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JP4002874B2 - 光学式物体識別装置および印刷装置 - Google Patents

光学式物体識別装置および印刷装置 Download PDF

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Description

この発明は、例えば、物体の種類を非接触で検出する光学式物体識別装置およびそれを用いた印刷装置に関する。
一般に、記録媒体を搬送しながら記録処理を行う複写機や印刷機においては、高機能化、高速処理化および高解像度化が進んでおり、使用する記録媒体も、普通紙や光沢紙やOHP(オーバーヘッドプロジェクタ)用シート等様々である。このように、多種多様な記録媒体に、画像記録装置である印刷機(例えば、インクジェット記録方式による印刷機)等によって印刷する場合には、記録媒体の種類によるインクの浸透速度や乾燥時間の違いによって、高品位な画像を形成するには、記録媒体に応じた記録制御を行う必要がある。
そして、印刷用紙等の紙類や樹脂フィルムやシート等の記録媒体の種類を検出する装置として、例えば、従来例1と従来例2とがある。
従来例1では、図10に示すように、発光素子41と受光素子42とを用紙43に対して所定の角度をなすように配置し、上記発光素子41から出射された光が、上記用紙3により反射し、この反射光の一部が、上記受光素子42に入射するように構成していた。そして、上記受光素子42への入射光量は、上記用紙43の種類(表面状態)により異なるので、この差をもとにして、上記用紙43の種類を識別していた(特開平10−198174号公報:特許文献1参照)。
従来例2では、図11に示すように、1つの発光素子41と2つの受光素子42a,42bとを用紙43に対して所定の角度をなすように配置していた。具体的に述べると、上記受光素子41と第1の上記受光素子42aとは、上記用紙43に垂直な方向に対して、同じ角度θで配置され、第2の上記受光素子42bは、上記第1の受光素子42aの角度θの半分となる角度θ/2で配置されていた。上記第1の受光素子42aは、上記用紙43からの正反射光を受光し、上記第2の受光素子42bは、上記用紙43からの拡散反射光を受光していた。そして、上記2つの受光素子42a,42bへの入射光量差の値が、上記用紙43により異なることにより、上記用紙43の種類を識別していた(特開2001−180843号公報:特許文献2参照)。
しかしながら、上記従来例1と上記従来例2では、多くても、普通紙と光沢紙とOHP紙との3種類しか識別することができず、用紙としては、その他、マット紙、光沢フィルム、インクジェットはがき等と多種類に渡っており、これらの種類を全て正確に識別することは難しかった。
特開平10−198174号公報 特開2001−180843号公報
そこで、この発明の課題は、被検出物からの反射光によって簡単に多種類の物体を識別できる光学式物体識別装置およびそれを用いた印刷装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の光学式物体識別装置は、発光素子と、この発光素子から被検出物の表面へ光を照射することにより生じるこの被検出物の表面からの反射光を受光する第1と第2の受光素子と、この第1と第2の受光素子から出力される出力値に基づいて上記被検出物の種類を識別する識別手段とを備え、
上記発光素子と上記第1の受光素子とは、この発光素子の光軸と上記被検出物の表面との交点に立てた法線に対して両側に存在し、
上記発光素子は、この発光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度が10〜30度となるように配置され、
上記第1の受光素子は、この第1の受光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度が10〜30度となるように配置され、
上記第2の受光素子は、この第2の受光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度が略90度となるように配置され
上記発光素子の光軸上、上記第1の受光素子の光軸上および上記第2の受光素子の光軸上の夫々に、上記発光素子の光軸、上記第1の受光素子の光軸および上記第2の受光素子の光軸で形成される仮想平面に対して垂直な方向の偏光を通過させる偏光板を備えることを特徴としている。
