CN103257543A

CN103257543A - 光学传感器和图像形成装置

Info

Publication number: CN103257543A
Application number: CN2013101301478A
Authority: CN
Inventors: 大场义浩; 菅原悟; 石井稔浩; 星文和
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-17
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-02-17
Also published as: JP2013167592A; JP5999304B2; US8971749B2; US20130216247A1; CN103257543B

Abstract

本发明涉及一种光学传感器。光学传感器包括：照射***，照射线性偏振光；第一光检测***，包括第一光检测器，设置在从所述对象被镜面反射的光的光学路径上；第二光检测***，包括光学元件和第二光检测器，所述光学元件设置在对象的入射面内从对象被漫反射的光的光学路径上，并且分离出与第一偏振方向正交的第二偏振方向的线性偏振分量，而第二光检测器接收由光学元件分离出的光，其中第一光检测器的光接收角和第二光检测器的光接收角互相不同。

Description

光学传感器和图像形成装置

技术领域

本发明涉及光学传感器及图像形成装置，特别是适用于指定物体的光学传感器和包括该光学传感器的图像形成装置。

背景技术

图像形成装置例如数字复印机、激光打印机等，通过转印调色剂图像到包括打印纸的记录介质表面上并以预定条件加热加压以使调色剂图像定影来形成图像。形成图像时需要考虑的是定影时加压和加热量等条件。特别地，为了实现高品质的图像形成，需要根据记录介质单独设定定影条件。

这是由于记录介质上的图像质量很大程度受到记录介质材料品质、厚度、湿度、平滑度和涂布情况的影响。例如对于平滑度，打印纸张表面不规则的凹部处调色剂的定影率基于定影条件而减少。因而除非以与记录介质相关的合适条件定影，否则将出现不均一的着色。

此外，随着近年来图像形成装置的进步和表现方法的多样化，至少有数百种单独用作打印纸的记录介质。更进一步地，对于各类型，不同品种在纸张重量、厚度等规格上存在很大不同。为形成高品质图像，需要将根据这些不同品种精确设置定影条件。

另外近年来，品种(brand)也增加到普通纸；诸如光面铜版纸(gloss coatedpaper)、哑面铜版纸、特(art)铜版纸的铜版纸；塑料薄膜；和表面进行浮凸处理的特种纸张。

当前图像形成装置中，用户需要在打印时自己设定定影条件。因此用户需要具备鉴别纸张种类的知识；此外，每次都要根据纸张种类输入设置对于用户来说是很麻烦的。而如果设定错误，则不可能获得理想的图像。

现在，专利文献1公开了一种表面粗糙度识别设备包括一传感器紧靠记录材料表面以扫描表面来识别记录材料的表面粗糙度。

专利文献2公开了一种打印设备，根据压力传感器紧靠纸张获得的压力值识别纸张种类。

专利文献3公开了记录材料识别设备使用光的反射和透射识别记录材料种类。

专利文献4公开了一种纸张材料品质识别设备，其中基于纸张材料表面反射的反射光量和透过纸张材料的透射光量，识别运动中的纸张材料的材料品质。

专利文献5公开了一种图像形成装置包括一确定单元基于从反射式光学传感器检测的输出信息确定纸张供给单元内存在/缺乏记录材料和存在/缺乏纸张供给单元。

专利文献6公开了一种图像形成装置，该设备照射光到记录材料表面，通过检测两偏振部件的反射光量以识别记录介质的表面粗糙度。

专利文献

专利文献1：JP2002-340518A

专利文献2：JP2003-292170A

专利文献3：JP2005-156380A

专利文献4：JP10-160687A

专利文献5：JP2006-062842A

专利文献6：JP11-249353A

但是，精确确定物体又不导致高的成本或大尺寸设备是非常困难的。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种光学传感器，包括：照射***，从倾斜于对象表面法线方向的入射方向将第一偏振方向的线性偏振光照射到所述对象的表面；第一光检测***，包括第一光检测器，设置在从所述对象被镜面反射的光的光学路径上；第二光检测***，包括光学元件和第二光检测器，所述光学元件设置在对象的入射面内从对象被漫反射的光的光学路径上，并且分离出与第一偏振方向正交的第二偏振方向的线性偏振分量，而第二光检测器接收由光学元件分离出的光，其中第一光检测器的光接收角和第二光检测器的光接收角互相不同。

根据本发明的光学传感器使得在不导致高成本或大尺寸设备的情况下精确确定物体成为可能。

附图说明

配合以下附图，本发明其他的目的、特征和优点将由下述说明而更加明显，包括：

图1是说明根据本发明一个实施例的彩色打印机的概要结构图；

图2是说明图1中光学传感器的结构图；

图3是说明表面光发射激光器阵列的图；

图4是说明光入射到记录纸上的入射角的示意图；

图5是说明两光接收单元布置位置的示意图；

图6A是说明自表面镜面反射光的图；

图6B是说明自表面漫反射光的图；

图6C是说明内部漫反射光的图；

图7是说明光从每个光接收器接受光的图；

图8是说明每个光检测器光的接收角的图；

图9是说明S1，S2和记录纸品种关系的图；

图10是说明在散斑图样对比度上的光发射单元数目影响示意图；

图11是说明当光发射单元数目变化和每个光发射单元光量变化时的总光量和散斑图样对比度关系示意图；

图12是说明当光源驱动电流变化时的散斑图样光强度分布示意图；

图13是说明光源驱动电流高速变化时散斑图样的实际光强度分布示意图；

图14是说明光学传感器的变化形式1的示意图；

图15是说明表面光发射激光阵列，其中光发射单元间隔不同的图；

图16是说明当光发射单元间隔相同时散斑图样光强度分布的图；

图17是说明当光发射单元间隔不同时散斑图样光强度分布的图；

图18是说明光学传感器的变化形式2的示意图的第一部分；

图19是说明光学传感器的变化形式2的示意图的第二部分；

图20是说明光学传感器的变化形式3的示意图的第一部分；

图21是说明光学传感器的变化形式3的示意图的第二部分；

图22是说明光学传感器的变化形式4的示意图的第一部分；

图23是说明光学传感器的变化形式4的示意图的第二部分；

图24是说明S4/S1和S3/S2和记录纸品种关系的图；

图25A和25B是说明环境光影响的示意图；

图26是说明光学传感器的变化形式5的示意图；

图27是说明光学传感器的变化形式6的示意图；

图28是说明光学传感器的变化形式7的示意图；

图29是说明光学传感器的变化形式8的示意图；

图30是说明光学传感器的变化形式9的示意图；

图31A到31C是说明测量平面到记录纸表面偏移对检出光量变化的示意图；

图32是说明厚度和S1关系的图；以及

图33是说明密度和S1关系的图。

具体实施方式

图1所示为参照本发明一个实施例应用具备一个***电子单元21的SM以下，基于图1-13描述本发明的一个实施例。图1示出了根据一个实施例的彩色打印机2000的示意结构。

