JP2007187570A - 反射型光学センサ及び測定面の表面粗さ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、検出精度が高く、製造コストが廉価な表面粗さ測定用センサを提供することにある。
【解決手段】単一波長の光を発光する発光素子２と、発光素子２の発光光に受光感度を有する２個の受光素子３ｆ、３ｎを備え、受光素子３ｆ、３ｎは夫々の光軸Ｘ_ｄｆ、Ｘ_ｄｎが略平行となるように配設され、発光素子２と受光素子３ｆとは夫々の光軸Ｘ_ｅとＸ_ｄｆとが反射型光学センサ１から所定の距離Ｆ_ａだけ離れた位置Ｐ_ｘｆで、発光素子２と受光素子３ｎとは夫々の光軸Ｘ_ｅとＸ_ｄｎとが反射型光学センサ１から所定の距離Ｎ_ｅだけ離れた位置Ｐ_ｘｎで夫々交差するように配置されている。測定ポイントＳに発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３ｆの光軸Ｘ_ｄｆとが交差する受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｆが位置し、且つ測定ポイントＳにおける法線ＳＮに対して発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３ｆの光軸Ｘ_ｄｆとが同一角θとなるように反射型光学センサ１をセットして測定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、物体表面に照射した光の反射光を検出することによって物体表面の粗さを光学的に検知する反射型光学センサ及びそれを使用した測定面の表面粗さ検出方法に関するものであり、詳しくは、カラーコピー、カラープリンタ等の印刷紙（普通紙、光沢紙、再生紙、コート紙、ＯＨＰシート等）を判別するメディアセンサ、塗装面等の光沢度を測定する光沢センサ、ＦＡ分野で使用される種々の部材の材質判別を行なう材質判別センサ等としての機能を有する反射型光学センサ及びそれを使用した測定面の表面粗さ検出方法に関する。

従来、この種の反射型光学センサには以下に述べるようなものが提案されている。例えば、図１０に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード等の単一波長の光を発光する発光素子を発光源とする投光器５０と、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子を受光源とする受光器５１とを物体表面の垂直線に対する入射角θと反射角θとが同一となるように対峙させ、投光器５０には偏光板５２が設けられ、受光器５１には偏光ビームスプリッタ５３が設けられて偏光ビームスプリッタ５３で分離された反射光を受光するように補正受光器５４が設けられている。

このような構成の反射型光学センサ５５において、投光器５０から出射された単一波長の光は、偏光板５２を通過してある特定の方向に振動面をもつ偏った光「偏光」になって物体表面５６に照射され、物体表面５６で反射された偏光は偏光ビームスプリッタ５３で分離されて受光器５１と補正受光器５４の夫々で検出されて信号を出力する。

このとき、被測定物の物体表面５６で反射された偏光のうち、投光器５０から出射されて偏光板５２を通過した偏光と同一方向の振動面をもつ偏光は偏光ビームスプリッタ５３を介して受光器５１で検出され、異なる振動面をもつ偏光は同じく偏光ビームスプリッタ５３を介して補正受光器５４で検出される。

その結果、夫々受光した偏光に基づく受光器５１の出力と補正受光器５４の出力との比率を算出することによって被測定物の表面粗さを検知することができるものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２８１９９１号公報

上記構成の反射型光学センサは、普通紙、光沢紙、再生紙、コート紙、ＯＨＰシート等の印刷紙の印刷メディア判別が可能である以上に、例えば、１つの印刷メディアである光沢紙を光沢度に基づいて更に細かく判別することができる程度の精度を有しており、検出分解能も高い。

