JP6409530B2 - 光センサ装置、紙種判別装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光センサ装置、該光センサ装置を有する紙種判別装置及び該紙種判別装置を有する画像形成装置に関する。

測定対象物に光を照射する光センサ装置の一例として、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置において、用紙表面の凹凸を測定することで用紙種類を判別する技術が知られている（例えば特許文献１〜５等参照）。
こうした用紙判別方法に用いられる技術の一つとして、用紙に光を照射して、当該光の反射光を用いて用紙種類を判別する光センサ装置が知られている（例えば特許文献２〜５等参照）。

光センサ装置を用いて用紙の種類を高精度に判別する際には、光を照射される照射点は、用紙の種類によらず一定であることが望ましい。そのため光の入射方向に対して一定の角度を保った平面に開口部を設け、開口部において露出した用紙の一部に光を照射して反射光を測定する構成が知られている（例えば特許文献４、５参照）。

しかしながら、単に開口部を設けるのみでは、測定対象物の一例としての用紙の種類によっては、例えば端部のバリなどによって、開口部に対して用紙が位置ずれする恐れがある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、開口部に対する測定対象物の位置ずれを抑制する光センサ装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の光センサ装置においては、測定対象物の一端を当接させて当該測定対象物の位置決めを行う当接部と、前記一端が前記当接部に当接した状態で当該測定対象物の一方の面に当接する壁面と、前記状態の前記測定対象物に光を照射するために前記壁面に形成された第１開口部と、前記壁面側で、前記第１開口部と前記当接部との間に形成された第１凹部と、を有する。

本発明の光センサ装置によれば、開口部に対する測定対象物の位置ずれを抑制することができる。

本発明の実施形態にかかる画像形成装置の全体構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態における紙種判別装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態における光センサ装置の構成の一例を示す図である。 本発明の効果の一例を示す模式図である。 図３に示した光センサ装置の反射光計測の一例を示す模式図である。 図５に示した反射光計測によって測定される反射光の一例を示す概念図である。 本発明の実施形態における用紙情報の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における光センサ装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態における光センサ装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態における光センサ装置の構成の一例を示す図である。 図１０に示した光センサ装置の動作の一例を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態における光センサ装置の構成の一例を示す図である。 図１２に示された光検出器が測定する透過光の強度分布の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を説明する。図１には、本発明による光センサ装置の実施形態の一例として画像形成装置２００の概略構成が示されている。

図１に示すように、画像形成装置２００は、外部に取り付けられたＰＣなどの上位装置４００から得られた画像情報を元に、画像形成を行う画像形成装置である。
画像形成装置２００は、中間転写体たる転写ベルト２４０上に画像を形成する画像形成部２３と、画像形成部２３に用紙Ｐを供給する給紙装置２６と、を有している。
画像形成装置２００は、転写ベルト２４０上に形成された画像を２次転写位置Ｎにおいて測定対象物としての用紙Ｐに転写するための転写ローラ２４２と、２次転写位置Ｎで転写された画像を熱と圧力によって用紙Ｐに定着させる定着装置２５と、を有している。
画像形成装置２００は、給紙装置２６によって給紙された用紙Ｐを２次転写位置Ｎに所定のタイミングで送り出すレジストローラ対２５６と、定着装置２５において画像を定着された用紙Pを排紙トレイ２７０に排紙する排紙ローラ２５８と、を有している。
画像形成装置２００は、ネットワークを介した上位装置４００との双方向の通信を制御する通信制御装置２８０と、画像形成装置２００の画像形成に関する機構を制御するための画像プロセス制御手段たるプリンタ制御装置２９０と、を有している。
画像形成装置２００はまた、操作パネルの近くに、作業者が操作することが可能な状態で配置され、用紙Ｐの種類たる用紙情報Ｑを判別するために用紙Ｐに光を当ててその反射光を測定する光センサ装置１００を有している。
なお、ここでは画像形成装置２００が、光センサ装置１００を有する場合について述べるが、光センサ装置１００のみを独立して設けても良い。
また、ここでいう用紙Ｐの種類とは、普通紙、グロスコート紙などの塗工紙、エンボス加工が施された特殊紙などの種類の他、紙質、コーティングなどの表面処理の有無、銘柄なども含まれる。
また、測定対象物は、挿入口１１１から挿入可能なシート状、あるいは薄板状のものが望ましく、記録媒体たる用紙Ｐ以外の布やカッティングシート、基板などでも良い。
この場合には、測定対象物の種類とはビニールや布、プラスチックなどの材質、表面処理の有無、銘柄、表面状態などが含まれる。

画像形成部２３は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各基本色に対応して４つの画像形成ステーションたるユニットとして画像形成装置２００内に収められた画像形成手段である。ここでは説明を簡単にするため、それぞれ同様に構成された画像形成部２３のうち１つのユニットについて特に説明し、他の３つのユニットに関する説明は省略する。
画像形成部２３は、潜像担持体たるドラム状の感光体２３０と、感光体２３０に潜像を形成する露光手段たる光書込みユニットとしての光走査装置２１０と、潜像を形成された感光体２３０にトナー像を形成するための現像手段たる現像装置２３３と、を有している。
画像形成部２３は、感光体２３０上に形成されたトナー像が転写ベルト２４０上に転写された後に感光体２３０上のトナーを除去するためのクリーニング装置２３１と、トナーが除去された状態の感光体２３０を帯電させる帯電装置２３２と、を有している。
感光体２３０と、帯電装置２３２と、クリーニング装置２３１と、現像装置２３３とは、１組として使用されて、画像形成ステーションを構成する。