该彩色打印机2000是串联式多色打印机通过四色(黑、青、品红、黄)套印形成全色图像，包括光学扫描装置2010；四光电导体鼓(2030a、2030b、2030c、2030d)；四清洁单元(2031a、2031b、2031c、2031d)；四充电装置(2032a、2032b、2032c、2032d)；四显影辊(2033a、2033b、2033c、2033d)；转印带2040；转印辊2042；定影装置2050；供纸辊2054；排纸辊2058；供纸托盘2060；排纸托盘2070；通信控制装置2080；光学传感器2245；以及用于控制上述各个元件的打印机控制装置2090。

通信控制装置2080通过网络等控制与上级设备(例如个人电脑)的双向通信。

打印机控制装置2090包括CPU；只读存储器存储以编码形式记载且可被中央处理器解码的程序以及用于执行程序的各种数据；随机存取存储器作为工作存储器；放大电路；模数转换电路将模拟信号转换为数字信号等。于是打印机控制装置2090响应于上级设备的请求控制各个元件，以及从上级设备发送图像信息到光学扫描装置2010。

光导鼓2030a，充电装置2032a，显影辊2033a和清洁单元2031a组合使用形成一图像形成站以形成黑色图像(为方便以下也称作“K站”)。

光导鼓2030b，充电装置2032b，显影辊2033b和清洁单元2031b组合使用形成一图像形成站以形成青色图像(为方便以下也称作“C站”)。

光导鼓2030c，充电装置2032c，显影辊2033c和清洁单元2031c组合使用形成一图像形成站以形成品红色图像(为方便以下也称作“M站”)。

光导鼓2030d，充电装置2032d，显影辊2033d和清洁单元2031d组合使用形成一图像形成站以形成黄色图像(为方便以下也称作“Y站”)。

各个光导鼓在其表面形成感光层。换言之，各光导鼓表面各为扫描面。各光导鼓通过一转动机构(未示出)以如图1所示箭头方向转动。

每个充电装置一致地向相应光导鼓表面充电。

光学扫描装置2010基于从打印机控制装置2090获得的多色图像信息(黑色图像信息，青色图像信息，品红色图像信息，黄色图像信息)以对应颜色的调制光扫描各光导鼓表面。如此，对应图像信息的潜影图像形成到各感光鼓表面。形成于此的每个潜影图像随着感光鼓的转动以相应显影辊的方向运动。

随着转动，自相应调色剂盒的调色剂以均一方式薄薄地涂布到各显影辊表面。随后，当接触相应光导鼓表面时，各显影辊上的调色剂只转移到光照部分上并粘附其上。换言之，各显影辊使调色剂粘附到形成在相应感光鼓表面的潜影图像上使图像可见。此时粘附调色剂的图像(调色剂图像)随着感光鼓的旋转向转印带2040的方向运动。

黄、品红、青、黑各调色剂图像以预定时间相继转印到转印带2040上并重叠，使得形成多色图像。

记录纸容纳于供纸托盘2060。供纸辊2054设于供纸托盘2060附近使记录纸从供纸托盘2060中逐张取出。记录纸以预定时间向转印带2040和转印辊2042之间的缝隙排出。这样转印带2040上的调色剂图像转印到记录纸。记录纸送往定影装置2050。

在定影装置2050中施加热量和压力到记录纸，使调色剂固定到记录纸上。该记录纸通过排纸辊2058送往排纸托盘2070并依序堆叠到排纸托盘2070上。

各清洁单元去除残留在各感光鼓表面的调色剂(调色剂残留)。其上调色剂残留被去除的感光鼓表面回到面对相应充电装置的位置。

光学传感器2245用于确定供纸托盘2060中记录纸的品种。

例如图2所示，该光学传感器2245包括光学光源11，准直透镜12，两光接收器(13和15)，偏振滤光镜14，和容纳上述元件的暗箱16。

暗箱16是金属(如铝)制的箱构件，在其表面施加黑色氧化铝以减少环境光和杂散光的影响。

这里给定说明，在XYZ三维正交坐标系中，以垂直记录纸表面为Z轴方向，平行于记录纸表面的平面为XY平面。于是光学传感器2245设置在记录纸的+Z侧。

光学光源11包括多个形成在同一基底的光发射单元。各光发射单元为垂直孔穴表面发射激光器(VCSELs)。换言之，光源11包括表面发射激光器阵列(VCSEL阵列)。这里例如图3所示，九光发射单元二维排列。

设置光源11以使S偏振的线性偏振光照射到记录纸上。而从光源11入射到记录纸上的光的入射角θ(参见图4)是80°。

回到附图2，准直透镜12设置在从光源11发射的光的光学路径上使光为基本平行光。穿过准直透镜12的光穿过暗箱16提供的一开口照亮记录纸。以下，记录纸表面的照亮区域中心简称为“光照中心”。而穿过准直透镜12的光也称为“照射光”。

此时当光入射到介质临界面，直立于入射点的包括入射束和临界面法线的面称作“入射面”。当入射光包括多束，则对每束均具有入射面；这里为解释方便，入射到光照中心上的束的入射面称为记录纸的入射面。换言之平行于XZ平面且包括光照中心的面是记录纸上的入射面。

偏振滤光镜14设置在光照中心的+Z侧。该偏振滤光镜14是通过P偏振光排除S偏振光的偏振滤光镜。也可用偏振射束分离器代替偏振滤光镜14以起到相同作用。

光接收器13设在偏振滤光镜14的+Z侧。这里如附图5所示，角ψ1由记录纸表面和线L1形成，线L1连接中心和偏振滤光镜14和光接收器13各中心，角ψ1为90°。换言之，线L1相当于光照中心处记录纸表面的法线。

