JP5939461B2 - 光学センサ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学センサ及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、対象物を特定するのに好適な光学センサ、及び該光学センサを備える画像形成装置に関する。

デジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置は、印刷用紙に代表される記録媒体の表面にトナー像を転写し、所定の条件で加熱及び加圧することでその像を定着させ画像を形成している。画像形成において考慮しなければならないのがこの定着時の加熱量や圧力の条件であり、特に高品質の画像形成を行うには、定着条件を記録媒体に応じて個別に設定する必要がある。

これは、記録媒体における画像品質が、その材質、厚さ、湿度、平滑性、及び塗工状態などに大きく影響されるためである。例えば平滑性に関しては、定着の条件によっては印刷用紙表面の凹凸において凹部分のトナーの定着率が低くなってしまう。そこで、記録媒体に応じた正しい条件で定着を行わないと色むらが生じてしまう。

さらに、近年の画像形成装置の進歩と表現方法の多様化に伴い、記録媒体の種類は印刷用紙だけでも数百種類以上存在し、さらにそれぞれの種類において坪量や厚さなどの仕様の違いで多岐にわたる銘柄がある。高品質の画像形成のためにはこれら銘柄の１つ１つに応じた細かな定着条件を設定する必要がある。

また、近年、普通紙、グロスコート紙、マットコート紙、アートコート紙に代表される塗工紙、プラスチックシート、表面にエンボス加工が施された特殊紙に関しても銘柄が増加している。

現在の画像形成装置では、印刷時にユーザ自身が定着条件を設定しなければならない。このため、ユーザに紙の種類を識別するための知識が求められる上、その紙の種類に応じた設定内容をそのつど自分で入力しなければならない煩わしさがあった。そして、その設定内容を誤ると最適な画像を得ることができなかった。

ところで、特許文献１には、記録材表面に当接して走査することにより該記録材表面の表面性を識別するセンサを備える表面性識別装置が開示されている。

特許文献２には、圧力センサが用紙に当接して検出した圧力値から、用紙種類を判別する印刷装置が開示されている。

特許文献３には、反射光と透過光とを用いて記録材の種類を判別する記録材判別装置が開示されている。

特許文献４には、移動中のシート材の材質をシート材の表面で反射した反射光量とシート材を透過した透過光量に基づいて判別するシート材材質判別装置が開示されている。

特許文献５には、反射型光学センサからの検出出力に基づいて、給紙部に収容された記録材の有無と給紙部の有無とを判別する判別手段を有する画像形成装置が開示されている。

特許文献６には、記録媒体に光を照射してその反射光の２つの偏光成分の光量をそれぞれ検出して記録媒体の表面性を判別する画像形成装置が開示されている。

しかしながら、高コスト化及び大型化を招くことなく、対象物を細かく特定するのは困難であった。

本発明は、第１の観点からすると、第１の偏光方向の直線偏光を、対象物の表面に向けて、該表面の法線方向に対して傾斜した入射方向から射出する照射系と、前記照射系から射出され前記対象物で正反射された光の光路上に配置された第１の光検出器を含む第１の光検出系と、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、前記対象物で拡散反射された光に含まれる前記第１の偏光方向の直線偏光成分を抽出する分離光学素子と、該分離光学素子で抽出された前記第１の偏光方向の直線偏光成分を受光する第２の光検出器と、前記対象物で拡散反射された光を受光する第３の光検出器とを含む第２の光検出系と、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置された少なくとも１つの光検出器を含む第３の光検出系と、該第３の光検出系の少なくとも１つの光検出器と前記第１の光検出器の出力の比と、前記第２の光検出系の各光検出器の出力とに基づいて、前記対象物を特定する処理部と、を備える光学センサである。
また、本発明は、第２の観点からすると、第１の偏光方向の直線偏光を、対象物の表面に向けて、該表面の法線方向に対して傾斜した入射方向から射出する照射系と、前記照射系から射出され前記対象物で正反射された光の光路上に配置された第１の光検出器を含む第１の光検出系と、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、前記対象物で拡散反射された光に含まれる前記第１の偏光方向の直線偏光成分を抽出する分離光学素子と、該分離光学素子で抽出された前記第１の偏光方向の直線偏光成分を受光する第２の光検出器と、前記対象物で拡散反射された光を受光する第３の光検出器とを含む第２の光検出系と、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、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透過させる少なくとも１つの偏光光学素子、及び該少なくとも１つの偏光光学素子を透過した光を受光する少なくとも１つの光検出器を含む第３の光検出系と、該第３の光検出系の少なくとも１つの光検出器と前記第２の光検出系の２つの光検出器の出力差の比と、前記第１の光検出器の出力とに基づいて、前記対象物を特定する処理部と、を備える光学センサである。
また、本発明は、第３の観点からすると、第１の偏光方向の直線偏光を、対象物の表面に向けて、該表面の法線方向に対して傾斜した入射方向から射出する照射系と、前記照射系から射出され前記対象物で正反射された光の光路上に配置された第１の光検出器を含む第１の光検出系と、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、前記対象物で拡散反射された光に含まれる前記第１の偏光方向の直線偏光成分を抽出する分離光学素子と、該分離光学素子で抽出された前記第１の偏光方向の直線偏光成分を受光する第２の光検出器と、前記対象物で拡散反射された光を受光する第３の光検出器とを含む第２の光検出系と、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置された少なくとも１つの光検出器を含む第３の光検出系と、前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、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透過させる少なくとも１つの偏光光学素子、及び該少なくとも１つの偏光光学素子を透過した光を受光する少なくとも１つの光検出器を含む第４の光検出系と、前記第３の光検出系の少なくとも１つの光検出器と前記第１の光検出器の出力の比と、前記第４の光検出系の少なくとも１つの光検出器と前記第２の光検出系の２つの光検出器の出力差の比とに基づいて、前記対象物を特定する処理部と、を備える光学センサである。

