JP2005156380A - 記録材判別装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録材の種類を判別することでユーザビリティの向上を図りつつ、様々な種類の記録材においても最適な定着処理条件で定着等を行うこと。
【解決手段】 ＜１＞の領域においてカセット部102から記録材を給紙し、＜２＞の領域において記録材がCMOSエリアセンサ211に到達する前に透過用ＬＥＤ302を発光させ、その時のCMOSエリアセンサ211の入射光を検出して入射光量の平均値を求める。＜３＞の領域において記録材がCMOSエリアセンサ211に到達し、透過用ＬＥＤ302から記録材を透過してCMOSエリアセンサ211に入射する光を読み取り、入射光量の平均値を求める。さらに記録材が無い時の入射光量平均値と比較することで透過率を求める。＜４＞の領域では透過用ＬＥＤ302の発光を停止させ、反射用ＬＥＤ301を発光させ、記録材から反射する光の分布をCMOSエリアセンサ211により検出して表面性を求める。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、記録材判別装置および方法に関し、より詳細には、記録材の表面からの反射光および記録材の透過光量を検出してその種類を判別する記録材判別装置および方法に関する。

複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置は、記録材に現像部により可視化・現像された像を転写して所定の定着処理条件において加熱及び加圧することにより上記現像剤像を定着させる。この所定の定着条件は、記録材の材質、厚さ、表面処理などによって大きく異なるため、複数種類の記録材を使用するためには、記録材の種類に応じたきめ細かな設定が必要である。

従来、かかる画像形成装置においては、例えば、画像形成装置本体に設けられた操作パネル等に記録材のサイズや種類（記録材が紙の場合は紙種）をユーザに設定させ、その設定に応じて定着処理条件（例えば、定着温度や定着装置を通過する記録材の搬送速度）を変更していた。

このため、近年では画像形成装置内部に記録材を判別するセンサを用いて記録材の種類を自動的に判別し、判別された種類に対応して現像条件、転写条件あるいは定着条件を可変制御する技術が提案されている。

このような自動的に記録材の種類を検出する技術には、例えば、記録材の表面画像をＣＣＤセンサによって撮像し、この情報をフラクタル次元情報に変換して記録材の表面平滑度を検出する方式、記録材の表面画像をＣＣＤセンサあるいはＣＭＯＳセンサによって撮像しその光の大小関係から記録材の粗度を検出し表面平滑度から紙種を判別する方法、または記録材端部に出来る影の長さから記録材の厚みを検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１８２５１８号公報

しかしながら、上記の記録材の表面平滑度を検出する方法は、表面平滑度が同様で紙繊維の圧縮状態が異なる記録材、例えば普通紙と厚紙を検出すると厚紙が普通紙と判定されてしまい、現像条件、定着条件、転写条件をその記録紙に適した設定にできないため、定着性が悪くなるといった課題がある。

一方、上記の記録材の材厚を判定する方法では、記録材表面の平滑度が分からないため、グロス紙等は普通紙に比べ光を通しにくいことから材厚が厚めに判定されてしまい適切な条件の設定ができない。

