JP4424740B2 - 記録材判別装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録材判別装置に関し、より詳細には、記録材に光を照射してその種類を判別する記録材判別装置に関する。

複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置は、一般的に潜像を担持する潜像担持体、潜像担持体に現像剤を付与することにより潜像を現像剤像として可視化する現像装置、所定方向に搬送される記録材に現像装置による前記現像剤像を転写する転写部、および転写部によって現像剤像の転写を受けた記録材を所定の定着処理条件にて加熱及び加圧することにより現像剤像を記録材に定着させる定着装置を備えている。

従来、かかる画像形成装置においては、例えば画像形成装置本体に設けられた操作パネル等に記録材たる記録材のサイズや種類（以下、紙種ともいう）がユーザによって設定され、その設定に応じて現像条件、転写条件あるいは定着処理条件（例えば、定着温度や定着装置を通過する記録材の搬送速度）または画像処理条件を変更する制御を行う。またはホストコンピュータからユーザが印字時に紙種を設定することにより、画像形成装置は指定された紙種に応じて、現像条件、転写条件あるいは定着処理条件または画像処理を変える制御を行う。

記録材の表面画像をCMOSセンサによって撮像し、記録材の表面平滑度を検出する方法により記録材の種類を判別し、現像条件、転写条件あるいは定着条件を可変制御し、さらに、前記記録材を判別するセンサに対向する位置に発光源を設け、透過光を検出することにより、透過光による記録材の判別を行う装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１８２５１８号公報

しかしながら、上述の従来の画像形成装置では、記録材判別センサがトナーや紙粉で汚れると、記録材からの透過光、反射光がさえぎられるため、精度の高い記録材判別を妨げられ、現像条件、転写条件、定着処理条件または画像処理を変更する制御が適切に動作しないという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、センサがトナーや紙粉で汚れたとしても補正を行うことによって良好に紙種を検出できるよう構成することにより、様々な条件下においても最適な定着処理条件で定着処理を施し良好な定着画像を得ることができる記録材判別装置の提供を目的とする。

また、センサの汚れの程度を判定し、補正できない程汚れている場合にはセンサ故障の報知やユーザへの清掃依頼の報知を行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の記録材判別装置は、記録材に光を照射する照射手段と、記録材に対して照射手段により光が照射された照射部からの光を結像させて映像として読み取る映像読取手段と、記録材が停止した状態で照射手段から記録材に光を照射して、映像読取手段によって映像を読み取り、読み取った映像に基づいて記録材の種類を判別する判別手段とを備えた記録材判別装置であって、搬送している記録材に対して、照射手段からの光を照射して、映像読取手段によって映像を読み取るように照射手段と映像読取手段を制御する読取制御手段と、判別手段は、読取制御手段により読み取った映像を変換処理して得られる、複数画素からなる映像データを２値化処理して、２値化処理した映像データの画素のエッジの数をカウントして、カウントした結果から記録材の表面の凹凸エッジ量を演算する演算手段とを備え、判別手段は、演算された前記凹凸エッジ量に基づいて映像読取手段の汚れ量を判別することを特徴とする。

本発明によれば、記録材を搬送させながら、照射手段を照射させ、および映像読取手段に映像を読み取らせる搬送読取制御手段を備え、判別手段は、さらに搬送読取制御手段により得られた映像に基づいて記録材の種類を判別するので、容易に映像読み取り手段の汚れを検出することが出来る。この構成において汚れ検出結果により、記録材の判別方法を変更することにより、システム全体として簡単な構成にすることができ精度を上げることが可能となる。この結果、紙粉やトナーによってこの記録材判別センサが汚れたとしても、様々な記録材を判別することができ、本発明を用いて判別装置を有する画像形成装置は、記録材の表面性、記録材の厚みなどの諸特性に応じて、画像処理や、現像バイアス、定着ユニットの温度制御値あるいは記録材搬送速度を可変制御することによって、記録材に依存しない安定した画質を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明による記録材判別装置および方法を説明する。

（画像形成装置）
本発明の記録材判別装置およびその方法は、図１に示すような一般的な画像形成装置で用いられる。図１において、画像形成装置101は、用紙カセット102、給紙ローラ103、転写ベルト駆動ローラ104、転写ベルト105、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各感光ドラム106〜109、各色用の転写ローラ110〜113、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各カートリッジ114〜117、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各光学ユニット118〜121、および定着ユニット122を備えている。

画像形成装置101は、一般に電子写真プロセスを用い記録材上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を重ねて転写し、定着ローラを含む定着ユニット122によって転写されたトナー画像を温度制御することにより熱定着させる。また、各色の光学ユニット118〜121は、各感光ドラム106〜109の表面をレーザビームによって露光走査して潜像を形成するよう構成され、これら一連の画像形成動作は搬送される記録材上のあらかじめ決まった位置から画像が転写されるよう同期がとられている。

さらに、画像形成装置101は記録材であるところの記録紙を給紙、搬送する給紙モータを備え、給紙された記録紙は、転写ベルト、定着ローラへと搬送されながらその表面上に所望の像を形成する。

画像読み取りセンサ123は、記録紙が転写ベルトまで搬送される前に配置され、搬送されてきた記録材の表面に光を照射させて、その反射光を集光し結像させて、記録材表面の特定エリアの画像を読み出す。

