JP2014157034A - 光学センサおよびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体の搬送時の上下のばたつきを抑えることができ、記録媒体の平滑度を正確に検出することが可能な光学センサおよびこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】記録媒体Ｐに光Ｂを照射する光源５２と、光源５２から記録媒体Ｐに照射される光Ｂの、検出位置Ａからの正反射光Ｃの光強度を検出する光検出器５４と、記録媒体Ｐに接触するローラ５６と、を有する。ローラ５６は、記録媒体Ｐとの接触面が、光源５２から記録媒体Ｐに照射される光Ｂの照射位置と同一線上になるように配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学センサおよびこれを備えた画像形成装置に関するもので、特に、記録媒体の種類等を識別するための反射光方式の光学センサ、および、この光学センサを搭載した画像形成装置に関する。

デジタル複写機やレーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置は、記録紙等の記録媒体にトナー像を転写し、転写したトナー像を所定の条件で加熱および加圧して記録媒体に定着させることによって、記録媒体に対する画像の形成を行うものである。このような画像形成装置においては、画像形成時に、トナー像を定着させる際の加熱量や圧力等の条件を考慮する必要がある。特に、高画質な画像を形成する際には、トナー像を定着させるための条件を記録媒体の種類に応じて個別に設定する必要がある。

これは、記録媒体における画像品質が、記録媒体の材質、厚さ、湿度、平滑性および塗工状態等により大きく影響されるためである。たとえば、平滑性に関しては、定着の際の条件によっては記録媒体における凹凸の程度により凹部でのトナーの定着率を低下させる要因となる。すなわち、画像形成される記録媒体の平滑性に応じた条件で定着を行わないと色むら等が生じてしまい、高画質な画像を得ることができない。

一方、近年の画像形成装置の進歩と表現方法の多様化に伴い、記録媒体の種類は数百種類以上も存在し、さらに、各々の記録媒体の種類における坪量や厚さ等の違いにより多岐にわたる銘柄が存在している。このため、高画質な画像を形成するためには、記録媒体の銘柄に応じて、定着温度等の条件を細かく設定しなければならない。

画像形成に用いられる記録媒体としては、普通紙、グロスコート紙、マットコート紙、アートコート紙等の塗工紙、ＯＨＰシート等の他に、紙の表面にエンボス加工を施した特殊紙等も存在しており、このような記録媒体は現在も増加しつつある。なお、上記においては記録媒体として記録紙等について説明しているが、記録紙以外の記録媒体も存在している。

ところで、これまでの画像形成装置においては、画像形成時における定着の条件等を、ユーザ自らが設定するようになっている。このため、ユーザには種類や銘柄といった記録媒体の種類等の知識が要求される。また、ユーザ自らが定着の条件等を設定する必要から画像形成装置を操作しなければならず、煩わしい。さらには、定着の条件等の設定を誤ると、所望の画質の画像を得ることができない。

このような状況において、記録媒体の種類等を自動的に識別できる光学センサ、および、このような光学センサを搭載し、記録媒体の種類等に応じて画像形成条件、例えば定着温度を自動的に制御して画像形成を行うことができる画像形成装置が提案されている（例えば、引用文献１〜５参照）。

引用文献１〜５に記載されているように、光学センサとしては、記録媒体の種類等の識別に非接触による反射光方式を採用したものが注目されている。反射光方式とは、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源から発せられた光を識別の対象となる記録媒体に照射し、その記録媒体からの反射光量により記録媒体の種類等を識別する方法である。

すなわち、引用文献１に記載のものは、正確に安定して被記録媒体の種類を判別できるようにするために、照明手段に紫外領域光および赤外領域光を含む光源を用いるとともに、拡散光を受光する拡散光受光部に受光すべき波長域外にある特定の波長域の光線を遮断する光学フィルタを設けるようにしたものである。

引用文献２に記載のものは、光源以外の光が存在しても記録媒体の判定を行うことができ、キャリブレーションを行う必要がないようにするために、複数の光源を設け、光源毎に異なる変調を与えるとともに、記録媒体の反射光からこの変調を与える変調信号と同期する信号を抽出し、反射光に含まれる照射光を照射した光源を検出して記録媒体の種類を判定するようにしたものである。

引用文献３に記載のものは、記録材からの正反射光を受光する第１の受光手段と、拡散反射光を受光する第２の受光手段とを備え、二つの受光手段の受光光量により記録材の種類を判別するとともに、記録材の有無やカセット板の有無をも検出できるようにしたものである。

引用文献４に記載のものは、移動中のシート材の材質をシート材の表面で反射した反射光量とシート材を透過した透過光量に基づいて判別するようにしたものである。

引用文献５に記載のものは、光源より記録媒体に入射する光の記録媒体の法線に対する角度を８０°以上、８８°以下とし、画像形成装置における記録媒体の識別を詳細に行うことが可能な小型のセンサを低コストで実現できるようにしたものである。

しかしながら、引用文献１〜５に記載のものには、以下のような問題があった。すなわち、記録媒体からの正反射光を検出して記録媒体の種類等を識別するセンサの場合、記録媒体と記録媒体に光を照射する光源と記録媒体からの正反射光を検出する検出器との距離の変化が、検出の結果に大きな影響を及ぼす。例えば、記録媒体と検出器との距離が５００μｍ程度離れただけで、検出器で検出される正反射光が弱まるため、記録媒体の種類等を正確に識別できなくなる虞がある。

要するに、引用文献１〜５に記載のものは、いずれも記録媒体と検出器との距離(ギャップ)依存性が大きく、良好な識別を実現するためには、センサの検出面に対する記録媒体のばたつきである距離の変動を十分に抑えなければならないものであった。

記録媒体のばたつきを抑える方法としては、例えば、記録媒体の搬送路の上方および下方に設けられる案内ガイド板の相互間のギャップ（ガイド板ギャップ）により、検出器に対する記録媒体の上下のばたつきを抑える方法が考えられる。

