(57)【要約】【課題】従来の光学センサでは、受光する反射光の大きさを予め各銘柄の代表値として計測しておいた記録紙判別テーブルと照合し対象物やその銘柄を判別しているため、入射角度を容易かつ正確に設定する必要があるが、入射角度の誤差については考慮されていなかった。【解決手段】本発明の光学センサでは、上記の課題を解決するために、対象物の表面に向けて前記表面の法線に対して角度を有する光を射出し、前記角度を変更可能な照射部と、前記照射部から射出された光が前記対象物で反射された光を検出し信号を出力する光検出部と、を備え、前記光検出部からの出力信号に基づき前記角度を設定することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の表面に向けて前記表面の法線に対して角度を有する光を射出し、前記角度を変更可能な照射部と、
前記照射部から射出された光が前記対象物で反射された光を検出し信号を出力する光検出部と、を備え、
前記光検出部からの出力信号に基づき前記角度を設定することを特徴とする光学センサ。
【請求項２】
前記出力信号に基づいて、前記対象物を特定する処理部を備え、
前記処理部は、前記設定する角度における前記光検出部からの出力信号設定値を記憶する記憶メモリーを有し、
前記記憶メモリーに記憶された前記出力信号設定値と前記光検出部からの前記出力信号と、に基づき前記角度を設定す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３】
前記照射部は、複数の発光部を有する光源を含み、
前記処理部は、前記記憶メモリーに記憶された前記出力信号設定値と前記光検出部からの複数の信号値と、に基づき発光部を選定する発光部選択手段と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の光学センサ。
【請求項４】
前記発光部選択手段は、前記前記複数の発光部から、前記出力信号設定値に最も近い信号値の発光部を選定することを特徴とする請求項３に記載の光学センサ。
【請求項５】
前記発光部選択手段は、前記選定された発光部を他の発光部に変更可能であることを特徴とする請求項４に記載の光学センサ。
【請求項６】
前記変更された他の発光部は、前記選定された発光部に隣接する発光部であり、前記出力信号設定値に二番目に近い他の発光部であることを特徴とする請求項５に記載の光学センサ。
【請求項７】
前記照射部の光源の発光部は複数の発光点からなることを特徴とする請求項６記載の光学センサ。
【請求項８】
対象物の表面に向けて前記表面の法線に対して角度を有し、コリメートレンズにより略平行光とした第１の偏光方向の直線偏光を射出する照射部と、
前記照射部から射出された光が前記対象物で反射された光を検出する第１の光検出器を含む第１の光検出系と、
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成分を分離する偏光光学素子、及び該偏光光学素子で分離された第２の偏光方向の直線偏光成分を受光する第２の光検出器を含む第２の光検出系と、
前記第１から第２の光検出器の出力信号に基づいて、前記対象物を特定する処理部を備え、
前記照射部は、複数の発光部を有する光源を含み、
前記発光部は前記角度を変更可能であって、前記第１の光検出器からの出力信号に応じて前記角度を設定することを特徴とする光学センサ。
【請求項９】
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つの光検出器の出力信号に基づいて前記対象物を特定する処理部と、を更に備えていることを特徴とする請求項８に記載の光学センサ。
【請求項１０】
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２の偏光方向の直線偏光を分離させる少なくとも１つの光学素子、及び該少なくとも１つの光学素子が分離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、
該第４の光検出系の少なくとも１つの光検出器の出力信号に基づいて前記対象物を特定する処理部と、を更に備えていることを特徴とする請求項９に記載の光学センサ。
【請求項１１】
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１〜１０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１２】
前記光学センサの対象物特定手段で特定された対象物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１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記調整装置は、前記光学センサの出力信号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ことを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学センサおよび画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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判別する記録材判別装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分の光量と表面正反射光の光量とから、記録紙の銘柄を特定する光学センサが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、入射角度を８０ｄｅｇとした照射光の略正反射方向の光量から、記録紙の銘柄を特定する光学センサが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１から３に開示されている技術では、入射角度の設定については考慮されていなかった。
【０００７】
