JP2017096650A - 検出装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物を判別する精度をより向上させる。【解決手段】記録紙Ｍ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角度で光を照射する照射系と、照射系から射出され記録紙Ｍで反射される光の光路上に配置される受光器１４と、表面における照射領域を表面内の異なる位置として入射角度で光を照射したときの、位置に関連する情報及び受光器１４の出力をそれぞれ取得し、位置と受光器１４の出力との相関である出力波形に基づき、記録紙Ｍを判別する処理を行うプリンタ制御装置２９０と、を有する検出装置である。【選択図】図２

Description

本発明は、検出装置及び画像形成装置に係る。

光学的な測定により対象物の特性や種類を判別する技術は、幅広い分野において有用である。

一例として、画像形成用の記録媒体の判別がある。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。画像形成時の加熱や加圧などの条件は、画像の品質に大きく影響を与える。これらの適切な条件は、記録媒体の種類によって異なるため、記録媒体の種類を正しく判別する必要がある。

そのため、内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分を受光する受光器と、表面正反射光を主として受光するように配置されている受光器とを備え、各受光器の出力信号から、記録紙の銘柄を特定することが可能な光学センサが開示されている（特許文献１）。

しかし、対象物を判別する精度をより向上させることが望まれていた。

本発明は、光を射出する光源を含み、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角度で前記光を照射する照射系と、前記照射系から射出され前記対象物で反射される光の光路上に配置される第１の光検出器を含む、第１の光検出系と、を備え、前記表面における照射領域を前記表面内の異なる位置として前記入射角度で前記光を照射したときの、前記位置に関連する情報及び前記第１の光検出器の出力をそれぞれ取得し、前記位置と前記第１の光検出器の出力との相関である出力波形に基づき、前記対象物を判別する処理を行う処理部を有する検出装置である。

本発明によれば、対象物を判別する精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成の説明図である。 本発明の一実施形態に係る光学センサの構成の説明図である。 面発光レーザアレイの説明図である。 記録紙への入射光の入射角の説明図である。 ２つの受光器の配置位置の説明図である。 正反射光、拡散反射光、多重拡散反射光、および内部拡散反射光の説明図である。 （Ａ）エンボス紙銘柄Ａの表面画像の例、（Ｂ）エンボス紙銘柄Ａの表面画像の例である。 （Ａ）エンボス紙銘柄Ａに対して移動をさせながら測定を行ったときの記録紙面内の位置とＳ１の関係を示すグラフ、（Ｂ）エンボス紙銘柄Ｂに対して移動をさせながら測定を行ったときの記録紙面内の位置とＳ１の関係を示すグラフである。 エンボス紙の斜視図および断面図である。 厚さの異なる部分を有する記録紙に光を照射した場合の反射光の強度分布および透過光の強度分布の説明図（１）である。 Ｓ１及びＳ２と、記録紙の銘柄との関係についての説明図である。 光学センサの他の構成例の説明図（１）である。 ４つの受光器の配置位置の説明図である。 光学センサの他の構成例の説明図（２）である。 厚さの異なる部分を有する記録紙に光を照射した場合の反射光の強度分布および透過光の強度分布の説明図（２）である。 厚さの異なる部分を有する記録紙に光を照射した場合の反射光の強度分布および透過光の強度分布の説明図（３）である。 光学センサの変形例１の説明図である。 光学センサの変形例２の説明図である。 光学センサの変形例３の説明図である。 光学センサの変形例４の説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図１から図２０に基づいて説明する。

＜画像形成装置＞
図１には、一実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタ２００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ２００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２１０、４つの感光体ドラム（２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ）、４つの帯電装置（２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ）、４つの現像ローラ（２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、２２３ｄ）、４つのトナーカートリッジ（２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ、２２４ｄ）、転写ベルト２３０、転写ローラ２４０、定着装置２５０、給紙トレイ２６０、給紙コロ２６１、レジストローラ対２６２、排紙ローラ２７１、排紙トレイ２７０、通信制御装置２８０、プリンタ制御装置２９０、及び光学センサ１００などを備えている。

通信制御装置２８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばコンピュータ）との双方向の通信を制御する。

プリンタ制御装置２９０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、アナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換回路などを有している。 そして、プリンタ制御装置２９０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２１０に送る。

