(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に対して光を反射させ、前記被測定物からの反射光を受け取るように配置された発光素子および受光素子と、
前記発光素子および受光素子を、前記被測定物の表面に近接して前記被測定物に対して相対移動可能に保持する筐体とを備え、
前記被測定物は、第１の凹凸成分および前記第１の凹凸成分よりも微細な第２の凹凸成分からなる凹凸を表面に有する試料と、前記試料の上で前記試料の前記凹凸に沿って配置され、前記第１の凹凸成分を維持し、前記第２の凹凸成分を低減する空間周波数制御部材とを少なくとも含む、光センサシステム。
【請求項２】
前記試料と、前記空間周波数制御部材との間に配置される粘着層を含む、請求項１に記載の光センサシステム。
【請求項３】
さらに前記空間周波数制御部材と、前記試料と密着させるための噴射機構または吸引機構を備える、請求項１に記載の光センサシステム。
【請求項４】
前記被測定物は、前記光に含まれる波長成分を吸収する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光センサシステム。
【請求項５】
前記試料は印刷物であり、前記空間周波数制御部材は、前記印刷物の画像形成領域外に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光センサシステム。
【請求項６】
被測定物の表面のうねりを検出する形状認識方法であって、
被測定物に対して光を反射させ、前記被測定物からの反射光を受け取るように配置された発光素子および受光素子を前記被測定物の表面に近接して配置する工程と、
前記発光素子から光を前記被測定物に対して照射し、前記受光素子により反射光を検出する工程と、
前記発光素子および前記受光素子をその配置を維持したまま前記被測定物に対して相対移動させて異なる位置に配置する工程と、
前記異なる位置で前記発光素子から照射される反射光を測定する工程と、
を含み、
前記被測定物は、第１の凹凸成分および前記第１の凹凸成分よりも微細な第２の凹凸成分からなる凹凸を表面に有する試料と、前記試料の上で前記試料の前記凹凸に沿って配置され、前記第１の凹凸成分を維持し、前記第２の凹凸成分を低減する空間周波数制御部材とを含む、形状認識方法。
【請求項７】
前記試料は印刷物であり、前記空間周波数制御部材は、前記印刷物の画像形成領域外に設けられている、請求項６に記載の形状認識方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサシステムおよび形状認識方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式には多様な方法が知られており、一般的には像担持体の表面を帯電させ、帯電させた像担持体を露光して静電潜像を形成する。次いで、静電潜像にトナーを現像し、像担持体上にトナー像を形成する。さらに、中間転写体を介して、または直接的に像担持体上のトナー像を用紙等の記録材上に転写し、この転写されたトナー像を加熱、圧力もしくはこれらの併用によって定着することにより、記録材上に画像が形成された記録物が得られる。なお、トナー像転写後の像担持体上に残ったトナーは、ブレード、ブラシ、ローラ等の既知の方法によりクリーニングされる。
【０００３】
画像が形成される記録材に凹凸がある場合、トナーの転写過程において、凸部は中間転写体または像担持体上のトナーと接触するが、凹部では中間転写体または像担持体上のトナーと記録材の凹部間に空隙ができる。トナーに作用する転写電界は、空隙があると低下するため、凹部は凸部に較べて転写電界が低下し、転写画像のムラが生じやすい。記録材の凹凸が大きくなると、凹部の転写電界が極端に低下するため、凹部にトナーを転写させることが困難となり、凹部にトナーが無い画像（白抜け画像）が発生する。
【０００４】
このような転写ムラや白抜け画像を抑制する方法として、特開２０１２−０６３７４６号公報（特許文献１）では、転写電界として交流電圧を用いるものが提案されている。これらの文献によれば、トナーが記録材と中間転写体の間を往復運動するような高い振幅の交流電圧を用いることで、表面凹凸に富んだ記録材表面の凹部上で十分な画像濃度を確保できる。
【０００５】
転写電界として交流電圧を用いる場合、転写電界として直流電圧のみを印加する場合に対して、良好な画像を得るための線速が低下し、画像形成における生産性の低下を招くおそれがあった。したがって、ユーザーは不用意な生産性の低下を回避するために、記録材に設けられた凹凸形状の有無によって転写方式を切り替える必要があった。
【０００６】
