JP2015102519A - 光学センサ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物によらず高い判別精度を得ることができる光学センサを提供する。
【解決手段】 光源１１、ビームスプリッタ３０、３つの受光器（１３、１５、３１）、偏光フィルタ１４などを有している。ビームスプリッタ３０は、光源１１からの光を、反射光Ｌｂ１と透過光Ｌｂ２に分割する。反射光Ｌｂ１は受光器３１で受光され、透過光Ｌｂ２は、照射光として記録紙Ｍに照射される。受光器１５は、表面正反射光の光路上に配置され、受光器１３は、偏光フィルタ１４を透過したＰ偏光成分を受光する。プリンタ制御装置は、受光器１５及び受光器１３の出力を受光器３１の出力で補正し、記録紙Ｍの銘柄を判別する。
【選択図】図８

Description

本発明は、光学センサ及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、対象物を判別するのに好適な光学センサ、及び該光学センサを備える画像形成装置に関する。

デジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置は、印刷用紙に代表される記録媒体の表面にトナー像を転写し、所定の条件で加熱及び加圧することでその像を定着させ画像を形成している。画像形成において考慮しなければならないのが現象条件、転写条件及び定着条件などの画像形成条件であり、特に高品質の画像形成を行うには、画像形成条件を記録媒体に応じて個別に設定する必要がある。

例えば、特許文献１には、反射光と透過光とを用いて記録材の種類を判別する記録材判別装置が開示されている。

また、特許文献２には、被印刷物からの反射光をＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離して、被印刷物の種類、有無もしくは表面などの状態を電気的に判別する判断手段を備えた印刷装置が開示されている。

また、特許文献３には、第１の偏光方向の直線偏光を、シート状の対象物の表面に向けて、該表面の法線方向に対して傾斜した入射方向から射出する照射系と、前記照射系から射出され前記対象物で正反射された光の光路上に配置された第１の光検出器を含む第１の光検出系と、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の直線偏光成分を透過させる光学素子、及び該光学素子を透過した光を受光する第２の光検出器を含む第２の光検出系と、を備える光学センサが開示されている。

しかしながら、従来の光学センサでは、対象物によっては判別精度が低下するおそれがあった。

本発明は、光源と、前記光源から射出された光の一部を受光する受光器と、前記光源からシート状の対象物に照射され、該対象物で反射された光を受光する光検出系と、前記受光器の出力に基づいて前記光検出系の出力を補正する処理部と、を備える光学センサである。

本発明の光学センサによれば、対象物によらず高い判別精度を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を説明するための図である。 光学センサ２２４５の構成を説明するための図である。 面発光レーザアレイを説明するための図である。 記録紙Ｍへの照射光の入射角を説明するための図である。 ビームスプリッタ３０を説明するための図である。 受光器３１の配置位置を説明するための図である。 照明中心を説明するための図である。 受光器１３及び受光器１５の配置位置を説明するための図である。 記録紙Ｍからの反射光を説明するための図である。 複数の銘柄の記録紙におけるＳ１／ＳＭの値とＳ２／ＳＭの値を説明するための図である。 光学センサ２２４５の変形例１を説明するための図である。 光学センサ２２４５の変形例２を説明するための図である。 光学センサ２２４５の変形例３を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を記録媒体に形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着装置２０５０、給紙コロ２０５４、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、光学センサ２２４５、プリンタ制御装置２０９０、操作パネル（図示省略）、及びプリンタ筐体２２００などを備えている。

通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

プリンタ制御装置２０９０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び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、増幅回路、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、上位装置からの要求に応じて各部を制御するとともに、上位装置からの画像情報を光走査装置２０１０に送る。なお、カラープリンタ２０００が記録媒体として対応可能な複数の銘柄の記録紙について、最適な現像条件及び転写条件が「現像・転写テーブル」としてＲＯＭに格納されている。

操作パネルは、作業者が各種設定を行うための複数のキー、及び各種情報を表示するための表示部を有している。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転する。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、プリンタ制御装置２０９０からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて色毎に変調された光で、対応する帯電された感光体ドラムの表面をそれぞれ走査する。これにより、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。すなわち、ここでは、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。また、各感光体ドラムがそれぞれ像担持体である。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの方向に移動する。

各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジ（図示省略）からのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされて多色のカラー画像が形成される。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出す。該記録紙は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出される。これにより、転写ベルト２０４０上のトナー画像が記録紙に転写される。ここで転写された記録紙は、定着装置２０５０に送られる。

定着装置２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙に定着される。ここでトナーが定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次積み重ねられる。