しかしながら、上記構成の反射型光学センサは同時に、構成部品に偏光光学素子（偏光板及び偏光ビームスプリッタ）が必要なために製造コストが嵩むという問題点を有していた。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、検出精度が高く、製造コストが廉価な表面粗さ測定用センサを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、発光部と、前記発光部の発光光に受光感度を有する受光部とを、夫々の光軸が前記発光部の発光方向及び前記受光部の受光方向において所定の角度で交差するように配設した受発光部が可動自在に支持されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記光軸の交差点を含み、該交差点を通り交差角を２等分する２等分線に垂直な面となるように被測定物の測定面を位置させた状態で前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面で反射されて前記受光部で検出された光の光量と、前記２等分線に沿って前記受発光部を可動して該受発光部を前記被測定物の測定面に一定距離近づけるか又は遠ざけた状態で前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面で反射されて前記受光部で検出された光の光量とを、演算処理することによって前記被測定物の表面粗さを検出することが可能なことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、発光部と、前記発光部の発光光に受光感度を有する受光部とを、夫々の光軸が前記発光部の発光方向及び前記受光部の受光方向において所定の角度で交差するように配設した受発光部と、
被測定物の測定面が測定面に垂直の方向に可動自在となるよう支持する支持部とを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項３において、前記光軸の交差点を含み、該交差点を通り交差角を２等分する２等分線に垂直な面となるように被測定物の測定面を位置させた状態で前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面で反射されて前記受光部で検出された光の光量と、前記２等分線に沿って前記被測定物の測定面を可動して該受発光部を前記被測定物の測定面に一定距離近づけるか又は遠ざけた状態で前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面で反射されて前記受光部で検出された光の光量とを、演算処理することによって前記被測定物の表面粗さを検出することが可能なことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、発光部と、前記発光部の発光光に受光感度を有する２つの受光部を有し、前記発光部の光軸と所定の同一角度で交差する２本の線を想定し、前記夫々の線を前記発光部から出射された光の反射光線としたときに、該夫々の反射光線を検出するように前記受光部が配設されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載された発明は、請求項５において、前記発光部の光軸と前記２本の線のうちの一方の線との第一の交差点を含み、該第一の交差点を通り交差角を２等分する２等分線に垂直な面となるように被測定物の測定面を位置させ、前記発光部の光軸と前記２本の線のうちの他方の線との第二の交差点が前記第一の交差点よりも前記反射型光学センサ側に位置するような状態において、前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面の前記第一の交差点で反射されて前記受光部で検出された光の光量と、前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面で反射されて前記第二の交差点を通って前記受光部で検出された光の光量とを、演算処理することによって前記被測定物の表面粗さを検出することが可能なことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載された発明は、請求項１〜６のいずれか１項において、前記発光部は発光ダイオード及びレーザダイオードのうちのいずれか一方を含み、前記受光部はフォトダイオード及びフォトトランジスタのうちのいずれか一方を含むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に記載された発明は、
発光素子から測定対象へ光を照射し、測定対象からの反射光を受光素子で受光する第１の段階と、
受光素子からの出力を第１の記憶領域に格納する第２の段階と、
前記発光素子と測定対象の間の距離を変化させる第３の段階と、
発光素子から測定対象へ光を照射し、測定対象からの反射光を受光素子で受光する第４の段階と、
受光素子からの出力を第２の記憶領域に格納する第５の段階と、
第１の記憶領域と第２の記憶領域にそれぞれ格納された出力を用いて演算する第６の段階と、
演算の結果を出力する第７の段階と、
を含むことを特徴とするものである。

本発明の反射型光学センサは、発光素子から出射した単一波長の光を被測定物の表面に照射し、照射面の異なる位置で反射した２つの正反射光を前記発光素子の発光光に受光感度を有する２つの受光素子または２つの受光部を１つのパッケージ内に実装した受光素子のいずれか一方で検出し、その検出光量を演算処理することによって被測定物の表面粗さが検知できるような簡単な構成となっている。

その結果、表面粗さ測定用センサを、検出精度が高く、製造コストが廉価な反射型光学センサによって提供することができる。

検出精度が高く、製造コストが廉価な表面粗さ測定用センサを提供するという目的を、発光素子から出射した単一波長の光を被測定物の表面に照射し、照射面の異なる位置で反射した２つの正反射光を前記発光素子の発光光に受光感度を有する２つの受光素子または２つの受光部を１つのパッケージ内に実装した受光素子のいずれか一方で検出し、その検出光量を演算処理することによって被測定物の表面粗さが検知できるような簡単な構成の反射型光センサとすることで実現した。

以下、この発明の好適な実施例を図１〜９を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施例は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施例に限られるものではない。

