JP2017187431A - 光学センサ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体の判別を詳細に行うことができる光学センサを提供すること。【解決手段】本実施形態の光学センサは、第１の偏光方向の直線偏光の光を、記録媒体に照射する光照射系と、前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において正反射された光を検出する第１の光検出系と、前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において拡散反射された光を検出する光検出系であって、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の光を透過する光学素子を有する第２の光検出系と、前記光照射系から照射された光の入射面以外の位置に設けられ、前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において拡散反射された光を検出する第３の光検出系と、を備えることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、光学センサ及び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、記録紙等の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により、トナー像を記録媒体に定着させて画像を形成するものである。このような画像形成装置において考慮する必要があるのが、転写条件や定着条件等の印刷条件であり、特に、高品質な画像形成を行う際には、印刷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、記録媒体に記録される画像品質が、記録媒体の材質、厚さ、湿度、平滑性及び塗工状態等により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におけるトナーの定着率が低くなり、高品質な画像を得ることができない。即ち、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、高品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、記録媒体の種類は記録紙だけでも数百種類以上存在し、さらに、それぞれの記録紙の種類において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、高品質な画像を形成するためには、記録紙等の記録媒体の種類に応じて、詳細な印刷条件を設定する必要がある。

ところで、現状の画像形成装置においては、画像形成装置における印刷条件の設定は、ユーザが行う必要があるため、ユーザに様々な記録媒体の種類等を判別するための知識が必要となる。また、印刷条件をユーザが設定する場合、印刷等を行う際に煩わしくなり、更には、印刷条件を誤って設定すると、所望の高品質な画像を得ることはできない。

このため、画像形成装置において、記録紙等の記録媒体の種類を自動で判別することのできる光学センサ及びこのような光学センサが搭載され、自動で記録媒体の判別を行い画像形成することができる画像形成装置に関する技術が検討されている。

このような技術としては、記録媒体の表面に照射された光のうち、記録媒体において正反射された光と、記録媒体の内部において拡散反射された光のＰ偏光成分とを用いて記録媒体の銘柄を判別する光学センサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、複数の光照射系と光検出系とにより、記録媒体のたわみや振動等による記録媒体の傾斜の影響を補正する光学センサが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

また、複数の光照射系と光検出系とにより、記録媒体の流れ目の程度の違いを計測し、計測した流れ目の程度の違いに基づいて、記録媒体の銘柄を判別する光学センサが開示されている（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献２及び３に記載されている光学センサにおいては、少なくとも２つの光照射系が必要であるため、高コスト化し、また、光照射系の制御が複雑化するといった課題がある。また、特許文献１から３に記載されている光学センサにおいては、記録媒体の種類を判別する精度に改善の余地があった。

そこで、上記課題に鑑み、記録媒体の判別を詳細に行うことができる光学センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、一実施形態において、光学センサは、第１の偏光方向の直線偏光の光を、記録媒体に照射する光照射系と、前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において正反射された光を検出する第１の光検出系と、前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において拡散反射された光を検出する光検出系であって、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の光を透過する光学素子を有する第２の光検出系と、前記光照射系から照射された光の入射面以外の位置に設けられ、前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において拡散反射された光を検出する第３の光検出系と、を備えることを特徴とする。

本実施形態によれば、記録媒体の判別を詳細に行うことができる光学センサを提供することができる。

記録紙からの反射光の説明図 記録紙の流れ目に沿って光を照射した場合の反射光の説明図 記録紙の流れ目に垂直に光を照射した場合の反射光の説明図 第１の実施形態の光学センサの側面図 第１の実施形態の光学センサの上面図 面発光レーザアレイの説明図 記録紙の種類と光検出系の出力との関係図 第２の実施形態の光学センサの側面図 第２の実施形態の光学センサの上面図 第３の実施形態の光学センサの側面図 第３の実施形態の光学センサの上面図 第４の実施形態の光学センサの側面図 第４の実施形態の光学センサの上面図 第５の実施形態の光学センサの側面図 第５の実施形態の光学センサの上面図 第６の実施形態のカラープリンタの概略構成図

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〔第１の実施形態〕
（反射光の分類）
最初に、図１に基づき記録紙に光を照射した場合の反射光について説明する。図１は、記録紙からの反射光の説明図である。図１においては、照射光がＳ偏光である場合を示している。

図１に示されるように、記録紙に光を照射した場合の反射光は、記録紙の表面における反射と記録紙の内部からの反射光に分類することができる。

記録紙の表面における反射光は、正反射された反射光と、拡散反射された拡散反射光とに分類することができる。また、一回の反射で拡散方向に反射された反射光と、複数回の反射で拡散方向に反射された反射光とに分類することができる。以下では、便宜上、記録紙の表面において正反射された反射光を表面正反射光と称する。また、記録紙の表面における一回の反射で拡散方向に反射される反射光を表面拡散反射光と称し、記録紙の表面における複数回の反射で拡散方向に反射される反射光を表面多重拡散反射光と称する。

