JP2014178187A - 表面測定装置及び印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物体の表面からの反射光のシフト幅を縮小でき、従来技術と比較して小型化が可能な表面測定装置を提供する。
【解決手段】表面測定装置は、平行光を被測定物体の表面で反射させ、反射された反射光を光学素子を介して通過させた後、当該反射光の光強度を検出する光検出手段を備え、当該光強度に基づいて被測定物体の表面の状態を測定する表面測定装置において、光学素子は、所定の屈折率を有し、反射光を偏向することにより、当該光学素子から出力される出力光が光検出手段に入射するように、出力光を出力する光学偏向素子であることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、光を被測定物体の表面で反射させ、反射された反射光の光強度に基づいて被測定物体の表面の状態を測定する表面測定装置及びこれを備える印刷装置に関する。

複写機やレーザープリンタなどの電子写真方式の印刷装置による印刷では、印刷媒体である用紙に転写されたトナー像は、加熱、加圧等されることによって紙面に定着される。トナー像の定着温度は用紙の種類ごとに異なり、従って、良好な品質の印刷のためにはトナー像の定着温度は用紙の種類に応じて決定されることが好ましい。しかしながら、従来の印刷装置による印刷では、特定の種類の用紙に適する特定の定着温度が、他の種類の用紙に適用される。

一方、近年の印刷装置の省エネルギー化、エネルギー使用の高効率化等の需要の高まりを受け、トナー像の定着温度を用紙の種類に応じて決定することによって、印刷品質を低下させることなくＴＥＣ（Ｔｙｐｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）値を低減する技術が開発されている。

例えば、用紙に照射された光の反射光の光強度を測定する表面測定装置を使用することによって、用紙の種類を識別するための１つの指標である用紙の平滑度を測定する技術が知られている。特許文献１には、高コスト化及び大型化を招くことなく、用紙の種類を従来よりも詳細に特定できる光学センサを提供する目的で、光源、コリメートレンズ、２つの受光器、偏光フィルタ、及び暗箱により構成される測定装置が開示されている。ここで、２つの受光器のうちの１つの受光器は、用紙に照射された光の紙面からの正反射光の光強度を測定する。

用紙の種類をリアルタイムで識別する必要がある場合、例えば特許文献１の測定装置は、印刷のために搬送中の用紙に光を照射することによって上記の正反射光の光強度を測定しなければならない。

しかしながら、搬送中の用紙の紙面がシフトして紙面と上記測定装置との間の距離が一定にならない場合があり、この場合に紙面上の光の反射位置が変位することによって正反射光の光軸がシフトしてしまうという問題があった。光軸がシフトした正反射光を受光器が検出できるためには、受光器の前段に、正反射光のシフト幅よりも大きなレンズ径を有する集光レンズが設けられる必要がある。また、集光レンズの周囲部の収差の影響を軽減するためには、集光レンズはさらに大きなレンズ径を有する必要がある。さらに、集光レンズが安価な市販品である場合、そのような集光レンズは、高品質なレンズと比較して大きなレンズ径と長い焦点距離を有する。従って、従来の表面測定装置では、表面測定装置が大型になり、製造コストが上がり、印刷装置内における表面測定装置の配置の自由度が減少するという問題があった。

本発明の目的は上記の問題点を解決し、被測定物体の表面からの反射光のシフト幅を縮小でき、従来技術と比較して小型化が可能な表面測定装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る表面測定装置は、
平行光を被測定物体の表面で反射させ、反射された反射光を光学素子を介して通過させた後、当該反射光の光強度を検出する光検出手段を備え、当該光強度に基づいて被測定物体の表面の状態を測定する表面測定装置において、
光学素子は、所定の屈折率を有し、反射光を偏向することにより、当該光学素子から出力される出力光が光検出手段に入射するように、出力光を出力する光学偏向素子であることを特徴とする。

本発明によれば、被測定物体の表面からの反射光のシフト幅を縮小でき、従来技術と比較して小型化が可能な表面測定装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る印刷装置１の概略構成を示す垂直断面図である。 図１の表面測定装置１０に設けられた主要な構成要素の垂直断面図である。 （ａ）は図１の表面測定装置１０の構成を示す表面測定装置１０の垂直断面図であり、（ｂ）は（ａ）の光学偏向素子１６による光の偏向を示すための垂直断面図である。 図３（ａ）の表面測定装置１０のＩ−Ｉ’線についての断面図である。 図３（ａ）の紙面２０ａ上に形成される入射光Ａのビームスポットの幅ｗを説明するための用紙２０の断面図である 図３（ａ）の紙面２０ａの位置のシフトに伴うビームスポットの位置の変位と、紙面２０ａ上の位置Ｐ１，Ｐ２からの正反射光Ｂ１，Ｂ２を説明するための用紙２０の断面図である。 図３（ａ）の正反射光Ｂと、図６の正反射光Ｂ１，Ｂ２とのそれぞれの光学偏向素子１６による偏向を説明するための表面測定装置１０の垂直断面図である。 図６の正反射光Ｂ１，Ｂ２とのそれぞれの光学偏向素子１６による偏向を説明するための光学偏向素子１６の垂直断面図である。 本発明の実施形態２に係る表面測定装置１０Ａの光学偏向素子１６Ａの構成を示す垂直断面図である。 本発明の実施形態３に係る表面測定装置１０Ｂの構成を示す垂直断面図である。 本発明の実施形態４に係る表面測定装置１０Ｃの構成を示す垂直断面図である。 本発明の実施形態５に係る表面測定装置１０Ｄの構成を示す垂直断面図である。 図１２の光学偏向素子１６Ｄの出力面１６Ｄｂの垂直断面図である。 本発明の実施形態６に係る表面測定装置１０Ｅの構成を示す拡大垂直断面図である。 図１４の偏向部１６５の入射面１６５ａ上の平行光Ａ２が照射される領域Ｑの拡大垂直断面図である。 図１４の光学偏向素子１６Ｅの出力面１６Ｅｂの拡大垂直断面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同一の構成要素については同一の符号を付す。

実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る印刷装置１の概略構成を示す垂直断面図である。本実施形態に係る印刷装置１は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色の画像を互いに重ね合わせてフルカラーの画像を用紙の紙面に形成するカラープリンタである。

図１において、印刷装置１は、光走査装置１１８、感光体ドラム１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ、クリーニングユニット１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ、帯電装置１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ、現像ローラ１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄ、トナーカートリッジ１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ、転写ベルト１０４、転写ローラ１０８、定着装置１０９、給紙コロ１０６、レジストローラ対１０７、排紙ローラ１１５、給紙トレイ１０５、排紙トレイ１１７、通信制御装置１０１、表面測定装置１０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置１０２を備えて構成される。なお、図１において、印刷装置１の筐体以外の上記各部のハッチングは省略されている。

