JP2007062219A

JP2007062219A - 記録装置及び距離検出方法

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Publication number: JP2007062219A
Application number: JP2005252675A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kawabata; 隆川端; Katsutoshi Miyahara; 勝敏宮原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】多種の記録媒体と記録ヘッドとの間のギャップの検出を正確に行い、検出精度保持のために自動校正することが可能な記録装置及びその装置に適用される距離検出方法を提供することである。
【解決手段】光を第１及び第２の角度で夫々照射する第１及び第２のＬＥＤと、夫々から照射され測定面で反射された正反射光と乱反射光とを受光する互いに離間した第１及び第２のフォトトランジスタを一体的に備えた光学センサを用いる。この光学センサにより
記録媒体に光を照射して記録媒体からの反射光を測定し、次に、既知の高さをもつ被測定部材に光を照射してその被測定部材からの反射光を測定する。そして、記録媒体に対して照射した光の反射光により、さらに被測定部材に対して照射した光の反射光により第１及び第２フォトトランジスタから得られる各出力信号に基づいて、記録ヘッドと記録媒体との間の距離を検出する。
【選択図】図９

Description

本発明は記録装置及び距離検出方法に関し、特に、例えば、インクジェット方式に従って記録を行なう記録ヘッドを備えた記録装置及びその装置に適用される光学的に記録媒体までの距離を検出する距離検出方法に関する。

インクジェット記録方式に従えば、記録媒体に接触することなく近接距離からインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）がインクを記録媒体に吐出して記録を行う事が可能である。この時、インク液滴の正確な飛翔状態を保証して正確な記録を行う為には、近距離ではあっても記録ヘッドと記録媒体との間のギャップを正しく制御する必要がある。

限定された記録媒体に画像を記録する場合には紙厚の管理によって適正なギャップが確保できる。しかしながら、多種の記録媒体や未知の記録媒体に記録を行なう場合には、記録装置の外部で紙厚を測定しようとしても、記録媒体の端部の飾り細工などが在る場合もあり、その測定は容易ではない場合もある。

一方、記録装置の構造上、プラテン・アイドル・ローラはプラテン上の紙厚を表しており、この高さからギャップを決定する手段もあるが、ローラは摩耗の影響を受けやすく正確な厚さを測定することはできなかった。

このような点を考慮すると、反射型光学センサを用いて記録媒体を検出する方法は、記録媒体に対して非接触であることなどから有力な方法であると言える。

例えば、従来よりも反射型光学センサを用いて記録用紙の反射状態を検知し、紙種の判別を行っているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、光学センサを設けて記録媒体の種類を判別し、画像形成条件を対応させている。図１１には、特許文献１に開示された用紙Ｐに照射される照射光Ｌ₀を射出する発光部１１と、用紙から反射される反射散乱光Ｌ_DRを検知する受光部１２を備えた用紙検知センサが示されている。そして、その用紙検知センサからの出力レベルに基づいて用紙の判別を行う判断手段で用紙を判別するようにしている。なお、図１１において、Ｌ_RRは正反射光、Ｌ_DPは透過散乱光、Ｌ_RPは正透過光である。また、θ₀は用紙Ｐの垂直方向に対する照射光の入射角、θ_νは用紙Ｐの垂直方向に対する反射散乱光の散乱角である。

このような反射型光学センサを用いて記録ヘッドと記録媒体との間のギャップを検出する場合、そのセンサを記録ヘッドを搭載するキャリッジに備える。そして、記録媒体がある場合とない場合の夫々において、記録媒体までの距離と記録媒体の真下に位置するプラテンまでの距離を測定し、両者の差を求めることでそのギャップが求められる。
特開平４−７７６４９号公報（第８頁、第１図）

しかしながら上記従来例の光学的に記録媒体を検出する方法では、記録媒体に凹凸や傾きがあると正確なギャップの検出を行なえないという問題がある。

また、用いられる記録媒体には多様になってきているが、例えば、ＯＨＰなどの透明な記録媒体や正反射し易い記録媒体に対して正確なギャップの検出を行なえないという問題もある。

さらに、センサをキャリッジに搭載した場合、記録ヘッドから吐出されるインクのミストがセンサの受光部や発光部に付着して、検出精度を劣化させることもあり得る。またさらに、長期間にわたり記録装置を使用すると、センサの光源を劣化し、検出精度を劣化させることもあり得る。またさらに、記録ヘッドを搭載したキャリッジは記録動作のたび毎に往復移動をするので、時間の経過とともに機構的に記録媒体と記録ヘッドとの間のギャップを一定に保持することが難しいという問題もある。

従って、センサの検出精度を保持するために自動的に校正することが求められる。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、多種の記録媒体と記録ヘッドとの間のギャップの検出を正確に行い、検出精度保持のために自動校正することが可能な記録装置及びその装置に適用される距離検出方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明の記録装置は以下の構成からなる。

即ち、記録ヘッドを用いて記録媒体に画像を記録する記録装置であって、第１の方向に前記記録媒体を搬送する搬送手段と、前記第１の方向とは直角の第２の方向に前記記録ヘッドを往復移動させる走査手段と、前記記録ヘッドと共に前記走査手段に搭載され、前記記録媒体に対して光を第１の角度で照射する第１の発光素子と、前記記録媒体に対して光を第２の角度で照射する第２の発光素子と、前記第１の発光素子から照射され前記記録媒体による正反射光と前記第２の発光素子から照射され前記記録媒体による乱反射光とを受光する、前記第１の方向と前記第１及び第２の方向に直角な前記記録ヘッドから前記記録媒体への第３の方向とに関し互いに離間して設けられた第１及び第２の受光素子とを一体的に備え、前記記録媒体からの反射光を測定する測定手段と、前記走査手段による走査により前記測定手段による測定可能位置に設けられた、既知の高さをもつ被測定部材と、前記測定手段を制御して、前記記録媒体に対して照射した光の反射光により前記第１及び第２受光素子から得られる出力信号と、前記被測定部材に対して照射した光の反射光により前記第１及び第２受光素子から得られる出力信号とに基づいて、前記記録ヘッドから前記記録媒体までの距離を検出する検出手段とを有することを特徴とする。

