JPH10175330A - 光学測定方法、光学測定装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 用紙などの測定対象物の被測定面がレンズ光
軸方向に変動する場合でも、その変動に影響されない高
精度の測定を行うことができるようにする。 【解決手段】 光源４１からの光を、レンズ４３を介し
て、または介することなく、紙面３７ａ上の特定の反射
領域４２に照射する。光電変換素子４４を、レンズ４３
の後側焦点面４３ｂに設置し、紙面３７ａ上の反射領域
４２からの反射光（散乱光または拡散光を含む）のうち
の、所定の角度範囲内に反射する光のみをすべて、レン
ズ４３を介して光電変換素子４４で受光する。その受光
出力から、紙面３７ａ上に形成された画像の濃度を測定
する。光源４１からの光をレンズ４３を介して紙面３７
ａ上に照射する場合には、光源４１はレンズ４３の後側
焦点面４３ｂより後方に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、カラー
プリンタなどの画像形成装置（画像出力装置）におい
て、出力されたプリント画像の画質を高精度で測定する
ことができる光学測定方法および光学測定装置に関す
る。また、この光学測定装置を内蔵し、その測定結果を
フィードバックして画質制御を行うことができる画像形
成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータを中心としたネットワーク
技術の進展により、画像出力装置としてのプリンタをネ
ットワークに接続するネットワークプリンタが急速に普
及している。特に、出力する画像のカラー化に伴い、近
年、カラープリンタの開発が盛んになっており、カラー
画質の安定性の向上、複数のカラープリンタ間における
カラー画質の均一化などの要求が高まってきている。

【０００３】この要求のため、出力された画像の画質、
特にカラー画像の場合には色差を測定して、その測定結
果を画像形成の各工程にフィードバックする必要性が高
まっており、特に、プリンタに測定装置を内蔵させて、
出力された画像の画質をオンラインでモニターし、その
測定結果をフィードバックする技術が重要視されてきて
いる。そのため、プリンタに内蔵する、この種の測定装
置として、小型であるが高精度で、低コストの測定装置
が要求されている。

【０００４】画質モニターに関して、オフラインによ
り、用紙などの画像形成媒体を固定した状態で測定する
装置としては、高精度の画像測定が可能な、Ｘ−riteと
呼ばれている測色装置が広く使用されている。

【０００５】しかし、オンラインの測色装置としては、
上記のＸ−riteのような高精度のものは、現在のとこ
ろ、実用化されていない。これは、オンラインでの測色
では、測定対象物である画像形成媒体としての用紙の被
測定紙面の、搬送系による上下変動、すなわち用紙の進
行方向に垂直な方向の変動が問題となり、正確な測定が
できないためである。

【０００６】すなわち、上記のＸ−riteなどで用いられ
ている、光源、レンズおよび受光素子（光電変換素子）
を組み合わせた光学系を用いて、上下変動する紙面を測
定する場合には、例えば、紙面が上下に１ｍｍ程度変動
すると、紙面で反射および散乱して受光素子に受光され
る光量が変動するため、受光素子の出力は１５％程度変
化し、受光素子の出力に大きな誤差を生じて、正確な色
測定をすることができない。

【０００７】このような紙面の上下変動を補正して測色
をする、オンライン用の測色装置も提案されている。こ
の装置は、図２０に示すように、特性測定ユニット１、
距離測定ユニット２および距離補正計算ユニット３によ
って構成される。

【０００８】特性測定ユニット１は、測定対象物である
用紙４が矢印方向に搬送される際に、測色センサによっ
て、用紙４上に形成されているカラー画像を測色し、そ
の測色出力を距離補正計算ユニット３に供給する。

【０００９】距離測定ユニット２は、用紙４の搬送方向
において特性測定ユニット１より手前の位置に設けら
れ、距離検出センサによって、その位置における用紙４
の上下変動を測定する。そして、その上下変動の測定出
力を距離補正計算ユニット３に供給する。特性測定ユニ
ット１と距離測定ユニット２との用紙搬送方向の距離Ｄ
は、例えば７０ｍｍとされる。

【００１０】距離補正計算ユニット３は、特性測定ユニ
ット１からの測色出力を、距離測定ユニット２からの用
紙４の上下変動の測定出力を用いて補正して、用紙４の
上下変動の影響を除去する。そして、その補正後の測色
出力を測定結果として出力する。

【００１１】一方、特開昭６３−１６２４７号公報に
は、測定結果が一定の範囲内であれば測定装置から試料
（測定対象物）までの距離に実質的に影響されないとさ
れる拡散反射率測定装置が示されている。この装置は、
被測定面上における照明光の強度を均一にすることによ
って、その目的を達成しようとするもので、その概略構
成を図２１に示す。

【００１２】図２１に示すように、この装置は、光源と
して点光源１１を用いるとともに、この点光源１１を集
光レンズ１２の焦点位置に配置する。これによって、点
光源１１から発した光は、集光レンズ１２により平行光
となり、矢印１０ａの方向に搬送される用紙の紙面１０
ｂに入射する。このとき、紙面１０ｂ上の光照明範囲Ｗ
を測定範囲ｍより大きくする。そして、紙面１０ｂ上
の、この測定範囲ｍからの反射光をレンズ１３を介して
光ファイバ１４の端面１４ａで受光する。

【００１３】この公報に記載された方法は、紙面１０ｂ
に対して平行光を入射させることによって、光照明範囲
Ｗより小さい測定範囲ｍでは、照明強度を、点光源１１
および光ファイバ端面１４ａとの距離に無関係に、ほぼ
一定に維持できるようにするものである。そして、照明
強度を一定に維持できることにより、紙面１０ｂが上下
方向に一定範囲Δｄ内で変動しても、測定結果を、紙面
１０ｂと光ファイバ端面１４ａとの距離に実質的に影響
されないようにすることができる、というものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２０
の測定装置では、特性測定ユニット１と距離測定ユニッ
ト２とを、用紙搬送方向に距離Ｄだけ離さなければなら
ないため、各測定対象箇所についての測色と距離測定と
を同時に行うことができず、高精度の補正を行うことは
困難であって、測色出力の高精度化に対して大きな制約
となる。

【００１５】また、構成的にも、特性測定ユニット１と
距離測定ユニット２とが必要になるとともに、補正計算
が必須となるため、装置が大掛かりとなり、価格も高価
になる欠点がある。

【００１６】また、図２１に示した特開昭６３−１６２
４７号公報の方法は、光源として点光源１１を用い、集
光レンズ１２により平行光とすることによって、紙面１
０ｂ上の測定面における照明強度をほぼ一定に維持し、
これにより紙面１０ｂの上下変動に影響されない測定結
果を得るようにしているが、元来、完全な点光源は存在
しないため、点光源１１を集光レンズ１２の焦点位置に
配置しても、光量が均一な照明とはならず、また平行光
にもならない。そのため、実際には、紙面１０ｂの上下
変動によって紙面１０ｂ上の照明強度は変化してしま
う。

【００１７】さらに、受光系は、紙面１０ｂからの反射
光がレンズ１３を介して光ファイバ端面１４ａ上で結像
する構成であるため、紙面１０ｂが上下に変動して反射
点の位置がずれると、結像点も光ファイバ端面１４ａか
らずれてしい、結局、この公報の方法では、紙面１０ｂ
の上下変動の影響のない測定結果を得ることは困難であ
る。

【００１８】以上のような方法のほかに、紙面の上下変
動を抑える一般的な対策として、ローラなどにより用紙
を押さえ付ける方法も考えられる。しかしながら、紙面
上に形成されたトナー画像などの画像の剥離やずれを防
止しなければならないために、強く押さえることには限
界があり、また、かりに強く押さえることができるとし
ても、用紙の上下変動量をゼロにすることは不可能で、
少なくとも数１００μｍ程度の変動は残る。そのため、
受光素子の出力が変化し、高精度の測定出力を得ること
はできない。

