(57)【要約】【課題】加熱エネルギーを少なくしつつ、シートの種類を簡単に識別できるシート種類識別装置を提供する。【解決手段】ヒータ２０は、静止した状態のシートの特定箇所を加熱する。第１、第２温度センサ２１，２２は、シートの第１、第２測定箇所の温度の時間変化を検出する。識別部３２は、第１、第２測定箇所の温度の時間変化を、種別温度変化と比較して、ヒータ２０に加熱されたシートの種類を識別する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止した状態のシートの特定箇所を加熱するヒータと、
上記ヒータにより加熱された上記シートにおける上記特定箇所から離れた位置にある測定箇所の温度の時間変化を検出する温度センサと、
上記温度センサにより検出された上記測定箇所の温度の時間変化を、シートの種類毎に対応づけられた温度の時間変化であって予め記録されている種別温度変化と比較して、上記ヒータに加熱された上記シートの種類を識別する識別部と
を備えることを特徴とするシート種類識別装置。
【請求項２】
請求項１に記載のシート種類識別装置において、
第１の上記温度センサと上記ヒータとを結ぶ方向と、第２の上記温度センサと上記ヒータとを結ぶ方向とは、直交し、
上記第１の温度センサが検出する第１の上記測定箇所と上記特定箇所とを結ぶ方向と、上記第２の温度センサが検出する第２の上記測定箇所と上記特定箇所とを結ぶ方向とは、直交し、
上記識別部は、上記第１の測定箇所の温度の時間変化、および、上記第２の測定箇所の温度の時間変化を、上記種別温度変化と比較して、上記シートの種類を識別することを特徴とするシート種類識別装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシート種類識別装置において、
上記シートの上記特定箇所を加熱し上記シートの温度を上昇させた後に、冷却期間を置いて上記シートの温度が下がるのを待ってから、再度、上記シートの同一の上記特定箇所を加熱するという動作を繰り返して、上記シートの温度上昇を安定化させる安定化部を備え、
上記識別部は、上記シートの温度上昇が安定化したとき、上記測定箇所の温度の時間変化を、上記種別温度変化と比較して、上記シートの種類を識別することを特徴とするシート種類識別装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一つに記載のシート種類識別装置において、
上記温度センサは、上記シートの上記測定箇所からの放射温度を測定して、上記測定箇所の温度変化を検出することを特徴とするシート種類識別装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一つに記載のシート種類識別装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、用紙、フィルム、布等のシートの種類を識別するシート種類識別装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
用紙、フィルム、布（以降、これらをシートと呼ぶ）に印刷を行う複写機、プリンター、活版印刷機などの装置では、印刷品質を確保する必要がある。紙幣の枚数計測装置では、真贋判別を行う必要がある。このため、これらの装置には、シートの種類を識別するセンサが必要である。
【０００３】
従来より、光学式センサにおいて被測定物に光を照射し、その透過光、反射光、散乱（拡散）光、偏光を測定し、被測定物の種類を識別する事が広く行われている。分光反射率測定装置や分光透過率測定装置などの多くの装置が市販されている。
【０００４】
被測定物をシートに限定すると、ＯＨＰ用紙（プラスチックフィルム）などは表面が滑らかなので、反射光は多いが、散乱（拡散）光は少ない。一方、紙の光特性は、ＯＨＰ用紙の光特性と逆であるので、それにより、ＯＨＰ用紙と紙との識別が可能となる。
【０００５】
大量生産された紙と手すき紙とでは、それらの表面の滑らかさが異なるため、その違いで、普通紙と呼ばれている紙とわら半紙と呼ばれている紙の識別が可能となる。シートの透過光の大小により、シートの厚みも識別可能である。この場合、ＯＨＰ用紙は透明であり、可視光はＯＨＰ用紙を透過するため、透過しない波長の光を選ぶ必要がある。これが、従来のシートの識別原理である。
