JPWO2018029884A1 - 画像形成装置および判別方法 - Google Patents

Abstract

センサの構成を簡単化して、用紙の含水率および種別の両方を判別することができる画像形成装置を実現する。画像形成装置（１）は、ピーク波長が異なる複数種類の照射光（Ｌ１・Ｌ２）を用紙（１００）に照射する発光部（１１、１２）と、照射光が用紙で反射された反射光を受光する受光部（１３）と、反射光の受光強度に基づいて用紙の含水率および種別を判別する用紙判別部（４３）と、を備える。

Description

以下の開示は、用紙に画像を形成する画像形成装置、および用紙の判別方法に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの複合機等の画像形成装置では、上質紙、再生紙、またはコート紙など、様々な種別の用紙が用いられる。また、使用環境によっては、湿った用紙が用いられることもある。

画像形成装置により形成される画像の画質を向上させるためには、用紙の含水率または種別などに応じて、転写電流、定着時圧力、定着温度および定着時間などの画像形成条件を設定する必要がある。そのために、用紙の含水率または種別を検知するためのセンサを備えた画像形成装置が開発されている。

特許文献１には、水の吸収波長帯域の波長の光を用紙（記録紙）に照射し、反射光の受光量により含水量を算出するセンサを備える画像形成装置が記載されている。また、特許文献２には、用紙（記録紙）に光を照射し、用紙からの光を３つの光検出器により検出して記録紙の種類を判別するセンサ装置などが記載されている。

日本国公開特許公報「特開２００６−５２０６９号公報（２００６年２月２３日公開）」 日本国公開特許公報「特開２０１５−１０８６１１号公報（２０１５年６月１１日公開）」

しかしながら、用紙の含水率および種別の両方を判別するセンサは従来なかったため、用紙の含水率および種別を同時に判別するためには、２種類のセンサを別個に取り付ける必要があった。しかし、上述した２種類のセンサを別個に取り付けることには、以下の問題がある。

２種類のセンサが取得する情報には、用紙における反射光の特性など、重複する情報が存在する。しかし、２種類のセンサはそれぞれ単体で精度を向上させるように開発されているため、一方のセンサで取得した情報を用いて他方のセンサでの判別を行うことはできない。したがって、２種類のセンサは、重複する情報をそれぞれ別個に取得する必要がある。したがって、センサのコスト、部品点数、消費電力、およびセンサの取り付けスペースなどに無駄が発生する。

また、同じ情報を２回取得することは、センサによる測定に要する時間を増大させる。例えばセンサを画像形成装置の用紙搬送路に設ける場合には、当該用紙搬送路を用紙が通過する短い時間の間に測定を行う必要がある。このため、測定時間の増大は、大きな問題となる。

以下の開示は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサの構成を簡単化して、用紙の含水率および種別の両方を判別することができる画像形成装置を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る画像形成装置は、互いにピーク波長が異なる複数種類の照射光を用紙に対して照射する照射部と、前記複数種類の照射光が前記用紙で反射された複数種類の反射光を受光する受光部と、前記受光部が受光した前記反射光の受光強度から、前記用紙の含水率および種別を判別する判別部と、を備える。

本発明の一態様に係る画像形成装置によれば、センサの構成を簡単化して、用紙の含水率および種別の両方を判別することができる。

（ａ）は、実施形態１の画像形成装置の要部の概略を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したセンサ部の底面図である。 実施形態１の画像形成装置の要部の構成を示すブロック図である。 用紙種別ごとの式（３）で示される直線を示すグラフである。 用紙種別の判別に用いる閾値について説明するための図である。 実施形態１の画像形成装置における処理を示すフローチャートである。 図５に示したフローチャートにおける、あるステップで実行される処理を示すフローチャートである。 実施形態１の変形例の発光駆動部を備える画像形成装置の要部の構成を示すブロック図である。 実施形態１の変形例の発光駆動部およびセンサ部の要部を示す回路図である。 （ａ）は、実施形態２の画像形成装置の要部の構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したセンサ部の底面図である。 実施形態２の画像形成装置における処理を示すフローチャートである。 （ａ）は、実施形態３の画像形成装置の要部の構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したセンサ部の底面図である。 （ａ）は、実施形態４の画像形成装置の要部の構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したセンサ部の底面図である。 （ａ）は、実施形態５の画像形成装置の要部の構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したセンサ部の底面図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図８を用いて説明する。本実施形態では、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびその複合機に有用であり、用紙種別および含水率を短時間で検知して印刷条件を設定する画像形成装置について説明する。

図１の（ａ）は、本実施形態の画像形成装置１の要部の概略を示す図である。また、図１の（ｂ）は、（ａ）に示したセンサ部１０の底面図である。図１に示すように、画像形成装置１は、センサ部１０を備える。また、図１の（ａ）に示すように、画像形成装置１の、センサ部１０と対向する場所に、用紙１００および標準反射板２００が配されている。

センサ部１０は、発光部１１・１２（照射部）、受光部１３、および基板１４を備える。発光部１１・１２は、互いにピーク波長が異なる複数種類の照射光Ｌ１・Ｌ２を用紙１００などに照射する。また、照射光Ｌ１・Ｌ２のピーク波長は１０ｎｍ以上異なっている。これにより、画像形成装置１は、用紙１００の種別および含水率を適切に判別することができる。なお、１０ｎｍという値は、ＬＥＤのピーク波長の誤差も考慮した上で用紙１００の種別および含水量を判別できる最小の値である。

本実施形態では、発光部１１・１２は、ともにＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。なお、発光部１１・１２は、ＬＥＤとは別の光源、例えばレーザ光源などであってもよい。また、発光部１１・１２が照射する光の半値角は狭いことが好ましい。

