(57)【要約】【課題】多種類の記録媒体を的確に判別することのできる技術を提供する。【解決手段】記録媒体Ｍに対して可視光を照射する光照射部１１０と、光照射部１１０から照射された光が記録媒体Ｍで正反射した正反射光を受光する正反射光受光部１２０と、光照射部１１０から照射された光が記録媒体Ｍで拡散反射した拡散反射光を受光する拡散反射光受光部１３０と、正反射光受光部１２０が受光した光成分のうち互いに波長の異なる２以上の可視光成分それぞれの光量、および、拡散反射光受光部１３０が受光した光成分のうち互いに波長の異なる２以上の可視光成分それぞれの光量に基づき、記録媒体の種類を判別する判別部１５０とを備える記録媒体判別装置である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体に対して可視光を照射する光照射部と、
前記光照射部から照射された光が前記記録媒体で正反射した正反射光を受光する正反射光受光部と、
前記光照射部から照射された光が前記記録媒体で拡散反射した拡散反射光を受光する拡散反射光受光部と、
前記正反射光受光部が受光した光成分のうち互いに波長の異なる２以上の可視光成分それぞれの光量、および、前記拡散反射光受光部が受光した光成分のうち互いに波長の異なる２以上の可視光成分それぞれの光量に基づき、前記記録媒体の種類を判別する判別部とを備えることを特徴とする記録媒体判別装置。
【請求項２】
前記光照射部は、紫外線を実質的に含まない光を前記記録媒体に照射する請求項１に記載の記録媒体判別装置。
【請求項３】
前記判別部が前記判別に用いる前記拡散反射光の可視光成分のうち少なくとも１つは、青色または緑色に相当する波長成分である請求項１または２に記載の記録媒体判別装置。
【請求項４】
前記判別部が前記判別に用いる前記正反射光の可視光成分のうち少なくとも１つは、青色に相当する波長成分である請求項１ないし３のいずれかに記載の記録媒体判別装置。
【請求項５】
前記光照射部は互いに波長の異なる２以上の可視光成分を含む光を前記記録媒体に照射し、前記正反射光受光部および前記拡散反射光受光部は、入射光を分光して各光成分の光量を得る請求項１ないし４のいずれかに記載の記録媒体判別装置。
【請求項６】
前記光照射部は、スペクトル分布が互いに異なる２種類以上の可視光を切り換えて前記記録媒体に照射する請求項１ないし４のいずれかに記載の記録媒体判別装置。
【請求項７】
前記光照射部からの光が照射される基準反射部を備え、前記判別部は、前記正反射光受光部で受光される前記記録媒体からの正反射光の光量と前記基準反射部からの正反射光の光量との比、および、前記拡散反射光受光部で受光される前記記録媒体からの拡散反射光の光量と前記基準反射部からの拡散反射光の光量との比を求める請求項１ないし６のいずれかに記載の記録媒体判別装置。
【請求項８】
記録媒体に対して可視光を照射し、
照射光が前記記録媒体で正反射した正反射光を受光する工程と、
照射光が前記記録媒体で拡散反射した拡散反射光を受光する工程と、
前記正反射光を受光する工程で受光した光成分のうち互いに波長の異なる２以上の可視光成分それぞれの光量、および、前記拡散反射光を受光する工程で受光した光成分のうち互いに波長の異なる２以上の可視光成分それぞれの光量に基づき、前記記録媒体の種類を判別する
ことを特徴とする記録媒体判別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、画像が記録される例えば紙などの記録媒体の種類を判別する記録媒体判別装置および記録媒体判別方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
紙や樹脂シートなどの記録媒体に画像を記録する技術においては、例えば記録媒体の特性に応じて記録条件や搬送態様を最適化するために、使用される記録媒体の種類を判別することが必要な場合がある。この目的に利用可能な技術として、例えば特許文献１および２に記載されたように、記録媒体の光学的性質を利用したものがある。
【０００３】
特許文献１に記載の技術では、記録媒体に対して発光素子たるＬＥＤからの光を入射させるとともに、その正反射光および拡散反射光をそれぞれ受光素子により受光して、それらの強度比に基づいて記録媒体の種類を判別している。また特許文献２に記載の技術では、赤外光を記録媒体に照射したときの正反射光および拡散反射光それぞれの光量と、紫外光を記録媒体に照射したときに記録媒体から発せられる蛍光成分の光量とに基づいて、記録媒体の種類を判別している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−３１４３２７号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の記録媒体としては、多くの種類が市場に流通している。そのため、それらの種類を的確に判別することが求められるが、従来の技術ではこのような要求に応えることができなかった。例えば特許文献１に記載の技術では、単に正反射光と拡散反射光との強度比のみで判別を行っているため、この点での性質が類似した複数の記録媒体を判別することができなかった。また特許文献２に記載の技術では、赤外光に対する反射特性と紫外光に対する蛍光特性とを判別基準としているが、後述する本願発明者らの知見によれば赤外光に対する各種の記録媒体の反射特性の差は極めて小さく、また紫外光に対する蛍光は主として増白剤によるものであり、増白剤を含まない記録媒体ではその種類を判別することができない。
【０００６】
