专利名称：光学传感器和图像形成设备的制作方法
技术领域：
本披露的一个方面涉及光学传感器和图像形成设备。具体而言，本披露的该一个方面涉及包括半导体激光器的光学传感器和包括所述光学传感器的图像形成设备。
背景技术：
诸如数字复印机或激光打印机之类的图像形成设备将墨粉图像转印到诸如打印纸之类的记录介质的表面上。随后，图像形成设备通过在预定条件下加热和按压墨粉图像来定影墨粉图像。墨粉图像的定影属性在很大程度上受记录介质的材料、厚度、湿度、光滑度和涂层状态的影响。例如，对于光滑度较低且其表面显著不平整的记录介质而言，在凹入部分处的定影率较低，并且可能会出现颜色上的不均勻。因此，为了实现高质量的图像形成，可能需要取决于记录介质的类型来单独设置定影条件。此外，根据图像形成设备的发展和表示方法的多样化，仅对于打印纸而言就存在多于几百种的记录介质。此外，对于每种打印纸，取决于基本重量或厚度上的差异还存在各种名称。主要使用的打印纸的类型包括常规纸；诸如光泽涂层纸、无光泽涂层纸和美术纸之类的涂层纸；塑料纸张；以及，表面被凸起的专用纸。上述纸的名称还在增加。在现在的图像形成设备中，可能需要用户在打印时设置定影条件。因此，可能需要用户具有识别纸的类型的知识。此外，还存在用户可能每次需要输入与纸的类型相对应的设置内容的烦扰。当输入了错误的设置内容时，不会获得优化的图像。顺便提及，专利文献1 (日本公布的未审公开No. 2002-340518)公开了一种表面属性识别装置，该表面属性识别装置包括传感器，该传感器通过在接触记录材料的表面的同时扫描记录材料的表面，来识别记录材料的表面属性。专利文献2 (日本公布的未审公开No. 2003-292170)公开了一种打印装置，该打印装置基于压力值来确定打印纸的类型，该压力值是当压力传感器接触打印纸时利用压力传感器检测到的。专利文献3 (日本公开的未审公开No. 2005-156380)公开了一种记录材料确定装置，该记录材料确定装置使用反射光和透射光来确定记录材料的类型。专利文献4 (日本公开的未审公开No. HEI10-160687)公开了一种纸张材料确定装置，该纸张材料确定装置基于在纸张材料的表面上反射的光的量和透射过纸张材料的光的量来确定在传送过程中的纸张的材料。专利文献5 (日本公开的未审公开No. 2006-062842)公开了一种图像形成设备，该图像形成设备包括确定�？椋萌范？榛诶醋苑瓷湫凸庋Т衅鞯募觳馐涑觯范锹疾牧鲜欠癖淮娲⒃诶∷偷ピ幸约袄∷偷ピ欠翊嬖凇Ｗɡ南�6 (日本公开的未审公开No. HEI11-249353)公开了一种图像形成设备， 该图像形成设备通过将光照射到记录介质上并检测反射光的两个偏振分量的相应量来确定记录介质的表面属性。然而，在专利文献3中公开的记录材料确定装置仅能够确定打印纸的表面的光滑度。记录材料确定装置并不区分打印纸的名称，不同名称的具有相同光滑度的记录纸具有不同的厚度。此外，取决于在记录材料确定装置中使用的成像装置，在读取的图像上出现�：⑽椿竦酶咧柿康耐枷瘛Ｒ虼四延谧既返厥侗鸺锹疾牧�。为了减少�：嵝枰咝阅艿淖爸茫浠岬贾赂叱杀镜娜毕�。此外，即使获得了高质量的图像，也还存在另一项缺陷，即需要高性能的图像分析装置来根据高质量的图像来识别记录材料。此外，利用在专利文献4中公开的纸张材料确定装置和在专利文献5和专利文献6 中公开的图像形成设备，仅能够识别(确定)无涂层纸/涂层纸/OHP纸张之间的差异。在专利文献4中公开的纸张材料确定装置和在专利文献5和专利文献6中公开的图像形成设备并不区分名称。可能需要区分名称来形成高质量的图像。
发明内容
在一个方面中，提供了一种光学传感器，其包括照射系统，其包括具有多个发光部件的半导体激光器；和至少一个光检测器，其检测光的量，所述光是从所述照射系统发射的并在类似纸张的对象上反射。在另一个方面中，提供了一种在记录介质上形成图像的图像形成设备。所述图像形成设备包括光学传感器。所述光学传感器包括照射系统，其包括具有多个发光部件的半导体激光器；和至少一个光检测器，其检测光的量，所述光是从所述照射系统发射的并在所述记录介质上反射。当结合附图阅读时，从以下的描述中本发明实施例的其他目的、特征和优势将变得更加明显。
图1是说明根据本发明实施例的彩色打印机的示意性配置的图示；图2A是说明图1中的光学传感器的配置的图示；图2B是说明图1中的光学传感器的另一配置的图示；图3是说明表面发射激光器阵列的图示；图4是说明进入的光的入射角的图示；图5是说明排布两个光接收器的位置的图示；图6A是说明表面镜反射光的图示；图6B是说明表面漫反射光的图示；图6C是说明内部漫反射光的图示；图7是说明利用各个光学接收器接收光的图示；图8是说明记录纸张的名称和Sl和S2对之间的关系的图示；图9是说明多个发光部件对斑纹图样(speckle pattern)的对比度的影响的图示；图10是说明在发光部件的数量变化的情况下和在来自每个发光部件的光量变化的情况下的斑纹图样的对比度和总光量之间的关系的图示；图11是说明当光源的驱动电流变化时的斑纹图样的光强度分布的图示；
图12是说明当光源的驱动电流快速变化时的斑纹图样的有效光强度分布的图示；图13是说明光学传感器的修改示例的图示；图14是说明其中发光部件并不均勻地分隔开的表面发射激光器阵列的图示；图15是说明当发光部件均勻地分隔开时的斑纹图样的光强度分布的图示；图16是说明当发光部件并不均勻地分隔开时的斑纹图样的光强度分布的图示；图17是说明光学传感器的第一修改示例的第一图示；图18是说明光学传感器的第一修改示例的第二图示；图19是说明光学传感器的第二修改示例的第一图示；图20是说明光学传感器的第二修改示例的第二图示；图21是说明光学传感器的第三修改示例的第一图示；图22是说明光学传感器的第三修改示例的第二图示；图23是说明在S4/S1、S3/S2、以及记录纸张名称之间的关系的图示；图24A和图24B是说明环境光的影响的图示；图25是说明光学传感器的第四修改示例的图示；图沈是说明光学传感器的第五修改示例的图示；图27是说明厚度和Sl之间的关系的图示；图28是说明密度和Sl之间的关系的图示；图29A-29C是相应说明由记录纸张的表面和要被测量的表面之间的位移导致的检测到的光量的变化的图示。
