で拡散反射された光を前記各受光手段で同時に受光し、前記光源と前記受光手段と前記画像担持媒体の相対的に異なる複数の姿勢で分光反射率をユニット群の数のバンド数で取得する。

参考技術２は、画像担持媒体上に画像を形成する画像形成装置において、参考技術１の画像担持媒体計測装置を給紙装置内に有する。

参考技術３は、画像担持媒体上に画像を形成する画像形成装置において、第１乃至第６の手段のいずれか１つに記載の画像計測装置と、参考技術１の画像担持媒体計測装置とを有し、前記画像計測装置で得られた画像担持媒体上に形成された画像の色情報と姿勢と、前記画像担持媒体計測装置で得られた前記画像担持媒体の色情報を用い、前記姿勢から前記画像担持媒体と画像の色情報を補正、分離して計測し、前記画像担持媒体上に形成された画像出力予定の画像特性と計測した画像特性が異なる場合には、画像の色補正をする。

画像形成装置において画像の色計測、フィードバック、色補正は高品質な画像を提供するためには不可欠となるが、紙に代表される画像担持媒体、トナー画像に代表される画像の色情報は、計測する光学素子等の光学配置により見かけ上変動する。一方、画像形成装置内では紙は給紙カセット、排紙部以外では、常に動いている状態であり、プロセス間、プロセス内で動的に紙に力がかかり、紙の姿勢、形状が一定しない。そのため、紙と色情報取得のための光学素子との光学配置が変動し、検知される色が正確に検知されない恐れがある。
そこで本発明において共通する作用効果は、上記光学配置変動により計測される見かけの色情報の変動をキャンセルし、正確に色情報を取得し、画像形成装置へフィードバックし、画像補正を可能とすることで最終出力である画像の品質を向上させることが可能となることである。

より具体的に述べると、第１乃至第５の手段の画像計測装置においては、色情報の計測と同時に光学配置の変動を検知することで、検出系の光学配置の変動による計測される色情報の変動を除去し、画像の色情報を正確に検知することが可能となる。
また、第６の手段の画像計測装置においては、第１乃至第５の手段の作用効果を、あらゆる紙に対応させることが可能となる。
さらに第７の手段の画像形成装置においては、第１乃至第６の手段の画像計測装置を搭載し、画像の色情報を正確に検知し、その色情報をフィードバックして色補正を実行可能とし、高品質な画像を提供することが可能となる。

また、参考技術１の画像担持媒体計測装置においては、画像形成時において、出力画像の色に影響を与える紙の色情報を正確に計測し、画像形成時の紙の姿勢変動による紙の見かけの色変動に対応可能な紙の色情報計測を可能とすることができる。また、画像に影響する紙の色を画像から分離し、画像の正確な色情報取得を可能とすることで最終出力である画像の品質を向上させることが可能となる。
また、参考技術２の画像形成装置においては、参考技術１の画像担持媒体計測装置を搭載することにより、画像の色情報に対する紙の色情報の影響を顕在化でき、画像の色情報から分離することで画像の正確な色情報を検知し、その色情報をフィードバックして色補正を実行可能とし、高品質な画像を提供することが可能となる。

参考技術３の画像形成装置においては、第１乃至第６の手段のいずれか１つに記載の画像計測装置と、参考技術１に記載の画像担持媒体計測装置とを有し、前記画像計測装置で得られた画像担持媒体上に形成された画像の色情報と姿勢と、前記画像担持媒体計測装置で得られた前記画像担持媒体の色情報を用い、前記姿勢から前記画像担持媒体と画像の色情報を補正、分離して計測し、前記画像担持媒体上に形成された画像出力予定の画像特性と計測した画像特性が異なる場合には、画像の色補正をすることにより、第７の手段の作用効果を奏することが可能となる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、紙や中間転写体等の画像担持媒体上の画像に光を照射し反射光を取得することで媒体上画像の色情報を検知する場合に、媒体自体の姿勢をも検知し、媒体と光照射角度、反射光受光角度から取得した色情報を補正することで、媒体の姿勢、形状が変動しても正確に媒体上画像の色情報を正確に検知可能とし、検知結果のフィードバックによる正確な画像補正を実施可能とする画像計測装置を実現するものである。
また、本発明は、光学的な媒体の姿勢検知手段により、非接触で高速に実施可能とする画像計測装置を実現するものである。
さらに本発明は、色情報を取得するための光源波長と重ならない波長領域での光を媒体の姿勢検知手段に用いることで、色情報取得または媒体の姿勢検知に互いに影響を与えず、誤検知、誤計測を抑制可能とする画像計測装置を実現するものである。
さらに本発明は、上記に加え、各光源に単一の波長を用いることで、光源特性のばらつきの低減とキャリブレーションの煩雑さを低減可能とすることで、より高精度な計測を可能とする画像計測装置を実現するものである。なお、付随的には、単一光源による部品点数の低減からコストを抑制することが考えられるが、それは複数の透過波長特性を有するフィルタを固定することとの比較になる。

