CN104570647A - 光学传感器及其图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够更高精度地测定记录材料等的测定对象物的平滑度的光学传感器和图像形成装置。其包括对光源(110)来的照射光中由记录纸(20)来正反射的正反射光进行受光的正反射光检测器(130)，和对该记录纸来扩散反射的扩散反射光进行受光的扩散反射光检测器(230)，对于记录纸的面的照射光的入射角(θ1)是在(75°)以上(85°)以下的范围内，扩散反射光检测器的构成是，对于通过记录纸的面来扩散反射后的反射光之中相对于记录纸的面的法线的反射角度(θ3)为大于(0°)，并且小于正反射光相对于记录纸的面的法线的反射角度(θ2)的扩散反射光进行受光。

Description

光学传感器及其图像形成装置

技术领域

本发明涉及对从发光部照射后由对象物反射的正反射光及扩散反射光进行受光的反射型的光学传感器，以及包括该光学传感器的打印机、复印机、传真机等的图像形成装置。

背景技术

电子照片方式的图像形成装置是通过在记录纸等的记录材料上转印调色剂像，并以规定的条件来加热及加压后，使得调色剂像定影到记录材料上来形成图像。在这种图像形成装置中，为了实现高画质化而需要考虑的是在定影调色剂像时的温度或压力等的定影条件。这是因为，记录在记录材料上的图像品质会受到记录材料的材质、厚度、湿度、平整光滑性、涂覆状态等的影响。例如，对于平滑性来说，定影条件的不同，有时会导致对记录材料中的表面凹部的调色剂定影率的降低，在发生图像浓度不均或颜色不均后会得不到高画质的图象。

在专利文献1中，公开的是将通过对记录材料面的入射角θ1光源来入射到记录材料上的光相对于记录材料的法线的角度(入射角θ1)为80°≤θ1≤88°后，并对其正反射光及扩散反射光进行受光的光学传感器。通过以该光学传感器那样的角度来使得光从光源向记录材料入射后，来自于该记录材料的正反射光量和该记录材料的平滑度之间就会有高的相关。因此，就能够从该光学传感器的正反射光量来高精度地测定记录材料的平滑度。而且，在该光学传感器中，因为不仅是正反射光量，还是利用扩散反射光的受光量来计算记录材料的平滑度，所以记录材料的平滑度是从正反射光量和扩散反射光量等两种数据来计算的。由此，比起从正反射光量的一种数据来计算记录材料的平滑度的情况来，能够进一步地高精度地测定记录材料的平滑度。其结果是，根据从该光学传感器的正反射光量及扩散反射光量计算的记录材料的平滑度就可以高精度地选择适合该记录材料的定影条件，从而可以对于各种记录材料来获得高画质的图像。

另外，本申请人在有关前述专利文献1的专利申请之后，在特愿2012-187596号(以下称为“先申请”)中，提案了一种根据记录材料来的正反射光量的不同而能够简易地测定平滑度的光学传感器。这是通过使得光对记录材料面的入射角θ1在75°≤θ1≤85°之间后，发现能够在该正反射光量和记录材料面的平滑度之间获得高的相关，来讲光学传感器构成为具有这样的入射角的。即使在该先申请所涉及的光学传感器中，也不仅是正反射光量，还利用扩散反射光的受光量来计算记录材料的平滑度，并从正反射光量和扩散反射光量等两种数据来计算记录材料的平滑度的。由此，比起从正反射光量的一种数据来计算记录材料的平滑度的情况来，能够实现更高精度的记录材料的平滑度测定。

然而，在专利文献1或先申请中的光学传感器里，用于计算记录材料的平滑度的扩散反射光是通过记录材料面扩散反射的扩散反射光中朝向该记录材料面的法线方向的扩散反射光。本案申请人为了实现更高精度的平滑度的测定而进行了锐意研究之后，发现通过改变测定平滑度所用的扩散反射光对记录材料面的法线的反射角度，从正反射光量及扩散反射光量计算的平滑度和实际的平滑度的相关程度会变化。然后得知，通过改变平滑度的测定所用的扩散反射光对记录材料面的法线的反射角度，就能够比前述专利文献1或前述先申请的光学传感器进行更高精度的平滑度的测定。

【专利文献1】(日本)特开2012-194445号公报

发明内容

本发明鉴于上述背景，目的在于提供能够更高精度地测定记录材料等的测定对象物的平滑度的光学传感器及其图像形成装置。

为了实现所述目的，本发明的技术方案提供一种光学传感器，其包括：发光部，其对照射到测定对象物上的光进行发光；正反射光受光部，其对所述发光部来的照射光中由测定对象物来正反射的正反射光进行受光；扩散反射光受光部，其对所述发光部来的照射光中由测定对象物来扩散反射的扩散反射光进行受光，其特征在于，相对于所述测定对象物的面的所述照射光的入射角是在75°以上85°以下的范围内，所述扩散反射光受光部的构成是，在由所述测定对象物的面来扩散反射的反射光中，对于反射角度相对于所述测定对象物的面的法线为大于0°并小于所述正反射光相对于所述测定对象物的面的法线的反射角度的扩散反射光进行受光。

根据本发明，就能够获得可以更高精度地对测定对象物的平滑度进行测定的效果

附图说明

图1所示是空气漏气实验的说明图。

图2所示是实施方式中光学传感器的构成的模式图。

图3所示是实施方式中光学传感器的控制部的主要部分的模块图。

图4所示是采用实施方式中光学传感器的检测方法的流程图。

图5所示是记录纸中正反射光强度的面内分布的说明图。

图6所示是平滑度和处理条件的关系表。

图7所示是调查用于检测记录纸的平滑度的最佳入射角的实验中所使用的实验装置的模式图。

图8所示是入射角θ1及检测角02的角度和相关值的关系图。

图9所示是记录纸和光学传感器的距离偏离规定的位置时的说明图。

图10所示是用于确认透镜的效果的实验装置的模式图。

图11所示是光学传感器中的透镜直径和间距R1之间的相关的图。

图12所示是用于说明光的取入角度宽度的说明图。

图13所示是正反射光的检测角和相关值之间的相关的图。

图14(a)所示是采用在孔径中散射后的光入射到正反射光检测器里的构造的光学传感器的模式图。图14(b)所示是采用在准直透镜(Collimating lens)中散射后的光入射到正反射光检测器里的构造的光学传感器的模式图。