記録紙の内部からの反射光は、記録紙を構成する繊維と空孔との界面等において多数回の反射を繰り返すため、反射方向は等方性があるとみなすことができ、強度分布はランバート分布に近似することができる。以下では、便宜上、記録紙の内部からの反射光を内部拡散反射光と称する。

以上のように、記録紙からの反射光は、表面正反射光、表面拡散反射光、表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光に分類できる。

このうち、表面正反射光及び表面拡散反射光は、偏光方向が照射光の偏光方向と同じである。これは、照射光の偏光方向が回転するためには、照射光が光軸に対して回転の向きに傾斜した面で反射されることが必要であるからである。

これに対し、表面多重拡散反射光は記録紙の表面において多重反射された光であり、また、内部拡散反射光は記録紙の内部の繊維と空孔との界面等において多重反射された光である。このため、表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光は、偏光方向が照射光に対し回転している。

以上より、偏光方向の異なる光を分離する光学素子、例えば、偏光フィルタを光検出器の前段に設けることにより、光源から発せられた直線偏光の偏光成分に対し垂直な方向の偏光成分の光を検出することができる。このため、表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光を、表面正反射光及び表面拡散反射光から分離して検出することができる。このように検出された表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光の光量に基づき記録紙の種類、即ち、記録紙の銘柄、平滑度、厚さ、密度等を判別することができる。

（記録紙の流れ目）
ところで、記録紙は、製造工程において一方向に流れるように製造される。これにより記録紙には流れ目と称される記録紙を構成する繊維の配向が生じている。この繊維の配向は記録紙の製造工程において記録紙が流れる方向に沿うように形成されている。この流れ目によって記録紙の表面を形成する微小平面（微小凹凸）において繊維の傾きが生じるため、照射される光と記録紙において正反射した光とを含む面（以下「入射面」という。）以外の位置においても表面拡散反射光及び内部拡散反射光が検出される。

本実施形態では、入射面の位置における反射光の光量を測定することに加えて、入射面以外の位置における反射光の光量を測定することにより、記録紙の種類を詳細に判別することができる。即ち、流れ目の程度の違いに基づき、記録紙の種類を詳細に判別することができる。以下、図２及び図３に基づき具体的に説明する。

図２は、記録紙の流れ目に沿って光を照射した場合の反射光の説明図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は記録紙の流れ目に沿った面（ＹＺ平面）における断面図、図２（ｃ）は記録紙の流れ目に垂直な面（ＸＺ平面）における断面図である。図２における記録紙は、流れ目による凹凸の配向性が１００％のものを仮定したものであり、流れ目はＹ軸方向に沿ったものである。

図２に示されるように、記録紙１の流れ目に沿った方向より光１１を照射した場合、即ち、記録紙１の流れ目と照射された光１１の光路とが同一平面にある場合、言い換えるならば、照射された光１１の光路がＹＺ平面と平行な面に存在している場合、ＹＺ平面においては、記録紙１の表面は平滑な平面とみなすことができる。このため、照射された光１１の大部分は記録紙１の表面で正反射され表面正反射光１１ａとなる。拡散反射光としては、記録紙１の内部において拡散反射された内部拡散反射光１１ｂが生じる。一方、ＸＺ平面においては、表面正反射光１１ａ、内部拡散反射光１１ｂに加えて、表面拡散反射光１１ｃが発生する。これは照射された光に対して記録紙１の平面が傾斜を有するためである。したがって、ＹＺ平面とＸＺ平面とでは異なる反射特性が得られることで独立したパラメータが増加するため、これらの反射特性に基づき記録紙１の種類を判別することで、記録紙１の種類の判別の精度を向上させることができる。

図３は記録紙の流れ目に垂直に光を照射した場合の反射光の説明図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は記録紙の流れ目に沿った面（ＹＺ平面）における断面図、図３（ｃ）は記録紙の流れ目に垂直な面（ＸＺ平面）における断面図である。図３における記録紙は、流れ目による凹凸の配向性が１００％のものを仮定したものであり、流れ目はＹ軸方向に沿ったものである。

図３に示されるように、記録紙１の流れ目に対し垂直方向より光１２を照射した場合、即ち、記録紙１に照射される光１２の光路がＸＺ平面と平行な面に存在している場合、記録紙１の表面は凹凸のある斜面とみなすことができる。このため、照射された光１２の大部分は記録紙１の表面で拡散反射され正反射されることはない。よって、ＹＺ平面及びＸＺ平面においては、いずれも拡散反射光として記録紙１の内部において拡散反射された内部拡散反射光１２ｂと、表面拡散反射光１２ｃとが生じるが、ＹＺ平面とＸＺ平面とではこれらの拡散反射光の光量が異なる。したがって、ＹＺ平面とＸＺ平面とでは異なる反射特性が得られることで独立したパラメータが増加するため、これらの反射特性に基づき記録紙１の種類を判別することで、記録紙１の種類の判別の精度を向上させることができる。