各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

ところで、デジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置は、印刷用紙に代表される記録媒体の表面にトナー像を転写し、所定の条件で加熱及び加圧することでその像を定着させ画像を形成している。画像形成において考慮しなければならないのが現象条件、転写条件及び定着条件などの画像形成条件であり、特に高品質の画像形成を行うには、画像形成条件を記録媒体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、その材質、厚さ、湿度、平滑性、及び塗工状態などに大きく影響されるためである。例えば平滑性に関しては、定着の条件によっては印刷用紙表面の凹凸において凹部分のトナーの定着率が低くなってしまう。そこで、記録媒体に応じた正しい条件で定着を行わないと色むらが生じてしまう。

さらに、近年の画像形成装置の進歩と表現方法の多様化に伴い、記録媒体の種類は印刷用紙だけでも数百種類以上存在し、さらにそれぞれの種類において坪量や厚さなどの仕様の違いで多岐にわたる銘柄がある。なお、以下では、坪量や厚さなどの仕様の違いも含めた用紙の最詳分類のことを銘柄といい、銘柄を特定する判別のことを「銘柄レベルでの判別」ともいう。高品質の画像形成のためにはこれら銘柄の１つ１つに応じた細かな画像形成条件を設定する必要がある。

また、近年、普通紙、グロスコート紙、マットコート紙、アートコート紙に代表される塗工紙、プラスチックシート、表面にエンボス加工が施された特殊紙、に関しても銘柄が増加している。

従来の画像形成装置では、トレイに用紙を充填する際、ユーザ自身がトレイ毎の用紙の銘柄や印刷条件を設定する必要があった。このため、設定作業に煩わしさがあった。そして、ユーザに用紙の種類を識別するための知識が求められ、その設定内容を誤ると最適な画像を得ることができなかった。また、使用する用紙の銘柄が不明の場合には、どの銘柄として設定するのが適しているのかがわからなかった。

そこで、カラープリンタ２０００は、光学センサ２２４５を有している。光学センサ２２４５は、給紙トレイ２０６０の近傍に配置され、給紙トレイ２０６０に収容されている記録紙の銘柄を判別するのに用いられる。

この光学センサ２２４５は、一例として図２に示されるように、光源１１、コリメートレンズ１２、ビームスプリッタ３０、３つの受光器（１３、１５、３１）、偏光フィルタ１４、及びこれらが収納される暗箱１６などを有している。なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、記録紙Ｍの表面に直交する方向をＺ軸方向として説明する。そして、光学センサ２２４５は、記録紙Ｍの＋Ｚ側に配置されているものとする。また、図２は、暗箱１６の−Ｙ側の壁を取り除いた状態の図である。

暗箱１６は、金属製の箱部材、例えば、アルミニウム製の箱部材であり、外乱光及び迷光の影響を低減するため、表面に黒アルマイト処理が施されている。暗箱１６は、−Ｚ側の壁に開口部を有している。

光源１１は、複数の発光部を有している。各発光部は、垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）である。すなわち、光源１１は、面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬアレイ）を含んでいる。ここでは、一例として図３に示されるように、９個の発光部が２次元配列されている。

光源１１は、記録紙Ｍに対してＳ偏光の直線偏光が照射されるように配置されている。また、光源１１からの光の記録紙Ｍへの入射角θ（図４参照）は、８０°である。この光源１１は、プリンタ制御装置２０９０によって、点灯及び消灯される。

コリメートレンズ１２は、光源１１から射出された光の光路上に配置され、該光を略平行光とする。

ビームスプリッタ３０は、コリメートレンズ１２を介した光の光路上に配置され、該光を２つの光（Ｌｂ１、Ｌｂ２）に分割する（図５参照）。このビームスプリッタ３０は、入射する光を反射光Ｌｂ１と透過光Ｌｂ２とに分割するビーム分割面を有している。ここでは、該ビーム分割面には、一例として反射光Ｌｂ１の光量と透過光Ｌｂ２の光量の割合がほぼ１：１となるようにハーフミラーを用いている。以下では、ビーム分割面の反射率を「Ｒｒ」、透過率を「Ｒｔ」と表記する。また、光源１１からの光のビーム分割面への入射角φ（図４参照）は、４５°である。

なお、ビーム分割面として、ハーフミラーに代えて、同等の機能を有するガラスウィンドウなどを用いても良い。その場合、Ｒｒ：Ｒｔは略１：４など、偏りがあっても構わないが、入射角φは部品の配置が可能な範囲でできるだけ小さく設計することが好ましい。これは、ガラスウィンドウのように自身の屈折率と入射角φとでフレネルの反射に従いＲｒとＲｔが決まる場合は、入射角φが小さいほうがＲｒ及びＲｔの変化が小さく、複数の光学センサにおける設置誤差による個体差が低減できるためである。