图15所示是记录纸的反射谱的测定结果的图。

图16所示是将实施方式中的相关值和比较例中的相关值比较后的图。

图17所示是实施方式中彩色打印机的一个例示的模式图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

然而，作为记录材料的记录纸的表面的状态虽然也可以通过共聚焦显微镜等来测定，但是，记录纸中的表面凹凸的倾斜比较急，测定结果中的噪声成分较多，并且测定所需时间较长。因此，在造纸业中，作为记录纸等的纸的表面状态的指标，是根据测定方法较为简便的空气漏气实验的测定结果来评价纸的平滑度的。该平滑度指标在与纸有关的业界中被使用，例如，即使在复印机的开发中，也将纸的平滑度作为一个标准来进行应该使得印刷条件最佳化的开发。也就是说，作为显示纸的表面状态的指标，比起算术平均粗糙度Ra等的一般的显示表面的状态的指标来，所利用的是通过空气漏气实验的测定结果。然而，空气漏气实验虽然测定简便，但存在有装置大型化，并且测定需要时间等问题。因此，就需要有一种低价并可以设置在图像形成装置等的装置内，与空气漏气实验同样地能够对纸的表面状态即平整光滑性进行检查的光学传感器。

图1所示是用于说明空气漏气实验的说明图。

纸的空气漏气实验是从空气漏气装置的喷头10来向记录纸20供给空气11，并根据该空气11的泄漏时间来评价该记录纸20的平整光滑性。被供给到记录纸20中的空气11包括通过记录纸20的表面来泄漏的空气21，和进入记录纸20内部后泄漏的空气22。通过这种空气漏气的时间，就能够评价记录纸20的平整光滑性。

接着，对于本实施方式中的光学传感器进行说明。

图2所示是本实施方式中光学传感器的构成的模式图。

本实施方式中的光学传感器100包括由光源110和对光源110来的光进行准直的准直透镜120构成的发光部。从该发光部照射到测定对象物的记录纸20上的照射光相对于记录纸20的面的入射角θ1被构成为在75°以上85°以下的范围内。

另外，本实施方式光学传感器100包括有作为检测来自于记录纸20的正反射光的正反射光受光部的正反射光检测器130，和用于仅使得规定的角度的光入射到正反射光检测器130中的透镜121，和作为检测来自于记录纸20的扩散反射光的扩散反射光受光部的扩散反射光检测器230，和用于仅使得规定的角度的光入射到扩散反射光检测器230中的透镜240。正反射光检测器130及扩散反射光检测器230可以由光电二极管构成。

控制部150连接在正反射光检测器130及扩散反射光检测器230中，并进行光学传感器100的控制及各种计算。还有，本实施方式中的光学传感器100是在底面侧上具有开口部161的框体160，光源110、准直透镜120、正反射光检测器130、透镜121、扩散反射光检测器230、透镜240等被设置在框体160内。

在本实施方式的光学传感器中，作为光源110可以采用LED(LightEmitting Diode)。LED是芯片型的，采用的是外形约为3mm见方的LED。所使用的LED的发光波长为850nm的红外线。这是因为正反射光检测器130等的光检测器对红外线的灵敏度要高。LED中的发光光量由流入的电流值来决定，作为额定值的20mA，是通过未图示的电子电路来控制后使得电流值保持稳定的。成为光源110的LED被直接固定在由ABS树脂等形成的框体160上。

在本实施方式中，因为在记录纸20中以照射精度高的准直光为好，所以设置了准直透镜120。准直透镜120例如可以采用焦距f为9mm、直径φ为2mm，并使得作为光源110的LED的发光点被配置为位于准直透镜120的焦点位置里。准直透镜120具有0.5mm左右的固定的粘结部，并被固定在框体160上。如此，在本实施方式中，作为光源110的LED的发光点和准直透镜120的中心连接的线就是光轴。在本实施方式中，作为光源110的LED及准直透镜120的该光轴相对于记录纸20的法线被设置为约80°。这时，准直透镜120被固定在适当的位置上以使得准直透镜120等不会碰到记录纸20，并且框体160自身不会过大。

对于正反射光检测器130来说，也和光源110的情况同样地被固定在框体160内。在本实施方式中，正反射光检测器130采用的是光电二极管(PD：PhotoDiode)。所使用的PD的大小在3mm见方左右，作为受光面的光检测面为1mm见方。用于将光射入到作为正反射光检测器130的PD中的透镜121可以采用焦距f为9mm、直径φ为3mm，并使得作为正反射光检测器130的PD的受光面被配置为位于透镜121的焦点位置里。如此，入射到正反射光检测器130中的光的取入角度宽度就约为5°。在本实施方式中，连接透镜121的中心和作为正反射光检测器130的PD的受光面中心的线就是光轴。正反射光检测器130及透镜121的该光轴相对于记录纸20的法线被设置为约80°。因此，透镜121及作为正反射光检测器130的PD相对于记录纸20是倾斜地来设置的。

对于扩散反射光检测器230来说，也和光源110的情况同样地被固定在框体160内。在本实施方式中，扩散反射光检测器230也和正反射光检测器130同样地采用了光电二极管(PD)。用于将光射入到作为扩散反射光检测器230的PD中的透镜240使得作为扩散反射光检测器230的PD的受光面被配置为位于该透镜240的焦点位置里。如此，入射到扩散反射光检测器230中的光的取入角度宽度就约为2°。在本实施方式中，连接透镜240的中心和作为扩散反射光检测器230的PD的受光面中心的线就是光轴。扩散反射光检测器230及透镜240的该光轴相对于记录纸20的法线被设置为约68°。因此，透镜240及作为扩散反射光检测器230的PD相对于记录纸20是倾斜地来设置的。

