JP2012194445A - 光学センサ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源と、前記光源より出射された光を記録媒体に照射し、前記記録媒体における正反射光の光の強度を検出する光検出器と、を有し、前記光源より前記記録媒体に入射する光の前記記録媒体の法線に対する角度は、80°以上、88°以下であることを特徴とする光学センサを提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】図10
Description
ところで、記録紙の表面の状態は、共焦点顕微鏡等により測定することも可能であるが、記録紙における表面の凹凸は傾斜が急であり、測定結果にノイズ成分が多く含まれ、かつ、測定に長時間を要する。このため、製紙業界等においては、記録紙等の紙における表面状態の指標として、測定方法が簡便なエアリーク試験による測定結果に基づき紙の平滑度が評価されている。この平滑度の指標は紙に関する業界でも使用されており、例えば、複写機の開発においても、紙の平滑度を基準の一つとして、印刷条件を最適化するべく開発が行なわれてきた。即ち、紙の表面状態を示す指標としては、2乗平均高さRa等の一般的な表面の状態を示す指標よりも、エアリーク試験による測定結果が利用されている。しかしながら、エアリーク試験は測定が簡便であるものの、装置が大型化し、かつ、測定に時間を要するといった問題点を有している。このため、低価格で、画像形成装置等の装置内に設置することができ、エアリーク試験と同様の紙の表面状態、即ち、平滑性を検査することのできる光学センサが求められている。
次に、本実施の形態における光学センサ100について説明する。図11に本実施の形態における光学センサ100を示す。本実施の形態における光学センサ100は、光源110、光源110から出射された光をコリメートするコリメートレンズ120、記録紙20に正反射された光を検出するフォトダイオード等からなる正反射光検出器130、正反射光検出器130に所定の角度の光のみを入射させるためのアパーチャ140を有しており、記録紙20に入射する光の角度θが、80°以上、88°以下のものである。また、正反射光検出器130には制御部150が接続されており、光学センサ100の制御及び各種演算等を行なう。
(光源)
本実施の形態における光学センサにおいては、光源110として面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting LASER、以下、VCSELとも言う)を用いることができる。
記録紙20への光の入射角を80°以上にし、かつコリメート光の平行性を±4°とすることで、飛躍的に平滑度の検出感度を上昇させることができる。コリメート光を正確に作り、その光を被対象物に入射させることで、入射角が正確に実現できる。図4に示すように、平滑度を検出するには、入射角にして80°〜88°が最適である。入射角を84°±4とするためには、コリメート光を±4°とし、中心入射角を84°とすることで実現できる。VCSEL光源のビームをコリメート光にするには、凸面レンズであればよく、レンズの焦点にVCSELがくるように配置する。また凸面レンズは単純な球面レンズでも構わないが、レンズを非球面レンズにすることで、VCSELのch位置による球面収差を低減することができる。非球面レンズを用いれば、像面の異なる全てのchに対して、概ねコリメート光が形成できる。
本実施の形態における光学センサには、正反射光検出器130に入射する光の入射角を制限するためのアパーチャ140が設けられており、反射角を±4°に限定することができる。入射光を高い精度に実現しても、反射光には散乱光が混じり、それがノイズになって、検出感度を低下させる。つまり、入射角を正確に実現するともに、受光側でのSN比を上げる必要がある。アパーチャ140によって、あまりに制限を加えてしまうと、アパーチャ140を透過する光量が低下し、それによってフォトディテクタの検出光量が低下し、ノイズが上昇する。つまり、アパーチャ140による制限をできるだけつけない方が、検出強度に対してはよりよいことになる。本発明者は、入射角および反射角について、高精度なフォトゴニオメーターを利用して、様々な被対象物を実験したところ、特に普通紙などの表面粗さ(平均2乗高さRa)が0.5μm〜10μm程度の表面粗さをもつ材料に対し、図4のような結果を得ることができた。図4に示すように入射角は80°〜88°が良いことから、この成分をできるだけ、検出できるアパーチャ140が最適であることが判る。アパーチャ140は1°以下に制限している。図4より、最適な角度が±4°となるようにアパーチャ140の制限を±4°とすることで、光量を最大限確保しつつ、平滑度検出の精度を低下させることはない。
また本実施の形態における光学センサは、図12に示すように、全体が筐体160内に納められており、筐体160の開口部161より記録紙20に光を照射し、記録紙20からの正反射光を取り込む構造のものであってもよい。この場合、記録紙20と筐体160との間には接触部材170を設けてもよい。
次に、本実施の形態における光学センサの制御部150について説明する。図13に示されるように、制御部150には、正反射光検出器130等からの信号の入出力制御を行なうI/O部151、信号処理等の各種演算を行なう演算処理部152、平均化処理等を行なう平均化処理部153、各種情報が記憶されている記憶部154を有している。また、本実施の形態における光学センサ100は、制御部150を介し画像形成装置等に接続されている。尚、本実施の形態における説明では、制御部150は、光学センサに含まれているものであるが、本実施の形態における光学センサが含まれる画像形成装置内に設置されるものであって、本実施の形態における光学センサの制御等を行なうものであってもよい。
