JP5411778B2 - 分光測色装置、およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
従来の回折型の分光測色器として、一般的に用いられているローランド型の回折型の分光測色器を図12に示す。
不図示の照明光学系により照明された被写体からの散乱光である検知光束が入射窓208から検知光学装置内に入射する。反射型の凹面回折素子204により分光され、一次元アレイ型検出器(一次元アレイ型受光素子)203により分光強度分布として取得される。このような構成の場合、検知光束の入射窓208のサイズを十分に小さくしないと、一次元アレイ型検出器203上での分光解像度が十分に得られないという問題がある。この問題の解決事例として特許文献4や特許文献5のように入射窓として絞りを配置した事例がある。ローランド型の場合、絞りとアレイ状検出器との回折格子による結像倍率は等倍となるので、絞りの幅はアレイ状検出器上に配列した各受光素子の配列方向の幅と同程度の幅である絞りを用意することが望ましい。特許文献4では、被検体からの被検知光束を、ミラーと結像レンズを介して絞りに結像するように、被検体と絞りを共役に構成している。このように結像することで光の利用効率が向上する。特許文献5では光ファイバーから出射した被検知光束を、結像レンズを用いて絞りに結像している。
本発明に係る分光測色装置のさらなる実施形態においては、前記入射屈折面と前記全反射面と前記出射屈折面とは一体化されていることを特徴とする。
本発明に係る画像形成装置のさらなる実施形態においては、前記分光測色装置を有し、前記分光測色装置の検出結果に基づき画像信号を補正する制御手段を備える。
本実施例では本発明の分光用反射型回折素子を用いた分光測色装置の実施例を説明する。
図1は、本発明の実施形態にかかわる導光光学系として、入射屈折面、全反射面、出射屈折面が配置された一体化された導光素子を用いた分光型測色装置の斜視図である。図2は要部断面図、図3は要部斜視図である。図4及び図5は発明の効果を説明する図である。図6はローランド型の分光器を説明する図である。
被照明領域34内の読み取り域35は、被検体3の移動方向(矢印A)に対して垂直な方向に細長い領域である。
一次元アレイ型検出器7には複数の受光画素71が水平方向に並べられている。受光画素71は波長ごとに集光された絞り像の強度を検出信号として出力する。検出信号は不図示の信号処理回路により波長に対応する信号として検知される。またSiフォトダイオードアレイはその構成上、近赤外近傍の分光感度が高く、短波長になるにしたがって分光感度が低い特性を有する。信号処理回路はこのような分光感度も勘案して処理信号を発生可能な構成となっている。
したがって、一次元アレイ型検出器7の受光画素71と絞り5の形状は、相似形とする事が望ましい。実施例1の絞り5は第1の方向に長い矩形形状の絞りとしている。
受光画素71の高さ方向を大きく取り、また絞り5の高さ(幅方向(短手方向)と直交する方向:以後、長手方向と記す)を大きく取れば、受光画素71で受光する光量を増やす事ができる。これにより微量な光束も検知できる高感度な分光器にする事ができる。高感度な分光器にできればカラーパッチを照明する光源1の光量を減らし、電力を低減することも可能になる。
図6(b)は凹面反射型回折素子6の分光方向の断面図である。ベース面であるアナモフィックな光学面61上に微細なブレーズ格子62が多数構成されている。(なおブレーズ格子62は誇張して記載している)
本実施例の分光器の諸仕様および凹面反射型回折素子6の形状を表1および表2に示す。
また、これは言いかえれば回折格子の格子高さhに置き換えても同義である。
図2のように、読み取り領域35断面と光軸との交点を原点とし、光軸に沿った方向であって、シリンダ全反射面42から読み取り領域35側へ向かう方向をY軸方向と定義する。また、読み取り領域35断面内における被検体3の移動方向(図1における矢印Aの方向)に対して垂直な方向であって出射面43側の方向をX軸方向と定義する。このようにXY座標系を定義したときの入射面41、シリンダ全反射面42、出射面43、絞り5の面位置座標と曲率などの諸元を表3に示す。
従って、絞り5の開口の長手方向の長さLSと傾斜角度θを用いて、導光素子4に一番近い集光位置86aと一番遠い集光位置86cの光軸方向における距離Lは、L=LS×tanθ、と表せる。図2においては、θ=45°なのでL=LSとなっている。
その際、距離Lは、0.70×LS乃至1.43×LSの範囲の値となる。従って、0.70<L/LS<1.43となる。
このため、ピントずれによる光量変動が生じない。
第1断面内において、導光素子4の出射光束のNAと分光検知光学系の入射光束のNAをほぼ等しくなるように各光学素子の光学有効域を設定し、光束エネルギーのロスを最小限にした適切な素子の大きさを決める事が望ましい。
シリンダレンズ入射面46aは紙面と直交する面内で一定の曲率を有する凸面状のシリンダ面である。この結果、シリンダレンズ入射面46aは、球面レンズ44で略平行光となった入射光束を紙面と直交し光軸と平行な第1断面内でのみ集光し、紙面と平行な第2断面内では集光作用を与えずに、第2断面内で光束を折り曲げている。
