JP7024624B2 - 支持枠、分光器、分光分析ユニット、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、支持枠、分光器、分光分析ユニット、及び画像形成装置に関する。

分光器は、分光分析等のため、ＵＶ（Ultra Violet）、可視、近赤外、赤外等の様々な波長に光を分散させる光デバイスである。近年、屋内だけでなく、野外等のオンサイトでの分光分析のニーズが増加し、様々な用途に適用させるために、分光器の小型化が進んでいる。

小型の分光器として、光の分散機能と集光機能を持つ分光素子である凹面回折格子と、ＳｉやＩｎＧａＡｓ等のフォトダイオードのアレイセンサと、所望の波長帯域のＬＥＤ（Light Emitted Diode）やハロゲンランプ等の光源とを備えるものが知られている。

また、凹面回折格子を用いた分光器では、凹面回折格子の曲率半径を直径とするローランド円上に入射開口、出射開口、及び凹面回折格子を配置する、ローランド配置が知られている。

小型の分光器では、非常に小さい入射開口、出射開口、凹面回折格子等の光学素子を近接して配置する必要があり、光学素子のアライメントを精度良く行うことが課題の一つになっている。

このような課題に対し、樹脂製のキャリア部材に一次実装済みの凹面回折格子やフォトダイオードアレイを配置することで、アライメントを容易にする構成や、熱変形によるアライメントずれを補償する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の分光器では、凹面回折格子やフォトダイオードアレイ等の光学素子を一次実装するキャリア部材を介在させるため、光学素子同士を近接配置することが制限される場合があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、アライメント精度良く、光学素子を近接して配置することを課題とする。

開示の技術の一態様に係る支持枠は、少なくとも４つの開口を備える中空構造の支持枠であって、第１の開口の位置に配置される凹面回折格子と、第２の開口の位置に配置され、前記凹面回折格子で分散した光を反射角度可変に反射する可動反射部と、を有し、前記支持枠内に光を入射させる第３の開口と、前記可動反射部で反射された光を前記支持枠外に出射させる第４の開口と、を備え、前記第３の開口はローランド円上に配置され、前記凹面回折格子に含まれる凹面は、前記ローランド円の円周の一部を形成することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、アライメント精度良く、光学素子を近接して配置することができる。

第１の実施形態の分光器による分光の基本原理を説明する図である。 第１の実施形態の可動ミラーの構成の一例を説明する図である。 第１の実施形態の分光器の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態の分光器の変形例を示す図である。 第２の実施形態の分光分析ユニットの構成の一例を示す断面図である。 第２の実施形態の処理部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 第２の実施形態の処理部が有する構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。 第３の実施形態の分光分析ユニットの構成の一例を示す断面図である。 第３の実施形態の処理部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 第３の実施形態の処理部が有する構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。 第３の実施形態の分光分析ユニットの変形例を示す図である。 第４の実施形態の画像形成装置の構成の一例を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また各図面において実線の矢印で方向を示す場合があるが、各図面で共通のＸ、Ｙ、及びＺ方向を示すものとする。

［第１の実施形態］
第１の実施形態の分光器を説明する。図１は、本実施形態の分光器による分光の基本原理を説明する図である。

図１に示されているように、本実施形態の分光器１００は、入射スリット１と、凹面回折格子２を、可動ミラー３と、出射スリット４とを有する。図中の点線で示されている光線５０は、分光器１００に入射し、分光器１００の内部を伝搬して出射する光線を示している。

入射スリット１は、細い矩形の開口であり、分光する光を分光器１００の内部に入射させるための開口として作用する。入射スリット１の短手方向の開口の幅は、例えば、数１０～数１００μｍ等である。入射スリット１は、例えばニッケル等の金属基板に矩形の貫通孔を設けて形成される。但し、基板の材質は金属に限定されず樹脂等でもよい。また入射スリット１は、矩形開口に限定されず、円形開口のピンホール等であってもよい。入射スリット１から分光器１００の内部に入射した光は、発散光として凹面回折格子２に入射する。尚、入射スリット１は、特許請求の範囲に記載の「光入射部」の一例である。