ここで、前記被測定部材は既知の第１の高さをもつ第１の部分と第２の高さをもつ第２の部分とを有し、前記検出手段は、前記被測定部材の前記第１の部分に光を照射し前記第１及び第２の受光素子から夫々、第１及び第２の出力信号を取得し、さらに、前記被測定部材の前記第２の部分に光を照射し前記第１及び第２の受光素子から夫々、第３及び第４の出力信号を取得する。

そして、前記検出手段は、さらに、前記第１と第３の出力信号との差である第１の差信号と前記第２と第４の出力信号との差である第２の差信号とを算出し、算出された第１及び第２の差信号から第１の受光素子の利得と第２の受光素子の利得とを求める。

前記検出手段は、このようにして求めた第１及び第２の受光素子夫々の利得と、記録媒体に対して照射した光の反射光により第１及び第２受光素子から得られる出力信号とに基づいて、記録ヘッドから前記記録媒体までの距離を検出する。

さらに、前記検出手段により、前記第１の発光素子から照射され前記記録媒体による正反射光と、前記第２の発光素子から照射され前記記録媒体による乱反射光とに基づいて夫々得られた前記記録ヘッドから前記記録媒体までの第１及び第２の距離を評価する評価手段を有することが望ましい。

前記評価手段は、前記第１と第２の距離とを互いに、そして、前記第１及び第２の距離を夫々所定の値と比較し、その比較結果に従って、前記第１或いは第２の距離のいずれかを記録媒体までの距離として選択することが望ましい。

そして、その比較結果が、第１及び第２の距離が共に同じ所定の範囲内にあることを示しているなら、第１の距離を選択することが望ましい。

また、その比較結果が、第１及び第２の距離が共に同じ所定の範囲内になく、かつ第２の距離が記録媒体の真下に位置するプラテンまでの距離を示しており、かつ、第１の距離が透明の記録媒体の厚さとして期待される値を示しているなら、第１の距離を選択することが望ましい。

或いは、その比較結果が、第１及び第２の距離が共に同じ所定の範囲内になく、かつ、第２の距離が記録媒体の真下に位置するプラテンまでの距離を示していないか、或いは、第１の距離が透明の記録媒体の厚さとして期待される値を示していないかのいずれかであるなら、第２の距離を選択することが望ましい。

なお、前記第１の発光素子は赤外ＬＥＤであり、前記第２の発光素子は可視ＬＥＤであり、前記第１及び第２の受光素子は夫々、第１及び第２のフォトトランジスタであることが望ましい。

また、前記第１及び第２のフォトトランジスタからの出力信号は夫々、前記記録ヘッドから前記記録媒体までの距離に従って変化し、前記第１及び第２のフォトトランジスタからの出力信号の前記距離に従う変化は、互いに異なる特性をもつ。

また他の発明によれば、第１の方向に記録媒体を搬送する搬送手段と前記第１の方向とは直角の第２の方向に記録ヘッドを往復移動させる走査手段とを備え、前記記録ヘッドを用いて前記記録媒体に画像を記録する記録装置における前記記録ヘッドと記録媒体との間の距離検出方法であって、前記搬送手段により前記記録媒体を搬送させ、前記記録ヘッドと共に前記走査手段に搭載され、前記記録媒体に対して光を第１の角度で照射する第１の発光素子と、前記記録媒体に対して光を第２の角度で照射する第２の発光素子と、前記第１の発光素子から照射され前記記録媒体による正反射光と前記第２の発光素子から照射され前記記録媒体による乱反射光とを受光する、前記第１の方向と前記第１及び第２の方向に直角な前記記録ヘッドから前記記録媒体への第３の方向とに関し互いに離間して設けられた第１及び第２の受光素子とを一体的に備えた光学センサを用いて、前記記録媒体に光を照射して前記記録媒体からの反射光を測定する第１の測定工程と、前記走査手段により前記光学センサを走査し、前記光学センサによる測定可能位置に設けられた、既知の高さをもつ被測定部材に光を照射して前記被測定部材からの反射光を測定する第２の測定工程と、前記第１及び第２の測定工程において測定された、前記記録媒体に対して照射した光の反射光により前記第１及び第２受光素子から得られる出力信号と、前記被測定部材に対して照射した光の反射光により前記第１及び第２受光素子から得られる出力信号とに基づいて、前記記録ヘッドと前記記録媒体との間の距離を検出する検出工程とを有することを特徴とする距離検出方法を備える。

従って本発明によれば、既知の高さをもつ被測定部材に光を照射してその反射光を測定し、その測定結果と記録媒体からの反射光の測定結果とを用いて記録ヘッドと記録媒体との間の距離を検出する。

このように既知の高さをもつ測定部材の測定を行なうことで、記録媒体の測定結果を自己校正をすることができるので、正確なギャップ検出を行なうことができるという効果がある。

また、２つの測定結果を評価することで測定対象となる記録媒体の種類に応じた正確な測定結果を得ることができる。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。

なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみを表すものではない。これに加えて、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。

さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきものである。即ち、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。

またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。

＜インクジェット記録装置の説明（図１）＞
図１は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置（以下、記録装置）の構成の概要を示す外観斜視図である。