【０００６】
しかしながら、１つの波長では、ＯＨＰ用紙と紙の多くを識別する事が困難なため、ＯＨＰ用紙用、紙用の少なくとも２波長の光源が必要となる課題があった。また、透過光の測定では、シートを挟む形で発光素子と受光素子を配置する必要から、セット（複写機やプリンター、活版印刷機など）内の取り付け場所を自由に選べない制約があった。
【０００７】
そこで、従来、レーザ光をシートに照射し、サーモカメラ（２次元温度センサアレイ）によりシートの温度分布を測定し、その速度と方向を検出することが、特許第３９７１４７７号公報（特許文献１）により提案されている。
【０００８】
また、シートの移動方向に、第１の温度センサ、ヒータ、第２の温度センサを配置し、第１と第２の温度センサの出力差から、ヒータによる温度上昇を検出し、シートの熱容量を測定することが、特公昭６３−６４７８８号公報（特許文献２）により提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３９７１４７７号公報
【特許文献２】特公昭６３−６４７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１では、シートの速度と方向を測定するセンサであり、シートの識別に関しては何らの記載も無い。また、移動しているシートを加熱し、温度分布を測定するためには、大きな加熱エネルギーを必要とする課題があった。
【００１１】
上記特許文献２では、熱容量を測定するセンサであり、シートを熱容量で区別することが間接的に明示されているが、熱容量の測定のための温度変化を与えるには、大きな加熱エネルギーを必要とする課題があった。
【００１２】
そこで、この発明の課題は、加熱エネルギーを少なくしつつ、シートの種類を簡単に識別できるシート種類識別装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、この発明のシート種類識別装置は、
静止した状態のシートの特定箇所を加熱するヒータと、
上記ヒータにより加熱された上記シートにおける上記特定箇所から離れた位置にある測定箇所の温度の時間変化を検出する温度センサと、
上記温度センサにより検出された上記測定箇所の温度の時間変化を、シートの種類毎に対応づけられた温度の時間変化であって予め記録されている種別温度変化と比較して、上記ヒータに加熱された上記シートの種類を識別する識別部と
を備えることを特徴としている。
【００１４】
また、一実施形態のシート種類識別装置では、
第１の上記温度センサと上記ヒータとを結ぶ方向と、第２の上記温度センサと上記ヒータとを結ぶ方向とは、直交し、
上記第１の温度センサが検出する第１の上記測定箇所と上記特定箇所とを結ぶ方向と、上記第２の温度センサが検出する第２の上記測定箇所と上記特定箇所とを結ぶ方向とは、直交し、
上記識別部は、上記第１の測定箇所の温度の時間変化、および、上記第２の測定箇所の温度の時間変化を、上記種別温度変化と比較して、上記シートの種類を識別する。
【００１５】
また、一実施形態のシート種類識別装置では、
上記シートの上記特定箇所を加熱し上記シートの温度を上昇させた後に、冷却期間を置いて上記シートの温度が下がるのを待ってから、再度、上記シートの同一の上記特定箇所を加熱するという動作を繰り返して、上記シートの温度上昇を安定化させる安定化部を備え、
上記識別部は、上記シートの温度上昇が安定化したとき、上記測定箇所の温度の時間変化を、上記種別温度変化と比較して、上記シートの種類を識別する。
【００１６】
また、一実施形態のシート種類識別装置では、上記温度センサは、上記シートの上記測定箇所からの放射温度を測定して、上記測定箇所の温度変化を検出する。
【００１７】
また、一実施形態の電子機器では、上記シート種類識別装置を備える。
【発明の効果】
【００１８】