以下に図２を参照して説明する画像形成装置101の制御手段である制御CPU210は、定着ユニット122によって、所望の熱量を記録材に与えることによって、記録材上のトナー画像を融着し定着させる。

次に、図２を参照して、本発明の記録材判別装置およびその方法を用いる画像形成装置の一実施形態の制御CPUの動作について説明する。図２は、制御CPU210が制御する各ユニットの構成を示す図である。図２において、CPU210は、CMOSセンサ211、並びに各色用の光学ユニットに含まれるポリゴンミラー、モータおよびレーザ212〜215に接続され、感光ドラム面上にレーザを走査し、所望の潜像を描くための光学ユニットの制御を行う。同様に、記録材を搬送するための給紙モータ216、記録材を給紙するための給紙ローラの駆動開始に使用する給紙ソレノイド217、記録材が所定位置にセットされているか否かを検知する紙有無センサ218、電子写真プロセスに必要な1次帯電、現像、１次転写、２次転写バイアスを制御する高電圧電源219、感光ドラムおよび転写ローラを駆動するドラム駆動モータ220、転写ベルトおよび定着ユニットのローラを駆動するためのベルト駆動モータ221、定着ユニットおよび低電圧電源ユニット122を制御する。さらに、制御CPU210によってサーミスタ（図示せず）により温度をモニタし、定着温度を一定に保つ制御がなされる。

また、制御CPU210は、バス等（図示せず）によりメモリ224に接続されており、メモリ224には、以上の制御および本明細書に記載される各実施形態において制御CPU210が行う処理のすべてまたは一部を実行するためのプログラムおよびデータが格納される。すなわち、制御CPU210はメモリ224に格納されたプログラムおよびデータを用いて本発明の各実施形態の動作を実行する。

また、制御CPU210は、バス等（図示せず）によりメモリ223に接続されており、メモリ223には、以上の制御および本明細書に記載される各実施形態において制御CPU210が行う処理のすべてまたは一部を実行するためのプログラムおよびデータが格納される。すなわち、制御CPU210はメモリ223に格納されたプログラムおよびデータを用いて本発明の各実施形態の動作を実行する。

ASIC223は、制御CPU210の指示に基づき、CMOSセンサ211および光学ユニット212〜215内部のモータ速度制御、給紙モータの速度制御を行う。モータの速度制御は、モータ（図示せず）からのタック信号を検出して、タック信号の間隔が所定の時間となるようモータに対して加速または減速信号を出力して速度制御を行う。このため、制御回路は ASIC 223のハードウエアによる回路で構成したほうが、CPU210の制御負荷低減が図れるメリットがある。

制御CPU210は、ホストコンピュータ（図示せず）からの指示のプリントコマンドを受信すると、紙有無センサ218によって記録材の有無を判断し、紙有りの場合は、給紙モータ216、ドラム駆動モータ220、ベルト駆動モータ221を駆動するとともに、給紙ソレノイド217を駆動して記録材を所定位置まで搬送する。

記録材がCMOSセンサ211の位置まで搬送されると、制御CPU210はASIC 223に対してCMOSセンサ211撮像指示を行い、CMOSセンサ211は記録材の表面画像を撮像する。このときASIC 223は、Sl_selectをアクティブとした後、所定のタイミング、所定パルスのSYSCLKを出力させて、CMOSセンサ211からSl_outを経由して出力される撮像データを取り込む。

一方、CMOSセンサ211のゲイン設定は、あらかじめ制御CPU210が取り決めた値をASIC 223内部のレジスタにセットすることによって、ASIC 223がSl_selectをアクティブとした後、所定のタイミング、所定パルスのSYSCLKを出力させて、CMOSセンサ211に対し、Sl_inを経由してゲインを設定する。

ASIC 223は、以下に説明する本発明の記録材判別装置およびその方法を実現するための回路702を備え、記録材の属性を判別するための後述するの演算の演算結果は、制御回路702内部のレジスタＡおよびレジスタＢに格納される。そして、CPU 210は、制御回路702内部のレジスタＡおよびレジスタＢに格納された記録材の属性を判別するための演算結果を読み込み、給紙された記録材の種類を判別し、その結果に応じて画像形成条件を変更するよう制御する。

CPU210が実行する各種の画像形成条件の制御としては、以下のようなものが挙げられる。

例えば、CPU210は、記録材の種類が普通紙よりも光沢度の高いグロス紙の場合は、普通紙よりも現像バイアスを上げ（感光ドラムの表面電位に対する電位差を大きくし）、記録材の表面に付着するトナー量を増加させて記録材上の画像の光沢度を増加させる制御を行う。これは、グロス紙を用いてプリントする場合、記録材上の画像の光沢度を高くすることが望まれているからである。なお、現像バイアス（電圧）は図１に示すように、CPU210の指示に基づいて、高電圧電源219から現像ローラに印加される電圧をいう。

