JP6914721B2 - 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採用されている。
特許文献１は、互いに異なる方向から複数の光線を記録材に入射させ、散乱した光線を解析することで、記録材の種類を判別する判別装置を開示している。

特開２０１０−２８３６７０号公報

しかしながら、特許文献１では、記録材に入射させる複数の光線の平行度が判別精度に与える影響について何ら検討されていない。
そこで、本発明は、記録材に入射させる複数の光線の平行度を適切に設定することによって、高い判別精度を実現した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、光源からの複数の光線を被照射面に導光する導光体と、被照射面からの光線を受光する撮像素子と、被照射面からの光線を撮像素子に集光する光学系とを備える判別装置であって、被照射面に平行な第１の断面に投影されたとき、導光体から出射して被照射面における第１の有効領域に入射する複数の第１の光線が互いになす角度は７°以下であり、複数の第１の光線の被照射面に対する入射角の平均値は７０°以上であることを特徴とする。

本発明によれば、記録材に入射させる複数の光線の平行度を適切に設定することによって、高い判別精度を実現した判別装置を提供することができる。

第一実施形態に係る判別装置の要部斜視図、要部側面図、Ｙ＝−４ｍｍのところで切断した要部断面図、該判別装置に設けられている導光体の上面図及び背面図。 シミュレーションに用いる記録材の形状を示した図。 シミュレーションによって得られた、角度φ１と陰影評価値Ｅとの関係を示したグラフ、及びその一部拡大図。 第一実施形態に係る判別装置での、被照射面上における座標Ｙと照明光量との関係を示したグラフ。 第一実施形態に係る判別装置における有効領域内の各Ｙ座標と角度φ２及びθとの関係を示したグラフ。 第二実施形態に係る判別装置の要部斜視図、要部側面図、上面図及び背面図。 第二実施形態に係る判別装置での、被照射面上における座標Ｙと照明光量との関係を示したグラフ。 第二実施形態に係る判別装置における有効領域内の各Ｙ座標と角度φ２及びθとの関係を示したグラフ。 第一又は第二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。

［第一実施形態］
図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、第一実施形態に係る判別装置５０の要部斜視図、要部側面図及びＹ＝−４ｍｍのところで切断した要部断面図を示している。
また、図１（ｄ）及び（ｅ）はそれぞれ、第一実施形態に係る判別装置５０に設けられている導光体５２の上面図及び背面図を示している。
なお、図１（ａ）乃至（ｅ）において、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。

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

光源５１は、一般的にＴＯＰＶＩＥＷタイプと呼ばれる、０．１８ｍｍ×０．１８ｍｍの発光部を有する緑色ＬＥＤ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。緑色ＬＥＤである光源５１においては、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、樹脂（ＺＯＮＥＸ Ｅ４８Ｒ）により形成された光学素子である。導光体５２は、入射面５２ａ、反射面５２ｂ、左側曲面反射面（反射面、第１の曲面）５２ｃ、右側曲面反射面（反射面、第２の曲面）５２ｄ、出射面５２ｅ及び散乱光出射面５２ｆを有している。

結像素子（光学系）５３としては、セルフォック（登録商標）レンズアレイ（ＳＬＡ）を用いている。
受光素子（撮像素子）５４は、記録材Ｐ（被照射面）に平行な第１の断面内において、記録材Ｐの搬送方向に垂直な方向（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配列させて構成されている。なお、受光素子５４については、解像度６００ｄｐｉ対応とするために、１画素のサイズは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及び結像素子５３が保持されている。
光源５１及び受光素子５４は、不図示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。

以下では、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を用いることによって、判別装置５０から出射する光線によって記録材Ｐを照明し、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、記録材Ｐの表面画像を撮影することによって、記録材Ｐの種類の判別を行うことができる。

図１（ａ）及び（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の入射面５２ａを通過し、反射面５２ｂによって反射され、左側曲面反射面５２ｃ及び右側曲面反射面５２ｄそれぞれに入射する。
そして、左側曲面反射面５２ｃ及び右側曲面反射面５２ｄそれぞれに入射した複数の光線は、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に平行な第１の断面内において（第１の断面内に投影されたとき）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、出射面５２ｅから出射して、被照射面上に存在する記録材Ｐに照射される。
なお、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐへの複数の光線の各入射方向と記録材Ｐの面法線との角度θの平均値を７５°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。

被照射面上に存在する記録材Ｐからの散乱光線の一部は、導光体５２の出射面５２ｅ及び散乱光出射面５２ｆを通過し、結像素子５３によって、受光素子５４の受光面（撮像面）上に導光（集光）される。
なお、本実施形態に係る判別装置５０は等倍結像系となっているため、受光素子５４の１画素が読み取る被照射面上の記録材Ｐの範囲は、該１画素の大きさと同一となり、すなわち、□４２．３μｍとなる。光学系、すなわち、結像素子５３の光軸は、図１（ｂ）及び（ｃ）中の鎖線で示している。
また、本実施形態に係る判別装置５０では、受光素子５４の受光面の共役面は、光線が入射する記録材Ｐの表面、すなわち被照射面になるように設定されている。

