(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に照射光を照射し、前記照射光に対する前記測定対象物からの反射光を受光する反射型センサであって、
基板と、
前記基板表面の横方向一方側に配置された、前記照射光を照射する発光素子と、
前記基板表面の横方向他方側に配置された、前記反射光のＳ波成分を受光する第１受光素子および前記反射光のＰ波成分を受光する第２受光素子と、
前記照射光を前記測定対象物に導き、前記反射光を前記第１受光素子および前記第２受光素子に導くレンズと、
前記発光素子と前記第１受光素子および前記第２受光素子との間に位置する遮光壁と、
を備え、
前記遮光壁は、前記第１受光素子によって受光される前記反射光の一部を遮光して前記第１受光素子へ前記反射光が入光可能な第１反射領域を制限するとともに、前記第２受光素子によって受光される前記反射光の一部を遮光して前記第２受光素子へ前記反射光が入光可能な第２反射領域を制限し、
前記測定対象物における前記照射光の照射領域に対する前記第１反射領域の比率および前記照射領域に対する前記第２反射領域の比率は、前記測定対象物までの距離が大きくなるほど大きくなり、
前記測定対象物までの距離の増加に応じた前記反射光の光量の減少が、前記第１反射領域の比率の増加および前記第２反射領域の比率の増加によって相殺されるように、前記第１受光素子および前記第２受光素子は、前記基板表面の縦方向に並んで配置されていることを特徴とする反射型センサ。
【請求項２】
前記基板表面に配置され、前記基板表面の横方向に互いに分離された第１収容空間および第２収容空間を形成するとともに、表面側に前記レンズが配置されるレンズホルダをさらに備え、
前記発光素子は、前記第１収容空間に配置され、
前記第１受光素子および前記第２受光素子は、前記第２収容空間に配置され、
前記遮光壁は、前記レンズホルダの一部を突出させて形成したものであることを特徴とする請求項１に記載の反射型センサ。
【請求項３】
前記遮光壁の表面と前記レンズの表面とが同一平面をなすことを特徴とする請求項１または２に記載の反射型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に、従来の反射型センサ３００を示す。反射型センサ３００は、基板３１０と、レンズホルダ３２０と、レンズ３３０と、発光素子３４０と、受光素子３５１〜３５３とを備える。反射型センサ３００では、発光素子３４０が測定対象物に照射光を照射し、受光素子３５１、３５２が測定対象物からの反射光を受光する。受光素子３５３は、発光素子３４０の照射光量を測定するために用いられる。
【０００３】
反射型センサ３００をトナー付着量センサとして用いる場合、レンズ３３０の上面にトナーの粉や紙粉等の汚れが付着する場合がある。その場合、レンズ３３０に付着した汚れによって内面反射光が生じ、内面反射光が受光素子３５１、３５２に入射してしまう。
【０００４】
この点、特許文献１に記載の反射型センサでは、レンズの上面側に遮光溝を形成することで、内面反射光を反射または屈折させて、内面反射光が受光素子に入射するのを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１１６６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の反射型センサ３００では、センサ出力（受光素子３５１、３５２の出力信号）は測定対象物からの反射光の光量に比例する。また図６に示すように、測定対象物における照射光の照射領域は、測定対象物における受光素子３５１へ反射光が入光可能な第１反射領域と一致する。なお、上記照射領域は、測定対象物における受光素子３５２へ反射光が入光可能な第２反射領域とも一致する。
【０００７】