光接收器15设于光照中心相对于X轴方向的+X侧。于是角ψ2由记录纸表面和的线L2形成，线L2连接照亮中心和光接收器15中心，角ψ2为170°。

光源11中心，照亮中心，偏振滤光镜14中心，光接收器13中心，以及光接收器15的中心基本位于同一平面。

此时，当记录纸被照射时来自记录纸骑上的反射光可可以通过将其划分为从记录纸表面反射的反射光和从记录纸内反射的反射光来看待。同时，从记录纸表面反射的反射光可通过划分为镜面反射的反射光和漫反射的反射光来看待。以下为方便，从记录纸表面镜面反射的反射光也称为“自表面镜面反射光”，而从记录纸表面漫反射的反射光也称为“自表面漫反射光”(参见附图6A和6B)。

记录纸表面包括平面部分和坡度部分，这些部分的比例决定记录纸表面的平滑度。自平面部分反射的光成为自表面镜面反射光，而自坡度部分反射的光成为自表面漫反射光。自表面漫反射光是完全漫反射的反射光，使得其反射方向视为各向均等的。于是平滑度越高则自表面镜面反射光的光量越大。

另一方面，当记录纸为普通打印纸，从记录纸内反射的光经过纤维中多重影响的扩散而只剩下漫反射光。以下为解释方便，自记录纸内的反射光也称为“内部漫反射光”(参见附图6C)。内部漫反射光，在某种意义上与自表面镜面反射光相似，是完全漫反射的反射光，因此其反射方向可认为是各向均等的。

自表面镜面反射光和自表面漫反射光的偏振方向和入射光的偏振方向相同。此时为使偏振方向在记录纸表面旋转，入射光需要反射到与和其入射方向对应的旋转方向倾斜的面。此时作为光源中心，光照中心和各光接收器中心位于同一平面，偏振方向在记录纸表面旋转的反射光不反射到任一光接收器的方向。

另一方面，内部漫反射光的偏振方向对应入射光的偏振方向而旋转。这被认为是由于其通过纤维经历多重影响的扩散时经过光学旋转而其偏振方向旋转。

如此，自表面漫反射光和内部漫反射光入射到偏振滤光镜14上。由于自表面漫反射光的偏振方向和入射光的偏振方向一样为S偏振，自表面漫反射光被偏振滤光镜14排除。另一方面，内部漫反射光的偏振方向相对入射光的偏振方向旋转，使得包括在内部漫反射光的P偏振分量通过偏振滤光镜14。换言之，包括在内部漫反射光的P偏振分量被光接收器13接收(参见图7)。以下为说明方便，包括在内部漫反射光的P偏振分量也称为“包括在内部漫反射光的P偏振分量”。此外，包括在内部漫反射光的S偏振分量也称为“包括在内部漫反射光的S偏振分量”。

本发明人等证实包括在内部漫反射光的P偏振分量的光量和记录纸的厚度及密度具有相互关系。这是由于P偏振部分的光量依赖于其通过记录纸纤维的路径长度。

内部漫反射光和自表面镜面反射光的小部分，以及自表面漫反射光入射到光接收器15上。换言之，主要入射到光接收器15的是自表面镜面反射光。

光接收器13和光接收器15根据各自接收光量分别输出数字信号(光电转换信号)到打印机控制装置2090。

此时自记录纸的反射光量被记录，且为了以通用的测量分辨率测量，较好的是使用放大电路等放大光接收器的输出信号。然而如运算放大器。电阻等组成放大电路的元件有时会具有不同的温度特性，而这会导致当多个输出信号放大时不同输出信号放大倍数不同。

因而，对组成放大电路的单个元件，最好使用阵列元件其中多个元件封装入一个包。随着阵列元件，每个元件的温度特性变化最小。因而如果在使用阵列元件的放大电路中放大多个输出信号，即使当放大倍数由温度波动而变化等，各输出信号的变化率都是恒定的，使得在执行运算输出信号(例如运算输出信号的比率)中减少放大倍数变化的影响成为可能。

在总阵列元件中，密封在内的元件具有相同特性(例如具有相同电阻值的电阻阵列元件)，从而使用阵列元件的放大电路中放大倍数恒定。因而最好各光接收器接收到的反射光量具有相当的量度，使得打印机控制装置2090放大各光接收器的输出信号时，任意输出信号落入打印机控制装置2090的动态范围中。

对于从所述表面被镜面反射的光而言，从记录纸反射的光的量是最大的，并且按照自表面镜面反射光和内部漫反射光的顺序变小。

因而在本实施例中，光接收器13具有和光接收器15相比更接近光照中心的位置，从而光接收器13收到的反射光量和光接收器15收到的反射光量在量度上相当，且以如图8所示为例，光接收器13接收反射光的角度θ2设置为大于光接收器15接收反射光的角度θ1。在此，在光接收器中接收反射光的角度是由从光检测器的光接收区域的边缘到在对象的照射位置画出的直线形成的角度，其中在从照射位置反射的光中，包含在用于接收反射光的角度的范围内的光在光接收区域被检测到。

以下，光接收器13中输出信号的信号电平称为“S1”，而光接收器15中输出信号的信号电平称为“S2”，当光源11照射光到记录纸上时，这些输出信号由打印机控制装置2090的放大电路放大。

这里，对于彩色打印机2000可处理的多个品种的记录纸，在诸如调整处理等的预运输处理中，针对记录纸的每个品种预先测量S1和S2值，测量结果存储到打印机控制装置2090的只读存储器中作为“记录纸识别表”。

图9展示国内市场上30种记录纸品种的S1和S2测量值。图9中的框表示同一品种的变化范围。例如，对于测量值S1和S2为白色斜方块的情况，则被规定为D品种。此外，对于测量值S1和S2为黑色方块的情况，则被规定为C品种。另外，对于测量值S1和S2为黑色斜方块的情况，则可能是A品种或B品种。

例如，在这种情况下，针对A品种计算平均值和测量值间的差别和针对B品种计算平均值和测量值间的差别，从而规定较小计算结果的品种。进而，假定品种为品种A，重新计算差异以包括其测量值，且假定品种为品种B，差异被重新计算以包括其测量值，而选择重新计算差异较小的品种。