本発明は、上記の事項に加え、取得された色情報および画像担持媒体の姿勢、形状に関するデータから、予めテーブルとして有している色情報が媒体の姿勢、形状変動から換算される補正後の色情報を参照し、正確な色情報に補正し、画像形成にフィードバックすることを可能とする画像計測装置を実現するものである。
また、本発明は、前記テーブルは色材が画像担持媒体上に形成されたときの分光特性として保持されることで、画像形成前の色材と画像形成後に画像担持媒体に定着された色材とで色変動がある場合、また、どのような媒体上に画像形成される場合でも、正確な色情報を取得することが可能となる画像計測装置を実現するものである。

さらに本発明は、上記の画像計測装置を搭載し、画像計測装置により画像担持媒体上の画像の色情報を計測することで、画像担持媒体上に形成する画像の色情報を制御可能とし、期待される高品位な画像を出力することを可能とする画像形成装置を実現するものである。

なお、参考技術１では、紙や中間転写体等の画像担持媒体に光を照射し反射光を取得することで媒体の色情報を検知する場合に、媒体と光照射角度、反射光受光角度との関係からなる姿勢から色情報変動の法則性を利用して補正することで、媒体の姿勢、形状が変動しても正確に媒体の色情報を検知可能とし、検知結果のフィードバックにより媒体の色情報が画像に及ぼす影響を考慮して画像補正を実施可能とする画像担持媒体計測装置を実現できる。
この画像担持媒体計測装置を搭載し、画像形成時に画像に影響を与える画像担持媒体の色を、画像の色計測時にその検知時の姿勢に依らず正確に取得するため、画像担持媒体の基本的な色情報と姿勢変動時に対応可能な色変動情報を取得し、画像への影響をフィードバック可能として、高品質な画像を取得可能とする画像形成装置を実現できる。

さらに、上記の画像計測装置と、画像担持媒体計測装置を搭載することにより、画像担持媒体の色と画像の色を、その検知時の姿勢に依らず正確に取得し、両者の色を分離し、出力画像予測、画像補正を実施し、高品質な画像を取得可能とする画像形成装置を実現できる。
以下、本発明の構成、動作および作用を実施例に基いて詳細に説明する。

［実施例１］
まず、第１の手段の画像計測装置の実施例を説明する。
例えば、電子写真方式による画像形成において、図１に示すように、幾何学条件４５／０における可視域での分光特性Ａを有するトナー画像に対しては、図２に示すような照明角度を制御したときの分光反射率変動となる。その際、図２のＢ波長では照明角度変動により図３に示すようにＢ波長成分が変動し、図２のＣ波長では照明角度変動により図４に示すようにＣ波長成分が変動する。これは、見かけ上、図５に示すように色差ΔＥが生じ、図６のａ*の変動のように色が変化して計測されている。

一方、画像を担持する紙の見かけの色は、透過、吸収、散乱等、ジオメトリによって計測される色情報が大きく変動するトナー画像と比較して、大きく変動することは無いが、図７、図８に示すように、計測方向を調整した紙の分光特性が変動することが分かる。ここで図７は白色紙、図８はカラーペーパーの分光反射率分布を示す。このことは紙の色情報取得に関しても、紙の姿勢、紙と色情報取得装置の相対的な位置変動により画像形成前に出力画像を正確に予測不可能となり、期待される画像を出力できなくなる。

