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JP2018017670A - Spectral characteristic acquisition device, image evaluation device, and image forming device - Google Patents

Spectral characteristic acquisition device, image evaluation device, and image forming device Download PDF

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JP2018017670A
JP2018017670A JP2016149736A JP2016149736A JP2018017670A JP 2018017670 A JP2018017670 A JP 2018017670A JP 2016149736 A JP2016149736 A JP 2016149736A JP 2016149736 A JP2016149736 A JP 2016149736A JP 2018017670 A JP2018017670 A JP 2018017670A
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JP
Japan
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image
spectral characteristic
characteristic acquisition
imaging
diffraction
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Application number
JP2016149736A
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Japanese (ja)
Inventor
新保 晃平
Kohei Shinpo
晃平 新保
種子田 裕介
Yusuke Taneda
裕介 種子田
陽一 窪田
Yoichi Kubota
陽一 窪田
上条 直裕
Tadahiro Kamijo
直裕 上条
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire a spectral characteristic related to a field of measurement on a measurement target object by using a comparatively simple constitution.SOLUTION: A pinhole array 11 allows a light flux reflected by a measurement target object 1 to pass through a plurality of pinholes 11 arrayed in the lateral direction. A lens array 13 condenses each light flux passing through each pinhole 11a toward an imaging surface 17s of an imaging device 17. A diffraction element 15 forms on the imaging surface 17s, a plurality of diffraction images obtained by diffracting each light flux passing through the lens array 13 in the longitudinal direction.SELECTED DRAWING: Figure 2

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 Patent Documents 1 to 3 are disclosed.
In Patent Document 1, a plurality of apertures are transmitted through, diffracted obliquely while forming an image, and a plurality of diffraction images are captured by a line sensor, so that spectral characteristics at a plurality of points are acquired in parallel, and the openings are slit-shaped. For this reason, “OPTICAL SENSOR DEVICE AND METHOD FOR SPECTRAL ANALYSIS” is disclosed, in which when the light intensity changes at the passing position in the slit, an error is added to the detected spectral characteristic and a false color is generated.
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 Patent Document 3, it is difficult to adjust the positions of the oblique slit-shaped opening and the imaging means arranged in front of the image sensor and the plurality of openings.

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 Patent Document 1 and Patent Document 2, when the opening is substantially slit-shaped in an oblique direction, the light intensity varies depending on the passing position in the opening (for example, black / white boundary). There is a problem that an error occurs in the spectral characteristic detected by the sensor, and a greatly different color is output.
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 claim 1 is provided with an imaging unit having a plurality of pixels arranged in a matrix in the vertical direction and the horizontal direction, and the measurement on the object to be measured using the imaging unit. A spectral characteristic acquisition device that measures spectral characteristics of the object to be measured by capturing a diffraction image of the region, wherein a plurality of pinholes that allow light beams reflected by the object to pass through are in the lateral direction A pinhole array arranged in a row, a condensing means for condensing each light flux that has passed through each pinhole toward an imaging surface of the imaging means, and each light flux that has passed through the condensing means in the vertical direction Diffracting means for forming a plurality of diffracted diffraction images on the imaging surface.

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 DUT 1 using a relatively simple configuration.