この発明にかかるいくつかの態様は、上記課題を解決して、より多種類の記録媒体を的確に判別することのできる技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の一の態様は、記録媒体に対して可視光を照射する光照射部と、前記光照射部から照射された光が前記記録媒体で正反射した正反射光を受光する正反射光受光部と、前記光照射部から照射された光が前記記録媒体で拡散反射した拡散反射光を受光する拡散反射光受光部と、前記正反射光受光部が受光した光成分のうち互いに波長の異なる２以上の可視光成分それぞれの光量、および、前記拡散反射光受光部が受光した光成分のうち互いに波長の異なる２以上の可視光成分それぞれの光量に基づき、前記記録媒体の種類を判別する判別部とを備える記録媒体判別装置である。
【０００８】
また、この発明の他の態様は、記録媒体に対して可視光を照射し、照射光が前記記録媒体で正反射した正反射光を受光する工程と、照射光が前記記録媒体で拡散反射した拡散反射光を受光する工程と、前記正反射光を受光する工程で受光した光成分のうち互いに波長の異なる２以上の可視光成分それぞれの光量、および、前記拡散反射光を受光する工程で受光した光成分のうち互いに波長の異なる２以上の可視光成分それぞれの光量に基づき、前記記録媒体の種類を判別する記録媒体判別方法である。
【０００９】
これらの発明では、記録媒体からの正反射光および拡散反射光のうちそれぞれ２以上の可視光成分の光量に基づいて記録媒体の種類を判別する。なお、本発明では、正反射光および拡散反射光のそれぞれで２以上の光成分を用いて判別を行うが、正反射光において用いる光成分と、拡散反射光において用いる光成分とは同一であってもよく、また異なっていてもよい。
【００１０】
詳しくは後述するが、本願発明者らの新たな知見によれば、記録媒体の種類ごとの入射光に対する反射特性は、赤外領域よりも可視領域で差異が大きく、また可視領域内での反射特性の波長依存性も、記録媒体の種類によって大きく異なる。このことを利用して、本発明では、正反射光、拡散反射光それぞれにおける２以上の波長成分の光量を用いて記録媒体の判別を行う。そのため、従来技術よりも多種類の記録媒体を高い確度で判別することが可能となっている。
【００１１】
これらの発明では、例えば、紫外線を実質的に含まない光を記録媒体に照射するようにしてもよい。本発明では、記録媒体に入射させた可視光の正反射および拡散反射の特徴に基づいて記録媒体の種類を判別するので、紫外線を含まない光を入射させることで、蛍光により生じた光成分の混入による光量の検出誤差を小さくすることができる。
【００１２】
また例えば、判別に用いる拡散反射光の可視光成分のうち少なくとも１つは、青色または緑色に相当する波長成分であってもよい。また、判別に用いる正反射光の可視光成分のうち少なくとも１つは青色に相当する波長成分であってもよい。本願発明者らの知見によれば、記録媒体の種類ごとの反射特性の差異は、例えば赤色のような長波長成分よりも、青色や緑色のような短波長成分において顕著である。したがって、これらの短波長成分を判別に用いることで、記録媒体の種類をより高確度で判別することが可能となる。
【００１３】
また、これらの発明では、互いに波長の異なる２以上の可視光成分を含む光を記録媒体に照射し、正反射光および拡散反射光をそれぞれ分光することで各光成分の光量を得てもよい。こうすることで、各光成分の反射光を同時に受光することができ、判別処理を短時間で行うことができる。このような目的のために、例えば記録媒体に照射する光を白色光とし、入射光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各成分に分光するＲＧＢカラーフィルターを備えた受光素子を用いることができる。
【００１４】
あるいは例えば、スペクトル分布が互いに異なる２種類以上の可視光を切り換えて記録媒体に照射するようにしてもよい。この場合、色分解機能を持たない受光素子によって正反射光および拡散反射光を受光し、本発明の作用効果を得ることができる。また、入射光の強度を各光成分ごとに個別に設定することが容易となり、光量検出におけるダイナミックレンジを拡大して検出精度を向上させることが可能となる。
【００１５】
また例えば、記録媒体からの正反射光の光量と所定の基準反射部からの正反射光の光量との比、および、記録媒体からの拡散反射光の光量と所定の基準反射部からの拡散反射光の光量との比を求めるようにしてもよい。このようにすると、基準反射部からの反射光と記録媒体からの反射光との比である反射率（詳細は後述）を求めることができる。そのため、記録媒体に光を照射する光照射部および反射光を受光する受光部の特性にばらつきがある場合であっても、反射率による判断によって安定して判別を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】各種の記録媒体における拡散反射光のスペクトル分布を示す図。
【図２】紫外光を含む光を入射させたときの拡散反射光のスペクトル分布を示す図。
【図３】本発明にかかる判別装置の具体的構成の一例を示す図。
【図４】受光部の分光感度特性の例を示す図。
【図５】既知の反射データから求めた二分木の一例を示す図。
【図６】記録媒体の判別が可能な波長成分の組み合わせを示す図。
【図７】記録媒体判別処理を行うための制御部の構成を模式的に示す図。
【図８】制御部が実行する記録媒体判別処理の一例を示すフローチャート。
【図９】判別装置のより具体的な構成の例を示す側面断面図。
【図１０】キャリブレーションを含む判別処理動作を示すフローチャート。
【図１１】本発明にかかる判別装置の具体的構成の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
最初に、本願発明の基となった本願発明者らの知見およびそれに基づく本願発明の原理について説明する。本願発明者らは、市場に流通している多くの種類の記録媒体について、当該記録媒体に光を照射したときの正反射光および拡散反射光のスペクトル分布を調べた。記録媒体の表面で反射された光である正反射光が記録媒体の表面状態を反映したものである一方、拡散反射光は、記録媒体の内部で散乱されて再出射した光であるため、記録媒体の材質の特徴をより反映したものである。
【００１８】
