JP5440110B2 - 分光特性取得装置、分光特性取得方法、画像評価装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像担持媒体に形成された画像の分光特性を取得する分光特性取得装置、分光特性取得方法、及び前記分光特性取得装置を有する画像評価装置、並びに前記画像評価装置を有する画像形成装置に関する。

市場にはプリンター、複写機、それらと通信機能等の高付加価値製品である複合機、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，感熱方式等様々である。又、プロダクションプリンティング分野においても枚葉機、連帳機ともにデジタル化が進み、電子写真方式、インクジェット方式などの製品が多く市場投入されている。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、高精細高密度化がすすみ、写真高画質プリント、カタログ印刷、請求書等への個人嗜好に対応した広告掲載等、消費者の手元に届くサービス形態の多様化が進み、高画質、個人情報の保証、色再現への要求も高まっている。

高画質化に対応した技術として、電子写真方式では中間転写体や感光体上の定着前のトナー濃度を検知する濃度センサを搭載しトナー供給量を安定化するもの、個人情報の保証では画像形成方式によらず出力画像をカメラ等で撮像し文字認識や画像間差分による差異検出で検査するもの、色再現ではカラーパッチを出力し分光計で一点又は複数点の色計測を実行しキャリブレーションを行うもの等が上市されてきた。これらの技術は、ページ間、ページ内での画像変動に対応するため、画像全域で実行されることが望ましい。画像の全幅計測における評価技術の例を以下に示す。

例えば、ライン状の受光素子を複数並べて測定対象を検出系に対し相対的に移動する機構を設定し、全幅の分光特性を計測する。その際、受光素子間で検出対象領域からの反射光のクロストークが生じないように遮光壁を設定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

又、画像の全幅で異なる波長帯を有する光源で連続的に照射し、反射光を取得して全幅の分光特性を取得する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

又、印刷面全幅に光を照射し、ラインセンサカメラで特定領域の濃度を検出し、平均化することで基準濃度と比較する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

又、原稿と特定原稿を複数回走査して、共通する色味情報を画像間論理和等の処理から類似度を判定する技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。

又、印刷面全幅に光を照射し、２次元の画素構造を持つＣＣＤと回折素子又は屈折素子の組み合わせにより全幅の分光特性を取得する技術が開示されている（例えば、特許文献５参照）。

しかしながら、画像の色を全幅で計測しようとした場合、異なる波長帯に限定した複数の光を照射してエリアセンサで撮像するか、ラインセンサで撮像しながら計測系と被検対象を相対的に移動する構成、又は、撮像系を複数設定し、撮像系に入射する被検対象からの反射光の波長帯を限定する構成が一般的に考えられる。その際、取得される複数の波長帯に対応した画像において、画像間で被検対象とする位置にずれが生じた場合、被検対象の各位置での色情報を正確に計測することが不可能となる。

ここで波長帯の異なる複数の画像から色情報を正確に計測する方法として、各画像の被検対象の位置で取得される反射光量の強度をリファレンスとなる現画像や原稿データと比較する方法や、各画像の被検対象の位置で取得される反射光量の強度からウィナー推定などを適用して連続分光特性を推測する方法などがある。そのため、各画像で異なる位置を被検対象とした場合、リファレンスとの比較や、連続分光特性の推定に誤差が生じることとなる。

特許文献１に開示されている技術は、ライン状の計測系であり、被検対象の画像の色を全幅で計測できる一般的な構成を成すが、各波長帯で得られる画像の位置ずれを低減する方策は備えていないという問題があった。

特許文献２に開示されている技術は、異なる波長帯を有する光源からの連続的な照射光による被検対象からの反射光を取得する構成では、時間軸が生じ、被検対象の同一箇所を計測することは不可能である。仮に、当該構成で光源と受光系の組合せを複数備えたとしても、波長帯の異なる各画像の被検対象位置がずれる虞が多分にあるという問題があった。

特許文献３に開示されている技術は、全幅で色情報を取得する構成は同様であるが、検知した領域の濃度を平均化する工程により代表値としていると考えら、被検対象の色分布に関しては保証できないという問題があった。

特許文献４に開示されている技術は、波長帯ごとに原稿と被検対象を画像間演算により比較して判定しているが、被検対象の色変動は特定できない。また、個別に得られる画像の色情報から、画像を再構成しても、実際の被検対象に色変動が生じているかは判定不可能であるという問題があった。

特許文献５に開示されている技術は、２次元画素構造を有するＣＣＤのデータ読み出し特性上の制約からラインセンサに対して読み出し速度が格段に遅くなるため、読み取り対象物である画像担持媒体（紙等）の色情報を取得する速度に大きな制約が存在するという問題があった。

上記の点に鑑みて、読み取り対象物の分光特性を全幅で計測する際に、高速なデータ読み出しができ、複数の波長帯における観測位置の位置合わせが不要な分光特性取得装置、分光特性取得方法、画像評価装置、及び画像形成装置を提供することを課題とする。

本分光特性取得装置は、光照射手段から対象物に照射された光の反射光を分光する分光手段と、複数の画素を含む複数の分光センサが配列され、前記分光手段により分光された反射光を受光する受光手段と、を有し、前記分光手段は、複数の開口部が並んだホールアレイと、前記ホールアレイの各開口部を通過した光を前記受光手段に結像するレンズが並んだレンズアレイと、前記レンズアレイで結像した光を回折する回折手段と、を備え、隣接する前記分光センサ間には不要光を遮光する不要光遮光手段が設けられ、前記ホールアレイの各開口部の中心と前記レンズアレイの各レンズの中心が一致していないことを要件とする。

本分光特性取得方法は、複数の開口部が並んだホールアレイと、前記ホールアレイの各開口部を通過した光を前記受光手段に結像するレンズが並んだレンズアレイと、前記レンズアレイで結像した光を回折する回折手段と、を備えた分光手段によって、光照射手段から対象物に照射された光の反射光を分光する分光工程と、複数の画素を含む複数の分光センサが配列される受光手段によって、前記分光工程により分光された反射光を受光する受光工程と、を有し、前記分光工程及び前記受光工程では、隣接する前記分光センサ間に不要光を遮光する不要光遮光手段を設け、前記ホールアレイの各開口部の中心と前記レンズアレイの各レンズの中心を一致させないことを要件とする。

開示の技術によれば、読み取り対象物の分光特性を全幅で計測する際に、高速なデータ読み出しができ、複数の波長帯における観測位置の位置合わせが不要な分光特性取得装置、分光特性取得方法、画像評価装置、及び画像形成装置を提供することができる。

第１の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する図である。 フィルタアレイの断面構造を模式的に例示する図である。 フィルタアレイの分光透過率を例示する図である。 ラインセンサの画素構造を模式的に例示する図である。 第２の実施の形態に係る分光特性取得装置の一部分を例示する図である。 図５のロッドアレイ近傍を拡大して模式的に例示する図である。 ロッドアレイの構造の他の例を示す図である。 第３の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する図である。 第４の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する図である。 図９の一部を拡大して模式的に例示する図である。 ピンホールアレイの構造の一例を示す図である。 ピンホールアレイの構造の他の例を示す図である。 テーパロッドアレイの構造を例示する図である。 テーパロッドアレイの製造方法を例示する図である。 図１４に示す製造方法で実際に製造した光学素子を例示する図である。 第５の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する図である。 図１６の一部を拡大して模式的に例示する図である。 ラインセンサへ入射する光を入射面側から見た状態を示す写真（その１）である。 回折素子の配置について説明するための図（その１）である。 回折素子の配置について説明するための図（その２）である。 回折素子の配置について説明するための図（その３）である。 回折素子の配置について説明するための図（その４）である。 ラインセンサへ入射する光を入射面側から見た状態を示す写真（その２）である。 入射光の波長λと＋１次光Ｂの回折像のＸ方向の回折位置ａｘとの関係を例示する図である。 入射光の波長λと＋１次光Ｂの回折像のＹ方向の回折位置ａｙとの関係を例示する図である。 回折素子の配置について説明するための図（その５）である。 回折素子の配置について説明するための図（その６）である。 回折素子の配置について説明するための図（その７）である。 遮光壁について説明するための図（その１）である。 遮光壁について説明するための図（その２）である。 遮光壁について説明するための図（その３）である。 遮光壁について説明するための図（その４）である。 シミュレーションに用いたトナー画像の分光分布を例示する図である。 シミュレーション結果を例示する図である。 第１０の実施の形態に係る画像評価装置を例示する図である。 第１１の実施の形態に係る画像形成装置を例示する図である。