ここで、この明細書では、上記第1と第2の受光素子から出力される出力値とは、上記被検出物の表面の凹凸に応じた波形の出力信号から求められる出力値をいう。また、上記法線、上記発光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度、上記第1の受光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度、および、上記第2の受光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度は、上記被検出物の表面を均一的な仮想平面としているときに決定される。また、上記発光素子の光軸と上記被検出物の表面との交点と、上記第1の受光素子の光軸と上記被検出物の表面との交点と、上記第2の受光素子の光軸と上記被検出物の表面との交点とは、一致する。
なお、上記発光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度と、上記第1の受光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度とは、10〜30度の範囲内で等しい角度とするのが好ましい。
この発明の光学式物体識別装置によれば、上記発光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度が10〜30度となり、上記第1の受光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度が10〜30度となり、上記第2の受光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度が略90度となるので、上記被検出物へ発光する発光素子と、上記被検出物からの正反射光を受光する上記第1の受光素子と、上記被検出物からの拡散反射光を受光する上記第2の受光素子とを、最適な位置に配置することができる。すなわち、このような配置により、上記第1の受光素子と上記第2の受光素子との夫々から出力される出力値において、多種類の上記被検出物(物体)毎に異なった出力値を得ることができる。例えば、上記被検出物が、普通紙、マット紙、光沢紙、OHP紙、アイロンプリント紙、インクジェット紙という多種類の用紙である場合、多種類の用紙毎に異なる2つの出力値(2系統の信号)を得ることができる。したがって、上記被検出物からの反射光によって簡単に多種類の物体を正確に識別できる。
また、上記偏光板を備えているので、上記被検出物である物体の識別が行いやすくなる。これは、上記仮想平面に垂直な方向の偏光が、上記被検出物で反射する際、上記被検出物の表面状態により、この偏光状態を維持できるか崩れてしまうかを利用している。すなわち、この偏光状態を維持できれば、上記被検出物で反射した偏光は、上記受光素子の光軸上に配置された偏光板を通過して、上記受光素子に届くが、この偏光状態を維持できない場合は、上記被検出物で反射した光の一部しか上記受光素子に届かない。このように、上記被検出物の表面状態の差によって、上記受光素子への入射光量が変わることを利用している。
また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記発光素子の波長は、660nm以下である。
この一実施形態の光学式物体識別装置によれば、多種類の物体での反射光量の差が大きくなって、多種類の物体毎に異なった上記出力値を得ることができ、精度の高い識別が可能になる。
また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記発光素子は、半導体レーザである。
この一実施形態の光学式物体識別装置によれば、上記発光素子にほぼ点光源とみなせる半導体レーザを用いているので、上記光スポットの領域をさらに小さくすることができ、一層精度を向上させることができる。
また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記識別手段は、上記第1の受光素子の出力値をAとし上記第2の受光素子の出力値をBとしたときの(A/B)を演算し、この演算値により上記被検出物の種類を識別している。
この一実施形態の光学式物体識別装置によれば、上記識別手段は、(A/B)の演算値により上記被検出物の種類を識別しているので、多数の種類を正確に識別することができる。