本実施形態に係る判別装置５０では、左側曲面反射面５２ｃ及び右側曲面反射面５２ｄ双方を用いて、被照射面上の記録材Ｐの二つの領域を互いに異なる二方向から照明しており、それにより記録材Ｐの２つの表面画像を得ている。
そして、記録材Ｐの２つの表面画像を用いることによって、記録材の種類の判別を高精度化させている。

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、記録材Ｐに垂直、すなわち被照射面の法線方向を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。

左側曲面反射面５２ｃ及び右側曲面反射面５２ｄの形状については、面頂点を原点とし、動径方向をｈ方向、面法線方向をｚ方向とするローカル極座標系（ｈｚ）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、Ｋ及びＣ４は非球面係数である。

また、表１からもわかるように、導光体５２の形状は、Ｙ＝０の断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す。

本実施形態に係る判別装置５０では、左側曲面反射面５２ｃ及び右側曲面反射面５２ｄは、外形前側下部斜面５２ｊ及び散乱光出射面５２ｆそれぞれの一部から突出している。
このような外形形状の構成により、左側曲面反射面５２ｃ及び右側曲面反射面５２ｄは、照明光線の絞りの役割も果たしている。換言すると、左側曲面反射面５２ｃ及び右側曲面反射面５２ｄは、光線を規制する光学面である。

次に、本実施形態に係る判別装置５０に対する簡易的なモデルを用いたシミュレーションによって、記録材の種類の判別を行う方法について、説明する。

図２（ａ）及び（ｂ）は、シミュレーションに用いる記録材Ｐの形状を示している。
図２（ａ）及び（ｂ）に示されているように、以下のシミュレーションでは、紙である記録材Ｐにおいて、高さｈが１０μｍ及び幅ｗが１０μｍの三角柱形状を各々が有する複数の繊維が互いに隣接して所定の方向に配向されているとする。
なお、この三角柱形状は、紙の繊維による凹凸を簡易的に示しているものである。

そして、このような記録材Ｐに対して、互いに平行である複数の光線が、記録材Ｐの面法線に対して角度θ＝７５°をなす方向から記録材Ｐの全表面（二次元面）に入射するとする。
そして、記録材Ｐの各表面領域からランバート散乱する散乱光のうち、記録材Ｐに垂直な方向に散乱する光線の二次元光量分布を取得する。これは、記録材Ｐの表面画像に相当する。

そして、不図示の判別部が、得られた二次元光量分布から光量値の最大値及び最小値を取得し、（最大値−最小値）／最大値から二次元光量分布の陰影評価値Ｅを算出する。
この陰影評価値Ｅは、記録材Ｐの種類の判別を行うための判定量に略対応しており、すなわち、陰影評価値Ｅが大きいほど記録材Ｐの表面は粗面であり、一方で、陰影評価値Ｅが小さいほど記録材Ｐの表面は平滑面であることを示す。

そして、シミュレーションでは、記録材Ｐ（被照射面）に投影したとき、繊維配向方向に対して入射光線がなす角度φ１を変化させながら、すなわち、記録材Ｐを、記録材Ｐに垂直な方向を軸として回転させながら、各角度φ１に対して陰影評価値Ｅを算出していく。

図３（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、シミュレーションによって得られた、角度φ１と陰影評価値Ｅとの関係を示したグラフ、及びその一部拡大図である。
なお、角度θについては、７０°、７５°及び８０°それぞれの場合について示している。

図３（ａ）に示されているように、角度φ１に対して、陰影評価値Ｅは単調増加している。
具体的には、角度φ１が９０°に近い場合、すなわち、記録材Ｐに投影したとき、繊維配向方向と入射光線とが略垂直の場合には、繊維配向方向に垂直な方向に影ができるため、陰影評価値Ｅは大きくなる。
一方で、角度φ１が０°に近い場合、すなわち、記録材Ｐに投影したとき、繊維配向方向と入射光線とが略平行の場合には、記録材Ｐの表面に影はできないため、陰影評価値Ｅは小さくなる。

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、受光素子５４の各画素に対応する記録材Ｐの各照射範囲で角度φ１が異なるため、各画素で得られる陰影評価値Ｅは変わってきてしまう。
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に平行な面内において互いに略平行になるようにしている。

