JP6176435B2 - センサ装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサ装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、光学センサを有するセンサ装置、及び該センサ装置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。

記録媒体に光を照射し、その反射光や透過光を受光して、該記録媒体の銘柄や表面状態などを検出する光学的な方法が知られている。

例えば、特許文献１には、反射光と透過光とを用いて記録材の種類を識別する記録材識別装置が開示されている。

また、特許文献２には、移動中の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、シート材の材質を判別するシート材材質判別装置が開示されている。

また、特許文献３には、給紙部に収容された記録材の種類を判別する反射型光学センサと、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とを有する画像形成装置が開示されている。

また、特許文献４には、記録媒体に光を照射して反射された反射光の複数の偏光成分を検出する状態検出手段と、画像形成を行うための高圧出力値を供給する高圧供給手段と、状態検出手段による複数の偏光成分の検出結果に基づいて、高圧供給手段の高圧出力値を制御する出力制御手段とを具えた画像形成装置が開示されている。

また、特許文献５には、第１の偏光方向の直線偏光をシート状の対象物に射出する照射系と、照射系から射出され対象物で正反射された光の光路上に配置された第１の光検出器と、対象物で拡散反射された光の第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の直線偏光成分を透過させる光学素子と、該光学素子を透過した光を受光する第２の光検出器とを備える光学センサが開示されている。

また、特許文献６には、測定対象物に照射された光であって、測定対象物の繊維方向に伝搬されて繊維外に出た光を検出するために、照射手段が照射する光線軸と略平行でかつ、照射手段が照射する光線軸を中心とする仮想円周から漏れ出す光を検出する検出手段を設け、検出器で検出した光に基づいて測定対象物の繊維配向特性を測定する繊維配向特性の測定装置が開示されている。

また、特許文献７には、紙面に対して垂直に直線偏光からなる検出光を照射するとともに該直線偏光の振動方向を入射光軸を中心として回転させる投光手段と、入射光軸を中心として投光手段の回転に同期して旋回し、主直線偏光と副直線偏光を反射光から分離して捕捉する一対の受光手段とを備える紙の繊維配向測定装置が開示されている。

また、特許文献８には、被記録媒体の表面からの反射角が同一かつ反射方向が異なる複数の反射光を受光する複数の受光素子を用いて、被記録媒体の表面の繊維配向性を検出する第１の検出手段と、複数の受光素子のうち少なくとも一つの受光素子を用いて、被記録媒体の表面の光沢度を検出する第２の検出手段と、検出された繊維配向性と光沢度に基づいて、被記録媒体の種類を判別する判別手段とを備える被記録媒体の種類の判別装置が開示されている。

しかしながら、簡単な構成で精度良く対象物を特定するのは困難であった。

本発明は、光源、及び該光源から射出され対象物で正反射された光及び拡散反射された光を受光する複数の光検出器を有する光学センサと、それぞれの種類が既知であり互いに異なる複数種類の対象物に関して、予め前記光学センサからの光の入射方向が該対象物に対して第１の方向のときと、該第１の方向に直交する第２の方向のときとにおいて取得された前記複数の光検出器の出力データを含むデータベースと、種類が不明の対象物に前記光源からの光を照射し、得られた前記複数の光検出器の出力データを、前記データベースと照合し、前記種類が不明の対象物の種類を判別する処理装置とを備え、前記光源は、前記種類が不明の対象物に対して、前記第１の方向及び前記第２の方向のいずれかから光を照射し、前記処理装置は、前記データベースにおける種類毎に、各検出器について、前記種類が不明の対象物のときの出力データとの一致の度合いを表す適合率を算出し、該適合率に基づいて前記種類が不明の対象物の種類を判別することを特徴とするセンサ装置である。