しかし、紙と画像の色はそれぞれ特有な変化をすることが分かってきた。図７、図８の各波長において規格化した特性をそれぞれ図９、図１０に示す。また、図７と図８の紙に画像を担持した場合の分光特性をそれぞれ、図１１、図１２に、図１１と図１２図の各波長において規格化した特性をそれぞれ図１３、図１４に示す。図９、図１０から紙の見かけの色は、各波長、同一の傾きで線形的に変化する（反射光量が線形的に変化すると等価）のに対し、図１３、図１４から画像の見かけの色は各波長、異なる特性で非線形的に変化することが分かる。よって、姿勢が変化したとき紙の見かけの色変動はその姿勢を変化させるパラメータに対し各波長２点の値が分かれば、紙の姿勢から紙の色変動（明るさ変動と等価）を推測可能なことが分かる。一方、図１３、図１４から紙の姿勢が変化したときの画像の色変動は、各波長により異なるため、角度と色変動の関係が明らかでない場合、画像の色自体の変動と姿勢による見かけの色の変動を区別することはできない。更には、計測値の信頼性に欠け、画像補正のための正確なフィードバックが不可能となる。

紙の姿勢は図１５に示す給紙カセット装置２内では、給紙のために押し上げ装置５により紙１を押し上げ、給紙ローラ３により給紙装置２から排出される。このとき、重送が生じないようにガイド４などが給紙ローラ３に対向する形で固定される。給紙装置２内では、図５中のＤ領域では押し上げ装置５により紙１は変形しており、その変形の程度は紙種、紙１の残量によって変動する。紙１の色情報取得には、給紙装置２から排出される開口付近が高さ変動が少なく、どのようなサイズの紙も必ず通るため検出には適しているが、給紙ローラ３に引き込まれる過程で紙の角度が変化し、上記図９、図１０に示す基本となる色情報を正確に検知するには紙の姿勢が一定に保たれている保証、または姿勢を一定に保つ機能を有することが望ましい。図１５中のＥ領域においては、紙の姿勢が安定しているため基本となる色情報検知には好適と考えられる。画像形成装置内では給紙装置２内が、紙が静止している数少ない領域であり、スペース的にも他の画像形成プロセスに比べ余裕があるため紙の基本となる色情報を取得するのには適している。

一方、例えば画像形成プロセス間において、紙搬送時に図１６に示すように、転写ローラ３ａ，３ｂを通過してきた紙１ａは一方を転写ローラ３ａ，３ｂに拘束され、他方はガイド４ａ，４ｂに沿って搬送される。続いて図１７に示すように、定着ローラ３ｃ、３ｄに紙１ｂが突入した際、図１６で自由端であった方が定着ローラ３ｃ、３ｄに拘束され、他方が自由端となる。その際、図１６の転写ローラ３ａ，３ｂと図１７の定着ローラ３ｃ、３ｄの回転速度、突入タイミング、ガイドの角度、紙種により画像形成ごとに紙の角度は変動することとなる。

加えて、画像形成装置のコンパクト化のため、各画像形成プロセス間の距離は短い方がよく、紙全体が露出している領域はほとんど無く、画像の色情報を取得するセンサを設置するスペースも限られ、例えば図１８に示すように、ベルト７が屈曲した状態での位置を計測領域８として色情報取得をする場合も当然に考えられる。従って、紙の状態に合わせ、色情報取得装置を設計、開発していたのではコストが増大し、安価な製品をユーザに提供することが困難となる。

上記のような紙の姿勢について、図１９に示すように、紙１ｃ上の画像１１に、ＬＤ（レーザーダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）に代表される光源９から光を照射し、拡散反射光をフィルタ１２を介してＰＤ（フォトダイオード）に代表される受光素子１０で取得する構成の従来の色情報取得では、各画像形成プロセスおよび紙の姿勢により図２に示した色変動に対応できない。

そこで本発明に係る画像計測装置では、紙等の画像担持媒体上に形成された画像に所定の波長の光を照射する単一（または複数）の第一の光源９と、光源９から照射され紙等の画像担持媒体上に形成された画像からの反射光を受光する単一（または複数）の第一の受光手段（受光素子）１０とからなる色情報取得装置に加え、紙等の画像担持媒体の姿勢を検出する姿勢検出手段を有し、光源９と受光手段１０の組合せにより得られる画像の色情報を、姿勢検出手段により得られた紙等の画像担持媒体の姿勢から補正し、光源からの照射角度および受光手段の受光角度に影響を受けずに計測するものである。

