JP7277264B2 - 判別装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、判別装置に関し、特にレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）やデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ（ＭＦＰ）等の画像形成装置に搭載される、記録材の種類を判別する装置として好適なものである。

近年、画像形成装置において記録材の種類に応じた画像形成条件を決定するために、記録材の種類を判別する判別装置が搭載されている。
このような判別装置としては、記録材を照明することによって表面の明暗を観察する表面検知装置を利用することができる。
特許文献１は、被検知物を結像する結像光学系をテレセントリック光学系とした表面検知装置を開示している。

特開２００８－２６２２６号公報

特許文献１に開示されている表面検知装置では、被検知物が光軸方向にずれても倍率が変動しないため検知精度を維持することはできるが、非テレセントリック光学系と比べて検知領域が狭くなってしまう。
そこで本発明は、検知領域の確保と検知精度の維持とを両立することができる判別装置を提供することを目的とする。

本発明に係る判別装置は、互いに垂直な第１及び第２の方向の夫々に平行な被検知面において第２の方向へ搬送される物体を判別する判別装置であって、被検知面からの光線を受光する受光面を含む受光部と、被検知面からの光線を受光面に導光する結像部とを備え、被検知面が受光面に対して共役な第１の位置にある場合の第１の方向についての結像部の倍率をβｍ０、被検知面が第１の位置から被検知面に垂直な方向へ＋０．２ｍｍずれた第２の位置にある場合の第１の方向についての結像部の倍率をβｍ１、被検知面が第１の位置にある場合の第２の方向についての結像部の倍率をβｓ０、被検知面が第２の位置にある場合の第２の方向についての結像部の倍率をβｓ１とするとき、
０．０１≦｜βｍ１／βｍ０－１｜
｜βｓ１／βｓ０－１｜≦０．０１
１＜｜βｍ１／βｍ０－１｜／｜βｓ１／βｓ０－１｜
なる条件を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、検知領域の確保と検知精度の維持とを両立することができる判別装置を提供することができる。

本実施形態に係る判別装置の要部斜視図、要部側面図、要部断面図、要部上面図、要部背面図及び要部下面図。 記録材の表面上における陰影分布のモデルを示した図。 判別装置において結像倍率比が変化した時の画像分布の変化を示した図。 判別装置における結像倍率比の変化に対する陰影評価値の変化を示した図。 本実施形態に係る判別装置における一部の光路を示した図。 本実施形態に係る判別装置が搭載された画像形成装置の要部副走査断面図。

以下、本実施形態に係る判別装置について図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。

図１（ａ）乃至（ｆ）はそれぞれ、本実施形態に係る判別装置５０の要部斜視図、要部側面図、要部断面図、要部上面図、要部背面図及び要部下面図を示している。図中の点線及び実線は、導光体５２の内外を進行する一部の光線を示している。ここで導光体５２の分かりやすさのために、図１（ｆ）では絞り５３については開口部のみを示し、受光素子５４については後述の第１及び第２の結像領域のみを示す。

本実施形態に係る判別装置５０は、光源５１（光源部）、導光体５２、絞り５３及び受光素子５４（受光部）を備えている。

光源５１は、一般的にＴＯＰＶＩＥＷタイプと呼ばれる０．３０ｍｍ×０．３０ｍｍの単一の発光部を有する赤外色ＬＥＤ（波長８７０ｎｍ）であり、その発光面から面法線方向を光軸として放射状に光線を射出する。
赤外色ＬＥＤである光源５１は、発光面の面法線方向の光量が最大となり、面法線からの光線の傾きが大きくなるにつれて光量も徐々に減少する配光強度特性（ランバート分布）を有する。

導光体５２は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）により形成された光学素子である。
導光体５２は、左側及び右側照明部５２ｘＬ及び５２ｘＲ（照明導光部）と、それに対応する左側及び右側結像部５２ｙＬ及び５２ｙＲ（結像導光部）とを有している。
図１（ｃ）及び（ｆ）に示されているように、導光体５２は、照明入射平面５２ａ、照明反射平面５２ｂ、凹形状の左側照明反射曲面５２ｃＬ（第１の曲面反射面）、凹形状の右側照明反射曲面５２ｃＲ（第２の曲面反射面）及び照明出射平面５２ｄを備えている。
従って、左側照明部５２ｘＬ及び右側照明部５２ｘＲはそれぞれ、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲを有している。そして、照明入射平面５２ａ、照明反射平面５２ｂ及び照明出射平面５２ｄは、左側照明部５２ｘＬと右側照明部５２ｘＲとで共用されている。

本実施形態に係る判別装置５０では、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲは、導光体５２の周囲の外形形状から突出している。
このような外形形状の構成により、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲは、照明光線の絞りの役割も果たしている。換言すると、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲは、光線を規制する光学面である。