この発明のシート種類識別装置によれば、上記ヒータは、静止した状態のシートの特定箇所を加熱する。上記温度センサは、上記シートの測定箇所の温度の時間変化を検出する。上記識別部は、上記測定箇所の温度の時間変化を、種別温度変化と比較して、上記ヒータに加熱された上記シートの種類を識別する。これにより、加熱エネルギーを少なくしつつ、シートの種類を簡単に識別できる。
【００１９】
この発明の電子機器によれば、上記シート種類識別装置を備えるので、消費電力を低減しつつ信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態のシート種類識別装置を示す構成図である。
【図２】図１のシート種類識別装置からリッドを取り除いた状態を示す構成図である。
【図３】シート種類識別装置上にシートを静止した状態で配置したときのヒータの動作を示す説明図である。
【図４】シート種類識別装置上にシートを静止した状態で配置したときの第１、第２温度センサの動作を示す説明図である。
【図５】ヒータおよび第１、第２温度センサの出力の時間変化を示すグラフである。
【図６】シートが紙であり、ヒータを１回駆動したときの第１、第２温度センサの出力の時間変化を示すグラフである。
【図７】シートが紙であり、ヒータを４回駆動したときの第１、第２温度センサの出力の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、この発明の一実施形態のシート種類識別装置を示す構成図であり、図１（ａ）は、上面図であり、図１（ｂ）は、側面図である。図１に示すように、シート種類識別装置１は、シートの種類を識別する装置であり、セラミックパッケージ１０と、このセラミックパッケージ１０の上に接着剤１２で固定されたリッド（蓋）１１とを備える。このリッド１１は、シリコンなどで作られている。
【００２３】
図２は、図１のシート種類識別装置１からリッド１１を取り除いた状態を示し、図２（ａ）は、上面図を示し、図２（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。図２に示すように、上記セラミックパッケージ１０は、基台１５と、この基台１５内に配置されたヒータ２０および第１、第２温度センサ２１，２２とを備える。
【００２４】
上記ヒータ２０は、例えば、赤外線を発するＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)ヒータである。上記第１、上記第２温度センサ２１，２２は、例えば、放射温度センサとなるサーモパイルである。
【００２５】
上記ヒータ２０および上記第１、上記第２温度センサ２１，２２は、ワイヤ線を介して、制御部３０に電気的に接続されている。上記制御部３０は、ヒータ２０および第１、第２温度センサ２１，２２等を制御する。制御部３０は、安定化部３１と識別部３２とを有する。上記安定化部３１は、後述するが、ヒータ２０の出力を制御してシートの温度上昇を安定化させる。上記識別部３２は、後述するが、第１、第２温度センサ２１，２２からの信号に基づいて、シートの種類を識別する。
【００２６】
上記リッド１１は、図示しない３つの回折型レンズを有する。この各レンズは、ヒータ２０および第１、第２温度センサ２１，２２のそれぞれの上に配置されている。このレンズは、シリコンを加工して作られる。
【００２７】
図３は、シート種類識別装置１上にシートＳを静止した状態で配置したときのヒータ２０の動作を示し、図３（ａ）は、上面図を示し、図３（ｂ）は、断面図を示す。図３に示すように、上記ヒータ２０から出射した赤外線は、上記リッド１１の回折型レンズで絞られ、シートＳの特定箇所を加熱する。このとき、ヒータ２０により加熱された熱は、仮想線Ｃ１に示すように、シートＳ上を、特定箇所を中心として同心円状に伝わって行く。シートＳの特定箇所は、シートＳに直交する方向からみて、ヒータ２０に重なる。
【００２８】
図４は、シート種類識別装置１上にシートＳを静止した状態で配置したときの第１、第２温度センサ２１，２２の動作を示し、図４（ａ）は、上面図を示し、図４（ｂ）は、断面図を示す。図４では、ヒータ２０をＯＦＦとし、ヒータ２０の影となっている第２温度センサ２２を見えるようにし、熱の伝わりを、仮想線Ｃ１にて示している。
【００２９】
