JP4478669B2 - センサおよびそれを用いた記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出対象物表面の反射特性に基づいて、検出対象物の変位量を検出するのに用いられる光学式センサに関する。さらに、記録装置に搭載することで、検出対象物の変位量の検出だけでなく、カラー濃度の検出や検出対象物の種類の判別が可能となる光学式のセンサに関する。

従来のインクジェット記録装置（以下、記録装置）には、高画質化や高精度化、ユーザ利便性向上などの為に様々な目的に応じて検出、測定のためのセンサを搭載してきた。そのセンサとして、例えば、記録装置にセットされた記録用紙（記録媒体とも称する）の幅（サイズ）や記録用紙の端部の位置を検出するためのセンサや、記録用紙に記録されたパッチ（パターン）や画像の濃度を測定するためのセンサがある。さらに、記録用紙の厚みや記録媒体の有無を検出するためのセンサや、記録用紙の種類を判別するためのセンサなどがある。

記録装置に搭載されるセンサとして、光学式のセンサが搭載されることが多い。光学式のセンサは、光を照射する発光素子と発光素子から照射された光を受光する受光素子を備えており、受光素子が受光した光の光量（強さ）に応じた出力値が得られる。光学式センサの中でも、透過型センサや反射型センサが良く用いられる。

記録用紙の厚みを検出するためには反射型センサが用いられる。反射型センサの発光素子と受光素子とは、発光素子が検出対象物である記録用紙の表面に対して光を照射し、記録媒体上で反射した反射光を受光素子が受光するよう配置される。このときの受光素子の光量に応じて、反射型センサから記録用紙表面までの距離を測定することができる。例えば、キャリッジに光学式の反射型センサを設置したときに、検出対象である記録用紙は、記録用紙積載部から搬送されてプラテン上に存在している。キャリッジに設置された反射型センサとプラテンの距離は、記録装置の設計上既知の値であるため、反射型センサと記録用紙表面までの距離を測定することができれば、記録媒体の厚さを検出することができる。

さらに、記録用紙の厚みを検出するセンサとして、発光素子としてＬＥＤや半導体レーザーなどを用いる構成がある（特許文献１参照）。さらに、受光素子としてＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｅｒ；位置検出素子）やＣＣＤなどを用いる構成が開示されている。この文献には、発光素子から照射された光が測定対象に反射し、その反射光の一部が受光素子によって受光されることが開示されている。この構成では、光学式センサと測定対象との距離が変化すると、受光素子が受光する反射光の中心位置が変化する。受光素子がＣＣＤの場合、画素ごとに光量を測定可能であるので、ピークとなる画素を検出すると反射光の中心位置を求めることができ、三角測量法により光学式センサと測定対象との距離を算出することが可能である。また、受光素子がＰＳＤの場合、受光素子が受光する反射光中心位置の変化により出力される２つの出力値を演算して中心位置を検出し、その位置から三角測量法によりセンサと測定対象との距離を算出可能である。

また、記録用紙の幅や記録用紙の端部（記録用紙の先後端）を検出するセンサの場合、１つの発光素子と１つの受光素子によって反射型の光学系を構成し、反射光強度（反射光量）の変化により端部を検出するといった方法が一般的である。これは、発光素子が記録用紙表面に対して光を照射したときと、プラテンや搬送経路などの記録用紙以外に光を照射したときとで、受光素子が受光する反射光強度に差があるので、反射光強度に応じて光学式センサの検出対象領域が記録用紙か否かを判断している。記録用紙の搬送方向と異なる方向にキャリッジを走査させるインクジェット記録装置において、キャリッジに反射型センサを配置することで、記録用紙の先後端とは異なる横方向の端部の検出が可能となる。

さらにまた、記録用紙に印字されたパッチのカラー濃度を測定するセンサには赤、青、緑の３色の発光素子と１つの受光素子によって構成するタイプのものや、白色の光源とカラーフィルタを有した受光素子によって構成するタイプのものがある。これらのセンサは、カラーパッチに対して照射した光の反射光を受光素子で受光し、基準となる反射強度に対する反射強度の減衰量を算出して、カラー濃度を求めるといった方法が一般的である（特許文献２参照）。記録用紙の搬送方向と交差する方向にキャリッジを走査させるインクジェット記録装置において、キャリッジに反射型センサを配置することで、記録用紙の所定の位置に記録したパッチの濃度検出が可能となる。
特開平０５−０８７５２６号公報 特開平０５−３４６６２６号公報

しかしながら、上述の記録用紙の厚みを検出する場合に、１つの発光素子（たとえばＬＥＤ）と１つの受光素子（例えばフォトダイオード）を用いた場合、光学式センサとしては安価であるが、検出対象が所定位置に対して近づいたのか、遠ざかったのか分からない問題があった。反射型の光学式センサは、図８（ｂ）に示すように、発光素子２０１が照射した光が検出対象面で反射し、その反射光を一番多く受光できる位置に受光素子２０３を設けている。つまり、光学式センサは基準面で反射した反射光の光軸と受光素子の中心が一致するように配置されている。このときの、光学式センサと検出対象面との距離を基準距離といい、このときの検出対象面を基準面という。この基準面として、センサのキャリブレーションを行なうための基準となる所定の反射特性を備えるシートを用いることができる。図８（ａ）のように、検出対象が基準面よりも近いとき、つまり検出対象とセンサの距離が基準距離よりも近いときに、受光素子が受光する受光量は、基準面で反射した反射光を受光素子が受光する受光量よりも小さくなる。これは、検出対象面で反射した反射光の光軸と受光素子の中心が一致しないからで、検出対象面に発光素子からの光が照射する領域８０１と、検出対象面における受光素子の受光領域８０２とがずれている。同様に、図８（ｃ）のように、検出対象が基準面よりも遠いときにも、受光素子が受光する受光量は小さくなる。図９に、光学式センサと検出対象面との距離が変化したときの、受光素子の出力値を示すグラフを示す。このように、安価な反射型センサを用いた場合に、検出対象が基準面よりも近づいても遠ざかったのか分からなかった。