感光体ドラム２２０ａ、帯電装置２２２ａ、現像ローラ２２３ａ、トナーカートリッジ２２４ａ、及びクリーニングユニット２２１ａ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２２０ｂ、帯電装置２２２ｂ、現像ローラ２２３ｂ、トナーカートリッジ２２４ｂ、及びクリーニングユニット２２１ｂ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２２０ｃ、帯電装置２２２ｃ、現像ローラ２２３ｃ、トナーカートリッジ２２４ｃ、及びクリーニングユニット２２１ｃ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２２０ｄ、帯電装置２２２ｄ、現像ローラ２２３ｄ、トナーカートリッジ２２４ｄ、及びクリーニングユニット２２１ｄ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。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。なお、各感光体ドラムは、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ものとする。

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２１０は、上位装置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、各色毎に変調された光束を、対応する帯電された感光体ドラムの表面にそれぞれ照射する。これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、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。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。

トナーカートリッジ２２４ａにはブラックトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２２３ａに供給される。トナーカートリッジ２２４ｂにはシアントナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２２３ｂに供給される。トナーカートリッジ２２４ｃにはマゼンタトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２２３ｃに供給される。トナーカートリッジ２２４ｄにはイエロートナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２２３ｄに供給される。

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２３０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２３０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２６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２６０の近傍には給紙コロ２６１が配置されており、該給紙コロ２６１は、記録紙を給紙トレイ２６０から１枚ずつ取り出し、レジストローラ対２６２に搬送する。該レジストローラ対２６２は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト２３０と転写ローラ２４０との間隙に向けて送り出す。これにより、転写ベルト２３０上のカラ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２５０に送られる。

定着装置２５０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上に定着される。ここで定着された記録紙は、排紙ローラ２７１を介して排紙トレイ２７０に送られ、排紙トレイ２７０上に順次スタックされる。

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。

カラープリンタ２００は、検出装置の一例としての光学センサ１００を有している。本実施形態では、光学センサ１００は、給紙トレイ２６０の近傍に配置され、給紙トレイ２６０に収容されている記録紙を判別するのに用いられる。

光学センサ１００は、後述する測定を行い、検出結果をプリンタ制御装置２９０に出力する。

処理部としてのプリンタ制御装置２９０は、光学センサ１００での検出結果に基づき、記録紙の銘柄を推定し、プリンタ制御装置２９０のＲＡＭに保存する。

調整装置としてのプリンタ制御装置２９０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、調整工程を行う。例えば、該記録紙の銘柄に最適な画像形成条件、即ち現像条件や転写条件などを、画像形成条件テーブルから求める。

そして、プリンタ制御装置２９０は、最適な画像形成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。

＜検出装置＞
従来、正反射光や表面拡散反射光、内部拡散反射光を検出して記録紙の銘柄を推定することが行われていた（特許文献１）。しかし、これまでの技術では、記録紙を構成する材質の違いを判別することはできても、記録紙の面内での光学特性（反射率や透過率など）の違いや物理的特性（形状など）の違いを判別することが困難である場合があった。

このような問題が発生する測定対象物の一例に、エンボス紙がある。エンボス紙は、凹凸により模様が浮き出した紙であり、紙の表面が押し型で強圧されて製造されたものである。用紙面内での紙厚は、図９の断面図に示されるように、凸面と凹面の２水準に分かれる。面内での厚さのばらつきは、他の面を位置の基準としたときの表面の高さの違いともいえる。

なお、このような凹凸は、エンボス紙のような加工されたもののみならず、一般的な記録紙も有するものである。これは、製造時に記録紙面内で紙の繊維の分布状態にムラが生じることで、用紙面内の紙厚にばらつきが生じるためである。この特徴は、一般に用紙の地合と呼ばれている。

本実施形態の光学センサ１００は、対象物の面内での特性の違いを検出可能とするものである。
光学センサ１００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（光学素子の一例）、開口板１３（第１の遮蔽部材の一例）、受光器１４（第１の光検出器の一例）、偏光フィルタ１５（偏光光学素子の一例）、受光器１６（第２の光検出器の一例）、及びこれらが収納される暗箱２１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、記録紙Ｍの表面に平行な面をＸＹ面として説明する。そして、光学センサ１００は、記録紙の＋Ｚ側に配置されているものとする。