以上、記録紙１の流れ目に沿って照射された光と記録紙１の流れ目に垂直に照射された光とでは、表面正反射光、表面拡散反射光及び内部拡散反射光の光量の割合が異なる。

上記は、記録紙の流れ目の配向性が１００％である場合を想定したものであるが、実際の記録紙においては、流れ目の配向性の程度等は製造工程、製造条件等により異なる。しかしながら、このような記録紙における特質に基づいて、記録紙に入射した光のＹＺ平面及びＸＺ平面における反射光の光量を測定することにより、記録紙の種類を詳細に判別することができ、記録紙の判別の精度を向上させることができる。

（光学センサ）
図４は、第１の実施形態の光学センサの側面図である。図５は、第１の実施形態の光学センサの上面図であり、図４における光学センサを＋Ｚ軸方向から見たときのＸＹ平面を示している。

図４に示されるように、光学センサは、光照射系１００と、第１の光検出系１１０と、第２の光検出系１２０と、第３の光検出系１３０とを有する。光照射系１００、第１の光検出系１１０、第２の光検出系１２０及び第３の光検出系１３０は、暗箱１８０に収納されている。また、光照射系１００、第１の光検出系１１０、第２の光検出系１２０及び第３の光検出系１３０は、制御部１９０に接続されている。

記録紙１は、表面がＸＹ平面に平行となるように設置されており、光学センサは、記録紙１に対し、＋Ｚ側に設置されている。

光照射系１００は、光照射系１００より照射された光の光路が記録紙１の表面の法線方向に対し角度φ０となるように設置されている。光照射系１００は、光源１０１と、コリメートレンズ１０２とを有する。

光源１０１は、複数の発光部を有している。各々の発光部は、同一基板上に形成された垂直共振器型の面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）とすることができる。即ち、光源１０１は、面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬアレイ）を含むものである。尚、光源１０１は、面発光レーザアレイ以外であってもよく、例えばＬＥＤ、白色光であってもよい。

図６は、面発光レーザアレイの説明図である。図６に示されるように、面発光レーザアレイ２００は、面発光レーザにより構成される発光部２０１と、各々の発光部２０１に接続される配線２０２と、各々の配線２０２に接続される電極パッド２０３とを有する。図６には、一例として、９個の発光部２０１が２次元的に配列されているものを示している。光源１０１がＶＣＳＥＬのような複数の発光部２０１を有するものである場合、拡散反射を起こす記録紙に可干渉距離の長い半導体レーザ光を照射した際に特有のスペックル・パターンによるセンサ出力のばらつきを低減することができる。

光照射系１００は、記録紙１に対してＳ偏光の光を照射するように形成されている。尚、光源１０１として、ＬＥＤ、白色光等の無偏光の光源を用いる場合には、光源１０１から発せられた光をＳ偏光の光とするための偏光フィルタを設置し、偏光フィルタを透過させることによりＳ偏光の光とすることができる。尚、Ｓ偏光の光に代えて、Ｐ偏光の光を記録紙１に対して照射してもよい。

コリメートレンズ１０２は、光源１０１から照射された光の光路上に設置され、この光を略平行光とするためのものである。コリメートレンズ１０２により略平行光となった光は、暗箱１８０に設けられている開口部１８１より記録紙１に照射される。尚、光が記録紙１に照射される領域を照射領域と称し、照射領域の中心位置を照明中心Ｏと称し、コリメートレンズ１０２を介した光を照射光と称することがある。

第１の光検出系１１０は、光照射系１００より記録紙１に照射された光の表面正反射光を検出するためのものであり、フォトダイオード等の受光素子により構成される光検出器１１１を有する。第１の光検出系１１０は、Ｘ軸方向において、照明中心Ｏの＋Ｘ側に設置されている。

第２の光検出系１２０は、光照射系１００より記録紙１に照射された光の表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光を検出するものである。第２の光検出系１２０は、フォトダイオード等の受光素子により構成される光検出器１２１と、光検出器１２１の前段に設けられた偏光フィルタ１２２とを有する。第２の光検出系１２０は、照明中心Ｏにおいて記録紙１の表面に対する角度φ１が９０度となる方向に設置されている。偏光フィルタ１２２は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を遮光する偏光フィルタである。尚、偏光フィルタ１２２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よい。

偏光フィルタ１２２には、光照射系１００より記録紙１に照射された光のうち、表面拡散反射光、表面多重拡散反射光及び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１２２で遮光される。これに対し、表面多重拡散反射光及び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、表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分は、偏光フィルタ１２２を透過する。即ち、光検出器１２１では、表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分のみが検出される。

第３の光検出系１３０は、光照射系１００より記録紙１に照射された光の表面拡散反射光、表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光を検出するものであり、フォトダイオード等の受光素子により構成される光検出器１３１を有する。第３の光検出系１３０は、図５に示されるように、照明中心Ｏにおいて光照射系１００より照射される光の光路に対する角度θ１が、ＸＹ平面において９０度となる方向に設置されている。尚、第３の光検出系１３０は、光照射系１００から照射された光の入射面以外の位置に設けられていればよく、角度θ１は９０度以外の角度であってもよい。

暗箱１８０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。また、図４に示されるように、暗箱１８０は、記録紙１の存在している面に、記録紙１に光を照射するための開口部１８１が設けられている。このように光照射系１００、第１の光検出系１１０、第２の光検出系１２０及び第３の光検出系１３０が暗箱１８０と記録紙１により囲まれており、外光等が外部より入射することがほとんどないため、正確な測定を行うことができる。尚、暗箱１８０は、樹脂製であってもよく、材質は特に限定されない。