図１の通信制御装置１０１は、印刷装置1と、ネットワークを介して通信制御装置１０１の端子１０１ａに接続されたパーソナルコンピュータ等の上位装置との間の双方向通信を制御する。

プリンタ制御装置１０２は、ＣＰＵ、当該ＣＰＵによって解読可能なコードで記述されたプログラム及び当該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路などを備えて構成される。ＲＯＭには、表面測定装置１０からの出力信号に基づいてトナーの定着温度を決定するためのデータが格納されている。プリンタ制御装置１０２は、上位装置から受信した要求信号に基づいて、印刷装置１の各部を制御するとともに画像信号を光走査装置１１８に送信する。

各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの表面には感光層が形成されている。各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄは、印刷装置１に設けられた回転機構（図示せず）によって図１に示される矢印の方向に回転される。当該回転に伴い、帯電装置１１２ａ〜１１２ｄはそれぞれ、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの表面を均一に帯電させる。

光走査装置１１８は、プリンタ制御装置１０２からの画像信号に基づいて変調されたブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色の像に対応する光束を、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの表面にそれぞれ照射して、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの表面における光が照射された部分に帯電した電荷を消失させ、各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの表面に、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色の画像にそれぞれ対応する潜像を形成させる。

トナーカートリッジ１１４ａ〜１１４ｄにはそれぞれ、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色のトナーが格納されている。現像ローラ１１３ａ〜１１３ｄはそれぞれ、トナーカートリッジ１１４ａ〜１１４ｄに格納されているトナーを感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの表面に付着させることによって、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの表面に形成された各潜像をトナー像に顕像化させる。顕像化された各色のトナー像は、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの回転に伴って転写ベルト１０４へそれぞれ移動する。

転写ベルト１０４は感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの回転に伴って回転し、各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの表面に形成されたトナー像は転写ベルト１０４の表面に転写される。その結果、転写ベルト１０４の表面には、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色のトナー像が互いに重ね合わされて、フルカラーのトナー像が形成される。転写ベルト１０４の表面に形成されたフルカラーのトナー像は、転写ベルト１０４の回転に伴って転写ローラ１０８に搬送される。

給紙トレイ１０５には複数の用紙が積層されて格納されている。給紙コロ１０６は、給紙トレイ１０５の近傍に配置され、積層された複数の用紙の最も上の用紙を１枚ずつレジストローラ対１０７に搬送する。レジストローラ対１０７は、転写ベルト１０４と転写ローラ１０８との間隙に向けて用紙を送り出す。これにより、転写ベルト１０４の表面に形成されたフルカラーのトナー像が用紙の紙面に転写される。

本実施形態に係る表面測定装置１０は、給紙トレイ１０５を含めた紙の搬送経路上に配置される。図１において、給紙トレイ１０５の最も上の用紙の上側に、当該最も上の用紙に近接するように表面測定装置１０が配置される場合を示す。表面測定装置１０は、平行光を出力して用紙の表面で反射させ、反射された反射光の光強度を測定することによって用紙の表面の状態を測定する。表面測定装置１０は、測定された光強度を示す出力信号をプリンタ制御装置１０２に出力する。

プリンタ制御装置１０２は、表面測定装置１０からの出力信号に基づいて、当該用紙に最適なトナー像の定着温度を決定する。トナー像の定着温度の決定は、プリンタ制御装置１０２が、ＲＯＭに格納されている光強度を示す表面測定装置１０からの出力信号に基づいてトナーの定着温度を決定するためのデータを参照することによって実行される。プリンタ制御装置１０２は、決定された所定の定着温度でトナー像を用紙に定着させるための制御信号を定着装置１０９に送信する。

定着装置１０９は、プリンタ制御装置１０２からの制御信号に基づいて、プリンタ制御装置１０２により決定された定着温度及び所定の圧力を用紙に加えることによって、フルカラーのトナー像を紙面に定着させる。排紙ローラ１１５は、フルカラーのトナー像が定着した状態の用紙を排紙トレイ１１７に搬送し、当該用紙を排紙トレイ１１７上に順次積層させる。

クリーニングユニット１１１ａ〜１１１ｄはそれぞれ、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの表面の残留トナーを除去する。各感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの表面において残留トナーが除去された部分は、感光体ドラム１１０ａ〜１１０ｄの回転によって再び帯電装置１１２ａ〜１１２ｄに対向する位置に戻る。

なお、図１の印刷装置１はカラープリンタであるが、モノクロプリンタ、複写機等であってもよい。

図２は、図１の表面測定装置１０に設けられた主要な構成要素の垂直断面図である。本実施形態に係る表面測定装置１０は、用紙からの反射光を偏向することによって、搬送中の用紙２０の紙面のシフトに起因する反射光のシフトの幅を縮小させる光学偏向素子１６を備えること特徴とする。

図２において、表面測定装置１０は、光源１３と、コリメート光学系１５と、光学偏向素子１６と、光検出器１７とを備えて構成される。

図２の光源１３は光源光を出射し、コリメート光学系１５は当該光源光を平行光に変換する変換手段である。コリメート光学系１５からの平行光は、印刷媒体かつ被測定物体である用紙２０の紙面に入射光として入射して正反射する。正反射された正反射光は光学偏向素子１６へ進行する。

光学偏向素子１６は、空気に対する所定の屈折率及び所定の全反射の臨界角γを有する、例えば透明なガラス製または樹脂製のプリズムなどの光学材料で構成されている。光学偏向素子１６は、正反射光を偏向することによって、当該正反射光を光検出器１７に入射させる。

光学偏向素子１６の表面は、好ましくは光の反射を抑制するために無反射コーティングされる。なお、光学偏向素子１６の表面は必ずしも空気に接する必要はなく、他の物質が光学偏向素子１６の表面に接しても良い。この場合、光学偏向素子１６の表面において光の所望の屈折作用が得られるように、光学偏向素子１６及び当該他の物質で構成される光学材料はそれぞれ互いに異なる屈折率を有するように選択される。

光検出器１７は、光学偏向素子１６からの出力光の光強度、すなわち用紙の紙面からの正反射光の光強度を検出する。検出された正反射光の強度を示す出力信号は、プリンタ制御装置１０２に出力される。

図３（ａ）は、図１の表面測定装置１０の構成を示す表面測定装置１０の垂直断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の光学偏向素子１６による光の偏向を説明するための垂直断面図である。図４は、図３（ａ）の表面測定装置１０のＩ−Ｉ’線についての断面図である。