受光部１３は、発光部１１・１２から照射された照射光Ｌ１・Ｌ２が用紙１００などで反射された反射光Ｒ１・Ｒ２を受光する。受光部１３は、単一の受光センサであり、本実施形態ではフォトダイオードである。本実施形態では受光部１３は、用紙１００などで反射された光の拡散光成分を受光する。但し、本発明の一態様に係る画像形成装置では、複数の受光部が設けられてもよい。

基板１４は、発光部１１・１２、および受光部１３が取り付けられる基板である。発光部１１・１２から出射された光が直接受光部１３へ入射することを抑制するため、基板１４に対する受光部１３の高さは、基板１４に対する発光部１１・１２の高さより低いことが好ましい。

センサ部１０は、例えば画像形成装置１が用紙１００に画像を形成するときに用紙１００が搬送される用紙搬送路に取り付けられてよい。またセンサ部１０は、例えば画像形成装置１が画像形成前の用紙１００を収容する用紙カセットに取り付けられていてもよい。ただし、用紙１００の含水率および種別を判別する時間を短縮する観点からは、センサ部１０を用紙搬送路に取り付ける方が好ましい。

用紙１００は、画像形成装置１により画像が形成される用紙である。用紙１００は、例えば上質紙、再生紙、またはコート紙などであってよい。

標準反射板２００に反射した光は、後述する制御部４０において用紙の種別を判別するために用いる、基準となる受光強度を示す光として使用される。具体的には、標準反射板２００が、照射光Ｌ１・Ｌ２を反射した反射光Ｒ１・Ｒ２が、上記基準となる受光強度を示す光として使用される。標準反射板２００の材料については特に制限されず、任意の材料を用いることができる。測定とは、対象（例えば用紙１００または標準反射板２００）による反射光Ｒ１・Ｒ２の、受光部１３による受光強度を取得することを指す。

本実施形態では、標準反射板２００は、画像形成装置１が画像を形成するときに用紙１００が搬送される用紙搬送路に設けられている。標準反射板２００における反射光Ｒ１・Ｒ２の測定は、用紙搬送路を用紙１００が通過していない時に行われる。または、センサ部１０による測定位置に標準反射板２００を移動させることを契機として、センサ部１０が標準反射板２００の測定を行うか否かを切り換える機構を画像形成装置１が備えていてもよい。

図２は、画像形成装置１の要部の構成を示すブロック図である。図２に示すように、画像形成装置１は、センサ部１０、発光駆動部２０、増幅変換部３０、制御部４０、および記憶部５０を備える。センサ部１０については図１を用いて説明したため、ここでは説明を繰り返さない。

発光駆動部２０は、発光部１１・１２を駆動させる駆動回路である。発光駆動部２０は、発光部１１・１２にそれぞれ電力を供給する定電流源２１・２２、および後述する制御部４０により抵抗値を制御可能な可変抵抗２３を備える。定電流源２１・２２は、可変抵抗２３の抵抗値に応じた電流値を出力可能である。可変抵抗２３は、例えば発光部１１・１２のそれぞれに対応する２つの可変抵抗２３Ａ・２３Ｂを含んでいる。２つの可変抵抗２３Ａ・２３Ｂは、発光部１１を駆動させる場合と発光部１２を駆動させる場合とで独立して制御部４０により制御される。

増幅変換部３０は、受光部１３が受光した光の強度（受光強度）に応じた受光部１３からの出力電流を増幅し、デジタル値に変換する。増幅変換部３０は、出力電流を増幅するオペアンプを用いた電流電圧変換回路３１、および電流電圧変換回路３１から出力されたアナログ電圧をデジタル値に変換するＡＤ（Analog - Digital）コンバータ３２を備える。

制御部４０は、発光駆動部２０を制御するとともに、増幅変換部３０からの信号に基づいて用紙の含水率および種別を判別する。制御部４０は、発光制御部４１、吸光度算出部４２（算出部）、および用紙判別部４３（判別部）を備える。制御部４０は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）であってもよい。

発光制御部４１は、上述したとおり、可変抵抗２３の抵抗値を制御する。また、発光制御部４１は、可変抵抗２３の抵抗値とは別に発光部１１・１２の発光および消光を制御してもよい。

吸光度算出部４２は、増幅変換部３０からの信号が示す反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度に基づいて、用紙１００の吸光度を算出する。発光部１１からの光の吸光度Ａ１、および発光部１２からの光の吸光度Ａ２は、それぞれ以下の式（１−１）、（１−２）により算出される。

Ａ１＝ｌｏｇ（Ｖ０１／Ｖ１） （１−１）
Ａ２＝ｌｏｇ（Ｖ０２／Ｖ２） （１−２）
式（１−１）、（１−２）において、Ｖ０１およびＶ０２はそれぞれ、標準反射板２００による反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度である。また、Ｖ１およびＶ２は、用紙１００による反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度である。また、ｌｏｇは常用対数（１０を底とする対数）である。

ここで、受光強度とは、照射光Ｌ１またはＬ２が照射されている場合に受光部１３が発する信号強度と、照射光が照射されていない場合に受光部１３が発する信号強度との差である。例えば照射光Ｌ１が照射されている場合の信号強度をＶｓ１、照射されていない場合の信号強度をＶｎ１とした場合を考える。この場合、測定対象が標準反射板２００である場合には、Ｖｓ１−Ｖｎ１＝Ｖ０１である。また、測定対象が用紙１００である場合には、Ｖｓ１−Ｖｎ１＝Ｖ１である。同様に、照射光Ｌ２が照射されている場合の信号強度をＶｓ２、照射されていない場合の信号強度をＶｎ２とした場合、測定対象が標準反射板２００である場合にはＶｓ２−Ｖｎ２＝Ｖ０２、用紙１００である場合にはＶｓ２−Ｖｎ２＝Ｖ２である。