反射光の光量は、反射型センサ３００から測定対象物までの距離が大きいほど小さくなる。これは、距離が大きいほど光が減衰するためである。図６では、測定対象物までの距離がＸ１、Ｘ２、Ｘ３の順に、反射光の光量が大、中、小となる。このように、従来の反射型センサ３００では、測定対象物までの距離に応じて、反射光の光量すなわちセンサ出力が変動してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、測定対象物までの距離に応じたセンサ出力の変動を抑制可能な反射型センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る反射型センサは、
測定対象物に照射光を照射し、前記照射光に対する前記測定対象物からの反射光を受光する反射型センサであって、
基板と、
前記基板表面の横方向一方側に配置された、前記照射光を照射する発光素子と、
前記基板表面の横方向他方側に配置された、前記反射光のＳ波成分を受光する第１受光素子および前記反射光のＰ波成分を受光する第２受光素子と、
前記照射光を前記測定対象物に導き、前記反射光を前記第１受光素子および前記第２受光素子に導くレンズと、
前記発光素子と前記第１受光素子および前記第２受光素子との間に位置する遮光壁と、
を備え、
前記遮光壁は、前記第１受光素子によって受光される前記反射光の一部を遮光して前記第１受光素子へ前記反射光が入光可能な第１反射領域を制限するとともに、前記第２受光素子によって受光される前記反射光の一部を遮光して前記第２受光素子へ前記反射光が入光可能な第２反射領域を制限し、
前記測定対象物における前記照射光の照射領域に対する前記第１反射領域の比率および前記照射領域に対する前記第２反射領域の比率は、前記測定対象物までの距離が大きくなるほど大きくなり、
前記測定対象物までの距離の増加に応じた前記反射光の光量の減少が、前記第１反射領域の比率の増加および前記第２反射領域の比率の増加によって相殺されるように、前記第１受光素子および前記第２受光素子は、前記基板表面の縦方向に並んで配置されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、照射領域に対する第１および第２反射領域の各比率が測定対象物までの距離の増加に応じて増加するように、遮光壁により第１および第２反射領域が制限されるので、距離の増加による反射光量の減少が上記比率の増加（反射可能領域の増加による反射光量の増加）によって相殺される。したがって、この構成によれば、測定対象物までの距離に応じたセンサ出力の変動を抑制することができる。
【００１２】
上記反射型センサでは、
前記基板表面に配置され、前記基板表面の横方向に互いに分離された第１収容空間および第２収容空間を形成するとともに、表面側に前記レンズが配置されるレンズホルダをさらに備え、
前記発光素子は、前記第１収容空間に配置され、
前記第１受光素子および前記第２受光素子は、前記第２収容空間に配置され、
前記遮光壁は、前記レンズホルダの一部を突出させて形成したものであってもよい。
【００１３】
上記反射型センサでは、
前記遮光壁の表面と前記レンズの表面とが同一平面をなすよう構成できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、測定対象物までの距離に応じたセンサ出力の変動を抑制可能な反射型センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の反射型センサを示す図である。
【図２】本発明の反射型センサの部分平面図である。
【図３】本発明の反射型センサにおける第１反射領域と照射領域との関係を示す図である。
【図４】本発明の反射型センサを利用した坪量測定を説明するための図である。
【図５】従来の反射型センサを示す図である。
【図６】従来の反射型センサにおける第１反射領域と照射領域との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る反射型センサの実施形態について説明する。
【００１７】
図１に本発明の一実施形態に係る反射型センサ１００を示し、図２に反射型センサ１００の部分平面図を示す。図１に示すように、反射型センサ１００は、制御回路２００とともに坪量測定装置１を構成する。なお、本実施形態では、反射型センサ１００と制御回路２００とを分けて説明するが、制御回路２００は反射型センサ１００に含まれていてもよい。
【００１８】