本実施形態に係る表面測定装置１０は、基板１１と、筐体１２と、光源１３を制御する光源制御回路１４と、信号取得回路１８とをさらに備えて構成される。なお、図３（ａ）、図７、図９、図１０、図１１、及び図１２などの図面において、光源１３、コリメート光学系１５、及び光検出器１７のハッチングは省略されている。表面測定装置１０による測定対象の用紙２０の紙面２０ａは、搬送による紙面２０ａのシフトが無視された理想的な状態において、基準面Ｓに位置する。

図３（ａ）及び図４において、筐体１２は、遮光性の材料から構成され、筐体１２の紙面２０ａに対向する側の底面１２ａにおいて開口部１９ａ，１９ｂをそれぞれ有する空洞１２１，１２２を形成する。これら開口部１９ａ，１９ｂは、筐体１２の底面１２ａにおいて互いに連結して１つの開口１９を形成する。空洞１２１，１２２は上方及び側方から筐体１２によって囲まれ、かつ、開口部１９ａ，１９ｂは用紙２０に対向するために、空洞１２１，１２２は外部の光学的な環境から隔離され、従って、空洞１２１，１２２における外乱光が抑制される。

図３（ａ）の基板１１は筐体１２の底面１２ａの反対側の上面に固定され、光源制御回路１４及び信号取得回路１８が基板１１に配置される。光源制御回路１４は、光源１３が光源光を出射するように制御する。

図３（ａ）の光源１３は空洞１２１の最奥部に設けられ、光源制御回路１４による制御に基づいて光源光を出射する。コリメート光学系１５は開口１５ａ及びレンズ１５ｂを備え、空洞１２１内において光源光の光路上に設けられ、光源光を平行光に変換する。当該平行光は、空洞１２１の開口部１９ａを通過して、図３（ａ）に示される入射光Ａとして所定の入射角αで紙面２０ａ上の位置Ｐに入射して正反射する。ここで、入射角αは、入射光Ａの進行方向と紙面２０ａの法方向との間の角度である。入射光Ａは、言い換えると紙面２０ａに対して角度θ＝９０−αで紙面２０ａに入射する。位置Ｐからの正反射光Ｂは、紙面２０ａ上の位置Ｐから反射角αで進行して、光学偏向素子１６へ進行する。ここで、反射角αは、正反射光Ｂの進行方向と紙面２０ａの法方向との間の角度である。入射光Ａ及び正反射光Ｂは表面測定装置１０の図３（ａ）の垂直断面に沿って進行し、用紙２０は給紙コロ１０６によって図３（ａ）における右方向へ搬送される。光学偏向素子１６は、開口部１９ｂ内に設けられる。

光学偏向素子１６は、空気に対する所定の屈折率及び所定の全反射の臨界角γを有する。光学偏向素子１６は、正反射光Ｂが入射する平坦な底面である入射面１６ａと、光学偏向素子１６によって偏向された出力光Ｃが出力される平坦な上面である出力面１６ｂとを有する。光学偏向素子１６は、入射面１６ａが用紙２０の紙面２０ａと平行であるように配置されている。光学偏向素子１６の出力面１６ｂは、入射面１６ａに対して所定の傾斜角φだけ傾斜する。

光学偏向素子１６の出力面１６ｂの傾斜角φは、出力光Ｃの出力面１６ｂからの出射角δが正反射光Ｂの入射面１６ａへの入射各αよりも大きくように、すなわち関係式α＜δ＜９０が成り立つように選択されている。具体的には、正反射光Ｂが入射角αで入射面１６ａに入射することによって生じた屈折光Ｂａは、屈折角β１で入射面１６ａから光学偏向素子１６内を進行して、光学偏向素子１６の出力面１６ａに入射角β２＝β１＋φで入射する。そこで、上記傾斜角φは０＜φ＜γ−β１を満たすように選択される。その結果、関係式β１＜β２＜γが成り立ち、この関係式はスネルの法則により上記関係式α＜δ＜９０を導く。すなわち、光学偏向素子１６は、出力面１６ｂに対する出力光Ｃの出射角δを、光学素子１６の入射面１６ａに対する正反射光Ｂの入射角αよりも浅くするように偏向する。

本発明者は、紙面２０ａへの入射光Ａの散乱特性の実測評価を行った結果、上記角度θが５度から１５度の範囲内にある場合に、正反射光Ｂの光強度と紙面２０ａの平滑度とが互いに高い相関を有することを発見した。このため、本実施形態において、紙面２０ａに対する入射光Ａの上記角度θは所定の小さい角度（以下、「小角」という）であって、例えば５度から１５度の間の角度に設定される。すなわち、入射光Ａの紙面２０ａへの入射角α＝９０−θは、７５度から８５度の間の角度に設定される。このように角度θ及び入射角αを設定することによって、角度θが１５度よりも大きく設定された場合と比較すると、用紙２０の内部における入射光Ａの散乱がより抑制されて、正反射光Ｂの測定感度の低下が防止される。例えば、光学偏向素子１６は、出射角δが８９度以上９０度未満となるように、例えば傾斜角φが約１度であるように構成される。この例では、光検出器１７へ向かって進行する出力光Ｃの進行方向は、光学偏向素子１６の出力面１６ｂにほぼ接する。

図３（ａ）の検出器１７は受光部１７ａを備え、出力光Ｃが受光部１７ａに入射する位置に配置される。光検出器１７は、受光部１７ａに入射した出力光Ｃの光強度、すなわち正反射光Ｂの光強度を検出する。光検出器１７は出力光Ｃの検出信号を出力して、当該検出信号は信号取得回路１８へ送信される。信号取得回路１８は、光検出器１７からの検出信号に基づいて、出力光Ｃの光強度、すなわち正反射光Ｂの光強度を取得する。このようにして表面測定装置１０は、正反射光Ｂの光強度を測定する。光検出器１７及び信号取得回路１８は、正反射光Ｂの光強度を検出する光検出手段である。

図３（ａ）を参照しながら、以上のように構成された表面測定装置１０の動作について、以下説明する。

光源制御回路１４による制御に基づいて光源１３から出射された光源光は、コリメート光学系１５によって平行光に変換される。当該平行光は筐体１２の開口部１９ａを通過して、入射光Ａとして入射角αで用紙２０の紙面２０ａの位置Ｐに入射して正反射する。正反射された正反射光Ｂは位置Ｐから光学偏向素子１６へ進行して、光学偏向素子１６の入射面１６ａへ入射角αで入射する。正反射光Ｂは光学偏向素子１６の偏向作用によって偏向されて、偏向された出力光Ｃが出射角δで出力面１６ｂから光検出器１７へ進行する。光検出器１７は、受光部１７ａの当該出力光Ｃの入射によって出力光Ｃの光強度を検出する。光検出器１７は出力光Ｃの検出信号を信号取得回路１８に出力する。信号取得回路１８は、光検出器１７からの検出信号に基づいて、出力光Ｃの光強度、すなわち正反射光Ｂの光強度を取得する。表面測定装置１０は、測定した正反射光Ｂの光強度を示す出力信号をプリンタ制御装置１０２に出力する。

