JP2020085442A - 判別装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構成で判別精度の低下を抑制することができる判別装置を提供する。【解決手段】本発明に係る判別装置は、被照射面からの光線を受光する受光部と、光源部からの光線を被照射面に導光する曲面を含む照明部及び被照射面からの光線を受光部に導光する結像部を備える導光体とを有し、光源部から被照射面の第１及び第２の照明領域に至る第１及び第２の光線の第１及び第２の照明光路は、被照射面に平行な第１の断面内において互いに交差せず、第１の照明領域から受光部の第１の受光領域に至る第１の光線の第１の結像光路と、第２の照明領域から受光部の第２の受光領域に至る第２の光線の第２の結像光路とは、第１の断面内において互いに交差せず、第１の断面内において、第１及び第２の光線を射出する光源部の第１及び第２の発光点間の距離は、第１及び第２の受光領域の中心間距離よりも小さい。【選択図】 図１

Description

本発明は、判別装置に関し、特にレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ（ＭＦＰ）等の画像形成装置に搭載される、記録材の種類を判別する装置として好適なものである。

近年、画像形成装置において、記録材の種類に応じた画像形成条件を決定するために、記録材の種類を判別する判別装置が採用されている。
特許文献１は、互いに異なる二方向から複数の光線を記録材に入射させ、散乱した光線を解析することで、記録材の種類を判別する判別装置を開示している。

特開２０１４−３２０９０号公報

上記のような判別を行う判別装置の小型化や低コスト化を達成するために、光源からの複数の光線を被照射面の複数の照明領域に導光すると共に、該複数の照明領域からの光線をそれぞれ対応する受光部の複数の受光領域に導光する単一の導光体を用いることができる。
しかしながら、そのような導光体を用いると、光線を或る照明領域に導光する導光面において発生した迷光が、該照明領域に対応しない受光領域に導光されることによって、判別精度が低下する虞がある。
そこで本発明は、単純な構成で判別精度の低下を抑制することができる判別装置を提供することを目的とする。

本発明に係る判別装置は、被照射面からの光線を受光する受光部と、光源部からの光線を被照射面に導光する曲面を含む照明部及び被照射面からの光線を受光部に導光する結像部を備える導光体とを有し、光源部から被照射面の第１の照明領域に至る第１の光線の第１の照明光路と、光源部から被照射面の第２の照明領域に至る第２の光線の第２の照明光路とは、被照射面に平行な第１の断面内において互いに交差せず、第１の照明領域から受光部の第１の受光領域に至る第１の光線の第１の結像光路と、第２の照明領域から受光部の第２の受光領域に至る第２の光線の第２の結像光路とは、第１の断面内において互いに交差せず、第１の断面内において、第１の光線を射出する光源部の第１の発光点と第２の光線を射出する光源部の第２の発光点との距離は、第１の受光領域の中心と第２の受光領域の中心との距離よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、単純な構成で判別精度の低下を抑制することができる判別装置を提供することができる。

実施形態に係る判別装置の要部斜視図、要部側面図、要部断面図、要部上面図、要部背面図及び要部下面図。 比較例の判別装置の要部斜視図、要部側面図、要部断面図、要部上面図、要部背面図及び要部下面図。 比較例の判別装置及び実施形態に係る判別装置それぞれにおいて発生する不要光の光路を模式的に示した図。 実施形態に係る判別装置が搭載された画像形成装置の要部副走査断面図。

以下、本実施形態に係る判別装置について図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。

図１（ａ）乃至（ｆ）はそれぞれ、本実施形態に係る判別装置５０の要部斜視図、要部側面図、要部断面図、要部上面図、要部背面図及び要部下面図を示している。図中の点線及び実線は、導光体５２の内外を進行する一部の光線を示している。ここで、導光体５２の分かりやすさのために、図１（ｆ）では、絞り５３については開口部のみを示し、受光素子５４については後述の第１及び第２の結像領域のみを示す。

本実施形態に係る判別装置５０は、光源５１（光源部）、導光体５２、絞り５３及び受光素子５４（受光部）を備えている。

光源５１は、一般的にＴＯＰＶＩＥＷタイプと呼ばれる、０．３０ｍｍ×０．３０ｍｍの単一の発光部を有する赤外色ＬＥＤ（波長８７０ｎｍ）であり、その発光面から面法線方向を光軸として放射状に光線を射出する。
赤外色ＬＥＤである光源５１は、発光面の面法線方向の光量が最大となり、面法線からの光線の傾きが大きくなるにつれて光量も徐々に減少する配光強度特性（ランバート分布）を有する。

導光体５２は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）により形成された光学素子である。
導光体５２は、左側及び右側照明部５２ｘＬ及び５２ｘＲ（照明導光部）と、それに対応する左側及び右側結像部５２ｙＬ及び５２ｙＲ（結像導光部）とを有している。
図１（ｃ）及び（ｆ）に示されているように、導光体５２は、照明入射平面５２ａ、照明反射平面５２ｂ、凹形状の左側照明反射曲面５２ｃＬ（第１の曲面反射面）、凹形状の右側照明反射曲面５２ｃＲ（第２の曲面反射面）及び照明出射平面５２ｄを備えている。
従って、左側照明部５２ｘＬ及び右側照明部５２ｘＲはそれぞれ、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲを有している。そして、照明入射平面５２ａ、照明反射平面５２ｂ及び照明出射平面５２ｄは、左側照明部５２ｘＬと右側照明部５２ｘＲとで共用されている。