ところで、転写性に影響を及ぼす凹凸形状とは、エンボス紙のように意図して凹凸加工（凹凸高さ：５０〜１００μｍ、凹凸間隔：０．１〜５ｍｍ）が施されたものであり、抄紙工程で繊維が複雑に重なり合うことにより形成される凹凸形状（凹凸高さ：〜１０μｍ、凹凸間隔：〜２０μｍ）とは区別して捉える必要がある。しかしながら、ユーザーの目視や触覚による判断では凹凸形状を定量化できないことから、転写性に影響を及ぼす凹凸形状について、その有無の判断を誤るおそれがあるという課題があった。
【０００７】
上記の課題を解決するために、印刷時に記録媒体の種類や凹凸形状の有無を判別するための技術が開示されている。なかでも記録媒体を非破壊で判別できることから、光学的な判別手段を用いた技術が開示されている。
【０００８】
例えば特開２００４−３８８７９号公報（特許文献２）には記録紙の表面状態をエリアセンサによって撮像し、撮像した表面画像から表面平滑度を検知して、記録紙の種類を判別し、その判別結果に応じて転写条件或いは定着条件を制御する手法が提案されている。しかしながら、特許文献２にあるような撮像素子を用いた光学センサでは、読み込み画像にブレが生じ良質な画像が得られず正確な記録紙の識別ができないという不都合があった。そして、ブレを低減するためには、より高性能な撮像素子が必要となり高コスト化を招くという不都合があった。また、高品質な画像を得たとしてもそれから記録紙を識別するための高性能な画像解析装置が必要になるという不都合があった。
【０００９】
また、特開２０１２−１２７９３７号公報（特許文献３）には、内部拡散反射光に含まれるＰ偏光成分の光量と表面性反射光の光量とから、記録紙の銘柄を特定する光学センサが開示されている。しかしながら、特許文献３のような反射型センサでは、反射光を検出した受光器の出力の大きさを予め記録されたデータベースに照合することで用紙の銘柄を識別している。データベースに用紙銘柄ごとの凹凸形状有無に関する情報を備えることで、データベースに登録されている用紙銘柄に対しては銘柄を識別することにより、それに紐付いて凹凸形状の有無を識別することができるが、データベースに記録されていない用紙銘柄に対しては凹凸形状の有無を識別することができない。
【００１０】
そして、特開平８−２９２０００７号公報（特許文献４）に示すような反射型の変位センサでは、対象物との距離に応じて光検出器の受光領域内で反射光を検出する位置が異なることを利用している。これを応用することにより記録媒体の凹凸形状有無を識別できる場合もある。しかしながら、この方式は対象物表面が平滑であることが求められる。凹凸形状を有する記録材の場合、先述の通り意図して設けられた凹凸とは別に繊維の重なりによる細かな凹凸を併せ持つため、その表面は非平滑面となる。そのため、必ずしも全ての記録媒体に対して凹凸形状の有無を識別できるわけではなかった。
【００１１】
この他、特開平７−２０８９６２号公報（特許文献５）には非反射性表面を有する計測対象物に、反射性の薄膜を密着させることにより、計測対象物の形状に従った反射性を有する面を得て、干渉計により形状プロファイルを取得する手法が開示されている。非平滑面に対して光学的な形状計測が可能となっているが、転写性に影響を与える凹凸形状の有無を識別するためには計測した形状プロファイルを処理するための高性能な解析装置が必要になり高コスト化を招くという不都合があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、印刷時における対象物の判別を、非破壊で効率的に行うことを可能とする光センサシステムおよび形状認識方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、光を反射させ、反射光を受け取るように配置された発光素子および受光素子と、
前記発光素子および受光素子を、被測定物の表面に近接して前記被測定物に対して相対移動可能に保持する筐体とを備え、
前記被測定物は、少なくとも表面に凹凸を有する試料と、前記試料上で前記試料の前記凹凸に沿って配置される空間周波数変調部材とを含む、光センサシステムが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、印刷時における対象物の判別を、非破壊で効率的に行うことを可能とする光センサシステムおよび形状認識方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の光センサシステム１００の配略図。
【図２】本実施形態の制御部１０１のハードウェアブロック２００を示す図。
【図３】本実施形態の光センサシステム１００が、測定を行う場合の実施形態３００を示す図。
【図４】本実施形態における被測定物１０３のより詳細な構成と、センサ部１０２との関係を示した図。
【図５】図４で説明した発光素子１０２ａと受光素子１０２ｂとのアライメントの詳細を示す図。
【図６】本実施形態において、反射光量が低下する場合の実施形態を示す図。
【図７】本実施形態の表面形状測定方法の実施形態を示す図。