また、CPU 210は、給紙された記録材の種類に応じて定着ユニット222の定着温度（定着ユニット222内の不図示のヒータが維持すべき目標温度）を変更するよう制御する。普通紙よりも厚みがある厚紙の場合、厚紙は普通紙より熱容量が大きいため普通紙と同じ定着温度にて厚紙にトナー像を定着させようとしても定着性が悪くなってしまうという問題がある。そこで、CPU210は、記録材が厚紙であると判別した場合には、普通紙における定着温度よりも高い定着温度として、厚紙に対するトナーの定着性を確保するよう制御する。 さらに、CPU 210は、給紙された記録材の種類を判別し、その結果に応じて記録材の搬送速度を変更するように制御する。搬送速度の制御は、速度を実際に制御しているASIC223の速度制御レジスタ値をCPU 210によって設定しなおすことによって実現する。具体的には、記録材の種類が普通紙よりも厚みがある厚紙の場合、厚紙は普通紙より熱容量が大きいため普通紙と同じ搬送速度にて厚紙にトナー像を定着させようとしても定着性が悪くなってしまうという問題がある。そこで、CPU210は記録材の種類が厚紙であると判別した場合は、単位時間あたりに厚紙に供給される熱量が大きくなるように、記録材の搬送速度を普通紙を通紙する場合の搬送速度よりも遅く設定する。

また、坪量が異なる記録材に対し定着温度条件を変え、例えば、比較的厚みのある記録材では、熱容量が大きいので定着温度を高めに制御し、一方、比較的厚みが少ない、つまり熱容量が小さい記録材は、定着温度を低めにして定着する方法も考えられる。または、記録材の坪量によって記録材搬送速度を変えて制御することもできる。

また、OHTあるいはグロス紙などの場合において、これらを判別して記録材の表面に付着するトナーの定着性を上げ、グロスを高めて画質の向上を図ることもできる。

このように本実施形態では、CMOSエリアセンサによって撮像した記録材の表面画像から、ASICによるハード回路によって、第１の演算および第２の演算を行い、その結果からCPUは、高伝圧電源の現像バイアス条件、あるいは定着ユニットの定着温度、あるいは記録材の搬送速度を変更するように制御することができる。

［第１実施形態］
次に、本願発明の一実施形態による記録材判別装置について説明する。図３は、記録材の表面平滑性及び反射光量及び透過光量検出を行うための概略構成を示す模式図であり、本発明を最もよく表す図であるということができる。

映像読取センサ123は、図３に示すように、第１の照射手段である反射用ＬＥＤ301、記録材304に対して反対側に設置された透過光量検出用の第２の照射手段である透過用LED302、読み取り手段であるＣＭＯＳエリアセンサ211、および結像レンズ303を備える。ここで、センサ211はＣＣＤセンサとすることができる。

反射用ＬＥＤ301を光源とする光は、記録材304の表面に向けて照射される。本実施形態では光源をＬＥＤとしたが、例えばキセノン管やハロゲンランプ等を用いることもできる。記録材304からの反射光は、レンズ303を介し集光されてＣＭＯＳエリアセンサ211に結像する。これによって記録材304の表面の映像を読み取ることができる。

本実施形態では、ＬＥＤ301は、ＬＥＤ光が記録材304表面に対し、図３に示すように所定の角度をもって斜めより光を照射させるよう配置されている。

（記録材の種類の判別）
図４は、映像読取センサ123のＣＭＯＳエリアセンサ211によって読み取られる記録材304の表面のアナログ画像とＣＭＯＳエリアセンサ211からの出力を８×８ピクセルにデジタル処理したデジタル画像との対比を示す図である。ここで、デジタル処理はＣＭＯＳエリアセンサ211からのアナログ出力をＡ／Ｄ変換によって８ビットのピクセルデータに変換することによって行われる。

図４において、記録材Ａ４０１は表面の紙の繊維が比較的がさついている所謂ラフ紙、記録材Ｂ４０２は一般に使用される所謂普通紙、記録材Ｃ４０３は紙の繊維の圧縮が十分になされているグロス紙であり、それぞれの表面拡大映像である。ＣＭＯＳセンサ211に読み込まれたこれらの映像４０１〜４０３が、デジタル処理され図４に示す映像４０４〜４０６となる。このように、記録材の種類によって表面の映像は異なる。これは、主に紙の表面における繊維の状態が異なるために起こる現象である。

これとは別に、記録材の反射光量は、一般にそれぞれの画素に入力された光の合計もしくは平均値から算出するが、実施形態によっては、１受光画素の結果のみを用いることもできる。

上述のように、ＣＭＯＳエリアセンサ211で記録材表面を読み込んだ結果の映像をデジタル処理した像により、記録材の紙繊維の表面状態を識別することができ、これに加え反射光量によって記録材の判別が可能となる。

上記記録材表面の識別は、記録材の表面の一部を８×８ピクセルからなる映像として読み込み、映像において記録材の搬送方向に直交する方向の１ラインについて最大濃度となる画素の濃度Ｄｍａｘと最低濃度となる画素の濃度Ｄｍｉｎを検出し、各ラインについてＤｍａｘ−Ｄｍｉｎを平均処理する。そして、平均処理して得られたＤｍａｘ−Ｄｍｉｎの値によって、その記録材の属性である材質（平滑度）を判定することができる。