本発明の光学センサによれば、簡単な構成で精度良く対象物を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。 記録紙への照射光の入射角θを説明するための図である。 受光器１３と受光器１４の配置位置を説明するための図である。 受光器１５の配置位置を説明するための図である。 図７（Ａ）は表面正反射光を説明するための図であり、図７（Ｂ）は表面拡散反射光を説明するための図であり、図７（Ｃ）は内部拡散反射光を説明するための図である。 偏光フィルタに入射する反射光を説明するための図である。 受光器１４で受光される光を説明するための図である。 受光器１３及び受光器１５で受光される光を説明するための図である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれセンサ駆動機構を説明するための図である。 図１２（Ａ）は第１の姿勢を説明するための図であり、図１２（Ｂ）は第２の姿勢を説明するための図である。 銘柄別出力レベルデータを説明するための図である。 Ｐ個の検出位置を説明するための図である。 第１の処理方法を説明するためのフローチャートである。 第２の処理方法を説明するためのフローチャートである。 第３の処理方法を説明するためのフローチャート（その１）である。 第３の処理方法を説明するためのフローチャート（その２）である。 第４の処理方法を説明するためのフローチャートである。 第３の姿勢を説明するための図である。 第４の処理方法における銘柄別出力レベルデータを説明するための図である。 角度βを説明するための図である。 角度βと受光器１５の受光量の変化率との関係を説明するための図である。 面発光レーザアレイの変形例を説明するための図である。 光学センサの変形例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２３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、センサ駆動機構２２４８（図１では図示省略、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）参照）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、アナログ信号をデジタル信号に変換する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。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１２、３つの受光器（１３、１４、１５）、偏光フィルタ１６、及びこれらが収納される暗箱１９などを有している。

暗箱１９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Ｍの表面に直交する方向をＺ軸方向、記録紙Ｍ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Ｍの＋Ｚ側に配置されているものとする。

光源１０は、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Ｍに対してＳ偏光の直線偏光が照射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Ｍへの入射角θ（図４参照）は、８０°である。

光源１０は、プリンタ制御装置２０９０によって、点灯及び消灯される。

図２に戻り、コリメートレンズ１２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１２を介した光は、暗箱１９に設けられている開口部を通過して記録紙Ｍを照明する。なお、以下では、記録紙Ｍ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。

本明細書では、記録紙Ｍへの入射光だけでなく反射光に対してもＳ偏光及びＰ偏光という表現を用いるが、これは説明をわかりやすくするために、記録紙Ｍへの入射光の偏光方向を基準とした表現であり、入射面内において入射光（ここでは、Ｓ偏光）と同一の偏光方向をＳ偏光、それに直交する偏光方向をＰ偏光と呼ぶこととする。

偏光フィルタ１６は、照明中心の＋Ｚ側に配置されている。この偏光フィルタ１６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１６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１４は、偏光フィルタ１６の＋Ｚ側に配置され、偏光フィルタ１６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、照明中心と偏光フィルタ１６及び受光器１４の中心とを結ぶ線Ｌ１と、記録紙Ｍの表面とのなす角度ψ１は９０°である。

受光器１３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、図５に示されるように、照明中心と受光器１３の中心とを結ぶ線Ｌ２と、記録紙Ｍの表面とのなす角度ψ２は１７０°である。

光検出器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、図６に示されるように、照明中心と光検出器１５の中心とを結ぶ線Ｌ３と、記録紙Ｍの表面とのなす角度ψ３は１２０°である。

光源１０の中心と、照明中心と、偏光フィルタ１６の中心と、各受光器の中心とは、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７（Ａ）及び図７（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７（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、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、入射光がその入射方向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、入射光の偏光方向に対して回転している。これは、記録紙の内部に侵入した光は、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、偏光フィルタ１６には、表面拡散反射光と内部拡散反射光が混在した反射光が入射する（図８参照）。

表面拡散反射光は入射光と同じＳ偏光であるため、偏光フィルタ１６で遮光される。一方、内部拡散反射光はＳ偏光とＰ偏光とが混在しているため、Ｐ偏光成分が偏光フィルタ１６を透過する。すなわち、内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分が受光器１４で受光される（図９参照）。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「Ｐ偏光内部拡散反射光」ともいう。また、内部拡散反射光に含まれるＳ偏光成分を「Ｓ偏光内部拡散反射光」ともいう。

Ｐ偏光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、Ｐ偏光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１３には、表面正反射光と表面拡散反射光と内部拡散反射光とが混在する反射光が入射する。表面正反射光の光量に比べて表面拡散反射光及び内部拡散反射光の光量は非常に小さいので、受光器１３の受光光量は、表面正反射光の光量であるとみなすことができる（図１０参照）。

受光器１５には、表面拡散反射光と内部拡散反射光とが混在する反射光が入射する。表面拡散反射光の光量に比べて内部拡散反射光の光量は非常に小さいので、受光器１５の受光光量は、表面拡散反射光の光量であるとみなすことができる（図１０参照）。