ところが、Ａ３サイズの記録媒体に対する画像形成が可能な画像形成装置の場合、案内ガイド板の幅が３００ｍｍを越える。このため、案内ガイド板の全域に渡ってガイド板ギャップを高精度に維持するのは困難であり、通常は、ガイド板ギャップが２〜４ｍｍ程度に設定されている。そのため、搬送時に記録媒体の上下のばたつきを十分に抑えることができず、記録媒体の種類等を正確に識別できない。

また、記録媒体のばたつきを抑える別の方法として、例えば、センサの検出面に対する記録媒体の進入角度が斜め(３°〜５°程度)になるように案内ガイド板を配置し、記録媒体のコシで撓ませながら、あるいは、センサの検出面と同一の高さの案内ガイド板に擦らせながら、記録媒体をセンサの検出面まで搬送する方法も考えられる。

しかし、この方法の場合、センサの検出面の前後における搬送ローラの位置や案内ガイド板の形状によって、記録媒体は、センサの検出面あるいは案内ガイド板との接触の状態が搬送の途中で変動し易く、記録媒体の安定した搬送を維持するのが難しかった。このため、搬送時に記録媒体の上下のばたつきを十分に抑えることができず、記録媒体の種類等を正確に識別できない。

本発明は、上述したような問題を解決するためになされたもので、記録媒体の安定した搬送を維持でき、記録媒体の種類等の識別の精度を向上させることが可能な光学センサおよびこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明に係る光学センサは、記録媒体に光を照射する光源と、前記光源から前記記録媒体に照射された光の正反射光の光強度を検出する光検出器と、前記記録媒体に接触するローラと、を有し、前記ローラは、前記記録媒体との接触面が、前記光源から前記記録媒体に照射される光の照射位置と同一線上になるように配置されている構成を有する。

本発明によれば、記録媒体の安定した搬送を維持でき、記録媒体の種類等の識別の精度を向上させることが可能な光学センサおよびこれを備えた画像形成装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る光学センサを搭載した画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る光学センサを示す構成図である。 本発明の実施形態に係り、出射光の入射角と正反射光強度との相関関係について説明するために示す図である。 本発明の実施形態に係り、記録媒体における正反射光強度の面内分布について説明するために示す図である。 本発明の実施形態に係り、出射光の入射角と正反射光強度（相対値）との相関関係について説明するために示す図である。 本発明の実施形態に係る光学センサを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る光学センサの構成例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る光学センサの他の構成例を示す斜視図である。 本発明の実施形態の第１の変形例に係る光学センサを示す斜視図である。 本発明の実施形態の第１の変形例に係る光学センサの他の構成例を示す斜視図である。 本発明の実施形態の第２の変形例に係る光学センサを示す平面図である。

以下、本発明に係る光学センサおよびこれを備えた画像形成装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

（画像形成装置）
図１は、本発明の実施形態に係る、光学センサを搭載した画像形成装置を、電子写真方式のデジタル複写機に適用した場合の構成例を示すものである。

図１に示すように、画像形成装置本体１００の上部には、画像読取装置２００が設置されている。画像形成装置本体１００の一側面部には、両面ユニット３００が取り付けられている。

画像形成装置本体１００の内部には、複数のローラに掛け回され、ほぼ水平に張り渡されたエンドレスベルト状の中間転写ベルト１１が配されている。中間転写ベルト１１は、反時計回りに走行するように構成されている。中間転写ベルト１１の下方部には、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色トナー用の作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋが、中間転写ベルト１１の走行方向に沿って四連タンデム式に並べて設けられている。各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋは、時計回りに回転するドラム状の像担持体２５ｃ、２５ｍ、２５ｙ、２５ｋの周囲に、帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置等を設置してなる構成とされている。

さらに、作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋの下方部には、露光装置１３が設けられている。

露光装置１３の下方部には、記録紙等の記録媒体Ｐを積層して収納する給紙カセット１５を有する給紙装置１４が設けられている。当該給紙装置１４は、本実施形態では、二つの給紙カセット１５が上下方向に配置された二段構造となっている。二つの給紙カセット１５には、同一サイズまたは異なるサイズの記録媒体Ｐもしくは種類や銘柄が同じ記録媒体Ｐまたは異なる記録媒体Ｐを自由に収納することができる。

各給紙カセット１５の一端部側には、各給紙カセット１５内の記録媒体Ｐを一枚ずつ繰り出して記録媒体搬送路１６に送る給紙コロ１７がそれぞれ設けられている。

記録媒体搬送路１６は、画像形成装置本体１００内部における一側部に、上下方向に向けて略垂直に形成されている。記録媒体搬送路１６は、画像形成装置本体１００と画像読取装置２００との間に形成された胴内排紙部１８へと通じている。

記録媒体搬送路１６には、該搬送路１６に沿って、搬送ローラ１９、中間転写ベルト１１に対向する二次転写装置２１、定着装置１１９および一対の排紙ローラよりなる排紙装置２３等が、記録媒体Ｐの搬送方向に順番に設けられている。記録媒体搬送路１６には、記録媒体Ｐの搬送方向における搬送ローラ１９の上流側において、給紙路３７が接続されている。給紙路３７は、一旦、画像が表面に形成・定着された記録媒体Ｐを両面ユニット３００から記録媒体搬送路１６へ再給紙するために、あるいは、両面ユニット３００を横切って手差し給紙装置３６からの記録媒体Ｐを手差し給紙するために設けられている。

また、記録媒体搬送路１６には、定着装置１１９の下流側において、一旦、画像が表面に形成・定着された記録媒体Ｐを両面ユニット３００へ分岐させるための、再給紙搬送路２４が設けられている。

さらに、画像形成装置本体１００には、搬送ローラ１９の近傍に、記録媒体識別センサとしての光学センサ５０が設けられている。この光学センサ５０は、記録媒体Ｐの種類等を識別するために、検出の被対象物である記録媒体Ｐの被検出面の状態、例えば記録媒体Ｐの表面の平滑性（平滑度）を検出するもので、反射光方式の非接触型のセンサである。