现有技术中，记录纸表面的光泽度由镜面反射光的光量而检测，记录纸表面的平滑度由镜面反射光的光量和漫反射光的光量的比例而检测以求识别记录纸。另一方面在本实施例中，不仅记录纸表面的光泽度和平滑度，而且记录纸的其他特性如也包括厚度和密度的信息由反射光而检测，从而扩展了可被检测的记录纸种类。

例如，使用现有相关技术识别方法，难以分辨普通纸张和哑光铜版纸。本实施例中，加入记录纸内部信息到记录纸表面信息中，使得不仅能分辨普通纸张和哑光铜版纸，而且能分辨普通纸张的不同品种和哑光铜版纸的不同品种。

换言之，本实施例中，能从属于光泽度、平滑度、厚度、密度中的至少一项不同的多个记录纸集合中识别品种。

另外，对于彩色打印机2000可处理记录纸的多个品种，在运输处理例如调整处理等中，各站中记录纸每个品种最佳的显影条件和转印条件被确定，测量得到的结果存储到打印机控制装置2090的只读存储器中作为“显影和转印表”。

当彩色打印机2000电源打开且当记录纸供应到供纸托盘2060时，打印机控制装置2090执行识别记录纸纸张种类程序。打印机控制装置2090执行的纸张种类识别程序描述如下：

(1)使光学传感器2245的多个光发射单元同时发射光；

(2)通过光接收器13和光接收器15的输出信号确定S1和S2的值；

(3)参考记录纸识别表从获得的S1和S2值指定记录纸品种；以及

(4)所指定的记录纸品种存储在随机存取存储器，完成纸张种类识别程序。

当收到用户打印任务请求，打印机控制装置2090读取存贮在随机存取存储器中的记录纸品种以及从显影和转印表中确定的记录纸品种最佳显影和转印条件。

随后，打印机控制装置2090根据最佳显影和转印条件控制各站的显影装置和转印装置。例如，控制转印电位差和调色剂量。如此形成高品质图像到记录纸上。

此时，记录纸漫反射的光包括：A“自表面漫反射光”；B“内部漫反射光的S偏振分量”；和C“内部漫反射光的P偏振分量”。

在使用现有技术传感器的设备中，基于漫反射光(A+B+C)的光量识别两到三种记录纸种类。另一方面在本实施例中，基于内部漫反射光的P偏振分量，能识别至少10种记录纸种类。换言之，在本实施例中，执行的纸张识别的细节是现有技术的至少五倍。

当照射光是S偏振光时，在漫反射光(A+B+C)中包括在内部漫反射光的P偏振分量的光量比率最多大约为40％。此外，便宜的例如安装在通用目的的传感器上的偏振滤光镜具有低的透射率，在偏振滤光镜衰减至约80％。因而内部漫反射光的P偏振分量在偏振滤光镜分离时衰减，实质上仅有约30％。

漫反射光(A+B+C)中内部漫反射光的P偏振分量的实际光量衰减至约30％，从而作为发射光量需要为现有技术3.3倍的光量。此外，为执行以五倍于现有技术细节的纸张识别，有必要照射现有技术3.3×5倍的光量。使用高分辨率的光接收部件甚至即使光量较低时也能实现具有细节的纸张识别，但导致高支出。

对于使用非偏振光源例如LED(发光二极管)，S偏振光照射到记录纸上，从而在照射之前有必要使光穿过偏振滤光镜使其成为线性偏振光(S偏振光)。这里如上所述使用便宜的偏振滤光镜时，照射到记录纸上的光量变为40％(＝50％(P偏振光减少的比率)x80％(偏振滤光镜中衰减的比率))。

因此当使用LED时，照射光量至少是相比于相关技术的40倍(＝3.3×5/0.4)。但是现有技术中便宜的LED的照射光量仅有几mW(以1mW为代表值)，从而难以使用LED获得其照射光量40倍的光量(至少40mW)。

另一方面，表面发射激光器阵列能同时照明多个光发射单元以容易地获得期望的照射光度。

此外为了准确检测内部漫反射光的P偏振分量，最好满足如下两光接收条件：

(1)在至少包括自表面镜面反射光的方向不执行内部漫反射光的P偏振分量的检测。

这是由于实际上，难以完全使照射光仅为S偏振光，从而从表面反射的光最后也包括P偏振光组分。因此在自表面镜面反射光的方向上，包括在照射光而从表面反射的P偏振分量大于内部漫反射光的P偏振分量。因而，如果偏振滤光镜14和光接收器13安排在包括自表面镜面反射光的方向，则不可能准确测量其中包括记录纸内部信息的反射光量。

此时，也可使用高消光比率的偏振滤光镜以使照射光完全仅为S偏振光，但这样导致高成本。

(2)在记录纸光照中心的法线方向检测内部漫反射光的P偏振分量。

这是由于内部漫反射光可视为完全漫反射，从而与检测方向相关的反射光量近似服从朗伯分布，并在照亮中心的法线方向反射光量最大。因而当偏振滤光镜14和光接收器13设置在光照中心的法线方向上，信噪比高而准确率最高。

接下来，说明抑制散斑图样的方法。

在通过反射光量检测打印纸张表面条件的传感器中，最好使用半导体激光器作为光源以提高信噪比，其中从半导体激光器发射的相干光在例如记录纸表面的粗糙面的每一点经过不规则反射，而其相互干涉形成散斑图样。

散斑图样由光照射区域不同而不同，使得光接收器接受的光量变化而导致识别准确率降低。因而在现有技术中，主要使用LED等作为光源。

本发明人使用垂直空腔表面发射激光器阵列(VCSEL阵列)其中多个光发射单元二维排列，而决定散斑图样的对比度和光发射单元数量的关系(参见图10)。这里散斑图样的观测强度的最大值和最小值的差值被标准化定义散斑图样对比度。以下为说明方便，散斑图样的对比度也简称为“对比度”。

使用束轮廓仪相对于Y轴方向(漫射方向)观测散斑图样，基于束轮廓仪观测结果计算对比度。使用三种平滑度各自不同的普通纸(普通纸A，普通纸B，普通纸C)和一种铜版纸作为样本。普通纸A是具有Oken型平滑度为33秒的普通纸，普通纸B是具有Oken型平滑度为50秒的普通纸，普通纸C是具有Oken型平滑度为100秒的普通纸。

