JP5652183B2 - Image characteristic measuring apparatus and image forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、対象物の分光データをライン上で一度に取得することを可能とする分光センサアレイを用いた画像特性計測装置に関するものであり、主に画像形成装置によって形成された画像を評価するために画像全幅にわたって分光反射率を取得し正確に測色を行うため、精度よく分光センサアレイ自体の位置および姿勢を検出する機構を有する画像特性計測装置に関する。   The present invention relates to an image characteristic measuring apparatus using a spectroscopic sensor array that makes it possible to acquire spectral data of an object at once on a line, and mainly evaluates an image formed by an image forming apparatus. Therefore, the present invention relates to an image characteristic measuring apparatus having a mechanism for accurately detecting the position and orientation of a spectral sensor array itself in order to obtain spectral reflectance over the entire width of the image and accurately perform color measurement.

近年、プロダクションプリンティング分野において枚葉機、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、高精細高密度化が進み、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など、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、色再現への要求も高まっている。   In recent years, in the field of production printing, both sheet-fed machines and continuous book machines have been digitized, and many products such as electrophotographic systems and inkjet systems have been put on the market. User needs are also changing from monochrome printing to color printing, with multi-dimensional and high-definition images. Consumers such as high-quality photo printing, catalog printing, and advertisements that respond to personal preferences for invoices, etc. With the diversification of service forms that can be delivered to customers, the demand for high image quality and color reproduction is also increasing.

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て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または複数点の色計測を実行してキャリブレーションを行うものなどが上市されてきた。   As a technology that supports high image quality, the electrophotographic system is equipped with a density sensor that detects the toner density before fixing on the intermediate transfer member and photoconductor to stabilize the toner supply amount. Regardless of the formation method, the output image is captured by a camera or the like and inspected by character recognition or difference detection based on the difference between images. For color reproduction, a color patch is output and one or more points are measured with a spectrometer and calibrated. Something to do is launched on the market.

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。   These techniques are preferably executed over the entire image in order to cope with image variations between pages and within pages.

画像の全幅計測における評価技術として、例えば、特許文献1〜6に開示される技術が提案されている。   As an evaluation technique for measuring the full width of an image, for example, techniques disclosed in Patent Documents 1 to 6 have been proposed.

特許文献1には、「画素に基づいて測定対象を光電的に測定するための測定装置および走査装置」が開示されている。すなわち、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。   Patent Document 1 discloses “a measuring device and a scanning device for photoelectrically measuring a measurement object based on pixels”. That is, a plurality of line-shaped light receiving elements are arranged, a mechanism for moving the measurement object relative to the detection system is set, and the spectral characteristics of the full width are measured. At this time, the light shielding wall is set so that crosstalk of reflected light from the detection target region does not occur between the light receiving elements.

特許文献2には、「全幅アレイ分光光度計、カラー検査対象の全幅走査カラー解析の方法、および、カラー印刷シートの完全横方向走査カラー解析の方法」が開示されている。すなわち、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。   Patent Document 2 discloses “a full-width array spectrophotometer, a method of full-width scanning color analysis of a color inspection target, and a method of full lateral scanning color analysis of a color print sheet”. That is, continuous irradiation is performed with light sources having different wavelength bands over the entire width of the image, and reflected light is acquired to acquire the spectral characteristics of the entire width.

特許文献3には、「印刷物のカラーインキ濃度検出方法およびカラーインキ濃度検出装置」が開示されている。すなわち、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。   Patent Document 3 discloses a “color ink density detection method and color ink density detection apparatus for printed matter”. That is, the entire width of the printing surface is irradiated with light, the density of a specific area is detected by a line sensor camera, and the density is compared with the reference density.

特許文献4には、「画像処理装置およびその方法」が開示されている。すなわち、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。   Patent Document 4 discloses an “image processing apparatus and method”. That is, the original and the specific original are scanned a plurality of times, and the similarity is determined from processing such as inter-image logical sum for common color information.

特許文献5には、「印刷シート上の多色刷り画像濃度検出装置」が開示されている。すなわち、印刷面全幅に光を照射し、2次元の画素構造を持つCCDと回折素子また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。   Patent Document 5 discloses a “multicolor printed image density detecting device on a printing sheet”. That is, light is irradiated to the entire width of the printing surface, and the spectral characteristics of the full width are obtained by a combination of a CCD having a two-dimensional pixel structure and a diffractive element or a refractive element.

特許文献6には、「色彩計測装置および画像形成装置」が開示されている。すなわち、異なる発光波長を有する複数の光源から画像に照明光を照射、反射光を単一の受光手段で取得するマルチバンド分光センサを形成する。その際、紫外光源を有して、紙が含有する蛍光材の影響を検知、色計測結果から除去する。   Patent Document 6 discloses a “color measurement device and image forming apparatus”. That is, a multiband spectroscopic sensor that irradiates an image with illumination light from a plurality of light sources having different emission wavelengths and obtains reflected light with a single light receiving unit is formed. At that time, an ultraviolet light source is provided to detect the influence of the fluorescent material contained in the paper and remove it from the color measurement result.

ところで、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、または、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。   By the way, when trying to measure the color of an image at the full width, it is possible to irradiate a plurality of light limited to different wavelength bands and take an image with an area sensor, or relatively image the measurement system and the test subject while taking an image with a line sensor. In general, a moving configuration or a configuration in which a plurality of imaging systems are set and the wavelength band of reflected light from a test object incident on the imaging system is limited can be considered. At that time, in the images corresponding to a plurality of acquired wavelength bands, if there is a shift in the position to be tested between the images, it is impossible to accurately measure the color information at each position of the test target. It becomes possible. Here, as a method of accurately measuring color information from a plurality of images in different wavelength bands, a method of comparing the intensity of the reflected light amount acquired at the position of the subject of each image with a reference current image or document data, There is a method of estimating continuous spectral characteristics by applying Wiener estimation or the like from the intensity of the amount of reflected light acquired at the position of the test object in each image. For this reason, when a different position in each image is used as an object to be examined, an error occurs in comparison with a reference or estimation of continuous spectral characteristics.

従来技術においては、特許文献1に関して、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。   In the prior art, with respect to Patent Document 1, it is a line-shaped measurement system and has a general configuration capable of measuring the color of the image to be examined in full width, but reduces the positional deviation of the image obtained in each wavelength band. There is no way to do this.

特許文献2に関して、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、時間軸におけるずれが生じ、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恐れが多分にある。また、異なる色でフィルタ処理された複数列の検出器を用いた構成も述べられているが、前述したものと同様に複数色間での画像位置ずれによる問題が生じる。   With regard to Patent Document 2, in the configuration in which reflected light from a test object by continuous irradiation light from light sources having different wavelength bands is acquired, a shift in the time axis occurs, and the same part of the test object is measured. Impossible. Even if a plurality of combinations of the light source and the light receiving system are provided in the configuration, there is a possibility that the test target position of each image having a different wavelength band may be shifted. In addition, a configuration using a plurality of rows of detectors filtered with different colors has been described. However, as described above, there arises a problem due to image positional deviation between a plurality of colors.

特許文献3に関して、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れ、被検対象の色分布に関しては保証できない。   With respect to Patent Document 3, the configuration for acquiring color information in the full width is the same, but it is considered that the representative value is obtained by the process of averaging the density of the detected region, and the color distribution of the test object cannot be guaranteed.

特許文献4に関して、各波長帯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。   With respect to Patent Document 4, a document and a test object are determined by comparison between images in each wavelength band, but color variation of the test object cannot be specified. Further, even if the image is reconstructed from the color information of the image obtained individually, it cannot be determined whether the color variation has occurred in the actual test object.