また、以下では、記録紙に照射される光束を「照射光」といい、照射光の照射される領域を「照射領域」といい、「照射領域」の中心を「照明中心」とする。

また、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。

また、説明においては記録紙Ｍへの入射光だけでなく、反射光に対してもＳ偏光やＰ偏光という表現を用いるが、これは説明の便宜のために記録紙Ｍへの光の入射面を基準とした表現であり、入射面に垂直な偏光をＳ偏光、入射面に平行な偏光をＰ偏光と呼ぶこととする。

暗箱２１は、金属製、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２１の−Ｚ側の面には、開口部２２が形成されている。

光源１１は、半導体レーザを有し、レーザ光を射出する。本実施形態では、半導体レーザは、垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）であり、詳しくは、同一の基板上に形成された複数の発光部１１２を有する面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬアレイ）１１１である。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、各発光部１１２は配線部材１１３を介して電極パッド１１４に接続されている。光源１１は、プリンタ制御装置２９０によって、点灯及び消灯される。

光源１１は、記録紙に対してＳ偏光が照射されるように配置されている。

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

開口板１３は、光源１１から射出された光の光路上に配置され、通過する光の断面形状を規定の大きさに成形する。本実施形態では、開口板１３は円形のアパーチャ１３１を有しており、用紙平面上（ＸＹ平面）での照射領域の形状が、長辺が約１．０ｍｍの楕円となるように成形している。また、開口板１３は、照射光の光束の中心がアパーチャ１３１の中心を通過するように配置されている。

開口板１３を通過した光は、暗箱２１に設けられている開口部２２を通過して、記録紙表面の法線方向に対して傾斜した入射角度から、記録紙に入射する。ここでは、記録紙に入射する光の入射角θ（図４参照）を８０°としている。なお、図４では、暗箱２１の図示を省略している。

本実施形態では、コリメートレンズ１２を介して光源１１からの光を平行光とした後に、開口板１３を設けて、照射光の大きさを規定するようにしている。これにより、アパーチャ１３１を通過した後に光が発散して光の断面形状が大きくなってしまうことを防ぐことができ、設計が容易になる。光源１１から射出された光をコリメートせずにアパーチャ１３１を通過させた場合は、アパーチャ１３１を通過する光がある程度の発散角を有しているため、照射光の大きさではなく発散角の範囲を規定するものとなる。この場合、照射光の大きさを規定するには、アパーチャ１３１の大きさのほか、開口板１３の光源１１からの距離も考慮する必要がある。

受光器１４および受光器１６は、Ｘ軸方向に関して、照明中心の＋Ｘ側に配置されている。図５に示されるように、照明中心と受光器１４の中心とを結ぶ線と、記録紙Ｍの表面とのなす角度φ１は１７０°であり、照明中心と受光器１６の中心とを結ぶ線と、記録紙Ｍの表面とのなす角度φ２は１５０°である。

偏光フィルタ１５は、特定の直線偏光を分離するためのものであり、照明中心と受光器１６との間に配置されている。この偏光フィルタ１５は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を遮光するように配置されている。なお、偏光フィルタ１５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。

光源１１の中心と、照明中心と、受光器１４、１６の中心は、ほぼ同一平面上に存在する。

ところで、図６に示すように、対象物に光を照射したときの対象物からの反射光は、対象物の表面で反射された反射光と、対象物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、対象物の表面で反射された反射光は、さらに、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、対象物表面の凹凸で複数回反射し拡散方向に反射された反射光と、に分類できる。以下では、便宜上、それぞれの反射光を「正反射光」、「拡散反射光」及び「多重拡散反射光」ともいう。また、対象物の内部で反射された反射光を「内部拡散反射光」ともいう。

すなわち、用紙からの反射光は、正反射光、拡散反射光、多重拡散反射光及び内部拡散反射光に分類できる。

対象物が一般の印刷用紙である場合、対象物の内部に入射した光は、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、その反射方向に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。

正反射光及び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、多重拡散反射光及び内部拡散反射光は、照射光の偏光方向に直交する偏光成分を含んでいる。ここで、用紙での反射で偏光方向が回転するのは、照射光がその進行方向に対して回転の向きに傾斜した面で反射されたときである。

本実施形態では、光源１１の中心と照明中心と受光器１４、１６の中心とがほぼ同一平面上にあるため、用紙表面で一度反射し偏光方向が回転した拡散反射光が、照明中心から受光器１４、１６への方向に向かうことはない。一方、用紙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用紙内部で複数回反射し偏光方向が回転した内部拡散反射光は、反射の経路で上記平面から外れた後、複数回反射することで再度この平面上に反射された光を含む。そのため、受光器１４、１６に向かう、多重拡散反射光及び内部拡散反射光は、照射光の偏光方向に直交する偏光成分を含んでいる。