図１に示されているように、キャリッジ１０１には多目的センサ１０２と記録ヘッド１０３とが搭載されており、搬送ベルト１０４によってシャフト１０５上を走査する。ここで、キャリッジ１０１の走査方向をＸ方向とする。一方、例えば、記録用紙１０６のような記録媒体は搬送ローラ（不図示）によってプラテン１０７上を搬送される。このときの記録用紙１０６の搬送方向をＹ方向とする。また、Ｘ方向とＹ方向によって作られるＸＹ平面に対し垂直な方向をＺ方向とする。ここで、図示されたＸＹＺの矢印側を夫々の方向を上流側、その反対側を下流側と定義する。

記録動作時、搬送ローラによってプラテン１０７上に搬送された記録用紙１０６上をキャリッジ１０１がＸ方向に走査しながら、記録ヘッド１０３からインク滴を吐出する。キャリッジ１０１が記録用紙１０６の端まで走査すると、搬送ローラが一定量記録用紙１０６を搬送し、次の記録走査を行う領域をプラテン１０７上に位置させる。この動作の繰り返しにより画像が記録用紙１０６上に形成される。多目的センサ１０２の測定領域は記録ヘッド１０３の記録位置よりＹ方向に関し下流側に位置し、センサ１０２の下面が記録ヘッド１０３の下面と同位置もしくはそれよりも高くなるように配置される。

図２は多目的センサ１０２の構成図である。

図２において、（ａ）は平面図である、（ｂ）は側面図である。

多目的センサ１０２は光学素子として２つのフォトトランジスタと３つの可視ＬＥＤ、１つの赤外ＬＥＤを一体的に備えており、それぞれの素子は外部回路（不図示）から駆動される。これらの素子は全て直径が最大部分で約４ｍｍの砲弾型素子（一般的なφ３．０〜３．１サイズの量産型タイプ）である。

赤外ＬＥＤ２０１はＸＹ平面と平行な記録用紙１０６の表面（以後、測定面）に対して４５度の照射角を持ち、その照射光中心（照射軸）は測定面の法線（Ｚ軸）と平行なセンサ中心軸２０２と所定の位置で交差するように配置されている。この交点までのセンサからの位置を基準位置と呼ぶ。赤外ＬＥＤ２０１の照射光は開口部によって照射光の幅が調整され、基準位置にある測定面に直径約４〜５ｍｍの照射面を形成するように最適化される。

フォトトランジスタ２０３、２０４は可視光から赤外光までの波長の光に対し感度を持つ。測定面が基準位置にあるとき、フォトトランジスタ２０３、２０４の受光軸が赤外ＬＥＤ２０１の反射軸と平行となる角度で、フォトトランジスタ２０３の受光軸はＸ方向に＋２ｍｍ、Ｚ方向に＋２ｍｍ移動した位置となるように配置される。同様に、フォトトランジスタ２０４の受光軸はＸ方向に−２ｍｍ、Ｚ方向に−２ｍｍ移動した位置となるように配置される。

測定面が基準位置にあるとき、測定面と赤外ＬＥＤ２０１と可視ＬＥＤ２０５の照射軸の交点が一致するが、この位置におけるフォトトランジスタ２０３、２０４の受光領域はこの交点を挟むように形成される。２つの素子の間には厚さ約１ｍｍのスペーサがはさまれており、互いに受光した光が回り込まないような構造となっている。フォトトランジスタ側にも入光範囲を制限するために開口部が設けられており、その大きさは基準位置にある測定面の直径３〜４ｍｍの範囲の反射光のみを受光可能となるように最適化される。

図２において、２０５は緑色の発光波長（約５１０〜５３０ｎｍ）を持つ単色可視ＬＥＤであり、センサ中心軸２０２と一致するように設置される。

２０６は青色の発光波長（約４６０〜４８０ｎｍ）を持つ単色可視ＬＥＤであり、図２（ａ）に示すように可視ＬＥＤ２０５に対しＸ方向に＋２ｍｍ、Ｙ方向に−２ｍｍ移動した位置にある。ＬＥＤ２０６は、測定面が基準位置にあるとき、その照射軸と測定面との交点においてフォトトランジスタ２０３の受光軸と交差するように配置されている。

２０７は赤色の発光波長（約６２０〜６４０ｎｍ）を持つ単色可視ＬＥＤでり、図２（ａ）に示すように可視ＬＥＤ２０５に対しＸ方向に−２ｍｍ、Ｙ方向に＋２ｍｍ移動した位置にある。測定面が基準位置にあるとき、ＬＥＤ２０７は、その照射軸と測定面との交点においてフォトトランジスタ２０４の受光軸と交差するように配置されている。

図３は図１に示した記録装置のプラテン周辺を示す斜視図である。

図３では、図１とは異なる角度から記録装置を眺めている。図３から分かるように、矢印Ａで示したキャリッジ走査方向（図３ではＸ軸方向）に関して、記録用紙１０６の搬送経路外のプラテン１０７の端部には凹凸が設けられている。凸部１０８と凹部１０９のプラテン基準面からの高さは既知である。

なお、矢印Ｂは、記録媒体（この図では記録用紙１０６）の搬送方向、Ｃはインクの吐出方向（或いは、多目的センサ１０２の測距方向）である。

図４は多目的センサ１０２とプラテン１０７との間のギャップを示す図である。

図４に示すように、ギャップはプラテン１０７上を搬送される記録媒体の厚さによって変換する。この実施例では、そのギャップ(距離)を多目的センサ１０２により測定して、適正なギャップ(距離)を確保している。このため、キャリッジ１０１のＺ軸方向の位置を上下するか、現在のギャップをそのままとし、記録ヘッド１０３からのインク吐出特性を変更して、適切な記録が可能なように制御する。

