JP2009270959A - Spectrophotometric unit, and optical apparatus using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は被写体の色情報を識別するための分光測色ユニット及びそれを用いた光学装置に関し、例えば、画像形成装置におけるトナーや印字媒体の色情報を測色するのに好適なものである。 The present invention relates to a spectral colorimetry unit for identifying color information of a subject and an optical apparatus using the same, and is suitable for, for example, measuring color information of toner and a printing medium in an image forming apparatus.
カラー画像を電子写真方式で形成する画像形成装置において、２色目以降の現像器へ異なる色のトナーが混入すると、このときのトナーの混色によって形成するカラー画像の色調にずれが生じることがある。 In an image forming apparatus that forms a color image by an electrophotographic method, when different color toners are mixed into the second and subsequent developing devices, the color tone of the color image formed may be shifted due to the color mixture of the toners at this time.
このような問題を解決するために例えば、像担持体上に形成したトナー像の分光反射光量を異なる二つの分光フィルタを用いて測定し、その結果を用いて画像信号を補正する方法が提案されている（特許文献１参照）。 In order to solve such problems, for example, a method for measuring the spectral reflection light amount of a toner image formed on an image carrier using two different spectral filters and correcting the image signal using the result is proposed. (See Patent Document 1).
形成するカラー画像の色調（色情報）をより高精度で判定するためには、分光する波長帯の数を少なくとも原色数である３以上に増やす必要がある。さらに波長帯の数を増やせば、より良い精度でカラー画像の色調を判定することができる。 In order to determine the color tone (color information) of a color image to be formed with higher accuracy, it is necessary to increase the number of wavelength bands to be dispersed to at least 3 which is the number of primary colors. If the number of wavelength bands is further increased, the color tone of the color image can be determined with better accuracy.
従来より光束を分光するための手段として、回折現象（回折格子）を用いた分光器が知られている（非特許文献１参照）。 Conventionally, a spectroscope using a diffraction phenomenon (diffraction grating) is known as means for dispersing a light beam (see Non-Patent Document 1).
また従来より、インクジェット式プリンタに回折式分光器を内蔵し形成されるカラー画像の色調を測定するカラー画像形成装置が知られている。 Conventionally, there has been known a color image forming apparatus for measuring the color tone of a color image formed by incorporating a diffraction spectroscope in an ink jet printer.
図４は、従来の回折式分光器を電子写真方式のフルカラープリンタに応用した装置の要部断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part of an apparatus in which a conventional diffractive spectrometer is applied to an electrophotographic full-color printer.
図４において、給紙ユニット４０１から送られた紙はカラー画像を形成するための画像形成ユニット４０２に入る。画像形成ユニット４０２は、画像処理ユニット４０３からの指示に応じて所定のトナーを感光体面上の適切な位置に載せる。これによって、紙上には例えば図５のような複数の色・濃度を配列したキャリブレーション・パッチ４０７などが形成される。 In FIG. 4, the paper fed from the paper feed unit 401 enters an image forming unit 402 for forming a color image. In response to an instruction from the image processing unit 403, the image forming unit 402 places predetermined toner on an appropriate position on the photoreceptor surface. As a result, a calibration patch 407 in which a plurality of colors and densities are arranged as shown in FIG. 5 is formed on the paper.
続いて、トナーが載せられた紙は定着ユニット４０４にて加圧・加熱により紙上に固定される。紙上に固定されたキャリブレーション・パッチ４０７は分光測定装置（分光測色ユニット）４０５にて分光測定されて、排紙ユニット４０６から装置外に排出される。 Subsequently, the paper on which the toner is placed is fixed on the paper by the fixing unit 404 by pressing and heating. The calibration patch 407 fixed on the paper is spectroscopically measured by a spectroscopic measurement device (spectral colorimetry unit) 405 and discharged from the paper discharge unit 406 to the outside of the device.
図４の分光測定装置４０５の詳細な構成は図６に示すようになっている。図６において、光源手段６０１からの光束でキャリブレーション・パッチ４０７を照明する。キャリブレーション・パッチ４０７からの反射光を開口部（スリット）６０２を介して、分光ユニット（ハウジング）６０５内に取り込む。取り込まれた光束は、回折格子を刻んだ凹形状の光学素子６０３にて反射され受光素子を１次元方向に配列した光電変換素子６０４上に波長ごとに集光される。光電変換素子６０４では入射した光束のそれぞれの波長における光量を各受光素子で測定し、測定結果を画像処理ユニット４０３に出力する。分光測定された結果は画像処理ユニット４０３で演算処理され、その後の画像処理にフィードバックされる。 The detailed configuration of the spectroscopic measurement apparatus 405 in FIG. 4 is as shown in FIG. In FIG. 6, the calibration patch 407 is illuminated with the light beam from the light source means 601. The reflected light from the calibration patch 407 is taken into the spectroscopic unit (housing) 605 through the opening (slit) 602. The captured light beam is reflected by a concave optical element 603 in which a diffraction grating is engraved, and is collected for each wavelength on a photoelectric conversion element 604 in which light receiving elements are arranged in a one-dimensional direction. The photoelectric conversion element 604 measures the amount of light at each wavelength of the incident light beam by each light receiving element, and outputs the measurement result to the image processing unit 403. The result of the spectroscopic measurement is calculated by the image processing unit 403 and fed back to the subsequent image processing.