図５は、図３（ａ）の紙面２０ａ上に形成される入射光Ａのビームスポットの幅ｗを説明するための用紙２０の断面図である。図５において、入射光Ａ及び正反射光Ｂの光軸はそれぞれ一点鎖線によって表され、入射光Ａ及び正反射光Ｂの光束の輪郭はそれぞれ、各光軸に平行な２つの破線によって表される。入射光Ａの紙面２０ａへの入射によって、紙面２０ａの位置Ｐを中心とするビームスポットが形成される。当該ビームスポットは、用紙２０ａの進行方向に沿って幅ｗを有する。

図５で説明したように、紙面２０ａが基準面Ｓに位置する理想的な状態において、入射光Ａは紙面２０ａ上の位置Ｐに入射する。しかしながら、実際には、図５と異なり、印刷装置１内では用紙２０を高速で搬送する必要があるために、搬送中の用紙２０の紙面２０ａがシフトして、紙面２０ａと表面測定装置１０との間の距離が一定に保たれないことがある。この場合、以下説明するように、図５の位置Ｐとは異なる位置を中心とするビームスポットが形成される。

図６は、図３（ａ）の紙面２０ａの位置のシフトに伴うビームスポットの位置Ｐ１，Ｐ２への変位と、紙面２０ａ上の位置Ｐ１，Ｐ２からの正反射光Ｂ１，Ｂ２を説明するための用紙２０の断面図である。なお、図６において、紙面２０ａが面Ｓ１に位置するときの用紙２０が示され、紙面２０ａが面Ｓ２に位置するときの用紙２０の図示は省略されている。

図６において、面Ｓ１は紙面２０ａが表面測定装置１０から最も離れた場合の紙面２０ａの位置を表し、この場合、入射光Ａは紙面２０ａ上の位置Ｐ１で正反射して、正反射された正反射光Ｂ１は反射角αを有する。面Ｓ２は紙面２０ａが表面測定装置１０に最も近づいた場合の紙面２０ａの位置を表し、この場合、入射光Ａは紙面２０ａ上の位置Ｐ２で正反射して、正反射されて正反射光Ｂ２は反射角αを有する。紙面２０ａの位置が高さｈを有する面Ｓ１と面Ｓ２との間で変位する場合、入射光Ａの紙面２０ａへの照射位置は、紙面２０ａの位置Ｐ１と位置Ｐ２との間で変位する。

例えば、入射光Ａの紙面２０ａに対する角度θが上記小角に設定される場合には、正反射光Ｂ１及びＢ２のシフトの幅ｄ１は高さｈの約２倍である。例えば、入射光Ａの紙面２０ａに対する角度θが１０度（入射角α＝８０度）であり、かつ、面Ｓ１，Ｓ２の間の高さｈが１ｍｍであるとき、入射光Ａの紙面２０ａへの照射位置の変位幅ｖは例えば約５．７ｍｍであり、正反射光Ｂ１及びＢ２のシフトの幅ｄ１は例えば約１．９７ｍｍである。

図７は、図３（ａ）の正反射光Ｂ及び図６の正反射光Ｂ１，Ｂ２のそれぞれの光学偏向素子１６による偏向を説明するための表面測定装置１０の垂直断面図である。図８は、図３（ａ）の正反射光Ｂと、図６の正反射光Ｂ１，Ｂ２とのそれぞれの光学偏向素子１６による偏向を説明するための光学偏向素子１６の垂直断面図である。

図７及び図８において、光学偏向素子１６は、正反射光Ｂ１，Ｂ２のそれぞれを、互いに幅ｄ２だけ離れた出力光Ｃ１，Ｃ２に偏向する。正反射光Ｂ１の屈折光Ｂ１ａは光学偏向素子１６内を進行し、図３（ｂ）の屈折光Ｂａと同様に、入射面１６ａにおいて屈折角β１を有し、かつ、出力面１６ｂにおいて入射角β２を有する。また、正反射光Ｂ２の屈折光Ｂ２ａも光学偏向素子１６内を進行し、入射面１６ａにおいて屈折角β１を有し、かつ、出力面１６ｂにおいて入射角β２を有する。従って、出力光Ｃ１，Ｃ２のそれぞれは、図３（ａ）の出力光Ｃと同様に光学偏向素子１６の出力面１６ｂで出射角δを有する。すなわち、正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の入射位置にかかわらず、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２は互いに同一の方向に進行して、光検出器１７の受光部１７ａに入射する。紙面２０ａが面Ｓ１と面Ｓ２の間のいかなる位置に位置する場合においても、この場合に出力面１６ｂから光検出器１７へ向かって進行する出力光の光路は、図７に示す幅ｄ２を有する出力光Ｃ１，Ｃ２の光路の間に位置する。

本実施形態の構成を有する光学偏向素子１６によれば、正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２のシフトの幅ｄ１と出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２のシフトの幅ｄ２とは、関係式ｄ２＜ｄ１の関係を有する。実際、比率ｄ２／ｄ１は（ｃｏｓδ／ｃｏｓα）×（ｃｏｓβ１／ｃｏｓβ２）と表され、傾斜角φが屈折角β１及び入射角β２に比較して小さいことを考慮すると、比率ｄ２／ｄ１はｃｏｓδ／ｃｏｓαに近似的に等しい。従って、関係式α＜δ＜９０はｄ２／ｄ１≒ｃｏｓδ／ｃｏｓα＜１を導き、すなわち関係式ｄ２＜ｄ１が得られる。さらに、出射角δが９０度に近いほど、言い換えると出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２の進行方向が光学偏向素子１６の出力面１６ｂに沿う方向に近づくほど、幅ｄ２は幅ｄ１と比較してより小さくなる。つまり、幅ｄ２が受光部１７ａのサイズ以下になるように光学偏向素子１６の出力面１６ｂの傾斜角φを選択可能である。

好ましくは、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２は、８５度以上９０度未満の出射角δを有して出力面１６ｂから出力されるように、出力面１６ｂの傾斜角φが選択される。この場合、正反射光Ｂの入射面１６ａへの入射角αが小角に設定されると、α＜δであるために幅ｄ２は幅ｄ１より小さいという効果を有する。より好ましくは、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２は、８８度以上９０度未満の出射角δを有して出力面１６ｂから出力されるように出力面１６ｂの傾斜角φが選択される。この場合、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２の幅ｄ２はさらに縮小され、より確実に出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２が受光部１７ａに入射可能である。