本実施形態では、光照射系１００の光源１０１の中心と、照明中心Ｏと、第１の光検出系１１０の光検出器１１１の中心と、第２の光検出系１２０の光検出器１２１の中心及び偏光フィルタ１２２の中心とは、同一平面に存在するように設置されている。

また、第１の光検出系１１０の光検出器１１１、第２の光検出系１２０の光検出器１２１及び第３の光検出系１３０の光検出器１３１は、各々受光した光量に対応する電気信号（光電変換信号）を制御部１９０に出力する。本実施形態では、光照射系１００からの光を記録紙１に照射した際、光検出器１１１、光検出器１２１及び光検出器１３１の出力信号の信号レベルを、各々、「Ｓ０１」、「Ｓ０２」及び「Ｓ０３」と称する。尚、制御部１９０に出力する出力信号は、所定の時間（以下「サンプリング時間」という。）の電気信号の平均値であってもよい。

制御部１９０は、光照射系１００からの光を記録紙１に照射した際の光検出器１１１の出力信号の信号レベルＳ０１、光検出器１２１の出力信号の信号レベルＳ０２及び光検出器１３１の出力信号の信号レベルＳ０３に基づいて記録紙１の種類を判別する。

具体的には、まず、カラープリンタ等の画像形成装置において使用される複数の種類の記録紙について、調整工程等の出荷前に行われる工程で予め各々の記録紙における信号レベルＳ０１、Ｓ０２及びＳ０３を計測しておく。続いて、信号レベルＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３に基づき、誤差範囲を含めた記録紙における信号レベルＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３の出力の範囲と、記録紙の種類との対応関係を示す「記録紙判別テーブル」を作成する。記録紙判別テーブルは、画像形成装置を出荷する前に、制御部１９０又は画像形成装置内に記憶されている。

これにより、画像形成装置により記録紙に印刷等を行う場合には、本実施形態の光学センサにより信号レベルＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３を測定し、この信号レベルに基づき、記録紙判別テーブルより、記録紙の種類を判別する。この判別は、画像形成装置内の調整装置等又は制御部１９０において行われる。尚、画像形成装置については後述する。

図７は、記録紙の種類と光検出系の出力との関係図である。図７には、各々の記録紙（例えば国内で販売されている３０銘柄の記録紙）に対応する信号レベルＳ０１と、信号レベルＳ０２の信号レベルＳ０３に対する割合（以下「信号レベルＳ０２／Ｓ０３」という。）との範囲が示されている。この記録紙判別テーブルに基づき、信号レベルＳ０１及び信号レベルＳ０２／Ｓ０３が含まれる範囲より、記録紙の銘柄を判別することができる。

例えば、ある記録紙において信号レベルＳ０１及び信号レベルＳ０２／Ｓ０３に基づく位置が点ａである場合、点ａは範囲３０１内のみに存在しており、記録紙は銘柄Ｄであると判別される。尚、範囲３０１は、銘柄ＤのＳ０１及びＳ０２／Ｓ０３による出力の範囲を示している。

また、例えばある記録紙において信号レベルＳ０１及び信号レベルＳ０２／Ｓ０３に基づく位置が点ｂである場合、点ｂはいずれの範囲にも含まれていない。このため、記録紙は点ｂに最も近い範囲３０２の銘柄Ｃであると判別される。尚、範囲３０２は、銘柄ＣのＳ０１及びＳ０２／Ｓ０３による出力の範囲を示している。

また、例えばある記録紙において信号レベルＳ０１及び信号レベルＳ０２／Ｓ０３に基づく位置が点ｃである場合、点ｃは範囲３０３内及び範囲３０４内のいずれにも存在している。このため、記録紙は銘柄Ａ又は銘柄Ｂであると考えられるが、どちらであるかは判別できない。ここで、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であると判別される。また、銘柄Ａであると仮定して計測値を含めてばらつきを再計算すると共に、銘柄Ｂであると仮定して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よい。尚、範囲３０３は、銘柄ＡのＳ０１及びＳ０２／Ｓ０３による出力の範囲を示している。また、範囲３０４は、銘柄ＢのＳ０１及びＳ０２／Ｓ０３による出力の範囲を示している。

尚、信号レベルＳ０１と信号レベルＳ０２／Ｓ０３との関係を示す記録紙判別テーブルにより記録紙の銘柄を判別する方法を例に挙げて説明したが、記録紙判別テーブルはこれに限定されない。記録紙判別テーブルとしては、信号レベルＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３の関係が３次元空間上で示されたものであってもよい。この場合においても、上記の方法と同様に、記録紙判別テーブルに基づき、信号レベルＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３が含まれる範囲より、記録紙の銘柄を判別することができる。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の光学センサは、第１の実施形態の光学センサの構成に加えて、入射面以外の位置に設けられ、記録紙において拡散反射された光を検出する、照射光と異なる偏光方向の光を透過する光学素子を有する第４の光検出系を備えるものである。