さらに、近年では記録材の種類が多様になっているにも拘らず、印字品質に対する要求はより高くなっており、多種多様な記録材を正確に判別することが要求されている。

本発明は、このような問題に鑑みて為されたものであり、様々な種類の記録材を自動判別するとともに、適切な条件において画像形成を行う記録材判別装置および方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、記録材判別方法であって、第１の照射手段を照射し、第１の照射手段から照射された光の記録材の表面から反射する反射光を映像読取手段によって読み取ることにより記録材表面の映像を得て、得られた記録材表面の映像を用いて記録材の第１の属性を判定する反射光判定ステップと、第２の照射手段を照射し、映像読取手段によって、記録材を透過せずに第２の照射手段から照射された光を直接映像として読み取り直接映像を用いて直接照射される光の光量である直接の光量を算出し、第２の照射手段の前記記録材を透過する透過光を映像として読み取り透過光の映像を用いて透過光の光量を算出し、および直接の光量と該透過光の光量とを比較することによって記録材の第２の属性を判定する透過光判定ステップと、第１の属性と第２の属性とに基づいて記録材の種類を判別する判別ステップとを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の記録材判別方法において、透過光判定ステップにより記録材の第２の属性を判定した後、反射光判定ステップによって記録材の第１の属性を判定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、記録材判別方法であって、第１の照射手段および第２の照射手段を同時に照射し、映像読取手段によって、記録材を透過せずに前記第２の照射手段から照射された光を直接映像として読み取り直接映像を用いて直接照射される光の光量である直接の光量を算出した後、記録材を搬入して得られる記録材を透過する透過光と、第１の照射手段による反射光とを含む光を同時照射映像として読み取る同時照射ステップと、第２の照射手段のみを照射して記録材を透過する透過光を映像として読み取る第２の照射ステップと、透過光の映像を用いて透過光の光量を算出し、直接の光量と該透過光の光量とを比較することによって記録材の第２の属性を判定する透過光判定ステップと、同時照射映像と透過光の映像とを用いて、第１の照射手段のみから照射された光の記録材の表面から反射する反射光による記録材表面の映像を得、得られた記録材表面の映像を用いて記録材の第１の属性を判定する反射光判定ステップと、第１の属性と第２の属性とに基づいて記録材の種類を判別する判別ステップとを備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の記録材判別方法において、第１の属性は、記録材の表面の平滑度であり、反射光判定ステップは、記録材表面の映像の所定の領域内で算出した濃淡比から第１の属性を判定することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の記録材判別方法において、第２の属性は、記録材の材厚であり、透過光判定ステップは、透過しない光の光量と透過光の光量とを比較することにより記録材の透過率を算出し、透過率を用いて第２の属性を判定することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、記録材判別装置であって、記録材の表面から反射する反射光を得るため記録材に所定の光を照射する第１の照射手段と、記録材を透過する透過光を得るため記録材に所定の光を照射する第２の照射手段と、記録材からの反射光または透過光を受光して映像として読み取り、および光量を検出する読み取り手段と、第１の照射手段と第２の照射手段とに記録材へ光を同時に照射させ、読み取り手段に、記録材を透過せずに第２の照射手段から照射された光を直接映像として読み取り該直接映像を用いて直接照射される光の光量である直接の光量を算出させ、および記録材を搬入して得られる記録材を透過する透過光と、第１の照射手段による反射光とを含む光を同時照射映像として読み取る第１の制御手段と、前記第２の照射手段のみに前記記録材へ光を照射させ、および読み取り手段に第２の照射手段により得られた透過光を映像として読み取らせる第２の制御手段と、同時照射映像と透過光の映像とを用いて、第１の照射手段のみから照射された光の記録材の表面から反射する反射光による記録材表面の映像を得て記録材表面の映像を用いて記録材の第１の属性を判定し、透過光の映像を用いて透過光の光量を算出し直接の光量と透過光の光量とを比較することによって記録材の第２の属性を判定し、および第１の属性と第２の属性とに基づいて記録材の種類を判別する第３の制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の記録材判別装置において、第１の属性は、記録材の表面の平滑度であり、第３の制御手段は、記録材表面の映像の所定の領域内で算出した濃淡比から第１の属性を判定することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の記録材判別装置において、第２の属性は、記録材の材厚であり、第３の制御手段は、透過しない光の光量と透過光の光量とを比較することにより記録材の透過率を算出し、透過率を用いて第２の属性を判定することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、記録材判別装置であって、記録材の表面から反射する反射光を得るため記録材に所定の光を照射する第１の照射手段と、記録材を透過する透過光を得るため前記記録材に光量の調節が可能な所定の光を照射する第２の照射手段と、記録材からの反射光または透過光を受光して映像として読み取り、および光量を検出する読み取り手段と、第１の照射手段に記録材へ光を照射させ、第１の照射手段から照射された光の記録材の表面から反射する反射光を映像読取手段によって読み取らせることにより記録材表面の映像を得て、得られた記録材表面の映像を用いて記録材の第１の属性を判定させる第１の制御手段と、第２の照射手段に記録材へ第１の照射光量の光を照射させ、映像読取手段に記録材を透過せずに第２の照射手段から照射された光を直接映像として読み取らせ直接映像を用いて直接照射される光の光量である直接の光量を算出させ、第２の照射手段の光量を調整して記録材を透過する透過光を映像として読み取らせ透過光の映像を用いて算出させた透過光の光量が直接の光量と所定の差異内となる第２の照射光量を取得させ、および第１の照射光量と第２の照射光量とを比較することによって記録材の第２の属性を判定させる第２の制御手段と、第１の属性と第２の属性とに基づいて記録材の種類を判別する第３の制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の記録材判別装置において、第１の属性は、記録材の表面の平滑度であり、第１の制御手段は、記録材表面の映像の所定の領域内で算出した濃淡比から第１の属性を判定することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の記録材判別装置において、第２の属性は、記録材の材厚であり、第２の制御手段は、透過しない光の光量と透過光の光量とを比較することにより記録材の透過率を算出し、透過率を用いて第２の属性を判定することを特徴とする。

本発明によれば、第１の照射手段を照射し、第１の照射手段から照射された光の記録材の表面から反射する反射光を映像読取手段によって読み取ることにより記録材表面の映像を得て、得られた前記記録材表面の映像を用いて記録材の第１の属性を判定する反射光判定ステップと、第２の照射手段を照射し、映像読取手段によって、第２の照射手段から照射された光を直接映像として読み取り直接映像を用いて直接照射される光の光量である直接の光量を算出した後、第２の照射手段の記録材を透過する透過光を映像として読み取り透過光の映像を用いて透過光の光量を算出し、直接の光量と透過光の光量とを比較することによって記録材の第２の属性を判定する透過光判定ステップと、第１の属性と第２の属性とに基づいて記録材の種類を判別する判別ステップとを備えているため、記録材の種類を正確に判別することができるのでユーザビリティの向上を図りつつ、様々な種類の記録材においても最適な定着処理条件で定着等を行って良好な定着画像を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明による記録材判別装置および方法を説明する。
（画像形成装置）
本発明の記録材判別装置およびその方法は、図１に示すような一般的な画像形成装置で用いられる。図１において、画像形成装置101は、用紙カセット102、給紙ローラ103、転写ベルト駆動ローラ104、転写ベルト105、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各感光ドラム106〜109、各色用の転写ローラ110〜113、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各カートリッジ114〜117、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各光学ユニット118〜121、および定着ユニット122を備えている。

画像形成装置101は、一般に電子写真プロセスを用い記録材上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を重ねて転写し、定着ローラを含む定着ユニット122によって転写されたトナー画像を温度制御することにより熱定着させる。また、各色の光学ユニット118〜121は、各感光ドラム106〜109の表面をレーザビームによって露光走査して潜像を形成するよう構成され、これら一連の画像形成動作は搬送される記録材上のあらかじめ決まった位置から画像が転写されるよう同期がとられている。

さらに、画像形成装置101は記録材であるところの記録紙を給紙、搬送する給紙モータを備え、給紙された記録紙は、転写ベルト、定着ローラへと搬送されながらその表面上に所望の像を形成する。

画像読み取りセンサ123は、記録紙が転写ベルトまで搬送される前に配置され、搬送されてきた記録材の表面に光を照射させて、その反射光を集光し結像させて、記録材表面の特定エリアの画像を読み出す。

以下に図２を参照して説明する画像形成装置101の制御手段である制御CPU210は、定着ユニット122によって、所望の熱量を記録材に与えることによって、記録材上のトナー画像を融着し定着させる。