ここで、上記した構成の画像形成装置本体１００による画像形成に係る基本動作について説明する。

通常の片面コピー時には、まず、原稿画像が画像読取装置２００により読み取られる。次いで、画像読取装置２００が読み取った原稿画像は、帯電装置で一様に帯電された各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋの像担持体２５ｃ、２５ｍ、２５ｙ、２５ｋの表面上に、露光装置１３により書き込まれて、各色トナー像に対応した潜像となる。そして、像担持体２５ｃ、２５ｍ、２５ｙ、２５ｋの表面上における潜像は、現像装置から各色トナーが付与されることにより現像される、つまりトナー画像として形成される。

像担持体２５ｃ、２５ｍ、２５ｙ、２５ｋの表面上に形成されたトナー画像は、一次転写装置を用いて、順次、中間転写ベルト１１上に一次転写される。これにより、中間転写ベルト１１上に所望のカラー画像が形成される。

一方、二次転写装置２１に対して、給紙装置１４からの記録媒体Ｐあるいは手差し給紙装置３６から手差しされた記録媒体Ｐが供給される。すなわち、給紙装置１４からの記録媒体Ｐは、二段構成の給紙カセット１５に対応する給紙コロ１７の一方が選択的に回転されることにより、対応する給紙カセット１５から一枚ずつ繰り出される。そして、該記録媒体Ｐは、記録媒体搬送路１６を搬送されて搬送ローラ１９へと送られる。あるいは、手差し給紙装置３６から手差しされた記録媒体Ｐは、給紙路３７を経た後、記録媒体搬送路１６を搬送されて搬送ローラ１９へと送られる。

こうして、搬送ローラ１９まで搬送された記録媒体Ｐは、搬送ローラ１９により、中間転写ベルト１１上に形成されたトナー画像とのタイミングを取って、画像形成位置である二次転写装置２１の二次転写位置へと送り込まれる。その際、記録媒体Ｐには、二次転写装置２１により中間転写ベルト１１上のカラー画像が転写される。

カラー画像が転写された後の記録媒体Ｐは、定着装置１１９により加熱および加圧されることにより、記録媒体Ｐの表面にカラー画像が定着される。その後、記録媒体Ｐは排紙装置２３により排紙され、胴内排紙部１８上にスタックされることにより、記録媒体Ｐの表面に対する一連の画像形成動作（片面コピー）が完了する。

記録媒体Ｐの裏面にも画像を形成する両面コピーの場合には、記録媒体Ｐの表面に画像を定着させた後の記録媒体Ｐが、一旦、記録媒体搬送路１６から再給紙搬送路２４に送られる。経路の切り替えは、図示していない切り替え爪を利用して行われる。

再給紙搬送路２４に送られた記録媒体Ｐは、両面ユニット３００に導入される。そして、この両面ユニット３００を通過する際に、記録媒体Ｐの表面と裏面とが反転させられる。その後、記録媒体Ｐは、両面ユニット３００から給紙路３７に導入される。こうして、表面に画像を定着させた後の記録媒体Ｐは、給紙路３７に導入されることにより、表面と裏面とが反転させられた状態で記録媒体搬送路１６に再給紙される。

記録媒体搬送路１６により再給紙される記録媒体Ｐに対しては、別途、中間転写ベルト１１上に形成された裏面用のカラー画像が、表面に対する片面コピーの場合と同様に、記録媒体Ｐの裏面に二次転写される。そして、再び定着装置１１９によって画像が定着された後、記録媒体Ｐは、排紙装置２３により胴内排紙部１８に排出される。

以上のようにして、記録媒体Ｐの裏面に対する一連の画像形成動作（両面コピー）が完了する。

（光学センサ）
図２は、本実施形態に係る光学センサ５０の構成例を示すものである。

図２に示すように、光学センサ５０は筺体５１を有し、その筺体５１内には、光源５２、コリメートレンズ５３、正反射光検出器５４、および、アパーチャ５５が所定の角度により配置されている。光学センサ５０は、筺体５１の上面部が開口され、その開口の上方を検出の被対象物である記録媒体Ｐが通過するように、ローラ５６が設けられている。

本実施形態の場合、ローラ５６は、記録媒体Ｐの搬送方向（図示矢印Ｙ方向）と直交する幅方向（図示矢印Ｘ方向）の両端部の、厚み方向（図示矢印Ｚ方向）の下面に接触するように配置されている。すなわち、ローラ５６は、記録媒体Ｐとの接触面が、光源５２から記録媒体Ｐに照射される光の照射位置（検出位置Ａ）と同一線上になるように配置されている。

そして、ローラ５６の相互間には、ローラ５６の軸５７が設けられた筺体５１内に、光源５２、コリメートレンズ５３、正反射光検出器５４、および、アパーチャ５５が、記録媒体Ｐの幅方向に沿って略一直線状に配置されている。

光源５２は、検出点である検出位置Ａにおいて記録媒体Ｐの表面（図示下面）に照射される、出射光Ｂを発生するものである。光源５２としては、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）を用いるのが望ましい。

コリメートレンズ５３は、光源５２から出射された出射光Ｂをコリメートし、検出位置Ａにおいて、記録媒体Ｐの表面に照射するもので、光源５２と検出位置Ａとの間に配置されている。

正反射光検出器５４は、記録媒体Ｐの表面で正反射された正反射光Ｃの光強度を検出するもので、フォトダイオードやフォトディテクタ等によって構成されている。

アパーチャ５５は、正反射光検出器５４に所定の角度の正反射光Ｃのみを入射させるためのもので、検出位置Ａと正反射光検出器５４との間に配置されている。

光学センサ５０においては、例えば記録媒体Ｐに照射される出射光Ｂの入射角θが、記録媒体Ｐの法線に対して８０°〜８８°となるように、光源５２およびコリメートレンズ５３が配置されている。

また、正反射光検出器５４には、光学センサ５０の制御および各種の演算等を行う制御部（処理部）５００が接続されている。制御部５００は、図示していない画像形成装置本体１００の制御回路とは別途に設けられるものであるが、画像形成装置本体１００の制御回路と一体化させて構成することも可能である。

ローラ５６は、筺体５１の両側面部に、軸５７を介して、回転（回動）自在に取り付けられている。ローラ５６は、記録媒体搬送路１６を搬送される記録媒体Ｐの被検出面である下面を、例えば搬送ローラ１９の直前において、光学センサ５０の検出位置Ａに対応させるためのローラである。