感光体２３０は、表面に光走査装置２１０の走査光の被走査面たる感光層が形成されたドラム状の回転体であり、駆動手段によってＡ方向に駆動されている。

帯電装置２３２は、光走査装置２１０よりもＡ方向の上流側で、クリーニング装置２３１よりも下流側に配置された帯電手段であり、感光体２３０の表面を均一に帯電させる。
帯電装置２３２は、コロナ放電によって帯電させるものでも良いし、帯電ブラシ、帯電ローラなどを用いるものでも良い。

光走査装置２１０は、プリンタ制御装置２９０からの多色の画像情報に基づいて色毎に変調された走査光を用いて、対応する帯電された感光体２３０の表面を走査することで感光体２３０の表面に電位によって描かれた潜像たる静電潜像を形成する。

現像装置２３３は、内臓された対応する色のトナーを、現像ローラ２３３ａの回転によって現像ローラ２３３ａの表面に薄く均一に塗布する。現像ローラ２３３ａ上に塗布されたトナーは、対応する色の感光体２３０の表面に接すると、感光体２３０の表面における走査光が照射された部分言い換えると露光部分にだけ移行する。
すなわち現像装置２３３は、感光体２３０に形成された潜像にトナーを付着させることによって顕像化させ、感光体２３０にトナー像を形成する。

感光体２３０に形成されたトナー像は、転写ベルト２４０と対向する位置で、転写バイアスに従って所定のタイミングで順次転写ベルト２４０に転写され、４つの基本色について重ね合わせられて多色のカラー画像が形成される。

給紙装置２６は、用紙Ｐを収納する給紙カセット２６０と、給紙カセット２６０に収納されている用紙Ｐをレジストローラ対２５６に向けて搬送するための複数の給送ローラ２５４と、を有している。

定着装置２５は、熱源を内部に有する加熱ローラ２５１と、加熱ローラ２５１との間で圧接部である定着部としての定着ニップを形成する加圧ローラ２５０とを有している。
定着ユニット６は、トナー像を担持した用紙Ｐを定着ニップに通すことで、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を転写紙の表面に定着するようになっている。
加熱ローラ２５１は、アルミニウム製の円筒ローラと、円筒外周に形成されたシリコーンゴム層と、円筒内部に配設された発熱器としてのハロゲンヒータとを有している。

プリンタ制御装置２９０は、ＣＰＵと、当該ＣＰＵによって解読可能なコードで記述されたプログラム及び当該プログラムを実行するためのデータが格納されているＲＯＭと、作業用のメモリであるＲＡＭと、を有している。
プリンタ制御装置２９０には、画像形成装置２００に利用可能な複数の用紙Ｐの種類が記録され、用紙Ｐの各種類毎に最適な画像形成条件たる画像プロセス条件すなわち現像条件、露光条件、転写条件が現像・転写テーブル２９１として記憶されている。

なお、現像条件は例えば現像装置２３３におけるトナー濃度、現像バイアスなどが含まれる。また、露光条件は、例えば光走査装置２１０から感光体２３０へと照射されるレーザー光の強度、言い換えると走査光強度たる潜像書込み強度が含まれる。
また、転写条件は例えば感光体２３０から転写ベルト２４０にトナー像を転写する際の電位差である１次転写バイアスあるいは同電流値である１次転写電流値が含まれる。
あるいは、転写ベルト２４０から用紙Ｐへと画像を転写する際の電位差である２次転写バイアスもしくは同電流値である２次転写電流値が含まれる。

光センサ装置１００は、図２に示すように、プリンタ制御装置２９０とケーブル２２０１を介して接続されて、用紙情報Ｑをプリンタ制御装置２９０に送信する。
光センサ装置１００は、用紙Ｐを挿入方向たるＸ方向に挿入するための挿入口１１１と、筐体１０１とを有している。

光センサ装置１００は、図３に示すように、挿入口１１１と反対側すなわちＸ方向終端に配置され、用紙Ｐの一端を当接させて用紙Ｐの位置決めを行うための当接部１３０と、用紙Ｐの一方の面である表面に当接する壁面１３１と、を有している。
光センサ装置１００は、用紙Ｐ上の任意の照明中心Ｏに光を照射するために壁面１３１に形成された第１開口部１１０と、壁面１３１側で、第１開口部１１０と当接部１３０との間に形成されたＺ軸正方向に伸びる凹部たる第１凹部１２１と、を有している。

光センサ装置１００は、筐体１０１内の、壁面１３１よりＺ軸正方向側に設けられた光源１１と、光源１１から射出された光を平行な光へ変化させるコリメータレンズ１２と、を有している。
光センサ装置１００はまた、用紙Ｐに照射された光の反射光を測定するための３つの検出器を有する検出部１３３を有している。
光センサ装置１００はまた、用紙Ｐを壁面１３１とは反対側から、壁面１３１に向かって、または第１開口部１１０の周縁に向かって押し当てる加圧手段たる加圧部たる支持部材１０３を有している。
光センサ装置１００はまた、光センサ装置１００内の各部の信号を制御する制御回路たる制御部１０５を有している。

筐体１０１は、アルミニウム製の箱状部材であり、外乱光及び迷光の影響を低減するために黒アルマイト処理が施されている。
挿入口１１１は、筐体１０１のＸ軸負方向側である光センサ装置１００の前面と、Ｙ軸に垂直な側面の３方向に渡って連続した開口となるように形成されている。

ケーブル２２０１は、プリンタ制御装置２９０と光センサ装置１００とを接続して電源を供給するための電源供給経路であり、例えばＵＳＢケーブルやＲＳ２３２Ｃなどを用いても良い。
ケーブル２２０１はまた、光センサ装置１００が測定した反射率などの用紙情報Ｑをプリンタ制御装置２９０へと伝送するための伝送手段である。