凹面回折格子２は、金属の凹面ミラーの表面に等間隔の細線が形成された光学素子である。但し、凹面回折格子２の基材の材質は金属に限定されず、半導体、ガラス、樹脂等であってもよい。また、凹面回折格子２における細線は基材上に直接形成してもよいし、基材上に形成した薄い樹脂等の層に形成してもよい。凹面回折格子２は、回折格子による光の分散機能と、凹面ミラーによる集光機能とを有する。凹面回折格子２に入射した光は、凹面回折格子２により回折して分散し、可動ミラー３に向けて集光する。尚、光の分散とは、入射光が波長ごとに別々に分離する現象をいう。

可動ミラー３は、ミラー部を設けた可動部が弾性梁部と基板上に一体に形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーである。ミラー部は入射する光を反射し、可動部はミラー面を回動させる。

ここで、図２は、可動ミラー３の構成の一例を説明する図である。図２（ａ）は可動ミラー３の側面図であり、図２（ｂ）は可動ミラー３の平面図である。可動ミラー３では、基板６に対してミラー部７が支持部８を介して支持されている。支持部８は、ねじりバネの機能を有する。圧電駆動や静電駆動、電磁駆動等の図示しない駆動部から駆動力が加えられ、ミラー部７は図２（ｂ）の破線Ａ－Ａ'を軸にして、図２（ａ）の一点鎖線の矢印で示されている方向に回動する。尚、可動ミラー３は、特許請求の範囲に記載の「可動反射部」の一例である。

ミラー部７の駆動部を基板６にモノリシックに形成することで、モーター等の外部駆動手段を用いずに、ミラー部７を駆動することができ、またミラー部７を小型化することができる。基板６の材質は特に限定はされないが、例えばＳｉ（シリコン）やガラス等である。基板６にＳｉ等の半導体材料を用いると、半導体プロセスによる高精度な微細加工が可能になる。

図１に戻り、可動ミラー３は、凹面回折格子２により分散した光を出射スリット４に向けて反射する。ミラー部７の回動により、反射光の反射角度は可変である。

出射スリット４は、細い矩形の開口であり、分散した光を分光器１００から出射させるための開口として作用する。出射スリット４の材質や形状は、入射スリット１の説明で示したものと同様である。尚、出射スリット４は、特許請求の範囲に記載の「光出射部」の一例である。

出射スリット４は、凹面回折格子２により分散した光の結像位置に配置される。凹面回折格子２により分散した光は、結像位置が波長に応じて横ずれ（シフト）する。そのため、可動ミラー３による反射角度を変化させ、出射スリット４を通過する光の波長を変えることで、分散した光のうち所望の波長の光を分光器１００から選択的に出射させることができる。分光器１００から出射された光は、Ｓｉフォトダイオード等の光検出器により検出され、分光分析等が行われる。

ところで、図１において破線で示されている円５は、ローランド円と称され、凹面回折格子２の凹面の曲率半径を直径とする円である。凹面回折格子２はローランド円５上に外接して配置される。換言すると、凹面回折格子２は、凹面がローランド円５の一部を形成するように配置される。但し、凹面回折格子２の凹面の曲率半径とローランド円の直径は一致するため、完全なローランド円による配置では、凹面回折格子２の凹面とローランド円とは一点のみで交わる（図１参照）。凹面回折格子２の凹面とローランド円とが交わる点は、特許請求の範囲に記載の「ローランド円の円周の一部」の一例である。

入射スリット１は円周上に配置され、光は入射スリット１を通って分光器１００の内部に入射する。このような配置により、凹面回折格子２で分散した波長毎の光の結像位置は、全てローランド円の円周上に並ぶ。