図１は本発明の反射型光学センサに係わる実施例１を表す概念図である。本実施例における反射型光学センサ１は（ａ）のように、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード等の単一波長の光を発光する発光体（ベアチップ）が１個実装された（図示せず）発光素子２と、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の光を検出する受光体（ベアチップ）が１個実装された（図示せず）受光素子３とによって構成された受発光部４を備えている。受発光部４を構成する発光素子２と受光素子３とは、夫々の光軸Ｘ_ｅとＸ_ｄとが受発光部４から所定の距離Ｆ_ａだけ離れた位置Ｐ_ｘで交差するように配設されている。

そこで、被測定物の表面粗さを測定する場合は、まず（ｂ）のように、表面粗さを測定する被測定物５の表面６の測定ポイントＳに受発光光軸クロスポイントＰ_ｘが位置し、且つ被測定物５表面６の測定ポイントＳにおける法線ＳＮに対して発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３の光軸Ｘ_ｄとが同一角θとなるように反射型光学センサ１をセットする。

そして、発光素子２に電圧を供給して点灯させると、発光素子２から出射した光は受発光光軸クロスポイントＰ_ｘでもある被測定物５の表面６の測定ポイントＳに至り、測定ポイントＳで反射された正反射光が受光素子３で検出される。このときに受光素子３からは受光光量に対応した出力信号Ｖ_ｏｆが送出される。

次に、（ｃ）のように、被測定物５の表面６が受発光光軸クロスポイントＰ_ｘよりも反射型光学センサ１側に、且つ受発光部４からの距離が所定の距離となるような位置に、受発光部４を可動させる。そして再度、発光素子２に電圧を供給して点灯させ、発光素子２から出射して被測定物５の表面６で反射された正反射光を受光素子３で検出する。このときに受光素子３からは受光光量に対応した出力信号Ｖ_ｏｎが送出される。

上記操作によって得られた受光素子３の出力信号Ｖ_ｏｆとＶ_ｏｎとの比または差を算出し、その結果を予め作成しておいたテーブルに照らし合わせて被検出物表面の状態を推定することによって、メディア判別、紙種判別、材質判別等を行なうことが可能となる。

図２は反射型光学センサ１の受発光部４と被測定物５の表面６との距離と受光素子３から送出される出力信号との関係（「距離−出力特性」。以下、距離特性と略称する）を、普通紙、光沢紙及びＯＨＰシートの３つのメディアについて表したグラフである。

横軸は受発光部と被測定物表面との距離、縦軸は受光素子の相対出力を表している。このグラフより、ＯＨＰシートのように被測定物の表面状態が鏡面に近い場合は、距離特性のピークが受発光部と被測定物表面との距離が短い側に存在し、普通紙のように被測定物の表面状態が拡散面に近くなって光の拡散度合が大きくなるにつれて距離特性のピークは受発光光軸クロスポイントに近づくことがわかる。

更にメディアの場合、Ｖ_ｏｆ／Ｖ_ｏｎ＞１の関係が成り立つときは普通紙、Ｖ_ｏｆ／Ｖ_ｏｎ≒１の関係が成り立つときは光沢紙、Ｖ_ｏｆ／Ｖ_ｏｎ＜１の関係が成り立つときはＯＨＰシートであることが特定できる。従って、Ｖ_ｏｆとＶ_ｏｎとの関係を求めることによってメディア判別が可能であることもわかる。

なお、本実施例では被測定物を固定し、反射型光学センサの受発光部を可動させることによって受発光部と被測定物表面との距離を調整するような構成にしたが、受発光部を固定して被測定物を可動するような構成にしてもよいし、受発光部と被測定物の両方を可動するような構成にしてもよい。つまり、受発光部と被測定物との距離が相対的に調整できるような構成であればいずれの構成でもかまわない。

図３は本発明の反射型光学センサに係わる実施例２を表す概念図である。本実施例は上述の実施例１と同様の検出原理に基づくものであるが、実施例１では１対の受発光素子で構成された受発光部を被測定物表面に対して可動させる構造としたのに対し、本実施例では（ａ）のように、反射型光学センサ１は１個の発光素子と２個の受光素子３ｆ、３ｎとで構成されており、発光素子２及び受光素子３ｆ、３ｎは反射型光学センサ１内に固定されている。