これによって、常に色特性の安定したフルカラープリンタを実現している。 As a result, a full color printer having always stable color characteristics is realized.
市場ニーズとして、昨今は画像形成装置の小型化が強く望まれている。画像形成装置を小型化するためには、その構成要素の一つである分光測色ユニットの小型化も必要である。 In recent years, downsizing of image forming apparatuses is strongly desired as market needs. In order to reduce the size of an image forming apparatus, it is also necessary to reduce the size of a spectrocolorimetric unit that is one of its constituent elements.
この分光測色ユニットの小型化を図った回折式分光測色ユニットが従来より種々と提案されている（特許文献２参照）。 Various types of diffractive spectral colorimetric units have been proposed in the past to reduce the size of the spectral colorimetric unit (see Patent Document 2).
特許文献２に開示されている分光測色ユニットは、それまで知られていた一般的な回折式分光測色ユニットに比べて部品点数が少なく、回折光学素子(回折格子）と受光素子(光検出器）との間の位置関係が１部品だけで決まる構成になっている。これにより、小型化と簡素化の双方を実現している。
近年の画像形成装置では、内部における各ユニットの配置密度が高められており、定着ユニットのすぐ隣に分光測色ユニットを配置している。そのため、定着ユニットで発生した熱が分光測色ユニットに伝わりやすくなり、その結果、分光測色ユニットを膨張させてしまうことがあった。 In recent image forming apparatuses, the arrangement density of each unit in the interior is increased, and a spectrocolorimetric unit is arranged immediately next to the fixing unit. For this reason, heat generated in the fixing unit is easily transmitted to the spectral colorimetry unit, and as a result, the spectral colorimetry unit may be expanded.
特許文献２に示された分光測色ユニットを画像形成装置に適用した場合は、回折光学素子と受光素子とをつなぐ部材も温度変化で膨張する。同部材は両素子を傾斜配置するために膨張時には両素子が平行移動するだけでなく、傾斜も変化し、分光性能が劣化してくる。 When the spectral colorimetry unit disclosed in Patent Document 2 is applied to an image forming apparatus, a member connecting the diffractive optical element and the light receiving element expands due to a temperature change. Since the same element is disposed in an inclined manner, not only do both elements move in parallel during expansion, but also the inclination changes, and the spectral performance deteriorates.
また、同部材を小型化するためには傾斜角度の精度を向上させる必要があり、同部材を平面加工以上の高精度で製作することが必要となる。また特許文献２では、分光測色ユニット内の光路の多くが透明な光学体で占められている。このため温度変化による屈折率が変化すると、さらに分光性能が劣化する。 In addition, in order to reduce the size of the member, it is necessary to improve the accuracy of the inclination angle, and it is necessary to manufacture the member with higher accuracy than that of planar processing. In Patent Document 2, most of the optical path in the spectrocolorimetric unit is occupied by a transparent optical body. For this reason, when the refractive index changes due to temperature change, the spectral performance further deteriorates.
本発明は小型で、かつ簡素化され、温度変化時にも分光性能の劣化が少ない分光測色ユニット及びそれを用いた光学装置の提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a spectrocolorimetric unit that is small in size, simplified, and has little degradation in spectral performance even when temperature changes, and an optical apparatus using the spectrocolorimetric unit.
請求項１の発明の分光測色ユニットは、
被検物に照射された光の反射光束の色情報を測定する分光測色ユニットであって、
前記分光測色ユニットは、被検物に光束を照射する照明装置と、前記被検物からの反射光束を分光する複数の格子を一方向に配列した回折光学素子と、前記回折光学素子で分光された光束を集光素子を介して受光する複数の受光素子を一方向に配列した光電変換素子と、を有しており、
前記光電変換素子の複数の受光素子の配列方向と前記回折光学素子の複数の格子の配列方向とが同一方向であることを特徴としている。
The spectrocolorimetric unit of the invention of claim 1 comprises:
A spectrocolorimetric unit for measuring color information of a reflected light beam of light irradiated on a test object,
The spectrocolorimetric unit includes an illuminating device that irradiates a light beam to the test object, a diffractive optical element in which a plurality of gratings that split the reflected light beam from the test object are arranged in one direction, and a diffractive optical element And a photoelectric conversion element in which a plurality of light receiving elements that receive the emitted light flux through a condensing element are arranged in one direction,
The arrangement direction of the plurality of light receiving elements of the photoelectric conversion element and the arrangement direction of the plurality of gratings of the diffractive optical element are the same direction.
