JPH1144578A

JPH1144578A - 光学測定方法、光学測定装置および画像形成装置

Info

Publication number: JPH1144578A
Application number: JP9199010A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hotta; 宏之堀田; Seigo Makita; 聖吾蒔田; Yoshihiko Sakai; 義彦酒井; Hisao Ito; 久夫伊藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 1999-02-16

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４１ａ，４１ｂからの光を、レンズ
４３を介することなく、または介して、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４１ａ，４１ｂは、紙面３７ａ
の上下変動に伴う受光出力の変化が、それぞれの光源で
異なり、望ましくは相殺される関係となるように、相互
の位置関係を設定し、またはそれぞれが紙面３７ａを照
射する角度を変える。

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２１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２２に示す。

【００１２】図２２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２１
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２２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】そこで、発明者は先に、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測定
方法を発明し、特願平８−２９７２１８号（平成８年１
０月１８日出願）およびこれに基づいて優先権主張した
特願平９−１９８３７３号（平成９年７月２４日出願）
によって提案した。

【００２０】この先願の発明は、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、光源からの光を測定対象物に照射し、測定対
象物からの反射光をレンズを介して光電変換素子で受光
し、光電変換素子の受光出力から、測定対象物に関する
特性を測定する方法において、特に、図９に示すよう
に、レンズ４３の後側焦点面（光電変換素子４４側の焦
点面）４３ｂに、レンズ４３を通過してくる測定対象物
３７ａからの反射光（散乱光や拡散光を含む）のうちの
任意の一部の領域である特定領域を設定して、測定対象
物３７ａ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、レンズ４３を介して光電変換
素子４４で受光し、この光電変換素子４４が受光した総
光量を、この光電変換素子４４の出力とするものであ
る。

【００２１】図９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を介して測定対象物
３７ａに照射してもよい。

【００２２】この先願の発明によれば、図３〜図５を用
いて後述するところからも明らかなように、レンズ４３
の後側焦点面４３ｂに設定された特定領域には、測定対
象物３７ａからの反射光のうち、レンズ４３の光軸４３
ａの方向に対して、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４４で受光される。

【００２３】すなわち、測定対象物３７ａで反射した光
のうち、レンズ４３の光軸４３ａの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４４に入射す
ることになり、光電変換素子４４の受光量は、測定対象
物３７ａが上下方向（レンズ４３の光軸４３ａの方向）
に変動しても、その変動に影響されない。

【００２４】したがって、測定対象物３７ａの上下変動
にかかわらず常に、測定対象物３７ａ上の反射領域４２
の反射率、濃度、色などの特性を正確に測定することが
できる。具体的に、測定対象物３７ａの上下変動が１ｍ
ｍ以上であっても、光電変換素子４４の受光出力の変化
を０．１％以下に抑制することができる。

【００２５】しかし、この先願の発明では、図１０に示
すように、測定対象物３７ａが上下方向に変動したと
き、光源４１による測定対象物３７ａ上の照射領域が水
平方向（光軸４３ａに垂直な方向）に移動することによ
って、測定対象物３７ａ上の照射領域からの反射光中
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、測定対象物３７ａの上下変動に
よる受光出力の変化は完全にはゼロにならない。

【００２６】そこで、この発明は、測定対象物の被測定
面の変動による測定出力の変化を、先願の発明に比べ
て、よりいっそう抑制することができるようにしたもの
である。

【００２７】

【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
記光源として複数の光源を設けて、その複数の光源から
の光を前記測定対象物上の対応する複数の照射領域に照
射し、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上の複数の照射
領域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。

【００２８】この場合、前記複数の光源は、前記レンズ
の光軸を中心とした等角間隔の位置に配置することが望
ましい。また、前記複数の光源は、前記レンズの光軸か
らの距離が異なる位置に配置し、または前記レンズの光
軸に平行な方向の異なる位置に配置することができる。

【００２９】また、前記複数の光源からの光を、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、前記複数の光源を、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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】

【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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】ただし、図３は、測定対象物の例としての
紙面に１個の光源からの光が照射される場合で、この発
明のように複数の光源からの光を照射する場合について
は、後述する。

【００３６】また、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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】そして、この式（９）（１０）から、ｓ１＝ｓ２ …（１１）が導き出される。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】以上は、測定対象物に１個の光源からの光
が照射される場合で、先願の発明と同様に、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。