よって、受光器１４には、正反射光、拡散反射光、多重拡散反射光及び内部拡散反射光が混在する反射光が入射する。ただし、この受光位置では、正反射光の光量に比べて拡散反射光、多重拡散反射光及び内部拡散反射光の光量は非常に小さいので、受光器１４の受光光量は正反射光の光量であるとみなすことができる。

また、偏光フィルタ１５には、拡散反射光、多重拡散反射光、内部拡散反射光が入射する。ここで、拡散反射光の偏光方向は、照射光の偏光方向と同じＳ偏光であるため、拡散反射光は、偏光フィルタ１５で遮蔽（遮光）される。一方、多重拡散反射光、内部拡散反射光の偏光方向は、照射光の偏光方向に対して回転しているため、多重拡散反射光および内部拡散反射光はＳ偏光とＰ偏光とを含むものであり、このうちＰ偏光成分が偏光フィルタ１５を透過する。

なお、以下では、便宜上、内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分を「内部拡散反射光のＰ偏光成分」ともいう。また、内部拡散反射光に含まれるＳ偏光成分を「内部拡散反射光のＳ偏光成分」ともいう。

受光器１６は、偏光フィルタ１５を透過した、「内部拡散反射光のＰ偏光成分」と「内部拡散反射光のＳ偏光成分」とを受光する。

受光器１４及び受光器１６は、それぞれ受光光量に対応する電気信号（検出信号）をプリンタ制御装置２９０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１４の出力信号における信号レベルを「Ｓ１」、受光器１６の出力信号における信号レベルを「Ｓ２」という。

本実施形態では、光学センサ１００の位置を固定し、移動機構としての搬送装置（給紙コロ２６１、レジストローラ対２６２）により、記録紙ＭをＸＹ平面内で等速移動させながら、光学センサ１００による測定を行う。つまり、記録紙Ｍ表面内で、複数の照射領域からの反射光を検出している。ここでは、用紙上の照射領域を、等速で＋Ｘ方向に直線的に３５ｍｍの範囲を移動させる。

受光器１４および受光器１６は、一定期間毎に検出信号をプリンタ制御装置２９０に出力する。また、プリンタ制御装置２９０は、各検出信号が得られたタイミングについての情報も取得する。対象物の移動速度と移動時間（測定タイミングの間隔）から、対象物の表面内での照明中心間の距離を算出することができる。対象物の表面内での照明中心間の距離は、位置に関連する情報の一例である。

図７（Ａ）、（Ｂ）に示すようなエンボス紙銘柄ＡおよびＢに対して上記の移動をさせながら測定を行ったときの、記録紙面内の位置とＳ１の関係を、図８に示す。記録紙面内の位置とＳ１の関係（相関）は出力波形の一例であり、以下では、波形データとも称する。図８（Ａ）はエンボス紙銘柄Ａ、図８（Ｂ）はエンボス紙銘柄Ｂに対して測定を行ったものである。また、図８における実線（Ａ１、Ｂ１）は本実施形態の光学センサ１００を用いた場合であり、破線（Ａ２、Ｂ２）は開口板１３を有さない光学センサを用いた場合を示す。

図７からわかるように、エンボス紙銘柄Ａには、比較的ランダムな位置に局所的に深い溝が存在し、エンボス紙銘柄Ｂには、比較的均等な間隔で凹凸が存在する。

図８に示すように、Ｓ１の平均値は、エンボス紙銘柄ＡとＢとでほぼ同等となる一方で、波形データの形状には差異があることがわかる。この波形データの形状の違いに基づいて、両者の判別を行うことができる。波形データの形状による判別方法の一例として、波形データにおけるピーク間隔（Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｂ）に基づく方法や、ピークの尖り度に基づく方法などを用いることができる。

本実施形態では、光学センサ１００に対して記録紙Ｍを移動させて、複数の位置での反射光の検出信号と、それぞれの測定位置間の距離を取得するようにしているため、記録紙Ｍの面内での表面形状の違いを反映した波形データを得ることができる。

また、実線（Ａ１、Ｂ１）と破線（Ａ２、Ｂ２）を比較すると、開口板１３を有する光学センサ１００を用いて測定した場合、開口板１３を有さない光学センサを用いて測定した場合よりも明確に、波形データの形状の違いを観測することができることがわかる。この要因について、以下説明する。

