JP2018017670A - Spectral characteristic acquisition device, image evaluation device, and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分光特性取得装置、画像評価装置、及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a spectral characteristic acquisition device, an image evaluation device, and an image forming device.
商業印刷分野では、電子写真方式の画像形成装置により記録媒体上にカラー画像を形成する際に、記録媒体上に形成されたカラー画像の色を測定し、色管理を行って再現性や安定性を高める、いわゆるカラーマネージメントを行っている。
この際、記録媒体上に形成されたカラー画像の色を正確に測定する必要があり、一般的には分光測色計が用いられる。分光測色計は、所定の領域の1点の色を測定するため、カラーチャート等の複数点の色を測定するのに時間がかかり、作業上の課題となっている。
そこで、記録媒体の全面に形成されたカラー画像から分光特性を短時間で取得する方法として、分光センサを多数配列し、並列に配列された分光センサから分光データを取得することで、短時間に記録媒体全面の高精度測色を可能とする分光撮像モジュールを用いる方法が知られている。
In the commercial printing field, when a color image is formed on a recording medium by an electrophotographic image forming apparatus, the color of the color image formed on the recording medium is measured, and color management is performed for reproducibility and stability. So-called color management is performed.
At this time, it is necessary to accurately measure the color of the color image formed on the recording medium, and a spectrocolorimeter is generally used. Since the spectrocolorimeter measures the color of one point in a predetermined region, it takes time to measure the color of a plurality of points such as a color chart, which is an operational problem.
Therefore, as a method for acquiring spectral characteristics from a color image formed on the entire surface of a recording medium in a short time, a large number of spectral sensors are arranged, and spectral data is acquired from the spectral sensors arranged in parallel. A method using a spectral imaging module that enables high-precision color measurement of the entire surface of a recording medium is known.
具体的には、例えば特許文献1〜3に記載されているような分光撮像モジュールが開示されている。
特許文献1には、複数の開口を透過し、結像しつつ斜めに回折し、複数の回折像をラインセンサで撮像することで、複数点の分光特性を並列に取得し、開口をスリット状にするためスリット内の通過位置で光強度が変わると、検出した分光特性に誤差が乗り、偽色を発生するという技術内容の「OPTICAL SENSOR DEVICE AND METHOD FOR SPECTRAL ANALYSIS」が開示されている。
特許文献2には、長手方向に配列した複数の斜めスリット開口を透過し、結像しつつ短手方向に回折し、長手方向に複数の画素が並ぶ撮像手段で検出することで、複数点の分光特性を並列で取得する。斜めスリット状開口内での通過位置で光強度が変わると、取得した分光特性に誤差が乗り、偽色を発生するという技術内容の「分光特性取得装置、画像評価装置、画像形成装置」が開示されている。
特許文献3には、長手方向に配列した複数の開口を透過し、結像しつつ短手方向に回折し、斜めスリット状開口を透過した回折像を長手方向に複数の画素が並ぶ撮像手段で検出することで、複数点の分光特性を並列で取得するという技術内容の「分光特性取得装置、画像評価装置、および画像形成装置」が開示されている。特許文献3では、撮像素子直前に配置する斜めスリット状開口と結像手段、複数の開口の位置調整が難しい。
Specifically, for example, spectral imaging modules as disclosed in
In
In Patent Document 2, a plurality of oblique slit openings arranged in the longitudinal direction are transmitted, diffracted in the short direction while being imaged, and detected by an imaging means in which a plurality of pixels are arranged in the longitudinal direction. Spectral characteristics are acquired in parallel. Disclosure of “spectral characteristic acquisition device, image evaluation device, image forming device” with technical content that if the light intensity changes at the passing position in the oblique slit-shaped opening, an error is added to the acquired spectral property and false color is generated Has been.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-133867 describes an imaging unit in which a plurality of pixels arranged in the longitudinal direction are transmitted through a plurality of openings arranged in the longitudinal direction, diffracted in the lateral direction while forming an image, and diffracted images transmitted through the oblique slit-shaped openings. A “spectral characteristic acquisition apparatus, image evaluation apparatus, and image forming apparatus” having a technical content of acquiring a plurality of spectral characteristics in parallel by detection is disclosed. In
しかし、特許文献1および特許文献2に開示された発明のように、実質的に開口が斜め方向のスリット状である場合、開口内の通過位置によって光強度が異なる場合(例えば黒/白境界)、センサが検出する分光特性に誤差が生じ、大きく異なる色を出力してしまうといった問題があった。
これに対して、特許文献2に開示された発明では、開口内の通過位置による光強度を均一にする光学系があるため、光学系による影響が少ないので、上述したような問題の影響を受けにくい。しかし、分光特性を取得するために撮像素子の直前に配置した斜めスリット開口と、結像素子、開口との位置調整を正確に行う必要があり、安価に大量の分光特性取得装置を生産するのが難しいといった問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的は、比較的簡単な構成を用いて、被測定物上の測定領域に係る分光特性を取得することにある。
However, as in the inventions disclosed in
On the other hand, in the invention disclosed in Patent Document 2, since there is an optical system that makes the light intensity uniform depending on the passing position in the opening, the influence of the optical system is small, and therefore, it is affected by the problems described above. Hateful. However, in order to acquire spectral characteristics, it is necessary to accurately adjust the position of the oblique slit aperture arranged immediately before the image sensor, the imaging element, and the aperture, and a large amount of spectral characteristic acquisition devices are produced at low cost. There was a problem that was difficult.
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to acquire spectral characteristics relating to a measurement region on a measurement object using a relatively simple configuration.