図１は各種の記録媒体における拡散反射光のスペクトル分布を示す図である。より詳しくは、各種の記録媒体にタングステン光源の白色光を照射したときの当該記録媒体で拡散反射された光のスペクトル分布を測定した結果の一部を例示する図である。なお、図１では、記録媒体からの反射光量と、照射光を所定の白色基準板に入射させたときの当該基準板からの反射光量との比を「反射率」として表している。したがって、基準板よりも反射性の高い材料では反射率が１を超える場合もある。照射部が照射した光のうち受光部が受光したと認識する光量は、照射部の照射量や受光部の受光条件などによりばらつきが生じる。そのため、記録媒体からの反射光の光量を得る時と、照射部と受光部の組み合わせが同条件で基準板からの反射光の光量を得て比を求めることで、安定して記録媒体の反射状態を確認することができる。
【００１９】
照射光は、波長３７０ｎｍ以下ないしは波長４００ｎｍ以下の成分をほとんど含まないタングステン光源の白色光、または後出の図３（ｃ）に示す波長４００ｎｍ以下の成分および波長７００ｎｍ以上の成分をほとんど含まず可視領域（概ね４００ｎｍから７５０ｎｍまでの波長範囲）をほぼ満遍なく含む一方で短波長側と長波長側にそれぞれピークを有する高演色性の白色光である。このような光を記録媒体に入射させて拡散反射光の分光測定を行って、本願発明者らは次のような知見を得た。
【００２０】
すなわち、図１に示すように、記録媒体による拡散反射の反射率には波長依存性があり、各波長における反射率の値は記録媒体の種類によって大きく異なる。特に、概ね波長４００ｎｍから５００ｎｍの短波長領域と、概ね波長５００ｎｍから６００ｎｍの中波長領域とで各記録媒体が特徴的な反射率を示す一方、概ね波長６００ｎｍ以上の長波長領域では記録媒体ごとの反射率の差異は比較的小さい。
【００２１】
これらのことから、単に拡散光全体の光量を検出するのではなく、波長成分ごとの反射光量を個別に検出し、それらの値を組み合わせて評価することで、材質の違いに起因する記録媒体の反射特性の違いを従来技術よりきめ細かく識別することができるようになる可能性があることがわかる。
【００２２】
すなわち、入射光が記録媒体で拡散反射した拡散反射光のうち、波長が互いに異なる２以上の波長成分の反射光強度を判別に用いることにより、従来より多くの種類の記録媒体を高確度で判別することが可能になる。この場合、入射光は紫外光成分を含まないことが望ましく、その理由は以下の通りである。
【００２３】
図２は紫外光成分を含む光を記録媒体に入射させたときの拡散反射光のスペクトル分布を示す図である。紫外光成分を含む光が記録媒体に入射されたとき、入射光が反射してなる成分に加えて、記録媒体に含まれる蛍光増白剤等によって励起された蛍光が短波長領域に現れるため、見かけの反射率が短波長領域で増大する。このため、中波長領域および長波長領域では記録媒体の種類に起因する反射率の差異はむしろ目立たなくなっている。もちろん、蛍光増白剤を含まない記録媒体では紫外光により励起される蛍光は少ない。
【００２４】
このように、入射光に紫外光成分を含ませることは、特定の波長成分で記録媒体ごとの差異を際立たせる一方で、他の波長成分における記録媒体ごとの差異を圧縮することになる。このことは、２以上の波長成分における反射光量から記録媒体の種類を判別しようとする本発明の技術思想においては障害となる。また、検出される反射光には入射光にもともと含まれていた光成分と、紫外光により励起された蛍光成分とが区別不可能な状態で混在しており、純粋な拡散反射光成分のみを検出することが困難となる。本発明の技術思想は、入射光に含まれていた光成分が記録媒体でどの程度反射（正反射および拡散反射）するかを把握して記録媒体の種類を特定しようとするものであり、光照射により記録媒体で二次的に発生した光を検出することを意図しない。これらの理由から、記録媒体に入射させる光は蛍光を励起する紫外光成分を含まないものであることが望ましい。もちろん、可視域での測定に影響のない範囲で微小な紫外光成分を含むことは許容される。
【００２５】
上記のように、拡散反射光に含まれる２以上の波長成分の光強度を検出することで、多くの記録媒体の材質を判別することが可能である。一方、記録媒体の基材の材質が同一であっても表面加工の違いによって種類が区別されていることもあり、これについては正反射光の光強度によって判別することが可能である。
【００２６】
正反射光のスペクトル分布は原理的には入射光のスペクトル分布とほぼ同じであるので、特定の波長成分の正反射光の光強度が検出できれば記録媒体の表面状態の判別が可能となる。すなわち、拡散反射光に含まれる２以上の波長成分の光強度と、正反射光に含まれる少なくとも１つの波長成分の光強度とが求められれば、原理上は当該記録媒体の種類を特定することが可能である。しかしながら、数十種類の市場で入手可能な記録媒体を用いた本願発明者らの実験では、これらの記録媒体を的確に判別するためには、正反射光についても２以上の波長成分の反射光強度の値を用いるのが望ましいことが判った。すなわち、正反射光の反射光強度においても幾らかの波長依存性が見られる。
【００２７】
かかる知見に基づき、この発明では、正反射光および拡散光についてそれぞれ２以上の波長成分の光強度を個別に求め、それらの値に基づいて記録媒体の種類の判別を行う。より具体的には、こうして求めた各波長成分の光強度と、複数種の記録媒体において予め求められた光学的特性に基づき設定された判別基準とを用いて、判別対象である記録媒体が既知の記録媒体のどれに相当するものであるかを判別する。こうすることで、多くの種類の記録媒体を高い確度で判別することが可能である。
【００２８】
図３は本発明にかかる記録媒体判別を実行する判別装置の具体的構成の一例を示す図である。この判別装置１００は、印刷機、複写機、プリンターなどの各種の画像記録装置に装備されて記録媒体の種類を判別するものであり、その印刷方式は特に限定されず、転写方式、インクジェット方式、電子写真方式など各種のものに適用可能である。