また、図１（ｃ）、（ｄ）及び（ｆ）に示されているように、導光体５２は、左側第１結像反射曲面５２ｅＬ、左側第２結像反射曲面５２ｆＬ及び左側結像透過曲面（透過面）５２ｇＬを備えている。さらに、導光体５２は、右側第１結像反射曲面５２ｅＲ、右側第２結像反射曲面５２ｆＲ及び右側結像透過曲面５２ｇＲを備えている。
従って、左側結像部５２ｙＬは、左側第１結像反射曲面５２ｅＬ、左側第２結像反射曲面５２ｆＬ及び左側結像透過曲面５２ｇＬを有している。また、右側結像部５２ｙＲは、右側第１結像反射曲面５２ｅＲ、右側第２結像反射曲面５２ｆＲ及び右側結像透過曲面５２ｇＲを有している。そして、結像入射平面５２ｄは、左側結像部５２ｙＬと右側結像部５２ｙＲとで共用されている。

光束を制限する絞り５３は、左側開口５３Ｌ及び右側開口５３Ｒを有している。各開口の大きさは、□０．３ｍｍ×０．４ｍｍであり、左右方向（Ｙ方向）の幅の方が狭い。また、絞り５３の厚さは０．１ｍｍである。

受光素子（撮像素子）５４は、記録材Ｐ（被検知面）に平行な断面（第１の断面）内において、記録材Ｐの搬送方向（Ｚ方向、第２の方向）に垂直な方向（Ｙ方向、第１の方向）に、複数のＳｉフォトダイオードなどの光電変換素子をアレイ状に並べて構成されている。
なお受光素子５４については、解像度１２００ｄｐｉ対応とするために１画素のサイズは２１．１５μｍ×４２．３μｍとなっている。

本実施形態に係る判別装置５０では、不図示の筐体上に導光体５２が保持されている。
光源５１及び受光素子５４は、不図示の同一の電気基板上に実装されており、電気基板はネジによって筐体に固定されている。
また、不図示の筐体と導光体５２とは、隙間から塵埃や紙紛等が筐体内に侵入しないように導光体５２の端部において互いに当接している。

次に、本実施形態に係る判別装置５０を用いて記録材（物体）の種類の判別を行う方法について説明する。

以下に示すように、本実施形態に係る判別装置５０では、判別装置５０から出射する光線によって図中Ｚ方向に搬送される記録材Ｐ（わかりやすさのため、図１（ｂ）及び（ｃ）にのみ記載）を照明する。そして、照明された記録材Ｐからの散乱光線を判別装置５０によって受光して、記録材Ｐの表面画像を撮影する。
なお、受光素子５４の出力は一次元のデータであるが、記録材Ｐが搬送されるため二次元のデータが得られる。
このとき、表面画像には記録材Ｐの凹凸による陰影が映るため、そこから繊維の配列、高さ、幅等を推測し、記録材Ｐの種類の判別を行うことができる。

図１（ｃ）に示されているように、光源５１から出射した複数の光線は、導光体５２の照明入射平面５２ａを通過し、照明反射平面５２ｂによって反射され、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲそれぞれに入射する。
そして、左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲそれぞれに入射した複数の第１の光線及び複数の第２の光線は、反射されることによってそれぞれの少なくとも一部が少なくとも記録材Ｐに平行な断面内において互いに略平行になる。
そして、互いに略平行になった複数の光線は、照明出射平面５２ｄから出射して、被検知面上に存在する記録材Ｐに照射される。
すなわち、左側照明部５２ｘＬを介した複数の第１の光線からなる第１の光束及び右側照明部５２ｘＲを介した複数の第２の光線からなる第２の光束は、同一の記録材Ｐの互いに異なる第１の照明領域ＰＬ（第１の照明有効領域）及び第２の照明領域ＰＲ（第２の照明有効領域）を照明する。

なお、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐへの光線の入射方向と記録材Ｐの面法線との角度を７０°程度の浅い角度とすることで、記録材Ｐの表面の凹凸による陰影を強調し、記録材の種類の判別精度を向上させている。
照明光線の入射角度が６０°以上であれば判別は可能である。入射角度が７０°以上であれば陰影が明瞭となるために、判別精度は高くなる。

ここで、仮に照明光線が一定の広がりを有していた（すなわち、複数の照明光線が互いに略平行ではない）場合、記録材Ｐに生じる陰影の向きが照明位置毎に異なってしまう。これは、受光素子５４の画素の各々において判定される記録材の種類が異なってくることになり、結果として記録材判別の精度の悪化を引き起こしてしまう。

そこで本実施形態に係る判別装置５０では、記録材判別の精度の悪化を低減するために、記録材Ｐに入射する複数の光線のうちの一部が、少なくとも記録材Ｐに平行な断面内において互いに略平行になるようにしている。

通常、記録材Ｐとしては印画紙が用いられ、印画紙は繊維配向方向に対して略平行方向あるいは略垂直方向に切断されている。
そのため、繊維配向方向が搬送方向と平行または垂直である場合を考慮する必要がある。