２個の受光素子３ｆ、３ｎは夫々の光軸Ｘ_ｄｆ、Ｘ_ｄｎが略平行となるように配設されており、発光素子２と受光素子３ｆとは、夫々の光軸Ｘ_ｅとＸ_ｄｆとが反射型光学センサ１から所定の距離Ｆ_ａだけ離れた位置Ｐ_ｘｆで交差するように配置されている。

一方、発光素子２と受光素子３ｎとは、夫々の光軸Ｘ_ｅとＸ_ｄｎとが反射型光学センサ１から所定の距離Ｎ_ｅだけ離れた位置Ｐ_ｘｎで交差するように配置されている。発光素子２の光軸Ｘ_ｅと２個の受光素子３ｆ、３ｎの夫々の光軸Ｘ_ｄｆ、Ｘ_ｄｎとが交差する受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｆ、Ｐ_ｘｎは、反射型光学センサ１に近い方からＰ_ｘｎ、Ｐ_ｘｆの順に位置している。

このような構成の反射型光学センサ１によって被測定物の表面粗さを測定する場合は（ｂ）のように、表面粗さを測定する被測定物５の表面６の測定ポイントＳに、発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３ｆの光軸Ｘ_ｄｆとが交差する受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｆが位置し、且つ被測定物５表面６の測定ポイントＳにおける法線ＳＮに対して発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３ｆの光軸Ｘ_ｄｆとが同一角θとなるように反射型光学センサ１をセットする。そのため、発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３ｎの光軸Ｘ_ｄｎとが交差する受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｎは、被測定物５表面６と反射型光学センサ１との間に位置することになる。

そして、発光素子２に電圧を供給して点灯させると、発光素子２から出射した光は受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｆでもある被測定物５の表面６の測定ポイントＳに至り、測定ポイントＳで反射された正反射光が受光素子３ｆで検出される。このときに受光素子３ｆからは受光光量に対応した出力信号Ｖ_ｏｆが送出される。

また同時に、発光素子２から出射して受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｆでもある被測定物５の表面６の測定ポイントＳに至り、測定ポイントＳで反射された正反射光のうちの一部は受光素子３ｎで検出される。このときに受光素子３ｎからは受光光量に対応した出力信号Ｖ_ｏｎが送出される。

このとき、予め規定の表面粗さを有する被測定物を測定してそのときの受光素子３ｆ、３ｎの夫々の出力信号Ｖ_ｏｆ、Ｖ_ｏｎが同一レベルとなるように調整しておき、上記実測時に得られた受光素子３ｆ、３ｎの夫々の出力信号Ｖ_ｏｆ、Ｖ_ｏｎの比または差を算出するか、あるいは被測定物を測定したときの受光素子３ｆ、３ｎの夫々の出力信号Ｖ_ｏｆ、Ｖ_ｏｎを記憶しておき、その出力信号Ｖ_ｏｆ、Ｖ_ｏｎの比または差を算出して得られた結果を、予め作成しておいたテーブルに照らし合わせて被検出物表面の状態を推定することによって、メディア判別、紙種判別、材質判別等を行なうことが可能となる。

例えば、規定の表面粗さを有する被測定物を光沢紙とし、予め光沢紙を測定してそのときの受光素子３ｆ、３ｎの夫々の出力信号Ｖ_ｏｆ、Ｖ_ｏｎが同一レベルとなるように調整しておき、メディア判別したい被測定物の測定で得られた受光素子３ｆ、３ｎの夫々の出力信号をＶ_ｏｆ、Ｖ_ｏｎとすると、Ｖ_ｏｆ／Ｖ_ｏｎ＞１の関係が成り立つときは普通紙、Ｖ_ｏｆ／Ｖ_ｏｎ≒１の関係が成り立つときは光沢紙、Ｖ_ｏｆ／Ｖ_ｏｎ＜１の関係が成り立つときはＯＨＰシートであることが特定できる。従って、Ｖ_ｏｆとＶ_ｏｎとの関係を求めることによってメディア判別が可能であることもわかる。