受光器３１は、ビームスプリッタ３０から射出される光Ｌｂ１の光路上に配置されている（図６参照）。なお、ビームスプリッタ３０の設置誤差などで受光器３１に対する光Ｌｂ１の光路にずれが懸念される場合には、受光器３１の前方に集光レンズを設置しても良い。これにより、受光器３１が受光する光Ｌｂ１の光量変化を低減することができる。

ビームスプリッタ３０から射出される光Ｌｂ２は、暗箱１６に設けられている開口部を通過し、Ｚ軸方向に対して傾斜した方向から記録紙Ｍを照明する（図７参照）。なお、以下では、記録紙Ｍの表面における照明領域の中心を「照明中心」と略述する。また、ビームスプリッタ３０から射出される光Ｌｂ２を「照射光」ともいう。

ところで、光が媒質の境界面に入射するとき、入射光線と入射点に立てた境界面の法線とを含む面は「入射面」と呼ばれている。そこで、入射光が複数の光線からなる場合は、光線毎に入射面が存在することとなるが、ここでは、便宜上、照明中心に入射する光線の入射面を、記録紙における入射面ということとする。すなわち、照明中心を含みＸＺ面に平行な面が記録紙における入射面である。

本明細書では、記録紙Ｍへの入射光だけでなく反射光に対してもＳ偏光及びＰ偏光という表現を用いるが、これは説明をわかりやすくするために、記録紙Ｍへの入射光の偏光方向を基準とした表現であり、入射面内において入射光（ここでは、Ｓ偏光）と同一の偏光方向の光をＳ偏光、それに直交する偏光方向の光をＰ偏光と呼ぶこととする。

偏光フィルタ１４は、照明中心の＋Ｚ側に配置されている。この偏光フィルタ１４は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を遮光する偏光フィルタである。なお、偏光フィルタ１４に代えて、同等の機能を有する偏光ビームスプリッタを用いても良い。

受光器１３は、偏光フィルタ１４の＋Ｚ側に配置され、偏光フィルタ１４を透過した光を受光する。ここでは、図８に示されるように、照明中心と偏光フィルタ１４の中心と受光器１３の中心とを結ぶ線Ｌ１と、記録紙Ｍの表面とのなす角度ψ１は９０°である。すなわち、偏光フィルタ１４は、記録紙Ｍの表面における照明中心の法線方向に配置されている。

受光器１５は、Ｘ軸方向に関して、照明中心の＋Ｘ側に配置されている。そして、照明中心と受光器１５の中心とを結ぶ線Ｌ２と、記録紙Ｍの表面とのなす角度ψ２は１７０°である。

光源１１の中心と、照明中心と、偏光フィルタ１４の中心と、各受光器の中心は、ほぼ同一平面上に存在する。

ところで、記録紙を照明したときの記録紙から反射光は、記録紙の表面で反射された反射光と、記録紙の内部で反射された反射光に分けて考えることができる。また、記録紙の表面で反射された反射光は、正反射された反射光と、一度の反射で拡散方向に反射された反射光と、記録紙表面の凹凸で複数回反射され拡散方向に反射された反射光とに分類できる。

記録紙の内部で反射された反射光は、記録紙が一般的な印刷用紙である場合、その内部の繊維と空孔の界面などで反射を多数回繰り返すため、その反射方向は等方性があるとみなせ、強度分布はランバート分布に近似できる。

以下では、便宜上、記録紙の表面で正反射された反射光を「表面正反射光」、一度の反射で拡散方向に反射された反射光を「表面拡散反射光」、複数回反射され拡散方向に反射された反射光を「多重拡散反射光」、記録紙の内部で反射された反射光を「内部反射光」ともいう。

すなわち、記録紙からの反射光は、表面正反射光、表面拡散反射光、多重拡散反射光及び内部反射光に分類できる（図９参照）。

ところで、記録紙の表面で偏光方向が回転するには、入射光がその入射方向に対して該回転の向きに傾斜した面で反射されなくてはならない。本実施形態では、光源１１の中心と照明中心と各受光器の中心とが同一平面上にあるため、記録紙の表面で偏光方向が回転した表面拡散反射光は、いずれの受光器の方向にも反射されない。そこで、受光器に向かう表面正反射光及び表面拡散反射光の偏光方向は、照射光の偏光方向と同じである。

一方、記録紙の表面で複数回反射し偏光方向が回転した多重拡散反射光や、記録紙の内部で複数回反射し偏光方向が回転した内部反射光は、反射の経路が上記平面から外れた後に、複数回反射されて再度この平面上に位置する光を含んでいる。そこで、受光器に向かう、多重拡散反射光及び内部反射光は、照射光の偏光方向に直交する偏光成分を含んでいる。