本実施形態に係る判別装置５０では、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲは、導光体５２の周囲の外形形状から突出している。
このような外形形状の構成により、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲは、照明光線の絞りの役割も果たしている。換言すると、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲは、光線を規制する光学面である。

また、図１（ｃ）、（ｄ）及び（ｆ）に示されているように、導光体５２は、左側第１結像反射曲面５２ｅＬ、左側第２結像反射曲面５２ｆＬ及び左側結像透過曲面５２ｇＬを備えている。さらに、導光体５２は、右側第１結像反射曲面５２ｅＲ、右側第２結像反射曲面５２ｆＲ及び右側結像透過曲面５２ｇＲを備えている。
従って、左側結像部５２ｙＬは、左側第１結像反射曲面５２ｅＬ、左側第２結像反射曲面５２ｆＬ及び左側結像透過曲面５２ｇＬを有している。また、右側結像部５２ｙＲは、右側第１結像反射曲面５２ｅＲ、右側第２結像反射曲面５２ｆＲ及び右側結像透過曲面５２ｇＲを有している。そして、結像入射平面５２ｄは、左側結像部５２ｙＬと右側結像部５２ｙＲとで共用されている。

光束を制限する絞り５３は、左側開口５３Ｌ及び右側開口５３Ｒを有している。各開口の大きさは、□０．３ｍｍ×０．４ｍｍであり、左右方向の幅の方が狭い。また、絞り５３の厚さは０．１ｍｍである。

受光素子（撮像素子）５４は、記録材Ｐ（被照射面）に平行な断面（第１の断面）内において、記録材Ｐの搬送方向に垂直な方向（Ｙ方向、第１の方向）に、複数のＳｉフォトダイオードなどの光電変換素子をアレイ状に並べて構成されている。
なお、受光素子５４については、解像度６００ｄｐｉ対応とするために、１画素のサイズは４２．３μｍとなっている。

本実施形態に係る判別装置５０では、不図示の筐体上に、導光体５２が保持されている。
光源５１及び受光素子５４は、不図示の同一の電気基板上に実装されており、電気基板は、ネジによって筐体に固定されている。
また、不図示の筐体と導光体５２とは、隙間から塵埃や紙紛等が筐体内に侵入しないように、導光体５２の端部において互いに当接している。

次に、本実施形態に係る判別装置５０を用いて、記録材（物体）の種類の判別を行う方法について説明する。

以下に示すように、本実施形態に係る判別装置５０では、判別装置５０から出射する光線によって、図中Ｚ方向に搬送される記録材Ｐ（わかりやすさのため、図１（ｂ）及び（ｃ）にのみ記載）を照明する。そして、照明された記録材Ｐからの散乱光線を判別装置５０によって受光して、記録材Ｐの表面画像を撮影する。
なお、受光素子５４の出力は一次元のデータであるが、記録材Ｐが搬送されるため、二次元のデータが得られる。
このとき、表面画像には、記録材Ｐの凹凸による陰影が映るため、そこから繊維の配列、高さ、幅等を推測し、記録材Ｐの種類の判別を行うことができる。

図１（ｃ）に示されているように、光源５１から出射した複数の光線は、導光体５２の照明入射平面５２ａを通過し、照明反射平面５２ｂによって反射され、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲそれぞれに入射する。
そして、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲそれぞれに入射した複数の第１の光線及び複数の第２の光線は、反射されることによって、それぞれの少なくとも一部が少なくとも記録材Ｐに平行な断面内において互いに略平行になる。
そして、互いに略平行になった複数の光線は、照明出射平面５２ｄから出射して、被照射面上に存在する記録材Ｐに照射される。

すなわち、左側照明部５２ｘＬを介した複数の第１の光線からなる第１の光束及び右側照明部５２ｘＲを介した複数の第２の光線からなる第２の光束は、同一の記録材Ｐの互いに異なる第１の照明領域ＰＬ及び第２の照明領域ＰＲを照明する。
ここで、左側照明部５２ｘＬを介して記録材Ｐの第１の照明領域ＰＬを照明する複数の第１の光線の光路を第１の照明光路ＯｘＬと呼ぶこととする。そして、右側照明部５２ｘＲを介して記録材Ｐの第２の照明領域ＰＲを照明する複数の第２の光線の光路を第２の照明光路ＯｘＲと呼ぶこととする。

なお、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐへの光線の入射方向と記録材Ｐの面法線との角度を７０°程度の浅い角度とすることで、記録材Ｐの表面の凹凸による陰影を強調し、記録材の種類の判別精度を向上させている。
照明光線の入射角度が６０°以上であれば、判別は可能である。入射角度が７０°以上であれば、陰影が明瞭となるために判別精度は高くなる。

ここで、仮に、照明光線が一定の広がりを有していた（すなわち、複数の照明光線が互いに略平行ではない）場合、記録材Ｐに生じる陰影の向きが、照明位置毎に異なってしまう。これは、受光素子５４の画素の各々において、判定される記録材の種類が異なってくることになり、結果として、記録材判別の精度の悪化を引き起こしてしまう。

そこで、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材判別の精度の悪化を低減するために、記録材Ｐに入射する複数の光線のうちの一部が、少なくとも記録材Ｐに平行な断面内において互いに略平行になるようにしている。

通常、記録材Ｐとしては印画紙が用いられ、印画紙は繊維配向方向に対して略平行方向あるいは略垂直方向に切断されている。
そのため、繊維配向方向が搬送方向と平行または垂直である場合を考慮する必要がある。