本実施例の反射型光学センサは、可動部が不要であるために構造が簡単であり、製造コストが廉価である。

図４は本発明の反射型光学センサに係わる実施例３を表す概念図である。本実施例は上述の実施例２と同様に、反射型光学センサ１は１個の発光素子２と２個の受光素子３ｆ、３ｎとで構成されており、発光素子２及び受光素子３ｆ、３ｎは反射型光学センサ１内に固定されている。また、２個の受光素子３ｆ、３ｎは夫々の光軸Ｘ_ｄｆ、Ｘ_ｄｎが略平行となるように配設されている。

本実施例が上記実施例２と異なる点は、本実施例においては（ａ）のように、受光素子３ｆ、３ｎには夫々透光性材料からなるライトガイド７ｆ、７ｎが設けられており、発光素子２とライトガイド７ｆとは、発光素子２の光軸Ｘ_ｅとライトガイド７ｆの光軸Ｘ_ｇｆとが反射型光学センサ１から所定の距離Ｆ_ａだけ離れた位置Ｐ_ｘｆで交差するように配置されている。

一方、発光素子２とライトガイド７ｎとは、発光素子２の光軸Ｘ_ｅとライトガイド７ｎの光軸Ｘ_ｇｎとが反射型光学センサ１から所定の距離Ｎ_ｅだけ離れた位置Ｐ_ｘｎで交差するように配置されている。発光素子２の光軸Ｘ_ｅと２個のライトガイド７ｆ、７ｎの夫々の光軸Ｘ_ｇｆ、Ｘ_ｇｎとが交差する受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｆ、Ｐ_ｘｎは、反射型光学センサ１に近い方からＰ_ｘｎ、Ｐ_ｘｆの順に位置している。

また、受光素子３ｆの光軸Ｘ_ｄｆと受光素子３ｆに設けられたライトガイド７ｆの光軸Ｘ_ｇｆとは同一線上にはなく、同様に受光素子３ｎの光軸Ｘ_ｄｎと受光素子３ｎに設けられたライトガイド７ｎの光軸Ｘ_ｇｎとは同一線上にはない。よって、ライトガイド７ｆの光軸Ｘ_ｇｆとライトガイド７ｎの光軸Ｘ_ｇｎとの間隔を、受光素子３ｆの光軸Ｘ_ｄｆと受光素子３ｎの光軸Ｘ_ｄｎとの間隔よりも接近させることが可能となり、反射型光学センサの小型化に寄与する構成となっている。

このような構成の反射型光学センサ１によって被測定物の表面粗さを測定する場合は（ｂ）のように、表面粗さを測定する被測定物５の表面６の測定ポイントＳに、発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３ｆに設けられたライトガイド７ｆの光軸Ｘ_ｇｆとが交差する受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｆが位置し、且つ被測定物５表面６の測定ポイントＳにおける法線ＳＮに対して発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３ｆに設けられたライトガイド７ｆの光軸Ｘ_ｇｆとが同一角θとなるように反射型光学センサ１をセットする。そのため、発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３ｎに設けられたライトガイド７ｎの光軸Ｘ_ｇｎとが交差する受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｎは、被測定物５表面６と反射型光学センサ１との間に位置することになる。

そして、発光素子２に電圧を供給して点灯させると、発光素子２から出射した光は受発光光軸クロスポイントＰ_Ｘｆでもある被測定物５の表面６の測定ポイントＳに至り、測定ポイントＳで反射された正反射光がライトガイド７ｆ内を導光されて受光素子３ｆで検出される。このときに受光素子３ｆからは受光光量に対応した出力信号Ｖ_ｏｆが送出される。

また同時に、発光素子２から出射して受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｆでもある被測定物５の表面６の測定ポイントＳに至り、測定ポイントＳで反射された正反射光のうちの一部はライトガイド７ｎ内を導光されて受光素子３ｎで検出される。このときに受光素子３ｎからは受光光量に対応した出力信号Ｖ_ｏｎが送出される。

なお、その後の出力信号処理は上記実施例２と同様であるので説明は省略する。

本実施例の場合、受光素子３ｆ、３ｎの夫々に設けられるライトガイド７ｆ、７ｎは、個別に形成された受光素子とライトガイドとを接続することによって一体化してもよいし、受光素子の作製時にライトガイドを一体形成してもよい。

