JP5787276B2 - 水分センサ、水分検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、水分センサ、水分検出装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、対象物に含まれる水分を検出するための水分センサ、該水分センサを有する水分検出装置及び画像形成装置に関する。

食品や衣類などを製造する工場では、製品に含まれる水分を検出するための水分センサが用いられている。

例えば、特許文献１には、光源の投光軸に対し斜設されフィルタ及び反射部を有し測定時にフィルタを介して測定対象に投光する回転板と、非測定時に回転板の反射部で反射した光を折り返し反射し回転板のフィルタを透過させる反射手段と、測定対象からの光又は反射手段からの光を集光して検出素子に導く集光手段と、検出素子の出力の補正演算を行う演算手段とを備えた光学的測定装置が開示されている。

また、特許文献２には、紙や不織布のような繊維状ウェブの水分含有量又は基本重量のようなパラメータを測定する電磁気検出方法及び装置が開示されている。

また、特許文献３には、組成物中の少なくとも１つの選んだ成分を測定するセンサが開示されている。

ところで、特許文献４には、振動方向が一方向に制限される光を照射する照射手段と、照射手段から照射される光の振動方向と直交する反射光を遮る遮蔽手段とを有する生体認証装置が開示されている。

そして、特許文献５には、被評価画像に、Ｐ偏光又はＳ偏光の直線偏光特性を有する平行光線を照射する照明手段と、被評価画像からの反射光を、照明の偏波面と同一平面上に偏波面を有する反射光と照明の偏波面に垂直な偏波面の反射光とに分離する偏光素子とを備える画像評価装置が開示されている。

しかしながら、従来の水分センサでは、小型化と高精度化とを両立させるのは困難であった。

本発明は、紙に含まれる水分を検出するための水分センサであって、水分での光吸収がある赤外波長の光を射出する光源と、前記光源からの光が入射され、第１の偏光方向の直線偏光を前記紙に向かう方向に射出するとともに、前記紙で散乱された光が入射され、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を、前記紙に向かう方向とは異なる方向に射出する光学系と、前記光学系から射出された前記第２の偏光方向の直線偏光を受光する光検出器とを備え、前記光学系は、前記第１の偏光方向の直線偏光を反射し、前記第２の偏光方向の直線偏光を透過させる偏光ビームスプリッタを有し、該偏光ビームスプリッタは、前記光源からの光に含まれる前記第１の偏光方向の直線偏光を前記紙に向けて反射し、前記紙で散乱された光に含まれる前記第２の偏光方向の直線偏光を前記光検出器に向けて透過させ、前記光源は、水に対する光吸収の程度が互いに異なる２種類の波長の光を射出し、前記光学系から前記紙に向けて射出される該２種類の波長の光の光路は同一であり、前記光学系は１対のレンズを含む共焦点光学系であり、一方のレンズは前記紙の近傍に設置され、かつ焦点位置が前記紙の表面に位置し、前記光学系は、他方の焦点位置に配置され、前記光検出器に向かう散乱光の中心部を遮光する板部材を有する水分センサである。

本発明の水分センサよれば、小型化と高精度化とを両立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を説明するための図である。 プリンタ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。 モデル化された紙を説明するための図である。 装置１００を説明するための図である。 図５（Ａ）はｐ偏光を説明するための図であり、図５（Ｂ）はｓ偏光を説明するための図である。 装置１００による測定結果を説明するための図である。 装置１１０を説明するための図である。 装置１１０による測定結果を説明するための図である。 内部散乱光を説明するための図である。 装置１２０を説明するための図である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ装置１２０における偏光ビームスプリッタの作用を説明するための図である。 装置１２０に付加される集光レンズを説明するための図である。 散乱光強度を説明するための図である。 対象物上の光の照射位置と受光素子の出力との関係を説明するための図である。 構成例１の水分センサを説明するための図である。 構成例２の水分センサを説明するための図である。 構成例３の水分センサを説明するための図である。 遮光板を説明するための図である。 構成例３の変形例の水分センサを説明するための図である。 ｐ偏光及びｓ偏光における入射角と反射率との関係を説明するための図である。 紙種判別センサ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。 記録紙への入射光の入射角を説明するための図である。 ２つの受光器の配置位置を説明するための図である。 図２５（Ａ）は表面正反射光を説明するための図であり、図２５（Ｂ）は表面散乱光を説明するための図であり、図２５（Ｃ）は内部散乱光を説明するための図である。 各受光器で受光される光を説明するための図である。 Ｓ１及びＳ２と、記録紙の銘柄との関係を説明するための図である。 紙種判別処理を説明するためのフローチャート図である。 含水率検出処理を説明するためのフローチャート図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図２９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）、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、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、紙種判別センサ２２４５、水分センサ２２４６、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０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、アナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路などを有している（図２参照）。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。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、トナーカートリッジ２０３４ａ、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、トナーカートリッジ２０３４ｂ、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、トナーカートリッジ２０３４ｃ、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、トナーカートリッジ２０３４ｄ、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。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、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束によって、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。

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上のカラー画像が記録紙に転写される。ここでカラー画像が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上に定着される。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。

紙種判別センサ２２４５は、給紙トレイ２０６０内に収容されている記録紙の銘柄を特定するのに用いられる。

水分センサ２２４６は、給紙トレイ２０６０内に収容されている記録紙の含水率を検出するのに用いられる。

ここで、対象物における含水率について説明する。

１．含水率の評価方法
対象物に入射する光の強度（Ｉ０とする）に対する散乱光強度（Ｉとする）の割合は、ランベルト・ベールの法則に基づいて、次の（１）式及び（２）式に示されるように、対象物における含水率（Ｎｄとする）と関係がある。ここで、Ｒｅは表面反射光の強度、Ｂｇは表面散乱光の強度、αは波長１．４５μｍの光に対する水の光吸収係数、Ｌｄは対象物の内部に浸入した光の該内部での伝播距離である。
Ｉ／Ｉ０＝ｅｘｐ（αｄ）＋Ｂｇ＋Ｒｅ ……（１）
ｄ＝Ｎｄ×Ｌｄ ……（２）