本実施形態に係る判別装置５０では、入射光線の記録材Ｐに平行な断面内において記録材Ｐの搬送方向（Ｚ方向）に対してなす角度が±４５°近傍になるように、記録材Ｐを照明している。
より詳細には本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐに平行な断面内において、第１の照明領域ＰＬに入射する複数の第１の光線の平均角度と第２の照明領域ＰＲに入射する複数の第２の光線の平均角度との差は、８０°乃至１１０°となっている。
これら照明角度が異なることにより、同一の記録材Ｐであっても陰影が異なる画像（異なる情報）を得ることができる。
両情報を用いることで、繊維配向方向が搬送方向に対して平行であっても垂直であっても、記録材Ｐの種類の判別を安定して行うことができるようにしている。

被検知面上に配置された記録材Ｐの第１の照明領域ＰＬの内、第１の取り込み領域ＰＬｓからの散乱光線の一部は、導光体５２の結像入射平面５２ｄを通過し、左側第１結像反射曲面５２ｅＬ、左側第２結像反射曲面５２ｆＬの順で反射し、左側結像透過曲面５２ｇＬを透過する。
そして、左側結像透過曲面５２ｇＬを透過した光線は、絞り５３の左側開口５３Ｌを通過し、受光素子５４の受光面（撮像面）上の第１の結像領域５４Ｌ（第１の受光有効領域）に導光される。
同様に、第２の照明領域ＰＲの内、第２の取り込み領域ＰＲｓからの散乱光線の一部は、導光体５２の結像入射平面５２ｄを通過し、右側第１結像反射曲面５２ｅＲ、右側第２結像反射曲面５２ｆＲの順で反射し、右側結像透過曲面５２ｇＲを透過する。
そして、右側結像透過曲面５２ｇＲを透過した光線は、絞り５３の右側開口５３Ｒを通過して、受光素子５４の受光面（撮像面）上の第２の結像領域５４Ｒ（第２の受光有効領域）に導光される。

第１の結像領域５４Ｌ及び第２の結像領域５４Ｒは、同一の受光素子５４上の互いに異なる領域である。
そして、左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲによって受光素子５４上の第１の結像領域５４Ｌ及び第２の結像領域５４Ｒはそれぞれ、記録材Ｐ上の第１の取り込み領域ＰＬｓ及び第２の取り込み領域ＰＲｓと共役になるように構成されている。

本実施形態に係る判別装置５０では、左側照明部５２ｘＬ及び右側照明部５２ｘＲの双方を用いて、被検知面上の記録材Ｐの互いに離間した第１の照明領域ＰＬ及び第２の照明領域ＰＲを、互いに異なる二方向から照明している。
そして、第１の取り込み領域ＰＬｓからの散乱光線の一部及び第２の取り込み領域ＰＲｓからの散乱光線の一部をそれぞれ、左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲを介して受光素子５４の第１の結像領域５４Ｌ及び第２の結像領域５４Ｒで受光することにより、記録材Ｐの２つの表面画像を得ている。
そして、記録材Ｐの第１及び第２の取り込み領域ＰＬｓ及びＰＲｓに対応する第１及び第２の領域の互いに異なる情報を有する２つの表面画像を用いることによって、記録材Ｐの種類の判別を高精度化させている。
また、該画像を同時に取得することで記録材Ｐの判別を高速に行い、搬送速度が高速となる画像形成装置においても対応できるようにしている。
そして不図示の判別部が、受光素子５４の出力に基づいて記録材Ｐの種類を判別する。

なお本実施形態に係る判別装置５０は、受光素子５４の画素の配列方向については－０．５倍、画素の配列方向に垂直な方向においては－１．０倍（等倍）の結像系となっている。そのため受光素子５４の一画素が読み取る被検知面上の記録材Ｐの範囲は、４２．３μｍ×４２．３μｍとなる。

次に、表１は本実施形態に係る判別装置５０の諸元値を示している。

なおここで、座標系の原点は光源５１の発光面の中心であり、記録材Ｐの搬送方向をＺ方向（第２の方向）、記録材Ｐに垂直、すなわち被検知面の法線方向をＸ方向、記録材Ｐに平行で搬送方向に垂直な方向をＹ方向（第１の方向）と定義している。

左側照明反射曲面５２ｃＬ及び右側照明反射曲面５２ｃＲの形状については、面頂点を原点とし、動径方向をＬ_ｒ方向、面法線方向をＬ_ｚ方向とするローカル極座標系（Ｌ_ｒ、Ｌ_ｚ）によって定義しており、以下の式（１）で表わされる。ここで、Ｒ及びｋは非球面係数である。

また、左側及び右側第１結像反射曲面５２ｅＬ及び５２ｅＲ、左側及び右側第２結像反射曲面５２ｆＬ及び５２ｆＲ、左側及び右側結像透過曲面５２ｇＬ及び５２ｇＲの形状については、面頂点を原点とし、右手座標系であるローカル座標系（Ｌ_ｘ、Ｌ_ｙ、Ｌ_ｚ）によって定義しており、以下の式（２）で表わされる。ここで、Ｌ_ｙ軸はＹ軸と平行で向きも同じである。