具体实施例方式在下文中，将基于图1-12来解释本发明的实施例。图1示出了根据本发明实施例的作为图像形成设备的彩色打印机2000的示意性配置。彩色打印机2000是通过叠置四种颜色(即，黑色、青绿色、品红色和黄色)而形成全彩图像的串行多彩打印机。彩色打印机2000包括光学扫描装置2010、四个感光鼓 (2030a、2030b、2030c和 2030d)、四个清洁单元 Q031a、2031b、2031c 和 2031d)、四个充电装置(2032a,2032b,2032c 和 2032d)、四个显影辊(2033a,2033b,2033c 和 2033d)、四个墨粉盒(20;34a、20;Mb、203^和20!Md)、转印带2040、转印辊2042、定影装置2050、进纸辊2(^4、 定位辊对2056、出纸辊2058、进纸盘2060、出纸盘2070、通信控制装置2080、光学传感器 2245和集中控制上述单元的打印机控制装置2090。通信控制装置2080控制通过网络与高层装置(例如个人计算机)之间的双向通
fn °打印机控制装置2090包括CPU、存储利用代码写入的要利用CPU读取的程序和当执行程序时使用的各种数据的ROM、作为工作存储器的RAM、以及将模拟数据转换为数字数据的AD转换器电路。打印机控制装置2090响应于来自高层装置的请求控制各个单元，并且打印机控制装置2090将图像信息从高层装置发送到光学扫描装置2010。感光鼓2030a、充电装置2032a、显影辊2033a、墨粉盒203 和清洁单元2031a作为一个集合使用，并且它们构成了形成黑色图像的图像形成站(为了方便，在下文中将该图像形成站称为“K-站”)。感光鼓2030b、充电装置2032b、显影辊2033b、墨粉盒2034b和清洁单元2031b作为一个集合使用，并且它们构成了形成青绿色图像的图像形成站(为了方便，在下文中将该图像形成站称为“C-站”)。感光鼓2030c、充电装置2032c、显影辊2033c、墨粉盒203 和清洁单元2031c作为一个集合使用，并且它们构成了形成品红色图像的图像形成站(为了方便，在下文中将该图像形成站称为“M-站”)。感光鼓2030d、充电装置2032d、显影辊2033d、墨粉盒2034d和清洁单元2031d作为一个集合使用，并且它们构成了形成黄色图像的图像形成站(为了方便，在下文中将该图像形成站称为“Y-站”)。在每个感光鼓的表面形成感光层。即，感光鼓的表面是要被扫描的表面。这里，假定各个感光鼓通过在图中未示出的旋转机构来按箭头方向在图1的表面内旋转。充电装置使对应的感光鼓的表面被均勻地充电。光学扫描装置2010基于来自高层装置的多彩图像信息(黑色图像信息、青绿色图像信息、品红色图像信息和黄色图像信息)，在对应充电的感光鼓的表面上照射按颜色调制的光通量。这使得电荷从感光鼓的各个表面上的被光通量照射到的部分消失。按照这种方式，在感光鼓的表面的每一个上形成与图像信息对应的潜像。在这里形成的潜像根据感光鼓的旋转朝向对应显影辊的方向移动。顺便提及，在每个感光鼓中，写入图像信息的区域被称作为“有效扫描区域”、“图像形成区域”或“有效图像区域”。在墨粉盒2034a中存储黑色墨粉，并将黑色墨粉供应到显影辊2033a。在墨粉盒 2034b中存储青绿色墨粉，并将青绿色墨粉供应到显影辊2033b。在品红色墨粉盒203 中存储品红色墨粉，并将品红色墨粉供应到显影辊2033c。在墨粉盒2034d中存储黄色墨粉， 并将黄色墨粉供应到显影辊2033d。根据显影辊的旋转，在对应显影辊的表面上稀薄地且均勻地施加来自墨粉盒的墨粉。当每个显影辊的表面上的墨粉接触对应感光鼓的表面时，墨粉仅移动到对应感光鼓的表面上的部分。随后，墨粉附着到所述部分上。即，每个显影辊使得墨粉附着到在对应感光鼓的表面上形成的潜像上。按照这种方式，曝光潜像。这里，根据对应感光鼓的旋转按转印带的方向移动附着了墨粉的图像(墨粉图像)。在预定时机将黄色墨粉图像、品红色墨粉图像、青绿色墨粉图像和黑色墨粉图像顺序地转印到转印带2040。通过叠置墨粉图像来形成彩色图像。进纸盘2060存储记录纸张。进纸辊20M被置于进纸盘2060的附近。进纸辊20M 从进纸盘2060逐张地取出记录纸张，并且进纸辊20M将记录纸张传送到定位辊对2056。 定位辊对2056在预定时机将记录纸张发送到转印带2040和转印辊2042之间的夹持部分。 按照这种方式，将转印带2040上的彩色图像转印到记录纸张上。转印有彩色图像的记录纸张被发送到定影装置2050。在定影装置2050处，将热和压力施加到记录纸张上。从而，在记录纸张上定影墨粉。定影有墨粉的记录纸张被通过出纸辊2058发送到出纸盘2070。随后将记录纸张顺序地堆叠在出纸盘2070上。