図４に示すように、上記シートＳから発せられた赤外線は、上記リッド１１の回折型レンズにより集められ、上記第１、上記第２温度センサ２１，２２に入射する。つまり、第１温度センサ２１は、シートＳの第１測定箇所からの放射温度を測定して、第１測定箇所の温度の時間変化を検出する。第２温度センサ２２は、シートＳの第２測定箇所からの放射温度を測定して、第２測定箇所の温度の時間変化を検出する。
【００３０】
上記第１、上記第２測定箇所は、上記特定箇所から離れた位置にある。第１特定箇所は、シートＳに直交する方向からみて、第１温度センサ２１に重なる。第２特定箇所は、シートＳに直交する方向からみて、第２温度センサ２２に重なる。
【００３１】
上記第１温度センサ２１と上記ヒータ２０とを結ぶ方向と、上記第２温度センサ２２と上記ヒータ２０とを結ぶ方向とは、直交する。上記第１測定箇所と上記特定箇所とを結ぶ方向と、上記第２測定箇所と上記特定箇所とを結ぶ方向とは、直交する。
【００３２】
上記識別部３２（図２参照）は、上記第１測定箇所の温度の時間変化、および、上記第２測定箇所の温度の時間変化を、予め記録されている種別温度変化と比較して、シートＳの種類を識別する。この種別温度変化は、シートＳの種類毎に対応づけられた温度の時間変化である。つまり、シートＳからの放射エネルギーは、第１、第２温度センサ２１，２２で電圧に変換され、ワイヤ線を通り、セラミックパッケージ１０外のマイコン（制御部３０）に入力され、このマイコン内に保持されたデータ（種別温度変化）と照合される。
【００３３】
このデータを具体的に説明すると、例えば、ＯＨＰ用紙（プラスチックで作られたフィルム）では、材質が均一なため、熱の伝わりは当方的であり、第１温度センサ２１の出力と第２温度センサ２２の出力に差は生じない。
【００３４】
また、上記シートＳに、図４（ａ）の矢印Ａに示す方向に、繊維や糸が走っているとすると、熱の伝わりに方向性が生じ、第１温度センサ２１の出力と第２温度センサ２２の出力に差が生じる。
【００３５】
図５は、ヒータ２０および第１、第２温度センサ２１，２２の出力の時間変化を示すグラフであり、図５（ａ）は、シートＳが紙であるときの第１、第２温度センサ２１，２２の出力変化を示し、図５（ｂ）は、シートＳがＯＨＰ用紙であるときの第１、第２温度センサ２１，２２の出力変化を示す。ヒータ２０をパルス駆動している電圧グラフを、加熱信号と記し、第１、第２温度センサ２１，２２の出力信号を、受熱信号と記している。
【００３６】
図５に示すように、同一の第１、第２温度センサ２１，２２の出力信号が得られる時間は、紙ではＡとなり、ＯＨＰ用紙ではＢ（＜Ａ）となる。ＡはＢより大きくなっており、これは、一般的に知られているように、ＯＨＰ用紙はプラスチック製で熱伝導率が高く、紙は熱伝導率が低いことに、由来している。
【００３７】
図６は、シートＳが紙であり、ヒータ２０を１回駆動したときの第１、第２温度センサ２１，２２の出力の時間変化を示すグラフである。第１温度センサ２１とヒータ２０とを結ぶ方向と、第２温度センサ２２とヒータ２０とを結ぶ方向とは、直交する。紙の繊維の延在する方向は、第１温度センサ２１とヒータ２０とを結ぶ方向に略平行になっている。微小な変化のため、１１点移動平均も示すが、紙の熱伝導に方向性があることが分かる。
【００３８】
したがって、例えば、紙や布には、熱伝導に方向性があり、プラスチックからなるフィルムには、熱伝導に方向性がない。これにより、上記シート種類識別装置１では、シートＳの温度変化を検出することで、紙や布とフィルムとの識別が可能となる。
【００３９】
また、手すき紙などの一部の紙については、熱伝導に方向性がないが、その場合は、フィルムの熱伝導率は高いが、紙の熱伝導率は低い。これにより、上記シート種類識別装置１では、シートＳの温度変化を検出することで、手すき紙とフィルムとの識別が可能となる。
【００４０】
図７は、シートＳが紙であり、ヒータ２０を４回駆動したときの第１、第２温度センサ２１，２２の出力の時間変化を示すグラフである。図７に示すように、第１回目の立ち上がりと立ち下がりの温度が異なっており、最初の１回目の加熱により紙の湿度が飛んだと考える。これは、シートＳの温度変化は、シートＳの材質の違いだけでなく、シートＳの吸湿状態により変化を受けることによる。