次に、図２を用いて、本発明の記録材判別装置およびその方法を用いる画像形成装置の一実施形態の制御CPUの動作について説明する。図２は、制御CPU210が制御する各ユニットの構成を示す図である。図２において、CPU210は、CMOSセンサ211、並びに各色用の光学ユニットに含まれるポリゴンミラー、モータおよびレーザ212〜215に接続され、感光ドラム面上にレーザを走査し、所望の潜像を描くための光学ユニットの制御を行う。同様に、記録材を搬送するための給紙モータ216、記録材を給紙するための給紙ローラの駆動開始に使用する給紙ソレノイド217、記録材が所定位置にセットされているか否かを検知する紙有無センサ218、電子写真プロセスに必要な1次帯電、現像、１次転写、２次転写バイアスを制御する高電圧電源219、感光ドラムおよび転写ローラを駆動するドラム駆動モータ220、転写ベルトおよび定着ユニットのローラを駆動するためのベルト駆動モータ221、定着ユニットおよび低電圧電源ユニット122を制御する。さらに、制御CPU210によってサーミスタ（図示せず）により温度をモニタし、定着温度を一定に保つ制御がなされる。

また、制御CPU210は、バス等（図示せず）によりメモリ224に接続されており、メモリ224には、以上の制御および本明細書に記載される各実施形態において制御CPU210が行う処理のすべてまたは一部を実行するためのプログラムおよびデータが格納される。すなわち、制御CPU210はメモリ224に格納されたプログラムおよびデータを用いて本発明の各実施形態の動作を実行する。

また、制御CPU210は、バス等（図示せず）によりメモリ224に接続されており、メモリ224には、以上の制御および本明細書に記載される各実施形態において制御CPU210が行う処理のすべてまたは一部を実行するためのプログラムおよびデータが格納される。すなわち、制御CPU210はメモリ224に格納されたプログラムおよびデータを用いて本発明の各実施形態の動作を実行する。

ASIC223は、制御CPU210の指示に基づき、CMOSセンサ211および光学ユニット212〜215内部のモータ速度制御、給紙モータの速度制御を行う。モータの速度制御は、モータ（図示せず）からのタック信号を検出して、タック信号の間隔が所定の時間となるようモータに対して加速または減速信号を出力して速度制御を行う。このため、制御回路は ASIC 223のハードウエアによる回路で構成したほうが、CPU210の制御負荷低減が図れるメリットがある。

制御CPU210は、ホストコンピュータ（図示せず）からの指示のプリントコマンドを受信すると、紙有無センサ218によって記録材の有無を判断し、紙有りの場合は、給紙モータ216、ドラム駆動モータ220、ベルト駆動モータ221を駆動するとともに、給紙ソレノイド217を駆動して記録材を所定位置まで搬送する。

記録材がCMOSセンサ211の位置まで搬送されると、制御CPU210はASIC 223に対してCMOSセンサ211撮像指示を行い、CMOSセンサ211は記録材の表面画像を撮像する。このときASIC 223は、Sl_selectをアクティブとした後、所定のタイミング、所定パルスのSYSCLKを出力させて、CMOSセンサ211からSl_outを経由して出力される撮像データを取り込む。

一方、CMOSセンサ211のゲイン設定は、あらかじめ制御CPU210が取り決めた値をASIC 223内部のレジスタにセットすることによって、ASIC 223がSl_selectをアクティブとした後、所定のタイミング、所定パルスのSYSCLKを出力させて、CMOSセンサ211に対し、Sl_inを経由してゲインを設定する。

ASIC 223は、以下に説明する本発明の記録材判別装置およびその方法を実現するための回路702を備え、記録材の属性を判別するための後述するの演算の演算結果は、制御回路702内部のレジスタＡおよびレジスタＢに格納される。そして、CPU 210は、制御回路702内部のレジスタＡおよびレジスタＢに格納された記録材の属性を判別するための演算結果を読み込み、給紙された記録材の種類を判別し、その結果に応じて画像形成条件を変更するよう制御する。

CPU210が実行する各種の画像形成条件の制御としては、以下のようなものが挙げられる。
例えば、CPU210は、記録材の種類が普通紙よりも光沢度の高いグロス紙の場合は、普通紙よりも現像バイアスを上げ（感光ドラムの表面電位に対する電位差を大きくし）、記録材の表面に付着するトナー量を増加させて記録材上の画像の光沢度を増加させる制御を行う。これは、グロス紙を用いてプリントする場合、記録材上の画像の光沢度を高くすることが望まれているからである。なお、現像バイアス（電圧）は図１に示すように、CPU210の指示に基づいて、高電圧電源219から現像ローラに印加される電圧をいう。

また、CPU 210は、給紙された記録材の種類に応じて定着ユニット122の定着温度（定着ユニット122内の不図示のヒータが維持すべき目標温度）を変更するよう制御する。普通紙よりも厚みがある厚紙の場合、厚紙は普通紙より熱容量が大きいため普通紙と同じ定着温度にて厚紙にトナー像を定着させようとしても定着性が悪くなってしまうという問題がある。そこで、CPU210は、記録材が厚紙であると判別した場合には、普通紙における定着温度よりも高い定着温度として、厚紙に対するトナーの定着性を確保するよう制御する。

さらに、CPU 210は、給紙された記録材の種類を判別し、その結果に応じて記録材の搬送速度を変更するように制御する。搬送速度の制御は、速度を実際に制御しているASIC223の速度制御レジスタ値をCPU 210によって設定しなおすことによって実現する。具体的には、記録材の種類が普通紙よりも厚みがある厚紙の場合、厚紙は普通紙より熱容量が大きいため普通紙と同じ搬送速度にて厚紙にトナー像を定着させようとしても定着性が悪くなってしまうという問題がある。そこで、CPU210は記録材の種類が厚紙であると判別した場合は、単位時間あたりに厚紙に供給される熱量が大きくなるように、記録材の搬送速度を普通紙を通紙する場合の搬送速度よりも遅く設定する。

また、坪量が異なる記録材に対し定着温度条件を変え、例えば、比較的厚みのある記録材では、熱容量が大きいので定着温度を高めに制御し、一方、比較的厚みが少ない、つまり熱容量が小さい記録材は、定着温度を低めにして定着する方法も考えられる。または、記録材の坪量によって記録材搬送速度を変えて制御することもできる。