次に、本実施の形態における光学センサによる検出方法等を図14に基づき説明する。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態における光学センサは、図16に示されるように、光源110と、光源110からの光をコリメートするコリメートレンズ120、記録紙20からの正反射光を検出する正反射光検出器(第1の光検出器)130、記録紙20からの拡散反射光を検出する拡散反射光検出器(第2の光検出器)230、拡散反射光検出器230に所定の偏光成分の光のみを入射させるための偏光フィルタ240を有している。
Y=aX1+bX2+c・・・・・(1)
本実施の形態では、第1の定数、第2の定数、第3の定数の最適化を行ない、aを1.62、bを−2.85、cを81.17と定めた。図18(a)には、拡散反射光検出器230により検出された信号強度と、正反射光検出器130により検出された信号強度の値とを用いて、上記の(1)に示す式により求めた計算値Yを18Aとして示す。このときの相関関係の値を算出したところR2=0.866であった。
Y=dX1+e・・・・・・・・・(2)
以上より、拡散反射光検出器230により検出された信号強度を用い、上記(1)に示す式により算出した値は、記録紙の平滑度との相関関係の値を0.02高めることができる。このように、正反射光検出器130により検出された値と拡散反射光検出器230により検出された信号強度とを用いることにより、平滑度の検出精度を上げることができる。これは、エアリーク試験においても、図1に示すように、記録紙20の表面の状態のみならず、記録紙20の内部の状態にも依存するものと考えると、本実施の形態のように、記録紙20における内部の情報を加えることにより、整合性が高まり、記録紙20の平滑度をより高い精度で検出することができると考えられる。
次に、本実施の形態における光学センサの制御部150について説明する。図19に示されるように、制御部150には、正反射光検出器130及び拡散反射光検出器230等からの信号の入出力制御を行なうI/O部151、信号処理等の各種演算を行なう演算処理部152、平均化処理等を行なう平均化処理部153、各種情報が記憶されている記憶部154を有している。また、本実施の形態における光学センサは、制御部150を介し画像形成装置等に接続されている。尚、本実施の形態における説明では、制御部150は、光学センサに含まれているものであるが、本実施の形態における光学センサが含まれる画像形成装置内に設置されるものであって、本実施の形態における光学センサの制御等を行なうものであってもよい。
次に、本実施の形態における光学センサによる検出方法等を図20に基づき説明する。
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第2の実施の形態における光学センサに記録紙20の厚さを測定する紙厚測定センサを有するものである。本実施の形態は、図21に示されるように、光源110と、光源110からの光をコリメートするコリメートレンズ120、記録紙20からの正反射光を検出する正反射光検出器130、記録紙20からの拡散反射光を検出する拡散反射光検出器230、拡散反射光検出器230に所定の偏光成分の光のみを入射させるための偏光フィルタ240、記録紙20の厚さを測定する紙厚測定センサ310を有するものである。このような紙厚測定センサ310を設けることにより、記録紙20の紙厚に依存して光学センサの測定値が変動する変動分を調節することができ、より正確な記録紙20の判別を行なうことができる。
次に、本実施の形態におけるセンサの制御部350について説明する。図22に示されるように、制御部350には、正反射光検出器130、拡散反射光検出器230、紙厚測定センサ310等からの信号の入出力制御を行なうI/O部151、信号処理等の各種演算を行なう演算処理部152、平均化処理等を行なう平均化処理部153、各種情報が記憶されている記憶部154、紙種データベース351、フーリエ変換部352、紙種ランキング作成部353、平滑度補正部354を有している。フーリエ変換部352では図8に示すように記録紙20の面内分布を示すグラフから、フーリエ変換することで、横軸を周期性とするパワースペクトルを算出する。この周期性は平滑度の分布など、一般的に"地合い"と呼ばれる紙がもつ独特の面内分布であり、作成条件が同じであれば、ほぼ同様な周期性を持ったパワースペクトルを示すことが判った。このパワースペクトルを全ての紙種について測定し、紙種データベースとしてコンピューター内に保管しておく。具体的には、紙種と正反射光検出器130、拡散反射光検出器230、紙厚、平滑度等の関係を記録して保管する。この紙種データベースと測定された数値との誤差を算出し、図23に示す紙種ランキング表を作成し、誤差の最も少ない紙種を測定された記録紙20の紙種と判断するものである。また、本実施の形態におけるセンサは、制御部350を介し画像形成装置等に接続されている。尚、本実施の形態における説明では、制御部350は、光学センサに含まれているものであるが、本実施の形態におけるセンサが含まれる画像形成装置内に設置されるものであって、本実施の形態におけるセンサの制御等を行なうものであってもよい。
次に、本実施の形態におけるセンサによる検出方法等を図24に基づき説明する。
