JP6288549B2 - 光学センサ及びこれを備えた画像形成装置、並びに、紙の種類を判別する装置及び方法 - Google Patents
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Description
ところで、記録材としての記録紙の表面の状態は、共焦点顕微鏡等により測定することも可能であるが、記録紙における表面凹凸は傾斜が急であり、測定結果にノイズ成分が多く含まれ、かつ、測定に長時間を要する。このため、製紙業界等においては、記録紙等の紙における表面状態の指標として、測定方法が簡便なエアリーク試験による測定結果に基づき紙の平滑度が評価されている。この平滑度という指標は紙に関する業界で使用されており、例えば、複写機の開発においても、紙の平滑度を基準の一つとして、印刷条件を最適化するべく開発が行われてきた。すなわち、紙の表面状態を示す指標としては、2乗平均高さRa等の一般的な表面の状態を示す指標よりも、エアリーク試験による測定結果が利用されている。しかしながら、エアリーク試験は測定が簡便であるものの、装置が大型化し、かつ、測定に時間を要するといった問題点を有している。このため、低価格で、画像形成装置等の装置内に設置することができ、エアリーク試験と同様の紙の表面状態、すなわち、平滑性を検査することのできる光学センサが求められている。
紙のエアリーク試験は、エアリーク装置のヘッド10から記録紙20にエア11を供給し、このエア11が漏れる時間に基づき記録紙20の平滑性を評価するものである。記録紙20に供給されたエア11は、記録紙20の表面よりリークするエア21と記録紙20内部に入り込みリークするエア22とがある。このようなエアリークの時間により記録紙20の平滑性を評価することができる。
図2は、本実施形態における光学センサの構成を示す模式図である。
本実施形態における光学センサ100は、光源110と、光源110からの光をコリメートするコリメータレンズ120とからなる発光部を備えている。この発光部から測定対象物である記録紙20に照射される照射光の記録紙20の面に対する入射角θ1は、75°以上85°以下の範囲内となるように構成されている。
図3は、本実施形態における光学センサ100の制御部150の主要部を示すブロック図である。
制御部150は、光学センサ100の正反射光検出器130や拡散反射光検出器230等と接続されており、正反射光検出器130や拡散反射光検出器230等からの信号の入出力制御を行うI/O部151、信号処理等の各種演算を行う演算処理部152、平均化処理等を行う平均化処理部153、各種情報が記憶されている記憶部154を有している。また、本実施形態における光学センサ100の制御部150は、画像形成装置本体の本体制御部等にも接続されている。なお、本実施形態における説明では、制御部150は、光学センサ100に含まれているものであるが、本実施形態における光学センサ100が画像形成装置内に含まれている場合には、画像形成装置内に設置されるものであって、本実施形態における光学センサ100の制御等を行うものであってもよい。
最初に、ステップ202(S202)に示すように、本実施形態における光学センサ100を用いた正反射光の強度検出操作を開始する。具体的には、電源をオンにする操作、または、本実施形態における光学センサ100に接続されている画像形成装置に印刷の開始を知らせる信号が送られることにより、正反射光強度検出操作を開始する。
同様に、ステップ204(S204)に示すように、本実施形態における光学センサ100を用いた拡散反射光強度検出操作を開始する。具体的には、ステップ202と同様である。
Y = a×X1 + b×X2 + c ・・・(1)
図7は、記録紙20の平滑度を検出するために最適な入射角を調べる実験に用いた実験装置の模式図である。
この実験においては、光源110から出射された光が、記録紙20において反射され、正反射光検出器130に入射するように、光源110、正反射光検出器130、記録紙20を配置した。記録紙20の紙面における法線に対し、光源110より記録紙20に入射する光の光軸の角度をθ1とし、記録紙20において反射され正反射光検出器130に入射する光の光軸の角度をθ2とした場合、角度(入射角)θ1と角度(検出角)θ2とが等しくなるように配置する。
このグラフは、横軸には入射角θ1及び検出角θ2を代表して検出角をとり、縦軸には所定の相関関数により算出される相関値をとったものである。なお、この相関値は、その値が大きいほど、正反射光検出器130で検出した正反射光量Xから算出される平滑度Ysec)が、予め測定しておいたエアリーク試験による平滑度の値が近いことを意味する。なお、本実験において、正反射光検出器130で検出した正反射光量Xから平滑度Y(sec)を算出するための変換式には、Y=0.46×X+19.8を用いた。また、前記における相関値は、下記の式(2)に示される式に基づき算出したものである。