また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記識別手段は、上記第1の受光素子の出力値をAとし上記第2の受光素子の出力値をBとしたときの((A+B)/(A−B))を演算し、この演算値により上記被検出物の種類を識別している。
この一実施形態の光学式物体識別装置によれば、上記識別手段は、((A+B)/(A−B))の演算値により上記被検出物の種類を識別しているので、多数の種類を正確に識別することができる。
なお、上記識別手段は、上記(A/B)の演算値と上記((A+B)/(A−B))の演算値との両方の演算値を求めるようにしてもよく、さらに多数の種類を正確に識別することができる。
また、一実施形態の光学式物体識別装置では、上記識別手段は、上記演算値を求める前に、上記第1の受光素子の出力値と上記第2の受光素子の出力値とをキャリブレーションしている。
ここで、キャリブレーションとは、上記出力値を、光学式物体識別装置(識別手段)の種類毎に、ばらつかないように調整する作業をいう。
この一実施形態の光学式物体識別装置によれば、上記発光素子の発光効率ばらつきと上記受光素子の感度ばらつきとを考慮する必要をなくし、光学式物体識別装置(識別手段)毎に上記演算値がばらつかないようにして、正確に多種類の物体の識別を行うことができる。
また、この発明の印刷装置は、上記発明の光学式物体識別装置を備えたことを特徴としている。
この発明の印刷別装置によれば、上記光学式物体識別装置を備えているので、印刷の対象となる用紙やフィルム等の種類が多種類であっても、正しく識別することができ、各種類に応じた最適印刷条件で高品位な印刷を行なうことができる。
この発明の光学式物体識別装置によれば、発光素子と上記第1の受光素子と上記第2の受光素子とを最適な位置に配置しているので、上記被検出物からの反射光によって簡単に多種類の物体を正確に識別できる。
また、この発明の印刷装置によれば、上記光学式物体識別装置を備えているので、用紙等の印刷対象物の種類を正しく識別して、各種類に応じた最適印刷条件で高品位な印刷を行なうことができる。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、この発明の光学式物体識別装置の一実施形態である簡略構成図を示している。この光学式物体識別装置は、発光素子10と、この発光素子10から用紙3の表面へ光を照射することにより生じるこの用紙3の表面からの反射光を受光する第1と第2の受光素子11,12と、この第1と第2の受光素子11,12から出力される出力値に基づいて上記用紙3の種類を識別する識別手段13とを備える。
上記用紙3としては、例えば、普通紙、マット紙、光沢紙、OHP紙、アイロンプリント紙、インクジェット紙等がある。
上記第1の受光素子11の出力値と上記第2の受光素子12の出力値とは、上記用紙3の表面の凹凸に応じた波形の出力信号から求められる出力値である。
上記発光素子10と上記第1の受光素子11とは、この発光素子10の光軸と上記用紙3の表面との交点に立てた法線に対して両側に存在する。
上記発光素子10は、この発光素子10の光軸と上記用紙3の表面とのなす角度αが10〜30度となるように配置されて、上記用紙3へ発光する。
上記第1の受光素子11は、この第1の受光素子11の光軸と上記用紙3の表面とのなす角度βが10〜30度となるように配置されて、上記用紙3からの正反射光を受光する。なお、上記角度αと上記角度βとは、等しいことが望ましい。
上記第2の受光素子12は、この第2の受光素子12の光軸と上記用紙3の表面とのなす角度γが略90度となるように配置されて、上記用紙3からの拡散反射光を受光する。
上記構成の光学式物体識別装置によれば、上記発光素子10と上記第1の受光素子11と上記第2の受光素子12とが、最適な位置に配置されているので、上記第1の受光素子11と上記第2の受光素子12との夫々から出力される出力値において、上記用紙3の種類毎に異なった出力値を得ることができる。したがって、上記用紙3からの反射光によって簡単に多種類の上記用紙3を正確に識別できる。
上記発光素子10の波長は、660nm以下であり、多種類の上記用紙3での反射光量の差が大きくなって、多種類の用紙3毎に異なった上記出力値を得ることができ、精度の高い識別が可能になる。なお、上記発光素子10の波長は、赤外線領域であってもよい。
(第2の実施形態)
図2は、この発明の光学式物体識別装置の他の実施形態を示している。なお、図2(a)は、この光学式物体識別装置の簡略構成図を示し、図2(b)は、図2(a)のY−Y矢視図を示す。