図５は本発明の反射型光学センサに係わる実施例４を表す概念図である。本実施例は上述の実施例２及び実施例３と同様に、反射型光学センサ１は１個の発光素子２と２個の受光素子３ｆ、３ｎとで構成されており、発光素子２及び受光素子３ｆ、３ｎは反射型光学センサ１内に固定されている。

本実施例が上記実施例２及び実施例３と異なる点は、２個の受光素子３ｆ、３ｎとの間にビームスプリッタ８が配設されていることである。本実施例で被測定物の表面粗さを測定する場合は、表面粗さを測定する被測定物５の表面６の測定ポイントＳに、発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３ｆの光軸Ｘ_ｄｆの延長線がビームスプリッタ８を透過して被測定物５の表面６に至る光軸Ｘ_ｄｆ延長線とが交差する受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｆが位置し、且つ被測定物５表面６の測定ポイントＳにおける法線ＳＮに対して発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３ｆの光軸Ｘ_ｄｆ延長線とが同一角θとなるように反射型光学センサ１をセットする。そのため、発光素子２の光軸Ｘ_ｅと受光素子３ｎの光軸Ｘ_ｄｎの延長線がビームスプリッタ８で反射された光軸Ｘ_ｄｎ延長線とが交差する受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｎは、被測定物５表面６と反射型光学センサ１との間に位置することになる。

そして、発光素子２に電圧を供給して点灯させると、発光素子２から出射した光は受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｆでもある被測定物５の表面６の測定ポイントＳに至り、測定ポイントＳで全反射された正反射光がビームスプリッタ８を透過して受光素子３ｆで検出される。このときに受光素子３ｆからは受光光量に対応した出力信号Ｖ_ｏｆが送出される。

また同時に、発光素子２から出射して受発光光軸クロスポイントＰ_ｘｆでもある被測定物５の表面６の測定ポイントＳに至り、測定ポイントＳで反射された正反射光のうちの一部はビームスプリッタ８で反射されて受光素子３ｎで検出される。このときに受光素子３ｎからは受光光量に対応した出力信号Ｖ_ｏｎが送出される。

なお、その後の出力信号処理は上記実施例２及び実施例３と同様であるので説明は省略する。

本実施例は、受光素子３ｆで検出される正反射光と受光素子３ｎで検出される正反射光との間隔を接近させた状態に構成することが可能となり、上記実施例３と同様に反射型光学センサの小型化に寄与する構成となっている。

図６は本発明の反射型光学センサに係わる実施例５を表す概念図である。本実施例では、反射型光学センサ１は１個の発光素子２と１個の受光素子３とで構成されており、発光素子２及び受光素子３は反射型光学センサ１内に固定されている。

但し、受光素子３は独立した２個の受光部を備えており（図示せず）、２個の受光部が１つのパッケージ内に実装された構成となっている。２個の受光部の構成は、１個の半導体基板内に２箇所の独立した受光エリアを設けたモノリシック型、又は、半導体基板内に１個の受光エリアを設けた受光体を２個並設したハイブリッド型が可能である。そして、モノリシック型の場合には、２箇所の受光エリアの間に遮光部を設けて夫々の受光エリアに入射した光のアイソレーションを行い、互いに受光エリア間の干渉を阻止してＳ／Ｎ比を高めるような手段が施されており、ハイブリッド型の場合には、２箇所の受光体の間に遮光部を設けて夫々の受光体に入射した光のアイソレーションを行い、互いに受光体間の干渉を阻止してＳ／Ｎ比を高めるような手段が施されている。

なお、被測定物５の表面６粗さを測定する場合の被測定物５に対する反射型光学センサ１の位置関係、測定手法、測定信号処理等は上記実施実施例２と同様であるので説明は省略する。

本実施例は、受光素子を、独立した２個の受光部を１つのパッケージ内に実装した構成としたことで反射型光学センサの小型化が可能となる。また、独立した２個の受光部の位置精度が高められるために検出精度及検出の再現性を向上させることができる。

ところで、発光素子及び受光素子は夫々単独で配設されることもあるが、レンズや図４で示したようなライトガイド等の光学要素とを組み合わせて配設されることもある。この場合、発光素子と光学要素との組み合わせを発光部、受光素子と光学要素との組み合わせを受光部と称することができる。