以下、図面を参照して、実施の形態の説明を行う。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する図である。図１を参照するに、分光特性取得装置１０は、ライン照明光源１１と、コリメートレンズ１２と、結像光学系１３と、フィルタアレイ１４と、ラインセンサ１５とを有する。９０は、画像担持媒体（紙等）を示している。

ライン照明光源１１は、光を照射する機能を有する。ライン照明光源１１としては、例えば可視光のほぼ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。ライン照明光源１１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。ただし、ライン照明光源１１は、分光に必要な波長領域の光を発するものであって、かつ観測領域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。コリメートレンズ１２は、ライン照明光源１１から出射された光を画像担持媒体９０にコリメートして（平行光として）照射する機能を有する。ライン照明光源１１及びコリメートレンズ１２は、本発明に係る光照射手段の代表的な一例を構成している。ただし、コリメートレンズ１２は、省略することも可能である。

結像光学系１３は、複数枚のレンズから構成され、画像担持媒体９０に照射された光の拡散反射光を、フィルタアレイ１４を介してラインセンサ１５に結像する結像手段としての機能を有する。フィルタアレイ１４は、所定の波長帯の光のみを透過する機能を有する。結像光学系１３及びフィルタアレイ１４は、本発明に係る分光手段の代表的な一例を構成している。

ラインセンサ１５は、複数の画素から構成され、フィルタアレイ１４を介して入射する所定の波長帯の拡散反射光量を取得する受光手段としての機能を有する。ラインセンサ１５としては、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor Device）、ＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor Device）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＩＳ（Contact Image Sensor）等を用いることができる。

ここで、フィルタアレイ１４及びラインセンサ１５について更に詳しく説明する。図２は、フィルタアレイの断面構造を模式的に例示する図である。図２において、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図２を参照するに、フィルタアレイ１４は、ガラス基板１６上に成膜された第一の反射層１７と、階段状の形状を有するスペーサー層１８と、スペーサー層１８の更に上に成膜された第二の反射層１９とを有する。第一の反射層１７、スペーサー層１８、及び第二の反射層１９はファブリーペロー干渉フィルタを構成しており、スペーサー層１８の厚みが場所によって異なることから複数の分光透過特性を有するフィルタアレイを実現することができる。

フィルタアレイ１４は、画像担持媒体９０に照射された光の拡散反射光を分光するフィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ等が一方向に複数個配列されたものである。フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ等のそれぞれにおいて、スペーサー層１８の有する階段の個数はＮ個（Ｎ≧２の自然数、以下同じ）である。スペーサー層１８の有するＮ個の階段は、透過波長特性の異なるＮ個の波長別フィルタを構成している。

第一の反射層１７及び第二の反射層１９の材料としては、可視光全域において反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）等を用いることが好ましい。スペーサー層１８の材料としては、可視光に対して透過率の高い二酸化珪素（ＳｉＯ_２）等を用いることができる。一例として、第一の反射層１７及び第二の反射層１９としてそれぞれ３０ｎｍ厚の銀（Ａｇ）を、スペーサー層１８として二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を用いた場合のフィルタアレイ１４の分光透過率を図３に例示する。図３は、フィルタアレイの分光透過率を例示する図である。図３において、記載されている数字はスペーサー層１８の厚みを示している。図３を参照するに、スペーサー層１８は場所によって９０ｎｍ〜１６５ｎｍまで１５ｎｍ刻みで厚みが変調されているため、場所によって分光透過率が異なるフィルタアレイを実現している。

このようにして、透過率の異なるＮ個の波長別フィルタを有するフィルタを複数個配列したフィルタアレイを実現することができる。図３の例ではＮ＝６（階段の段数が６個）である。なお、図２ではスペーサー層１８が階段状であるものを例示したが、スペーサー層１８は楔形状であっても構わない。又、フィルタアレイの構成としてはファブリーペロー干渉フィルタに限定されず、場所によって異なる膜構成を有する誘電体多層膜を用いた構成や、複数の吸収色素を塗布した構成、フォトニック結晶構造からなる構成等多くの既存の発明を利用することが可能である。又、衝撃や振動等による位置ずれの影響を防ぐために、フィルタアレイ１４とラインセンサ１５とは一体化していることが好ましい。

図４は、ラインセンサの画素構造を模式的に例示する図である。図４において、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図４を参照するに、ラインセンサ１５は、複数の画素がＹ方向（図１の奥行き方向）に一列に配列した画素構造を有する。ラインセンサ１５は、Ｙ方向に並設されたＮ個の画素を一群とする分光センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ等がＹ方向に複数個配列された分光センサアレイを構成している。分光センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ等は、Ｙ方向に配列された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。

分光センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ等を構成する画素数であるNの値は、フィルタアレイ１４を構成する波長別フィルタの数Ｎに対応している。図４の例ではＮ＝６である。分光センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ等を構成するN個の画素には、フィルタアレイ１４によって分離された互いに異なる分光特性を持つN個の光が入射する。

図１に戻って、読み取り対象物である画像担持媒体９０上の画像は、照明光源１１及びコリメートレンズ１２によって構成される光照射手段によって、画像担持媒体９０の奥行き方向（図１のＹ方向）に広がりのあるライン状に照明される。画像担持媒体９０上の画像からの拡散反射光は、結像光学系１３及びフィルタアレイ１４によって構成される分光手段によって、ラインセンサ１５へ導かれる。

図１に例示する光学系は、照明光源１１から出射される照明光が画像担持媒体９０に対して略斜め４５度より入射し、ラインセンサ１５が画像担持媒体９０から垂直方向に拡散反射する光を受光する所謂４５／０光学系である。しかしながら、光学系の構成は図１に例示するものに限定されず、例えば、照明光源１１から出射される照明光が画像担持媒体９０に対して垂直に入射し、ラインセンサ１５が画像担持媒体９０から４５度方向に拡散する光を受光する所謂０／４５光学系等としても構わない。

このように、第１の実施の形態に係る分光特性取得装置は、所定の方向に配列された互いに分光特性の異なる光を受光する複数（Ｎ個）の画素を有する分光センサが、前記所定の方向に複数個配列された分光センサアレイを構成するラインセンサを用いて分光特性を取得する。その結果、読み出し速度が遅い２次元画素構造を有するセンサを用いずに分光特性を取得できるため、高速なデータの読み出しが可能となる。

又、複数の波長帯をそれぞれ別の撮像系で撮影し、後で合成を行う構成を有する従来の分光特性取得装置では、それぞれの撮像系の観測位置の位置合わせの必要性、もしくは観測位置の位置ずれの問題が生じ、構成も複雑になる。第１の実施の形態に係る分光特性取得装置は、一列のラインセンサから成る構成を有するので、観測位置の位置ずれが生じないため位置合わせは必要ない。その結果、高精度な分光特性取得装置を簡単な構成により実現することができる。

すなわち、第１の実施の形態によれば、読み取り対象物の分光特性を全幅で計測する際に、高速なデータ読み出しができ、複数の波長帯における観測位置の位置合わせが不要な分光特性取得装置を実現することができる。