なお、対象物としての紙は、その厚みが１００μｍ程度と非常に薄く、含水率の変化に対する散乱光強度の変化は非常に小さい。この場合、散乱光強度の変化を高い精度で検出すること自体も非常に困難であるが、それ以外に、ノイズ成分の存在が測定を難しくしている。このノイズ成分には、光学系と対象物との距離の不安定さに起因するもの、及び信号ノイズなどが含まれる。特に、光学系と対象物との距離の不安定さに起因するノイズ成分は、対象物の表面からの光の光量を不安定にする。

また、紙は、種類によって、表面の平滑度や表面のコーティング層が異なっている。これにより、例えば、含水率が同じであっても、紙の種類が異なると散乱光強度が異なる場合があった。

そこで、紙における含水率をより高い精度で検出するには、表面での散乱光（以下では、「表面散乱光」と略述する）をできるだけ除去し、かつ、紙内部に浸入した光の該紙内部での光路長をできるだけ長くすることが好ましい。なお、以下では、紙内部に侵入し、該紙内部で散乱された光を「内部散乱光」と略述する。

発明者らは、紙における光の散乱挙動を考察し、紙内部での光路長をできるだけ長くする方法を検討した。そして、紙内部の深い位置での内部散乱光を選択的に検出する方法を見出した。その実験内容と物理的モデルについて以下に詳細に述べる。

２．紙における散乱のモデル
紙の表面は、平滑面であっても厳密には微小な凹凸があり、光が入射すると、該凹凸によって、正反射方向とは異なる方向にも光が反射される。この正反射方向とは異なる方向に反射される光は、表面散乱光である。

ここでは、近年盛んに研究されているマイクロファセット理論を用い、上記凹凸を微小傾斜面（マイクロファセット）で近似する。

一般的な紙の場合、その主成分は木材などを原料にした繊維成分であるセルロースである。セルロースは、可視光領域では無色透明である。外国製の紙では、炭酸カルシウム、カオリンなどの添加物が多く含まれるが、これらの添加物も無色透明である。そこで、以下では、分かりやすくするため、紙が繊維状のセルロースのみで構成されているものとして説明する。

紙の内部では、長さが数μｍ程度の繊維状のセルロースが折り重なっており、セルロースと空気との積層構造が形成されている（図３参照）。

このような紙の表面は粗い面と考えることができる。この場合、光が入射すると、該光は、主として、表面散乱光と紙の内部に侵入する光とになる。

紙の内部に侵入した光は、セルロースの表面に到達すると、一部はセルロースの表面で反射され、残りはセルロースの内部に浸入する。セルロースの内部に浸入した光は、セルロースと空気の界面で一部が反射され、残りが該界面を透過する。なお、セルロースと空気の界面での反射光及び透過光の強度は、該界面を微小傾斜面（マイクロファセット）としたときのフレネルの法則に従い、界面での屈折率差と該界面への光の入射角と光の偏光方向とによってのみ決定される。

上記セルロースの表面で反射された光、及び上記界面を透過した光は、更に別のセルロースの表面に入射する。このように、紙の内部に侵入した光は、紙の内部で散乱される。

紙内部の奥深くまで侵入し、散乱された光は、紙内部を伝播する光路長が長く、上記（２）式のＬｄを大きくすることができる。含水率を検出する場合には、Ｌｄが大きい方が検出感度をより高くすることができる。すなわち、含水率の検出精度を向上させることができる。

紙からの散乱光と正反射光とについては、向かう方向が互いに異なるため、受光素子の位置を異ならせることで個別に検出することができる。しかしながら、紙からの表面散乱光と内部散乱光とについては、受光素子の位置を異ならせることでは、個別に検出するのは困難である。

含水率の検出では、内部散乱光、特に、紙内部の奥深くまで侵入し散乱された内部散乱光を選択的に受光素子で受光するのが好ましい。

紙内部での光の状態を理解するために、図４に示される装置１００を用いて、対象物からの散乱光強度を測定した。この装置１００は、発光素子１０１、受光素子１０２、２枚の偏光板（１０３、１０４）を有している。

偏光板１０３は、発光素子１０１からの光の光路上に配置され、ｐ偏光（図５（Ａ）参照）を透過させる。偏光板１０３を透過した光が対象物に照射される。偏光板１０４は、対象物における光の照射領域の法線方向に配置され、ｓ偏光（図５（Ｂ）参照）を透過させる。偏光板１０４を透過した光が受光素子１０２で受光される。

一般的な光散乱部材を対象物としたとき、受光素子１０２の出力信号は、光の未検出を示した。これは、表面散乱光は、入射光に対して偏光方向がほとんど変化していないことを示している。

また、一般的なプリンタや複写機において利用頻度の高い複数の紙種の中から、無作為に選択した数十種類の紙を対象物とし、装置１００を用いて、対象物からの散乱光強度を測定した。対象物には、平滑度にして、２０〜２００ｓｅｃ程度の普通紙や、数１００ｓｅｃを超えるコート紙なども含まれている。測定結果が図６に示されている。なお、紙の厚さは、マイクロメータで測定した。この測定結果から、入射光に対して偏光方向が９０°回転している散乱光の光量と紙の厚さとの間に高い相関関係があることがわかった。すなわち、紙の厚さが厚い紙種ほど、入射光に対して偏光方向が９０°回転している散乱光の光量が多かった。

３．紙の厚さと入射光に対して偏光方向が９０°回転した成分
偏光比の厚さ依存性を調べるために、図７に示される装置１１０を用いて、対象物からの散乱光強度を検出した。この装置１１０は、発光素子１１１、偏光板１１２、偏光ビームスプリッタ１１３、２つの受光素子（１１４、１１５）を有している。

偏光板１１２は、発光素子１１１からの光の光路上に配置され、ｐ偏光を透過させる。偏光板１１２を透過した光が入射角３０°で対象物に照射される。偏光ビームスプリッタ１１３は、対象物で反射された光の光路上に配置され、ｓ偏光を透過させ、ｐ偏光を反射する。偏光ビームスプリッタ１１３を透過した光が受光素子１１４で受光され、偏光ビームスプリッタ１１３で反射された光が受光素子１１５で受光される。「受光素子１１４での受光量」÷「受光素子１１５での受光量」が偏光比である。