本実施形態の一実施例として、空気に対して屈折率１．５及び全反射の臨界角４１．８度を有するガラス製のプリズムが光学偏向素子１６として用いられ、入射光Ａの紙面２０ａへの入射角αは８０度（角度θ＝１０度）に設定され、かつ、受光部１７ａのサイズが０．５ｍｍである光検出器１７が用いられる。正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の紙面２０ａに沿った方向に関するシフトの幅２×ｖ（図７参照）が約３０ｍｍである場合、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２のシフトの幅ｄ２を受光部１７ａのサイズの０．５ｍｍ以下にするためには、傾斜角φが約１度である出力面１６ｂを有する光学偏向素子１６が用いられる。この構成において、出力光Ｃの出力面１６ｂからの出射角δはおよそ８９度以上９０度未満である。

以上のように構成された本実施形態に係る図３（ａ）の表面測定装置１０によれば、平行光を用紙２０の紙面２０ａで正反射させ、反射された正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２を光学偏向素子１６を介して通過させた後、当該正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の光強度を検出する光検出器１７を備える。ここで、当該光強度に基づいて用紙２０の紙面２０ａの状態を測定する表面測定装置１０において、光学偏向素子１６は、所定の屈折率を有し、正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２を偏向することにより、当該光学偏向素子１６から出力される出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２が光検出器１７に入射するように、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２を出力する。具体的には、光学偏向素子１６は、出力面１６ｂにおける出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２の出射角δが、入射面１６ａにおける正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の入射角αよりも大きくなるように反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２を偏向する。このように偏向された後の出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２が出力面１６ｂから出力されることによって、正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の入射面１６ａへの入射位置にかかわらず、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２のシフトの幅ｄ２は、正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２のシフトの幅ｄ１よりも小さく、受光部１７ａのサイズ未満に設定される。よって、正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の入射面１６ａへの入射位置にかかわらず、用紙２０の紙面２０ａからの正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２のシフトの幅ｄ１を出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２のシフトの幅ｄ２に縮小でき、従来技術と比較して小型化が可能な表面測定装置１０及び当該表面測定装置１０を備えた印刷装置１を実現できる。表面測定装置１０を小型化できることによって、表面測定装置１０の印刷装置１への設置の自由度が向上する。なお、上記の「入射位置にかかわらず」は、理想的には、入射位置にかかわらず、偏向する偏向素子を利用してもよいが、所定の位置の範囲内に限定して偏向できる偏向素子を利用してもよい。

なお、被測定物体は、用紙に限らず例えば樹脂製、木製等の各種の印刷媒体であってもよく、あるいは、表面に印刷媒体が形成された板、立体構造物などでもよい。

実施形態２．
図９は、本発明の実施形態２に係る表面測定装置１０Ａの光学偏向素子１６Ａの構成を示す垂直断面図である。本実施形態に係る表面測定装置１０Ａは、実施形態１に係る図３（ａ）の表面測定装置１０と比較して、光学偏向素子１６に代えて、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２が光検出器１７に集光されるように、出力面１６Ａｂから素子外側に向かう方向で凸面である出力面１６Ａｂを有する光学偏向素子１６Ａを備えたことが異なる。以下、相違点について詳細説明する。

図９において、入射面１６ａに対する出力面１６Ａｂの傾斜角は光検出器１７から遠いほど大きく、光検出器１７に近いほど小さい。従って、本実施形態に係る光学偏向素子１６Ａは、いわゆる出力面１６Ａｂの凸レンズにより、出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２を集光する作用を有する。正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２にそれぞれ対応する各屈折光Ｂａ，Ｂ１ａ、Ｂ２ａの出力面１６Ａｂでの入射角β２，β２１，β２２は、入射面１６ａでの屈折角β１よりも大きく、全反射の臨界角γよりも小さい。このため、関係式α＜β２１＜β２＜β２２＜γが成り立つ。この構成のために、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２がそれぞれ出力される各位置における出力面１６Ａｂの各傾斜角φ０，φ１，φ２は、関係式φ１＜φ０＜φ２が成り立つ。

それ故、図９の光検出器１７の受光部１７ａは、光学偏向素子１６Ａの凸面である出力面１６Ａｂによる集光作用によって、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２が実質的に集光される位置の近傍に配置される。この場合、受光部１７ａの近傍における出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２のシフトの幅ｄ２ａは実質的にゼロである。

以上のように構成された実施形態２に係る表面測定装置１０Ａによれば、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２が光検出器１７に集光されるように、出力面１６Ａｂから素子外側に向かう方向で凸面である出力面１６Ａｂを有する光学偏向素子１６Ａを備えたので、上記実施形態１と比較して、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２がより確実に光検出器１７の受光部１７ａに入射して、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２の検出感度が向上する。また、出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２の光路が出力面１６Ａｂ側の近傍に位置することによる射影効果、すなわち光スポットの縮小効果とが得られる。さらに、紙面２０ａの位置の変動に対するロバスト性が向上する。

実施形態３．
図１０は、本発明の実施形態３に係る表面測定装置１０Ｂの構成を示す垂直断面図である。

本実施形態に係る図１０の表面測定装置１０Ｂは、上記実施形態１に係る図３（ａ）の表面測定装置１０と比較して、光学偏向素子１６に代えて光学偏向素子１６Ｂを備えた点が異なる。光学偏向素子１６Ｂは、コリメート光学系１５からの平行光Ａ１を偏向させた後に用紙２０に出力する平板部１６１を追加部分としてさらに備える。当該平板部１６１は上記実施形態１に係る光学偏向素子１６と同じ光学材料で構成され、上記実施形態１に係る図１（ｂ）の光学偏向素子１６の端部１６ｃに一体的に延在するように構成されている。平板部１６１は開口部１９ａ内に設けられる。従って、光学偏向素子１６Ｂは開口１９の全体に設けられ、光学偏向素子１６Ｂは、空洞１２１，１２２を表面測定装置１０Ｂの外気から遮断する。平板部１６１の底面である平行光の出力面１６１ｂは正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の入力面１６ａと面一であり、紙面２０ａに平行である。コリメート光学系１５を通過した後の平行光Ａ１は平板部１６１の出力面である入射面１６１ａに入射角αで入射し、平板部１６１の内部を通過して出射角αで出力面１６１ｂから出力されて、入射光Ａとして紙面２０ａに入射する。紙面２０ａが基準面Ｓ，面Ｓ１，及び面Ｓ２に位置するそれぞれの場合において、入射光Ａは、各場合に対応して紙面２０ａ上の位置Ｐ，Ｐ１，及びＰ２に入射する。

光学偏向素子１６Ｂは、上記実施の形態１に係る図３（ａ）の光学偏向素子１６と同様に、位置Ｐ，Ｐ１，Ｐ２からの正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２を偏向することによって、正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の入射面１６ａへの入射位置にかかわらず、光学偏向素子１６Ｂの出力面１６Ｂｂからの出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２を光検出器１７に入射させる。