シリンダレンズ入射面47aは紙面と直交し光軸と平行な面内で曲率を有する凸面状の特殊シリンダ面(アナモフィックな光学面)である。特殊シリンダ面とはシリンダ面の母線方向によって曲率が異なる面、いわゆる、円錐面である。具体的に主光線85b付近の曲率は3.5mm、マージナル光線85a付近の曲率は3.0mm、マージナル光線85c付近の曲率は4.0mmに設定されている。
つまり、一番近い集光位置86aと一番遠い集光位置86cの間に無数の集光位置が存在するため、絞りの光軸方向の位置に拠らず、検知光束の一部が必ず絞り上に集光する。このため、ピントずれによる光量変動が生じない。
2:集光素子
3:被検体(基準カラーパッチ)
4:導光素子
41:球面入射面
42:シリンダ凹面全反射面
43:平面出射面
5:絞り
6:凹面回折素子
7:一次元アレイ型検出器(Siフォトダイオードアレイ)
85:検知光束
86:検知光束の集光位置
Claims (14)
- 絞りと、被検体からの光束を前記絞りに導く導光光学系と、前記絞りを通過した光束を分光する分光素子と、該分光素子により分光された光束を受光する受光素子と、を備える分光測色装置であって、
前記導光光学系は、前記被検体からの光束を第1断面内において集光しており、
前記導光光学系により集光される光束の前記第1断面内での集光位置は、前記第1断面に垂直でかつ前記導光光学系の出射側の光軸に平行な第2断面内において、前記第1断面に垂直な方向の位置によって前記光軸の方向に異なり、
前記絞りは、前記導光光学系により集光される光束の前記第1断面内での集光位置のうち、前記光軸の方向において前記導光光学系に最も近い集光位置と前記導光光学系から最も遠い集光位置との間に配置されている
ことを特徴とする分光測色装置。 - 前記導光光学系は、前記第2断面内でのパワーよりも、前記第1断面内でのパワーの方が大きいアナモフィックな光学面を有することを特徴とする請求項1に記載の分光測色装置。
- 前記アナモフィックな光学面は、前記第1断面内での曲率が前記第1断面に垂直な方向によって異なる円錐面であることを特徴とする請求項2に記載の分光測色装置。
- 前記アナモフィックな光学面は、前記第1断面内の曲率が前記第1断面に垂直な方向によって一定となるシリンダ面であり、該シリンダ面は、前記第2断面内において前記光軸の方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項2に記載の分光測色装置。
- 前記光軸の方向において前記導光光学系に最も近い前記集光位置と前記導光光学系から最も遠い前記集光位置との間の前記光軸の方向における距離L(mm)は、前記絞りの長手方向の長さをLS(mm)とする時、
0.58<L/LS<1.73
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の分光測色装置。 - 前記導光光学系は、前記被検体側から順に、入射屈折面と全反射面と出射屈折面とを有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の分光測色装置。
- 前記入射屈折面と前記全反射面と前記出射屈折面とは一体化されていることを特徴とする請求項6に記載の分光測色装置。
- 前記全反射面は、前記第2断面内でのパワーよりも前記第1断面内でのパワーの方が大きいアナモフィックな反射面であることを特徴とする請求項6又は7に記載の分光測色装置。
- 前記入射屈折面のパワーが前記出射屈折面のパワーよりも大きいことを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の分光測色装置。
- 前記入射屈折面の前側焦点位置に配置された被検体の画像の色を検出することを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載の分光測色装置。
- 前記絞りは、前記絞りの長手方向が前記第1断面に垂直な方向に一致するように配置されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の分光測色装置。
- 前記被検体を照明する照明光学系と、前記受光素子の出力に基づき前記被検体の色度を算出する解析部と、を備えることを特徴とする、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の分光測色装置。
- 画像信号に応じて感光面上に形成される潜像をトナー像として現像する現像器と、
前記現像されたトナー像を記録材に定着させる定着器と、
前記記録材に形成された画像の色を検出する請求項1乃至12のいずれか1項に記載の分光測色装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記分光測色装置の検出結果に基づき前記画像信号を補正する制御手段を有することを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置。
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