そこで本発明は、入射角度の設定を容易かつ正確に行うことができる光学センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学センサでは、上記の課題を解決するために、対象物の表面に向けて前記表面の法線に対して角度を有する光を射出し、前記角度を変更可能な照射部と、前記照射部から射出された光が前記対象物で反射された光を検出し信号を出力する光検出部と、を備え、前記出力信号に基づき前記角度を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光学センサによれば、入射角度の設定を容易かつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光学センサの構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るプリンタ制御装置を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る入射角度と受光器からの出力との関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る光源を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る入射角度のずれを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る照射部と受光器と偏光フィルタとの位置関係を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る用紙を照射したときの用紙からの反射光の分類を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る国内で販売されている３０銘柄の記録紙について、Ｓ０１及びＳ０２の計測値を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るプリンタ制御装置を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る発光部と受光器からの出力との関係を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る選択発光部を選択する手順を示すフローチャート図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る光源を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る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示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る光学センサの構成図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る光学センサの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の第一実施形態を図１から図１２に基づいて説明する。
【００１２】
図１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。
【００１３】
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、作業用のメモリーである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。
【００１４】
なお、図１ではプリンタ制御装置２０９０は、光学センサ２２４５の外部に設置する例を示したが、光学センサ２２４５自身がプリンタ制御装置２０９０を備えていてもよい。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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
【００２４】
ところで、例えばデジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置では、印刷用紙に代表されるシート状の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定着時の加熱量や圧力などの条件であり、特に高品質の画像形成を行うには、印刷条件を記録媒体に応じて個別に設定する必要がある。
【００２５】
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。
【００２６】
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。なお、以下では、坪量や厚さなどの仕様の違いも含めた用紙の最詳分類のことを銘柄と、銘柄を特定する判別のことを銘柄レベルでの判別とも記載する。高品質の画像形成のためにはこれら銘柄の１つ１つに応じた細かな印刷条件を設定する必要がある。
【００２７】
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。
【００２８】
従来の画像形成装置では、給紙トレイに用紙を充填する際、ユーザ自身がトレイ毎の用紙銘柄を制御部に対して設定する必要があった。このため自分で設定しなければならない煩わしさや、ユーザに用紙の銘柄を識別するための知識が求められるため設定ミスが起きてしまうなどの問題があった。また、印刷しようとする用紙の銘柄が不明の場合には、どの銘柄として設定するのが適しているのかが分からないという問題もあった。
【００２９】
そこで、カラープリンタ２０００は、前述したように光学センサ２２４５を備えている
【００３０】
光学センサ２２４５は、一例として給紙トレイ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。なお、光学センサ２２４５は給紙トレイ２０６０外に単体の計測装置として別途設置されていても良い。
【００３１】
図２は、光学センサ２２４５の一例を示す図である。光学センサ２２４５は、照射部１１、２つの受光器（１５、１７）、偏光フィルタ１６、及びこれらが収納される暗箱１９０などを有している。照射部１１は、光源１３、コリメートレンズ１８を備え、２つの受光器（１５、１７）は制御部であるプリンタ制御装置２０９０に接続される。
【００３２】
暗箱１９０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、暗箱１９０は、樹脂製であってもよく、ここでは材質を限定するものではない。