図10は、レンズ121の効果を確認するための実験装置の模式図である。
光源110にはLEDを用いており、図10には不図示のコリメータレンズにより平行光とした光を記録紙20に照射する。照射された光のうち、記録紙20において反射された光は、正反射光検出器130に入射するが、記録紙20と正反射光検出器130との間には、直径3mm、焦点距離f=9mmのレンズ121が設置されている。この際、正反射光検出器130の受光面が、レンズ121の焦点位置となるように設置する。
このグラフは、横軸に拡散反射光の検出角θ3をとり、縦軸に相関値をとったものである。
まず、比較例については、30種類の記録紙についての正反射光検出器130の検出結果から多変量解析を行って、Y=d×X1+eという関係式における各定数d,eの最適化を行った。このとき、定数dの最適値は0.17となり、定数eの最適値は−17.2となり、その相関値は0.61であった。
図17は、本実施形態における画像形成装置としてのカラープリンタ2000の一例を示す模式図である。
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、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100、及び前記各部を統括的に制御する本体制御部であるプリンタ制御装置2090などを備えている。
また、本実施形態において、搬送中に記録紙の銘柄を特定してもよい。この場合は、光学センサ100は搬送路近傍に配置される。例えば、光学センサ100を、給紙コロ2054とレジストローラ対2056との間の搬送路近傍に配置しても良い。
(態様A)
記録紙20等の測定対象物に照射する光を発光する光源110及びコリメータレンズ120等の発光部と、前記発光部からの照射光のうち測定対象物で正反射した正反射光を受光するレンズ121及び正反射光検出器130等の正反射光受光部と、前記発光部からの照射光のうち測定対象物で拡散反射した拡散反射光を受光するレンズ240及び拡散反射光検出器230等の拡散反射光受光部とを有する光学センサ100において、前記測定対象物の面に対する前記照射光の入射角θ1が75°以上85°以下の範囲内となるように構成されており、前記拡散反射光受光部は、前記測定対象物の面で拡散反射した反射光のうち、該測定対象物の面の法線に対する反射角度(検出角θ3)が0°よりも大きく、かつ、該測定対象物の面の法線に対する前記正反射光の反射角度(検出角θ2)よりも小さい拡散反射光を受光するように構成されていることを特徴とする。
前述のように、測定対象物の面に対する発光部からの照射光の入射角θ1が75°以上85°以下の範囲内となるように構成された光学センサにおいては、図16に示したとおり、平滑度の測定に用いる拡散反射光の測定対象物面の法線に対する反射角度が0°よりも大きくなるにつれて、正反射光量及び拡散反射光量から得られる平滑度Yと実際の平滑度との相関度合い(相関値)が高まることが判明した。ただし、平滑度の測定に用いる拡散反射光の測定対象物面の法線に対する反射角度(検出角θ3)を正反射光の測定対象物面の法線に対する反射角度(検出角θ2)とほぼ一致させると、拡散反射光受光部で受光される受光量は正反射光量が支配的となってしまう。そのため、拡散反射光受光部により拡散反射光量の情報を適切に得ることができず、実質的に正反射光量という1種類の情報から平滑度を得る構成と同程度の精度でしか平滑度を測定することができない。
本態様における拡散反射光受光部は、測定対象物面の法線に対する反射角度(検出角θ3)が0°よりも大きく、かつ、測定対象物面の法線に対する正反射光の反射角度(検出角θ2)よりも小さい拡散反射光を受光する。よって、測定対象物面の法線に対する反射角度(検出角θ3)が0°である拡散反射光の受光量から平滑度を算出する構成(前記特許文献1や前記先願の光学センサ)よりも、正反射光量及び拡散反射光量から得られる平滑度と実際の平滑度との間の高い相関が得られ、より高精度な平滑度の測定が可能となる。
前記態様Aにおいて、前記拡散反射光受光部は、前記測定対象物の面の法線に対する反射角度(検出角θ3)が66°以上70°以下の範囲内である拡散反射光を受光するように構成されていることを特徴とする。
これによれば、正反射光量及び拡散反射光量から得られる平滑度と実際の平滑度との間の相関がより高まり、更に高精度な平滑度の測定が可能となる。
前記態様A又はBにおいて、前記拡散反射光受光部は、前記拡散反射光の反射角度を中心とした±2°の角度範囲内の拡散反射光を集光するレンズ240等の集光部材を有することを特徴とする。
これによれば、発光部と測定対象物との距離が多少変動しても、所望の反射角度をもつ拡散反射光を拡散反射光受光部で受光することが可能となるので、安定して高精度な平滑度の測定が可能となる。