本実施形態では、上述のように、可動ミラー３を回動させて、分散光の反射角度を変化させ、出射スリット４から所望の波長の光を選択的に出射させる。このため、可動ミラー３の回動に応じて所定の波長の光が出射スリット４の開口を通過するように、出射スリット４及び可動ミラー３の配置が適正化されている。このような配置は、予め光学シミュレーション等で求めることができる。尚、図１は、出射スリット４がローランド円５上から外れた位置に配置された例を示すが、上記の光学シミュレーション等の結果に応じて、出射スリット４をローランド円５上に配置してもよい。

図３は、本実施形態の分光器１００の構成の一例を示す図である。図３（ａ）は分光器１００の断面図であり、図３（ｂ）は分光器１００の斜視図である。尚、図１で説明した構成要素と同じ機能を有する要素には図１と同じ番号を付し、ここでは重複した説明を省略する。

分光器１００は、フレーム９を有する。フレーム９は、図３（ａ）に示されているように、断面が多角形形状で、内部が中空の中空構造を有する角柱である。フレーム９の材質は、樹脂や金属、セラミック等であり、特に制限されるものではない。フレーム９を構成する面の所定の位置には、フレーム９の外部とフレーム９の内部の中空部を連通させる矩形の開口９ａ～９ｄが形成されている。尚、フレーム９は、特許請求の範囲に記載の「支持枠」の一例である。

開口９ａの位置には入射スリット１が配置される。入射スリット１を通過する光は、開口９ａを通過してフレーム９の内部の中空部に入射し、開口９ｂに向かって伝搬する。

入射スリット１は、フレーム９の外側の面に固定される。固定方法は、接着剤で固定してもよいし、嵌合やネジ止めによる固定であってもよい。この点は、以下で説明する各開口に配置される光学素子の固定方法においても同様である。尚、開口９ａは、特許請求の範囲に記載の「第３の開口」の一例である。

開口９ｂの位置には凹面回折格子２が配置される。凹面回折格子２は、フレーム９の外側の面に固定される。開口９ａから入射した光は、開口９ｂを通過し、フレーム９の外側に配置された凹面回折格子２に入射する。尚、開口９ｂは、特許請求の範囲に記載の「第１の開口」の一例である。凹面回折格子２に入射した光は、凹面回折格子２により回折して分散し、開口９ｃに向かって集光しながら伝搬する。

開口９ｃの位置には可動ミラー３が配置される。可動ミラー３は、フレーム９の外側の面に固定される。凹面回折格子２による分散光は、開口９ｃを通過し、フレーム９の外側に配置された可動ミラー３に入射する。尚、開口９ｃは、特許請求の範囲に記載の「第２の開口」の一例である。可動ミラー３のミラー部７に入射した光は、ミラー部７で反射されて開口９ｄに向かって伝搬する。尚、可動ミラー３のミラー部７は、図３（ａ）に一点鎖線の矢印で示されている方向に回動するが、ミラー部７はフレーム９の開口９ｃの領域で回動するため、回動中にミラー部７がフレーム９に接触することはない。

開口９ｄの位置には出射スリット４が配置される。出射スリット４は、フレーム９の外側の面に固定される。可動ミラー３で反射した光は、開口９ｄを通過し、出射スリット４を通過して、フレーム９の外部に出射する。尚、開口９ｄは、特許請求の範囲に記載の「第４の開口」の一例である。

本実施形態では、入射スリット１がローランド円上に配置されるように、開口９ａが形成される。また凹面回折格子２の凹面がローランド円の円周の一部を形成するように、開口９ｂが形成される。これによりフレーム９に固定される入射スリット１、凹面回折格子２等の位置、傾きの調整を容易に行うことができる。

本実施形態では、断面が多角形形状であるフレーム９を用い、多角形の隣接する頂点間を結ぶ直線部が連続的に結合する構成にしている。言い換えると、凹面回折格子２や可動ミラー３等の光学素子を固定するフレーム９の各面を一体に形成している。このようにすることで、分光器１００において、フレーム９等の基材の変形を抑制することができる。