対象物は、平滑度が３３ｓｅｃの普通紙（マイリサイクルペーパー：（株）リコー製）を用いた。そして、該普通紙を複数枚積み重ねたときの合計の厚さを紙の厚さとした。測定結果が図８に示されている。なお、図８では、偏光比は、該普通紙が１枚のとき（厚さ≒１００μｍ）の値を１とし、規格化されている。

図８から、紙の厚さが厚くなればなるほど、偏光比が大きくなり、入射光に対して偏光方向が９０°回転している光量が増加していることがわかる。なお、他の複数種類の紙を対象物とした場合も同様な傾向が得られた。

そこで、入射光に対して偏光方向が９０°回転している光は、紙内部のより深い位置からの内部散乱光であるというモデルを考えることができる（図９参照）。光が入射して紙の表面で散乱される光のほとんどは、入射光に対して偏光方向は変化していない。それに対し、紙の内部に侵入した光は、散乱を繰り返すことで、入射光に対して偏光方向が回転する。入射光に対して偏光方向が９０°回転する確率は、より散乱を多く繰り返した、紙内部の深い位置からの散乱光の方がより高いと考えることができる。

４．高精度の検出が可能な光学系
以上の実験及び考察から、入射光に対して偏光方向が９０°回転することを利用して、内部散乱光と表面散乱光とを分離することが可能であることがわかった。すなわち、入射光に対して偏光方向が９０°回転した光のみを取り出すことで、紙内部の深い部分からの散乱光を選別することができる。紙内部の深い部分からの散乱光は、紙内部での光路長が長い。そして、紙内部での光路長が長い散乱光は、紙内部に含まれる水分に関する情報を有している。そこで、入射光に対して偏光方向が９０°回転した光を分離して受光素子で受光することにより、高精度の水分センサを得ることができる。

このことを利用すると、上記装置１００と同様な光学系を用いることにより、紙における含水率の検出精度を従来よりも向上させることができる。なお、装置１００において、ｐ偏光とｓ偏光を入れ替えても良い。

装置１００では、対象物に入射光が当たるように、受光素子１０２の位置を対象物からある程度離す必要がある。受光素子１０２を対象物から離れた位置に配置すると、受光素子１０２での受光光量が少なくなり感度が低下するおそれがある。受光素子１０２の前に集光レンズを設ける場合であっても、該集光レンズが入射光を避ける必要があり、同じことになる。また、装置１００では、偏光板が用いられているので、コストが高い。

図１０には、装置１００における２枚の偏光板（１０３、１０４）に代えて、偏光ビームスプリッタ１０５を用いた装置１２０が示されている。偏光ビームスプリッタ１０５は、ｐ偏光を反射し、ｓ偏光を透過させる偏光分離面を有している。

そして、発光素子１０１から射出され偏光ビームスプリッタ１０５で反射された光は、対象物に照射される（図１１（Ａ）参照）。対象物からの光は、偏光ビームスプリッタ１０５に入射し、偏光ビームスプリッタ１０５を透過した光が、受光素子１０２で受光される（図１１（Ｂ）参照）。この場合は、対象物に入射する光と対象物からの光は、同じ光路を通ることが許容される。そこで、一例として図１２に示されるように、ＮＡ（開口数）の大きな集光レンズ１０６を対象物の近傍に設置することが可能となり、受光素子１０２での受光光量を大きくすることができる。その結果、含水率の検出精度を更に向上させることができる。

５．リファレンス光の光学系
以下では、便宜上、水分に吸収されない波長の光を「リファレンス光」といい、水分に吸収される波長の光を「水分吸収波長光」という。

特許文献３に開示されているセンサと同様な光学系を有する水分センサを実際に作成し、他の方法で含水率が得られている紙を対象物として、その含水率を測定したところ、他の方法で得られている含水率との差が大きかった。すなわち、該水分センサは、紙における含水率を測定するのに不適切であった。

そこで、発明者は、鋭意研究を重ね、上記他の方法で得られている含水率との差の発生要因を突き止めることができた。以下にその詳細を述べる。

一般的に、光散乱部材での散乱光強度は、次の（３）式で示される（図１３参照）。ここで、σは光散乱部材の表面粗さであり、λ_ａは入射光の波長である。

リファレンス光及び水分吸収波長光は、屈折率（ｎ_ｔ、ｎ_ａ）、入射角θ、及び表面粗さσが同一であれば、常に同じ比率で検出される。そして、該比率が一定であれば、リファレンス光を利用して、様々な紙種に対して、精度の高い含水率を算出することが可能である。

図１４には、リファレンス光を対象物である紙（マイリサイクルペーパー：（株）リコー製）に照射したときの、紙における照射位置と受光素子の出力との関係が示されている。これによると、照射位置が約１０ｍｍ変化すると、受光素子の出力が５％近く変化することが判明した。これは、セルロースの密度分布の不均一性によるものと考えている。そして、上記（３）式における屈折率ｎ_ｔあるいは表面粗さσが、対象物表面の面内において不均一であることを示している。

そこで、リファレンス光と水分吸収波長光において、照射領域、照射方向、及び照射光路をほぼ同一にする必要があることが判明した。また、数多くの実験から、含水率を１％の精度で検出するためには、照射領域、照射方向、照射光路を数十μｍレベルで一致させる必要があることが判明した。

《水分センサの構成例１》
図１５に、構成例１の水分センサ（「水分センサ２２４６ａ」という）が示されている。

この水分センサ２２４６ａは、２つのＬＥＤ（２０１、２０２）、ビームスプリッタ２０３、２枚の偏光板（２０４、２０８）、２つの集光レンズ（２０５、２０７）、２つのフォトダイオード（２０６、２０９）、及びこれらが所定位置に固定されている筐体２１０などを有している。

筐体２１０は、反射光などの外乱光の発生ができるだけ低減されるように、カーボンが混入された黒色のプラスチック製である。筐体２１０には対象物と接する面に開口が設けており、その開口以外からの光の入射は完全に遮断されている。