図５は図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。

図５に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、ＲＯＭ６０２、特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、ＲＡＭ６０４、システムバス６０５、Ａ／Ｄ変換器６０６などで構成される。ここで、ＲＯＭ６０２は後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納する。ＡＳＩＣ６０３は、キャリッジモータＭ１の制御、搬送モータＭ２の制御、及び、記録ヘッド１０３の制御のための制御信号を生成する。ＲＡＭ６０４は、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等として用いられる。システムバス６０５は、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行う。Ａ／Ｄ変換器６０６は以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号をＭＰＵ６０１に供給する。

また、ＥＥＰＲＯＭ６０７は、多目的センサ１０２のキャリッジ１０１への取り付け誤差がある場合に治具でキャリッジ高さを測定し、その値と後述するギャップ測定結果との差を補正量として記憶する。これは工場での調整時になされる。この補正量を記憶することにより、今後の測定においてその補正量で測定結果を補正し、正しいギャップを得ることができる。

また、図５において、６１０は画像データの供給源となるコンピュータ（或いは、画像読取り用のリーダやデジタルカメラなど）でありホスト装置と総称される。ホスト装置６１０と記録装置１との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等を送受信する。

さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリントスイッチ６２２、回復スイッチ６２３などから構成される。プリントスイッチ６２２はプリント開始を指令するために用いられる。回復スイッチ６２３は、記録ヘッド３のインク吐出性能を良好な状態に維持するための処理（回復処理）の起動を指示するために用いられる。これらのスイッチは操作者による指令入力を受けるために用いられる。

６３０は装置状態を検出するためのセンサ群であり、上述の多目的センサ１０２、位置センサ６３１、温度センサ６３２等から構成される。位置センサ６３１はフォトカプラなどのホームポジションｈを検出するためのセンサであり、温度センサ６３２は記録装置の適宜の箇所に設けられ環境温度を検出するために用いられるセンサである。

さらに、６４０はキャリッジ２を矢印Ａ方向（Ｘ軸方向）に往復走査させるためのキャリッジモータＭ１を駆動させるキャリッジモータドライバである。６４２は、例えば、記録用紙１０６のような記録媒体を矢印Ｂ方向（Ｙ軸方向）搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる搬送モータドライバである。またさらに、６４４はキャリッジ１０１に実装されるキャリッジ基板であり、記録ヘッド１０３を電気的に接続して、記録装置から電力供給を行い画像信号と制御信号とを転送する。

図６は多目的センサの入出力信号の処理に関係する制御回路の詳細な構成を示すブロック図である。なお、図６において、既に説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付している。

ＭＰＵ６０１は、赤外ＬＥＤ２０１及び可視ＬＥＤ２０５〜２０７のオン／オフ制御信号の出力やフォトトランジスタ２０３、２０４からの受光量に応じて得られる出力信号の演算などを行う。駆動回路３０２はＭＰＵ６０１から送られるオン信号を受けて、夫々のＬＥＤへ定電流を供給し発光させる。一方、Ｉ／Ｖ変換回路３０３は、フォトトランジスタ２０３、２０４から出力信号の電流値を電圧値に変換する。そして、増幅回路３０４により、電圧値に変換された微小な出力信号をＡ／Ｄ変換において最適なレベルまで増幅する。Ａ／Ｄ変換回路６０６は、増幅回路３０４で増幅された出力信号を１０ビットデジタル値に変換してＭＰＵ６０１に入力する。このデジタル信号はＲＡＭ６０４に一時的に格納される。

なお、ＲＯＭ６０２には記録媒体の検出処理に必要な参照テーブルなどが格納され、必要に応じて、ＭＰＵ６０１はその情報をＲＡＭ６０４に読出す。

次に、上記構成の記録装置に備えられた多目的センサ１０２を用いた記録用紙１０６と記録ヘッド１０３との間の距離（ギャップ）検出処理手順について説明する。

図７は反射型光学センサを用いたギャップ検出処理についての原理を示す図である。

一般的な測距システム１では、レンズ４を介して、発光素子５から照射され反射面２０での反射光を受光素子６、７で受光する。ここで、反射面はプラテン１０７であり、記録用紙１０６である。反射面２０は記録用紙の有無、また、記録用紙の種類に従って、発光素子或いは受光素子に対して上下する。ここでは、反射面と受光素子との間の距離をギャップとする。図７において、反射面の上下変動は破線で示しており、破線Ｎがギャップが短かい（近い）場合の反射面を、破線Ｆがギャップが広い(遠い)場合の反射面を表している。

測距システム１において、ギャップが短かい（近い）場合は受光素子６での受光光量が多く、ギャップが広い(遠い)場合は受光素子７での光量が多くなる。これら２つの受光素子で受光した反射光量の比からギャップを演算できるように測距システムは構成されている。一般的なユニットとしては、２つの受光素子が一体化したＰＳＤ（Position Sensitive Device）を用いることで、受光位置に応じて抵抗分割された形での出力電流を得る事ができる。そして、上述のように、Ｉ／Ｖ変換回路３０３は、受光素子（フォトトランジスタ２０３、２０４）から出力信号の電流値を電圧値に変換する。

ところが、２つの受光素子として、フォトトランジスタ２０３、２０４のように単独の受光素子を使った場合に、２つのフォトトランジスタの感度が同一とは限らない。また、発光素子５からの投光パターンに歪みがある場合には、その歪みにより受光強度にアンバランスが生じる。従って、ギャップ検出処理の前に、２つの受光素子の感度が同一になるような校正が必要となる。加えて、実際には記録ヘッド１０３からのインクミストなどによりレンズ４の表面が汚れ、受光素子の等価感度が変化してしまうこともある。その際は汚れに応じた感度調整も必要となる。