本実施形態では、フレーム９の外側の面に各光学素子を配置し、固定している。このようにすることで、凹面回折格子２や可動ミラー３等の光学素子の実装のために、電子部品をプリント基板に表面実装するために用いられるチップマウンター等の装置を利用することができる。チップマウンター等の装置の利用により、光学素子の高精度のアライメントが可能となる。また製作する分光器毎での個体差を抑制することができる。光学素子が配置される各面にはマウント時に光学部材が傾いて配置されるのを抑制するために付き当て部やアライメントマーク等の傾き補正機構が設けられていることが望ましい。

本実施形態では、凹面回折格子２や可動ミラー３等の光学素子をプリント基板等の一次実装基板（キャリア部材）に実装せず、フレーム９に直接実装する。これにより、一次実装基板同士が干渉して光学素子の近接配置や分光器の小型化が制限されてしまうことを防止することができる。

本実施形態の比較例として、例えば、各光学素子をそれぞれ実装した一次実装基板でフレームを形成するように配置し、分光器を構成する場合は、一次実装基板を精度よく配置することは困難である。また別々の基板を組合せた構成となるため、剛性が低くなり、変形等が発生して分光器の安定性が損なわれる。これに対し、本実施形態によれば、フレーム９に各光学素子を実装するため、各光学素子を精度よく配置することが可能となり、分光器の高精度化を図ることができる。また分光器の高剛性化により、分光器の安定性を確保することができる。

以上説明してきたように、本実施形態によれば、アライメント精度良く、光学素子を近接して配置することができ、小型の分光器を高精度に実現することができる。

ここで、図４は、第１の実施形態の分光器の変形例を示す図である。変形例である分光器１００ａは入射スリット１を備えず、フレーム９に形成された開口９ａが入射スリットとして機能する。つまり開口９ａは、フレーム９の内部の中空部に、分光するための光を入射させる。

また、分光器１００ａは出射スリット４を備えず、フレーム９に形成された開口９ｄが出射スリットとして機能する。つまり開口９ｄは、可動ミラー３で反射された光を通過させ、フレーム９の外部に出射させる。

開口９ａに入射スリットの機能を持たせ、また開口９ｄに出射スリットの機能を持たせることで、分光器の構成部品を減少させることができる。これにより、分光器の部品コスト、及び製造コストを削減できるとともに、分光器の組立調整を簡略化することができる。

一方で、第１の実施形態のように、入射スリット１を開口９ａとは別構成として備える場合、或いは出射スリット４を開口９ｄとは別構成として備える場合には、微小サイズで形状精度の高いスリットを容易に得ることができるという効果がある。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態の分光分析ユニットを説明する。尚、第１の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図５は、本実施形態の分光分析ユニット２００の構成の一例を示す断面図である。分光分析ユニット２００は、外側フレーム１０と、光検出器１４と、処理部１５とを有する。

外側フレーム１０は、図５に示されているように、断面が多角形形状で、内部に中空部１１を有する角柱である。分光分析ユニット２００の中空部１１には、分光器１００が配置される。分光器１００は、前述のように、入射スリット１と、凹面回折格子２と、可動ミラー３と、出射スリット４と、フレーム９とを有する。中空部１１には、フレーム９の外側の面に対向する面が形成されている。

図５のＹ方向における外側フレーム１０の両側の側面は開放されている。そのため、開放された側面から中空部１１に分光器１００を挿入して配置し、固定することが可能である。

外側フレーム１０において、中空部１１に配置された分光器１００の入射スリット１と対向する面には、外側フレーム１０の外部と中空部１１とを連通させるテーパ孔１２が形成されている。テーパ孔１２は、外側フレーム１０の外部から入射スリット１に光を導光する機能を有する。

テーパ孔１２には、角度θのテーパ角度が付けられており、このテーパ角により、分光器１００に入射する光の視野角が決定される。分光器１００に必要な視野角の仕様が予め決められており、仕様に応じたテーパ角度でテーパ孔１２が形成されている。

また外側フレーム１０において、中空部１１に配置された分光器１００の出射スリット４と対向する面には、外側フレーム１０の外部と中空部１１とを連通させる連通孔１３が形成されている。連通孔１３には、光検出器１４が挿入され、固定されている。分光器１００の出射スリット４から出射した光は、連通孔１３に挿入された光検出器１４に入射する。