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記回折光学素子と前記光電変換素子は、基盤を共有して配置されていることを特徴としている。
The invention of claim 2 is the invention of claim 1,
The diffractive optical element and the photoelectric conversion element are arranged to share a base.
請求項３の発明は請求項１の発明において、
前記回折光学素子と前記光電変換素子の基盤は、同一材料で一体的に形成されていることを特徴としている。
The invention of claim 3 is the invention of claim 1,
The bases of the diffractive optical element and the photoelectric conversion element are integrally formed of the same material.
請求項４の発明は請求項１乃至３の何れか一項の発明において、
前記集光素子は前記回折光学素子と前記光電変換素子との光路間に配置されており、
前記回折光学素子と前記集光素子との間と、前記集光素子と前記光電変換素子との間は空気層より成ることを特徴としている。
The invention of claim 4 is the invention of any one of claims 1 to 3,
The condensing element is disposed between optical paths of the diffractive optical element and the photoelectric conversion element,
An air layer is formed between the diffractive optical element and the condensing element and between the condensing element and the photoelectric conversion element.
請求項５の発明は請求項１乃至４の何れか一項の発明において、
前記光電変換素子は複数の受光素子を１次元方向に配列した１次元光電変換素子であることを特徴としている。
The invention of claim 5 is the invention of any one of claims 1 to 4,
The photoelectric conversion element is a one-dimensional photoelectric conversion element in which a plurality of light receiving elements are arranged in a one-dimensional direction.
請求項６の発明の光学装置は、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の分光測色ユニットを用いたことを特徴としている。
An optical device according to a sixth aspect of the present invention comprises:
The spectral colorimetric unit according to any one of claims 1 to 5 is used.
本発明によれば小型で、かつ簡素化され、温度変化時にも分光性能の劣化が少ない分光測色ユニット及びそれを用いた光学装置を達成することができる。 According to the present invention, it is possible to achieve a spectral colorimetry unit that is small and simplified, and has little degradation in spectral performance even when temperature changes, and an optical apparatus using the spectral colorimetry unit.
本発明の分光測色ユニットは、
被検物に光束を照射する照明装置と、被検物からの反射光束を分光する複数の格子を一方向に配列した回折光学素子と、回折光学素子で分光された光束を集光する集光素子を有している。更に集光素子からの光束を受光する複数の受光素子を一方向に配列した光電変換素子を有している。
The spectral colorimetric unit of the present invention is
An illuminating device that irradiates a light beam onto a test object, a diffractive optical element in which a plurality of gratings that split a reflected light beam from the test object are arranged in one direction, and a condensing beam that collects the light beam dispersed by the diffractive optical element It has an element. Furthermore, it has a photoelectric conversion element in which a plurality of light receiving elements that receive the light flux from the light collecting element are arranged in one direction.
このとき光電変換素子の複数の受光素子の配列方向と前記回折光学素子の複数の格子の配列方向とが同一方向となるように構成している。 At this time, the arrangement direction of the plurality of light receiving elements of the photoelectric conversion element and the arrangement direction of the plurality of gratings of the diffractive optical element are configured to be the same direction.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は本発明の分光測色ユニットを図４に示すようなレーザービームプリンター等のカラー画像形成装置（光学機器）の一部に適用したときの実施例１の要部概略図である。 FIG. 1 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 1 when the spectral colorimetry unit of the present invention is applied to a part of a color image forming apparatus (optical apparatus) such as a laser beam printer as shown in FIG.
尚、図１においては、後述する光電変換素子を構成する受光素子（画素）の一次元方向の配列方向（Ｘ方向）と、光電変換素子の受光面の垂直方向（Ｙ方向）とを含む断面をＸＹ断面とする。そして、それに直交する断面をＸＺ断面とする。 In FIG. 1, a cross section including a one-dimensional array direction (X direction) of light receiving elements (pixels) constituting a photoelectric conversion element described later and a vertical direction (Y direction) of the light receiving surface of the photoelectric conversion element. Is an XY cross section. And let the cross section orthogonal to it be an XZ cross section.
図１において、１００は分光測色ユニットである。１０９は被検物である。被検物１０９としては図５に示すような色情報を調整するキャリブレーション・パッチやカラー画像が形成された紙等である。 In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a spectral colorimetry unit. Reference numeral 109 denotes a test object. The test object 109 is a calibration patch for adjusting color information as shown in FIG. 5, paper on which a color image is formed, or the like.
１０１は照明装置である。照明装置１０１からの光（白色光）で被検物１０９を照明する。 Reference numeral 101 denotes a lighting device. The test object 109 is illuminated with light (white light) from the illumination device 101.