清洁单元移除对应的感光鼓的表面上剩余的墨粉(残留墨粉)。被移除了残留墨粉的感光鼓的表面返回到所述表面再次面对对应的充电装置的位置。例如将光学传感器2245置于传送路径的附近。这里，通过传送路径，在接收墨粉图像之前对从进纸盘2060取出的记录纸张进行传送。如图2A中所示，例如，光学传感器2245包括光源11、对准透镜12、两个光学接收器(13、15)、偏振滤光器14和存储上述部件的黑盒16。黑盒16是由金属制成的盒体构件。例如，黑盒16是由铝制成的盒体构件。为了减少环境光和杂散光的影响，对黑盒16的内表面进行黑色耐酸铝处理(black alumite treatment)0这里，在XYZ三维正交坐标系统中，假定垂直于记录纸张的表面的方向是Z轴方向，而与记录纸张的表面平行的表面是XY平面。此外，假定将光学传感器2245置于记录纸张的正Z侧。光源11包括多个发光部件。发光部件是在同一基底上形成的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser :VCSEL)。即，光源 11 包括表面发射激光器阵列(VCSEL阵列)。这里，例如，如图3中所示，以二维排布了 9个发光部件(chl-ch9)。排布光源11，从而通过S-偏振光来照射记录纸张。此外，来自光源11的光通量在记录纸张上的入射角θ (参见图4)为60度。此外，在图4中，为清楚起见，在图中并未示出漂盒16 ο将对准透镜12置于从光源11发射的光通量的光路径上。对准透镜12使光通量为基本上平行的光。这里，从对准透镜12发射的光通量的宽度为4mm。已经通过对准透镜 12的光通量通过在黑盒16中排布的开口，并照射记录纸张。在下文中，将记录纸张的表面上的照射区域的中心简称为“照射中心”。顺便提及，当光束进入介质的边界表面时，包括进入光束和在进入点处的边界表面的法线的表面被称作为“入射平面”。因此，当进入光束包括多个光束时，存在针对各光束的入射平面。然而，这里出于简化的目的，将进入照射中心的光束的入射平面称作为记录纸张的入射平面。即，包括照射中心并与TL平面平行的平面是记录纸张的入射平面。在照射中心的正Z侧处放置偏振过滤器14。偏振过滤器14是这样的偏振过滤器， 其允许P-偏振光通过，并阻挡S-偏振光。此外，还可以使用具有相等功能的偏振分束器来取代偏振过滤器14。在偏振过滤器14的正Z侧处放置光学接收器13。这里，如图5中所示，在线Ll和记录纸张的表面之间的角度Φ1为90度。这里，线Ll连接照射中心、偏振过滤器14和光学接收器13。相对于X轴方向在照射中心的正X侧处放置光学接收器15。在线L2和记录纸张的表面之间的角度Φ2为150度。这里，线L2连接照射中心和光学接收器15的中心。S卩，光源11的中心、偏振过滤器14的中心和光学接收器13和15的中心存在于记录纸张的入射平面内。顺便提及，当照射记录纸张时，可以考虑将来自记录纸张的反射光束分解为在记录纸张的表面上反射的反射光束和在记录纸张内反射的反射光束。此外，可以考虑将在记录纸张的表面上反射的反射光束分解为规则反射(镜反射)的反射光束和漫反射的反射光束。在下文中，将在记录纸张的表面上规则反射的反射光束称为“表面镜反射光束”，而将漫反射的反射光束称为“表面漫反射光束”(参见图6A和图6B)。记录纸张的表面包括平面部分和倾斜部分。通过平面部分和倾斜部分之间的比率来确定记录纸张的表面的光滑度。在平面部分反射的光束变为表面镜反射光束，而在倾斜部分反射的光束变为表面漫反射光束。表面漫反射光束是完全漫反射的反射光束。因此， 可以将表面漫反射光束的反射方向视为是各向同性的。此外，表面镜反射光束的量随着光滑度的变高而增加。另一方面，当记录纸张是一般的打印纸时，通过记录纸张内部的纤维来增加和分散反射光束。因此，在记录纸张内部反射的反射光束仅包括漫反射光束。在下文中，为了简化的目的，还将来自记录纸张内部的反射光束称为“内部漫反射光束”(参见图6C)。对于表面漫反射光束，内部漫反射光束是完全漫反射的。因此，可以将内部漫反射光束的反射方向视为是各向同性的。表面镜反射光束和表面镜反射光束的偏振方向相同于进入光束的偏振方向。顺便提及，为了偏振方向在记录纸张的表面上旋转，需要在表面上反射进入光束，该表面在相对于进入光束的光轴的旋转方向上倾斜。这里，由于在同一平面内放置光源、照射中心和光学接收器，因此在光学接收器的方向上并不反射偏振方向旋转的反射光束。另一方面，内部漫反射光束的偏振方向从进入光束的偏振方向旋转。考虑当内部漫反射光束发射到纤维中、并被增加和漫反射时，内部漫反射光束光学地旋转。因此偏振方向旋转。表面漫反射光束和内部漫反射光束进入偏振过滤器14。由于表面漫反射光束的偏振方向是与进入光束的偏振方向类似的S-偏振光，因此由偏振过滤器14阻挡表面漫反射光束。另一方面，由于从进入光束的偏振方向旋转内部漫反射光束的偏振方向，因此在内部漫反射光束中包括的P-偏振光分量发射通过偏振过滤器14。即，通过光学接收器13来接收在内部漫反射光束中包括的P-偏振光分量(参见图7)。发明人已经确认，在内部漫反射光束中包括的P-偏振光分量的量紧密相关于记录纸张的厚度和密度。这是因为当内部漫反射光束发射到记录纸张内的纤维中时，P-偏振光分量的量取决于内部漫反射光束的路径长度。表面镜反射光束和极小一部分表面漫反射光束和内部漫反射光束进入光学接收器15。即，主要是表面镜反射光束进入光学接收器15。光学接收器13和光学接收器15分别将与由光学接收器13和光学接收器15接收到的所接收的光量对应的电信号输出到打印机控制装置2090。在下文中，当来自光源的光通量照射记录纸张时，将来自光学接收器13的输出信号的信号电平称为“Si”，而将来自光学接收器15的输出信号的信号电平称为“S2”。这里，对于彩色打印机200能够处理的记录纸张的多个名称，在出厂前处理(例如调整处理)中事先针对记录纸张的各名称测量Sl和S2的值。将测量结果存储在打印机控制装置2090的ROM中作为“记录纸张确定表”。图8示出了在国内出售的记录纸张的30个名称的Sl和S2的测量值。这里，在图8的框架中示出了相同名称的变化的范围。例如，当 Sl和S2的测量值为“ ”时，确定记录纸张的名称为名称D。此外，当Sl和S2的测量值为 “·”时，确定记录纸张的名称为名称C，其是最接近的名称。此外，当Sl和S2的测量值为“ ”时，考虑记录纸张的名称为名称A或名称B。在这种情况下，例如，计算名称A的平均值和测量值之间的差值、以及名称B的平均值和测量值之间的差值。然后确定记录纸张的名称是名称A和名称B中的、所计算的差值为两差值中更小的那一个。传统上，已经根据镜反射光的量检测了记录纸张的表面的光泽。