次に、本実施形態に係る判別装置５０における、記録材Ｐに入射する複数の光線の間の平行度について議論する。

図４は、本実施形態に係る判別装置５０での、Ｚ＝７ｍｍでの、被照射面上における照明光量と座標Ｙとの関係を示したグラフである。
なお、図４において、照明光量は最大値を１００％として規格化している。
ここで、表１にあるように、Ｚ＝７ｍｍの位置は、Ｙ方向に平行で結像素子５３の光軸を含む第２の断面のＺ座標である。
すなわち、図４は、第２の断面と被照射面との交線上における照明光量と座標Ｙとの関係を示したグラフである。

本実施形態に係る判別装置５０では、図１（ａ）に示されているように、被照射面上の左右二箇所（すなわちＹが正の所定の領域と負の所定の領域）が照明されている。その２つの所定の領域は、Ｙ＝０の軸に対して対称であり、また、照明光量分布も対称となっているため、左側（−Ｙ方向）の照明光量分布のみを以下では考える。

図４に示されているように、ほぼ−１０ｍｍ≦Ｙ≦−３ｍｍの範囲が照明されていることがわかる。
しかしながら、照明光量が小さいと電気ノイズの割合が大きくなってしまうため、ピーク光量の５０％以上の範囲が、記録材Ｐの種類の判別に使用できる有効範囲となる。
従って、本実施形態に係る判別装置５０では、−７ｍｍ≦Ｙ≦−３ｍｍを有効領域（第１の有効領域）とする。
また、同様に、３ｍｍ≦Ｙ≦７ｍｍの領域もまた、有効領域（第２の有効領域）となる。
また、第１及び第２の有効領域それぞれに入射する複数の光線を、複数の第１の光線及び複数の第２の光線と呼ぶこととする。

従って、有効領域からの散乱光線のみを記録材の種類の判別に使用するため、有効領域を照明する複数の光線のみに関して、少なくとも記録材Ｐに平行な面内において互いに略平行にすればよい。

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、Ｚ＝７ｍｍでの、有効領域内の各Ｙ座標を中心とした受光素子５４の１画素が読み取る範囲、すなわち□４２．３μｍの領域に入射する照明光線が、被照射面（記録材Ｐ）に投影したとき、記録材Ｐの搬送方向（Ｚ方向）に対してなす角度φ２、及び該照明光線が被照射面（記録材Ｐ）の法線（Ｘ方向）に対してなす角度θの値を示したグラフである。

なお、本実施形態に係る判別装置５０では、光源５１は有限のサイズを有すること、導光体５２の構成（例えば、左側曲面反射面５２ｃ及び右側曲面反射面５２ｄの形状、及び光源５１に対する相対位置等）等により、受光素子５４の１画素が読み取る範囲を照明する光線の入射角は広がりを有するため、すなわち入射角は所定の分布幅を有する。
そのため、図５（ａ）及び（ｂ）では、各Ｙ座標を中心とした□４２．３μｍの領域に入射した複数の光線の角度φ２及びθの平均値を示している。

図５（ａ）に示されているように、本実施形態に係る判別装置５０では、有効領域内において、角度φ２は４１．０°乃至４３．６°の値をとり、従って、角度φ２の変動量Δφ２は２．６°となっている。
また、図５（ｂ）に示されているように、本実施形態に係る判別装置５０では、有効領域内において、角度θは７６．２°乃至８０．１°の値をとり、従って、角度θの変動量Δθは３．９°となっている。

この結果を、上記のシミュレーション結果に照らし合わせる。
まず、記録材Ｐの繊維配向方向が搬送方向と平行である場合、角度φ１と角度φ２とは互いに同一になる。そのため、有効領域における陰影評価値Ｅの変動量ΔＥは、角度φ１が４１．０°乃至４３．６°（平均値４２．３°）における陰影評価値Ｅの変動量と等しくなる。
従って、図３（ａ）及び（ｂ）のθ＝７５°のグラフを参照すると、ΔＥ＝０．７％となる。

すなわち、本実施形態に係る判別装置５０では、有効領域を読み取る受光素子５４の各画素から出力される陰影評価値Ｅの分布を０．７％に抑えることができ、記録材判別の精度の悪化を低減することができる。

次に、記録材Ｐの繊維配向方向が搬送方向に対して垂直である場合、角度φ１と角度φ２との差は９０°となる。そのため、有効領域における陰影評価値Ｅの変動量ΔＥは、角度φ１が４６．４°乃至４９．０°（平均値４７．７°）における陰影評価値Ｅの変動量と等しくなる。
従って、図３（ａ）及び（ｂ）のθ＝７５°のグラフを参照すると、ΔＥ＝０．５％となる。

すなわち、この場合においても、本実施形態に係る判別装置５０では、有効領域を読み取る受光素子５４の各画素から出力される陰影評価値Ｅの分布を０．５％に抑えることができ、記録材判別の精度の悪化を低減することができる。

なお、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、上記のように、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ことは、実際の状況に即しているといえる。