図９に示すように、エンボス紙は、用紙面内において２水準の紙厚を有する。このような厚さの異なる部分を有する対象物に光を照射した場合の、反射光の強度分布および透過光の強度分布の例を図１０に示す。

反射光の強度分布は、表面の粗さに応じた分布となる。すなわち、粗さが小さいほど正反射光方向の強度が大きい分布となる。一方で、透過光は、対象物内で多重に散乱することにより進行方向が等方的となり、透過光の強度分布はランバート分布に近似した分布となる。

エンボス紙の用紙面内における紙厚が薄い部分は、製造時の強圧により密度が高く、光を透過しやすい性質になる。すなわち、薄い部分では、厚い部分に比べて、透過光量は増加し、反射光の総量は減少する。そのため、用紙面内で位置を変えながら反射光の光量を検出すると、その表面形状に応じた波形データが得られる。

エンボス紙の模様や一般的な用紙の地合などの表面形状は、局所的な特徴である。そのため、特徴を反映する波形データを得るためには、光の照射領域を適切な大きさにする必要がある。一般的に、開口板１３を有さない光学センサの照射領域は大きい。一例として、上記で用いた開口板１３を有さない光学センサの照射領域は、長辺が約１０ｍｍの楕円形状であった。そのため、出力は、薄い部分からの反射光と厚い部分からの反射光が平均化されたものとなっていた。

＜対象物の判別方法＞
次に、光学センサ１００での検出結果に基づく用紙判別方法の一例を説明する。
前述のとおり、受光器１４の出力信号における信号レベルは「Ｓ１」、受光器１６の出力信号における信号レベルは「Ｓ２」である。

プリンタ制御装置２９０のＲＯＭには、カラープリンタ２００が対応可能な複数銘柄の記録紙に関する「記録紙判別テーブル」が格納されている。「記録紙判別テーブル」は、出荷前工程にて記録紙の銘柄毎に予め計測されたデータに基づく、Ｓ１およびＳ２の値と、波形データに関する情報と、を含んでいる。

「記録紙判別テーブル」におけるＳ１およびＳ２の値は、平均の値である。これは、取得した波形データの平均値であってもいいし、開口板１３を介さない状態で測定した値であってもいい。

波形データに関する情報としては、ピーク間隔値やピークの尖り度などを用いることができる。また、波形データそのものであってもよい。

図１１には、国内で販売されている３０銘柄の記録紙について、Ｓ１及びＳ２の計測値が示されている。なお、図１１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２９０は、カラープリンタ２００の電源が入れられたとき、または給紙トレイ２６０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。この銘柄判別処理について以下に説明する。

（１）光学センサ１００の発光部を発光させる。
（２）受光器１４及び受光器１６の出力信号からＳ１、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判別する。銘柄が１候補に絞られた場合は、以下の（５）に進む。複数の候補が存在し、その中にエンボス紙が含まれる場合、以下の（４）を実施する。
（４）記録紙判別テーブルの波形データに関する情報を参照し、得られた波形データから記録紙の銘柄を判別する。
（５）判別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。

上記の（３）において、例えば、Ｓ１及びＳ２の計測値が「Ｒ」であれば、銘柄Ｄと判別される。また、Ｓ１及びＳ２の計測値が「Ｓ」であれば、最も近い銘柄Ｃと判別される。また、Ｓ１及びＳ２の計測値が「Ｔ」であれば、銘柄Ａあるいは銘柄Ｂのいずれかである。銘柄Ａ及び銘柄Ｂのいずれもエンボス紙でない場合には、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と判別される。また、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。また、Ｓ１及びＳ２の計測値が「Ｕ」であれば、銘柄Ｅ，銘柄Ｆ，銘柄Ｇのいずれかである。一例として、銘柄Ｅ及び銘柄Ｆがエンボス紙である場合は、上記の（４）の処理を行い、波形データに基づき銘柄を判別する。

上述のとおり、本実施形態の光学センサ１００では、記録紙面内の照射位置を変化させて反射光を受光し、受光器の出力と、該出力が得られた位置に関する情報を得るようにしている。これにより、記録紙の面内での光学特性の違いや物理的特性の違いを反映した波形データを取得することを可能としている。

また、本実施形態では、プリンタ制御装置２９０が、取得した波形データに基づいて記録紙の銘柄を特定する処理を行うようにしている。これにより、対象物の面内での特性の違いに基づいて、精度の高い判別を行うことができる。