【００４１】
要するに、上記安定化部３１（図２参照）は、シートＳの特定箇所を加熱しシートＳの温度を上昇させた後に、冷却期間を置いてシートＳの温度が下がるのを待ってから、再度、シートＳの同一の特定箇所を加熱するという動作を繰り返して、シートＳの温度上昇を安定化させる。そして、上記識別部３２（図２参照）は、シートＳの温度上昇が安定化したとき、上記第１、上記第２測定箇所の温度の時間変化を、上記種別温度変化と比較して、シートＳの種類を識別する。
【００４２】
上記構成のシート種類識別装置１によれば、上記ヒータ２０は、静止した状態のシートＳの特定箇所を加熱する。上記第１、第２温度センサ２１，２２は、シートＳの第１、第２測定箇所の温度の時間変化を検出する。上記識別部３２は、第１、第２測定箇所の温度の時間変化を、種別温度変化と比較して、ヒータ２０に加熱されたシートＳの種類を識別する。
【００４３】
これにより、静止状態のシートＳの特定箇所を加熱することで、エネルギーが少なくて済む。また、静止状態のシートＳの特定箇所を加熱してシートＳの第１、第２測定箇所の温度変化を検出することで、紙の場合は特定の繊維を加熱し、布の場合は特定の縦糸横糸を加熱して、熱伝導の方向性を検出でき、ひいてはシートＳの種類の識別が可能となる。したがって、加熱エネルギーを少なくしつつ、シートＳの種類を簡単に識別できる。要するに、本願発明者は、シートＳによって熱伝導に方向性があることを発見し、この方向性を利用してシートＳを識別することに至った。
【００４４】
なお、ヒータ２０により加熱する特定箇所は、シートＳの辺に近いと、シートＳに接触している物の影響を受けるため、シートの２辺から等距離の位置とすることが望ましい。
【００４５】
また、上記第１測定箇所と上記特定箇所とを結ぶ方向と、上記第２測定箇所と上記特定箇所とを結ぶ方向とは、直交する。このように、特定箇所から互いに直交する方向の２か所の第１、第２測定箇所の温度変化に基づいてシートＳを識別するので、シートＳの縦横を検出して、シートＳの種類を一層正確に識別できる。
【００４６】
また、吸湿状態にあるシートＳは、上記安定化部３１により、湿気を取り除かれ乾燥した状態となって、シートＳの温度上昇が安定化する。そして、シートＳの温度上昇が安定化したとき、上記識別部３２は、上記第１、第２測定箇所の温度の時間変化を、上記種別温度変化と比較して、上記シートＳの種類を識別する。これにより、吸湿状態に起因するシートＳの温度変化を排除して、より正確なシートＳの温度変化を検出でき、シートＳの種類をより正確に識別できる。
【００４７】
また、上記第１、第２温度センサ２１，２２は、上記シートＳの上記第１、第２測定箇所からの放射温度を測定して、上記第１、第２測定箇所の温度変化を検出する。これにより、より正確なシートＳの温度変化を検出でき、シートＳの種類をより正確に識別できる。これに対して、接触式温度測定法では、紙の繊維や布の横糸縦糸との接触の仕方によって測定値が異なり、測定による検出結果に大きな影響がでる。
【００４８】
また、本発明の電子機器は、上記シート種類識別装置１を備える。この電子機器は、例えば、複写機、プリンター、活版印刷機などの装置である。したがって、加熱エネルギーを少なくしつつ、シートの種類を簡単に識別できる。これにより、消費電力を低減しつつ信頼性を確保できる電子機器を実現できる。
【００４９】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。上記実施形態では、温度センサの数量を、２つとしたが、１つまたは３つ以上としてもよい。上記実施形態では、ヒータとして、ＭＥＭＳヒータを用いたが、半導体レーザでも、接触型の小型ヒータでもよい。上記実施形態では、温度センサとして、サーモパイルを用いたが、半導体受光素子（例えば、ＩｎＳｂ製受光素子）でも、ボロメータでもよい。
【００５０】
この発明のシート種類識別装置は、
静止した状態のシートＳの特定箇所を加熱するヒータ２０と、
上記ヒータ２０により加熱された上記シートＳにおける上記特定箇所から離れた位置にある測定箇所の温度の時間変化を検出する温度センサ２１，２２と、