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に投影したとき、複数の光線の各入射方向が記録材Ｐの搬送方向に対してなす角度φ２の平均値が±４５°近傍になるように、記録材Ｐを照明している。これは、陰影評価値Ｅの変動量ΔＥを抑えて、陰影評価値Ｅを安定化させるためである。
本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐに投影したとき、複数の第１の光線の被照射面への入射角度の平均値と複数の第２の光線の被照射面への入射角度の平均値との差は、８０°以上１１０°以下となっている。
本実施形態に係る判別装置５０では、第１の有効領域に入射する複数の第１の光線それぞれの角度φ２の平均値が＋３５°以上＋５５°以下、且つ、第２の有効領域に入射する複数の第２の光線それぞれの角度φ２の平均値が−３５°以下−５５°以上（１２５°以上１４５°以下）となっている。
また、本実施形態に係る判別装置５０では、繊維配向方向が記録材Ｐの搬送方向に平行または垂直になるように、記録材Ｐが搬送されている。そのため、第１及び第２の有効領域に入射する複数の第１及び第２の光線の一方の角度φ１の平均値が＋３５°以上＋５５°以下、他方の角度φ１の平均値が−３５°以下−５５°以上（１２５°以上１４５°以下）となっている。
さらに、本実施形態に係る判別装置５０では、繊維配向方向がアレイ状撮像素子５４の延在方向に平行または垂直になるように、記録材Ｐが搬送されている。そのため、記録材Ｐに投影したとき、第１及び第２の有効領域に入射する複数の第１及び第２の光線の一方の各入射方向がアレイ状撮像素子の延在方向（第１の方向）に対してなす角度の平均値が＋３５°以上＋５５°以下、他方の角度の平均値が−３５°以下−５５°以上（１２５°以上１４５°以下）となっている。
なお、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐの搬送方向とアレイ状撮像素子５４の延在方向とが互いに垂直になっているが、これに限らず、互いに非垂直でも構わない。
また、判別を行う際には、少なくとも第１の有効領域及び第２の有効領域のどちらか一方に関する情報が得られれば良いため、上記の角度の関係を全て満たすことは必須ではない。

また、ΔＥは２％以下であれば、記録材判別の精度として十分である。
図３（ａ）及び（ｂ）に示されているように、角度θが７５°で、角度φ１が４５°の近傍において、ΔＥ≦２％を満たす角度領域Δφ１は、約７°である。
従って、本実施形態に係る判別装置５０では、有効領域内において、入射光線の記録材Ｐに平行な面内において繊維配向方向に対してなす角度φ１の変動量Δφ１が７°以下であれば、記録材判別の精度の悪化を低減することができる。
換言すると、本実施形態に係る判別装置５０では、導光体５２から出射して被照射面における第１の有効領域に入射する複数の第１の光線の、被照射面に平行な第１の断面内において互いになす角度を７°以下にすればよい。
ここで、Δφ１が７°以下であることを、本実施形態に係る判別装置５０における角度φ１に関する「略平行」の定義とする。

ここで、もし判別装置が複数の照明光線を曲げることによって互いに略平行にする構成を有さず、照明光線が広がりを有したまま、記録材Ｐを照明する場合を考える。
具体的には、特許文献１のように、有効領域内における、入射光線の記録材Ｐに平行な面内において繊維配向方向に対してなす角度φ１の変動量Δφ１が、１０°（すなわち、±５°）である場合を考える。
ここで、比較のために、角度φ１の平均値は、上記の本実施形態に係る判別装置５０での値と同一にする。

まず、記録材Ｐの繊維配向方向が搬送方向と平行である場合、有効領域における陰影評価値Ｅの変動量ΔＥは、角度φ１が３７．３°乃至４７．３°（平均値４２．３°）における陰影評価値Ｅの変動量と等しくなる。
従って、図３（ａ）及び（ｂ）のθ＝７５°のグラフを参照すると、ΔＥ＝２．８％となる。

すなわち、この場合、有効領域を読み取る受光素子の各画素から出力される陰影評価値Ｅの変動量ΔＥは２％より大きくなり、記録材判別の精度の悪化を低減することができない。

次に、記録材Ｐの繊維配向方向が搬送方向に対して垂直である場合、有効領域における陰影評価値Ｅの変動量ΔＥは、角度φ１が４２．７°乃至５２．７°（平均値４７．７°）における陰影評価値Ｅの変動量と等しくなる。
従って、図３（ａ）及び（ｂ）のθ＝７５°のグラフを参照すると、ΔＥ＝１．５％となる。

この場合においては、有効領域を読み取る受光素子の各画素から出力される陰影評価値Ｅの変動量ΔＥは２％以下となっている。

しかしながら、上記のように、通常、記録材Ｐとしては、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印画紙が用いられるため、繊維配向方向が搬送方向と平行又は垂直である両方の場合を考慮する必要がある。
従って、Δφ１が１０°である入射光線を用いた場合、記録材判別の精度の悪化を低減することはできないといえる。