図８は、第２の実施形態の光学センサの側面図である。図９は、第２の実施形態の光学センサの上面図であり、図８における光学センサを＋Ｚ軸方向から見たときのＸＹ平面を示している。

図８に示されるように、光学センサは、光照射系１００と、第１の光検出系１１０と、第２の光検出系１２０と、第３の光検出系１３０と、第４の光検出系１４０とを有する。光照射系１００、第１の光検出系１１０、第２の光検出系１２０及び第３の光検出系１３０は、第１の実施形態と同様の構成とすることができる。

第４の光検出系１４０は、光照射系１００より記録紙１に照射された光の表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光を検出するものである。第４の光検出系１４０は、フォトダイオード等の受光素子により構成される光検出器１４１と、光検出器１４１の前段に設けられた偏光フィルタ１４２とを有する。第４の光検出系１４０は、図９に示されるように、照明中心Ｏにおいて光照射系１００より照射される光の光路に対する角度θ２が、ＸＹ平面において９０度となる方向に設置されている。尚、第４の光検出系１４０は、光照射系１００から照射された光の入射面以外の位置に設けられていればよく、角度θ２は９０度以外の角度であってもよい。偏光フィルタ１４２は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を遮光する偏光フィルタである。尚、偏光フィルタ１４２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よい。

偏光フィルタ１４２には、光照射系１００より記録紙１に照射された光のうち、表面拡散反射光、表面多重拡散反射光及び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１４２で遮光される。これに対し、表面多重拡散反射光及び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、表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分は、偏光フィルタ１４２を透過する。即ち、光検出器１４１では、表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分のみが検出される。

本実施形態では、第２の光検出系１２０の光検出器１２１の中心及び偏光フィルタ１２２の中心と、第３の光検出系１３０の光検出器１３１の中心と、第４の光検出系１４０の光検出器１４１の中心及び偏光フィルタ１４２の中心と、照明中心Ｏとは、同一平面に存在するように設置されている。

また、図２及び図３を用いて説明したように、記録紙１に照射された光の光路と垂直面内（図２のＸＺ平面内及び図３のＹＺ平面内）で検出される光は、偏光方向が変化した内部拡散反射の成分及び表面拡散反射の成分を有する。このため、偏光フィルタ１４２を追加することにより、流れ目による偏光方向の変化の影響を第１の実施形態よりも詳細に検出することができる。その結果、第１の実施形態よりも記録紙の種類を判別する精度を向上させることができる。

制御部１９０は、光照射系１００からの光を記録紙１に照射した際の光検出器１１１、光検出器１２１、光検出器１３１及び光検出器１４１の出力信号の信号レベルＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、Ｓ０４に基づいて、記録紙１の種類を判別する。

記録紙の種類の判別方法としては、第１の実施形態と同様、例えば出力信号の信号レベルＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、Ｓ０４から４次元空間上で記録紙判別テーブルに記録されている範囲と最も近いものから記録紙の種類を判別することができる。

〔第３の実施形態〕
第３の実施形態の光学センサは、第２の実施形態の光学センサの構成における第３の光検出系１３０及び第４の光検出系１４０が、照明中心Ｏにおいて記録紙１の表面に対する角度φ２、φ３が、ＸＺ平面において９０度ではない方向に設置されているものである。

図１０は、第３の実施形態の光学センサの側面図である。図１１は、第３の実施形態の光学センサの上面図であり、図１０における光学センサを＋Ｚ軸方向から見たときのＸＹ平面を示している。

図１０に示されるように、光学センサは、第３の光検出系１３０の光検出器１３１の中心と、第４の光検出系１４０の光検出器１４１の中心及び偏光フィルタ１４２の中心と、照明中心Ｏとが、同一平面に存在するように設置されている。

第３の光検出系１３０は、照明中心Ｏにおいて記録紙１の表面に対する角度φ２が、ＸＺ平面において９０度ではない方向に設置されている。第４の光検出系１４０は、照明中心Ｏにおいて記録紙１の表面に対する角度φ３が、ＸＺ平面において９０度ではない方向に設置されている。尚、角度φ２及び角度φ３は、同じ角度であってもよく、異なる角度であってもよく、例えばφ２＝φ３＝４５度とすることができる。

本実施形態では、記録紙の種類に応じて角度φ２及び角度φ３を選択することにより、記録紙の種類を判別する精度を向上させることができる。

〔第４の実施形態〕
第４の実施形態の光学センサは、第１の実施形態から第３の実施形態のいずれかの光学センサの構成に加えて、入射面内に第５の光検出系と第６の光検出系とを更に備えるものである。以下では、第２の実施形態の光学センサの構成に加えて、入射面内に第５の光検出系と第６の光検出系とを更に備える光学センサを例に挙げて説明する。

図１２は、第４の実施形態の光学センサの側面図である。図１３は、第４の実施形態の光学センサの上面図であり、図１２における光学センサを＋Ｚ軸方向から見たときのＸＹ平面を示している。