すると、光学要素の光軸が測定面に対して所定の角度をなしていれば、該光学要素と組み合わされた発光素子及び受光素子はその光軸方向（言い換えると、発光素子に実装されたベアチップ及び受光素子に実装されたベアチップの光軸方向）を必ずしも測定面に対して制約されるものではない。

例えば、図４で示す反射型光学センサの場合、２つのライトガイドの夫々の光軸が測定面に対して所定の角度をなしていれば、２つの受光素子（受光素子に実装されたベアチップ）の光軸は必ずしも互いに平行である必要はない。

ここまでは、本発明の反射型光学センサに係わる実施例１〜５について詳細に説明してきたが、次に、これら実施例の反射型光学センサを使用した測定面の表面粗さ検出方法について説明する。

それは概略７段階の手順を経て結果が得られるものであり、
発光素子から測定対象へ光を照射し、測定対象からの反射光を受光素子で受光する第１の段階と、
受光素子からの出力を第１の記憶領域に格納する第２の段階と、
前記発光素子と測定対象の間の距離を変化させる第３の段階と、
発光素子から測定対象へ光を照射し、測定対象からの反射光を受光素子で受光する第４の段階と、
受光素子からの出力を第２の記憶領域に格納する第５の段階と、
第１の記憶領域と第２の記憶領域にそれぞれ格納された出力を用いて演算する第６の段階と、
演算の結果を出力する第７の段階と、からなっている。

つまり、本発明の反射型光学センサは、発光素子から出射して被測定物の表面で反射され反射光のうち、反射光とその他の反射光の夫々を受光した受光素子の夫々の受光光量に対応した出力信号について正規化し、正規化後の出力信号の比または差を算出して得られた結果を、予め作成しておいたテーブルに照らし合わせて被検出物表面の状態を推定することによって、メディア判別、紙種判別、材質判別等を行なうことが可能となるものである。

それに対し、図７に示すように、発光素子から出射されて被測定物の表面で反射された正反射光と、乱反射された乱反射光との光量比または差を算出し、得られた結果によってメディア判別、紙種判別、材質判別等を行なう方法も実用化されている。

そこで、本発明の構成からなる反射型光学センサと、図７に示す比較例の構成からなる反射型光学センサとが図８に示す被測定物を測定して得た判別特性を図９に示している。図９において横軸は被測定紙Ｎｏ、縦軸のうち右側縦軸は本発明の反射型光学センサで得られた２つの反射光量において正反射受光量とその他の反射受光量との比、左側縦軸は比較例の反射型光学センサで得られた反射光量において正反射光量と乱反射光量との比を表している。

図９によって明らかなように、本発明の反射型光学センサの判別特性は、比較例の反射型光学センサの判別特性に対してリニアリティが大幅に改善されており、比較例では困難であった光沢紙グループの詳細判別が本発明の反射型光学センサでは可能であることが分かる。

また、光沢紙と普通紙との境にいおいて、本発明の反射型光学センサで得られた２つの正反射光量の比は、比較例の反射型光学センサで得られた正反射光量と乱反射光量との比よりも変化量が大きいことがわかる。これは、本発明の反射型光学センサが比較例の反射型光学センサよりも検出分解能が高いことを示している。

以上詳細に説明したように、本発明の反射型光学センサは、表面状態の違いが正反射光を検出媒体とする反射型光学センサの距離特性の違いとなる性質を利用しており、簡単な構成（１つの発光素子と２つの受光部）で高分解能な性能を有する反射型光学センサを安価に実現可能にしたものである。

本発明に係わる反射型光学センサの実施例１を示すものであり、（ａ）は反射型光学センサの概念図、（ｂ）及び（ｃ）は測定時の概念図である。 実施例１の測定結果を示すグラフである。 本発明に係わる反射型光学センサの実施例２を示すものであり、（ａ）は反射型光学センサの概念図、（ｂ）は測定時の概念図である。 本発明に係わる反射型光学センサの実施例３を示すものであり、（ａ）は反射型光学センサの概念図、（ｂ）は測定時の測定概念図である。 本発明に係わる反射型光学センサの実施例４の測定時の測定概念図である。 本発明に係わる反射型光学センサの実施例５の測定時の概念図である。 比較例の反射型光学センサを示す概略図である。 本発明及び比較例の測定で使用する被測定物の仕様を示す表である。 本発明と比較例の判別特性を示すグラフである。 従来の反射型光学センサを示す概念図である。