当接部１３０は、挿入口１１１のＸ方向終端に配置されたＸ軸と垂直な面であり、筐体１０１の一部である。
壁面１３１は、用紙ＰのＸ軸正方向側の一端が当接部１３０に当接した当接状態で用紙Ｐの表面に当接し、支持部材１０３との間で用紙ＰをＸＹ平面に平行に支持する。
壁面１３１には、光源１１から射出された光の照射点である照明中心Ｏを中心とした円形の開口部たる第１開口部１１０が形成されている。
第１開口部１１０の位置は、用紙Ｐの当接状態において用紙Ｐの中心付近であることが望ましい。

第１凹部１２１は、第１開口部１１０と当接部１３０の間の一部に形成された凹部であり、切り欠きあるいは穴、もしくは溝状であっても良い。
第１凹部１２１は、当接状態において、図４に示すように用紙ＰのＸ軸正方向側の一端が第１凹部１２１の内側へ入りこむことができるように、配置されている。

支持部材１０３は、壁面１３１と対向し、用紙Ｐを押圧するための面である押圧面１０３ａと、押圧面１０３ａを支持するための脚部と、脚部に取り付けられた押圧部材たる弾性部材としてのバネ１０４と、を有している。
支持部材１０３は、押圧面１０３ａのＺ軸方向に沿った変位を測定する紙厚センサ１２０を有している。
なお、支持部材１０３の挿入方向上流側すなわちＸ軸負方向側の端部には、用紙Ｐの挿入を容易にするために、押圧面１０３ａに対して傾斜した傾斜部１０３ｂが形成されている。
支持部材１０３は、用紙Ｐが挿入されていない初期状態において、バネ１０４の作用によってＺ軸正方向へ加圧され、押圧面１０３ａと壁面１３１とが接触する態様で保持されている。

紙厚センサ１２０は、支持部材１０３に取り付けられており、用紙Ｐの挿入によって支持部材１０３が下降するとその変位を測定するカンチレバー式の変位変換機である。
言い換えると、紙厚センサ１２０は、初期状態における押圧面１０３ａの位置すなわち壁面１３１との当接位置を基準として、押圧面１０３ａのＺ軸方向に沿った変位を測定する。
紙厚センサ１２０は、具体的にはカンチレバーの変位量に比例した回数のパルス信号を出力し、制御部１０５が当該パルス信号をカウントすることでカンチレバーの変位量を算出する。
なお、紙厚センサ１２０は、ここではカンチレバー式の変位変換機としたが、レーザーを用いる非接触変位計でも良いし、作動トランス式の変位計でも良い。

光源１１は、発光源たる垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ＝Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）素子が二次元的に複数配置されたＶＣＳＥＬアレイを有する半導体レーザー光源である。
光源１１から射出された光は、コリメータレンズ１２に入射して略平行な光束となって照明中心Ｏに向かって照射される。
既に述べたように、壁面１３１には照明中心Ｏの周囲に第１開口部１１０が設けられているので、用紙Ｐがセットされた当接状態において、光は第１開口部１１０を通過して用紙Ｐに照射される。

ところで、光が媒質の境界面、ここでは用紙Ｐと空気との境界面、に入射するときには、入射光線と入射点に立てた境界面の法線とを含む平面を入射面と呼ぶ。
光源１１は、発光源たるレーザー発光素子を複数、二次元的に配置されているので、入射面も発光源の数だけ存在するが、便宜上は照明中心Ｏに入射した光の入射面を、光源１１の用紙Ｐにおける入射面ということとする。
すなわちここでは照明中心Ｏを含みＸＺ平面に平行な面を入射面とする。

また、かかる入射面に対して垂直な偏光方向の光をＳ偏光、Ｓ偏光に直交する方向の偏光方向の光をＰ偏光とする。言い換えるとＳ偏光は振動方向がＸＺ平面に垂直な光、Ｐ偏光は振動方向がＸＺ平面に平行な光である。
以降の説明では、簡単のため、用紙Ｐへの入射光の偏光方向と同様の方向の偏光について、反射光についてもＳ偏光やＰ偏光という表現を用いる。

光源１１から出る光は直線偏光であり、用紙Ｐの表面に対して第１の偏光方向たるＳ偏光で照射されるように配置されている。また、図５に示す光源１１と照明中心Ｏとを結ぶ直線と、Ｚ軸とのなす角度、すなわち光源１１からの入射角θ_０は８０°である。

検出部１３３は、光源１１から照射された光が正反射される光路上に配置された第１光検出器１５と、照明中心ＯのＺ軸上方に取り付けられた偏光フィルタ１４と、照明中心Ｏと偏光フィルタ１４との延長線上に設けられた第２光検出器１３と、を有している。
検出部１３３はまた、Ｘ軸方向について照明中心ＯのＸ軸正方向側であって、第１光検出器とは異なる位置に配置された第３光検出器１７を有している。
第１光検出器１５と、第２光検出器１３と、第３光検出器１７とは、いわゆるフォトダイオードなどの光検出器を用いることができる。

制御部１０５は、第１光検出器１５と、第２光検出器１３と、第３光検出器１７との出力をＡ／Ｄ変換するＡＤコンバータとセンサシステムの動作を制御するマイクロコントローラ、メモリ、論理回路などで構成されている。