筐体２１０と対象物は接触しており、筐体２１０における対象物との接触面には、テフロン（登録商標）がコーティングされ、接触抵抗を低減して、対象物にキズをつけない工夫がされている。また、対象物と集光レンズ２０７との距離が常に一定となるように、筐体２１０と対象物は常に安定して接触するように設定されている。これによって、誤差の少ない検出を可能にしている。

各ＬＥＤには、プリンタ制御装置２０９０から駆動電流が供給される。各ＬＥＤは透明な樹脂で封止されており、射出面は曲面である。ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）は、全半値幅にして１０°程度である。

ＬＥＤ２０１は、水分吸収波長光として波長が１．４５μｍ帯の光を射出する。発光強度は１ｍＷ程度である。

ＬＥＤ２０２は、リファレンス光として波長が１．３μｍの光を射出する。発光強度は１ｍＷ程度である。

ビームスプリッタ２０３は、ＬＥＤ２０１から射出された光、及びＬＥＤ２０２から射出された光の光路上に配置され、各光の約半分を透過させ、残りを反射するハーフミラー面を有している。ビームスプリッタ２０３における各ＬＥＤからの光の入射面には波長が１．４μｍ帯の光に対する反射防止膜（ＡＲコート）が形成されている。

ビームスプリッタ２０３は、一辺の長さが約５ｍｍの立方体である。ビームスプリッタ２０３を小さくすることで、各光源から集光レンズ２０５までの光路長を短くすることができ、その結果、集光レンズ２０５に入射する光のビーム径を小さくすることができる。

ＬＥＤ２０１から射出され、ビームスプリッタ２０３を透過した光の光路と、ＬＥＤ２０２から射出され、ビームスプリッタ２０３で反射された光の光路は、ほぼ同じである。これにより、対象物における同じ領域に水分吸収波長光及びリファレンス光を照射することができる。

各偏光板は、偏光フィルムをガラス基板に貼り付けたものである。そして、各偏光板は、波長が１．４５μｍ帯の光に対して偏光選択比が９９％以上である。

偏光板２０４は、ＬＥＤ２０１から射出され、ビームスプリッタ２０３を透過した光、及びＬＥＤ２０２から射出され、ビームスプリッタ２０３で反射された光の光路上に配置され、各光に含まれるｐ偏光成分を透過させる。

集光レンズ２０５は、偏光板２０４を通過した光の光路上に配置され、該光を集光する。集光レンズ２０５から射出された光は、約４５°の入射角で対象物の表面に入射する。集光レンズ２０５は、表面に反射防止膜（ＡＲコート）が形成されている。また、集光レンズ２０５は、焦点距離が約１０ｍｍの非球面レンズである。

給紙トレイ２０６０の中には、対象物として複数枚の記録紙が積層されている。この積層されている複数枚の記録紙の奥深くから出てくる光は、入射光に対して偏光方向が回転し、ほぼランバート分布にしたがった内部散乱光となる。この内部散乱光を集光レンズ２０７が集光する。

集光レンズ２０７は、表面に反射防止膜（ＡＲコート）が形成されている。また、集光レンズ２０７は、焦点距離が約５ｍｍの非球面レンズである。集光レンズ２０７の口径を１０ｍｍ程度とし、できるだけ多くの光を集光できるようにした。なお、集光レンズ２０７は、集光レンズ２０５から対象物に向かう光がケラレない位置に配置されている。

偏光板２０８は、集光レンズ２０７を介した光の光路上に配置され、入射光に対して偏光方向が９０°回転した光を透過させる。

フォトダイオード２０９は、偏光板２０８を透過した光を受光する。フォトダイオード２０９の出力信号は、プリンタ制御装置２０９０に送られる。

フォトダイオード２０６は、ＬＥＤ２０１から射出され、ビームスプリッタ２０３で反射された光、及びＬＥＤ２０２から射出され、ビームスプリッタ２０３を透過した光の光路上に配置され、各光を受光する。フォトダイオード２０６の出力信号は、プリンタ制御装置２０９０に送られる。

プリンタ制御装置２０９０は、フォトダイオード２０６の出力信号に基づいて、ＬＥＤ２０１及びＬＥＤ２０２から射出される光の光強度が所定の光強度を維持するように、それぞれの駆動電流を制御する。

フォトダイオード２０６は、モニタ用であって、多少光量が少なくても良いため、ビームスプリッタ２０３からの光を集光することなく受光している。

各フォトダイオードは、ＩｎＧａＡｓ系の化合物材料を用いたフォトダイオードであり、波長が約２．０μｍ帯まで受光感度を有している。そして、受光面の大きさは約１ｍｍφであり、ペルチェ冷却などは行っていない。

各フォトダイオードは、金属のＣＡＮパッケージに実装されており、光電変換された電流は、オペアンプによって約１０^７倍に増幅され、電圧値として出力される。

なお、水分センサ２２４６ａにおいて、ｐ偏光とｓ偏光を入れ替えても良い。

水分センサ２２４６ａによると、フォトダイオード２０９は、記録紙内部の奥深くで散乱され、記録紙内部での光路長が長い光を選択的に受光することができる。すなわち、水分センサ２２４６ａは、検出感度の高い水分センサである。

実際に、水分センサ２２４６ａを用いて、厚さが約１００μｍで平滑度が１００ｓｅｃ程度の普通紙の含水率を測定した。なお、この普通紙については、乾燥前後の重量変化から含水率を求めるいわゆる乾燥法の実験によって、湿度が４０％から７０％に変化すると、含水率が５．２％から８．３％に変化することがわかっている。なお、湿度変化はこれに限らず、様々な条件下で行ったが、ここでは一例として、湿度が４０％から７０％に変化する場合について述べる。

この湿度変化では、ＬＥＤ２０２から射出されたリファレンス光の内部散乱光の光量は変化しなかった。それに対し、ＬＥＤ２０１から射出された水分吸収波長光の内部散乱光の光量は、２．５％の変化を示した。湿度が４０％から７０％に変化したときの含水率の変化が３．１％（＝８．３％−５．２％）であることから、０．８％（＝２．５％÷３．１％）の内部散乱光の光量変化が、１％の含水率変化に対応していることとなる。