特許文献5に関して、2次元画素構造を有するCCDを用い、1方向に画像データを、もう1方向には分光データを取得することで全幅の色情報を測定する構成が示されている。しかしながら、2次元画素構造を有するCCDにおいては、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、対象物の色情報を取得する速度に大きな制約が存在する。   Patent Document 5 shows a configuration in which color information of a full width is measured by using a CCD having a two-dimensional pixel structure and acquiring image data in one direction and spectral data in the other direction. However, in a CCD having a two-dimensional pixel structure, the reading speed is remarkably slow with respect to the line sensor due to restrictions on data reading characteristics, so that there is a great restriction on the speed of acquiring color information of the object.

特許文献6に関して、可視光と紫外光を紙に照射し、紙の紫外光に対する影響は除去可能としている。しかしながら、計測光学系の構成上、1箇所のみでの分光計測は可能であるが、光源が時分割で点灯させなければならないことから、オンマシンで画像担持体である画像を形成した紙が搬送されている状態では計測不可能である。時分割点灯している間に紙が移動し、同一箇所での色計測が不可能なためである。また、1箇所のみの計測であることから、たとえ紙を停止させて計測するとしても、任意の位置で紙から反射される紫外光の影響、画像の色分布および両者の判別などをするためには膨大な時間を要するため、それらの情報取得は不可能といえる。   With respect to Patent Document 6, visible light and ultraviolet light are irradiated on paper, and the influence of paper on ultraviolet light can be removed. However, the spectroscopic measurement is possible only at one place because of the configuration of the measurement optical system, but the light source must be turned on in a time-sharing manner. It is impossible to measure in the state that is done. This is because the paper moves while the time-division lighting is on, and color measurement at the same location is impossible. In addition, since the measurement is performed at only one location, even if the paper is stopped and measured, in order to determine the influence of ultraviolet light reflected from the paper at an arbitrary position, image color distribution, and both Since it takes a lot of time, it can be said that it is impossible to acquire such information.

その他に、分光計測では一般的にグレーティングやプリズム等の回折素子を用い、回折素子により分光された各波長帯の強度を獲得して分光情報を取得する方法がある。しかし、回折素子を用いてライン上の色情報を一度に取得しようとする際、0次光、±1次回折光、±2次回折光等のクロストーク、隣接する回折像同士のクロストークが問題となる。   In addition, in the spectroscopic measurement, there is generally a method in which a diffraction element such as a grating or a prism is used, and the spectral information is acquired by acquiring the intensity of each wavelength band split by the diffraction element. However, when trying to acquire color information on a line at once using a diffractive element, crosstalk of 0th order light, ± 1st order diffracted light, ± 2nd order diffracted light, etc., and crosstalk between adjacent diffracted images are problems. Become.

この問題を回避し、分光計をライン状に配置し、画像全幅で分光情報を取得可能とした技術を発明者等は特許出願中(特願2009−081986)である。すなわち、「分光特性取得装置、画像評価装置、および画像形成装置」として、バンドパスフィルタまたは回折素子を用いて、隣接色情報や0次光、±1次回折像、±2次回折像のクロストーク無くラインセンサ上に複数の分光測定センサを構成する。   The inventors have applied for a patent (Japanese Patent Application No. 2009-081986) that avoids this problem, arranges spectrometers in a line, and makes it possible to acquire spectral information over the entire width of the image. That is, as a “spectral characteristic acquisition device, image evaluation device, and image forming device”, a bandpass filter or a diffraction element is used to cross adjacent color information, zero-order light, ± first-order diffraction image, and ± second-order diffraction image. A plurality of spectroscopic measurement sensors are configured on the line sensor without talk.

より詳細には、計測対象である画像を照明し、色情報である拡散反射光をピンホールアレイ等により領域分割後、バンドパスフィルタと遮光壁を併用し、それぞれのピンホールアレイからのマルチバンド分光情報をラインセンサで取得することにより複数の分光計を整列して構成することを可能とするほか、ピンホールアレイ等により領域分割された拡散反射光を光軸に所定の角度だけ回転した回折素子で回折し光軸に角度を有する回折像をラインセンサに結像することで画像の隣接する色情報や各次回折像間のクロストークを生じない分光センサアレイを構築することを可能とし、画像全幅の分光計測を同時に計測可能とするセンサとして非常に有効な構成を有している。   More specifically, after illuminating the image to be measured and dividing the diffuse reflected light, which is color information, into regions using a pinhole array, etc., a bandpass filter and a light-shielding wall are used in combination, and multiple bands from each pinhole array are used. In addition to being able to arrange and configure multiple spectrometers by acquiring spectral information with a line sensor, diffraction is performed by rotating diffused reflected light divided by a pinhole array etc. by a predetermined angle around the optical axis. By forming a diffraction image diffracted by the element and having an angle on the optical axis on a line sensor, it is possible to construct a spectroscopic sensor array that does not cause cross-talk between adjacent color information of each image and each diffraction pattern, It has a very effective configuration as a sensor that enables simultaneous measurement of spectral measurement of the full width of the image.

しかし、上記の技術では、分光センサは計測対象との相対位置、相対姿勢は図面上での機械的な位置決めに依存しているため、光学条件を満足するための調整が不可欠となる。この点、分光センサは受動素子であるため、分光センサ自体がどのような位置、どのような姿勢で固定されているかを示す指標が確保しづらい面があった。   However, in the above technique, since the relative position and relative posture of the spectroscopic sensor with respect to the measurement object depend on mechanical positioning on the drawing, adjustment for satisfying the optical condition is indispensable. In this respect, since the spectroscopic sensor is a passive element, it is difficult to secure an index indicating what position and in what posture the spectroscopic sensor itself is fixed.

画像全幅で分光計測を実行する画像特性計測装置は、計測対象が画像全幅と広く、装置の角度ずれが小さい場合でも画像全幅では大きくなることが容易に考えられ、装置の位置および姿勢の調整機構は重要となる。   An image characteristic measuring apparatus that performs spectroscopic measurement with the full width of the image can be easily increased even when the measurement target is wide with the full width of the image and the angle deviation of the apparatus is small. Is important.

本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、対象物である画像担持体上の画像の色情報としての分光計測を画像全幅で正確に実行するため分光センサアレイに対象物との相対位置を検出する機構を有し、画像全幅で最適な画像の色情報である拡散反射光を獲得可能とする画像特性計測装置および画像形成装置を提供することにある。   The present invention has been proposed in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to accurately execute spectroscopic measurement as color information of an image on an image carrier, which is an object, with the full width of the image. To provide an image characteristic measuring apparatus and an image forming apparatus that have a mechanism for detecting a relative position with respect to an object in a spectroscopic sensor array and can acquire diffuse reflected light that is optimal image color information in the entire image width. It is in.