また、上述の特許文献１に記載の受光素子にＰＳＤやＣＣＤを用いる構成では、検出対象との距離は分かるものの、センサのサイズは大きくなり、さらにＰＳＤやＣＣＤを用いるので高価になってしまうという問題がある。

本発明はこのような問題を鑑みてなされたものであり、安価で簡単な構成で光学式センサと検出対象面との距離を検出するセンサを提供することを目的とする。例えば、インクジェット記録装置においては、高精度に記録用紙の厚みを検出することが可能な光学式センサを提供することを目的とする。

本発明は、Ｘ方向と前記Ｘ方向と交差するＹ方向とで定められるＸＹ面に平行な測定対象表面に対して光を照射する発光素子と、前記照射された光が前記測定対象表面で反射する反射光を受光する第１及び第２受光素子とを有するセンサであって、前記第１及び第２受光素子が、前記発光素子から照射され前記測定対象表面で反射した正反射光を受光するように、前記発光素子の発光軸と、前記第１の受光素子の第１受光軸及び前記第２の受光素子の第２受光軸とが、前記ＸＹ平面と垂直なＺ方向を基準に同じ傾斜角で傾斜し、前記Ｚ方向から前記測定対象表面をみて、前記第１受光軸、前記発光軸及び第２受光軸が互いに交差せず、前記第１受光軸、前記発光軸、前記第２受光軸が前記Ｘ方向について順に位置し、前記第１受光軸と前記第２受光軸とが前記Ｚ方向について一定の間隔をもつように、前記発光素子、前記第１及び第２受光素子が前記センサに設けられ、前記センサと前記測定対象表面との距離に応じて、前記第１及び第２受光素子の前記測定対象表面の受光領域に対する前記発光素子の前記測定対象表面の照射領域の位置が、前記Ｙ方向に沿って変わるように、前記発光素子が前記センサに設けられていることを特徴とする。

本発明よると、複数の受光素子それぞれの受光軸が交わらないように発光素子および複数の受光素子を配置したので、測定対象表面の位置に応じて複数の受光素子それぞれから異なる出力値を得ることが可能となる。その結果、安価な発光素子、受光素子を用いても測定面までの距離を精度よく検出することが可能となる。

以下、図を参照して本発明の実施例について詳細な説明を行う。

なお、「記録用紙」（「記録用紙」、「メディア」という場合もある）とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。

（第一の実施形態）
第一の実施形態では、本発明の一例としてインクジェット記録装置に光学式センサを適用した実施形態を説明する。

本実施形態では、記録用紙の厚みだけでなく、記録媒体の端部や記録濃度、記録媒体の種類を検出するセンサを用いることを特徴とする。従来、これらの様々な検出に関して光学センサを用いることは知られているが、それぞれの検出に必要なセンサの構成が大きく異なるため、一体型のセンサで様々な検出動作を行うことが困難であった。仮に、一体化しようとしても、それぞれのセンサは複雑な光学系であるため、センサ自体が大きくなり、結果として、このセンサを実装した記録装置のサイズも大型化してしまう問題があった。さらに、精度良く検出するために高価な素子が用いられているため、センサが高価なものになり、記録装置自体も高価なものになってしまう問題があった。

＜インクジェット記録装置の説明（図１）＞
図１は、インクジェット記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。

図１に示されているように、記録ヘッドを搭載したキャリッジ１０１には様々な検出動作に用いられる多目的センサ（光学式センサ）１０２と記録ヘッド１０３とが搭載されており、搬送ベルト１０４によってシャフト１０５上を往復走査する。ここで、キャリッジ１０１の走査方向をＸ方向とする。一方、例えば、記録用紙１０６のような記録媒体は搬送ローラ（不図示）によってプラテン１０７上を搬送される。このときの記録用紙１０６の搬送方向をＹ方向とする。また、Ｘ方向とＹ方向によって作られるＸＹ平面に対し垂直な方向をＺ方向とする。ここで、図示されたＸＹＺの夫々の矢印側（終点側）を下流側、その反対側を上流側と定義する。

記録動作時、搬送ローラによってプラテン１０７上に搬送された記録用紙１０６上をキャリッジ１０１がＸ方向に走査しながら、記録ヘッド１０３からインク滴を吐出する。キャリッジ１０１が記録用紙１０６の端部まで記録走査を終了すると、搬送ローラが所定量だけ記録用紙１０６を搬送し、次の記録走査を行う領域をプラテン１０７上に位置させる。この動作の繰り返しにより画像が記録用紙１０６上に形成される。

多目的センサ１０２は、記録用紙１０６のＸ方向の端部を検出することで、記録用紙１０６の紙幅を検出することや、記録用紙１０６のＹ方向の端部を検出することで、記録用紙１０６の先後端を検出することができる。また、多目的センサ１０２と記録用紙１０６表面までの距離を検出することで、記録用紙１０６の厚さ（紙厚）を検出することができる。さらに、記録用紙１０６表面の状態（平滑度や光沢度など）を検出することで、記録媒体の種類を判別することができる。さらにまた、記録されたパッチ（パターン）の記録濃度を検出することもできる。検出された記録濃度により、記録位置合わせや、記録色を較正するカラーキャリブレーションなどが行なわれる。このように、様々な検出が可能な光学式センサを、本実施形態では多目的センサと称する。本実施形態において、多目的センサ１０２は、往復走査するキャリッジの横に設けられている。また、その測定領域が記録ヘッド１０３による記録位置より記録媒体の搬送方向（Ｙ方向）に関し上流側にあるように設けられ、多目的センサ１０２の下面が記録ヘッド１０３の下面と同位置もしくはそれよりも高くなるように配置されている。多目的センサ１０２をこのような位置に設けることにより、記録前に記録媒体の幅を検出することが可能となり、また記録媒体を逆方向に搬送させることなく記録動作を行うことができる。