随后，根据镜反射光的量和漫反射光的量之间的比率已经确定了记录纸张的光滑度。按照这种方式，已经尝试识别记录纸张。与之形成对比的是，在本实施例中，根据反射光不仅检测了记录纸张的光泽和光滑度，而且还检测了包括厚度和密度信息，厚度和密度是记录纸张的其他特性。按照这种方式，可以扩展能够被识别的记录纸张的类型(名称)。例如，过去难于仅利用在传统识别方法中已经使用的记录纸张的表面的信息来区分一般纸张和无光泽涂层纸。在本实施例中，将记录纸张内部的信息增加到记录纸张的表面的信息。基于此，可以区分一般纸张和无光泽涂层纸。此外，可以区分一般纸张的多个名称，并可以区分无光泽涂层纸的多个名称。此外，使用该方法已经对大约50种打印纸进行了识别验证。已经确认，已经将识别水平从识别非涂层纸/涂层纸/OHP值的水平提高到能够识别打印纸名称的另一水平。此外，对于彩色打印机2000能够处理的记录纸张的多个名称，在出厂前处理(例如调整处理)时针对记录纸张的各名称确定了最优定影条件。将确定结果存储在打印机控制装置2090的ROM中作为“定影表”。当打印机控制装置2090的CPU从用户接收到打印请求时，打印机控制装置2090 的CPU使光学传感器2245的多个发光部件同时发光，并且打印机控制装置2090的CPU分别根据从光学接收器13和光学接收器15输出的输出信号，计算Sl和S2的值。随后，CPU参照记录纸张确定表，并基于所获得的Sl和S2的值识别记录纸张的名称。随后，CPU参照定影表，并获得所识别出的记录纸张的名称的最优定影条件。随后 CPU根据最优定影条件来控制定影装置。基于此，可以在记录纸张上形成高质量的图像。这里，解释控制斑纹图样的方法。当将半导体激光器用作基于反射光的量检测记录纸张的表面状况的传感器的光源时，在诸如记录纸张的表面之类的粗糙表面上的每个点处漫反射从半导体激光器发射的相干光束，并且所反射的光束相互干涉。按照这种方式，生成了斑纹图样。发明人已经使用二维排布了多个发光部件的垂直腔面发射激光器(VCSEL阵列) 作为光源，获得了发光部件的数量和斑纹图样的对比度之间的关系(参见图9)。这里，将斑纹图样的对比度定义为作为所观测到的斑纹图样的强度的最大值和最小值之间的归一化的差值的值。相对于Y-轴方向(漫射方向)使用光束分析器来观测斑纹图样。随后，根据使用光束分析器获得的观测结果计算斑纹图样的对比度。使用具有相互不同光滑度的三种常规纸(常规纸A、常规纸B和常规纸C)和釉纸作为示例。常规纸张A是Oken-型光滑度为33秒(second)的常规纸。常规纸B是Oken-型光滑度为50秒的常规纸。常规纸C是 Oken-型光滑度为100秒的常规纸。根据图9应当理解的是，随着发光部件的数量增加，斑纹图样的对比度趋于减小。 此外，应当理解的是，该趋势并不取决于纸张的类型。
此外，发明人进行了实验，确认了斑纹图样的对比度的减小的效果并不取决于总光量的增加，而该效果取决于发光部件的数量的增加(参见图10)。图10示出了在来自每个发光部件的光量保持恒定(1. 66mff)但发光部件的数量变化的情况下、以及在发光部件的数量固定为30但来自每个发光部件的光量变化的情况下对比度相对于总光量的变化。当发光部件的数量固定且来自每个发光部件的光量变化时，对比度恒定，而与光量无关。另一方面，当发光部件的数量变化时，对比度在光量较小时，即当发光部件的数量较小时较大，并且对比度随着发光部件的数量的增加而减小。从上文中可以确认，斑纹图样的对比度的减小效果并不取决于光量的增加，但该减小效果取决于发光元件数量的增加。此外，发明人已经检验了是否可以通过相对于时间改变从光源发射的光的波长来抑制斑纹图样。在表面发射激光器(VCSEL)中，可以利用驱动电流来控制发射的光的波长。这是因为，当驱动电流改变时，通过表面发射激光器内部的热量来改变折射率，并且谐振器的有效长度改变。图11示出了当由于改变光源11的驱动电流，发光量从1. 4mW变化到1. 6mW时，通过使用光束分析器观测斑纹图样获得的光强度分布。从图11中可以确认的是，随着驱动电流的改变，从光源11发射的光的波长变化，并且光强度分布变化。图12示出了当驱动电流快速变化时的有效光强度分布。该光强度分布相当于如图11中所示的多个驱动电流的光强度分布的平均值。当驱动电流按照这种方式变化时，斑纹图样的对比度为0. 72，并且当驱动电流保持恒定时，该对比度从斑纹图样的对比度(即 0. 96)减小。因此，通过将表面发射激光器的驱动电流设置为电流值相对于时间变化的驱动电流(例如具有三角波形的驱动电流)，可以减小对比度。在本实施例中，光学传感器2245的光源11包括二维排布了 9个发光部件的表面发射激光器阵列，并且打印机控制装置2090的CPU向表面发射激光器阵列供应具有三角波形的驱动电流。这抑制了斑纹图像，并可以准确地检测反射光的量。此外，可以提高记录纸张的识别精度。即，发现了当发射的光的波长相对于时间而变化时，抑制了斑纹图样。此外，当使用表面发射激光器阵列时，容易将照射的光束调整为平行光束。因此， 可以减小光学传感器的尺寸和成本。顺便提及，已经确认，与照射到记录纸张上的光量(照射的光量)相比，在内部漫反射光中包括的P-偏振光分量的量非常小。例如，当入射角θ为80度时，内部漫反射光的量为照射的光量的大约0. 05%。在内部漫反射光中包括的P-偏振光的分量的量小于或等于内部漫反射光的量的一半。因此，从精准的观点来看，优选在诸如以高功率从光源照射光、准确地接收反射光、以及最大化检测量之类的条件下，执行对在内部漫反射光中包括的P-偏振光分量的检测。为了准确地检测在内部漫反射光中包括的P-偏振光分量，可以执行以下处理。(1)至少在包括表面镜反射光的方向上，不执行在内部漫反射光中包括的P-偏振光分量的检测。