从图10，可看出当光发射单元数量增加时，有对比度减少的趋势。而且该趋势不依赖于纸张种类。

此外本发明人还进行了实验证实对比度减少的效果不是由于总光量的增长导致的，而是由于光发射单元数量的增长导致的。

图11所示的是当改变光发射单元数量的同时使各光发射单元光量恒定不变(为1.66mW)时和在将光发射单元数量固定为30的同时改变各光发射单元光量时在总光量和对比度之间的关系。

当每个光发射单元光量变化而光发射单元数量固定时，对比度为恒定而与光量无关，然而当光发射单元数量改变而每个光发射单元光亮不变时，光发射单元数量少时对比度大，而对比度随着光发射单元数量增加而降低。这样可看出对比度减少的效果不是由于单个单元光量所导致的，而是由于光发射单元数量的增长所导致的。

此外，本发明人研究散斑图样是否会随时间改变光源发射的光波长而得到抑制。

垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)可通过驱动电流控制发射光波长。这是源于这种事实，即当驱动电流改变时，反射比由于垂直空腔表面发射激光器内温度变化而变化，从而有效共振器长度改变。

图12所示的是当光源11的驱动电流改变至在1.4mW到1.6mW范围内改变发射光量时采用光束轮廓仪进行观测所获得的光强度分布。可从图12看出，由于驱动电流改变，或换言之，由于光源11发射的光波长改变，光强度分布改变。

图13显示了在光源的驱动电流高速改变时的有效光强度分布。该光强度分布等同于如图12所示的多个驱动电流的光强度分布平均值。这样当驱动电流高速变化时对比度变为0.72，该对比度是当驱动电流保持不变时从0.96的对比度减少得到的。

换言之，可看出随时间改变照射光的波长抑制了散斑图样。因而可以使得表面发射激光器的驱动电流为其电流值如三角波形随时间变化的驱动电流以降低对比度。

本实施例中，光学传感器2245的光源11包括表面发射激光器阵列，其中二维排列了九个光发射单元，而打印机控制装置2090的CPU提供三角波形的驱动电流至表面发射激光器阵列。这样，散斑图样被抑制，使得可以准确检测反射光量。于是可增加识别记录纸的准确度。

此时，在专利文献1公开的表面粗糙度识别设备和专利文献2公开的打印装置中，记录材料表面可能被损坏而其表面特性可能会改变。

使用专利文献3公开的记录材料识别装置，只有当记录材料平滑度不同的时候可被识别，而不能识别平滑度相同而厚度不同的记录材料。

使用专利文献4公开的单张纸材料品质识别装置，基于镜面反射光的光量进行识别。换言之，从镜面反射光的绝对光量识别单张纸材料的材料品质，而没有考虑对象内部。

使用专利文献5公开的图像形成装置，从对象的反射光光量以不同方向被检测，这样同样的没有考虑对象内部，从镜面反射光和漫反射光之间比率检测光泽度和识别纸种类。

使用专利文献6公开的图像形成装置，镜面反射光分为两偏振分量被检测，基于光量差确定纸表面平滑度以及识别纸张种类。在这种情况下虽然使用偏振，但在包括镜面反射光的方向进行检测；再次，这也并未顾及对象内部。

换言之，使用专利文献4公开的单张纸材料品质识别装置和专利文献5和6公开的图像形成装置，仅能识别非涂布纸、涂布纸和OHP纸，使得对于高品质图像形成必要的品种无法确定。

如此在现有技术中，在非涂布纸、涂布纸和OHP纸中执行识别，从而不能在品种水平进行识别。

而且，尽管可以独立于反射光传感器安装例如诸如温度传感器、检测记录材料的电阻值的传感器、使用透射光、超声波等检测记录材料的厚度的传感器的各种传感器以便进一步细分识别水平，但是部件数量的增加会产生高成本和大尺寸的问题。

根据本实施例的识别记录纸张的方式是在现有识别方法上新增加一种采用其中包含未被考虑的关于记录纸张内部的信息的漫反射光的光量的识别方法的结果。在这种情况下，可以获得除了记录纸张表面的光洁度(平滑度)之外的关于记录纸张的密度和厚度的信息，使其能够细分识别水平。

由上述说明显见，在根据本实施例的光学传感器2245中，光源11和准直透镜12组成本发明的照射***，光接收器15组成本发明的第一光学检测***，而偏振滤光镜14和光接收器13组成本发明的第二光学检测***。

如上所述，根据本实施例的光学传感器2245包括光源11，准直透镜12，光接收器13，偏振滤光镜14，光接收器15以及暗箱16等，这些元件置于其中。

光接收器13主要接收在内部被漫反射的光的P偏振分量，而光接收器15主要接收从表面被镜面反射的光。于是光接收器13相比于光接收器15设置在更接近光照中心的位置，从而光接收器13接收的反射光量和光接收器15接收的反射光量大致具有同样量级，使光接收器13接收反射光的角度θ2大于光接收器15接收反射光的角度θ1。这样，能提高指定记录纸品种的准确率。

光源11包括表面发射激光器阵列，其包括多个光发射单元。这样，不需要使照射光变成线性偏振光的偏振滤光镜。另外，使照射光成为平行光的调整变得简单。如此，能减少光学传感器的尺寸和成本。

另外，在表面发射激光器阵列中，能够密集排列多个光发射单元，这很难采用在现有技术使用的LED形成。如此，所有激光器的光可集中在准直透镜的光轴附近，能使得入射角可以不变，以使多个光基本平行且容易实现校准光学***。

打印机控制装置2090使表面发射激光器阵列的多个光发射单元同时发射光。因而能够增加内部漫反射光的P偏振分量光量以及减少对比度。进而，打印机控制装置2090随时间改变光源11发射的光波长。从而抑制散斑图样。

此时，在光学传感器2245中能准确分离记录纸内部的反射光，这在现有技术中是不充分和难于分离的。记录纸内部的反射光包括记录纸内部条件的信息。

随后，打印机控制装置2090基于光接收器13的输出信号和光接收器15的输出信号指定记录纸品种。换言之，加入记录纸内部条件的信息而提高纸种类识别水平，这在现有技术中是困难的。