より具体的には、図２０に示すように、紙１ｃ上の画像１１に対し、ＬＤまたはＬＥＤに代表される光源（第二の光源）１３から角度θで光を照射し、紙１ｃが水平であれば角度θの正反射光をＣＣＤラインセンサやＰＤアレイセンサに代表される受光センサ（第二の受光手段）１４で受光する紙の角度検出センサを、図１９に示した色情報取得装置（第一の光源９と第一の受光素子１０の組）に近接して備えている。また、光源１３からの光が紙１ｃ上の画像１１に照射される位置は、図１９に示した色情報取得装置の光が照射される位置の近傍が望ましい。これは、例えば紙１ｃが非常に薄く、微小区間でも複雑な姿勢、形状に変化した場合、色情報を取得する位置の角度が、検出した紙の角度と異なるおそれがあるためである。

ここで、図２１に示すように、紙１ｃ上の画像１１に光源１３から照射した光が相対的に紙１ｃ面に垂直な方向に対し角度αで入射した場合、その正反射光は角度αで反射するので、紙の角度が変動した場合には、受光センサ１４で受光される正反射光の位置変動から角度を検知する。

しかし、図２０において、紙１ｃの姿勢変動が角度によるものではなく、上下方向の浮きによる場合もあり、浮きが生じた場合にも同様にセンサ１４で正反射光の受光位置に変動が生じ、誤検知、ひいては色の誤補正を発生させることとなる。そこで、その場合には、複数の光源と受光センサを用いて紙１ｃの角度変動を浮きと区別して検知するとよい。図２２は、図の理解のため図２０と同様の計測装置を拡大して示したものであるが、この例では、図２０と同様の光源１３と受光センサ１４の組に加えて、その近傍に別の光源１３ａと受光センサ１４ａを備えており、両者の相対位置、および各センサでの正反射光の受光位置変動により、紙１ｃの角度変動を浮きと区別して検知することが可能となる。

紙の角度と画像の色計測値の変動は、前述の図２に示すような照明角度を制御したときの分光反射率変動の計測値をデータテーブルとして、オフラインで確保可能であり、画像形成装置に搭載前に校正し、テーブルをメモリ等により記憶させ、画像製品に備えることで、複雑な画像形成装置内レイアウト、画像形成装置内で変動する紙の姿勢に対応して、正確な色情報を取得することが可能となる。

また、当然ながら、画像形成装置内での紙の姿勢は搬送方向のみに変動するとは限らないので、例えば、図２２に示す光源と受光センサの組合せを搬送方向と垂直な方向に一つまたは複数設置することも考えられる。

なお、図２０乃至図２２に示した光源と受光センサの組合せからなる画像計測装置は、一種の三角測量式距離センサと考えられるため、静電容量タイプのセンサ等も代替として用いることが考えられるが、画像形成装置内の各種部品が詰まったレイアウトを考慮した場合、光学式の光による計測がより望ましいと考えられる。

［実施例２］
次に第２の手段の画像計測装置の実施例を説明する。
本実施例では、実施例１の画像計測装置において、姿勢検出手段は第二の光源と、第二の受光手段を有する単一のまたは複数の組合せからなることを特徴としている。具体例としては、実施例１の構成動作で挙げた図２０乃至図２２に示したような光源（第二の光源）１３，１３ａと受光センサ（第二の受光手段）１４，１４ａからなる光を用いた方式が本実施例に該当する。
これは、機械的なセンシング等で紙の角度を検知することとすると、角度を検知した後、色情報を取得するために、機械的なセンサが光路と干渉する可能性があり、また、色情報を取得するための光路から機械的なセンサを退避させる構造としても、紙搬送時など画像形成時における紙が動いている場合に、色情報を取得する位置と角度を検知する位置が異なることとなるため、誤検知ひいては色の誤補正を発生させる可能性があるからである。