本発明の光学センサによれば、高コスト化及び大型化を招くことなく、対象物を従来よりも細かく特定することができる。

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。 図１における光学センサの構成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６（Ａ）は表面正反射光を説明するための図であり、図６（Ｂ）は表面拡散反射光を説明するための図であり、図６（Ｃ）は内部拡散反射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。 スペックルパターンのコントラスト比に及ぼす発光部数の影響を説明するための図である。 発光部数を変化させたときと、各発光部の光量を変化させたときにおける、スペックルパターンのコントラスト比と総光量との関係を説明するための図である。 光源の駆動電流を変えたときのスペックルパターンの光強度分布を説明するための図である。 光源の駆動電流を高速に変化させたときのスペックルパターンの実効的な光強度分布を説明するための図である。 光学センサの変形例１を説明するための図である。 発光部間隔が等間隔ではない面発光レーザアレイを説明するための図である。 発光部間隔が等間隔のときのスペックルパターンの光強度分布を説明するための図である。 発光部間隔が等間隔ではないときのスペックルパターンの光強度分布を説明するための図である。 光学センサの変形例２を説明するための図（その１）である。 光学センサの変形例２を説明するための図（その２）である。 光学センサの変形例３を説明するための図（その１）である。 光学センサの変形例３を説明するための図（その２）である。 光学センサの変形例４を説明するための図（その１）である。 光学センサの変形例４を説明するための図（その２）である。 Ｓ４／Ｓ１及びＳ３／Ｓ２と、記録紙の銘柄との関係を説明するための図である。 図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は、それぞれ外乱光の影響を説明するための図である。 光学センサの変形例５を説明するための図である。 光学センサの変形例６を説明するための図である。 図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）は、それぞれ測定面と記録紙表面のずれによる検出光量の変化を説明するための図である。 厚さとＳ１との関係を説明するための図である。 密度とＳ１との関係を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１２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）、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、光学センサ２２４５、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、増幅回路、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。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、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、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、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、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で、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（図示省略）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上のトナー画像が記録紙に転写される。ここで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。

光学センサ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。

この光学センサ２２４５は、一例として図２に示されるように、光源１０、コリメートレンズ１１、偏光フィルタ１４、３つの受光器（１２、１３、１５）、ハーフミラー２０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。

なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、記録紙の表面に直交する方向をＺ軸方向、記録紙の表面に平行な面をＸＹ面として説明する。そして、光学センサ２２４５は、記録紙の＋Ｚ側に配置されているものとする。

光源１０は、同一の基板上に形成された複数の発光部を有している。各発光部は、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１０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３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１０は、記録紙に対してＳ偏光の直線偏光が射出されるように配置されている。また、光源１０からの光の記録紙への入射角θ（図４参照）は、８０°である。

コリメートレンズ１１は、光源１０から射出された光の光路上に配置され、該光を略平行光とする。コリメートレンズ１１を介した光は、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１１を介した光を「照射光」ともいう。

ところで、光が媒質の境界面に入射するとき、入射光線と入射点に立てた境界面の法線とを含む面は「入射面」と呼ばれている。そこで、入射光が複数の光線からなる場合は、光線毎に入射面が存在することとなるが、ここでは、便宜上、照明中心に入射する光線の入射面を、記録紙における入射面ということとする。すなわち、照明中心を含みＸＺ面に平行な面が記録紙における入射面である。

ハーフミラー２０は、照明中心の＋Ｚ側に配置されている。このハーフミラー２０は、入射する光を透過光と反射光とに分割するビーム分割面を有している。該ビーム分割面は、透過光の光量と反射光の光量の割合が略１：１となるように設定されている。以下では、ハーフミラー２０の反射率を「Ｒｒ」、透過率を「Ｒｔ」と表記する。なお、ハーフミラー２０に代えて、同等の機能を有するビームスプリッタを用いても良い。

受光器１２は、ハーフミラー２０で反射された光の光路上に配置されている。

偏光フィルタ１４は、ハーフミラー２０を透過した光の光路上に配置されている。この偏光フィルタ１４は、Ｓ偏光を透過させ、Ｐ偏光を遮光する偏光フィルタである。

受光器１３は、偏光フィルタ１４の＋Ｚ側に配置されている。すなわち、受光器１３は、偏光フィルタ１４を透過した光を受光する。ここでは、図５に示されるように、照明中心とハーフミラー２０、偏光フィルタ１４及び受光器１３の各中心とを結ぶ線Ｌ１と、記録紙の表面とのなす角度ψ１は９０°である。すなわち、線Ｌ１は、照明中心での記録紙表面の法線と一致する。

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１０の中心と、照明中心と、偏光フィルタ１４の中心と、受光器１２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と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。以下では、便宜上、記録紙の表面で正反射された反射光を「表面正反射光」、拡散反射された反射光を「表面拡散反射光」ともいう（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）参照）。

記録紙の表面は、平面部と斜面部とで構成され、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拡散反射光となる。表面拡散反射光は、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拡散反射光のみとなる。以下では、便宜上、記録紙の内部からの反射光を「内部拡散反射光」ともいう（図６（Ｃ）参照）。この内部拡散反射光も、表面拡散反射光と同様に、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拡散反射光の偏光方向は、照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、照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、内部拡散反射光の偏光方向は、照射光の偏光方向に対して回転している。これは、記録紙内に侵入した光は、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られる。

そこで、受光器１２では表面拡散反射光及び内部拡散反射光が受光される。また、偏光フィルタ１４にも、表面拡散反射光及び内部拡散反射光が入射する。表面拡散反射光の偏光方向は、照射光の偏光方向と同じＳ偏光であるため、表面拡散反射光は、偏光フィルタ１４を透過する。

一方、内部拡散反射光の偏光方向は、照射光の偏光方向に対して回転しているため、内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分は、偏光フィルタ１４で遮光される。すなわち、受光器１３では、表面拡散反射光及び内部拡散反射光に含まれるＳ偏光成分のみが受光される（図７参照）。そこで、受光器１２の受光光量と受光器１３の受光光量との差は、内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分の光量となる。

