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技術 光学センサ及び画像形成装置

出願人 株式会社リコー
発明者 大場義浩菅原悟石井稔浩
出願日 2017年8月23日 (3年4ヶ月経過) 出願番号 2017-160483
公開日 2018年1月25日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2018-013487
状態 特許登録済
技術分野 付属装置、全体制御 シート,ウェブの制御 電子写真における制御・管理・保安 光学的手段による材料の調査、分析
主要キーワード 観測強度 材質判別装置 照明中心 密度センサ 箱部材 判別レベル 受光条件 内部拡散光
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年1月25日)のものです。
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図面 (20)

課題

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光学センサを提供する。

解決手段

光源11、コリメートレンズ12、受光器13、偏光フィルタ14、受光器17、及びこれらが収納される暗箱などを有している。そして、受光器13は、内部拡散反射光に含まれるP偏光成分受光し、受光器17は、拡散反射光を受光するように配置されている。この場合は、受光器13の出力信号と、受光器17の出力信号とから、記録紙の銘柄を特定することが可能となる。

概要

背景

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、湿度平滑性およ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トナー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多様化に伴い、印刷用紙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。

概要

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光学センサを提供する。光源11、コリメートレンズ12、受光器13、偏光フィルタ14、受光器17、及びこれらが収納される暗箱などを有している。そして、受光器13は、内部拡散反射光に含まれるP偏光成分受光し、受光器17は、拡散反射光を受光するように配置されている。この場合は、受光器13の出力信号と、受光器17の出力信号とから、記録紙の銘柄を特定することが可能となる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1の偏光方向の直線偏光を、シート状の対象物の表面に、該表面の法線方向に対して傾斜した入射方向から照射する照射系と、前記対象物で第1の方向に拡散反射された光の光路上に配置された第1の光検出器と、前記対象物で第2の方向に拡散反射された光の光路上に配置された第2の光検出器と、を備え、少なくとも前記第1の光検出器と前記対象物との間の光路上に、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前記第1の光検出器に導く光学素子が配置されている光学センサ

請求項2

前記第2の光検出器と前記対象物との間の光路上には前記光学素子が配置されていないことを特徴とする請求項1に記載の光学センサ。

請求項3

前記第2の光検出器と前記対象物との間の光路上にも前記光学素子が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光学センサ。

請求項4

前記複数の光検出器は、前記第1及び第2の方向に挟まれる第3の方向に拡散反射された光の光路上に配置された第3の光検出器を更に含み、前記第2の光検出器と前記対象物との間の光路上に前記光学素子が配置され、前記第3の光検出器と前記対象物との間の光路上には前記光学素子が配置されていないことを特徴とする請求項1又は3に記載の光学センサ。

請求項5

前記第1の光検出器は、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。

請求項6

前記第1の光検出器の出力と前記第2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を備えてい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光学センサ。

請求項7

前記対象物で正反射される方向を正反射方向として、前記入射方向と前記対象物で前記第2の光検出器へ向けて反射される光の反射方向との成す角は、前記入射方向と前記正反射方向との成す角よりも小さく、かつ前記入射方向と前記対象物で前記第1の光検出器へ向けて反射される光の反射方向との成す角よりも大きいことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学センサ。

請求項8

前記対象物で正反射される方向を正反射方向として、前記入射方向と前記対象物で前記第2の光検出器へ向けて反射される光の反射方向との成す角及び前記入射方向と前記対象物で前記第3の光検出器へ向けて反射される光の反射方向との成す角は、前記入射方向と前記対象物で前記正反射方向との成す角よりも小さく、かつ前記入射方向と前記対象物で前記第1の光検出器へ向けて反射される光の反射方向との成す角よりも大きいことを特徴とする請求項4に記載の光学センサ。

請求項9

前記対象物で正反射される方向を正反射方向として、前記入射方向と前記対象物で前記第3の光検出器へ向けて反射される光の反射方向との成す角は、前記入射方向と前記正反射方向との成す角よりも小さく、かつ前記入射方向と前記対象物で前記第2の光検出器に向けて反射される光の反射方向との成す角よりも小さいことを特徴とする請求項4に記載の光学センサ。

請求項10

前記照射系は、光源と、該光源からの光束の光路を前記入射方向に曲げ光路変更素子とを含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の光学センサ。