各受光器は、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。

センサ駆動機構２２４８は、光学センサ２２４５をＺ軸まわりに回動させるとともに、記録紙Ｍの長手方向に沿って移動させる。以下では、便宜上、記録紙Ｍの長手方向をＬ方向とし、短手方向をＷ方向とする。

このセンサ駆動機構２２４８は、一例として図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示されるように、ベース２２４８ａ、シャフト２２４８ｂ、ガイド２２４８ｃ、第１モータ２２４８ｄ、テーブル２２４８ｅ、テーブル軸２２４８ｆ、第２モータ２２４８ｇなどを有している。

ベース２２４８ａは、矩形形状の板状部材であり、＋Ｗ側端部にシャフト２２４８ｂが挿入されるねじ穴を有し、−Ｗ側端部にガイド２２４８ｃが挿入される貫通孔を有し、中央部にテーブル軸２２４８ｆが挿入される貫通孔を有している。

シャフト２２４８ｂは、Ｌ方向を長手方向とする丸棒であり、表面にねじ山が形成されている。ガイド２２４８ｃは、Ｌ方向を長手方向とする丸棒である。シャフト２２４８ｂとガイド２２４８ｃは、Ｗ方向に関して離れて配置されている。第１モータ２２４８ｄは、シャフト２２４８ｂを回転させるためのモータである。

テーブル２２４８ｅは、円板状部材であり、−Ｚ側の面に光学センサ２２４５が取り付けられる。テーブル軸２２４８ｆは、テーブル２２４８ｅの＋Ｚ側の面の中央に取り付けられている。第２モータ２２４８ｇは、テーブル軸２２４８ｆを回転させるためのモータである。

第１モータ２２４８ｄ及び第２モータ２２４８ｇは、いずれもプリンタ制御装置２０９０によって駆動される。第１モータ２２４８ｄが駆動されると、ベース２２４８ａがＬ方向に沿って移動し、それとともに、光学センサ２２４５もＬ方向に沿って移動する。第２モータ２２４８ｇが駆動されると、テーブル２２４８ｅがテーブル軸２２４８ｆまわりに回動し、それとともに、光学センサ２２４５もＺ軸まわりに回動する。

そして、図１２（Ａ）に示されるように、光学センサ２２４５のＸ軸方向と記録紙ＭのＬ方向とが平行となるときの光学センサ２２４５の回動状態を「第１の姿勢」といい、図１２（Ｂ）に示されるように、光学センサ２２４５のＹ軸方向と記録紙ＭのＬ方向とが平行となるときの光学センサ２２４５の回動状態を「第２の姿勢」という。

本実施形態では、予め、カラープリンタ２０００が対応可能な複数銘柄の記録紙について、流れ目方向がＬ方向と一致するようにして、光学センサ２２４５の各受光器の出力レベルを、第１の姿勢及び第２の姿勢のそれぞれで取得している。この取得結果は、「銘柄別出力レベルデータ」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、第１の姿勢での受光器１３の出力レベルをＳ１Ｈ、受光器１４の出力レベルをＳ２Ｈ、受光器１５の出力レベルをＳ３Ｈとし、第２の姿勢での受光器１３の出力レベルをＳ１Ｖ、受光器１４の出力レベルをＳ２Ｖ、受光器１５の出力レベルをＳ３Ｖとする（図１３参照）。

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。紙種判別処理としては、種々の処理方法が考えられる。ここでは、４つの処理方法（第１の処理方法〜第４の処理方法）について以下に説明する。なお、記録紙Ｍにおける互いにＬ方向に関する位置が異なるＰ（Ｐは自然数）個の位置を検出位置とする（図１４参照）。

１．第１の処理方法
第１の処理方法について図１５のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートは、第１の処理方法の際にプリンタ制御装置２０９０のＣＰＵ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、センサ駆動機構２２４８を介して、光学センサ２２４５を第１の姿勢に回動させる。