分光測色ユニット１００は被検物１０９に照射された光のうち、反射光束の色情報を検出して被検物１０９の色情報を測定している。 The spectrocolorimetric unit 100 measures color information of the test object 109 by detecting color information of a reflected light beam from light irradiated on the test object 109.
１０２は開口部（ルーバー）であり、被検物１０９からの反射光束が入射するハウジング１０７に設けている。尚、ルーバー（Louver）とは、羽板（はいた）と呼ばれる細長い板を平行に組んで板状にし、取り付けたものである。 Reference numeral 102 denotes an opening (louver), which is provided in the housing 107 into which the reflected light beam from the test object 109 enters. In addition, a louver (Louver) is an elongated plate called a wing plate that is assembled in parallel to form a plate and attached.
１０３は複数の格子を直線状（平面状）（一方向）に配列した回折光学素子（以下、「平面回折光学素子」とも称す。）であり、開口部１０２から入射した光束を分光している。 Reference numeral 103 denotes a diffractive optical element (hereinafter also referred to as “planar diffractive optical element”) in which a plurality of gratings are arranged in a straight line (planar) (one direction), and splits a light beam incident from the opening 102. .
１０４は集光素子としての反射鏡であり、凹形状より成る反射面（以下、「凹面反射面」とも称す。）１０４ａを有しており、平面回折光学素子１０３によって分光された光束を後述する光電変換素子１０５側に集光反射させている。以下、上記反射鏡１０４を「凹面反射鏡１０４」とも称す。 Reference numeral 104 denotes a reflecting mirror as a condensing element, which has a concave reflecting surface (hereinafter also referred to as “concave reflecting surface”) 104a, and a light beam dispersed by the planar diffractive optical element 103 will be described later. The light is condensed and reflected on the photoelectric conversion element 105 side. Hereinafter, the reflecting mirror 104 is also referred to as a “concave reflecting mirror 104”.
１０５は複数の受光素子（画素）を１次元方向に配列した光電変換素子(以下、「１次元光電変換素子」とも称す。）であり、凹面反射面１０４ａで反射された光束を受光している。 Reference numeral 105 denotes a photoelectric conversion element (hereinafter also referred to as “one-dimensional photoelectric conversion element”) in which a plurality of light receiving elements (pixels) are arranged in a one-dimensional direction, and receives a light beam reflected by the concave reflecting surface 104a. .
本実施例においては、１次元光電変換素子１０５の複数の受光素子（画素）の配列方向と平面回折光学素子１０３の複数の格子の配列方向とが同一方向と成るように構成している。 In this embodiment, the arrangement direction of the plurality of light receiving elements (pixels) of the one-dimensional photoelectric conversion element 105 and the arrangement direction of the plurality of gratings of the planar diffractive optical element 103 are configured to be the same direction.
１０６は平板より成る基盤（以下、「平面基盤」とも称す。）である。平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５とは、平面基盤１０６を共有している。 Reference numeral 106 denotes a base made of a flat plate (hereinafter also referred to as “planar base”). The planar diffractive optical element 103 and the one-dimensional photoelectric conversion element 105 share the planar substrate 106.
本実施例では平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５のそれぞれの裏面（光束が到達しない面）を平面基盤１０６面上に固定している。 In this embodiment, the back surfaces (surfaces on which the luminous flux does not reach) of the planar diffractive optical element 103 and the one-dimensional photoelectric conversion element 105 are fixed on the plane substrate 106 surface.
本実施例における平面基盤１０６は、例えばポリカーボネイト樹脂より成り、その材料の熱膨張率は6.5×10-5/℃である。 The planar substrate 106 in this embodiment is made of, for example, polycarbonate resin, and the material has a coefficient of thermal expansion of 6.5 × 10 −5 / ° C.
１０８は画像処理ユニットであり、１次元光電変換素子１０５からの出力信号を受信している。分光測色ユニット１００は前述した各部材１０１〜１０７を一構成要件としている。 An image processing unit 108 receives an output signal from the one-dimensional photoelectric conversion element 105. The spectral colorimetric unit 100 includes the above-described members 101 to 107 as one constituent requirement.
本実施例において、照明装置１０１からの光束により照明された、例えば被検物１０９としてのキャリブレーション・パッチからの反射光は開口部（ルーバー）１０２を通過することで平行光束とされ、ハウジング１０７内に入る。 In this embodiment, reflected light from, for example, a calibration patch as the test object 109 that is illuminated by the light beam from the illumination device 101 passes through an opening (louver) 102 to become a parallel light beam, and the housing 107 Get inside.
開口部１０２を通過した平行光束は平面回折光学素子１０３によって分光され、次いで凹面反射面１０４ａによって集光され、１次元光電変換素子１０５に波長ごとに集光する。 The parallel light beam that has passed through the opening 102 is dispersed by the planar diffractive optical element 103, then condensed by the concave reflecting surface 104 a, and condensed on the one-dimensional photoelectric conversion element 105 for each wavelength.