光検出器１４は、１１００ｎｍより短い波長帯域に対して受光感度を有するＳｉ受光素子と、１１００ｎｍより長い波長帯域に対して受光感度を有するＧｅ（ゲルマニウム）受光素子とを有する。Ｇｅ受光素子はＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）受光素子等であってもよい。

Ｓｉ受光素子は単一画素の受光素子であり、Ｇｅ受光素子も単一画素の受光素子である。Ｓｉ受光素子とＧｅ受光素子は、出射スリット４に対向する平面内に並列に配置されている。Ｓｉ受光素子は、分光器１００の出射スリット４から出射された光のうち、１１００ｎｍより短い波長帯域の光を受光して、受光強度に応じた電気信号を出力する。Ｇｅ受光素子は、分光器１００の出射スリット４から出射された光のうち、１１００ｎｍより長い波長帯域の光を受光して、受光強度に応じた電気信号を出力する。Ｓｉ受光素子及びＧｅ受光素子の出力する電気信号は処理部１５に入力される。

処理部１５は、入力される電気信号に基づき、分光スペクトルを取得する演算を行う。また処理部１５は、所望の波長の光を選択的に出射させるために可動ミラー３を制御する。

図６は、本実施形態の処理部１５のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

処理部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１５２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１５３とを有する。また処理部１５は、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile Memory）１５４と、出力Ｉ／Ｆ（Inter／Face）１５５と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換回路１５６と、ミラー駆動回路１５７とを有する。これらは、システムバス１５８を介して相互に接続されている。

ＣＰＵ１５１は、処理部１５の動作を統括的に制御する。またＣＰＵ１５１は、光検出器１４が出力する電気信号に基づき、分光スペクトルを算出する処理を実行する。

ＣＰＵ１５１は、ＲＡＭ１５３をワークエリア（作業領域）としてＲＯＭ１５２等に格納されたプログラムを実行することで、上記の処理を実行し、後述する各種機能を実現する。尚、ＣＰＵ１５１の有する機能の一部、又は全部を、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）といったワイヤードロジックによるハードウェアにより実現させてもよい。

ＮＡＲＡＭ１５４は、不揮発性のメモリであり、入力された電気信号データや分光スペクトル等の演算処理結果を記憶する。

出力Ｉ／Ｆ１５５は、ＰＣ（Personal Computer）や映像機器等の外部機器と接続するためのインターフェースである。

Ａ／Ｄ変換回路１５６は、光検出器１４と電気的に接続し、光検出器１４が出力するアナログの電気信号を受信して、デジタル信号に変換する電気回路である。

ミラー駆動回路１５７は、可動ミラー３と電気的に接続し、ミラー部７の回動する角度を示す電圧、又は電流を可動ミラー３に出力する電気回路である。可動ミラー３は、ミラー駆動回路１５７から入力される電圧、又は電流に応じた角度になるように、ミラー部７を回動させる。

図７は、本実施形態の処理部１５が有する構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。尚、図７に図示される各機能ブロックは概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。各機能ブロックの全部又は一部を、任意の単位で機能的又は物理的に分散・結合して構成することが可能である。各機能ブロックにて行われる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、上述のＣＰＵ１５１にて実行されるプログラムにて実現され、或いはワイヤードロジックによるハードウェアとして実現されうる。

処理部１５は、Ａ／Ｄ変換部１６１と、スペクトル取得部１６２と、記憶部１６３と、出力部１６４と、駆動制御部１６５と、ミラー駆動部１６６とを有する。

Ａ／Ｄ変換部１６１は、光検出器１４が出力するアナログの電気信号を受信して、デジタル信号に変換し、スペクトル取得部１６２、記憶部１６３等に出力する。Ａ／Ｄ変換部１６１は、Ａ／Ｄ変換回路１５６等により実現される。