【００５０】しかし、上述したように、このままでは、
測定対象物の上下変動による受光出力の変化は完全には
ゼロにならず、図１１（Ａ）の実線曲線で示すように、
測定対象物とレンズとの間の距離ａがΔａ１の範囲で変
動するとき、受光出力はΔＶ１の範囲で変化する。

【００５１】これに対して、この発明では、複数の光源
からの光を測定対象物上の対応する複数の照射領域に照
射する。

【００５２】したがって、ある一つの光源からの光につ
いては、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）の実線曲線で
示すように、測定対象物とレンズとの間の距離ａがΔａ
１の範囲で変動するとき、受光出力がΔＶ１の範囲で変
化するのに対して、別の一つの光源からの光について
は、測定対象物が上下方向に変動したとき、その別の一
つの光源による測定対象物上の照射領域が、上記ある一
つの光源による測定対象物上の照射領域とは異なる方
向、例えば逆の方向に移動することによって、測定対象
物とレンズとの間の距離ａに対する受光出力の変化の関
係が、上記ある一つの光源からの光についてのそれに対
して距離ａの方向に、例えば図１１（Ｂ）の破線曲線で
示すようにΔａ１の１／２だけずれる。

【００５３】そして、光電変換素子の受光出力は、上記
ある一つの光源からの光についての受光出力と、上記別
の一つの光源からの光についての受光出力との和など、
複数の光源からの光についての受光出力を加算したもの
となる。したがって、光電変換素子の受光出力は、例え
ば図１１（Ｃ）の実線曲線で、測定対象物とレンズとの
間の距離ａがΔａ２の範囲で変動するとき、受光出力が
ΔＶ２の範囲で変化するものとして示すように、測定対
象物に１個の光源からの光を照射する場合に比べて、よ
り小さくなる。

【００５４】

【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。

【００５５】［画像形成装置の実施形態］図１９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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】図２０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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】［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、２個の光源４１ａ，４１
ｂ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、２個の
光源４１ａ，４１ｂ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。

【００６８】この光学測定装置４０は、基本的には、そ
れぞれ紙面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２個の光源４１ａ，４１
ｂ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。

【００６９】光源４１ａ，４１ｂは、後述するような角
度および位置に配置して、それぞれからの光が紙面３７
ａ上の反射領域４２内の対応する照射領域に照射される
ようにする。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】光源４１ａ，４１ｂ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４１ａ，４１ｂ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。

【００７３】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４１ａ，４１ｂ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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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（光源４１ａ，４１
ｂ）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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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４１ａ，４１ｂ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。

【００８５】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。

【００８６】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
４１ａ，４１ｂから光を照射し、この白紙をレンズ４３
の光軸４３ａ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。

【００８７】図１のように、光源４１ａ，４１ｂ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４１ａ，４
１ｂとして、上述したようにＬＥＤを用いることによっ
て、全体で４０ｍｍ×３０ｍｍ×３０ｍｍ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。

【００８８】この場合、光源４１ａ，４１ｂは、図６
（Ａ）（Ｂ）に示すように、レンズ４３の光軸４３ａに
対して互いに対称な位置から、一方の光源４１ａを幾分
離して配置した。

【００８９】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。

【００９０】図８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。

【００９１】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。

【００９２】図２のように、光源４１ａ，４１ｂ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、上記と同様である。

【００９３】ここで、図９に示すように１個の光源４１
からの光のみを紙面３７ａに照射する場合を考えると、
この場合には、図１０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
射領域が水平方向（光軸４３ａに垂直な方向）に移動す
ることによって、紙面３７ａ上の照射領域からの反射光
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、図１１（Ａ）の実線曲線で示
すように、紙面−レンズ間の距離ａがΔａ１の範囲で変
動するとき、受光出力はΔＶ１の範囲で変化する。

【００９４】これに対して、上記の例のように２個の光
源４１ａ，４１ｂからの光を紙面３７ａに照射する場合
には、上述したように光源４１ａ，４１ｂの位置を設定
することによって、紙面３７ａが上下方向に変動したと
き、光源４１ａによる紙面３７ａ上の照射領域と光源４
１ｂによる紙面３７ａ上の照射領域とが、互いに逆方向
に移動して、光源４１ａ，４１ｂからの光についての紙
面−レンズ間の距離ａに対する受光出力の変化の関係
を、図１１（Ｂ）の実線曲線および破線曲線で示すよう
に、互いに距離ａの方向にΔａ１の１／２だけずらすこ
とができる。