また、表１からもわかるように、導光体５２の形状はＹ＝０の平面を基準として対称形状である。
なお、表１においてＴｉｌｔＸ、ＴｉｌｔＹ及びＴｉｌｔＺは、面法線（Ｌ_ｚ）の向きを示しており（ＴｉｌｔＸ＝ＴｉｌｔＹ＝ＴｉｌｔＺ＝０の時は、＋Ｘ軸を指す。）、それぞれ、＋Ｘ軸、＋Ｙ軸、＋Ｚ軸を中心として右周りの回転角度を示している。

次に、本実施形態が解決しようとする課題について説明する。

まず、記録材Ｐの表面上における陰影分布（結像部によって画像として取得する前の記録材Ｐの表面上における照度分布）として、図２（ａ）に示されるようなｓｉｎ関数に従って変化する分布（□０．３２ｍｍ）を考える。
一般の印画紙では、製法上５０乃至４００μｍ程度の周期の繊維配列が生じるため、その一例として６０μｍ周期の陰影分布に設定している。

ここで、記録材Ｐの搬送方向と繊維の配列方向とが互いに略平行となる場合を考える。
このときは、主として受光素子５４の画素の配列方向であるＹ方向の陰影分布を用いて記録材Ｐの表面性を評価する。

この時の分布が図２（ｂ）に示されており、ここで照度はピーク値で規格化されている。
なお、実際の印画紙では繊維は完全な周期構造を有していないため、図２（ａ）及び（ｂ）に示されるような明瞭な周期を有する陰影分布とはならないが、本実施形態に係る判別装置５０の基本的な原理を示すに当たっては上記のモデルで十分である。

本実施形態に係る判別装置５０では、上記の陰影分布において一画素当たり４２．３μｍ×４２．３μｍの範囲を読み取ることによって表面画像を取得している。
ここで、この読み取り範囲は上記の繊維配列周期と比較して小さいとはいえない。そのため画像分布（記録材Ｐの表面の照度分布を結像部によって画像として取得した時の分布）として取得する際には、陰影分布がなまって見えることによってコントラストが低く見えてしまう。

また、記録材Ｐはｄｅｆｏｃｕｓ方向（Ｘ方向）に±０．２ｍｍ程度の配置誤差を有する。なお、ここでの±０．２ｍｍという値は、記録材Ｐの搬送時のバラつき等や、長期間における記録材Ｐの搬送に伴う結像入射平面５２ｄの摩耗等によって生じ得るものである。
そして、そのような記録材Ｐのｄｅｆｏｃｕｓ方向のずれが発生すると、本実施形態に係る判別装置５０のような小型の光学系では結像倍率変動が大きくなる。

図３は、判別装置５０において称呼の結像倍率に対して８％変化（一画素当たり４５．７μｍ×４２．３μｍの範囲を読み取り）及び１６％変化（一画素当たり４９．１μｍ×４２．３μｍの範囲を読み取り）した時の画像分布を示している。
なおここで、称呼の結像倍率とは、受光素子５４に対して共役の位置である称呼位置にある被検知面に対する判別装置５０の結像倍率である。また結像倍率比とは、変化した結像倍率の称呼の結像倍率に対する比である。
また、図３に示されている画像分布は、図２（ｂ）に示されている陰影分布を上記の一画素当たりの読み取り範囲で移動平均することによって得ている。またここで、画像分布における受光強度はピーク値で規格化している。

図４は、判別装置５０における結像倍率比の変化に対する陰影評価値の変化を示している。
なお図４において、陰影評価値は、結像倍率比が１のときに１になるように規格化している。

ここで、陰影の評価指標に対応する陰影評価値Ｃｏｎｔｒａｓｔは、図３に示されている画像分布における最大値ｍａｘ及び最小値ｍｉｎを用いて、以下の式（３）によって定義される。
Ｃｏｎｔｒａｓｔ＝（ｍａｘ－ｍｉｎ）／（ｍａｘ＋ｍｉｎ） ・・・（３）

図４に示されているように、陰影評価値は、記録材Ｐのｄｅｆｏｃｕｓ方向のずれによる結像倍率比の変化に応じて大きく変動する。
これは、本実施形態に係る判別装置５０における一画素当たりの読み取り範囲と、記録材Ｐの繊維配列の周期とが互いに同程度であるためである。
そして、このように陰影評価値が変動すると、記録材Ｐの種類や特性値の誤判別が生じ、記録材Ｐに対して最適な印字条件を設定することが困難になる。