【００２９】
図３（ａ）に示す構成例の判別装置１００では、所定の反射特性を有する基準反射板１４１を埋め込んだプラテン１４０の上方に光源装置１１０が設けられる。基準反射板１４１は、例えば図３（ｂ）に反射特性の一例を示すように、４００ｎｍないし７５０ｎｍ程度の可視光域において概ね一定で比較的高い（例えば０．７５以上）の反射率を有する表面が白色の部材であることが望ましい。このような反射特性を有するものとしては、例えば、窒化チタン、硫酸バリウムまたは酸化アルミニウムなどの紛体の焼結体やセラミック、または白色プラスチック、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの紛体の集合材や発泡材等を用いることができる。さらに、表面の摩耗や汚損の防止、または光沢度の調整のために、表面にガラス等のコーティング層を有するものであってもよい。
【００３０】
以下の説明において記録媒体の「反射率」というとき、当該用語は、記録媒体において検出された反射光の光量と、予め基準反射板１４１において検出された反射光の光量との比の値として定義されるものとする。このように定義された記録媒体の「反射率」は、光源の特性の個体ばらつきおよび経時変化の影響を受けにくいものとすることができ、判別精度の向上に寄与するものである。なお、基準反射板１４１からの反射光を再検出するキャリブレーションが適宜実行されることが望ましい。
【００３１】
光源装置１１０は、所定のスペクトル分布および強度を有する光を出射する光源部１１１と、光源部１１１からの出射光を集光する集光部１１２と、集光された光の放射方向を規制する絞り部１１３とを備えている。光源装置１１０はプラテン１４０上の基準反射板１４１に向けてその斜め上方から光を照射する。光源装置１１０から基準反射板１４１への光の入射角θ１については、３０ないし６０度程度が好ましく、例えば４５度とすることができる。
【００３２】
ここでの照射光としては、例えば図３（ｃ）に示すスペクトル分布を有する白色光を用いることができ、光源部１１１としては例えば白色ＬＥＤを用いることができる。キセノンアークランプ等の放電ランプやハロゲンランプ等の白熱ランプなどを光源として用いてもよいが、その場合は紫外光成分を低減させるために、３８０ｎｍ以下、より好ましくは４００ｎｍ以下の波長成分を除去するフィルターを用いることが望ましい。
【００３３】
光源装置１１０から出射されて基準反射板１４１で正反射される光の光路上に、正反射光検出装置１２０が配置されている。すなわち、正反射光検出装置１２０が基準反射板１４１を見込む角度は入射角θ１とほぼ同じである。正反射光検出装置１２０は、基準反射板１４１からの正反射光を受光してその受光光量に応じた信号を出力する。
【００３４】
一方、入射角θ１よりも大きい角度θ２で基準反射板１４１を見込む位置に、基準反射板１４１からの拡散反射光を受光する拡散光検出装置１３０が設けられる。角度θ２については例えば９０度とすることができる。
【００３５】
正反射光検出装置１２０は、光を受光していくつかの波長成分に分光し各成分ごとの受光光量に応じた信号を出力する受光部１２１と、該受光部１２１へ入射してくる光の方向を制限する絞り部１２２とを備えている。同様に、拡散光検出装置１３０は受光部１３１および絞り部１３２を備えている。正反射光検出装置１２０と拡散光検出装置１３０とは互いに同一構成のものを用いることができる。
【００３６】
図４は受光部の分光感度特性の例を示す図である。図４（ａ）の例では、入射光が波長４００ｎｍないし５４０ｎｍ（中心波長４６０ｎｍ）程度の青色（Ｂ）成分、４８０ｎｍないし６００ｎｍ（中心波長５４０ｎｍ）程度の緑色（Ｇ）成分、および５９０ｎｍないし７２０ｎｍ（中心波長６２０ｎｍないし６６０ｎｍ）程度の赤色（Ｒ）成分に分光される。また、図４（ｂ）の例では、Ｒ成分の分光感度が赤外領域まで拡張されており、その帯域は５９０ｎｍないし１２００ｎｍ（中心波長６２０ｎｍないし７２０ｎｍ）となっている。これらは実用化されているＲＧＢカラーフィルターの代表的な特性であり、このような分光感度特性を有する受光部として、例えば一般的なカラーＣＣＤセンサーやカラーＣＭＯＳセンサーなどを用いることができる。このため装置コストを低く抑えることが可能である。
【００３７】
図３に戻って判別装置の構成の説明を続ける。判別装置１００には、上記各構成の他に、これらの動作を司るとともに記録媒体の判別処理を実行する制御部１５０が設けられる。上記のように構成された判別装置１００において、プラテン１４０に判別対象となる記録媒体Ｍが載置されると、光源装置１１０から光が照射され、その正反射光が正反射光検出装置１２０により受光される一方、拡散反射光が拡散光検出装置１３０により受光される。正反射光検出装置１２０および拡散光検出装置１３０は、受光した光をＲＧＢ各色の成分に分光し、各成分ごとの受光光量に応じた信号を制御部１５０に対してそれぞれ出力する。
【００３８】
制御部１５０は、正反射光検出装置１２０により検出された正反射光のＲＧＢ各成分のうち２以上の波長成分の光量の値と、拡散光検出装置１３０により検出された拡散反射光のＲＧＢ各成分のうち２以上の波長成分の光量の値とに基づき、当該記録媒体Ｍの種類を判別する。次にこの制御部１５０による記録媒体判別処理について説明する。
【００３９】
制御部１５０による記録媒体判別処理では、判別の対象となり得る複数種類の記録媒体について、正反射および拡散反射における反射データをＲＧＢ各色成分ごとに予め求めておく。そして、判別したい記録媒体Ｍが与えられると、当該記録媒体Ｍについて正反射光および拡散反射光の光量をＲＧＢ各成分ごとに検出し、それらの検出値を既知の記録媒体のものと比較して、特性の最も近い記録媒体と当該記録媒体Ｍとが同一種類であると判断する。
【００４０】