〈第２の実施の形態〉
第１の実施の形態では、図１に示すように画像担持媒体９０上の画像が結像光学系１３によってラインセンサ１５上に結像しているため、１つの分光センサ（例えば分光センサ１５ａ）を構成するN個の画素それぞれは画像担持媒体９０上の画像の異なる位置からの光を受光することになる。ラインセンサ１５上に結像される像が、画素構造よりも粗い構造を持っている際には問題とならないが、画素構造と同程度の細かい構造を有する際には１つの分光センサ（例えば分光センサ１５ａ）を構成する複数の画素間で異なる像を見ていることとなり、測定対象の正確な分光特性を得ることが困難であるという問題が生じる。そこで第２の実施の形態では、このような問題を解決するために、図１に示す分光特性取得装置に均質光学系を追加する例を示す。

図５は、第２の実施の形態に係る分光特性取得装置の一部分を例示する図である。図５において、図１及び図４と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図５を参照するに、分光特性取得装置２０は、支持基板２１上に形成された中空状のロッドアレイ２２を有する。支持基板２１上に形成された中空状のロッドアレイ２２は、均質光学系として機能する。支持基板２１上に形成された中空状のロッドアレイ２２以外の構成については、第１の実施の形態の分光特性取得装置１０と同様である。以下、第１の実施の形態と共通する部分についてはその説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。

支持基板２１上に形成された中空状のロッドアレイ２２は、ラインセンサ１５に近接して配置されたフィルタアレイ１４と結像光学系１３との間に配置されている。ロッドアレイ２２の側面には金属が蒸着されており、高い反射率を有している。結像光学系１３によって、読み取り対象物の像はロッドアレイ２２の開口部（図５中の点線部）に結像される（図５中の点線部が結像面となる）。ロッドアレイ２２に入射した光は、図５中の矢印で示すようにロッドアレイ２２の側面で反射を繰り返すことによって均質化された後に、フィルタアレイ１４及びラインセンサ１５へ入射する。これによって、結像面では細かい像が結像されていても、N個の画素へ入射する光は均質化されるため、画素間で異なる像を見ることを回避することが可能となる。

図６は、図５のロッドアレイ近傍を拡大して模式的に例示する図である。図６において、図５と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図６を参照するに、ロッドアレイ２２は、均質化光学材料として反射部材を用い、中空構造の側面２２ａを反射面として入射光の均質化を行う。反射面は、例えば中空構造の側面２２ａに金属が蒸着されたものである。側面２２ａに蒸着する金属としては、例えば可視光に対して反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）等を用いることができる。図６に示すロッドアレイ２２において、均質化光学材料として反射部材の代わりに散乱体を用いることも可能である。このとき、散乱体としては分光特性がほとんど無く高い反射率を有する白色散乱体を用いることが好ましい。白色散乱体としては、例えば硫酸バリウム粉末を塗布したもの、酸化チタンなどの金属酸化物微粒子を塗布したもの、ポリエステルなどを発泡させた発泡ポリマーを塗布したもの等用いることができる。これらの散乱材料はスプレーコートなどによって中空構造の側面２２ａに塗布することが可能である。

図７は、ロッドアレイの構造の他の例を示す図である。図７において、図５と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図６に示すロッドアレイ２２に代えて、図７に示すロッドアレイ２４を用いても構わない。図７を参照するに、ロッドアレイ２４は、均質化光学材料として透明体２４ｂを用い、透明体２４ｂの内部全反射によって入射光の均質化を行うもの等を用いることができる。透明体２４ｂとしては、例えばガラスや石英などの無機物、ポリカーボネート、シクロオレフィン系ポリマー等のポリマーを用いることができる。図７に例示する内部全反射を利用した構成では、ロッドアレイ２４を例えば射出成型等によって型から簡単に作製することが可能であるためより有用である。

このように、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。すなわち、第２の実施の形態に係る分光特性取得装置は、読み取り対象物からの拡散反射光を複数回の反射若しくは散乱によって均質化する均質光学系を有する。その結果、分光センサを構成するN個の画素は読み取り対象物の略同一箇所からの散乱光を受光することが可能となり、N個の画素が互いに異なる位置からの光を受光することによる測定誤差を回避することができ、測定対象のより正確な分光特性を得ることができる。

〈第３の実施の形態〉
第１の実施の形態では、１次元の分光特性を取得する例を示したが、第３の実施の形態では、２次元の分光特性を取得する例を示す。図１に示す分光特性取得装置１０において、画像担持媒体９０を図１のＸ方向に搬送する搬送手段を設け、画像担持媒体９０を搬送しながらライン状（１次元）の分光特性を連続的に取得することにより、２次元の分光特性を取得することができる。又、図１に示す分光特性取得装置１０に搬送手段を設ける構成に代えて、分光センサアレイを駆動してスキャンする方法や、分光センサアレイに走査光学系が組み込まれており走査光学系によって測定位置を走査する方法により、２次元の分光特性を取得することができる。以下に２次元の分光特性を取得する構成の一例を示すが、第１の実施の形態と共通する部分についてはその説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。

図８は、第３の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する図である。図８において、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図８を参照するに分光特性取得装置３０は、第１走行体３１と、第２走行体３２と、結像光学系１３と、フィルタアレイ１４と、ラインセンサ１５とを有する。第１走行体３１及び第２走行体３２は、本発明に係る移動手段の代表的な一例を構成している。

第１走行体３１は、ライン照明光源１１と、コリメートレンズ１２と、第１ミラー３１ａとを有し、駆動機構（図示せず）によって、Ｘ方向に走行可能に構成されている。第１ミラー３１ａは、ライン照明光源１１からコリメートレンズ１２を介して画像担持媒体９０に照射された光の拡散反射光を第２ミラー３２ａの方向に反射する機能を有する。第１ミラー３１ａとしては、例えば表面が金属膜等でコーティングされた反射鏡等を用いることができる。

第２走行体３２は、第２ミラー３２ａと、第３ミラー３２ｂとを有し、駆動機構（図示せず）によって、Ｘ方向に走行可能に構成されている。ただし、第２走行体３２は、例えば第１走行体３１が移動した距離の半分だけ移動するように構成されている。第２ミラー３２ａは、第１ミラー３１ａにより反射された拡散反射光を第３ミラー３２ｂの方向に反射する機能を有する。第３ミラー３２ｂは、第２ミラー３２ａにより反射された拡散反射光を結像光学系１３の方向に反射する機能を有する。第２ミラー３２ａ及び第３ミラー３２ｂとしては、例えば表面が金属膜等でコーティングされた反射鏡等を用いることができる。第２走行体３２が例えば第１走行体３１が移動した距離の半分だけ移動して測定箇所を連続的に変えることにより、２次元の分光特性を取得することができる。なお、分光特性取得装置３０は、画像担持媒体９０をＸ方向に搬送する搬送手段を備えていない。

このように、第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。すなわち、第３の実施の形態に係る分光特性取得装置は、画像担持媒体上を走査する移動手段を有する。その結果、画像担持媒体上を走査しながら一方向の分光データを連続的に取得することによって、画像担持媒体の２次元の分光特性を得ることができる。

〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なる分光特性取得装置の例を示す。以下、第１の実施の形態と共通する部分についてはその説明を省略し、第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。

図９は、第４の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する図である。図１０は、図９の一部を拡大して模式的に例示する図である。図９及び図１０において、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図９及び図１０を参照するに、分光特性取得装置４０は、ライン照明光源１１と、コリメートレンズ１２と、ラインセンサ１５と、回折素子４１と、第一の結像手段である結像光学系４２と、ピンホールアレイ４３と、セルフォックレンズ４４とを有する。ピンホールアレイ４３は、本発明に係る開口列の代表的な一例である。

なお、照明光学系（ライン照明光源１１とコリメートレンズ１２）は図示されていないが、図１で説明したものと全く同じであり紙面奥行き方向（Ｘ方向）より斜め４５度で照射する照明光学系が備わっている。

図９中の点線は、画像担持媒体９０からの拡散反射光の代表的な光路を模式的に示している。画像担持媒体９０上の画像はセルフォックレンズ４４によって、ピンホールアレイ４３上に結像され領域分割される。又、ピンホールアレイ４３上の領域分割された像は結像光学系４２及び、回折素子４１によって分光された後にラインセンサ１５の画素上に結像される。