【図８】本実施形態により測定した被測定物１０３の表面形状を、縦軸を受光素子出力強度(任意単位）、横軸をサンプリングポイント（数）として示した測定結果８００のグラフ。
【図９】第２の実施形態の光センサシステム９００を示す図。
【図１０】第３の実施形態の光センサシステム１０００を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施形態を以て説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。図1は、本実施形態の光センサシステム１００の配略図である。光センサシステム１００は、制御部１０１と、センサ部１０２とを含んで構成されている。制御部１０１は、ＣＰＵ(図示せず）を含んで構成され、センサ部１０２からの信号を受領して、被測定物１０３の表面形状を出力する。センサ部１０２は、ダイオード・アレイといった発光素子およびフォトダイオード・アレイといった受光素子を含んでおり、被測定物１０３に対してプローブ光を照射し、被測定物１０３の表面から反射した反射光を、受光素子で検出する。
【００１７】
被測定物１０３は、より詳細には後述するが、本実施形態では、例えば上質紙、普通紙、エンボス加工紙、コート紙、その他、印刷用の記録材などの試料の表面に空間周波数を調整する処理を施すことにより形成される。図１に示した実施形態では、制御部１０１と、センサ部１０２とは、適切なラインで接続されるものとして記載するが、他の実施形態では、センサ部１０２内に制御部１０１を構成するＣＰＵを配置して、一体構造として実装することができる。
【００１８】
図２は、本実施形態の制御部１０１のハードウェアブロック２００を示す。なお、制御部１０１は、システムバス２０７により相互接続されたＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２、ＲＯＭ２０３、出力Ｉ／Ｏ２０４、通信装置２０５、およびセンサＩ／Ｏ２０６を含んで構成されている。ＣＰＵ２０１は、本実施形態に従い、センサ部１０２が取得した情報から表面形状のデータを生成し、出力する処理を行う。
【００１９】
ＲＡＭ２０２は、ＣＰＵ２０１の処理を可能とするプログラム、データその他を格納する機能を有する、またＲＯＭ２０３は、ＣＰＵ２０１が使用するべきプログラム、ＢＩＯＳ、その他制御データを格納し、制御部１０１の起動と同時にＲＯＭ２０３に格納されたデータをＣＰＵ２０１に読み込ませその処理を可能とさせている。
【００２０】
出力Ｉ／Ｏ２０４は、ＶＧＡ、ＤＶＩ、ＨＤＭＩ(登録商標）といった適切なプロトコルを使用して測定結果を液晶ディスプレイに表示することを可能としている。また、出力Ｉ／Ｏ２０４は、プリンタなどの印刷装置に対する印刷出力を行うように構成することもできるし、測定結果を、例えば、適切なフォーマットとして、ＵＳＢメモリ、ハードディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの外付け記憶媒体に格納する構成とすることができる。センサＩ／Ｏ２０６は、センサ部１０２から送信されるデータをＣＰＵ２０１が処理可能なフォーマットに変換し、ＣＰＵ２０１によるデータ処理に提供する。
【００２１】
システムバス２０７には、さらに、ＰＣＩ、ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓなどのバスブリッジを介して、制御部１０１をさらにホストコンピュータ（図示せず）に接続し、さらに複雑な処理を実行させることもできる。
【００２２】
ＣＰＵとしては、より具体的には、例えば、ＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）〜ＰＥＮＴＩＵＭ  ＩＶ（登録商標）、ＡＴＯＭ(登録商標）、ＣＯＲＥ２ＤＵＯ（登録商標）、ＣＯＲＥ２ＱＵＡＤ（登録商標）、ＣＯＲＥｉ（登録商標）シリーズなどの他、ＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）互換ＣＰＵ、ＰＯＷＥＲ  ＰＣ（登録商標）などを挙げることができるがこれらに限定されるものではない。ＣＰＵ２０１は、例えば、アセンブラ言語で記述されたプログラムを実行し、その機能を提供することができる。
【００２３】
図３は、本実施形態の光センサシステム１００が、測定を行う場合の実施形態３００を示す。センサ部１０２は、筐体１０２ｄ内に発光素子１０２ａと、受光素子１０２ｂとが配置されている、発光素子１０２ａは、被測定物１０３に対して相対移動可能に保持された筐体１０２ｄに形成された測定窓１０２ｃ越しにそのプローブ光を、被測定物１０３に照射する。被測定物１０３は、その表面においてプローブ光を、受光素子１０２ｂへと反射させている。なお、発光素子１０２ａおよび受光素子１０２ｂをそれぞれ駆動するための回路などは説明の便宜上省略して示す。
【００２４】