本实施方式中的光学传感器100的测定对象物是用于记录图像的纸媒介的记录纸20。还有，在本实施方式中，虽然是这样的记录纸20，但对于其他需要测定平滑度的测定对象物也可以检测，记录纸20是作为测定对象物的一个例子来说明的。记录纸20例如是通过未图示的搬送辊被搬送后沿着导向来移动的。因此，本实施方式中的光学传感器100和记录纸20的距离一直被保持为一定。这里，将正反射光检测器130的光轴和光源110的光轴的交叉的位置称为焦点位置。该焦点位置比起由框体160的底面形成的面来，还要位于进入框体160的内侧大约500μm左右的位置，因此，沿着框体160的底面搬送来的记录纸20的位置是从焦点位置离开500μm的位置。

本实施方式中的光学传感器100的构造是，通过框体160的开口部161将光照射到记录纸20上，再通过正反射光检测器130来接受所照射的光从记录纸20来的正反射光，并通过扩散反射光检测器230来接受所照射的光从记录纸20来的扩散反射光。框体160由吸收光的黑色的ABS树脂等形成，通过框体160就除去了干扰光。框体160的大小取决于准直透镜120、透镜121，240的大小等，例如，在X方向、Y方向、Z方向上的长度可以形成在50mm、10mm、6mm左右。

接着，对于本实施方式中的光学传感器100的控制部150进行说明。

图3所示是实施方式中光学传感器100的控制部150的主要部分的模块图。

控制部150与光学传感器100的正反射光检测器130或扩散反射光检测器230等连接，并包括有对来自于正反射光检测器130或扩散反射光检测器230等的信号进行输入输出控制的I/O部151、进行信号处理等各种计算的计算处理部152、进行平均化处理等的平均化处理部153、存储有各种数据的存储部154。另外，本实施方式中的光学传感器100的控制部150还与图像形成装置本体的本体控制部等连接。还有，在本实施方式的说明中，控制部150包括在光学传感器100里，但本实施方式中的光学传感器100被设置在图像形成装置内时，也可以是设置在图像形成装置内，来进行本实施方式中的光学传感器100的控制等。

接着，根据图4来说明本实施方式中光学传感器100的检测方法等。

最初，如步骤202(S202)所示地，开始进行采用本实施方式中的光学传感器100来对正反射光的强度检测操作。具体来说就是，通过启动电源的操作，或者是在与本实施方式中的光学传感器100连接的图像形成装置中输入开始印刷的通知信号，来开始正反射光强度检测操作。

同样地，如步骤204(S204)所示地，开始进行采用本实施方式中的光学传感器100来对扩散反射光的强度检测操作。具体来说就是，是与步骤202同样的。

接着，如步骤206(S206)所示地，记录纸20被搬送来。如此，通过搬送来的记录纸20，从光源110射出的光借助于准直透镜120来照射到搬送来的记录纸20上，记录纸20上的正反射光就射入正反射光检测器130，扩散反射光就射入到扩散反射光检测器230里。

在记录纸20被搬送来的状态中，通过将光照射到记录纸20上，并检测记录纸20上的正反射光及扩散反射光，就能够检测记录纸20从一方的端部到另一方的端部为止的正反射光及扩散反射光。具体来说就是，例如图5所示地，能够测定对应于记录纸20上光的照射位置的正反射光量。如图5所示的正反射光量的变动波形在因为记录纸的种类等而具有特定的图样等时，对于确定记录纸的种类是非常有利的。对于扩散反射光量也是同样的，能够测定对应于记录纸20上光的照射位置的扩散反射光量，并且扩散反射光量的变动波形在因为记录纸的种类等而具有特定的图样等时，对于确定记录纸的种类是非常有利的。尤其是，在扩散反射光检测器230接受的扩散反射光中，入射到记录纸20的内部里的光在记录纸20的内部散射，并在记录纸20的内部包括有偏光方向回转后的光，也就是内部散射光，所以就有利于确定记录纸的种类。

然后，在本实施方式的光学传感器100中，因为是根据由正反射光检测器130得到的正反射光量的数据和由扩散反射光检测器230得到的扩散反射光量的数据等两种数据来判断记录纸20的种类等，所以就能够更高精度地来判断记录纸20的种类等。

接着，如步骤208(S208)所示地，记录纸20中的正反射光强度的测定结束，并将测定结果传递到控制部150中。同样地，如步骤210(S210)所示地，记录纸20中的扩散反射光强度的测定结束，并将测定结果传递到控制部150中。

接着，如步骤212(S212)所示地，在控制部150中，是对在正反射光检测器130中检测到的正反射光强度进行平均化的处理。该平均化的处理是在控制部150的平均化处理部153中进行的。同样地，如步骤214(S214)所示地，在控制部150中，是对在扩散反射光检测器230中检测到的扩散反射光强度进行平均化的处理。该平均化的处理是在控制部150的平均化处理部153中进行的。

接着，如步骤216(S216)所示地，在控制部150中，根据平均化处理后的正反射光强度及扩散反射光强度来计算平滑度。具体来说就是，在控制部150的计算处理部152中，根据存储在控制部150中的存储部154里的规定的变换式来从光强度计算平滑度Y。该变换式例如能够由下述的式子(1)所示的一般式来表示。

Y＝a×X1+b×X2+c···(1)

在上述式子(1)中，X1(mV)是通过正反射光检测器130检测到的正反射光的强度，X2(mV)是通过扩散反射光检测器230检测到的扩散反射光的强度，a、b、c是通过实验等来适当地确定的常数。在本实施方式中，是在后记的实验中确定各常数，并采用例如Y＝0.28×X1-1.11×X2+57.09那样的变换式来计算平滑度Y(sec)的。