また、本実施形態では、開口板１３により、開口板１３を介した場合の照射領域を、開口板１３を介さない場合の照射領域よりも、小さくするよう補正している。これにより、対象物の局所的な形状を反映した波形データを取得することを可能としている。

なお、上述したように、記録紙の表面形状は、エンボス紙のみに見られるものではなく、種々の記録紙において見られるものである。そのため、波形データに関する情報に基づき判別する対象は、エンボス紙のみには限定されず、その他の記録紙の判別においても当該情報を利用できる。

また、光学センサは、第３の光検出系及び第４の光検出系の少なくとも一方をさらに備えてもよい。例えば、図１２に、光学センサ１００の構成に加えて、第３の光検出系として受光器１７、また第４の光検出系として偏光フィルタ１８および受光器１９を更に備える光学センサ１００Ａを示す。

光源１１の中心と、照明中心と、受光器１７の中心と、偏光フィルタ１８の中心と、受光器１９の中心は、ほぼ同一平面上に存在する。

受光器１７は、表面拡散反射光、多重拡散反射及び内部拡散反射光を受光する位置に配置されている。偏光フィルタ１８は偏光フィルタ１５と同様、Ｐ偏光を透過させるよう配置されている。受光器１９は、偏光フィルタ１８を透過した光を受光する。偏光フィルタ１８を透過する光は、多重拡散反射及び内部拡散反射光のＰ偏光である。

ここでは、照明中心と受光器１７の中心とを結ぶ線と、記録紙の表面とのなす角度φ３は１２０°であり、照明中心と受光器１９の中心とを結ぶ線と、記録紙の表面とのなす角度φ４は９０°である（図１３参照）。

この場合に、プリンタ制御装置２９０によって行われる紙種判別処理について以下に説明する。なお、以下では、光源１１が点灯されたときの、受光器１７の出力信号における信号レベルを「Ｓ３」、受光器１９の出力信号における信号レベルを「Ｓ４」という。また、ここでは、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の値と、波形データに関する情報と、を含む「記録紙判別テーブル」を用いる。
（１）光学センサ１００Ａの発光部を発光させる。
（２）受光器１４、１６、１７及び１９の出力信号からＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４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、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の値から記録紙の銘柄を判別する。銘柄が１候補に絞られた場合は、以下の（５）に進む。複数の候補が存在し、その中にエンボス紙が含まれる場合、以下の（４）を実施する。
（４）記録紙判別テーブルの波形データに関する情報を参照し、得られた波形データから記録紙の銘柄を判別する。
（５）判別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。

第３の光検出系及び第４の光検出系が検出する光は、第１の光検出系及び第２の光検出系が検出する光とは異なる方向に反射されたものであり、異なる情報を含むと考えられる。よって、光学センサ１００は、第３の光検出系及び第４の光検出系の少なくとも一方を備えることで、対象物の判別の精度を向上させることができる。

他の方法として、Ｓ１とＳ２を用いておおまかに紙種を絞り込み、Ｓ３とＳ４を用いて記録紙の銘柄を特定することも可能である。

また、光学センサは、照射領域と受光器との間に第２の開口板２３を備えてもよい。

本実施形態の光学センサは、補正部材を備えることにより対象物の照射領域を小さくできるものの、照射領域はある程度の面積を有する。そのため、図１５に示すように、記録紙の厚い部分と薄い部分の両方に照射領域が及ぶ場合がある。厚い部分での用紙表面方向への反射光量は、薄い部分に比べて大きいため、照射領域の多くが紙厚の薄い部分にあったとしても、紙厚の厚い部分からの拡散反射の光も受光してしまうことで、検出出力の大小が反転してしまうことがある。

そこで、図１４に示す光学センサ１００Ｂでは、照射領域と受光器１４との間に、第２の遮蔽部材としての第２の開口板２３を備える。図１６に示すように、第２の開口板２３は、照明中心からの光を通過させ、かつ、受光器１４での光の取り込み角度を制限する。これにより、照射領域のうちの外側の領域からの反射光を遮光することが可能となり、検出出力の反転を防いで精度の高い測定を行うことができる。

これまで説明した光学センサ１００，１００Ａ，１００Ｂにおいて、補正部材に変更を加えた例（変形例１〜４）を以下説明する。変形例によれば、補正部材による補正の有無や補正の程度を変更可能に構成することも可能である。