本実施形態に係る判別装置５０では、入射光線の記録材Ｐに平行な断面内において記録材Ｐの搬送方向（Ｚ方向）に対してなす角度が±４５°近傍になるように、記録材Ｐを照明している。
より詳細には、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐに平行な断面内において、第１の照明領域ＰＬに入射する複数の第１の光線の平均角度と第２の照明領域ＰＲに入射する複数の第２の光線の平均角度との差は、８０°乃至１１０°となっている。
これら照明角度が互いに異なることにより、同一の記録材Ｐであっても、陰影が異なる画像（異なる情報）を得ることができる。
両情報を用いることで、繊維配向方向が、搬送方向に対して平行であっても、垂直であっても、記録材Ｐの種類の判別を安定して行うことができるようにしている。

被照射面上に配置された記録材Ｐの第１の照明領域ＰＬの内、第１の取り込み領域ＰＬｓからの散乱光線は、導光体５２の結像入射平面５２ｄを通過し、左側第１結像反射曲面５２ｅＬ、左側第２結像反射曲面５２ｆＬの順で反射し、左側結像透過曲面５２ｇＬを透過する。
そして、左側結像透過曲面５２ｇＬを透過した光線は、絞り５３の左側開口５３Ｌを通過し、受光素子５４の受光面（撮像面）上の第１の結像領域５４Ｌに導光される。
同様に、第２の照明領域ＰＲの内、第２の取り込み領域ＰＲｓからの散乱光線は、導光体５２の結像入射平面５２ｄを通過し、右側第１結像反射曲面５２ｅＲ、右側第２結像反射曲面５２ｆＲの順で反射し、右側結像透過曲面５２ｇＲを透過する。
そして、右側結像透過曲面５２ｇＲを透過した光線は、絞り５３の右側開口５３Ｒを通過して、受光素子５４の受光面（撮像面）上の第２の結像領域５４Ｒに導光される。

そして、第１及び第２の結像領域５４Ｌ及び５４Ｒそれぞれのうちの所定の有効領域（第１及び第２の受光領域）において得られる情報を用いて記録材Ｐの種類の判別が行われる。

ここで、左側結像部５２ｙＬを介して受光素子５４の第１の結像領域５４Ｌの有効領域に導光される複数の第１の光線の光路を第１の結像光路ＯｙＬと呼ぶこととする。そして、右側結像部５２ｙＲを介して受光素子５４の第２の結像領域５４Ｒの有効領域に導光される複数の第２の光線の光路を第２の結像光路ＯｙＲと呼ぶこととする。
第１の結像領域５４Ｌ及び第２の結像領域５４Ｒは、同一の受光素子５４上の互いに異なる領域である。
そして、左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲによって、受光素子５４上の第１の結像領域５４Ｌ及び第２の結像領域５４Ｒはそれぞれ、記録材Ｐ上の第１の取り込み領域ＰＬｓ及び第２の取り込み領域ＰＲｓと共役になるように構成されている。

本実施形態に係る判別装置５０では、左側照明部５２ｘＬ及び右側照明部５２ｘＲの双方を用いて、被照射面上の記録材Ｐの互いに離間した第１の照明領域ＰＬ及び第２の照明領域ＰＲを、互いに異なる二方向から照明している。
そして、第１の取り込み領域ＰＬｓからの散乱光線及び第２の取り込み領域ＰＲｓからの散乱光線をそれぞれ、左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲを介して、受光素子５４の第１の結像領域５４Ｌ及び第２の結像領域５４Ｒで受光することにより、記録材Ｐの２つの表面画像を得ている。
そして、記録材Ｐの第１及び第２の取り込み領域ＰＬｓ及びＰＲｓに対応する第１及び第２の領域の互いに異なる情報を有する２つの表面画像を用いることによって、記録材Ｐの種類の判別を高精度化させている。
また、該画像を同時に取得することで、記録材Ｐの判別を高速に行い、搬送速度が高速となる画像形成装置においても対応できるようにしている。
そして、不図示の判別部が、受光素子５４の出力に基づいて、記録材Ｐの種類を判別する。

なお、本実施形態に係る判別装置５０は、受光素子５４の画素の配列方向については−０．５倍、画素の配列方向に垂直な方向においては−１．０倍（等倍）の結像系となっている。そのため、受光素子５４の一画素が読み取る被照射面上の記録材Ｐの範囲は、８４．６μｍ×４２．３μｍとなる。

次に、表１は、本実施形態に係る判別装置５０の諸元値を示している。

なおここで、座標系の原点は、光源５１の発光面の中心であり、記録材Ｐの搬送方向をＺ方向、記録材Ｐに垂直、すなわち被照射面の法線方向をＸ方向、記録材Ｐに平行で搬送方向に垂直な方向をＹ方向（第１の方向）と定義している。

左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲの形状については、面頂点を原点とし、動径方向をＬ_ｒ方向、面法線方向をＬ_ｚ方向とするローカル極座標系（Ｌ_ｒ、Ｌ_ｚ）によって定義しており、以下の式（１）で表わされる。

ここで、Ｒ及びｋは非球面係数である。

また、左側及び右側第１結像反射曲面５２ｅＬ及び５２ｅＲ、左側及び右側第２結像反射曲面５２ｆＬ及び５２ｆＲ、左側及び右側結像透過曲面５２ｇＬ及び５２ｇＲの形状については、面頂点を原点とし、右手座標系であるローカル極座標系（Ｌ_ｘ、Ｌ_ｙ、Ｌ_ｚ）によって定義しており、以下の式（２）で表わされる。ここで、Ｌ_ｙ軸はＹ軸と平行で向きも同じである。