判別対象である記録媒体Ｍと既知の記録媒体との照合については種々の方法で行うことができ、例えば既知の記録媒体の反射特性データにより機械学習させた学習データを用いて当該記録媒体Ｍの特性を分析したり、公知の多変量解析技術を用いて当該記録媒体Ｍに近い特性を有する記録媒体を選び出したりするようにしてもよい。ここでは、コンピューター処理に適した処理例として、既知の反射データに基づき構築した二分木分析による判別を例に挙げて説明する。
【００４１】
図５は既知の反射データから求めた二分木の一例を示す図である。この例では、市販されている各種記録媒体のうち１３種、具体的には３種の普通紙（普通紙１〜３）、３種の写真用紙（写真用紙１〜３）、３種の画材紙（画材紙１〜３）、３種のマット紙（マット紙１〜３）および１種のインクジェット印刷用透明ＯＨＰシートを選び出し、これらにおいてＲＧＢ各色成分ごとに測定した正反射および拡散反射における反射率データを用いて各記録媒体を区別するための二分木を構築した。なお、標本データから二分木を構築する手法は公知であるからここでは説明を省略する。
【００４２】
図において、符号Ｓｇ、Ｓｂはそれぞれ緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）成分における正反射光の反射率の値、符号Ｄｒ、Ｄｇはそれぞれ赤色（Ｒ）、緑色成分における拡散反射光の反射率の値を示す。反射率データとしてはこれ以外に正反射光における赤色成分および拡散反射光における青色成分の反射率があり、以下ではこれらの値を符号Ｓｒ、Ｄｂによりそれぞれ表すこととする。
【００４３】
判別対象である記録媒体Ｍにおいて検出された各成分の光量から反射率を求め、構築された二分木による分析を行うことで、当該記録媒体Ｍの種類を判別することができる。より具体的には、二分木の各節点において、求められた反射率データのうち指定された１つの値を選択してそれを基準値と比較し、その大小関係に応じた一方の子を選択しつつ下層へ向かって探索する。これにより、最終的には、二分木の「葉」として定義される１３種の記録媒体のいずれかに到達しこれを判別結果とする。この例では、各記録媒体で求めた反射率データを用いて二分木を構築した結果、正反射光の２つの色成分の反射率Ｓｇ、Ｓｂと拡散反射光の２つの色成分の反射率Ｄｒ、Ｄｇとから１３種の記録媒体を確実に判別することができた。
【００４４】
このように、正反射光および拡散反射光のそれぞれ３つずつの色成分の反射率データが常に全て必要というわけではない。また、図５に示した二分木における木の形状、分析に用いられる反射光成分の種類および反射率の数値は、予めデータを取得する記録媒体の組み合わせによって当然に異なると考えられる。しかしながら、本願発明者らが市販されている３０種あまりの記録媒体について、処理に適用する反射率データの組み合わせを種々に変更しながら試行した結果によれば、正反射光について２以上の波長成分、拡散反射光についても２以上の波長成分が、確実な判別のために必要であることがわかった。すなわち、反射光における互いに異なる複数の波長成分の光強度の組み合わせが、記録媒体の種類によって異なっており、記録媒体の種類を判別するために必要である。
【００４５】
図６は記録媒体の判別が可能な波長成分の組み合わせを示す図である。図に示すように、正反射光、拡散反射光それぞれのＲＧＢ成分を全て用いれば確実に判別ができるのは当然であるが、正反射光、拡散反射光それぞれ２つずつの色成分のみでも確実な判別が可能であることがわかった。これらの結果から、正反射光については青色成分が判別に用いられることが好ましく、また拡散反射光については青色または緑色成分が用いられることが好ましく、さらには正反射光２成分、拡散反射光２成分の４種類の中に青色成分と緑色成分とが共に含まれることが好ましいことがわかった。
【００４６】
このように、記録媒体に照射した可視光の正反射光および拡散反射光を検出して記録媒体の種類を判別するとき、可視域の中でも比較的波長の短い青色成分や緑色成分の反射光強度を用いることで、高い確度での判別を行うことが可能である。このことは、図１に示した各種記録媒体の反射特性、すなわち、記録媒体ごとの反射光量の差異が短波長域で比較的大きく長波長域で小さいことと符合している。したがって、照射光としては可視域の中でも短波長ないし中波長の成分、つまり青色成分や緑色成分を多く含むものであることが望ましい。ただし、照射光に含まれる紫外光成分により励起される蛍光成分が反射光に含まれていると誤判別の原因となるので、紫外光成分を本質的に含まない、あるいは予め紫外光成分が除去された光を照射光とすることが望ましい。高演色性の白色ＬＥＤはこの目的の光源として好適に用いることができるものである。
【００４７】
なお、上記したように、記録媒体の種類の判別は、正反射光および拡散反射光それぞれ２以上の波長成分の光量検出結果に基づいて行うことが可能である。したがって受光した反射光を３つの色成分（ＲＧＢ）に分解することは必須の要件ではない。ただし、３つの色成分全てを判別に用いない場合であっても、装置としては３色の色分解機能を有するものであることが望ましい。その理由は、第１に、判別対象とする複数種の記録媒体の組み合わせが変われば、判別に用いる色成分も変わってくる可能性があるからである。第２の理由は、現在では３色の色分解機能を有する光学デバイスが容易に入手可能であり、敢えて２つの波長成分のみを抽出するためのハードウェアを用意するよりも装置コストを低く抑えることができる可能性がある点である。
【００４８】
図７は記録媒体判別処理を行うための制御部の構成を模式的に示す図である。より詳しくは、図７（ａ）は制御部１５０の構成例を示す図であり、図７（ｂ）は制御部１５０に設けられる判別データベースアレイのデータ構造例を示す図である。図７（ａ）に示すように、制御部１５０には、各種の処理を実行するＣＰＵ１５１と、ＣＰＵ１５１が判別処理において参照する参照データ保存先としての判別データベースアレイ１５２とが設けられる。ＣＰＵ１５１には、正反射光検出装置１２０から出力される正反射光の各色成分の反射率データＳｒ、Ｓｇ、Ｓｂと、拡散光検出装置１３０から出力される拡散反射光の各色成分の反射率データＤｒ、Ｄｇ、Ｄｂと、が入力される。ＣＰＵ１５１は、こうして与えられる反射率データと判別データベースアレイ１５２とを用いて記録媒体判別処理を実行する。