１次元光電変換素子１０５では波長ごとの光量を電気信号に変換し、その出力信号は、分光測色ユニット１００外の画像処理ユニット１０８に入力される。画像処理ユニット１０８は、入力されてきた色情報を演算処理し、演算結果をその後の画像処理にフィードバックしている。 The one-dimensional photoelectric conversion element 105 converts the light amount for each wavelength into an electrical signal, and the output signal is input to the image processing unit 108 outside the spectral colorimetry unit 100. The image processing unit 108 performs arithmetic processing on the input color information, and feeds back the calculation result to subsequent image processing.
本実施例では上記の如く平面回折光学素子１０３の複数の格子(回折格子）の配列方向と１次元光電変換素子１０５の複数の受光素子の配列方向とが同一方向となるように構成している。また夫々の素子の裏面（光束が到達しない面）を平面基盤１０６面上に接着又はビス等で固定している。 In this embodiment, as described above, the arrangement direction of the plurality of gratings (diffraction gratings) of the planar diffractive optical element 103 and the arrangement direction of the plurality of light receiving elements of the one-dimensional photoelectric conversion element 105 are configured to be the same direction. . Further, the back surface of each element (the surface on which the light beam does not reach) is fixed on the surface of the flat substrate 106 with an adhesive or a screw.
これにより本実施例では１次元光電変換素子１０５と平面回折光学素子１０３との位置精度が高く保持することができる。また温度変化等による膨張現象発生時も傾き変化を伴わず分光性能の劣化を防止することができる。 Accordingly, in this embodiment, the positional accuracy between the one-dimensional photoelectric conversion element 105 and the planar diffractive optical element 103 can be kept high. In addition, it is possible to prevent degradation of spectral performance without causing a change in inclination even when an expansion phenomenon due to a temperature change or the like occurs.
また本実施例では上記の如く平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５とが、それぞれ共有の平板より成る平面基盤（共有基盤）１０６の平面上に固定されている。 In the present embodiment, as described above, the planar diffractive optical element 103 and the one-dimensional photoelectric conversion element 105 are fixed on the plane of a plane substrate (shared substrate) 106 made of a common flat plate.
これにより異なる素材で作られた平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５であっても、位置精度を高く保持することができる。さらに温度変化等による膨張現象の発生時も傾き変化を伴わず分光性能の劣化を防止することができる。 Accordingly, even the planar diffractive optical element 103 and the one-dimensional photoelectric conversion element 105 made of different materials can maintain high positional accuracy. Furthermore, it is possible to prevent the degradation of the spectral performance without causing a change in inclination even when an expansion phenomenon due to a temperature change or the like occurs.
尚、平面基盤１０６は単純な平板でよく、これにより容易に加工できる。また単純な形状であることから基盤のみならず、周辺部も小さくすることができ、装置全体の小型化に寄与できる。 The flat substrate 106 may be a simple flat plate and can be easily processed. In addition, since it has a simple shape, not only the base but also the peripheral portion can be made small, which can contribute to downsizing of the entire apparatus.
また本実施例では上記の如く平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５との光路間に凹面反射鏡１０４を配置している。さらに平面回折光学素子１０３と凹面反射鏡１０４との間と、凹面反射鏡１０４と１次元光電変換素子１０５との間に空気層が形成されるように構成している。 In this embodiment, the concave reflecting mirror 104 is disposed between the optical path between the planar diffractive optical element 103 and the one-dimensional photoelectric conversion element 105 as described above. Further, an air layer is formed between the planar diffractive optical element 103 and the concave reflecting mirror 104 and between the concave reflecting mirror 104 and the one-dimensional photoelectric conversion element 105.
これにより本実施例では、温度変化等に起因する熱膨張率の影響が少なくなるようにしている。 As a result, in this embodiment, the influence of the coefficient of thermal expansion due to a temperature change or the like is reduced.
また本実施例では上記の如く１次元光電変換素子１０５を複数の受光素子（画素）を直線状に配列した１次元光電変換素子より構成している。 In the present embodiment, as described above, the one-dimensional photoelectric conversion element 105 is constituted by a one-dimensional photoelectric conversion element in which a plurality of light receiving elements (pixels) are arranged linearly.
これにより光電変換素子の構造を必要十分なものとでき、高性能と簡素化を両立させている。 Thereby, the structure of the photoelectric conversion element can be made necessary and sufficient, and both high performance and simplification are achieved.
尚、光電変換素子の種別は特に限定されないが、複数の格子の配列方向にのみ受光素子が配列される１次元光電変換素子であれば良い。 The type of the photoelectric conversion element is not particularly limited, but may be any one-dimensional photoelectric conversion element in which the light receiving elements are arranged only in the arrangement direction of the plurality of gratings.