回折素子４１は、ラインセンサ１５に近接して配置されており、図１０中の点線で光路を模式的に示すように、入射光を回折させることでラインセンサ１５のN個の画素に異なる分光特性を有する光を入射させている。回折素子４１は、例えば透明基板上に鋸歯形状の構造が周期的に形成されたものである。回折素子４１の鋸歯形状部の周期をｐとすると、回折素子４１へ角度αで入射する波長λの光は、式（数１）で表される角度θmに回折する。式（数１）において、ｍは回折格子の次数であり、正負の整数の値を採ることができる。

回折素子４１の形状を図１０に示すような鋸歯形状とすることで、＋1次の回折光強度を強くすることが可能であり、最も望ましい。鋸歯形状の他に、階段状の形状を取ることも可能である。又、ラインセンサ１５の画素周期ｄを１０μｍとすると、回折素子４１の周期ｐが１０μｍで、回折素子４１の回折部とラインセンサ１５との距離が２ｍｍのときに、可視光をおおよそ６画素に分光して入射することが可能である。

図１１は、ピンホールアレイの構造の一例を示す図である。図１１を参照するに、ピンホールアレイ４３は、遮光部４３ａに光が透過する複数個の開口部である矩形のスリット４３ｂが一列に並んだ構造を有する。１つのスリット４３ｂからの光線が図１０中に示した点線の光路を取り、ラインセンサ１５のN個の画素へ入射する。１つのスリット４３ｂが１つの分光センサに対応しており、１つのスリット４３ｂとN個の画素は結像関係にある。

更に、スリット４３ｂ及びN個の画素がそれぞれ並列して形成されていることによって、分光センサアレイに対応することができる。ピンホールアレイ４３としては、黒化処理をした金属板に穴が開いたものや、ガラス基板上に所定の形状でクロムやカーボン含有樹脂等の黒色部材が形成されたもの等を用いることができる。

図１２は、ピンホールアレイの構造の他の例を示す図である。図１２を参照するに、ピンホールアレイ４３は、遮光部４３ｃに光が透過する複数個の開口部である矩形のスリット４３ｄが一列に並んだ構造を有する。スリット４３ｄは複数の大きさを有し、所望の波長分解能に応じてピンホールアレイ４３の位置を切り替え可能としている。又、開口部の形状は矩形に限られるわけでは無く、楕円や円形、或いはその他の形状であっても良い。

図９において、セルフォックレンズ４４は必ずしも必要では無く、ピンホールアレイ４３と画像担持媒体９０が近接して配置されている構成でも良い。又、セルフォックレンズ４４に代えて、マイクロレンズアレイを適用してもよい。若しくは、図１３に示すように、テーパロッドアレイのような均質光学素子がピンホールアレイ４３と一体的に配置された構成を取ることも可能である。図１３は、テーパロッドアレイの構造を例示する図である。図１３において、矢印は光線を模式的に表したものである。

図１３を参照するに、テーパロッドアレイ４５は、透明基板４５ａと、透明基板４５ａ上に形成された開口部４５ｘを有する遮光部４５ｂと、開口部４５ｘに形成されたテーパロッド４５ｃとを有する。テーパロッド４５ｃの側面４５ｄは反射面若しくは内部全反射面になっており、入射面４５ｅより浅い角度で入射した光は反射を繰り返して均質化された後に出射面４５ｆより出射する。又、入射面４５ｅより深い角度で入射した光に関しては、側面で反射を繰り返して入射面より出射される。これによって、テーパロッドアレイでは、所定の範囲、所定の入射角の光を均質化して出射することが可能となる。

図１４は、テーパロッドアレイの製造方法を例示する図である。始めに図１４（ａ）に示す工程では、透明基板４５ａを準備する。透明基板４５ａの材料としては、例えばガラスや石英等を用いることができる。特に、後述する工程において紫外光を照射するため、紫外光に対して透過性の高い石英を用いることがより好ましい。次いで図１４（ｂ）に示す工程では、透明基板４５ａ上に開口部４５ｘを有する遮光部４５ｂを形成する。遮光部４５ｂの材料としては、例えば銀（Ａｇ）等を用いることができる。開口部４５ｘを有する遮光部４５ｂ（例えば銀層）は周知の方法を用いて形成することができ、一例を挙げれば、フォトレジスト等でパターニングした後に金属を成膜しその後フォトレジストを除去するリフトオフ法や、フォトレジストをマスクとして金属層をエッチングする方法等である。

次いで図１４（ｃ）に示す工程では、遮光部４５ｂ上に光硬化性材料４５ｙを塗布する。光硬化性材料４５ｙの材料としては、例えばネガ型フォトレジストであるＳＵ−８等を用いることができる。ＳＵ−８は４００ｎｍ以下の光で硬化し、可視光に対しては高い透過性を有する。材料の塗布には、スピンコート法やスプレーコート法等を用いることができ、塗布後に熱処理プロセス等によって溶媒を蒸発するプロセスがあっても良い。或いは、塗布と熱処理のプロセスを複数回繰り返し、より厚い膜を塗布することも可能である。

次いで図１４（ｄ）に示す工程では、塗布した光硬化性材料４５ｙに対して遮光部４５ｂ側から略平行光である紫外光４５ｚを、遮光部４５ｂの厚さ方向（点線Ａの方向）に対して所定の角度αだけ傾いた状態で照射する。更に、露光中に、透明基板４５ａを点線Ａを回転中心軸として回転させる。これにより、露光した部分がテーパロッド４５ｃとなる。

次いで図１４（ｅ）に示す工程では、光硬化性材料４５ｙの光が照射されていない部分を所定の溶液による現像液及びリンスによって洗い流すことにより、図１４（ｄ）に示す工程で露光した部分であるテーパロッド４５ｃのみが残る。このようにして、最終的にテーパロッド４５ｃが遮光部４５ｂ上に一括で形成される。

図１５は、図１４に示す製造方法で実際に製造した光学素子を例示する図である。図１５は、光学素子を斜めから走査型電子顕微鏡で撮影したものである。下地は遮光部４５ｂを構成する銀膜であり、銀膜の開口部にＳＵ−８レジストのテーパロッドアレイ構造が形成されていることが確認できる。本発明に係る分光特性取得装置に用いる素子としては、図１５で作製された光学素子をダイシングして一列のテーパロッドアレイとしたものを用いることが可能である。

このように、第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。すなわち、第４の実施の形態に係る分光特性取得装置は、分光光学系として少なくともピンホールアレイと、結像手段と、回折素子とを有する。その結果、ピンホールアレイを構成するスリットからの出射光を回折素子によって回折させ、ラインセンサのN個の画素へ異なる波長分布を有する光を導くことが可能となり、高速で、位置合わせの必要が無い高精度な分光特性取得装置を実現することができる。

又、第４の実施の形態に係る分光特性取得装置は、読み取り対象物の像をピンホールアレイ上に結像させる第二の結像光学系を有する。その結果、ピンホールアレイのスリットへ入射する光を読み取り対象物のある範囲内から散乱した光に限定することが可能であり、各分光センサが測定する対象領域の空間分解能がより高い分光特性取得装置を実現することができる。

〈第５の実施の形態〉
第５の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なる分光特性取得装置の例を示す。図１６は、第５の実施の形態に係る分光特性取得装置を例示する図である。図１７は、図１６の一部を拡大して模式的に例示する図である。図１６及び図１７において、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。図１６及び図１７を参照するに、分光特性取得装置５０は、ライン照明光源１１と、コリメートレンズ１２と、ラインセンサ１５と、回折素子５１と、第一の結像手段であるレンズアレイ５２と、ピンホールアレイ５３と、第二の結像手段である結像光学系５４と、遮光壁５５とを有する。