另外，不需要结合多种传感器，部件结构简单，使得能够实现低成本下的小光学传感器。

此时，光学传感器2245使得能够相比于现有技术更精细地指定记录纸品种而不会产生高成本或大尺寸。

根据本实施例的彩色打印机2000具有光学传感器2245；从而，可以形成高品质图像而不产生高成本或大尺寸。另外，可避免现有技术中设置错误导致的打印故障或必须手动设置的麻烦。

尽管描述了一种照射到记录纸上的光是S偏振光的情况，但是并不限于此，以便照射到记录纸上的光可以是P偏振光。这种情况下，代偏振滤光镜14使用可透过S偏振光的偏振滤光镜替，而光接收器13接受内部漫反射光的S偏振分量。

另外，在上述实施例中，如果光学传感器2245的识别水平足够达到确定非涂布纸，涂布纸和OHP纸之一的水平，则偏振滤光镜14不必要。

同时在上述实施例中，表面发射激光器阵列的多个光发射单元中的至少一部分光发射单元的间隔和其他光发射单元间隔不同(参见图15)。换言之相邻光发射单元的间隔可不同。

图16示出使用束轮廓仪观测散斑图样获得的光强度分布，此时光发射单元间隔设为包括表面发射激光器阵列的光源中等间隔，在表面发射激光器阵列中一维排列五个光发射单元。在这种情况下，与光发射单元排列的规律性对应的光强度的周期振荡得到确认，且对比度为0.64。

而且，在包括其中五个光发射单元一维排列的表面发射激光器阵列的光源中，当光发射单元的间隔比例设置为不规则的1.0∶1.9∶1.3∶0.7时，通过采用束轮廓仪观测散斑图样而获得的光强度分布，如图17所示。在这种情况下，光强度的周期振荡被抑制，而对比度为0.56。

此时，使多个光发射单元的间隔为不等间隔导致散斑图样分布匀整，使得能够进一步降低对比度。

此时，当环境光和杂散光影响产生导致纸张识别错误时，可加入光检测***。

例如如图18所示，也可包括光接收器17作为第三光检测***。该光接收器17设置在接收自表面漫反射光和内部漫反射光的位置。光源11的中心，光照中心，偏振滤光镜14的中心，光接收器13的中心，光接收器15的中心，和光接收器17的中心位于几乎同一平面。那么，由记录纸表面和连接光照中心与光接收器17的线L3形成的角ψ3为120°(参见图19)。

而且，为使光接收器17接收的反射光量和光接收器15接收的反射光量基本属于同一量级，光接收器17相比于光接收器15位于更接近光照中心的位置，而光接收器17接收反射光的角度设置为比光接收器15接收反射光的角度更大。

下面将描述由上述打印机控制装置2090执行纸张种类识别程序。以下，当光源11的光照射到记录纸时被打印机控制装置2090中的放大电路放大的光接收器17的输出信号的信号电平称为“S3”：

(1)使光学传感器2245的多个光发射单元同时发射光；

(2)确定各光接收器的输出信号的值S1，S2和S3；

(3)确定S3/S2的值；

(4)查阅记录纸识别表并根据S1和S3/S2的所获得的值指定记录纸品种；以及

(5)确定的记录纸品种存储在随机存取存储器，完成纸张种类识别程序。

这样，关于彩色打印机2000可处理的多个记录纸品种，提前在例如调整处理等的预运输处理中测量记录纸每个品种的S1和S3/S2值，而测量结果储存在打印机控制装置2090的只读存储器中，作为“记录纸识别表”。

此外，如图20所示，例如作为第三光检测***，进一步包括偏振滤光镜18和光接收器19。偏振滤光镜18可安置在自表面漫反射光和内部漫反射光的光学路径上。该偏振滤光镜18是透过P偏振光而排除S偏振光的偏振滤光镜。光接收器19设置在通过偏振滤光镜18的光的光学路径上。然后光接收器19接收内部漫反射光的P偏振分量。

此外，光源11的中心，光照中心，偏振滤光镜14的中心，光接收器13的中心，光接收器15的中心，偏振滤光镜18的中心，和光接收器19的中心基本处于同一平面。那么由记录纸表面和连接光照中心与偏振滤光镜18和光接收器19的线L4形成的角ψ4为150°(参见图21)。

此外，为使光接收器19接收的反射光量和光接收器15接收的反射光量基本属于同一量级，光接收器19相比于光接收器15位于更接近光照中心的位置而光接收器19接收反射光的角度设置为比光接收器15接收反射光的角度更大。

下面将描述由上述打印机控制装置2090执行纸张种类识别程序。以下，当光源11的光照射到记录纸时被打印机控制装置2090中的放大电路放大的光接收器19的输出信号的信号电平称为“S4”：

(1)使光学传感器2245的多个光发射单元同时发射光；

(2)确定各光接收器的输出信号的值S1，S2和S4；

(3)确定S4/S1的值；

(4)查阅记录纸识别表并根据S2和S4/S1的所获得的值指定记录纸品种；以及

这样，关于彩色打印机2000可处理的多个记录纸品种，提前在例如调整处理等的预运输处理中测量记录纸每个品种的S2和S4/S1值，而测量结果储存在打印机控制装置2090的只读存储器中，作为“记录纸识别表”。

此外，例如如图22和23所示，可进一步包括光接收器17、偏振滤光镜18和光接收器19。换言之，可进一步包括由光接收器17构成的第三光检测***和由偏振滤光镜18和光接收器19组成的第四光检测***。

以下说明该种情况下打印机控制装置2090执行纸张种类识别程序。

(1)使光学传感器2245的多个光发射单元同时发射光；

(2)确定各光接收器的输出信号的值S1、S2、S3和S4；

(3)确定S4/S1和S3/S2的值；

(4)查阅记录纸识别表并根据S4/S1和S3/S2的所获得的值指定记录纸品种(参见图24)；以及

这样，关于彩色打印机2000可处理的多个记录纸品种，提前在例如调整处理等的预运输处理中测量记录纸每个品种的S4/S1和S3/S2值，而测量结果储存在打印机控制装置2090的只读存储器中，作为“记录纸识别表”。

这样，提供了分别检测从不同方向相互反射的漫反射光的多个光接收***，并且使用诸如每个光接收***检测的比率的计算值识别记录纸，使得即使在环境光或杂散光的影响下，也能准确执行识别。