次のステップＳ４０３では、検出位置を特定するための値が格納される変数ｍに初期値１をセットする。

次のステップＳ４０５では、センサ駆動機構２２４８を介して、光学センサ２２４５をｍ番目の検出位置に移動させる。

次のステップＳ４０７では、光学センサ２２４５の光源１０を点灯させる。

次のステップＳ４０９では、各受光器の出力信号を取得し、ＲＡＭに保存する。

次のステップＳ４１１では、光学センサ２２４５の光源１０を消灯させる。

次のステップＳ４１３では、変数ｍの値がＰ以上か否かを判断する。変数ｍの値がＰ未満であれば、ここでの判断は否定されステップＳ４１５に移行する。

このステップＳ４１５では、変数ｍの値を＋１する。そして、上記ステップＳ４０５に戻る。

以下、ステップＳ４１３での判断が肯定されるまで、ステップＳ４０５〜ステップＳ４１５の処理を繰り返す。

変数ｍの値がＰ以上になると、ステップＳ４１３での判断は肯定されステップＳ４１７に移行する。

このステップＳ４１７では、受光器毎に、Ｐ個の出力レベルを平均化する。受光器１３の出力レベルの平均値をＳ１'、受光器１４の出力レベルの平均値をＳ２'、受光器１５の出力レベルの平均値をＳ３'とする。

次のステップＳ４１９では、プリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納されている銘柄別出力レベルデータを参照し、各銘柄について、次の（１）式を用いて適合率ＲＨを算出し、次の（２）式を用いて適合率ＲＶを算出する。

次のステップＳ４２１では、各銘柄について算出された適合率ＲＨ及び適合率ＲＶにおいて、適合率ＲＨ及び適合率ＲＶのいずれかが最大となる銘柄を抽出し、該抽出された銘柄を記録紙Ｍの銘柄とする。

次のステップＳ４２３では、特定された記録紙Ｍの銘柄をＲＡＭに保存する。そして、第１の処理方法を終了する。

２．第２の処理方法
第２の処理方法について図１６のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートは、第２の処理方法の際にプリンタ制御装置２０９０のＣＰＵ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。

第２の処理方法は、上記第１の処理方法におけるステップＳ４０１のみが、ステップＳ４０１’に変更されたものである。

このステップＳ４０１’では、センサ駆動機構２２４８を介して、光学センサ２２４５を第２の姿勢に回動させる。以下は、上記第１の処理方法と同じである。

すなわち、第２の処理方法は、上記第１の処理方法に対して光学センサ２２４５の姿勢のみが異なっている。

３．第３の処理方法
第３の処理方法について図１７及び図１８のフローチャートを用いて説明する。これらのフローチャートは、第３の処理方法の際にプリンタ制御装置２０９０のＣＰＵ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、センサ駆動機構２２４８を介して、光学センサ２２４５を第１の姿勢に回動させる。

次のステップＳ５０３では、検出位置を特定するための値が格納される変数ｍに初期値１をセットする。

次のステップＳ５０５では、センサ駆動機構２２４８を介して、光学センサ２２４５をｍ番目の検出位置に移動させる。

次のステップＳ５０７では、光学センサ２２４５の光源１０を点灯させる。

次のステップＳ５０９では、各受光器の出力信号を取得し、ＲＡＭに保存する。

次のステップＳ５１１では、光学センサ２２４５の光源１０を消灯させる。

次のステップＳ５１３では、変数ｍの値がＰ以上か否かを判断する。変数ｍの値がＰ未満であれば、ここでの判断は否定されステップＳ５１５に移行する。

このステップＳ５１５では、変数ｍの値を＋１する。そして、上記ステップＳ５０５に戻る。

以下、ステップＳ５１３での判断が肯定されるまで、ステップＳ５０５〜ステップＳ５１５の処理を繰り返す。

変数ｍの値がＰ以上になると、ステップＳ５１３での判断は肯定されステップＳ５２１に移行する。

このステップＳ５２１では、センサ駆動機構２２４８を介して、光学センサ２２４５を第２の姿勢に回動させる。

次のステップＳ５２３では、検出位置を特定するための値が格納される変数ｍに初期値１をセットする。

次のステップＳ５２５では、センサ駆動機構２２４８を介して、光学センサ２２４５をｍ番目の検出位置に移動させる。

次のステップＳ５２７では、光学センサ２２４５の光源１０を点灯させる。

次のステップＳ５２９では、各受光器の出力信号を取得し、ＲＡＭに保存する。

次のステップＳ５３１では、光学センサ２２４５の光源１０を消灯させる。

次のステップＳ５３３では、変数ｍの値がＰ以上か否かを判断する。変数ｍの値がＰ未満であれば、ここでの判断は否定されステップＳ５３５に移行する。

このステップＳ５３５では、変数ｍの値を＋１する。そして、上記ステップＳ５２５に戻る。

以下、ステップＳ５３３での判断が肯定されるまで、ステップＳ５２５〜ステップＳ５３５の処理を繰り返す。

変数ｍの値がＰ以上になると、ステップＳ５３３での判断は肯定されステップＳ５５１に移行する。

このステップＳ５５１では、光学センサ２２４５が第１の姿勢のときに得られた受光器毎のＰ個の出力レベルを平均化する。受光器１３の出力レベルの平均値をＳ１Ｈ'、受光器１４の出力レベルの平均値をＳ２Ｈ'、受光器１５の出力レベルの平均値をＳ３Ｈ'とする。