なお、照明光学系（ライン照明光源１１とコリメートレンズ１２）は図示されていないが、図１で説明したものと全く同じであり紙面奥行き方向（Ｘ方向）より斜め４５度で照射する照明光学系が備わっている。

図１６中の点線は、画像担持媒体９０からの拡散反射光の代表的な光路を模式的に示している。画像担持媒体９０上の画像は結像光学系５４によってピンホールアレイ５３上に結像される。又、ピンホールアレイ５３上の像はレンズアレイ５２及び、回折素子５１によって分光された後にラインセンサ１５の画素上に結像される。回折素子５１は、図９及び図１０において説明した回折素子４１と同等のものを用いることが可能である。

図１７中の点線で光路を示すように、レンズアレイ５２を構成する各レンズ５２ａはピンホールアレイ５３を構成する各スリット５３ａに対して１個ずつ設けられており、スリット５３ａ、レンズ５２ａ、及び回折素子５１を通過した光は分光されてラインセンサ１５のN個の画素に導かれる。

遮光壁５５は、ラインセンサ１５へ入射する非回折光（０次光）Ａを最小化するため隣接する分光センサ１５ａ、１５ｂ等の間に設けられている。図１７では、ピンホールアレイ５３を構成する各スリット５３ａの中心と、レンズアレイ５２を構成する各レンズ５２ａの中心軸が一致していない（偏心している）ことにより、図中実線で示される非回折光（０次光）Ａは遮光壁５５に当たることとなる。これによって、ラインセンサ１５へ入射する非回折光（０次光）Ａを最小化することが可能となる。

このように、レンズアレイ５２、ピンホールアレイ５３、及び遮光壁５５は、本発明に係る不要光遮光手段の代表的な一例を構成している。ただし、遮光壁５５は必須の構成要素ではない。なお、非回折光（０次光）Ａがラインセンサ１５に入射するとノイズ成分となり信号が劣化するが、遮光壁５５を設けることにより、非回折光（０次光）Ａを遮断することができる。

このように、第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。すなわち、第５の実施の形態に係る分光特性取得装置は、ノイズの原因となる虞がある回折素子によって回折されない光（不要光）を遮光する不要光遮光手段を有することによって、より精度の高い分光特性取得装置を実現することができる。

更に、回折素子を、回折素子の回折方向がラインセンサの画素が配列している方向と非平行となるように配置することにより、１次光のみをラインセンサへ入射することが可能となる。その結果、ノイズの原因となる虞がある光のラインセンサへの入射が少なくなり、より精度の高い分光特性取得装置を提供することが可能となる。

〈第６の実施の形態〉
第６の実施の形態では、第４の実施の形態に係る分光特性取得装置４０、及び第５の実施の形態に係る分光特性取得装置５０において、所望の次数以外の回折光を遮断する方法について説明する。以下、第４の実施の形態及び第５の実施の形態と共通する部分についてはその説明を省略し、第４の実施の形態及び第５の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。

図１８は、ラインセンサへ入射する光を入射面側から見た状態を示す写真である。図１８は、回折素子４１又は５１が、回折素子４１又は５１の回折方向が、光学系全体の光軸（Ｚ方向）に垂直な面内（ＸＹ平面内）で、ラインセンサ１５の画素が配列している方向（Ｙ方向）と平行となるように配置されている場合の例である。図１８の例では、非回折光（０次光）、＋２次光Ｄ、−２次光や隣接する開口を透過してきた隣接する光束の回折像等がラインセンサ上で重なり合いクロストークを生じて、正確な分光特性の取得が困難となる。

そこで、非回折光（０次光）やその他所望の次数以外の回折光を遮断するために、回折素子が、回折素子の回折方向が、光学系全体の光軸（Ｚ方向）に垂直な面内（ＸＹ平面内）で、ラインセンサ１５の画素が配列している方向（Ｙ方向）と非平行となるように（ラインセンサ１５の画素が配列している方向に対して所定の角度を有するように）配置されていることが好ましい。これに関して図１９〜図２３を用いて説明する。

図１９は、回折素子の配置について説明するための図であり、ラインセンサ１５及びラインセンサ１５へ入射する光を入射面側から見た状態を示している。図１９に示すように、所望の回折光である＋１次光Ｂ以外の回折光を遮断するためには、回折素子が、回折素子の回折方向が、光学系全体の光軸（Ｚ方向）に垂直な面内（ＸＹ平面内）で、ラインセンサ１５のＮ個の画素が配列している方向（Ｙ方向）と非平行となるように（ラインセンサ１５のＮ個の画素が配列している方向に対して所定の角度を有するように）配置されていることが好ましい。

図１９では、回折素子を透過する光として、所望の回折光である＋１次光Ｂの他に、非回折光（０次光）、＋1次光Ｂより弱い強度ではあるが所望の回折光でない−１次光Ｃ、＋２次光Ｄ、−２次光Ｅ等が発生している。回折素子の回折方向は、図１９に示すように、光学系全体の光軸（Ｚ方向）に垂直な面内（ＸＹ平面内）で、ラインセンサ１５の画素配列方向（Ｙ方向）に対して微小な角度βだけＸ方向に傾いている。この際、微小な角度βは、ある＋２次光Ｄが隣接する＋１次光Ｂと同一の画素に入射しないような角度に決定する必要がある。

図１９のように回折方向を傾けるためには、例えば図１０で示した回折素子４１全体を、図２０に示すように、光学系全体の光軸（Ｚ方向）に垂直なＸＹ平面内でＸ軸に対して微小な角度βだけ回転させればよい。又、回折素子４１全体は回転させずに、回折素子４１の歯の角度を光学系全体の光軸（Ｚ方向）に垂直なＸＹ平面内でＸ軸に対して微小な角度βだけ傾けてもよい。これによって、所望の回折光である＋１次光Ｂはラインセンサ１５の画素へ入射するが、所望の回折光でない非回折光（０次光）Ａ及び−１次光Ｃや、＋２次光Ｄ、−２次光Ｅ等はほとんど入射しない配置とすることが可能である。

以下に、微小な角度βを決定する方法の一例について説明する。角度βは、所望の回折光である＋1次光Ｂのみが１つの分光センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・・に照射され、不要な非回折光（０次光）Ａ、−１次光Ｃ、＋２次光Ｄ、−２次光Ｅ等が分光センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・・の外側に照射されるように決定する必要がある。しかしながら、角度βの値は光学レイアウトに依存するため一意には決まらず、例えば図２１に示すラインセンサ１５の各画素の高さｈ及びラインセンサ１５の各画素の幅ｃ、図２２に示す回折素子４１とラインセンサ１５の受光面との距離ｓ及びラインセンサ１５の受光面上に結像する回折光の角度θm、結像光学系４２の倍率等により決定される。

角度βを決定するには、始めに各波長の光のラインセンサ１５の受光面上での結像位置Ｌ（図２２参照）を導出する必要がある。結像位置Ｌは、Ｌ＝ｓ×tanθmで導出される。ここで、角度θm（図２２参照）は各回折光がＺ軸（光学系全体の光軸）となす角度であり、前述の式（数１）で導出される。角度θmは波長毎に異なるため結像位置Ｌも波長毎に異なる。そこで、図２１に示す＋１次光Ｂの回折像の両端部Ｂｓ及びＢｅのそれぞれの結像位置Ｌを求めることにより、＋１次光Ｂの回折像の幅ｊを求めることができる。

＋１次光Ｂの回折像と非回折光（０次光）Ａ等の回折像とが近接していることを考慮すると、幅ｊの＋１次光Ｂの回折像が1つの分光センサ１５ａ等（画素数＝Ｎ個）に照射され、不要な非回折光（０次光）Ａ等の回折像が分光センサ１５ａ等の外側に照射されるためには、＋１次光Ｂの回折像がぎりぎりで入るようなラインセンサ１５の各画素の高さｈ及びラインセンサ１５の各画素の幅ｃ並びに分光センサ１５ａ等の画素数Ｎを求めればよい。