また、測距システムの別の実施例として、レンズを使わず受光素子の配光を使って同じような出力信号を得る構成もある。測距システム２、３はいずれもレンズを使わず受光素子の配光を使って同じような出力信号を得る構成となっている。

測距システム２は発光素子９の両側に２つの受光素子１０、１０′を設けた例である。この場合、受光素子１０、１０′は変動するギャップの近地点と遠地点とを狙って設けられる。測距システム３は発光素子９の片側に２つの受光素子１４、１５を設けた例である。この場合にも同様に、受光素子１４、１５は変動するギャップの近地点と遠地点とを狙って設けられる。

なお、図３で説明したように、図７にも示したように反射面であるプラテンの端部には既知の凹凸が設けられており、後述のように既知の凹凸を測距し、その結果から自己校正を行う。

次に以上説明した構成の記録装置におけるギャップ検出処理について、具体的に説明する。

まず、赤外ＬＥＤ２０１を光源として正反射光を用いたギャップ検出について述べる。

この場合、光源である赤外ＬＥＤ２０１はフォトトランジスタ２０３、２０４に記録用紙１０６による正反射を多く伝達し、かつ、可視ＬＥＤ２０５〜２０７を光源とし乱反射を受光する場合と比べ、測距基線長が大きい。このため、ギャップの変化による出力変化が大きいと言う特徴がある。

例えば、乱反射光での検出範囲が基準面から±１．０ｍｍであるとすれば、正反射光での検出範囲は±０．５ｍｍとなる。従って、より高精度での測距ができる。加えて、正反射を利用しているため、フィルム状の透明媒体に関してもギャップの検出が可能になる。

搬送ローラにより記録用紙１０６がプラテン上まで搬送されると、多目的センサ１０２を記録用紙１０６まで搬送し赤外ＬＥＤ２０１を点灯させる。赤外ＬＥＤ２０１から照射された光は測定面で反射され、フォトトランジスタ２０３、２０４はその反射光の一部を受光する。フォトトランジスタ２０３、２０４の出力は、測定面までの距離によって変化する赤外ＬＥＤ２０１の照射領域とフォトトランジスタ２０３、２０４の受光領域とが重なる面積に関連して変化する。

図８はセンサ１０２から測定面までの距離によって変化する照射領域および受光領域の位置の変化を示している。図８において、５０１は赤外ＬＥＤ２０１の照射領域、５０２はフォトトランジスタ２０３の受光領域、５０３はフォトトランジスタ２０４の受光領域である。

図９はセンサから測定面までの距離（ｚ）による２つのフォトトランジスタ出力変動を示す図である。図９において、Ｎ（ｚ）はフォトトランジスタ２０３の出力を表し、Ｆ（ｚ）はフォトトランジスタ２０４の出力を表している。

図８から分かるように、受光領域５０２、５０３の中心は照射領域５０１の中心を外れている。このため、受光領域が照射領域の中心を通る位置を測定するセンサ配置に比べ、この実施例のセンサ配置は、センサから測定面までの距離のわずかな変動によって受光領域５０２、５０３の重なりが大きく変化する。

図８（ａ）はセンサ１０２から測定面までの距離が基準位置より約１ｍｍ近い場合（ｚ＝Ａ）の照射領域５０１と受光領域５０２、５０３の重なり具合を示している。この場合、受光領域５０２の大部分が照射領域５０１と一致している。これをフォトトランジスタ２０３の光束合致点という。従って、図９に示すように、このときのフォトトランジスタ２０３からの出力（Ｎ（ｚ））はピークとなる。これに対して、受光領域５０３は照射領域５０１から外れているので、図９に示すようにこの時フォトトランジスタ２０４から出力（Ｆ（ｚ））は最小レベルとなる。

図８（ｂ）はセンサ１０２から測定面までの距離が基準位置にある場合（ｚ＝Ｂ）の照射領域５０１と受光領域５０２、５０３の重なり具合を示している。この場合、受光領域５０２と照射領域５０１とが一致する面積が受光領域５０３と照射領域５０１とが一致する面積とほぼ同じとなる。従って、そのときのフォトトランジスタ２０３、２０４から出力は、図９に示すようにほぼ同じでピーク時の約１／２となる。

図８（ｃ）はセンサ１０２から測定面までの距離が基準位置より約１ｍｍ遠い場合（ｚ＝Ｃ）の照射領域５０１と受光領域５０２、５０３の重なり具合を示している。この場合、受光領域５０３の大部分が照射領域５０１と一致している。これをフォトトランジスタ２０４の光束合致点という。従って、図９に示すように、このときフォトトランジスタ２０４からの出力（Ｆ（ｚ））はピークとなる。これに対して、受光領域５０２は照射領域５０１から外れているので、フォトトランジスタ２０３からの出力（Ｎ（ｚ））は最小レベルとなる。

このように２つのフォトトランジスタは各光束合致点で一番出力が大きく、そこから離れるに従って出力が低下する。

言い換えると、センサから測定面までの距離に応じて、フォトトランジスタ２０３、２０４の出力が変化する。フォトトランジスタ２０３、２０４の出力がピークとなる位置の間隔はフォトトランジスタ２０３、２０４のＺ方向への相対的なずれ量と測定面に対する傾きと赤外ＬＥＤ２０１の測定面に対する傾きとによって決められる。

なお、外光などの定常光に関しては、光源であるＬＥＤが点灯していない時にこれらのフォトトランジスタから得られる出力を減算することで外乱光の寄与を除去できる。

次にプラテン端部にある既知の凹凸を用いた自己校正について説明する。

図９に示した出力特性を参照すると、測定面（反射面）が近地点にある場合、例えば、フォトトランジスタ２０３の出力は基準位置より−０．５ｍｍで最大となる。その時の利得をｅとすると、フォトトンラジスタ２０３の出力（Ｎ）は一次近似として、Ｎ＝ｅ＊｛Ｋ₀−（ｚ＋５）｝と表される。