すなわち、記録材Ａのように表面の紙繊維がガサついている場合には、繊維の影が多く発生する。その結果、明るい個所と暗い個所の差が大きく出るため、Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎは大きくなる。一方、記録材Ｃのように繊維が十分圧縮され平滑度の高い記録材の表面の映像は、繊維の影が少なく、Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎは小さくなる。この比較によって、記録材の材質を判定し、種類を判別するための情報の一部とするのである。

同様に、図４において、映像４０７は、薄紙である記録紙Ｄの透過用ＬＥＤ302により記録材を透過してきた光の光照射領域における表面拡大映像であり、映像４０８は、一般的に使用される所謂普通紙である記録紙Ｅの透過用ＬＥＤ302による光照射領域の表面拡大映像であり、映像４０９は、厚紙である記録紙Ｆの透過用ＬＥＤ302による光照射領域の表面拡大映像である。CCDセンサ211に読み込まれたこれらの映像４０７〜４０９が、デジタル処理され図４の映像４１０〜４１２となる。

このように、記録紙の種類によって、透過光量およびその映像は異なってくる。これは、主に紙の表面における繊維の状態および紙の繊維の圧縮状態が異なるために起こる現象である。

上述の制御プロセッサは、ＣＭＯＳエリアセンサ211からの映像サンプリング処理、ゲイン及びフィルタ演算処理をリアルタイムにて処理する必要があるため、デジタルシグナルプロセッサを用いることが望ましい。

次に、記録材304の透過率測定方法について説明する。第２の照射手段である透過用ＬＥＤ302を光源とする光は、記録材304に向けて映像読取センサ123の反対側から、記録材上の映像読取センサ123の読取エリアに入射するように照射される。

図５は、透過用ＬＥＤ302を用いて、映像読取センサ123のＣＭＯＳエリアセンサ211によって読み取られる記録材304の表面を、ＣＭＯＳエリアセンサ211からの出力を８×８ピクセルにデジタル処理して示した図である。記録材304の透過光は、レンズ303を介し集光されてＣＭＯＳエリアセンサ211に入射する。このとき、通常は、センサのエリア全体、もしくは所定の範囲において各画素に入力した光量の合計値もしくは平均値を透過光量とするが、１受光画素の結果のみを用いることもできる。

図６は、記録材の坪量と透過光の関係を示す図である。例えば、厚紙のように坪量の多い記録材は透過光量が少ない、一方薄紙のような坪量の低い記録材は透過光量が多い。この特性によって、記録材の属性の１つである材厚を透過光量によって判定し、記録材の種類を判別する情報の１つとするのである。

本実施形態で想定する記録材の種類には、以下のようなものがあり、次に説明するように表面の状態や材厚によってその種類を判別する。なお、以下に述べる坪量とは、記録材の単位体積あたりの重量をいう。
（１）薄紙（坪量：単位面積あたりの重量〜６４ｇ／ｍ^２）
（２）普通紙（坪量：６５〜１０５ｇ／ｍ^２）
（３）厚紙１（坪量：１０６〜１３５ｇ／ｍ^２）
（４）厚紙２（坪量：１３６ｇ／ｍ^２〜）
（５）グロス紙
（６）グロスフィルム
（７）ＯＨＴ
記録材からの反射光量によって判定されるのは、（７）は透明で光の透過率が高いため、（１）〜（６）、（７）という２組である。

記録材の反射光から得られた映像による濃淡比から判定されるのは、（１）〜（４）、（５）、（６）という３組である。ここで、本実施形態では、この判定のため濃淡比を検出する際、反射光量による正規化をする。すなわち、２次元画像の全体の光量に差があるとＤｍａｘ−Ｄｍｉｎの値も変わってきてしまうので、２次元画像全体の光量の平均値が一致するように正規化する。

透過光量によって判定されるのは、（１）〜（４）の坪量がそれぞれ異なっており、一定の光量を紙の背面から照射した場合の透過光の受光光量は、（１）＞（２）＞（３）＞（４）となるため、（１）、（２）、（３）、（４）の４種となる。ここで、本実施形態においては、８×８ピクセルからなる全画素の透過光量の平均値を用いて判定を行う。

以上の判定を組み合わせることによって、（１）〜（７）の多様な記録材を正確に判別することができる。

（記録材判別機能の実装）
以上の動作を行うためのＣＭＯＳエリアセンサ211の制御回路を図７を参照して説明する。図７は、ＣＭＯＳエリアセンサ211の制御回路を示すブロック図である。図７において、判断部であるCPU210は、制御回路702、CMOSエリアセンサ211、インターフェース制御回路704、演算回路705、レジスタＡ706、レジスタＢ707、および制御レジスタ708を備える。

次に動作について説明する。CPU 210は制御レジスタ708に対して、CMOSエリアセンサ211の動作指示を与えると、CMOSエリアセンサ211によって記録材表面画像の撮像が開始される。つまり、CMOSエリアセンサ211に電荷の蓄積が開始される。インターフェース回路704から、Sl_selectによってＣＭＯＳエリアセンサ211を選択し、所定のタイミングにてSYSCLKを生成すると、ＣＭＯＳエリアセンサ211からSl_out信号を経由して、撮像されたデジタル画像データが送信される。