实际上，难于完全使照射的光仅包括S-偏振光。因此，在表面上反射的光包括 P-偏振光分量。因此，在包括表面镜反射光的方向上，在照射的光中原始包括的并在表面上反射的P-偏振光分量大于在内部漫反射光中包括的P-偏振光分量。因此，如果将偏振过滤器14和光学接收器13放置在包括表面镜反射光的方向上，并不能准确地检测到反射光的量，所述反射光包括与记录纸张的内部相关的信息。可以使用具有高消光比的偏振过滤器，使得照射的光仅包括S-偏振光。然而，这会导致高成本。(2)在记录纸张的照射中心处在法线方向上执行在内部漫反射光中包括的P-偏振光分量的检测。这是因为，反射光的量在照射中心的法线方向上最大。由于可以将内部漫反射光视为完全的漫反射光，因此可以利用朗伯(Lambertian)分布来大致估计相对于检测方向的反射光的量。因此，反射光的量在照射中心处在法线方向上最大。当将偏振过滤器14和光学接收器13置于照射中心处的法线方向上时，S/N高，并且精度最高。在本实施例中的识别记录纸张的方法中，最新引入了基于内部光学旋转的光的量的纸类型识别方法，所述内部光学旋转的光包括与纸的内部相关的信息。之前并未分离地检测到内部光学旋转的光。通过在适当位置(其从在漫射光的偏振分量中包括的记录纸张的信息的视角来看是适当的)处检测偏振方向，除了获得与纸表面的光泽(光滑)相关的信息之外，还可以获得与厚度和密度相关的信息。因此，可以提高名称识别水平，并可以实现更精良的识别。然而，对于在专利文献1中公开的表面属性识别装置和在专利文献2中公开的打印装置，记录材料的表面可能会毁坏，并且表面特性自身也可能会改变。顺便提及，优选使用半导体激光器作为根据反射的光量检测打印纸的表面状况的传感器中的光源，从而提高S/N。在这种情况下，当在诸如打印纸表面之类的粗糙表面上照射光通量时生成斑纹图样。斑纹图样取决于光通量照射的部分而变化。这是在光学接收器处的检测到的光的变化的原因，并导致识别精度的下降。因此，一般而言，将LED用作光源。如上所解释的，根据实施例的光学传感器2245包括光源11、对准透镜12、两个光学接收器(13、15)、偏振滤光器14、以及存储上述部件的黑盒16。光学接收器13被配置为接收在内部漫反射光中包括的P-偏振分量。光学接收器 15被配置为主要接收表面镜反射光。在这种情况下，可以基于来自光学接收器13的输出信号和来自光学接收器15的输出信号来识别记录纸张的名称。由于光源包括多个发光部件，因此在内部漫反射光中包括的P-偏振光分量的量增大。此外，与当光源仅包括一个发光部件的情况相比，斑纹图样的对比度减小。因此，提高了识别精度。因此，可以识别记录纸张的名称而不会导致较高的成本和尺寸上的增加。此外，由于将电流值相对于时间变化的电流用作表面发射激光器的驱动电流，因此可以额外减小斑纹图样的对比度。此外，由于将表面发射激光器阵列用作光源，因此并不需要用于对照射的光进行线性偏振的偏振过滤器。可以容易地将照射的光设置为对准光。而且，由于表面发射激光器阵列的尺寸减�。虼丝梢允迪志哂卸喔龇⒐獠考墓庠�。从而，可以规划尺寸减小和成本减小的光学传感器。此外，根据实施例的彩色打印机2000包括光学传感器2245。因此，可以形成高质量的图像而不会导致较高的成本和尺寸上的增加。在上述实施例中，解释了当在记录纸张上照射的光是S-偏振光时的情况。然而， 实施例并不限于该情况，且在记录纸张上照射的光可以是P-偏振光。但在这种情况下，使用透射S-偏振光的偏振过滤器来取代上述的偏振过滤器14。此外，在上述的实施例中，当光学传感器2245识别纸张的水平足够为识别无涂层纸/涂层纸/OHP纸张的水平时，并不需要上述的偏振过滤器14，如图13中所示。打印机控制装置2090的CPU基于Sl和S2之间的比率，识别记录纸张是否是无涂层纸/涂层纸/ OHP纸张中的任何一种。在这种情况下，当使用表面发射激光器阵列时，更大量的光可以照射到记录纸张上。因此，提高了反射光量的S/N，并且提高了识别精度。此外，通过使多个发光部件同时发光，能够减小斑纹图样的对比度。因此，能够更准确地检测反射光量，并提高识别精度。此外，当使用表面发射激光器阵列时，可以实现高密度的集成，这对于LED而言却是困难的。因此，可以将所有的激光器光束聚焦在对准透镜的光轴附近。此外，通过将激光器光束的入射角设置为恒定角，可以将多个光通量设置为是平行的。因此，能够容易地实现对准光学系统。此外，在上述的实施例中，表面发射激光器阵列中的多个发光部件可以使得，至少对于部分发光部件而言，在相邻发光部件之间的距离不同于在该部分发光部件中不包括的相邻发光部件之间的距离(参见图14)。在这种情况下，干扰了斑纹图样的规则性，并额外减小了斑纹图样的对比度。即，优选相邻发光部件之间的距离彼此不同。图15示出了当在包括表面发射激光器阵列(其中每行排布5个发光部件)的光源中将相邻发光部件之间的所有距离设置为相等时，通过利用光束分析器观察斑纹图样获得的光强度分布。在这种情况下，观察到与发光部件的排布的规则性相对应的光强度的周期性对准，并且对比度为0. 64。图16示出了当在包括表面发射激光器阵列(其中每行排布5个发光部件)的光源中将相邻发光部件之间的距离的比率设置为不规则(即1.0 1.9 1.3 0.7)时，通过利用光束分析器观测斑纹图样时获得光密度分布。在这种情况下，抑制了光强度的周期性波动，并且对比度为0. 56。与当发光部件之间的距离均相等的情况相比，减小了对比度。通过将多个发光部件排布为使得相邻发光部件之间的距离并不相等，可以进一步抑制斑纹图样。顺便提及，如果存在由于环境光或杂散光的影响而错误地确定纸张类型的情况， 可以扩展光学检测系统。例如，如图17中所示，可以额外地包括光学接收器17。在检测到表面漫反射光和内部漫反射光的位置处排布光学接收器17。在这种情况下，实质上在同一平面上放置光源11的中心、照射中心、偏振过滤器 14的中心、光学接收器13的中心、光学接收器15的中心和光学接收器17的中心。线L3和记录纸张表面之间的角度Φ3为120度(参见图18)。