同様に、測定面（反射面）が遠地点にある場合、例えば、フォトトランジスタ２０４の出力は基準位置より＋０．５ｍｍで最大となる。その時の利得をｆとすると、フォトトンラジスタ２０４の出力（Ｆ）は一次近似として、Ｆ＝ｆ＊｛Ｋ₀＋（ｚ−５）｝と表される。

ここで、既知凹凸の凸部１０８と凹部１０９の高さを夫々、ｚ＝ｃ、ｚ＝ｄとすると、夫々の部分におけるフォトトランジスタ２０３、２０４の出力は次のようになる。

即ち、凸部１０８において、
Ｎ（ｚ＝ｃ）＝ｅ＊｛Ｋ₀−（ｃ＋５）｝
Ｆ（ｚ＝ｃ）＝ｆ＊｛Ｋ₀＋（ｃ−５）｝である。

また、凹部１０９において、
Ｎ（ｚ＝ｄ）＝ｅ＊｛Ｋ₀−（ｄ＋５）｝
Ｆ（ｚ＝ｄ）＝ｆ＊｛Ｋ₀＋（ｄ−５）｝である。

この結果から、両出力の凹凸出力の差は、次のようになる。

Ｎ（ｃ）−Ｎ（ｄ）＝ｅ＊（ｄ−ｃ）、
Ｆ（ｃ）−Ｆ（ｄ）＝ｆ＊（ｃ−ｄ）である。

ここで、ｃ、ｄは既知の値であるから、２つのトランジスタ夫々の利得ｅ、ｆが算出される。次に、利得ｅ、ｆが求まると、未知のｚの値に対して、２つのフォトトランジスタの出力からギャップの値ｚが求められる。

さて、この実施例ではクリアフィルム等の記録用紙に対しても距離の検出が可能となるように赤外ＬＥＤ２０１とフォトトランジスタ２０３、２０４の角度を正反射角となるように配置した。しかしながら、多目的センサ１０２は可視ＬＥＤ２０５も備えているので、正反射による距離検出が困難な記録用紙に対しては、記録用紙に対しては垂直に照射を行う可視ＬＥＤ２０５を用いてその乱反射光を測定することができる。

以下、可視ＬＥＤ２０５を光源として乱反射光を用いたギャップ検出について述べる。

ここでも、２つのフォトトランジスタの利得が変化したりその受光面がインクミストなどで汚れており、出力特性が変化している可能性があるので、その利得を正確に求める。

例えば、乱反射光での検出範囲が基準面から±１．０ｍｍであるとすれば、図９を参照し、測定面（反射面）が近地点にある場合、フォトトランジスタ２０３の出力は基準位置より−１．０ｍｍで最大となる。その時の利得をａとすると、フォトトンラジスタ２０３の出力（Ｎ）はＮ＝ａ＊｛Ｋ₁−（ｚ＋１０）｝と表される。

これに対して、測定面（反射面）が遠地点にある場合、フォトトランジスタ２０４の出力は基準位置より＋１．０ｍｍで最大となる。その時の利得をｂとすると、フォトトンラジスタ２０４の出力（Ｆ）はＦ＝ｂ＊｛Ｋ₁＋（ｚ−１０）｝と表される。

即ち、凸部１０８において、
Ｎ（ｚ＝ｃ）＝ａ＊｛Ｋ₁−（ｃ＋１０）｝
Ｆ（ｚ＝ｃ）＝ｂ＊｛Ｋ₁＋（ｃ−１０）｝である。

また、凹部１０９において、
Ｎ（ｚ＝ｄ）＝ａ＊｛Ｋ₁−（ｄ＋１０）｝
Ｆ（ｚ＝ｄ）＝ｂ＊｛Ｋ₁＋（ｄ−１０）｝である。

Ｎ（ｃ）−Ｎ（ｄ）＝ａ＊（ｄ−ｃ）、
Ｆ（ｃ）−Ｆ（ｄ）＝ｂ＊（ｃ−ｄ）である。

ここで、ｃ、ｄは既知の値であるから、２つのトランジスタ夫々の利得ａ、ｂが算出される。次に、利得ａ、ｂが求まると、未知のｚの値に対して、２つのフォトトランジスタの出力からギャップの値ｚが求められる。

また、別の算出方法として、既知凹凸の凸部１０８と凹部１０９で夫々得られる２つのフォトトランジスタの出力信号の比からギャップを算出することもできる。

即ち、凹凸の凸部と凹部夫々でのフォトトンラジスタ２０３の出力信号の比は、次のとおりである。

Ｎ（ｃ）／Ｎ（ｄ）
＝ａ＊｛Ｋ₁−（ｃ＋１０）｝／ａ＊｛Ｋ₁−（ｄ＋１０）｝
＝｛Ｋ₁−（ｃ＋１０）｝／｛Ｋ₁−（ｄ＋１０）｝である。

この比は近似的には次のように表される。

Ｎ（ｃ）／Ｎ（ｄ）≒（Ｋ₁−１０−ｃ）／（Ｋ₁−１０−ｄ）
同様に、フォトトランジスタ２０４の出力信号比についても次のとおりである。

Ｆ（ｃ）／Ｆ（ｄ）≒（Ｋ₁−１０＋ｃ）／（Ｋ₁−１０＋ｄ）
このように、２つのフォトトランジスタ夫々の凹凸の凸部と凹部夫々における信号比は利得に依らずユニークな値となる。

このようにして、係数Ｋ₁の値が求められる。次に未知のｚの値に対して、２つのフォトトランジスタのいずれかの出力を求めると、その出力と既知凹凸のいずれかの出力比とからギャップの値ｚが求められる。