図２は多目的センサ１０２の構成図である。図２において、（ａ）は平面図である、（ｂ）は側面図である。

多目的センサ１０２は光学素子として２つのフォトトランジスタと３つの可視ＬＥＤ、１つの赤外ＬＥＤを一体的に備えており、それぞれの素子は外部回路（不図示）から駆動される。これらの素子は全て直径が最大部分で約４ｍｍの砲弾型素子（一般的なφ３．０〜３．１サイズの量産型タイプ）である。可視ＬＥＤと赤外ＬＥＤが発光素子（発光部、照射部とも称する）であり、フォトトランジスタ（フォトダイオード）が受光素子（受光部とも称する）である。

赤外ＬＥＤ２０１はＸＹ平面と平行な記録用紙１０６の表面（測定面）に対して４５度の照射角を持ち、その照射光中心（照射光の光軸であり、照射軸と称する）が測定面の法線（Ｚ軸）と平行なセンサ中心軸２０２と所定の位置で交差するように配置されている。この交差する位置（交点）のＺ軸上における位置を基準位置とし、センサから基準位置までの距離を基準距離とする。赤外ＬＥＤ２０１の照射光は開口部によって照射光の幅が調整され、基準位置にある測定面に直径約４〜５ｍｍの照射面（照射領域）を形成するように最適化される。なお、本実施形態においては、発光素子から測定面に対して照射された照射光の照射範囲の中心点と発光素子の中心とを結ぶ直線を発光素子の光軸（照射軸）と称する。この照射軸は、照射光の光束の中心でもある。

フォトトランジスタ２０３、２０４は可視光から赤外光までの波長の光に対し感度を持つものを用いている。測定面が基準位置にあるときに、フォトトランジスタ２０３、２０４の受光軸が赤外ＬＥＤ２０１の反射光の中心軸と平行となる角度で配置される。フォトトランジスタ２０３の受光軸は、Ｘ方向に＋２ｍｍ、Ｚ方向に＋２ｍｍ移動した位置となるように配置される。一方、フォトトランジスタ２０４の受光軸はＸ方向に−２ｍｍ、Ｚ方向に−２ｍｍ移動した位置となるように配置される。測定面が基準位置にあるときの赤外ＬＥＤから照射された光の反射光の反射角は４５度で、照射角と等しい角度で反射した反射光を特に正反射光と呼ぶ。図２（ｂ）に示すように、受光素子２０３、２０４は、正反射光の光軸（反射軸）と受光素子２０３、２０４が受光可能な光の光軸とが一致しないため、正反射光を直接受光しているものではない。しかし、測定面が基準位置にあるときの正反射光の光軸と受光素子の受光軸とが平行になるように受光素子を配置しているので、正反射光に近い反射光を受光することが可能である。なお、本実施形態においては、測定面（測定対象表面）において、受光素子が受光可能である領域（範囲）の中心点と受光素子の中心とを結ぶ線を受光素子の光軸（または受光軸）と称する。この受光軸は、測定面で反射し、受光素子に受光される反射光の光束の中心でもある。

本実施形態における多目的センサは、多目的センサの測定可能範囲において、赤外光ＬＥＤ２０１が測定面へ照射した光の照射範囲の中心（光軸）と、フォトトランジスタ２０３が測定面により反射した光を受光する受光範囲の中心（光軸）とが、交差（一致）しないように、発光素子と受光素子を配置している。同様に、赤外光ＬＥＤ２０１の光軸とフォトトランジスタ２０４の光軸も交差しないような配置となっている。言い換えれば、この多目的センサの二つの受光素子は、測定面が変位した際に正反射光成分がずれる方向にずらして配置されている。

測定面が基準位置にあるとき、測定面と赤外ＬＥＤ２０１と可視ＬＥＤ２０５の照射軸の交点が一致するが、この位置におけるフォトトランジスタ２０３、２０４の受光領域はこの交点を挟むように形成される。２つの素子の間には厚さ約１ｍｍのスペーサがはさまれており、互いに受光する光が回り込まないような構造となっている。フォトトランジスタ側にも入光範囲を制限するために開口部が設けられており、その大きさは基準位置にある測定面の直径３〜４ｍｍの範囲の反射光のみを受光可能となるように最適化される。

図２において、２０５は緑色の発光波長（約５１０〜５３０ｎｍ）を持つ単色可視ＬＥＤであり、センサ中心軸２０２と可視ＬＥＤ２０５の光軸とが一致するように設置される。この緑色の単色可視ＬＥＤ２０５と、フォトトランジスタ２０３、２０４もまた、それぞれの光軸が交差しないような配置をしている。

２０６は青色の発光波長（約４６０〜４８０ｎｍ）を持つ単色可視ＬＥＤであり、図２（ａ）に示すように可視ＬＥＤ２０５に対しＸ方向に＋２ｍｍ、Ｙ方向に−２ｍｍ移動した位置にある。ＬＥＤ２０６は、測定面が基準位置にあるとき、その照射軸と測定面との交点においてフォトトランジスタ２０３の受光軸と交差するように配置されている。

２０７は赤色の発光波長（約６２０〜６４０ｎｍ）を持つ単色可視ＬＥＤであり、図２（ａ）に示すように可視ＬＥＤ２０５に対しＸ方向に−２ｍｍ、Ｙ方向に＋２ｍｍ移動した位置にある。測定面が基準位置にあるとき、ＬＥＤ２０７は、その照射軸と測定面との交点においてフォトトランジスタ２０４の受光軸と交差するように配置されている。

図２（ｂ）に示すように、可視ＬＥＤ２０５〜２０７から照射された光が測定面で反射したときの反射光の反射角は、照射角と異なる。照射角と異なる角度で反射した反射光を拡散反射光（散乱反射光、乱反射光）と呼ぶ。

ここで、本実施例において説明されるセンサ１０２の構成として全て砲弾型の光学素子を用いたが、必ずしも砲弾型の素子を使う必要は無い。例えばチップタイプのＬＥＤやサイドビュータイプの受光素子など素子の相対的な位置関係が維持可能な素子形状であれば一部又は全部の素子をそれらに変更することも可能である。また、開口部付近にレンズを設置して光学的な調整を行っても良い。