用紙判別部４３は、吸光度算出部４２が算出した吸光度Ａ１およびＡ２から、用紙１００の含水率および種別を判別する。本実施形態では、用紙判別部４３は、予め用意された用紙種別ごとの吸光度の含水率による変化を示す直線と、吸光度Ａ１およびＡ２と、を比較することで、用紙１００の含水率および種別を判別する。用紙１００の含水率および種別の具体的な判別方法について、以下に説明する。

まず、画像形成装置１で使用される可能性のある種別の用紙について、予め複数の含水率Ｍにおける反射光Ｒ１・Ｒ２の吸光度Ａ１およびＡ２のデータが準備されている。上記データは例えば画像形成装置１の製造者によって、後述する記憶部５０にデータベースとして格納されていてよい。ランバート・ベール（Lambert-Beer）の法則により、吸光度Ａ１およびＡ２は含水率Ｍに対して線形であり、Ｍを媒介変数としてＡ１−Ａ２平面における直線を表わす以下の式（２−１）、（２−２）を得ることができる。

Ａ１＝ａ１１×Ｍ＋ａ１０ （２−１）
Ａ２＝ａ２１×Ｍ＋ａ２０ （２−２）
式（２−１）、（２−２）は、所定の用紙種別（用紙Ｘ）における、吸光度Ａ１およびＡ２のそれぞれの含水率Ｍによる変化を示す所定の数式（所定の関数）である。

また、式（２−１）、（２−２）において、ａ１１、ａ１０、ａ２１、およびａ２０はそれぞれ用紙種別により異なる定数であり、データベースに格納されている。

つまり、以下に述べる図３に示すように、吸光度Ａ１およびＡ２のそれぞれの含水率Ｍによる変化を示す所定の数式は、用紙Ｘ，Ｙ，Ｚのそれぞれについて、予め準備されている。以下に述べるように、これらの所定の数式を用いて、用紙１００の種別および含水率を判定することができる。

式（２−１）、（２−２）からＭを消去すると、用紙の種別Ｘに対する直線の方程式として、以下の式（３）が得られる。

Ａ２＝ａｘ×Ａ１＋ｂｘ （３）
式（３）において、ａｘおよびｂｘはそれぞれ定数である。

図３は、用紙種別ごとの式（３）で示される直線を示すグラフである。図３において、横軸は照射光Ｌ１についての吸光度Ａ１、縦軸は照射光Ｌ２についての吸光度Ａ２である。図３には、用紙種別Ｘ、Ｙ、およびＺの３種類の用紙種別についての直線のうち、含水率Ｍのデータが存在する範囲についての線分が示されている。用紙種別Ｘについての線分に示すように、それぞれの用紙種別に対応する線分上の点は、当該用紙種別の特定の含水率に対応する。

用紙判別部４３は、吸光度算出部４２により算出された吸光度Ａ１およびＡ２の組を示す点（以下、測定点と記す）と、用紙種別Ｘ、Ｙ、およびＺに対応する線分との間のそれぞれの距離ｌｘ、ｌｙおよびｌｚを算出する。具体的には、用紙判別部４３は、測定点からそれぞれの線分または当該線分を含む直線に引いた垂線の長さを算出する。そして、用紙判別部４３は、距離が最小となる線分に対応する用紙種別を用紙１００の種別であると判別する。

ただし、上記の距離について、用紙種別の判別に用いる閾値ｌｔｈが定められている。そして、距離ｌｘ〜ｌｚが全てｌｔｈより大きい場合（すなわちｌｘ＞ｌｔｈ、ｌｙ＞ｌｔｈ、かつｌｚ＞ｌｔｈ）には、用紙判別部４３は用紙１００について、データベースに登録されていない種別であると判別し、エラーを返す。

図４は、閾値ｌｔｈについて説明するための図である。図４は、図３に示したグラフに、それぞれの用紙種別に対応する閾値ｌｔｈの範囲を追加したものである。

まず、用紙１００の測定点が点Ｐ１であった場合について説明する。図４に示すように、点Ｐ１は用紙種別Ｘに対応する線分からの距離が閾値ｌｔｈ以下である範囲内に存在している。したがってこの場合には、用紙判別部４３は用紙１００について用紙種別Ｘであると判別する。

次に、用紙１００の測定点が点Ｐ２であった場合について説明する。図４に示すように、点Ｐ２は、用紙種別Ｘ〜Ｚのいずれに対応する線分からも、距離が閾値ｌｔｈより大きい。したがってこの場合には、用紙判別部４３は用紙１００についてデータベースに登録されている用紙種別Ｘ〜Ｚのいずれでもないと判別してエラーを返す。

用紙１００の含水率については、以下のとおり判別する。まず用紙１００の測定点から判別された用紙種別に対応する線分、または当該線分を含む直線に垂線を引き、交点の座標を算出する。次に交点の座標を、判別された用紙種別に対応する上記式（２−１）、（２−２）のいずれかに代入することで、含水率Ｍの値を判別することができる。

制御部４０は、例えばセンサ部１０と一体であってよい。また、制御部４０は、画像形成装置１の全体を制御する基板などに組み込まれていてもよい。

記憶部５０は、制御部４０における処理に必要なデータを格納する。記憶部５０は例えば、上述した用紙種別についてのデータベース、およびそれぞれの式等を格納している。

（画像形成装置１における処理）
図５は、本実施形態の画像形成装置１における処理を示すフローチャートである。まず、制御部４０は、ユーザによる印刷指示を待機する（Ｓ１）。印刷指示があった場合（Ｓ１でＹｅｓ）、制御部４０は、標準反射板２００について照射光Ｌ１・Ｌ２を照射して反射光Ｒ１・Ｒ２の測定を行い（Ｓ２）、その後に用紙１００について照射光Ｌ１・Ｌ２を照射して反射光Ｒ１・Ｒ２の測定を行う（Ｓ３、照射工程、受光工程）。Ｓ２およびＳ３については、図６を参照して後述する。