以上説明したように、既知凹凸を設け、既知凹凸の測距結果と測定対象となる記録媒体までの測定結果とからギャップを求めることが可能になる。

このように、既知凹凸を基準として距離が算出できるので、測定対象となる記録媒体までの距離測定に誤差を含んでいても、最終的には校正ができた正確な測定が可能となる。

以上のようにして、この実施例では、正反射と乱反射とを利用した２種類の測距結果を得ることができる。

しかしながら、、乱反射の光源である可視ＬＥＤ２０５を用いたギャップ測定に関しては、相対的に測定精度が低く、透明の記録媒体ではその媒体を光が透過してプラテンまでの距離を測定してしまう可能性もある。これに対して、正反射の光源である赤外ＬＥＤ２０１を用いたギャップ測定に関しては、相対的に測定精度が高いが、記録媒体のウネリによる鏡面反射で誤った測定を行なう可能性がある。

従って、この実施例では、正反射光と乱反射光との２つの反射光を用いた測定結果を検討して最適なものを選択している。

図１０は測定結果選択処理を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０では、上述したように２つの光源から得られる正反射光と乱反射光でギャップを測定する。

次に、ステップＳ２０では、２つの測定結果により得られた値が近距離の値（±０．５ｍｍ）にあるかどうかを調べる。ここで、測定結果が近距離を示している場合には、処理はステップＳ３０に進み、測定精度の高い正反射による測定結果を用いたギャップ測定を選択する。これに対して、測定結果が近距離ではないことを示している場合には処理はステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、測定結果が乱反射による測定結果がプラテンまでの距離と推定される距離を表しており、正反射による測定結果が透明な記録媒体であるフィルムの厚さの範囲（０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ）を表しているかどうかを調べる。ここで、この条件が満たされたと判定されるなら、測定対象はフィルムのような透明な記録媒体であると判定して処理はステップＳ３０に進む。

これに対して、測定結果がプラテンまでの距離を表してもいないか、或いは、透明な記録媒体であるフィルムの厚さの範囲にないかの少なくともいずれかであるなら、処理はステップＳ５０に進んで、乱反射による測定結果を用いたギャップ測定を選択する。

このように、正反射と乱反射の夫々の測定結果から測定値の妥当性を検討して適当な方法での測定方法を選択することで、記録媒体の種類に応じた高精度で安定したギャップ測定が行なわれる。

従って以上説明した実施例に従えば、記録媒体の厚さ方向であるＺ方向に関しづれた位置に配置された２つのフォトトランジスタからの出力信号を用いて既知の凸凹により自己校正して記録媒体と記録ヘッドとの間のギャップを正確に検出することができる。

また、２つのフォトトランジスタを用いた測距系夫々に関して、測距と利得制御が可能になるので、受光面にゴミやインクミストが付着して受光光量が低下しても、利得を可変して測定を行なうことも可能になる。

さらに、光源の波長を測定対象となる記録媒体表面粗さに合わせるように、光源の選択をしてギャップの測定を行なっても良い。これにより、広範囲な記録媒体に対する測定が可能になる。

またさらに、フォトトランジスタでの受光光量が異常に大きい場合には、測定対象で鏡面反射が発生していると判定し、その測定結果の妥当性を判定し、誤った測定を排他することもできる。

なお、以上説明した利得調節は、フォトトランジスタでの出力信号に行なうものであったが、受光系回路での調整のみならず、光源となるＬＥＤ側での変調量を変化させることでも調節できる事は言うまでもない。

また以上説明した実施例の多目的センサでは、１光源に対して２つの受光系を備えた構成とした。しかしながら、光学的には２光源に対して１つの受光系を備えた構成でも等価であるから、２光源１受光系のような構成を用いても良い。

また、以上の実施例において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。

以上の実施例は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば、電気熱変換体やレーザ光等）を備えている。そして、その熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させることにより記録の高密度化、高精細化を達成している。

本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。多目的センサの構成図である。図１に示した記録装置のプラテン周辺を示す斜視図である。多目的センサ１０２とプラテン１０７との間のギャップを示す図である。図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。多目的センサの入出力信号の処理に関係する制御回路の詳細な構成を示すブロック図である。反射型光学センサを用いたギャップ検出処理についての原理を示す図である。センサから測定面までの距離によって変化する照射領域および受光領域の位置の変化を示している。センサから測定面までの距離（ｚ）による２つのフォトトランジスタ出力変動を示す図である。測定方法選択処理を示すフローチャートである。用紙に照射される照射光を射出する発光部と、用紙から反射される反射散乱光を検知する受光部を備えた用紙検知センサを示す図である。

符号の説明

１０１キャリッジ
１０２多目的センサ
１０３記録ヘッド
１０４搬送ベルト
１０５シャフト
１０６記録用紙
１０７プラテン
２０１赤外ＬＥＤ
２０２センサ中心軸
２０３、２０４フォトトランジスタ
２０５、２０６、２０７可視ＬＥＤ
３０２駆動回路
３０３Ｉ／Ｖ変換回路
３０４増幅回路
５０１赤外ＬＥＤの照射領域
５０２、５０３フォトトランジスタの受光領域
６０１ＭＰＵ
６０２ＲＯＭ
６０３ＡＳＩＣ
６０４ＲＡＭ
６０６Ａ／Ｄ変換器
６１０ホスト装置