［実施例３］
次に第３の手段の画像計測装置の実施例を説明する。
本実施例では、実施例１、実施例２に記載の画像計測装置において、第二の光源１３，１３ａは第一の光源９と異なる波長特性を有することを特徴としている。
例えば図２３に示すように、波長１〜波長６の分光透過特性を持つ６波長のバンドパスフィルタを光源の出射端および受光素子の受光端に用い、色情報取得を考慮した場合、図２４に示す色情報取得装置では、バンドパスフィルタ１２，１２ａを図２３のVIに示す波長特性を有するものとし、図２５に示す姿勢検出手段では、バンドパスフィルタ１２ｂ、１２ｃを図２３のIIIに示す波長特性を有するものとすると、図２６の「ａ：可視全域」の分光特性を有する画像に対し、図２６の「ｌ：波長６拡散」の波長帯で色情報である拡散反射光を取得し、同時に、図２６の「ｇ：波長３正反射」で示す波長帯で紙の角度情報である正反射光を取得すると、互いに波長帯が重複せず、互いの光がノイズとなることなく色情報と角度情報を取得することが可能となる。そして、これらの異なる波長感度を有する色情報検知と角度検知の組合せを複数備えることで、正確な色情報と角度による変動からの補正が可能となる。
なお、上記の実施例はバンドパスフィルタと光源、受光素子との組合せであるが、光源自体に独立した波長特性を有するものを複数備えることも可能である。

［実施例４］
次に第４の手段の画像計測装置の実施例を説明する。
本実施例では、実施例１乃至実施例３に記載の画像計測装置において、第一の光源９および第二の光源１３は単一の波長特性を有し、各光源に波長を限定する波長限定手段を有することを特徴としている。
これは、例えば実施例３の構成動作で代表的に挙げた独立した波長特性を有するバンドパスフィルタ１２ａ，１２ｃを用いて、白色ＬＥＤのような単一光源に組み合わせることで実施可能である。

［実施例５］
次に第５の手段の画像計測装置の実施例を説明する。
本実施例では、実施例１乃至実施例４に記載の画像計測装置において、紙等の画像担持媒体の姿勢における分光反射率テーブルを有し、姿勢検出手段に検出される媒体の姿勢から、第一の受光手段により取得される色情報を補正することを特徴としている。
例えば、照明角度が変動した場合の色情報変動として、前述の図２に示すデータを取得し、各色または波長ごとに照明角度による変動値を図３、図４のように保持しておく。また、ここでは紙の色情報変動に対するデータを示したが、図７、図８に示したように、色情報を検知する受光素子の光軸との角度変動に対する色変動値を取得しておく。これらはオフラインで取得可能である。

画像形成装置内で取得した色情報についてａ*、ｂ*とから画像がくすんでいるのなら、くすんで検知されたのは、トナーの量、ドットパターンなど画像形成装置に起因するものなのか、検知した際の角度変動値に起因するのかが、色情報と同時検知される角度情報から特定できる。角度変動が生じている場合、図２７に示すように４５／０の値Ｆを基準とすると、角度変動量から、本来の色情報を導出し、画像形成装置内でトナー量の調整、ドットパターン粗密化等の色補正を実施可能となる。

［実施例６］
次に第６の手段の画像計測装置の実施例を説明する。
本実施例では、実施例５の画像計測装置において、分光反射率テーブルは紙の分光特性と分離していることを特徴としている。
例えば、図２８に示す固有の分光特性を有する複数のサンプル１〜３に画像形成した場合、同一トナーによる画像は図２９に示すように、その分光特性が変動し、見かけの色が異なる結果となる。

そこで本実施例では、それぞれの紙の分光特性により画像の分光特性を各波長において除すると図３０に示すトナー画像の分光特性を取得することが可能であるので、トナー画像の色情報をテーブルとして画像形成装置内のメモリ等に保有しておくことで実施することが可能となる。
なお、上記実施例は、あらゆる紙に対し、トナー定着後の画像の色情報を紙種に依らず取得可能なことから、オフラインで１種類の紙に対し実施することで、画像形成時にはあらゆる紙に対応可能であることが分かる。

［実施例７］
次に第７の手段の画像形成装置の実施例を説明する。
本実施例では、紙等の画像担持媒体上に画像を形成する画像形成装置において、実施例１乃至実施例６に記載の画像計測装置を有し、出力予定の画像特性と計測した画像特性が異なる場合、画像の色補正をすることを特徴としている。