而且，在这种情况下。打印机控制装置2090使用S1和S2和使用S4/S1和S3/S2可粗略缩小纸张种类范围以确定记录纸的品种。

这里S4/S1仅是使用S4和S1计算的一个方法，而并非限定于此。类似地，对于使用S2和S3的计算方法，也不仅限于S3/S2。

图25A和25B示出了仅使用S1和S2识别纸张种类的情况和使用S4/S1和S3/S2识别纸张种类的情况环境光影响的研究结果。如图25A所示，对于仅使用S1和S2识别纸张种类的情况，环境光的存在使得每个光接收***的测量值增加，这会导致纸张种类识别错误。而另一方面，如图25B所示，对使用S4/S1和S3/S2识别纸张种类的情况，和无环境光时相比，即使环境光的存在也几乎没有使S4/S1和S3/S2发生变化，因此能够准确执行纸张种类识别。

在这种情况下，第三光检测***可包括多个光接收器。而且，第四光检测***也包括多个偏振滤光镜和光接收器。

例如，当第三光检测***包括两个光接收器，而第四光检测***包括两套偏振滤光镜和光接收器时，假设第三光检测***的各个光接收器输出电平“S3”和“S5”和第四光检测***的各个光接收器输出电平“S4”和“S6”被打印机控制装置2090的放大电路放大，则可使用值(S4/S1+S6/S1)和值(S3/S2+S5/S2)执行纸张种类识别。另外，可使用值S4/S1、值S6/S1、值S3/S2以及值S5/S2执行纸张种类识别。

理所当然的，根据在纸张种类识别中使用的计算方法的“记录纸识别表”事先在例如调整处理等的预运输处理中创建，并被存储在打印机控制装置2090的只读存储器中。

此时在该情况下，不必要使所有光检测***的输出信号电平相同。例如当检测镜面反射光的第一光检测***的输出信号被不同放大电路放大时，足以使第二到第四光检测***的输出信号电平相当。

此外，在上述实施例中，如图26所示为例，光学传感器2245可进一步包括两个镜子(21，22)。

此处，光源11以平行Z轴方向发射光，而准直透镜12设置得光轴与Z轴平行。

然后，反射镜21使得穿过准直透镜12的光的光学路径弯折(bend)以便记录纸的入射角变为80°。

作为等同于反射镜21的镜子的反射镜22关于X轴方向跨过开口部分布置在与反射镜21相对的位置。于是，源自记录纸从表面镜面反射的光的光路径被弯折使得其后续方向变为平行于Z轴。

然后，设置在反射镜22的+Z侧的光接收器15接收自表面镜面反射的光，其光学路径被反射镜22所弯折。光接收器15的接收角与前述接收角θ1相等。

这种情况使得支持光源11和准直透镜12和光接收器15的各部件不必倾斜且可简化电路。这样有助于减少成本和尺寸。

即使对于具有三个或更多光接收器的情况，借助反射镜使向各个光接收器运动的光行进方向平行于Z轴以有助于光学传感器尺寸的减小。

此外在本实施例中，对于已说明的情况如光照中心到光接收器13的距离和光照中心到光接收器15的距离不同及光接收器13接收反射光的接收角和光接收器15接收反射光的接收角不同，本方法并不限定于此。

例如，光接收器13的光接收区域的尺寸(光接收直径)可与光接收器15的光接收区域的尺寸(光接收直径)不同，光接收器13的反射光接收角可与光接收器15的反射光接收角不同(参见图27)。

此外，以如图28所示为例，在光接收器15前可设置开口构件25，该开口构件包括一预定尺寸的开口而排除开口周围的部分反射光。

此外，以如图29所示为例，在光接收器15前可设置一衰减过滤器(ND过滤器)26。这种情况下，基于衰减过滤器26的光衰减比率，光接收器可设于相比光接收器13更接近光照中心的位置。

此外在如上说明的实施例中，当每个光探测器使用二极管时，设置布线和配件使光电二极管的正极侧公用。这使得能够使光检测器的基极公用而运算放大器执行放大时运算放大器的电力供应为单个电力供应。

打印机控制装置2090包括模数转换电路其中模数转换放大信号等，以及放大电路。给运算放大器供应电力的电力供应可为单个电力供应以和其他电路共享电力供应而简化整体结构。这在成本和尺寸减少角度上是较好的。对于正极侧公有以使实用非倒转放大电路作为放大电路，并不必限定于此。

此外在如上所述的实施例中，对于光源11包括9个光发射单元的情况，并不限定于此。

此外，在上述实施例中，对于描述的光源11发射的线性偏振光情况，并不限定于此。这里以如图30所示为例，需要偏振滤光镜23使照射光成为S偏振光。

另外，在上述实施例中，更佳的是设置准直透镜于每个光接收器前。这样能够减少每个光接收器接收的光量的波动。

对于基于反射光量识别记录纸的光学传感器，测量的可再现性是很重要的。在基于反射光量识别记录纸的光学传感器中，安装测量***基于假定检测面和记录纸表面在检测时处于同一平面。但是，由于偏斜、振动等原因，记录纸表面可倾斜或相对于测量面升起，使得出现测量面和记录纸表面不在同一平面的情况。这种情况下，反射光量改变，从而稳定性和详细识别变得困难。此处以镜面反射为例进行说明。

图31A展示测量面和记录纸表面处于同一平面的情况。这里光检测***可收到镜面反射光。

图31B展示记录纸表面与测量面倾斜成角度α的情况。这里，当光照射***和光检测***的位置关系和图31A中的情况相同时，光检测***将在相对镜面反射方向偏移2α的方向接收光。反射光强分布由于该偏移而移动，从而，假设照射中心位置和光检测***的距离为L，光检测***将在相对镜面反射光接收位置偏移L乘以tan2α的位置接收光。进而，实际入射角相对指定入射角θ偏移α，导致来自记录纸的反射改变。因此，检测到的光量发生改变，于是导致难以详细识别。

另外，图31C展示了记录纸表面相对于测量面在高度方向或换句话说在相对于测量面的Z轴方向偏移d的情况。这里光照射***和光检测***的位置关系和图31A中相同，反射光强分布随偏移而移动，从而光检测***将在从镜面反射光接收位置偏移2d×sinθ的位置接收光。因此检测到的光量发生变化，从而导致难于详细识别。