偏光フィルタ１４には、表面拡散反射光、多重拡散反射光、及び内部反射光が入射する。

偏光フィルタ１４に入射する表面拡散反射光は照射光と同じＳ偏光であるため、偏光フィルタ１４で遮光される。一方、多重拡散反射光及び内部反射光はＳ偏光とＰ偏光とが混在しているため、Ｐ偏光成分が偏光フィルタ１４を透過する。すなわち、多重拡散反射光に含まれるＰ偏光成分及び内部反射光に含まれるＰ偏光成分が受光器１３で受光される。

内部反射光の光量は、記録紙の厚みや密度に相関を持つことが発明者らによって確認されている。これは、内部反射光の光量が、記録紙の繊維中を通過する際の経路長に依存するためである。

受光器１５には、表面正反射光と表面拡散反射光と多重拡散反射光と内部反射光とが混在する反射光が入射する。この受光位置では、表面正反射光の光量に比べて表面拡散反射光、多重拡散反射光及び内部反射光の光量は非常に小さいので、受光器１５の受光光量は、表面正反射光の光量であるとみなすことができる。

各受光器は、それぞれ受光光量に対応する電気信号をプリンタ制御装置２０９０に出力する。なお、以下では、光源１１が点灯されたときの、受光器１３の出力信号における信号レベルを「Ｓ１」、受光器１５の出力信号における信号レベルを「Ｓ２」、受光器３１の出力信号における信号レベルを「ＳＭ」とする。

そして、カラープリンタ２０００が対応可能な複数銘柄の記録紙に関して、予め調整工程等の出荷前工程で記録紙の銘柄毎にＳ１／ＳＭ及びＳ２／ＳＭの値を計測し、該計測結果を「記録紙判別テーブル」としてプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納している。

図１０には、国内で販売されている３０銘柄の記録紙について、Ｓ１／ＳＭ、Ｓ２／ＳＭの計測値が示されている。なお、図１０における枠は、同一銘柄のばらつき範囲が示されている。

プリンタ制御装置２０９０は、カラープリンタ２０００の電源が入れられたとき、及び給紙トレイ２０６０に記録紙が供給されたときなどに、記録紙の銘柄を判別する処理（銘柄判別処理）を行う。このプリンタ制御装置２０９０によって行われる銘柄判別処理について以下に説明する。

（１）光源１１の複数の発光部を同時に点灯させる。
（２）各受光器の出力信号からＳ１、Ｓ２、ＳＭの値を求める。ここでは、所定のサンプリング時間毎にＳ１、Ｓ２、ＳＭの値が求められる。そこで、受光器毎に複数のデータが得られる。
（３）所定時間（例えば、３秒）経過後、光源１１の複数の発光部を消灯させる。
（４）受光器毎に、複数のデータを平均化し、該平均値を計測値とする。
（５）Ｓ１／ＳＭ、Ｓ２／ＳＭの計測値を求める。すなわち、Ｓ１の計測値及びＳ２の計測値をＳＭの計測値で規格化する。
（６）記録紙判別テーブルを参照し、得られたＳ１／ＳＭ及びＳ２／ＳＭの計測値から記録紙の銘柄を判別する。

図１０において、例えば、Ｓ１／ＳＭ及びＳ２／ＳＭの計測値が「◇」であれば、銘柄Ｄであると判別する。また、Ｓ１／ＳＭ及びＳ２／ＳＭの計測値が「■」であれば、最も近い銘柄Ｃであると判別する。また、Ｓ１／ＳＭ及びＳ２／ＳＭの計測値が「◆」であれば、銘柄Ａあるいは銘柄Ｂのいずれかである。このときは、例えば、銘柄Ａでの平均値と計測値との差、及び銘柄Ｂでの平均値と計測値との差を演算し、その演算結果が小さいほうの銘柄を選択する。なお、銘柄Ａであると仮定して該計測値を含めてばらつきを再計算するとともに、銘柄Ｂであると仮定して該計測値を含めてばらつきを再計算し、再計算されたばらつきが小さいほうの銘柄を選択しても良い。

（７）判別された記録紙の銘柄をＲＡＭに保存し、銘柄判別処理を終了する。

プリンタ制御装置２０９０は、ユーザから印刷ジョブ要求を受け取ると、ＲＡＭに保存されている記録紙の銘柄を読み出し、該記録紙の銘柄に最適な現像条件及び転写条件を、現像・転写テーブルから求める。

そして、プリンタ制御装置２０９０は、最適な現像条件及び転写条件に応じて各ステーションの現像装置及び転写装置を制御する。例えば、転写電圧やトナー量を制御する。これにより、高い品質の画像が記録紙に形成される。