第１光検出器１５は、図５に示すように、照明中心Ｏと第１光検出器１５の中心とを結ぶ線Ｌ１と、用紙Ｐの表面とのなす角度φ_１が１７０°になるように配置されている。

偏光フィルタ１４は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を遮蔽する偏光手段たる偏向器としての機能を有する偏光フィルタである。ここでは偏光フィルタであるとしたが、同様にＰ偏光とＳ偏光とを分けて透過させる偏光ビームスプリッターを用いても良い。
第２光検出器１３は、偏光フィルタ１４のＺ軸正方向側に、偏光フィルタ１４の中心と照明中心Ｏとを結ぶ延長線上に配置されている。ここでは、図５に示すように、照明中心Ｏと偏光フィルタ１４及び第２光検出器１３の中心とを結ぶ線Ｌ２と、用紙Ｐ表面とのなす角度φ_２は９０°である。

第３光検出器１７は、照明中心Ｏと第３光検出器１７の中心とを結ぶ線Ｌ３と、用紙Ｐの表面とのなす角度φ_３が１２０°になるように配置されている。

照明中心Ｏと、光源１１の中心と、第１光検出器１５の中心と、第２光検出器１３の中心と、第３光検出器１７の中心と、は同一のＸＺ平面内に配置され、それぞれほぼ入射面上に配置されることが望ましい。

光源１１から射出されて用紙Ｐへと入射した光は、用紙Ｐの表面で反射される反射光と、用紙Ｐの内部に入り込んだ後、内部で反射される反射光とに分けて考えることができる。さらにまた、表面で反射される反射光は、正反射された反射光と、拡散反射された反射光とに分けて考えることができる。
一方、用紙Ｐの内部で反射される反射光については、用紙Ｐの内部の繊維中での多重散乱が生じるため、拡散反射された反射光のみが検出されると考えることができる。

以上から、光源１１から用紙Ｐに入射した光の反射光は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すような、３つの種類の反射光に模式的に分けて考えられる。
図６（ａ）に示すのは、用紙Ｐの表面で正反射された反射光である表面正反射光Ｒ１である。図６（ｂ）に示すのは、用紙Ｐの表面で拡散反射された反射光である表面拡散反射光Ｒ２である。図６（ｃ）に示すのは、用紙Ｐの内部で拡散反射された反射光である内部拡散反射光Ｒ３である。

ここで、用紙Ｐの種類とかかる反射光とがどのように関係するかを説明する。
まず、用紙Ｐが滑らかな表面で、内部への侵入がほとんど生じないような種類の紙質であった場合には、入射した光は、ほとんどが表面で正反射されて、反射光のほとんどは表面正反射光Ｒ１として検知されるはずである。

次に、用紙Ｐの表面に凹凸があった場合には、用紙Ｐの表面には平面部と傾面部とが用紙Ｐの種類に応じた一定の割合で分布していると模式的に考える。
このとき、平面部で反射された光は表面正反射光Ｒ１として検知され、傾面部で反射された光は表面拡散反射光Ｒ２として検知される。また、表面の傾面がどちらを向いているかはランダムなので、表面拡散反射光Ｒ２は、ＸＺ平面内において、等方性を有していると考えられる。

また、内部拡散反射光Ｒ３は、用紙Ｐの内部に侵入した後で、反射して入射面に返ってくるような光であるから、用紙Ｐの密度や、用紙Ｐの厚みたる紙厚などによってその大きさが変化すると考えられる。
またさらに、内部拡散反射光Ｒ３は、ＸＹＺ空間において、どのような方向にも反射されうるので、等方性を有していると考えられる。

ところで、用紙Ｐの表面での反射光がＳ偏光以外の成分を持つためには、言い換えると偏光方向が回転するためには、入射面に垂直な方向に傾斜した面で入射光が反射される必要がある。
しかしながら、照明中心Ｏと、光源１１の中心と、第１光検出器１５の中心と、第２光検出器１３の中心と、第３光検出器１７の中心と、は同一のＸＺ平面内に配置され、入射面に垂直な方向に傾斜した面で反射された光は、検出部１３３には検知されない。
従って、上記の２種類の表面反射光では、何れも入射面内での反射であるから、反射光の偏光方向は、入射光の偏光方向すなわちＳ偏光と同一の偏光方向しかないと考えられる。

一方で、内部拡散反射光Ｒ３は、繊維中を透過し、多重偏光される間に偏光方向が回転し、Ｐ偏光成分を有する光が含まれる場合もあり得る。
逆に言うと、光源１１をＳ偏光の直線偏光の光源であるとすれば、ＸＺ平面において、Ｐ偏光の光は、内部拡散反射光Ｒ３にのみ含まれている。
そこで、第２光検出器１３と照明中心Ｏとの間には、Ｓ偏光を遮光して、Ｐ偏光のみを透過させる偏光フィルタ１４が取り付けられている。言い換えると、光源１１が照射する光の偏光方向と、偏光フィルタ１４が透過する光の偏光方向は、９０°ずれている。
すなわち、第２光検出器１３は、内部拡散反射光Ｒ３に含まれるＰ偏光成分のみが検知される。
内部拡散反射光Ｒ３に含まれるＰ偏光成分の光量は、用紙Ｐの繊維中を通過する経路の長さに依存するから、用紙Ｐの厚みや密度に相関を持つことが発明者によって確認されている。

表面正反射光Ｒ１は、入射角θ_０＝８０°であるから、反射角θ_Ｒ１＝８０°の正反射光である。
従って、第１光検出器１５には、ほとんどの表面正反射光Ｒ１と、一部の表面拡散反射光Ｒ２及び内部拡散反射光Ｒ３とが入射する。すなわち、第１光検出器１５は、主として表面正反射光Ｒ１を受光する。
また表面拡散反射光Ｒ２は、ＸＺ平面内に等方的に分散する。
すなわち、第１光検出器１５と第３光検出器１７とでは、検出される表面拡散反射光Ｒ２の受光量はほぼ等しいと考えられるが、第３光検出器１７には表面正反射光Ｒ１はほとんど受光されない。
かかる第１光検出器１５と第３光検出器１７との出力信号の強度の差から、表面正反射光Ｒ１と表面拡散反射光Ｒ２とを分離して考えることができる。