Ｓ３の後、吸光度算出部４２は、標準反射板２００で反射された反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度、および用紙１００で反射された反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度から、式（１−１）、（１−２）を用いて用紙１００の吸光度を算出する（Ｓ４）。そして、用紙判別部４３は、用紙１００の吸光度Ａ１およびＡ２、ならびに式（２−１）、（２−２）、（３）から、用紙１００の種別および含水率を算出する（Ｓ５、判別工程）。

その後、制御部４０は、用紙１００の種別および含水率（判別結果）に基づいて画像形成条件（印刷条件）を設定し（Ｓ６）、用紙１００に画像を形成（印刷）する（Ｓ７）。

制御部４０により設定される画像形成条件（印刷条件）の例としては、用紙１００にトナーを転写する際の転写電流、用紙１００にトナーを定着させる際の用紙１００の搬送速度（定着時間）、用紙１００を挟む加熱ローラの温度（定着温度）および加圧ローラの圧力（定着時圧力）が挙げられる。制御部４０は、例えば用紙１００が表面に凹凸の多い種別である場合には、表面が平滑である場合に比べて転写電流を大きくし、さらに定着時圧力を大きくする。また制御部４０は、用紙１００が厚紙である場合には、用紙１００が薄紙である場合に比べて定着温度または定着時間を増加させる。また例えば制御部４０は、用紙１００の含水率が高い場合には、用紙１００の含水率が低い場合と比較して、転写電流を減少させる。

なお、図５に示したフローチャートでは、画像形成装置１は、ユーザによる印刷指示（Ｓ１でＹｅｓ）の後に標準反射板２００および用紙１００について反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度の測定を行う。しかし、画像形成装置１は、ユーザによる印刷指示を待つ間に標準反射板２００について反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度を測定し、ユーザによる印刷指示を受けた後に用紙１００について反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度を測定してもよい。また、センサ部１０が用紙１００のカセット部分に設けられる場合には、画像形成装置１は、ユーザによる印刷指示を待つ間に標準反射板２００および用紙１００の双方について反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度を測定してもよい。

図６は、図５に示したフローチャートにおける、Ｓ２およびＳ３で実行される処理を示すフローチャートである。まず測定の開始前に、発光制御部４１は、可変抵抗２３の抵抗値などの初期設定を行う（ＳＡ１）。次に発光制御部４１は、発光部１１・１２を消灯する（ＳＡ２）。

次に、発光制御部４１は、発光部１１だけを点灯させ（ＳＢ１）、発光部１１の発光状態が安定し、電流電圧変換回路３１の出力が一定になるまで２０ｍｓ待機する（ＳＢ２）。その後、吸光度算出部４２は、受光部１３が発する信号強度Ｖｓ１を測定する（ＳＢ３）。Ｖｓ１は、受光部１３から出力され、増幅変換部３０において増幅され、デジタル値に変換された信号である。

その後、発光制御部４１は、発光部１１を消灯させ（ＳＢ４）、発光部１１の発光状態が安定し、電流電圧変換回路３１の出力が一定になるまで２０ｍｓ待機する（ＳＢ５）。そして、吸光度算出部４２は、受光部１３が発するバックグラウンドの信号強度Ｖｎ１を測定する（ＳＢ６）。

ＳＢ１〜ＳＢ６は、発光部１１が照射する照射光Ｌ１が反射された反射光Ｒ１についての測定である。同様にして、発光部１２が照射する照射光Ｌ２が反射された反射光Ｒ２についても測定を行い（ＳＣ１〜ＳＣ６）、発光部１２が光を照射している場合の信号強度Ｖｓ２およびバックグラウンドの信号強度Ｖｎ２を測定する。その後、吸光度算出部４２は、Ｖｓ１−Ｖｎ１およびＶｓ２−Ｖｎ２の値を記憶部５０に保存する（ＳＡ３）。

なお、ＳＢ２およびＳＢ５などにおける、発光部１１・１２が安定し、電流電圧変換回路３１の出力が一定になるまでの待機時間は、発光部１１・１２、または電流電圧変換回路３１の仕様などに応じて適宜変更されてよい。

なお、画像形成装置１は、発光部を３つ以上備えていてもよい（例えば後述の図９参照）。発光部全体で互いに異なるピーク波長を有する２種類以上の光を照射可能であれば、ピーク波長が同じ光を照射する発光部が２つ以上あってもよい。また、３つ以上の発光部が全て、互いに異なるピーク波長を有する光を照射してもよい。さらに、発光部の配置に制限はなく、一部の発光部と他の発光部とが受光部１３を挟んで対向してもよく、全ての発光部が受光部１３に対して同じ側に存在してもよい。

画像形成装置１が３つ以上の発光部を備える場合には、全ての発光部が発光駆動部２０に接続され、同じピーク波長の光を照射する発光部は同時に発光するように駆動される。制御部４０は、Ｓ２およびＳ３において、発光部が発する光の種類ごとにＳＢ１〜ＳＢ６（またはＳＣ１〜ＳＣ６）と同様の処理を行う。

さらに、Ｓ４において、吸光度算出部４２は、光の種類ごとに吸光度を算出する。互いにピーク波長が異なるｎ種類の光を用いる場合、吸光度算出部４２は、ｎ個の吸光度Ａ１、Ａ２、・・・、Ａｎを算出する。

そしてＳ５において、用紙判別部４３は、ｎ次元空間における用紙種別ごとの直線および用紙１００についての吸光度Ａ１〜Ａｎに対応する点を用いて、２種類の光を用いる場合と同様にして用紙の種別および含水率を判別すればよい。