上記の課題を解決するため、本発明にあっては、請求項1に記載されるように、計測対象物である画像担持体上の画像の所定の領域に光を照射する第一の光照射手段と、前記第一の光照射手段により照射された光の計測対象物からの反射光を集光する第一の結像手段と、前記第一の結像手段により前記計測対象物と略結像関係の位置に設置された開口列により領域分割する領域分割手段と、前記開口列を通過して領域分割された前記計測対象物からの反射光を集光する第二の結像手段と、前記第二の結像手段により集光された前記開口列を通過して領域分割された光をそれぞれ回折像が重畳しないように分光する分光手段と、それぞれ分光された前記各開口からの領域分割された光を受光するアレイ状受光手段と、前記開口列と前記第二の結像手段の間に上方から光を照射する第二の光照射手段と、前記第二の光照射手段からの光を前記開口列の方向へ反射する反射手段とを有し、前記開口列と前記反射手段を介した前記第二の光照射手段との距離と、前記開口列と前記第二の結像手段の入射瞳との距離とが同一である画像特性計測装置を要旨としている。   In order to solve the above-described problems, in the present invention, as described in claim 1, the first light irradiation for irradiating a predetermined region of the image on the image carrier that is a measurement object is performed. Means, a first imaging means for condensing the reflected light from the measurement object of the light irradiated by the first light irradiation means, and the measurement object by the first imaging means. Area dividing means for dividing an area by an aperture row installed at an image-related position; and second imaging means for collecting reflected light from the measurement object that has been divided into areas by passing through the aperture row; Spectroscopic means for splitting the light divided by the second imaging means through the aperture row so that the diffraction images do not overlap with each other, and splitting the area from each of the spectrally split apertures An array of light receiving means for receiving the emitted light, the aperture row and the second connection. A second light irradiating means for irradiating light from above between the means; and a reflecting means for reflecting light from the second light irradiating means in the direction of the aperture row, the aperture row and the reflection The gist of the image characteristic measuring apparatus is that the distance between the second light irradiation means via the means and the distance between the aperture row and the entrance pupil of the second imaging means are the same.

また、請求項2に記載されるように、請求項1に記載の画像特性計測装置において、前記第二の光照射手段を回転する光源回転手段を有するものとすることができる。   According to a second aspect of the present invention, in the image characteristic measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, a light source rotating unit that rotates the second light irradiating unit may be provided.

また、請求項3に記載されるように、請求項1または2のいずれか一項に記載の画像特性計測装置において、前記第二の光照射手段は光源を複数有し、複数の前記開口に向け光を照射可能とするものとすることができる。   In addition, as described in claim 3, in the image characteristic measuring apparatus according to claim 1 or 2, the second light irradiation unit includes a plurality of light sources, and a plurality of the openings are provided. It may be possible to irradiate directed light.

また、請求項4に記載されるように、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の画像特性計測装置において、前記第一の結像手段、前記領域分割手段、前記第二の結像手段、前記分光手段、前記アレイ状受光手段、前記第二の光照射手段および前記反射手段の全体を回転および並行移動可能とする移動手段を有するものとすることができる。   In addition, as described in claim 4, in the image characteristic measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, the first imaging unit, the region dividing unit, and the second imaging unit. Means, the spectroscopic means, the arrayed light receiving means, the second light irradiating means, and the reflecting means may have moving means that can rotate and move in parallel.

また、請求項5に記載されるように、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の画像特性計測装置を搭載し、前記画像特性計測装置と計測対象物を相対的に移動する移動手段を有する画像形成装置として構成することができる。   According to a fifth aspect of the present invention, the image characteristic measuring device according to any one of the first to fourth aspects is mounted, and the moving unit relatively moves the image characteristic measuring device and the measurement object. The image forming apparatus can be configured.

本発明の画像特性計測装置および画像形成装置にあっては、対象物である画像担持体上の画像の色情報としての分光計測を画像全幅で正確に実行するため分光センサアレイに対象物との相対位置を検出する機構を有し、画像全幅で最適な画像の色情報である拡散反射光を獲得可能とすることができる。   In the image characteristic measuring apparatus and the image forming apparatus of the present invention, in order to accurately execute spectral measurement as the color information of the image on the image carrier that is the object with the full width of the image, the spectral sensor array is connected to the object. A mechanism for detecting the relative position is provided, and diffuse reflected light, which is optimal image color information, can be acquired over the entire image width.

本発明の一実施形態にかかる画像特性計測装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the image characteristic measuring apparatus concerning one Embodiment of this invention. 通常の画像特定計測用の光学系のより詳しい構成例を示す図である。It is a figure which shows the more detailed structural example of the optical system for normal image specific measurement. 第一の結像手段と領域分割手段の関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the relationship between a 1st image formation means and an area | region division means. 第一の結像手段を通過する光の様子の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the mode of the light which passes a 1st image formation means. 分光手段とアレイ状受光手段の関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the relationship between a spectroscopy means and an array-form light-receiving means. アレイ状受光手段上の結像の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the image formation on an array-like light-receiving means. アレイ状受光手段上の結像を傾ける例を示す図である。It is a figure which shows the example which inclines the image formation on an array-like light-receiving means. アレイ状受光手段上の傾けられた結像の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the image formation inclined on the array-like light-receiving means. 計測した分光分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the measured spectral distribution. バンド数に対する色差の計測結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the measurement result of the color difference with respect to the number of bands. 画像特性計測装置の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of an image characteristic measuring apparatus. 反射手段の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of a reflection means. 第二の光照射手段の具体的な構成例を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the specific structural example of a 2nd light irradiation means. 第二の光照射手段の具体的な構成例を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the specific structural example of a 2nd light irradiation means. 第二の光照射手段から逆伝搬してきた光による第一の結像手段からの光ビームの出射角の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the outgoing angle of the light beam from the 1st image formation means by the light which propagated back from the 2nd light irradiation means. 領域分割手段の光通過位置と光ビームの出射角の関係を示す計測結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the measurement result which shows the relationship between the light passage position of an area division means, and the outgoing angle of a light beam. 第二の光照射手段から逆伝搬してきた光による第一の結像手段からの光ビームの発散角の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the divergence angle of the light beam from the 1st image formation means by the light which propagated back from the 2nd light irradiation means. 領域分割手段の光通過位置と光ビームの発散角の関係を示す計測結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the measurement result which shows the relationship between the light passage position of an area division means, and the divergence angle of a light beam. 位置決め調整のためのテストチャートの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the test chart for positioning adjustment. 画像特性計測装置を搭載した画像形成装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the image forming apparatus carrying an image characteristic measuring device.

以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

図1は本発明の一実施形態にかかる画像特性計測装置100の構成例を示す図である。また、図2は画像特性計測装置100における通常の画像特定計測用の光学系(調整用の部材を省略した光学系)のより詳しい構成例を示す図であり、図1の上方より見た場合に右端を上端にして描いたものである。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an image characteristic measuring apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a more detailed configuration example of a normal image specific measurement optical system (an optical system in which an adjustment member is omitted) in the image characteristic measurement apparatus 100, and is viewed from above in FIG. It is drawn with the right end at the top.

図1および図2において、LEDアレイ、コリメートレンズ等のライン照明光源である第一の光照射手段101は、測定対象物である紙などの画像担持体の計測面102上の画像をライン状の照明光で照明する。第一の光照射手段101は可視光のほぼ全域において強度を有する白色光源となっている。第一の光照射手段101に用いる光源としては、LEDアレイ等の他に、冷陰極管などの蛍光灯や、ランプ光源を用いることが可能である。光源としては、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であることが望まれる。   In FIG. 1 and FIG. 2, the first light irradiation means 101, which is a line illumination light source such as an LED array or a collimating lens, displays an image on the measurement surface 102 of an image carrier such as paper as a measurement object in a line shape. Illuminate with illumination light. The first light irradiation means 101 is a white light source having an intensity over almost the entire visible light region. As a light source used for the first light irradiation means 101, a fluorescent lamp such as a cold cathode tube or a lamp light source can be used in addition to an LED array or the like. It is desirable that the light source emits light in a wavelength region necessary for spectroscopy and can be illuminated uniformly throughout the entire observation region.