また、表１からもわかるように、導光体５２の形状は、Ｙ＝０の平面を基準として対称形状である。
なお、表１において、ＴｉｌｔＸ、ＴｉｌｔＹ及びＴｉｌｔＺは、面法線（Ｌ_ｚ）の向きを示しており（ＴｉｌｔＸ＝ＴｉｌｔＹ＝ＴｉｌｔＺ＝０の時は、＋Ｘ軸を指す。）、それぞれ、＋Ｘ軸、＋Ｙ軸、＋Ｚ軸を中心として右周りの回転角度を示している。

次に、表２は、比較例の判別装置６０の諸元値を示している。なお、座標系は本実施形態と同様に定義されている。

比較例の判別装置６０は、本実施形態に係る判別装置５０と同様の構成要素で構成されているため、各部材の十の位の「５」を「６」に置き換えて、説明を省略する。
また、本実施形態と同様に、図２（ａ）乃至（ｆ）に、比較例に係る判別装置６０の要部斜視図、要部側面図、要部断面図、要部上面図、要部背面図及び要部下面図を示している。

表１及び表２を見てわかるように、比較例の判別装置６０は、本実施形態に係る判別装置５０に対して、左側光源６１Ｌ及び右側光源６１Ｒの二つの光源が設けられている点と、左側照明反射曲面６２ｃＬ及び右側照明反射曲面６２ｃＲの配置位置の点とで異なっている。
また、比較例の判別装置６０では、本実施形態に係る判別装置５０に対して、第１及び第２の照明領域ＰＬ及びＰＲの照明角度が互いに反対になる。しかしながら、これは第１及び第２の結像領域５４Ｌ及び５４Ｒで得られる画像が互いに反対になるだけであって、依然として両画像は得られるため、このような配置でも、基本的には判別装置５０と同等の判別性能を得ることができる。

次に、本実施形態に係る判別装置５０が備える導光体５２の製造方法について議論する。
導光体５２を切削加工で製造すると、加工バイトの旋回により、曲面の周囲に所望の曲面形ではない異形状が形成される。
一方、導光体５２を成形加工で製造しても、やはり、型加工や成形転写時に、曲面の周囲に所望の曲面形ではない異形状が形成される。
このような異形状に光線が当たると、屈折、散乱、反射が生じ、所望の光路とは異なる光路に進行する不要光（迷光）が発生する。
このとき、発生する不要光の強度は、その異形状に当たる光線の入射方向に対してなす角度が小さい方向ほど大きくなる（ランバート分布）。

もし、光源５１と導光体５２との間に照明光束を吸光して制限する（光束幅を制限する）絞りを設ければ、そのような異形状部に向かう光線を少なくすることができ、不要光の発生を抑制することができる。
しかしながら、そのような絞りを設けると、コストの増大や、組立時の配置誤差等によって所望の光線まで減少させてしまう。

一方、光源５１と導光体５２との間に絞りを設けない場合、左側及び右側照明部と左側及び右側結像部とが一体化されている導光体５２においては、左側及び右側の一方の照明部に設けられている曲面の周囲で発生した不要光が、導光体５２の内部を概ね全反射することによって連結している左側及び右側の他方の結像部側に進行し、光量が減衰しないまま受光素子に到達しやすくなる。

一つの照明部と一つの結像部とが一体化されている導光体では、例えば照明部に設けられている曲面を極力大きくし、曲面の周囲を結像部から極力遠ざける構成とすることによって、不要光の発生を抑制することが可能である。

しかしながら、導光体５２のように複数の照明部と複数の結像部とが一体化されている場合には、スペースや導光体の製造の都合上、上記のような対策を取ることが難しくなる。
そして、特に、或る照明部に設けられている曲面の周囲で発生し、該照明部に対応しない結像部に進行する不要光が発生しやすくなる。
先述の通り、そのような不要光の光量は、所定の照明光路を経由して記録材Ｐを照明し、所定の結像光路を経由して受光素子で受光される所望の光線の光量と比べて小さくなく、判別装置の判別性能に悪影響を与える可能性が高い。

そのような悪影響は、記録材Ｐの複数の照明領域への照明及び受光素子の複数の結像領域における受光をそれぞれ同時に行わなければ、回避することができる。
しかしながら、本実施形態に係る判別装置５０では、先述の通り、記録材Ｐの判別の高速化のために、第１の照明領域ＰＬ及び第２の照明領域ＰＲへの照明と第１の結像領域５４Ｌ及び第２の結像領域５４Ｒにおける受光とをそれぞれ同時に行う必要がある。そのため、そのような回避を行うことは困難である。

そこで、本実施形態に係る判別装置５０では、以下に示すような構成を採用することにより、上記の課題を解決している。

図３（ａ）は、比較例の判別装置６０において発生する不要光の光路を模式的に示している。
なお、分かりやすさのため、左側照明部６２ｘＬで発生する不要光について説明しているが、右側照明部６２ｘＲについても同様である。

図３（ａ）では、左側及び右側光源６１Ｌ及び６１Ｒと、第１及び第２の結像領域６４Ｌ及び６４Ｒと、左側照明反射曲面６２ｃＬとを示している。
また、点線部が、左側照明反射曲面６２ｃＬの異形状が生じやすい周囲を示している。

先述の通り、左側光源６１Ｌから出射した照明光線が左側照明反射曲面６２ｃＬの異形状部に当たると、不要光が発生する。
そのような不要光のうち、特に、左側照明反射曲面６２ｃＬに対応しない第２の結像領域６４Ｒに向かう光線が問題となる。
ここで、左側光源６１Ｌから出射し、点線部上の６０Ｐ１、６０Ｐ２及び６０Ｐ３の三点に向かう照明光線と、その三点でそれぞれ発生し、第２の結像領域６４Ｒに向かう不要光線とを考える。
なおここで、照明光線それぞれの光路は、左側光源６１Ｌの中心と異形状部の各点とを単に直線で結んだものであり、また不要光線それぞれの光路は、異形状部の各点と第２の結像領域６４Ｒの中心とを直線で結んだものである。
そのため、それぞれ正確な光路とは異なるが、傾向を説明するには十分である。