すなわち、記録媒体搬送路１６から光学センサ５０の上方に導かれた記録媒体Ｐは、さらにローラ５６によって保持され、記録媒体Ｐの表面が検出位置Ａに対峙した状態において、光源５２からの出射光Ｂがコリメートレンズ５３を介して照射される。記録媒体Ｐの表面に照射された出射光Ｂは記録媒体Ｐの表面の検出位置Ａで反射され、その反射光のうち、アパーチャ５５を通過した正反射光Ｃのみが正反射光検出器５４によって受光される。

なお、本実施形態の光学センサ５０は、光源５２からの出射光Ｂおよび記録媒体Ｐからの正反射光Ｃの光路が、記録媒体Ｐの搬送方向と直交する幅方向に一致するように配置されている。

以下に、光学センサ５０を構成する各部について、より詳細に説明する。

（光源）
本実施形態に係る光学センサ５０においては、光源５２として、ＶＣＳＥＬが用いられている。

安定した光源としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や端面ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）が一般的である。しかし、ＬＥＤは発光面が広く、ＦＦＰ（ファーフィールドパターン：ビーム広がり角、半値の値）が大きいため、精度のよい光学系を形成することが難しい。すなわち、記録媒体Ｐに対しては、精度のよいコリメート光（出射光Ｂ）を照射することが望まれるが、ＬＥＤでは、そのような光学系を形成することが難しい。また、ＬＥＤを光源として用いるようにした場合、光学系が非常に大型になってしまう。

本実施形態に係る光学センサ５０は、画像形成装置本体１００に組み込むことが可能なものであり、大きさが数１０ｍｍオーダーのものしか利用することができない。ビーム品質のよい端面ＬＤ等を利用することも可能であるが、検出の被対象物が非常に強い散乱体である記録紙等の記録媒体Ｐであるため、スペックルによるノイズが検出の精度を低下させる。スペックルによるノイズを低減するためには、複数のチャンネル（ｃｈ）を同時に発光させることが必要である。

このような理由から、光源５２としては、ビーム品質がよく、スペックルを発生させない、ＶＣＳＥＬのマルチ光源が最適である。

以下の説明では、ＶＣＳＥＬのマルチ光源として２次元配列されているそれぞれの発光点をｃｈと略記する。

光源５２にＶＣＳＥＬを用いることにより、ＦＦＰを１０°程度に抑えることが可能となる。ＦＦＰを１０°程度とすることで、コリメートレンズ５３によって形成されるコリメート光はビーム径にして約１ｍｍφ程度に絞ることが可能である。検出の精度を２０ｓｅｃオーダーにするには高いコリメート精度が必要であり、コリメート光の照射エリア（検出位置Ａに対応する）を１ｍｍ程度にすることによって平滑度の検出を高精度化することが可能になる。また、高いコリメート性と小さいビーム径とをマルチビームにより実現するには、光源間距離を小さくできる２次元配列のＶＣＳＥＬしかない。

高いコリメート性とコリメート光の照射エリアを小さくすることで、平滑度センシングが高精度化する、その要因について以下に述べる。

図３に示したように、出射光Ｂの入射角θと平滑度センシングの検出の精度との相関には非常に綿密な関係がある。つまりは、入射角θを８０°とした時、出射光Ｂのコリメート性が悪いと、その精度に±数°の幅を持ってしまう。

図３に示すように、正反射光強度は入射角θが８０°の辺りから著しく上昇するが、入射角θが８７°の辺りから急激に低下する。このことから、入射角θとしては、８５°を中心に±２°程度に設定する必要がある。すなわち、光学センサ５０において、記録媒体Ｐに対してコリメート光を照射する場合には、光源５２からの光の入射角θを８５°±２°程度に設定することが望ましい。

この場合のコリメート光の精度は±２°程度だといえる。光源５２からの光を高い精度でコリメート光に変換するには、光源５２のＦＦＰは小さい方が有利である。ＶＣＳＥＬは、ＦＦＰを１０°程度に小さくすることができる。

図４は、照射エリアを小さくするために、照射するコリメート光のビーム径を１ｍｍ程度とし、Ａ４サイズの一枚の記録媒体Ｐの反射光出力である正反射光強度を検出した際の結果（面内分布）を示すものである。

本図からも明らかなように、約２０％程度の凹凸が数ｍｍオーダーで検出されていることが判る。これは非常に再現性がよく、かつ、記録媒体Ｐの種類等が異なる場合でも同様に現れる。つまりは、記録媒体Ｐの平滑度には正反射光強度の面内分布が存在することを示している。ただし、図４の検出結果には、平滑度とは無関係な記録媒体Ｐの"うねり"の影響も含まれている。

コリメート光が照射される照射エリアを１ｍｍ程度にすることで、記録媒体Ｐには、正反射光強度の面内分布があることが判明した。これは、照射エリアを数ｃｍにしていた従来の光学系では検出できない分布である。特に、従来において、平滑度を検出するエアリーク試験機では、測定エリアが数ｃｍと決まっているため、上記のような微小なエリアの面内分布を検出することは不可能であった。

光源５２を、端面ＬＤのようなコヒーレント性が高くて品質のよいものとすることによって、ビーム径は小さくすることが可能である。しかし、端面ＬＤには非点収差があり、径の小さなコリメート光を発生させるのは難しい。また、端面ＬＤではスペックルが発生するため、その防止策が必要である。さらに、端面ＬＤは、ＶＣＳＥＬのように複数のｃｈからのマルチビームを同時に一箇所に照射することができない。

ビーム径を１ｍｍ程度にするには、ＶＣＳＥＬの場合も端面ＬＤと同様に、それ以下の光源間距離で複数のｃｈを集積させる必要があり、集積させていない場合には複数のｃｈからのマルチビームを同時に一個所に照射させることができない。

そこで、光源５２として、ＶＣＳＥＬの複数のｃｈを集積化し、例えば約２００μｍ程度のエリアに９ｃｈを配列させるように構成する。これにより、スペックルを低減できるとともに、照射エリアが１ｍｍ程度の平滑度センシングが可能になり、記録媒体Ｐにおける正反射光強度の面内分布を高精度に検出することが可能となる。