(a)は本発明の第1実施形態に係る分光特性取得装置の光学系の構成を示す図であり、(b)は本発明の第1実施形態に係る分光特性取得装置のハードウエア構成を示す図である。(A) is a figure which shows the structure of the optical system of the spectral characteristic acquisition apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention, (b) is the hardware constitutions of the spectral characteristic acquisition apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. FIG. (a)は分光撮像モジュールをY軸方向から見た断面図であり、(b)は分光撮像モジュールをX軸方向から見た断面図である。(A) is sectional drawing which looked at the spectral imaging module from the Y-axis direction, (b) is sectional drawing which looked at the spectral imaging module from the X-axis direction. 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。It is a block diagram for demonstrating the hardware constitutions of the image pick-up element which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。It is a schematic diagram for demonstrating the relationship between the image pick-up element which concerns on 1st Embodiment of this invention, and a diffraction image. (a)は撮像素子の垂直シフトレジスタと各画素、回折像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に格納したことを示す図である。(A) is a figure which shows the relationship between the vertical shift register of an image pick-up element, each pixel, and a diffraction image, (b) has shifted each vertical direction pixel by 1 pixel in the vertical shift register by the vertical transfer process. (C) is a diagram showing that the horizontal shift register has shifted by one pixel in the horizontal transfer process, and (d) shows that the spectral intensity information of the diffraction image is stored in the horizontal shift register. FIG. 図1(b)に示す制御部による撮像素子に対する動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation | movement with respect to an image pick-up element by the control part shown in FIG.1 (b). 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。It is a schematic diagram for demonstrating the step-shaped diffraction element which concerns on 4th Embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows the structure of the image evaluation apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows the structure of the image forming apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention.

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 characteristic acquisition apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a spectral characteristic acquisition apparatus according to the first embodiment of the present invention. 10 is a diagram illustrating a hardware configuration of 10. FIG.
The spectral characteristic acquisition apparatus 10 includes a light source 3, an imaging lens 5, a spectral imaging module 7, and a control unit 9.
A measured object 1 shown in FIG. 1 is a recording medium such as a recording sheet, and is conveyed in a direction opposite to the Y-axis direction at a constant speed. The measurement area 1a of the DUT 1 is a measurement area having a predetermined width at least in the Y-axis direction. The measurement area 1a may be the entire width of the DUT 1. The spectral characteristic acquisition device 1 can simultaneously acquire spectral characteristics at a plurality of positions in the measurement region 1 a of the DUT 1.

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 light source 3 irradiates the device under test 1 with illumination light 3a. The light flux reflected from each position of the measurement region 1a of the DUT 1 reaches the imaging lens 5 respectively.
The imaging lens 5 constitutes imaging means, transmits the incident light beam, and condenses it toward the spectral imaging module 7.
The spectral imaging module 7 is arranged on the optical axis of the imaging lens 5, and is a module of optical system parts and imaging elements for acquiring the spectral characteristics of the DUT 1. Be controlled.
The control unit 9 controls the ON / OFF timing of the light source 3 and the operation timing of the spectral imaging module 7.

<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 spectral imaging module 7 viewed from the Y-axis direction, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the spectral imaging module 7 viewed from the X-axis direction.
The spectral imaging module 7 includes a pinhole array 11, a lens array 13, a diffraction element 15, and an imaging element 17.
The light beam that has passed through the imaging lens 5 shown in FIG. 1 enters the pinhole array 11. In the pinhole array 11, a plurality of pinholes 11a having a predetermined opening area are arranged in the x-axis direction, and light beams reflected from respective positions in the measurement region 1a shown in FIG.

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 pinhole array 11 is incident on each lens 13 a of the lens array 13. The lens array 13 constitutes a condensing unit, and a plurality of lenses 13 a are arranged in the x-axis direction, and the optical axis of the lens surface of each lens 13 a corresponds to each pinhole 11 a on the pinhole array 11. Are arranged as follows. Each light beam that has passed through each lens 13a of the lens array 13 passes through the diffraction element 15 and forms an image on the imaging surface 17s of the imaging element 17 to form a diffraction image.
The diffraction element 15 has a plurality of diffraction gratings 15a arranged on the xy plane so as to be diffracted in the y-axis direction, and forms an image on the image pickup surface 17s of the image pickup element 17 while being refracted at a diffraction angle corresponding to the wavelength. Thus, a plurality of diffraction images are formed on the imaging surface 17s.
The imaging element 17 is configured by a charge coupled device (CCD) area image sensor, and has an imaging plane on the xy plane.