計測面102からの拡散反射光は、マイクロレンズアレイやセルフォックレンズアレイ等の第一の結像手段103により、ピンホールアレイやスリットアレイ等の開口アレイのような、画像からの反射光を領域分割する領域分割手段104に一次的に結像する。セルフォックレンズは他にマイクロレンズアレイを適用することや、1次的な結像系を省き、開口アレイと紙が近接して配置されている構成でもよい。セルフォックレンズアレイを適用した場合、ピンホールアレイのホールピッチとレンズアレイピッチの不適合より、周期的な明暗部が生じる可能性もあるため検討が必要となる。ピンホールアレイやスリットアレイは、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などの黒色部材が形成されたものを用いることが可能である。開口部の形状は円形、矩形に限られるわけでは無く、楕円やその他の形状であってもよい。   Diffuse reflected light from the measurement surface 102 is reflected by the first imaging means 103 such as a microlens array or a selfoc lens array, and the reflected light from an image such as an aperture array such as a pinhole array or a slit array is converted into a region. A primary image is formed on the area dividing means 104 to be divided. The SELFOC lens may have a configuration in which a microlens array is applied or a primary image forming system is omitted and the aperture array and the paper are arranged close to each other. When a Selfoc lens array is applied, periodic bright and dark areas may occur due to mismatch between the hole pitch of the pinhole array and the lens array pitch. The pinhole array and slit array can be made by using a blackened metal plate with holes, or a glass substrate with black members such as chromium or carbon-containing resin formed in a predetermined shape. It is. The shape of the opening is not limited to a circle or a rectangle, but may be an ellipse or other shapes.

領域分割手段104を通過した光束は、後述する調整用の反射手段112が光路から除去されている場合、複数枚のレンズからなる第二の結像手段105を通過した後、透過型のグレーティング等の回折素子からなる分光手段106によって、リニアセンサ等によるアレイ状受光手段107へ導かれる。   The light beam that has passed through the region dividing means 104 passes through the second imaging means 105 composed of a plurality of lenses, and then passes through a transmissive grating, etc., if an adjustment reflecting means 112 described later is removed from the optical path. Are guided to the arrayed light receiving means 107 by a linear sensor or the like.

領域分割手段104の各開口からの光束は第二の結像手段105で結像され、分光手段106により分光された後、複数波長帯の強度がアレイ状受光手段107の複数画素で取得可能となる。   The light flux from each aperture of the region dividing unit 104 is imaged by the second imaging unit 105 and dispersed by the spectroscopic unit 106, and then the intensity of a plurality of wavelength bands can be acquired by a plurality of pixels of the arrayed light receiving unit 107. Become.

ただし、第一の結像手段103にセルフォックレンズアレイを用いる構成では、計測面102からの拡散光が直進してしまい、計測対象である紙が広い場合では領域分割手段104の端部を通過した光が第二の結像手段105にカップリングしないことが考えられる。そのため、例えば、図3に示すように、第一の結像手段103のマイクロレンズ103aの計測面102側にスリット103bを設け、マイクロレンズ103aと領域分割手段104のピンホール104aの中心位置を一致させ、スリット103bは、光学系中央ではマイクロレンズ103aとピンホール104aの中心と一致させ、端部にいくに従い、スリット103bの位置のみをマイクロレンズ103aとピンホール104aの中心から徐々にずらして配置することで、光の通過位置を規定するのが好適である。この場合、図4に示すように、マイクロレンズ103aを通過した光をピンホール(104a)を経て第二の結像手段105の方へ屈曲させることができる。   However, in the configuration using the SELFOC lens array for the first image forming unit 103, the diffused light from the measurement surface 102 goes straight and passes through the end of the region dividing unit 104 when the measurement target paper is wide. It is conceivable that the received light does not couple to the second imaging means 105. Therefore, for example, as shown in FIG. 3, a slit 103b is provided on the measurement surface 102 side of the microlens 103a of the first imaging means 103 so that the center positions of the microlens 103a and the pinhole 104a of the area dividing means 104 coincide. The slit 103b is made to coincide with the center of the microlens 103a and the pinhole 104a at the center of the optical system, and only the position of the slit 103b is gradually shifted from the center of the microlens 103a and the pinhole 104a toward the end. Thus, it is preferable to define the light passing position. In this case, as shown in FIG. 4, the light that has passed through the micro lens 103a can be bent toward the second imaging means 105 through the pinhole (104a).

図1および図2に戻り、分光手段106はアレイ状受光手段107に近接して配置されている。図5は分光手段106とアレイ状受光手段107の関係の例を示す図であり、図中に破線で光路を模式的に示すように、入射光を分光手段106により回折させることでアレイ状受光手段107を構成する分光センサ(ラインセンサ)のN個(N:バンド数)の画素に異なる分光特性を有する光を入射させている。分光手段106は、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などが適用可能である。分光手段106の鋸歯形状部の周期をpとすると、分光手段106へ角度αで入射する波長λの光は、下式で表せられる角度θに回折する。 Returning to FIG. 1 and FIG. 2, the spectroscopic means 106 is disposed in the vicinity of the arrayed light receiving means 107. FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the spectroscopic means 106 and the array-like light receiving means 107. As shown schematically by the broken lines in the figure, the incident light is diffracted by the spectroscopic means 106 to receive the array-like light. Light having different spectral characteristics is incident on N (N: number of bands) pixels of the spectral sensor (line sensor) constituting the means 107. As the spectroscopic means 106, one in which a sawtooth-shaped structure is periodically formed on a transparent substrate can be applied. When the period of the sawtooth portion of the spectroscopic unit 106 and p, the light of wavelength λ to be incident at an angle α to the spectroscopic means 106 is diffracted at an angle theta m that is expressed by the following equation.

sinθ = mλ/p + sinα
ここで、mは回折格子の次数と呼ばれるもので、正負の整数の値を取ることができる。
sinθ m = mλ / p + sinα
Here, m is called the order of the diffraction grating, and can take a positive or negative integer value.

分光手段106の形状としては、図5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。また、アレイ状受光手段107の画素周期dを10umすると、回折素子の周期pが10umで、分光手段106とアレイ状受光手段107の距離が2mmのときに、可視光をおよそ6画素に分光して入射することが可能である。   As the shape of the spectroscopic means 106, the sawtooth shape as shown in FIG. 5 can increase the intensity of the + 1st order diffracted light, which is the most desirable. In addition to the sawtooth shape, it is possible to take a stepped shape. Further, if the pixel period d of the arrayed light receiving means 107 is 10 μm, the visible light is split into about 6 pixels when the diffraction element period p is 10 μm and the distance between the spectroscopic means 106 and the arrayed light receiving means 107 is 2 mm. It is possible to enter.

しかし、アレイ状受光手段107の素子の配列方向(図2中のx方向)に回折させると、光束は0次光、2次回折像や隣接する開口を透過してきた隣接する光束の回折像などがリニアセンサ上で重なり合い、図6に示すようにクロストークを生じて正確な分光計測が困難となる。そこで、分光手段106を図2の光学系の光軸zに垂直な面内で回転させるか、回折素子の歯の角度を設定することにより、図7、図8に示すように、回折像のクロストークを排除して各波長帯の強度を取得することが可能となる。ここで、図8は分光手段106の回折素子を10[deg]傾けた状態であるが、最適角度は光学素子、レイアウトなどの条件から決めることが可能となる。   However, when diffracted in the array direction (x direction in FIG. 2) of the elements of the arrayed light receiving means 107, the light beam is 0th order light, second order diffraction image, diffraction image of adjacent light beam transmitted through adjacent aperture, etc. Are overlapped on the linear sensor, causing crosstalk as shown in FIG. 6, making accurate spectral measurement difficult. Therefore, by rotating the spectroscopic means 106 in a plane perpendicular to the optical axis z of the optical system in FIG. 2 or setting the angle of the teeth of the diffractive element, as shown in FIGS. It is possible to obtain the intensity of each wavelength band by eliminating crosstalk. Here, FIG. 8 shows a state in which the diffraction element of the spectroscopic means 106 is tilted by 10 [deg], but the optimum angle can be determined from conditions such as optical elements and layout.