そこで、本発明の光センサ装置１００では、用紙Ｐに光を当てて、これらの第１光検出器１５と、第２光検出器１３と、第３光検出器１７とを用いて当該光の反射光を測定する反射光測定手段たる検出部１３３を有している。

かかる光センサ装置１００は、ケーブル２２０１を介してプリンタ制御装置２９０からの指令あるいは上位装置４００からの指令に従って光源１１の点灯を制御して用紙Ｐに光を照射し、検出部１３３の各検出器の出力を測定する。
また光センサ装置１００は、検出された各光検出器の計測結果の値である測定信号値Ｓ’_１、Ｓ’_２、Ｓ’_３をプリンタ制御装置２９０に送信する。
プリンタ制御装置２９０は、かかる測定信号値Ｓ’_１、Ｓ’_２、Ｓ’_３を、予め入力されたデータベースと照合することで、図７に示すように用紙Ｐの用紙情報Ｑを判別することができる。
このように、光センサ装置１００とプリンタ制御装置２９０とは、光センサ装置１００が測定した用紙Ｐの反射光を用いて用紙情報Ｑを判別する紙種判別装置としての機能を有している。

かかる構成の画像形成装置２００が画像を形成する動作について説明する。
まず、上位装置４００から入力された画像情報は、通信制御装置２８０によってネットワークなどを介してプリンタ制御装置２９０へと伝達され、内部のＲＯＭに画像データとして格納される。
作業者は、光センサ装置１００に用紙Ｐをセットし、用紙Ｐの種類を判別した後、給紙カセット２６０へと用紙Ｐをセットする。
このとき、用紙Ｐの種類の情報たる用紙情報Ｑが、プリンタ制御装置２９０に記憶される。用紙情報Ｑは、プリンタ制御装置２９０に記憶された現像・転写テーブル２９１に照会されて、現像・転写テーブル２９１の中から、用紙情報Ｑの特徴と一致する最適な画像プロセス条件が選択される。
給紙装置２６は、給紙カセット２６０にセットされた用紙Ｐを給送ローラ２５４によってレジストローラ対２５６まで搬送する給紙操作を行う。
画像形成部２３は、給紙装置２６が給紙操作をはじめると略同時に、プリンタ制御装置２９０に記憶された画像データと、画像プロセス条件とに基づいて、先に述べた潜像の書込み、トナー像の現像、感光体２３０から転写ベルト２４０への１次転写等を行う。
転写ベルト２４０上に画像が１次転写され、カラーのトナー像が現像されると、レジストローラ対２５６は、２次転写位置Ｎにおいて用紙Ｐの画像形成位置と転写ベルト２４０上のトナー像の位置とが一致するように、所定のタイミングで用紙Ｐを搬送する。
２次転写位置Ｎにおいて、用紙Ｐは転写ローラ２４２と、転写ベルト２４０とに挟まれて２次転写バイアスを印加されることでトナー像を２次転写される。
用紙Ｐは、定着装置２５の定着ニップを通過することで、熱と圧力との作用によって用紙Ｐの紙面に形成されたトナー像を定着された後、排紙ローラ２５８によって排紙トレイ２７０へと排紙される。

光センサ装置１００を用いて、用紙Ｐの紙種情報Ｑを判別する方法について詳しく説明する。

まず、光センサ装置１００において、初期状態では、押圧面１０３ａと壁面１３１とは当接した状態で保持されている。
操作者によって用紙Ｐが挿入口１１１から挿入されると、用紙Ｐは傾斜部１０３ｂに沿って押圧面１０３ａと壁面１３１との間に挿入される。
用紙Ｐは、支持部材１０３を押し下げながら、表面を壁面１３１と当接した状態で、裏面を押圧面１０３ａと当接した状態で挿入され、挿入方向下流側の一端が当接部１３０に当接して当接状態となる。

当接状態において、用紙Ｐの当接部１３０と当接する端部に、図４で示したようなバリがあった場合について考える。
かかるバリが存在すると、従来技術のように用紙Ｐと壁面１３１とが当接した状態にするのみでは、バリによって図４（ｂ）に示すように、第１開口部１１０と用紙Ｐとの間の位置ずれであるギャップΔｚが生じる恐れがある。
かかるギャップΔｚが生じると、照明中心Ｏの位置が、例えばバリの大小や、用紙Ｐの紙質の違いあるいは所謂コシの強弱等によって異なってしまうと考えられる。
照明中心Ｏの位置が変化してしまう場合には、入射角の変化に加え、表面正反射光Ｒ１、表面拡散反射光Ｒ２、内部拡散反射光Ｒ３などの各強度にも影響があると考えられ、また、ギャップΔｚから進入する迷光の問題も、精度に悪影響を与える危険がある。

そこで、既に述べたように、本発明では、光センサ装置１００は、壁面１３１側に、第１開口部１１０と当接部１３０との間に形成された第１凹部１２１を有している。
かかる第１凹部１２１によって、図４（ａ）において既に示したように、用紙Ｐ端部のバリが第１凹部１２１の中に収められるから、用紙Ｐ端部のバリによるギャップΔｚが抑制ないしは防止されて、精度よく反射光を測定することができる。
すなわち、第１凹部１２１は開口部１１０に対する測定対象物の位置ずれを抑制する。