図３は多目的センサの入出力信号の処理に関係する制御回路の詳細な構成を示すブロック図である。

多目的センサを制御するＣＰＵ３０１は、赤外ＬＥＤ２０１及び可視ＬＥＤ２０５〜２０７のオン／オフ制御信号の出力やフォトトランジスタ２０３、２０４からの受光量に応じて得られる出力信号の演算などを行う。駆動回路３０２はＣＰＵ３０１から送られるオン信号を受けて、夫々のＬＥＤへ定電流を供給し発光させたり、受光素子の受光量が所定量となるようにそれぞれの発光素子の発光量を調整したりする。一方、Ｉ／Ｖ変換回路３０３は、フォトトランジスタ２０３、２０４から出力信号の電流値を電圧値に変換する。そして、増幅回路３０４により、電圧値に変換された微小な出力信号をＡ／Ｄ変換に最適なレベルまで増幅する。Ａ／Ｄ変換回路３０５は、増幅回路３０４で増幅された出力信号を１０ビットデジタル値に変換してＣＰＵ３０１に入力する。このデジタル信号はメモリ３０６に一時的に格納される。

なお、メモリ３０６には後述する記録媒体種類の判別処理に必要な参照テーブルなどが格納され、必要に応じて、ＣＰＵ３０１はその情報をメモリ３０６から読出す。

次に、記録装置に備えられた上記構成の多目的センサ１０２を用いた記録用紙１０６の端部検出を行う処理手順について説明する。

本実施形態においては、記録用紙１０６の端部検出はフォトトランジスタ２０３、２０４の出力の差分を演算して行う。まず、センサ１０２を記録用紙１０６上に移動させ、赤外ＬＥＤ２０１を点灯させる。フォトトランジスタ２０３、２０４の出力が同程度となるように増幅回路３０４によって調整を行い、そのときの利得（ゲイン）で固定する。続いて、フォトトランジスタ２０３、２０４の出力値を一定周期でサンプリングしながら、記録用紙の端部が検出可能なように、センサ１０２と記録用紙１０６とを相対移動させる。具体的には、記録用紙１０６の搬送方向の先端を検出する場合には、多目的センサ１０２を固定したまま記録用紙１０６を搬送することでセンサ１０２が記録用紙１０６の端部を検出できるよう移動させる。また、記録用紙１０６の走査方向の紙幅を検出する場合には、キャリッジを走査することでセンサ１０２を記録用紙１０６の端部まで移動させる。

センサ１０２が記録用紙１０６上にある場合は、フォトトランジスタ２０３、２０４の出力値は最初の利得調整時と同じレベルであるため値の差があまり見られない。しかしながら、センサ１０２が記録用紙１０６の端部付近に差し掛かると、片方のフォトトランジスタの受光領域の一部が測定面から外れてしまう。このため、赤外ＬＥＤ２０１の反射光が片方のフォトトランジスタには受光されなくなり、その結果反射光を受光しなくなった方のフォトトランジスタの出力は低くなる。

図４はセンサの検出範囲が記録用紙上から記録用紙を外れた位置に移動するまでの２つのフォトトランジスタの出力値の変化を示す図である。

図４において、ａがフォトトランジスタ２０３からの出力、ｂがフォトトランジスタ２０４からの出力を示している。図４に示すように、センサ位置の記録用紙に対する相対的な位置変化に従って、用紙端部に近いフォトトランジスタ２０３の出力（ａ）が先に低下をはじめ、続いてフォトトランジスタ２０４の出力（ｂ）が低下する。フォトトランジスタ２０３、２０４の出力低下のずれ量はＸ方向のずれ量に関連する。

この実施例では、フォトトランジスタ２０３、２０４からの出力各々を監視し、最初の調整時の出力の５０％の出力となったときのセンサ１０２の位置をそれぞれ記録する。センサ１０２の位置が決定すると、その位置の中間位置をＭＰＵ６０１で演算して求める。このようにして求められた中間位置はフォトトランジスタ２０３とフォトトランジスタ２０４の中間の位置がちょうど記録用紙１０６の端部を通過したときの位置となる。このため、センサの位置関係から記録用紙１０６の絶対的な位置及び記録用紙１０６の幅などを求めることが可能となる。

以上のようにして、センサを用いて記録用紙１０６の端部検出を行うことができる。

一般的に記録用紙の端部検出に用いるセンサは１つの発光素子に対し１つの受光素子を備えた構成をとり、反射強度が予め決められた閾値を下回った際にその位置を記録用紙端部として検出していた。しかし、この方法では、記録用紙が波打ち、測定面が基準となる高さよりも高い位置もしくは低い位置になった場合には、閾値を下回るタイミングが通常の記録用紙の場合からずれてしまうため誤った検出をしてしまう恐れがあった。

これに対して、この実施例の多目的センサは受光素子を２つ備え、夫々の受光領域を隣接させて同時に光源からの反射光を受光し、２つの出力から記録用紙の端部を検出している。これにより記録用紙の波打ちによる出力の変化を相殺することが可能になり、測定対象との距離に依存しない正確な端部検出を行うことが可能となる。また、記録媒体の端部を検出することで、記録媒体に余白を設けずに記録するふち無し記録のときや、ユーザが記録媒体のサイズを誤って設定したときに、記録媒体より大きくはみ出して画像を記録することによる記録装置内の汚れを低減させることが可能となる。また、ユーザが記録媒体のサイズを設定することなく、記録装置が自動的に記録媒体のサイズを設定することも可能となる。

本実施形態の多目的センサは、赤外ＬＥＤ２０１を点灯させて、その反射光を受光することで、測定対象の正反射光を用いて端部検出を行うようにしている。これに加えて、このセンサは可視ＬＥＤ２０５も備えているので、可視光を点灯させ、その反射光を受光することで、測定対象の拡散反射光を用いて端部検出を行うこともできる。これらの２つの検出方式からの選択は、記録用紙１０６の反射特性から判断されることが望ましい。例えば、記録用紙表面の平滑度が高い光沢紙のような記録用紙１０６では、反射光のうち正反射光成分が多いので、赤外光ＬＥＤ２０１を点灯させて端部検出を行なうと良い。また、記録用紙表面の平滑度が低い普通紙のような記録用紙１０６では、反射光のうち拡散反射光成分が多いので、可視ＬＥＤ２０５を点灯させて端部検出を行なうと良い。