【００３３】
なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、記録紙１２の表面に直交する方向をＺ軸方向、記録紙１２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、一例として記録紙１２の＋Ｚ側に配置されているものとする。
【００３４】
なお、以下では、記録紙１２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１８を介した光を「照射光」ともいう。
【００３５】
また、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。以下では、入射面内において、入射光線に平行な方向をX’軸方向、入射光線に直交する方向をZ’軸方向として説明する。
【００３６】
また、以下の説明においては記録紙への入射光だけでなく反射光に対してもＳ偏光やＰ偏光という表現を用いるが、これは説明の便宜のために記録紙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（本実施形態では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。
【００３７】
図３はプリンタ制御装置２０９０の一例を示し、プリンタ制御装置２０９０は記憶メモリー１９を備えており、図４は入射角度と受光器１５の出力との関係を示す図である。ここで入射角度とは、照射部からの入射光と、記録紙１２の法線方向（Ｚ軸）とがなす角度である。
【００３８】
図４に示すように、照射部１１からの入射角度は、ａ〜ｅに変更可能であり、入射角度ａ〜ｅ毎に受光器１５の出力が異なる。
【００３９】
図４では出力信号設定値２０に対して入射角度ｂにおける受光器１５の出力がもっとも近いため、照射部１１の入射角度はｂに設定される。出力信号設定値２０は、設定入射角度８０度相当時の出力レベルであり、図３に示す記憶メモリー１９に予め記憶されており、設定された入射角度ｂも記憶メモリー１９に記憶される。
【００４０】
なお縦軸、受光器の出力は、通常オペアンプ等をつかった回路で増幅されるため、絶対量はその増幅率による。数字としての意味はなく、上記は一例を示した。
【００４１】
図５は光源１３の一例である。ここで光源１３は同一の基板上に形成された複数の発光部１４（Ｐ１〜Ｐ５）を有している。ここで光源１３の各発光部は、垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）等が用いられる。また、光源１３の各発光部は、配線部材２６を介して電極パッド２７に接続されている。ここで示す光源１３は、面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬアレイ）を含んでいる。光源１３の発光部は、５個の発光部がＺ’軸方向に対して略直線上に配列されており、各発光部はそれぞれが独立して発光できるように配線されて。光源１３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。コリメートレンズ１８は、光源１３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１８を介した光は、暗箱１９０に設けられている開口部１９１を通過して記録紙を照明する。
【００４２】
図６は入射角度のずれの一例である。ここで、光源１３からの光の記録紙への入射角θは、８０°である。入射角度がずれると記録紙での反射率が変化してしまい判別を間違ってしまうため、入射角度の規定が非常に重要になる。入射角度のずれは光源のそれぞれの  
【００４３】
発光部の中心とコリメートレンズ１８の中心の位置関係で生じる。図７は照射部１１と受光器１５、１７と偏光フィルタ１６との位置関係の一例である。
【００４４】
ここでは、図７に示されるように、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Ｌ１と、記録紙の表面とのなす角度ψ１は１７０°である。光源１３の選択発光部の中心と、照明中心と、偏光フィルタ１６の中心と、受光器１７の中心と、受光器１５の中心は、ほぼ同一平面上に存在する。また、照明中心と偏光フィルタ１６及び受光器１７の各中心とを結ぶ線Ｌ２と、記録紙の表面とのなす角度ψ２は９０°である。すなわち、線Ｌ２は、照明中心での記録紙表面の法線と一致する。
【００４５】
図８は用紙を照射したときの用紙からの反射光の分類を示す。用紙を照明したときの用紙からの反射光は、用紙の表面で反射された反射光と、用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。用紙の表面で反射された反射光は、さらに、正反射された反射光、一度の反射で拡散方向に反射された反射光及び用紙表面の凹凸で複数回反射し拡散方向に反射された反射光に分類できる。以下では、便宜上、それぞれの反射光を「正反射光」、「拡散反射光」及び「多重拡散反射光」ともいう。
【００４６】
一方、用紙の内部で反射された反射光（以下では「内部拡散反射光」ともいう）は、用紙が一般的な印刷用紙である場合、その内部の繊維と空孔の界面などで反射を多数回繰り返すため、その反射方向は等方性があるとみなせ、強度分布はランバート分布に近似できる。結果として、用紙からの反射光は、正反射光、拡散反射光、多重拡散反射光及び内部拡散反射光に分類できる。正反射光及び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。一方、多重拡散反射光及び内部拡散反射光は、照射光の偏光方向に直交する偏光成分を含んでいる。ここで、用紙での反射で偏光方向が回転するのは、照射光がその進行方向に対して回転の向きに傾斜した面で反射されたときである。
【００４７】
本実施形態では、光源１３の選択発光部の中心と照明中心と受光器１７の中心とがほぼ同一平面上にあるため、用紙表面で一度反射し偏光方向が回転した拡散反射光は、受光器１７で検出されない。一方、用紙表面で複数回反射し偏光方向が回転した多重拡散反射光や用紙内部で複数回反射し偏光方向が回転した内部拡散反射光は、反射の経路で上記平面から外れた後、複数回反射することで再度この平面上に反射された光を含むため、光源１３の中心と照明中心と同一平面上にある受光器１７でも検出される。