当接状態において、光源１１から射出された光が用紙Ｐに照射されたときに、第１光検出器１５と、第２光検出器１３と、第３光検出器１７とにそれぞれ計測された計測結果たる出力信号の強度を測定信号値Ｓ’_１、Ｓ’_２、Ｓ’_３とする。
また、プリンタ制御装置２９０内に記憶された現像・転写テーブル２９１には、図７に示すように、予め計測されたかかる出力信号の強度が、参照信号値Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３として、各々の紙種情報Ｑとともに画像プロセス条件と対応したデータベースとなって記憶されている。
また、現像・転写テーブル２９１とは別のデータベースとして、用紙識別データベースとして参照信号値Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３の組み合わせを保存しても良い。
あるいはプリンタ制御装置２９０ではなく外部の端末、例えば上位装置４００などに保存して、インターネット等の通信によってやり取りするものであっても良い。

プリンタ制御装置２９０は、かかる測定信号値Ｓ’_１、Ｓ’_２、Ｓ’_３と、参照信号値Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とを比較し、数式１に示す適合率Ｒを算出する。

プリンタ制御装置２９０は、参照信号値Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３が保存されている用紙の種類のうち、かかる適合率Ｒが最も高い用紙の種類を特定し、当該用紙の種類を用紙識別結果として表示する。
プリンタ制御装置２９０はまた、用紙識別結果に対して最適な画像プロセス条件を現像・転写テーブル２９１から求め、かかる画像プロセス条件に基づいて画像形成装置２００の各部を制御する。
プリンタ制御装置２９０は、かかる構成により、用紙Ｐの種類に応じて画像形成装置２００の画像プロセス条件を調整する調整部としての機能を有している。

光センサ装置１００は、用紙Ｐに照射された光の反射光を測定する検出部１３３と、当該光を照射するための光源１１と、を有し、当該光はＳ偏光の直線偏光の光である。
検出部１３３は、表面正反射光Ｒ１の光路上に設置された第１光検出器１５と、ＸＺ平面内で、内部拡散反射光Ｒ３の光路上に設置されてＳ偏光に直交するＰ偏光の光束を検出するための第２光検出器１３と、を有している。
かかる構成により、表面正反射光Ｒ１と表面拡散反射光Ｒ２とのみならず、用紙Ｐ内部の密度などの情報も含んだ内部拡散反射光Ｒ３をも測定するから、用紙Ｐの表面状態などの他、銘柄なども含む高精度な種類の判別を行うことができる。
また、検出部１３３は、表面拡散反射光Ｒ２の光路上であって、表面正反射光Ｒ１の光路外に配置された、第３光検出器１７を有している。
かかる構成により、第１光検出器１５と第３光検出器１７との出力の差から、表面正反射光Ｒ１と表面拡散反射光Ｒ２とを分離できるから、より高精度に反射光を測定することができる。

また当接状態において、光センサ装置１００は、用紙Ｐを壁面１３１に押し当てるように加圧する支持部材１０３を有している。
かかる構成により、第１開口部１１０と用紙Ｐとの間のギャップΔｚをさらに抑制して、精度よく反射光を測定する。

紙厚センサ１２０は、かかる支持部材１０３のＺ方向の変位を測定し、用紙Ｐの厚みである紙厚を計測する。また、反射光と、前記紙厚センサが測定した前記厚みと、を元に前記測定対象物の種類を判別する。
かかる構成により、用紙Ｐの反射光を測定するのみでなく、用紙Ｐの厚みも合わせて測定するから、さらに精度よく用紙Ｐの種類の判別を行うことができる。

光センサ装置１００は、用紙Ｐを壁面１３１に沿った挿入方向たるＸ方向に挿入するための挿入口１１１を有している。
かかる構成により、用紙ＰはＸ方向終端において当接部１３０と当接するから、当接した状態での光の反射光計測を容易に行うことができる。

また、光センサ装置１００において、光源１１に使用される発光素子は、垂直共振器型の面発光レーザーすなわちＶＣＳＥＬであり、光源１１は、ＶＣＳＥＬ素子が二次元的に複数配置されたＶＣＳＥＬアレイを有している。
かかる構成により、レーザー光を高密度に集積することができるから、光量が増加してＳ／Ｎ比を向上させることができる。すなわち、識別精度を高めることができる。
また、複数の発光点を同時に発光させるから、スペックルパターンのコントラスト比を低減することで、識別精度をさらに高めることができる。
またさらに、レーザー光を高密度に集積するから、コリメータレンズ１２の光軸付近にレーザー光を集中するから、コリメータレンズ１２の品質によらず容易に平行光にすることができて、用紙Ｐへの入射角を均一にできて、識別精度を高めることができる。

本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、各実施形態の特徴的な部分についてのみ説明し、第１の実施形態と共通の部分については、符号を同一にするなどして説明を省略する。
第２の実施形態において、光センサ装置１００は、図８に示すように、支持部材１０３は第２開口部１０６を有している。
また、第２の実施形態における紙厚センサ１２０は、紙厚センサ１２０の計測部位であるカンチレバー部分が、第２開口部１０６を刺し貫くすなわち挿通するように配置され、用紙Ｐと当接している。言い換えると、紙厚センサ１２０は用紙Ｐの第２開口部１０６において露出した部分と当接している。
かかる構成により、支持部材１０３の部材の肉厚むらによらず、直接的に用紙Ｐの厚みを測定することができるから、より精度良く用紙Ｐの厚みを測定することができる。