なお、以下では、便宜上、内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分を「内部拡散反射光のＰ偏光成分」ともいう。また、内部拡散反射光に含まれるＳ偏光成分を「内部拡散反射光のＳ偏光成分」ともいう。

内部拡散反射光の光量は、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、内部拡散反射光の光量が、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、表面拡散反射光及び内部拡散反射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１２、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１０からの光が記録紙に照射されたときの、受光器１２の出力信号における信号レベルを「Ｓ１ａ」、受光器１３の出力信号における信号レベルを「Ｓ１ｂ」、受光器１５の出力信号における信号レベルを「Ｓ２」という。

プリンタ制御装置２０９０は、次の（１）式に基づいて、信号レベル「Ｓ１」を算出する。
Ｓ１＝（Ｓ１ａ／Ｒｒ）−（Ｓ１ｂ／Ｒｔ） ……（１）

上記（１）式で算出されたＳ１は、内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分の光量に対応している。なお、演算方法としては必ずしもこれに限定されるものではない。

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。

図８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８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。

従来は、正反射光の光量から記録紙表面の光沢度を検出し、正反射光の光量と拡散反射光の光量の比から記録紙表面の平滑度を検出し、記録紙を識別しようとしていた。これに対し、本実施形態では、記録紙表面の光沢度及び平滑度のみならず、記録紙の他の特性である厚さ及び密度も含んだ情報を反射光から検出し、識別可能な記録紙の種類を従来よりも拡大させている。

例えば、従来の識別方法で用いられていた記録紙表面の情報のみでは、普通紙とマットコート紙の区別は困難であった。本実施形態では、記録紙表面の情報に、記録紙内部の情報を加えることにより、普通紙とマットコート紙の区別だけでなく、普通紙の複数銘柄、及びマットコート紙の複数銘柄もそれぞれ区別することが可能となった。

すなわち、本実施形態では、光沢度、平滑度、厚さ、及び密度の少なくともいずれかが異なる複数の記録紙のなかから対象物の銘柄を特定することが可能である。

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。

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、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以下に説明する。

（１）光学センサ２２４５の複数の発光部を同時に発光させる。
（２）受光器１２、受光器１３及び受光器１５の出力信号からＳ１及びＳ２の値を求める。
（３）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。
（４）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、ＲＡＭに保存されている記録紙の銘柄を読み出し、該記録紙の銘柄に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。

ところで、記録紙からの拡散反射光には、Ａ：「表面拡散反射光」、Ｂ：「内部拡散反射光のＳ偏光成分」、Ｃ：「内部拡散反射光のＰ偏光成分」が含まれている。

従来のセンサを用いた装置では、拡散反射光（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）の光量を検出して、２ないし３種類のなかから記録紙の種類を特定していた。一方、本実施形態では、内部拡散反射光のＳ偏光成分の光量を検出して、少なくとも１０種類のなかから記録紙の種類を特定している。すなわち、本実施形態では、従来に比べて５倍以上の詳細な紙判別を行っている。

照射光がＳ偏光のとき、拡散反射光（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）の光量における内部拡散反射光のＳ偏光成分の光量の割合は最大４０％程度である。また、一般的なセンサに搭載されるような安価な偏光フィルタは透過率が低く、該偏光フィルタによって８０％程度に減衰される。そこで、内部拡散反射光のＳ偏光成分は、偏光フィルタで分離される際に減衰され、実質３０％程度になる。

内部拡散反射光のＳ偏光成分の光量が、拡散反射光（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）の実質３０％程度に減衰されるため、照射光量としては、従来の光量の３．３倍は必要となる。さらに、従来に比べ５倍の詳細な紙判別を行うためには、従来よりも、３．３×５倍の光量を照射する必要がある。

ＬＥＤのような無偏光光源を用いる場合、記録紙にＳ偏光を照射するため、照射前に偏光フィルタを通して直線偏光（Ｓ偏光）にする必要がある。この際、上記と同様な安価な偏光フィルタを使用すると、記録紙に照射される光量は、ＬＥＤから射出される光量の約４０％（＝５０％（Ｐ偏光のカット分）×８０％（偏光フィルタでの減衰分））となる。

従って、ＬＥＤを用いる場合、従来よりも４０倍（＝３．３×５÷０．４）以上の照射光量が必要となる。しかしながら、従来の安価なＬＥＤの照射光量は数ｍＷ程度（代表値として１ｍＷ）であり、その４０倍（少なくとも４０ｍＷ）の照射光量をＬＥＤで確保するのは困難である。

一方、面発光レーザアレイでは、複数の発光部を同時に発光させることによって、所望の照射光量を容易に確保することができる。

また、内部拡散反射光のＳ偏光成分を精度良く検出するには、更に以下の２つの受光条件が満足されるのが好ましい。

（１）内部拡散反射光に含まれるＳ偏光成分の検出は、少なくとも表面正反射光が含まれる方向では行わない。

これは、実際には照射光を完全にＳ偏光だけにすることは困難であり、表面での反射光もＰ偏光成分を含んでしまうことによる。このため、表面正反射光が含まれる方向では、偏光フィルタ１４に入射するＰ偏光成分が多くなる。そして、偏光フィルタ１４では完全に偏光分離することは困難であり、その消光比に従いＰ偏光成分の一部も透過してしまう。そこで、仮に表面正反射光が含まれる方向に偏光フィルタ１４及び受光器１３を配置すると、受光器１３はＰ偏光成分が含まれた光量を検出してしまい、記録紙内部の情報を検出するために必要な内部拡散反射光のＳ偏光成分を精度良く検出することができない。