以上のように、本実施形態に係る判別装置５０では、受光素子５４の各画素が取得する記録材Ｐの表面平滑性を示す特性値の変動を低減することによって、記録材の種類判別の精度の悪化を低減することができる。

また、上記のように、本実施形態に係る判別装置５０では、有効領域内において、角度θの変動量Δθは３．９°となっている。
従って、図３（ａ）及び（ｂ）におけるφ１＝４５°の位置を参照すると、ΔＥ＝１．０％となる。
そして、図３（ａ）及び（ｂ）に示されているように、角度φ１が４５°で、角度θが７５°の近傍において、記録材判別の精度は十分であるΔＥ≦２％を満たす角度領域Δθは、約６°である。
このことから、Δθが６°以下であることを、本実施形態に係る判別装置５０における角度θに関する「略平行」の定義とする。
換言すると、本実施形態に係る判別装置５０では、複数の第１の光線の各入射方向が被照射面の法線に対してなす角度の間の差が６°以下であるように構成している。

なお、本実施形態に係る判別装置５０では、上記のように、被照射面上の左右二箇所が照明されており、すなわち、有効領域が左右二箇所存在しており、各画素で陰影評価値Ｅを算出した後、それぞれの有効領域内で平均化処理を行う。
従って、有効領域が複数ある場合においては、各有効領域内に入射する複数の光線が、互いに略平行になっていれば、本実施形態の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐに投影したとき、複数の光線の各入射方向が搬送方向に対してなす角度φ２の平均値が略±４５°となっているが、これに限られない。
もし、記録材Ｐの繊維配向方向が搬送方向に対して平行または垂直のどちらか一方に定まる装置構成であれば、図３（ａ）に示されているように、角度φ１が３５゜以上９０゜以下になるように記録材Ｐを照明すれば、本実施形態の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、複数の入射光線を互いに略平行にする面（すなわち、左側曲面反射面５２ｃ及び右側曲面反射面５２ｄ）は、放物面で形成されている。
また、反射面５２ｂによる折り返しも考慮して、その放物面の焦点近傍に光源５１を配置している。これにより、簡易な形状及び構成で複数の入射光線を互いに略平行にすることができる。
しかしながら、これに限られず、複数の入射光線を互いに略平行にする面は１面だけとする必要はなく、複数面で構成しても、本実施形態の効果を得ることができる。
また、放物面に限られることはなく、凹形状の反射面、回折面等その他如何なる形状の面であっても、本実施形態の効果を得ることができる。

また、絞り等を用いることで、複数の入射光線を互いに略平行にするための光学面を設けない構成も考えることはできるが、その場合は、有効領域が狭くなったり、導光体が大きくなったりするため、好ましくない。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、上記の構成により、複数の照明光線は、進行方向において互いに略平行になっており、且つ、記録材Ｐに垂直な面内においても、互いに略平行になっている。
これにより、記録材Ｐの表面の凹凸による陰影を安定化させ、記録材の種類判別の精度を安定化させる効果を得ている。
また、複数の照明光線の各入射方向が記録材Ｐ（被照射面）の法線に対してなす角度θの平均値は、７０°以上である。
これにより、記録材Ｐの表面の凹凸による陰影を明瞭にし、記録材の種類判別の精度を向上させる効果を得ている。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、複数の入射光線を互いに略平行にする面（すなわち、左側曲面反射面５２ｃ及び右側曲面反射面５２ｄ）は、屈折面と比較してパワーが強い反射面で形成されている。
これにより、緩やかで簡易な形状を有する光学面によって、複数の入射光線を互いに略平行にすることができる。
また、全反射条件を満足するように構成することで、反射面に対する反射コーティング等の付与を不要としている。
しかしながら、これに限られず、複数の入射光線を互いに略平行にする光学面として、屈折面や回折面を用いても、本実施形態の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る判別装置５０が備える導光体４２では、被照射面へ入射する照明光線の光路上における光学面として、光源側から被照射面側へ順に、入射面５２ａ、反射面５２ｂ、左側曲面反射面５２ｃ又は右側曲面反射面５２ｄ、及び出射面５２ｅを備えている。
従って、複数の入射光線を互いに略平行にする面（すなわち、左側曲面反射面５２ｃ及び右側曲面反射面５２ｄ）は、導光体４２において被照射面に最も近い光学面よりも光源５１の側、具体的には被照射面側から数えて２番目に設けられている。
これにより、光源５１から離れた位置で複数の入射光線を互いに略平行にすることができ、照明範囲を広くすることができる。
また、これに限られず、導光体４２において被照射面に最も近い光学面を、複数の入射光線を互いに略平行にする面にしても構わない。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、導光体５２の出射面５２ｅを平面に形成することで、導光体５２上における記録材Ｐの搬送をスムーズにし、また、記録材Ｐから出る紙粉等が導光体５２の周囲に堆積することを低減することができる。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、記録材Ｐからの散乱光を、Ｙ方向に延在した一次元状のセルフォック（登録商標）レンズアレイである結像素子５３によって、Ｙ方向に光電変換素子をアレイ状（一次元状）に並べて構成された受光素子５４に導光することで、一次元像を得ている。
しかしながら、これに限られず、二次元像を得ることができるように、結像素子５３及び受光素子５４を構成しても構わない。