本実施形態では紫外光および赤外光までの回折像を取得する必要があるため、約350nmから約800nmまでの回折性能が必要であり、当然ながら図5中の分光手段106の格子周波数およびブレーズ角度の設定により、可視域および可視域外の回折像を取得可能である。また、ピーク回折効率は鋸歯状の回折格子に比較し多少低下するものの、ホログラフィー回折格子を適用することで、可視域および可視域外の広い波長領域で一定の回折性能を確保することが可能となる。   In this embodiment, since it is necessary to acquire diffraction images from ultraviolet light and infrared light, diffraction performance from about 350 nm to about 800 nm is necessary. Of course, the grating frequency and blaze of the spectroscopic means 106 in FIG. By setting the angle, it is possible to acquire diffraction images in the visible region and outside the visible region. In addition, although the peak diffraction efficiency is somewhat lower than that of a sawtooth diffraction grating, the use of a holographic diffraction grating makes it possible to ensure a certain diffraction performance in a wide wavelength region in the visible region and outside the visible region. .

本実施形態でアレイ状受光手段107を構成するそれぞれの分光センサを個別にユニットとした場合、ユニットを構成する画素数は図2の領域分割手段104を構成するピンホールアレイのピッチおよび径、第二の結像手段105の倍率、分光手段106を構成する回折素子のピッチ、アレイ状受光手段107との設置距離などから決まるが、アレイ状受光手段107上に構成するユニット数、計測する波長範囲等の条件に合わせ柔軟に調整することが可能となる本件全体レイアウトの優位性を効果的に適用することができる。   In the present embodiment, when each spectroscopic sensor constituting the arrayed light receiving means 107 is an individual unit, the number of pixels constituting the unit is the pitch and diameter of the pinhole array constituting the area dividing means 104 of FIG. Depends on the magnification of the second imaging means 105, the pitch of the diffraction elements constituting the spectroscopic means 106, the installation distance from the arrayed light receiving means 107, etc., but the number of units configured on the arrayed light receiving means 107, the wavelength range to be measured It is possible to effectively apply the superiority of the overall layout of the present case, which can be flexibly adjusted according to the above conditions.

本実施形態で色トナーにより形成される画像の色情報を取得する場合、上記400nmから700nmの波長範囲において、アレイ状受光手段107上で可視域での分光計測系を構成する一組の素子群により、マルチバンド分光センサを構成する。マルチバンド分光ではバンド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、アレイ状受光手段107の画素数が一定であるとき、バンド数が増えることによって1セットの分光センサに用いられる画素数が多くなり、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、本実施形態の分光センサにおいては、バンド数を最小に抑えてウィナー推定などの推定手法によって分光分布の推定を行う処理を有していることが好ましい。   When acquiring color information of an image formed with color toner in the present embodiment, a set of elements constituting a spectroscopic measurement system in the visible region on the arrayed light receiving means 107 in the wavelength range of 400 nm to 700 nm. Thus, a multiband spectroscopic sensor is configured. In multiband spectroscopy, the more the number of bands, the more detailed measurement results of the spectral distribution can be obtained, which is preferable. However, when the number of pixels of the arrayed light receiving means 107 is constant, the number of pixels used in one set of spectroscopic sensors increases as the number of bands increases, and the number of spectroscopic sensors that can be arrayed decreases. It will be. Therefore, it is preferable that the spectroscopic sensor of the present embodiment has processing for estimating the spectral distribution by an estimation method such as Wiener estimation while minimizing the number of bands.

この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1に詳細が述べられている。   Many methods have been proposed for this spectral estimation process, and details are described in Non-Patent Document 1, for example.

ひとつの分光センサからの出力vから,分光分布を推定する手法の一例を示す。ひと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v(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400〜700[nm]で10[nm]ピッチの31個)を格納した行ベクトルrは以下の式で表される。 An example of a technique for estimating a spectral distribution from an output v i from one spectroscopic sensor is shown. From a row vector v storing signal outputs v i (i = 1 to N) from N pixels constituting one spectroscopic sensor and a conversion matrix G, spectral reflectances (for example, 400 to 400) The row vector r storing 31) of 700 [nm] and 10 [nm] pitch is expressed by the following equation.

r=Gv
変換行列Gは,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実施形態の画像特性計測装置100で測定したときのvを格納した行列Vから、最小二乗法をもちいて誤差の2乗ノルム‖・‖を最小化することによって求まる。
r = Gv
The transformation matrix G includes a matrix R storing spectral distributions for a large number (n) of samples whose spectral distributions are known in advance, and v when similar samples are measured by the image characteristic measuring apparatus 100 of the present embodiment. It is obtained from the stored matrix V by minimizing the square norm of error 誤差 · ‖ 2 using the least square method.

R=[r,r, ・・・,r
V=[v,v, ・・・,v
e=‖R−GV‖→min
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次式のように計算される。
R = [r 1, r 2 , ···, r n]
V = [v 1 , v 2 ,..., V n ]
e = ‖R-GV‖ 2 → min
The regression coefficient matrix G of the regression equation from V to R, where V is the explanatory variable and R is the objective variable, is expressed as Calculated.

G=RV(VV−1
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。
G = RV T (VV T ) −1
Here, the superscript “T” represents the transpose of the matrix, and the superscript “−1” represents the inverse matrix. By storing G obtained in this manner, the spectral distribution r of an arbitrary object to be measured is estimated by taking the product of the conversion matrix G and the signal output v at the time of actual measurement.

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(定着後)を、本実施形態の画像特性計測装置100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。実際にシミュレーションに用いたトナー画像の分光分布は図9のようになっている。図10にシミュレーション結果を示す。図10よりバンド数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。各位置での各分光センサに必要とされる画素数を6以上で設定することで、各分光センサ間に精度の差異は生じるが、全域にわたって精度の高い分光計測が可能となる。   A simulation in which a toner image (after fixing) output by an electrophotographic image forming apparatus is read by the image characteristic measuring apparatus 100 of the present embodiment to estimate a spectral distribution and calculate a color difference as an estimation error from the estimated spectral distribution. Went. In the simulation, the color difference (ΔE) between the color measurement result when the value of N is changed and the color measurement result obtained from a more detailed spectroscopic device is obtained. The spectral distribution of the toner image actually used in the simulation is as shown in FIG. FIG. 10 shows the simulation result. FIG. 10 shows that there is no significant difference in the estimated value error when the number of bands N is 6 or more. By setting the number of pixels required for each spectroscopic sensor at each position to be 6 or more, although there is a difference in accuracy between the spectroscopic sensors, it is possible to perform spectroscopic measurement with high accuracy over the entire area.

次に、図1に戻り、上述した通常の画像特定計測用の光学系の構成に加えられた調整用の構成を説明する。   Next, returning to FIG. 1, a configuration for adjustment added to the configuration of the optical system for normal image specific measurement described above will be described.