ところで、入射する光から一の偏光成分だけを完全に分離するために、消光比の高い偏光フィルタを用いることも考えられるが、高コスト化を招く。

（２）内部拡散反射光の検出を、記録紙における照明中心の法線方向で行う。

これは、内部拡散反射光が完全拡散反射とみなせるため、検出方向に対する反射光量はランバート分布で近似でき、照明中心の法線方向が最も反射光量が多くなることによる。照明中心の法線方向に反射された光の光路上に偏光フィルタ１４、受光器１２及び受光器１３を配置すると、Ｓ／Ｎが高く、最も精度が高い。また、受光器１２及び受光器１３がハーフミラー２０で分割された光を受光することで、各受光器は同じ拡散反射方向の光を検出できる。そこで、照明中心からの反射方向による受光量の変化、すなわち受光器の設置位置による受光量の変化を無視することができる。

次に、スペックルパターンの抑制方法について説明する。

反射光量から印刷用紙の表面状態を検出するセンサでは、Ｓ／Ｎを向上させるために、光源に半導体レーザを用いることが好ましいが、この場合、該半導体レーザから射出されたコヒーレント光は、記録紙の表面のような粗面の各点で乱反射され、互いに干渉することによりスペックルパターンが発生する。

スペックルパターンは光の照射部位によって異なるため、受光器における受光光量のばらつきの原因となり識別精度の低下を招く。そのため、従来は、光源としてＬＥＤ等が一般的に用いられていた。

発明者らは、複数の発光部が２次元配列された垂直共振器型の面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬアレイ）を光源として用い、発光部数とスペックルパターンのコントラスト比との関係を求めた（図９参照）。ここでは、スペックルパターンの観測強度における最大値と最小値の差を規格化した値をスペックルパターンのコントラスト比として定義する。なお、以下では、便宜上、スペックルパターンのコントラスト比を単に「コントラスト比」ともいう。

スペックルパターンの観測は、Ｙ軸方向（拡散方向）に関してビームプロファイラを用いて行い、ビームプロファイラによる観測結果からコントラスト比を算出した。試料には、互いに平滑度が異なる３種類の普通紙（普通紙Ａ、普通紙Ｂ、普通紙Ｃ）と光沢紙とを用いた。普通紙Ａは、王研式平滑度が３３秒の普通紙であり、普通紙Ｂは、王研式平滑度が５０秒の普通紙であり、普通紙Ｃは、王研式平滑度が１００秒の普通紙である。

図９から、発光部数が増加するとコントラスト比が減少する傾向にあることがわかる。また、この傾向は紙種には依存しないことがわかる。

また、発明者らは、このコントラスト比を低減する効果が、総光量の増加によるものではなく、発光部数の増加によるものであることを確認するための実験も行った。

図１０には、各発光部の光量は一定（１．６６ｍＷ）で発光部の数を変えた場合と、発光部の数を３０個に固定して各発光部の光量を変えた場合とについて、総光量とコントラスト比との関係が示されている。

発光部数を固定して各発光部の光量を変えた場合は、光量によらずコントラスト比が一定であるのに対し、各発光部の光量を固定して発光部数を変えた場合は、発光部数が少ないときにはコントラスト比が大きく、発光部数の増加とともにコントラスト比が減少している。このことから、コントラスト比の低減効果は、光量の増加によるものではなく発光部数の増加によるものであることが確認できる。

また、発明者らは、光源から射出される光の波長を時間的に変化させることでスペックルパターンを抑制することができるか否かの検討を行った。

面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）では、駆動電流によって射出光の波長を制御することができる。これは、駆動電流が変化すると面発光レーザ内部の温度変化によって屈折率が変化し、実効的な共振器長が変化するためである。

図１１には、光源１０の駆動電流を変えて射出光量を１．４ｍＷ〜１．６ｍＷに変化させたときのスペックルパターンをビームプロファイラで観測して得られた光強度分布が示されている。この図１１から、駆動電流の変化に伴って、すなわち、光源１０から射出される光の波長の変化に伴って、光強度分布が変化することが確認できる。

図１２には、駆動電流を高速に変化させた場合の実効的な光強度分布が示されている。この光強度分布は、図１１に示されている複数の駆動電流における光強度分布の平均値と同等であり、光強度の変動が抑制されている。このように駆動電流を高速に変化させた場合のコントラスト比は０．７２となり、駆動電流を一定にした場合のコントラスト比０．９６よりも低減されている。

つまり、照射光の波長を時間的に変化させることで、スペックルパターンが抑制されることがわかった。そこで、面発光レーザの駆動電流を、例えば三角波形状のように電流値が時間的に変化する駆動電流にすれば、コントラスト比を低減することが可能である。

本実施形態では、光学センサ２２４５の光源１０が、９個の発光部が２次元配列されている面発光レーザアレイを含み、プリンタ制御装置２０９０のＣＰＵは、三角波形状の駆動電流を面発光レーザアレイに供給している。これにより、スペックルパターンが抑制され、正確な反射光量の検出が可能になる。そして、記録紙の識別精度を高めることができる。

ところで、特許文献１に開示されている表面性識別装置、及び特許文献２に開示されている印刷装置では、記録材の表面を傷つけ、表面特性そのものを変化させてしまう恐れがあった。

特許文献３に開示されている記録材判別装置で判別できるのは、平滑性が異なる記録材だけであり、平滑性が同じで厚みが異なる記録材を区別することはできなかった。

特許文献４に開示されているシート材材質判別装置では、正反射された光の光量に基づいて判別している。すなわち、対象物の内部を考慮することなく、正反射光の絶対光量だけからシート材の材質を判別している。

特許文献５に開示されている画像形成装置では、対象物からの反射光の光量を複数方向で検知している。この場合も、対象物の内部を考慮することなく、正反射光と拡散反射光の比から光沢性を検出し、紙種を判別している。

特許文献６に開示されている画像形成装置では、正反射光を２つの偏光成分に分けて検知し、それらの光量差から紙の表面の平滑性を求め、紙種を判別している。この場合、偏光を利用しているが、正反射光が含まれる方向で検出されており、これもまた対象物の内部を考慮していない。

すなわち、特許文献４に開示されているシート材材質判別装置、特許文献５及び特許文献６に開示されている画像形成装置では、識別（判別）可能なのは、非塗工紙と塗工紙とＯＨＰシートの違いのみであり、高品質の画像形成に必要な銘柄までの特定はできなかった。