点６０Ｐ１は、左側照明反射曲面６２ｃＬの異形状部の左端近傍にある点である。異形状部の所定の点で発生する不要光の強度は、概して、その所定の点に入射する照明光線の入射方向に対してなす角度が小さい方向ほど大きくなる、ランバート分布と考えることができる。
そのため、点６０Ｐ１で発生して第２の結像領域６４Ｒに向かう不要光線の強度は、最大である照明光線の入射方向に平行な不要光線の強度に比べて、ｃｏｓ（６０θ１）倍になる。

また、点６０Ｐ２は、左側照明反射曲面６２ｃＬの異形状部における左側光源６１Ｌから第１の結像領域６４Ｌに向かう光路上にある点である。
すなわち、点６０Ｐ２は、左側照明部６２ｘＬを介して記録材Ｐの第１の照明領域ＰＬを照明する光線の第１の照明光路ＯｘＬ及び左側結像部６２ｙＬを介して受光素子６４の第１の結像領域６４Ｌに導光される光線の第１の結像光路ＯｙＬに近い。
そのため、通常、この点６０Ｐ２に入射する照明光線の強度は、他の点に入射する照明光線の強度に比べて大きくなる。
そして、点６０Ｐ２から第２の結像領域６４Ｒに向かう不要光線の強度は、最大である照明光線の入射方向に平行な不要光線の強度に比べて、ｃｏｓ（６０θ２）倍になる。

また、点６０Ｐ３は、左側照明反射曲面６２ｃＬの異形状部の右端近傍にある点である。
そして、点６０Ｐ３から第２の結像領域６４Ｒに向かう不要光線の強度は、最大である照明光線の入射方向に平行な不要光線の強度に比べて、ｃｏｓ（６０θ３）倍になる。

図３（ｂ）は、本実施形態に係る判別装置５０において発生する不要光の光路を模式的に示している。
なお、分かりやすさのため、左側照明部５２ｘＬで発生する不要光について説明しているが、右側照明部５２ｘＲについても同様である。

図３（ｂ）では、光源５１と、第１及び第２の結像領域５４Ｌ及び５４Ｒと、左側照明反射曲面５２ｃＬとを示している。
また、点線部が、左側照明反射曲面５２ｃＬの異形状が生じやすい周囲を示している。

点５０Ｐ１は、左側照明反射曲面５２ｃＬの異形状部の左端近傍にある点である。
そして、点５０Ｐ１から第２の結像領域５４Ｒに向かう不要光線の強度は、最大である照明光線の入射方向に平行な不要光線の強度に比べて、ｃｏｓ（５０θ１）倍になる。

また、点５０Ｐ２は、左側照明反射曲面５２ｃＬの異形状部における光源５１から第１の結像領域５４Ｌに向かう光路上にある点である。
すなわち、点５０Ｐ２は、左側照明部５２ｘＬを介して記録材Ｐの第１の照明領域ＰＬを照明する光線の第１の照明光路ＯｘＬ及び左側結像部５２ｙＬを介して受光素子５４の第１の結像領域５４Ｌに導光される光線の第１の結像光路ＯｙＬに近い。
そのため、通常、この点５０Ｐ２に入射する照明光線の強度は、他の点に入射する照明光線の強度に比べて大きくなる。
そして、点５０Ｐ２から第２の結像領域５４Ｒに向かう不要光線の強度は、最大である照明光線の入射方向に平行な不要光線の強度に比べて、ｃｏｓ（５０θ２）倍になる。

また、点５０Ｐ３は、左側照明反射曲面５２ｃＬの異形状部の右端近傍にある点である。
そして、点５０Ｐ３から第２の結像領域５４Ｒに向かう不要光線の強度は、最大である照明光線の入射方向に平行な不要光線の強度に比べて、ｃｏｓ（５０θ３）倍になる。

ここで、それぞれ不要光線の強度がｃｏｓ（６０θ１）倍、ｃｏｓ（６０θ２）倍及びｃｏｓ（６０θ３）倍となっている比較例の判別装置６０と、ｃｏｓ（５０θ１）倍、ｃｏｓ（５０θ２）倍及びｃｏｓ（５０θ３）倍となっている本実施形態に係る判別装置５０とを比較する。
図３（ａ）及び（ｂ）に示されているように、概して、６０θ１＜５０θ１、６０θ２＜５０θ２及び６０θ３＜５０θ３となっていることから、不要光線の強度は、本実施形態に係る判別装置５０の方が比較例の判別装置６０より小さくなることがわかる。

これは、本実施形態に係る判別装置５０が以下の二つの条件を満たしているからである。
一つの条件は、被照射面に平行な断面内において、第１の照明領域ＰＬを照明する光線を出射する光源の第１の発光点と第２の照明領域ＰＲを照明する光線を出射する光源の第２の発光点との間の距離（本実施形態に係る判別装置５０では、共に単一の発光点を有する光源５１であるため、０）が、第１の結像領域５４Ｌの有効領域の中心と第２の結像領域５４Ｒの有効領域の中心との間の距離より小さいことである。