这里，线L3连接照射中心和光学接收器17的中心。在下文中，解释通过打印机控制装置2090来在这种情况下执行的纸张类型确定处理。以下，将当来自光源11的光通量照射到记录纸张上时，来自光学接收器17的输出信号的信号电平称为“S3”。(1)使光学传感器2245的多个发光部件同时发光。(2)从来自各个光学接收器的输出信号获得Si、S2、S3的值。(3)计算 S3/S2 的值。(4)参照记录纸张确定表，并且根据所获得的Sl和S3/S2的值，识别记录纸张的名称。(5)将记录纸张的识别出的名称存储在RAM中，并且结束纸张类型确定过程。这里，对于彩色打印机2000能够处理的记录纸张的多个名称，在出厂前处理(例如调整处理)中事先针对记录纸张的相应名称测量Sl和S3/S2的值。将测量结果存储在打印机控制装置2090的ROM中作为“记录纸张确定表”。此外，例如如图19中所示，还可以包括偏振过滤器18和光学接收器19。将偏振过滤器18置于表面漫反射光和内部漫反射光的光学路径上。偏振过滤器 18透射P-偏振光但阻挡S-偏振光。将光学传感器19放置在已经透射通过偏振过滤器18 的光通量的光学路径上。在该位置，光学接收器19接收在内部漫反射光中包括的P-偏振光分量。在这种情况下，实质上在同一平面上放置光源11的中心、照射中心、偏振过滤器 14的中心、光学接收器13的中心、光学接收器15的中心、偏振过滤器18的中心和光学接收器19的中心。线L4和记录纸张表面之间的角度Φ4为150度(参见图20)。这里，线L4 连接照射中心、偏振过滤器18的中心和光学接收器19。在下文中，解释通过打印机控制装置2090来在这种情况下执行的纸张类型确定处理。以下，将当来自光源11的光通量照射到记录纸张上时，来自光学接收器19的输出信号的信号电平称为“S4”。(1)使光学传感器2245的多个发光部件同时发光。(2)从来自各个光学接收器的输出信号获得Si、S2和S4的值。(3)计算 S4/S1 的值。(4)参照记录纸张确定表，并且根据所获得的S4/S1和S2的值，识别记录纸张的名称。(5)将记录纸张的识别出的名称存储在RAM中，并且结束纸张类型确定过程。这里，对于彩色打印机2000能够处理的记录纸张的多个名称，在出厂前处理(例如调整处理)中事先针对记录纸张的相应名称测量S4/S1和S2的值。将测量结果存储在打印机控制装置2090的ROM中作为“记录纸张确定表”。此外，例如如图21和22中所示，还可以包括上述光学接收器17、上述偏振过滤器 18和上述光学接收器19。即，还可以包括包括光学接收器19的第三光学检测系统、以及包括偏振过滤器18和光学接收器19的第四光学检测系统。在下文中，解释通过打印机控制装置2090来在这种情况下执行的纸张类型确定处理。(1)使光学传感器2245的多个发光部件同时发光。(2)从来自各个光学接收器的输出信号获得Si、S2、S3和S4的值。
(3)计算 S4/S1 和 S3/S2 的值。(4)参照记录纸张确定表，并且根据所获得的S4/S1和S3/S2的值，识别记录纸张的名称(参见图23)。(5)将记录纸张的识别出的名称存储在RAM中，并且结束纸张类型确定过程。这里，对于彩色打印机2000能够处置的记录纸张的多个名称，在出厂前处理(例如调整处理)中事先针对记录纸张的相应名称测量S4/S1和S3/S2的值。将测量结果存储在打印机控制装置2090的ROM中作为“记录纸张确定表”。按照这种方式，通过提供检测在相互不同方向上反射的各个漫射光束的多个光学接收系统、并使用计算出的值(例如，在各个光学系统处检测到的值的比率)来确定记录纸张，即使在存在环境光和杂散光的情况下，也能够实现准确的确定。此外，在这种情况下，打印机控制装置2090可以使用Sl和S2粗略地缩小记录纸张类型的范围，并且随后打印机控制装置2090可以使用S4/S1和S3/S2来确定记录纸张的纸张名称。这里，使用Sl和S4将S4/S1用作计算方法，但计算方法并不限于使用S4/S1。类似地，使用S2和S3的计算方法并不限于使用S3/S2。图24A和24B分别示出了在仅使用Sl和S2来确定纸类型的情况下和在使用S4/ Sl和S3/S2来确定纸类型的情况下的环境光的影响的检查结果。如图24A和图MB中所示，当存在环境光时，在各个光学接收系统处的检测值更大。因此，对于仅使用Sl和S2来确定纸类型的情况，可能会错误地确定纸类型。另一方面，当存在环境光时并且当使用S4/ Sl和S3/S2来确定纸类型时，与不存在环境光的情况相比，S4/S1和S3/S2并不改变。因此，能够正确地确定纸类型。在这种情况下，上述第三光学检测系统可以包括多个光学接收器。此外，上述第四光学检测系统可以包括多个偏振过滤器和光学接收器。例如，当上述第三光学检测系统包括两个光学接收器且上述第四光学检测系统包括两组偏振过滤器和光学接收器时，并且当来自第三光学检测系统的各个光学接收器的输出电平为“S3”和“S5”且来自第四光学检测系统的各个光学接收器的输出电平为“S4”和 “S6”时，可以使用(S4/S1+S6/S1)的值和(S3/S2+S5/S2)的值来确定纸类型。此外，可以使用S4/S1、S6/S1、S3/S2和S5/S2的值来确定纸类型。此外，已经在出厂前处理(例如调整处理)中产生了与用于纸类型确定的计算方法相对应的“记录纸张确定表”，并将所述“记录纸张确定表”存储在打印机控制装置2090 的ROM中。此外，在上述的实施例中，光学传感器2245还可以包括例如如图25中所示的两个镜01，22)。这里，光源11按与Z-轴平行的方向发射光通量，并且将对准透镜12排布为使得光轴平行于Z-轴。随后，镜21使已经通过对准透镜12的光通量的光学路径弯曲，从而在记录纸张上的光通量的入射角为80度。镜22是与镜21等同的镜。相对于X-轴方向在通过开口部分面对镜21的位置处排布镜22。来自记录纸张的表面镜反射光的光学路径在该位置处由镜22弯曲，从而使得表面镜反射光的行进方向平行于Z-轴。