次のステップＳ５５３では、光学センサ２２４５が第２の姿勢のときに得られた受光器毎のＰ個の出力レベルを平均化する。受光器１３の出力レベルの平均値をＳ１Ｖ'、受光器１４の出力レベルの平均値をＳ２Ｖ'、受光器１５の出力レベルの平均値をＳ３Ｖ'とする。

次のステップＳ５５５では、プリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納されている銘柄別出力レベルデータを参照し、各銘柄について、次の（３）式を用いて適合率ＲＨを算出し、次の（４）式を用いて適合率ＲＶを算出し、次の（５）式を用いて適合率ＲＨ’を算出し、次の（６）式を用いて適合率ＲＶ’を算出する。

次のステップＳ５５７では、各銘柄について算出された適合率ＲＨ、適合率ＲＶ、適合率ＲＨ’、適合率ＲＶ’において、ＲＨ×ＲＶ及びＲＨ’×ＲＶ’のいずれかが最大となる銘柄を抽出し、該抽出された銘柄を記録紙Ｍの銘柄とする。

次のステップＳ５５９では、特定された記録紙Ｍの銘柄をＲＡＭに保存する。そして、第３処理方法を終了する。

４．第４の処理方法
第４の処理方法について図１９のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートは、第４の処理方法の際にプリンタ制御装置２０９０のＣＰＵ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。なお、図２０に示されるように、光学センサ２２４５のＸ軸方向と記録紙ＭのＬ方向とのなす角度がα（０＜α＜９０）となるときの光学センサ２２４５の回動状態を「第３の姿勢」という。そして、銘柄別出力レベルデータに、第３の姿勢での受光器１３の出力レベルＳ１Ａ、受光器１４の出力レベルＳ２Ａ、受光器１５の出力レベルＳ３Ａが含まれているものとする（図２１参照）。ここでは、一例としてα＝４５°としているが、これに限定されるものではない。

最初のステップＳ６０１では、センサ駆動機構２２４８を介して、光学センサ２２４５を第３の姿勢に回動させる。

次のステップＳ６０３では、検出位置を特定するための値が格納される変数ｍに初期値１をセットする。

次のステップＳ６０５では、センサ駆動機構２２４８を介して、光学センサ２２４５をｍ番目の検出位置に移動させる。

次のステップＳ６０７では、光学センサ２２４５の光源１０を点灯させる。

次のステップＳ６０９では、各受光器の出力信号を取得し、ＲＡＭに保存する。

次のステップＳ６１１では、光学センサ２２４５の光源１０を消灯させる。

次のステップＳ６１３では、変数ｍの値がＰ以上か否かを判断する。変数ｍの値がＰ未満であれば、ここでの判断は否定されステップＳ６１５に移行する。

このステップＳ６１５では、変数ｍの値を＋１する。そして、上記ステップＳ６０５に戻る。

以下、ステップＳ６１３での判断が肯定されるまで、ステップＳ６０５〜ステップＳ６１５の処理を繰り返す。

変数ｍの値がＰ以上になると、ステップＳ６１３での判断は肯定されステップＳ６１７に移行する。

このステップＳ６１７では、受光器毎に、Ｐ個の出力レベルを平均化する。受光器１３の出力レベルの平均値をＳ１”、受光器１４の出力レベルの平均値をＳ２”、受光器１５の出力レベルの平均値をＳ３”とする。

次のステップＳ６１９では、プリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納されている銘柄別出力レベルデータを参照し、各銘柄について、次の（７）式を用いて適合率ＲＨを算出し、次の（８）式を用いて適合率ＲＶを算出し、次の（９）式を用いてＲＡを算出する。