＜比較例＞
水分センサ２２４６ａの比較例として、水分センサ２２４６ａから２枚の偏光板を除いた水分センサを作成し、上記普通紙の含水率を測定した。この場合、湿度が４０％から７０％に変化し、紙の含水率が５．２％から８．３％に変化する条件では、ＬＥＤ２０１から射出された水分吸収波長光の内部散乱光の光量変化は、１．０％であった。この場合、０．３２％（＝１．０％÷３．１％）の内部散乱光の光量変化が、１％の含水率変化に対応していることとなる。これは、水分センサ２２４６ａの測定結果に対し、１／３程度の変化量であった。この変化量では、信号がノイズに埋もれてしまい、測定精度は低い。

《水分センサの構成例２》
図１６に、構成例２の水分センサ（「水分センサ２２４６ｂ」という）が示されている。この水分センサ２２４６ｂは、前記水分センサ２２４６ａに対して、光学系を更に小さくした点に特徴を有する。なお、以下においては、前記水分センサ２２４６ａとの相違点を中心に説明するとともに、前述した水分センサ２２４６ａと同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。

水分センサ２２４６ｂは、２つのＬＥＤ（２０１、２０２）、ビームスプリッタ２０３、偏光ビームスプリッタ２１１、集光レンズ２１２、２つのフォトダイオード（２０６、２０９）、及びこれらが所定位置に固定されている筐体２１０などを有している。

偏光ビームスプリッタ２１１は、ＬＥＤ２０１から射出され、ビームスプリッタ２０３で反射された光、及びＬＥＤ２０２から射出され、ビームスプリッタ２０３を透過した光の光路上に配置され、各光に含まれるｐ偏光成分を透過させ、ｓ偏光成分を反射する偏光反射面を有している。

偏光ビームスプリッタ２１１の偏光選択性は、９９％以上である。また、偏光ビームスプリッタ２１１は、一辺の長さが約５ｍｍの立方体である。

ビームスプリッタ２０３から射出され、偏光ビームスプリッタ２１１で反射された水分吸収波長光の光路とリファレンス光ＬＥＤ２０１の光路は、ほぼ同じである。これにより、対象物における同じ領域に水分吸収波長光及びリファレンス光を照射することができる。

なお、偏光ビームスプリッタ２１１に代えて、ワイヤーグリッドなどを利用した反射型の偏光分離素子を用いても良い。

また、ビームスプリッタ２０３における、各ＬＥＤからの光が入射する面及び偏光ビームスプリッタ２１１に向かう光の射出面を除く面には、該射出面以外の面から光が射出されないように遮光膜が形成されている。

集光レンズ２１２は、ビームスプリッタ２０３から射出され、偏光ビームスプリッタ２１１で反射された光の光路上に配置され、該光を集光する。集光レンズ２１２から射出された光は、約０°の入射角で対象物の表面に入射する。集光レンズ２１２は、表面に反射防止膜（ＡＲコート）が形成されている。また、集光レンズ２１２は、焦点距離が約５ｍｍの非球面レンズである。

そして、集光レンズ２１２は、焦点位置が対象物の表面近傍になるように位置が調整されている。

対象物からの光で、集光レンズ２１２に入射した光は、偏光ビームスプリッタ２１１に入射する。

フォトダイオード２０９は、対象物からの光で、集光レンズ２１２を介し、偏光ビームスプリッタ２１１を透過した光を受光する。

フォトダイオード２０６は、ビームスプリッタ２０３から偏光ビームスプリッタ２１１に向けて射出され、偏光ビームスプリッタ２１１を透過した光の光路上に配置され、該光を受光する。

《水分センサの構成例３》
図１７に、構成例３の水分センサ（「水分センサ２２４６ｃ」という）が示されている。この水分センサ２２４６ｃは、前記水分センサ２２４６ｂに対して、レンズ及び遮光板を追加した点に特徴を有する。なお、以下においては、前記水分センサ２２４６ｂとの相違点を中心に説明するとともに、前述した水分センサ２２４６ａ及び水分センサ２２４６ｂと同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。

水分センサ２２４６ｃは、２つのＬＥＤ（２０１、２０２）、ビームスプリッタ２０３、偏光ビームスプリッタ２１１、２つのフォトダイオード（２０６、２０９）、２つの集光レンズ（２１２、２１５）、２つのコリメートレンズ（２１３、２１４）、遮光板２１６、及びこれらが所定位置に固定されている筐体２１０などを有している。

コリメートレンズ２１３は、ＬＥＤ２０１とビームスプリッタ２０３との間に配置され、ＬＥＤ２０１から射出された光を略平行光とする。

コリメートレンズ２１４は、ＬＥＤ２０２とビームスプリッタ２０３との間に配置され、ＬＥＤ２０２から射出された光を略平行光とする。

集光レンズ２１２は、顕微鏡の対物レンズに似た形状のレンズであり、ＮＡ（開口数）が約０．５、倍率が約１０倍である。また、ワーキングディスタンス（ＷＤ）は、約１ｍｍで、レンズの口径は５ｍｍである。この場合、ＮＡが前記水分センサ２２４６ｂに比べて非常に大きいことから、多くの散乱光を取り込むことができる明るい光学系となっている。

そして、集光レンズ２１２は、焦点位置が対象物の表面近傍になるように位置が調整されている。

集光レンズ２１５は、対象物からの光で、集光レンズ２１２を介し、偏光ビームスプリッタ２１１を透過した光の光路上に配置され、該光を集光する。

集光レンズ２１２と集光レンズ２１５は、共焦点光学系を構成している。そこで、集光レンズ２１５として、集光レンズ２１２と同じものを用いることができる。

遮光板２１６は、集光レンズ２１５とフォトダイオード２０９との間に配置されている。この遮光板２１６は、共焦点光学系の＋Ｚ側の焦点位置に遮光部を有している。ここでは、該遮光部には、直径が約１００μｍの黒色の光吸収膜が設けられている（図１８参照）。