【００１９】この発明は、以上の点を考え、用紙などの
測定対象物の被測定面が変動する場合でも、その変動に
影響されない高精度の測定を行うことができるととも
に、測定装置を小型かつ安価に構成できるようにしたも
のである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明の光学測定方法
は、互いに相対位置が一定となるように設置された光
源、レンズおよび光電変換素子を用いるものであって、
前記光源からの光を測定対象物に照射し、この測定対象
物からの反射光を前記レンズを介して前記光電変換素子
で受光し、この光電変換素子の受光出力から、前記測定
対象物に関する特性を測定する方法において、特に、前
記レンズの前記光電変換素子側の焦点面に、前記レンズ
を通過してくる前記測定対象物からの反射光のうちの任
意の一部の領域である特定領域を設定して、前記測定対
象物から、この特定領域に対応する角度範囲内に反射す
る光のすべてのみを、前記レンズを介して前記光電変換
素子で受光し、この光電変換素子が受光した総光量を、
この光電変換素子の出力とする。

【００２１】この場合、前記光源からの光を前記レンズ
を介することなく前記測定対象物に照射し、または前記
光源からの光を前記レンズを介して前記測定対象物に照
射することができる。後者の場合には、前記光源を、前
記レンズの前記光電変換素子側の焦点面より前記レンズ
から遠い位置に配置することが望ましい。

【００２２】また、いずれの場合も、前記レンズの前記
光電変換素子側の焦点面に、前記特定領域の面積を受光
面積とする光電変換素子を配置し、または前記特定領域
は開口であって、この開口を通る前記測定対象物からの
反射光のみを前記光電変換素子で受光するようにし、ま
たは前記特定領域の位置に、この特定領域を通過する光
のみを前記光電変換素子に入射させる集光レンズを設け
ることができる。

【００２３】なお、この発明でいう「反射」は、正反射
だけでなく、散乱や拡散を含むものである。

【００２４】

【作用】上記の構成の、この発明の光学測定方法におい
ては、レンズの光電変換素子側の焦点面（以下、後側焦
点面と称する）に設定された特定領域には、測定対象物
からの反射光（上記のように散乱光や拡散光を含む）の
うち、レンズ光軸方向に対して、その特定領域の面積に
より定まる特定の角度範囲内に入る光のみが集まり、そ
の光のみがすべて光電変換素子で受光される。

【００２５】すなわち、測定対象物で反射した光のう
ち、レンズ光軸方向に対して特定の角度範囲内に入る光
のみが、光電変換素子に入射することになり、光電変換
素子の受光量は、測定対象物、例えば紙面がレンズ光軸
方向に変動しても、その変動に影響されない。

【００２６】この発明の原理を、図３を用いて示す。図
３は、測定対象物の例としての紙面で反射した光が、レ
ンズを通ってレンズの後側焦点面に設置された光電変換
素子に入射する状態を示している。この図３を用いて、
光電変換素子に入射する光が紙面の上下変動に依存しな
いことを示す。ただし、図３では便宜上、レンズは収差
の無いレンズを仮定し、レンズの厚みはゼロ、レンズ幅
は無限として考える。

【００２７】図３において、点Ｏはレンズの中心、軸４
３ａはレンズの光軸、面４３ｃはレンズの位置を、それ
ぞれ示す。紙面２０１，２０２は、変動する紙面位置を
示し、結像面３０１，３０２は、その変動する紙面位置
２０１，２０２に対応する結像面位置を示す。点Ｆａ
は、レンズの紙面側の焦点、点Ｆｂは、レンズの光電変
換素子側の焦点（後側焦点）、距離ｆａは、紙面側にみ
たレンズの焦点距離、距離ｆｂは、光電変換素子側にみ
たレンズの焦点距離、点Ｃは、光電変換素子の受光領域
の端、距離ｒは、その受光領域の端Ｃとレンズの後側焦
点Ｆｂとの間の距離である。

【００２８】ここで、レンズの光軸４３ａの方向に異な
る紙面位置２０１，２０２上の反射点Ａ１，Ａ２で反射
して、レンズを通って結像面位置３０１，３０２上の結
像点Ｂ１，Ｂ２で結像する光を考えるとき、この光が光
電変換素子の受光領域の端Ｃを通るときの、反射点Ａ
１，Ａ２での反射角度（光軸４３ａの方向に対する角
度）をｓ１，ｓ２とする。

【００２９】また、紙面位置２０１，２０２とレンズと
の間の距離をａ１，ａ２、後側焦点面４３ｂと結像面位
置３０１，３０２との間の距離をｂ１，ｂ２、反射点Ａ
１，Ａ２からの反射光のうちの光軸４３ａに平行な光が
レンズ面を通過する点をＬ１，Ｌ２とする。そして、反
射点Ａ１，Ａ２で反射して、光電変換素子の受光領域の
端Ｃを通って結像点Ｂ１，Ｂ２に結像する光がレンズ面
を通過する点をＭ１，Ｍ２とする。さらに、点Ｌ１，Ｍ
１間の距離をｄ１、点Ｌ２，Ｍ２間の距離をｄ２とす
る。

【００３０】この結像系におけるニュートンの式から、 （ａ１−ｆａ）／ｆａ＝ｆｂ／ｂ１ …（１） （ａ２−ｆａ）／ｆａ＝ｆｂ／ｂ２ …（２） が成り立つ。また、３角形Ｂ１Ｌ１Ｍ１と３角形Ｂ１Ｆ
ｂＣの相似、および３角形Ｂ２Ｌ２Ｍ２と３角形Ｂ２Ｆ
ｂＣの相似から、 ｒ／ｂ１＝ｄ１／（ｂ１＋ｆｂ） …（３） ｒ／ｂ２＝ｄ２／（ｂ２＋ｆｂ） …（４） が成り立つ。

【００３１】さらに、３角形Ａ１Ｌ１Ｍ１および３角形
Ａ２Ｌ２Ｍ２において、角度ｓ１およびｓ２を用いて、 ｄ１＝ａ１・ｔａｎ（ｓ１） …（５） ｄ２＝ａ２・ｔａｎ（ｓ２） …（６） が成り立つ。

【００３２】この式（５）（６）を、それぞれ式（３）
（４）に代入すると、 ａ１＝（ｂ１＋ｆｂ）ｒ／（ｂ１・ｔａｎ（ｓ１）） …（７） ａ２＝（ｂ２＋ｆｂ）ｒ／（ｂ２・ｔａｎ（ｓ２）） …（８） が得られ、さらに、この式（７）（８）を、それぞれ式
（１）（２）に代入すると、 ｒ／ｔａｎ（ｓ１）＝ｆａ …（９） ｒ／ｔａｎ（ｓ２）＝ｆａ …（１０） が得られる。

【００３３】そして、この式（９）（１０）から、 ｓ１＝ｓ２ …（１１） が導き出される。

【００３４】このことを一般化すると、紙面位置２０
１，２０２などのように光軸４３ａの方向に変動する紙
面のそれぞれの紙面位置２０ｉ（ｉは１，２，３…）上
の、反射点Ａ１，Ａ２などのそれぞれの反射点Ａｉで反
射して、レンズを通って結像面位置３０１，３０２など
のそれぞれの結像面位置３０ｉ上の、結像点Ｂ１，Ｂ２
などのそれぞれの結像点Ｂｉで結像する光を考えると
き、この光が光電変換素子の受光領域の端Ｃを通るとき
の、反射点Ａｉでの反射角度をｓｉとすると、他のパラ
メータに関係なく、反射角度ｓｉが常に一定となる。

【００３５】すなわち、紙面の変動に伴つて、紙面にお
ける反射領域が移動し、反射点Ａｉが移動しても、反射
角度ｓｉは常に一定である。反射（上記のように散乱や
拡散を含む）が理想的に生じているとすれば、反射点Ａ
ｉでの状態が同一のとき、この反射角度ｓｉ内に含まれ
る光線数は一定であると考えられるので、光電変換素子
の受光領域中のＦｂ−Ｃ間に入射する光量は、紙面−レ
ンズ間の距離ａ、および紙面−光電変換素子間の距離に
依存しないで、各反射点Ａｉの状態に応じた正確な光量
となる。

【００３６】したがって、紙面の特定の領域から反射し
て光電変換素子に入射する光は、紙面−光電変換素子間
の距離に依存せず、その領域の状態に応じたものとな
る。

【００３７】なお、図３では各線分を平面上で表現して
いるが、実際の光学系は、レンズの光軸４３ａを中心と
した回転体として考えることができる。すなわち、光電
変換素子の受光領域のＦｂ−Ｃ間の長さｒは、レンズの
光軸４３ａを中心とした円の半径のように一定である必
要はなく、光電変換素子の受光領域は、円形や四角形な
ど、任意の形状にすることができる。