【００９５】したがって、光電変換素子４４の受光出力
は、光源４１ａからの光についての受光出力と光源４１
ｂからの光についての受光出力との和として、図１１
（Ｃ）の実線曲線で示すように、図９に示すように１個
の光源４１からの光のみを紙面３７ａに照射する場合に
比べて、より小さくすることができる。

【００９６】光源４１ａ，４１ｂは、図６（Ａ）に示し
たように、レンズ４３の光軸４３ａを中心とした等角間
隔の位置に配置することが望ましい。また、図６（Ｂ）
に示したように、光軸４３ａからの距離が距離ｄａ，ｄ
ｂのように異なる位置に配置する代わりに、または配置
するとともに、図７に示すように、光軸４３ａに平行な
方向の距離ｄｃだけ異なる位置に配置することによっ
て、上述したような特性を得ることもできる。

【００９７】図２のように、光源４１ａ，４１ｂ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４１ａ，４１ｂ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４１ａ，４１ｂを後側焦点面４
３ｂ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４１ａ，４１ｂ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４
２を、より確実に式（１５）の条件に制限することがで
きる。

【００９８】これに対して、光源４１ａ，４１ｂを後側
焦点面４３ｂよりレンズ４３に近い位置に配置すると、
光源４１ａ，４１ｂ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４１ａ，
４１ｂを後側焦点面４３ｂ上に配置すると、光源４１
ａ，４１ｂ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。

【００９９】図１のように、光源４１ａ，４１ｂ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
４１ａ，４１ｂに絞りなどを設けて、光源４１ａ，４１
ｂからの光を細い光路のものにする必要がある。

【０１００】また、光源４１ａ，４１ｂ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
ａ，４１ｂに絞りなどを設けて、光源４１ａ，４１ｂか
らの光を十分に細い光路のものにすれば、光源４１ａ，
４１ｂ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。

【０１０１】［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。

【０１０２】図１２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。光源４１
ａ，４１ｂ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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】図１３は、図１２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。光源４１ａ，
４１ｂ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。

【０１０６】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。

【０１０７】（画像の色を測定する場合）図１、図２、
図１２または図１３の例において、光源４１ａ，４１ｂ
として、それぞれ赤、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。

【０１０８】このように、上述した例の光学測定装置に
おいて、光源４１ａ，４１ｂ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。

【０１０９】さらに、光源４１ａ，４１ｂとして、それ
ぞれ赤、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。

【０１１０】図１４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４１ａ，４１ｂとして（図では光源
４１ｂを省略する）、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。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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，４４１Ｇ，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。

【０１１４】図１４は、光源４１ａ，４１ｂ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４１ａ，４１ｂ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。

【０１１５】図１５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。

【０１１６】そして、光学測定システムとして、それぞ
れ上述した光源４１ａ，４１ｂ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４０
Ｒ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。

【０１１７】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。

【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１４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。

【０１１９】そして、図１４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。

【０１２０】なお、色フィルタ４７は、光源４１ａ，４
１ｂと紙面３７ａとの間、または紙面３７ａとレンズ４
３との間に設けるようにしてもよい。また、光源４１
ａ，４１ｂ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。

【０１２１】また、図１２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４４との間
に、また図１３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。

【０１２２】図１７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１２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。

【０１２３】光源４１ａ，４１ｂからの光をレンズ４３
を介することなく紙面３７ａに照射する場合にも、同様
に構成することができる。

【０１２４】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１３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。

【０１２５】（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４１ａ，４１ｂ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。

【０１２６】すなわち、図１８は、外乱光による影響を
除去する場合の例で、光源４１ａ，４１ｂ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。

【０１２７】この例では、タイミング制御部６１から光
源４１ａ，４１ｂ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４１ａ，４１ｂ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。

【０１２８】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。

【０１２９】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４１ａ，
４１ｂ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４１ａ，４１ｂが消灯していると
きの受光出力が得られる。

【０１３０】光源４１ａ，４１ｂ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。

【０１３１】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４１ａ，４１ｂ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。

【０１３２】なお、光源４１ａ，４１ｂを点滅させる代
わりに、光源４１ａ，４１ｂ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１８は、図
１の例に適用した場合であるが、図２の例や図１２以下
の例に適用することもできる。