また、OHTあるいはグロス紙などの場合において、これらを判別して記録材の表面に付着するトナーの定着性を上げ、グロスを高めて画質の向上を図ることもできる。

このように本実施形態では、CMOSエリアセンサによって撮像した記録材の表面画像から、ASICによるハード回路によって、第一の演算および第二の演算を行い、その結果からCPUは、高伝圧電源の現像バイアス条件、あるいは定着ユニットの定着温度、あるいは記録材の搬送速度を変更するように制御することができる。

［第１実施形態］
次に、本願発明の一実施形態による記録材判別装置について説明する。図３は、記録材の表面平滑性及び反射光量及び透過光量検出を行うための概略構成を示す模式図であり、本発明を最もよく表す図であるということができる。

映像読取センサ123は、図３に示すように、第一の照射手段である反射用ＬＥＤ301、記録材304に対して反対側に設置された透過光量検出用の第二の照射手段である透過用LED302、読み取り手段であるＣＭＯＳエリアセンサ211、および結像レンズ303を備える。ここで、センサ211はＣＣＤセンサとすることができる。

反射用ＬＥＤ301を光源とする光は、記録材304の表面に向けて照射される。本実施形態では光源をＬＥＤとしたが、例えばキセノン管やハロゲンランプ等を用いることもできる。記録材304からの反射光は、レンズ303を介し集光されてＣＭＯＳエリアセンサ211に結像する。これによって記録材304の表面の映像を読み取ることができる。

本実施形態では、ＬＥＤ301は、ＬＥＤ光が記録材304表面に対し、図３に示すように所定の角度をもって斜めより光を照射させるよう配置されている。

（記録材の種類の判別）
図４は、映像読取センサ123のＣＭＯＳエリアセンサ211によって読み取られる記録材304の表面のアナログ画像とＣＭＯＳエリアセンサ211からの出力を８×８ピクセルにデジタル処理したデジタル画像との対比を示す図である。ここで、デジタル処理はＣＭＯＳエリアセンサ211からのアナログ出力をＡ／Ｄ変換によって８ビットのピクセルデータに変換することによって行われる。

図４において、記録材Ａ４０１は表面の紙の繊維が比較的がさついている所謂ラフ紙、記録材Ｂ４０２は一般に使用される所謂普通紙、記録材Ｃ４０３は紙の繊維の圧縮が十分になされているグロス紙であり、それぞれの表面拡大映像である。ＣＭＯＳセンサ211に読み込まれたこれらの映像４０１〜４０３が、デジタル処理され図４に示す映像４０４〜４０６となる。このように、記録材の種類によって表面の映像は異なる。これは、主に紙の表面における繊維の状態が異なるために起こる現象である。

これとは別に、記録材の反射光量は、一般にそれぞれの画素に入力された光の合計もしくは平均値から算出するが、実施例によっては、１受光画素の結果のみを用いることもできる。

上述のように、ＣＭＯＳエリアセンサ211で記録材表面を読み込んだ結果の映像をデジタル処理した像により、記録材の紙繊維の表面状態を識別することができ、これに加え反射光量によって記録材の判別が可能となる。

上記記録材表面の識別は、記録材の表面の一部を８×８ピクセルからなる映像として読み込み、映像において記録材の搬送方向に直交する方向の１ラインについて最大濃度となる画素の濃度Ｄｍａｘと最低濃度となる画素の濃度Ｄｍｉｎを検出し、各ラインについてＤｍａｘ−Ｄｍｉｎを平均処理する。そして、平均処理して得られたＤｍａｘ−Ｄｍｉｎの値によって、その記録材の属性である材質（平滑度）を判定することができる。

すなわち、記録材Ａのように表面の紙繊維がガサついている場合には、繊維の影が多く発生する。その結果、明るい個所と暗い個所の差が大きく出るため、Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎは大きくなる。一方、記録材Ｃのように繊維が十分圧縮され平滑度の高い記録材の表面の映像は、繊維の影が少なく、Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎは小さくなる。この比較によって、記録材の材質を判定し、種類を判別するための情報の一部とするのである。

同様に、図４において、映像４０７は、薄紙である記録紙Ｄの透過用ＬＥＤ302により記録材を透過してきた光の光照射領域における表面拡大映像であり、映像４０８は、一般的に使用される所謂普通紙である記録紙Ｅの透過用ＬＥＤ302による光照射領域の表面拡大映像であり、映像４０９は、厚紙である記録紙Ｆの透過用ＬＥＤ302による光照射領域の表面拡大映像である。CCDセンサ211に読み込まれたこれらの映像４０７〜４０９が、デジタル処理され図４の映像４１０〜４１２となる。

このように、記録紙の種類によって、透過光量およびその映像は異なってくる。これは、主に紙の表面における繊維の状態および紙の繊維の圧縮状態が異なるために起こる現象である。

上述の制御プロセッサは、ＣＭＯＳエリアセンサ211からの映像サンプリング処理、ゲイン及びフィルタ演算処理をリアルタイムにて処理する必要があるため、デジタルシグナルプロセッサを用いることが望ましい。

次に、記録材304の透過率測定方法について説明する。第二の照射手段である透過用ＬＥＤ302を光源とする光は、記録材304に向けて映像読取センサ123の反対側から、記録材上の映像読取センサ123の読取エリアに入射するように照射される。

図５は、透過用ＬＥＤ302を用いて、映像読取センサ123のＣＭＯＳエリアセンサ211によって読み取られる記録材304の表面を、ＣＭＯＳエリアセンサ211からの出力を８×８ピクセルにデジタル処理して示した図である。記録材304の透過光は、レンズ303を介し集光されてＣＭＯＳエリアセンサ211に入射する。このとき、通常は、センサのエリア全体、もしくは所定の範囲において各画素に入力した光量の合計値もしくは平均値を透過光量とするが、１受光画素の結果のみを用いることもできる。

図６は、記録材の坪量と透過光の関係を示す図である。例えば、厚紙のように坪量の多い記録材は透過光量が少ない、一方薄紙のような坪量の低い記録材は透過光量が多い。この特性によって、記録材の属性の１つである材厚を透過光量によって判定し、記録材の種類を判別する情報の１つとするのである。