上記課題を解決するたに、請求項1記載の発明は、縦方向及び横方向にマトリクス状に配列された複数の画素を有する撮像手段を備え、前記撮像手段を用いて被測定物上の測定領域に係る回折像を撮像することにより、前記被測定物に係る分光特性を測定する分光特性取得装置であって、前記被測定物により反射された光束を通過させる複数のピンホールが前記横方向に配列されたピンホールアレイと、前記各ピンホールを通過した各光束を前記撮像手段の撮像面に向けて集光させる集光手段と、前記集光手段を通過した各光束を前記縦方向に回折させた複数の回折像を前記撮像面に形成する回折手段と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
本発明によれば、比較的簡単な構成を用いて、被測定物1上の測定領域に係る分光特性を取得することができる。
According to the present invention, it is possible to acquire spectral characteristics related to a measurement region on the
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
本発明は、比較的簡単な構成を用いて、被測定物上の測定領域に係る分光特性を取得するために、以下の構成を有する。
すなわち、本発明の分光特性取得装置は、縦方向及び横方向にマトリクス状に配列された複数の画素を有する撮像手段を備え、撮像手段を用いて被測定物上の測定領域に係る回折像を撮像することにより、被測定物に係る分光特性を測定する分光特性取得装置であって、被測定物により反射された光束を通過させる複数のピンホールが横方向に配列されたピンホールアレイと、各ピンホールを通過した各光束を撮像手段の撮像面に向けて集光させる集光手段と、集光手段を通過した各光束を縦方向に回折させた複数の回折像を撮像面に形成する回折手段と、を備えることを特徴とする。
以上の構成を備えることにより、比較的簡単な構成を用いて、被測定物上の測定領域に係る分光特性を取得することができる。
上記の本発明の特徴に関して、以下、図面を用いて詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
The present invention has the following configuration in order to acquire spectral characteristics related to a measurement region on a measurement object using a relatively simple configuration.
That is, the spectral characteristic acquisition apparatus of the present invention includes an imaging unit having a plurality of pixels arranged in a matrix in the vertical direction and the horizontal direction, and uses the imaging unit to obtain a diffraction image related to the measurement region on the object to be measured. A spectral characteristic acquisition device that measures spectral characteristics of an object to be measured by imaging, a pinhole array in which a plurality of pinholes that allow light beams reflected by the object to pass through are arranged in a horizontal direction; Condensing means for condensing each light flux that has passed through each pinhole toward the imaging surface of the imaging means and a plurality of diffraction images obtained by diffracting each light flux that has passed through the condensing means in the vertical direction are formed on the imaging surface. And diffracting means.
With the above configuration, it is possible to acquire the spectral characteristics related to the measurement region on the object to be measured using a relatively simple configuration.
Hereinafter, the features of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<第1実施形態>
<分光特性取得装置の構成>
図1(a)(b)を参照して、本発明の第1実施形態に係る分光特性取得装置の構成について説明する。図1(a)は本発明の第1実施形態に係る分光特性取得装置10の光学系の構成を示す図であり、図1(b)は本発明の第1実施形態に係る分光特性取得装置10のハードウエア構成を示す図である。
分光特性取得装置10は、光源3、結像レンズ5、分光撮像モジュール7、制御部9を備えている。
図1に示す被測定物1は、記録用紙などの記録媒体であり、一定の速度でY軸方向と逆方向に搬送されている。被測定物1の測定領域1aは、少なくともY軸方向に所定の幅をもつ測定領域である。測定領域1aは、被測定物1の全幅であってもよい。分光特性取得装置1は、被測定物1の測定領域1a内の複数の位置の分光特性を同時に取得することができる。
<First Embodiment>
<Configuration of spectral characteristic acquisition device>
With reference to FIGS. 1A and 1B, the configuration of the spectral characteristic acquisition apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a diagram showing a configuration of an optical system of a spectral
The spectral
A measured
光源3は、照明光3aを被測定物1に照射する。被測定物1の測定領域1aの各位置から反射された光束は、それぞれ結像レンズ5に到達する。
結像レンズ5は、結像手段を構成し、入射された光束を透過し、分光撮像モジュール7に向けて集光する。
分光撮像モジュール7は、結像レンズ5の光軸上に配置されており、被測定物1の分光特性を取得するための光学系部品や撮像素子をモジュール化したものであり、制御部9により制御される。
制御部9は、光源3のON/OFFタイミングや、分光撮像モジュール7の動作タイミングを制御する。
The
The imaging lens 5 constitutes imaging means, transmits the incident light beam, and condenses it toward the
The
The control unit 9 controls the ON / OFF timing of the
<分光撮像モジュール>
次に、図2(a)(b)を参照して、本発明の第1実施形態に係る分光撮像モジュールについて説明する。図2(a)は、分光撮像モジュール7をY軸方向から見た断面図であり、図2(b)は、分光撮像モジュール7をX軸方向から見た断面図である。
分光撮像モジュール7は、ピンホールアレイ11、レンズアレイ13、回折素子15、撮像素子17を備えている。
図1に示す結像レンズ5を透過した光束は、ピンホールアレイ11に入射する。ピンホールアレイ11は、所定の開口面積を有する複数のピンホール11aがx軸方向に配列されており、図1に示す測定領域1a内の各位置から反射した光束をそれぞれ通過させる。
<Spectral imaging module>
Next, the spectral imaging module according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A is a cross-sectional view of the
The
The light beam that has passed through the imaging lens 5 shown in FIG. 1 enters the
ピンホールアレイ11の各ピンホール11aを通過した各光束は、レンズアレイ13の各レンズ13aに入射する。レンズアレイ13は、集光手段を構成し、複数のレンズ13aがx軸方向に配列されており、各レンズ13aのレンズ面の光軸がそれぞれピンホールアレイ11上の各ピンホール11aに対応するように配列される。レンズアレイ13の各レンズ13aを透過した各光束は、回折素子15を透過して、撮像素子17の撮像面17s上に結像して回折像を形成する。
回折素子15は、y軸方向に回折させるように複数の回折格子15aがxy平面上に配列されており、波長に応じた回折角で屈折しつつ、撮像素子17の撮像面17s上に結像することで、撮像面17s上には複数の回折像が形成される。
撮像素子17は、電荷結合素子CCD(Charge Coupled Device)エリアイメージセンサにより構成され、xy平面上に結像面を有している。
Each light beam that has passed through each pinhole 11 a of the
The
The
<撮像素子のハードウエア構成>
図3を参照して、本発明の第1実施形態に係る撮像素子のハードウエア構成について説明する。図3は、本発明の第1実施形態に係る撮像素子のハードウエア構成について説明するための構成図である。
撮像素子17は、横方向(x方向)にn画素、縦方向(y方向)にm画素を有するCCDエリアイメージセンサである。
詳しくは、撮像素子17は、垂直シフトレジスタ17a1〜17an、水平シフトレジスタ17b、A/D変換器17cを備えている。
<Hardware configuration of image sensor>
With reference to FIG. 3, the hardware configuration of the image sensor according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a configuration diagram for explaining a hardware configuration of the image sensor according to the first embodiment of the present invention.