【００３８】また、光電変換素子は、レンズの光軸４３
ａの位置を、その中心位置とする必要はなく、また、測
定対象物からの光がレンズを通って入射する後側焦点面
４３ｂ内であれば、レンズの光軸４３ａを含まない位置
に設置することも可能である。

【００３９】以上のように、この発明によれば、測定対
象物上の点から特定の角度範囲内に反射した光のみを、
レンズの後側焦点面に設置した光電変換素子の特定の領
域において受光することによって、測定対象物の上下変
動にかかわらず常に、測定対象物上の反射領域の反射
率、濃度、色などの特性を正確に測定することが可能と
なる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下に、まず、この発明の光学測
定方法ないし光学測定装置を用いる、この発明の画像形
成装置の実施形態を示し、次いで、この発明の光学測定
方法および光学測定装置の実施形態を示す。

【００４１】［画像形成装置の実施形態］図１８は、こ
の発明の画像形成装置の一例の要部を示す。この例の画
像形成装置は、電子写真方式によって用紙上に画像を形
成するものである。

【００４２】図では省略した画像入力部では、原槁上の
画像がスキャナにより読み取られて入力画像データが得
られ、または外部のコンピュータ上で生成された入力画
像データが装置内に取り込まれる。そして、同様に図で
は省略した画像処理部では、画像入力部からの入力画像
データに対して色変換や階調補正などの必要な処理がな
されて、画像出力部１００で出力すべき出力画像データ
が得られる。

【００４３】図では省略したスクリーンジェネレータに
より、画像処理部からの出力画像データが、その画素値
に応じてパルス幅が変調されたレーザ・オンオフ信号に
変換される。画像出力部１００では、そのレーザ・オン
オフ信号により、レーザ出力部３１のレーザダイオード
が駆動されて、レーザ出力部３１から、画像信号によっ
て変調されたレーザ光が得られ、そのレーザ光が、感光
体３２上に照射される。

【００４４】感光体３２は、スコロトロン帯電器３３に
より一様に帯電されて、レーザ光が照射されることによ
り、感光体３２上に静電潜像が形成され、その静電潜像
が形成された感光体３２に対して現像器３４の現像ロー
ルが当接することにより、その静電潜像がトナー像に現
像される。

【００４５】さらに、その感光体３２上のトナー像が、
転写器３５によって用紙３７上に転写され、その用紙３
７上のトナー像が、定着器３６によって定着される。感
光体３２は、トナー像が用紙３７上に転写された後、ク
リーナ３８によってクリーニングされて、１回の画像形
成過程が終了する。

【００４６】画像出力部１００では、画像形成装置の電
源投入時や、ユーザのマニュアル操作による装置のセッ
トアップ時に、バナーシートが出力される。ユーザのマ
ニュアル操作によるセットアップは、画像形成装置の図
では省略したユーザインタフェース上に設けられたモー
ド切換スイッチによって選択できるようにされ、このモ
ード切換スイッチによりマニュアルセットアップモード
が選択されると、ユーザが出力しようとした文書の出力
の直前にバナーシートが出力され、装置のセットアップ
が行われる。

【００４７】そして、画像出力部１００には、定着器３
６より後方の位置において、このバナーシート上に形成
された、画質制御用のパッチと呼ばれる基準パターンの
定着画像を測定する、上述した原理により後述するよう
な構成とされる、この発明の光学測定装置４０が設けら
れる。この光学測定装置４０では、用紙３７上に光を照
射し、その反射光を受光して、反射率を測定し、その反
射率に基づいて濃度や色などの測定結果の情報を得る。

【００４８】この光学測定装置４０での測定結果の情報
は、画像制御部５０に送られる。画像制御部５０は、光
学測定装置４０での測定結果を元に、画像出力部１００
のレーザ出力部３１、スコロトロン帯電器３３または現
像器３４などを制御して、出力画像の画質を制御する。

【００４９】図１９は、この例の画像形成装置の画像出
力部１００の画質制御を主体として構成を示す。画像出
力部１００は、レーザ出力部３１からのレーザ光の光量
を制御するための光量コントローラ１０１、スコロトロ
ン帯電器３３のグリッド電源１０２、現像器３４へのト
ナー供給を制御するためのディスペンスモータ１０３な
どを有する。

【００５０】画像制御部５０は、光学測定装置４０での
測定結果に基づいて、すなわち基準パターンの定着画像
の濃度などの測定出力に基づいて、画像出力部１００の
操作量、この例では、スコロトロン帯電器３３のグリッ
ド電圧およびレーザ出力部３１のレーザ出力パワーを制
御して、出力画像の画質を制御する。さらに、画像制御
部５０は、光学測定装置４０での測定結果に基づいて、
ディスペンスモータ１０３を駆動して、現像器３４への
トナー補給量を制御し、現像濃度を制御して、出力画像
の画質を制御する。

【００５１】なお、画像制御部５０は、転写器３５や定
着器３６などにおける画質に関与するパラメータを制御
するように構成することもできる。

【００５２】以上のように、この例の画像形成装置で
は、光学測定装置４０での測定結果を画像制御部５０に
フィードバックし、画像制御部５０において、画像出力
部１００のレーザ出力部３１やスコロトロン帯電器３３
などの各部を制御して出力画像の画質を制御することが
できる。このとき、用紙３７は、その紙面が用紙搬送方
向とは直交する上下方向に変動しながら移動するが、光
学測定装置４０では、この紙面の上下変動に影響されず
に高精度の測定が行われる。

【００５３】［光学測定方法および光学測定装置の実施
形態］図１および図２は、この発明の光学測定装置４０
の基本的構成を示し、図１は、光源４１からの光をレン
ズ４３を介することなく測定対象物である紙面３７ａに
照射する場合であり、図２は、光源４１からの光をレン
ズ４３を介して測定対象物である紙面３７ａに照射する
場合である。

【００５４】この光学測定装置４０は、基本的には、紙
面３７ａ上の後述するように定められる所定の反射領域
４２内に光を照射する光源４１と、この反射領域４２か
らの反射光を集光するレンズ４３と、このレンズ４３の
後側焦点面４３ｂに設置する光電変換素子４４とによっ
て構成する。

【００５５】光電変換素子４４の受光領域は、後側焦点
面４３ｂに含ませ、レンズ４３を通過してくる光の一部
を受光する特定の大きさとする。この受光領域の大きさ
は、受光出力として周波数応答を考慮したものとし、比
較的小さくする。

【００５６】この構成によって、上述したように、紙面
３７ａからの反射光のうちの、光電変換素子４４の受光
領域により定まる特定の角度範囲内に入る光のみが、光
電変換素子４４で受光される。そして、この光電変換素
子４４が受光した総光量が光電変換素子４４の出力とさ
れる。図では省略したが、光学測定装置４０は、この受
光出力を分析して、例えば反射率から種々の測定結果を
得る分析部を備えるものとする。

【００５７】光源４１からの照射光は、平行光に近いこ
とが望ましいが、平行光以外であってもよい。この例で
は、光源４１としてはＬＥＤを用い、レンズ４３として
は平凸レンズを用い、光電変換素子４４としてはＰＩＮ
−Ｓｉフォトダイオードを用いる。

【００５８】図３での原理説明では、レンズ４３の幅を
無限大と仮定したが、実際にはレンズ幅は有限であり、
このレンズ幅を考慮しなければならない。そのため、光
源４１からの光は、レンズ幅との関係で以下のような制
限条件を満たす反射領域４２内に照射する必要がある。

【００５９】図４に示すように、紙面３７ａ上の反射領
域４２内の各点で反射して光電変換素子４４に入射する
光は、上記の式（５）（６）に従って、各点から光軸４
３ａに平行な方向の両側のそれぞれ角度ｓの範囲に、す
なわちｓ×２の角度範囲に反射して、レンズ４３上では
ｄ×２の幅に広がることになる。

【００６０】図４から明らかなように、反射領域４２の
端ｔｌ，ｔｒで反射した光が、レンズ４３の幅ｕ内を通
過して光電変換素子４４に入射するには、 ｕ≧ｔ＋２・ｄ …（１２） の条件を満足する必要がある。