また、上記の端部検出では、各フォトトランジスタ出力がピーク出力の５０％となる時の位置をＣＰＵ３０１が判断していたが、この方法により本発明が限定されるものではない。例えば、フォトトランジスタ２０３、２０４の出力を比較器を用いて比較し、その出力が等しくなる位置を中間位置として求めることも可能である。これにより、ＣＰＵの処理負荷も少なくなり、より高速な端部検出が可能となる。

次に、本実施例に係る多目的センサ１０２を用いて記録用紙１０６に印字されたパッチのカラー濃度を検出する処理手順について説明を行う。

まず記録用紙１０６を搬送し、印字を行わせる領域をプラテン１０７上に位置させて所望のパッチ（所定のパターン）の印字を行う。パッチは例えばシアンインクで打ち込み量１０％、５０％、１００％のそれぞれ５×５ｍｍサイズの画像などになる。パッチの印字が終了すると、濃度を測定したい色の補色となる発光波長の可視ＬＥＤを点灯させる。例えば印字されたパッチのシアン濃度を測定したい場合、赤色の発光波長（６２０〜６４０ｎｍ）をもつ可視ＬＥＤ２０７を点灯させる。

続いて記録用紙１０６上のカラーパッチが印字されていない領域上にセンサ１０２を移動させ、そのときの反射光の強度（反射強度）をＬＥＤ２０７と同一平面上にあるフォトトランジスタ２０４で測定する。このときの反射強度を基準値としてメモリ３０６に記録する。

続いてセンサ１０２を記録用紙１０６上のパッチが印字された領域上へ移動させ、同様にしてそのときの反射強度を測定する。パッチ上ではＬＥＤ２０７から照射された赤色光の一部が印字されたシアンインクによって吸収されるため、反射光はパッチ以外の領域に比べて弱くなる。そのためフォトトランジスタ２０４での受光量は減少する。このときの反射強度を測定し、メモリ３０６に記録する。

記録用紙１０６上のパッチを印字していない領域における反射強度をＶｒ、パッチ上での反射強度をＶｐとすると、記録用紙１０６における相対的なカラー濃度Ｄは次のようにして求められる。
Ｄ＝ｌｏｇ１０（Ｖｒ／Ｖｐ）
これによって求められた相対的カラー濃度Ｄは、記録用紙１０６やセンサ１０２の特性によって作られた変換テーブルを読み込み、その種類の用紙における相対的なカラー濃度との対応を取ることで、記録用紙１０６に印字されたパッチのカラー濃度が求められる。

以上の方法により、本発明に係る多目的センサ１０２を用いて記録用紙１０６に印字されたパッチのカラー濃度を測定することが可能となる。パッチのカラー濃度を検出することで、記録媒体に記録した画像（パッチ）が所定の記録濃度になるように調整を行なうカラーキャリブレーションを行なうことができる。また、記録ヘッドの記録位置合わせを行なうためのパターンを記録したパッチのカラー濃度を検出した場合には、記録位置が合う記録条件を求めることが可能となる。

イエローの濃度を測定する場合は、青色の発光波長を持つ可視ＬＥＤ２０６を点灯させ、その反射強度を可視ＬＥＤ２０６と同一平面上にあるフォトトランジスタ２０３で測定し、濃度算出テーブルを用いて濃度換算を行えばよい。マゼンタのカラーパッチの濃度を求める場合、センサの中心軸２０２上に配置された緑色の発光波長を持つ可視ＬＥＤ２０５を点灯させるが、このとき２つのフォトトランジスタのどちらでも反射強度を測定することが可能である。そのため、２つのフォトトランジスタの測定値を平均化することでより高精度なカラーパッチの濃度検出を行うことが可能であるし、特性の良い方のフォトトランジスタの出力のみを用いても良い。

カラー濃度を検出するためのセンサを小型化させる場合、発光素子として３色一体型のＬＥＤを用いる方法や白色発光ＬＥＤを用いる方法などが考えられる。しかしながら、３色一体型のＬＥＤの場合、ＬＥＤの先端部から放射状に３色の光が照射されるため、照射軸と受光軸をあわせることが困難であり、さらに素子のコストが高いといった問題があった。また、白色発光ＬＥＤの場合、受光素子側にカラーフィルタを備える必要があり、結果的に高コストになるといった問題があった。

本発明に係る多目的センサの場合、安価な単色可視ＬＥＤを３つ使用し、それらの配置をＹ方向へずらすことでＸ方向に対する大型化を最小限に抑えている。また、３つの可視ＬＥＤからの反射光を２つの受光素子で受光する配置となっているため、感度の得られやすい０−４５度配置による反射強度測定を行うことが可能となっている。

次に、記録装置に備えられた上記構成の多目的センサ１０２を用いた記録用紙１０６までの距離検出処理手順について説明する。

搬送ローラにより記録用紙１０６がプラテン上まで搬送されると、多目的センサ１０２を記録用紙１０６まで搬送し赤外ＬＥＤ２０１を点灯させる。赤外ＬＥＤ２０１から照射された光は測定面で反射され、フォトトランジスタ２０３、２０４はその反射光の一部を受光する。フォトトランジスタ２０３、２０４の出力は、測定面までの距離によって変化する。そのトランジスタ２０３、２０４の出力変化は、赤外ＬＥＤ２０１の照射領域とフォトトランジスタ２０３、２０４の受光領域とが重なる面積に関連して変化する。

図５はセンサ１０２から測定面までの距離によって変化する照射領域および受光領域の位置の変化を示している。図５において、５０１は赤外ＬＥＤ２０１の照射領域、５０２はフォトトランジスタ２０３の受光領域、５０３はフォトトランジスタ２０４の受光領域である。