接着，如步骤218(S218)所示地，在控制部150中，是根据计算得到的平滑度来决定在图像形成装置中进行记录纸20的印刷时的定影的成像处理条件(定影条件)。具体来说就是，根据存储在控制部150中存储部154里的如图6所示的平滑度和处理条件之间的关系，来将最接近于所计算的平滑度的条件作为定影时的成像处理条件来决定。

接着，如步骤220(S220)所示地，在图像形成装置中进行对记录纸20的印刷，并在记录纸20上形成图像。

如上所述，就能够采用本实施方式中的光学传感器100来检测平滑度，并根据检测到的平滑度来设定图像形成转置的印刷条件。

接着，对于本实施方式中的光学传感器100进行更为详细的具体的说明。

图7所示是为了检测记录纸20的平滑度而对最佳入射角进行调查的实验所采用的实验装置的模式图。

在该实验中，光源110、正反射光检测器130、记录纸20被配置为使得从光源110射出的光经过记录纸20反射后入射到正反射光检测器130里。相对于记录纸20的纸面中的法线，当由光源110入射到记录纸20上的光的光轴的角度为θ1，在记录纸20上反射后入射到正反射光检测器130里的光的光轴的角度为θ2时，角度(入射角)θ1和角度(检测角)02被配置为相等。

接着，使得入射角θ1及检测角θ2从60°变化至90°。这时，为了使得入射角θ1和检测角θ2相同，是同时移动光源110及正反射光检测器130的。测定所利用的是高精度的光电测角计(photogoniometer)。在该实验装置的光源110中采用的是激光二极管(LD)，通过图7中未图示的准直透镜，形成光束直径约为1mm左右的平行光。在正反射光检测器130中采用的是检测区域约为2mm见方的光电二极管(PD)。入射到正反射光检测器130的PD中的光是借助于图7中末图示的透镜来入射的。以正反射光检测器130中的光的取入角度宽度为0.5°左右，并使得入射角θ1及检测角θ2以0.1°大小来变化后进行实验。通过使得LD的电流值为一定，来使得发光强度为一定。在PD中，入射的光被变换成对应于光量的电流，并进一步通过运算放大器来被变换成电压。通过读取该电压值，来进行入射到作为正反射光检测器130的PD中的光的光量。

在本实验中，选定了由记录纸20构成的30种普通纸。所选定的30种的普通纸与市场上流通的纸张种类大致相同。如图1所示地，通过平滑度测定装置来事先测定该普通纸的平滑度。在普通纸中进行平滑度测定的区域和光电测角计的测定的区域为大致同一区域。

图8所示是入射角θ1及检测角θ2的角度和相关值的关系图。

该图是以横轴为代表入射角θ1及检测角θ2的检测角，并以纵轴为规定的相关函数后计算出的相关值。还有，该相关值的值越大，表明由正反射光检测器130检测到的正反射光量X来计算得到的平滑度Y(sec)就越接近事先测定的空气漏气实验所得到的平滑度的值。还有，在本实验中，为了从正反射光检测器130检测到的正反射光量X来计算平滑度Y(sec)，所采用的变换式是Y＝0.46×X+19.8。另外，前述中的相关值是根据下述式(2)所示来计算的。

$\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_i-\stackrel{\‾}{y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2}}25---\left(2\right)$

其中的记号的意思如下：

x_i：第i种的纸张种类的平滑度

y_i：第i种的纸张种类的传感器输出

x：30种的纸张种类的平滑度的平均值

：30种的纸张种类的传感器输出的平均值

n；30(纸张种类数量)

i：1-30的整数

如图8所示地，当入射角θ1及检测角θ2在大约80°时，相关值达到峰值，峰值时的相关值接近于0.8。相对于此，在入射角θ1及检测角θ2偏离5°的85°或75°处，相关值约为0.7。由于在通过记录纸的平滑度来进行图像形成装置的控制时，需要相关值在0.7以上，当相关值低于0.7时，作为记录纸的平滑度测定是不够的。因此，在将本实施方式中的光学传感器100用于记录纸的平滑度测定时，朝向记录纸的照射光的入射角θ1及来自于记录纸的正反射光的检测角θ2以在80±5°的范围，也就是说，以75°≤θ1≤85°为好。

然而，当光学传感器100形成为使得入射角θ1及检测角θ2为80°那样的浅角度时，就会如图9所示地，在记录纸20和光学传感器100的距离从规定的位置偏离时，检测精度会降低。记录纸20和光学传感器100中焦点位置之间的距离(间距)在记录纸20搬送时，会因为记录纸20的摆动而以几mm的程度来变化。光学传感器100以不受记录纸20搬送中因记录纸20的摆动等导致的间距的变动的影响为好。

这种光学传感器100如本实施方式所示地，通过在记录纸20和正反射光检测器130之间设置透镜121就能够得到。通过在记录纸20和正反射光检测器130之间设置透镜121，就能够将入射到透镜121的孔径内的光聚光到作为正反射光检测器130的PD中。也就是说，不仅是透镜121的中心部，只要是平行地进入透镜121的有效孔径内部的光都会被聚光。也就是说，通过设置透镜121，就能够容许与透镜有效孔径为相同大小的入射光的入射位置的不均。

对于这种效果，根据实验来进行说明。

图10所示是用于确认透镜121的效果的实验装置的模式图。

光源110中采用的是LED，通过图10中未图示的准直透镜来将作为平行光的光照射到记录纸20上。在照射来的光中，由记录纸20反射的光入射到正反射光检测器130里，在记录纸20和正反射光检测器130之间设置了直径为3mm、焦距f为9mm的透镜121。这时，正反射光检测器130的受光面被设置在透镜121的焦点位置上。

在该实验中，制作了四个数值孔径(NA：numerical aperture)一致而透镜直径不同的透镜121，并在搭载了各透镜的光学传感器100中，对间距变化时的光的检测强度进行测定。当间距扩大时，光量会慢慢下降。这是因为作为反射面的记录纸20离开时，来自于记录纸20的反射光不再进入透镜121的缘故。