なお、用紙１００の種別を判別するために、上述した所定の数式を用いる方法の他、数式以外の所定のデータまたはテーブル（所定の関数）を用いてもよい。

（画像形成装置１の効果）
画像形成装置１によれば、受光部１３が受光した反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度から、用紙１００の種別および含水率の両方を判別することができる。したがって、センサの構成を簡単化して、用紙の種別および含水率の両方を判別することができる。例えば、受光部１３を単一とした場合（センサの構成を特に簡単化した場合）にも、用紙の種別および含水率の両方を判別することができる。

またこのとき、用紙１００による反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度と、基準となる受光強度との比率を用いることで、発光部１１・１２の光量および受光信号の増幅率などの誤差の影響を除去し、高精度な測定を行うことができる。さらに、用紙判別部４３による判別は、例えば含水率の検量線を作成するなどの、一般的な回帰手法または判別手法を用いる場合と比較して、より簡便に用紙種別および含水率を判別できる。

（変形例）
ここで、発光駆動部２０の変形例について、図７および図８を参照して説明する。図７は、変形例の発光駆動部２０Ａを備える画像形成装置１Ｘの要部の構成を示すブロック図である。図８は、発光駆動部２０Ａおよびセンサ部１０の要部を示す回路図である。

図７に示すように、発光駆動部２０Ａは、定電流源２４およびスイッチ２５を備える。定電流源２４は、発光部１１および１２に電力を供給する単一の電流源である。スイッチ２５は、定電流源２４と発光部１１・１２との間の接続状態を切り換える３極スイッチである。スイッチ２５は、例えば制御部４０により制御されるリレーであってよい。

具体的にはスイッチ２５は、図８に示すように、以下の（１）〜（３）の状態を切り換える。
（１）消灯（定電流源２４が発光部１１・１２のいずれにも接続されない）
（２）発光部１１点灯（定電流源２４が発光部１１に接続される）
（３）発光部１２点灯（定電流源２４が発光部１２に接続される）
このような発光駆動部２０Ａを備える画像形成装置１Ｘであっても、単一の受光部１３により測定した受光強度から用紙の種別および含水率の両方を判別することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図９および図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図９の（ａ）は、本実施形態の画像形成装置１Ａの要部の構成を示す図である。図９の（ｂ）は、（ａ）に示したセンサ部１０Ａの底面図である。図９の（ａ）および（ｂ）に示すように、センサ部１０Ａは、センサ部１０の構成に加えて発光部１５をさらに備える。発光部１５は、発光部１１・１２のいずれとも異なるピーク波長を有する照射光Ｌ５を発する。

本実施形態の吸光度算出部４２は、用紙１００からの反射光Ｒ１・Ｒ２の間での受光強度の比率から、用紙１００の吸光度を算出する。具体的には、吸光度算出部４２は、１種類の照射光Ｌ５が用紙１００で反射された反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度と、他の照射光Ｌ１・Ｌ２が用紙１００で反射された反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度との比率から、用紙１００の吸光度を算出する。互いに異なるピーク波長を有する３種類の光を用いる場合における、用紙１００の種別および含水率の具体的な判別方法について、以下に説明する。

まず、３種類の光を用いる場合、上述した式（２−１）、（２−２）に加えて、発光部１５からの光における吸光度Ａ３について以下の式（４）を得ることができる。

Ａ３＝ａ３１×Ｍ＋ａ３０ （４）
式（４）において、ａ３１およびａ３０はそれぞれ用紙種類によって異なる定数である。

式（２−１）、（２−２）のそれぞれから式（４）を引くことで、以下の式（５−１）、（５−２）を得ることができる。

Ａ１−Ａ３＝（ａ１１−ａ３１）×Ｍ＋（ａ１０−ａ３０） （５−１）
Ａ２−Ａ３＝（ａ２１−ａ３１）×Ｍ＋（ａ２０−ａ３０） （５−２）
ここで、式（５−１）、（５−２）に対して、以下の式（６−１）〜（６−６）までの置換を行う。

ＡＤ１＝Ａ１−Ａ３ （６−１）
ＡＤ２＝Ａ２−Ａ３ （６−２）
ａＤ１１＝ａ１１−ａ３１ （６−３）
ａＤ１０＝ａ１０−ａ３０ （６−４）
ａＤ２１＝ａ２１−ａ３１ （６−５）
ａＤ２０＝ａ２０−ａ３０ （６−６）
式（６−１）〜（６−６）までの置換により、式（５−１）、（５−２）からそれぞれ以下の式（７−１）、（７−２）を得ることができる。

ＡＤ１＝ａＤ１１×Ｍ＋ａＤ１０ （７−１）
ＡＤ２＝ａＤ２１×Ｍ＋ａＤ２０ （７−２）
画像形成装置１Ａにおいて使用される可能性がある全ての用紙種別について、上記の式（７−１）、（７−２）をデータベースに記憶させておけば、実施形態１で説明した方法と同様の方法を用いて、ＡＤ１−ＡＤ２平面において用紙の種別および含水率を判別できる。

ここで、発光部１５からの光の吸光度Ａ３は、以下の式（８）により算出される。

Ａ３＝ｌｏｇ（Ｖ０３／Ｖ３） （８）
式（８）において、Ｖ０３は、標準反射板２００による反射光Ｒ５の受光強度である。また、Ｖ３は、用紙１００による反射光Ｒ５の受光強度である。