【００４８】
偏光フィルタ１６には、拡散反射光、多重拡散反射光、内部拡散反射光が入射する。ここで、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、拡散反射光は、偏光フィルタ１６で遮蔽（遮光）される。一方、多重拡散反射光、及び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、多重拡散反射光、内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分は、偏光フィルタ１６を透過する。すなわち、受光器１７では多重拡散反射光、内部拡散反射に含まれるＰ偏光成分のみが受光される。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
受光器１５、１７は、受光光量に対応する電気信号（光電変換信号）を用紙特定手段であるプリンタ制御装置２０９０に出力する（図２参照）。なお、プリンタ制御装置２０９０に出力する値は、ある一定時間（以下、サンプリング時間と記載する）の電気信号の平均値などであってもいい。
【００５２】
以下では、光源１３からの光束が用紙に照射されたときの、受光器１５の出力信号における信号レベルを「Ｓ０１」、受光器１７の出力信号における信号レベルを「Ｓ０２」と呼ぶ。プリンタ制御装置２０９０は、光源１３からの光束が用紙に照射された際の受光器１５の出力信号「Ｓ０１」および受光器１７の出力信号「Ｓ０２」に基づいて用紙の銘柄を推定（特定）する。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Ｓ０１及びＳ０２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。
【００５３】
図９には、国内で販売されている３０銘柄の記録紙について、Ｓ０１及びＳ０２の計測値が示されている。なお、図９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、Ｓ０１及びＳ０２の計測値が「◇」であれば、銘柄Ｄと特定される。また、Ｓ０１及びＳ０２の計測値が「■」であれば、最も近い銘柄Ｃと特定される。
【００５４】
また、Ｓ０１及びＳ０２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。
ところで、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に記録紙が供給するときなどに、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。
【００５５】
（１）光学センサ２２４５の発光部を発光させる。
（２）受光器１５及び受光器１７の出力信号からＳ０１、Ｓ０２の値を求める。
（３）記録紙判別テーブルを参照し、得られたＳ０１及びＳ０２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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
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１６に入射するＰ偏光成分が多くなる。そして、偏光フィルタ１６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。
【００６０】
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１６及び受光器１７を配置すると、受光器１７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。
【００６１】
（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。
【００６２】
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１６及び受光器１７を配置すると、Ｓ／Ｎが高く、最も精度が高い。
【００６３】
図１０は、プリンタ制御装置２０９０の一例として、記憶メモリー１９と、発光部を選択的に発光させる発光部選択手段２１を有するプリンタ制御装置２０９０を示す。
【００６４】
ここで、図５に示した各発光部１４のうち、この発光部選択手段２１により発光する発光部が選択される（以下、プリンタ制御装置２０９０によって発光するよう選択された発光部を選択発光部と記載する）。
【００６５】
図１１は、複数の発光部１４と受光器１５からの出力との関係を示した図である。光源１３は図５に示すように複数の発光部１４（Ｐ１〜Ｐ５）を有するが、それぞれの発光部の出力と受光器１５からの出力は図１１のようになる。この場合出力信号設定値２０に最も近い値となる発光部Ｐ２が選択発光部となる。
【００６６】
またセンサ個体の違いの例として別の光源１３の発光部１４（Ｒ１〜Ｒ２）の出力と受光器１５からの出力を示す。この場合出力信号設定値２０に最も近い値となる発光部Ｒ４が選択発光部となる。
【００６７】
図１２は、図５に示す光源１３の有する複数の発光部１４（Ｐ１〜Ｐ５）から、図１０に示すプリンタ制御装置２０９０により選択発光部を選択する手順の一例を示すフローチャートである。
【００６８】
発光部を選択する手順は図１２に示すように、（１）光源１３などの部品をセンサ本体へ組みつける、（２）サンプル（ガラス板）を測定面に設置する、（３）処理部であるプリンタ制御装置２０９０に計測開始の信号を送る（スイッチなどからの何らかの信号）（４）プリンタ制御装置２０９０が計測開始の信号を受け、発光を開始する（初期は全光源部が消灯している）（５）プリンタ制御装置２０９０が発光部１を発光させる（６）プリンタ制御装置２０９０が受光部の出力レベル（Ｐ１）をメモリーに記録する（７）プリンタ制御装置２０９０が発光部１を消灯させる（８）プリンタ制御装置２０９０が発光部２を発光させる（９）プリンタ制御装置２０９０が受光部の出力レベル（Ｐ２）をメモリーに記録する（１０）プリンタ制御装置２０９０が発光部２を消灯させる（以下、発光部５発光時の消灯まで同様、Ｐ１〜Ｐ５が取得される）（１１）プリンタ制御装置２０９０が予めメモリーに記録している入射角度８０度相当時の出力レベルに対し、最も近い出力レベルをＰ１〜Ｐ５から特定する（１２）用紙計測時には、最も近い出力レベルとなった発光部を用いるようプリンタ制御装置２０９０内に記録させる（１３）サンプルをはずす、ことで、適切な発光部１４が選択される。