図１２に示されるように、光学センサは、光照射系１００と、第１の光検出系１１０と、第２の光検出系１２０と、第３の光検出系１３０と、第４の光検出系１４０と、第５の光検出系１５０と、第６の光検出系１６０とを有する。光照射系１００、第１の光検出系１１０、第２の光検出系１２０、第３の光検出系１３０及び第４の光検出系１４０は、第２の実施形態と同様の構成とすることができる。

第５の光検出系１５０は、光照射系１００より記録紙１に照射された光の表面拡散反射光、表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光を検出するものであり、フォトダイオード等の受光素子により構成される光検出器１５１を有する。第５の光検出系１５０は、入射面内であって、照明中心Ｏにおいて記録紙１の表面に対する角度φ４が、ＸＺ平面において例えば１２０度となる方向に設置されている。

第６の光検出系１６０は、光照射系１００より記録紙１に照射された光の表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光を検出するものである。第６の光検出系１６０は、フォトダイオード等の受光素子により構成される光検出器１６１と、光検出器１６１の前段に設けられた偏光フィルタ１６２とを有する。第６の光検出系１６０は、入射面内であって、し照明中心Ｏにおいて記録紙１の表面に対する角度φ５が、ＸＺ平面において例えば１２０度となる方向に設置されている。偏光フィルタ１６２は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を遮光する偏光フィルタである。尚、偏光フィルタ１６２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よい。

尚、第５の光検出系１５０及び第６の光検出系１６０は、入射面内に設けられていればよく、角度φ４及び角度φ５は特に限定されない。

本実施形態では、互いに異なる方向に反射された光をそれぞれ検出する複数の光検出系を設け、各々の光検出系により検出される光に基づいて、記録紙を判別する。これにより、外乱光や迷光等があっても正確な判別が可能である。

〔第５の実施形態〕
第５の実施形態の光学センサは、第２の実施形態から第４の実施形態のいずれかの光学センサの構成において、第３の光検出系１３０の光検出器１３１及び第４の光検出系１４０の光検出器１４１が照明中心Ｏから等しい距離に配置されているものである。以下では、第２の実施形態の光学センサの構成において、第３の光検出系１３０の光検出器１３１及び第４の光検出系１４０の光検出器１４１が照明中心Ｏから等しい距離に配置されている光学センサを例に挙げて説明する。

図１４は、第５の実施形態の光学センサの側面図である。図１５は、第５の実施形態の光学センサの上面図であり、図１４における光学センサを＋Ｚ軸方向から見たときのＸＹ平面を示している。

図１４に示されるように、光学センサは、光照射系１００と、第１の光検出系１１０と、第２の光検出系１２０と、第３の光検出系１３０と、第４の光検出系１４０とを有する。光照射系１００、第１の光検出系１１０、第２の光検出系１２０及び第３の光検出系１３０は、第２の実施形態と同様の構成とすることができる。第４の光検出系１４０は、光照射系１００より記録紙１に照射された光の表面拡散反射光、表面多重拡散反射光及び内部拡散反射光を検出するものであり、フォトダイオード等の受光素子により構成される光検出器１４１を有する。

図１５に示されるように、第３の光検出系１３０の光検出器１３１と照明中心Ｏとの距離Ｌ５１と、第４の光検出系１４０の光検出器１４１と照明中心Ｏとの距離Ｌ５２との距離が等しくなるように配置されている。これにより、判別する対象の記録紙１にたわみ等が存在し、光検出器１３１及び光検出器１４１で検出された光に差が生じた場合であっても、これらの光検出器の信号を平均化することにより、たわみ等によるノイズの影響を低減することができる。

尚、図１４及び図１５に示されるように、入射面以外の位置に、光検出器１７１と偏光フィルタ１７２とを有する第７の光検出系１７０が設置されていてもよい。

〔第６の実施形態〕
第６の実施形態では、第１の実施形態から第５の実施形態の光学センサのいずれかを有する画像形成装置について説明する。本実施形態では、画像形成装置がカラープリンタ２０００である場合を例に挙げて説明する。図１６は、第６の実施形態のカラープリンタの概略構成図である。

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形成するタンデム方式の多色カラープリンタである。

カラープリンタ２０００は、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）、４つのトナーカートリッジ（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着装置２０５０、給紙コロ２０５４、レジストローラ対２０５６、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、上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０等を備えている。

通信制御装置２０８０は、ネットワーク等を介した上位装置（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、ＲＯＭ、ＲＡＭ、増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路等を有する。ＲＯＭには、ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び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。ＲＡＭは、作業用のメモリである。Ａ／Ｄ変換回路は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。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共に、上位装置からの画像情報を光走査装置２０１０に送る。尚、図１６ではプリンタ制御装置２０９０は、光学センサ２２４５の外部に設置する例を示したが、光学センサ２２４５自身がプリンタ制御装置２０９０を備えていてもよい。

感光体ドラム２０３０ａ、クリーニングユニット２０３１ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ及びトナーカートリッジ２０３４ａ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を構成する。以下では、便宜上、「Ｋステーション」とも称する。

感光体ドラム２０３０ｂ、クリーニングユニット２０３１ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ及びトナーカートリッジ２０３４ｂ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を構成する。以下では、便宜上、「Ｃステーション」とも称する。