【００６１】ここで、 ｄ＝ａ・ｔａｎ（ｓ） …（１３） であり、上記の式（９）（１０）から、 ｔａｎ（ｓ）＝ｒ／ｆａ …（１４） であるので、式（１２）は、 ｕ≧ｔ＋２・ａ・ｒ／ｆａ …（１５） となる。

【００６２】レンズ幅ｕ、光電変換素子４４の幅２ｒ、
および焦点距離ｆａは、固定された値であるので、紙面
３７ａへの光の照射と紙面３７ａでの光の反射に関わ
る、反射領域４２の幅ｔ、およびレンズ４３と紙面３７
ａとの間の距離ａが、式（１５）の制限条件を満たす範
囲内であれば、光電変換素子４４に入射すべき光で、レ
ンズ４３を通らないものは存在しないことになる。

【００６３】したがって、式（１５）の制限条件を満た
す反射領域４２内に照射されて、ｓ×２の角度範囲内に
反射した光は、すべてレンズ４３を通って光電変換素子
４４に入射することになり、紙面３７ａの上下変動にか
かわらず、原理的に出力変化がゼロとなる、非常に高精
度の測定が可能となる。

【００６４】この例では、図５に示すように、紙面３７
ａが上下に変動しても、光源４１による紙面３７ａ上の
照射領域Ｔが、常に上記の反射領域４２内となるよう
に、照射領域Ｔを設定する。したがって、紙面３７ａの
上下変動があっても、その上下変動に影響されずに、紙
面３７ａからの反射光をレンズ４３を介して光電変換素
子４４で受光することができる。

【００６５】なお、照射領域Ｔは、画質制御用の基準パ
ターンの単位パッチより小さくする。照射領域Ｔが単位
パッチより大きいときには、パッチ周囲の白地部分から
の反射光が測定結果に影響するからである。

【００６６】なお、図４および図５では、反射領域４２
および光電変換素子４４を、それぞれ光軸４３ａの両側
において同じ長さにしたが、光軸４３ａの両側において
異なる長さにしてもよい。その場合には、反射領域４２
内の各点から光電変換素子４４に入射する光の角度範囲
は、光軸４３ａに平行な方向の両側で異なる角度範囲と
なる。

【００６７】また、上述したように、光電変換素子４４
の設置位置は、レンズ４３の後側焦点面４３ｂ内であれ
ば、レンズ４３の光軸４３ａを含む位置でなくてもよ
い。その場合には、図４および図５において、反射領域
４２内の各点から光電変換素子４４に入射する光の角度
範囲は、光軸４３ａに平行な方向の片側のみになる。

【００６８】さらに、上述したように、実際の光学系
は、レンズ４３の光軸４３ａを中心とした回転体として
考えることができるので、光軸４３ａから光電変換素子
４４の端までの距離は一定である必要はなく、光電変換
素子４４の形状は、円形や四角形など、任意の形状にす
ることができる。このとき、一般的に、 ｕ／２≧ｔ／２＋ａ・ｒ／ｆａ …（１６） が成り立つ。

【００６９】このように、この発明における制限条件
は、レンズ４３および光電変換素子４４のスペックに依
存した反射領域４２の設定であり、これ以外の条件、例
えば、光源４１からの光が拡散光であるか平行光である
か、光量の分布が均一であるか否か、などの特性の影響
を受けない。

【００７０】ただし、上記の制限条件に含まれない領域
に光を照射し、そこを反射領域として測定する場合にお
いても、測定対象物の変動量に起因する誤差が測定者が
要求する誤差を下回っている範囲内においては、測定対
象物の特性の測定は十分可能である。

【００７１】なお、光電変換素子４４をレンズ４３の後
側焦点面４３ｂ内に設置するには、次のようにする。す
なわち、例えば、紙面３７ａの状態が均一な白紙に光源
４１から光を照射し、この白紙をレンズ４３の光軸４３
ａに垂直な面内で移動させると同時に、光軸４３ａに垂
直な面内で光電変換素子４４を移動させたときに、その
面内のいずれの位置でも受光出力レベルが等しくなるよ
うな面位置を探し、その面位置内の所望の位置に光電変
換素子４４を設置する。

【００７２】図１のように、光源４１からの光をレンズ
４３を介することなく紙面３７ａに照射する例で、レン
ズ４３として、幅（直径）ｕが１５ｍｍ、焦点距離ｆ
（＝ｆａ＝ｆｂ）が２０ｍｍの平凸レンズを用い、光電
変換素子４４として、直径２ｒが１．２ｍｍのＰＩＮ−
Ｓｉフォトダイオードを用いて、その中心位置をレンズ
４３の光軸４３ａに一致させ、光源４１として、上述し
たようにＬＥＤを用いることによって、全体で３０ｍｍ
×３０ｍｍ×２０ｍｍという小型サイズの光学測定装置
を実現することができた。

【００７３】この具体例の場合、反射領域４２の制限条
件については、レンズ４３の直径ｕが１５ｍｍ、光電変
換素子４４の直径２ｒが１．２ｍｍ、レンズ４３の焦点
距離ｆａが２０ｍｍであるので、紙面−レンズ間の距離
ａが２０ｍｍの場合には、式（１５）から、反射領域４
２の直径ｔは１３．８ｍｍまでが可能となる。

【００７４】なお、より微小な領域を測定する場合に
は、これらの数値をそのまま縮小することによって、直
径ｔが１ｍｍ程度、さらにはそれ以下の領域を測定して
評価することも可能である。

【００７５】図６は、この具体例の光学測定装置を用い
て、紙面を変動させて測定を行った場合の受光出力の変
化を示す。これから明らかなように、この具体例によれ
ば、紙面の上下変動が１ｍｍ以上であっても、受光出力
の変化を０．１％以下に抑制でき、レンズ４３の収差な
どの各部品に起因する誤差が残る程度の、高精度の測定
が可能となる。上述したように、この発明の方法ないし
装置によらない場合には、紙面の上下変動量が１ｍｍの
とき、受光出力の変化が１５％程度となるため、上記の
具体例によって２桁以上の大幅な高精度化を実現できる
ことになる。

【００７６】さらに、この例では、１個あたり数１０円
から数１００円の部品を使用して装置を構成できるた
め、光学測定装置本体は１０００円程度という非常に低
いコストで製造可能である。

【００７７】図２のように、光源４１からの光をレンズ
４３を介して紙面３７ａに照射する例で、レンズ４３と
して、幅（直径）ｕが２０ｍｍ、焦点距離ｆ（＝ｆａ＝
ｆｂ）が３０ｍｍの平凸レンズを用い、光電変換素子４
４として、直径２ｒが１．２ｍｍのＰＩＮ−Ｓｉフォト
ダイオードを用いて、その中心位置をレンズ４３の光軸
４３ａに一致させ、光源４１として、上述したようにＬ
ＥＤを用いることによって、全体で３０ｍｍ×３０ｍｍ
×４０ｍｍという小型サイズの光学測定装置を実現する
ことができた。

【００７８】この具体例の場合、反射領域４２の制限条
件については、レンズ４３の直径ｕが２０ｍｍ、光電変
換素子４４の直径２ｒが１．２ｍｍ、レンズ４３の焦点
距離ｆａが３０ｍｍであるので、紙面−レンズ間の距離
ａが２０ｍｍの場合には、式（１５）から、反射領域４
２の直径ｔは１９．２ｍｍまでが可能となる。

【００７９】なお、この場合も、より微小な領域を測定
する場合には、これらの数値をそのまま縮小することに
よって、直径ｔが１ｍｍ程度、さらにはそれ以下の領域
を測定して評価することも可能である。

【００８０】図７は、この具体例の光学測定装置を用い
て、紙面を変動させて測定を行った場合の受光出力の変
化を示す。これから明らかなように、この具体例によれ
ば、紙面の上下変動が１ｍｍ以上であっても、受光出力
の変化を０．１％以下に抑制でき、レンズ４３の収差な
どの各部品に起因する誤差が残る程度の、高精度の測定
が可能となる。上述したように、この発明の方法ないし
装置によらない場合には、紙面の上下変動量が１ｍｍの
とき、受光出力の変化が１５％程度となるため、上記の
具体例によって２桁以上の大幅な高精度化を実現できる
ことになる。

【００８１】さらに、この例でも、１個あたり数１０円
から数１００円の部品を使用して装置を構成できるた
め、光学測定装置本体は１０００円程度という非常に低
いコストで製造可能である。