次に、第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、画像形成装置である。図25に基づき本実施の形態における画像形成装置としてのカラープリンタ2000について説明する。
(1)光学センサ2245の複数の発光部を同時に点灯させる。
(2)第2の光検出器230及び第1の光検出器130の出力信号からS1及びS2の値を求める。
(3)記録紙判別テーブルを参照し、得られたS1及びS2の値から記録紙の銘柄を特定
する。
(4)特定された記録紙の銘柄をRAMに保存し、紙種判別処理を終了する。
(1)内部拡散反射光に含まれるP偏光成分の検出は、少なくとも表面正反射光が含まれる方向では行わない。
(2)内部拡散反射光に含まれるP偏光成分の検出を、記録紙における照明中心の法線方向で行う。
100 光学センサ
110 光源
120 コリメータレンズ
130 正反射光検出器(第1の光検出器)
140 アパーチャ
150 制御部
151 I/O部
152 演算処理部
153 平均化処理部
154 記憶部
160 筐体
161 開口部
170 接触部材
230 拡散反射光検出器(第2の光検出器)
240 偏光フィルタ
2000 カラープリンタ(画像形成装置)
Claims (15)
- 光源と、
前記光源より出射された光を記録媒体に照射し、前記記録媒体における正反射光の光の強度を検出する光検出器と、
を有し、
前記光源より前記記録媒体に入射する光の前記記録媒体の法線に対する角度は、80°以上、88°以下であることを特徴とする光学センサ。 - 前記光検出器において検出された光の強度に基づき、前記記録媒体の平滑度を算出する処理部を有することを特徴とする請求項1に記載の光学センサ。
- 前記光源は、面発光レーザを2次元的に配列した面発光レーザアレイを有するものであることを特徴とする請求項1または2に記載の光学センサ。
- 前記光源と前記記録媒体との間には、コリメートレンズが設けられており、前記コリメートレンズより出射される光の平行性が、+4°以上、−4°以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光学センサ。
- 前記記録媒体と光検出器との間には、アパーチャが設けられており、
前記アパーチャは、前記記録媒体において正反射した光に対し、+4°以上、−4°以下の角度の光を前記光検出器に入射させるものであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光学センサ。 - 前記光源、前記光検出器は、筐体内部に設置されているものであって、
前記筐体には一つの面に開口部が設けられており、
前記開口部が設けられている面において、前記記録媒体は前記筐体の外部と接触部材を介し、接触しているものであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光学センサ。 - 前記光源と前記記録媒体との間には、前記光源から出射された光を偏向するための光偏向素子が設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の光学センサ。
- 前記記録媒体と前記光検出器との間には、前記記録媒体において正反射された光を偏向するための光偏向素子が設けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の光学センサ。
- 前記光検出器は第1の光検出器であり、
前記光源からは、第1の偏光方向の直線偏光の光が出射されるものであって、
前記光源から出射された光が前記記録媒体に照射された位置における前記記録媒体の法線上には、第2の光検出器が設けられており、
前記記録媒体と前記第2の光検出器との間には、第1の偏光方向に対し直交する第2の偏光方向の偏光フィルタが設けられていることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の光学センサ。 - 前記第1の光検出器において検出された光の強度及び前記第2の光検出器において検出された光強度に基づき、前記記録媒体の平滑度を算出する処理部を有することを特徴とする請求項9に記載の光学センサ。
- 前記処理部は、前記記録媒体の平滑度と、前記第1の光検出器において検出された光の強度及び前記第2の光検出器において検出された光の強度との関係を示す紙種データベースを有していることを特徴とする請求項9または10に記載の光学センサ。
- 前記記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、
前記1から11のいずれかに記載の光学センサを有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記光学センサの出力に基づき前記記録媒体の平滑度を算出し、
前記算出された平滑度に応じて画像形成条件を設定する処理部を有することを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。 - 前記光学センサの出力に基づき前記記録媒体の銘柄を特定し、
前記特定された銘柄に応じて画像形成条件を設定する処理部を有することを特徴とする請求項12または13に記載の画像形成装置。 - 前記光学センサ以外の前記記録媒体の物理量を測定するセンサを有し、
前記物理量を測定するセンサにおいて検出された値に基づき前記記録媒体の銘柄を特定するものであることを特徴とする請求項12または13に記載の画像形成装置。
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