本実施例における分光測色ユニット１００に温度変化があったとき、平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５との位置関係は、膨張により配列方向（図１の左右方向（Ｘ方向））へのズレが若干生じる。しかしながら、前記従来技術で述べた温度による傾斜ズレが生じることはない。 When there is a temperature change in the spectrocolorimetric unit 100 in the present embodiment, the positional relationship between the planar diffractive optical element 103 and the one-dimensional photoelectric conversion element 105 is expanded due to expansion (the horizontal direction (X direction) in FIG. 1). A slight deviation occurs. However, the tilt deviation due to the temperature described in the prior art does not occur.
また、本実施例における分光測色ユニット１００は、図１の上下方向（Ｙ方向）への膨張も発生しないために、１次元光電変換素子１０５上に集光する光束のピントズレは生じない。これにより、温度変化が発生しても分光性能が劣化し難い構成となっている。 Further, since the spectral colorimetry unit 100 in this embodiment does not generate expansion in the vertical direction (Y direction) in FIG. 1, focus deviation of the light beam condensed on the one-dimensional photoelectric conversion element 105 does not occur. Thereby, even if a temperature change generate | occur | produces, it has the structure where spectral performance does not deteriorate easily.
このように本実施例では上述した如く光電変換素子の複数の受光素子の配列方向と回折光学素子の複数の格子の配列方向とを同一方向とし、また光電変換素子と回折光学素子とを基盤面上に固定している。これにより本実施例では極めて小型で、部品点数も少なく、簡易な構成で、しかも温度変化時にも分光性能の劣化が少ない分光測色ユニットを実現している。 As described above, in this embodiment, as described above, the arrangement direction of the plurality of light receiving elements of the photoelectric conversion element and the arrangement direction of the plurality of gratings of the diffractive optical element are the same direction, and the photoelectric conversion element and the diffractive optical element are arranged on the base surface. It is fixed on the top. As a result, this embodiment realizes a spectral colorimetric unit that is extremely small, has a small number of parts, has a simple configuration, and has little deterioration in spectral performance even when the temperature changes.
尚、本実施例は画像形成装置に限らず、分光測色ユニットとして例えば、デジタルカメラ等のホワイトバランス用センサ、その他の分光測色ユニットなどとしても使用できる。 The present embodiment is not limited to an image forming apparatus, and can be used as a spectral colorimetry unit, for example, a white balance sensor such as a digital camera, or other spectral colorimetry unit.
図２は本発明の分光測色ユニットをレーザービームプリンター等のカラー画像形成装置の一部に適用したときの実施例２の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。 FIG. 2 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 2 when the spectral colorimetry unit of the present invention is applied to a part of a color image forming apparatus such as a laser beam printer. In the figure, the same elements as those shown in FIG.
本実施例において前述の実施例１と異なる点は、平面回折光学素子１０３の表面で格子が形成されていない部分１０３ａを平面基盤１０６の裏面１０６ｂに固定している。また１次元光電変換素子１０５の裏面１０５ｂを平面基盤１０６の表面１０６ａに固定したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様な効果を得ている。 This embodiment is different from the first embodiment described above in that a portion 103 a where no grating is formed on the surface of the planar diffractive optical element 103 is fixed to the back surface 106 b of the planar substrate 106. Further, the back surface 105b of the one-dimensional photoelectric conversion element 105 is fixed to the front surface 106a of the flat substrate 106. Other configurations and optical functions are the same as those in the first embodiment, and the same effects are obtained.
つまり本実施例では、平面回折光学素子１０３の表面の一部（光束が到達する側の面の一部）１０３ａを平面基盤１０６の裏面１０６ｂに固定している。また１次元光電変換素子１０５の裏面（光束が到達しない面）１０５ｂを平面基盤１０６の表面１０６ａに固定している。 That is, in this embodiment, a part of the surface of the planar diffractive optical element 103 (a part of the surface on which the light beam reaches) 103 a is fixed to the back surface 106 b of the planar substrate 106. Further, the back surface (the surface on which the light beam does not reach) 105b of the one-dimensional photoelectric conversion element 105 is fixed to the front surface 106a of the flat substrate 106.
本実施例の分光測色ユニット１００に温度変化があったとき、平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５の位置関係は、膨張により配列方向（図２の左右方向（Ｘ方向））へのズレが発生する。また、それと垂直の方向（図２の上下方向（Ｙ方向））が平面基盤１０６の厚さに応じてズレが若干発生するが、前記従来技術で述べた温度による傾斜ズレが生じることはない。 When there is a temperature change in the spectrocolorimetric unit 100 of the present embodiment, the positional relationship between the planar diffractive optical element 103 and the one-dimensional photoelectric conversion element 105 is expanded in the arrangement direction (the horizontal direction (X direction) in FIG. 2). Deviation occurs. Further, a slight deviation occurs in the direction perpendicular thereto (the vertical direction in FIG. 2 (Y direction)) depending on the thickness of the planar substrate 106, but the inclination deviation due to the temperature described in the prior art does not occur.