このように、従来は、非塗工紙と塗工紙とＯＨＰシートの判別を行っており、銘柄レベルでの判別は不可能であった。

また、例えば、反射型光学センサのほかに、透過光や超音波等を利用して記録材の厚さを検出するセンサ、記録材の抵抗値を検出するセンサ、及び温度センサなど様々なセンサを別途とりつけることで、識別レベルをさらに細分化することは可能であるが、部品点数が増加し、高コスト化及び大型化を招くという不都合があった。

本実施形態における記録紙の判別法は、従来の判別法に、これまで考慮されていなかった記録紙内部の情報が含まれる内部拡散光の光量による判別法を新たに加えたものである。この場合、従来の記録紙表面の光沢度（平滑性）に加え、記録紙の厚さや密度の情報も得ることができ、識別レベルの細分化が可能となった。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る光学センサ２２４５では、光源１０とコリメートレンズ１１によって本発明の照射系が構成され、受光器１５によって本発明の第１の光検出系が構成され、ハーフミラー２０と偏光フィルタ１４と２つの受光器（１２、１３）によって本発明の第２の光検出系が構成されている。

以上説明したように、本実施形態に係る光学センサ２２４５によると、光源１０、コリメートレンズ１１、３つの受光器（１２、１３、１５）、偏光フィルタ１４、ハーフミラー２０及び暗箱１６などを有している。

そして、受光器１２は表面拡散反射光と内部拡散反射光を受光し、受光器１３は表面拡散反射光と内部拡散反射光のＳ偏光成分を受光し、受光器１５は表面正反射光を主として受光する。そして、受光器１２で受光される反射光量と受光器１３で受光される反射光量との差から、内部拡散反射光のＰ偏光成分の光量が算出される。この場合は、内部拡散反射光のＰ偏光成分の光量を精度良く求めることができる。

光源１０は、複数の発光部を有する面発光レーザアレイを含んでいる。この場合は、照射光を直線偏光にするための偏光フィルタが不要である。また、照射光を平行光にするための調整が容易になる。そこで、光学センサの小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。

また、面発光レーザアレイでは、従来用いられてきたＬＥＤ等では困難であった複数の発光部の高密度な集積化が可能となる。この場合は、コリメートレンズの光軸付近に全てのレーザ光を集中できるため、入射角を一定にして複数の光を略平行にすることが可能となり、容易にコリメート光学系を実現することができる。

プリンタ制御装置２０９０は、面発光レーザアレイの複数の発光部を同時に発光させている。このため、内部拡散反射光の光量を増加させることができるとともに、コントラスト比を低減させることができる。また、プリンタ制御装置２０９０は、光源１０から射出される光の波長を時間的に変化させている。このため、スペックルパターンを抑制することができる。

すなわち、従来は微弱で分離することが困難であった記録紙内部からの反射光を、光学センサ２２４５では高精度で分離することが可能である。記録紙内部からの反射光は、記録紙の内部状態に関する情報を含んでいる。

そして、プリンタ制御装置２０９０は、受光器１２の出力信号と受光器１３の出力信号と受光器１５の出力信号とから、記録紙の銘柄を特定している。すなわち、記録紙の内部状態に関する情報を加味することにより、紙種の判別レベルを、従来困難であった銘柄のレベルまで向上させている。

また、複数種類のセンサを組み合わせることなく、簡潔な部品構成であるため、低コストで、小型の光学センサを実現することができる。

そこで、光学センサ２２４５によると、高コスト化及び大型化を招くことなく、記録紙の銘柄を従来よりも細かく特定することができる。

そして、本実施形態に係るカラープリンタ２０００は、光学センサ２２４５を備えているため、結果として、高コスト化及び大型化を招くことなく、高品質の画像を形成することができる。さらに従来の手動で設定しなければならない煩わしさや設定ミスによる印刷の失敗が解消される。

なお、上記実施形態では、記録紙に照射される光がＳ偏光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、記録紙に照射される光がＰ偏光であっても良い。但し、この場合は、前記偏光フィルタ１４に代えて、Ｐ偏光を透過させる偏光フィルタが用いられる。

また、上記実施形態において、前記偏光フィルタ１４に代えて、同等の機能を有する偏光ビームスプリッタやワイヤーグリッド型偏光フィルタを用いても良い。但し、ワイヤーグリッド型偏光フィルタのように反射型の偏光フィルタを用いる場合は、該偏光フィルタはＳ偏光のみを反射し、前記受光器１３は、該偏光フィルタで反射された光の光路上に配置される。

また、上記実施形態において、必ずしも上記条件（２）が厳密に満足されなくても良い。例えば、図１３に示されるように、受光器１２と受光器１３がＸ軸方向に沿って隣接して配置されても良い。また、受光器１２と受光器１３がＹ軸方向に沿って隣接して配置されても良い。この場合は、前記ハーフミラー２０が不要であり、光学センサの小型化及び低コスト化を更に図ることができる。

また、上記実施形態において、面発光レーザアレイにおける複数の発光部は、少なくとも一部の発光部間隔が、他の発光部間隔と異なっていても良い（図１４参照）。つまり、隣り合う発光部の間隔が相違していても良い。

５個の発光部を１次元配列した面発光レーザアレイを含む光源において、発光部間隔を等間隔とした場合のスペックルパターンをビームプロファイラで観測して得られた光強度分布が図１５に示されている。この場合、発光部配置の規則性に対応した周期的な光強度の振動が確認され、コントラスト比は０．６４であった。

また、５個の発光部を１次元配列した面発光レーザアレイを含む光源において、発光部間隔の比を１．０：１．９：１．３：０．７と不規則にした場合のスペックルパターンをビームプロファイラで観測して得られた光強度分布が図１６に示されている。この場合、周期的な光強度の振動は抑制され、コントラスト比は０．５６であった。