坪量測定装置１は、例えば、レーザプリンタや複合機などの画像形成装置において、印刷用紙（本発明の「測定対象物」に相当）の種別を判別するためのメディアセンサとして用いられる。
【００１９】
反射型センサ１００は、基板１１０と、レンズホルダ１２０と、レンズ１３０と、発光素子１４０と、第１受光素子１５１と、第２受光素子１５２と、第３受光素子１５３と、信号処理回路１６０とを備え、測定対象物に照射光を照射し、照射光に対する測定対象物からの反射光（第１反射光）を受光する。
【００２０】
基板１１０は、例えば、矩形状のプリント配線板である。基板１１０の上面（基板表面）には、発光素子１４０と、第１受光素子１５１と、第２受光素子１５２と、第３受光素子１５３と、信号処理回路１６０とが配置される。図２に示すように、第１受光素子１５１および第２受光素子１５２は、基板１１０上面の縦方向に並んで配置される。基板１１０には、レンズホルダ１２０の一部が嵌め込まれる貫通溝が設けられている。
【００２１】
レンズホルダ１２０は、発光素子１４０の照射光に対して不透明で、かつ照射光を反射させる材料で構成される。レンズホルダ１２０は、基板１１０の上面に配置され、下面側に第１収容部１２１、第２収容部１２２および第３収容部１２３を有する。
【００２２】
第１収容部１２１は、基板１１０上に第１収容空間を形成する。第１収容空間には、発光素子１４０と第３受光素子１５３とが収容される。第２収容部１２２は、基板１１０上に第２収容空間を形成する。第２収容空間には、第１受光素子１５１および第２受光素子１５２が収容される。第３収容部１２３は、基板１１０上に第３収容空間を形成する。第３収容空間には、信号処理回路１６０が配置される。
【００２３】
第１収容空間、第２収容空間および第３収容空間は、基板１１０上において横方向に互いに分離している。このように第１〜第３受光素子１５１〜１５３と信号処理回路１６０との収容空間を分離することにより、信号処理チップ等の信号処理回路１６０で光が反射して第１〜第３受光素子１５１〜１５３に入るのを防止することができる。
【００２４】
レンズホルダ１２０は、上面側（表面側）にレンズ固定部１２４を有する。レンズ固定部１２４は、図１では省略しているが、レンズ１３０を固定できるような形状に構成されている。
【００２５】
また、レンズホルダ１２０は、第１収容部１２１につながる第１開口部１２５と、第２収容部１２２につながる第２開口部１２６と、第１開口部１２５と第２開口部１２６との間に位置する遮光部１２７とを有する。
【００２６】
第１開口部１２５は、発光素子１４０の上方に位置し、発光素子１４０の照射光の照射範囲を制限する絞り部として機能する。第１開口部１２５の上端には、第１偏光フィルタ１７１が設けられている。第１偏光フィルタ１７１は、照射光のＳ波成分を遮光し、Ｐ波成分を透過させるＰ波透過用偏光フィルタである。
【００２７】
第２開口部１２６は、第２収容部１２２とほぼ同じ大きさに形成されている。第２開口部１２６と第２収容部１２２とは、１つの貫通孔で構成されていてもよい。第２開口部１２６の上端には、第１受光素子１５１の上方に位置する第２偏光フィルタ１７２と、第２受光素子１５２の上方に位置する第３偏光フィルタ１７３とが設けられている。第２偏光フィルタ１７２は、測定対象物からの反射光のＰ波成分を遮光し、Ｓ波成分を透過させるＳ波透過用偏光フィルタであり、第３偏光フィルタ１７３は、Ｐ波透過用偏光フィルタである。
【００２８】
遮光部１２７は、上部がレンズ１３０内に突出して設けられており、レンズ１３０内を伝搬する照射光を遮ることができる一方、下部が基板１１０の貫通溝に嵌め込まれており、基板１１０内を伝搬する照射光を遮ることができる。遮光部１２７の上端部分は、遮光壁１７０に相当する。遮光壁１７０については後述する。
【００２９】
レンズ１３０は、発光素子１４０の照射光に対して透明な材料で構成され、レンズホルダ１２０のレンズ固定部１２４に固定される。レンズ１３０は、上面側（表面側）に凸レンズ部１３１を有し、下面側（裏面側）に発光レンズ部１３２および受光レンズ部１３３を有する。
【００３０】