次のステップＳ６２１では、各銘柄について算出された適合率ＲＨ、適合率ＲＶ及び適合率ＲＡについて、いずれかが最大となる銘柄を抽出し、該抽出された銘柄を記録紙Ｍの銘柄とする。

次のステップＳ６２３では、特定された記録紙Ｍの銘柄をＲＡＭに保存する。そして、第４の処理方法を終了する。

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、記録紙には、その製造方法に起因して、該記録紙を構成する繊維の配向が生じている。この繊維の配向は、「流れ目」とも呼ばれており、製造工程における記録紙の流れる方向に沿うように形成されている。そこで、同じ記録紙であっても、照射光の入射方向が異なると、その反射特性が異なることがある。ここで、図２２に示されるように、記録紙Ｍの表面に直交する面に正射影したときの照射光の入射方向とＬ方向とのなす角度をβ（°）とする。

図２３には、互いに銘柄が異なる複数の記録紙について、角度βと受光器１５における受光量の変化率（％）との関係が示されている。銘柄Ａでは流れ目の方向がＬ方向に平行であり、銘柄Ｂ、Ｃ、Ｄでは、流れ目の方向がＬ方向に直交している。図２３によると、銘柄Ａでは、角度βが９０°近傍で受光量が最大値となっており、銘柄Ｂ、Ｃ、Ｄでは、角度βが９０°近傍で受光量が最小値となっている。これは、入射面が流れ目方向に対して平行な場合は、記録紙表面での拡散反射が最も小さく、入射面が流れ目方向に対して直交する場合は、記録紙表面での拡散反射が最も大きくなることを示している。

本実施形態では、銘柄別出力レベルデータに、入射面がＬ方向に平行な場合の各受光器の出力レベルと、入射面がＬ方向に直交する場合の各受光器の出力レベルとが含まれているため、判別対象の記録紙Ｍの銘柄と流れ目方向の両方を同時に求めることができる。

例えば、上記第１の処理方法において、適合率ＲＨが最大となった場合は、流れ目方向がＬ方向に平行であり、適合率ＲＶが最大となった場合は、流れ目方向がＬ方向に直交していると判断することができる。

また、上記第２の処理方法においても、適合率ＲＨが最大となった場合は、流れ目方向がＬ方向に平行であり、適合率ＲＶが最大となった場合は、流れ目方向がＬ方向に直交していると判断することができる。

また、上記第３の処理方法において、ＲＨ×ＲＶが最大となった場合は、流れ目方向がＬ方向に平行であり、ＲＨ’×ＲＶ’が最大となった場合は、流れ目方向がＬ方向に直交していると判断することができる。

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、プリンタ制御装置２０９０によって、本発明の処理装置及び調整装置が構成され、銘柄別出力レベルデータによって本発明のデータベースが構成されている。

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１２、３つの受光器（１３、１４、１５）、偏光フィルタ１６、及び暗箱１９などを有している。

光源１０はＳ偏光を射出し、受光器１３は、表面正反射光を主として受光し、受光器１４は、内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分を受光し、受光器１５は、表面拡散反射光を主として受光するように配置されている。

また、プリンタ制御装置２０９０のＲＯＭには、光学センサ２２４５が第１の姿勢のとき及び第２の姿勢のときに、銘柄が分かっている複数種類の記録紙について予め実測された各受光器の出力レベルが銘柄別出力レベルデータとして格納されている。

そして、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。この紙種判別処理では、プリンタ制御装置２０９０は、判別対象の記録紙Ｍに光源１０からの光を照射し、各受光器の出力レベルを求めた後、銘柄別出力レベルデータを参照して、銘柄毎に適合率ＲＨ及び適合率ＲＶを算出し、いずれかが最大値となる銘柄を記録紙Ｍの銘柄としている。

この場合、流れ目方向を考慮した紙種判別が行われるため、従来よりも精度良く紙種判別を行うことができる。なお、従来の紙種判別処理では、流れ目方向に関して全く考慮されていなかった。

また、本実施形態では、光源として面発光レーザアレイを用いているため、直線偏光の照射光を得るための偏光フィルタが不要である。さらに、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、複数の発光部を有する小型の光源が実現できる。また、コリメートレンズの光軸付近に全てのレーザ光を集中させることができるため、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る。この場合は、安価なコリメート光学系を用いることができる。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できる。

また、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点灯させている。このため、内部拡散反射光のＰ偏光成分の光量を増加させることができる。