ここで、図３１は画像形成装置の一構成例を示す概略構成図であり、この画像形成装置は、複数のローラに張架されたベルト状の中間転写体１８に沿って４つの感光体１７を並設した、所謂タンデム型のカラープリンターの一例を示している。
この画像形成装置では、各感光体１７の周囲には図示省略の帯電手段、現像手段、一次転写手段、クリーニング手段等が配置されており、各感光体上に色の異なるトナー画像（例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像）を形成して中間転写体１８に重ね合わせて一次転写した後、紙等に一括して二次転写し、カラー画像を形成するようになっている。

より具体的には、図３１に示すように、出力データの処理、各プロセスパラメータ制御、駆動制御等を実行する制御装置１５で構築する出力画像データをドット列に変換し、書き込み走査光学系１６で各感光体１７に各色に対応した潜像を露光した後、この潜像を図示しない現像手段で現像し、感光体上に現像されたトナー画像を図示しない一次転写手段で中間転写体１８に転写して一時保持する。中間転写体１８に保持された画像は、多段の給紙カセット２ａ，２ｂ，２ｃのうちの一つより給紙され、搬送ローラ３ｆにより搬送されてきた紙１ｄに二次転写し、定着手段１９で画像を紙１ｄに定着する。定着後の紙１ｄは、排紙ローラ２０により排紙部２１に排紙される。

このような構成動作の画像形成装置において、図３１中の(3)、(4)、(5)の位置において、実施例１乃至実施例６に記載の画像計測装置を配置し、画像の色情報を検知することで、期待される出力画像との差異がある場合、制御装置１５により、次の出力画像に対し、トナー量、ドットパターン等を調整して画像形成する。

なお、別の例として、出力画像との差異がある場合には、定着後の紙１ｄを排紙部２１に排紙せず、紙１ｄ搬送路を逆行させ、たとえば給紙カセット２ｃを用いて不要紙格納用のスペースとすることも考えられる。
また、紙の色情報はオフラインでも計測可能であるため、色分離に利用する紙の情報は、予め画像形成装置に記憶、格納させる方法や、装置の初期設定による方法、また、次に示す参考例１の画像担持媒体計測装置および参考例２の画像形成装置との連携なども考えられる。

［参考例１］
次に参考技術１の画像担持媒体計測装置の例を説明する。
本実施例は、実施例７で述べたような画像形成装置に用いられる画像担持媒体計測装置であって、画像形成時の画像担持媒体の姿勢が既知のときの画像担持媒体の色情報計測において、少なくとも２以上の光源と、各光源から照射された光の画像担持媒体からの拡散反射光を受光する少なくとも２以上の受光手段とから成る計測ユニットと、計測ユニットを複数有し各計測ユニットの各光源から出射される光または拡散反射される光の波長を限定する単一の波長限定手段とから成る計測ユニット群から成り、一つの計測ユニット内で各光源から出射され画像担持媒体で拡散反射された光を各受光手段で同時に受光し、光源と受光手段と画像担持媒体の相対的に異なる複数の姿勢で分光反射率をユニット群の数のバンド数で取得する。

具体的に説明すると、例えば図３２に示すように、画像担持媒体である紙１ｃに、ＬＤまたはＬＥＤに代表される光源９，９ａから角度θ（ここではθ＝０［deg］）、θaで光を照射し、紙１ｃからの拡散反射光をバンドパスフィルタ１２，１２ｄを介してＰＤに代表される受光センサ１０，１０ａで受光することにより、紙１ｃに対し、２通りの光照射角度、２通りの検知角度で、また、それらの組合せで色情報を検知することが可能となる。例えば図９、図１０、図３３に示すような、光学配置の変動により分光特性が線形に変化する紙の分光特性を利用して、２通りの紙と光源と受光センサの光学配置が変動しても、紙の見かけの色情報を導出できる。なお、図３３に示した光学配置は光源とセンサの光軸を４５［deg］とし、紙サンプルをセンサ方向に正面を向けた４５／０の配置から、光源方向に回転した場合のものである。同図ではサンプル角度２２．５［deg］で正反射の光学配置となるため、反射率が最大となるが、光源色を多く含んでいるため色情報取得には適さないと考えられる。