インターフェース回路704を経由して受信した撮像データは、制御回路702にて演算が実行され、その演算結果がＡ 706およびレジスタＢ 707に格納される。CPU 210は、上記２つのレジスタの値から、記録材の属性を判定する。

なお、レジスタＡ706に格納される値は、ＣＭＯＳエリアセンサ211が映像として取得した記録材の表面の一部について、８ライン分のＤｍａｘ−Ｄｍｉｎを平均した値であり、この映像を取得する際には、ＬＥＤ301が記録材の表面を照射している。また、レジスタＢ707に格納される値は、ＣＭＯＳエリアセンサ211が映像として取得した記録材の表面の一部について、８×８ピクセルの各ピクセルの光量を平均した値であり、この映像を取得する際には、透過用ＬＥＤ302が記録材の裏面を照射している。

次に、図８を参照してセンサ回路ブロック図について説明する。図８は、CMOSエリアセンサの回路ブロック図を示す図である。図８において、CMOSエリアセンサ211は、CMOSセンサ部分801を含み、例えば８×８画素分のセンサがエリア状に配置される。CMOSエリアセンサ211は、さらに垂直方向シフトレジスタ802および803、出力バッファ804、水平方向シフトレジスタ805、システムクロック806、およびタイミングジェネレータ807を含む。

次に動作について説明する。Sl_select信号813をアクディブとすると、CMOSセンサ部801は受光した光に基づく電荷の蓄積を開始する。次に、システムクロック806を与えると、タイミングジェネレータ807によって、垂直方向シフトレジスタ802および803は読みだす画素の列を順次選択され、出力バッファ804にデータを順次格納される。

出力バッファ804に格納されたデータは、水平方向シフトレジスタ805によって、A/Dコンバータ808ヘと転送される。A/Dコンバータ808でデジタル変換された画素データは、出力インターフェース回路809によって所定のタイミングで制御され、Sl_select信号813がアクティブの期間、Sl_out 信号810に出力される。

一方、811の制御回路によって、Sl_in信号812よりA/D変換ゲインを変更するよう制御することができる。例えば、撮像した画像のコントラストが得られない場合は、CPUはゲインを変更して常に最良なコントラストで撮像することができる。

このように、第１の照射手段である反射用ＬＥＤ301と、第２の照射手段である透過用ＬＥＤ302との２つの照射手段を用いることによって、様々な記録材の表面状態、反射率および透過率を検出することができ記録材の種類の判別が可能となる。

本実施形態において、透過用ＬＥＤ302の波長は反射用ＬＥＤ301よりも長い光源を用いる。例えば、反射用ＬＥＤ301が可視光であれば透過用ＬＥＤ302は赤外線を用いることができる。

（センサ汚れの検出）
図９を参照して、まずセンサ汚れの検出に用いる第１の演算手段である記録材表面の凹凸量検出方法について説明する。図９において、画像９０は記録材の表面の映像をディジタル処理した画像である。CCDエリアセンサのセンサ部から出力されたアナログが、A/D変換されて８ビットのピクセルデータに変換され、画像の明るさに比例して８ビットデータが決定される。

そのとき、最大コントラスト９１は、8×8画素のうち最初の１ライン内における最も暗い部分であり、図の例では'80'h、最小コントラスト９２は8×8画素のうち最初の１ライン内における最も明るい部分であり、図９の例では'10'hとなる。このとき、２つの値の差は、'80'h−10'h='70'hである。すなわち、第１ラインにおけるコントラスト最大値と最小値の差は'70'hになる。

同様に、最大コントラスト９３は第２ライン目の値であり最も暗い部分であり'80'h、最小コントラスト９４は第２ライン目の値であり最も明るい部分であり'20'h、差は'80'h−20'h='60'hである。最大コントラスト９５は第８ライン目の値で最も暗い部分となって'80'h、最小コントラスト９６は第２ライン目の値で最も明るい部分となって'10'h、差は'80'h−10'h='70'h。となる。このように各ラインごとに最大値と最小値の差を全ライン分加算した値を、第１の演算手段である記録材表面の凹凸量演算結果値として定義する。

次に、図１０を参照して、第２の演算手段である記録材表面の凹凸エッジ量検出方法について説明する。画像１００は記録材の表面をディジタル処理した画像である。画像１０１は、あらかじめ一つ前のサンプリングタイミングによって撮像された画像１００の画像から平均値を求め、この平均値を閾値として次のサンプリングタイミングによって撮像された8×8画素を2値化した結果を示した図である。

エッジ数１０２は、2値化の結果、第１ラインにおけるエッジの数であり、この例の場合'05'hである。エッジ数１０３は、第２ラインにおけるエッジの数であり、この例の場合'03'hである。同様に、エッジ数１０４は第８ラインにおけるエッジの数であり、この例の場合'03'hとなる。これらラインごとにエッジの数をカウントして、全ライン分加算した値を、第２の演算手段である記録材表面の凹凸エッジ量演算結果値として定義する。

次に、図１５を参照して映像読取センサ123に備えられた定着処理条件制御手段たるCPU２１０による制御フローについて説明する。まず、反射用LED３０１による測定を行い、次に透過用LED３０２による測定を行う。この二つの測定結果を映像比較演算し、この映像比較演算結果に基づき紙種を判定する。判定された紙種によって定着処理条件を変更し、記録材の搬送を開始する。記録材を搬送させながら映像読取センサ123によって撮影された映像を映像比較演算し、汚れ量を算出する。