被測定物１０３は、試料１０４を含んで構成され、試料上に、粘着層１０５を介して空間周波数制御部材１０６が貼り付けられている。空間周波数制御部材１０６は、試料１０４の微細な表面形状を隠し、試料の画像形成能に影響を与える程度の空間周波数にまで表面形状を低下させる機能を有する。具体的には、空間周波数制御部材１０６は、試料１０４の表面の空間周波数特性を、凹凸が約１ｍｍ程度以下で、プローブ光の乱反射を生じさせない程度に低下させる。
【００２５】
空間周波数制御部材１０６の材料としては、プラスチック・フィルムを挙げることができ、例えば、セロファン・シートを具体的に挙げることができる。その他、透明、平滑であり、適切な厚さおよび柔軟性を有するプラスチック・フィルム、シートであれば、特に材質に限定はない。また、空間周波数制御部材１０６は、プローブ光を構成する波長成分を吸収することができる材料とすることもできる、この実施形態では、試料１０４の表面の微細構造により生じる乱反射を抑制することが可能となり、受光素子１０２ｂにより検出される表面特性のデータにおけるバックグラウンド・ノイズを減少させることができる。
【００２６】
粘着層１０５は、試料１０４と、空間周波数制御部材１０６とを固定するために使用され、例えば、シリコン、酢酸ビニル、アクリル樹脂、エチレン酢酸ビニル、ポリウレタンその他、これまで知られたいかなる接着剤でも使用することができる。また試料１０４に対する画像形成を行う点からは、粘着層１０５は、易剥離性の材料とすることができ、表面形状の測定後、画像形成前に空間周波数制御部材１０６と共に試料１０４から剥離することができるようにすることができる。
【００２７】
本実施形態の形状認識方法は、被測定物１０３と、センサ部１０２とを隣接して配置し、互いの相対位置を変えながら反射強度を測定することにより、被測定物１０３からの反射強度を、矢線Ａの方向に沿ってプロットし、被測定物１０３の表面形状とする。この際、センサ部１０２を固定し、被測定物１０３を移動させながら反射を測定することもできるし、被測定物１０３を固定し、センサ部１０２を移動させる構成とすることもできる。本実施形態では、特定の用途に応じてどちらを移動させても良い。また。筐体１０２ｄは、その被測定物１０３に相対して移動される場合に、空間周波数制御部材１０６に対して過度のせんだん力を加えることがないように、被測定物１０３に面する端部をシリコン・コーティングまたはテフロン（登録商標）コーティングすることができる。
【００２８】
図４は、本実施形態における被測定物１０３のより詳細な構成と、センサ部１０２との関係を示した図である。試料１０４は、上質紙といった紙材料であり、その表面は、紙繊維が形成する微細な凹凸が存在する。このため、試料１０４に直接プローブ光を照射しても、より空間周波数の低い領域での表面形状を抽出する充分なＳ／Ｎ比を与えない。
【００２９】
しかしながら、本実施形態では、粘着層１５を介して空間周波数制御部材１０６を試料１０４上に張り合わせ、試料１０４の表面の「うねり」に追従するように配置する。このため、発光素子１０２ａから放出されるプローブ光は、試料１０４の表面の「うねり」の形状に対応して反射光強度を変調させることになる。この際、試料１０４の表面に存在する微細構造により生じる乱反射は、発光素子１０２ａおよび受光素子１０２ｂの角度を制御することにより良好に削減でき、測定の際のＳ／Ｎ比が向上する。
【００３０】
図５は、図４で説明した発光素子１０２ａと受光素子１０２ｂとのアライメントの詳細を示す図である。被測定物１０３の表面は、その空間周波数が低下されている。発光素子１０２ａから放出されたプローブ光５０１は、被測定物１０３の平坦な部分で反射され、受光素子１０２ｂへと反射される。この際、被測定物１０３の形状に応じて、受光素子１０２ｂに反射される光量が変調されるので、反射強度を、表面形状に対応づけることが可能となる。
【００３１】
さらに、本実施形態では、試料１０４の表面で乱反射したプローブ光は、受光素子１０２ｂへと届くことがなく、被測定物１０３の表面で反射された信号を乱すことがない。
【００３２】
図６は、本実施形態において、反射光量が低下する場合の実施形態を示す。図６に示す実施形態では、発光素子１０２ａからのプローブ光５０１は、受光素子１０２ｂに向かって反射される。一方、プローブ光６０１は、被測定物１０３の表面形状により、受光素子１０２ｂには反射されず、反射光の損失を生じさせることになる。また、図６に示されるように、試料１０４の表面の微細構造ではなく、試料１０４の表面の凹凸に起因する「うねり」に対応する情報が効率的に得られることが理解される。
【００３３】
図７は、本実施形態の表面形状測定方法の実施形態を示す。本実施形態では、被測定物１０３に接して、または近接してセンサ部１０２を配置する。その後、センサ部１０２と、被測定物１０３との相対位置を変えながら反射光量を、移動距離に対応付けて測定する。サンプリング間隔は、矢線Ａの方向への相対移動の速度に応じ適宜設定することができる。