以上のように構成された表面測定装置１０Ｂによれば、光学偏向素子１６Ｂがさらに、上記所定の屈折率を有し、平行光Ａ１を偏向させた後に用紙２０に出力する追加部分である平板部１６１を備える。これにより、上記実施形態１と同様の効果が得られるのみならず、光学偏向素子１６Ｂが空洞１２１，１２２を表面測定装置１０Ｂの外気から遮断することによって、表面測定装置１０の外部の紙粉などの汚物が空洞１２１，１２２内に侵入することが防止される。

また、実施形態１では図３（ａ）の光学偏向素子１６が端部１６ｃを有することによって、ビーム幅を有する入射光にケラレが発生する恐れがあるが、本実施形態では、光学偏向素子１６Ｂはそのような端部を有さないためにケラレの発生が抑制される。なお、本実施形態は上記実施形態２にも適用可能であり、この場合、本実施形態に係る平板部１６１と上記実施形態２に係る図９の光学偏向素子１６Ａとが接続されて一体的に形成される。

実施形態４．
図１１は、本発明の実施形態４に係る表面測定装置１０Ｃの構成を示す垂直断面図である。

本実施形態に係る図１１の表面測定装置１０Ｃは、上記実施形態１に係る図３（ａ）の表面測定装置１０と比較して、以下の点が異なる。
（１）筐体１２が、当該基板１１の周囲を固定するように構成された筐体１２Ａに置き換えられたこと。
（２）光源１３が基板１１に設けられたこと。
（３）光学偏向素子１６が、コリメート光学系１５からの平行光Ａ２を偏向させた後に用紙２０に出力する追加部分である偏向部１６２を有する光学偏向素子１６Ｃに置き換えられたこと。
（４）光検出器１７が、基板１１上に配置されたこと。
（５）光学偏向素子１６Ｃの出力面１６Ｃｂに近接して配置され、光学偏向素子１６Ｃの出力面１６Ｃｂからの出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２を光検出器１７へ反射するミラー１７１をさらに備えたこと。

図１１において、基板１１が筐体１２Ａに固定された状態において、光源１３及び光検出器１７はそれぞれ、紙面２０ａ側の基板１１の面に配置される。光源１３は紙面２０ａへ向けて当該紙面２０ａに直交する方向に光源光を出射する。光源１３からの光源光はコリメート光学系１５によって平行光Ａ２に変換され、紙面２０ａに直交する方向に進行する。光学偏向素子１６Ｃは上記実施形態１に係る図３（ａ）の光学偏向素子１６と同一の光学材料で構成されている。偏向部１６２は、平行光Ａ２の光路上に設けられ、上面である平行光Ａ２の入射面１６２ａと、側面１６２ｂと、底面である入射光Ａの出力面１６２ｃとを有する。入射面１６２ａは出力面１６２ｃ及び紙面２０ａと平行であり、平行光Ａ２は入射角０度で入射面１６２ａに入射する。入射面１６２ａに入射した後の光Ａ３は偏向部１６２内において平行光Ａ２と同一の方向へ進行して側面１６２ｂに入射する。入射面１６２ａに入射した後の光Ａ３の側面１６２ｂへの入射角は全反射の臨界角γよりも大きく、したがって、当該光Ａ３は側面１６２ｂで全反射し、全反射した後の反射光Ａ４は出力面１６２ｃに入射する。偏向部１６２の出力面１６２ｃは光学偏向素子１６Ｃの入射面１６ａと同じ高さに位置し、紙面２０ａに平行である。反射光Ａ４は出力面１６２ｃを出射角αで通過し、入射光Ａとして用紙２０へ入射角αで入射する。

図１１の光学偏向素子１６Ｃの出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２の出力面１６Ｃｂは正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２を偏向して、シフトの幅ｄ２を有する出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２が出射各δで出力面１６Ｃｂから出力される。

図１１のミラー１７１は、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２を光検出器１７へ反射する。ミラー１７１により反射された、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２のそれぞれに対応する各反射光Ｄ，Ｄ１，Ｄ２１は、紙面２０ａに直交する方向へ進行し、光検出器１７の受光部１７ａに入射する。つまり、ミラー１７１は、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２を受光部１７ａにガイドする。光検出器１７の受光部１７ａには、反射された光Ｄ，Ｄ１，Ｄ２が入射し、光Ｄ，Ｄ１，Ｄ２の受光部１７ａへの入射によって光検出器１７は光Ｄ，Ｄ１，Ｄ２の光強度、すなわち正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の光強度を検出する。

出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２の進行方向はミラー１７１によって約９０度だけ偏向されるために、図１１に示す反射された光Ｄ，Ｄ１，Ｄ２のシフトの幅ｄ３は、出力面１６Ｃｂからの出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２の幅ｄ２にほぼ等しい。従って、当該幅ｄ３は正反射光Ｂ，Ｂ１，及びＢ２のシフトの幅ｄ１よりも小さい。

以上のように構成された本実施形態に係る表面測定装置１０Ｃによれば、光学偏向素子１６Ｃの偏向部１６２は、入射面１６２ａに入射した後の光Ａ３をさらに全反射する。この構成によれば、上記実施形態１と同様の効果が得られるのみならず、光源１３及びコリメート光学系１５は、必ずしも平行光が偏向部１６２の入射面１６２ａに角度αの入射角で入射するように配置される必要がなく、従って、光源１３及びコリメート光学系１５の表面測定装置１０内での配置の自由度が向上する。

また、本実施形態に係る表面測定装置１０Ｃは、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２を反射して光検出器１７に出力するミラー１７１をさらに備えたことを特徴とする。この構成によって、従って、光検出器１７は、必ずしも出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２の光路上に配置される必要がなく、よって、光検出器１７の表面測定装置１０内での配置の自由度が向上する。

さらに、本実施形態に係る表面測定装置１０Ｃによれば、光源１３と光検出器１７は、同一の基板１１上に設けられる。光源１３、光源制御回路１４、光検出器１７、及び信号取得回路１８を同一の基板１１上に配置することが可能になることによって、表面測定装置１０Ｃの実装が容易になる。例えば電気配線等の表面測定装置１０の部品実装を簡略化でき、基板１１の筐体１２への装着が容易になる。さらに、表面測定装置１０のサイズを、用紙２０の搬送方向、すなわち入射光Ａの紙面２０ａの走査方向に関して縮小できる。

なお、本実施形態は上記実施形態１，２にも適用可能であり、すなわち、本実施形態に係る偏向部１６２と、上記実施形態１に係る図３（ａ）の光学偏向素子１６又は上記実施形態２に係る図９の光学偏向素子１６Ａとが互いに接続されて一体的に形成されることができる。