感光体ドラム２０３０ｃ、クリーニングユニット２０３１ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ及びトナーカートリッジ２０３４ｃ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を構成する。以下では、便宜上、「Ｍステーション」とも称する。

感光体ドラム２０３０ｄ、クリーニングユニット２０３１ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ及びトナーカートリッジ２０３４ｄ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を構成する。以下では、便宜上、「Ｙステーション」とも称する。

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。即ち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。各感光体ドラムは、回転機構等により、図１６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。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２０３４ａにはブラックトナーが格納されており、ブラックトナーは現像ローラ２０３３ａに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｂにはシアントナーが格納されており、シアントナーは現像ローラ２０３３ｂに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｃにはマゼンタトナーが格納されており、マゼンタトナーは現像ローラ２０３３ｃに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｄにはイエロートナーが格納されており、イエロートナーは現像ローラ２０３３ｄ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、感光体ドラムの表面における光が照射された部分にだけ移行し、付着する。即ち、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。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。給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が設置されており、給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出し、レジストローラ対２０５６に搬送する。レジストローラ対２０５６は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出す。これにより、転写ベルト２０４０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の表面に定着される。ここで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。

光学センサ２２４５は、給紙トレイ２０６０内に収容されている記録紙の種類を判別するために用いられる。具体的には、カラープリンタ２０００の内部で記録紙の種類の判別を行う場合には、光学センサ２２４５により得られた数値等の情報に基づき、プリンタ制御装置２０９０等において記録紙の種類を判別する。よって、プリンタ制御装置２０９０は、画像形成条件を調整する調整装置としても機能する。

光学センサ２２４５は、前述した本実施形態における光学センサである。本実施形態の画像形成装置は、前述した本実施形態における光学センサを搭載しているため、記録紙の判別を高い精度で行うことができる。

また、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、予め記録紙の銘柄毎に各ステーションでの最適な現像条件及び転写条件を決定し、決定結果を「現像・転写テーブル」としてプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納している。上記の最適な現像条件及び転写条件の決定は、例えば調整工程等の出荷前工程に行うことができる。

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、給紙トレイ２０６０に記録紙が供給されたとき等に、記録紙の種類を判別する処理（以下「紙種判別処理」ともいう。）を行う。プリンタ制御装置２０９０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。
（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１の光検出系１１０の光検出器１１１、第２の光検出系１２０の光検出器１２１、第３の光検出系１３０の光検出器１３１の出力信号から信号レベルＳ０１、Ｓ０２及びＳ０３を求める。
（３）記録紙判別テーブルを参照し、得られた信号レベルＳ０１、Ｓ０２及びＳ０３から記録紙の銘柄を判別する。
（４）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。

プリンタ制御装置２０９０は、ユーザからの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、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。

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。

尚、上記の各実施形態において、記録紙は記録媒体の一例である。Ｓ偏光は第１の偏光方向の一例であり、Ｐ偏光は第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の一例である。

以上、光学センサ及び画像形成装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

上記の実施形態では、光が照射される記録媒体が記録紙である場合を例に挙げて説明したが、記録媒体はこれに限定されず、例えば樹脂製フィルム、布、皮膚等であってもよい。

また、上記の実施形態では、光源１０１が９個の発光部２０１を有する場合を例に挙げて説明したが、発光部２０１の数はこれに限定されない。

また、上記の実施形態において、各々の光検出器の前方に集光レンズが設けられてもよい。各々の光検出器の前方に集光レンズを設けることにより、信号レベルの計測ばらつきを低減することができる。反射光量に基づいて記録紙の種類を判別する光学センサにとって、測定の再現性は重要である。光学センサは、測定の際に測定面と記録紙の表面とが同一平面にあることを前提に設置されている。しかしながら、記録紙は、たわみや振動等により、測定面に対し表面が傾斜又は浮き上がってしまい、記録紙の表面が測定面と同一平面にならないことがある。記録紙の表面が測定面と同一平面でない場合、反射光の強度分布が変化し、光検出器により検出される光量が変化するため、詳細な判別を安定して行うことが困難となる。そこで、各々の光検出器の前方に集光レンズを設置すると、反射光の強度分布が変化した場合であっても、光検出器により検出される光の光量を安定化させることができる。

また、Ｓ偏光の正反射光の光量及びＰ偏光の正反射光の光量と、記録紙の平滑度、厚さ及び坪量との関係を予め求め、データベースとしてプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納しておいてもよい。この場合、ＲＯＭに格納されたデータベースを参照して光学センサの出力に基づいて記録紙の平滑度、厚さ及び坪量を判別し、判別された平滑度、厚さ及び坪量に応じて画像形成条件を調整してもよい。

また、上記の実施形態では、給紙トレイ２０６０が１つの場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、給紙トレイ２０６０は複数であってもよい。給紙トレイ２０６０が複数である場合には、各々の給紙トレイ２０６０に光学センサ２２４５を設けてもよい。