＜検出装置の変形例１＞
図１７に示す光学センサ１０１は、補正部材を前記光源から射出された光の光路上と該光の光路外とで移動させる機構である、駆動装置３１を光学センサ１００に追加したものである。

駆動装置３１は、プリンタ制御装置２９０により制御され、開口板１３を光源１１から射出された光の光路上から出し入れする。そして、開口板１３を介さない場合と、開口板１３を介する場合の二通りの測定を可能とする。

開口板１３を介して測定する場合、上述の通り、照射領域を小さくできるので波形データの取得に有利である。一方、開口板１３を介さない場合、受光器１４の出力（Ｓ１）を複数とらずとも、平均化されたＳ１を取得することができる。

つまり、駆動装置３１により、Ｓ１などの平均値に基づいて判別を行うか、波形データに基づいて判別を行うかによって、開口板１３の有無を選択することができ、それぞれの判別において精度を向上させることができる。

＜検出装置の変形例２＞
図１８に示す光学センサ１０２は、補正部材による補正量を変更する機構である、駆動装置３２を光学センサ１００に追加したものである。

駆動装置３２は、プリンタ制御装置２９０により制御され、開口板１３のアパーチャ１３１の大きさを変更する。ここでは、開口板１３は複数の薄板からなり、複数の薄板の重なり具合を変更することでアパーチャ１３１の大きさを変更可能である。

補正部材による補正量の変更を可能とすることで、平均値の取得及び波形データの取得に最適な大きさの照射領域を選択することができ、それぞれの判別において精度を向上させることができる。

＜検出装置の変形例３＞
図１９に示す光学センサ１０３は、光学センサ１００から開口板１３を取り除き、補正部材による補正量を変更する機構である、駆動装置３３を追加したものである。

駆動装置３３は、プリンタ制御装置２９０により制御され、コリメートレンズ１２の光路上の位置を変更する。コリメートレンズ１２を光源１１に近づけると、射出された光の発散量が小さい状態でコリメートでき、コリメートレンズ１２と光源１１とが遠い場合よりも、照射領域を小さくすることが可能である。この方法は、対象物表面の凹凸の幅が比較的大きく、微小な照射領域が必要とされない場合に特に有効である。

＜検出装置の変形例４＞
図２０に示す光学センサ１０４は、光学センサ１００の開口板１３を集光レンズ２０に変更したものである。

集光レンズ２０は、コリメートレンズ１２でコリメートされた光を集光する。集光レンズ２０の焦点が照明中心と一致するのが理想的であるが、集光レンズ２０がない場合の照射領域よりも照射領域が小さくなる範囲で適宜設定可能である。この方法によれば、光源１１からの光を開口板で遮光しないため、照射する光量を確保することができる。

上記実施形態では、正反射光受光系である受光器１４の出力に基づく波形データについて説明したが、他の受光器（例えば受光器１６）の出力に基づく波形データを利用してもよい。

また、上記実施形態では、受光器１４と受光器１６とをともに備える構成としたが、少なくとも１つの受光器を備えていればよい。受光器が１つである場合、受光器からの出力値（平均値）と波形データに基づき、記録紙の銘柄を判別する。

また、上記実施形態では、光学センサ１００に対して対象物を移動させる移動機構を設けていたが、これに限られない。例えば、移動機構は、対象物に対して光学センサ１００を移動させるものであってもよいし、対象物および光学センサ１００の両方を移動させるものであってもよい。移動機構は光学センサ１００と対象物の相対位置を変化するものであればよい。すなわち、移動機構は、対象物における光の照射領域（位置）を変化させながら複数の異なる照射領域（位置）に対して受光器による測定できるように構成されたものであればよい。また、移動機構を設けずに、手動により光学センサ１００及び対象物の少なくとも一方を移動させてもよい。

また、上記実施形態では、対象物の移動速度と測定タイミングとから位置に関する情報を取得したが、対象物の移動距離を測定するためのセンサを別に備えるようにしてもよい。また、対象物の移動は、移動機構により行ってもいいし、手動により行うことも可能である。

また、上記実施形態では、プリンタ制御装置２９０が記録紙の銘柄を判別する場合について説明したが、銘柄の判別を行うことは必須ではない。例えば、受光器の出力から直接調整工程を行うよう構成してもよい。