次に、記録材Ｐの搬送方向と繊維の配列方向とが互いに略垂直となる場合を考える。
この場合に得られる陰影分布は、図２（ａ）に示されている陰影分布を９０°回転させたものとなる。
このとき、陰影分布はＹ方向ではなくＺ方向に現れるため、主として記録材Ｐを搬送した際の受光素子５４の各画素における受光強度の時間変化から得られる分布を用いて、記録材Ｐの表面性を評価する。
なお、この場合における記録材Ｐの配置誤差に伴う影響については、上記の記録材Ｐの搬送方向と繊維の配列方向とが互いに略平行となる場合と同等である。

上記のような記録材Ｐのｄｅｆｏｃｕｓ方向のずれに伴う結像倍率の変動を抑えるためには、特許文献１に記載されているようにテレセントリック光学系を用いることが有効である。
しかしながら、一般に、テレセントリック光学系と非テレセントリック光学系とを互いに同光路全長（中央物高の主光線の光路の総距離が互いに同一）に設計する場合には、前者の方が、読み取り範囲が狭くなる。一方、読み取り範囲を互いに同一に設計する場合には、前者の方が、光路全長が大きくなってしまう。
そして読み取り範囲が狭くなると、特に記録材Ｐの繊維配列が長周期である場合には、読み取り範囲に入る周期の数が少なくなるため、陰影評価値のバラつきが大きくなってしまい判別精度が下がってしまう。

そこで、小型化と、読み取り範囲を大きくすることによる判別精度の高度化とのバランスを満足する判別装置を得ることが課題となる。

本実施形態に係る判別装置５０では、上記の課題を解決するために、Ｚ方向についてのみテレセントリック光学系に近づける（すなわち、Ｙ方向については非テレセントリック光学系とする）ように設計している。

図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る判別装置５０におけるＸＺ断面内及びＸＹ断面内での被検知面から像面への主光線の光路図を示している。

図５（ａ）に示されているように、図１（ｃ）に対応するＸＺ断面図（Ｙ方向に垂直な断面）では、像面（受光素子５４）上の互いに異なる画角に入射する複数の主光線が記録材Ｐ近傍において互いに略平行となっていることがわかる。
すなわち、本実施形態に係る判別装置５０では、Ｚ方向についてはテレセントリックに近い結像光学系となっており、これにより記録材Ｐのｄｅｆｏｃｕｓ方向のずれが生じても結像倍率変動が生じにくくなっている。

一方、図５（ｂ）に示されているように、図１（ｅ）に対応するＸＹ断面図（Ｚ方向に垂直な断面）では、像面（受光素子５４）上の互いに異なる画角に入射する複数の主光線が記録材Ｐ近傍において互いに略平行となっていないことがわかる。
すなわち、本実施形態に係る判別装置５０では、Ｙ方向については非テレセントリックな結像光学系となっており、これによりテレセントリック光学系と比べて記録材Ｐ上の読み取り範囲を大きくすることができる。
なお、本実施形態に係る判別装置５０では、二つの結像光学系（左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲ）が設けられているが、上記と同様の議論が双方に適用される。

本実施形態に係る判別装置５０は、上記に示した構成を採用することで、小型且つ十分な読み取り範囲を確保しつつ、記録材Ｐのずれに伴う倍率変動による判別性能の劣化を抑制することができる。

なお、上記のテレセントリック光学系及び非テレセントリック光学系という用語は説明の便宜上用いているものである。
すなわち、より正確には、本実施形態に係る判別装置５０の特徴は、以下に示すように記録材Ｐ（物体）のｄｅｆｏｃｕｓ時においてＺ方向の倍率変動よりもＹ方向の倍率変動の方が大きくなるように設計されていることである。

具体的には、本実施形態に係る判別装置５０は、以下の条件式（４）及び（５）を満たすことを特徴としている。

ここで、βｍ０及びβｓ０はそれぞれ、記録材Ｐが称呼位置（受光素子５４に対して共役な位置、設計上の目標位置、第１の位置）に配置された場合におけるＹ方向及びＺ方向の結像倍率である。また、βｍ１及びβｓ１はそれぞれ、記録材Ｐが称呼位置からｄｅｆｏｃｕｓ方向（Ｘ方向）に＋０．２ｍｍずれて配置された非称呼位置（第２の位置）にある場合における、Ｙ方向及びＺ方向の結像倍率である。
本実施形態に係る判別装置５０は、上記の条件式（４）及び（５）を満たすことで、小型且つ十分な読み取り範囲を確保しつつ、記録材Ｐのずれに伴う倍率変動による判別性能の劣化を抑制することができる。

また表１から、本実施形態に係る判別装置５０では、βｍ０＝－０．４９９、βｍ１＝－０．４８１、βｓ０＝－０．９４９及びβｓ１＝－０．９５３と求められる。
従って、本実施形態に係る判別装置５０において、記録材Ｐが称呼位置からＸ方向に＋０．２ｍｍの位置である非称呼位置にずれた場合におけるＹ方向及びＺ方向それぞれの倍率変動は、