ところで、画像形成装置の使用に伴い、一般に飛散したトナーや紙粉等の異物が映像読取装置等に付着し、その付着量が徐々に増加していく。これをそのまま放置しておくと、映像読取装置に入射する光の一部だけ光量が大きく変化して、記録材の表面性を正しく検出することができなくなる。映像読取装置に汚れが付着していない場合、図１１に示すように記録材の表面性を精度良く検出することができる。しかしながら図１２に示す映像読取装置に汚れが付着した場合、汚れ（A部）部分の表面性を検出することが困難となる。また汚れと表面性を判別することはできないため、記録材の表面性から記録材の種類を検出する検出性能が低下する。

図１３と図１４とは本実施形態による作用を説明する図である。図１３は図１２のように汚れが付着した映像読取装置において、反射用LED３０１を用いて静止した記録材を撮像した際の映像読取装置の出力信号を示している。記録材の表面粗さが信号に現れているものの、汚れによる光量の低下は紙の表面粗さと判別することはできない。そこで記録材を移動させながら、例えば画像形成装置の印字動作中に記録材を撮像したのが図１４である。

記録材が移動しているため記録材の表面性が平均化される。しかしながら汚れによる光量の低下は記録材の挙動には依存しないため、汚れによる光量低下のみ映像読取装置の出力信号の低下として現れる。この信号低下を上述の第２の演算手段である記録材表面の凹凸エッジ量検出方法で処理することにより、汚れの量を判別することができる。

以上、反射用LED３０１による照射手段を用い、記録材を移動させながら映像読取装置で映像信号を読み込むことにより、映像読取装置の汚れの量を検出することが可能となる。

［第２実施形態］
本実施形態は、記録紙の動作方法以外の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。画像形成装置においては、記録材の表面性、記録材の厚みなどの諸特性に応じて、画像処理や、現像バイアス、定着ユニットの温度制御値あるいは記録材搬送速度を可変制御することによって、記録材に依存しない安定した画質を得ている。特に、記録紙の表面の紙繊維がガサついているラフ紙等においては、記録紙上のトナーを十分融着させないと定着性が悪くなるため、定着ユニットの温度を上昇させ、及び記録材搬送速度を低下させるよう制御する。

本実施形態においても、記録材搬送速度が低下すると、汚れ量測定は記録材の表面粗さの影響を十分に除去することが困難となる。そこで搬送速度の低下にあわせて映像読取装置の撮像時間を長くすることによってこの問題を回避することができる。例えば通常の半分の搬送速度となった場合、撮像時間を2倍にすることによって通常速度の場合と同等のレベルで表面粗さの影響を除去して汚れ量を測定することができる。

次に、図１６を参照して本実施形態の制御フローについて説明する。紙種判定までの制御フローに関しては、第１実施形態と同様であり、判別された紙種によって定着処理条件および記録材の搬送速度を変更し、記録材の搬送を開始する。撮像時間を搬送速度によって変更し、映像読取センサ123によって映像の撮影を行う。得られた映像を映像比較演算して汚れ量を判定する。

［第３実施形態］
本実施形態は、記録紙の搬送方法以外の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。汚れ量検出のために映像読取装置において行う撮像時間の間、記録材を搬送させている搬送モータの正転と逆転を交互に行うことによって記録材を振動させる。すると記録材が振動しているため記録材の表面性が平均化されて撮像される。しかしながら汚れによる光量の低下は記録材の挙動には依存しないため、汚れによる光量低下のみ映像読取装置の出力信号の低下として現れる。この信号低下を上述の第二の演算手段である記録材表面の凹凸エッジ量検出方法で処理することにより、汚れの量を判別することができ、また通常搬送時に撮像を行う第１実施形態と比べて、汚れの判別に必要な搬送距離を短縮することができる。

［第４実施形態］
本実施形態は、基本的な構成および判別方法は第１実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。第１実施形態と同様に取得した映像読取装置の汚れ量から記録材の表面性の撮像結果の低下量を予測し、汚れ量に応じて紙種判別を行う際の判別方式を変更することにより、トナーや紙粉等により汚れた場合でもより適切に高い判別結果を得ることができる。この際、判別方式の変更をするときは、方式そのものを変更しても良いし、または判別を行う際のパラメータ等を変更しても良い。

次に、図１７を参照して本実施形態の制御フローについて説明する。先ず、反射用LED３０１による測定を行い（Ｓ１７０１）、次に透過用LED３０２による測定を行って（Ｓ１７０２）、その後、記録材の搬送を開始する（Ｓ１７０３）。記録材を搬送させながら映像読取センサ123によって撮影された映像を映像比較演算し、汚れ量を算出する（Ｓ１７０４）。汚れが少ない場合は、通常の紙種判定１によって紙種を判別する（Ｓ１７０５、Ｓ１７０６）。汚れが多い場合には、通常の紙種判定では誤判別する可能性があるため、紙種判定2によって紙種判定を行う（Ｓ１７０７）。