上記温度センサ２１，２２により検出された上記測定箇所の温度の時間変化を、シートＳの種類毎に対応づけられた温度の時間変化であって予め記録されている種別温度変化と比較して、上記ヒータ２０に加熱された上記シートＳの種類を識別する識別部３２と
を備えることを特徴としている。
【００５１】
この発明のシート種類識別装置によれば、静止状態のシートＳの特定箇所を加熱することで、エネルギーが少なくて済む。また、静止状態のシートＳの特定箇所を加熱してシートＳの測定箇所の温度変化を検出することで、紙の場合は特定の繊維を加熱し、布の場合は特定の縦糸横糸を加熱して、熱伝導の方向性を検出でき、ひいてはシートＳの種類の識別が可能となる。したがって、加熱エネルギーを少なくしつつ、シートＳの種類を簡単に識別できる。
【００５２】
また、一実施形態のシート種類識別装置では、
第１の上記温度センサ２１と上記ヒータ２０とを結ぶ方向と、第２の上記温度センサ２２と上記ヒータ２０とを結ぶ方向とは、直交し、
上記第１の温度センサ２１が検出する第１の上記測定箇所と上記特定箇所とを結ぶ方向と、上記第２の温度センサ２２が検出する第２の上記測定箇所と上記特定箇所とを結ぶ方向とは、直交し、
上記識別部３２は、上記第１の測定箇所の温度の時間変化、および、上記第２の測定箇所の温度の時間変化を、上記種別温度変化と比較して、上記シートＳの種類を識別する。
【００５３】
この実施形態のシート種類識別装置によれば、特定箇所から互いに直交する方向の２か所の測定箇所の温度変化に基づいてシートＳを識別するので、シートＳの縦横を検出して、シートＳの種類を一層正確に識別できる。
【００５４】
また、一実施形態のシート種類識別装置では、
上記シートＳの上記特定箇所を加熱し上記シートＳの温度を上昇させた後に、冷却期間を置いて上記シートＳの温度が下がるのを待ってから、再度、上記シートＳの同一の上記特定箇所を加熱するという動作を繰り返して、上記シートＳの温度上昇を安定化させる安定化部３１を備え、
上記識別部３２は、上記シートＳの温度上昇が安定化したとき、上記測定箇所の温度の時間変化を、上記種別温度変化と比較して、上記シートＳの種類を識別する。
【００５５】
この実施形態のシート種類識別装置によれば、吸湿状態にあるシートＳは、上記安定化部３１により、湿気を取り除かれ乾燥した状態となって、シートＳの温度上昇が安定化する。そして、シートＳの温度上昇が安定化したとき、上記識別部３２は、上記測定箇所の温度の時間変化を、上記種別温度変化と比較して、上記シートＳの種類を識別する。これにより、吸湿状態に起因するシートＳの温度変化を排除して、より正確なシートＳの温度変化を検出でき、シートＳの種類をより正確に識別できる。
【００５６】
また、一実施形態のシート種類識別装置では、上記温度センサ２１，２２は、上記シートＳの上記測定箇所からの放射温度を測定して、上記測定箇所の温度変化を検出する。
【００５７】
この実施形態のシート種類識別装置によれば、より正確なシートＳの温度変化を検出でき、シートＳの種類をより正確に識別できる。これに対して、接触式温度測定法では、紙の繊維や布の横糸縦糸との接触の仕方によって測定値が異なり、測定による検出結果に大きな影響がでる。
【００５８】
また、一実施形態の電子機器では、上記シート種類識別装置を備える。
【００５９】
この実施形態の電子機器によれば、上記シート種類識別装置を備えるので、加熱エネルギーを少なくしつつ、シートＳの種類を簡単に識別できる。これにより、消費電力を低減しつつ信頼性を確保できる電子機器を実現できる。
【符号の説明】
【００６０】
１  シート種類識別装置
１０  セラミックパッケージ
１１  リッド
１２  接着剤
１５  基台
２０  ヒータ
２１  第１温度センサ
２２  第２温度センサ
３０  制御部
３１  安定化部
３２  識別部
Ｓ  シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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