ＡＤ１およびＡＤ２は、以下の式（９−１）、（９−２）により求めることができる。

ＡＤ１＝Ａ１−Ａ３＝ｌｏｇ（Ｖ３／Ｖ１）＋ｌｏｇ（Ｖ０１／Ｖ０３） （９−１）
ＡＤ２＝Ａ２−Ａ３＝ｌｏｇ（Ｖ３／Ｖ２）＋ｌｏｇ（Ｖ０２／Ｖ０３） （９−２）
式（９−１）、（９−２）の第２項は、用紙１００による反射光の受光強度によらず、標準反射板２００による反射光の受光強度のみによる定数である。このため、式（９−１）、（９−２）の第２項の値について、画像形成装置１の製造時に予め測定し、データベースに記憶させておくことができる。この場合、ＡＤ１およびＡＤ２を求めるためには、発光部１１・１２・１５が発する照射光Ｌ１・Ｌ２・Ｌ５の、用紙１００による反射光Ｒ１・Ｒ２・Ｒ５の受光強度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を測定すればよい。すなわち標準反射板２００による反射光Ｒ１・Ｒ２・Ｒ５の受光強度Ｖ０１、Ｖ０２、Ｖ０３を、ユーザの印刷指示の都度測定する必要がない。

図１０は、本実施形態の画像形成装置１Ａにおける処理の流れを示すフローチャートである。画像形成装置１Ａにおいては、画像形成装置１におけるＳ２〜Ｓ４の処理に代えて、Ｓ１３およびＳ１４の処理が行われる。また、画像形成装置１ＡにおけるＳ１５〜Ｓ１７の処理は、画像形成装置１におけるＳ５〜Ｓ７の処理と同様である。

Ｓ１でＹｅｓの後、制御部４０は、用紙１００についての測定を行う（Ｓ１３）。Ｓ１３においては、上述したとおり、発光部１１・１２・１５が発する照射光Ｌ１・Ｌ２・Ｌ５を用いて測定を行う。その後、吸光度算出部４２は、用紙１００で反射された反射光の受光強度から、用紙１００の吸光度を算出する（Ｓ１４）。

図１０に示したように、画像形成装置１Ａにおいては、用紙１００（図９参照）についての測定を行うだけでよく、標準反射板２００についての測定を行う必要がない。したがって、用紙１００についての受光強度を測定するだけで、用紙１００の含水率および種別を判別することができる。画像形成装置１Ａにおいても、単一の受光部１３および電流電圧変換回路３１を用いることで、受光部１３の感度および電流電圧変換回路３１の増幅率などの誤差を除去することができ、高精度な測定を行うことができる。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

図１１の（ａ）は、本実施形態の画像形成装置１Ｂの要部の構成を示す図である。図１１の（ｂ）は、（ａ）に示したセンサ部１０Ｂの底面図である。図１１の（ａ）および（ｂ）に示すように、センサ部１０Ｂは、発光部１１・１２が発する照射光Ｌ１・Ｌ２の光軸が、用紙１００に対して垂直でない角度を成す点でセンサ部１０と相違する。また、図１１の（ａ）に示すように、センサ部１０Ｂにおいては、受光部１３は、照射光Ｌ１・Ｌ２の光軸方向に照射された成分が用紙１００（または標準反射板２００）で正反射された反射光Ｒ１・Ｒ２を受光する。したがって、用紙１００が反射光の正反射成分が大きい用紙（例えば光沢のある用紙）である場合、受光部１３は効率よく反射光Ｒ１・Ｒ２を受光することができる。

また、本実施形態のセンサ部１０Ｂでは、受光部１３の受光面の法線が用紙１００に対して垂直でない角度を成してもよい。具体的には、上記法線が、受光部１３に入射する反射光Ｒ１・Ｒ２の光軸と平行であることが好ましい。このような場合にも、受光部１３は用紙１００で反射された反射光Ｒ１・Ｒ２を効率よく受光することができる。

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

図１２の（ａ）は、本実施形態の画像形成装置１Ｃの要部の構成を示す図である。図１２の（ｂ）は、（ａ）に示したセンサ部１０Ｃの底面図である。図１２の（ａ）および（ｂ）に示すように、センサ部１０Ｃは、発光部１１・１２がそれぞれフィルタ１６・１７を備える点でセンサ部１０と相違する。

フィルタ１６は、照射光Ｌ１のピーク波長を含み、照射光Ｌ１の帯域より狭い帯域の光を透過させる。同様に、フィルタ１７は、照射光Ｌ２のピーク波長を含み、照射光Ｌ２の帯域より狭い帯域の光を透過させる。ここで、照射光Ｌ１およびＬ２の帯域とは、それぞれの照射光の強度スペクトルの、ピーク波長における光の強度を１００としたとき、当該光の強度が５０となる２点の波長間の範囲をいう。また、フィルタ１６および１７が透過させる光の帯域とは、それぞれのフィルタの透過スペクトルの、ピーク波長における光の透過強度を１００としたとき、当該光の透過強度が５０となる２点の波長間の範囲をいう。すなわち、上記帯域の幅は、ピークの半値幅である。

画像形成装置１Ｃにおいては、フィルタ１６・１７を通過した光が用紙１００に入射し、反射光Ｒ１・Ｒ２が受光部１３により受光される。したがって、波長半値幅の狭い光によって反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度を測定でき、測定の精度を向上させることができる。

なお、発光部１１・１２ではなく、受光部１３がフィルタを備えていてもよい。この場合、受光部１３が備えるフィルタは、以下の２種類の光を透過させる。
（１）照射光Ｌ１のピーク波長を含む帯域の光
（２）照射光Ｌ２のピーク波長を含む帯域の光。

受光部１３が備えるフィルタが、照射光Ｌ１・Ｌ２の波長帯域を狭めるものであれば、発光部１１・１２がフィルタ１６・１７を備える場合と同様に、半値幅の狭い光によって反射光Ｒ１・Ｒ２の受光強度を測定することができる。また、受光部１３が備えるフィルタは、必ずしも照射光Ｌ１・Ｌ２の波長帯域を狭めるものである必要はない。照射光Ｌ１・Ｌ２の波長帯域を狭めないフィルタであっても、受光部１３に入射する照射光Ｌ１・Ｌ２以外の光（画像形成装置１Ｃの外部から漏れこんでくる室内光または太陽光など）を遮ることで、反射光Ｒ１・Ｒ２の測定精度を向上させることができる。

〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について、図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

図１３の（ａ）は、本実施形態の画像形成装置１Ｄの要部の構成を示す図である。図１３の（ｂ）は、（ａ）に示したセンサ部１０Ｄの底面図である。図１３の（ａ）および（ｂ）に示すように、センサ部１０Ｄは、遮光部１８を備える点でセンサ部１０と相違する。

センサ部１０Ｄにおいては、発光部１１・１２から受光部１３へ直接照射される光が遮光部１８により遮光される。したがって、用紙１００の含水率および種別の判別の精度を向上させることができる。

遮光部１８は、例えば図１３の（ａ）および（ｂ）に示すように、発光部１１・１２と受光部１３との間に設けられた平板状の部材であってよい。また、遮光部１８は、受光部１３の一部を覆うドーム状の部材であってもよい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
画像形成装置１、１Ｘ、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの制御ブロック（特に発光制御部４１、吸光度算出部４２および用紙判別部４３）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、画像形成装置１、１Ｘ、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の一態様の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る画像形成装置（１）は、互いにピーク波長が異なる複数種類の照射光（Ｌ１、Ｌ２）を用紙（１００）に対して照射する照射部（発光部１１・１２）と、前記複数種類の照射光が前記用紙で反射された複数種類の反射光（Ｒ１・Ｒ２）を受光する受光部（１３）と、前記受光部が受光した前記反射光の受光強度に基づいて、前記用紙の含水率および種別を判別する判別部（用紙判別部４３）と、を備える。

上記の構成によれば、照射部から用紙へ互いにピーク波長が異なる複数種類の照射光が照射される。複数種類の照射光が用紙で反射された複数種類の反射光は、受光部で受光される。そして、反射光の受光強度に基づいて判別部が用紙の受光強度および種別を判別する。したがって、センサの構成を簡単化して、用紙の含水率および種別の両方を判別することができる。

本発明の態様２に係る画像形成装置は、上記態様１において、前記受光部は単一であることが好ましい。

上記の構成によれば、センサの構成を特に簡単化できる。

本発明の態様３に係る画像形成装置は、上記態様１または２において、前記受光部が受光した前記反射光の受光強度と、基準となる受光強度と、の比率に基づいて前記用紙の吸光度を算出する算出部（吸光度算出部４２）をさらに備え、前記判別部は、前記算出部が算出した前記吸光度に基づいて前記含水率および前記種別を判別してもよい。

上記の構成によれば、複数種類の波長の光における、反射光の受光強度と、基準となる受光強度との比率に基づいて、算出部が用紙の吸光度を算出する。そして判別部は吸光度に基づいて用紙の含水率および種別を判別する。したがって、上記比率を用いることで照射部の光量および受光信号の増幅率などの誤差が相殺され、当該誤差の影響を除去することができる。

本発明の態様４に係る画像形成装置は、上記態様３において、前記判別部は、予め用意された所定の用紙種別における、吸光度の含水率による変化を示す所定の関数を用いて、前記含水率を判別することが好ましい。

上記の構成によれば、用紙の含水率を簡便に判別できる。

本発明の態様５に係る画像形成装置は、上記態様４において、前記判別部は、複数の所定の用紙種別ごとにあらかじめ用意された、複数の前記所定の関数を用いて、前記種別を判別することが好ましい。

上記の構成によれば、用紙の種別についても簡便に判別できる。

本発明の態様６に係る画像形成装置は、上記態様１において、前記照射部（発光部１１、１２、１５）は、互いにピーク波長が異なる３種類以上の照射光（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５）を前記用紙に対して照射し、１種類の前記照射光が前記用紙で反射された反射光の受光強度と、他の２種類以上の前記照射光が前記用紙で反射された反射光の受光強度と、の比率に基づいて前記用紙の吸光度を算出する算出部をさらに備え、前記判別部は、前記算出部が算出した前記吸光度に基づいて前記含水率および前記種別を判別してもよい。

上記の構成によれば、３種類以上の反射光のうち、１種類の反射光の受光強度と、他の２種類以上の反射光の受光強度との比率に基づいて用紙の含水率および種別が判別される。したがって、用紙についての受光強度を測定するだけで用紙の含水率および種別を判別することができる。

本発明の態様７に係る画像形成装置は、上記態様１から６のいずれかにおいて、前記照射部が発する照射光の光軸または前記受光部の受光面の法線は、前記用紙に対して垂直でない角度を成し、前記受光部は、前記用紙で正反射された前記反射光を受光することが好ましい。

上記の構成によれば、反射光の正反射成分の強度が高い場合に、受光部が効率よく反射光を受光することができる。

本発明の態様８に係る画像形成装置は、上記態様１から７のいずれかにおいて、前記照射部は、前記照射光のピーク波長を含み、前記照射光の帯域より狭い帯域の光を透過させるフィルタ（１６、１７）を備えることが好ましい。

上記の構成によれば、照射光のピーク波長を含む所定の波長の光だけが照射部から照射される。したがって、照射部は、波長半値幅の狭い照射光を照射する光源となる。

本発明の態様９に係る画像形成装置は、上記態様１から８のいずれかにおいて、前記照射部から当該受光部へ直接照射される照射光を遮光する遮光部（１８）を含むことが好ましい。

上記の構成によれば、照射部から受光部へ直接照射される照射光が遮光されるため、用紙の含水率および種類の判別の精度を向上させることができる。

本発明の態様１０に係る画像形成装置は、上記態様１から９のいずれかにおいて、前記複数種類の照射光は、ピーク波長が１０ｎｍ以上異なっていることが好ましい。上記の構成によれば、用紙種別および含水率を適切に判別することができる。