本発明の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態において、光センサ装置１００は、図９に示すように、第２の実施形態の構成に加えて、支持部材１０３に第２の切り欠きたる第２凹部１２２が形成されている。
言い換えると、光センサ装置１００は、第１凹部１２１に対向するように、用紙Ｐの他方の面側に設けられた第２凹部１２２を有している。
かかる構成により、用紙Ｐの端部のバリが、Ｚ方向上下の何れの方向に残留していたとしても、用紙Ｐの端部が第１凹部１２１あるいは第２凹部１２２の何れかに収まるから、ギャップΔｚを抑制して精度良く用紙Ｐの反射光を測定することができる。
なお、第２凹部１２２は、溝状であったり、穴であったりしても良い。

本発明の第４の実施形態について説明する。
第４の実施形態において、光センサ装置１００は、図１０に示すように、挿入口１１１の終端部に、用紙Ｐの一端がＸ方向に移動しながら通過したことを検知するための検知センサたる終端センサ１０７を有している。
終端センサ１０７は、Ｘ方向において第１開口部１１０よりも下流側であって、第１凹部１２１と重複して配置される。
終端センサ１０７は、例えば、一組の発光素子と受光素子とを備える反射型フォトインタラプタであり、用紙Ｐが終端センサ１０７の位置を通過したか否かを検知する。

第４の実施形態における、光センサ装置１００の測定操作について、図１１を用いて説明する。
光センサ装置１００は、初期状態において、第１の実施形態と同様に、壁面１３１と押圧面１０３ａとが当接した状態で保持されている（Ｓ１０）。
そこに用紙Ｐが、挿入口１１１から挿入されると、用紙Ｐが支持部材１０３を押し下げながら、Ｘ方向へと移動する（Ｓ１１）。

用紙Ｐの一端が終端センサ１０７の下部を通過すると、発光素子から照射された光が用紙Ｐに反射されて、受光素子へと入射して、終端センサ１０７が用紙Ｐの通過を検知する（Ｓ１２）。
制御部１０５は、かかる終端センサ１０７が用紙Ｐの通過を検知したことを条件として、紙厚センサ１２０によって用紙Ｐの厚みを測定する紙厚測定動作を行い（Ｓ１３）、用紙Ｐが通過するまでの間で最も小さな値を用紙Ｐの厚みとして記憶する（Ｓ１４）。
用紙Ｐの一端が当接部１３０に到達したあと（Ｓ１５）、使用者は、用紙Ｐを引き抜く方向に、すなわち−Ｘ方向へと用紙Ｐを移動させるが、用紙Ｐの一端が終端センサ１０７の下部を通過するまでは、終端センサ１０７は用紙Ｐの通過を検知し続けている。

制御部１０５は、終端センサ１０７が用紙Ｐの通過を検知したことを条件とし、かつ用紙Ｐの一端が終端センサ１０７よりもＸ方向下流側にあることを条件として、光源１１から用紙Ｐへと光を照射して、検出部１３３を用いて用紙Ｐからの反射光を測定する反射光測定動作を行う（Ｓ１６）。

光センサ装置１００は、このように用紙Ｐが確実に第１開口部１１０と支持部材１０３との間に挿入されており、かつ用紙Ｐの一端が第１凹部１２１に収められた状態で、用紙Ｐの厚みを測定することができるから、精度よく用紙Ｐの厚みを測定できる。
また、このように用紙Ｐの挿抜を行う最中に、用紙Ｐからの反射光測定動作を行うことによって、用紙Ｐ上の複数の位置における反射光の計測を行うことができる。
このような場合には、測定信号値Ｓ’_１、Ｓ’_２、Ｓ’_３は、それぞれその平均値を用紙識別に利用することが望ましい。
このように、測定信号値Ｓ’_１、Ｓ’_２、Ｓ’_３の平均値を用いると、用紙Ｐの表面内における表面状態や繊維密度等の分布が平均化されて、ばらつきの影響を抑えることができるので、紙種判別を行う際の識別精度が向上する。

また、終端センサ１０７が用紙Ｐの一端がさらに−Ｘ方向へと移動すると、終端センサ１０７は用紙Ｐが抜き出されたことを検知する（Ｓ１７）。
制御部１０５は、用紙Ｐが抜き出されたことを検知したときに、光源１１による光の照射を停止させて、反射光の計測を停止する（Ｓ１８）。
かかる構成により、用紙Ｐが確実に第１開口部１１０と支持部材１０３との間にあるときにだけ用紙Ｐの反射光及び紙厚の測定を行うので、用紙Ｐの非挿入時の消費電力を低減することができる。

なお、終端センサ１０７は、Ｘ方向において第１開口部１１０よりも下流側であって、第１凹部１２１よりも上流側に配置されるとしても良い。その場合には、終端センサ１０７が用紙Ｐの通過を検知してから、用紙Ｐの挿入速度に応じて予め決められた時間の後、検出部１３３が反射光を測定する測定操作を開始すると良い。
また、終端センサ１０７は、接触式の検知センサであって、用紙Ｐの一端が終端センサ１０７に接触したときに用紙Ｐが通過したことを検知するものであっても良い。