また、本実施形態に係る判別装置５０では、結像素子５３としてセルフォック（登録商標）レンズアレイを用いているが、これに限られない。また、結像素子５３として非等倍結像系を用いても構わない。

本実施形態に係る判別装置５０では、測定された陰影評価値Ｅを用いて、モデルを仮定して、上記のようなシミュレーションを行うことによって、繊維の配列、高さ、幅等を推測することができる。

［第二実施形態］
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ、第二実施形態に係る判別装置６０の要部斜視図、要部側面図、上面図及び背面図を示している。
なお、図６（ａ）乃至（ｄ）において、点線及び実線は、導光体６２の内外を進行する一部の光線を示している。
また、本実施形態に係る判別装置６０において、第一実施形態に係る判別装置５０と同一の部材については、同一の符番を付して、説明を省略する。

本実施形態に係る判別装置６０は、光源５１ａ、５１ｂ、導光体６２ａ、６２ｂ、防塵シート６３、結像素子５３及び受光素子５４を備えている。

本実施形態に係る判別装置６０では、不図示の筐体上に、導光体６２ａ、６２ｂ、防塵シート６３及び結像素子５３が保持されている。
光源５１ａ、５１ｂ及び受光素子５４は、不図示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、不図示の筐体と防塵シート６３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、防塵シート６３の端部において互いに当接している。

導光体６２ａ及び６２ｂは共に、樹脂（ＺＯＮＥＸ Ｅ４８Ｒ）により形成された同形状の光学素子である。導光体６２ａ（６２ｂ）は、入射面６２ａａ（６２ｂａ）、反射面６２ａｂ（６２ｂｂ）、及び曲面出射面６２ａｃ（６２ｂｃ）を有している。
防塵シート６３は、樹脂（ＰＭＭＡ）により形成された厚さ０．１ｍｍの透明なシートである。

次に、本実施形態に係る判別装置６０を用いて、記録材の種類の判別を行う方法について説明する。

図６（ｂ）に示されているように、光源６１ａ（６１ｂ）から出射した複数の光線は、導光体６２ａ（６２ｂ）の入射面６２ａａ（６２ｂａ）を通過し、反射面６２ａｂ（６２ｂｂ）において反射され、曲面出射面６２ａｃ（６２ｂｃ）によって互いに略平行にされて出射する。
そして、曲面出射面６２ａｃ（６２ｂｃ）から出射した複数の光線は、防塵シート裏面６３ａ及び防塵シート表面６３ｂを通過して、被照射面上に存在する記録材Ｐに照射される。

なお、本実施形態に係る判別装置６０では、記録材Ｐへの複数の光線の各入射方向と記録材Ｐの面法線との角度θの平均値を７５°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。
また、光源６１ａ及び導光体６２ａと光源６１ｂ及び導光体６２ｂとは、互いにＹ＝０の断面に対して対称に配置されている。

そして、被照射面上に存在する記録材Ｐからの散乱光線の一部は、防塵シート表面６３ｂ及び防塵シート裏面６３ａを通過して、結像素子５３によって、受光素子５４上に導光（集光）され、等倍結像される。

表２は、本実施形態に係る判別装置６０の諸元値を示している。

なおここで、座標系の原点は、光源６１ａ及び６１ｂそれぞれの発光面の中心同士を結んだ点の中点であり、記録材Ｐの搬送方向をＺ方向、記録材Ｐに垂直な方向をＸ方向、記録材Ｐに平行で搬送方向に垂直な方向をＹ方向と定義している。
また、表２において、光源６１ｂ及び導光体６２ｂについては対称配置のため、記載していない。

曲面出射面６２ａｃの形状については、上記の式（１）で表わされ、Ｒ、Ｋ及びＣ４は非球面係数である。
導光体６２ａ及び６２ｂは、このような外形形状の構成によって、照明光線の絞りの役割も兼ねている。

本実施形態に係る判別装置６０においても、第一実施形態に係る判別装置５０と同様に、記録材の種類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一部が、少なくとも記録材Ｐに平行な面内において互いに略平行になるようにしている。