すなわち、＋１次光Ｂの回折像の幅ｊと、ラインセンサ１５の各画素の高さｈ及びラインセンサ１５の各画素の幅ｃ並びに分光センサ１５ａ等の画素数Ｎとの関係が、式（数２）及び式（数３）を満たしていればよい。

式（数２）及び式（数３）から式（数４）が導出できる。

式（数４）より、角度βは式（数５）のように決定できる。

ラインセンサ１５の各画素の高さｈやラインセンサ１５の各画素の幅ｃは、ラインセンサにより決まっていることが一般的であるため、必要な画素数Nを決定してから、それらの値に基づいて、式（数５）により角度βを求めることができる。

但し、限定的ではあるが、角度βを決定してから、ラインセンサ１５の各画素の高さｈを決定することも可能である。この場合には、例えばＴＤＩ（Time Delayed Integration）ラインセンサと称する各画素の高さｈを調整可能なラインセンサを用いる。そして、先に角度βを決定し、その後、ＴＤＩラインセンサの各画素の高さｈを調整した後、使用する画素数Nを決定すればよい。

図２３は、ラインセンサへ入射する光を入射面側から見た状態を示す写真である。図２３は、式（数５）により角度βを求め、回折素子４１又は５１を、回折素子４１又は５１の回折方向が、光学系全体の光軸（Ｚ方向）に垂直な面内（ＸＹ平面内）で、ラインセンサ１５のＮ個の画素が配列している方向（Ｙ方向）に対して微小な角度β（角度β＝１０［ｄｅｇ］）を有するように配置した場合の例である。図２３に示すように、角度βを所定の値に設定することにより、図１８に示すようなクロストークの発生を防止することができる。

図２１に示すラインセンサ１５の受光面上での＋１次光Ｂの回折像の幅ｊは、結像素子４２の倍率により決定される。＋１次光Ｂの回折像の幅ｊは、例えば白色光源の光を直接受光したり白色光源からの光束を白色拡散板などに照射したりし、照射した白色光の回折像（ラインセンサ１５の受光量）を検出することにより導出される。すなわち、回折効率が十分高い場合、＋２次光Ｄは＋１次光Ｂに対して十分に光量が小さい。よって、例えば、ラインセンサ１５で受光した光を電気信号に光電変換し、変換された電気信号をＣＰＵやデジタル信号プロセッサ等を含む回路部に入力し、入力された電気信号のレベルが予め設定された所定の閾値以上か否かを判断する２値化処理等の方法により、＋１次光Ｂを受光している画素を特定することが可能となる。

このように、第６の実施の形態によれば、第４の実施の形態及び第５の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。すなわち、第６の実施の形態に係る分光特性取得装置は、回折手段である回折素子を、回折素子の回折方向が光学系全体の光軸（Ｚ方向）に垂直な面内でラインセンサのＮ個の画素が配列している方向に対して所定の角度を有する（非平行となる）ように配置することにより、所望の回折光である＋１次光Ｂのみをラインセンサへ入射することが可能となる。その結果、ノイズの原因となる虞がある光のラインセンサへの入射を低減することができ、より精度の高い分光特性取得装置を提供することが可能となる。

つまり、計測対象物から散乱される光の分光データを高速にかつ色間の位置合わせによる誤差を生じさせることなく高精度に取得することが可能であり、結像レンズ等により光の伝播方向が位置によって変化し、回折素子等によって、受光素子上の各位置で結像される回折像の幅が異なっても全幅で高精度に分光計測可能とする分光特性取得方法及び分光特性取得装置を提供するができる。

又、分光計測を実施する各光学素子の条件を的確に利用し、分光計測の精度を確保するのに加え、各光学素子の条件により分光計測精度が低減する恐れのある要素を排除することで、計測対象物である画像全幅の分光情報を一度に精度よく取得することが可能となる。

〈第７の実施の形態〉
図９に示すように、結像光学系４２により画像全幅からの拡散光をラインセンサ１５上に結像させることが可能となる。しかしながら、等倍光学系でない場合、画像全幅からの拡散光は、位置によって、結像光学系４２から光軸（Ｚ方向）に対し異なる角度を有して回折素子４１に入射する。そのため、以下のような問題が生じる。

図２４は、入射光の波長λと＋１次光Ｂの回折像のＸ方向の回折位置ａｘとの関係を例示する図である。図２４では、図９において、波長λ＝０．４μｍの＋１次光Ｂの回折像のラインセンサ１５の受光面におけるＸ方向の回折位置を原点として各波長の入射光のＸ方向の回折位置ａｘを、入射角αをパラメータとして示したものである。図２４に示すように、波長λが長くなるほど、入射角αの違いによるＸ方向の回折位置の変動が大きくなる。

図２５は、入射光の波長λと＋１次光Ｂの回折像のＹ方向の回折位置ａｙとの関係を例示する図である。図２５では、図９において、波長λ＝０．４μｍの＋１次光Ｂの回折像のラインセンサ１５の受光面におけるＹ方向の回折位置を原点として各波長の入射光のＹ方向の回折位置ａｙを、入射角αをパラメータとして示したものである。図２５に示すように、波長λが長くなるほど、入射角αの違いによるＹ方向の回折位置の変動が大きくなる。これは、ラインセンサ１５の受光面におけるＹ方向の結像位置によって、＋１次光Ｂの回折像の幅ｊに変動があるということを示している。すなわち、ラインセンサ１５の受光面におけるＹ方向の一端に結像する＋１次光Ｂの回折像の幅に比べて、ラインセンサ１５の受光面におけるＹ方向の他端に結像する＋１次光Ｂの回折像の幅の方が広いことを意味している。なお、図２４と図２５を比較するとわかるように、Ｘ方向の回折位置の変動よりもＹ方向の回折位置の変動の方が大きい。

つまり、図２６に示すように、第２の分光センサ１５ｂ等における＋１次光Ｂの回折像の幅よりも第ｎの分光センサ１５ｎにおける＋１次光Ｂの回折像の幅の方が大きく、第ｎの分光センサ１５ｎにおける＋１次光Ｂの回折像は第２の分光センサ１５ｂ等における＋１次光Ｂの回折像に対してΔｘだけオフセットする。なお、＋１次光Ｂの回折像の幅が広くなりオフセットが発生する方向は、回折格子４１の傾斜の向きにより異なる。

図２６の場合には、第ｎの分光センサ１５ｎでは＋１次光Ｂの全てを受光することができないが、図２７に示すように、第２の分光センサ１５ｂ等における＋１次光Ｂの傾き角β１と第ｎの分光センサ１５ｎにおける＋１次光Ｂの傾き角β２とを異なる値に設定することにより、第ｎの分光センサ１５ｎでも＋１次光Ｂの全てを受光することが可能となる。傾き角β１とβ２とを異なる値に設定するには、図２８に示すように、回折格子４１の傾斜（Ｘ軸に対する角度）を部分的に異なる値に設定すればよい。又、回折格子４１のＹ方向の一端から他端にかけて、徐々に傾き角（Ｘ軸に対する角度）を変えるようにしても構わない。

ところで、図２７の場合には、第２の分光センサ１５ｂ等における＋１次光Ｂの回折像の幅よりも第ｎの分光センサ１５ｎにおける＋１次光Ｂの回折像の幅の方が大きいため、第ｎの分光センサ１５ｎでは第２の分光センサ１５ｂ等よりも＋１次光Ｂの回折像を受光するのに要する画素数が多くなる。このように、＋１次光Ｂの回折像を受光するのに要する画素数は、各分光センサの位置における結像特性に依存する。