そこで、複数の発光部における発光部間隔を等間隔ではない配置とすることで、スペックルパターンの規則性が乱され、コントラスト比を更に低減することが可能である。

ところで、外乱光や迷光の影響で、誤った紙種判別をする恐れがある場合には、光検出系を増やしても良い。

例えば、図１７に示されるように、第３の光検出系として、受光器１７を更に有していても良い。この受光器１７は、表面拡散反射光及び内部拡散反射光を受光する位置に配置されている。光源１０の中心と、照明中心と、偏光フィルタ１４の中心と、４つの受光器（１２、１３、１５、１７）の各中心は、ほぼ同一平面上に存在する。そして、照明中心と受光器１７の中心とを結ぶ線Ｌ３と、記録紙の表面とのなす角度ψ３は１２０°である（図１８参照）。

この場合に、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以下に説明する。なお、以下では、光源１０からの光が記録紙に照射されたときの、受光器１７の出力信号における信号レベルを「Ｓ３」という。

（１）光学センサ２２４５の複数の発光部を同時に発光させる。
（２）各受光器の出力信号からＳ１、Ｓ２及びＳ３の値を求める。
（３）Ｓ３／Ｓ２の値を求める。
（４）記録紙判別テーブルを参照し、得られたＳ１及びＳ３／Ｓ２の値から記録紙の銘柄を特定する。
（５）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。

なお、この場合は、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Ｓ３／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、例えば、図１９に示されるように、第３の光検出系として、偏光フィルタ１８と受光器１９を更に有していても良い。偏光フィルタ１８は、表面拡散反射光及び内部拡散反射光の光路上に配置されている。この偏光フィルタ１８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。受光器１９は、偏光フィルタ１８を透過した光の光路上に配置されている。そこで、受光器１９は、内部拡散反射光のＰ偏光成分を受光する。

また、光源１０の中心と、照明中心と、２つの偏光フィルタ（１４、１８）の各中心と、４つの受光器（１２、１３、１５、１９）の各中心は、ほぼ同一平面上に存在する。そして、照明中心と偏光フィルタ１８及び受光器１９の中心とを結ぶ線Ｌ４と、記録紙の表面とのなす角度ψ４は１５０°である（図２０参照）。

この場合に、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以下に説明する。なお、以下では、光源１０からの光が記録紙に照射されたときの、受光器１９の出力信号における信号レベルを「Ｓ４」という。

（１）光学センサ２２４５の複数の発光部を同時に発光させる。
（２）各受光器の出力信号からＳ１、Ｓ２及びＳ４の値を求める。
（３）Ｓ４／Ｓ１の値を求める。
（４）記録紙判別テーブルを参照し、得られたＳ４／Ｓ１及びＳ２の値から記録紙の銘柄を特定する。
（５）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。

なお、この場合は、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Ｓ４／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、例えば、図２１及び図２２に示されるように、上記受光器１７と上記偏光フィルタ１８と上記受光器１９とを更に有していても良い。すなわち、受光器１７によって構成される第３の光検出系と、偏光フィルタ１８と受光器１９によって構成される第４の光検出系を更に有していても良い。

この場合に、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以下に説明する。

（１）光学センサ２２４５の複数の発光部を同時に発光させる。
（２）各受光器の出力信号からＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の値を求める。
（３）Ｓ４／Ｓ１、Ｓ３／Ｓ２の値を求める。
（４）記録紙判別テーブルを参照し、得られたＳ４／Ｓ１及びＳ３／Ｓ２の値から記録紙の銘柄を特定する（図２３参照）。
（５）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。

なお、この場合は、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Ｓ４／Ｓ１及びＳ３／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。

なお、上記第２の光検出系と同様の構成の検出系を拡散反射光方向に配置するなど、さらに検出系を有していても良い。

このように、互いに異なる方向に反射された拡散光をそれぞれ検出する複数の受光系を設け、各受光系での検出値の比などの演算した値を用いて記録紙を判別することにより、外乱光や迷光などがあっても正確な判別が可能である。

また、この場合に、プリンタ制御装置２０９０は、Ｓ１とＳ２を用いておおまかに紙種を絞り込み、Ｓ４／Ｓ１とＳ３／Ｓ２を用いて記録紙の銘柄を特定しても良い。

なお、ここでは、Ｓ１とＳ４を用いた演算方法としてＳ４／Ｓ１を用いたが、これに限定されるものではない。同様に、Ｓ２とＳ３を用いた演算方法についても、Ｓ３／Ｓ２に限定されるものではない。

図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）には、Ｓ１とＳ２のみを用いて紙種判別する場合と、Ｓ４／Ｓ１とＳ３／Ｓ２を用いて紙種判別する場合とについて、外乱光の影響を調べた結果が示されている。Ｓ１とＳ２のみを用いて紙種判別する場合は、図２４（Ａ）に示されるように、外乱光があると、各受光系での検出値が大きくなり、誤った紙種判別をする恐れがある。一方、Ｓ４／Ｓ１とＳ３／Ｓ２を用いて紙種判別する場合は、図２４（Ｂ）に示されるように、外乱光があってもＳ４／Ｓ１及びＳ３／Ｓ２は、外乱光がないときとほとんど変化せず、正しい紙種判別をすることができる。

この場合に、上記第２の光検出系が複数の受光器を有していても良い。また、上記第３や上記第４の光検出系が複数の偏光フィルタ及び受光器を有していても良い。

例えば、上記第３の光検出系が２つの受光器を有し、上記第４の光検出系が２組の偏光フィルタと受光器を有している場合に、第３の光検出系の各受光器の出力レベルを「Ｓ３」と「Ｓ５」、第４の光検出系の各受光器の出力レベルを「Ｓ４」と「Ｓ６」とすると、（Ｓ４／Ｓ１＋Ｓ６／Ｓ１）の値と、（Ｓ３／Ｓ２＋Ｓ５／Ｓ２）の値とを用いて、紙種判別を行っても良い。また、Ｓ４／Ｓ１の値と、Ｓ６／Ｓ１の値と、Ｓ３／Ｓ２の値と、Ｓ５／Ｓ２の値とを用いて、紙種判別を行っても良い。