また、本実施形態において、光源１３及び光検出器１７は表面測定装置１０の基板１１上に設けられたが、光源１３及び光検出器１７のうちの少なくとも一方が表面測定装置１０の外部の基板に設けられても良い。

実施形態５．
図１２は、本発明の実施形態５に係る表面測定装置１０Ｄの構成を示す垂直断面図である。図１３は、図１２の光学偏向素子１６Ｄの出力面１６Ｄｂの拡大垂直断面図である。

本実施形態に係る図１２の表面測定装置１０Ｄは、上記実施形態１に係る図３（ａ）の表面測定装置１０と比較して、光学偏向素子１６に代えて、光学偏向素子１６Ｄを備えた点が異なる。図１２の光学偏向素子１６Ｄは、図３（ａ）の光学偏向素子１６の出力面１６ｂに代えて、巨視的には光学偏向素子１６Ｄの入射面１６ａに平行な出力面１６Ｄｂを形成するが微視的には図１３に示すブレーズド回折格子構造を有する出力面１６Ｄｂを有する点が異なる。図１３において、例えば図１２の領域Ｒ，Ｒ１，Ｒ２における出力面１６Ｄｂの近傍における回折格子構造が示されている。

図１３において、出力面１６Ｄｂは、格子面部１６３と格子壁面部１６４とを有する。格子面部１６３は、光学偏向素子１６Ｄの入射面１６ａに垂直な方向に対して光検出器１７の方向へ所定の傾斜角μ１だけ下降した勾配を有し、すなわちブレーズ角９０−μ１を有する。格子壁面部１６４は、光学偏向素子１６Ｄの上方から見て出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２の進行方向とは逆の方向に面して切り立つように設けられている。格子面部１６３と格子壁面部１６４は、一定の間隔で互いに交互に配置されている。巨視的には、光学偏向素子１６Ｄ内を進行する屈折光Ｂａ，Ｂ１ａ，及びＢ２ａは、巨視的には入射角β２で、すなわち入射面１６ａに平行な方向に対して入射角β２で出力面１６Ｄｂに入射する。

図１３に示すように、微視的には屈折光Ｂａ，Ｂ１ａ，及びＢ２ａは、傾斜角μ１で傾斜した勾配を有する格子面部１６３に入射する。この勾配に基づいて、出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２の出力面１６Ｄｂからの出射角δは、正反射光Ｂ，Ｂ１，及びＢ２の入射面１６ａへの入射角αよりも大きい。本実施形態に係る出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２のシフトの幅ｄ２と正反射光Ｂ，Ｂ１，及びＢ２のシフトの幅ｄ１との比率ｄ２／ｄ１はｃｏｓδ／ｃｏｓαである。このため、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２のシフトの幅ｄ２が所望の幅に縮小されるように、出射角δはα以上９０度未満の範囲内で設定されるように傾斜角度μ１が選択される。この結果、出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２のシフトの幅ｄ２は受光部１７ａのサイズよりも小さく、出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２は受光部１７ａに入射する。

以上のように構成された本実施形態に係る表面測定装置１０Ｄによれば、光学偏向素子１６Ｄの出力面１６Ｄｂには回折格子が設けられているので、当該回折格子によって屈折光Ｂａ，Ｂ１ａ，Ｂ２ａが偏向されることによって、光学偏向素子１６Ｄは、出力面１６Ｄｂにおける出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２の出射角δが、入射面１６ａにおける正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の入射角αよりも大きくなるように反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２を偏向する。このように偏向された後の出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２が出力面１６Ｄｂから出力されることによって、正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２の入射面１６ａへの入射位置にかかわらず、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２のシフトの幅ｄ２ｂは、正反射光Ｂ，Ｂ１，Ｂ２のシフトの幅ｄ１よりも小さくなり、受光部１７ａのサイズ未満に設定される。その結果、偏向された後の出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２は光検出器１７の受光部１７ａ内に入射する。また、平面光学素子構造によって偏向光学系を構成できることによって光学偏向素子１６Ｄの作成精度を緩和できる。なお、光学偏向素子１６Ｄの出力面１６Ｄｂに形成される回折格子構造は矩形構造であっても良いが、回折効率を高めるためには矩形構造よりもブレーズド回折格子構造が好ましい。

なお、上記１６Ｄｂは、巨視的に見て、上記実施形態１に係る図３（ａ）の光学偏向素子１６と同様に、所定の傾斜角φを有しても良い。この場合、屈折光Ｂａ，Ｂ１ａ，Ｂ２ａの格子面部１６３への入射角が全反射の臨界角γよりも小さくなるように、かつ、屈折光Ｂａ，Ｂ１ａ，Ｂ２ａの出力面１６Ｄｂへの入射角が屈折角β２よりも大きくなるように、光学偏向素子１６Ｄが構成される。また、上記１６Ｄｂは、上記実施形態２に係る図９の光学偏向素子１６Ｂと同様に凸面であってもよい。

また、本実施形態に係る光学偏向素子１６Ｄの構成は、上記実施形態３，４と組み合わせられてもよく、すなわち、本実施形態に係る光学偏向素子１６Ｄが、上記実施形態３に係る図１０の平板部１６１又は上記実施形態４に係る図１１の偏向部１６２に一体的に接続されてもよい。

実施形態６．
図１４は、本発明の実施形態６に係る表面測定装置１０Ｅの構成を示す垂直断面図である。

本実施形態に係る図１４の表面測定装置１０Ｅは、上記実施形態４に係る図１１の表面測定装置１０Ｃと比較して、光学偏向素子１６Ｃに代えて光学偏向素子１６Ｅを備えた点が異なる。図１４の光学偏向素子１６Ｅは、図９の光学偏向素子１６Ｃと比較して、以下の点が異なる。
（１）図９の光学偏向素子１６Ｃの出力面１６Ｃｂが、巨視的には光学偏向素子１６Ｃの入射面１６ａと平行でありかつ微視的にはブレーズド回折格子構造を有する出力面１６Ｅｂに置き換えられたこと。
（２）図９の平板部１６１が、コリメート光学系１５からの平行光を偏向して通過させる、上面である平行光Ａ２の入射面１６５ａに回折格子構造を有する偏向部１６５に置き換えられたこと。ここで、偏向部１６５の入射面１６５ａと、底面である入射光Ａの出力面１６５ｂはそれぞれ、図１４に示すように、光学偏向素子１６Ｅの出力面１６Ｅｂ及び入射面１６ａと面一に形成されている。