凸レンズ部１３１は、下面側の発光レンズ部１３２および受光レンズ部１３３に対向している。凸レンズ部１３１の上面は平坦になっており、凸レンズ部１３１の幅方向（縦方向）の長さは遮光部１２７の幅方向の長さよりも大きくなっている。
【００３１】
発光レンズ部１３２は、発光素子１４０の上方に位置して発光素子１４０の照射光を集光する一方、受光レンズ部１３３は、第１受光素子１５１および第２受光素子１５２の上方に位置して測定対象物からの反射光を集光する。発光レンズ部１３２は、レンズホルダ１２０の筒状の開口部（第１開口部１２５）を通して光を絞る関係上、受光レンズ部１３３よりも高い位置に形成されている。
【００３２】
発光素子１４０は、制御回路２００の制御下で、第１偏光フィルタ１７１およびレンズ１３０を介して測定対象物に照射光を照射する。発光素子１４０としては、例えば、赤外線を照射する赤外発光ダイオード（赤外ＬＥＤ）または赤色光を照射する赤色発光ダイオード（赤色ＬＥＤ）を用いることができる。
【００３３】
第１受光素子１５１は、第１反射光のＳ波成分を受光し、受光量に応じた電流信号を信号処理回路１６０に出力する。第２受光素子１５２は、第１反射光のＰ波成分を受光し、受光量に応じた電流信号を信号処理回路１６０に出力する。第１受光素子１５１および第２受光素子１５２としては、例えば、フォトダイオードまたはフォトトランジスタを用いることができる。
【００３４】
第３受光素子１５３は、発光素子１４０の照射光に対するレンズホルダ１２０からの反射光（第２反射光）を受光する。なお、発光素子１４０からの第３受光素子１５３への直接光の入射を防止するために、発光素子１４０と第３受光素子１５３との間に突起等の遮蔽物を設けてもよい。本実施形態では、測定対象物に照射される照射光の光量と第２反射光の光量とが同程度になる。第３受光素子１５３は、第２反射光の受光量に応じた電流信号を信号処理回路１６０に出力する。第３受光素子１５３としては、例えば、フォトダイオードまたはフォトトランジスタを用いることができる。
【００３５】
本実施形態では、発光素子１４０、第１受光素子１５１、第２受光素子１５２および第３受光素子１５３を、パッケージ（樹脂封止）されていないベアチップのまま基板１１０に実装している。これにより、センサ全体の小型化を図ることができる。
【００３６】
信号処理回路１６０は、第１受光素子１５１の電流信号に応じた電圧信号（第１出力信号）と、第２受光素子１５２の電流信号に応じた電圧信号（第２出力信号）と、第３受光素子１５３の電流信号に応じた電圧信号（第３出力信号）と、を生成して制御回路２００に出力する。
【００３７】
信号処理回路１６０は、例えば、オペアンプで構成される複数の電流増幅回路を含む。なお、信号処理回路１６０は、差動増幅回路を含み、第１出力信号および第２出力信号の電位差に相当する第１反射光の正反射光の光量に応じた電圧信号を生成し、当該電圧信号を制御回路２００に出力してもよい。
【００３８】
遮光壁１７０は、遮光部１２７と同様に、発光素子１４０と第１受光素子１５１および第２受光素子１５２との間に位置する。遮光壁１７０は、レンズホルダ１２０の一部を突出させて形成したものであり、具体的には、遮光部１２７をレンズ１３０の上面（表面）まで突出させて形成したものである。すなわち、遮光部１２７の上端部分が遮光壁１７０である。
【００３９】
図３に示すように、遮光壁１７０は、第１受光素子１５１によって受光される反射光の一部を遮光し、測定対象物における第１受光素子１５１へ反射光が入光可能な領域（第１反射領域）を制限する。同様に、遮光壁１７０は、第２受光素子１５２によって受光される反射光の一部を遮光し、測定対象物における第２受光素子１５２へ反射光が入光可能な領域（第２反射領域）を制限する。反射可能領域は、測定対象物までの距離が大きくなるほど大きくなる。
【００４０】
センサ出力（本実施形態では、第１出力信号および第２出力信号）は、測定対象物からの反射光の光量に比例する。反射光の光量は、測定対象物までの距離が大きいほど小さくなる。これは、距離が大きいほど光が減衰するためである。一方で、図３に示すように、照射領域に対する第１反射領域の比率は、反射型センサ１００から測定対象物までの距離が大きくなるほど大きくなる。例えば、測定対象物までの距離がＸ１、Ｘ２、Ｘ３の順に、上記比率が小、中、大となる。同様に、照射領域に対する第２反射領域の比率も、測定対象物までの距離が大きくなるほど大きくなる。上記比率が大きいほど、反射光の光量は大きくなる。