本発明の第５の実施形態について図１２を用いて説明する。
第５の実施形態では、第１開口部１１０と用紙Ｐを挟んで対向する位置に、照明中心Ｏを貫いてＺ軸と平行な直線上に当該開口の中心がくるように、光透過部たる第３開口部１０６が形成されている。
また、第３開口部１０６の開口中心のＺ軸下方には、第３開口部１０６を通過した光の光量を検知するための透過光検出器１８が配置されている。
透過光検出器１８は、用紙Ｐの内部で散乱された、内部拡散反射光Ｒ３を検知する。
かかる構成により、透過光検出器１８は、用紙Ｐの厚さや繊維密度などの特性を反映した測定信号値Ｓ’_４を測定する。
かかる測定信号値Ｓ’_４を、測定信号値Ｓ’_１、Ｓ’_２、Ｓ’_３と合わせて用紙Ｐの種類の判別に用いることで、より識別精度を向上させる。
なお、このように用紙Ｐを透過してくる光の強度分布は、図１３に示されるように、照明中心ＯのＺ軸負方向で最も大きいことが実験によって明らかとなっている。
したがって、高いＳ／Ｎ比を得るために、透過光検出器１８は、照明中心ＯのＺ軸負方向に設置することが望ましい。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、上記実施形態において、画像形成装置２００は、光プロッタやデジタル複写装置であっても良い。また、画像形成装置２００が４つの感光体を有する場合を説明したが、モノクロの画像形成装置であっても良いし、インクジェット式の画像形成装置であっても良い。
また、検出部１３３は、複数の光検出器を有することが望ましいが、１つの光検出器を有するとしても良い。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１１ 光源
１３ 第２光検出器
１４ 偏光フィルタ
１５ 第１光検出器
１７ 第３光検出器
１８ 透過光検出器
１００ 光センサ装置
１０３ 加圧部（支持部材）
１０３ａ 他方の面側（押圧面）
１０６ 光透過部（第２開口部）
１０７ 終端センサ
１２０ 紙厚センサ
１２１ 第１凹部
１２２ 第２凹部
１３０ 当接部
１３１ 壁面
２９０ 調整部（プリンタ制御装置）
２９１ 現像・転写テーブル
Ｏ 照明中心
Ｐ 測定対象物（記録媒体）（用紙）
Ｒ１ 表面正反射光
Ｒ２ 表面拡散反射光
Ｒ３ 内部拡散反射光
Ｓ’_１、Ｓ’_２、Ｓ’_３ 測定信号値（反射率）
Ｓ偏光 第１の偏光方向
Ｐ偏光 第２の偏光方向
Ｘ 挿入方向

特許第３７３０２１０号公報 特許第４３８０５２０号公報 特開２０１２−１２７９３７号公報 特開２０１４−１６３８５８号公報 特開平１１−２５０３０８号公報

Claims (13)

1. 測定対象物の一端を当接させて当該測定対象物の位置決めを行う当接部と、
   前記一端が前記当接部に当接した状態で当該測定対象物の一方の面に当接する壁面と、
   前記状態の前記測定対象物に光を照射するために前記壁面に形成された第１開口部と、
   前記壁面側で、前記第１開口部と前記当接部との間に形成された第１凹部と、
   を有する光センサ装置。
2. 請求項１に記載の光センサ装置において、
   前記測定対象物の他方の面側に設けられた第２凹部を有することを特徴とする光センサ装置。
3. 請求項１又は２に記載の光センサ装置であって、
   前記測定対象物に対して前記第１開口部と反対側の面には、前記第１開口部の一部または全体を覆うように光透過部が設けられており、前記光透過部を通過した光の光量を検知するための透過光検出器を有することを特徴とする光センサ装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の光センサ装置であって、
   前記測定対象物に照射された光の反射光を測定する検出部と、
   前記光を照射するための光源と、を有し、
   前記光は第１の偏光方向を持つ直線偏光の光であり、
   前記検出部は、前記測定対象物で反射された当該光の光路上に設置された第１光検出器と、前記測定対象物における前記光束の入射面内で、前記測定対象物で拡散反射された当該光束の光路上に設置されて前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の光束を検出するための第２光検出器と、を有することを特徴とする光センサ装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載の光センサ装置であって、
   前記光の光源に使用される発光素子は、垂直共振器型の面発光レーザーであることを特徴とする光センサ装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の光センサ装置であって、
   前記測定対象物を前記壁面に向かって押し当てる加圧部を有することを特徴とする光センサ装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１つに記載の光センサ装置であって、
   前記測定対象物を前記壁面に沿った挿入方向に挿入するための開口を有することを特徴とする光センサ装置。
8. 請求項７に記載の光センサ装置であって、
   前記測定対象物の前記一端が前記挿入方向に移動しながら通過したことを検知する終端センサを有し、
   前記終端センサは、前記挿入方向において前記第１開口部よりも下流側であって、前記第１凹部よりも上流側もしくは第１凹部と重複して配置されることを特徴とする光センサ装置。
9. 請求項１乃至８の何れか１つに記載の光センサ装置を有し、当該光センサ装置が測定した前記測定対象物における反射光を用いて前記測定対象物としての用紙の種類を判別することを特徴とする紙種判別装置。
10. 請求項６に記載の光センサ装置を有する請求項９に記載の紙種判別装置であって、
    前記加圧部が前記測定対象物を前記壁面に向かって押し当てたときに、前記加圧部の変位から前記測定対象物の厚みを測定する紙厚センサと、を有し、
    前記反射光と、前記紙厚センサが測定した前記厚みと、を用いて前記測定対象物の種類を判別することを特徴とする紙種判別装置。
11. 請求項１０に記載の紙種判別装置であって、
    前記加圧部には第２開口部が設けられており、前記紙厚センサの計測部位において、当該紙厚センサが前記測定対象物の前記第２開口部において露出した部分と当接することを特徴とする紙種判別装置。
12. 請求項１乃至８の何れか１つに記載の光センサ装置あるいは請求項９乃至１１の何れか１つに記載の紙種判別装置を備える画像形成装置。
13. 請求項１２に記載の画像形成装置であって、
    前記紙種判別装置を用いて特定された前記測定対象物の種類に応じて当該画像形成装置の画像形成条件を調整する調整部を有することを特徴とする画像形成装置。

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