図６はセンサから測定面までの距離による２つのフォトトランジスタ出力変動を示す図である。図６において、ａはフォトトランジスタ２０３の出力を表し、ｂはフォトトランジスタ２０４の出力を表している。

図５から分かるように、受光領域５０２、５０３の中心は照射領域５０１の中心を外れている。このため、受光領域が照射領域の中心を通る位置を測定するセンサ配置に比べ、この実施例のセンサ配置は、センサから測定面までの距離のわずかな変動によって受光領域５０２、５０３の重なりが大きく変化する。

図５（ａ）はセンサ１０２から測定面までの距離が基準位置より約１ｍｍ近い場合（Ｌ１）の照射領域５０１と受光領域５０２、５０３の重なり具合を示している。この場合、受光領域５０２の大部分が照射領域５０１と一致している。従って、図６に示すように、このときのフォトトランジスタ２０３からの出力（曲線ｂ）はピークとなる。これに対して、受光領域５０３は照射領域５０１から外れているので、図６に示すようにこの時フォトトランジスタ２０４から出力（曲線ａ）は最小レベルとなる。

図５（ｂ）はセンサ１０２から測定面までの距離が基準位置にある場合（Ｌ２）の照射領域５０１と受光領域５０２、５０３の重なり具合を示している。この場合、受光領域５０２と照射領域５０１とが一致する面積が受光領域５０３と照射領域５０１とが一致する面積とほぼ同じとなる。従って、そのときのフォトトランジスタ２０３、２０４から出力は、図６に示すようにほぼ同じでピーク時の約１／２となる。

図５（ｃ）はセンサ１０２から測定面までの距離が基準位置より約１ｍｍ遠い場合（Ｌ３）の照射領域５０１と受光領域５０２、５０３の重なり具合を示している。この場合、受光領域５０３の大部分が照射領域５０１と一致している。従って、図６に示すように、このときフォトトランジスタ２０４からの出力（曲線ａ）はピークとなる。これに対して、受光領域５０２は照射領域５０１から外れているので、フォトトランジスタ２０３からの出力（曲線ｂ）は最小レベルとなる。

このように、センサから測定面までの距離に応じて、フォトトランジスタ２０３、２０４の出力が変化する。フォトトランジスタ２０３、２０４の出力がピークとなる位置の間隔はフォトトランジスタ２０３、２０４のＺ方向への相対的なずれ量と測定面に対する傾きと赤外ＬＥＤ２０１の測定面に対する傾きとによって定められる。この配置は測定範囲を元に最適化される。

記録用紙１０６までの距離によって変化するフォトトランジスタ２０３、２０４の出力が得られると、この２つの出力に基づいて、ＣＰＵ３０１は距離係数Ｌを求める。距離係数Ｌは、フォトトランジスタ２０３の出力をＶａ、フォトトランジスタ２０４の出力をＶｂとしたとき、次のような式によって求められる。
Ｌ＝（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）

従って、距離係数Ｌはセンサ１０２から測定面までの距離に応じて値が変化する。フォトトランジスタ２０３の出力（図６の曲線ｂ）がピークとなるとき（Ｌ１）、距離係数Ｌの値は最小となる。一方、フォトトランジスタ２０４の出力（図６の曲線ａ）がピークとなるとき（Ｌ３）、距離係数Ｌの値は最大となる。距離係数Ｌの性質上測定範囲は２つのフォトトランジスタ２０３、２０４のピーク内とすることが望ましく、本実施例において説明されるセンサ１０２の測定範囲は基準位置±１ｍｍとなる。

ＣＰＵ３０１での演算処理により距離係数Ｌが求められると、メモリ３０６に格納された距離参照テーブルが読み出される。

図７に距離参照テーブルによって表される距離係数の変化曲線の例を示す図である。

上記計算式によって求められた距離係数Ｌはフォトトランジスタ２０３、２０４の出力特性の影響で距離に対してわずかに曲線的に増加するがほぼ線形的な特性をもっている。距離参照テーブルは演算によって得られた距離係数Ｌから、より正確に測定対象までの距離を得るために用いられる。

ＣＰＵ３０１は演算によって得られた距離係数Ｌと距離参照テーブルとから測定対象までの距離を求め、その値を出力する。測定面までの距離が求められると、プラテン１０７からの相対的な距離により記録用紙１０６の厚みなども算出することが可能となる。即ち、プラテンを測定面としたときの距離と記録用紙を測定面としたときの距離との差を求めることで記録用紙の厚さが求められる。

以上のようにして、多目的センサ１０２を用いて測定面までの距離を検出することが可能となる。

また、多目的センサ１０２と記録用紙表面の距離を求めることで、記録ヘッドと記録用紙表面との距離が適切か否かがわかる。記録ヘッドと記録用紙表面との距離が短すぎる場合は、記録走査の際に記録ヘッドが記録用紙表面を接触しやすくなり、記録用紙を汚してしまう。また、記録ヘッドと記録用紙表面との距離が長すぎる場合は、記録ヘッドから吐出されたインクの記録媒体上での着弾位置がずれやすくなり、記録される画像の品位が低下してしまう。そのため、検出した記録用紙表面までの距離に応じて、記録ヘッドの高さ調整を行なう構成を有しても良い。

さらにまた、記録位置合わせを行なった記録装置においても、記録ヘッドと記録用紙との距離が変わることで記録位置が合わなくなってしまう。そのため、多目的センサ１０２を用いて記録用紙までの距離に基づいて、記録位置合わせに用いるパラメータの補正を行なっている。そうすることで、様々な厚さの記録用紙に対しても、記録位置が合った高品位な画像を記録することが可能となる。

一般的な測距センサでは２つの受光素子を発光素子と同一平面上に配置するので、拡散光の特性として測定対象に照射される光の強度ばらつきや距離変動に伴う照射領域および受光領域のぼやけによる影響を受けやすい。このため、各受光素子からの出力曲線において出力がピークとなるまでの傾きとピークを過ぎてからの傾きが非対称となり、その結果、感度の低い位置の影響を受けて測距センサとしての精度が低下するといった問題がある。