遮光板２１６における遮光部を取り囲む透過部を透過した光が、フォトダイオード２０９で受光される。

ところで、偏光ビームスプリッタ２１１での偏光分離によって、対象物の表面近傍での反射光がフォトダイオード２０９で受光されるのを抑制しているが、対象物がコート紙などの表面平滑度が１０００ｓｅｃを超えるような紙種の場合には、十分ではない。

そこで、水分センサ２２４６ｃでは、対象物として表面平滑度が１０００ｓｅｃを超えるような紙種にも対応できるように、共焦点光学系を利用して、対象物の表面近傍からの反射光を選択的に除去する光学系とした。ここでは、対象物の表面近傍からの反射光は、集光レンズ２１５によって遮光板２１６の遮光部近傍に集光され、該遮光部で遮光される。従って、対象物の表面近傍からの反射光は、フォトダイオード２０９では受光されない。

一方、対象物の内部で散乱された光は、共焦点光学系の焦点位置を通過しない光であり、遮光板の透過部を通過する。すなわち、対象物の内部で散乱された光は、フォトダイオード２０９で受光される。

なお、ここでは、ビームスプリッタ２０３及び偏光ビームスプリッタ２１１に入射する光が略平行光であるため、各ＬＥＤの表面、ビームスプリッタ２０３の側面、及び偏光ビームスプリッタ２１１の側面などの平行面間で多重反射が起こるおそれがある。この多重反射光が各フォトダイオードの出力に影響する場合は、ビームスプリッタ２０３及び偏光ビームスプリッタ２１１を、平行光に直交する面に対して若干傾斜させると良い。また、コリメートレンズとビームスプリッタ２０３との間にλ／４板を挿入しても良い。

また、水分センサ２２４６ｃでは、各コリメートレンズによってＬＥＤからの光を略平行光としているため、光利用効率を向上させることができる。

＜変形例＞
水分センサ２２４６ｃの変形例（「水分センサ２２４６ｄ」という）が図１９に示されている。

この水分センサ２２４６ｄは、偏光ビームスプリッタ２１１を透過した光が対象物に照射される点に特徴を有する。

ところで、図２０には、フレネルの式から得られた、ｐ偏光及びｓ偏光における入射角と反射率との関係が示されている。これによると、入射角が０°から約７０°の範囲内では、入射角が大きくなるにつれて、反射率は、ｐ偏光に対しては小さくなり、ｓ偏光に対しては大きくなる。言い換えると、入射角が大きくなるにつれて、透過率は、ｐ偏光に対しては大きくなり、ｓ偏光に対しては小さくなる。そこで、水分センサ２２４６ａにおいて、記録紙に入射する光をｐ偏光にし、入射角を０°から約７０°の範囲内でできるだけ大きくすると、記録紙の内部に浸入する光量を多くすることが可能である。その結果、フォトダイオード２０６で受光される内部散乱光の光量が多くなり、検出精度を向上させることができる。

ここで、紙種判別センサ２２４５について説明する。

紙種判別センサ２２４５は、一例として図２１に示されるように、光源１１、コリメートレンズ１２、２つの受光器（１３、１５）、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。

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。

光源１１は、複数の発光部を有している。各発光部は、同一の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）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２２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、記録紙に対してｓ偏光が照射されるように配置されている。また、光源１１からの光束の記録紙への入射角θ（図２３参照）は、８０°である。なお、図２３では、わかりやすくするため、暗箱１６の図示を省略している。

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。コリメートレンズ１２を介した光束は、暗箱１６に設けられている開口部を通過して記録紙を照明する。なお、以下では、記録紙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、コリメートレンズ１２を介した光束を「照射光」ともいう。

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側に配置されている。ここでは、図２４に示されるように、照明中心と偏光フィルタ１４及び受光器１３の中心とを結ぶ線Ｌ１と、記録紙の表面とのなす角度ψ１は９０°である。

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、受光器１３の中心と、受光器１５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（以下では、便宜上「表面正反射光」という）と前記表面散乱光に分けて考えることができる（図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）参照）。

記録紙の表面は、平面部と傾面部とで構成され、その割合で記録紙表面の平滑性が決定される。平面部で反射された光は表面正反射光となり、斜面部で反射された光は表面散乱光となる。表面散乱光は、完全に散乱反射された反射光であり、その反射方向は等方性があるとみなせる。そして、平滑性が高くなるほど表面正反射光の光量が増加する。

一方、記録紙の内部からの反射光は、該記録紙が一般の印刷用紙である場合、その内部の繊維中で多重散乱するため前記内部散乱光のみとなる（図２５（Ｃ）参照）。この内部散乱光も、表面散乱光と同様に、完全に散乱反射された反射光であり、その反射方向は等方性があるとみなせる。

表面正反射光及び表面散乱光の偏光方向は、入射光の偏光方向と同じである。ところで、記録紙の表面で偏光方向が回転するには、入射光がその光軸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。ここでは、光源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反射光は、いずれの受光器の方向にも反射されない。

一方、内部散乱光の偏光方向は、入射光の偏光方向に対して回転している。これは、繊維中を透過し、多重散乱される間に旋光し、偏光方向が回転するためと考えている。

そこで、偏光フィルタ１４には、表面散乱光及び内部散乱光が入射する。表面散乱光の偏光方向は、入射光の偏光方向と同じであるため、表面散乱光は、偏光フィルタ１４で遮光される。一方、内部散乱光の偏光方向は、入射光の偏光方向に対して回転しており、回転角が９０°の光が含まれている。内部散乱光に含まれる回転角が９０°の光は、偏光フィルタ１４を透過し、受光器１３で受光される（図２６参照）。

上記内部散乱光に含まれる回転角が９０°の光の光量は、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、該回転角が９０°の光の光量が、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、表面散乱光及び内部散乱光のごく一部が入射する。すなわち、受光器１５には、主として、表面正反射光が入射する。

受光器１３及び受光器１５は、それぞれ受光光量に対応する電気信号（光電変換信号）をプリンタ制御装置２０９０に出力する。なお、以下では、光源１１からの光束が記録紙に照射されたときの、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」という。

ここでは、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及びＳ２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、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、そして含水率に応じた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、該決定結果を「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。