【００３４】
なお、特定の実施形態においてセンサ部１０２を、電子写真複写機の要素として実装する場合、被測定物１０３を紙搬送機構により搬送させながら測定することができる。この場合、空間周波数制御部材１０６は、試料１０４の全面ではなく、画像形成領域の外部の一部にライン状に貼付することができる。また、当該実施形態では、表面形状測定後または画像形成後、空間周波数制御部材１０６を、剥がすことで、違和感のない印刷物を提供することが可能となる。
【００３５】
図８は、本実施形態により測定した被測定物１０３の表面形状を、縦軸を受光素子出力強度(任意単位）、横軸をサンプリングポイント（数）として示した測定結果８００のグラフである。図８に示すように、凹凸加工のない普通紙（破線）で示す表面形状に比較して、凹凸紙（実線）の表面のうねりが明確に観測されており、また充分なＳ／Ｎ比で検出されているのが示されている。
【００３６】
図８に示すように、本実施形態によれば、簡易な構成の光センサシステム１００を使用することで、良好に試料１０４の表面うねりを検出することができることが示された。
【００３７】
図９は、第２の実施形態の光センサシステム９００を示す。第２の実施形態は、センサ部１０２の上部に気体を噴射する噴射機構９０１が配置されている。噴射機構９０１は、空気などの気体を、センサ部１０２越しに被測定物１０３に向けて噴射することで、粘着層１０５を使用することなく、気圧による押圧力で、試料１０４に空間周波数制御部材１０６を密着させている。
【００３８】
図９に示した実施形態によれば、粘着層１０５を間挿する手間を排除することができ、さらに空間周波数制御部材１０６を、試料１０４を損傷することなく容易に分離することが可能となる。
【００３９】
図１０は、第３の実施形態の光センサシステム１０００を示す。第３の実施形態では、空間周波数制御部材１０６と、試料１０４とを、センサ部１０２と反対側に配置した吸引機構により背面から吸引することで、空間周波数制御部材１０６を試料１０４に固定するものである。被測定物１０３は、吸引ステージ１００１上に載置される。吸引ステージ１００１は、中央部近傍に吸引口１００２を備えるダイ１００３と、吸引装置１００４とを含んで構成される。被測定物１０３は、吸引口１００２から吸引されて試料１０４と空間周波数制御部材１０６とが密着され、表面形状の測定を可能としている。
【００４０】
図１０に示す実施形態では、試料１０４の凹凸に対して空間周波数制御部材１０６がより良好に密接し、試料１０４の表面の凹凸に起因するうねりをより良好に検出することが可能となる。
【００４１】
以上説明した通り、本実施形態によれば、簡易な構成で、対象物の表面の凹凸を検出することが可能となる。
【００４２】
これまで本発明を、実施形態をもって説明してきたが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１５      ：粘着層
１００    ：光センサシステム
１０１    ：制御部
１０２    ：センサ部
１０２ａ  ：発光素子
１０２ｂ  ：受光素子
１０２ｃ  ：測定窓
１０２ｄ  ：筐体
１０３    ：被測定物
１０４    ：試料
１０５    ：粘着層
１０６    ：空間周波数制御部材
２００    ：ハードウェアブロック
２０１    ：ＣＰＵ
２０２    ：ＲＡＭ
２０３    ：ＲＯＭ
２０４    ：出力Ｉ／Ｏ
２０５    ：通信装置
２０６    ：センサＩ／Ｏ
２０７    ：システムバス
５０１、６０１    ：プローブ光
８００    ：測定結果
９００    ：光センサシステム
９０１    ：噴射機構
１０００  ：光センサシステム
１００１  ：吸引ステージ
１００２  ：吸引口
１００３  ：ダイ
１００４  ：吸引装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４４】
【特許文献１】特開２０１２−０６３７４６号公報
【特許文献２】特開２００４−３８８７９号公報
【特許文献３】特開２０１２−１２７９３７号公報
【特許文献４】特開平８−２９２００７号公報
【特許文献５】特開平７−２０８９６２号公報
【図１】
0006733193.tif 000002
【図２】
0006733193.tif 000003
【図３】
0006733193.tif 000004
【図４】
0006733193.tif 000005
【図５】
0006733193.tif 000006
【図６】
0006733193.tif 000007
【図７】
0006733193.tif 000008
【図８】
0006733193.tif 000009
【図９】
0006733193.tif 000010
【図１０】
0006733193.tif 000011