【００８２】ここで、図１のように光源４１からの光を
レンズ４３を介することなく紙面３７ａに照射する場合
と、図２のように光源４１からの光をレンズ４３を介し
て紙面３７ａに照射する場合とを、比較する。

【００８３】図１のように、光源４１からの光をレンズ
４３を介することなく紙面３７ａに照射する場合には、
光源４１をレンズ４３の側方に配置するため、光源４１
からの光はレンズ４３の光軸４３ａに対して大きな角度
で紙面３７ａに入射することになる。そのため、図８
（Ａ）に示すように、紙面３７ａが上下方向に変動した
とき、光源４１による紙面３７ａ上の照射領域Ｔが水平
方向（光軸４３ａに垂直な方向）に大きく移動すること
になる。

【００８４】これに対して、図２のように、光源４１か
らの光をレンズ４３を介して紙面３７ａに照射する場合
には、光源４１からの光はレンズ４３の光軸４３ａに対
して小さな角度で紙面３７ａに入射するので、図８
（Ｂ）に示すように、紙面３７ａが上下方向に同じ量だ
け変動したときの、光源４１による紙面３７ａ上の照射
領域Ｔの水平方向への移動量は小さくなる。

【００８５】そのため、光源４１からの光をレンズ４３
を介することなく紙面３７ａに照射する場合には、紙面
３７ａが上下方向に変動したとき、紙面３７ａ上の照射
領域Ｔからの反射光中で、レンズ４３の周辺部分を通る
光が多くなって、レンズ４３が有する球面収差により、
光電変換素子４４で受光される光量が変化し、光源４１
からの光をレンズ４３を介して紙面３７ａに照射する場
合に比べると、紙面の上下変動による受光出力の変化が
大きくなる。

【００８６】そこで、光源４１からの光をレンズ４３を
介することなく紙面３７ａに照射する場合に、レンズ４
３を介して紙面３７ａに照射する場合と同程度に受光出
力の変化を小さくするために、レンズ４３の幅（直径）
ｕを小さくして、光源４１をより光軸４３ａに近付ける
ことにより、光源４１からの光を光軸４３ａに対して小
さな角度で紙面３７ａに入射させようとすると、上記の
式（１５）で表される制限条件を満たすことが困難とな
る。

【００８７】そのため、レンズ４３を紙面３７ａから遠
ざけることにより、光源４１からの光を光軸４３ａに対
して小さな角度で紙面３７ａに入射させようとすると、
光学測定装置全体が紙面３７ａに垂直な方向に大型化し
てしまう。また、光源４１をレンズ４３の側方ではな
く、レンズ４３と紙面３７ａとの間に配置することによ
り、光源４１からの光を光軸４３ａに対して小さな角度
で紙面３７ａに入射させようとすると、光源４１が紙面
３７ａからの反射光を遮ってしまい、測定が困難とな
る。

【００８８】以上の点から、図２のように光源４１から
の光をレンズ４３を介して紙面３７ａに照射する方が、
図１のように光源４１からの光をレンズ４３を介するこ
となく紙面３７ａに照射する場合に比べて、より望まし
い。ただし、上述したように、光源４１からの光をレン
ズ４３を介することなく紙面３７ａに照射する場合で
も、紙面３７ａの上下変動による受光出力の変化を十分
に抑制することが可能である。

【００８９】図２のように、光源４１からの光をレンズ
４３を介して紙面３７ａに照射する場合には、同図に示
すように、光源４１は、レンズ４３の後側焦点面４３ｂ
より後方に配置することが望ましい。このように、光源
４１を後側焦点面４３ｂよりレンズ４３から遠い位置に
配置することによって、光源４１から発した光はレンズ
４３を通過する際に集光されるので、紙面３７ａ上の反
射領域４２を、より確実に式（１５）の条件に制限する
ことができる。

【００９０】これに対して、光源４１を後側焦点面４３
ｂよりレンズ４３に近い位置に配置すると、光源４１か
らの光はレンズ４３を通った後、さらに広がっていくの
で、反射領域４２を式（１５）の条件に制限することが
困難となる。また、光源４１を後側焦点面４３ｂ上に配
置すると、光源４１からの光はレンズ４３を通った後、
ほぼ平行光となり、反射領域４２はレンズ４３の幅（直
径）と同じ大きさになるので、やはり反射領域４２を式
（１５）の条件に制限することは困難となる。

【００９１】図１のように、光源４１からの光をレンズ
４３を介することなく紙面３７ａに照射する場合、実際
には、反射領域４２を制限するために、光源４１に絞り
などを設けて、光源４１からの光を細い光路のものにす
る必要がある。

【００９２】また、光源４１からの光をレンズ４３を介
して紙面３７ａに照射する場合、光源４１に絞りなどを
設けて、光源４１からの光を十分に細い光路のものにす
れば、光源４１を後側焦点面４３ｂよりレンズ４３に近
い位置に配置し、または後側焦点面４３ｂ上に配置して
もよい。

【００９３】［光学測定方法および光学測定装置の他の
実施形態］ （開口部または集光レンズを設ける場合）図１または図
２に示した例は、光電変換素子４４をレンズ４３の後側
焦点面４３ｂに配置する場合であるが、この発明は、原
理的に、紙面３７ａで特定の角度範囲内に反射して後側
焦点面４３ｂの特定領域に入射する光のみをすべて、光
電変換素子４４で受光できればよいので、光電変換素子
４４は、必ずしも後側焦点面４３ｂに配置する必要はな
く、後側焦点面４３ｂより後方に配置してもよい。

【００９４】図９または図１０は、このように光電変換
素子４４を後側焦点面より後方に配置する場合の一例
で、後側焦点面の特定領域の位置に開口部４５を設け
て、この開口部４５を通過した光のみをすべて、開口部
４５の後方に設けた光電変換素子４４で受光する場合で
ある。

【００９５】なお、図９は、光源４１からの光をレンズ
４３を介することなく紙面３７ａに照射する場合であ
り、図１０は、光源４１からの光をレンズ４３を介して
紙面３７ａに照射する場合である。

【００９６】この例では、紙面３７ａで特定の角度範囲
内に反射して後側焦点面の特定領域に入射する光のみが
すべて、開口部４５を通過して光電変換素子４４で受光
されるので、光電変換素子４４からは、図１または図２
の例と同様に、紙面３７ａの上下変動に影響されない受
光出力を得ることができる。

【００９７】また、この例では、開口部４５の大きさ
を、図４および図５に示した長さ２ｒに設定すればよ
く、光電変換素子４４の大きさは、開口部４５を通過し
た光のみをすべて受光できれば、任意に選定することが
できる。

【００９８】図１１または図１２は、図９または図１０
の例の開口部４５の位置、すなわちレンズ４３の後側焦
点面の特定領域の位置に集光レンズ４６を設けて、この
集光レンズ４６で集光された光のみをすべて、集光レン
ズ４６の後方に設けた光電変換素子４４で受光する場合
である。

【００９９】なお、図１１は、光源４１からの光をレン
ズ４３を介することなく紙面３７ａに照射する場合であ
り、図１２は、光源４１からの光をレンズ４３を介して
紙面３７ａに照射する場合である。

【０１００】この例でも、紙面３７ａで特定の角度範囲
内に反射して後側焦点面の特定領域に入射する光のみが
すべて、集光レンズ４６で集光されて光電変換素子４４
で受光されるので、光電変換素子４４からは、図１また
は図２の例と同様に、紙面３７ａの上下変動に影響され
ない受光出力を得ることができる。

【０１０１】（画像の色を測定する場合）画像の色を測
定する場合には、一般的に、画像が形成された紙面に垂
直な方向に対して４５度の方向から光を照射して、０度
の方向で受光する方法、または逆に、０度の方向から光
を照射して、４５度の方向で受光する方法が採られる。

【０１０２】そこで、この発明でも、測色を行う場合に
は、図１または図２などに示したように、光源４１から
の光を、レンズ４３を介することなく、またはレンズ４
３を介して、紙面３７ａに照射するに当たって、光源４
１からの光を、レンズ４３の光軸４３ａに対して４５度
前後の角度で、紙面３７ａに照射する。ただし、紙面３
７ａの拡散方向の偏りが大きくなければ、４５度前後に
限らず、光軸４３ａに対して６０度以下の角度で照射す
ることができる。