<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 image sensor 17 is a CCD area image sensor having n pixels in the horizontal direction (x direction) and m pixels in the vertical direction (y direction).
Specifically, the image sensor 17 includes vertical shift registers 17a1 to 17an, a horizontal shift register 17b, and an A / D converter 17c.

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 horizontal shift register 17b is a shift register that is arranged in the horizontal direction (x direction) and shifts charges in the horizontal direction (−x direction).
The A / D converter 17c performs A / D conversion on the charge (voltage signal) transported in the horizontal direction by the horizontal shift register 17b to convert it into a digital signal.

<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 light receiving region 17 r of the image sensor 17 having 40 pixels in the horizontal direction (x direction) and 6 pixels in the vertical direction (y direction), and three diffraction images 17 i−1 , 17. i-2 and 17i-3 are shown. However, the present invention is not limited to the number of pixels, the number of diffraction images, and the interval between diffraction images shown in FIG.
Since the interval between the pinholes 11a is at least the length of each diffraction image 17i in the vertical direction, a plurality of diffraction images 17i can be independently formed on the imaging surface 17s.

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 diffraction images 17i corresponding to the pinholes 11a of the pinhole array 11 shown in FIG. 2 are arranged in the horizontal direction (x direction) and diffracted in the vertical direction (y direction). Therefore, by appropriately adjusting the grating pitch p of the diffraction grating of the diffraction element 15, it is possible to arrange only a predetermined diffraction image component in the light receiving region 17 r of the imaging element 17.
In FIG. 4, since only the first-order diffracted image is adjusted to form an image on the light receiving region 17r, the transmitted image that is the 0th-order diffracted light is formed outside the light receiving region.

<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 image sensor 17, each pixel, and the diffraction image 17i. FIG. 5B is a diagram illustrating the vertical direction of each of the vertical shift registers 17a1 to 17a7 in the vertical transfer process. It is a figure which shows having shifted the pixel by 1 pixel, (c) is a figure which shows having shifted only 1 pixel in the horizontal shift register 17b by the horizontal transfer process, (d) is the spectral intensity of a diffraction image It is a figure which shows having stored information in the horizontal shift register 17b.
Note that the number of pixels and the number of diffraction images of the image sensor 17 shown in FIGS. 5A to 5D are examples, and the present invention is not limited to this.

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 image sensor 17, each pixel, and the diffraction image 17i. In FIG. 5A, a full frame transfer type CCD area image sensor in which the vertical shift registers 17a1 to 17a7 also serve as pixels is tried.
The control unit 9 executes a combination of a vertical transfer process and a horizontal transfer process as a signal reading process for the image sensor 17.
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 horizontal shift register 17b.
In the horizontal transfer process, the controller 9 carries the charges accumulated in the respective registers in the horizontal shift register 17b in the horizontal direction, and converts the analog signal into a digital signal in the A / D converter 17c.

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 image sensor 17 independently. In this area mode, one vertical transfer process is performed for each pixel, followed by a horizontal transfer process for horizontal pixels, and this vertical transfer process and horizontal transfer process are alternately repeated for the vertical pixels. .
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 image sensor 17 is used as a line sensor having pixels that are long in the vertical direction, thereby performing the horizontal shift register 17b. By accumulating the added charges in each of the registers, and then performing a horizontal transfer process for the horizontal pixels, reading can be realized in a much faster time than in the area mode.
In the present invention, since the first-order diffraction image diffracted in the vertical direction is formed in the light receiving region of the image sensor 17, charges corresponding to the light intensity of each wavelength corresponding to the vertical direction of the image sensor 17 are accumulated in each pixel. 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 horizontal shift register 17b.
Next, as shown in FIG. 5C, when the control unit 9 shifts by one pixel in the horizontal shift register 17b by the horizontal transfer process, the charge accumulated in each register in the horizontal shift register 17b becomes one pixel. Shift by minutes. By alternately repeating the vertical transfer process and the horizontal transfer process, the spectral intensity information of the diffraction image can be stored in the horizontal shift register 17b as shown in FIG.
Here, as shown in FIG. 4, the control unit 9 appropriately arranges the arrangement pitch of the plurality of diffraction images 17 i so that the optical signals of the diffraction images are not mixed, and the independent diffraction images 17 i are mixed. Are stored in the horizontal shift register 17b as charge signals related to the optical signal.