なお、当然ながら、紙種判別に用いられる演算方法に応じた「記録紙判別テーブル」が、予め調整工程等の出荷前工程で作成され、プリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納されている。

また、上記実施形態において、光学センサ２２４５は、一例として図２５に示されるように、２つのミラー（２１、２２）を更に備えていても良い。

ここでは、光源１０は、Ｚ軸に平行な方向に光を射出し、コリメートレンズ１１は、光軸がＺ軸に平行となるように配置されている。

そして、ミラー２１は、コリメートレンズ１１を介した光を、記録紙での入射角が８０°となるように、その光路を曲げる。

ミラー２２は、ミラー２１と同等のミラーであり、Ｘ軸方向に関して、開口部を挟んでミラー２１と対向する位置に配置されている。そこで、記録紙からの表面正反射光は、その進行方向がＺ軸に平行になるように、その光路が曲げられる。

そして、受光器１５は、ミラー２２の＋Ｚ側に配置され、ミラー２２で光路が曲げられた表面正反射光を受光する。

この場合は、光源１０、コリメートレンズ１１及び受光器１５を傾斜した状態でそれぞれ支持する部材が不要であり、かつ電気回路を簡素化することができる。これにより、低コスト化及び小型化を促進することができる。

なお、３つ以上の受光器が設けられている場合においても、ミラーを用いて各受光器に向かう光の進行方向をＺ軸に平行な方向とすることで、光学センサの小型化を促進することができる。

また、上記実施形態では、光源１０が９個の発光部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、上記実施形態では、光源１０から直線偏光が射出さ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。但し、この場合は、一例として図２６に示されるように、照射光をＳ偏光にするための偏光フィルタ２３が必要となる。

また、上記実施形態において、各受光器の前方に集光レンズが配置されていることがより好ましい。この場合は、各受光器での受光光量の変動を低減することができる。

反射光量に基づいて記録紙を判別する光学センサにとって測定の再現性は重要である。反射光量に基づいて記録紙を判別する光学センサでは、測定時に測定面と記録紙の表面とが同一平面にあることを前提に測定系が設置されている。しかしながら、記録紙は、たわみや振動等の理由から、測定面に対し記録紙表面が傾斜または浮き上がってしまい、記録紙表面が測定面と同一平面にならない場合が生じる。この場合は、反射光量が変化し、安定して詳細な判別が困難である。ここでは、例として正反射について記述する。

図２７（Ａ）には、測定面と記録紙の表面が同一平面の場合が示されている。このとき、光検出系は正反射を受光することができる。

図２７（Ｂ）には、測定面に対し記録紙の表面が角度αだけ傾斜した場合が示されている。このとき、光照射系と光検出系の位置関係が図２７（Ａ）の場合と同じであると、光検出系は正反射方向から２αだけずれた方向で受光することになる。ずれに伴い反射光強度分布は移動しているため、照射領域の中心位置と光検出系までの距離をＬとすると、光検出系は正反射受光位置からＬ×ｔａｎ２αだけずれた位置で受光することになる。また、実際の入射角度は規定した入射角度θからαずれてしまい、記録紙からの反射率が変化してしまう。このため検出光量に変化が生じ、結果として、詳細な判別が困難となってしまう。

また、図２７（Ｃ）には、測定面に対し記録紙の表面がｄだけ高さ方向、つまりＺ軸方向にずれた場合が示されている。このとき、光照射系と光検出系の位置関係が図２７（Ａ）の場合と同じであると、ずれに伴い反射光強度分布は移動しているため、光検出系は正反射受光位置から２ｄ×ｓｉｎθだけずれた位置で受光することになる。このため検出光量の変化が生じ、結果として、詳細な判別が困難となってしまう。

図２７（Ｂ）及び図２７（Ｃ）の場合には、光検出系が確実に正反射光を検出するように移動量に対して光検出系の前方に集光レンズを配置し、反射光強度分布が移動した場合でも集光することで対処が可能である。

または、受光器に受光領域が十分大きなフォトダイオード（ＰＤ）を用いたり、照射光のビーム径を狭めたりすることによっても、記録紙表面が測定面と同一平面にならない場合の不都合を解消することができる。

また、受光器にアレイ化されたＰＤを用いて、反射光強度分布の移動量に対して十分大きな受光領域を有する構成としても良い。この場合、反射光強度分布が移動したとしても、各ＰＤが検出した信号のうちの最大信号を正反射光の信号とすれば良い。また、ＰＤがアレイ化された場合に、個々のＰＤの受光領域を小さくすることにより、正反射光と受光領域の中心のずれによる出力の変動も低減できるため、より正確な検出を行うことができる。

なお、ここでは便宜上、正反射について記述したが表面拡散反射や内部拡散反射に関しても、測定面と記録紙表面のずれによる検出光量の変化は生じるが、正反射の場合と同様にして対応することができる。

また、上記実施形態において、光学センサ２２４５に処理装置を設け、プリンタ制御装置２０９０での処理の一部を該処理装置で行っても良い。

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、給紙トレイ毎に光学センサ２２４５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、光学センサ２２４５は搬送路近傍に配置される。例えば、光学センサ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。

また、光学センサ２２４５によって識別される対象物は、記録紙に限定されるものではない。

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い。例えば、モノクロ画像を形成するレーザプリンタであっても良い。また、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機であっても良い。

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。例えば、５つの感光体ドラムを有するプリンタであっても良い。

また、上記実施形態では、トナー像が感光体ドラムから転写ベルトを介して記録紙に転写される画像形成装置について説明したが、これに限定されるものではなく、トナー像が感光体ドラムから記録紙に直接転写される画像形成装置であっても良い。