ところで、従来の光学センサでは、記録紙に照射される光の光量（照射光量）が、例えば電源変動などに起因して規定の光量からわずかでも変化すると、記録紙からの反射光の光量も変化する。そして、この従来の光学センサを用いて、対象物をより細かく、特に銘柄まで判別する場合、似た特性をもつ銘柄同士では、照射する光の光量の変動による影響で誤判別する場合があった。

本実施形態の光学センサ２２４５では、Ｓ１及びＳ２の計測値ではなく、Ｓ１／ＳＭ及びＳ２／ＳＭの計測値に基づいて銘柄の判別を行っている。ここで、サンプリング時間中に照射光量が規定の光量からずれると、Ｓ１及びＳ２の計測値は、照射光量の変化に応じて変化する。一方、Ｓ１／ＳＭ及びＳ２／ＳＭの計測値は、照射光量が変化しても、ほとんど変化しない。そこで、Ｓ１／ＳＭ及びＳ２／ＳＭの計測値に基づいて銘柄の判別を行うと、Ｓ１及びＳ２の計測値に基づいて銘柄の判別を行う場合よりもより正確に銘柄を判別することができる。すなわち、光学センサ２２４５では、照射光量の変化を補正することが可能である。

照射光量は、熱などに起因して経時変化する。例えば、照射光の光パワーが１．００ｍＷから１．０５ｍＷに変化すると、Ｓ１及びＳ２は＋５％変化する。そこで、例えば、照射光の光パワーが１．００ｍＷのときに記録紙判別テーブルを作成し、銘柄ＥのＳ１のばらつき範囲が２７．０〜２９．５であった場合に、銘柄判別処理のときの照射光の光パワーが１．０５ｍＷであれば、Ｓ１の計測値が上記銘柄Ｅのばらつき範囲から外れてしまうことが起こりうる。特にばらつき範囲の境界が他の銘柄に近い銘柄を判別する場合には、照射光量の変化の影響は大きい。

本実施形態では、ＳＭは照射光量に対し線形性を有しており、ＳＭに基づいて照射光量の変化によるＳ１及びＳ２の変化を補正している。

すなわち、光学センサ２２４５を用いると、記録紙に照射される光の光量が変化しても、記録紙の銘柄を精度良く判別することができる。

なお、プリンタ制御装置２０９０は、ＳＭの計測値に基づいて照射光量が一定になるよう光源１１の駆動信号を制御しても良い。

また、意図せずして照射光が光学センサ２２４５の外部に漏れるのを防ぐために、安全対策として各受光部の出力信号のサンプリング時以外は照射光の光量を低減または消光しておき、その光量または消光していることを確認する手段としてＳＭの計測値を用いても良い。

ところで、内部反射光に含まれるＰ偏光成分を正確かつ検出量が最大となるように受光するためには、以下のことが重要である。

（１）内部反射光に含まれるＰ偏光成分の検出は、少なくとも正反射光が含まれる方向では行わない。

これは、実際には照射光を完全にＳ偏光だけにすることは困難であり、表面での反射光もＰ偏光成分を含んでしまうことによる。このため、正反射光が含まれる方向では、内部反射光に含まれるＰ偏光成分よりも、照射光にもともと含まれていて表面で反射されたＰ偏光成分のほうが大きくなってしまう。そこで、仮に正反射光が含まれる方向に偏光フィルタ１４及び受光器１３を配置すると、記録紙内部の情報が含まれる反射光量を精度良く検出することができない。

なお、照射光を完全にＳ偏光だけにするために、消光比の高い偏光フィルタを用いることも考えられるが、高コスト化を招く。

（２）内部反射光に含まれる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。

これは、内部反射光が完全拡散反射した光とみなせるため、検出方向に対する反射光量はランバート分布で近似でき、照明中心の法線方向が最も反射光量が多くなることによる。照明中心の法線方向に偏光フィルタ１４及び受光器１３を配置すると、Ｓ／Ｎが高く、最も精度が高い。

以上説明したように、本実施形態に係る光学センサ２２４５は、光源１１、コリメートレンズ１２、ビームスプリッタ３０、３つの受光器（１３、１５、３１）、偏光フィルタ１４、及びこれらが収納される暗箱１６などを有している。

ビームスプリッタ３０は、光源１１から射出され、コリメートレンズ１２を介した光を、反射光Ｌｂ１と透過光Ｌｂ２に分割する。受光器３１は、ビームスプリッタ３０から射出される反射光Ｌｂ１を受光する。ビームスプリッタ３０から射出される透過光Ｌｂ２は、照射光として記録紙Ｍに照射される。

受光器１５は、記録紙で正反射された光（表面正反射光）の光路上に配置されている。偏光フィルタ１４と受光器１３は、記録紙の表面の法線方向に拡散反射された光の光路上に配置され、偏光フィルタ１４は、Ｐ偏光成分を透過させ、受光器１３は、偏光フィルタ１４を透過した光（多重拡散反射光及び内部反射光に含まれるＰ偏光成分）を受光する。