本発明の態様１１に係る画像形成装置は、上記態様１から１０のいずれかにおいて、前記判別部による判別結果に基づいて設定された画像形成条件を用いて前記用紙に画像を形成することが好ましい。上記の構成によれば、適切な画像形成条件を用いて用紙に画像を形成することができる。

本発明の態様１２に係る判別方法は、用紙（１００）の含水率および種別を判別する判別方法であって、照射部（発光部１１・１２）が互いにピーク波長が異なる複数種類の照射光（Ｌ１、Ｌ２）を前記用紙に対して照射する照射工程と、受光部（１３）が前記複数種類の照射光が前記用紙で反射された複数種類の反射光（Ｒ１・Ｒ２）を受光する受光工程と、前記反射光の受光強度に基づいて、前記用紙の含水率および種別を判別する判別工程と、を含む。上記の構成によれば、態様１と同様の効果を奏する。

本発明の一態様は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の一態様の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

〔本発明の一態様の別の表現〕
本発明の一態様は、以下のようにも表現され得る。すなわち、本発明の一態様に係る画像形成装置は、波長の異なる光を用紙に照射する発光部と、前記用紙での反射光を受光する単一の受光部とからなるセンサ部と、受光強度から前記用紙の含水率および用紙種別を判別する制御部と、を備える。

また、本発明の一態様に係る画像形成装置において、前記制御部は、前記用紙に対する受光強度と基準となる板を同等の条件で測定した際の受光強度との比から複数波長における前記用紙の吸光度を求め、前記吸光度から前記用紙の含水率および用紙種別を判別する。

また、本発明の一態様に係る画像形成装置において、前記発光部は、３波長以上の光を用紙に照射し、前記制御部は、いずれか１波長における前記受光強度と他の波長における前記受光強度の比に基づいて前記用紙の含水率および用紙種別を判別する。

また、本発明の一態様に係る画像形成装置において、前記発光部あるいは前記受光部は、前記用紙に対して角度を持つ。

また、本発明の一態様に係る画像形成装置において、前記センサ部は、前記発光部から照射された光のうち所定の波長の光を透過する波長フィルタを含む。

また、本発明の一態様に係る画像形成装置において、前記センサ部は、前記発光部から前記受光部に直接入射する光を遮る遮光板を含む。
（関連出願の相互参照）
本出願は、2016年8月10日に出願された日本国特許出願：特願2016-158159に対して優先権の利益を主張するものであり、それを参照することにより、その内容の全てが本書に含まれる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｘ 画像形成装置
１１、１２、１５ 発光部（照射部）
１３ 受光部
１６、１７ フィルタ
１８ 遮光部
４２ 吸光度算出部（算出部）
４３ 用紙判別部（判別部）
１００ 用紙
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５ 照射光
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ５ 反射光

その後、発光制御部４１は、発光部１１を消灯させ（ＳＢ４）、発光部１１の消灯状態が安定し、電流電圧変換回路３１の出力が一定になるまで２０ｍｓ待機する（ＳＢ５）。そして、吸光度算出部４２は、受光部１３が発するバックグラウンドの信号強度Ｖｎ１を測定する（ＳＢ６）。

上記の構成によれば、照射部から用紙へ互いにピーク波長が異なる複数種類の照射光が照射される。複数種類の照射光が用紙で反射された複数種類の反射光は、受光部で受光される。そして、反射光の受光強度に基づいて判別部が用紙の含水率および種別を判別する。したがって、センサの構成を簡単化して、用紙の含水率および種別の両方を判別することができる。

Claims (12)

1. 互いにピーク波長が異なる複数種類の照射光を用紙に対して照射する照射部と、
   前記複数種類の照射光が前記用紙で反射された複数種類の反射光を受光する受光部と、
   前記受光部が受光した前記反射光の受光強度に基づいて、前記用紙の含水率および種別を判別する判別部と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記受光部は単一であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記受光部が受光した前記反射光の受光強度と、基準となる受光強度との比率に基づいて、前記用紙の吸光度を算出する算出部をさらに備え、
   前記判別部は、前記算出部が算出した前記吸光度に基づいて前記含水率および前記種別を判別することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記判別部は、予め用意された所定の用紙種別における、吸光度の含水率による変化を示す所定の関数を用いて、前記含水率を判別することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記判別部は、複数の所定の用紙種別ごとにあらかじめ用意された、複数の前記所定の関数を用いて、前記種別を判別することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記照射部は、互いにピーク波長が異なる３種類以上の照射光を前記用紙に対して照射し、
   １種類の前記照射光が前記用紙で反射された反射光の受光強度と、他の２種類以上の前記照射光が前記用紙で反射された反射光の受光強度と、の比率に基づいて前記用紙の吸光度を算出する算出部をさらに備え、
   前記判別部は、前記算出部が算出した前記吸光度に基づいて前記含水率および前記種別を判別することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記照射部が発する照射光の光軸または前記受光部の受光面の法線は、前記用紙に対して垂直でない角度を成し、
   前記受光部は、前記用紙で正反射された前記反射光を受光することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記照射光のピーク波長を含み、前記照射光の帯域より狭い帯域の光を透過させるフィルタを備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記照射部から前記受光部へ直接照射される照射光を遮光する遮光部を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記複数種類の照射光は、ピーク波長が１０ｎｍ以上異なっていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記判別部による判別結果に基づいて設定された画像形成条件を用いて前記用紙に画像を形成することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. 用紙の含水率および種別を判別する判別方法であって、
    照射部が互いにピーク波長が異なる複数種類の照射光を前記用紙に対して照射する照射工程と、
    受光部が前記複数種類の照射光が前記用紙で反射された複数種類の反射光を受光する受光工程と、
    前記反射光の受光強度に基づいて、前記用紙の含水率および種別を判別する判別工程と、を含む判別方法。

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