図１５は、図１４の偏向部１６５の入射面１６５ａ上の平行光Ａ２が照射される領域Ｑの拡大垂直断面図である。図１６は、図１４の光学偏向素子１６Ｅの出力面１６Ｅｂの拡大垂直断面図である。図１５において、偏向部１６５の格子面部１６６は、光学偏向素子１６Ｅの入射面１６ａに垂直な方向に対して光源１３の方向へ所定の傾斜角μ２だけ下降した勾配を有し、すなわちブレーズ角９０−μ２を有する。格子壁面部１６７は、一定の距離間隔で、光学偏向素子１６Ｅの上方から見て出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２の進行方向に面して切り立つように設けられている。巨視的には、コリメート光学系１５からの平行光Ａ２は、入射角０度で偏向部１６５の入射面１６５ａに入射する。微視的には、平行光Ａ２は格子面部１６６において屈折して、屈折光Ａ５が偏向部１６５内を進行する。当該屈折光Ａ５は偏向部１６５の出力面１６５ｂに入射角β１で入射して出力面１６５ｂを通過し、入射光Ａとして入射角αで紙面２０ａに入射する。

図１６において、出力面１６Ｅｂは、図１３の光学偏向素子１６Ｄの出力面１６Ｄｂと同じ構成の回折格子構造を有し、格子面部１６３と格子壁面部１６４とを有する。格子面部１６３は、光学偏向素子１６Ｅの入射面１６ａに垂直な方向に対して光検出器１７の方向へ所定の傾斜角μ１だけ下降した勾配を有し、すなわちブレーズ角９０−μ１を有する。格子壁面部１６４は、一定の距離間隔で、光学偏向素子１６Ｅの上方から見て出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２の進行方向とは逆の方向に面して切り立つように設けられている。巨視的には、光学偏向素子１６Ｅ内を進行する屈折光Ｂａ，Ｂ１ａ，及びＢ２ａは、入射面１６ａに平行な方向に関して入射角β２で出力面１６Ｅｂに入射する。

図１６に示す屈折光Ｂａ，Ｂ１ａ，及びＢ２ａは、微視的には、傾斜角μ１で傾斜した勾配を有する格子面部１６３に入射する。この勾配に基づいて、出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２の出力面１６Ｅｂからの出射角δは、正反射光Ｂ，Ｂ１，及びＢ２の入射面１６ａへの入射角αよりも大きい。本実施形態に係る出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２のシフトの幅ｄ２と正反射光Ｂ，Ｂ１，及びＢ２のシフトの幅ｄ１との比率ｄ２／ｄ１はｃｏｓδ／ｃｏｓαである。このため、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２のシフトの幅ｄ２が所望の幅に縮小されるように、出射角δはα以上９０度未満の範囲内で設定されるように傾斜角度μ１が選択される。この結果、出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２のシフトの幅ｄ２は受光部１７ａのサイズよりも小さく、出力光Ｃ，Ｃ１，及びＣ２は受光部１７ａに入射する。

以上のように構成された表面測定装置１０Ｅによれば、光学偏向素子１６Ｅの入射面１６５ａには、平行光を偏向する回折格子が設けられる。これにより、上記光Ａ２の進行方向が紙面２０ａに対して垂直になるように配置することが可能になり、上記実施形態４と同様の効果を有する。

なお、本実施形態に係る表面測定装置１０Ｅによれば、平行光Ａ２が入射する偏向部１６５の入射面１６５ａと、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２が出力される出力面１６Ｅｂとの両方に、回折格子が設けられている。しかしながら、平行光Ａ２が入射する偏向部１６５の入射面１６５ａと、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２が出力される出力面１６Ｅｂとうちのいずれか一方に回折格子が設けられてもよい。よって、平行光Ａ２が入射する偏向部１６５の入射面１６５ａと、出力光Ｃ，Ｃ１，Ｃ２が出力される出力面１６Ｅｂとうちの少なくとも一方に回折格子が設けられてもよい。

１…印刷装置、
１０，１０Ａ〜１０Ｅ…表面測定装置、
２０…用紙、
２０ａ…紙面、
１１…基板、
１２…筐体、
１３…光源、
１４…光源制御回路、
１５…コリメート光学系、
１６，１６Ａ〜１６Ｅ…光学偏向素子、
１６ａ…入射面、
１６ｂ，１６Ａｂ〜１６Ｅｂ…出力面、
１７…光検出器、
１７ａ…受光部、
１９…開口、
１９ａ，１９ｂ…開口部、
１０２…プリンタ制御装置、
１０４…転写ベルト、
１０５…給紙トレイ、
１０６…給紙コロ、
１０８…転写ローラ、
１０９…定着装置、
１２１，１２２…空洞、
１６１…平板部、
１６２…偏向部、
１６３，１６６…格子面部、
１６４，１６７…格子壁面部、
１６５…偏向部、
１７１…ミラー。

特開２０１２−１２７９３７号公報

Claims (10)

1. 平行光を被測定物体の表面で反射させ、反射された反射光を光学素子を介して通過させた後、当該反射光の光強度を検出する光検出手段を備え、当該光強度に基づいて前記被測定物体の表面の状態を測定する表面測定装置において、
   前記光学素子は、所定の屈折率を有し、前記反射光を偏向することにより、当該光学素子から出力される出力光が前記光検出手段に入射するように、前記出力光を出力する光学偏向素子であることを特徴とする表面測定装置。
2. 前記光学素子は、前記反射光が入射する入射面と、前記出力光が出力される出力面とを有し、前記光学素子は、当該出力面における前記出力光の出射角が、当該入射面における前記反射光の入射角よりも大きくなるように前記反射光を偏向することを特徴とする請求項１に記載の表面測定装置。
3. 前記出力光が出力される前記光学素子の出力面は、凸面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面測定装置。
4. 前記平行光が入射する前記光学素子の入射面と、前記出力光が出力される前記光学素子の出力面とのうちの少なくとも１つには、前記反射光が当該光学素子に入射した光を偏向する回折格子が設けられたことを特徴とする請求項１から３までのうちのいずれか１つに記載の表面測定装置。
5. 前記光学素子はさらに、前記屈折率を有し、前記平行光を偏向させた後に前記被測定物体に出力する追加部分を備えたことを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか１つに記載の表面測定装置。
6. 前記光学素子の追加部分は、前記平行光をさらに全反射することを特徴とする請求項５に記載の表面測定装置。
7. 前記出力光を反射して前記光検出手段に出力する光反射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から６までのうちのいずれか１つに記載の表面測定装置。
8. 光源と、
   上記光源からの光源光を前記平行光に変換する変換手段とをさらに備え、
   前記光源と上記光検出手段は、同一基板上に設けられたことを特徴とする請求項１から７までのうちのいずれか１つに記載の表面測定装置。
9. 前記出力光は、８５度以上９０度未満の出射角を有して出力されることを特徴とする請求項１から８までのうちのいずれか１つに記載の表面測定装置。
10. 請求項１から９までのうちのいずれか１つに記載の表面測定装置を備えたことを特徴とする印刷装置。

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