となり、Ｙ方向及びＺ方向それぞれの倍率変動の間の比は、

となる。

従って、本実施形態に係る判別装置５０は、条件式（４）及び（５）を満たしており、小型且つ十分な読み取り範囲を確保しつつ、記録材Ｐのずれに伴う倍率変動による判別性能の劣化を抑制することができる。

なお、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐのｄｅｆｏｃｕｓ方向のずれに伴うＹ方向の倍率変動、すなわち条件式（４）の左辺が０．０３以上であれば、上記の効果をより良好に得ることができる。
また、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐのｄｅｆｏｃｕｓ方向のずれに伴うＺ方向の倍率変動に対するＹ方向の倍率変動の比、すなわち条件式（５）の左辺が２以上であれば、上記の効果をより良好に得ることができる。また、記録材Ｐのｄｅｆｏｃｕｓ方向のずれに伴うＺ方向の倍率変動に対するＹ方向の倍率変動の比、すなわち条件式（５）の左辺が５以上であれば、上記の効果をさらに良好に得ることができる。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、上記のように記録材Ｐのｄｅｆｏｃｕｓ時のずれが生じた際の倍率変動はなるべく小さい方が良いため、

なる条件を満たしていることが好ましい。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、

なる条件を満たすことが好ましい。
これにより、Ｚ方向に比べてＹ方向において読み取り範囲を拡大し易くなる効果が得られる。一方、読み取り範囲の拡大の必要性が比較的低いＺ方向において不必要な像の縮小が生じないようにすることで、構成部品の配置誤差による光学性能の劣化の敏感度を低減することができる効果が得られる。

上記のように、本実施形態に係る判別装置５０ではＺ方向に記録材Ｐが搬送される。そのためＹ方向において読み取り範囲が広がれば大きな画像を取得することができ、判別性能を向上させることができる。
一方、Ｚ方向においては読み取り範囲が広がっても取得できる画像のサイズは変わらないため、Ｚ方向における画像の分解能向上に伴って判別性能を向上させることはできるが、向上の度合いは上記のＹ方向と比べて小さい。
そのため、本実施形態に係る判別装置５０において用いる受光素子５４としては、Ｚ方向よりもＹ方向に画素数が多いセンサーを用いることが好ましい。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、受光素子５４としてラインセンサーを用いている。これにより、二次元エリアセンサーと比べて安価に構成できるという効果が得られる。しかしながら、ラインセンサーに限られず、二次元エリアセンサーを用いても本実施形態の効果を得ることはできる。

また、本実施形態に係る判別装置５０の左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲの光路全長（中央物高の主光線の光路の総距離）は、９．８ｍｍとなっている。
従って、本実施形態に係る判別装置５０のように光路全長が２０ｍｍ以下の小型の結像光学系においては、物体のｄｅｆｏｃｕｓ方向における０．２ｍｍのずれに伴う倍率変動が大きくなり易い。そして、上述のように十分な読み取り範囲を確保するためにも、本実施形態の構成による効果が得られ易い。
なお、本実施形態に係る判別装置５０の左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲでは、中央物高の主光線は各面の面頂点（非球面の定義原点）を通過するため、光路全長は面頂点同士の間隔から計算することができる。

本実施形態に係る判別装置５０の結像部５２ｙＬ（５２ｙＲ）は、それぞれアナモルフィック光学面である第１結像反射曲面５２ｅＬ（５２ｅＲ）、第２結像反射曲面５２ｆＬ（５２ｆＲ）及び結像透過曲面５２ｇＬ（５２ｇＲ）を有している。
本実施形態に係る判別装置５０では、左側結像部５２ｙＬ及び右側結像部５２ｙＲをこのように設計することで、Ｙ方向及びＺ方向それぞれの結像性能を独立に構成することができる。
そのため、本実施形態に係る判別装置５０のような、方向に応じて倍率変動の敏感度を変える設計において設計自由度を向上することができる効果が得られる。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、結像光学系において光線を屈折させる又は反射させる曲面は全て、単一の導光体５２に形成されている。
そのため、本実施形態に係る判別装置５０では、複数の光学素子を用いる従来の構成と比べて低コスト化することができる効果が得られる。

また、本実施形態に係る判別装置５０の結像部５２ｙＬ（５２ｙＲ）は、Ｙ方向について曲率を有する結像透過曲面５２ｇＬ（５２ｇＲ）とＹ方向について曲率を有する第１結像反射曲面５２ｅＬ（５２ｅＲ）及び第２結像反射曲面５２ｆＬ（５２ｆＲ）とを有している。
このように、本実施形態に係る判別装置５０では反射面と屈折面とを組み合わせた結像光学系に設計することで、像面湾曲を低減し易くなり、容易に読み取り範囲の拡大を行うことができる効果が得られる。