图31B和31C的情况可通过在光检测***前相对于一个移动量设置准直透镜的方法解决，使得即使当反射光强分布移动时，光检测***也能准确检测镜面反射光并执行校准。

可替代地，记录纸表面和测量面不在同一平面的情况下的问题可通过在光接收器中使用具有足够大光接收区域的光电二极管(PD)或减少照射光的光束直径被克服。

此外，设置为阵列的PD可用作光接收器以提供一种构造，该构造包括相比于反射光强分布的移动量足够大的光接收区域。这种情况下，即使当反射光强分布变化，各光电二极管检测到镜面反射光信号仍然最大。此外当光电二极管设置为阵列，单个光电二极管的光接收区域可设置很小以减少光接收区域中心和镜面反射光的偏差带来的输出波动从而检测更准确。

这里为说明方便描述了镜面反射；对表面漫反射和内部漫反射，当测量面和记录纸表面偏差使测量的光量变化时，可以与镜面反射情况同样方式解决问题。

此外，在上述实施例中，可在光学传感器2245中提供处理装置，从而打印机控制装置2090的部分处理可在处理装置中进行。

此外，尽管在上述实施例中描述了具有一个供纸托盘的情况，并非限定于此，从而也可有多个供纸托盘。这种情况下，可对每个供纸托盘提供一个光学传感器2245。

此外，在上述实施例中，在传输中可确定记录纸的品种。这种情况下，光学传感器可设置在传输路径附近。例如，光学传感器2245可设置在供纸辊2504和转印辊2042之间的传输路径附近。

另外，光学传感器2245识别的对象不限于记录纸。

对于上述实施例描述的彩色打印机2000作为图像形成装置的情况，并不限定于此。例如可以是激光打印机形成单色图像。此外也可以是非打印机的图像形成装置；例如可以是复印机，传真机，或其中集成这些功能的多功能机。

另外，对于本实施例描述的具有四个光导鼓的图像形成装置的情况，并不限定于此。例如可以是具有五个光导鼓的打印机。

此外，对于上述实施例中描述的图像形成装置中调色剂图像从光导鼓通过转印带转印到记录纸上，并不限定于此，而可以是图像形成装置中调色剂图像直接从光导鼓转印到记录纸上。

另外，光学传感器2245也适用喷射墨水到记录纸上形成图像的图像形成装置。

光学传感器2245也可用于检测对象厚度(参见图32)。现有技术厚度传感器具有透射式结构，从而光学***需要分别设置在对象的两个方向上。如此支撑构件是有必要的。另一方面，使用光学传感器2245，仅使用反射光检测厚度，从而光学***可只设于对象的一侧。从而可减少部件数量，可实现低成本和小尺寸。如此设置在需要检测对象厚度的图像形成装置内是最理想的。

此外，光学传感器2245也可用于检测对象密度(参见图33)。现有技术密度传感器具有透射式结构，从而光学***需要分别设置在对象的两个方向上。如此支撑构件是有必要的。另一方面，使用光学传感器2245，仅使用反射光检测密度，从而光学***可只设于对象的一侧。从而可减少部件数量，可实现低成本和小尺寸。如此设置在需要检测对象密度的图像形成装置内是最理想的。

本申请是基于2012年2月17日提交的日本优先权申请号2012-032259，该申请的全部内容以引用方式并入本文中。

Claims

1.一种光学传感器，包括：

照射***，从倾斜于对象表面法线方向的入射方向将第一偏振方向的线性偏振光照射到所述对象的表面；

第一光检测***，包括第一光检测器，设置在从所述对象被镜面反射的光的光学路径上；

第二光检测***，包括光学元件和第二光检测器，所述光学元件设置在对象的入射面内从对象被漫反射的光的光学路径上，并且分离出与第一偏振方向正交的第二偏振方向的线性偏振分量，而第二光检测器接收由光学元件分离出的光，其中

第一光检测器的光接收角和第二光检测器的光接收角互相不同。

2.如权利要求1所述的光学传感器，其中从所述对象的照射位置到第二光检测器的距离比从所述对象的照射位置到第一光检测器的距离短。

3.如权利要求1所述的光学传感器，其中第二光检测器的光接收区域大于第一光检测器的光接收区域。

4.如权利要求1所述的光学传感器，其中第一光检测***包括屏蔽构件，该屏蔽构件设置在第一光检测器前方并屏蔽自对象的反射的光的部分。

5.如权利要求1至4任一项所述的光学传感器，其中所述光学元件和第二光检测器设置在沿着所述对象表面的法线方向被漫反射的光的光学路径上。

6.如权利要求1至5任一项所述的光学传感器，还包括：

第三光检测***，包括至少一个光检测器，设置在对象的入射面内从所述对象漫反射的光的光学路径上；以及

处理单元，基于第二光检测器的输出和基于第一光检测器的输出与第三光检测***的至少一个光检测器的输出的比率指定对象。

7.如权利要求1至5任一项的光学传感器，还包括：

第三光检测***，包括至少一个光学元件和至少一个光检测器，所述至少一个光学元件设置在对象的入射面内从对象漫反射的光的光学路径上，并且透射第二偏振方向的线性偏振分量，而所述至少一个光检测器接收透过所述至少一个光学元件的光；以及

处理单元，基于第一光检测器的输出和基于第二光检测器的输出与所述第三光检测***的至少一个光检测器的输出的比率指定对象。

8.如权利要求1至5任一项所述的光学传感器，还包括：

第三光检测***，包括至少一个光检测器，设置在对象的入射面内从所述对象漫反射的光的光学路径上；

第四光检测***，包括至少一个光学元件和至少一个光检测器，所述至少一个光学元件设置在对象的入射面内从所述对象漫反射的光的光学路径上，并且透射第二偏振方向的线性偏振分量，而所述至少一个光检测器接收透射所述至少一个光学元件的光；以及

处理单元，基于第一光检测器的输出与第三光检测***的至少一个光检测器的输出的比率以及基于第二光检测器的输出与第四光检测***的至少一个光检测器的输出的比率指定对象。

9.如权利要求8所述的光学传感器，其中第三光检测***的至少一个光检测器和第四光检测***的至少一个光检测器的关系类似于第一光检测器和第二光检测器的关系。

10.一种图像形成装置，在记录介质上形成图像，包括

如权利要求1至9任一项所述的光学传感器，其识别作为对象的记录介质；以及

调节装置，基于光学传感器的输出指定记录介质的品种并根据所指定的品种调整图像形成条件。