画像形成時において画像の色情報と分離する際、画像の色情報検知時の角度から、上記のデータを元に分離する紙の色情報を導出し、各波長で除することで画像の正確な色情報を取得できる。
また、当然ながら、画像形成装置内では分光測定器ではなく、図２３に示すような限られた波長領域での検知となる。

［参考例２］
次に参考例２の例を説明する。
この例は、紙等の画像担持媒体上に画像を形成する画像形成装置において、実施例８に記載の画像担持媒体計測装置を給紙装置内に有する。
具体的には、例えば図３１に示した構成の画像形成装置において、給紙カセット２ａ内の(1)の位置に、参考例１の画像担持媒体計測装置（例えば図３２）を配置し、以降のプロセスにおいて、紙と画像の色情報分離、期待される画像の色情報の差異導出と色補正を制御装置１５により実行する。

また、画像担持媒体の計測において、中間転写体を画像担持媒体として、中間転写体１８の色情報を計測する場合には、図３１の(3)の計測位置に実施例１乃至実施例６で示した画像計測装置または参考例１で示した画像担持媒体計測装置を搭載することとなるが、この場合には、中間転写体１８の材料に応じて、色情報計測時の光学配置変動により検知される色情報変化が線形か非線形かでどの計測装置を用いるかを選択することとなる。

［参考例３］
次に、参考技術３の画像形成装置の例を説明する。
この例では、画像担持媒体上に画像を形成する画像形成装置において、実施例１乃至実施例６に記載の画像計測装置と、参考例１の画像担持媒体計測装置とを有し、画像計測装置で得られた画像担持媒体上に形成された画像の色情報と姿勢と、画像担持媒体計測装置で得られた画像担持媒体の色情報を用い、姿勢から画像担持媒体と画像の色情報を補正、分離して計測し、画像担持媒体上に形成された画像出力予定の画像特性と計測した画像特性が異なる場合には、画像の色補正をする。

具体的に述べると、例えば図３１に示した構成の画像形成装置の(3)、(4)、(5)等の計測位置に実施例１乃至実施例６で示した画像計測装置を搭載し、(1)、(2)等の計測位置に参考例１で示した画像担持媒体計測装置を搭載し、実施例７と参考例２の構成動作で説明したように、色情報検知、分離、補正、画像形成の動作を実行する。

なお、参考例２でも記載したが、画像担持媒体の計測において、中間転写体を画像担持媒体として、中間転写体１８の色情報を計測する場合には、図３１の(3)の計測位置に実施例１乃至実施例６で示した画像計測装置または実施例８で示した画像担持媒体計測装置を搭載することとなるが、この場合には、中間転写体１８の材料に応じて、色情報計測時の光学配置変動により検知される色情報変化が線形か非線形かでどの計測装置を用いるかを選択することとなる。