また、上記のように本実施形態に係る判別装置５０では、単一の導光体５２が結像部５２ｙＬ（５２ｙＲ）において光線を屈折させる又は反射させる第１結像反射曲面５２ｅＬ（５２ｅＲ）、第２結像反射曲面５２ｆＬ（５２ｆＲ）及び結像透過曲面５２ｇＬ（５２ｇＲ）を有している。
そして、単一の導光体５２には、記録材Ｐを照明する照明光学系の一部である照明入射平面５２ａ、照明反射平面５２ｂ、左側照明反射曲面５２ｃＬ （５２ｃＲ）及び照明出射平面５２ｄも形成されている。
このように照明光学系と結像光学系とを一体化させる（一体的に構成させる）ことで、複数の光学素子を用いる従来の構成と比べて、低コスト化することができる効果が得られる。
また、このように単一の導光体に照明光学系と結像光学系とを設けると、照明光学系の制約によって結像光学系の光路全長が決まることに伴い小型化が要請される場合に、本実施形態の効果が得られやすい。

上記のように、記録材Ｐのｄｅｆｏｃｕｓ方向における配置誤差は、例えば、長期間の記録材Ｐの搬送に伴って発生する結像入射平面５２ｄの摩耗等によって生じ得る。
このような場合、本実施形態に係る判別装置５０において所定の幅の白黒のラインが印刷された補正紙の画像を読み取らせる。そして、得られた画像分布を不図示の制御部（補正部）が解析することによって、検出結果から結像倍率の変動値を求め、画像処理における補正値とすればよい。

なお、このときＹ方向に関しては、本実施形態に係る判別装置５０において受光素子５４であるラインセンサーの画素が精度良く配置されているため、得られる画像分布の周期の信頼度が高く、高精度の補正が可能である。

一方、Ｚ方向に関しては、本実施形態に係る判別装置５０においては上述の通り、記録材Ｐの搬送時における受光素子５４の各画素における強度の時間変化により得られる分布を用いる。そのために、記録材Ｐの搬送速度を高精度に認識しないと高精度の補正を行うことができない。
本実施形態に係る判別装置５０に記録材Ｐの搬送速度を高精度に認識するための機構を設けるとコストがかかるため、この観点からもＺ方向に関する倍率変動が抑制されている構成に設計することが好ましい。

［画像形成装置］
図６は、本実施形態に係る判別装置５０が搭載された画像形成装置２００の要部副走査断面図を示している。

画像形成装置２００は、中間転写ベルトを採用したタンデム方式のカラー画像形成装置である。
画像形成装置２００は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）各色のステーション毎の感光体（感光ドラム）１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ、及び帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋを備えている。また、画像形成装置２００は、一次転写ローラ４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ、及び現像器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋを備えている。また、画像形成装置２００は、制御部１０、光走査装置１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋ、張架ローラ１３、給送部１５、排出トレイ１６、排出ローラ２０、定着器２１、駆動ローラ２３を備えている。また、画像形成装置２００は、中間転写ベルト２４、二次転写ローラ２５、二次転写対向ローラ２６、クリーニング手段２８、クリーナ容器２９、トナーカートリッジ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｂｋ、及び判別装置５０を備えている。

感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、アルミシリンダの外周に有機光伝導層が塗布されて構成されている。そして、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋはそれぞれ、不図示の駆動モータの駆動力が伝達されることによって画像形成動作に応じて図中時計周りに回転する。
中間転写ベルト２４は、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋに当接しており、カラー画像形成時に反時計周り方向に感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの回転と同期して回転する。
定着器２１は、記録材Ｐを搬送させながら、転写された多色トナー像を溶融定着させるものである。図６に示されているように、定着器２１は、記録材Ｐを加熱する定着ローラ２１ａと、記録材Ｐを定着ローラ２１ａに圧接させるための加圧ローラ２１ｂとを備えている。定着ローラ２１ａ及び加圧ローラ２１ｂはそれぞれ、中空状に形成され、内部にヒータ２１ａｈ及び２１ｂｈを備えている。

制御部１０が不図示の外部機器から画像信号を受信すると、記録材（被転写材）Ｐは、給送部１５から給送ローラ１７及び１８によって画像形成装置２００へ向けて送り出される。その後、後述する画像形成動作と記録材Ｐの搬送との同期をとるためのローラ状同期回転体、即ち、搬送（レジスト）ローラ１９ａ、及び搬送（レジスト）対向ローラ１９ｂからなる搬送ローラ対１９ａ及び１９ｂによって一旦挟持され、停止して待機する。

また、制御部１０は、受信した画像信号に応じて、光走査装置（露光装置）１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋによって帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋの作用により一定電位に帯電された感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの表面（感光面）に静電潜像が形成される。
そして、現像器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋは、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの表面に形成された静電潜像を可視化、すなわち現像を行う。
なお、現像器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋにはそれぞれ、スリーブ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｂｋが設けられており、静電潜像を可視化するための現像バイアスが印加されている。