スペクトル取得部１６２は、Ａ／Ｄ変換部１６１が出力するデジタル信号を入力し、分光器１００に入射する光の分光スペクトルを演算する。本実施形態における演算では、公知の演算方法を使用可能であるため、ここでは説明を省略する。演算結果は、記憶部１６３、出力部１６４等に出力される。スペクトル取得部１６２は、ＣＰＵ１５１等により実現される。

記憶部１６３は、スペクトル取得部１６２による演算結果やＡ／Ｄ変換部１６１の出力するデジタル信号データを記憶し、要求に応じてこれらを出力部１６４に出力する。記憶部１６３は、ＮＶＲＡＭ１５４等により実現される。

出力部１６４は、スペクトル取得部１６２による演算結果やＡ／Ｄ変換部１６１の出力するデジタル信号データをＰＣ（Personal Computer）や映像機器等の外部機器に出力する。出力部１６４は、出力Ｉ／Ｆ１５５等により実現される。

駆動制御部１６５は制御信号を出力し、ミラー駆動部１６６を制御する。駆動制御部１６５は、ＣＰＵ１５１等により実現される。

ミラー駆動部１６６は制御信号に応じて電圧、又は電流を可動ミラー３に出力し、所望の反射角度が得られるようにミラー部７を回動させる。ミラー駆動部１６６は、ミラー駆動回路１５７等により実現される。

ここで、入射スリット１がローランド円上に配置され、凹面回折格子２の凹面がローランド円の円周の一部を形成するように配置される場合、凹面回折格子２で分散された波長毎の光は、全てローランド円の円周上に結像する。波長毎で光の結像位置が横ずれするため、分散された波長毎の光を一度に受光するには、ラインセンサ等のアレイ型の受光素子が必要となる。

Ｓｉフォトダイオードアレイ等のＳｉの受光素子アレイは１１００ｎｍより短い波長帯域の光にのみ受光感度を有するため、１１００ｎｍより長い波長帯域の光を受光するには、ＧｅやＩｎＧａＡｓ等の半導体材料や化合物半導体の受光素子が別途必要になる。ＧｅやＩｎＧａＡｓ等の受光素子は、単一画素の受光素子であれば比較的安価に入手できるが、アレイ型の受光素子になると非常に高価になる。このように、ローランド円を利用した配置は、凹面回折格子等の光学素子の配置、調整が容易になるメリットがある一方で、高価な受光素子及び光検出器が必要になるというデメリットがある。

本実施形態では、可動ミラー３による反射角度を変化させて、凹面回折格子２で分散された光のうち所望の波長の光を分光器１００から選択的に出射させる。従って、１１００ｎｍより短い波長帯域の光については、Ｓｉの単一画素の受光素子を用いて受光し、１１００ｎｍより長い波長帯域の光については、Ｇｅ、又はＩｎＧａＡｓの単一画素の受光素子を用いて受光することができる。

このように、本実施形態によれば、ローランド円を利用した配置により、凹面回折格子等の光学素子の配置、調整が容易な分光器を、単一画素の受光素子を用いて安価に構成することができる。またＳｉ受光素子が受光感度を有する３００ｎｍ程度の短い波長帯域の光から、Ｇｅ受光素子やＩｎＧａＡｓ受光素子が受光感度を有する２０００ｎｍ程度の長い波長帯域の光まで、広い波長帯域での分光分析を行うことができる。

尚、上記以外の効果は、第１の実施形態で説明したものと同様である。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態の分光分析ユニットを説明する。尚、第１～２の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図８は、本実施形態の分光分析ユニット２００ａの構成の一例を示す断面図である。分光分析ユニット２００ａは、光源１６と、処理部１５ａとを有する。

光源１６は、分光分析の対象となる物体等に対して所望の波長領域の光を照射する。例えばＬＥＤやハロゲンランプである。光源１６は、外側フレーム１０の外側に配置される。光源１６として、分光分析の対象物に対して適正な波長帯域の光を照射する光源が選択され、配置される。