The
Specifically, the
垂直シフトレジスタ17a1〜17anは、それぞれ縦方向(y方向)に配列された画素である単位受光部を複数有し、各画素に蓄積された電荷を縦方向(−y方向)にシフトするシフトレジスタである。
水平シフトレジスタ17bは、横方向(x方向)に配列され、電荷を横方向(−x方向)にシフトするシフトレジスタである。
A/D変換器17cは、水平シフトレジスタ17bにより横方向に搬送された電荷(電圧信号)をA/D変換してデジタル信号に変換する。
Each of the vertical shift registers 17a1 to 17an includes a plurality of unit light receiving units that are pixels arranged in the vertical direction (y direction), and shifts the charge accumulated in each pixel in the vertical direction (−y direction). It is.
The
The A /
<撮像素子と回折像の関係>
図4を参照して、本発明の第1実施形態に係る撮像素子と回折像の関係について説明する。図4は、本発明の第1実施形態に係る撮像素子と回折像の関係について説明するための模式図である。
図4には、本発明の一例として、横方向(x方向)に40画素、縦方向(y方向)に6画素の撮像素子17の受光領域17rと、3つの回折像17i−1,17i−2,17i−3を示している。しかし、本発明は、図4に示す画素数や回折像の数、回折像の間隔に限定されない。
各ピンホール11aの間隔が、少なくとも各回折像17iの縦方向の長さ以上であるので、複数の回折像17iを撮像面17sに夫々に独立して形成することができる。
<Relationship between image sensor and diffraction pattern>
With reference to FIG. 4, the relationship between the image sensor and the diffraction image according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the relationship between the imaging element and the diffraction image according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 4, as an example of the present invention, the
Since the interval between the
図2に示すピンホールアレイ11の各ピンホール11aに対応する回折像17iは、横方向(x方向)に配列され、縦方向(y方向)に回折される。そこで、回折素子15の回折格子の格子ピッチpを適切に調整することで、所定の回折像成分のみを撮像素子17の受光領域17rに配置することが可能である。
図4では、1次回折像のみが受光領域17rに結像するように調整されているので、0次回折光である透過像は受光領域外に結像することになる。
The
In FIG. 4, since only the first-order diffracted image is adjusted to form an image on the
<撮像素子から信号を読み出す方法>
図5を参照して、本発明の第1実施形態に係る撮像素子から信号を読み出す方法について説明する。図5(a)は撮像素子17の垂直シフトレジスタ17a1〜17a7と各画素、回折像17iの関係を示す図であり、(b)は垂直転送工程により垂直シフトレジスタ17a1〜17a7においてそれぞれの縦方向画素を1画素分だけシフトしたことを示す図であり、(c)は水平転送工程により水平シフトレジスタ17bにおいて1画素分だけシフトしたことを示す図であり、(d)は回折像の分光強度情報を水平シフトレジスタ17bに格納したことを示す図である。
なお、図5(a)〜(d)に示す撮像素子17の画素数や回折像の数は一例であり、本発明はこれに限定されない。
<Method of reading signal from image sensor>
With reference to FIG. 5, a method of reading a signal from the image sensor according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 5A is a diagram illustrating the relationship between the vertical shift registers 17a1 to 17a7 of the
Note that the number of pixels and the number of diffraction images of the
図5(a)は、撮像素子17の垂直シフトレジスタ17a1〜17a7と各画素、回折像17iの関係を示す図である。図5(a)では、垂直シフトレジスタ17a1〜17a7が画素を兼ねるフルフレームトランスファー型のCCDエリアイメージセンサを模試している。
制御部9は、撮像素子17に対する信号読み出し工程として、垂直転送工程と、水平転送工程とを組み合わせて実行する。
制御部9は、垂直転送工程では、垂直方向に配列された各画素に蓄積された電荷を垂直シフトレジスタ17a1〜17a7においてそれぞれ縦方向に搬送して水平シフトレジスタ17bのそれぞれのレジスタに蓄積する。
制御部9は、水平転送工程では、水平シフトレジスタ17bにおいてそれぞれのレジスタに蓄積された電荷を横方向に搬送し、A/D変換器17cにおいてアナログ信号をデジタル信号に変換する。
FIG. 5A is a diagram illustrating the relationship between the vertical shift registers 17a1 to 17a7 of the