したがって、光学センサ５０によれば、記録媒体Ｐの平滑度を検出する際には、記録媒体Ｐの実際の面内分布を検出することにより、特徴的な面内分布を取得することができる。例えば、図４に示した面内分布のデータをフーリエ変換すると、周期性や振幅強度を検出できる。

周期性とは、記録媒体Ｐの製紙過程において、脱水工程や加圧圧縮する伸縮工程等の製紙条件によって決定されるもので、記録媒体Ｐの種類等、記録媒体Ｐの種類や銘柄によって異なったものとなっている。同一の種類や銘柄の記録媒体Ｐの場合であれば、ロットが違っても製紙条件は略同様であり、検出される周期性や振幅強度もロットにかかわらず略同一になる。

このように、光学センサ５０においては、記録媒体Ｐの種類等を識別する際の指標として、記録媒体Ｐの種類等によって異なる周期性や振幅強度を利用することができる。すなわち、光学センサ５０によって記録媒体Ｐの面内分布を検出し、その検出結果に基づいて制御部５００により正確に演算処理することで、平滑度の検出の精度を向上させることが可能となる。

記録媒体Ｐの平滑度を検出する方法としては、例えば図４に示した、Ａ４サイズの記録媒体Ｐより検出された面内分布のデータの平均値を求める方法が知られている。だが、単に平均値を求める方法の場合、外乱要因があった場合に検出の精度を低下させる。外乱要因としては、例えば搬送中の記録媒体Ｐが微小な折れ曲がりやゆがみを持つ場合等があげられる。

光学センサ５０は、照射エリアにおいて、記録媒体Ｐが若干でも傾くと、正反射光強度の検出に際して大きな影響を受ける。このような外乱要因による正反射光強度の変動は、記録媒体Ｐの面内分布による変動とは明らかに相違する。少なくとも、記録媒体Ｐの種類や銘柄によって異なる周期性等からは大きく外れたものとなる。外乱要因による正反射光強度の変動は、フーリエ変換を行うことでキャンセルすることが容易である。

外乱要因は、記録媒体Ｐを搬送する際の搬送ローラ１９等の振動による特徴的なノイズの場合もある。この種のノイズは特定周波数であることから、容易に取り除くことが可能である。記録媒体Ｐの面内分布のデータからノイズ成分を除去することで、Ａ４サイズの記録媒体Ｐの面内分布の平均値を正確に算出することが可能となる。

また、光学センサ５０における検出の精度を低下させる要因として、外乱光がある。外乱光とは、室内の電灯光や太陽光である。特に、偏光回転する正反射光の強度は非常に弱いので、感度よく検出する必要がある。

光学センサ５０は、光源５２にＶＣＳＥＬを採用しているため、正反射光の波長を単一化させることが可能である。すなわち、正反射光検出器５４を光源５２からの波長のみを検出できるように構成することで、正反射光検出器５４は、外乱光に強く、精度の高い検出が可能となる。この機能は、光源５２にＬＥＤ等を採用した場合には得られないものである。

（コリメートレンズ）
コリメートレンズ５３は、記録媒体Ｐへの出射光Ｂの入射角θを８０°以上とし、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時のセンサ感度を上昇させることができる。コリメートレンズ５３によって、コリメート光を正確に変換し、そのコリメート光を記録媒体Ｐの検出位置Ａにおいて記録媒体Ｐに入射させることで、入射角θは正確に実現される。

図５に示すように、平滑度を検出するには、入射角θを８０°〜８８°に設定するのが最適である。入射角θを８４°±４°に設定するためには、コリメート光の平行性を±４°とし、記録媒体Ｐに対する中心入射角を８４°に設定することにより、容易に実現できる。

ＶＣＳＥＬを採用した光源５２からのビームをコリメート光に変換するには、コリメートレンズ５３は凸面レンズであればよい。凸面レンズの焦点にＶＣＳＥＬが対応するように、光源５２が配置される。

凸面レンズは単純な球面レンズであっても構わないが、コリメートレンズ５３を非球面レンズにすることによって、ＶＣＳＥＬのｃｈの位置による球面収差を低減させることができる。つまりは、コリメートレンズ５３に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、概ねコリメート光を形成できる。

コリメート光の平行性を±４°とし、中心入射角を８４°とすることにより、ＶＣＳＥＬからの全ビームの入射角を８４°±４°とすることができる。これにより、記録媒体Ｐに照射される出射光Ｂの入射角θを８０°〜８８°に設定することが可能となる。したがって、平滑度の検出時のセンサ感度が高い光学センサ５０を実現することができる。

（アパーチャ）
アパーチャ５５は、光学センサ５０において、正反射光検出器５４に入射する正反射光Ｃの入射角を制限するためのもので、例えば正反射光Ｃの反射角θoを±４°に限定できるようになっている。

正反射光Ｃの反射角θｏを高い精度で制限しても、正反射光Ｃには散乱光が混じり、それがノイズとなって正反射光検出器５４での検出の精度を低下させる。つまり、正反射光検出器５４の入射角である正反射光Ｃの反射角θｏを正確に制限するとともに、受光側でのＳＮ比を上げる必要がある。

アパーチャ５５によって、あまり入射角に制限を加えてしまうと、アパーチャ５５を透過する正反射光Ｃの光量が低下する。すると、正反射光検出器５４のフォトディテクタ等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５５による入射角の制限をできるだけ抑えた方が、検出強度に関しては、より望ましいことになる。

入射角θおよび反射角θｏについて、高精度なフォトゴニオメーターを利用して、様々な記録媒体Ｐについて実験した。その結果、特に普通紙等の表面粗さ（平均２乗高さＲａ）が０．５μｍ〜１０μｍ程度の記録媒体Ｐにおいて、図５に示したような結果を得ることができた。

図５に示したように、出射光Ｂの入射角θは８０°〜８８°がよいことから、この範囲の成分をできるだけ透過できるアパーチャが、光学センサ５０のアパーチャ５５としては最適であることが判る。