【００４９】
判別データベースアレイ１５２は、図７（ｂ）に示すように、複数セットの判別データ群からなる判別データベースと、複数セットの媒体データ群からなる媒体データベースとを有している。
【００５０】
判別データベースは図５の二進木をコンピューター処理容易なデータ構造体として表現したものに相当し、二進木の節点数に対応するセット数の判別データからなる。判別データベース中の１セットの判別データは、二進木の一の節点における分岐判断に用いる反射光データの種類に関する情報（判別反射光種類）およびその閾値（判別基準データ）、分岐条件成立時および不成立時それぞれにおける判別データベースアレイ１５２内でのジャンプ先（条件成立時のジャンプ先および条件不成立時のジャンプ先）に関する情報などを含む。また、判別処理を継続するか終了するかを表すフラグをさらに有している。判別データではこのフラグは一律に「ＮＯ」を示す値に設定される。
【００５１】
媒体データベースは、予め登録された記録媒体の種類数に対応するセット数の媒体データを有しており、各媒体データは、各記録媒体を区別する固有の名称（記録媒体種類名）と、当該記録媒体が印刷プロセスに供されるときの処理条件、例えば搬送条件や画像濃度などのパラメーター（印刷パラメーター）とを含む。また、判別処理を継続するか終了するかを表すフラグをさらに有している。媒体データではこのフラグは一律に「ＹＥＳ」を示す値に設定される。
【００５２】
図８は制御部が実行する記録媒体判別処理の一例を示すフローチャートである。最初に、判別データベースアレイ中の参照番地を指し示すポインターの値が判別データベースアレイの先頭番地に設定される（ステップＳ１０１）。そして、判別データベースから、指定された番地の判別データが読み込まれる（ステップＳ１０２）。
【００５３】
続いて、読み込まれたデータのうち判別終了フラグの値が判断される（ステップＳ１０３）。判別データベース中の各判別データでは該フラグは「ＮＯ」に設定されているので、この時点での判断結果は「ＮＯ」であり、次に実行されるのはステップＳ１０４である。すなわち、判別データベースから判別基準データと、判別反射光種類とが取得される（ステップＳ１０４、Ｓ１０５）。そして、記録媒体Ｍからの反射光において測定された反射率データのうち判別反射光種類により特定される１つが選択されて（ステップＳ１０６）、その値と判別データベースから取得された判別基準データとが比較される（ステップＳ１０７）。
【００５４】
ここで、「（測定データ）＜（基準データ）」の条件が成立する（ステップＳ１０７においてＹＥＳ）場合には、判別データにより示される条件成立時のジャンプ先にポインターが更新される一方（ステップＳ１０９）、条件が成立しない（ステップＳ１０７においてＮＯ）場合には、条件不成立時のジャンプ先にポインターが更新される（ステップＳ１０８）。その後、ステップＳ１０２に戻って新たにデータベースの読み出しが行われる。
【００５５】
このとき、ポインターにより指定されたジャンプ先が判別データベース内であれば、指定された判別データに基づいて上記処理が繰り返される。これは、二分木における分岐判定が１つ深い層に進んだことを意味する。一方、ポインターにより指定されたジャンプ先が媒体データベース内であれば、続いて読み出されるデータは媒体データである。媒体データでは判別終了フラグは「ＹＥＳ」に設定されているから、ステップＳ１０３における判断は「ＹＥＳ」となってステップＳ１１０に進み、ポインターにより指定される媒体データから記録媒体種類名と印刷パラメーターとが取得されて処理が終了する。これは二分木に沿った探索が１つの「葉」に到達したことを意味し、判別結果として、当該葉に対応する記録媒体の種類が得られる。
【００５６】
この判別装置１００を装備する印刷装置等では、判別結果として得られた記録媒体種類名は、例えば判別結果をユーザーに報知する目的に使用することができる。また、実行しようとしている印刷プロセスと記録媒体とが合致しない場合に、警告報知を行ったり印刷プロセスを中止したりするなどの用途に利用することができる。また、媒体データベースから読み出された印刷パラメーターについては、例えば印刷プロセスの処理条件の最適化を図るのに利用することができる。
【００５７】
図９は判別装置のより具体的な構成の例を示す側面断面図である。図９（ａ）に例示する判別装置１０では、上記した判別装置１００の光源装置１１０、正反射光検出装置１２０および拡散光検出装置１３０にそれぞれ対応する光源ユニット１１、正反射光受光ユニット１２および拡散反射光受光ユニット１３を備えており、これらが、下面に開口を有し内部が測定空間ＳＰとして機能する空洞になったハウジング１６に収容されている。ハウジング１６は各ユニット間の位置関係を保持するとともに、光の照射および反射を内部空洞内で行わせることで迷光等による外乱を防止するものである。
【００５８】
測定空間ＳＰに臨むハウジング１６の内壁面１６ａは艶消しの黒色とするのが一般的には好ましいが、白色または鏡面仕上げとしてもよい。なお、図９（ｂ）に示すように、内壁面１８ａの断面形状が半円形となったハウジング１８を用いてもよい。また図９（ｃ）に示すように、基準反射板１４ｂ以外のプラテン１４ａ表面からの反射光の混入を防止するために、ハウジング１６の下面に開口絞り１９を設けてもよい。
【００５９】
判別装置１０の下方には、プラテン１４ａが配置され、その一部に穿設された貫通孔に基準反射板１４ｂが嵌め込まれている。これらは先に説明したプラテン１４０および基準反射板１４１に相当するものである。
【００６０】