这里，相对于焦点位置中的光量，将该光量为90％时的间距位置作为间距R1。该间距R1取决于透镜的大小。具体来说就是，如图11所示地，在透镜直径和间距R1之间存在有相关关系，透镜直径越大，间距R1就会越大。还有，为了进行比较，对于没有放入透镜121的光学传感器100是作为透镜直径为0mm来表示的。在没有放置透镜121时，间距R1不满1mm，相对于此，通过设置透镜直径为5mm的透镜121，间距R1就超过了1mm。因此，通过在记录纸20和正反射光检测器130之间设置透镜121，就能够得到不容易受间距变动影响的光学传感器100。

另外，透镜121还具有将平行光聚光到正反射光检测器130里的功能。理想的是，当正反射光检测器130的面积较小时，基本上仅有平行光才能聚光。相对于此，当正反射光检测器130为有限的有效口径时，是有些偏离平行光的光也能够聚光的。在本实施方式中，从该平行光偏离的角度记载为光的取入角度。

如图12中的模式的记载，这里由于光的取入角度宽度φ是上下为2倍，所以图12所示的角度φ/2就是光的的取入角度宽度φ的一半的值。该光的取入角度宽度φ取决于正反射光检测器130中的受光面的面积和透镜121的f数。当光的取入角度宽度φ较大时，检测角θ2的宽度增大，从而产生误差。也就是说，当光的取入角度宽度φ增大时，如图13所示地，相关值会降低。具体来说就是，光的取入角度宽度φ为5°时，相关值的峰值约为0.79，而光的取入角度宽度φ为10°时，相关值的峰值超过0.77。相对于此，当光的取入角度宽度φ为15°时，相关值就低于0.77。由此，正反射光的取入角度宽度φ以在10°以下为好。

另外，为了在光学传感器100中进行高精度的检测，有时需要进行校准。在如图14所示的光学传感器100中，入射角θ1形成得较浅，在准直透镜120或孔径125中散射的光会直接入射到正反射光检测器130中。具体来说就是，在图14(a)中，在孔径125中散射的光会入射到正反射光检测器130中，在图14(b)中，在准直透镜120中散射的光会入射到正反射光检测器130中。还有，在图14中，省略了扩散反射光检测器230及透镜240的图示。

通过这样的构造，就能够使得从光源110射出的光不借助于记录纸20而直接入射到正反射光检测器130中。也就是说，即使是记录纸20不存在的状态，由于在正反射光检测器130中会入射有来自于光源110的光，所以就会检测到规定的光量的光。通过监测该光量，在光量因为例如纸粉等附着在准直透镜120等上而降低时，就能够检测到对应于该状况的光量变动。具体来说就是，在没有记录纸存在的状态中，通过正反射光检测器130来检测光量S0，并以该光量S0为基准后，来计算与记录纸实际搬送来，在测定位置处不存在有记录纸的状态下所得到的光量S1之间的差(S1-S0)或(S1/S0)，并能够依此来进行校准。通过在光学传感器100对平滑度检测之前进行这样的校准，就能够进行精度好的检测。

这样的传感器如图14(a)所示地，可以包括光源110、从光源110射出的光所通过的第一的孔径125、通过第一的孔径125的光在记录纸20上反射并且该反射后的光所通过的第二的孔径126、入射有来自于第二的孔径126的光并具有将入射光向电信号变换的检测面的正反射光检测器130。另外，也可以如图14(b)所示地包括光源110、从光源110射出的光所透过的准直透镜120、透过准直透镜120的光在记录纸20上反射并且该反射后的光所透过的透镜121、入射有来自于透镜121的光并具有将入射光向电信号变换的检测面的正反射光检测器130。

另外，在检测记录纸20的表面中的正反射光时，虽然会想到不容易受在记录纸20的内部发生的光吸收等的影响，但实际上，在使用普通纸来作为记录纸20时，散射会很大。因此，即使检测角θ2为80°，也会受到记录纸20的纤维的光吸收的影响，有时就会难以高精度地平滑度检测。

图15所示是入射角θ1为45°、检测角θ2为0°、光源110采用灯光源时所测定的记录纸的能谱。图15所示的图是对17种纸Sa1～Sa17以光量最低的为基准来标准化后的结果(相对强度)。如图15所示地，由于不同纸张种类的荧光体物质量或种类是不同的，通过波长检测到的光量就会变动。尤其是在500～750nm中，不同的波长所检测到的光量变动后，光量强度的顺序是变换的。相对于此，在750nm以上，波长变动较少而稳定。从中得知，该波长区域中的光量强度顺序与记录纸20的平滑度有较高的相关。也就是说，如果从光源110射出的光是波长在750nm以上的红外线光，就能够提高与记录纸20中的平滑度之间的相关关系。

这里，通过正反射光检测器130来受光后的正反射光量虽然主要适用于评价记录纸20的表面的状态，但仅仅是这样的话，有时候与空气漏气实验的平滑度的一致性是不够的。其原因可以认为是记录纸20的平滑度是根据记录纸20的表面附近的内部空气漏气的状况而变化的。于是，在本实施方式中，不仅是通过正反射光检测器130受光后的正反射光量的数据，还使用了通过扩散反射光检测器230受光后的扩散反射光量的数据，来对记录纸20的平滑度进行更高精度的测定。

于是，首先是在通过正反射光检测器130的正反射光量的一种数据来检测平滑度后的比较例的情况，和通过正反射光检测器130的正反射光量及扩散反射光检测器230的扩散反射光量的两种数据来检测平滑度后的本实施方式的情况之间，来进行对两者的相关值进行比较的实验。在该实验中采用了30种的记录纸，并且，来自于光源110的照射光的入射角θ1以及正反射光检测器130对正反射光的检测角θ2固定为80°。