紙種判定法についてはここでは言及しないが、例えば紙種判定1においては上述の第１の演算手段である記録材表面の凹凸量検出値を使用し、紙種判定2においては上述の第２の演算手段である記録材表面の凹凸エッジ量検出値を使用する方法がある。判別された紙種によって定着処理条件を変更する。紙種によっては搬送速度を変更する場合もある（Ｓ１７０８）。

［第５実施形態］
本実施形態は、基本的な構成および判別方法は第１実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。第１実施形態と同様に取得した映像読取装置の汚れ量が所定値を超える場合は、記録材の表面性により紙種判別が困難になっていることが予想される。この際、例えば図５に図示するCPU701が紙種検出手段不良等のフラッグをたててユーザ等にその旨知らせ、不良が検出された部分の点検・清掃等を促すようにする。

次に、図１８を参照して 本実施形態の制御フローについて説明する。汚れ量測定までの制御フローに関しては、第１実施形態と同様である（Ｓ１８０１〜Ｓ１８０５）が、測定された汚れ量が清掃必要値である一定量を超えた場合、紙種検出部不良等のフラッグをたててユーザ等にその旨報知する。

ユーザへの報知の内容は、本実施形態では映像読取装置や汚れ防止部材の交換や、清掃を促す等であるが、その他の情報や放置を行なうこともできる。また、映像読取装置の汚れが増大し誤判別の危険性が高まった場合、すなわち種類設定必要値を超えるような場合は自動によるプリントモードの選択を中止し、ユーザにプリントモードの設定を指示することを依頼しても良い。

［第６実施形態］
本実施形態は、光照射手段以外の基本的な構成および判別方法は第１実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。本実施形態では、汚れ量測定時に透過用LED３０２を使用して光照射を行なうことを特徴とする。

このような方法をとることにより、透過用LED３０２による光は、記録材を透過してから映像読取装置によって撮像される。そのため記録材の表面性の影響の少ない均一な画像を取得しやすい。そのため第１実施形態に比べ、表面性を平均化するために記録材を移動しなければならない量を減らすことができ、汚れ判別時の紙の搬送距離を短くできる利点がある。

［第７実施形態］
本実施形態は、汚れ量判別の実施タイミング以外の基本的な構成および判別方法は第１実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。本実施形態では、連続印字動作の１枚目の印字中に汚れ量判別を行い、２枚目以降において紙種判別動作を変更することを特徴とする。

次に、図１９を参照して 本実施形態の制御フローについて説明する。汚れ量測定までの制御フローに関しては、第１実施形態と同様である（Ｓ１９０１〜Ｓ１９０６）が、測定された汚れ量が所定量（例えば清掃必要値）を超えた場合、２枚目以降の紙種判別方法を変更する（Ｓ１９０７）。

なお、２枚目以降の紙種判別方法の変更は、例えば、第１実施形態で説明したように、８×８の各ピクセルの光量の平均値を求め、各ピクセルのコントラストを比較して記録剤の種類を判別しているが、汚れ量が清掃必要値である一定量を超えた場合、２枚目以降の判別方法を、コントラストによる判定方法ではなく、例えば、８×８の画像のエッジ数を検出して判別する方法に変更する。Ｓ１９０８〜Ｓ１９１０では、反射光、透過光それぞれに基づいて撮像した画像のエッジ数から紙種を判別する。

本実施形態によると、連続印字動作の一枚目の印字中に汚れ量判別を行う場合、一枚目の制御で条件を変更することがないため、感光ドラムに記録材が到達する以前に判別を終了する必要が無い。このため、映像読取装置から感光ドラムまでの距離を短くすることが可能となり、画像形成装置の小型化に寄与することができる。

［第８実施形態］
本実施形態は、汚れ量判別の実施タイミング以外の基本的な構成および判別方法は第１実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。本実施形態では、映像読取装置の汚れ量判別を一定の印字枚数ごとに行うことを特徴とする。

次に、図２０を参照して 本実施形態の制御フローについて説明する。本制御の特徴は前回行った汚れ量測定から１０００枚印字するまで（Ｓ２００５）は汚れ量判定を行わない点にある。（Ｓ２００１〜Ｓ２００４、Ｓ２００６、Ｓ２００７は第１実施形態と同様。）

画像形成装置の使用に伴い発生する飛散したトナーや紙粉等の異物による映像読取装置の汚れは、徐々に増加していく。また記録材１枚の印字時に発生する紙粉の量はごく僅かであり、通常、急激に発生することは無い。そこで、映像読取装置の汚れ量判別を一定の印字枚数ごと、例えば１０００枚印字する度に行うことによって、制御タイミングを最適化し、CPUの負荷バランスをとるよう制御する。これによって、汚れ量判別性能を高く保つことが可能となる。