従来技術の傾斜ズレが発生した場合は、分光した波長に依存して（１次元光電変換素子１０５の位置によって）、光束のピントズレ量が異なるため、その後のデータ処理方法が複雑になる。 When the tilt shift of the prior art occurs, the amount of focus shift of the light beam varies depending on the spectral wavelength (depending on the position of the one-dimensional photoelectric conversion element 105), and the subsequent data processing method becomes complicated.
しかしながら、本実施例で発生しうるピントズレは波長に依存せず、ほぼ一律なのでデータ処理が必要となっても傾斜ズレの場合に比べて簡便なものとなる。 However, the focus shift that can occur in the present embodiment does not depend on the wavelength and is almost uniform, so even if data processing is required, it becomes simpler than the case of tilt shift.
本実施例は、平面回折素子１０３や１次元光電変換素子１０５の外周形状を小型化できない場合、相互に重ね合わせることで分光測色ユニット１００をより小型化できる好適な手段である。 In the present embodiment, when the outer peripheral shapes of the planar diffraction element 103 and the one-dimensional photoelectric conversion element 105 cannot be reduced in size, the spectral colorimetry unit 100 can be further reduced in size by overlapping each other.
尚、本実施例では上述した構成に限らず、平面回折光学素子１０３の裏面１０３ｂを平面基盤１０６の表面１０６ａに固定し、１次元光電変換素子１０５の表面の一部１０５ａを平面基盤１０６の裏面１０６ｂに固定しても良い。 In this embodiment, the configuration is not limited to the above-described configuration, and the back surface 103b of the planar diffractive optical element 103 is fixed to the front surface 106a of the flat substrate 106, and a part 105a of the surface of the one-dimensional photoelectric conversion element 105 is fixed to the back surface of the flat substrate 106. It may be fixed to 106b.
図３は本発明の分光測色ユニットをレーザービームプリンター等のカラー画像形成装置の一部に適用したときの実施例３の要部概略図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。 FIG. 3 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 3 when the spectral colorimetry unit of the present invention is applied to a part of a color image forming apparatus such as a laser beam printer. In the figure, the same elements as those shown in FIG.
本実施例において前述の実施例１と異なる点は、平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５の基盤とを同一材料で一体的に形成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と同様であり、これにより同様な効果を得ている。 The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the planar diffractive optical element 103 and the base of the one-dimensional photoelectric conversion element 105 are integrally formed of the same material. Other configurations and optical functions are the same as those in the first embodiment, and the same effects are obtained.
つまり同図において、３０３はハイブリッド素子であり、複数の格子が平面状に配列された平面回折光学素子１０３と複数の受光素子が１次元方向に配列された１次元光電変換素子１０５の基盤とが一体的に形成されている。 That is, in the figure, reference numeral 303 denotes a hybrid element, which includes a planar diffractive optical element 103 in which a plurality of gratings are arranged in a plane and a base of a one-dimensional photoelectric conversion element 105 in which a plurality of light receiving elements are arranged in a one-dimensional direction. It is integrally formed.
かつ１次元光電変換素子１０５の複数の受光素子の配列方向と平面回折光学素子１０３の複数の格子の配列方向とが同一方向となるように構成している。 In addition, the arrangement direction of the plurality of light receiving elements of the one-dimensional photoelectric conversion element 105 and the arrangement direction of the plurality of gratings of the planar diffractive optical element 103 are configured to be the same direction.
本実施例において、照明装置１０１からの光束により照明された、例えば被検物１０９としてのキャリブレーション・パッチからの反射光は開口部（ルーバー）１０２を通過することで平行光束とされ、ハウジング１０７内に入る。 In this embodiment, reflected light from, for example, a calibration patch as the test object 109 that is illuminated by the light beam from the illumination device 101 passes through an opening (louver) 102 to become a parallel light beam, and the housing 107 Get inside.
開口部１０２を通過した平行光束はハイブリッド素子３０３の平面回折光学素子１０３によって分光され、次いで凹面反射面１０４ａによって集光され、ハイブリッド素子３０３の１次元光電変換素子１０５に波長ごとに集光する。 The parallel light beam that has passed through the opening 102 is dispersed by the planar diffractive optical element 103 of the hybrid element 303, then condensed by the concave reflecting surface 104 a, and is condensed for each wavelength on the one-dimensional photoelectric conversion element 105 of the hybrid element 303.
ハイブリッド素子３０３の１次元光電変換素子１０５では波長ごとの光量を電気信号に変換し、その出力信号は、分光測色ユニット１００外の画像処理ユニット１０８に入力される。画像処理ユニット１０８は、入力されてきた色情報を演算処理し、演算結果をその後の画像処理にフィードバックしている。 The one-dimensional photoelectric conversion element 105 of the hybrid element 303 converts the light amount for each wavelength into an electrical signal, and the output signal is input to the image processing unit 108 outside the spectral colorimetry unit 100. The image processing unit 108 performs arithmetic processing on the input color information, and feeds back the calculation result to subsequent image processing.