此外，将光学接收器15放置在镜22的Z-轴方向上的正侧处。光学接收器15接收光路径已经通过镜22弯曲的表面镜反射光。在这种情况下，无需支撑光源和光学接收器(所述光源和光学接收器处于倾斜状态下)的构件，并能够简化电路。按照这种方式，可以低成本实现尺寸减小的光学传感器。此外，当提供了多于三个光学接收器时，通过将朝向各个光学接收器的光通量的行进方向设置为与Z-轴方向平行的方向，便于减小光学传感器的尺寸。此外，在上述实施例中，解释了光源11包括多个发光部件的情形。然而，实施例并不限于此，并且光源11可以包括单个的发光部件。此外，在上述的实施例中，可以使用传统的LD (激光二极管)来取代上述的表面发射激光器阵列。然而，在该情况下，例如如图26中所示，需要使得照射的光为S-偏振光的偏振过滤器23。在上述的实施例中，解释了仅有一个进纸盘的情况。然而，实施例并不限于此，并且可以有多个进纸盘。在这种情况下，可以为每个进纸盘设置一个光学传感器2245。此外，在上述的实施例中，可以在记录纸张的传送期间识别记录纸张的名称。在这种情况下，将光学传感器2245设置在传送路径的附近。例如，可以将光学传感器2245设置在上述进纸辊20M和上述定位辊对2056之间的传送路径的附近。此外，可以将光学传感器2245应用到通过向记录纸张上喷墨而形成图像的图像形成设备上。此外，可以应用光学传感器2245来检测对象的厚度(参见图27)。一些传统的厚度传感器被配置为是透射型的。这需要将光学系统放置在对象的两个方向上，从而它们夹住对象。因此，会需要支撑构件。另一方面，光学传感器2245仅使用反射光就可以检测厚度。因此，仅在对象的一侧放置光学系统就可以了。从而，能够减少组件的数量，并且可以减小成本和尺寸。光学传感器2245非常适合于被放置在需要检测对象厚度的图像形成设备的内部。此外，可以应用光学传感器来检测对象的密度(参见图28)。一些传统的密度传感器被配置为是透射型的。需要将光学系统放置在对象的两个方向上，从而它们夹住对象。 因此，会需要支撑构件。另一方面，光学传感器2245仅使用反射光就可以检测密度。因此， 仅在对象的一侧放置光学系统就可以了。从而，能够减少组件的数量，并且可以减小成本和尺寸。光学传感器2245非常适合于被放置在需要检测对象密度的图像形成设备的内部。此外，在上述实施例中，优选在每个光学接收器的前面放置聚光透镜。在这种情况下，可以减小检测到的光量的变化。对于基于反射光的量确定记录纸张的光学传感器，测量的可重现性是重要的。在基于反射光的量确定记录纸张的光学传感器中，假定在测量时要测量的表面和记录纸张的表面处于同一平面上来排布测量系统。然而，由于某种原因(例如偏转或振动)，可能会出现记录纸张的表面相对于要测量的表面为倾斜或摆动的情形。因此，可能会出现记录纸张的表面与要测量的表面不在同一平面上的情况。在这种情况下，反射光的量变化，并且难于进行稳定和精细的确定。这里，将镜反射作为示例进行描述。图29A示出了要测量的表面和记录纸张的表面处于同一平面中的情况。在该情况中，光学检测系统能够接收镜反射光。
图29B示出了记录纸张的表面相对于要测量的表面倾斜了角度α的情况。在这种情况下，当光学照射系统和光学检测系统之间的位置关系与在图^A中的位置关系相同时，光学检测系统在从镜反射的方向移动角度2 α的方向上接收反射光。由于根据移动而位移了反射光的光强度分布，因此如果照射区域的中心位置和光学检测系统之间的距离为 L，则光学检测系统在从接收到镜反射光的位置移动LX tan2 α的位置接收反射光。此外， 实际入射光从定义的入射角θ移动角度α，并且记录纸张的反射率变化。因此，反射光的量改变。从而，难于进行精细的确定。此外，图29C示出了记录纸张的表面在高度方向(即Z-轴方向上)上从要测量的表面移动d的情况。在该情况下，当光学照射系统和光学检测系统之间的位置关系与图 29A的情况下的位置关系相同时，由于根据移动而位移了反射光的光强度分布，光学检测系统在从接收到镜反射光的位置移动2dX sin θ的位置接收反射光。因此，检测到的光的量改变。从而，难于进行精细的确定。可以通过针对移动量在光学检测系统的前面放置聚光透镜来处理图29Β和图^C 的情况，以确保光学检测系统检测镜反射光，并且从而即使在反射光的光强度分布位移的情况下，也可以收集反射光。或者，可以通过在光学接收器中使用其光接收区域足够大的光电二极管(PD)，或通过缩小照射的光束的直径，来消除记录纸张表面和要测量的表面不在同一平面上所带来的不便利。此外，可以在光学接收器中使用光电二极管阵列，从而光学接收器针对反射光的光强度分布的位移量具有足够大的光接收区域。在这种情况下，可以将通过各个PD检测到的信号中的最大信号设置为镜反射光的信号，此外，当排列光电二极管时，在每个光电二极管的光接收区域的尺寸减小的情况下，可以减小光接收区域的中心和镜反射光的位移造成的输出的变化。因此可以进行更精确的检测。这里，出于简化的目的而描述了镜反射。然而，对于表面漫反射光和内部漫反射光，会出现由要检测的表面和记录纸张的表面之间的位移造成的检测到的光量的变化。可与镜反射的情况类似地处理这种情况。此外，在上述实施例中，处理装置可以被包括在光学传感器2245 (参见图2Β)中， 并且可以在处理装置中处理打印机控制装置2090中的处理的一部分。此外，通过光学传感器2245识别的对象并不限于打印纸。此外，在上述的实施例中，可以将光学传感器2245排布为使得光学传感器确定在进纸盘2060中存储的记录纸张。在上述实施例中，解释了图像形成设备是彩色打印机2000的情况。然而，实施例并不限于此。例如，图像形成设备可以是光学绘图仪或数字复印机。此外，图像形成设备可以是直接向记录纸张的表面喷墨并形成图像的图像形成设备。此外，在上述实施例中，解释了图像形成设备包括四个感光鼓的情况。然而，实施例并不限于此。本发明并不限于所具体公开的实施例，可以对其进行各种修改和变更而不会偏离本发明的范围。本申请基于在2010年11月沈日和2011年8月1日分别提交的日本优先权申请No. 2010-263093和2011-167948，将它们的全部内容通过引用方式并入到本文中。