請求項11

前記対象物で反射された光の光路を少なくとも1つの前記光検出器に向かう方向に曲げる光路変更素子を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の光学センサ。

請求項12

前記照射系は、面発光レーザを含むことを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の光学センサ。

請求項13

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1〜12のいずれか一項に記載の光学センサを備えることを特徴とする画像形成装置。

請求項14

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を備えることを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置。

技術分野

0001

本発明は、光学センサ及び画像形成装置係り、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。

背景技術

0002

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。

0003

これは、記録媒体における画像品質が、その材質、厚さ、湿度平滑性およ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トナー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。

0004

さらに、近年の画像形成装置の進歩と表現方法多様化に伴い、印刷用紙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。

0005

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。

0006

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。

0007

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。

0008

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、用紙種類判別する印刷装置が開示されている。

0009

特許文献3には、反射光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。

0010

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。

0011

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。

0012

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。

発明が解決しようとする課題

0013

しかしながら、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。

0014

また、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。

課題を解決するための手段

0015

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、シート状の対象物の表面に、該表面の法線方向に対して傾斜した入射方向から照射する照射系と、前記対象物で第1の方向に拡散反射された光の光路上に配置された第1の光検出器と、前記対象物で第2の方向に拡散反射された光の光路上に配置された第2の光検出器と、を備え、少なくとも前記第1の光検出器と前記対象物との間の光路上に、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前記第1の光検出器に導く光学素子が配置されている光学センサである。

0016

本発明は、第2の観点からすると、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本発明の光学センサを備えることを特徴とする画像形成装置である。

発明の効果

0017

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。

0018

本発明の画像形成装置によれば、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。

図面の簡単な説明

0019

本発明の一実施形態に係るカラープリンタ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1を説明するための図(その1)である。
光学センサの変形例1を説明するための図(その2)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。
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4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。
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。

実施例

0020

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、一実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタ2000の概略構成が示されている。

0021

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。

0022

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。

0023

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、作業用メモリであるRAM、アナログデータをデジタルデータに変換するAD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。

0024

感光体ドラム2030a、帯電装置2032a、現像ローラ2033a、トナーカートリッジ2034a、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。

0025

感光体ドラム2030b、帯電装置2032b、現像ローラ2033b、トナーカートリッジ2034b、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。

0026

感光体ドラム2030c、帯電装置2032c、現像ローラ2033c、トナーカートリッジ2034c、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。

0027

感光体ドラム2030d、帯電装置2032d、現像ローラ2033d、トナーカートリッジ2034d、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。

0028

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ものとする。

0029

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。

0030

光走査装置2010は、上位装置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、各色毎に変調された光束を、対応する帯電された感光体ドラムの表面にそれぞれ照射する。これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷消失し、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。

0031

トナーカートリッジ2034aにはブラックトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033aに供給される。トナーカートリッジ2034bにはシアントナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033bに供給される。トナーカートリッジ2034cにはマゼンタトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033cに供給される。トナーカートリッジ2034dにはイエロートナーが格納されており、該トナーは現像ローラ2033dに供給される。

0032

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。

0033

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。

0034

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枚ずつ取り出し、レジストローラ対2056に搬送する。該レジストローラ対2056は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト2040と転写ローラ2042との間隙に向けて送り出す。これにより、転写ベルト2040上のカラ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。

0035

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上に順次スタックされる。

0036

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。

0037

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。

0038

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11、コリメートレンズ12、2つの受光器(13、15)、偏光フィルタ14、及びこれらが収納される暗箱16などを有している。

0039

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。

0040

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。

0041

光源11は、複数の発光部を有している。各発光部は、同一の基板上に形成された垂直共振器型面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)である。すなわち、光源11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(ch1〜ch9)が2次元配列されている。

0042

光源11は、記録紙に対してS偏光が照射されるように配置されている。また、光源11からの光束の記録紙への入射角θ図4参照)は、80°である。なお、図4では、わかりやすくするため、暗箱16の図示を省略している。

0043

コリメートレンズ12は、光源11から射出された光束の光路上に配置され、該光束を略平行光とする。コリメートレンズ12を介した光束は、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12を介した光束を「照射光」ともいう。