画像の４５／０光学配置の分光反射率特性を示す図である。 照明角度を調整したときの画像の分光反射率特性を示す図である。 図２中のＢの波長の角度変動に対する反射率変化を示す図である。 図２中のＣの波長の角度変動に対する反射率変化を示す図である。 照明角度を調整したときの画像の４５／０光学配置での画像との色差を示す図である。 照明角度を調整したときの画像のａ*変動を示す図である。 照明角度を調整したときの白色紙の分光反射率特性を示す図である。 照明角度を調整したときのカラーペーパーの分光反射率特性を示す図である。 図７の各波長内規格化した分光特性を示し、照明角度による各波長の分光反射率の変動を示す図である。 図８の各波長内規格化した分光特性を示し、照明角度による各波長の分光反射率の変動を示す図である。 照明角度を調整したときの白色紙上に形成した画像の分光反射率特性を示す図である。 照明角度を調整したときのカラーペーパー上に形成した画像の分光反射率特性を示す図である。 図１１の各波長内規格化した分光特性を示し、照明角度による各波長の分光反射率の変動率を示す図である。 図１２の各波長内規格化した分光特性を示し、照明角度による各波長の分光反射率の変動率を示す図である。 給紙カセット内の紙の姿勢、形状の一例を示す図である。 画像形成時の特定のプロセスから排出される紙の姿勢、形状の一例を示す図である。 画像形成時の特定のプロセスへ突入する紙の姿勢、形状の一例を示す図である。 紙搬送路等の屈曲した状態の例を示す図である。 従来の一般的な色情報取得センサの一例を示す図である。 紙の姿勢を検知する姿勢検出手段（センサ）の一例を示す図である。 図２０に示す姿勢検出手段（センサ）による姿勢検知の一例を示す図である。 紙の姿勢を検知する姿勢検出手段（センサ）の別の例を示す図である。 色情報取得に利用する波長帯の例を示す図である。 色情報と紙の姿勢検知を異なる波長の光を利用して行うことを説明する図である。 色情報と紙の姿勢検知を異なる波長の光を利用して行うことを説明する図である。 色情報と紙の姿勢検知を異なる波長の光を利用して行うことを説明する図である。 検知した色情報の補正例を示す図である。 異なる紙サンプルの分光特性を示す図である。 異なる紙サンプルに同一のトナーで画像を形成したときの分光特性を示す図である。 画像の色情報から紙の色情報を分離したときの分光特性を示す図である。 画像形成装置の一構成例を示す概略構成図である。 紙（画像担持媒体）の色情報を取得する画像担持媒体計測センサの構成例を示す図である。 光学配置を変動したときの紙の分光特性を各波長で規格化し、各波長での色情報の変動率を示す図である。

符号の説明

１，１ａ〜１ｄ：紙（画像担持媒体）
２，２ａ〜２ｃ：給紙カセット
３，３ａ〜３ｆ：ローラ
４，４ａ〜４ｂ：ガイド
５：紙押上げ装置
６，６ａ：ローラ
７：ベルト
８：計測領域
９，９ａ：光源（第一の光源）
１０，１０ａ：受光センサ（第一の受光手段
１１：画像
１２，１２ａ〜１２ｄ：バンドパスフィルタ
１３：角度検知用光源（第二の光源）
１４：角度検知用受光素子（第二の受光手段）
１５：制御装置
１６：走査光学系
１７：感光体
１８：中間転写体（画像担持媒体）
１９：定着手段
２０：排紙ローラ
２１：排紙部

Claims (7)

1. 画像形成装置に用いられる画像計測装置であって、
   画像形成装置の画像形成時において、画像担持媒体上に形成された画像に所定の波長の光を照射する単一のまたは複数の第一の光源と、
   前記光源から照射され前記画像担持媒体上に形成された画像からの反射光を受光する単一のまたは複数の第一の受光手段と、
   前記画像担持媒体の姿勢を検出する姿勢検出手段とを有し、
   前記光源と前記受光手段により得られる前記画像の色情報を、前記姿勢検出手段により得られた前記画像担持媒体の姿勢から補正するものであって、
   前記姿勢検出手段により、前記画像担持媒体の姿勢の変動を検出した場合、
   当該画像担持媒体の姿勢を変化させるパラメータに対し各波長の２点に基づき、前記画像担持媒体の色情報の変動を推定することを特徴とする画像計測装置。
2. 請求項１に記載の画像計測装置において、
   前記姿勢検出手段は第二の光源と、第二の受光手段を有する単一のまたは複数の組合せからなることを特徴とする画像計測装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の画像計測装置において、
   前記第二の光源は前記第一の光源と異なる波長特性を有することを特徴とする画像計測装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像計測装置において、
   前記第一の光源手段および前記第二の光源手段は単一の波長特性を有し、各光源に波長を限定する波長限定手段を有することを特徴とする画像計測装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像計測装置において、
   前記媒体の姿勢における分光反射率テーブルを有し、前記姿勢検出手段に検出される前記媒体の姿勢から、前記第一の受光手段により取得される色情報を補正することを特徴とする画像計測装置。
6. 請求項５に記載の画像計測装置において、
   前記分光反射率テーブルは紙の分光特性と分離していることを特徴とする画像計測装置。
7. 画像担持媒体上に画像を形成する画像形成装置において、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の画像計測装置を有し、出力予定の画像特性と計測した画像特性が異なる場合、画像の色補正をすることを特徴とする画像形成装置。

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