The control unit 9 executes a combination of a vertical transfer process and a horizontal transfer process as a signal reading process for the
In the vertical transfer process, the controller 9 transports the charges accumulated in the pixels arranged in the vertical direction in the vertical direction in the vertical shift registers 17a1 to 17a7 and accumulates them in the respective registers of the
In the horizontal transfer process, the controller 9 carries the charges accumulated in the respective registers in the
例えば、制御部9は、エリアモードでは、撮像素子17に蓄積された全画素の信号を独立して読み出す。このエリアモードでは、1画素につき1回の垂直転送工程を行い、これに続いて横方向画素分の水平転送工程を行い、この垂直転送工程と水平転送工程とを交互に縦方向画素分だけ繰り返す。
また例えば、制御部9は、フルラインビニングモードでは、撮像素子17を縦方向に長い画素を有するラインセンサとして用いたい場合に、縦方向画素分の垂直転送工程を行うことで、水平シフトレジスタ17bのそれぞれのレジスタに加算された電荷を蓄積し、その後、横方向画素分だけ水平転送工程を行うことで、エリアモードに比べて格段に早い時間での読み出しを実現できる。
本発明では、縦方向に回折した1次回折像が撮像素子17の受光領域に形成されるので、撮像素子17の縦方向に対応する各波長の光強度に応じた電荷が各画素に蓄積される。
For example, in the area mode, the control unit 9 reads the signals of all the pixels accumulated in the
Further, for example, in the full line binning mode, the control unit 9 performs the vertical transfer process for the vertical direction pixels when the
In the present invention, since the first-order diffraction image diffracted in the vertical direction is formed in the light receiving region of the
次に、図5(b)に示すように、制御部9が、垂直転送工程により垂直シフトレジスタ17a1〜17a7においてそれぞれの縦方向画素を1画素分だけシフトすると、順次に各画素の電荷が下方向にシフトすると共に、最下段の画素の電荷が水平シフトレジスタ17bに転送される。
次に、図5(c)に示すように、制御部9が、水平転送工程により水平シフトレジスタ17bにおいて1画素分だけシフトすると、水平シフトレジスタ17b内の各レジスタに蓄積された電荷が1画素分だけシフトする。この垂直転送工程と水平転送工程とを交互に繰り返すことで、図5(d)に示すように、回折像の分光強度情報を水平シフトレジスタ17bに格納することができる。
ここで、図4に示すように、制御部9が、複数の回折像17iの配列ピッチを適切に配置することにより、各回折像の光信号が混合されることなく、独立した各回折像17iの光信号に係る電荷信号としてそれぞれ水平シフトレジスタ17bに格納される。
Next, as shown in FIG. 5B, when the control unit 9 shifts each vertical pixel by one pixel in the vertical shift registers 17a1 to 17a7 by the vertical transfer process, the charge of each pixel is sequentially reduced. In addition to shifting in the direction, the charge of the lowermost pixel is transferred to the
Next, as shown in FIG. 5C, when the control unit 9 shifts by one pixel in the
Here, as shown in FIG. 4, the control unit 9 appropriately arranges the arrangement pitch of the plurality of
最後に、制御部9が、水平転送工程により水平シフトレジスタ17bにおいて横方向画素分だけシフトすることで、A/D変換器17cが独立した各回折像17iの光信号に係る電荷信号をA/D変換するので、回折像の分光特性をデジタル信号として読み出すことができる。
なお、本発明による信号の読み出し周期は、前述のフルラインビニングモードでの読み出し時間と同じであり、高速読み出しが可能となる。
具体的な例として、浜松ホトニクス製のCCDエリアイメージセンサ「S11071−1104」は2048×16の画素を有している。そこで、例えば回折像17iの配列ピッチを20画素として配列した場合、約100点の回折像の分光特性信号を、高速かつ高精度で取得可能となる。
Finally, the control unit 9 shifts the horizontal pixel in the
The signal readout cycle according to the present invention is the same as the readout time in the above-described full line binning mode, and high-speed readout is possible.