図２７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２７における枠は、同一銘柄のばらつき範囲が示されている。例えば、Ｓ１及びＳ２の計測値が「◇」であれば、銘柄Ｄと特定される。また、Ｓ１及びＳ２の計測値が「■」であれば、最も近い銘柄Ｃと特定される。また、Ｓ１及びＳ２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に特定される。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。

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、紙種判別センサ２２４５を用いて、記録紙の紙種判別処理を行う。このプリンタ制御装置２０９０によって行われる紙種判別処理について図２８を用いて以下に説明する。図２８のフローチャートは、紙種判別処理の際に、プリンタ制御装置２０９０によって実行される一連の処理アルゴリズムに対応している。

最初のステップＳ４０１では、紙種判別センサ２２４５の複数の発光部を同時に点灯させる。

次のステップＳ４０３では、受光器１３の出力信号からＳ１の値を求める。

次のステップＳ４０５では、受光器１５の出力信号からＳ２の値を求める。

次のステップＳ４０７では、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特定する。

次のステップＳ４０９では、特定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、水分センサ２２４６を用いて、記録紙の含水率検出処理を行う。このプリンタ制御装置２０９０によって行われる含水率検出処理について図２９を用いて以下に説明する。図２９のフローチャートは、含水率検出処理の際に、プリンタ制御装置２０９０によって実行される一連の処理アルゴリズムに対応している。

最初のステップＳ５０１では、ＬＥＤ２０１を点灯させる。

次のステップＳ５０３では、フォトダイオード２０６の出力信号を取得する。そして、ＬＥＤ２０１の発光光量を求める。

次のステップＳ５０５では、得られたＬＥＤ２０１の発光光量に基づいて、ＬＥＤ２０１が所定の発光光量を維持するように、ＬＥＤ２０１に供給する駆動電流を調整する。

次のステップＳ５０７では、フォトダイオード２０９の出力信号を取得する。そして、フォトダイオード２０９の受光光量を求める。以下では、便宜上、ここで得られた受光光量を、「水分吸収波長光による受光光量」という。

次のステップＳ５０９では、ＬＥＤ２０１を消灯させる。

次のステップＳ５１１では、ＬＥＤ２０２を点灯させる。

次のステップＳ５１３では、フォトダイオード２０６の出力信号を取得する。そして、ＬＥＤ２０２の発光光量を求める。

次のステップＳ５１５では、得られたＬＥＤ２０２の発光光量に基づいて、ＬＥＤ２０２が所定の発光光量を維持するように、ＬＥＤ２０２に供給する駆動電流を調整する。

次のステップＳ５１７では、フォトダイオード２０９の出力信号を取得する。そして、フォトダイオード２０９の受光光量を求める。以下では、便宜上、ここで得られた受光光量を、「リファレンス光による受光光量」という。

次のステップＳ５１９では、ＬＥＤ２０２を消灯させる。

次のステップＳ５２１では、上記「リファレンス光による受光光量」に基づいて、上記「水分吸収波長光による受光光量」を補正する。ここでは、「水分吸収波長光による受光光量」÷「リファレンス光による受光光量」を演算する。以下では、便宜上、ここでの演算結果を、「リファレンス補正光量」ともいう。

次のステップＳ５２３では、ＲＡＭに格納されている上記紙種判別処理で特定された紙種に基づいて、上記「リファレンス補正光量」を更に補正する。

ランベルト・ベールの法則の式は、次の（４）式に書き換えることができる。ここで、Ｉｈはリファレンス補正光量であり、Ｋは補正係数である。
Ｉ／Ｉｈ＝ｅｘｐ（Ｋ・Ｎｄ） ……（４）

本実施形態では、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、予め環境試験機で湿度を４０％〜８０％の範囲で５％刻みで変化させ、そのときの含水率を上記乾燥法で求めるとともに、水分センサ２２４６を用いて散乱光強度を検出し、該検出結果を上記（４）式に代入し、記録紙の銘柄毎に補正係数Ｋを決定している。記録紙の銘柄毎の補正係数Ｋは、「補正係数テーブル」としてプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納されている。

ここでは、上記補正係数テーブルを参照して、上記紙種判別処理で特定された紙種に対応する補正係数Ｋを取得する。

次のステップＳ５２５では、リファレンス補正光量及び補正係数Ｋを用いて、上記（４）式から含水率Ｎｄを求める。そして、含水率検出処理を終了する。

続いて、プリンタ制御装置２０９０は、上記特定された紙種と上記検出された含水率に基づいて、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。

本実施形態では、含水センサ２０４６は給紙トレイ２０６０内で積層されている複数の記録紙の近傍に配置されている。この場合は、最上面の記録紙に照射され、数枚程度奥からの内部散乱光を受光することができ、含水率の検出精度を向上させることができる。また、この場合は、いずれの検出タイミングにおいても、記録紙における光の照射位置が同じであり、検出結果のばらつきを小さくすることができる。そして、異なるタイミングで検出された複数の含水率あるいは含水センサ２０４６の出力信号を平均化することにより、検出精度の向上を図ることができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るカラープリンタ２０００では、紙種判別センサ２２４５と水分センサ２２４６とプリンタ制御装置２０９０とによって、本発明の水分検出装置が構成されている。また、紙種判別センサ２２４５とプリンタ制御装置２０９０とによって、本発明の紙種判別装置が構成されている。

以上説明したように、本実施形態に係る水分センサによると、水分吸収波長光を射出するＬＥＤ２０１、リファレンス光を射出するＬＥＤ２０２、各ＬＥＤからの光が入射され、第１の偏光方向の直線偏光を対象物に向かう方向に射出するとともに、対象物で散乱された光が入射され、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を前記対象物に向かう方向とは異なる方向に射出する光学系と、該光学系から射出された前記第２の偏光方向の直線偏光を受光するフォトダイオード２０９などを有している。