図1において、領域分割手段104と第二の結像手段105の間にミラー等の反射手段112を斜め上向きの45°に配置し、光学系全体の上方からLEDやキセノン光源などの第二の光照射手段111を設置する。領域分割手段104と第二の光照射手段111との距離は領域分割手段104と第二の結像手段105の入射瞳面との距離に一致させる。入射瞳面は、図2におけるPの位置に相当する。   In FIG. 1, a reflecting means 112 such as a mirror is disposed at 45 ° obliquely upward between the area dividing means 104 and the second imaging means 105, and a second light source such as an LED or a xenon light source is provided from above the entire optical system. The light irradiation means 111 is installed. The distance between the region dividing unit 104 and the second light irradiation unit 111 is made to coincide with the distance between the region dividing unit 104 and the entrance pupil plane of the second imaging unit 105. The entrance pupil plane corresponds to the position P in FIG.

また、図1における計測面102以外の光学系全体は計測面102に相対的に光軸方向に移動および回転が可能になっており、個々の部材も移動や回転が可能になっている。なお、第一の光照射手段101は計測面102側に固定となっていてもよい。光学系全体の移動と回転を容易にするため、図11に示すように、計測面102以外の部材(第一の光照射手段101を除外してもよい)を一体に回転させる、入射瞳面に回転中心を一致させた回転ステージ121と、回転ステージ121ごと光学系全体を計測面102に対し垂直で光軸方向(図の左右方向)に並行移動させる移動ステージ122を設けてもよい。   Further, the entire optical system other than the measurement surface 102 in FIG. 1 can be moved and rotated relative to the measurement surface 102 in the optical axis direction, and individual members can also be moved and rotated. The first light irradiation means 101 may be fixed on the measurement surface 102 side. In order to facilitate movement and rotation of the entire optical system, as shown in FIG. 11, an entrance pupil plane that rotates a member other than the measurement plane 102 (the first light irradiation means 101 may be excluded) as a unit. Further, a rotation stage 121 whose rotation center is coincident with each other and a moving stage 122 that moves the entire optical system together with the rotation stage 121 in a direction perpendicular to the measurement surface 102 in the optical axis direction (left-right direction in the figure) may be provided.

また、図1(図11も同様)では、調整時にのみ反射手段112を取り付け、通常の画像特性計測時には反射手段112を取り外すことを想定しているが、図12に示すように、反射手段112を回転軸112aを中心に実線で示す位置(調整時)と破線で示す位置(通常の画像特性計測時)に切り換えられるようにすることで、装置から反射手段112を取り外さなくて済む。これにより、経時的な位置ずれに対する相対姿勢および相対位置ずれを容易に調整することができる。   Further, in FIG. 1 (also in FIG. 11), it is assumed that the reflecting means 112 is attached only at the time of adjustment, and the reflecting means 112 is removed at the time of normal image characteristic measurement. However, as shown in FIG. Is switched between a position indicated by a solid line (at the time of adjustment) and a position indicated by a broken line (at the time of normal image characteristic measurement) around the rotation axis 112a, so that the reflection means 112 does not have to be removed from the apparatus. Thereby, it is possible to easily adjust the relative posture and the relative position shift with respect to the position shift over time.

図13は第二の光照射手段111の具体的な構成例を示す図であり、図1の左側面方向から見た図である。図13において、第二の光照射手段111の光照射素子111aを回転ステージ111c上に配置し、回転ステージ111cは光照射素子111aの出射端を中心に回転可能になっている。これにより、単一光源で領域分割手段104および第一の結像手段103の全範囲に光を選択的に照射することを可能としている。   FIG. 13 is a diagram showing a specific configuration example of the second light irradiation means 111, as viewed from the left side direction of FIG. In FIG. 13, the light irradiation element 111a of the second light irradiation means 111 is disposed on the rotation stage 111c, and the rotation stage 111c is rotatable around the emission end of the light irradiation element 111a. Thereby, it is possible to selectively irradiate the entire range of the region dividing unit 104 and the first imaging unit 103 with a single light source.

図14は第二の光照射手段111の他の具体的な構成例を示す図である。図17においては、2つの光照射素子111a、111bを回転ステージ111c上に設け、光照射素子111a、111bの出射方向の光軸の交点を回転ステージ111cの回転中心に一致させている。これにより計測面102の複数位置での光の結像状態を同時に検知可能とし、光学系全体で偏りの無い位置・姿勢の調整が可能となる。   FIG. 14 is a diagram illustrating another specific configuration example of the second light irradiation unit 111. In FIG. 17, two light irradiation elements 111a and 111b are provided on the rotation stage 111c, and the intersection of the optical axes in the emission direction of the light irradiation elements 111a and 111b is made to coincide with the rotation center of the rotation stage 111c. As a result, it is possible to simultaneously detect the imaging state of light at a plurality of positions on the measurement surface 102, and it is possible to adjust the position and orientation without deviation in the entire optical system.

図1(図11も同様)に戻り、調整時には、第二の光照射手段111からの光を反射手段112を介して領域分割手段104の各ピンホール方向に照射する。領域分割手段104および第一の結像手段103を通過した光の計測面102での結像を観察することで、計測面102と光学系全体との距離および姿勢を明らかにすることができる。像の観察は、目視によって行ってもよいし、計測面102を撮像するCCDカメラ等の撮像手段113によって行ってもよい。なお、撮像手段113の配置は、第一の光照射手段101からの正反射光がない角度であれば、他の部材が撮像の障害にならない位置であればどこでもよい。また、撮像手段113は計測面102の光学系側から撮像する場合だけでなく、計測面102に撮像手段を配置し、第一の結像手段103を通過してきた光を直接に撮像するものであってもよい。   Returning to FIG. 1 (also in FIG. 11), at the time of adjustment, the light from the second light irradiation means 111 is irradiated in the direction of each pinhole of the area dividing means 104 via the reflection means 112. By observing the image formation on the measurement surface 102 of the light that has passed through the region dividing means 104 and the first image formation means 103, the distance and posture between the measurement surface 102 and the entire optical system can be clarified. The image may be observed visually or by an imaging means 113 such as a CCD camera that images the measurement surface 102. The arrangement of the image pickup means 113 may be anywhere as long as other members do not obstruct the image pickup as long as there is no regular reflection light from the first light irradiation means 101. The imaging unit 113 is not only for imaging from the optical system side of the measurement surface 102 but also arranges the imaging unit on the measurement surface 102 and directly images light that has passed through the first imaging unit 103. There may be.

図15は第二の光照射手段111から逆伝搬してきた光による第一の結像手段103からの光ビームの出射角の例を示す図である。第一の結像手段103からの出射光は原則として平行光であるため、計測面102に対して垂直に到達するはずであるが、光学系と計測面102との間に角度のずれがあると図のθ、θといったずれが生ずる。このずれは、光学系全体を光軸方向に移動することにより計測面102上の結像の移動として観測でき、光学系全体の移動量と結像の移動量とから出射角を算出することができる。図16は領域分割手段104の光通過位置と光ビームの出射角の関係を示す計測結果の例を示す図であるが、出射角が左(Left)から中央(Center)、右(Right)に向かってほぼ線形的に変動していることから、光学系全体が計測面102に対し角度ずれが生じていることがわかる。そのため、その角度に応じて光学系全体の角度ずれを打ち消すように回転を行う操作を行う。角度のずれがない状態では、出射角がほぼ一定で図16のプロットがほぼ横一線となるので、その状態が確認できれば出射角についての調整は完了となる。 FIG. 15 is a diagram showing an example of the exit angle of the light beam from the first imaging unit 103 by the light that has propagated back from the second light irradiation unit 111. Since the outgoing light from the first imaging means 103 is in principle parallel light, it should reach perpendicular to the measurement surface 102, but there is an angle shift between the optical system and the measurement surface 102. Deviations such as θ 1 and θ 2 in FIG. This deviation can be observed as the movement of the imaging on the measurement surface 102 by moving the entire optical system in the optical axis direction, and the emission angle can be calculated from the movement amount of the entire optical system and the movement amount of the imaging. it can. FIG. 16 is a diagram showing an example of a measurement result showing the relationship between the light passing position of the region dividing means 104 and the light beam emission angle. The emission angle is changed from left (Left) to the center (Center) and to the right (Right). From the fact that it fluctuates almost linearly, it can be seen that the entire optical system has an angular deviation with respect to the measurement surface 102. For this reason, an operation of rotating the entire optical system so as to cancel out the angle shift according to the angle is performed. In a state where there is no angle shift, the emission angle is substantially constant and the plot of FIG. 16 is substantially horizontal. Therefore, if the state can be confirmed, the adjustment of the emission angle is completed.