As a specific example, a CCD area image sensor “S11071-1104” manufactured by Hamamatsu Photonics has 2048 × 16 pixels. Therefore, for example, when the arrangement pitch of the
<タイミングチャート>
次に、図6を参照して、上述した制御部9による撮像素子17に対する動作を示すタイミングチャートについて説明する。図6は、制御部9による撮像素子17に対する動作を示すタイミングチャートである。
制御部9は、露光工程として、時刻t1〜t2において、光源3から照射された光により撮像素子17上に結像して回折像17iを形成する。撮像素子17の各画素に電荷が蓄積される。
制御部9は、垂直転送工程では、時刻t2〜t3において、各画素に蓄積された電荷をシフトクロックにより垂直シフトレジスタ17a1〜17anにおいて縦方向に搬送して水平シフトレジスタ17bのそれぞれのレジスタに蓄積する。
<Timing chart>
Next, with reference to FIG. 6, the timing chart which shows the operation | movement with respect to the image pick-up
As an exposure process, the controller 9 forms an image on the
In the vertical transfer process, the controller 9 transports charges accumulated in each pixel in the vertical direction in the vertical shift registers 17a1 to 17an by the shift clock at time t2 to t3 and accumulates them in the respective registers of the
制御部9は、水平転送工程では、時刻t2〜t3において、水平シフトレジスタ17bにおいて1画素分だけ横方向にシフトして水平転送を行う。
ここで、制御部9は、時刻t2〜t3において、垂直転送工程と水平転送工程とを交互に繰り返すことで、図5(d)に示すように、回折像17iの分光強度情報を水平シフトレジスタ17bの各レジスタに格納する。
A/D変換器17cでは、時刻t3〜t4において、水平シフトレジスタ17bの各レジスタに格納された独立した各回折像17iの光信号に係る電荷信号がシフトクロックによりシフトされて入力され、A/D変換が行われる。
In the horizontal transfer process, the control unit 9 performs horizontal transfer by shifting the
Here, at time t2 to t3, the control unit 9 alternately repeats the vertical transfer process and the horizontal transfer process, thereby obtaining the spectral intensity information of the
In the A /
<第2実施形態>
<像側テレセントリック特性>
本発明の第2実施形態に係る結像レンズとして、図1に示す結像レンズ5が像側テレセントリック特性を有するものである。
一般に、凸レンズの前側焦点を通った光線は凸レンズを出た後に平行に進むため、像側で光軸と光線が平行になる。光線が光軸と平行となることをテレセントリックといい、像側で光線と光軸が平行になることを像側テレセントリックという。
このように、像側テレセントリック特性を有する結像レンズ5をピンホールアレイ11の前段に配置することにより、図2に示すピンホールアレイ11を通過した各光束の主光線は、全て結像レンズ5の光軸と平行になる。
従って、図2に示すピンホールアレイ11の各ピンホール11aと、これに対応するレンズアレイ13の各レンズ面13aとを夫々に、光軸に直交する平行な平面上に配置すればよい。このように、結像レンズ5が像側テレセントリック特性を有することにより、さまざまな倍率や画角のレンズで、分光撮像モジュール7を構成することが可能となる。
Second Embodiment
<Image-side telecentric characteristics>
As the imaging lens according to the second embodiment of the present invention, the imaging lens 5 shown in FIG. 1 has an image side telecentric characteristic.
In general, since the light beam that has passed through the front focal point of the convex lens travels in parallel after exiting the convex lens, the optical axis and the light beam are parallel on the image side. That the light beam is parallel to the optical axis is called telecentric, and that the light beam and the optical axis are parallel on the image side is called image-side telecentric.
In this way, by arranging the imaging lens 5 having the image side telecentric characteristic in the front stage of the
Therefore, each pinhole 11a of the
<第3実施形態>
<等倍正立結像素子>
本発明の第3実施形態に係るレンズアレイとして、図2に示すレンズアレイ13をGRINレンズアレイによる等倍正立結像素子に置き換えたものである。
具体的な商品として、日本板硝子が製造したセルフォック(登録商標)レンズアレイがある。集光手段としてGRINレンズアレイを用いることで、レンズアレイ13とピンホールアレイ11の位置決め精度を大幅に緩和することができる。
さらに、集光手段としてGRINレンズアレイを用いると、第2実施形態において採用した結像レンズ5の像側テレセントリック特性が十分でなくとも、GRINレンズアレイの光学的特性により、ピンホールアレイ11の各ピンホール11aを通過する各光束の主光線の傾きによる影響を相殺するので、第2実施形態において示したことと同様に、さまざまな倍率や画角のレンズで、分光撮像モジュール7を構成することが可能となる。
<Third Embodiment>
<Equal magnification erecting element>
As a lens array according to the third embodiment of the present invention, the
As a specific product, there is a SELFOC (registered trademark) lens array manufactured by Nippon Sheet Glass. By using the GRIN lens array as the light condensing means, the positioning accuracy of the
Further, when a GRIN lens array is used as the light condensing means, each of the
<第4実施形態>
<階段状回折素子>
図7を参照して、本発明の第4実施形態に係る階段状回折素子について説明する。図7は、本発明の第4実施形態に係る階段状回折素子を説明するための模式図である。
第4実施形態の特徴は、レンズアレイ13の後段に光軸上に、階段状回折素子150Aを配置したことにある。
階段状回折素子150Aは、ブレーズ型回折格子の一種で、全てのブレーズ面が光軸に直交しており、入射面とは反対側の面に所定のピッチで所定の段差が形成されたものである。これは、ブレーズ型回折格子とプリズムが合わさったものとも考えられる。
<Fourth embodiment>
<Stair-like diffraction element>
With reference to FIG. 7, a stepped diffraction element according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a stepped diffraction element according to a fourth embodiment of the present invention.