プリンタ制御装置２０９０は、記録紙判別テーブルを参照し、得られたＳ１／ＳＭ及びＳ２／ＳＭの計測値から記録紙の銘柄を判別する。この場合は、照射光の光量が変化しても、精度良く記録紙の銘柄を判別することができる。

また、本実施形態では、光源として面発光レーザアレイを用いているため、直線偏光の照射光を得るための偏光フィルタが不要である。さらに、面発光レーザアレイでは、従来用いられてきたＬＥＤ等では困難であった複数の発光部の高密度な集積化が可能となる。この場合は、複数の発光部を有する小型の光源が実現できる。また、コリメートレンズの光軸付近に全てのレーザ光を集中させることができるため、入射角を一定にして複数の光を略平行にすることが可能となる。この場合は、安価なコリメート光学系を用いることができる。そこで、光学センサの小型化及び低コスト化を図ることができる。

また、銘柄判別処理では、面発光レーザアレイの複数の発光部を同時に点灯させている。このため、各受光部の出力におけるＳ／Ｎが向上し、判別精度を高めることができる。

また、複数の発光部を同時に点灯させることによりスペックルパターンのコントラスト比が低減され、より正確な反射光量の検出が可能になるため、判別精度を高めることができる。

また、複数の発光部を同時に点灯させることにより内部反射光の光量を増加させることができ、従来は微弱で分離することが困難であった記録紙内部からの反射光を高精度で分離することができる。記録紙内部からの反射光は、記録紙の内部状態に関する情報を含んでいる。

また、複数種類のセンサを組み合わせることなく、簡潔な部品構成であるため、低コストで、小型の光学センサを実現することができる。

そこで、光学センサ２２４５によると、対象物によらず高い判別精度を得ることができる。

そして、本実施形態に係るカラープリンタ２０００は、光学センサ２２４５を備えているため、結果として、高コスト化及び大型化を招くことなく、高品質の画像を形成することができる。さらに従来の手動で設定しなければならない煩わしさや設定ミスによる印刷の失敗が解消される。

なお、上記実施形態では、記録紙に照射される光がＳ偏光の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、記録紙に照射される光がＰ偏光であっても良い。但し、この場合は、前記偏光フィルタ１４に代えて、Ｓ偏光を透過させる偏光フィルタが用いられ、受光器１３は、内部反射光に含まれるＳ偏光成分を受光する。

また、上記実施形態において、光学センサ２２４５に処理装置を設け、銘柄判別処理の際のプリンタ制御装置２０９０での処理の少なくとも一部を、該処理装置で行っても良い。

また、上記実施形態において、銘柄判別処理における光源１１の点灯時間を操作パネルから作業者が設定できるようにしても良い。

ところで、外乱光や迷光の影響で、誤った判別をする恐れがある場合には、受光器の数を増加させても良い。

例えば、図１１に示されるように、受光器１７を更に有していても良い。この受光器１７には、表面拡散反射光と多重拡散反射光と内部反射光とが混在する反射光が入射する。

そして、照明中心と受光器１７の中心とを結ぶ線Ｌ３と記録紙の表面とのなす角度ψ３は、一例として１２０°である。このとき、光源１１の中心と、照明中心と、偏光フィルタ１４の中心と、各受光器の中心は、ほぼ同一平面上に存在する。

この場合に、プリンタ制御装置２０９０によって行われる銘柄判別処理について以下に説明する。なお、以下では、光源１１からの光が記録紙に照射されたときの、受光器１７の出力信号における信号レベルを「Ｓ３」という。

（１）光源１１の複数の発光部を同時に点灯させる。
（２）各受光器の出力信号からＳ１、Ｓ２、Ｓ３、ＳＭの値を求める。ここでは、所定のサンプリング時間毎にＳ１、Ｓ２、Ｓ３、ＳＭの値が求められる。そこで、受光器毎に複数のデータが得られる。
（３）所定時間（例えば、３秒）経過後、光源１１の複数の発光部を消灯させる。
（４）受光器毎に、複数のデータを平均化し、該平均値を計測値とする。
（５）Ｓ１／ＳＭ、Ｓ２／ＳＭ、Ｓ３／ＳＭの計測値を求める。
（６）記録紙判別テーブルを参照し、得られたＳ１／ＳＭ、Ｓ２／ＳＭ、Ｓ３／ＳＭの計測値から記録紙の銘柄を判別する。