前記態様A〜Cのいずれかの態様において、前記発光部から照射される光は赤外光であることを特徴とする。
これによれば、前述したとおり、より高精度な平滑度の測定が可能となる。
前記態様A〜Dのいずれかの態様において、前記正反射光受光部が前記正反射光だけでなく前記発光部からの照射光のうち測定対象物の面で反射しない直接光も受光するように構成されていることを特徴とする。
これによれば、当該光学センサのキャリブレーションを簡易に行うことができる。
記録紙20等の記録材に画像を形成するカラープリンタ2000等の画像形成装置において、前記態様A〜Dのいずれかの態様に係る光学センサ100と、前記光学センサにおける正反射光受光部及び拡散反射光受光部の受光結果に基づいて、前記記録材の種類を判別するプリンタ制御装置2090等の記録材種類判別手段とを有することを特徴とする。
光学センサ100によれば、記録材についての高精度な平滑度の測定が可能であるため、平滑度の違いを利用した記録材の種類判別を高精度に行うことが可能となる。
前記態様Fにおいて、前記記録材種類判別手段は、前記光学センサにおける正反射光受光部及び拡散反射光受光部の受光結果に基づいて前記記録材の表面の平滑度を算出し、算出した平滑度に基づいて前記記録材の種類を判別することを特徴とする。
これによれば、平滑度の違いを利用した記録材の種類判別を高精度に行うことができる。
100 光学センサ
110 光源
120 コリメータレンズ
121,240 レンズ
125,126 アパーチャ
130 正反射光検出器
150 制御部
151 I/O部
152 演算処理部
153 平均化処理部
154 記憶部
160 筐体
161 開口部
230 拡散反射光検出器
2000 カラープリンタ
2030 感光体ドラム
2040 転写ベルト
2050 定着装置
2054 給紙コロ
2056 レジストローラ対
2060 給紙トレイ
2090 プリンタ制御装置
Claims (8)
- 測定対象物に照射する光を発光する発光部と、
前記発光部からの照射光のうち前記測定対象物で正反射した正反射光を受光する正反射光受光部と、
前記発光部からの照射光のうち前記測定対象物で拡散反射した拡散反射光を受光する拡散反射光受光部と、を有する光学センサであって、
前記測定対象物の面に対する前記照射光の入射角が75°以上85°以下の範囲内となるように構成されており、
前記拡散反射光受光部は、前記測定対象物の面で拡散反射した反射光のうち、該測定対象物の面の法線に対する反射角度が66°以上70°以下の範囲内である拡散反射光を受光するように構成されていることを特徴とする光学センサ。 - 前記拡散反射光受光部は、前記拡散反射光の反射角度を中心とした±2°の角度範囲内の拡散反射光を集光する集光部材を有することを特徴とする請求項1に記載の光学センサ。
- 前記発光部から照射される光は赤外光であることを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の光学センサ。
- 前記正反射光受光部が前記正反射光だけでなく前記発光部からの照射光のうち前記測定対象物の面で反射しない直接光も受光するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光学センサ。
- 記録材に画像を形成する画像形成装置であって、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学センサと、
前記光学センサにおける前記正反射光受光部及び前記拡散反射光受光部の受光結果に基づいて、前記記録材の種類を判別する記録材種類判別手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記記録材種類判別手段は、前記光学センサにおける前記正反射光受光部及び前記拡散反射光受光部の受光結果に基づいて前記記録材の表面の平滑度を算出し、算出した平滑度に基づいて前記記録材の種類を判別することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 紙の種類を判別する装置であって、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学センサと、
前記光学センサにおける前記正反射光受光部及び前記拡散反射光受光部の受光結果に基づいて、前記測定対象物である紙の種類を判別する紙種類判別手段と、を有することを特徴とする装置。 - 紙の種類を判別する方法であって、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学センサを用い、
前記光学センサにおける前記正反射光受光部及び前記拡散反射光受光部の受光結果に基づいて、前記測定対象物である紙の種類を判別することを特徴とする方法。
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