また、上記実施形態では、プリンタ制御装置２９０が処理部および調整装置の機能を有する場合について説明したが、光学センサ１００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２９０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、上記実施形態では、対象物に照射される光が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、偏光フィルタ１５としてＳ偏光を透過させる偏光フィルタが用いられ、受光器１６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、面発光レーザアレイに代えて、従来の端面発光型レーザを用いても良い。

また、上記実施形態では、光学センサ１００が給紙トレイ２６０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１００が配置されていても良い。また、光学センサ１００がカラープリンタ２００とは別体として構成されていてもよい。

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１００が設けられても良い。

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２００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１００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。

また、上記実施形態では、光学センサ１００による記録紙の判別について説明したが、対象物は記録紙に限定されるものではない。

１１…光源
１２…コリメートレンズ
１３…開口板
１４…受光器
１５…偏光フィルタ
１６…受光器
１７…受光器
１８…偏光フィルタ
１９…受光器
２１…暗箱
３１…駆動装置
３２…駆動装置
１００…光学センサ
２００…カラープリンタ
２１０…光走査装置
２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ…感光体ドラム
２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄ…クリーニングユニット
２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｄ…帯電装置
２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃ，２２３ｄ…現像ローラ
２３０…転写ベルト
２４０…転写ローラ
２５０…定着装置
２９０…プリンタ制御装置
Ｍ…記録紙

特開２０１２−１２７９３７号公報

Claims (15)

1. 光を射出する光源を含み、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角度で前記光を照射する照射系と、
   前記照射系から射出され前記対象物で反射される光の光路上に配置される第１の光検出器を含む、第１の光検出系と、
   前記表面における照射領域を前記表面内の異なる位置として前記入射角度で前記光を照射したときの、前記位置に関連する情報及び前記第１の光検出器の出力をそれぞれ取得し、前記位置と前記第１の光検出器の出力との相関である出力波形に基づき、前記対象物を判別する処理を行う処理部と、を有する検出装置。
2. 前記照射系は、前記照射領域を補正する補正部材を備え、
   前記補正部材は、該補正部材がある場合の照射領域を、該補正部材がない場合の照射領域よりも小さくするよう補正するものである請求項１に記載の検出装置。
3. 前記補正部材を前記光源から射出された光の光路上と該光の光路外とで移動させる機構および前記補正部材による補正量を変更する機構の少なくとも一方を備えることを特徴とする、請求項２に記載の検出装置。
4. 前記補正部材は、光束の一部を通過させる開口部が形成された第１の遮蔽部材である請求項２または３のいずれか一項に記載の検出装置。
5. 前記第１の遮蔽部材は、前記開口部の大きさを変化させる機構を備える請求項４に記載の検出装置。
6. 前記位置に関連する情報は、前記異なる位置間の距離若しくは前記照射領域の移動速度および移動時間である請求項１から５のいずれか一項に記載の検出装置。
7. 前記照射系は、前記光源と前記補正部材との間に、射出された光をコリメートする光学素子を備える請求項２に記載の検出装置。
8. 前記第１の光検出系は、前記反射された光の光路上かつ前記照射領域と前記第１の光検出器との間に、光束の一部を通過させる開口部が形成された第２の遮蔽部材を備える請求項１から７のいずれか一項に記載の検出装置。
9. 前記照射系および前記対象物の少なくとも一方を対象物の表面に平行な方向に移動させる、移動機構を備える請求項１から８のいずれか一項に記載の検出装置。
10. 前記照射系は、第１の偏光方向の直線偏光を照射し、
    前記第１の光検出器は、前記照射系から射出され前記対象物で正反射される光の光路上に配置され、
    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、前記拡散反射された光の、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分離する偏光光学素子と、該偏光光学素子で分離された第２の偏光方向の直線偏光成分の光の光路上に配置される第２の光検出器と、を含む第２の光検出系を備える請求項１から９のいずれか一項に記載の検出装置。
11. 前記光源は、２次元配列された複数の発光部を有する面発光レーザアレイである請求項１から１０のいずれか一項に記載の検出装置。
12. 前記対象物は、記録媒体である請求項１から１１のいずれか一項に記載の検出装置。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の検出装置を備える画像形成装置。
14. 前記検出装置の出力に基づき、画像形成条件を調整する調整装置を備える請求項１３に記載の画像形成装置。
15. 前記調整装置は、前記検出装置の出力に基づき前記対象物の種類を特定し、該特定された種類に応じて画像形成条件を調整する請求項１４に記載の画像形成装置。