本実施形態で想定する記録材の種類には、以下のようなものがあり、次に説明するように表面の状態や材厚によってその種類を判別する。なお、以下に述べる坪量とは、記録材の単位体積あたりの重量をいう。
（１）薄紙（坪量：単位面積あたりの重量〜６４ｇ／ｍ^２）
（２）普通紙（坪量：６５〜１０５ｇ／ｍ^２）
（３）厚紙１（坪量：１０６〜１３５ｇ／ｍ^２）
（４）厚紙２（坪量：１３６ｇ／ｍ^２〜）
（５）グロス紙
（６）グロスフィルム
（７）ＯＨＴ

記録材からの反射光量によって判定されるのは、（７）は透明で光の透過率が高いため、（１）〜（６）、（７）という２組である。

記録材の反射光から得られた映像による濃淡比から判定されるのは、（１）〜（４）、（５）、（６）という３組である。ここで、本実施形態では、この判定のため濃淡比を検出する際、反射光量による正規化をする。すなわち、２次元画像の全体の光量に差があるとＤｍａｘ−Ｄｍｉｎの値も変わってきてしまうので、２次元画像全体の光量の平均値が一致するように正規化する。

透過光量によって判定されるのは、（１）〜（４）の坪量がそれぞれ異なっており、一定の光量を紙の背面から照射した場合の透過光の受光光量は、（１）＞（２）＞（３）＞（４）となるため、（１）、（２）、（３）、（４）の４種となる。ここで、本実施形態においては、８×８ピクセルからなる全画素の透過光量の平均値を用いて判定を行う。

以上の判定を組み合わせることによって、（１）〜（７）の多様な記録材を正確に判別することができる。

（記録材判別機能の実装）
以上の動作を行うためのＣＭＯＳエリアセンサ211の制御回路を図７を用いて説明する。図７は、ＣＭＯＳエリアセンサ211の制御回路を示すブロック図である。図７において、判断部であるCPU210は、制御回路702、CMOSエリアセンサ211、インターフェース制御回路704、演算回路705、レジスタＡ706、レジスタＢ707、および制御レジスタ708を備える。

次に動作について説明する。CPU 210は制御レジスタ708に対して、CMOSエリアセンサ211の動作指示を与えると、CMOSエリアセンサ211によって記録材表面画像の撮像が開始される。つまり、CMOSエリアセンサ211に電荷の蓄積が開始される。インターフェース回路704から、Sl_selectによってＣＭＯＳエリアセンサ211を選択し、所定のタイミングにてSYSCLKを生成すると、ＣＭＯＳエリアセンサ211からSl_out信号を経由して、撮像されたデジタル画像データが送信される。

インターフェース回路704を経由して受信した撮像データは、制御回路702にて演算が実行され、その演算結果がレジスタＡ 706およびレジスタＢ 707に格納される。CPU 210は、上記２つのレジスタの値から、記録材の属性を判定する。

なお、レジスタＡ706に格納される値は、ＣＭＯＳエリアセンサ211が映像として取得した記録材の表面の一部について、８ライン分のＤｍａｘ−Ｄｍｉｎを平均した値であり、この映像を取得する際には、ＬＥＤ301が記録材の表面を照射している。また、レジスタＢ707に格納される値は、ＣＭＯＳエリアセンサ211が映像として取得した記録材の表面の一部について、８×８ピクセルの各ピクセルの光量を平均した値であり、この映像を取得する際には、透過用ＬＥＤ302が記録材の裏面を照射している。

次に、図８を用いてセンサ回路ブロック図について説明する。図８は、CMOSエリアセンサの回路ブロック図を示す図である。図８において、CMOSエリアセンサ211は、CMOSセンサ部分801を含み、例えば８×８画素分のセンサがエリア状に配置される。CMOSエリアセンサ211は、さらに垂直方向シフトレジスタ802および803、出力バッファ804、水平方向シフトレジスタ805、システムクロック806、およびタイミングジェネレータ807を含む。

次に動作について説明する。Sl_select信号813をアクティブとすると、CMOSセンサ部801は受光した光に基づく電荷の蓄積を開始する。次に、システムクロック806を与えると、タイミングジェネレータ807によって、垂直方向シフトレジスタ802および803は読みだす画素の列を順次選択され、出力バッファ804にデータを順次格納される。

出力バッファ804に格納されたデータは、水平方向シフトレジスタ805によって、A/Dコンバータ808ヘと転送される。A/Dコンバータ808でデジタル変換された画素データは、出力インターフェース回路809によって所定のタイミングで制御され、Sl_select信号813がアクティブの期間、Sl_out 信号810に出力される。

一方、811の制御回路によって、Sl_in信号812よりA/D変換ゲインを変更するよう制御することができる。例えば、撮像した画像のコントラストが得られない場合は、CPUはゲインを変更して常に最良なコントラストで撮像することができる。

このように、第１の照射手段である反射用ＬＥＤ301と、第２の照射手段である透過用ＬＥＤ302との２つの照射手段を用いることによって、様々な記録材の表面状態、反射率および透過率を検出することができ記録材の種類の判別が可能となる。

本実施形態において、透過用ＬＥＤ302の波長は反射用ＬＥＤ301よりも長い光源を用いる。例えば、反射用ＬＥＤ301が可視光であれば透過用ＬＥＤ302は赤外線を用いることができる。

図９に透過用LED302として、波長の異なる可視光あるいは赤外光ＬＥＤを用いた記録材透過特性を示す。図９に示されるように、波長の長いＬＥＤを光源に用いた方が記録材を透過する透過率が高い。従って透過光による記録材の厚み判別を行う場合には、検出のためのダイナミックレンジを広くとることができる波長の長い光源、例えば赤外光ＬＥＤを使用することが、精度良く安定した検出を行うために非常に有効である。本発明では、記録材表面からの反射光の検出に用いる反射用照射ＬＥＤは、前記ＣＭＯＳエリアセンサにおいて光感度の最も高い可視光ＬＥＤを用い、透過光量検出に用いる透過用ＬＥＤは反射用ＬＥＤよりも波長の長い、例えば、赤外ＬＥＤを用いる実施例とした。これにより、記録材の透過性が高く、Ｓ／Ｎ比が改善されることによりダイナミックレンジが大きくなり検出信頼性が向上するのである。