【００４１】
すなわち、測定対象物までの距離の増加に応じた反射光量の減少（光の減衰）が、上記比率の増加（反射可能領域の増加に応じた反射光量の増加）によって相殺される。したがって、反射型センサ１００によれば、測定対象物までの距離に応じたセンサ出力の変動を抑制することができる。さらに、反射型センサ１００では、第１受光素子１５１および第２受光素子１５２が基板１１０上面の縦方向に並んで配置されているので、第１受光素子１５１および第２受光素子１５２における上記センサ出力の変動を同程度に抑制することができる。
【００４２】
また、反射型センサ１００では、レンズ１３０の上面に付着した汚れ等によって内面反射光が生じた場合であっても、遮光壁１７０により、内面反射光が第１受光素子１５１および第２受光素子１５２に入射するのを抑制することができる。
【００４３】
制御回路２００は、測定対象物の坪量を測定する坪量測定部と、測定対象物の光沢度を測定する光沢度測定部と、照射光の光量が一定になるように発光素子１４０を制御する発光制御部とを備える。制御回路２００は、例えば、マイコンで構成される。
【００４４】
坪量測定部は、図４に示すように、照射光Ｖ（Ｉ）に対する測定対象物の透過光Ｖｔを擬似的に算出した擬似透過光Ｖｔ’に基づいて、測定対象物の坪量を測定する。擬似透過光Ｖｔ’は、下記の（１）式に示すように、第２反射光Ｖ（Ｒ）から第１反射光のＰ波成分Ｖ（Ｐ）およびＳ波成分Ｖ（Ｓ）を差し引くことにより算出される。Ｖ（Ｒ）は第３出力信号に基づいて算出され、Ｖ（Ｐ）およびＶ（Ｓ）は第２出力信号および第１出力信号に基づいて算出される。
【数１】
0006817479.tif 000002
【００４５】
透過光Ｖｔと坪量は相関関係を有し、透過光Ｖｔと擬似透過光Ｖｔ’も相関関係を有する（本実施形態では、ほぼ同じ値になる）ため、擬似透過光Ｖｔ’と坪量は相関関係を有する。したがって、坪量測定部は、擬似透過光Ｖｔ’に基づいて坪量を測定することができる。
【００４６】
測定対象物の内部拡散反射光Ｖｉは無視できる程度に小さいため、本実施形態では、擬似透過光Ｖｔ’を算出する際に内部拡散反射光Ｖｉを考慮していない。これにより、擬似透過光Ｖｔ’を検出する受光素子を省略できるため、センサ全体の小型化を図ることができる。なお、測定対象物の種別ごとの内部拡散反射光Ｖｉを予め測定できるのであれば、予め測定したＶｉを坪量測定部に記憶させておき、Ｖ（Ｒ）からＶ（Ｐ）、Ｖ（Ｓ）、Ｖｉを差し引くことにより擬似透過光Ｖｔ’を算出してもよい。
【００４７】
本実施形態では、測定対象物に照射される照射光Ｖ（Ｉ）の光量と第２反射光Ｖ（Ｒ）の光量とが同程度であるが、両者に差がある場合は、その差に応じて第２反射光Ｖ（Ｒ）を補正し、補正後の第２反射光Ｖ（Ｒ）を上記の（１）式に適用することが好ましい。例えば、照射光Ｖ（Ｉ）の光量および第２反射光Ｖ（Ｒ）の光量を予め測定して補正係数を算出し、算出した補正係数により第２反射光Ｖ（Ｒ）を補正してもよい。
【００４８】
光沢度測定部は、照射光に対する測定対象物からの反射光（第１反射光）に基づいて、測定対象物の光沢度を測定する。例えば、光沢度測定部は、第１出力信号および第２出力信号の電位差に基づいて、換言すれば、第１反射光の正反射光（本実施形態では、Ｐ波成分）の光量に応じた電圧信号に基づいて、測定対象物の光沢度を測定する。
【００４９】
発光制御部は、第３出力信号に基づいて、発光素子１４０の照射光の光量が一定になるように発光素子１４０をフィードバック制御する。本実施形態では、１つの第３受光素子１５３が、発光素子１４０のフィードバック制御を行うためのセンサ素子として機能し、かつ測定対象物の坪量を測定するためのセンサ素子としても機能しているので、装置全体の小型化を図ることができる。
【００５０】
以上、本発明に係る反射型センサの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００５１】