この場合は、ＬＥＤ２０１から射出され、対象物に照射された水分吸収波長光の、対象物の内部の深い部分からの内部散乱光を選択的に、フォトダイオード２０９で受光することができる。該内部散乱光は、対象物の内部での光路長が長いため、対象物に含まれる水分子と接触する確率が高い。そこで、フォトダイオード２０９で受光される内部散乱光の光量は、対象物に含まれる水分の影響を受けている。すなわち、該内部散乱光を受光したフォトダイオード２０９の出力信号は、対象物に含まれる水分の情報を有している。従って、フォトダイオード２０９の出力信号から、対象物における含水率を高い感度で求めることができる。

また、対象物にリファレンス光を照射したときのフォトダイオード２０９の出力信号に基づいて、対象物に水分吸収波長光を照射したときのフォトダイオード２０９の出力信号を補正している。これにより、検出精度を向上させることができる。

また、対象物に向かう水分吸収波長光の光路と対象物に向かうリファレンス光の光路とがほぼ同じであるため、対象物における同じ領域に水分吸収波長光及びリファレンス光を照射することができる。そこで、上記補正における誤差を小さくすることができる。

すなわち、本実施形態に係る水分センサは、小型化と高精度化とを両立させることができる。

また、本実施形態に係るカラープリンタ２０００によると、紙種判別センサ２２４５と水分センサ２２４６とプリンタ制御装置２０９０とによって記録紙における含水率が精度良く検出される。そして、プリンタ制御装置２０９０は、判別された紙種及び検出された含水率に基づいて、最適な現像条件及び転写条件を求めるとともに、該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。これにより、カラープリンタ２０００は、高い品質の画像を記録紙に安定して形成することができる。

なお、上記実施形態では、水分吸収波長光として、波長が１．４５μｍ帯の光が用いられ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、上記実施形態では、リファレンス光として、波長が１．３μｍの光が用いられ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。対象物に応じて適切な波長を選択することができる。

また、水に対する光吸収の程度が互いに異なる２種類の波長の光を射出し、一方を水分吸収波長光、他方をリファレンス光としても良い。

また、上記実施形態では、筐体２１０がプラスチック製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い。例えば、筐体２１０がアルミニウムの成型品であっても良い。この場合は、筐体２１０の剛体が高くなり、振動による各光学素子の位置ずれが抑制され、光学的な精度を向上させることができる。また、特に、水分センサ２２４６ｂ及び水分センサ２２４６ｃでは、対象物と集光レンズ２１２との距離を安定化させることができる。

また、上記実施形態では、水分センサが給紙トレイ２０６０内に収容されている記録紙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。

また、上記実施形態において、記録紙の厚さを検出するための厚みセンサを更に設け、該厚みセンサの検出結果を、記録紙の紙種を判別する際に参照しても良い。この場合は、判別精度を向上させることができる。

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。この場合は、給紙トレイ毎に紙種判別センサ２２４５及び水分センサ２２４６を設けても良い。

また、上記実施形態において、搬送中に記録紙の銘柄を特定しても良い。この場合は、紙種判別センサ２２４５は搬送路近傍に配置される。例えば、紙種判別センサ２２４５を、前記給紙コロ２５０４と前記転写ローラ２０４２の間の搬送路近傍に配置しても良い。

なお、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、水分センサ２２４６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。この場合は、含水率に応じて、インクの吐出量が調整されることとなる。

２０１…ＬＥＤ（光源）、２０２…ＬＥＤ、２０３…ビームスプリッタ、２０４…偏光板（第１の光学部材）、２０５…集光レンズ、２０６…フォトダイオード、２０７…集光レンズ、２０８…偏光板（第２の光学部材）、２０９…フォトダイオード（光検出器）、２１０…筐体、２１１…偏光ビームスプリッタ、２１２…集光レンズ（１対のレンズの一部）、２１３…コリメートレンズ、２１４…コリメートレンズ、２１５…集光レンズ（１対のレンズの一部）、２１６…遮光板（板部材）、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、２０９０…プリンタ制御装置（処理装置、紙種判別装置の一部）、２２４５…紙種判別センサ（紙種判別装置の一部）、２２４６…水分センサ、２２４６ａ〜２２４６ｄ…水分センサ。

特許第３５２９５１６号公報 特表２０１０−５３６０５０号公報 特表２００８−５３９４２２号公報 特許第４４９９３４１号公報 特開平１０−２６０１４２号公報

Claims (4)

1. 紙に含まれる水分を検出するための水分センサであって、
   水分での光吸収がある赤外波長の光を射出する光源と、
   前記光源からの光が入射され、第１の偏光方向の直線偏光を前記紙に向かう方向に射出するとともに、前記紙で散乱された光が入射され、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を、前記紙に向かう方向とは異なる方向に射出する光学系と、
   前記光学系から射出された前記第２の偏光方向の直線偏光を受光する光検出器とを備え、
   前記光学系は、前記第１の偏光方向の直線偏光を反射し、前記第２の偏光方向の直線偏光を透過させる偏光ビームスプリッタを有し、
   該偏光ビームスプリッタは、前記光源からの光に含まれる前記第１の偏光方向の直線偏光を前記紙に向けて反射し、前記紙で散乱された光に含まれる前記第２の偏光方向の直線偏光を前記光検出器に向けて透過させ、
   前記光源は、水に対する光吸収の程度が互いに異なる２種類の波長の光を射出し、前記光学系から前記紙に向けて射出される該２種類の波長の光の光路は同一であり、
   前記光学系は１対のレンズを含む共焦点光学系であり、一方のレンズは前記紙の近傍に設置され、かつ焦点位置が前記紙の表面に位置し、
   前記光学系は、他方の焦点位置に配置され、前記光検出器に向かう散乱光の中心部を遮光する板部材を有する水分センサ。
2. 前記第１の偏光方向の直線偏光は、ｐ偏光であることを特徴とする請求項１に記載の水分センサ。
3. 紙に含まれる水分を検出する水分検出装置であって、
   前記紙を紙とする請求項１又は２に記載の水分センサと、
   前記紙の種類を判別する紙種判別装置と、
   前記紙種判別装置での判別結果に基づいて、前記水分センサの出力を補正する処理装置とを備える水分検出装置。
4. 記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、
   前記記録媒体を紙とする請求項１又は２に記載の水分センサを備えることを特徴とする画像形成装置。