また、上で述べた議論は、被照射面に平行な断面内において、光源５１から第１の照明領域ＰＬまでの第１の照明光路ＯｘＬと光源５１から第２の照明領域ＰＲまでの第２の照明光路ＯｘＲとが互いに途中で交差する、または、第１の取り込み領域ＰＬｓから第１の結像領域５４Ｌの有効領域までの第１の結像光路ＯｙＬと第２の取り込み領域ＰＲｓから第２の結像領域５４Ｒの有効領域までの第２の結像光路ＯｙＲとが互いに交差すると成立しない場合が出てくる。
そのため、もう一つの条件は、被照射面に平行な断面内において、光源５１から第１の照明領域ＰＬまでの第１の照明光路ＯｘＬと光源５１から第２の照明領域ＰＲまでの第２の照明光路ＯｘＲとが互いに交差せず、また、第１の取り込み領域ＰＬｓから第１の結像領域５４Ｌの有効領域までの第１の結像光路ＯｙＬと第２の取り込み領域ＰＲｓから第２の結像領域５４Ｒの有効領域までの第２の結像光路ＯｙＲとが互いに交差しないことである。
なおここで、第１の照明光路ＯｘＬと第２の照明光路ＯｘＲとが互いに交差しないとは、光源の発光点以外の途中で交差しないことを意味している。

すなわち、本実施形態に係る判別装置５０では、被照射面に平行な断面内において、第１の照明光路ＯｘＬと第２の照明光路ＯｘＲとは互いに対して離れるように（広がるように）形成されており、且つ、第１の結像光路ＯｙＬと第２の結像光路ＯｙＲとが互いに交差しないように形成されている。

以上の構成により、本実施形態に係る判別装置５０では、導光体５２において形成される異形状部によって発生する不要光線の所望の光線への混入を抑制することによって、判別性能を向上させることができる。

なお、上記のように、光源５１、記録材Ｐ及び導光体５２それぞれで発生する光線の強度は、ランバート分布に従っていると考えられる。
そのため、第１の結像領域５４Ｌの有効領域の中心と第２の結像領域５４Ｒの有効領域の中心との間の距離に関しては、被照射面に平行な断面内において、第１の結像光路ＯｙＬ及び第２の結像光路ＯｙＲがそれぞれ、第１の照明光路ＯｘＬ及び第２の照明光路ＯｘＲに平行になるように設定すれば、判別に必要となる所望の光線の強度を最も大きくすることができる。
一方で、第１の結像領域５４Ｌと第２の結像領域５４Ｒとの間の距離を大きくするにつれて、受光素子５４が延在しているＹ方向における導光体５２のサイズが大型化してしまう。

そこで、本実施形態に係る判別装置５０では、上記の両者を考慮して、被照射面に平行な断面内において、第１の結像光路ＯｙＬ及び第２の結像光路ＯｙＲが共に受光素子５４の延在方向に垂直になるように、第１の結像領域５４Ｌの有効領域の中心と第２の結像領域５４Ｒの有効領域の中心との間の距離を設定することが好ましい。
換言すると、本実施形態に係る判別装置５０では、被照射面に平行な断面内において、第１の結像光路ＯｙＬ及び第２の結像光路ＯｙＲは共に、第１及び第２の結像領域５４Ｌ及び５４Ｒの中心を通る直線に垂直であることが好ましい。