在该比较例中，是入射角θ1及检测角θ2被固定在80°的状态下，来对30种的记录纸的正反射光检测器130的检测结果进行多元变量分析，并求得从正反射光检测器130的检测结果得到的平滑度和空气漏气实验得到的平滑度之间的相关值。另一方面，对于本实施方式，是入射角θ1及检测角θ2被固定在80°的状态下，从扩散反射光检测器230对扩散反射光的检测角θ3由0°变化到90°时的正反射光检测器130及扩散反射光检测器230的检测结果来进行多元变量分析，并求得从正反射光检测器130及扩散反射光检测器230的检测结果得到的平滑度和空气漏气实验得到的平滑度之间的相关值。

图16所示是将本实施方式中的相关值和比较例中的相关值比较后的图。

该图以横轴为扩散反射光的检测角θ3，并以纵轴为相关值。

首先，对于比较例来说，是从30种的记录纸的正反射光检测器130的检测结果来进行多元变量分析后，对Y＝d×X1+e的关系式中的各常数d、e进行最佳化。这时，常数d的最佳值为0.17，常数e的最佳值为-17.2，该相关值为0.61。

另一方面，对于本实施方式来说，是从30种的记录纸的正反射光检测器130及扩散反射光检测器230的检测结果来进行多元变量分析后，对前述式子(1)所示的变换式，即Y＝a×X1+b×X2+c的关系式中的各常数进行最佳化。本实施方式的情况下，当扩散反射光的检测角θ3为69.5°时，常数a的最佳值为0.28，常数b的最佳值为-1.11，常数c的最佳值为57.09，此时的相关值为最高，该相关值为0.80。

这里，当扩散反射光的检测角θ3为0°时，常数a的最佳值为0.16，常数b的最佳值为-0.87，常数c的最佳值为18.67，此时的相关值为0.67。也就是说，即使扩散反射光的检测角θ3为0°，也能够比仅从正反射光量的数据来检测平滑度的比较例获得更高的相关值。然而，如本实施方式所示地，在从正反射光量和扩散反射光量等两种数据来检测平滑度时，如图16所示地，扩散反射光的检测角θ3从0°开始变得越大，则所获得的相关值具有升高的倾向。只是，当扩散反射光的检测角θ3接近与正反射光的检测角02为相同的80°时，如图16所示地，获得的相关值会急剧地降低。这是因为，当扩散反射光的检测角θ3与正反射光的检测角θ2大致相同时，扩散反射光检测器230中的受光量主要是正反射光量，从而就不能够适当地得到扩散反射光量的数据。这时，从正反射光检测器130和扩散反射光检测器230得到的结果就变成实质上为相同的结果，从而只能够得到与通过正反射光量的一种数据来检测平滑度的比较例为相同程度的相关值。

以上，在从正反射光量和扩散反射光量等两种数据来检测平滑度时，如果将扩散反射光的检测角θ3设定在大于0°并小于正反射光的检测角θ2的角度里，就能够获得比仅从正反射光量的数据来检测平滑度的比较例(相关值＝0.61)，或扩散反射光的检测角θ3为0°时(相关值＝0.67)更高的相关值。尤其是，在可以获得0.7以上的相关值的角度范围，具体来说是设定在40°以上75°以下的角度范围里时，以记录纸的平滑度来进行图像形成装置的控制中，能够以足够的精度来测定记录纸的平滑度。扩散反射光的检测角θ3中的最合适的角度范围是在66°以上和70°以下。

接着，对搭载有前述光学传感器100的一个图像形成装置例进行说明。

图17所示是作为本实施方式中的图像形成装置的彩色打印机2000的一个例示的模式图。

该彩色打印机2000是将四色(黑色、青色、品红色、黄色)重叠后来形成全彩色的图像的串列方式的多色彩色打印机，其包括有：光扫描装置2010、四个感光体鼓2030a，2030b，2030c，2030d、四个清洁单元2031a，2031b，2031c，2031d、四个带电装置2032a，2032b，2032c，2032d、四个显影辊2033a，2033b，2033c，2033d、四个调色剂卡盒2034a，2034b，2034c，2034d、转印带2040、转印辊2042、定影装置2050、供纸滚轮2054、对位辊对2056、排纸辊2058、供纸盘2060、排纸盘2070、通信控制装置2080、光学传感器100以及对上述各部进行总括地控制的作为本体控制部的打印机控制装置2090等。

通信控制装置2080借助于网络等来控制与上位装置(例如是个人计算机)之间的双向的通信。

打印机控制装置2090包括CPU、存储在该CPU中以可以译解的编码来记录的程序以及执行该程序时所使用的各种数据的ROM、操作所用的存储器RAM、将模拟数据转换成数字数据的AD转换电路等。然后，打印机控制装置2090在根据上位装置来的要求对各部进行控制的同时，将来自于上位装置的图像数据传送到光扫描装置2010中。

感光体鼓2030a、带电装置2032a、显影辊2033a、调色剂卡盒2034a以及清洁单元2031a作为一组来使用后，构成了形成黑色的图像的图像形成站(以下，为了方便起见也称为“K站”)。

感光体鼓2030b、带电装置2032b、显影辊2033b、调色剂卡盒2034b以及清洁单元2031b作为一组来使用后，构成了形成黑色的图像的图像形成站(以下，为了方便起见也称为“C站”)。

感光体鼓2030c、带电装置2032c、显影辊2033c、调色剂卡盒2034c以及清洁单元2031c作为一组来使用后，构成了形成黑色的图像的图像形成站(以下，为了方便起见也称为“M站”)。

感光体鼓2030d、带电装置2032d、显影辊2033d、调色剂卡盒2034d以及清洁单元2031d作为一组来使用后，构成了形成黑色的图像的图像形成站(以下，为了方便起见也称为“Y站”)。