そこで、各分光センサの画素数を、各分光センサのＹ方向の位置における結像特性に合わせて設定することにより、最も広い幅で＋１次光Ｂの回折像を取得することが可能となる。必要な画素数は、例えば白色光源の光を直接受光したり白色光源からの光束を白色拡散板などに照射したりし、照射した白色光の回折像（ラインセンサ１５の受光量）を検出することにより導出される。すなわち、回折効率が十分高い場合、＋２次光Ｄは＋１次光Ｂに対して十分に光量が小さい。よって、例えば、ラインセンサ１５で受光した光を電気信号に光電変換し、変換された電気信号をＣＰＵやデジタル信号プロセッサ等を含む回路部に入力し、入力された電気信号のレベルが予め設定された所定の閾値以上か否かを判断する２値化処理等の方法により、＋１次光Ｂを受光している画素を特定することが可能となるため、必要な画素数を設定できる。

例えば、図２７の例では、第２の分光センサ１５ｂでは６個の画素数が必要であると判断でき、第ｎの分光センサ１５ｎでは８個の画素数が必要であると判断できる。そこで、ＣＰＵやデジタル信号プロセッサ等を含む回路部により、第２の分光センサ１５ｂの画素数を６個に、第ｎの分光センサ１５ｎの画素数を８個に設定することにより、各分光センサにおいて最も広い幅で回折像を取得することが可能となる。なお、予め、どの画素からどの画素までが第１の分光センサ１５ａで、どの画素からどの画素までが第ｎの分光センサ１５ｎかを決めておく必要はなく、光が検出された画素を第１の分光センサ１５ａ等とすればよい。

なお、Ｙ方向の位置により分光センサの画素数を調整することは、傾斜角β＝０の場合にも有効である。傾斜角β＝０の場合には図１８に示すようなクロストークが生じるが、クロストークは第５の実施の形態に係る遮光壁５５等により低減することができるからである。

このように、第７の実施の形態によれば、第４の実施の形態〜第６の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。すなわち、回折格子の傾斜を部分的に異なる値に設定し、Ｙ方向の位置により分光センサの画素数を調整することにより、等倍光学系でない場合でも、最も広い幅で＋１次光の回折像を取得することが可能となる。

〈第８の実施の形態〉
例えば、図２９に示すように、ラインセンサ１５の各画素の高さｈが大きいと、回折素子４１を傾けるだけでは、必要な画素数Ｎを得られない場合がある（後述するように、画素数Nは６以上であることが好ましい）。図２９の場合、図３０に示すように回折素子４１を更に傾けると画素数Nは５となり、必要な画素数Ｎは６以上であるという要件を満足することができない。そこで、図３１に示すように、ラインセンサ１５の受光面の一部を遮光する遮光壁５９を設けることにより、誤差要因となる＋２次光Ｄ等の排除を実施する。遮光壁５９を設ける位置は、設計的に求めることも可能であるが、例えば白色光源の光を直接受光したり白色光源からの光束を白色拡散板などに照射したりし、照射した白色光の回折像（ラインセンサ１５の受光量）を検出することにより導出される。すなわち、回折効率が十分高い場合、＋２次光Ｄは＋１次光Ｂに対して十分に光量が小さい。よって、例えば、ラインセンサ１５で受光した光を電気信号に光電変換し、変換された電気信号をＣＰＵやデジタル信号プロセッサ等を含む回路部に入力し、入力された電気信号のレベルが予め設定された所定の閾値以上か否かを判断する２値化処理等の方法により、＋１次光Ｂを受光している画素を特定することが可能となる。この情報に基づいて、＋１次光Ｂの回折像の上側境界位置に遮光壁５９の位置を設定することが可能となる。なお、遮光壁５９は、図３２に示すように、ラインセンサ１５の受光面の一部の領域のみに設けても構わない。

遮光壁５９を設けることにより回折像のクロストークを排除する方法及び装置は、将来的にＣＣＤエリアセンサの撮像速度が向上した場合や、ＣＭＯＳエリアセンサ等に適用することが可能となり、計測範囲、計測対象物などの多様化に対応可能となる。なお、遮光壁５９は、本発明に係る受光高さ規定手段の代表的な一例である。

このように、第８の実施の形態によれば、第４の実施の形態〜第７の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。すなわち、ラインセンサの受光面の一部を遮光する遮光壁を設けることにより、ラインセンサの各画素の高さが大きい場合であっても、必要な画素数を確保できると共に、非回折光（０次光）やその他所望の次数以外の回折光を遮断することができる。

〈第９の実施の形態〉
第９の実施の形態では、Nの数を最小に抑えてウィナー推定などの推定手段によって分光分布の推定を行う処理を有する分光特性取得装置の例を示す。

マルチバンド分光では、Nの数が多いほど分光分布の詳細な測定結果を得ることが可能となり好ましい。しかしながら、ラインセンサ１５の画素数が一定であるとき、Nの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、分光特性取得装置は、Nの数を最小に抑えてウィナー推定など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〜ｐ１５７』に詳細が述べられている。

以下に、１つの分光センサからの出力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（数６）で表される。

変換行列Gは、式（数７）〜式（数９）に示すように、予め分光分布が既知な多数（ｎ個）のサンプルに対して分光分布を格納した行列Rと、同様のサンプルを本測定装置で測定したときの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‖・‖２を最小化することによって求まる。

Vを説明変数、Rを目的変数としたVからRへの回帰式の回帰係数行列である変換行列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（数１０）のように計算される。

ここで、上付きTは行列の転置を、上付き−１は逆行列を表す。これで求まった変換行列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被測定物の分光分布ｒが推定される。

一例として、電子写真方式の画像形成装置によって出力したトナー画像を、本実施形態に係る分光センサアレイで読み取って分光分布を推定し、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、Nの値を変えたときの測色結果と、より詳細な分光装置から得られる測色結果との色差（ΔE）を求めている。

図３３は、シミュレーションに用いたトナー画像の分光分布を例示する図である。図３４は、シミュレーション結果を例示する図である。図３４を参照するに、Nが6以上では推定値の誤差に大きな違いが無いことがわかる。この結果は、読み取り対象物や、センサが受光する信号の分光分布などに大きく依存するため全ての場合で当てはまるとは言えないが、トナーなどの画像形成装置の出力結果を測色するには、Nの数が６以上のとき分光推定値の誤差が十分小さく、好適な分光センサアレイを実現できることを示している。

このように、第９の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。すなわち、第９の実施の形態に係る分光特性取得装置は、N個の画素からの出力に基づいて、より波長分解能が高く高密度な波長分布を推定する分光特性推定手段を有する。その結果、Nの数が例えば可視光波長域で６個程度であっても、略連続的な分光分布を推定することができる。

特に、画像形成装置によって形成された画像を測定する際には、Nの値として6以上の値をとるとき略連続的な分光分布の推定を効率良く行うことが可能であり、精度の高い分光特性取得装置を実現することができる。

〈第１０の実施の形態〉
第１０の実施の形態では、複数の分光特性取得装置を用いて画像評価装置を構成する例を示す。図３５は、第１０の実施の形態に係る画像評価装置を例示する図である。図３５を参照するに、画像評価装置６０は、例えば電子写真方式の画像形成装置等によって画像担持媒体９０上に作製された画像を全幅に渡って測定する画像評価装置であり、図１６に示す分光特性取得装置５０がＹ方向に複数個並設された構成を有する。画像評価装置６０をこのように構成にすることにより、より広い範囲の分光特性を取得することができる。

なお、図３５において照明光学系（ライン照明光源１１とコリメートレンズ１２）は図示されていないが、照明光学系は、図１で説明したものと全く同じである紙面奥行き方向（Ｘ方向）より斜め４５度で照射する照明光学系が分光特性取得装置５０と同じ個数だけＹ方向に複数個並設された構成としてもよいし、分光特性取得装置５０よりも少ない個数だけＹ方向に複数個並設された構成としてもよいし、１つのみとしてもよい。

画像評価装置６０は、更に画像評価手段６１と、搬送手段（図示せず）とを有する。画像評価手段６１は、複数の分光特性取得装置５０からの出力を合成してＸＹＺやＬ*ａ*ｂ*等の測色データを算出し、画像担持媒体９０上に複数色で形成された画像の色を評価する機能を有する。搬送手段（図示せず）は、Ｘ方向に画像担持媒体９０を搬送する機能を有する。又、画像評価装置６０は、既知の若しくは搬送手段（図示せず）に装着されるエンコーダーセンサ等からの速度情報を元に、画像担持媒体９０上の画像形成部全面にわたる分光画像データ、及び測色データを算出することができる。