【０１３３】〔その他の実施形態または実施例〕光源４
１ａ，４１ｂは、要するに、紙面３７ａの上下変動に伴
う受光出力の変化が、それぞれの光源で異なり、望まし
くは相殺される関係となるようにすればよい。したがっ
て、図６（Ａ）（Ｂ）に示したように、レンズ４３の光
軸４３ａに対して互いに対称な位置から、一方の光源４
１ａを幾分離して配置し、または図７に示したように、
光軸４３ａに平行な方向の異なる位置に配置する以外
に、例えば、それぞれが紙面３７ａを照射する角度を変
えるなどの方法をとることができる。また、光源を３つ
以上、配置するようにしてもよい。

【０１３４】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。

【０１３５】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。

【０１３６】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。

【０１３７】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。

【０１３８】なお、光源４１ａ，４１ｂ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。

【０１３９】図１９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。

【０１４０】また、図１９および図２０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。

【０１４１】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。

【０１４２】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。

【０１４３】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。

【０１４４】

【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。

【０１４５】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。

【０１４６】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】２個の光源の配置関係の一例を示す図である。

【図７】２個の光源の配置関係の他の例を示す図であ
る。

【図８】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９】先願の発明の例を示す図である。

【図１０】先願の発明の説明に供する図である。

【図１１】この発明と先願の発明との比較に供する図で
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装置のさらに他の例を示
す図である。

【図１５】この発明の光学測定システムの一例を示す図
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のさらに他の例を示
す図である。

【図１９】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２０】図１９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２１】従来の光学測定装置の一例を示す図である。

【図２２】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４１ａ，４１ｂ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

【特許請求の範囲】

【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、前記光源として複数の光源を設けて、その複数の光源か
らの光を前記測定対象物上の対応する複数の照射領域に
照射し、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上の複数の照射領域か
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。
【請求項２】請求項１に記載の光学測定方法において、前記複数の光源は、前記レンズの光軸を中心とした等角
間隔の位置に配置することを特徴とする光学測定方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の光学測定方法に
おいて、前記複数の光源は、前記レンズの光軸からの距離が異な
る位置に配置することを特徴とする光学測定方法。
【請求項４】請求項１，２または３に記載の光学測定方
法において、前記複数の光源は、前記レンズの光軸に平行な方向の異
なる位置に配置することを特徴とする光学測定方法。
【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、前記複数の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。
【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、前記複数の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。
【請求項７】請求項６に記載の光学測定方法において、前記複数の光源を、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。
【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。
【請求項９】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。
【請求項１０】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。
【請求項１１】請求項１〜１０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、前記複数の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。
【請求項１２】それぞれ測定対象物に対して光を照射す
る複数の光源と、この複数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、前記複数の光源、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、前記複数の光源、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、前記複数の光源による前記測定対象物上の複数の照射領
域は、前記測定対象物の前記複数の光源、前記レンズお
よび前記光電変換素子に対する相対位置の変化によっ
て、前記測定対象物上で互いに異なる方向に変化するも
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。
【請求項１３】請求項１２に記載の光学測定装置におい
て、前記測定対象物上での、前記複数の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。
【請求項１４】それぞれ測定対象物に対して光を照射す
る複数の光源と、この複数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、前記複数の光源、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、前記複数の光源、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、前記複数の光源による前記測定対象物上の複数の照射領
域は、前記測定対象物の前記複数の光源、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の変化によって、前記測定対象物上
で互いに異なる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。
【請求項１５】請求項１４に記載の光学測定装置におい
て、前記測定対象物上での、前記複数の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。
【請求項１６】請求項１２〜１５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複数の光源を制御する手段
と、前記光電変換素子の受光出力を、前記複数の光源の
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。
【請求項１７】請求項１２〜１６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。
【請求項１８】請求項１２〜１７のいずれかに記載の光
学測定装置において、前記複数の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。
【請求項１９】請求項１２〜１７のいずれかに記載の光
学測定装置において、前記複数の光源として、それぞれ発光する光の波長が異
なる複数個の光源を設けるとともに、この複数個の光源
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。
【請求項２０】請求項１４または１５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。
【請求項２１】請求項１２〜１７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。
【請求項２２】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１２〜２０のいずれかに記載の光
学測定装置または請求項２１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。