これに対して、この実施例の多目的センサを用いると、出力曲線の立ち上がりと立下りの対称性が改善される。具体的には、２つのフォトトランジスタから得られた出力信号の差と和の比から求めた距離係数の特性は測定面までの距離に関してより線形的となり、精度良い距離検出を行うことが可能となる。なお、本実施形態においては、０．１〜０．２ｍｍの精度で距離の検出を行なうことができる。

次に、多目的センサ１０２を用いて記録媒体の種類を判別する方法を説明する。

記録用紙にはその種類により反射特性に違いがあるのが一般的である。例えば、光沢紙などの記録用紙表面の平滑度が高い用紙は、正反射光量が大きく、拡散反射光量が小さくなる特徴がある。また、普通紙などの記録用紙表面の平滑度が低い用紙は、拡散反射光量が大きく、正反射光量が小さくなる特徴がある。このような記録用紙表面の状態に応じた反射特性を用いて記録用紙の種類を判別する。記録用紙の種類と、記録用紙に光を照射したときの受光素子が受光する正反射光量または拡散反射光量とを対応付けたテーブルをメモリに格納しておくことで、記録媒体の種類判別を行なうことが可能となる。このように、記録用紙の種類に応じて、検出に用いる反射光を選択することで、記録用紙の種類によらずに様々な記録用紙に対しても正確に記録媒体の厚さや端部の検出を行なうことが可能となる。

なお、記録媒体の種類に応じて反射特性が異なるため、測距を行う際にも距離係数Ｌを記録用紙の特性に応じて変更することが望ましい。精度良くセンサと記録用紙表面の距離を求めようとする場合、上述した距離参照テーブル（図７）を１つだけ持たせるのではなく、記録用紙の種類に応じて複数個用意し、適宜選択することが望ましい。

この実施例ではクリアフィルム等の記録用紙に対しても距離の検出が可能となるように、赤外ＬＥＤ２０１とフォトトランジスタ２０３、２０４の角度を正反射角となるように配置した。しかしながら、多目的センサ１０２は可視ＬＥＤ２０５も備えているので、正反射による距離検出が困難な記録用紙に対しては、記録用紙に対しては垂直に照射を行う可視ＬＥＤ２０５を用いてその拡散反射光を測定することができる。

以上のように、本実施形態によると記録用紙の端部検出および印字物のカラー濃度の測定、測定面までの距離の検出などを行うことが可能な安価で且つ小型な多目的センサを構成することが可能となる。特に、発光素子が照射した照射光の光軸と、複数の受光素子それぞれが受光可能な光の受光軸とが、交わらないように配置することで、センサと検出対象との距離がいずれの場合においても、複数の受光素子それぞれの出力値を異ならせることができる。その結果、光学式センサと記録用紙の距離測定の精度を良くすることができる。さらに、記録媒体の搬送方向と記録媒体の法線方向とに関し離間して設けられた２つの受光素子からの出力信号を用いて検出するので、２つの出力信号に入り込んだ検出精度に対する悪影響を相殺してより正確な検出を行うことができる。

さらにまた、正反射光量を検出する際に光を照射させる発光素子と、拡散反射光量を検出する際に光を照射させる発光素子をセンサの中心軸上に配置させ、受光素子を中心軸を挟んで両側に配置したことで、センサを小型化させることができる。

また、本実施形態では、可視光または赤外光（非可視光）を照射する発光素子を用いたが、非可視光として赤外光の他に紫外光を照射する発光素子を用いても良い。

（第二の実施形態）
第二の実施形態は、センサから測定面までの距離を測定する際の、発光素子と受光素子その他の配置例を示す。なお、第一の実施形態と同じ構成のものには同じ番号を付している。

図１０に、発光素子２０１と受光素子２０３、２０４とをＹ方向に一列に並べたセンサの構成を示す。図１０（ａ）は平面図で、図１０（ｂ）は側面図である。

図１０（ｂ）に示すように、本実施形態におけるセンサも、第一の実施形態と同様に、複数の受光素子それぞれの受光軸は平行になるように配置されている。図１０に示すセンサは、発光素子と受光素子をＹ方向に一列に並べたので、発光素子２０１の照射光の光軸と受光素子２０３、２０４の受光軸が交わる。しかしながら、発光素子２０１による照射光の光軸と基準面が交わる点と、受光素子２０３の受光軸と基準面が交わる点とは、ずれており、一致しない。同様に、照射光の光軸と基準面が交わる点と、受光素子２０４の受光軸と基準面が交わる点とは、一致しない。言い換えると、発光素子２０１により基準面に光が照射されたときの照射領域の中心点と、受光素子２０３、２０４の基準面における受光可能な領域（受光領域）の中心点とが一致していない（図１０（ｄ）参照）。

図１０（ｃ）に示すように、本実施形態においては、測定面が基準位置−１ｍｍとなるときには、測定面において、発光素子２０１の光軸と受光素子２０３の光軸とが交わる。しかしながら、発光素子２０１の光軸と受光素子２０４の光軸は交わっていないため、受光素子２０３、２０４の出力値は異なっている。同様に、図１０（ｅ）の状態では、発光素子２０１の光軸と受光素子２０４の光軸が交わっている。このとき、発光素子による照射領域と受光素子の受光領域の重なりが多いほど、受光素子の出力値は大きくなる。また、複数の受光素子それぞれの、受光素子の測定面における受光可能領域の中心（受光素子の光軸と測定面との交点）から受光素子までの距離が異なっているので、測定面が変動したときに、それぞれの受光素子の出力値が異なる特性を有する。つまり、発光素子の照射領域と受光素素子の受光領域との重なる領域は、測定面の変動に応じて変化するが、本実施形態のように受光素子を配置させることで、照射領域とそれぞれの受光素子の重なる領域が測定面の変動に応じて異なるように変化している。特に、本実施形態では、一方の受光素子は、センサからの距離が遠くなるほど受光素子の出力値が大きくなるように配置し、他方の受光素子は出力値が小さくなるように配置している。つまり、本実施形態においては、複数の受光素子２０３、２０４からの出力変動が逆特性を持つように配置している。