また、光学センサ２２４５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。

なお、光学センサ２２４５を対象物の厚さ検出へ応用することができる（図２８参照）。従来の厚さセンサは透過型の構成となっており、必ず対象物を挟んだ双方向に光学系をそれぞれ配置しなければならなかった。そのため、支持部材などが必要であった。一方、光学センサ２２４５では、反射光のみで厚さを検出するため、対象物の一側にのみ光学系を配置すれば良い。そこで、部品点数を少なくすることができ、低コスト化及び小型化が可能となる。そして、対象物の厚さ検出を必要とする画像形成装置内に設置するには最適である。

また、光学センサ２２４５を対象物の密度検出へ応用することができる（図２９参照）。従来の密度センサは透過型の構成となっており、必ず対象物を挟んだ双方向に光学系をそれぞれ配置しなければならなかった。そのため、支持部材などが必要であった。一方、光学センサ２２４５では、反射光のみで密度を検出するため、対象物の一側にのみ光学系を配置すれば良い。そこで、部品点数を少なくすることができ、低コスト化及び小型化が可能となる。そして、対象物の密度検出を必要とする画像形成装置内に設置するには最適である。

１０…光源、１１…コリメートレンズ、１３…受光器（第２の光検出系）、１４…偏光フィルタ（分離光学素子）、１５…受光器（第１の光検出系）、１６…暗箱、１７…受光器、１８…偏光フィルタ（偏光光学素子）、１９…受光器、２０…ハーフミラー（分割光学素子）、２１，２２…ミラー、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（像担持体）、２０３２ａ，２０３２ｂ，２０３２ｃ，２０３２ｄ…帯電装置、２０３３ａ，２０３３ｂ，２０３３ｃ，２０３３ｄ…現像ローラ、２０４０…転写ベルト、２０４２…転写ローラ、２０５０…定着装置、２０９０…プリンタ制御装置（処理部、調整装置）、２２４５…光学センサ。

特開２００２−３４０５１８号公報 特開２００３−２９２１７０号公報 特開２００５−１５６３８０号公報 特開平１０−１６０６８７号公報 特開２００６−０６２８４２号公報 特開平１１−２４９３５３号公報

Claims (7)

1. 第１の偏光方向の直線偏光を、対象物の表面に向けて、該表面の法線方向に対して傾斜した入射方向から射出する照射系と、
   前記照射系から射出され前記対象物で正反射された光の光路上に配置された第１の光検出器を含む第１の光検出系と、
   前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、前記対象物で拡散反射された光に含まれる前記第１の偏光方向の直線偏光成分を抽出する分離光学素子と、該分離光学素子で抽出された前記第１の偏光方向の直線偏光成分を受光する第２の光検出器と、前記対象物で拡散反射された光を受光する第３の光検出器とを含む第２の光検出系と、
   前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置された少なくとも１つの光検出器を含む第３の光検出系と、
   該第３の光検出系の少なくとも１つの光検出器と前記第１の光検出器の出力の比と、前記第２の光検出系の各光検出器の出力とに基づいて、前記対象物を特定する処理部と、を備える光学センサ。
2. 第１の偏光方向の直線偏光を、対象物の表面に向けて、該表面の法線方向に対して傾斜した入射方向から射出する照射系と、
   前記照射系から射出され前記対象物で正反射された光の光路上に配置された第１の光検出器を含む第１の光検出系と、
   前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、前記対象物で拡散反射された光に含まれる前記第１の偏光方向の直線偏光成分を抽出する分離光学素子と、該分離光学素子で抽出された前記第１の偏光方向の直線偏光成分を受光する第２の光検出器と、前記対象物で拡散反射された光を受光する第３の光検出器とを含む第２の光検出系と、
   前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、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透過させる少なくとも１つの偏光光学素子、及び該少なくとも１つの偏光光学素子を透過した光を受光する少なくとも１つの光検出器を含む第３の光検出系と、
   該第３の光検出系の少なくとも１つの光検出器と前記第２の光検出系の２つの光検出器の出力差の比と、前記第１の光検出器の出力とに基づいて、前記対象物を特定する処理部と、を備える光学センサ。
3. 第１の偏光方向の直線偏光を、対象物の表面に向けて、該表面の法線方向に対して傾斜した入射方向から射出する照射系と、
   前記照射系から射出され前記対象物で正反射された光の光路上に配置された第１の光検出器を含む第１の光検出系と、
   前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、前記対象物で拡散反射された光に含まれる前記第１の偏光方向の直線偏光成分を抽出する分離光学素子と、該分離光学素子で抽出された前記第１の偏光方向の直線偏光成分を受光する第２の光検出器と、前記対象物で拡散反射された光を受光する第３の光検出器とを含む第２の光検出系と、
   前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置された少なくとも１つの光検出器を含む第３の光検出系と、
   前記対象物における入射面内で、前記対象物で拡散反射された光の光路上に配置され、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透過させる少なくとも１つの偏光光学素子、及び該少なくとも１つの偏光光学素子を透過した光を受光する少なくとも１つの光検出器を含む第４の光検出系と、
   前記第３の光検出系の少なくとも１つの光検出器と前記第１の光検出器の出力の比と、前記第４の光検出系の少なくとも１つの光検出器と前記第２の光検出系の２つの光検出器の出力差の比とに基づいて、前記対象物を特定する処理部と、を備える光学センサ。
4. 前記第２の光検出系は、前記対象物で拡散反射された光を２分割する分割光学素子を含み、
   前記分離光学素子は、前記分割光学素子で２分割された一方の光の光路上に配置され、前記第３の光検出器は、前記分割光学素子で２分割された他方の光の光路上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学センサ。
5. 前記分割光学素子は、前記対象物の表面の法線方向に拡散反射された光の光路上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学センサ。
6. 前記照射系は、２次元的に配列されている複数の発光部を有する面発光レーザアレイを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学センサ。
7. 記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、
   前記記録媒体を対象物とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学センサと、
   前記光学センサの出力に基づいて前記記録媒体の銘柄を特定し、該特定された銘柄に応じて画像形成条件を調整する調整装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
   

Images