また、ハウジング１６は、ハウジング昇降機構１７によって昇降自在に保持されている。すなわち、ハウジング１６の上部には上方に向かって延びるリフトアーム１７ａが取り付けられるとともに、該リフトアーム１７ａが例えばソレノイドによる昇降駆動部１７ｂの動作に伴って上下動する。このため、昇降駆動部１７ｂが作動することにより、ハウジング１６が昇降しプラテン１４ａに対して接近・離間移動する。ハウジング１６が最も下降した状態では、ハウジング１６の下面が直接、あるいはプラテン１４ａに載置された記録媒体Ｍを介して、プラテン１４ａの上面に当接する。これにより、測定空間ＳＰへの外光の侵入を防止することができる。
【００６１】
光源ユニット１１は、照射光源たる高演色白色のＬＥＤ１１ａと、その出射光を収束させるコンデンサーレンズ１１ｂと、収束光の射出方向を制限する射出絞り１１ｃとを備えている。また、正反射光受光ユニット１２は、基準反射板１４ｂまたは記録媒体からの正反射光を受光する光センサー１２ａと、光センサー１２ａへの入射光を制限する入射絞り１２ｂとを備えている。同様に、拡散反射光受光ユニット１３は、基準反射板１４ｂまたは記録媒体からの拡散反射光を受光する光センサー１３ａと、光センサー１３ａへの入射光を制限する入射絞り１３ｂとを備えている。
【００６２】
図１０は判別装置のキャリブレーションを含む判別処理動作を示すフローチャートである。まず、記録媒体がプラテン１４ａに載置される前に、ハウジング昇降機構１７により判別装置１０が降下されて、ハウジング１６の下面がプラテン１４ａの上面に密着した状態にされる（ステップＳ２０１）。この状態で照射光源であるＬＥＤ１１ａが発光し、測定に適しかつ安定した光量となるよう光量調整が行われる（ステップＳ２０２）。
【００６３】
この状態で、基準反射板１４ｂからの正反射光および拡散反射光が正反射光受光ユニット１２および拡散反射光受光ユニット１３により受光されて、ＲＧＢ各成分ごとの受光光量が求められる。これらの値が、記録媒体の反射率を求める際の基準値として取得される（ステップＳ２０４）。こうして基準反射板１４ｂからの反射光を基準値として取得しておくことで、光源および受光部の特性ばらつきやその経時変化によらず安定した判別結果を得ることが可能となる。すなわち、ここでの基準値の取得は、判別装置のキャリブレーションとしての意義を有している。そして、各成分の受光光量が判定され（ステップＳ２０５）、予め設定された所定値に達しないものがあるときには判別装置の異状が疑われるのでエラー終了とする。
【００６４】
各受光光量が正常であれば、ハウジング昇降機構１７により判別装置１０が上昇してプラテン１４ａ表面からいったん離間し（ステップＳ２０６）、判別対象である記録媒体Ｍが判別装置１０直下の判定位置まで搬送された後で（ステップＳ２０７）、再度判別装置１０が降下してハウジング１６の下面が記録媒体Ｍの上面に密着した状態となる（ステップＳ２０８）。この状態で、記録媒体Ｍの表面に向けて光が照射され、正反射光および拡散反射光の測定が行われる（ステップＳ２０９）。
【００６５】
そして、測定結果に基づいて記録媒体判定処理が行われるが（ステップＳ２１０）、その処理内容は図８に示したものと同一である。こうして記録媒体の種類が判別されると、判別装置１０が上昇して記録媒体Ｍから離間し（ステップＳ２１１）、記録媒体Ｍが搬出されて（ステップＳ２１２）、処理が終了する。
【００６６】
図１１は本発明にかかる判別装置の具体的構成の他の例を示す図である。図１１（ａ）に示す構成例の判別装置２００では、基準反射板２４１が設けられたプラテン２４０上に載置された記録媒体Ｍに対して、光源装置２１０から光が照射される。光源装置２１０は、複数の波長成分を有する光を出射する光源部２１１と、光源部２１１からの出射光を集光する集光部２１２と、集光された光の放射方向を規制する絞り部２１３と、絞り部２１３を通して出射される光のうち所定の波長成分のみを選択的に通過させるフィルター２１４とを備えている。フィルター２１４は透過させる光の波長を切り替えることができるものである。すなわち、この判別装置２００では、フィルター２１４の切り替えにより、記録媒体Ｍに照射される光のスペクトル分布を変化させることができる。
【００６７】
また、図１１（ｂ）に示す構成例の判別装置３００では、基準反射板３４１が設けられたプラテン３４０上に載置された記録媒体Ｍに対して、光源装置３１０から光が照射される。光源装置３１０は、出射する光の波長を切り替え可能な光源部３１１と、光源部３１１からの出射光を集光する集光部３１２と、集光された光の放射方向を規制する絞り部３１３とを備えている。光源部３１１としては、例えばＲＧＢ各色の発光素子を１つのパッケージに組み込んだ多色ＬＥＤを用いることができる。すなわち、この判別装置３００では、光源部３１１からの出射光成分を変化させることで、記録媒体Ｍに照射される光のスペクトル分布を変化させることができる。
【００６８】
これらの構成においても、正反射光および拡散反射光が波長成分ごとに受光されてその光量検出結果が記録媒体Ｍの種類の判別に供される。ただし、図３の構成例では複数の波長成分を同時に含む白色光が記録媒体Ｍに照射されて受光側で分光されるのに対して、これらの態様では、光の波長成分が記録媒体に入射する段階で既に制限されたものとなっている。したがって、反射光を受光する受光部としては、図３および図４に示したように分光機能を有するものを同様に使用することができるほか、例えば図１１（ｃ）に示すように、広帯域の光に対して感度を有する受光素子を用いることができる。このような受光素子としては、例えば半導体センサー、光電子増倍管、および硫化カドミウム等の光導電性材料を用いた光導電セルなどを用いることが可能である。
【００６９】