A feature of the fourth embodiment resides in that a step-
The stepped
階段状回折素子150Aは、格子ピッチ及び段差を適宜選択することで、所定の波長の1次回折光BLを入射光Lの光軸と平行に出射できる。なお、図5において、ALは0次回折光を、CLは2次回折光を示している。
このように、レンズアレイ13から後段に向かう光軸上に、階段状回折素子150Aを配置したことにより、1次回折光BLが光軸と平行になるため、光学系の調整が簡単になるので、分光撮像モジュール7を構成することが可能となる。
The stepped
As described above, by arranging the step-like
<第5実施形態>
<画像評価装置の構成>
図8を参照して、本発明の第5実施形態に係る画像評価装置の構成について説明する。図8は、本発明の第5実施形態に係る画像評価装置の構成を示す図である。
画像評価装置30は、光源3、制御部9、第1実施形態乃至第3実施形態の何れか1つに記載の分光特性取得装置10、搬送部20、を備えている。
第5実施形態に係る画像評価装置30の特徴は、搬送部20を備えていることにある。
例えば、制御部9からの指令に応じて搬送部20が被測定物1を一定の速度で搬送させながら、分光特性取得装置10において一定の周期で連続して被測定物1に係る分光特性を取得することで、被測定物1の全面の分光特性が得られる。
画像評価装置30は、取得した被測定物1の全面の分光特性に基づいて、例えば被測定物1の分光反射率分布、三刺激値XYZ、色の測定結果としてL*a*b*などの値を算出して出力する。この画像評価装置30は、短時間で被測定物1の全面に対して高精度測定を可能とする。
<Fifth Embodiment>
<Configuration of image evaluation apparatus>
With reference to FIG. 8, the structure of the image evaluation apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an image evaluation apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
The
A feature of the
For example, in accordance with a command from the control unit 9, while the
Based on the acquired spectral characteristics of the entire surface of the device under
このため、例えばカラーチャートのように被測定物1の表面に多数の評価対象を有するような場合でも、従来の方法に比べて短い時間で高精度測定を可能とする。
この画像評価装置30により取得された測定結果用いることで、別に準備した基準値と当該測定結果と比較することで、被測定物1の合否判定を行ったり、被測定物1の製造工程に対して調整を促したりすることが可能となる。
本実施形態では、搬送部20が分光特性取得装置10に対して被測定物1を移動させるように構成されているが、搬送部20が被測定物1に対して分光特性取得装置10を移動させるように構成されていてもよく、これにより、被測定物1の全面の分光特性を短時間で取得することができる。
For this reason, even when there are many evaluation objects on the surface of the
By using the measurement result acquired by the
In the present embodiment, the
<第6実施形態>
<画像形成装置>
図9を参照して、本発明の第6実施形態に係る画像形成装置の構成について説明する。図9は、本発明の第6実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。
第6実施形態の特徴は、画像評価装置30を画像形成装置100に内蔵したことにある。
図9に示す画像形成装置100は、画像評価装置30、給紙カセット101a及び101b、給紙ローラ102、コントローラ103、走査光学系104、感光体105、中間転写体106、定着ローラ107、排紙ローラ108、を備えている。画像形成装置100は、例えば、電子写真方式のフルカラー画像形成装置であり、この他、電子写真方式のインクジェットを搭載したフルカラー画像形成装置である。
画像形成装置100において、給紙カセット101a及び101bからガイド、給紙ローラ102により搬送された対象物200が、走査光学系104により感光体105に露光され、色材が付与されて現像される。現像された画像が中間転写体106上に、次いで、中間転写体106から対象物200上に転写される。
<Sixth Embodiment>
<Image forming apparatus>
With reference to FIG. 9, a configuration of an image forming apparatus according to the sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an image forming apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
A feature of the sixth embodiment is that the
The
In the
対象物200上に転写された画像は定着ローラ107により定着され、画像形成された対象物200は排紙ローラ108により排紙される。画像評価装置30は、定着ローラ107の後段に設置されている。
このように、第6実施形態によれば、画像形成後の対象物200(印刷後の画像)をインラインで測定し、これを基に印刷プロセスの調整を可能とする画像形成装置を実現することができる。すなわち、分光特性取得装置10を備えた画像評価装置30を画像形成装置100の所定の位置に装備することにより、印刷後の画像の任意の位置の分光特性を取得することができる。
また、取得した分光特性に基づいて、三刺激値XYZやCIELAB等の測色結果を算出することが可能となる。従って、任意の画像からの測色結果を用いて印刷プロセスを監視し、もしこれが想定される色からずれた場合に操作者に通知したり、印刷を中断したり、印刷プロセスの変化を相殺するように印刷プロセスを調整したりすることが可能となり、より正確な色の画像を安定して生産することが可能となる。
The image transferred onto the
As described above, according to the sixth embodiment, an
Further, based on the acquired spectral characteristics, it is possible to calculate the colorimetric results such as tristimulus values XYZ and CIELAB. Therefore, the printing process is monitored using a colorimetric result from an arbitrary image, and if it deviates from the assumed color, the operator is notified, printing is interrupted, or changes in the printing process are offset. Thus, the printing process can be adjusted as described above, and more accurate color images can be stably produced.
<本発明の実施態様例の構成、作用、効果>
<第1態様>
本態様の分光特性取得装置10は、縦方向及び横方向にマトリクス状に配列された複数の画素を有する撮像素子17(撮像手段)を備え、撮像素子17を用いて被測定物1上の測定領域1aに係る回折像を撮像することにより、被測定物1に係る分光特性を測定する分光特性取得装置10であって、被測定物1により反射された光束を通過させる複数のピンホール11aが横方向に配列されたピンホールアレイ11と、各ピンホール11aを通過した各光束を撮像素子17の撮像面17sに向けて集光させるレンズアレイ13(集光手段)と、レンズアレイ13を通過した各光束を縦方向に回折させた複数の回折像を撮像面17sに形成する回折素子15(回折手段)と、を備えることを特徴とする。
本態様によれば、ピンホールアレイ11が、被測定物1により反射された光束を横方向に配列された複数のピンホール11aを通過させる。レンズアレイ13が、各ピンホール11aを通過した各光束を撮像素子17の撮像面17sに向けて集光させる。回折素子15が、レンズアレイ13を通過した各光束を縦方向に回折させた複数の回折像を撮像面17sに形成する。
これにより、縦方向に回折させた複数の回折像を撮像面17sに形成するので、撮像素子17を用いて被測定物1上の測定領域1aに係る回折像を撮像することにより、被測定物1に係る分光特性を測定することができる。
従来技術よりも比較的簡単な構成を用いて、被測定物1上の測定領域1aに係る分光特性を取得することができ、高速かつ高精度な分光撮像モジュールをコンパクトかつ安価に提供することができる。
<Configuration, operation and effect of exemplary embodiment of the present invention>
<First aspect>
The spectral
According to this aspect, the
As a result, a plurality of diffraction images diffracted in the vertical direction are formed on the
A spectral characteristic relating to the measurement region 1a on the
<第2態様>
本態様の各ピンホール11aの間隔は、少なくとも各回折像17iの縦方向の長さ以上であることを特徴とする。
本態様によれば、各ピンホール11aの間隔が、少なくとも各回折像17iの縦方向の長さ以上であるので、複数の回折像17iを撮像面17sに夫々に独立して形成することができる。
<Second aspect>
The interval between the
According to this aspect, since the interval between the
<第3態様>
本態様のレンズアレイ13(集光手段)は、屈折率分布レンズを横方向に複数配列したレンズアレイによる正立等倍結像系を構成することを特徴とする。
本態様によれば、レンズアレイ13(集光手段)は、屈折率分布レンズを横方向に複数配列したレンズアレイによる正立等倍結像系を構成することで、光学系製造時に、ピンホールアレイ11とレンズアレイ13との光軸に直交する2軸方向の調整がほとんど必要なくなるので、より安価な製造が可能となる。
<Third aspect>
The lens array 13 (light condensing means) of this aspect constitutes an erecting equal-magnification imaging system using a lens array in which a plurality of gradient index lenses are arranged in the horizontal direction.