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 horizontal shift register 17b by the horizontal transfer process, whereby the A / D converter 17c converts the charge signal related to the optical signal of each independent diffraction image 17i to A / D. Since D conversion is performed, the spectral characteristics of the diffraction image can be read out as a digital signal.
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 diffraction images 17i is 20 pixels, it is possible to acquire the spectral characteristic signals of about 100 diffraction images at high speed and with high accuracy.

<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 element 17 by the control part 9 mentioned above is demonstrated. FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the image sensor 17 by the control unit 9.
As an exposure process, the controller 9 forms an image on the image sensor 17 with the light emitted from the light source 3 at time t1 to t2 to form a diffraction image 17i. Charges are accumulated in each pixel of the image sensor 17.
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 horizontal shift register 17b. To do.

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 horizontal shift register 17b by one pixel in the horizontal direction at times t2 to t3.
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 diffraction image 17i as shown in FIG. 5D. 17b is stored in each register.
In the A / D converter 17c, at time t3 to t4, the charge signal related to the optical signal of each independent diffracted image 17i stored in each register of the horizontal shift register 17b is shifted by the shift clock and input. D conversion is performed.

<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 pinhole array 11, all the principal rays of the respective light beams that have passed through the pinhole array 11 shown in FIG. Parallel to the optical axis.
Therefore, each pinhole 11a of the pinhole array 11 shown in FIG. 2 and each lens surface 13a of the lens array 13 corresponding to the pinhole array 11 may be arranged on a parallel plane orthogonal to the optical axis. Thus, since the imaging lens 5 has the image side telecentric characteristic, the spectral imaging module 7 can be configured with lenses having various magnifications and angles of view.

<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 lens array 13 shown in FIG. 2 is replaced with an equal-magnification erecting imaging element using a GRIN lens array.
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 lens array 13 and the pinhole array 11 can be greatly relaxed.
Further, when a GRIN lens array is used as the light condensing means, each of the pinhole arrays 11 is caused by the optical characteristics of the GRIN lens array even if the image side telecentric characteristics of the imaging lens 5 employed in the second embodiment are not sufficient. Since the influence of the chief ray inclination of each light beam passing through the pinhole 11a is canceled out, the spectral imaging module 7 is configured with lenses of various magnifications and angles of view as in the second embodiment. Is possible.

<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-like diffraction element 150A is arranged on the optical axis after the lens array 13.
The stepped diffraction element 150A is a kind of blazed diffraction grating, in which all the blaze surfaces are orthogonal to the optical axis, and a predetermined step is formed at a predetermined pitch on the surface opposite to the incident surface. is there. This is considered to be a combination of a blazed diffraction grating and a prism.

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B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、Aは0次回折光を、C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B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 diffraction element 150A can emit the first-order diffracted light BL having a predetermined wavelength parallel to the optical axis of the incident light L by appropriately selecting the grating pitch and the step. In FIG. 5, A L indicates the 0th-order diffracted light, and C L indicates the second-order diffracted light.
As described above, by arranging the step-like diffractive element 150A on the optical axis going from the lens array 13 to the subsequent stage, the first-order diffracted light BL becomes parallel to the optical axis, so that the adjustment of the optical system becomes easy. The spectral imaging module 7 can be configured.