次に、本実施形態に係る判別装置６０における、記録材Ｐに入射する複数の光線の間の平行度について議論する。

図７は、本実施形態に係る判別装置６０での、Ｚ＝７ｍｍでの、被照射面上における照明光量と座標Ｙとの関係を示したグラフである。
なお、図７において、照明光量は最大値を１００％として規格化している。

本実施形態に係る判別装置６０では、図６（ａ）に示されているように、被照射面上の左右二箇所（すなわちＹが正の所定の領域と負の所定の領域）が照明されている。その２つの所定の領域は、Ｙ＝０の軸に対して対称であり、また、照明光量分布も対称となっているため、左側（−Ｙ方向）の照明光量分布のみを以下では考える。

図７に示されているように、ほぼ−７ｍｍ≦Ｙ≦−２．５ｍｍの範囲が照明されていることがわかる。
しかしながら、照明光量が小さいと電気ノイズの割合が大きくなってしまうため、ピーク光量の５０％以上の範囲が、記録材Ｐの種類の判別に使用できる有効範囲となる。
従って、本実施形態に係る判別装置６０では、−６ｍｍ≦Ｙ≦−３ｍｍを有効領域（第１の有効領域）とする。
また、同様に、３ｍｍ≦Ｙ≦６ｍｍの領域もまた、有効領域（第２の有効領域）となる。
また、第１及び第２の有効領域それぞれに入射する複数の光線を、複数の第１の光線及び複数の第２の光線と呼ぶこととする。

従って、有効領域からの散乱光線のみを記録材の種類の判別に使用するため、有効領域を照明する複数の光線のみに関して、少なくとも記録材Ｐに平行な面内において互いに略平行にすればよい。

図８（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る判別装置６０における、Ｚ＝７ｍｍでの、有効領域内の各Ｙ座標を中心とした受光素子５４の１画素が読み取る範囲、すなわち□４２．３μｍの領域に入射する照明光線が、記録材Ｐに投影したとき、記録材Ｐの搬送方向（Ｚ方向）に対してなす角度φ２、及び該照明光線が記録材Ｐの面法線（Ｘ方向）に対してなす角度θの値を示したグラフである。

なお、本実施形態に係る判別装置６０でも、光源６１ａ、６１ｂは有限のサイズを有すること、導光体６２ａ、６２ｂの構成（例えば、曲面出射面６２ａｃ、６２ｂｃの形状、及び光源６１ａ、６１ｂに対する相対位置等）等により、受光素子５４の１画素が読み取る範囲を照明する光線は広がりを有するため、すなわち入射角は所定の分布幅を有する。
そのため、図８（ａ）及び（ｂ）では、各Ｙ座標を中心とした□４２．３μｍの領域に入射した複数の光線の角度φ２及びθの平均値を示している。

図８（ａ）に示されているように、本実施形態に係る判別装置６０では、有効領域内において、角度φ２は４４．９°乃至４５．３°の値をとり、従って、角度φ２の変動量Δφ２は０．４°となっている。
また、図８（ｂ）に示されているように、本実施形態に係る判別装置５０では、有効領域内において、角度θは７４．９°乃至７５．１°の値をとり、従って、角度θの変動量Δθは０．２°となっている。

この結果を、図３（ａ）及び（ｂ）に示されるシミュレーション結果に照らし合わせる。

まず、記録材Ｐの繊維配向方向が搬送方向と平行である場合、角度φ１と角度φ２とは互いに同一になる。そのため、有効領域における陰影評価値Ｅの変動量ΔＥは、角度φ１が４４．９°乃至４５．３°（平均値４５．１°）における陰影評価値Ｅの変動量と等しくなる。
従って、図３（ａ）及び（ｂ）のθ＝７５°のグラフを参照すると、ΔＥ＝０．１％となる。

すなわち、本実施形態に係る判別装置６０では、有効領域を読み取る受光素子５４の各画素から出力される陰影評価値Ｅの分布を０．１％に抑えることができ、記録材判別の精度の悪化を低減することができる。

次に、記録材Ｐの繊維配向方向が搬送方向に対して垂直である場合、角度φ１と角度φ２との差は９０°となる。そのため、有効領域における陰影評価値Ｅの変動量ΔＥは、角度φ１が４４．７°乃至４５．１°（平均値４４．９°）における陰影評価値Ｅの変動量と等しくなる。
従って、図３（ａ）及び（ｂ）のθ＝７５°のグラフを参照すると、ΔＥ＝０．１％となる。

すなわち、この場合においても、本実施形態に係る判別装置６０では、有効領域を読み取る受光素子５４の各画素から出力される陰影評価値Ｅの分布を０．１％に抑えることができ、記録材判別の精度の悪化を低減することができる。