According to this aspect, the lens array 13 (condensing means) constitutes an erecting equal-magnification imaging system by a lens array in which a plurality of gradient index lenses are arranged in the horizontal direction, so that a pinhole can be formed at the time of manufacturing the optical system. Since adjustment of the biaxial direction orthogonal to the optical axis of the
<第4態様>
本態様の分光特性取得装置10は、ピンホールアレイ11の前段に配置され、被測定物1の各測定領域1aに係る像を各ピンホール11a上に結像する結像レンズ5(結像手段)を備えることを特徴とする。
本態様によれば、分光特性取得装置10は、ピンホールアレイ11の前段に配置され、被測定物1の各測定領域1aに係る像を各ピンホール11a上に結像する結像レンズ5を備えることで、分光撮像モジュールをコンパクトかつ安価に製造することができる。
<4th aspect>
The spectral
According to this aspect, the spectral
<第5態様>
本態様の結像レンズ5(結像手段)は、像側テレセントリック特性を有することを特徴とする。
本態様によれば、結像レンズ5は、像側テレセントリック特性を有することで、結像レンズ5よりも後段にあるピンホールアレイ11の各ピンホール11aに対応する複数の光軸が平行になるので、ピンホールアレイ11以降の光学系を1つの設計で共通化することができる。これにより、被測定物1上での測定ピッチの異なる複数の縮小結像レンズに対して、ピンホールアレイ11よりも後段の光学系を共有できるので、分光撮像モジュールをコンパクトかつ安価に製造することができる。
<5th aspect>
The imaging lens 5 (imaging means) of this aspect has an image side telecentric characteristic.
According to this aspect, the imaging lens 5 has image-side telecentric characteristics, so that a plurality of optical axes corresponding to the
<第6態様>
本態様の回折素子15(回折手段)は、レンズアレイ13(集光手段)の光軸上に1次回折像を形成する階段状回折素子であることを特徴とする。
本態様によれば、回折素子15は、レンズアレイ13の光軸上に1次回折像を形成する階段状回折素子であることで、たとえば1次回折光を光軸と平行にすることができ、その結果、光学系製造時の位置調整が簡易になり、より安価に製造することができる。
<Sixth aspect>
The diffraction element 15 (diffractive means) of this aspect is a step-like diffraction element that forms a first-order diffraction image on the optical axis of the lens array 13 (condensing means).
According to this aspect, the
<第7態様>
本態様の分光特性取得装置10は、撮像素子17(撮像手段)は、水平シフトレジスタ17bを備え、
各画素に蓄積された電荷を縦方向に1画素分だけシフトする垂直シフトレジスタ17a1〜17an(垂直転送手段)と、
最下段の画素に蓄積された電荷を水平シフトレジスタ17bに入力し、入力された電荷を横方向に1画素分だけシフトする水平シフトレジスタ17b(水平転送手段)と、
垂直シフトレジスタ17a1〜17anと水平シフトレジスタ17bを交互に繰り返すように制御する制御部9と、を備えることを特徴とする。
本態様によれば、撮像素子17は、水平シフトレジスタ17bを備え、垂直シフトレジスタ17a1〜17anは、各画素に蓄積された電荷を縦方向に1画素分だけシフトする。水平シフトレジスタ17bは、最下段の画素に蓄積された電荷を水平シフトレジスタ17bに入力し、入力された電荷を横方向に1画素分だけシフトする。制御部9は、垂直シフトレジスタ17a1〜17anと水平シフトレジスタ17bを交互に繰り返すように制御する。
これにより、撮像面17sに形成された縦方向の複数の回折像に係る電荷を横方向に変換して出力することができ、被測定物1に係る分光特性を測定することができる。
<Seventh aspect>
In the spectral
Vertical shift registers 17a1 to 17an (vertical transfer means) for shifting the charge accumulated in each pixel by one pixel in the vertical direction;
A
And a control unit 9 that controls the vertical shift registers 17a1 to 17an and the
According to this aspect, the
As a result, the charges related to the plurality of diffraction images in the vertical direction formed on the
<第8態様>
本態様の画像評価装置30は、第1態様乃至第6態様の何れか一項に記載の分光特性取得装置10と、分光特性取得装置10に対して被測定物1を移動させる搬送部20(移動手段)と、被測定物1の全面の分光特性を取得するように制御する制御部9(第2の制御手段)と、を備えることを特徴とする。
本態様によれば、搬送部20が、分光特性取得装置10に対して被測定物1を移動させる。制御部9が、被測定物1の全面の分光特性を取得するように制御する。
これにより、被測定物1の全面の分光特性を短時間で取得することができる。
<Eighth aspect>
The
According to this aspect, the
Thereby, the spectral characteristics of the entire surface of the
<第9態様>
本態様の画像評価装置30は、第1態様乃至第6態様の何れか一項に記載の分光特性取得装置10と、被測定物1に対して分光特性取得装置10を移動させる搬送部20(移動手段)と、被測定物1の全面の分光特性を取得するように制御する制御部9(第2の制御手段)と、を備えることを特徴とする。
本態様によれば、搬送部20が、被測定物1に対して分光特性取得装置10を移動させる。制御部9が、被測定物1の全面の分光特性を取得するように制御する。
これにより、被測定物1の全面の分光特性を短時間で取得することができる。
<Ninth aspect>
The
According to this aspect, the
Thereby, the spectral characteristics of the entire surface of the
<第10態様>
本態様の画像形成装置100は、第19態様に記載の画像評価装置30を備えることを特徴とする。
本態様によれば、画像形成装置100は、画像評価装置30を備えることで、画像形成装置により形成した画像に係る記録媒体上の全面の分光特性、例えば正確な色情報が取得できるので、複数の媒体間での色の変動や、所定の色とのずれなどを印刷工程内で評価することができ、さらに評価情報に基づいて画像形成装置100の調整を行なうことで、より安定して所定の品質の画像を形成することが可能となる。
<10th aspect>
An
According to this aspect, since the