本実施例では上記の如くハイブリッド素子３０３は平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５の基盤とを一体的に形成している。かつ１次元光電変換素子１０５の複数の受光素子の配列方向と平面回折光学素子１０３の複数の格子の配列方向とが同一方向となるように構成している。これにより本実施例では、極めて小型で、部品点数も少なく、簡易な構成で、しかも温度変化時にも分光性能の劣化が少ない分光測色ユニットを実現している。 In this embodiment, the hybrid element 303 integrally forms the planar diffractive optical element 103 and the base of the one-dimensional photoelectric conversion element 105 as described above. In addition, the arrangement direction of the plurality of light receiving elements of the one-dimensional photoelectric conversion element 105 and the arrangement direction of the plurality of gratings of the planar diffractive optical element 103 are configured to be the same direction. As a result, this embodiment realizes a spectral colorimetric unit that is extremely small, has a small number of parts, has a simple configuration, and has little deterioration in spectral performance even when the temperature changes.
この分光測色ユニットに温度変化があったとき、ハイブリッド素子３０３の平面回折光学素子１０３と１次元光電変換素子１０５の位置関係は、膨張により配列方向（図３の左右方向（Ｘ方向））へのズレが若干あるが、実施例１以上のズレが生じることはない。 When there is a temperature change in this spectrocolorimetric unit, the positional relationship between the planar diffractive optical element 103 of the hybrid element 303 and the one-dimensional photoelectric conversion element 105 is expanded in the arrangement direction (the left-right direction (X direction) in FIG. 3). Although there is a slight deviation, no deviation more than that of Example 1 occurs.
ハイブリッド素子３０３は半導体材料上に一般的なリソグラフィ技術にて形成することができる。また、１次元光電変換素子１０５をリソグラフィ技術で形成し、平面回折光学素子１０３をナノインプリンティング技術によって形成しても良い。 The hybrid element 303 can be formed on a semiconductor material by a general lithography technique. Alternatively, the one-dimensional photoelectric conversion element 105 may be formed by a lithography technique, and the planar diffractive optical element 103 may be formed by a nanoimprinting technique.
１００ 分光測色ユニット
１０１、６０１ 照明装置
１０２、６０２ 開口部（ルーバー）
１０３ 平面回折光学素子
１０４ 凹面反射鏡
１０５、６０５ １次元光電変換素子
１０６ 基盤
１０７、６０７ ハウジング
１０８ 画像処理ユニット
３０３ ハイブリッド素子
４０１ 給紙ユニット
４０２ 画像形成ユニット
４０３ 画像処理ユニット
４０４ 定着ユニット
４０５ 分光測色ユニット
４０６ 排紙ユニット
６０３ 凹面反射回折光学素子
100 Spectral Color Measurement Unit 101, 601 Illumination Device 102, 602 Opening (Louvre)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 Planar diffractive optical element 104 Concave reflecting mirror 105,605 One-dimensional photoelectric conversion element 106 Base 107,607 Housing 108 Image processing unit 303 Hybrid element 401 Paper feed unit 402 Image forming unit 403 Image processing unit 404 Fixing unit 405 Spectral colorimetry unit 406 Discharge unit 603 Concave reflection diffractive optical element
Claims (6)
前記分光測色ユニットは、被検物に光束を照射する照明装置と、前記被検物からの反射光束を分光する複数の格子を一方向に配列した回折光学素子と、前記回折光学素子で分光された光束を集光素子を介して受光する複数の受光素子を一方向に配列した光電変換素子と、を有しており、
前記光電変換素子の複数の受光素子の配列方向と前記回折光学素子の複数の格子の配列方向とが同一方向であることを特徴とする分光測色ユニット。 A spectrocolorimetric unit for measuring color information of a reflected light beam of light irradiated on a test object,
The spectrocolorimetric unit includes an illuminating device that irradiates a light beam to the test object, a diffractive optical element in which a plurality of gratings that split the reflected light beam from the test object are arranged in one direction, and a diffractive optical element And a photoelectric conversion element in which a plurality of light receiving elements that receive the emitted light flux through a condensing element are arranged in one direction,
The spectral colorimetric unit, wherein the arrangement direction of the plurality of light receiving elements of the photoelectric conversion element and the arrangement direction of the plurality of gratings of the diffractive optical element are the same direction.
前記回折光学素子と前記集光素子との間と、前記集光素子と前記光電変換素子との間は空気層より成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の分光測色ユニット。 The condensing element is disposed between optical paths of the diffractive optical element and the photoelectric conversion element,
The spectroscopic apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein an air layer is formed between the diffractive optical element and the condensing element and between the condensing element and the photoelectric conversion element. Color measuring unit.
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