本発明に係る反射型センサは、基板と、照射光を照射する発光素子と、反射光のＳ波成分を受光する第１受光素子および反射光のＰ波成分を受光する第２受光素子と、照射光を測定対象物に導くとともに反射光を第１受光素子および第２受光素子に導くレンズと、発光素子と第１受光素子および第２受光素子との間に位置する遮光壁とを備え、測定対象物における照射光の照射領域に対する第１反射領域の比率および照射領域に対する第２反射領域の比率が、測定対象物までの距離が大きくなるほど大きくなるのであれば、適宜構成を変更できる。
【００５２】
例えば、第１受光素子１５１および第２受光素子１５２の配置は変更することができる。しかしながら、第１受光素子１５１および第２受光素子１５２を基板１１０上面の横方向に並べて配置した場合、例えば、遮光壁１７０に近い側の第２受光素子１５２は距離変化に伴う出力変動を抑制できる一方、遮光壁１７０から遠い側の第１受光素子１５１は測定対象物までの距離の変化に伴って出力も変動してしまうおそれがある。このため、遮光壁１７０によって、第１受光素子１５１で受光される反射光の一部を遮光して第１反射領域を制限するとともに、第２受光素子１５２で受光される反射光の一部を遮光して第２反射領域を制限するという条件下で、第１受光素子１５１および第２受光素子１５２の配置を変更する必要がある。
【００５３】
上記実施形態では、遮光部１２７の上端部分を遮光壁１７０としているが、遮光壁１７０は、遮光部１２７すなわちレンズホルダ１２０とは別の部材（発光素子１４０の照射光に対して不透明な部材）で構成することができる。
【００５４】
上記実施形態では、遮光壁１７０の上面とレンズ１３０の上面とが同一平面をなすように構成されているが、遮光壁１７０の上面は、レンズ１３０の上面よりも高い位置にあってもよいし、低い位置にあってもよい。
【００５５】
本発明に係る反射型センサは、メディアセンサに限定されるものではなく、他のセンサにも適用することができ、例えば、測定対象物に付着したトナーの付着量を測定するトナー付着量センサに適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１    坪量測定装置
１００    反射型センサ
１１０    基板
１２０    レンズホルダ
１２１    第１収容部
１２２    第２収容部
１２３    第３収容部
１２４    レンズ固定部
１２５    第１開口部
１２６    第２開口部
１２７    遮光部
１３０    レンズ
１３１    凸レンズ部
１３２    発光レンズ部
１３３    受光レンズ部
１４０    発光素子
１５１    第１受光素子
１５２    第２受光素子
１５３    第３受光素子
１６０    信号処理回路
１７０    遮光壁
１７１    第１偏光フィルタ
１７２    第２偏光フィルタ
１７３    第３偏光フィルタ
２００    制御回路
【要約】
【課題】測定対象物までの距離に応じたセンサ出力の変動を抑制可能な反射型センサを提供する。
【解決手段】測定対象物に照射光を照射し、測定対象物からの反射光を受光する反射型センサであって、基板１１０と、照射光を照射する発光素子１４０と、反射光のＳ波成分を受光する第１受光素子１５１および反射光のＰ波成分を受光する第２受光素子１５２と、レンズと、遮光壁１７０とを備える。遮光壁１７０は、反射光の一部を遮光して第１受光素子１５１へ反射光が入光可能な第１反射領域および第２受光素子１５２へ反射光が入光可能な第２反射領域を制限し、測定対象物の照射領域に対する第１反射領域および第２反射領域の各比率は、測定対象物までの距離が大きくなるほど大きくなることを特徴とする。
【選択図】図２【図１】
0006817479.tif 000003
【図２】
0006817479.tif 000004
【図３】
0006817479.tif 000005
【図４】
0006817479.tif 000006
【図５】
0006817479.tif 000007
【図６】
0006817479.tif 000008