このように入射光の波長を切り替えることのできる光源部と色分解機能を持たない受光素子との組み合わせによる利点としては、波長成分ごとの入射光量を個別に設定することができる点がある。図１に示したように、記録媒体の種類ごとの反射光量の差異、つまり光量測定におけるダイナミックレンジは光の波長によって大きく異なる。本願発明者らの実験では、図１からわかるように、可視域における長波長側、つまり赤色領域でダイナミックレンジが小さくなっている。そこで、例えば赤色成分の入射光の光強度を他の色成分より大きくするようにすれば、測定時における赤色成分のダイナミックレンジを拡大してより高精度な検出が可能となり、判別の確度をより高めることが可能となる。
【００７０】
例えば黒っぽい紙のように地色が白色から大きく離れた記録媒体では、反射光に含まれる短波長成分が減少し、むしろ赤色成分や赤外成分が多くなる。そこで、この波長域のダイナミックレンジを拡張することで、記録媒体の種類ごとの反射特性の差異をより精度よく検出して、確度の高い判別を行うことが可能となる。
【００７１】
正反射光および拡散反射光のそれぞれについて、２以上の波長成分の反射光量が求められれば、それらの値を用いて上記と同様にして記録媒体の種類を判別することが可能である。
【００７２】
以上のように、この発明にかかる判別装置の実施形態では、記録媒体に可視光を照射し、その正反射光および拡散反射光について、それぞれ２以上の波長成分の光量を個別に検出する。そして、正反射光で２以上、拡散反射光で２以上の波長成分の反射光量の検出結果を用いて、判別対象である記録媒体が、予め特性がわかっている複数種の記録媒体のうちいずれに相当するものであるかが判別される。こうすることにより、正反射光および拡散反射光の総光量のみで判別を行ったり、紫外線により励起される蛍光や赤外域での反射光に基づいて判別を行ったりする従来技術よりも多くの種類の記録媒体を、高い確度で判別することが可能である。
【００７３】
本願発明者らの実験では、それぞれ複数枚の３０種あまりの記録媒体、合計１５０枚程度を判別したところ、１００％の確率で正しく種類を判別することが確認された。
【００７４】
この判別手法では、光源および受光部のいずれもが、可視光域で動作するデバイスにより構成することができる。このようなデバイスとしては多くの製品が実用化されているので、それらから適宜に選択することで、使用目的や価格等に応じた判別装置を構成することが可能である。
【００７５】
以上説明したように、この実施形態では、判別装置１０，１００が本発明の「記録媒体判別装置」に相当しており、光源装置１１０，２１０，３１０が本発明の「光照射部」として機能するとともに、正反射光検出装置１２０および拡散光検出装置１３０がそれぞれ本発明の「正反射光受光部」および「拡散反射光受光部」として機能している。また、制御部１５０が本発明の「判別部」として機能しており、基準反射板１４１が本発明の「基準反射部」として機能している。
【００７６】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、既知の記録媒体から取得された反射率データに基づき構築された二分木を用いて、判別対象である記録媒体で取得された反射率データからその種類を判別している。しかしながら、この発明の要部は、正反射光および拡散反射光のそれぞれで２以上の波長成分の光量値を用いて判別を行う点にあり、それらを用いた判別のための演算処理の内容については特に限定されるものではない。
【００７７】
また、上記実施形態では入手容易なＲＧＢカラーフィルターを用いて反射光の分光を行っているが、反射光を幾つの波長成分に分解するか、またどの波長成分を用いるかについても、上記に限定されず任意である。
【００７８】
また、上記した判別装置１０およびこれを用いた記録媒体判別処理では、判別装置１０を記録媒体に密着させている。これは、光源装置から正反射光受光装置に至る正反射光の光軸を安定させるとともに外光の侵入を防止するためであるが、用途によっては判別装置の昇降機構を省略してもよい。例えば印刷装置等の筐体内部に判別装置が設置されて外光の影響がない場合がこれに相当する。また、判別装置と記録媒体（または記録媒体の支持部）を離接する構成の場合に、記録媒体（または記録媒体の支持部）側を移動してもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、平面状のプラテンに載置された記録媒体の上方に判別装置を配置して判別を行っているが、記録媒体と判別装置との位置関係はこれに限定されず、例えば垂直方向に搬送される記録媒体に対してその側方に判別装置を設けてもよく、また水平に載置された記録媒体の下面側に判別装置を配置してもよい。また、平面状のプラテンに記録媒体が載置される構成以外にも、ガイド部材に押し当てられた記録媒体の表面や、ローラーに巻き掛けられて湾曲した記録媒体の表面に対して光照射を行い、反射光を検出する構成であってもよい。
【００８０】
また、判別処理時に記録媒体が停止していることは必須ではなく、所定の搬送速度で搬送され移動しつつある記録媒体の表面に対して光照射を行い反射光を検出する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０，１００…判別装置（記録媒体判別装置）、１１０，２１０，３１０…光源装置（光照射部）、１１１…白色ＬＥＤ（光源部）、１２０…正反射光検出装置（正反射光受光部）、１３０…拡散光検出装置（拡散反射光受光部）、１４０…プラテン、１４１…基準反射板（基準反射部）、１５０…制御部（判別部）、Ｍ…記録媒体。
【図１】
2014145760.tif 000003
【図２】
2014145760.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014145760.tif 000008
【図７】
2014145760.tif 000009
【図８】
2014145760.tif 000010
【図９】
2014145760.tif 000011
【図１０】
2014145760.tif 000012
【図１１】
2014145760.tif 000013