図17は第二の光照射手段111から逆伝搬してきた光による第一の結像手段103からの光ビームの発散角の例を示す図である。第一の結像手段103からの出射光は原則として平行光となるはずであるが、第一の結像手段103の光軸方向位置にずれがあると平行光とはならなくなり、図のω1、ω2といった光の径の変動(発散角)が生ずる。この変動は光学系全体を光軸方向に移動することにより計測面102上の結像のサイズ変化として観測でき、光学系全体の移動量と結像のサイズ変化量とから発散角を算出することができる。図18は領域分割手段104の光通過位置と光ビームの発散角の関係を示す計測結果の例を示す図である。   FIG. 17 is a diagram showing an example of the divergence angle of the light beam from the first image forming means 103 by the light propagating back from the second light irradiation means 111. The light emitted from the first image forming means 103 should in principle be parallel light. However, if there is a deviation in the position of the first image forming means 103 in the optical axis direction, the light does not become parallel light, and ω1 in the figure. , .Omega.2 changes in the light diameter (divergence angle). This variation can be observed as a change in the size of the image on the measurement surface 102 by moving the entire optical system in the optical axis direction, and the divergence angle is calculated from the amount of movement of the entire optical system and the size change of the image. Can do. FIG. 18 is a diagram showing an example of a measurement result showing the relationship between the light passing position of the region dividing means 104 and the divergence angle of the light beam.

発散角がある場合、光学系全体と計測面102との相対距離により計測面102上の光の径が変化してしまうため、光学系全体と計測面102との相対距離を調整することで光の径を所定のサイズに調整する。なお、第一の結像手段103の第二の結像手段105もしくは第二の光照射手段111に対する相対位置を調整することで発散角のない平行光となるように調整することもできる。この場合は光学系全体と計測面102との相対距離の調整は重要でなくなる。発散角がない状態では、発散角がほぼ一定で図18のプロットがほぼ横一線となる。   When there is a divergence angle, the diameter of the light on the measurement surface 102 changes depending on the relative distance between the entire optical system and the measurement surface 102. Therefore, the light can be adjusted by adjusting the relative distance between the entire optical system and the measurement surface 102. The diameter is adjusted to a predetermined size. In addition, it can also adjust so that it may become parallel light without a divergence angle by adjusting the relative position with respect to the 2nd image formation means 105 or the 2nd light irradiation means 111 of the 1st image formation means 103. FIG. In this case, adjustment of the relative distance between the entire optical system and the measurement surface 102 is not important. In the state where there is no divergence angle, the divergence angle is substantially constant and the plot of FIG. 18 is substantially horizontal.

図19は位置決め調整のためのテストチャートの例を示す図である。すなわち、画像特性計測装置100を単体で用いる場合に画像特性計測の対象となるプリント紙の搬送機構を用いる場合において、このテストチャートにより紙の送り方向(図2のx方向と直交するy方向)とそれに直交する方向(図2のx方向)の位置決めに用いる。また、このテストチャートによる位置決めは、後述するような画像特性計測装置100を画像形成装置に搭載する場合にも使用することができる。図19では、センサの数だけパターン画像が形成されたテストチャートとなっており、各パターン画像が正確に検出できることを確認することで位置決めが完了する。   FIG. 19 is a diagram showing an example of a test chart for positioning adjustment. That is, when the image characteristic measuring apparatus 100 is used alone, when a print paper conveyance mechanism that is an object of image characteristic measurement is used, the paper feed direction (y direction orthogonal to the x direction in FIG. 2) is determined by this test chart. And the positioning in the direction perpendicular to it (the x direction in FIG. 2). The positioning based on the test chart can also be used when an image characteristic measuring apparatus 100 as will be described later is mounted on the image forming apparatus. FIG. 19 shows a test chart in which pattern images are formed by the number of sensors, and positioning is completed by confirming that each pattern image can be accurately detected.

図20は画像特性計測装置100を搭載した画像形成装置200の構成例を示す図である。図20において、画像形成装置200は給紙トレイ201、202、給紙ローラ203、コントローラ204、走査光学系205、感光体ユニット206、中間転写体207、定着ユニット208、排紙ローラ209等を備えており、前述した画像特性計測装置100は、例えば定着ユニット208の後段に設置される。また、画像形成装置200にフィニッシャー部を取り付けることができるタイプであれば、その部分に外付けで画像特性計測装置100を設けることもできる。   FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration example of an image forming apparatus 200 in which the image characteristic measuring apparatus 100 is mounted. In FIG. 20, an image forming apparatus 200 includes paper feed trays 201 and 202, a paper feed roller 203, a controller 204, a scanning optical system 205, a photosensitive unit 206, an intermediate transfer member 207, a fixing unit 208, a paper discharge roller 209, and the like. The image characteristic measuring apparatus 100 described above is installed, for example, at the rear stage of the fixing unit 208. Further, if it is a type in which a finisher unit can be attached to the image forming apparatus 200, the image characteristic measuring device 100 can be provided externally on that part.

本実施形態の画像特性計測装置100は分光計測を利用しており、装置を構成する分光センサ間の位置ずれ無く、画像面内の色情報を2次元で取得することができ、それを制御にフィードバックすることで、画像面内色むらを、電子写真方式では、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などの画像処理により低減することが可能となる。インクジェット方式では、ヘッド位置によりインクの吐出量を直接制御することで色むら低減を可能とすることが可能となる。   The image characteristic measuring apparatus 100 of the present embodiment uses spectroscopic measurement, and can acquire color information in the image plane in two dimensions without positional deviation between the spectroscopic sensors constituting the apparatus. By feeding back, in the electrophotographic method, color unevenness in the image plane can be reduced by image processing such as one-scan control of the light source output of the writing scanning optical system and gamma correction before printing. In the ink jet method, it is possible to reduce color unevenness by directly controlling the ink discharge amount according to the head position.