本実施形態では、表面性の検出と光透過性の検出に用いる読取手段に同一の読取手段を用いるために、表面性検出用の反射用ＬＥＤ301の発光制御部1601と光透過性検出用の透過用ＬＥＤ302の発光制御部1602をそれぞれ別々に備え、記録材の表面性を検出する際には反射用ＬＥＤ301を駆動し透過用ＬＥＤ302は駆動せず、また記録材の光透過性を検出する際には透過用ＬＥＤ302を駆動し反射用ＬＥＤ301は駆動しないことにより、記録材の判別が改善され、検出信頼性が向上するものである。

図１０は、本実施形態のＬＥＤの照射および光検出などのタイミングを示す図である。図１０の上から、CMOSエリアセンサ211の検出部での記録材の有無、透過用ＬＥＤ301の発光タイミング、反射用ＬＥＤ302の発光タイミング、CMOSエリアセンサ211の読取タイミングを表すグラフである。図１０において、＜１＞の領域においてカセット部102から記録材の給紙動作が始まる。その後＜２＞の領域において記録材がCMOSエリアセンサ211に到達する前に透過用ＬＥＤ302を発光させ、その時のCMOSエリアセンサ211の入射光を検出し、入射光量の平均値を求める。続いて＜３＞の領域において記録材がCMOSエリアセンサ211に到達する。その時の透過用ＬＥＤ302から記録材を透過してCMOSエリアセンサ211に入射する光を読み取り、入射光量の平均値を求める。さらに記録材が無い時の入射光量平均値と比較することで透過率を求める。続いて＜４＞の領域では透過用ＬＥＤ302の発光を停止させ、反射用ＬＥＤ301を発光させる。その時の記録材から反射する光の分布をCMOSエリアセンサ211により検出して表面性を求める。さらに＜５＞の領域では反射用ＬＥＤ301の発光を停止して光透過性と表面性から記録材判別を行う。

以上、第１の照射手段である記録材表面撮影用の反射用ＬＥＤ301と、透過光による記録材の厚み検出用の第２の照射手段である透過用ＬＥＤ302の２つのＬＥＤを用い、かつ透過用ＬＥＤ302の波長を反射用ＬＥＤ301の波長よりも長波長とすることによって、様々な記録材の表面性状態、反射率および透過率を精度良く検出でき、記録材種類の判断が可能となる。

［第２実施形態］
第２実施形態は、透過光検出部の構成以外の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため説明は省略する。本実施形態は、所定のタイミングで反射用ＬＥＤ301と透過用ＬＥＤ302を同時に発光させることを特徴とする。

一般にＬＥＤは発光を開始してから光量が安定するまでに一定の時間を要する。そのため、測定を開始する前に十分な時間をおいて点灯させ、光量を安定させておく必要がある。図１１は、本実施形態のＬＥＤの照射および光検出などのタイミングを示す図である。図１１の上から、CMOSエリアセンサ211の検出部での記録材の有無、透過用ＬＥＤ302の発光タイミング、反射用ＬＥＤ301の発光タイミング、CMOSエリアセンサ211の読取タイミングを表している。図１１で、＜１＞の領域においてカセット部102から記録材の給紙動作が始まる。この領域において、あらかじめ反射用ＬＥＤ301、および透過用ＬＥＤ302を発光させておく。その後＜２＞の領域において記録材がCMOSエリアセンサに到達する前に、透過用ＬＥＤ302からCMOSエリアセンサ211への入射光を検出して入射光量の平均値を求める。このとき、反射用ＬＥＤ301からの光は、記録材が存在しないため反射せず、CMOSエリアセンサの測定には影響を及ぼさない。続いて＜３＞の領域において記録材がCMOSエリアセンサ211に到達する。その時点で透過用ＬＥＤ302から記録材を透過してCMOSエリアセンサに入射する光と、反射用ＬＥＤ301から記録材で反射する光との重なりを同時に検出する。図１２は、この際得られる映像を示す図である。続いて＜４＞の領域では透過用ＬＥＤ302の発光を停止させ、反射用ＬＥＤ301から発光し記録材から反射する光のみを検出する。図１３は、この際得られる映像を示す図である。この映像を用いて、記録材の表面性を求めると同時に、＜３＞で検出した光量分布から差し引くことにより透過光の成分のみを抽出する。図１４は、この際得られる映像を示す図である。さらに＜５＞の領域では反射用ＬＥＤ301の発光を停止する。以上の処理により、光透過性と表面性から記録材判別を行う。

以上、反射用ＬＥＤ301である表面性撮影用のＬＥＤと、透過光による記録材の厚み検出用の透過用ＬＥＤ302であるＬＥＤの２つのＬＥＤを用い、両方のＬＥＤをあらかじめ点灯させることで、光量の安定した領域で測定を行うことが可能となり、記録材の表面性、反射率及び透過率を精度良く検出できるので、様々な種類の記録材において最適な定着処理条件で定着処理を施し良好な定着画像を得ることができる。

［第３実施形態］
第３実施形態は、透過光検出部の構成以外の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため説明は省略する。本実施形態において透過用ＬＥＤ302の発光制御部1602の照射光量をCMOSエリアセンサが受ける光量が一定になるように制御することを特徴とする。一般にＣＭＯＳエリアセンサ211の感度ゲインを調整することはできるが、デバイスの光感度は固定であり、所定の光量の範囲をピークに最も精度よく検出することができる場合が多い。従って、複数の光源からの光を検出する場合、各光の光量はできれば近い光量であることが検出のダイナミックレンジの共通化とシステムとしてゲインをある範囲に特定しやすいため、精度よく最適化する検出系を構成するのに有利である。

一方、記録材の透過率は図９に示すように波長900nmの光を用いた場合でもせいぜい20%程度であるため、記録材が無い場合と比較して透過率を求める場合の分解能が低くなり精度が出にくい。特に厚い記録材になればなるほど、その差が小さくなり、判別が困難となる。