アパーチャ５５は、誤差を１°以下に制限している。図５の結果より、出射光Ｂの入射角θが最適な角度（±４°）となるように、アパーチャ５５による正反射光Ｃの入射角を±４°に限定することで、正反射光検出器５４の検出光量を最大限確保しつつ、平滑度の検出の精度を十分に確保できるようになる。

これによって、散乱光によるノイズを低減しつつ、検出光量の低下によるノイズを極力抑えることが可能な光学センサ５０を実現できる。

次に、本発明の実施形態に係る光学センサ５０の構成について、さらに説明する。

（ローラ）
図６（ａ）および（ｂ）に示すように、光学センサ５０の筺体５１には、その両側面部に、軸５７が設けられている。各軸５７には、同軸上に、回動可能なローラ５６が係合されている。

ローラ５６は、その円周面であるローラ面の最上面（最高位置）が、光学センサ５０の検出位置Ａの高さと同じになるように配設されている。すなわち、ローラ５６は、筺体５１の両側面部に対して、ローラ面の一部が筺体５１の上面部よりも上方に突出し、ローラ５６の最上面を仮想的に結んだ線Ａｏが光学センサ５０の検出位置Ａと一致する位置に取り付けられている。

ローラ５６は、摩擦抵抗の小さいポリアセタール等の樹脂コロを用いることにより、安価で軽量に構成できる。

なお、光学センサ５０においては、ローラ５６の最上面を仮想的に結んだ線Ａｏと光学センサ５０の検出位置Ａの高さが一致するように、光源５２、コリメートレンズ５３、正反射光検出器５４、および、アパーチャ５５を配置するようにしてもよい。

また、光学センサ５０は上下を逆にして配置することも可能であり、光学センサ５０の下方を記録媒体Ｐが通過するようにしてもよい。

このような構成において、記録媒体Ｐは、短手（幅）方向の端部をローラ５６の最上面に線接触で接しながら線Ａｏの高さで搬送される。記録媒体Ｐには、検出位置Ａにおいて、光源５２からの出射光Ｂがコリメートレンズ５３を介して照射される。記録媒体Ｐに照射された出射光Ｂは、検出位置Ａにおいて反射されて正反射光Ｃとなり、アパーチャ５５を通過した後、正反射光検出器５４によって受光される。

ローラ５６の最上面を仮想的に結んだ線Ａｏは、記録媒体Ｐの搬送方向と直交している。サイズの大きい記録媒体Ｐ、例えばＡ３サイズの記録媒体Ｐの場合、その搬送方向の長さは４２０ｍｍにもおよぶ。そのため、搬送方向である記録媒体Ｐの長手方向に関しては、記録媒体搬送路１６の案内ガイド板（ガイド部材）の形状や搬送ローラ１９等の配置によって容易に撓んだり湾曲したりする。

これに対し、搬送方向と直交する記録媒体Ｐの短手方向に関しては、記録媒体Ｐの自身のコシによって撓みや湾曲はほとんど発生しない。

したがって、上記のようにして、記録媒体Ｐの搬送方向と直交する幅方向の高さ（Ａｏ）を規制することにより、検出位置Ａでの高さを良好に維持した状態のまま、記録媒体Ｐを搬送することが可能となる。その結果、光学センサ５０において、検出時の記録媒体Ｐの上下のばたつきを抑えることができ、記録媒体Ｐの平滑度を正確に検出することが可能となる。

特に、本実施形態においては、例えば図７に示すように、記録媒体搬送路１６に設けられる上下の案内ガイド板（図示していない）のうち、上側の案内ガイド板に沿って加圧部材としての面状のマイラ５８を設ける。これにより、搬送中の記録媒体Ｐをローラ５６の最上面に確実に接触させながら移動させることが可能となる。

すなわち、上側の案内ガイド板の、少なくともローラ５６が対応する部位には、マイラ５８が貼付されている。マイラ５８は、ローラ５６の最上面に軽い接触圧で接している。これにより、検出時の記録媒体Ｐの上下のばたつきを抑えることが可能となるとともに、ローラ５６の回転時の振動をも抑えることが可能となり、記録媒体Ｐの平滑度を安定に検出できるようになる。

また、マイラ５８の記録媒体Ｐとの接触面には、フッ素樹脂系のテープなどからなるマイラ５８よりも摩擦係数の小さい摩擦抑制部材５９が貼付されている。これにより、記録媒体Ｐの搬送負荷や紙粉の発生を、さらに低く抑えることができる。

すなわち、摩擦抑制部材５９を介して、マイラ５８と記録媒体Ｐとが接触していることで、摺動性の確保が可能となる。摩擦抑制部材５９に採用したフッ素樹脂は、接触面の摩擦抵抗を低減できるので、マイラ５８の摩耗を抑制できるとともに、記録媒体Ｐを傷付けたりすることがなく、記録媒体Ｐの平滑度に大きな影響を与えない。したがって、紙粉の発生を抑えることができ、平滑度の高精度な検出が可能となる。

また、光学センサ５０は、筺体５１の上面部の高さが検出位置Ａよりも下方に位置するように構成されている。これにより、搬送中に記録媒体Ｐが筺体５１と擦れることによる紙粉の発生を抑制できる。

また、記録媒体Ｐの搬送方向に対応する、筺体５１の上面部の少なくとも上流側の端部には、傾斜面からなるガイド面５１ａが形成されている。このガイド面５１ａは、たとえ記録媒体Ｐが撓んだ状態で搬送されてきた場合にも、記録媒体Ｐの先端が筺体５１に引っ掛かるのを防ぐために設けられている。

（制御部）
制御部５００は、光学センサ５０の制御とともに、正反射光検出器５４からの信号出力である光強度に基づいて所定の演算処理等を行うことにより、記録媒体Ｐの表面の平滑度を算出するものである。また、制御部５００は、算出した記録媒体Ｐの平滑度にしたがって、記録媒体Ｐの種類等を識別するようになっている。

