画像特性計測装置および画像形成装置
【課題】画像形成装置によって形成された画像の測色を正確に行える画像特性計測装置を提供する。
【解決手段】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１０１と、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１０３と、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１０４と、領域分割された反射光を集光する第二の結像手段１０５と、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１０６と、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１０７と、開口列と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１１１と、第二の光照射手段からの光を開口列の方向へ反射する反射手段とを有し、開口列と反射手段を介した第二の光照射手段との距離と、開口列と第二の結像手段の入射瞳との距離とが同一である。
【解決手段】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１０１と、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１０３と、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１０４と、領域分割された反射光を集光する第二の結像手段１０５と、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１０６と、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１０７と、開口列と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１１１と、第二の光照射手段からの光を開口列の方向へ反射する反射手段とを有し、開口列と反射手段を介した第二の光照射手段との距離と、開口列と第二の結像手段の入射瞳との距離とが同一である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【発明の効果】
【００３０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】アレイ状受光手段上の結像の例を示す図である。
【図７】アレイ状受光手段上の結像を傾ける例を示す図である。
【図８】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。
【図９】計測した分光分布の例を示す図である。
【図１０】バンド数に対する色差の計測結果の例を示す図である。
【図１１】画像特性計測装置の他の構成例を示す図である。
【図１２】反射手段の他の構成例を示す図である。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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θｍに回折する。
【００４０】
sinθｍ = 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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
ひとつの分光センサからの出力ｖｉから，分光分布を推定する手法の一例を示す。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ｖｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を格納した行ベクトルｖと、変換行列Ｇから、各波長帯の分光反射率（例えば400〜700[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。
【００４８】
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‖・‖２を最小化することによって求まる。
【００４９】
Ｒ＝［ｒ１，ｒ２， ・・・，ｒｎ］
Ｖ＝［ｖ１，ｖ２， ・・・，ｖｎ］
ｅ＝‖Ｒ−ＧＶ‖２→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。
【００５０】
Ｇ＝ＲＶＴ（ＶＶＴ）−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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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θ１、θ２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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
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
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６８】
【特許文献１】特表２００８−５１８２１８号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５８８３号公報
【特許文献３】特開２００２−３１０７９９号公報
【特許文献４】特許第３５６６３３４号公報
【特許文献５】特開２００３−１３９７０２号公報
【特許文献６】特開２００５−２６５７５２号公報
【非特許文献】
【００６９】
【非特許文献１】「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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【発明の効果】
【００３０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】アレイ状受光手段上の結像の例を示す図である。
【図７】アレイ状受光手段上の結像を傾ける例を示す図である。
【図８】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。
【図９】計測した分光分布の例を示す図である。
【図１０】バンド数に対する色差の計測結果の例を示す図である。
【図１１】画像特性計測装置の他の構成例を示す図である。
【図１２】反射手段の他の構成例を示す図である。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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θｍに回折する。
【００４０】
sinθｍ = 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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
ひとつの分光センサからの出力ｖｉから，分光分布を推定する手法の一例を示す。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ｖｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を格納した行ベクトルｖと、変換行列Ｇから、各波長帯の分光反射率（例えば400〜700[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。
【００４８】
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‖・‖２を最小化することによって求まる。
【００４９】
Ｒ＝［ｒ１，ｒ２， ・・・，ｒｎ］
Ｖ＝［ｖ１，ｖ２， ・・・，ｖｎ］
ｅ＝‖Ｒ−ＧＶ‖２→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。
【００５０】
Ｇ＝ＲＶＴ（ＶＶＴ）−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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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θ１、θ２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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
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
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６８】
【特許文献１】特表２００８−５１８２１８号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５８８３号公報
【特許文献３】特開２００２−３１０７９９号公報
【特許文献４】特許第３５６６３３４号公報
【特許文献５】特開２００３−１３９７０２号公報
【特許文献６】特開２００５−２６５７５２号公報
【非特許文献】
【００６９】
【非特許文献１】「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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図６】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図６】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１２３３４４（Ｐ２０１２−１２３３４４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７６３８４（Ｐ２０１０−２７６３８４）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．セルフォック
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．セルフォック
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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