処理部１５ａは、光検出器１４から入力される電気信号に基づき、分光スペクトルを取得する演算を行う。また処理部１５ａは、所望の波長の光を選択的に出射させるために可動ミラー３を制御し、さらに光源１６による光の照射を制御する。

図９は、本実施形態の処理部１５ａのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

処理部１５ａは、光源駆動回路１５９を有する。光源駆動回路１５９は、光源１６と電気的に接続し、照射光の光強度を示す電圧、又は電流を光源１６に出力する電気回路である。光源１６は、光源駆動回路１５９から入力される電圧、又は電流に応じた強度の光を照射する。

図１０は、本実施形態の処理部１５ａが有する構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。

処理部１５ａは、駆動制御部１６５ａと、光源駆動部１６７とを有する。

駆動制御部１６５ａは制御信号を出力し、ミラー駆動部１６６と、光源駆動部１６７とを制御する。駆動制御部１６５ａは、ＣＰＵ１５１等により実現される。

光源駆動部１６７は制御信号に応じて電圧、又は電流を光源１６に出力し、所望の照射光の強度が得られるように光源１６を駆動する。光源駆動部１６７は、光源駆動回路１５９等により実現される。

本実施形態によれば、様々な分光分析の対象物に対して、適正な波長帯域の光を照射することができる。また分光分析ユニットが光源を備える構成とすることで、分光分析ユニットとは別に光源を準備し、設置する必要がなくなるため、野外等のオンサイトでの分光分析を実施しやすくなる。

ここで、図１１は、第３の実施形態の分光分析ユニットの変形例を示す図である。変形例である分光分析ユニット２００ｂは電池１８を有する。また分光分析ユニット２００ｂは、分光分析ユニット２００ａと、処理部１５ａと、電池１８とを内部に配置する筐体１７を有する。

電池１８は処理部１５ａに電力を供給する。例えば、リチウムイオン電池や乾電池、或いはＰＳＵ（Power Supply Unit）等である。

処理部１５ａは、通信制御部を備え、近距離通信やインターネットを介した通信により、分光スペクトルの演算結果等を送受信可能にしてもよい。

外側フレーム１０と筐体１７を一体的に形成した構成にしてもよい。

変形例の構成によれば、電力を供給する電池１８を備えるため、分光分析ユニットとは別に電源を準備し、設置する必要がなくなるため、任意の場所や時間において、様々な対象物に対する分光分析を実施しやすくなる。

尚、上記以外の効果は、第１～２の実施形態で説明したものと同様である。

［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は分光分析ユニットを含む画像形成装置に関する。図１２は、第４の実施形態の画像形成装置の構成の一例を示す図である。

図１２に示されているように、画像形成装置８０は、分光器を含む分光分析ユニット２００ｂを備えている。画像形成装置８０は、給紙カセット８１ａ、給紙カセット８１ｂ、給紙ローラ８２、コントローラ８３、書込光学系８４、感光体８５、中間転写体８６、定着ローラ８７、排紙ローラ８８なども備えている。

画像形成装置８０において、画像データに基づいて書込光学系８４により４つの感光体８５が露光されると、各感光体８５上には各色に対応した静電潜像が形成され、これらの静電潜像に対応する色のトナー等の色材を付着させることで現像処理が行われる。この現像処理により各感光体８５上に形成された各色トナー像は互いに重なり合うように中間転写体８６上に転写される。

その後、中間転写体８６上のトナー像は、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により搬送された紙などの画像担持媒体９０に転写される。このようにして画像担持媒体９０上に転写されたトナー像は定着ローラ８７により定着され、その画像担持媒体９０は排紙ローラ８８により排紙される。

本実施形態において、分光分析ユニット２００ｂは、定着ローラ８７の後段に設置されている。分光分析ユニット２００ｂは、光源１６から画像担持媒体９０に光を照射する。画像担持媒体９０の表面からの反射光は、分光分析ユニット２００ｂの備える分光器１００の内部に入射される。可動ミラー３を回動させて異なる波長帯の光を選択的に取り出し、光検出器１４により光強度を検出する。