制御部５００は、画像形成装置本体１００の制御回路（図示していない）に接続されており、識別した記録媒体Ｐの種類等に関する情報を出力するようになっている。

画像形成装置本体１００では、光学センサ５０の制御部５００から供給された記録媒体Ｐの種類等に関する情報にしたがって画像形成時の諸条件を自動的に設定し、画像形成される記録媒体Ｐの種類等に応じた最適な条件での画像形成を行う。これによって、高画質な画像を得るようになっている。

なお、光学センサ５０により記録媒体Ｐの平滑度を検出し、記録媒体Ｐの種類等を識別する方法や、記録媒体Ｐの種類等に応じて画像形成装置本体１００における画像形成条件を自動的に制御する方法に関しては、例えば先行技術文献として列挙した特開２０１２−１９４４４５号公報（特許文献５）等に詳しく記載されている。よって、ここでの詳細な説明は省略する。

上記したように、画像形成される記録媒体Ｐの表面の平滑度を検出し、記録媒体Ｐの種類等を識別するための光学センサ５０において、検出時の記録媒体Ｐの上下のばたつきを抑え、記録媒体Ｐの平滑度を正確に検出できるようにしている。

すなわち、光学センサ５０の筺体５１の両側面部にローラ５６を回転可能に支持するとともに、そのローラ５６の最上面が光学センサ５０の検出位置Ａの高さと一致するようにしている。これにより、検出時に搬送方向と直交する記録媒体Ｐの短手方向の端部をローラ５６の最上面に接触させることによって、検出位置Ａでの高さを良好に維持した状態のまま、記録媒体Ｐを搬送できるようになる。したがって、光学センサ５０において、検出時の記録媒体Ｐの検出位置Ａに対する距離の変動を抑えることが可能となる結果、記録媒体Ｐの平滑度を正確に検出でき、識別の精度を向上させることが可能となるものである。

しかも、記録媒体Ｐのローラ５６との接触が線となるとともに、ローラ５６が回転することによって接触の際の負荷をより小さくできる。

また、ローラ５６は、搬送する記録媒体Ｐの搬送方向と直交する幅方向の表面の高さが検出位置Ａの高さとなるように、ローラ５６の最上面の高さ（Ａｏ）が設定されている。これにより、記録媒体Ｐが搬送方向に湾曲等したとしても、検出位置Ａでの記録媒体Ｐの搬送方向と直交する方向の高さを良好に維持することができる。

また、光源５２および正反射光検出器５４を保持する筺体５１の両側面部に、軸５７によりローラ５６を回転可能に支持するようにしている。これにより、筺体５１と軸５７とを一体化した場合には、ローラ５６と検出位置Ａとの組み付けの精度を向上できる。また、少ない部品点数により安価に構成できるとともに、構成の簡素化も図れる。

また、光源５２および正反射光検出器５４は、光源５２からの出射光Ｂおよび記録媒体Ｐからの正反射光Ｃの光路が、記録媒体Ｐの搬送方向と直交する幅方向に一致するように配置されている。これにより、検出時に記録媒体Ｐを保持する間隔（短手方向の長さ）が短くて済むため、記録媒体Ｐの検出位置Ａに対する距離の変化を、より高精度に制御できる。

また、検出位置Ａに記録媒体Ｐを案内するための案内ガイド板の、ローラ５６が対応する部位にマイラ５８を設けるようにしている。これにより、簡単な構成でありながら、記録媒体Ｐをローラ５６の最上面に確実に沿わせることが可能となり、検出時の記録媒体Ｐの検出位置Ａに対する距離の変動を抑えて、平滑度の安定した検出を実現できる。

また、マイラ５８の記録媒体Ｐとの接触面に、マイラ５８よりも摩擦係数の小さい摩擦抑制部材５９を設けるようにしている。これにより、接触圧を決めるマイラ５８とは別に、記録媒体Ｐとマイラ５８との接触面での摺動時の摩擦係数を下げることが可能となり、最適な圧を保ちながら搬送抵抗を低減できるとともに、マイラ５８の摩耗および紙粉の発生を防ぐことが可能となる。したがって、搬送中の記録媒体Ｐの摺動による紙粉の発生が著しく、画像形成装置本体１００の内部、特に搬送ローラ１９や画像形成位置の周辺部への紙粉の散布および付着は記録媒体Ｐの搬送特性や画質に悪影響を及ぼす、という問題を解決できる。

なお、光学センサ５０としては、図８に示すように、光源５２からの出射光Ｂと記録媒体Ｐからの正反射光Ｃとの光路が記録媒体Ｐの搬送方向に一致するように配置することも可能である。この場合、記録媒体Ｐを保持するローラ５６の間隔をより短くすることができ、記録媒体Ｐと検出位置Ａとの距離の変動をさらに高精度に抑えることが可能である。

また、上記した実施形態においては、案内ガイド板のローラ５６が対応する部位にマイラ５８を設けるようにした場合について説明したが、これに限らず、搬送ローラを設けることによっても実現できる。

（第１の変形例）
図９に示す第１の変形例のように、光学センサ５０１は、ローラ５６の円周面である最上面に、ローラ面が接触した状態で搬送ローラ（加圧用ローラ）６１を設けるようにしてもよい。搬送ローラ６１は、記録媒体Ｐの搬送方向（図示矢印Ｆ方向）に回転駆動可能に支持されている。

搬送ローラ６１の軸受けの一端および他端には、図示していないスプリング等の加圧部材により、片側２ｋｇｆ以下程度の圧力が図示矢印Ｚ方向に加えられるようになっている。

これにより、この構成の光学センサ５０１によれば、搬送される記録媒体Ｐに対して、ローラ５６と搬送ローラ６１とによって所定の搬送力を与えることができるため、記録媒体Ｐを確実に保持しながら負荷なく搬送できる。

なお、搬送方向に駆動される搬送ローラ６１の軸受けを固定し、光学センサ５０１の筺体５１を図示していないスプリング等の加圧部材により図示矢印Ｚ方向とは逆の−Ｚ方向へ加圧するようにしてもよい。