なお、画像評価装置６０において、分光特性取得装置５０に代えて、分光特性取得装置１０、２０、３０、又は４０を用いても構わない。

このように、第１０の実施の形態によれば、本発明に係る分光特性取得装置を複数個用いて画像評価装置を構成することにより、高速でかつ位置ずれによる影響の無い画像評価装置を実現することができる。

〈第１１の実施の形態〉
第１１の実施の形態では、第１０の実施の形態に係る画像評価装置を有する画像形成装置の例を示す。図３６は、第１１の実施の形態に係る画像形成装置を例示する図である。図３６を参照するに、画像形成装置８０は、第１０の実施の形態に係る画像評価装置６０と、給紙カセット８１ａと、給紙カセット８１ｂと、給紙ローラ８２と、コントローラ８３と、走査光学系８４と、感光体８５と、中間転写体８６と、定着ローラ８７と、排紙ローラ８８とを有する。９０は、画像担持媒体（紙等）を示している。

画像形成装置８０において、給紙カセット８１ａ及び８１ｂから図示しないガイド、給紙ローラ８２により搬送された画像担持媒体９０が、走査光学系８４により感光体８５に露光され、色材が付与されて現像される。現像された画像が中間転写体８６上に、次いで、中間転写体８６から画像担持媒体９０上に転写される。画像担持媒体９０上に転写された画像は定着ローラ８７により定着され、画像形成された画像担持媒体９０は排紙ローラ８８により排紙される。画像評価装置６０は、定着ローラ８７の後段に設置されている。

このように、第１１の実施の形態によれば、第１０の実施の形態に係る画像評価装置を画像形成装置の所定の位置に装備することにより、画像全域に渡って色変動のない高品質な画像を提供することが可能となり、色の自動キャリブレーションを可能とすることから、安定的に画像形成装置を稼動させることが可能となる。又、画像全域での画像情報を取得可能とすることから、検品や印刷データの保存などを可能とし、信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１０、２０、３０、４０、５０ 分光特性取得装置
１１ ライン照明光源
１２ コリメートレンズ
１３、４２、５４ 結像光学系
１４ フィルタアレイ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ フィルタ
１５ ラインセンサ
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｎ 分光センサ
１６ ガラス基板
１７ 第一の反射層
１８ スペーサー層
１９ 第二の反射層
２１ 支持基板
２２、２４ ロッドアレイ
２２ａ、４５ｄ 側面
２４ｂ 透明体
３１ 第１走行体
３１ａ 第１ミラー
３２ 第２走行体
３２ａ 第２ミラー
３２ｂ 第３ミラー
４１ 回折素子
４３ ピンホールアレイ
４３ａ、４３ｃ 遮光部
４３ｂ、４３ｄ、５３ａ スリット
４４ セルフォックレンズ
４５ テーパロッドアレイ
４５ａ 透明基板
４５ｂ 遮光部
４５ｃ テーパロッド
４５ｅ 入射面
４５ｆ 出射面
４５ｘ 開口部
４５ｙ 光硬化性材料
４５ｚ 紫外光
５１ 回折素子
５２ レンズアレイ
５２ａ レンズ
５３ ピンホールアレイ
５５、５９ 遮光壁
６０ 画像評価装置
６１ 画像評価手段
８０ 画像形成装置
８１ａ 給紙カセット
８１ｂ 給紙カセット
８２ 給紙ローラ
８３ コントローラ
８４ 走査光学系
８５ 感光体
８６ 中間転写体
８７ 定着ローラ
８８ 排紙ローラ
９０ 画像担持媒体
Ａ 非回折光（０次光）
Ｂ ＋１次光
Ｃ −１次光
Ｄ ＋２次光
Ｅ −２次光
Ｌ 結像位置
ｃ、ｊ 幅
ｈ 高さ
ｓ 距離
α、β、β１、β２、θｍ 角度

特表２００８−５１８２１８号公報 特開２００５−３１５８８３号公報 特開２００２−３１０７９９号公報 特許第３５６６３３４号 特開２００３−１３９７０２号公報

Claims (15)

1. 光照射手段から対象物に照射された光の反射光を分光する分光手段と、
   複数の画素を含む複数の分光センサが配列され、前記分光手段により分光された反射光を受光する受光手段と、を有し、
   前記分光手段は、
   複数の開口部が並んだホールアレイと、
   前記ホールアレイの各開口部を通過した光を前記受光手段に結像するレンズが並んだレンズアレイと、
   前記レンズアレイで結像した光を回折する回折手段と、を備え、
   隣接する前記分光センサ間には不要光を遮光する不要光遮光手段が設けられ、前記ホールアレイの各開口部の中心と前記レンズアレイの各レンズの中心が一致していない分光特性取得装置。
2. 前記複数の画素の数は、前記複数の分光センサの各位置における結像特性に合わせて設定されている請求項１記載の分光特性取得装置。
3. 前記複数の分光センサに含まれる前記画素の数は、それぞれ異なる値に設定されている請求項１又は２記載の分光特性取得装置。
4. 前記対象物と前記ホールアレイの間に、第二の結像手段を有する請求項１乃至３の何れか一項記載の分光特性取得装置。
5. 前記回折手段は、光が回折する方向が、光軸に垂直な面内で前記複数の画素が配列する方向に対して、傾斜を有するように配置されている請求項１乃至４の何れか一項記載の分光特性取得装置。
6. 前記傾斜は、前記複数の画素のそれぞれの高さ及び１つの前記分光センサに含まれる前記画素の数と前記各画素の幅との積に基づいて規定されている請求項５記載の分光特性取得装置。
7. 前記分光手段は、前記反射光を複数回の反射若しくは散乱によって均質化する均質光学系を更に有する請求項１乃至６の何れか一項記載の分光特性取得装置。
8. 前記画素の高さ方向に入射する光の一部を遮光する受光高さ規定手段を更に有する請求項１乃至７の何れか一項記載の分光特性取得装置。
9. 前記複数の画素からの出力に基づいて、分光特性を推定する分光特性推定手段を更に有する請求項１乃至８の何れか一項記載の分光特性取得装置。
10. 前記複数の画素が６以上の画素である請求項１乃至９の何れか一項記載の分光特性取得装置。
11. 前記対象物上を走査する移動手段を更に有する請求項１乃至１０の何れか一項記載の分光特性取得装置。
12. 画像担持媒体上に複数色で形成された画像の色を評価する画像評価装置であって、
    請求項１乃至１１の何れか一項記載の分光特性取得装置と、
    前記画像担持媒体を搬送する搬送手段と、
    前記分光特性取得装置が取得した分光特性に基づいて、前記画像の色を評価する画像評価手段と、を有する画像評価装置。
13. 請求項１２記載の画像評価装置を搭載した画像形成装置。
14. 前記分光特性取得装置に対し画像形成装置内で相対的に移動する計測対象全面を分光計測し、色変動量がある場合はフィードバック補正する請求項１３記載の画像形成装置。
15. 複数の開口部が並んだホールアレイと、前記ホールアレイの各開口部を通過した光を受光手段に結像するレンズが並んだレンズアレイと、前記レンズアレイで結像した光を回折する回折手段と、を備えた分光手段によって、光照射手段から対象物に照射された光の反射光を分光する分光工程と、
    複数の画素を含む複数の分光センサが配列される受光手段によって、前記分光工程により分光された反射光を受光する受光工程と、を有し、
    前記分光工程及び前記受光工程では、隣接する前記分光センサ間に不要光を遮光する不要光遮光手段を設け、前記ホールアレイの各開口部の中心と前記レンズアレイの各レンズの中心を一致させない分光特性取得方法。