なお、この場合は、カラープリンタ２０００が対応可能な複数銘柄の記録紙に関して、予め調整工程等の出荷前工程で記録紙の銘柄毎にＳ１／ＳＭ、Ｓ２／ＳＭ、Ｓ３／ＳＭの値を計測し、該計測結果を「記録紙判別テーブル」としてプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納している。

また、図１２に示されるように、受光器２０と偏光フィルタ２１を更に有していても良い。偏光フィルタ２１は、表面拡散反射光と多重拡散反射光と内部反射光とが混在する反射光の光路上に配置されている。この偏光フィルタ２１は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を遮光する偏光フィルタである。

受光器２０は、偏光フィルタ２１を透過した光の光路上に配置されている。そこで、受光器２０は、多重拡散反射光及び内部反射光に含まれるＰ偏光成分を受光する。

そして、照明中心と偏光フィルタ２１及び受光器２０の中心とを結ぶ線Ｌ４と記録紙の表面とのなす角度ψ４は、一例として１５０°である。また、光源１１の中心と、照明中心と、各偏光フィルタの中心と、各受光器の中心は、ほぼ同一平面上に存在する。

この場合に、プリンタ制御装置２０９０によって行われる銘柄判別処理について以下に説明する。なお、以下では、光源１１からの光が記録紙に照射されたときの、受光器２０の出力信号における信号レベルを「Ｓ４」という。

（１）光源１１の複数の発光部を同時に点灯させる。
（２）各受光器の出力信号からＳ１、Ｓ２、Ｓ４、ＳＭの値を求める。ここでは、所定のサンプリング時間毎にＳ１、Ｓ２、Ｓ４、ＳＭの値が求められる。そこで、受光器毎に複数のデータが得られる。
（３）所定時間（例えば、３秒）経過後、光源１１の複数の発光部を消灯させる。
（４）受光器毎に、複数のデータを平均化し、該平均値を計測値とする。
（５）Ｓ１／ＳＭ、Ｓ２／ＳＭ、Ｓ４／ＳＭの計測値を求める。
（６）記録紙判別テーブルを参照し、得られたＳ１／ＳＭ、Ｓ２／ＳＭ、Ｓ４／ＳＭの計測値から記録紙の銘柄を判別する。

なお、この場合は、カラープリンタ２０００が対応可能な複数銘柄の記録紙に関して、予め調整工程等の出荷前工程で記録紙の銘柄毎にＳ１／ＳＭ、Ｓ２／ＳＭ、Ｓ４／ＳＭの値を計測し、該計測結果を「記録紙判別テーブル」としてプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納している。

また、図１３に示されるように、上記受光器１７と上記受光器２０と上記偏光フィルタ２１とを更に有していても良い。

この場合に、プリンタ制御装置２０９０によって行われる銘柄判別処理について以下に説明する。

（１）光源１１の複数の発光部を同時に点灯させる。
（２）各受光器の出力信号からＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、ＳＭの値を求める。ここでは、所定のサンプリング時間毎にＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、ＳＭの値が求められる。そこで、受光器毎に複数のデータが得られる。
（３）所定時間（例えば、３秒）経過後、光源１１の複数の発光部を消灯させる。
（４）受光器毎に、複数のデータを平均化し、該平均値を計測値とする。
（５）Ｓ１／ＳＭ、Ｓ２／ＳＭ、Ｓ３／ＳＭ、Ｓ４／ＳＭの計測値を求める。
（６）記録紙判別テーブルを参照し、得られたＳ１／ＳＭ、Ｓ２／ＳＭ、Ｓ３／ＳＭ、Ｓ４／ＳＭの計測値から記録紙の銘柄を判別する。

なお、この場合は、カラープリンタ２０００が対応可能な複数銘柄の記録紙に関して、予め調整工程等の出荷前工程で記録紙の銘柄毎にＳ１／ＳＭ、Ｓ２／ＳＭ、Ｓ３／ＳＭ、Ｓ４／ＳＭの値を計測し、該計測結果を「記録紙判別テーブル」としてプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納している。

このように、互いに異なる方向に反射された拡散光をそれぞれ検出する複数の受光器を設け、各受光器の出力値をＳＭで規格化した値を用いて記録紙を判別することにより、外乱光や迷光などがあっても正確な判別が可能である。

また、この場合に、プリンタ制御装置２０９０は、Ｓ１とＳ２を用いておおまかに紙種を絞り込み、Ｓ３／ＳＭとＳ４／ＳＭを用いて記録紙の銘柄を判別しても良い。

なお、ここでは、ＳＭとＳ４を用いた演算方法としてＳ４／ＳＭを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、Ｓ４／ＳＭ×（定数）であっても良い。同様に、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を用いた演算方法についても、上述した演算方法に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、光源１１が複数の発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、光源１１が１つの発光部を有していても良い。