この光学式物体識別装置では、上記発光素子10の光軸上、上記第1の受光素子11の光軸上および上記第2の受光素子12の光軸上の夫々に、上記発光素子10の光軸、上記第1の受光素子11の光軸および上記第2の受光素子12の光軸で形成される仮想平面に対して垂直な方向の偏光を通過させる偏光板8を備えている。なお、その他の構造は、上記第1の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
上記仮想平面は、図2(a)では、紙面と一致し、上記垂直方向とは、図2(a)では、紙面に垂直な矢印a方向をいい、図2(b)では、矢印b方向をいう。
上記構成の光学式物体識別装置によれば、上記偏光板8を備えているので、上記用紙3の識別が行いやすくなる。特に、上記発光素子10の波長が、660nm以下であるときに、有効である。
具体的に述べると、上記仮想平面に垂直な方向の偏光が、上記用紙3で反射する際、上記用紙3の表面状態により、この偏光状態を維持できるか崩れてしまうかを利用している。すなわち、この偏光状態を維持できれば、上記用紙3で反射した偏光は、上記受光素子11,12の光軸上に配置された偏光板8,8を通過して、上記受光素子11,12に届くが、この偏光状態を維持できない場合は、上記用紙3で反射した光の一部しか上記受光素子11,12に届かない。このように、上記用紙3の表面状態の差によって、上記受光素子11,12への入射光量が変わることを利用している。
(第3の実施形態)
図3は、この発明の光学式物体識別装置の別の実施形態を示している。なお、図3(a)は、この光学式物体識別装置の簡略構成図を示し、図3(b)は、図3(a)のY−Y矢視図を示す。
この光学式物体識別装置では、上記発光素子10の光軸上に、上記仮想平面に対して垂直な方向の偏光を通過させる第1の偏光板8aと、上記第1の受光素子11の光軸上に、上記仮想平面に対して垂直な方向から上記第1の受光素子11の光軸廻りに所定角度だけ回転した偏光を通過させる第2の偏光板8bと、上記第2の受光素子12の光軸上に、上記仮想平面に対して垂直な方向から上記第2の受光素子12の光軸廻りに所定角度だけ回転した偏光を通過させる第3の偏光板8cとを備えている。なお、その他の構造は、上記第1の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
上記仮想平面は、図3(a)では、紙面と一致し、上記垂直方向とは、図3(a)では、紙面に垂直な矢印a方向をいい、上記第3の偏光板8cにて通過される偏光方向とは、図3(b)では、矢印c方向をいう。また、上記垂直方向から回転する上記所定角度とは、30〜60度であるが、その他の角度であってもよい。
上記構成の光学式物体識別装置によれば、上記第1と第2と第3の偏光板8a,8b,8cを備えているので、上記用紙3の識別が行いやすくなる。特に、上記発光素子10の波長が、660nm以下であるときに、有効である。
具体的に述べると、上記仮想平面に垂直な方向の偏光が、上記用紙3で反射する際、上記用紙3の表面状態により、上記仮想平面に対して垂直な方向から所定角度だけ回転した偏光になるか否かを利用している。すなわち、所定角度だけ回転した偏光になれば、上記用紙3で反射した偏光は、上記受光素子11,12の光軸上に配置された偏光板8b,8cを通過して、上記受光素子11,12に届くが、所定角度だけ回転した偏光にならなければ、上記用紙3で反射した光の一部しか上記受光素子11,12に届かない。このように、上記用紙3の表面状態の差によって、上記受光素子11,12への入射光量が変わることを利用している。
(第4の実施形態)
図4は、この発明の光学式物体識別装置のさらに他の実施形態を示している。この光学式物体識別装置では、上記発光素子10の発光側、上記第1の受光素子11の受光側および上記第2の受光素子12の受光側の夫々に、光の進路を制限するスリット4を備えている。なお、その他の構造は、上記第1の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
上記構成の光学式物体識別装置によれば、上記スリット4を備えているので、上記発光素子10からの照射光にて上記用紙3の表面に形成されると共に上記第1の受光素子11にて受光可能となる光スポットの領域Zを、上記発光素子10の光軸と上記用紙3の表面との交点からあまり広がらない領域にできる。したがって、上記第1の受光素子11にほぼ正反射成分の光のみを入射することができ、上記第1の受光素子11から出力される出力値の精度が高くなる。