符号の説明

１ 反射型光学センサ
２ 発光素子
３、３ｆ、３ｎ 受光素子
４ 受発光部
５ 被測定物
６ 表面
７ｆ，７ｎ ライトガイド
８ ビームスプリッタ

Claims (8)

1. 発光部と、前記発光部の発光光に受光感度を有する受光部とを、夫々の光軸が前記発光部の発光方向及び前記受光部の受光方向において所定の角度で交差するように配設した受発光部が可動自在に支持されていることを特徴とする反射型光学センサ。
2. 前記光軸の交差点を含み、該交差点を通り交差角を２等分する２等分線に垂直な面となるように被測定物の測定面を位置させた状態で前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面で反射されて前記受光部で検出された光の光量と、前記２等分線に沿って前記受発光部を可動して該受発光部を前記被測定物の測定面に一定距離近づけるか又は遠ざけた状態で前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面で反射されて前記受光部で検出された光の光量とを、演算処理することによって前記被測定物の表面粗さを検出することが可能なことを特徴とする請求項１に記載の反射型光学センサ。
3. 発光部と、前記発光部の発光光に受光感度を有する受光部とを、夫々の光軸が前記発光部の発光方向及び前記受光部の受光方向において所定の角度で交差するように配設した受発光部と、
   被測定物の測定面が測定面に垂直の方向に可動自在となるよう支持する支持部とを含むことを特徴とする反射型光学センサ。
4. 前記光軸の交差点を含み、該交差点を通り交差角を２等分する２等分線に垂直な面となるように被測定物の測定面を位置させた状態で前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面で反射されて前記受光部で検出された光の光量と、前記２等分線に沿って前記被測定物の測定面を可動して該受発光部を前記被測定物の測定面に一定距離近づけるか又は遠ざけた状態で前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面で反射されて前記受光部で検出された光の光量とを、演算処理することによって前記被測定物の表面粗さを検出することが可能なことを特徴とする請求項３に記載の反射型光学センサ。
5. 発光部と、前記発光部の発光光に受光感度を有する２つの受光部を有し、前記発光部の光軸と所定の同一角度で交差する２本の線を想定し、前記夫々の線を前記発光部から出射された光の反射光線としたときに、該夫々の反射光線を検出するように前記受光部が配設されていることを特徴とする反射型光学センサ。
6. 前記発光部の光軸と前記２本の線のうちの一方の線との第一の交差点を含み、該第一の交差点を通り交差角を２等分する２等分線に垂直な面となるように被測定物の測定面を位置させ、前記発光部の光軸と前記２本の線のうちの他方の線との第二の交差点が前記第一の交差点よりも前記反射型光学センサ側に位置するような状態において、前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面の前記第一の交差点で反射されて前記受光部で検出された光の光量と、前記発光部から出射されて前記被測定物の測定面で反射されて前記第二の交差点を通って前記受光部で検出された光の光量とを、演算処理することによって前記被測定物の表面粗さを検出することが可能なことを特徴とする請求項５に記載の反射型光学センサ。
7. 前記発光部は発光ダイオード及びレーザダイオードのうちのいずれか一方を含み、前記受光部はフォトダイオード及びフォトトランジスタのうちのいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の反射型光学センサ。
8. 発光素子から測定対象へ光を照射し、測定対象からの反射光を受光素子で受光する第１の段階と、
   受光素子からの出力を第１の記憶領域に格納する第２の段階と、
   前記発光素子と測定対象の間の距離を変化させる第３の段階と、
   発光素子から測定対象へ光を照射し、測定対象からの反射光を受光素子で受光する第４の段階と、
   受光素子からの出力を第２の記憶領域に格納する第５の段階と、
   第１の記憶領域と第２の記憶領域にそれぞれ格納された出力を用いて演算する第６の段階と、
   演算の結果を出力する第７の段階と、
   を含むことを特徴とする測定面の表面粗さ検出方法。

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