本実施形態に係る判別装置５０では、受光素子（撮像素子）５４は、被照射面に平行な断面内において、記録材Ｐの搬送方向に垂直な方向に、光電変換素子を一次元アレイ状に配列させたセンサーであり、安価に構成することができる。しかしながら、これに限られず、単一の光電変換素子や、二次元配列を有するセンサーを用いても構わない。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、第１及び第２の結像領域５４Ｌ及び５４Ｒは、同一の受光素子５４上の異なる領域としており、部品点数を削減している。しかしながら、これに限られず、異なる基板や制御を有する二つの異なる受光素子上にそれぞれ設けても構わない。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐの搬送方向と受光素子５４の延在方向とは、互いに垂直になっている。しかしながら、これに限られず、互いに非垂直であっても構わない。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、左側及び右側照明部５２ｘＬ及び５２ｘＲの構成、左側及び右側結像部５２ｙＬ及び５２ｙＲの構成、光源５１及び受光素子５４の構成は、左右対称となっている。しかしながら、これに限られず、左右非対称であっても構わない。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐを互いに異なる照明角度で照明することで、受光素子５４上の第１及び第２の結像領域５４Ｌ及び５４Ｒにおいて同一の記録材Ｐの異なる情報を得ている。
しかしながら、これに限られず、例えば、光源５１から出射する光線の波長を変化させることによって得られる複数の反射率の間の差の情報を得たり、結像系の倍率を変化させることによって倍率が互いに異なる複数の画像情報を得たりする等、照明光学系や結像光学系同士に設ける構成差はいかなるものであっても構わない。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、照明光束の射影光束を略平行化する面（左側照明反射曲面５２ｃＬ、右側照明反射曲面５２ｃＲ）が放物面で形成されており、照明反射平面５２ｂでの折り返しも考慮した該放物面の焦点近傍に光源５１を配置している。
これにより、簡易な形状で略平行光束化を達成している。しかしながら、導光体の光学面を照明光束の射影光束を略平行化するように形成するように限定する必要はない。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、照明光束の射影光束を略平行化する面を一面だけとする必要はなく、複数面を用いて照明光束の射影光束を略平行化しても、本実施形態の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、照明光束の射影光束を略平行化する面を放物面で形成している。
しかしながら、これに限られず、照明光束の射影光束を略平行化する面を回折面等その他如何なる形状の面で形成しても、本実施形態の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、照明光束の射影光束を略平行化する面（左側照明反射曲面５２ｃＬ、右側照明反射曲面５２ｃＲ）は、屈折面と比較してパワーが強い反射面で形成されている。
これにより、緩やか且つ簡易な形状で略平行光束化を達成している。また、全反射条件を満足するように構成することで、反射面に対する反射コーティング等の付与を不要としている。
しかしながら、これに限られず、照明光束の射影光束を略平行化する面を屈折面や回折面で形成しても、本実施形態の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る判別装置５０が備える導光体５２では、被照射面へ入射する照明光線の光路上における光学面として、光源側から被照射面側へ順に、照明入射平面５２ａ、照明反射平面５２ｂ、左側照明反射曲面５２ｃＬまたは右側照明反射曲面５２ｃＲ、及び照明出射平面５２ｄを備えている。
従って、照明光束の射影光束を略平行化する面（左側照明反射曲面５２ｃＬ、右側照明反射曲面５２ｃＲ）は、被照射面側から数えて２番目に設けられている。
これにより、光源５１から離れた位置で照明光束の射影光束を略平行化することができ、且つ被照射面の第１及び第２の照明領域ＰＬ及びＰＲの範囲を広くすることができる。
しかしながら、これに限られず、導光体５２の被照射面に最も近い光学面を、照明光束の射影光束を略平行化する面にしても構わない。ただしこの場合、照明光路の下流にある分、受光素子５４に近くなり、迷光の影響を受けやすくなる。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、導光体５２の照明出射面５２ｄを平面に形成することで、導光体５２上における記録材Ｐの搬送をスムーズにし、また、記録材Ｐから出る紙粉等が導光体５２の周囲に堆積することを低減することができる効果を得ている。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲを、一次元像を形成する光学系として設計している。
しかしながら、これに限られず、二次元像を形成する光学系に設計しても、本実施形態の効果を得ることができる。
また、本実施形態に係る判別装置５０では、左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲを等倍結像系に限らず、非等倍結像系に設計しても構わない。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、単一の絞り５３において、左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲにそれぞれ対応するように左側開口５３Ｌ及び右側開口５３Ｒを設けている。
しかしながら、それに限られず、左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲにそれぞれ対応する別体の絞りを設けても、本実施形態の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐに平行な面内において照明光線が搬送方向に対してなす角度が略±４５°となっているが、これに限られない。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、光源５１は、一つの発光点のみで構成されているが、複数の発光点を有していても構わない。
その場合、光源５１の複数の発光点で、複数の照明領域を照明し、同一の記録材Ｐの複数の画像情報を得る構成とすることで、本実施形態の効果を得ることができる。

［画像形成装置］
図４は、本実施形態に係る判別装置５０が搭載された画像形成装置２００の要部副走査断面図を示している。
画像形成装置２００は、中間転写ベルトを採用したタンデム方式のカラー画像形成装置である。
画像形成装置２００は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）各色のステーション毎の感光体（感光ドラム）１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ、及び帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋを備えている。また、画像形成装置２００は、一次転写ローラ４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ、及び現像器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋを備えている。また、画像形成装置２００は、制御部１０、光走査装置１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋ、張架ローラ１３、給送部１５、排出トレイ１６、排出ローラ２０、定着器２１、駆動ローラ２３を備えている。また、画像形成装置２００は、中間転写ベルト２４、二次転写ローラ２５、二次転写対向ローラ２６、クリーニング手段２８、クリーナ容器２９、トナーカートリッジ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｂｋ、及び判別装置５０を備えている。

感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、アルミシリンダの外周に有機光伝導層が塗布されて構成されている。そして、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋはそれぞれ、不図示の駆動モータの駆動力が伝達されることによって画像形成動作に応じて図中時計周りに回転する。
中間転写ベルト２４は、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋに当接しており、カラー画像形成時に反時計周り方向に感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの回転と同期して回転する。
定着器２１は、記録材Ｐを搬送させながら、転写された多色トナー像を溶融定着させるものである。図４に示されているように、定着器２１は、記録材Ｐを加熱する定着ローラ２１ａと、記録材Ｐを定着ローラ２１ａに圧接させるための加圧ローラ２１ｂとを備えている。定着ローラ２１ａ及び加圧ローラ２１ｂはそれぞれ、中空状に形成され、内部にヒータ２１ａｈ及び２１ｂｈを備えている。

制御部１０が不図示の外部機器から画像信号を受信すると、記録材（被転写材）Ｐは、給送部１５から給送ローラ１７及び１８によって画像形成装置２００へ向けて送り出される。その後、後述する画像形成動作と記録材Ｐの搬送との同期をとるためのローラ状同期回転体、即ち、搬送（レジスト）ローラ１９ａ、及び搬送（レジスト）対向ローラ１９ｂからなる搬送ローラ対１９ａ及び１９ｂによって一旦挟持され、停止して待機する。

また、制御部１０は、受信した画像信号に応じて、光走査装置（露光装置）１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋによって帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの作用により一定電位に帯電された感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの表面（感光面）に静電潜像が形成される。
そして、現像器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋは、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの表面に形成された静電潜像を可視化、すなわち現像を行う。
なお、現像器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋにはそれぞれ、スリーブ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｂｋが設けられており、静電潜像を可視化するための現像バイアスが印加されている。

このようにして、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋそれぞれの表面に形成された静電潜像は、現像器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋの作用により単色トナー像として現像される。
なお、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ、帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ、現像器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋはそれぞれ一体構成となっており、画像形成装置２００の本体から脱着可能なトナーカートリッジ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｂｋの形態で取り付けられている。