【０１０３】図１、図２、図９、図１０、図１１または
図１２の例において、光源４１として赤、緑または青の
色光を発するものを用いることによって、紙面３７ａ上
に形成された、それぞれ赤、緑または青の補色であるシ
アン、マゼンダまたはイエローの画像の濃度を、光電変
換素子４４の受光出力によって測定することができる。
また、ブラック（黒）の画像の濃度の測定用には、上記
の赤、緑または青の色光を発する光源、または白色光を
発する光源を用いることができる。

【０１０４】このように、上述した例の光学測定装置に
おいて、光源４１として赤、緑または青の色光を発する
ものを用いて、紙面３７ａ上のシアン、マゼンダまたは
イエローの画像の濃度を測定した結果、紙面３７ａの上
下変動が１ｍｍ以上であっても、受光出力の変化を０．
１％以下に抑制することができた。これは、色差に関し
ては、濃度に応じて０．１以下から０．４程度の判別が
可能なレベルに相当し、肉眼では判別不可能なレベルの
色差まで容易に判別可能となる。

【０１０５】さらに、赤、緑および青の色光を発する光
源などの複数の光源を設けて、これら複数の光源を順次
点灯させることによって、フルカラー画像の色を評価す
ることができる。

【０１０６】図１３は、この場合の例を示し、紙面３７
ａ上には、その進行方向に、それぞれ赤、緑、青の補色
であるシアン、マゼンダ、イエローのパッチ画像が形成
されるもので、光源４１として、それぞれ赤、緑、青の
色光を発する３つの光源４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを、例
えばレンズ４３の光軸方向からみて１２０度の角間隔で
配置する。

【０１０７】これら光源４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを、紙
面３７ａ上のシアン、マゼンダ、イエローの画像に同期
させて、光源切換器７１によって切り換え、光電変換素
子４４の受光出力を、増幅器６３を介してゲート回路７
２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂに供給して、これらゲート回路７
２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂを、光源切換器７１からの切換信
号に同期させて、それぞれ光源４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ
が点灯する期間においてゲートが開く状態にして、ゲー
ト回路７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂから、それぞれ光源４１
Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが点灯する期間における光電変換素
子４４の受光出力ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを取り出し、その受
光出力ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを、図では省略した測定演算部
に供給する。

【０１０８】したがって、紙面３７ａ上のシアン、マゼ
ンダ、イエローの画像の濃度を、ゲート回路７２Ｒ，７
２Ｇ，７２Ｂの出力ＳＲ，ＳＧ，ＳＢによって測定する
ことができ、さらに、その出力ＳＲ，ＳＧ，ＳＢを測定
演算部で総合的に計算することによって、フルカラー画
像の色を評価することができる。

【０１０９】紙面３７ａ上にブラックのパッチ画像も形
成される場合には、光源４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂのいず
れかをブラックの画像の測定用に兼ねさせ、またはブラ
ックの画像の測定用に白色光を発する光源を追加すると
ともに、光電変換素子４４の受光出力からブラックの画
像の測定出力を取り出すゲート回路を追加して設ければ
よい。

【０１１０】図１３は、光源４１からの光をレンズ４３
を介することなく紙面３７ａに照射する場合であるが、
光源４１からの光をレンズ４３を介して紙面３７ａに照
射する場合にも、同様に構成することができる。

【０１１１】図１４は、画像の色を測定する場合の他の
例を示す。この例では、用紙３７上には、矢印で示す搬
送方向に対して直交する左右方向に並べられて、シア
ン、マゼンダ、イエローおよびブラックのパッチ画像が
形成される。

【０１１２】そして、光学測定システムとして、それぞ
れ上述した光源４１として赤、緑、青および赤の色光を
発する光源を用いた、上述したレンズ４３および光電変
換素子４４を別個に有する４つの光学測定装置４０Ｒ，
４０Ｇ，４０Ｂおよび４０Ｒを、用紙３７の搬送方向に
対して直交する左右方向に並べて設け、それぞれの光学
測定装置４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂおよび４０Ｒによっ
て、用紙３７上のシアン、マゼンダ、イエローおよびブ
ラックの画像の濃度を測定する。

【０１１３】したがって、光学測定装置４０Ｒ，４０
Ｇ，４０Ｂおよび４０Ｒの測定出力を総合的に計算する
ことによって、フルカラー画像の色を評価することがで
きるとともに、その測定結果を画像形成装置の各工程に
フィードバックすることによって、画像形成装置におい
て高画質の画像を得ることが可能となる。

【０１１４】図１５は、画像の色を測定する場合のさら
に他の例を示す。この例では、図１３の例のように複数
の光源を設けて、これを切り換える代わりに、レンズ４
３と光電変換素子４４との間に色フィルタ４７を設け
て、これを色フィルタ交換手段４８によって、測定する
画像の色に応じて切り換える。

【０１１５】そして、図１３の例と同様に、色フィルタ
４７の切り換えに同期させて、光電変換素子４４の受光
出力を取り出すことによって、紙面３７ａ上に形成され
た各色の画像の濃度を測定することができ、さらに、そ
の測定出力を測定演算部で総合的に計算することによっ
て、フルカラー画像の色を評価することができる。

【０１１６】なお、色フィルタ４７は、光源４１と紙面
３７ａとの間、または紙面３７ａとレンズ４３との間に
設けるようにしてもよい。また、図１５は、光源４１か
らの光をレンズ４３を介することなく紙面３７ａに照射
する場合であるが、光源４１からの光をレンズ４３を介
して紙面３７ａに照射する場合にも、同様に構成するこ
とができる。

【０１１７】また、図９または図１０の例のように開口
部４５を設ける場合には、開口部４５と光電変換素子４
４との間に、また図１１または図１２の例のように集光
レンズ４６を設ける場合には、集光レンズ４６と光電変
換素子４４との間に、色フィルタを設けてもよい。

【０１１８】図１６は、画像の色を測定する場合のさら
に他の例を示す。この例では、図１０の例のように開口
部４５を設ける場合に、その開口部４５の位置に分光器
４９を設けて、紙面３７ａからの反射光を赤、緑、青の
色光などに分離し、それぞれの色光を別個の光電変換素
子４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂにより受光することによっ
て、紙面３７ａ上に形成された各色の画像の濃度を測定
する。

【０１１９】なお、図１６は、光源４１からの光をレン
ズ４３を介して紙面３７ａに照射する場合であるが、光
源４１からの光をレンズ４３を介することなく紙面３７
ａに照射する場合にも、同様に構成することができる。

【０１２０】また、分光器４９は、開口部４５の位置で
はなく、開口部４５の後方位置に設けてもよい。さら
に、図１１または図１２の例のように集光レンズ４６を
設ける場合にも、その集光レンズ４６の後方位置に分光
器を設けて、同様に構成することができる。

【０１２１】（外乱光による影響の除去）上述した光学
測定装置においては、光源４１からの光以外の室内の照
明光などが、外乱光として光電変換素子４４に入射する
可能性がある。そこで、外乱光が光電変換素子４４に入
射しないように装置周辺を筐体で覆うことも考えられる
が、以下のように構成することによって、外乱光による
影響をより確実に除去することができる。

【０１２２】すなわち、図１７は、外乱光による影響を
除去する場合の例で、光源４１を一定周期で点滅させ、
その点滅周期に合わせて光電変換素子４４の受光出力を
取り出すことによって、外乱光による影響を除去するも
のである。

【０１２３】この例では、タイミング制御部６１から光
源４１の発光ドライブ回路６２に、一定周期でハイレベ
ルとローレベルを繰り返す発光タイミング信号ＴＧを供
給して、光源４１を、発光タイミング信号ＴＧのハイレ
ベル期間で発光させ、ローレベル期間では消灯状態とす
る。

【０１２４】そして、光電変換素子４４の受光出力を、
増幅器６３を通じて２つのサンプルホールド回路６４お
よび６５に供給し、サンプルホールド回路６４には、発
光タイミング信号ＴＧをサンプルホールド信号として供
給し、サンプルホールド回路６５には、発光タイミング
信号ＴＧを極性反転回路６７により極性反転させた信号
をサンプルホールド信号として供給する。