<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 image evaluation device 30 includes the light source 3, the control unit 9, the spectral characteristic acquisition device 10 described in any one of the first to third embodiments, and the transport unit 20.
A feature of the image evaluation apparatus 30 according to the fifth embodiment is that the conveyance unit 20 is provided.
For example, in accordance with a command from the control unit 9, while the transport unit 20 transports the device under test 1 at a constant speed, the spectroscopic characteristics of the device under test 1 are continuously measured at a constant period in the spectroscopic property acquisition apparatus 10. By acquiring, the spectral characteristics of the entire surface of the DUT 1 can be obtained.
Based on the acquired spectral characteristics of the entire surface of the device under test 1, the image evaluation apparatus 30, for example, the spectral reflectance distribution of the device under test 1, tristimulus values XYZ, and color measurement results such as L * a * b *. Calculate and output the value. The image evaluation apparatus 30 enables high-precision measurement on the entire surface of the DUT 1 in a short time.

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 DUT 1 such as a color chart, it is possible to perform high-precision measurement in a shorter time compared to the conventional method.
By using the measurement result acquired by the image evaluation device 30, it is possible to make a pass / fail determination for the device under test 1 by comparing it with a separately prepared reference value and for the manufacturing process of the device under test 1. Can be urged to adjust.
In the present embodiment, the conveyance unit 20 is configured to move the DUT 1 with respect to the spectral characteristic acquisition device 10, but the conveyance unit 20 moves the spectral characteristic acquisition device 10 with respect to the DUT 1. Therefore, the spectral characteristics of the entire surface of the DUT 1 can be acquired in a short time.

<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 image evaluation apparatus 30 is built in the image forming apparatus 100.
The image forming apparatus 100 shown in FIG. 9 includes an image evaluation apparatus 30, paper feed cassettes 101a and 101b, paper feed rollers 102, a controller 103, a scanning optical system 104, a photoconductor 105, an intermediate transfer body 106, a fixing roller 107, paper discharge. A roller 108. The image forming apparatus 100 is, for example, an electrophotographic full-color image forming apparatus. In addition, the image forming apparatus 100 is a full-color image forming apparatus equipped with an electrophotographic inkjet.
In the image forming apparatus 100, the object 200 conveyed by the guide and paper feed roller 102 from the paper feed cassettes 101a and 101b is exposed to the photoconductor 105 by the scanning optical system 104, and a color material is applied and developed. The developed image is transferred onto the intermediate transfer member 106 and then from the intermediate transfer member 106 onto the object 200.

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 object 200 is fixed by the fixing roller 107, and the object 200 on which the image is formed is discharged by the paper discharge roller 108. The image evaluation device 30 is installed at the subsequent stage of the fixing roller 107.
As described above, according to the sixth embodiment, an object 200 after image formation (an image after printing) is measured in-line, and an image forming apparatus that enables adjustment of a printing process based on the measurement is realized. Can do. That is, by installing the image evaluation apparatus 30 including the spectral characteristic acquisition apparatus 10 at a predetermined position of the image forming apparatus 100, it is possible to acquire the spectral characteristics at an arbitrary position of the printed image.
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 characteristic acquisition apparatus 10 according to this aspect includes an imaging device 17 (imaging means) having a plurality of pixels arranged in a matrix in the vertical direction and the horizontal direction, and uses the imaging device 17 to measure on the DUT 1. A spectral characteristic acquisition apparatus 10 that measures the spectral characteristics of the device under test 1 by capturing a diffraction image of the region 1a, and a plurality of pinholes 11a that allow the light beam reflected by the device under test 1 to pass therethrough. The pinhole array 11 arranged in the horizontal direction, the lens array 13 (light condensing means) for condensing the light beams that have passed through the pinholes 11a toward the image pickup surface 17s of the image pickup device 17, and the lens array 13 And a diffraction element 15 (diffractive means) for forming a plurality of diffraction images obtained by diffracting each light beam in the vertical direction on the imaging surface 17s.
According to this aspect, the pinhole array 11 allows the light beam reflected by the DUT 1 to pass through the plurality of pinholes 11a arranged in the horizontal direction. The lens array 13 condenses the light beams that have passed through the pinholes 11 a toward the image pickup surface 17 s of the image pickup device 17. The diffraction element 15 forms a plurality of diffraction images obtained by diffracting the light beams that have passed through the lens array 13 in the vertical direction on the imaging surface 17 s.
As a result, a plurality of diffraction images diffracted in the vertical direction are formed on the imaging surface 17 s, and by imaging the diffraction image related to the measurement region 1 a on the DUT 1 using the imaging device 17, the DUT 1 can be measured.
A spectral characteristic relating to the measurement region 1a on the DUT 1 can be obtained using a configuration that is relatively simpler than that of the prior art, and a high-speed and high-precision spectral imaging module can be provided in a compact and inexpensive manner. it can.