仮に、上記スリット4を設けない場合では、図5に示すように、上記光スポットの領域Zが大きくなって、上記発光素子10の光軸と上記用紙3の表面とのなす角度と、上記第1の受光素子11の光軸と上記用紙3の表面とのなす角度とを、等しい角度にしても、上記第1の受光素子11で正反射成分以外の光も受光してしまう。具体的に述べると、入射角と反射角が異なる光線(拡散反射光)20が上記第1の受光素子11に入射し、上記第1の受光素子11から出力される出力値の精度が低くなる。
(第5の実施形態)
図6は、この発明の光学式物体識別装置のさらに他の実施形態を示している。この光学式物体識別装置では、上記第4の実施形態(図4)における上記スリット4の代わりに、上記発光素子10の発光側に、コリメートレンズ5を備えている。なお、その他の構造は、上記第1の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
上記構成の光学式物体識別装置によれば、上記コリメートレンズ5を備えているので、上記発光素子10から上記用紙3に平行光を照射することができ、上記光スポット領域Zを小さくできる。したがって、上記第1の受光素子11にほぼ正反射成分の光のみを入射することができ、上記第1の受光素子11から出力される出力値の精度が高くなる。
なお、上記光スポット領域Zをさらに小さくするために、上記コリメートレンズ5からの平行光の平行度を上げてもよい。
(第6の実施形態)
図7は、この発明の光学式物体識別装置のさらに他の実施形態を示している。この光学式物体識別装置では、上記第5の実施形態(図6)における上記コリメートレンズ5に加えて、上記発光素子10に半導体レーザを用いる。なお、その他の構造は、上記第1の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
上記構成の光学式物体識別装置によれば、上記発光素子10にほぼ点光源とみなせる半導体レーザを用いているので、上記光スポット領域Zをさらに小さくすることができ、一層精度を向上させることができる。
(第7の実施形態)
図8は、上記用紙3の種類毎に、上記受光素子11,12の出力値に基づいて、上記識別手段13にて演算された演算値を示すグラフ図である。上記識別手段13は、上記第1の受光素子11の出力値をAとし上記第2の受光素子12の出力値をBとしたときの(A/B)を演算し、この演算値により上記用紙3の種類を識別している。
具体的に述べると、上記用紙3の種類としては、普通紙、3種類のマット紙、4種類の光沢紙、OHP紙、アイロンプリント紙、インクジェット紙があり、(A/B)の演算値より、I〜VIの6つのグループに分類(識別)できる。すなわち、アイロンプリント紙、インクジェット紙およびマット紙以外を識別できる。
(第8の実施形態)
図9は、上記用紙3の種類毎に、上記受光素子11,12の出力値に基づいて、上記識別手段13にて演算された演算値を示す他のグラフ図である。上記識別手段13は、上記第1の受光素子11の出力値をAとし上記第2の受光素子12の出力値をBとしたときの((A+B)/(A−B))を演算し、この演算値により上記用紙3の種類を識別している。
具体的に述べると、上記用紙3の種類としては、普通紙、3種類のマット紙、4種類の光沢紙、OHP紙、アイロンプリント紙、インクジェット紙があり、((A+B)/(A−B))の演算値より、I’〜VI’の6つのグループに分類(識別)できる。すなわち、光沢紙およびOHP紙以外を識別できる。また、上記第7の実施形態では識別できないアイロンプリント紙、インクジェット紙およびマット紙を識別することができる。
(第9の実施形態)
上記識別手段13は、上記(A/B)の演算値と上記((A+B)/(A−B))の演算値との両方の演算値を求めるようにしてもよく、図8と図9に示す光沢紙Bおよび光沢紙Cとマット紙Bおよびマット紙C以外を識別することができる。
(第10の実施形態)
上記識別手段13は、上記演算値を求める前に、上記第1の受光素子11の出力値Aと上記第2の受光素子12の出力値Bとをキャリブレーションするようにしてもよい。
ここで、キャリブレーションとは、上記出力値A,Bを、光学式物体識別装置(識別手段13)の種類毎に、ばらつかないように調整する作業をいう。