【０１２５】したがって、サンプルホールド回路６４で
は、発光タイミング信号ＴＧのハイレベル期間におい
て、光電変換素子４４の受光出力がサンプルホールドさ
れて、サンプルホールド回路６４からは、光源４１が発
光しているときの受光出力が得られるとともに、サンプ
ルホールド回路６５では、発光タイミング信号ＴＧのロ
ーレベル期間において、光電変換素子４４の受光出力が
サンプルホールドされて、サンプルホールド回路６５か
らは、光源４１が消灯しているときの受光出力が得られ
る。

【０１２６】光源４１が消灯しているときの受光出力
は、外乱光のみによる受光出力で、この外乱光による受
光成分は、サンプルホールド回路６４の出力にも含まれ
る。

【０１２７】そこで、サンプルホールド回路６４および
６５の出力を減算回路６８に供給して、両者の差を演算
する。その結果、減算回路６８からは、外乱光による受
光成分が除去された、光源４１からの光のみによる受光
出力が得られる。したがって、この減算回路６８の出力
から、外乱光の影響のない正確な測定結果を得ることが
できる。

【０１２８】なお、光源４１を点滅させる代わりに、光
源４１の発光強度を一定周期で変え、その強弱の周期に
合わせて光電変換素子４４の受光出力を取り出すように
してもよい。また、図１７は、図１の例に適用した場合
であるが、図２の例や図９以下の例に適用することもで
きる。

【０１２９】〔その他の実施形態または実施例〕図示し
た例は、レンズ４３を一つのレンズにより構成する場合
であるが、レンズ４３を複数のレンズからなるレンズ系
として構成してもよい。

【０１３０】また、光電変換素子４４としても、例え
ば、複数の光電変換素子を設けて、それぞれの受光出力
を合計したものを取り出すようにしてもよい。受光面積
の大きい光電変換素子を用いると、周波数応答特性とし
て十分なものを得にくいが、受光面積の小さい光電変換
素子を複数用いて、それらの受光出力を合計したものを
取り出すことによって、十分な周波数応答特性を確保す
ることができ、かつ十分なレベルの受光出力を得ること
ができるようになる。

【０１３１】なお、光電変換素子を複数設ける代わり
に、１個の光電変換素子を後側焦点面内の複数の位置に
移動させ、各位置での受光出力を合計するようにして
も、同様の作用効果が得られる。

【０１３２】このように複数の光電変換素子を後側焦点
面内に設け、または１個の光電変換素子を後側焦点面内
の複数の位置に移動させる場合、異なる位置の光電変換
素子に入射する光は、紙面３７ａからの反射光のうちの
異なる角度範囲の光である。そこで、異なる位置での光
電変換素子の出力を別個に読み取って、その分布を求め
ることによって、複数の反射角度範囲への反射光の出力
分布を得ることも可能である。

【０１３３】なお、光源４１からの光がレンズ４３を保
持する部材で反射し、その反射光が外乱光として光電変
換素子４４に入射する可能性がある場合には、それを阻
止するために、レンズ４３の前または後に絞りを設ける
ことが望ましい。

【０１３４】図１８に示した例は、画像形成装置の画像
出力部１００において、定着器３６による定着後の位置
で、光学測定装置４０により画像を測定する場合である
が、転写器３５による転写と定着器３６による定着との
間の位置などで、光学測定装置４０により画像を測定す
るようにしてもよい。

【０１３５】また、図１８および図１９の例は、電子写
真方式の画像形成装置の場合であるが、この発明の光学
測定装置４０による画像の測定、およびその測定出力に
基づく画質の制御は、インクジェット方式、感熱フィル
ム方式などの他の方式の画像形成装置にも適用すること
ができる。

【０１３６】さらに、画像を形成する工程を含まず、画
像が形成された用紙などを搬送する装置において、その
搬送中に、用紙などに形成された画像を測定する場合に
も適用することができ、画像形成装置に適用した場合と
同様に高精度の測定が可能となる。

【０１３７】また、測定対象物は、以上の例のような用
紙でなくてもよい。さらに、平坦なものでなく、凹凸を
有する形状のものでも、上述した式（１５）の条件を満
たしていれば、反射領域の特性を正確に測定することが
できる。したがって、この発明は、画像の測定だけでは
なく、測定対象物の種々の特性を測定する場合に広く適
用することができる。

【０１３８】また、上述したように、後側焦点面に複数
の光電変換素子を設ける場合には、測定対象物からの反
射光の反射角度分布を求めることができるので、測定対
象物の表面性を評価することも可能になる。

【０１３９】

【発明の効果】上述したように、この発明の光学測定方
法または光学測定装置によれば、用紙などの測定対象物
がレンズ光軸方向に変動する場合でも、その変動に影響
されない高精度の測定を行うことができる。特に、光源
からの光をレンズを介して測定対象物に照射する場合に
は、より高精度の測定が可能となる。

【０１４０】また特に、特定の制限条件を満たす反射領
域を設定することによって、紙面の上下変動などの、測
定対象物のレンズ光軸方向における変動による測定出力
の変化をゼロにすることができ、非常に高精度の測定が
可能となる。

【０１４１】さらに、光学測定装置を小型かつ低コスト
にすることができ、カラープリンタなどの画像形成装置
において、装置の大きさおよびコストを増加させずに、
オンライン測定によるフィードバック制御によって、出
力する画像の画質を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光学測定装置の一例を示す図であ
る。

【図２】この発明の光学測定装置の他の例を示す図であ
る。

【図３】この発明の光学測定方法の原理を説明するため
の図である。

【図４】この発明の光学測定方法での必要な条件を説明
するための図である。

【図５】この発明の光学測定方法での必要な条件を説明
するための図である。

【図６】図１の例の光学測定装置の具体例の特性を示す
図である。

【図７】図２の例の光学測定装置の具体例の特性を示す
図である。

【図８】図１の例の光学測定装置と図２の例の光学測定
装置との比較の説明に供する図である。

【図９】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示す
図である。

【図１０】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１１】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１２】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１３】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１４】この発明の光学測定システムの一例を示す図
である。

【図１５】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１６】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１７】この発明の光学測定装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１８】この発明の光学測定装置を用いた画像形成装
置の一例を示す図である。

【図１９】図１８の画像形成装置の画質を制御する部分
を示す図である。

【図２０】従来の光学測定装置の一例を示す図である。

【図２１】従来の光学測定装置の他の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

３１ レーザ出力部 ３２ 感光体 ３３ スコロトロン帯電器 ３４ 現像器 ３５ 転写器 ３６ 定着器 ３７ 用紙 ３７ａ 紙面 ４０ 光学測定装置 ４１ 光源 ４２ 反射領域 ４３ レンズ ４３ａ 光軸 ４３ｂ 後側焦点面 ４４ 光電変換素子 ４５ 開口部 ４６ 集光レンズ ４７ 色フィルタ ４８ 色フィルタ交換手段 ４９ 分光器 ５０ 画像制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 久夫 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなか い 富士ゼロックス株式会社内