そこで、光学センサ２２４５では、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高精度で分離することができる。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、３つの受光器の出力信号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、簡単な構成で精度良く対象物を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、紙種判別処理として、４つの処理方法（第１の処理方法〜第４の処理方法）について説明したが、これらに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、検出位置が複数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。

また、上記実施形態において、第４の処理方法におけるＳ１Ａ、Ｓ２Ａ、Ｓ３Ａは、実測値であっても良いが、各受光器の出力レベルと角度βとの関係を、例えば正弦波状の曲線で近似し、該近似曲線を用いた算出値であっても良い。

また、上記実施形態では、記録紙の銘柄に基づいて、最適な現像条件及び転写条件を設定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。記録紙の銘柄及び流れ目方向の少なくとも一方に基づいて、最適な現像条件及び転写条件を設定すれば良い。

また、上記実施形態において、プリンタ制御装置２０９０のＣＰＵによるプログラムに従う処理の少なくとも一部をハードウェアによって構成することとしても良いし、あるいは全てをハードウェアによって構成することとしても良い。

また、上記実施形態では、センサ駆動機構２２４８が、ベース２２４８ａ、シャフト２２４８ｂ、ガイド２２４８ｃ、第１モータ２２４８ｄ、テーブル２２４８ｅ、テーブル軸２２４８ｆ、第２モータ２２４８ｇなどから構成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。

また、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１６に代えて、Ｓ偏光を透過させる偏光フィルタが用いられ、受光器１４は、内部拡散反射光に含まれるＳ偏光成分を受光する。

また、上記実施形態において、面発光レーザアレイの複数の発光部は、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２４参照）。つまり、隣り合う発光部の間隔が相違していても良い。

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２５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２６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。

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２０５４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。

１０…光源、１２…コリメートレンズ、１３…受光器（第１の光検出器）、１４…受光器（第２の光検出器）、１５…受光器（第３の光検出器）、１６…偏光フィルタ（光学素子）、１９…暗箱、２６…偏光フィルタ、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（処理装置、調整装置）、２２４５…光学センサ、２２４８…センサ駆動機構。

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 特開２０１２−１２７９３７号公報 特許第３５７７７１３号公報 特許第２８０１１４４号公報 特許第３７３４２４７号公報

Claims (9)

1. 光源、及び該光源から射出され対象物で正反射された光及び拡散反射された光を受光する複数の光検出器を有する光学センサと、
   それぞれの種類が既知であり互いに異なる複数種類の対象物に関して、予め前記光学センサからの光の入射方向が該対象物に対して第１の方向のときと、該第１の方向に直交する第２の方向のときとにおいて取得された前記複数の光検出器の出力データを含むデータベースと、
   種類が不明の対象物に前記光源からの光を照射し、得られた前記複数の光検出器の出力データを、前記データベースと照合し、前記種類が不明の対象物の種類を判別する処理装置とを備え、
   前記光源は、前記種類が不明の対象物に対して、前記第１の方向及び前記第２の方向のいずれかから光を照射し、
   前記処理装置は、前記データベースにおける種類毎に、各検出器について、前記種類が不明の対象物のときの出力データとの一致の度合いを表す適合率を算出し、該適合率に基づいて前記種類が不明の対象物の種類を判別することを特徴とするセンサ装置。
2. 前記処理装置は、前記種類が不明の対象物の複数位置に前記光源からの光を照射し、照射位置毎に前記複数の光検出器の出力データを取得することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記光源は、面発光レーザアレイを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
4. 前記光源は、第１の偏光方向を持つ直線偏光の光を射出し、
   前記光学センサは、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設置され、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成分を透過させる光学素子を有し、
   前記複数の光検出器は、前記対象物で正反射された光の光路上に設置された第１の光検出器、及び前記光学素子を透過した光を受光する第２の光検出器を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
5. 前記複数の光検出器は、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設置された第３の光検出器を含むことを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
6. 前記対象物は紙であり、前記第１の方向は流れ目方向に平行な方向であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ装置。
7. 前記処理装置は、前記適合率に基づいて、さらに前記種類が不明の対象物における流れ目方向を求めることを特徴とする請求項６に記載のセンサ装置。
8. 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６又は７に記載のセンサ装置と、
   前記センサ装置の判別結果に基づい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。
9. 前記調整装置は、前記記録媒体の銘柄及び流れ目方向の少なくともいずれかに基づいて前記画像形成条件を調整することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
   

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