また、上記の実施形態において、記録紙の搬送中に記録紙の種類を判別してもよい。記録紙の搬送中に記録紙の種類を判別する場合、搬送路の近傍に光学センサ２２４５を設置してもよく、例えば給紙コロ２０５４と転写ローラ２０４２との間の搬送路の近傍に光学センサ２２４５を設置してもよい。

また、上記の実施形態において、記録紙を給紙トレイ２０６０に供給する前に記録紙の種類を判別してもよい。記録紙を給紙トレイ２０６０に供給する前に記録紙の種類を判別する場合、カラープリンタ２０００の外部に光学センサ２２４５を設置してもよく、例えばカラープリンタ２０００の外装の上面に光学センサ２２４５が据え置きされていてもよい。また、光学センサ２２４５が手で持ちやすい形状に形成され、記録紙の種類を判別する際にカラープリンタ２０００の外装の上面から取り外し可能となっていてもよい。

また、上記の実施形態では、画像形成装置がカラープリンタ２０００である場合を例に挙げて説明したが、画像形成装置はこれに限定されず、例えばモノクロ画像を形成するレーザプリンタであってもよい。また、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機であってもよい。

また、上記の実施形態では、画像形成装置が４つの感光体ドラムを有する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。画像形成装置は、例えば３つ以下の感光体ドラムを有するものであってもよく、５つ以上の感光体ドラムを有するものであってもよい。

また、上記の実施形態では、トナー像が感光体ドラムから転写ベルト２０４０を介して記録紙に転写される画像形成装置を例に挙げて説明したが、これに限定されず、トナー像が感光体ドラムから記録紙に直接転写される画像形成装置であってもよい。また、光学センサは、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することができる。

１ 記録紙
１００ 光照射系
１０１ 光源
１０２ コリメートレンズ
１１０ 第１の光検出系
１１１ 光検出器
１２０ 第２の光検出系
１２１ 光検出器
１２２ 偏光フィルタ
１３０ 第３の光検出系
１３１ 光検出器
１４０ 第４の光検出系
１４１ 光検出器
１４２ 偏光フィルタ
１５０ 第５の光検出系
１５１ 光検出器
１６０ 第６の光検出系
１６１ 光検出器
１６２ 偏光フィルタ
１７０ 第７の光検出系
１７１ 光検出器
１７２ 偏光フィルタ
１８０ 暗箱
１８１ 開口部
１９０ 制御部
２００ 面発光レーザアレイ
２０１ 発光部
２０２ 配線
２０３ 電極パッド
２０００ カラープリンタ

特開２０１２−１２７９３７号公報 特開２０１３−０５３９３２号公報 特開２０１２−２０８１０３号公報

Claims (10)

1. 第１の偏光方向の直線偏光の光を、記録媒体に照射する光照射系と、
   前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において正反射された光を検出する第１の光検出系と、
   前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において拡散反射された光を検出する光検出系であって、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の光を透過する光学素子を有する第２の光検出系と、
   前記光照射系から照射された光の入射面以外の位置に設けられ、前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において拡散反射された光を検出する第３の光検出系と、
   を備えることを特徴とする光学センサ。
2. 前記光照射系は、前記記録媒体の表面に向けて、前記表面の法線方向に対して傾斜した方向から光を照射することを特徴とする請求項１に記載の光学センサ。
3. 前記第２の光検出系は、前記記録媒体の表面の法線方向に拡散反射された光を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学センサ。
4. 前記第１の光検出系、前記第２の光検出系及び前記第３の光検出系により検出される光に基づいて、前記記録媒体を判別する制御部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学センサ。
5. 前記光照射系から照射された光の入射面以外の位置に設けられ、前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において拡散反射された光を検出する光検出系であって、前記第２の偏光方向の光を透過する光学素子を有する第４の光検出系を更に備え、
   前記制御部は、前記第１の光検出系、前記第２の光検出系、前記第３の光検出系及び前記第４の光検出系により検出される光に基づいて、前記記録媒体を判別することを特徴とする請求項４に記載の光学センサ。
6. 前記光照射系から照射された光の入射面に設けられ、前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において拡散反射された光を検出する第５の光検出系を更に備え、
   前記制御部は、前記第１の光検出系、前記第２の光検出系、前記第３の光検出系、前記第４の光検出系及び前記第５の光検出系により検出される光に基づいて、前記記録媒体を判別することを特徴とする請求項５に記載の光学センサ。
7. 前記光照射系から照射された光の入射面に設けられ、前記光照射系より照射された光のうち、前記記録媒体において拡散反射された光を検出する光検出系であって、前記第２の偏光方向の光を透過する光学素子を有する第６の光検出系を更に備え、
   前記制御部は、前記第１の光検出系、前記第２の光検出系、前記第３の光検出系、前記第４の光検出系、前記第５の光検出系及び前記第６の光検出系により検出される光に基づいて、前記記録媒体を判別することを特徴とする請求項６に記載の光学センサ。
8. 請求項１乃至７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。
9. 前記光学センサの出力に基づいて、前記記録媒体に画像を形成する条件を調整する調整装置を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記調整装置は、前記光学センサの出力に基づいて、前記記録媒体を判別し、判別された結果に応じて、前記記録媒体に画像を形成する条件を調整することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。

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