次に、現像された単色トナー像は、一次転写ローラ（転写器）４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋそれぞれに印加された一次転写バイアスの作用により中間転写ベルト（転写器）２４上に順次転写され、中間転写ベルト２４上に多色トナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト２４上に形成された多色トナー像は、二次転写ローラ２５と二次転写対向ローラ２６とで形成された二次転写ニップ部（転写器）２７に搬送される。
これと同時に、搬送ローラ対１９ａ及び１９ｂに挟持された状態で待機していた記録材Ｐが搬送ローラ対１９ａ、１９ｂの作用により中間転写ベルト２４上の多色トナー像と同期を取りながら二次転写ニップ部２７に搬送される。
このようにして、中間転写ベルト２４上の多色トナー像が、二次転写ローラ２５に印加された二次転写バイアスの作用により二次転写ニップ部２７で記録材Ｐに一括転写される。

そして、多色トナー像を保持した記録材Ｐは、定着器２１を構成する定着ローラ２１ａ及び加圧ローラ２１ｂにより搬送されると共に、熱及び圧力が加えられ、多色トナー像が記録材Ｐの表面に定着される。
トナー像が定着された後の記録材Ｐは、排出ローラ２０によって排出トレイ１６に排出され画像形成動作が終了する。

そして、クリーニング手段２８は、中間転写ベルト２４上に残った転写残トナーをクリーニングし、回収された転写残トナーは廃トナーとしてクリーナ容器２９に蓄えられる。
上記の一連の画像形成動作は、画像形成装置２００内に設けられた制御部１０によって制御される。

画像形成装置２００において、本実施形態に係る判別装置は、記録材Ｐの種類を判別するための判別装置５０として設けられている。
判別装置５０は、記録材搬送方向において搬送ローラ対１９ａ及び１９ｂの上流に設置されており、給送部１５から搬送された記録材Ｐの表面平滑性を反映した情報を検出することが可能である。
判別装置５０による判別は、記録材Ｐが給送部１５から画像形成装置２００へ送り出され、搬送ローラ対１９ａ及び１９ｂに挟持されて停止している間に行われる。
そして、制御部１０は、判別装置５０から送られてくる記録材Ｐの種類の判別情報（判別結果）に基づいて、最適な転写バイアス・定着温度等の画像形成条件を設定して画像形成装置２００の制御動作を行う。

５０ 判別装置
５１ 光源（光源部）
５２ｃＬ 、５２ｃＲ 左側照明反射曲面、右側照明反射曲面（曲面）
５２ｘＬ、５２ｘＲ 左側照明部、右側照明部（照明部）
５２ｙＬ、５２ｙＲ 左側結像部、右側結像部（結像部）
５４ 受光素子（受光部）
５４Ｌ、５４Ｒ 第１の結像領域、第２の結像領域
ＯｘＬ、ＯｘＲ 第１の照明光路、第２の照明光路
ＯｙＬ、ＯｙＲ 第１の結像光路、第２の結像光路
ＰＬ、ＰＲ 第１の照明領域、第２の照明領域

Claims (15)

1. 被照射面からの光線を受光する受光部と、
   光源部からの光線を前記被照射面に導光する曲面を含む照明部と、前記被照射面からの光線を前記受光部に導光する結像部とを備える導光体とを有し、
   前記光源部から前記被照射面の第１の照明領域に至る第１の光線の第１の照明光路と、前記光源部から前記被照射面の第２の照明領域に至る第２の光線の第２の照明光路とは、前記被照射面に平行な第１の断面内において互いに交差せず、
   前記第１の照明領域から前記受光部の第１の受光領域に至る前記第１の光線の第１の結像光路と、前記第２の照明領域から前記受光部の第２の受光領域に至る前記第２の光線の第２の結像光路とは、前記第１の断面内において互いに交差せず、
   前記第１の断面内において、前記第１の光線を射出する前記光源部の第１の発光点と前記第２の光線を射出する前記光源部の第２の発光点との距離は、前記第１の受光領域の中心と前記第２の受光領域の中心との距離よりも小さいことを特徴とする判別装置。
2. 前記第１及び第２の結像光路は、前記第１の断面内において、前記第１及び第２の受光領域のそれぞれの中心を通る直線に垂直であることを特徴とする請求項１に記載の判別装置。
3. 前記第１及び第２の発光点は、共通の単一の発光点であることを特徴とする請求項１または２に記載の判別装置。
4. 前記受光部は、前記第１及び２の受光領域を含む受光素子を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判別装置。
5. 前記受光部の出力に基づいて、前記被照射面に配置された物体を判別する判別部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の判別装置。
6. 前記判別部は、前記第１及び第２の照明領域に応じて互いに異なる情報を取得することを特徴とする請求項５に記載の判別装置。
7. 前記第１及び第２の照明光路には、光を制限する部材が配置されていないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の判別装置。
8. 前記曲面は、前記被照射面に最も近い光学面または前記被照射面から数えて２番目の光学面であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の判別装置。
9. 前記曲面は、前記第１又は第２の光線を反射させる凹形状の反射面であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の判別装置。
10. 前記曲面は、前記第１又は第２の光線を全反射させることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の判別装置。
11. 前記導光体に含まれる光学面のうち前記被照射面に最も近い光学面は、平面であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の判別装置。
12. 前記受光部は、前記第１の断面に平行な第１の方向に延在している受光素子からなることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の判別装置。
13. 前記光源部及び前記受光部は、同一の基板上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の判別装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の判別装置と、感光面に静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
15. 前記判別装置の判別結果に応じて、画像形成条件を設定する制御部を備えることを特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。

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