そして、波長帯毎での光強度の検出結果と、標準白色面等から得られる光強度とから、波長帯毎での反射率を算出して、分光反射率を得る。このように得られる分光反射率を用いれば、ＸＹＺ表色系やＬ＊ａ＊ｂ＊表色系等のパラメータ（測色値）などの他の分光特性を把握することもできる。

画像形成装置８０においては、所定のタイミングで分光分析ユニット２００ｂにより出力画像（測定対象）の分光特性（分光反射率等）を測定（推定）し、その測定結果をコントローラ８３に送る。コントローラ８３は、画像形成条件調整手段として機能し、その測定結果に基づいて画像形成条件を調整する。これにより、色の自動キャリブレーションを可能とすることから、色変動の少ない高品質な画像を継続的に提供することが可能となり、安定的に画像形成装置を稼動させることが可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 入射スリット（光入射部の一例）
２ 凹面回折格子
３ 可動ミラー（可動反射部の一例）
４ 出射スリット（光出射部の一例）
５ ローランド円
６ 基板
７ ミラー部
８ 支持部
９ フレーム（支持枠の一例）
９ａ 開口（第３の開口の一例）
９ｂ 開口（第１の開口の一例）
９ｃ 開口（第２の開口の一例）
９ｄ 開口（第４の開口の一例）
１０ 外側フレーム
１１ 中空部
１２ テーパ孔
１３ 連通孔
１４ 光検出器
１５、１５ａ 処理部
１６ 光源
１７ 筐体
１８ 電池
８０ 画像形成装置
１００ 分光器
１６２ スペクトル取得部
１６５、１６５ａ 駆動制御部
１６６ ミラー駆動部（駆動部の一例）
１６７ 光源駆動部
２００、２００ａ、２００ｂ 分光分析ユニット

特許４７１００２５号公報

Claims (10)

1. 少なくとも４つの開口を備える中空構造の支持枠であって、
   第１の開口の位置に配置される凹面回折格子と、
   第２の開口の位置に配置され、前記凹面回折格子で分散した光を反射角度可変に反射する可動反射部と、を有し、
   前記支持枠内に光を入射させる第３の開口と、
   前記可動反射部で反射された光を前記支持枠外に出射させる第４の開口と、を備え、
   前記第３の開口はローランド円上に配置され、
   前記凹面回折格子に含まれる凹面は、前記ローランド円の円周の一部を形成する
   ことを特徴とする支持枠。
2. 前記凹面回折格子及び前記可動反射部は、前記支持枠の外側に設置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の支持枠。
3. 前記第３の開口の位置に配置され、前記支持枠内に光を入射させる光入射部を有する
   ことを特徴とする請求項１、又は２に記載の支持枠。
4. 前記第４の開口の位置に配置され、前記可動反射部で反射された光を前記支持枠外に出射させる光出射部を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の支持枠。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の支持枠を有し、
   前記支持枠は、
   前記第３の開口の位置に配置され、前記支持枠内に光を入射させる光入射部と、
   前記第４の開口の位置に配置され、前記可動反射部で反射された光を前記支持枠外に出射させる光出射部と、を有する分光器。
6. 前記可動反射部を駆動する駆動部を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の分光器。
7. 対象物からの光を分光分析する分光分析ユニットであって、
   請求項５、又は６に記載の分光器と、
   前記光出射部から出射された光を受光し、受光した光に応じた信号を出力する光検出器と、
   前記信号に基づき、分光スペクトルを取得するスペクトル取得部と、を有する
   ことを特徴とする分光分析ユニット。
8. 前記対象物に光を照射する光源を有する請求項７に記載の分光分析ユニット。
9. 前記分光器を内部に配置する外側フレームを備え、
   前記外側フレームは、所定のテーパ角で形成され、前記外側フレームの外部の光を前記光入射部に導光するテーパ孔を備える
   ことを特徴とする請求項７、又は８に記載の分光分析ユニット。
10. 請求項７乃至９の何れか１項に記載の分光分析ユニットを有する
    ことを特徴とする画像形成装置。

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