本実施形態においても、基準位置に対するずれ量に応じて、測定面におけるそれぞれの受光素子が出力する出力値が、異なるように変動するため、センサから検出面までの距離を測定することが可能となる。図１０のように、発光素子と受光素子をＸ方向にずらさず、Ｙ方向に一列に並べることで、測定面が所定の位置にあるときに、正反射光を直接受光することが可能となる。また、センサのＸ方向の大きさを小さくすることが可能となる。

さらに、図１０と異なる配置例として図１１に、受光素子のうち、片方の受光素子２０４を発光素子２０１とＹ方向に一列に並べたセンサの構成を示す。

図１１の構成において、図１１（ｅ）のときに発光素子の照射光の光軸と受光素子２０４の受光軸が交わるが、受光素子２０３、２０４からの出力値は測定面の位置に応じた値が得られるので、センサから測定面までの距離を測定することが可能となる。また、発光素子２０１と受光素子２０３とは測定面がいずれの位置にあっても、照射光の光軸と受光素子の光軸が交わることがない。

以上のように、第二の実施形態においても、発光素子と複数の受光素子を備えるセンサを、複数の受光素子それぞれの光軸が交わらないように配置させることで、安価な素子を用いてもセンサから測定面までの距離を精度良く検出することが可能となる。また、センサからの距離に応じて受光素子の出力が変動し、かつ複数の受光素子が異なる変動特性を有するように発光素子と受光素子を配置したので、複数の受光素子のうち少なくとも一つは発光素子と受光素子の光軸が交わっても距離の検出を行なうことができる。

なお、図１０、１１には実施形態として、正反射光成分を検出するセンサの構成を示したが、拡散反射光成分を検出できるよう発光素子の位置を変えても、また、正反射光成分に加えて拡散反射光成分を検出できるよう発光素子を加えてもどちらでも良い。さらにまた、受光素子が二つの例を示したが、３つ以上の受光素子を用いたセンサとしても良い。

本発明によると、複数の受光素子それぞれの光軸が交わらないので、測定面がどの位置に変動しても、それぞれの受光素子から得られる出力値の変動が異なるため、センサから測定面までの距離を正確に測定することが可能となる。

インクジェットプリンタのキャリッジ周辺図 多目的センサの構成図 多目的センサの外部回路ブロック図 用紙端部における出力変動 センサ−測定面距離による照射領域及び受光領域の変動 センサ−測定面距離による出力変動 距離参照テーブル 従来のセンサを用いたときのセンサ−測定面距離による照射領域及び受光領域の変動 従来のセンサを用いたときのセンサ−測定面距離による出力変動 第二の実施形態におけるセンサの構成図と照射領域及び受光領域の変動 第二の実施形態におけるセンサの構成図と照射領域及び受光領域の変動

符号の説明

２０１ 赤外ＬＥＤ
２０２ センサ中心軸
２０３ フォトトランジスタａ
２０４ フォトトランジスタｂ
２０５ 可視ＬＥＤ（緑）
２０６ 可視ＬＥＤ（青）
２０７ 可視ＬＥＤ（赤）
５０１ 赤外ＬＥＤ２０１の照射領域
５０２ フォトトランジスタ２０３の受光領域
５０３ フォトトランジスタ２０４の受光領域

Claims (7)

1. Ｘ方向と前記Ｘ方向と交差するＹ方向とで定められるＸＹ面に平行な測定対象表面に対して光を照射する発光素子と、前記照射された光が前記測定対象表面で反射する反射光を受光する第１及び第２受光素子とを有するセンサであって、
   前記第１及び第２受光素子が、前記発光素子から照射され前記測定対象表面で反射した正反射光を受光するように、前記発光素子の発光軸と、前記第１の受光素子の第１受光軸及び前記第２の受光素子の第２受光軸とが、前記ＸＹ平面と垂直なＺ方向を基準に同じ傾斜角で傾斜し、前記Ｚ方向から前記測定対象表面をみて、前記第１受光軸、前記発光軸及び第２受光軸が互いに交差せず、前記第１受光軸、前記発光軸、前記第２受光軸が前記Ｘ方向について順に位置し、前記第１受光軸と前記第２受光軸とが前記Ｚ方向について一定の間隔をもつように、前記発光素子、前記第１及び第２受光素子が前記センサに設けられ、
   前記センサと前記測定対象表面との距離に応じて、前記第１及び第２受光素子の前記測定対象表面の受光領域に対する前記発光素子の前記測定対象表面の照射領域の位置が、前記Ｙ方向に沿って変わるように、前記発光素子が前記センサに設けられていることを特徴とするセンサ。
2. 前記第１及び第２受光素子それぞれと前記発光素子との距離が異なることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
3. 前記センサと前記測定対象表面との距離が所定の範囲内であれば、前記測定対象表面において、前記発光素子の照射領域と前記第１受光素子の受光領域及び前記第２受光素子の受光領域とが重なるように、前記発光素子、前記第１及び第２受光素子が前記センサに設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ。
4. 前記センサと前記測定対象表面との距離が所定の範囲より近ければ、前記測定対象表面において、前記第１受光素子の受光領域は前記発光素子の照射領域から外れ、前記センサと前記測定対象表面との距離が所定の範囲より遠ければ、前記測定対象表面において、前記第２受光素子の受光領域は前記発光素子の照射領域から外れるように、前記発光素子、前記第１及び第２受光素子が前記センサに設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセンサ。
5. 前記センサは、更に前記発光素子が前記測定対象表面に対して光を照射する照射角と異なる角度で前記測定対象表面に光を照射する第２の発光素子を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のセンサ。
6. 前記発光素子と前記第２の発光素子は、一方が可視光を照射し、他方は非可視光を照射することを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
7. 記録ヘッドを用いて記録媒体に画像を形成する記録装置であって、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサと前記記録ヘッドとを搭載するキャリッジを前記Ｘ方向に走査させる走査手段と、
   前記記録媒体を前記Ｙ方向へ搬送する搬送手段とを有することを特徴とする記録装置。

Images