0044

ところで、光が媒質境界面に入射するとき、入射光線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。

0045

偏光フィルタ14は、照明中心の+Z側に配置されている。この偏光フィルタ14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14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。

0046

受光器13は、偏光フィルタ14の+Z側に配置されている。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14及び受光器13の中心とを結ぶ線L1と、記録紙の表面とのなす角度ψ1は90°である。

0047

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。

0048

光源11の中心と、照明中心と、偏光フィルタ14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。

0049

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)。

0050

記録紙の表面は、平面部と傾面部とで構成され、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。

0051

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。

0052

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。

0053

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、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。

0054

そこで、偏光フィルタ14には、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、入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で遮光される。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ため、内部拡散反射光に含まれるP偏光成分が、偏光フィルタ14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13で受光される(図7参照)。

0055

内部拡散反射光に含まれるP偏光成分の光量は、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、該P偏光成分の光量が、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。

0056

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。

0057

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11からの光束が記録紙に照射されたときの、受光器13の出力信号における信号レベルを「S1」、受光器15の出力信号における信号レベルを「S2」という。

0058

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。

0059

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。

0060

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、複数銘柄の普通紙、及び複数銘柄のマットコート紙もそれぞれ区別することが可能となった。

0061

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。

0062

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。

0063

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。

0064

(1)光学センサ2245の複数の発光部を同時に点灯させる。
(2)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。

0065

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。

0066

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。

0067

ここで、スペックルパターンの抑制方法について説明する。

0068

反射光量から記録紙の表面状態を検出するセンサの光源に半導体レーザを用いると、半導体レーザから射出されたコヒーレント光が、記録紙の表面のような粗面の各点で乱反射し、干渉することによりスペックルパターンが発生する。

0069

発明者らは、複数の発光部が二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、スペックルパターンのコントラスト比とは、スペックルパターンの観測強度における最大値最小値の差を規格化した値として定義する。

0070

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スペックルパターンの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。

0071

図9から、発光部数が増加するとスペックルパターンの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。

0072

また、発明者らは、このスペックルパターン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10参照)。

0073

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、総光量に対するコントラスト比の変化が示されている。

0074

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、発光部数を変えた場合は、低光量すなわち発光部数が少ない場合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、スペックルパターンの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。

0075

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。

0076

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での発熱により屈折率が変化し、実効的な共振器長が変化するためである。

0077

図11には、光源11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、光源11から射出される光の波長が変化し、光強度分布が変化することが確認できる。

0078

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変化させた場合のスペックルパターン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スペックルパターンのコントラスト比0.96よりも低減されている。

0079

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。

0080

本実施形態では、光学センサ2245の光源11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。つまり、射出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。

0081

さらに、面発光レーザアレイを用いることによって、照射光を平行光にするための調整が容易になり、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。

0082

ところで、内部拡散反射光に含まれるP偏光成分の光量は、記録紙に照射される光の光量(照射光量)に対して微小であることが確認されている。例えば、入射角θが80°のとき、拡散反射光の光量は、照射光量に対して4桁ほど小さく、内部拡散反射光に含まれるP偏光成分の光量は、さらにその半分以下である。

0083

そこで、内部拡散反射光に含まれるP偏光成分を精度良く検出するには、光源の出力を高くするとともに、正確かつ検出量が最大となる受光条件で内部拡散反射光に含まれるP偏光成分を受光することが望ましい。

0084

内部拡散反射光に含まれるP偏光成分を正確かつ検出量が最大となるように受光するためには、以下のことが重要である。

0085

(1)内部拡散反射光に含まれるP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。

0086

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、内部拡散反射光に含まれるP偏光成分よりも、照射光にもともと含まれていて表面で反射されたP偏光成分のほうが大きくなってしまう。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、記録紙内部の情報が含まれる反射光量を精度良く検出することができない。

0087

ところで、照射光を完全にS偏光だけにするために、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。

0088

(2)内部拡散反射光に含まれるP偏光成分の検出を、記録紙における照明中心の法線方向で行う。

0089

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偏光フィルタ14及び受光器13を配置すると、S/Nが高く、最も精度が高い。