【００６９】
ところで、選択発光部としてプリンタ制御装置２０９０に記録している発光部が、何らかの理由により発光しなくなる、または照射光量が著しく低下するなどの故障が行った際には、選択発光部を隣接する発光部（出力信号設定値に二番目に近い他の発光部）にプリンタ制御装置２０９０が切り替えてもよい。なお、故障以外に温度変化等の環境変動により、照射光量が変化した場合に、選択発光部を隣接する発光部にプリンタ制御装置２０９０が切り替えてもよい。
【００７０】
図１３に本発明の第二実施形態を示す。図１３に示すように光源１３の発光部が複数のＶＣＳＥＬ（以下、発光点とも記載）から構成されていてもよい。これは、選択発光部が複数のＶＣＳＥＬからなる場合、スペックルパターンの抑制ができるためである。
【００７１】
以下に、スペックルパターンの抑制方法について説明する。反射光量などから印刷用紙を銘柄レベルで判別するセンサでは、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。
【００７２】
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１４参照）。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。
【００７３】
スペックルパターンの観測は、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。
【００７４】
本実施形態では、光学センサ２２４５の光源１３の５つの発光部それぞれが４個の発光点を備えている。また、ここで選択発光部の発光点は同時に発光している。なお、上記のように、ここで選択発光部は出荷時の位置調整時に、規定の入射角度（８０ｄｅｇ）にもっとも近くなる１つの発光部が選択されている。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。
【００７５】
なお、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、選択発光部の発光点の中心を起点とした基板平面（ＹＺ’平面）に対する法線を入射光線とした入射面を、記録紙における入射面ということとする。
【００７６】
すなわち、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は例として以下のようであってもよい。
【００７７】
（１）光学センサ２２４５の発光部を発光させる。
（２）受光器１５及び受光器１７の出力信号からＳ０１、Ｓ０２の値を求める。
（３）Ｓ０２の値が２０以上であった場合は以下（４）の銘柄特定の処理に移り、Ｓ０２の値が２０より小さい場合は、処理部が選択発光部を隣接する発光部に切り替えて（１）の発光部の発光に戻る。
（４）記録紙判別テーブルを参照し、得られたＳ０１及びＳ０２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。
【００７８】
上述した故障の判定方法としては、Ｓ０１、Ｓ０２の値がほぼ０に近いなど、記録紙判別テーブル上の代表値の範囲との比較から判定するなどしてもよい。
【００７９】
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。
【００８０】
例えば、図１５に示されるように、第３の光検出系として受光器２３、また第４の光検出系として偏光フィルタ２４および受光器２５を更に有していても良い。この受光器２３は、表面拡散反射光、多重拡散反射及び内部拡散反射光を受光する位置に配置されている。偏光フィルタ２４は偏光フィルタ１６と同様、Ｐ偏光を透過する向きに設置し、受光器２５は多重拡散反射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１３の選択発光部の中心と、照明中心と、偏光フィルタ２４の中心と、受光器２３および受光器２５の中心は、ほぼ同一平面上に存在する。そして、照明中心と受光器２３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１６参照）。また、照明中心と受光器２５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１６参照）。
【００８１】
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１３からの光が記録紙に照射されたときの、プリンタ制御装置２０９０の増幅回路で増幅された、受光器２３の出力信号における信号レベルを「Ｓ０３」、受光器２５の出力信号における信号レベルを「０４」という。また、Ｓ０３やＳ０４がＳ０２と略同等の大きさになるように、受光器２３や受光器２５を受光器１７よりも照明中心に近い位置に設け、反射光の取込角度を受光器１７での反射光の取込角度よりも大きくしている。なお、必ずしも全ての光検出系の出力信号レベルを同等にしなくても良い。例えば、正反射光を検出する第１の光検出系の出力信号が別の増幅回路によって増幅される場合には、第２〜第４の光検出系の出力信号レベルを同等にすれば良い。
【００８２】
（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Ｓ００〜Ｓ０４の値を求める。
（３）Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、Ｓ０４の値を求める。
（４）記録紙判別テーブルを参照し、得られたＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、Ｓ０４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。
【００８３】