以上のように、本実施形態に係る判別装置６０においても、ΔＥ＜２％が満たされていることから、受光素子５４の各画素が取得する記録材Ｐの表面平滑性を示す特性値の変動を低減することによって、記録材の種類判別の精度の悪化を低減することができる。

また、上記のように、本実施形態に係る判別装置６０では、有効領域内において、角度θの変動量Δθは０．２°となっている。
従って、図３（ａ）及び（ｂ）におけるφ１＝４５°の位置を参照すると、ΔＥ＝０．０７％となる。

本実施形態に係る判別装置６０が備える導光体６２ａ（６２ｂ）では、被照射面へ入射する照明光線の光路上における光学面として、光源側から被照射面側へ順に、入射面６２ａａ（６２ｂａ）、反射面６２ａｂ（６２ｂｂ）、及び曲面出射面６２ａｃ（６２ａｃ）を備えている。
従って、複数の入射光線を互いに略平行にする面（すなわち、曲面出射面６２ａｃ（６２ａｃ））は、導光体６２ａ（６２ｂ）において被照射面の最も近くに設けられている。
これにより、光源６１ａ（６１ｂ）から離れた位置で複数の入射光線を互いに略平行にすることができ、照明範囲を広くすることができる。
また、これに限らず、導光体６２ａ（６２ｂ）において被照射面側から数えて２番目の光学面を、複数の入射光線を互いに略平行にする面にしても構わない。

なお、防塵シート６３については、複数の入射光線を互いに略平行にする光学面としては機能しないため、上記の議論では考慮していない。

［画像形成装置］
図９は、第一又は第二実施形態に係る判別装置１００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１００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９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ともに、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、第一又は第二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１００として設けられている。
判別装置１００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１００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１００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
５１ 光源
５２ 導光体
５３ 結像素子（光学系）
５４ 受光素子（撮像素子）

Claims (18)

1. 光源からの複数の光線を被照射面に導光する導光体と、
   前記被照射面からの光線を受光する撮像素子と、
   前記被照射面からの光線を前記撮像素子に集光する光学系とを備える判別装置であって、
   前記被照射面に平行な第１の断面に投影されたとき、前記導光体から出射して前記被照射面における第１の有効領域に入射する複数の第１の光線が互いになす角度は７°以下であり、
   前記複数の第１の光線の前記被照射面に対する入射角の平均値は７０°以上であることを特徴とする判別装置。
2. 前記撮像素子の出力に基づいて、前記被照射面に配置された物体を判別する判別部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の判別装置。
3. 前記第１の断面に投影されたとき、前記導光体から出射して前記被照射面における第２の有効領域に入射する複数の第２の光線が互いになす角度は、７°以下である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. 前記第１の断面に投影されたとき、前記複数の第１の光線の前記被照射面に対する入射角の平均値と前記複数の第２の光線の前記被照射面に対する入射角の平均値との差は、８０°以上１１０°以下であることを特徴とする請求項３に記載の判別装置。
5. 前記撮像素子は、前記被照射面に平行な第１の方向に配列された複数の光電変換素子を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の判別装置。
6. 前記第１の断面に投影されたとき、前記複数の第１の光線の夫々の前記被照射面に対する入射方向と前記第１の方向とが互いになす角度の平均値は、３５°以上５５°以下であることを特徴とする請求項５に記載の判別装置。
7. 前記第１の断面に投影されたとき、前記複数の第２の光線の夫々の前記被照射面に対する入射方向と前記第１の方向とが互いになす角度の平均値は、１２５°以上１４５°以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の判別装置。
8. 前記複数の第１の光線及び前記複数の第２の光線は、共通の光源から出射することを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の判別装置。
9. 前記導光体は、凹形状の反射面を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の判別装置。
10. 前記反射面は、光線を全反射させることを特徴とする請求項９に記載の判別装置。
11. 前記反射面は、前記導光体における前記被照射面に最も近い光学面よりも前記光源の側に配置されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の判別装置。
12. 前記導光体における前記被照射面に最も近い光学面は、平面であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の判別装置。
13. 前記反射面は、前記導光体における前記被照射面に最も近い光学面であることを特徴とする請求項９または１０に記載の判別装置。
14. 前記導光体は、光線を規制する光学面を含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の判別装置。
15. 前記複数の第１の光線の夫々の前記被照射面に対する入射方向と前記被照射面の法線とのなす角度の差は、６°以下であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の判別装置。
16. 請求項１乃至１５のいず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。
17. 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１６に記載の画像形成装置。
18. 前記被転写材の前記トナー像が転写される表面は、前記第１の有効領域を含み、
    前記第１の断面に投影されたとき、前記複数の第１の光線の夫々の前記被照射面に対する入射方向と前記被転写材の搬送方向とが互いになす角度の平均値は、３５°以上５５°以下であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の画像形成装置。

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