<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 pinholes 11a of this aspect is at least equal to or longer than the length of each diffraction image 17i in the vertical direction.
According to this aspect, since the interval between the pinholes 11a is at least the longitudinal length of each diffraction image 17i, a plurality of diffraction images 17i can be independently formed on the imaging surface 17s. .

<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 array 11 and the lens array 13 is almost unnecessary, manufacture at a lower cost is possible.

<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 characteristic acquisition device 10 according to this aspect is arranged in front of the pinhole array 11 and forms an image of each measurement region 1a of the device under test 1 on each pinhole 11a (imaging means). ).
According to this aspect, the spectral characteristic acquisition device 10 is disposed in the front stage of the pinhole array 11, and the imaging lens 5 that forms an image related to each measurement region 1a of the DUT 1 on each pinhole 11a. By providing, the spectral imaging module can be manufactured in a compact and inexpensive manner.

<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 pinholes 11a of the pinhole array 11 at the rear stage of the imaging lens 5 are parallel. Therefore, the optical system after the pinhole array 11 can be shared by one design. As a result, the optical system downstream of the pinhole array 11 can be shared with a plurality of reduction imaging lenses having different measurement pitches on the DUT 1, and thus the spectral imaging module can be manufactured in a compact and inexpensive manner. Can do.

<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 diffractive element 15 is a step-like diffractive element that forms a first-order diffraction image on the optical axis of the lens array 13, so that, for example, the first-order diffracted light can be parallel to the optical axis, As a result, the position adjustment at the time of manufacturing the optical system is simplified, and the optical system can be manufactured at a lower cost.

<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 characteristic acquisition apparatus 10 of this aspect, the image sensor 17 (imaging means) includes a horizontal shift register 17b.
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 horizontal shift register 17b (horizontal transfer means) for inputting charges accumulated in the lowermost pixel to the horizontal shift register 17b and shifting the inputted charges by one pixel in the horizontal direction;
And a control unit 9 that controls the vertical shift registers 17a1 to 17an and the horizontal shift register 17b to be alternately repeated.
According to this aspect, the image sensor 17 includes the horizontal shift register 17b, and the vertical shift registers 17a1 to 17an shift the charge accumulated in each pixel by one pixel in the vertical direction. The horizontal shift register 17b inputs the charge accumulated in the lowermost pixel to the horizontal shift register 17b, and shifts the input charge by one pixel in the horizontal direction. The control unit 9 controls the vertical shift registers 17a1 to 17an and the horizontal shift register 17b to repeat alternately.
As a result, the charges related to the plurality of diffraction images in the vertical direction formed on the imaging surface 17 s can be converted into the horizontal direction and output, and the spectral characteristics related to the DUT 1 can be measured.

<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 image evaluation apparatus 30 according to this aspect includes a spectral characteristic acquisition apparatus 10 according to any one of the first aspect to the sixth aspect, and a conveyance unit 20 that moves the DUT 1 relative to the spectral characteristic acquisition apparatus 10 ( Moving means) and a control unit 9 (second control means) for controlling to acquire the spectral characteristics of the entire surface of the DUT 1.
According to this aspect, the transport unit 20 moves the DUT 1 with respect to the spectral characteristic acquisition device 10. The control unit 9 performs control so as to acquire the spectral characteristics of the entire surface of the DUT 1.
Thereby, the spectral characteristics of the entire surface of the DUT 1 can be acquired in a short time.