0090

これらのことから従来技術を見直すと以下のようになる。

0091

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。

0092

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。

0093

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。

0094

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。

0095

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。

0096

この場合、光源の出力を高くするとともに、適切な位置で反射光を受光することにより、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、識別レベル細分化が可能となった。

0097

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11とコリメートレンズ12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、偏光フィルタ14と受光器13によって本発明の第2の光検出系が構成されている。

0098

なお、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。

0099

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。

0100

ところで、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、印刷用紙の表面のような粗面に光束を照射すると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束の照射部位によって異なるため、受光部における検出光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。

0101

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11、コリメートレンズ12、受光器13、偏光フィルタ14、受光器15、及びこれらが収納される暗箱16などを有している。

0102

そして、受光器13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、表面正反射光を主として受光するように配置されている。

0103

この場合は、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することが可能となる。

0104

このように、内部拡散反射光に含まれるP偏光成分の光量を検出することで、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に分離することができるようになった。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おり、これ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ることができた。

0105

また、複数種類のセンサを組み合わせることなく、簡潔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。

0106

そこで、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。

0107

また、光源として面発光レーザアレイを用いているため、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、照射光を容易に平行光にすることができるとともに、小型化で複数の発光部を有する光源を実現できるため、光学センサの小型化及びコスト削減を図ることができる。

0108

また、光源が複数の発光部を有しているため、全ての発光部を同時に点灯させることにより、内部拡散反射光に含まれるP偏光成分の光量を大きくすることができる。

0109

拡散反射光には、A:「表面で反射されたS偏光」、B:「内部で反射されたS偏光」、C:「内部で反射されたP偏光」が含まれている。このうち「内部で反射されたP偏光」を偏光フィルタで分離し、その光量を検出することで、紙判別の細分化が行えるが、以下の理由で高い光量の照射が必要となる。

0110

照射光がS偏光のとき、拡散反射光(A+B+C)のうち、「内部で反射されたP偏光」の割合は最大40%程度である。ところで、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、「内部で反射されたP偏光」は、偏光フィルタで分離される際に減衰し、実質30%程度になる。

0111

従来のセンサでは、拡散反射光(A+B+C)の光量に応じて、2ないし3程度の種類の記録紙(例えば、塗工紙、プラスチックシート)のなかから記録紙の種類を特定している。

0112

本実施形態では、「内部で反射されたP偏光」のみで少なくとも10種類の記録紙の種類のなかから記録紙の種類を特定している。すなわち、従来の2種類の記録紙の種類を特定するのに比べ5倍以上の詳細な紙判別を行っている。そこで、従来よりも少ない光量で高い分解能が必要となる。しかしながら、分解能の高いPDを使用すれば低い光量でも判別できるが高コスト化を招くことになる。

0113

そこで、本実施形態では、照射光量を増大させることで高い分解能を得ている。具体的には、前述したように、内部拡散反射光量が、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、従来よりも、3.3×5倍程度の光量を照射する必要がある。このように、多くの記録紙の種類を特定するに比例して、照射光量を増大させる必要がある。本実施形態では、S偏光を照射するため、LEDのような無偏光光源を用いる場合には、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が使用されるため、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光源の場合、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、安価なLEDの照射光量は、数mW程度(代表値として1mW)であって、少なくとも40mWないしは50mW以上の照射光量の確保は困難である。これに対し、面発光レーザアレイでは、複数の発光部を同時に点灯させることによって、所望の照射光量の確保が容易である。従って、面発光レーザアレイでは、紙の種類の特定を従来より多く行う際に必要な照射光量を確保することができる。

0114

また、光源が複数の発光部を有しているため、複数の発光部を同時に点灯させることにより、1つの発光部のみを点灯させた場合に比べて、反射光のスペックルパターンのコントラスト比が低減し、判別精度を向上させることができる。

0115

さらに、面発光レーザアレイを用いているため、より安定した直線偏光の照射が可能となる。これにより、内部拡散反射光に含まれるP偏光成分の光量を精度良く検出することができる。

0116

また、電流値が時間的に変化する電流を面発光レーザの駆動電流としているため、スペックルパターンのコントラスト比を更に低減させることができる。

0117

また、光源として面発光レーザアレイを用いているため、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、照射光を容易に平行光にすることができるとともに、小型化で複数の発光部を有する光源を実現できるため、光学センサの小型化及びコスト削減を図ることができる。