そこで、一定の光量の透過用ＬＥＤを照射し記録材を透過して減衰した光量をセンサで測るのに替えて、逆に透過光のCMOSエリアセンサ211の受光光量が一定となるように、透過光用LEDに流れる電流を制御して光量を調整する。こうして、記録材を透過した透過光の光量を一定とするのに必要なＬＥＤの光量と記録材の材厚との関係を考えると、ＬＥＤから照射される光の光量である照射光量が大きくなるほど材厚は厚くなることが分かる。この関係を示したのが図１５である。

図１５は、一定の透過光量を得るために必要な照射光量と坪量との関係を示す図である。図１５のように、坪量と照射光量はほぼ線形の関係となるため、厚い記録材においても十分な精度で検出することが出来る。これは、センサの最も感度の良好な範囲で光量を測定できるように照射光量を調整したため材厚にほとんど依存すること一定の分解能で透過光量を測定できるからである。

図１６は、本実施形態による記録材の表面平滑性、反射光量及び透過光量検出を行うための概略構成を示す模式図である。反射用ＬＥＤ301は、発光制御部（１）1601により制御され、透過用ＬＥＤ302は、発光制御部（２）1602により制御される。本実施形態においては発光制御部により制御されて、透過用ＬＥＤ302の照射光量が調整される。

図１７は、本実施形態によるＣＭＯＳエリアセンサの制御回路を示すブロック図である。CMOSエリアセンサ211で測定されたデータは制御回路部702に送られ、さらに判断部であるCPU701においてデータを検出する。CPUは記憶している記録材が無い場合に測定したデータと比較し、受光光量が少ないと判断した場合はインタフェース制御回路704を介して発光制御部（２）に指示して透過光用LED302に流れる電流を増加させ、受光光量が大きいと判断した場合は電流を減少させる。変更ののち再度透過光を測定する。この作業を測定データが記憶しているデータと一致するまで繰り返し行うことで、受光光量を一定にする。その時の透過光LED302の照射光量をもとに透過率を判断する。ここで、照射光量の代わりに透過光LEDに流す電流値を用いてもよい。
以上、透過用ＬＥＤ302から記録材を通してCMOSエリアセンサに受光される光量が一定になるように照射光量を制御することにより、精度よく記録材の透過率を検出でき、様々な種類の記録材においても最適な定着処理条件で定着処理を施し良好な定着画像を得ることができる。

本発明の一実施形態で用いられる画像形成装置を示す概略図である。 本発明の一実施形態による制御CPUが制御する各ユニットの構成を示す図である。 記録材の表面平滑性、反射光量及び透過光量検出を行うための概略構成を示す模式図である。 映像読取センサによって読み取られる記録材表面のアナログ画像とアナログ出力を８×８ピクセルにデジタル処理したデジタル画像との対比を示す図である。 透過用ＬＥＤを用いて、映像読取センサによって読み取られる記録材の像を８×８ピクセルにデジタル処理して示した図である。 記録材の坪量と透過光の関係を示す図である。 本発明の一実施形態によるＣＭＯＳエリアセンサの制御回路を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるCMOSエリアセンサの回路ブロック図を示す図である。 透過用ＬＥＤとして、波長の異なる可視光あるいは赤外光ＬＥＤを用いた記録材透過特性を示す図である。 本実施形態のＬＥＤの照射および光検出などのタイミングを示す図である。 本実施形態のＬＥＤの照射および光検出などのタイミングを示す図である。 第２実施形態において得られる映像を示す図である。 第２実施形態において得られる映像を示す図である。 第２実施形態において得られる映像を示す図である。 一定の透過光量を得るために必要な照射光量と坪量との関係を示す図である。 本実施形態による記録材の表面平滑性、反射光量及び透過光量検出を行うための概略構成を示す模式図である。 本実施形態によるＣＭＯＳエリアセンサの制御回路を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ 画像形成装置
１０２ 用紙カセット
１０３ 給紙ローラ
１０４ 転写ベルト駆動ローラ
１０５ 転写ベルト
１０６〜１０９ イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各感光ドラム
１１０〜１１３ 各色用の転写ローラ
１１４〜１１７ イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各カートリッジ
１１８〜１２１ イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各光学ユニット
１２２ 定着ユニット
１２３ 画像読取センサ
２１０ 制御CPU
２１１ CMOSセンサ
２１２〜２１５ ポリゴンミラー、モータおよびレーザ
２１６ 給紙モータ
２１７ 給紙ソレノイド
２１８ 紙有無センサ
２１９ 高電圧電源
２２０ ドラム駆動モータ
２２１ ベルト駆動モータ
２２２ 低電圧電源
２２３ ASIC
２２４ メモリ
３０１ 反射用ＬＥＤ
３０２ 透過用ＬＥＤ
３０３ レンズ
３０４ 記録材
７０２ 制御回路
７０４ インターフェース制御回路
７０５ 演算回路
７０６ レジスタＡ
７０７ レジスタＢ
７０８制御レジスタ
８０１ CMOSセンサ部分
８０２、８０３ 垂直方向シフトレジスタ
８０４ 出力バッファ
８０５ 水平方向シフトレジスタ
８０６ システムクロック
８０７ タイミングジェネレータ
８０８ A/Dコンバータ
８０９ 出力インターフェース回路
８１０ Sl_out 信号
８１１ 制御回路
８１２ Sl_in信号
８１３ Sl_select信号
１６０１、１６０２ 発光制御部

Claims (11)