上記構成の光学式物体識別装置によれば、上記発光素子10の発光効率ばらつきと上記受光素子11,12の感度ばらつきとを考慮する必要をなくし、光学式物体識別装置(識別手段13)毎に上記演算値がばらつかないようにして、正確に多種類の上記用紙3の識別を行うことができる。
また、このキャリブレーションを実行すると、上記演算値のばらつきが小さくなるので、上記演算値の差が小さい用紙、例えば、図8と図9に示す光沢紙Bおよび光沢紙Cを識別することができる。
(第11の実施形態)
次に、図示しないが、この発明の印刷装置は、上記発明の光学式物体識別装置を備えている。
この発明の印刷別装置によれば、上記光学式物体識別装置を備えているので、上記用紙3を識別して、この用紙3の種類に応じた最適印刷条件で印刷を行なうことができる。
本発明の光学式物体識別装置の第1実施形態を示す簡略構成図である。 本発明の光学式物体識別装置の第2実施形態を示す簡略構成図である。 本発明の光学式物体識別装置の第3実施形態を示す簡略構成図である。 本発明の光学式物体識別装置の第4実施形態を示す簡略構成図である。 本発明の光学式物体識別装置の比較例を示す簡略構成図である。 本発明の光学式物体識別装置の第5実施形態を示す簡略構成図である。 本発明の光学式物体識別装置の第6実施形態を示す簡略構成図である。 横軸に用紙の種類を示すと共に縦軸に演算値を示すグラフ図である。 横軸に用紙の種類を示すと共に縦軸に演算値を示す他のグラフ図である。 従来の光学式物体識別装置を示す簡略構成図である。 他の従来の光学式物体識別装置を示す簡略構成図である。
符号の説明
3 用紙(被検出物)
4 スリット
5 コリメートレンズ
8 偏光板
8a 第1の偏光板
8b 第2の偏光板
8c 第3の偏光板
10 発光素子
11 第1の受光素子
12 第2の受光素子
13 識別手段

Claims (7)

  1. 発光素子と、
    この発光素子から被検出物の表面へ照射された光によるこの被検出物の表面からの反射光を受光する第1と第2の受光素子と、
    この第1と第2の受光素子から出力される出力値に基づいて上記被検出物の種類を識別する識別手段と
    を備え、
    上記発光素子と上記第1の受光素子とは、この発光素子の光軸と上記被検出物の表面との交点に立てた法線に対して両側に存在し、
    上記発光素子は、この発光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度が10〜30度となるように配置され、
    上記第1の受光素子は、この第1の受光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度が10〜30度となるように配置され、
    上記第2の受光素子は、この第2の受光素子の光軸と上記被検出物の表面とのなす角度が略90度となるように配置され
    上記発光素子の光軸上、上記第1の受光素子の光軸上および上記第2の受光素子の光軸上の夫々に、上記発光素子の光軸、上記第1の受光素子の光軸および上記第2の受光素子の光軸で形成される仮想平面に対して垂直な方向の偏光を通過させる偏光板を備えることを特徴とする光学式物体識別装置。
  2. 請求項1に記載の光学式物体識別装置において、
    上記発光素子の波長は、660nm以下であることを特徴とする光学式物体識別装置。
  3. 請求項に記載の光学式物体識別装置において、
    上記発光素子は、半導体レーザであることを特徴とする光学式物体識別装置。
  4. 請求項1に記載の光学式物体識別装置において、
    上記識別手段は、上記第1の受光素子の出力値をAとし上記第2の受光素子の出力値をBとしたときの(A/B)を演算し、この演算値により上記被検出物の種類を識別することを特徴とする光学式物体識別装置。
  5. 請求項1に記載の光学式物体識別装置において、
    上記識別手段は、上記第1の受光素子の出力値をAとし上記第2の受光素子の出力値をBとしたときの((A+B)/(A−B))を演算し、この演算値により上記被検出物の種類を識別することを特徴とする光学式物体識別装置。
  6. 請求項またはに記載の光学式物体識別装置において、
    上記識別手段は、上記演算値を求める前に、上記第1の受光素子の出力値と上記第2の受光素子の出力値とをキャリブレーションすることを特徴とする光学式物体識別装置。
  7. 請求項1に記載の光学式物体識別装置を備えたことを特徴とする印刷装置。
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