0118

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。

0119

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、S偏光を透過させる偏光フィルタが用いられる。

0120

また、上記実施形態において、光学センサ2245の識別レベルが、非塗工紙/塗工紙/OHPシートを特定するレベルで十分な場合は、図13に示されるように、前記偏光フィルタ14がなくても良い。面発光レーザアレイを用いることにより、発光部が1つの場合よりも高い光量の光を記録紙に照射できるため、反射光量におけるS/Nを向上させ識別精度を高めることができる。

0121

また、複数の発光部を同時に点灯させることにより、スペックルパターンのコントラスト比を低減させることができ、より正確な反射光量の検出が可能になるため識別精度を高めることができる。

0122

さらに、面発光レーザアレイを用いる場合、従来用いられてきたLED等では困難であった高密度な集積化が可能となる。そこで、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束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。

0123

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)。この場合は、スペックルパターンの規則性が乱され、スペックルパターンのコントラスト比を更に低減することが可能である。つまり、隣り合う発光部の間隔が相違していることが好ましい。

0124

5個の発光部を一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。

0125

また、5個の発光部を一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と等間隔の場合よりも低減されている。

0126

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、更にスペックルパターンを抑制することが可能である。

0127

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。

0128

例えば、図17に示されるように、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。

0129

また、光源11の中心と、照明中心と、偏光フィルタ14の中心と、受光器13の中心と、受光器15の中心と、受光器17の中心は、ほぼ同一平面上に存在する。

0130

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)。

0131

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11からの光束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。

0132

(1)光学センサ2245の複数の発光部を同時に点灯させる。
(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。

0133

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。

0134

また、例えば、図19に示されるように、偏光フィルタ18と受光器19を更に有していても良い。

0135

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。

0136

受光器19は、偏光フィルタ18を透過した光束の光路上に配置されている。そこで、受光器19は、内部拡散反射光に含まれるP偏光成分を受光する。

0137

また、光源11の中心と、照明中心と、偏光フィルタ14の中心と、受光器13の中心と、受光器15の中心と、偏光フィルタ18の中心と、受光器19の中心は、ほぼ同一平面上に存在する。

0138

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)。

0139

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11からの光束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。

0140

(1)光学センサ2245の複数の発光部を同時に点灯させる。
(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。

0141

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。

0142

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19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。

0143

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。

0144

(1)光学センサ2245の複数の発光部を同時に点灯させる。
(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。

0145

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。

0146

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。

0147

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。

0148

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。

0149

図24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。図24から明らかなように、外乱光があると、各受光系での検出値が大きくなり、S1とS2のみを用いて紙種判別する場合は、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、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。

0150

この場合に、上記第3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。

0151

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。

0152

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。

0153

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。

0154

ここでは、光源11は、Z軸に平行な方向に光束を射出し、コリメートレンズ12は、光軸がZ軸に平行となるように配置されている。

0155

そして、ミラー21は、コリメートレンズ12を介した光束を、記録紙での入射角が80°となるように、その光路を曲げる。

0156

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。

0157

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。

0158

この場合は、光源及び受光器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、低コストで、小型化が可能な光学センサを実現できる。

0159

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束の進行方向を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。

0160

また、上記実施形態では、光源11が複数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く、光源11が1つの発光部を有していても良い。

0161

また、上記実施形態において、前記面発光レーザアレイに代えて、従来のLD(Laser Diode)を用いても良い。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。

0162

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、検出光量の変化を低減することができる。

0163

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。

0164

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。

0165

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。

0166

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。

0167

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。

0168

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。

0169

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。

0170

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。

0171

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。

0172

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と前記レジストローラ対2056の間の搬送路近傍に配置しても良い。

0173

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。

0174

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く、例えば、光プロッタデジタル複写装置であっても良い。

0175

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。

0176

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。

0177

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。

0178

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。

0179

11…光源、12…コリメートレンズ、13…受光器(第2の光検出器)、14…偏光フィルタ(光学素子)、15…受光器(第1の光検出器)、16…暗箱、17…受光器、18…偏光フィルタ、19…受光器、21,22…ミラー(光路変更素子)、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(調整装置)、2245…光学センサ。

先行技術

0180

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

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