1. 第１の照射手段を照射し、該第１の照射手段から照射された光の記録材の表面から反射する反射光を映像読取手段によって読み取ることにより記録材表面の映像を得て、当該得られた記録材表面の映像を用いて前記記録材の第１の属性を判定する反射光判定ステップと、
   第２の照射手段を照射し、前記映像読取手段によって、前記記録材を透過せずに該第２の照射手段から照射された光を直接映像として読み取り該直接映像を用いて直接照射される光の光量である直接の光量を算出し、前記第２の照射手段の前記記録材を透過する透過光を映像として読み取り該透過光の映像を用いて透過光の光量を算出し、および前記直接の光量と該透過光の光量とを比較することによって前記記録材の第２の属性を判定する透過光判定ステップと、
   前記第１の属性と該第２の属性とに基づいて前記記録材の種類を判別する判別ステップと
   を備えたことを特徴とする記録材判別方法。
2. 前記透過光判定ステップにより前記記録材の第２の属性を判定した後、前記反射光判定ステップによって前記記録材の第１の属性を判定することを特徴とする請求項１に記載の記録材判別方法。
3. 第１の照射手段および第２の照射手段を同時に照射し、映像読取手段によって、記録材を透過せずに前記第２の照射手段から照射された光を直接映像として読み取り該直接映像を用いて直接照射される光の光量である直接の光量を算出した後、前記記録材を搬入して得られる前記記録材を透過する透過光と、前記第１の照射手段による反射光とを含む光を同時照射映像として読み取る同時照射ステップと、
   前記第２の照射手段のみを照射して前記記録材を透過する透過光を映像として読み取る第２の照射ステップと、
   前記透過光の映像を用いて透過光の光量を算出し、前記直接の光量と該透過光の光量とを比較することによって前記記録材の第２の属性を判定する透過光判定ステップと、
   前記同時照射映像と前記透過光の映像とを用いて、前記第１の照射手段のみから照射された光の記録材の表面から反射する反射光による記録材表面の映像を得、当該得られた前記記録材表面の映像を用いて該記録材の第１の属性を判定する反射光判定ステップと、
   前記第１の属性と前記第２の属性とに基づいて前記記録材の種類を判別する判別ステップと
   を備えたことを特徴とする記録材判別方法。
4. 前記第１の属性は、前記記録材の表面の平滑度であり、前記反射光判定ステップは、前記記録材表面の映像の所定の領域内で算出した濃淡比から前記第１の属性を判定することを特徴とする請求項１、２または３に記載の記録材判別方法。
5. 前記第２の属性は、前記記録材の材厚であり、前記透過光判定ステップは、前記透過しない光の光量と透過光の光量とを比較することにより前記記録材の透過率を算出し、該透過率を用いて前記第２の属性を判定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の記録材判別方法。
6. 記録材の表面から反射する反射光を得るため該記録材に所定の光を照射する第１の照射手段と、
   前記記録材を透過する透過光を得るため前記記録材に所定の光を照射する第２の照射手段と、
   前記記録材からの反射光または透過光を受光して映像として読み取り、および光量を検出する読み取り手段と、
   前記第１の照射手段と前記第２の照射手段とに前記記録材へ光を同時に照射させ、前記読み取り手段に、前記記録材を透過せずに前記第２の照射手段から照射された光を直接映像として読み取り該直接映像を用いて直接照射される光の光量である直接の光量を算出させ、および前記記録材を搬入して得られる前記記録材を透過する透過光と、前記第１の照射手段による反射光とを含む光を同時照射映像として読み取る第１の制御手段と、
   前記第２の照射手段のみに前記記録材へ光を照射させ、および前記読み取り手段に前記第２の照射手段により得られた透過光を映像として読み取らせる第２の制御手段と、
   前記同時照射映像と前記透過光の映像とを用いて、前記第１の照射手段のみから照射された光の記録材の表面から反射する反射光による記録材表面の映像を得て該記録材表面の映像を用いて該記録材の第１の属性を判定し、前記透過光の映像を用いて透過光の光量を算出し前記直接の光量と該透過光の光量とを比較することによって前記記録材の第２の属性を判定し、および該第１の属性と該第２の属性とに基づいて前記記録材の種類を判別する第３の制御手段と
   を備えたことを特徴とする記録材判別装置。
7. 前記第１の属性は、前記記録材の表面の平滑度であり、前記第３の制御手段は、前記記録材表面の映像の所定の領域内で算出した濃淡比から前記第１の属性を判定することを特徴とする請求項６に記載の記録材判別装置。
8. 前記第２の属性は、前記記録材の材厚であり、前記第３の制御手段は、前記透過しない光の光量と透過光の光量とを比較することにより前記記録材の透過率を算出し、該透過率を用いて前記第２の属性を判定することを特徴とする請求項６または７に記載の記録材判別装置。
9. 記録材の表面から反射する反射光を得るため該記録材に所定の光を照射する第１の照射手段と、
   前記記録材を透過する透過光を得るため前記記録材に光量の調節が可能な所定の光を照射する第２の照射手段と、
   前記記録材からの反射光または透過光を受光して映像として読み取り、および光量を検出する読み取り手段と、
   前記第１の照射手段に前記記録材へ光を照射させ、前記第１の照射手段から照射された光の記録材の表面から反射する反射光を映像読取手段によって読み取らせることにより記録材表面の映像を得て、当該得られた前記記録材表面の映像を用いて該記録材の第１の属性を判定させる第１の制御手段と、
   前記第２の照射手段に前記記録材へ第１の照射光量の光を照射させ、前記映像読取手段に前記記録材を透過せずに前記第２の照射手段から照射された光を直接映像として読み取らせ該直接映像を用いて直接照射される光の光量である直接の光量を算出させ、前記第２の照射手段の光量を調整して前記記録材を透過する透過光を映像として読み取らせ該透過光の映像を用いて算出させた透過光の光量が前記直接の光量と所定の差異内となる第２の照射光量を取得させ、および前記第１の照射光量と該第２の照射光量とを比較することによって前記記録材の第２の属性を判定させる第２の制御手段と、
   該第１の属性と該第２の属性とに基づいて前記記録材の種類を判別する第３の制御手段と
   を備えたことを特徴とする記録材判別装置。
10. 前記第１の属性は、前記記録材の表面の平滑度であり、前記第１の制御手段は、前記記録材表面の映像の所定の領域内で算出した濃淡比から前記第１の属性を判定することを特徴とする請求項９に記載の記録材判別装置。
11. 前記第２の属性は、前記記録材の材厚であり、前記第２の制御手段は、前記透過しない光の光量と透過光の光量とを比較することにより前記記録材の透過率を算出し、該透過率を用いて前記第２の属性を判定することを特徴とする請求項９または１０に記載の記録材判別装置。