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに相対位置が一定となるように設置さ
   れた光源、レンズおよび光電変換素子を用いるものであ
   って、前記光源からの光を測定対象物に照射し、この測
   定対象物からの反射光を前記レンズを介して前記光電変
   換素子で受光し、この光電変換素子の受光出力から、前
   記測定対象物に関する特性を測定する方法において、 前記レンズの前記光電変換素子側の焦点面に、前記レン
   ズを通過してくる前記測定対象物からの反射光のうちの
   任意の一部の領域である特定領域を設定して、前記測定
   対象物から、この特定領域に対応する角度範囲内に反射
   する光のすべてのみを、前記レンズを介して前記光電変
   換素子で受光し、この光電変換素子が受光した総光量
   を、この光電変換素子の出力とすることを特徴とする光
   学測定方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光学測定方法において、 前記光源からの光を前記レンズを介することなく前記測
   定対象物に照射することを特徴とする光学測定方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の光学測定方法において、 前記光源からの光を前記レンズを介して前記測定対象物
   に照射することを特徴とする光学測定方法。
4. 【請求項４】請求項３に記載の光学測定方法において、 前記光源を、前記レンズの前記光電変換素子側の焦点面
   より前記レンズから遠い位置に配置することを特徴とす
   る光学測定方法。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の光学測定
   方法において、 前記レンズの前記光電変換素子側の焦点面に、前記特定
   領域の面積を受光面積とする光電変換素子を配置するこ
   とを特徴とする光学測定方法。
6. 【請求項６】請求項１〜４のいずれかに記載の光学測定
   方法において、 前記特定領域は開口であって、この開口を通る前記測定
   対象物からの反射光のみを前記光電変換素子で受光する
   ことを特徴とする光学測定方法。
7. 【請求項７】請求項１〜４のいずれかに記載の光学測定
   方法において、 前記特定領域の位置に、この特定領域を通過する光のみ
   を前記光電変換素子に入射させる集光レンズを設けるこ
   とを特徴とする光学測定方法。
8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の光学測定
   方法において、 前記測定対象物上での、前記光源からの光を反射する領
   域の大きさを、 Ａ≧Ｂ＋（Ｃ×Ｄ）／ｆ の条件の範囲に設定することを特徴とする光学測定方
   法。ただし、Ａは前記レンズの端と前記レンズの光軸と
   の間の距離、Ｂは前記測定対象物上の反射領域の端と前
   記光軸との間の距離、Ｃは前記レンズと前記反射領域と
   の間の距離、Ｄは前記特定領域の端と前記光軸との間の
   距離、ｆは前記レンズの焦点距離である。
9. 【請求項９】測定対象物に対して光を照射する光源と、 この光源からの光の入射方向とは異なる方向を光軸と
   し、前記測定対象物からの反射光の一部が入射するレン
   ズと、 このレンズの前記測定対象物側とは反対側の焦点面の位
   置において、このレンズを通過してくる前記測定対象物
   からの反射光のうちの、その受光面積により定まる特定
   の角度範囲内に反射する光のみをすべて受光するように
   配置され、その受光した総光量を、その出力とする光電
   変換素子とを備え、 前記光源、前記レンズおよび前記光電変換素子は、互い
   に相対位置が一定となるように設置され、前記測定対象
   物は、前記光源、前記レンズおよび前記光電変換素子に
   対する相対位置が、少なくとも前記レンズの光軸方向に
   変化するものであり、前記光電変換素子の出力から、前
   記測定対象物に関する特性を測定することを特徴とする
   光学測定装置。
10. 【請求項１０】請求項９に記載の光学測定装置におい
    て、 前記光源からの光が前記レンズを介することなく前記測
    定対象物に照射されることを特徴とする光学測定装置。
11. 【請求項１１】請求項９に記載の光学測定装置におい
    て、 前記光源からの光が前記レンズを介して前記測定対象物
    に照射されることを特徴とする光学測定装置。
12. 【請求項１２】請求項１１に記載の光学測定装置におい
    て、 前記光源が、前記レンズの前記光電変換素子側の焦点面
    より前記レンズから遠い位置に配置されたことを特徴と
    する光学測定装置。
13. 【請求項１３】請求項９〜１２のいずれかに記載の光学
    測定装置において、 前記測定対象物上での、前記光源からの光を反射する領
    域の大きさが、 Ａ≧Ｂ＋（Ｃ×Ｄ）／ｆ の条件の範囲に設定されたことを特徴とする光学測定装
    置。ただし、Ａは前記レンズの端と前記レンズの光軸と
    の間の距離、Ｂは前記測定対象物上の反射領域の端と前
    記光軸との間の距離、Ｃは前記レンズと前記反射領域と
    の間の距離、Ｄは前記光電変換素子の受光領域の端と前
    記光軸との間の距離、ｆは前記レンズの焦点距離であ
    る。
14. 【請求項１４】測定対象物に対して光を照射する光源
    と、 この光源からの光の入射方向とは異なる方向を光軸と
    し、前記測定対象物からの反射光の一部が入射する第１
    レンズと、 この第１レンズの前記測定対象物側とは反対側の焦点面
    の位置において、この第１レンズを通過してくる前記測
    定対象物からの反射光のうちの、その面積により定まる
    特定の角度範囲内に反射する光のみをすべて透過させる
    ように設けられた第２レンズまたは開口と、 この第２レンズまたは開口を透過した光を受光し、その
    受光した総光量を、その出力とする光電変換素子とを備
    え、 前記光源、前記第１レンズ、前記第２レンズまたは開
    口、および前記光電変換素子は、互いに相対位置が一定
    となるように設置され、前記測定対象物は、前記光源、
    前記第１レンズ、前記第２レンズまたは開口、および前
    記光電変換素子に対する相対位置が、少なくとも前記第
    １レンズの光軸方向に変化するものであり、前記光電変
    換素子の出力から、前記測定対象物に関する特性を測定
    することを特徴とする光学測定装置。
15. 【請求項１５】請求項１４に記載の光学測定装置におい
    て、 前記光源からの光が前記第１レンズを介することなく前
    記測定対象物に照射されることを特徴とする光学測定装
    置。
16. 【請求項１６】請求項１４に記載の光学測定装置におい
    て、 前記光源からの光が前記第１レンズを介して前記測定対
    象物に照射されることを特徴とする光学測定装置。
17. 【請求項１７】請求項１６に記載の光学測定装置におい
    て、 前記光源が、前記第１レンズの前記光電変換素子側の焦
    点面より前記第１レンズから遠い位置に配置されたこと
    を特徴とする光学測定装置。
18. 【請求項１８】請求項１４〜１７のいずれかに記載の光
    学測定装置において、 前記測定対象物上での、前記光源からの光を反射する領
    域の大きさが、 Ａ≧Ｂ＋（Ｃ×Ｄ）／ｆ の条件の範囲に設定されたことを特徴とする光学測定装
    置。ただし、Ａは前記第１レンズの端と前記第１レンズ
    の光軸との間の距離、Ｂは前記測定対象物上の反射領域
    の端と前記光軸との間の距離、Ｃは前記第１レンズと前
    記反射領域との間の距離、Ｄは前記第２レンズまたは開
    口の端と前記光軸との間の距離、ｆは前記第１レンズの
    焦点距離である。
19. 【請求項１９】請求項９〜１８のいずれかに記載の光学
    測定装置において、 点滅させて発光させるように、または発光強度に強弱を
    つけて発光させるように前記光源を制御する手段と、前
    記光電変換素子の受光出力を、前記光源の点滅または発
    光強度の強弱に同期させて取り出す手段とを設けたこと
    を特徴とする光学測定装置。
20. 【請求項２０】請求項９〜１９のいずれかに記載の光学
    測定装置において、 前記光電変換素子または前記第２レンズもしくは開口
    を、互いに異なる複数の位置に設置し、または、前記光
    電変換素子または前記第２レンズもしくは開口を、前記
    レンズまたは前記第１レンズの前記光電変換素子側の焦
    点面内において複数の位置に移動させ、前記複数の位置
    での受光出力の合計から、前記測定対象物に関する特性
    を測定することを特徴とする光学測定装置。
21. 【請求項２１】請求項９〜２０のいずれかに記載の光学
    測定装置において、 前記光源から前記光電変換素子までの光路中に光学的フ
    ィルタを設けて、前記光電変換素子の受光出力から、前
    記測定対象物の色を測定することを特徴とする光学測定
    装置。
22. 【請求項２２】請求項９〜２０のいずれかに記載の光学
    測定装置において、 前記光源として、発光する光の波長が異なる複数の光源
    を設けるとともに、この複数の光源からの光の前記測定
    対象物からの反射光の前記光電変換素子による受光出力
    を、それぞれの光源ごとに分離して得る手段を設けて、
    前記測定対象物の色を測定することを特徴とする光学測
    定装置。
23. 【請求項２３】請求項１４〜１８のいずれかに記載の光
    学測定装置において、 前記第２レンズまたは開口に到達する光を分光器により
    検出して、前記測定対象物の色を測定することを特徴と
    する光学測定装置。
24. 【請求項２４】請求項９〜２０のいずれかに記載の光学
    測定装置を一つの測定対象物に対して複数設けるととも
    に、その複数の光学測定装置の前記光源の発光波長は互
    いに異なるものとし、その複数の光学測定装置の前記光
    電変換素子の受光出力から、前記測定対象物の色を測定
    することを特徴とする光学測定システム。
25. 【請求項２５】画像形成手段により画像が形成された画
    像形成媒体を前記測定対象物として、この画像形成媒体
    の搬送路中に、請求項９〜２３のいずれかに記載の光学
    測定装置または請求項２４に記載の光学測定システムが
    設置されるとともに、 その光学測定装置または光学測定システムの測定結果に
    基づいて、画像形成媒体に形成される画像の画質を制御
    する制御手段を備えることを特徴とする画像形成装置。