各感光体鼓在其表面都形成有感光层。也就是说，各感光体鼓的表面分别是被扫描面。还有，各感光体鼓通过未图示的回转机构而在图17所示面内沿箭头方向回转。

各带电装置在所对应的感光体鼓的表面分别使其均匀地带电。

光扫描装置2010根据来自于上位装置的多色的图像数据(黑色图像数据、青色图像数据、品红色图像数据、黄色图像数据)将每种颜色调制后的光束分别照射到所对应的被带电了的感光体鼓的表面上。由此，在各感光体鼓的表面中，仅是被光照射的部分的电荷消失，并在各感光体鼓的表面上分别形成了对应于图像数据的潜像。这里形成的潜像会伴随着感光体鼓的回转而向对应的显影辊的方向移动。

在调色剂卡盒2034a中存储有黑色调色剂，该调色剂被供给到显影辊2033a上。在调色剂卡盒2034b中存储有黑色调色剂，该调色剂被供给到显影辊2033b上。在调色剂卡盒2034c中存储有黑色调色剂，该调色剂被供给到显影辊2033c上。在调色剂卡盒2034d中存储有黑色调色剂，该调色剂被供给到显影辊2033d上。

各显影辊随着回转，从对应的调色剂卡盒来的调色剂会在其表面被薄薄地均匀涂覆。然后，各显影辊的表面的调色剂与所对应的感光体鼓的表面相接时，会仅转移到该表面中被光照射过的部分里，并附着于其上。也就是说，各显影辊将调色剂附着到形成在对应的感光体鼓的表面上的潜像里后使其显像化。这里，附着了调色剂的像(调色剂图像)随着感光体鼓的回转而在转印带2040的方向上移动。

黄色、品红色、青色、黑色等各调色剂图像以规定的时机在转印带2040上被依次转印并重叠后，就形成了多色的彩色图像。

在供纸盘2060中收容有记录纸。在该供纸盘2060的附近配置有供纸滚轮2054，该供纸滚轮2054将记录纸从供纸盘2060一页一页地取出并搬送到对位辊对2056里。该对位辊对2056以规定的时机来将记录纸朝着转印带2040和转印辊2042的间隙来送出。由此，转印带2040上的彩色图像就被转印到记录纸上了。在这里被转印后的记录纸被送到定影装置2050里。

在定影装置2050中，通过在记录纸上加热和加压力，调色剂就被定影到记录纸上了。在这里被定影后的记录纸借助于排纸辊2058被送到排纸盘2070里，并在排纸盘2070上被依次堆放。

各清洁单元将残留在对应的感光体鼓的表面上的调色剂(残留调色剂)除去。除去了残留调色剂的感光体鼓的表面会再次返回与对应的带电装置相向而对的位置。

光学传感器100用于确定被收容在供纸盘2060内的记录纸的品种。还有，在这里XYZ的3维垂直坐标系中，是将垂直于记录纸的表面的方向作为Z轴方向、将平行于记录纸的表面的平行面作为XY面来说明的。然后，光学传感器100被配置在记录纸的+Z侧里。

在以往的识别方法中采用的仅是记录纸表面的数据(正反射光量的数据)的情况下，是难以区别普通纸和无光泽印刷涂布纸。在本实施方式中，通过在记录纸表面的数据中加入了记录纸内部的数据(扩散反射光量的数据)，不仅是普通纸和无光泽印刷涂布纸的区别，还能够分别区别多个品种的普通纸以及多个品种的无光泽印刷涂布纸。

另外，关于彩色打印机2000能够对应的多个品种的记录纸，是事先在调整工序等的出厂前工序中对每一种记录纸的品种来决定各站中的最佳显影条件及转印条件，并将该决定结果作为“显影·转印表”来存储到打印机控制装置2090的ROM中。

打印机控制装置2090在彩色打印机2000的电源启动时，以及记录纸被供给到供纸盘2060里时等，来进行记录纸的纸张种类判别处理。对通过该打印机控制装置2090进行的纸张种类判别处理进行说明时，就是首先对光学传感器100的光源110进行点灯。之后，是从正反射光检测器130及扩散反射光检测器230的输出信号来求得各自的正反射光量S1及扩散反射光量S2。然后，参照记录纸判别表，并从所获得的正反射光量S1及扩散反射光量S2的值来确定记录纸的品种后，将确定后的记录纸的品种保存到RAM里，从而结束纸张种类判别处理。

打印机控制装置2090从用户接受印刷操作要求后，就读取保持在RAM里的记录纸的品种，并从显影·转印表来求得最适合该记录纸的品种的显影条件及转印条件。然后，打印机控制装置2090根据最佳的显影条件及转印条件来控制各站的显影装置及转印装置。例如，对转印电压或调色剂量进行控制。由此，就在记录纸上形成了高品质的图像。

另外，在本实施方式中，因为能够检测记录纸的平滑度来为记录纸的平滑度设定最合适的定影条件，所以就能够提供消耗电力低的图像形成装置。

还有，在本实施方式中，供纸盘虽然是一个，但并不局限于此，供纸盘也可以是多个。这时，也可以在每一个供纸盘里设置光学传感器100。

另外，在本实施方式中，也可以在搬送中来确定记录纸的品种。这时，光学传感器100被配置在搬送路径附近。例如，也可以将光学传感器100配置在供纸滚轮2054和对位辊对2056之间的搬送路径附近。

另外，在本实施方式中，作为图像形成装置虽然对彩色打印机2000的情况作了说明，但并不局限于此，例如，也可以是光绘图仪或数字复印装置。

另外，在本实施方式中，虽然是对图像形成装置具有四个感光体鼓的情况做了说明，但并不局限于此。

另外，光学传感器100也能够适用于将墨水吹落到记录纸上来形成图像的图像形成装置。

以上的说明只是一例，本发明在下面的各种方式中都具有特有的效果。(方式A)一种光学传感器100，其包括对照射到记录纸20等的测定对象物上的光进行发光的光源110及准直透镜120等的发光部，和对所述发光部来的照射光中由测定对象物来正反射的正反射光进行受光的透镜121及正反射光检测器130等的正反射光受光部，和对所述发光部来的照射光中由测定对象物来扩散反射的扩散反射光进行受光的透镜240及扩散反射光检测器230等的扩散反射光受光部，其特征在于，对于所述测定对象物的面的所述照射光的入射角θ1是在75°以上85°以下的范围内，所述扩散反射光受光部的构成是，对于通过所述测定对象物的面来扩散反射后的反射光之中相对于所述测定对象物的面的法线的反射角度(检测角θ3)为大于0°，并且小于所述正反射光相对于所述测定对象物的面的法线的反射角度(检测角θ2)的扩散反射光进行受光。