以上説明したように、本実施形態によれば、次のような利点がある。
(1)画像特性計測装置において、対象物からの拡散反射光を複数位置で取得する分光センサの光学系において光を逆伝搬させ、画像全幅で計測対象物と分光センサとの相対位置および姿勢を検出する機構を有することで、分光センサと対象物との相対位置および姿勢を最適化することを可能とし、色トナー等の色材により形成された画像の色情報を2次元の画像全幅で計測することができる。
(2)分光センサアレイの光学系において光を逆伝搬させる光源を回転させることで、分光センサアレイの各センサにおいて対象物との相対位置および姿勢を検出し、分光センサアレイ全体で最適な位置決めを行うことができる。
(3)分光センサアレイを構成する複数のセンサと計測対象物との相対位置および姿勢を検出可能とし、分光センサアレイ全体で最適な位置決めを行うことができる。
(4)画像特性計測装置の位置および姿勢を補正する機構を有し、分光計測の信頼性確保を可能とする。
(5)画像特性計測装置を画像形成装置に搭載することで、画像製品内で搬送される画像担持体上の画像の色情報および透明色材情報を高精度に計測し、画像の色変動および透明画像の非形成部があった場合にはフィードバック補正することができる。
As described above, according to the present embodiment, there are the following advantages.
(1) In the image characteristic measurement apparatus, light is propagated back in the optical system of the spectroscopic sensor that acquires diffuse reflected light from the object at a plurality of positions, and the relative position and orientation of the measurement object and the spectroscopic sensor are determined over the entire image width. By having a detection mechanism, it is possible to optimize the relative position and orientation between the spectroscopic sensor and the object, and measure the color information of the image formed by the color material such as color toner over the full width of the two-dimensional image. can do.
(2) By rotating a light source that reversely propagates light in the optical system of the spectroscopic sensor array, each sensor of the spectroscopic sensor array detects a relative position and posture with respect to an object, and performs optimum positioning in the spectroscopic sensor array as a whole. It can be carried out.
(3) It is possible to detect the relative positions and orientations of the plurality of sensors constituting the spectroscopic sensor array and the measurement object, and it is possible to perform optimum positioning over the entire spectroscopic sensor array.
(4) A mechanism for correcting the position and orientation of the image characteristic measuring apparatus is provided, and the reliability of spectroscopic measurement can be ensured.
(5) By mounting the image characteristic measuring device on the image forming device, the color information and transparent color material information of the image on the image carrier conveyed in the image product are measured with high accuracy, and the color variation of the image and When there is a non-formed portion of the transparent image, feedback correction can be performed.

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。   The present invention has been described above by the preferred embodiments of the present invention. While the invention has been described with reference to specific embodiments, various modifications and changes may be made to the embodiments without departing from the broad spirit and scope of the invention as defined in the claims. Obviously you can. In other words, the present invention should not be construed as being limited by the details of the specific examples and the accompanying drawings.

100 画像特性計測装置
101 第一の光照射手段
102 計測面
103 第一の結像手段
103a マイクロレンズ
103b スリット
104 領域分割手段
104a ピンホール
105 第二の結像手段
106 分光手段
107 アレイ状受光手段
111 第二の光照射手段
111a、111b 光照射素子
111c 回転ステージ
112 反射手段
112a 回転軸
113 撮像手段
121 回転ステージ
122 移動ステージ
200 画像形成装置
201、202 給紙トレイ
203 給紙ローラ
204 コントローラ
205 走査光学系
206 感光体ユニット
207 中間転写体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Image characteristic measuring apparatus 101 1st light irradiation means 102 Measurement surface 103 1st image formation means 103a Micro lens 103b Slit 104 Area division means 104a Pinhole 105 2nd image formation means 106 Spectroscopic means 107 Array-like light reception means 111 Second light irradiation means 111a, 111b Light irradiation element 111c Rotating stage 112 Reflecting means 112a Rotating shaft 113 Imaging means 121 Rotating stage 122 Moving stage 200 Image forming apparatus 201, 202 Paper feeding tray 203 Paper feeding roller 204 Controller 205 Scanning optical system 206 Photosensitive unit 207 Intermediate transfer member

特表2008−518218号公報Special table 2008-518218 gazette 特開2005−315883号公報JP 2005-315883 A 特開2002−310799号公報JP 2002-310799 A 特許第3566334号公報Japanese Patent No. 3566334 特開2003−139702号公報JP 2003-139702 A 特開2005−265752号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-265752

「ディジタルカラー画像の解析・評価」、東京大学出版会、三宅洋一、2000年2月25日、p.154−p.157“Analysis and Evaluation of Digital Color Images”, The University of Tokyo Press, Yoichi Miyake, February 25, 2000, p. 154-p. 157

Claims (5)

計測対象物である画像担持体上の画像の所定の領域に光を照射する第一の光照射手段と、
前記第一の光照射手段により照射された光の計測対象物からの反射光を集光する第一の結像手段と、
前記第一の結像手段により前記計測対象物と略結像関係の位置に設置された開口列により領域分割する領域分割手段と、
前記開口列を通過して領域分割された前記計測対象物からの反射光を集光する第二の結像手段と、
前記第二の結像手段により集光された前記開口列を通過して領域分割された光をそれぞれ回折像が重畳しないように分光する分光手段と、
それぞれ分光された前記各開口からの領域分割された光を受光するアレイ状受光手段と、
前記開口列と前記第二の結像手段の間に上方から光を照射する第二の光照射手段と、
前記第二の光照射手段からの光を前記開口列の方向へ反射する反射手段と
を有し、
前記開口列と前記反射手段を介した前記第二の光照射手段との距離と、前記開口列と前記第二の結像手段の入射瞳との距離とが同一であることを特徴とする画像特性計測装置。
A first light irradiation means for irradiating a predetermined region of the image on the image carrier that is a measurement object;
First imaging means for condensing the reflected light from the measurement object of the light irradiated by the first light irradiation means;
An area dividing means for dividing an area by an aperture row installed at a position substantially in an imaging relationship with the measurement object by the first imaging means;
A second imaging means for condensing the reflected light from the measurement object divided into regions through the aperture row;
A spectroscopic means for spectroscopically splitting the light divided through the aperture row collected by the second imaging means so that the diffraction images do not overlap each other;
An arrayed light receiving means for receiving the divided light from each of the apertures,
Second light irradiation means for irradiating light from above between the aperture row and the second imaging means;
Reflecting means for reflecting light from the second light irradiation means in the direction of the aperture row,
The distance between the aperture row and the second light irradiating means via the reflecting means is the same as the distance between the aperture row and the entrance pupil of the second imaging means. Characteristic measuring device.
請求項1に記載の画像特性計測装置において、
前記第二の光照射手段を回転する光源回転手段を有する
ことを特徴とする画像特性計測装置。
The image characteristic measuring apparatus according to claim 1,
An image characteristic measuring apparatus comprising light source rotating means for rotating the second light irradiation means.
請求項1または2のいずれか一項に記載の画像特性計測装置において、
前記第二の光照射手段は光源を複数有し、複数の前記開口に向け光を照射可能とする
ことを特徴とする画像特性計測装置。
In the image characteristic measuring device according to claim 1 or 2,
The second light irradiating means has a plurality of light sources, and is capable of irradiating light toward the plurality of openings.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の画像特性計測装置において、
前記第一の結像手段、前記領域分割手段、前記第二の結像手段、前記分光手段、前記アレイ状受光手段、前記第二の光照射手段および前記反射手段の全体を回転および並行移動可能とする移動手段を有する
ことを特徴とする画像特性計測装置。
In the image characteristic measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The whole of the first image forming means, the area dividing means, the second image forming means, the spectroscopic means, the array light receiving means, the second light irradiation means and the reflecting means can be rotated and moved in parallel. An image characteristic measuring apparatus comprising a moving means.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の画像特性計測装置を搭載し、前記画像特性計測装置と計測対象物を相対的に移動する移動手段を有する
ことを特徴とする画像形成装置。
An image forming apparatus comprising the image characteristic measuring apparatus according to claim 1, and having a moving unit that relatively moves the image characteristic measuring apparatus and a measurement object.
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