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Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、Ｓ０４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。
【００８４】
このように、互いに異なる方向に反射された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。
【００８５】
また、この場合に、プリンタ制御装置２０９０は、Ｓ０１とＳ０２を用いておおまかに紙種を絞り込み、Ｓ０３とＳ０４を用いて記録紙の銘柄を特定しても良い。
【００８６】
また、上記実施形態では、光源１３が５個の発光部を有する場合や４個の発光点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、用いるレンズや規定する入射角度の大きさから発光部や発光点の個数や間隔などを設計すればよい。
【００８７】
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設けられても良い。この場合は、信号レベルの計測ばらつき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。光学センサは、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、測定面に対し表面が傾斜又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ことがある。これは、反射光の光強度分布の変化を招来し、受光光量が変化し、詳細な判別を安定して行うのは難しい。そこで、受光器の前方に集光レンズを配置すると、反射光の光強度分布が変化しても受光光量を安定化させることができる。
【００８８】
また、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。
【００８９】
また、受光器に受光領域がアレイ化されたＰＤを用いて、全体として反射光強度分布のシフト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、反射光の光強度分布がシフトしたとしても、各ＰＤが検出した信号のうちの最大信号を利用すれば、受光器の出力レベルを安定化させることができる。また、複数の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、入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。
【００９０】
また、Ｓ偏光の正反射光の光量及びＰ偏光の正反射光の光量と対象物（記録紙）の平滑度や厚さおよび坪量との関係を予め求めて、データベースとしてプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納しておき、該データベースを参照して光学センサ２２４５の出力に基づいて対象物（記録紙）の平滑度や厚さおよび坪量を特定し、該特定された平滑度や厚さおよび坪量に応じて画像形成条件を調整しても良い。
【００９１】
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。
【００９２】
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との間の搬送路近傍に配置しても良い。
【００９３】
また、上記実施形態において、用紙を給紙トレイに充填する以前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はカラープリンタ２０００の外部に設置される。例えば、光学センサ２２４５はカラープリンタ２０００の外装の上面に据え置きされていても良い。また、一例として光学センサ２２４５は手で持ちやすい形状で、記録紙の銘柄を特定する際に光学センサ２２４５を取り外しすることが可能な形態であっても良い。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【符号の説明】
【００９９】
２０００  カラープリンタ
２０１０  光走査装置
２０３０  感光体ドラム
２０３１  クリーニングユニット
２０３２  帯電装置
２０３３  現像ローラ
２０４０  転写ベルト
２０４２  転写ローラ
２０５０  定着装置
２０５４  給紙コロ
２０５８  排紙ローラ
２０６０  給紙トレイ
２０７０  排紙トレイ
２０８０  通信制御装置
２０９０  プリンタ制御装置
２２４５  光学センサ
１１  照射部
１２  対象物（記録紙）
１３  光源
１４  発光部
１５  受光器
１６  偏光光学素子
１７  受光器
１８  コリメートレンズ
１９  記憶メモリー
２０  出力信号設定値
２１  発光部選択手段
２２  発光点
２３  受光器
２４  偏光フィルタ
２５  受光器
２６  配線部材
２７  電極パッド
１９０  暗箱
１９１  開口部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１００】
【特許文献１】特開２００５−１５６３８０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２７９３７号公報
【特許文献３】特開２０１３−１８６２８２号公報
【図１】
2016148521.tif 000003
【図３】
2016148521.tif 000004
【図４】
2016148521.tif 000005
【図５】
2016148521.tif 000006
【図６】
2016148521.tif 000007
【図９】
2016148521.tif 000008
【図１０】
2016148521.tif 000009
【図１１】
2016148521.tif 000010
【図１２】
2016148521.tif 000011
【図１３】
2016148521.tif 000012
【図１４】
2016148521.tif 000013
【図２】
2016148521.tif 000014
【図７】
2016148521.tif 000015
【図８】
2016148521.tif 000016
【図１５】
2016148521.tif 000017
【図１６】
2016148521.tif 000018