如前所述，在从相对于测定对象物的面的发光部来的照射光的入射角θ1为75°以上85°以下的范围内来构成的光学传感器中，如图16所示可以知道的是，随着平滑度的测定所用的扩散反射光相对于测定对象物面的法线的反射角度大于0°，从正反射光量及扩散反射光量得到的平滑度Y和实际的平滑度之间的相关程度(相关值)会提高。只是，当平滑度的测定所用的扩散反射光相对于测定对象物面的法线的反射角度(检测角θ3)与正反射光相对于测定对象物面的法线的反射角度(检测角θ2)基本一致时，由扩散反射光受光部所受光的受光量中主要的是正反射光量。因此，就不能够通过扩散反射光受光部来适当地获得扩散反射光量的数据，实质上就只能够以与从正反射光量这一种数据来获得平滑度的构成为相同程度的精度来测定平滑度。

本方式中的扩散反射光受光部是对相对于测定对象物面的法线的反射角度(检测角θ3)为大于0°，并且小于正反射光相对于测定对象物面的法线的反射角度(检测角θ2)的扩散反射光进行受光的。由此，比起从相对于测定对象物面的法线的反射角度(检测角θ3)为0°的扩散反射光的受光量来计算平滑度的构成(所述专利文献1或所述先申请的光学传感器)来，能够获得从正反射光量及扩散反射光量得到的平滑度和实际的平滑度之间的高的相关，从而能够进行更高精度的平滑度的测定。

(方式B)根据所述方式A，其特征在于，所述扩散反射光受光部的构成是，对于相对于所述测定对象物的面的法线的反射角度(检测角θ3)在66°以上70°以下的范围内的扩散反射光进行受光。

由此，从正反射光量及扩散反射光量得到的平滑度和实际的平滑度之间的相关进一步提高，从而能够进行更高精度的平滑度的测定。

(方式C)根据所述方式A或B，其特征在于，所述扩散反射光受光部具有对以所述扩散反射光的反射角度为中心的±2°的角度范围内的扩散反射光进行聚光的透镜240等的聚光构件。

由此，即使发光部和测定对象物之间的距离有些变动，因为能够将具有所希望的反射角度的扩散反射光通过扩散反射光受光部来受光，所以就够进行稳定的高精度的平滑度的测定。

(方式D)根据所述方式A-C中的某一个，其特征在于，从所述发光部照射来的光是红外线光。

由此，如前所述地，能够进行更高精度的平滑度的测定。

(方式E)根据所述方式A-D中的某一个，其特征在于，所述正反射光受光部不仅是所述正反射光，还对所述发光部来的照射光中不通过所述测定对象物的面来反射的直接光进行受光。

由此，就能够简单地进行该光学传感器的校准。

(方式F)一种在记录纸20等的记录材料上形成图像的彩色打印机2000等的图像形成装置，其特征在于包括所述方式A-D中的某一个所涉及的光学传感器100，和根据所述光学传感器中的正反射光受光部及扩散反射光受光部的受光结果来判别所述记录材料的种类的打印机控制装置2090等的记录材料种类判加机构。

通过光学传感器100，因为能够对记录材料进行高精度的平滑度的测定，所以就能够利用平滑度的不同来高精度地进行记录材料的种类判别。

(方式G)根据所述方式F，其特征在于，所述记录材料种类判别机构根据所述光学传感器中的正反射光受光部及扩散反射光受光部的受光结果来计算所述记录材料的表面的平滑度，并根据计算的平滑度来判别所述记录材料的种类。

由此，就能够高精度地进行利用了平滑度的不同的记录材料的种类判别。

Claims (7)

1.一种光学传感器，其包括：

发光部，其对照射到测定对象物上的光进行发光；

正反射光受光部，其对所述发光部来的照射光中由测定对象物来正反射的正反射光进行受光；

扩散反射光受光部，其对所述发光部来的照射光中由测定对象物来扩散反射的扩散反射光进行受光，

其特征在于，相对于所述测定对象物的面的所述照射光的入射角是在75°以上85°以下的范围内，

所述扩散反射光受光部的构成是，在由所述测定对象物的面来扩散反射的反射光中，对于反射角度相对于所述测定对象物的面的法线为大于0°并小于所述正反射光相对于所述测定对象物的面的法线的反射角度的扩散反射光进行受光。

2.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于：

所述扩散反射光受光部的构成是，对于反射角度在相对于所述测定对象物的面的法线为66°以上70°以下的范围内的扩散反射光进行受光。

3.根据权利要求1或2所述的光学传感器，其特征在于：

所述扩散反射光受光部包括聚光构件，其对以所述扩散反射光的反射角度为中心的±2°的角度范围内的扩散反射光进行聚光。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的光学传感器，其特征在于：

从所述发光部照射来的光是红外线光。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的光学传感器，其特征在于：

所述正反射光受光部的构成是，不仅是所述正反射光，还对所述发光部来的照射光中不通过所述测定对象物的面来反射的直接光进行受光。

6.一种在记录材料上形成图像的图像形成装置，其特征在于包括：

所述权利要求1至3中任何一项所述的光学传感器，和

根据所述光学传感器中的正反射光受光部及扩散反射光受光部的受光结果来判别所述记录材料的种类的记录材料种类判别机构。

7.根据权利要求6所述的图像形成装置，其特征在于：

所述记录材料种类判别机构根据所述光学传感器中的正反射光受光部及扩散反射光受光部的受光结果来计算所述记录材料的表面的平滑度，并根据计算的平滑度来判别所述记录材料的种类。