1…被測定物、1a…測定領域、5…結像レンズ、9…制御部、10…分光特性取得装置、11…ピンホールアレイ、11a…ピンホール、13…レンズアレイ、15…回折素子、17…撮像素子、17a…垂直シフトレジスタ、17b…水平シフトレジスタ、17i…回折像、17s…撮像面、20…搬送部、30…画像評価装置、100…画像形成装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記被測定物により反射された光束を通過させる複数のピンホールが前記横方向に配列されたピンホールアレイと、
前記各ピンホールを通過した各光束を前記撮像手段の撮像面に向けて集光させる集光手段と、
前記集光手段を通過した各光束を前記縦方向に回折させた複数の回折像を前記撮像面に形成する回折手段と、を備えることを特徴とする分光特性取得装置。 An imaging means having a plurality of pixels arranged in a matrix in the vertical direction and the horizontal direction is provided, and a diffraction image relating to a measurement region on the measurement object is picked up by using the imaging means. A spectral characteristic acquisition device for measuring such spectral characteristics,
A pinhole array in which a plurality of pinholes that allow light beams reflected by the object to be measured to pass therethrough are arranged in the lateral direction;
Condensing means for condensing the light beams that have passed through the pinholes toward the imaging surface of the imaging means;
A spectral characteristic acquisition apparatus comprising: a diffractive unit that forms, on the imaging surface, a plurality of diffraction images obtained by diffracting the light beams that have passed through the condensing unit in the vertical direction.
前記各画素に蓄積された電荷を前記縦方向に1画素分だけシフトする垂直転送手段と、
最下段の画素に蓄積された電荷を前記水平シフトレジスタに入力し、入力された電荷を前記横方向に1画素分だけシフトする水平転送手段と、
前記垂直転送手段と前記水平転送手段を交互に繰り返すように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の分光特性取得装置。 The imaging means includes a horizontal shift register,
Vertical transfer means for shifting the charge accumulated in each pixel by one pixel in the vertical direction;
Horizontal transfer means for inputting charges accumulated in the lowermost pixel to the horizontal shift register and shifting the inputted charges by one pixel in the lateral direction;
The spectral characteristic acquisition apparatus according to claim 1, further comprising a control unit configured to control the vertical transfer unit and the horizontal transfer unit to alternately repeat.
前記分光特性取得装置に対して前記被測定物を移動させる移動手段と、
前記被測定物の全面の分光特性を取得するように制御する第2の制御手段と、を備えることを特徴とする画像評価装置。 The spectral characteristic acquisition device according to any one of claims 1 to 7,
Moving means for moving the object to be measured with respect to the spectral characteristic acquisition device;
An image evaluation apparatus comprising: a second control unit that performs control so as to acquire spectral characteristics of the entire surface of the object to be measured.
前記被測定物に対して前記分光特性取得装置を移動させる移動手段と、
前記被測定物の全面の分光特性を取得するように制御する第2の制御手段と、を備えることを特徴とする画像評価装置。 The spectral characteristic acquisition device according to any one of claims 1 to 7,
Moving means for moving the spectral characteristic acquisition device with respect to the object to be measured;
An image evaluation apparatus comprising: a second control unit that performs control so as to acquire spectral characteristics of the entire surface of the object to be measured.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2016149736A JP2018017670A (en) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | Spectral characteristic acquisition device, image evaluation device, and image forming device |
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|---|---|---|---|---|
| WO2022224917A1 (en) * | 2021-04-19 | 2022-10-27 | のりこ 安間 | Three-dimensional image pickup device |
| JP2022165355A (en) * | 2021-04-19 | 2022-10-31 | のりこ 安間 | Imaging apparatus |
-
2016
- 2016-07-29 JP JP2016149736A patent/JP2018017670A/en active Pending
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