Claims

記録ヘッドを用いて記録媒体に画像を記録する記録装置であって、
第１の方向に前記記録媒体を搬送する搬送手段と、
前記第１の方向とは直角の第２の方向に前記記録ヘッドを往復移動させる走査手段と、
前記記録ヘッドと共に前記走査手段に搭載され、前記記録媒体に対して光を第１の角度で照射する第１の発光素子と、前記記録媒体に対して光を第２の角度で照射する第２の発光素子と、前記第１の発光素子から照射され前記記録媒体による正反射光と前記第２の発光素子から照射され前記記録媒体による乱反射光とを受光する、前記第１の方向と前記第１及び第２の方向に直角な前記記録ヘッドから前記記録媒体への第３の方向とに関し互いに離間して設けられた第１及び第２の受光素子とを一体的に備え、前記記録媒体からの反射光を測定する測定手段と、
前記走査手段による走査により前記測定手段による測定可能位置に設けられた、既知の高さをもつ被測定部材と、
前記測定手段を制御して、前記記録媒体に対して照射した光の反射光により前記第１及び第２受光素子から得られる出力信号と、前記被測定部材に対して照射した光の反射光により前記第１及び第２受光素子から得られる出力信号とに基づいて、前記記録ヘッドから前記記録媒体までの距離を検出する検出手段とを有することを特徴とする記録装置。
前記被測定部材は既知の第１の高さをもつ第１の部分と第２の高さをもつ第２の部分とを有し、
前記検出手段は、前記被測定部材の前記第１の部分に光を照射し前記第１及び第２の受光素子から夫々、第１及び第２の出力信号を取得し、さらに、前記被測定部材の前記第２の部分に光を照射し前記第１及び第２の受光素子から夫々、第３及び第４の出力信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
前記検出手段は、
前記第１の出力信号と前記第３の出力信号との差である第１の差信号と前記第２の出力信号と前記第４の出力信号との差である第２の差信号とを算出し、
前記算出された前記第１及び第２の差信号から前記第１の受光素子の利得と前記第２の受光素子の利得とを求めることを特徴とする請求項２に記載の記録装置。
前記検出手段は、前記第１及び第２の受光素子夫々の利得と、前記記録媒体に対して照射した光の反射光により前記第１及び第２受光素子から得られる出力信号とに基づいて、前記記録ヘッドから前記記録媒体までの距離を検出することを特徴とする請求項３に記載の記録装置。
前記検出手段により、前記第１の発光素子から照射され前記記録媒体による正反射光と、前記第２の発光素子から照射され前記記録媒体による乱反射光とに基づいて夫々得られた前記記録ヘッドから前記記録媒体までの第１及び第２の距離を評価する評価手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の記録装置。
前記評価手段は、
前記第１の距離と前記第２の距離とを互いに、そして、前記第１及び第２の距離を夫々所定の値と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に従って、前記第１の距離と前記第２の距離のいずれかを前記記録媒体までの距離として選択する選択手段を含むことを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
前記比較手段による比較結果が、第１及び第２の距離が共に同じ所定の範囲内にあることを示しているなら、前記選択手段は前記第１の距離を選択することを特徴とする請求項６に記載の記録装置。
前記比較手段による比較結果が、第１及び第２の距離が共に同じ所定の範囲内になく、かつ前記第２の距離が前記記録媒体の真下に位置するプラテンまでの距離を示しており、かつ、前記第１の距離が透明の記録媒体の厚さとして期待される値を示しているなら、前記選択手段は前記第１の距離を選択することを特徴とする請求項６に記載の記録装置。
前記比較手段による比較結果が、第１及び第２の距離が共に同じ所定の範囲内になく、かつ、前記第２の距離が前記記録媒体の真下に位置するプラテンまでの距離を示していないか、或いは、前記第１の距離が透明の記録媒体の厚さとして期待される値を示していないかのいずれかであるなら、前記選択手段は前記第２の距離を選択することを特徴とする請求項６に記載の記録装置。
前記第１の発光素子は赤外ＬＥＤであり、
前記第２の発光素子は可視ＬＥＤであり、
前記第１及び第２の受光素子は夫々、第１及び第２のフォトトランジスタであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の記録装置。
前記第１及び第２のフォトトランジスタからの出力信号は夫々、前記記録ヘッドから前記記録媒体までの距離に従って変化し、
前記第１及び第２のフォトトランジスタからの出力信号の前記距離に従う変化は、互いに異なることを特徴とする請求項１０に記載の記録装置。
第１の方向に記録媒体を搬送する搬送手段と前記第１の方向とは直角の第２の方向に記録ヘッドを往復移動させる走査手段とを備え、前記記録ヘッドを用いて前記記録媒体に画像を記録する記録装置における前記記録ヘッドと記録媒体との間の距離検出方法であって、
前記搬送手段により前記記録媒体を搬送させ、前記記録ヘッドと共に前記走査手段に搭載され、前記記録媒体に対して光を第１の角度で照射する第１の発光素子と、前記記録媒体に対して光を第２の角度で照射する第２の発光素子と、前記第１の発光素子から照射され前記記録媒体による正反射光と前記第２の発光素子から照射され前記記録媒体による乱反射光とを受光する、前記第１の方向と前記第１及び第２の方向に直角な前記記録ヘッドから前記記録媒体への第３の方向とに関し互いに離間して設けられた第１及び第２の受光素子とを一体的に備えた光学センサを用いて、前記記録媒体に光を照射して前記記録媒体からの反射光を測定する第１の測定工程と、
前記走査手段により前記光学センサを走査し、前記光学センサによる測定可能位置に設けられた、既知の高さをもつ被測定部材に光を照射して前記被測定部材からの反射光を測定する第２の測定工程と、
前記第１及び第２の測定工程において測定された、前記記録媒体に対して照射した光の反射光により前記第１及び第２受光素子から得られる出力信号と、前記被測定部材に対して照射した光の反射光により前記第１及び第２受光素子から得られる出力信号とに基づいて、前記記録ヘッドと前記記録媒体との間の距離を検出する検出工程とを有することを特徴とする距離検出方法。