このようにして、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋそれぞれの表面に形成された静電潜像は、現像器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋの作用により単色トナー像として現像される。
なお、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ、帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ、現像器８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋはそれぞれ一体構成となっており、画像形成装置２００の本体から脱着可能なトナーカートリッジ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｂｋの形態で取り付けられている。

次に、現像された単色トナー像は、一次転写ローラ（転写器）４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋそれぞれに印加された一次転写バイアスの作用により中間転写ベルト（転写器）２４上に順次転写され、中間転写ベルト２４上に多色トナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト２４上に形成された多色トナー像は、二次転写ローラ２５と二次転写対向ローラ２６とで形成された二次転写ニップ部（転写器）２７に搬送される。
これと同時に、搬送ローラ対１９ａ及び１９ｂに挟持された状態で待機していた記録材Ｐが搬送ローラ対１９ａ、１９ｂの作用により中間転写ベルト２４上の多色トナー像と同期を取りながら二次転写ニップ部２７に搬送される。
このようにして、中間転写ベルト２４上の多色トナー像が、二次転写ローラ２５に印加された二次転写バイアスの作用により二次転写ニップ部２７で記録材Ｐに一括転写される。

そして、多色トナー像を保持した記録材Ｐは、定着器２１を構成する定着ローラ２１ａ及び加圧ローラ２１ｂにより搬送されると共に、熱及び圧力が加えられ、多色トナー像が記録材Ｐの表面に定着される。
トナー像が定着された後の記録材Ｐは、排出ローラ２０によって排出トレイ１６に排出され画像形成動作が終了する。

そして、クリーニング手段２８は、中間転写ベルト２４上に残った転写残トナーをクリーニングし、回収された転写残トナーは廃トナーとしてクリーナ容器２９に蓄えられる。
上記の一連の画像形成動作は、画像形成装置２００内に設けられた制御部１０によって制御される。

画像形成装置２００において、本実施形態に係る判別装置は、記録材Ｐの種類を判別するための判別装置５０として設けられている。
判別装置５０は、記録材搬送方向において搬送ローラ対１９ａ及び１９ｂの上流に設置されており、給送部１５から搬送された記録材Ｐの表面平滑性を反映した情報を検出することが可能である。
判別装置５０による判別は、記録材Ｐが給送部１５から画像形成装置２００へ送り出され、搬送ローラ対１９ａ及び１９ｂに挟持されて停止している間に行われる。
そして、制御部１０は、判別装置５０から送られてくる記録材Ｐの種類の判別情報（判別結果）に基づいて、最適な転写バイアス・定着温度等の画像形成条件を設定して画像形成装置２００の制御動作を行う。

５０ 判別装置
５２ｙＬ、５２ｙＲ 左側結像部、右側結像部（結像部）
５４ 受光素子（受光部）

Claims (12)

1. 互いに垂直な第１及び第２の方向の夫々に平行な被検知面において該第２の方向へ搬送される物体を判別する判別装置であって、
   前記被検知面からの光線を受光する受光面を含む受光部と、
   前記被検知面からの光線を前記受光面に導光する結像部とを備え、
   前記被検知面が前記受光面に対して共役な第１の位置にある場合の前記第１の方向についての前記結像部の倍率をβｍ０、前記被検知面が前記第１の位置から前記被検知面に垂直な方向へ＋０．２ｍｍずれた第２の位置にある場合の前記第１の方向についての前記結像部の倍率をβｍ１、前記被検知面が前記第１の位置にある場合の前記第２の方向についての前記結像部の倍率をβｓ０、前記被検知面が前記第２の位置にある場合の前記第２の方向についての前記結像部の倍率をβｓ１とするとき、
   ０．０１≦｜βｍ１／βｍ０－１｜
   ｜βｓ１／βｓ０－１｜≦０．０１
   １＜｜βｍ１／βｍ０－１｜／｜βｓ１／βｓ０－１｜
   なる条件を満たすことを特徴とする判別装置。
2. │βｍ０│＜│βｓ０│
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の判別装置。
3. 前記受光部の前記第１の方向における画素数は前記第２の方向における画素数よりも多いことを特徴とする請求項１または２に記載の判別装置。
4. 前記受光部は、前記第１の方向において配列された複数の画素を含むラインセンサーであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の判別装置。
5. 前記結像部の光路全長は、２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の判別装置。
6. 前記結像部は、アナモルフィック光学面を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の判別装置。
7. 前記結像部が有する、光線を屈折または反射させる曲面を含む光学素子は一つであることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の判別装置。
8. 前記被検知面を照明する照明部を備え、該照明部の少なくとも一部は前記結像部と一体的に構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の判別装置。
9. 前記結像部は、前記第１の方向について曲率を有する透過面及び前記第１の方向について曲率を有する反射面を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の判別装置。
10. 前記倍率の変動を補正する補正部を備えることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の判別装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の判別装置と、感光面に静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器とを備えることを特徴とする画像形成装置。
12. 前記判別装置の判別結果に応じて、画像形成条件を設定する制御部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。

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