また、上記実施形態において、前記面発光レーザアレイに代えて、従来のＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を用いても良い。但し、この場合は、照射光をＳ偏光にするための偏光フィルタが必要となる。また、ＬＤが後方にもレーザ光を射出する場合は、前記受光器３１は、後方に射出されるレーザ光の光路上に配置されても良い。この場合は、前記ビームスプリッタ３０は不要である。

また、上記実施形態において、各受光器の前方に集光レンズが配置されていることが好ましい。この場合は、検出光量の変化を低減することができる。

また、上記実施形態において、光学センサ２２４５は、電源を内蔵していても良い。この場合は、カラープリンタ２０００からの給電は不要である。

また、上記実施形態において、光学センサ２２４５とプリンタ制御装置２０９０との間のデータのやりとりを無線で行っても良い。

また、上記実施形態では、光学センサ２２４５が給紙トレイ２０６０の近傍に配置されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、記録紙の搬送路近傍に光学センサ２２４５が配置されていても良い。

また、上記実施形態では、光学センサ２２４５が所定位置に固定されているいわゆる据え置きタイプの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、プリンタ筐体２２００に対して着脱可能ないわゆるハンディタイプであっても良い。この場合、作業者によって記録紙上に光学センサ２２４５が載置される。

また、上記実施形態では、給紙トレイが１つの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、給紙トレイが複数あっても良い。そして、給紙トレイ毎に光学センサ２２４５が設けられても良い。

また、光学センサ２２４５によって判別される対象物は、記録紙に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、画像形成装置としてカラープリンタ２０００の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、光プロッタやデジタル複写装置であっても良い。

また、上記実施形態では、画像形成装置が４つの感光体ドラムを有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、光学センサ２２４５は、記録紙にインクを吹き付けて画像を形成する画像形成装置にも適用可能である。

１１…光源、１２…コリメートレンズ、１３…受光器（第２の光検出器）、１４…偏光フィルタ（第１の光学素子）、１５…受光器（第１の光検出器）、１６…暗箱、１７…受光器（第３の光検出器）、２０…受光器（第３の光検出器、第４の光検出器）、２１…偏光フィルタ（第２の光学素子）、３０…ビームスプリッタ（分割光学素子）、３１…受光器、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、２０３０ａ，２０３０ｂ，２０３０ｃ，２０３０ｄ…感光体ドラム（像担持体）、２０３２ａ，２０３２ｂ，２０３２ｃ，２０３２ｄ…帯電装置、２０３３ａ，２０３３ｂ，２０３３ｃ，２０３３ｄ…現像ローラ、２０４０…転写ベルト、２０４２…転写ローラ、２０５０…定着装置、２０９０…プリンタ制御装置（処理部、調整装置）、２２４５…光学センサ、Ｍ…記録紙（シート状の対象物、記録媒体）。

特開２００５−１５６３８０号公報 特許第３３６２３６０号公報 特開２０１２−１２７９３７号公報

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源から射出された光の一部を受光する受光器と、
   前記光源からシート状の対象物に照射され、該対象物で反射された光を受光する光検出系と、
   前記受光器の出力に基づいて前記光検出系の出力を補正する処理部と、を備える光学センサ。
2. 前記光源は第１の偏光方向の直線偏光を射出し、
   前記光検出系は、前記対象物で正反射された光の光路上に配置された第１の光検出器と、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の直線偏光成分を透過させる第１の光学素子と、前記第１の光学素子を透過した光を受光する第２の光検出器と、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。
3. 前記処理部は、前記第１の光検出器の出力及び前記第２の光検出器の出力を、前記受光器の出力で規格化することを特徴とする請求項２に記載の光学センサ。
4. 前記第１の光学素子は、前記対象物の表面の法線方向に拡散反射された光の光路上に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学センサ。
5. 前記光検出系は、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置された第３の光検出器を更に有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の光学センサ。
6. 前記光検出系は、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、前記第２の偏光方向の直線偏光を透過させる第２の光学素子と、前記第２の光学素子を透過した光を受光する第３の光検出器とを更に有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の光学センサ。
7. 前記光検出系は、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置された第３の光検出器と、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、前記第２の偏光方向の直線偏光を透過させる第２の光学素子と、前記第２の光学素子を透過した光を受光する第４の光検出器とを更に有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の光学センサ。
8. 前記光源から射出された光を第１の光と第２の光とに分割する分割光学素子を備え、
   前記分割光学素子からの前記第１の光が前記受光器で受光され、
   前記分割光学素子からの前記第２の光が前記対象物に照射されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学センサ。
9. 記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、
   前記記録媒体を対象物とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学センサと、
   前記光学センサの出力に基づいて画像形成条件を調整する調整装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。

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