このように、本実施形態の第１の変形例に係る光学センサ５０１は、マイラ５８に代えて、搬送方向に回転駆動される搬送ローラ６１を、ローラ５６の円周面に加圧しながら当接させるように構成している。これにより、検出位置Ａにおいて、記録媒体Ｐに所定の搬送力を与えることが可能となり、搬送時の負荷がなく、記録媒体Ｐと検出位置Ａとの距離の変動（記録媒体Ｐの上下のばたつき)を抑えながら、より安定した検出を行えるようになる。

なお、光学センサ５０１としては、図１０に示すように、光源５２からの出射光Ｂと記録媒体Ｐからの正反射光Ｃとの光路が記録媒体Ｐの搬送方向に一致するように配置することも可能である。この場合、記録媒体Ｐを保持するローラ５６の間隔をより短くすることができ、記録媒体Ｐと検出位置Ａとの距離の変動をさらに高精度に抑えることが可能である。

（第２の変形例）
図１１に示す第２の変形例のように、樹脂や板金等からなるブラケット５０２に軸５７および軸受け５８を介してローラ５６を回転可能に支持させ、光学センサ５０の筺体５１を位置決めしながら配置してなるセンサ装置５０３として構成することも可能である。

このセンサ装置５０３の場合、ローラ５６は、記録媒体Ｐの搬送方向と直交する方向の筺体５１の両側部におけるさらにその外側に、それぞれ最上面が検出位置Ａの高さに一致するようにして軸５７および軸受け５８により支持されている。

ローラ５６には、その最上面に搬送ローラ（図９参照）６１のローラ面が当接されるようになっている。搬送ローラ６１およびブラケット５０２の少なくともいずれか一方は、スプリング等の加圧部材により加圧されている。

なお、搬送ローラ６１の代わりに、図７に示したような、マイラ５８や摩擦抑制部材５９を設けるようにすることも可能である。

このように、ローラ５６を光学センサ５０の筺体５１に軸５７を介して一体的に設ける場合に限らず、センサ装置５０３として別体に構成することによっても、同様の効果を発揮できる。例えば、光学センサ５０の検出位置Ａに対する記録媒体Ｐのばたつきである、検出位置Ａの高さと記録媒体Ｐとの距離の変動を５００μｍ以下に抑えることが可能となる。このような効果を、光学センサ５０とローラ５６との組み合わせにより容易に達成できるものである。

なお、光学センサ５０やセンサ装置５０３としては、搬送ローラ（いわゆる、レジストローラ）１９の近傍に設置するのが効果的であるが、搬送ローラ１９の上流側に限らず、他の箇所、例えば搬送ローラ１９の下流側に設置することも可能である。

例えば、光学センサ５０やセンサ装置５０３を、画像形成装置本体１００の給紙カセット１５の近傍に設置し、最上紙である記録媒体Ｐの表面を検出することも考えられる。しかし、光学センサ５０を給紙カセット１５の近傍に設置するようにした場合には、給紙カセット１５の個数に応じて光学センサ５０の数が増えるため、コスト高になるという不具合がある。また、光学センサ５０を設置する位置によっては、給紙カセット１５に記録媒体Ｐを補給する際の妨げとなる。そのため、給紙カセット１５の開閉と同期してセンサ位置を移動するための機構が必要となる等、画像形成装置本体１００の構造が複雑化するという不具合がある。

このような不具合も、光学センサ５０やセンサ装置５０３を搬送ローラ１９の近傍に設置する構成とすることにより解消できる。

なお、上記した実施形態の説明では、電子写真方式の画像形成装置としてデジタル複写機に適用した場合を例に説明したが、これに限らず、例えばカラープリンタや光プロッタであってもよい。

また、デジタル複写機等の電子写真方式の画像形成装置に限定されるものではないことは、勿論である。

詳述したように、本発明によれば、記録媒体の安定した搬送を維持でき、記録媒体の種類等の識別の精度を向上させることが可能な光学センサおよびこれを備えた画像形成装置を提供できる。

５０，５０１ 光学センサ
５１ 筺体
５２ 光源
５４ 正反射光検出器
５６ ローラ
５７ 軸
５８ マイラ（加圧部材）
５９ 摩擦抑制部材
６１ 搬送ローラ（加圧用ローラ）
１００ 画像形成装置本体
５００ 制御部（処理部）
５０３ センサ装置
Ａ 検出位置
Ｐ 記録媒体

特開２００８−２０２９５号公報 特開２００８−２６６０１５号公報 特開２００６−６２８４２号公報 特開平１０−１６０６８７号公報 特開２０１２−１９４４４５号公報

Claims (10)

1. 記録媒体に光を照射する光源と、
   前記光源から前記記録媒体に照射された光の正反射光の光強度を検出する光検出器と、
   前記記録媒体に接触するローラと、
   を有し、
   前記ローラは、前記記録媒体との接触面が、前記光源から前記記録媒体に照射される光の照射位置と同一線上になるように配置されていることを特徴とする光学センサ。
2. 前記ローラは、接触する前記記録媒体の搬送方向と直交する方向の表面の高さが前記照射位置の高さとなるように、前記ローラ面が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光学センサ。
3. 前記光源および前記光検出器を保持する筺体と、
   前記筺体の両側面部に設けられ、前記ローラをそれぞれ回転可能に支持する軸と、
   をさらに備え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。
4. 前記光源および前記光検出器は、前記光源からの出射光および前記記録媒体からの正反射光の光路が、前記記録媒体の搬送方向と直交する方向に一致するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光学センサ。
5. 前記光源および前記光検出器は、前記光源からの出射光および前記記録媒体からの正反射光の光路が、前記記録媒体の搬送方向に一致するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光学センサ。
6. 前記検出位置に前記記録媒体を案内するためのガイド部材と、
   前記ガイド部材の、前記ローラが対応する部位に設けられた加圧部材と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学センサ。
7. 前記加圧部材の、前記記録媒体との接触面には、前記加圧部材よりも摩擦係数の小さい摩擦抑制部材をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の光学センサ。
8. 前記ローラに当接され、前記ローラ面を加圧しながら回転駆動する加圧用ローラをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学センサ。
9. 前記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さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学センサ。
10. 前記請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学センサを備えることを特徴とする画像形成装置。
    

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