<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 image evaluation apparatus 30 according to the present aspect includes the spectral characteristic acquisition apparatus 10 according to any one of the first aspect to the sixth aspect, and a conveyance unit 20 that moves the spectral characteristic acquisition apparatus 10 relative to the DUT 1 ( Moving means) and a control unit 9 (second control means) for controlling to acquire the spectral characteristics of the entire surface of the DUT 1.
According to this aspect, the conveyance unit 20 moves the spectral characteristic acquisition device 10 with respect to the DUT 1. The control unit 9 performs control so as to acquire the spectral characteristics of the entire surface of the DUT 1.
Thereby, the spectral characteristics of the entire surface of the DUT 1 can be acquired in a short time.

<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 image forming apparatus 100 according to this aspect includes the image evaluation apparatus 30 according to the nineteenth aspect.
According to this aspect, since the image forming apparatus 100 includes the image evaluation apparatus 30, it is possible to acquire spectral characteristics of the entire surface of the recording medium related to the image formed by the image forming apparatus, for example, accurate color information. The color variation between the mediums and the deviation from the predetermined color can be evaluated in the printing process, and the image forming apparatus 100 is adjusted based on the evaluation information, so that the predetermined value can be more stably determined. Can be formed.

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 SYMBOLS 1 ... Object to be measured, 1a ... Measurement area, 5 ... Imaging lens, 9 ... Control part, 10 ... Spectral characteristic acquisition apparatus, 11 ... Pinhole array, 11a ... Pinhole, 13 ... Lens array, 15 ... Diffraction element, DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Image pick-up element, 17a ... Vertical shift register, 17b ... Horizontal shift register, 17i ... Diffraction image, 17s ... Imaging surface, 20 ... Conveyance part, 30 ... Image evaluation apparatus, 100 ... Image forming apparatus

WO/02/050783WO / 02/050783 特開2014−238385公報JP 2014-238385 A 特開2014−153078公報JP 2014-153078 A

Claims (10)

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.
前記各ピンホールの間隔は、少なくとも前記各回折像の前記縦方向の長さ以上であることを特徴とする請求項1に記載の分光特性取得装置。   The spectral characteristic acquisition apparatus according to claim 1, wherein the interval between the pinholes is at least equal to or longer than the length in the vertical direction of each diffraction image. 前記集光手段は、屈折率分布レンズを前記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請求項1に記載の分光特性取得装置。   2. The spectral characteristic acquisition apparatus according to claim 1, wherein the condensing unit constitutes an erecting equal-magnification imaging system using a lens array in which a plurality of gradient index lenses are arranged in the lateral direction. 前記ピンホールアレイの前段に配置され、前記被測定物の前記各測定領域に係る像を前記各ピンホール上に結像する結像手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の分光特性取得装置。   2. The spectral characteristic according to claim 1, further comprising an image forming unit that is arranged in front of the pinhole array and forms an image of each measurement region of the object to be measured on each pinhole. Acquisition device. 前記結像手段は、像側テレセントリック特性を有することを特徴とする請求項4に記載の分光特性取得装置。   The spectral characteristic acquisition apparatus according to claim 4, wherein the imaging unit has an image side telecentric characteristic. 前記回折手段は、前記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請求項1乃至5の何れか一項に記載の分光特性取得装置。   6. The spectral characteristic acquisition apparatus according to claim 1, wherein the diffraction unit is a stepped diffraction element that forms a first-order diffraction image on an optical axis of the light collecting unit. 前記撮像手段は、水平シフトレジスタを備え、
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.
請求項1乃至7の何れか一項に記載の分光特性取得装置と、
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.
請求項1乃至7の何れか一項に記載の分光特性取得装置と、
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.
請求項9に記載の画像評価装置を備えることを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the image evaluation apparatus according to claim 9.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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

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