ここで、判別のタイミングは印字枚数によって規定したが、前回汚れ量を判別した時点からの一定の経過時間ごとに汚れ量判別を行なうよう時間間隔を規定することもできる。

本発明の一実施形態で用いられる画像形成装置を示す概略図である。 本発明の一実施形態による制御CPUが制御する各ユニットの構成を示す図である。 記録材の表面平滑性、反射光量及び透過光量検出を行うための概略構成を示す模式図である。 映像読取センサによって読み取られる記録材表面のアナログ画像とアナログ出力を８×８ピクセルにデジタル処理したデジタル画像との対比を示す図である。 透過用ＬＥＤを用いて、映像読取センサによって読み取られる記録材の像を８×８ピクセルにデジタル処理して示した図である。 記録材の坪量と透過光の関係を示す図である。 本発明の一実施形態によるＣＭＯＳエリアセンサの制御回路を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるCMOSエリアセンサの回路ブロック図を示す図である。 本発明の一実施形態の第１の演算手段である記録材表面の凹凸量検出方法について説明する図である。 本発明の一実施形態の第２の演算手段である記録材表面の凹凸量検出方法について説明する図である。 映像読取センサによって読み取られる記録材表面をデジタル処理したデジタル画像を示す図である。 映像読取センサによって読み取られる記録材表面をデジタル処理したデジタル画像を示す図である。 一実施形態における映像読取装置の出力信号を示す図である。 一実施形態における映像読取装置の出力信号を示す図である。 本発明の一実施形態の制御フローを示す図である。 本発明の一実施形態の制御フローを示す図である。 本発明の一実施形態の制御フローを示す図である。 本発明の一実施形態の制御フローを示す図である。 本発明の一実施形態の制御フローを示す図である。 本発明の一実施形態の制御フローを示す図である。

符号の説明

１０１ 画像形成装置
１０２ 用紙カセット
１０３ 給紙ローラ
１０４ 転写ベルト駆動ローラ
１０５ 転写ベルト
１０６〜１０９ イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各感光ドラム
１１０〜１１３ 各色用の転写ローラ
１１４〜１１７ イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各カートリッジ
１１８〜１２１ イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各光学ユニット
１２２ 定着ユニット
１２３ 画像読取センサ
２１０ 制御CPU
２１１ CMOSセンサ
２１２〜２１５ ポリゴンミラー、モータおよびレーザ
２１６ 給紙モータ
２１７ 給紙ソレノイド
２１８ 紙有無センサ
２１９ 高電圧電源
２２０ ドラム駆動モータ
２２１ ベルト駆動モータ
２２２ 低電圧電源
２２３ ASIC
２２４ メモリ
３０１ 反射用ＬＥＤ
３０２ 透過用ＬＥＤ
３０３ レンズ
３０４ 記録材
７０２ 制御回路
７０４ インターフェース制御回路
７０５ 演算回路
７０６ レジスタＡ
７０７ レジスタＢ
７０８制御レジスタ
８０１ CMOSセンサ部分
８０２、８０３ 垂直方向シフトレジスタ
８０４ 出力バッファ
８０５ 水平方向シフトレジスタ
８０６ システムクロック
８０７ タイミングジェネレータ
８０８ A/Dコンバータ
８０９ 出力インターフェース回路
８１０ Sl_out 信号
８１１ 制御回路
８１２ Sl_in信号
８１３ Sl_select信号

Claims (6)

1. 記録材に光を照射する照射手段と、記録材に対して前記照射手段からの光が照射された照射部からの光を結像させて映像として読み取る映像読取手段と、記録材が停止した状態で前記照射手段から記録材に光を照射して、前記映像読取手段によって映像を読み取り、読み取った映像に基づいて記録材の種類を判別する判別手段とを備えた記録材判別装置であって、
   搬送している記録材に対して、前記照射手段により光を照射して、前記映像読取手段によって映像を読み取るように前記照射手段と前記映像読取手段を制御する読取制御手段と、
   前記判別手段は、前記読取制御手段により読み取った映像を変換処理して得られる、複数画素からなる映像データを２値化処理して、２値化処理した映像データの画素のエッジの数をカウントして、カウントした結果から記録材の表面の凹凸エッジ量を演算する演算手段と
   を備え、前記判別手段は、演算された前記凹凸エッジ量に基づいて前記映像読取手段の汚れ量を判別することを特徴とする記録材判別装置。
2. 前記映像読取手段は、記録材に対して前記照射手段と同一の側に配置され、照射部で反射した光を結像させて映像として読み取ることを特徴とする請求項１に記載の記録材判別装置。
3. 前記映像読取手段は、記録材に対して前記照射手段と反対の側に配置され、照射部を透過した光を結像させて映像として読み取ることを特徴とする請求項１に記載の記録材判別装置。
4. 前記演算手段は、前記読取制御手段により読み取った映像を変換処理して得られる、複数画素からなる映像データにおける画素間の濃度差の最大値を演算して記録材の表面の凹凸量を演算し、
   前記判別手段は、前記演算手段によって演算された前記凹凸量に基づき前記記録材の種類を判別することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の記録材判別装置。
5. 前記判別手段は、判定した前記汚れ量が予め定められた値を超えるときは、記録材が停止した状態で前記照射手段から記録材に光を照射して、前記映像読取手段により読み取った映像に基づき、前記演算手段によって演算された記録材の表面の前記凹凸エッジ量に基づき記録材の種類を判別することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の記録材判別装置。
6. 前記汚れ量が所定値を超えるときは、前記映像読取手段の清掃を促す情報、または記録材の種類の設定を促す情報を報知する清掃報知手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の記録材判別装置。

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