权利要求
1.一种光学传感器，其包括照射系统，其包括具有多个发光部件的半导体激光器；以及至少一个光检测器，其被配置为检测光的量，所述光是从所述照射系统发射的并在类似纸张的对象上反射。
2.根据权利要求1所述的光学传感器，其中所述半导体激光器是垂直腔面发射激光器。
3.根据权利要求1所述的光学传感器，其中二维排布所述多个发光部件。
4.根据权利要求1所述的光学传感器，其中对于一个方向，在所述多个发光部件的子集中包括的任何两个相邻发光部件之间的距离不同于不在所述子集中包括的任何两个相邻发光部件之间的距离。
5.根据权利要求1所述的光学传感器，其中所述光学传感器包括波长改变单元，所述波长改变单元使得从所述半导体激光器发射的光的波长相对于时间变化。
6.根据权利要求5所述的光学传感器，其中所述波长改变单元通过相对于时间改变向所述半导体激光器供应的驱动电流的量，使得从所述半导体激光器发射的光的波长相对于时间变化。
7.根据权利要求1所述的光学传感器，其中所述至少一个光检测器包括第一光检测器和第二光检测器；所述第一光检测器被放置在镜反射光的光路径上，所述镜反射光是在所述对象上规则反射的光；所述第二光检测器被放置在漫反射光的光路径上，所述漫反射光是在所述对象的入射平面内的所述对象上漫反射的光；从所述照射系统发射的光是在第一偏振方向上偏振的线性偏振光；和所述光学传感器包括在所述漫反射光的光路径上放置的光学元件，所述漫反射光朝向所述第二光检测器行进，其中所述光学元件透射在与所述第一偏振方向垂直的第二偏振方向上偏振的线性偏振光。
8.根据权利要求7所述的光学传感器，还包括第三光检测系统，其包括被放置在漫反射光的光路径上的至少一个光检测器，所述漫反射光是在所述对象的入射平面内的所述对象上漫反射的光；和处理单元，其被配置为基于来自所述第三光检测系统的至少一个光检测器的输出与来自所述第一光检测器的输出之间的比率、以及来自所述第二光检测器的输出，来识别所述对象。
9.根据权利要求7所述的光学传感器，还包括第三光检测系统，其包括被放置在漫反射光的光路径上的至少一个光学元件和至少一个光检测器，所述漫反射光是在所述对象的入射平面内的所述对象上漫反射的光，所述至少一个光学元件透射在所述第二偏振方向上偏振的线性偏振光，并且所述至少一个光检测器接收透射通过所述至少一个光学元件的光；和处理单元，其被配置为基于来自所述第三光检测系统的至少一个光检测器的输出与来自所述第二光检测器的输出之间的比率、以及来自所述第一光检测器的输出，来识别所述对象。
10.根据权利要求7所述的光学传感器，还包括第三光检测系统，其包括被放置在漫反射光的光路径上的至少一个光检测器，所述漫反射光是在所述对象的入射平面内的所述对象上漫反射的光；第四光检测系统，其包括被放置在漫反射光的光路径上的至少一个光学元件和至少一个光检测器，所述漫反射光是在所述对象的入射平面内的所述对象上漫反射的光，所述至少一个光学元件透射在所述第二偏振方向上偏振的线性偏振光，并且所述至少一个光检测器接收透射通过所述至少一个光学元件的光；和处理单元，其被配置为基于来自所述第三光检测系统的至少一个光检测器的输出与来自所述第一光检测器的输出之间的比率、以及来自所述第四光检测系统的至少一个光检测器的输出与来自所述第二光检测器的输出之间的比率，来识别所述对象。
11.根据权利要求1所述的光学传感器，其中所述照射系统包括光源和使光通量的光路径按入射方向弯曲的光路径改变元件。
12.根据权利要求11所述的光学传感器，还包括使在所述对象上反射的光的光路径按朝向所述至少一个光检测器的方向弯曲的光路径改变元件。
13.根据权利要求1所述的光学传感器，还包括处理装置，其被配置为基于所述至少一个光检测器的检测结果来识别所述对象。
14.一种在记录介质上形成图像的图像形成设备，所述图像形成设备包括光学传感器， 所述光学传感器包括照射系统，其包括具有多个发光部件的半导体激光器；以及至少一个光检测器，其被配置为检测光的量，所述光是从所述照射系统发射的并在所述记录介质上反射。
15.根据权利要求14所述的图像形成设备，还包括调整装置，其被配置为基于来自所述至少一个光检测器的输出来识别所述记录介质的名称，并被配置为根据所识别出的名称来调整图像形成条件。
16.根据权利要求14所述的图像形成设备，还包括调整装置，其被配置为基于来自所述至少一个光检测器的输出来识别所述记录介质的光滑度，并被配置为根据所识别出的光滑度来调整图像形成条件。
17.根据权利要求14所述的图像形成设备，还包括调整装置，其被配置为基于来自所述至少一个光检测器的输出来识别所述记录介质的厚度，并被配置为根据所识别出的厚度来调整图像形成条件。
18.根据权利要求14所述的图像形成设备，还包括调整装置，其被配置为基于来自所述至少一个光检测器的输出来识别所述记录介质的密度，并被配置为根据所识别出的密度来调整图像形成条件。
全文摘要
本发明涉及光学传感器和图像形成设备。一种光学传感器包括照射系统，其包括具有多个发光部件的半导体激光器；以及至少一个光检测器，其检测光的量，所述光是从所述照射系统发射的并在类似纸张的对象上反射。
文档编号G01N21/47GK102478773SQ20111038520
公开日2012年5月30日 申请日期2011年11月28日 优先权日2010年11月26日
发明者大场义浩, 星文和 申请人:株式会社理光
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
