(57)【要約】【課題】  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する。【解決手段】  発光側光学系２３および受光側光学系２６は、被検出物２７に対して垂直方向に移動可能なハウジング３０内に収納されている。その場合、発光側光学系２３の合焦位置が被検出物２７付近に位置している場合に受光素子２５の出力が最大になる。そこで、受光素子２５の出力が最大になるまでハウジング３０を被検出物２７に対して垂直方向に移動させてその位置に固定し、信号処理部２９によって、複数の信号処理を行うことによって、高いＳＮ比で被検出物２７における複数の種類を精度良く識別することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子および対物レンズを含むと共に、上記発光素子からの光を移動している被検出物に照射して、被検出物上に光スポットを形成する少なくとも１つの発光側光学系と、
受光レンズおよび受光素子を含むと共に、上記光スポットからの反射光が上記受光素子に入射されて、上記被検出物の表面凹凸に応じた波形の出力信号を出力する少なくとも１つの受光側光学系と、
上記発光側光学系の焦点位置を移動させる焦点位置移動部と、
上記受光側光学系から出力される出力信号に基づいて上記焦点位置移動部の動作を制御し、上記出力信号の値が最大になるように、上記発光側光学系の焦点位置を設定する駆動制御部と、
上記受光側光学系から出力される出力信号に対して信号処理を行う信号処理部
を備えたことを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項２】
発光素子および対物レンズを含むと共に、上記発光素子からの光を移動している被検出物に照射して被検出物上に光スポットを形成する少なくとも１つの発光側光学系と、
受光レンズおよび受光素子を含むと共に、上記光スポットからの反射光が上記受光素子に入射されて、上記被検出物の表面凹凸に応じた波形の出力信号を出力する少なくとも１つの受光側光学系と、
上記発光側光学系の焦点位置を移動させる焦点位置移動部と、
上記受光側光学系から出力される出力信号に基づいて、上記対物レンズの中心と受光レンズの中心とを通る基準線と上記被検出物との間の距離を測定する距離測定部と、
上記距離測定部による測定結果に基づいて上記焦点位置移動部の動作を制御し、上記発光側光学系の焦点位置に上記被検出物表面が位置するように、上記発光側光学系の焦点位置を設定する駆動制御部と、
上記受光側光学系から出力される出力信号に対して信号処理を行う信号処理部
を備えたことを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２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。
【請求項４】
請求項１あるいは請求項２に記載の光学式物体識別装置において、
上記焦点位置移動部は、少なくとも上記発光側光学系の全体を、上記被検出物に対して垂直な方向へ移動させる発光側光学系移動部で構成されている
ことを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項５】
請求項１あるいは請求項２に記載の光学式物体識別装置において、
上記焦点位置移動部は、
上記対物レンズの位置が光軸方向に移動可能になっている可動式対物レンズと、
上記可動式対物レンズを上記光軸方向に移動させる対物レンズ駆動部
で構成されている
ことを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項６】
請求項１あるいは請求項２に記載の光学式物体識別装置において、
上記焦点位置移動部は、上記発光側光学系全体を、上記発光素子の発光点の位置を通り且つ上記発光側光学系の光軸と上記受光側光学系の光軸とを含む平面に垂直な方向に延在する回転軸を中心として回転させる発光側光学系回転駆動部で構成されている
ことを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項７】
請求項５あるいは請求項６に記載の光学式物体識別装置において、
上記対物レンズ駆動部あるいは発光側光学系回転駆動部の駆動力は、電磁力であることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項８】
請求項２に記載の光学式物体識別装置において、
上記受光素子は位置検出素子であることを特徴とする。
【請求項９】
請求項８に記載の光学式物体識別装置において、
上記距離測定部による上記基準線と被検出物との間の距離の測定は、上記位置検出素子からの複数の出力の比に基づいて行うようになっていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、上記位置検出素子からの複数の出力信号の和に対して信号処理を行うようになっていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１１】
請求項１あるいは請求項２に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、上記出力信号における所定時間長の区間に対して、
各出力値の平均値を算出する平均値算出法、
各出力値と上記平均値との差を求め、この差の絶対値の平均値を２倍する平均振幅値算出法、
平均振幅値/平均値を算出する平均振幅/平均値算出法、
最大値を１として各出力値の度数分布を求める度数分布算出法、
フーリエ変換を施してスペクトル分布を求め、このスペクトル分布における異なる分布範囲間の面積比を求めるパワースペクトル面積比算出法、
フィルター回路通過後の上記平均値,平均振幅値,平均振幅/平均値の少なくとも何れか１つを算出するフィルター通過法、
のうちの少なくとも１つの信号処理方法によって信号処理を行うことを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、上記平均値算出法,平均振幅値算出法,平均振幅/平均値算出法,度数分布算出法,パワースペクトル面積比算出法,フィルター通過法のうちの複数の信号処理方法によって信号処理を行うようになっていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光学式物体識別装置において、
上記信号処理部は、上記出力信号における上記被検出物の移動に伴う異なる複数の上記区間に対して、上記平均値算出法,平均振幅値算出法,平均振幅/平均値算出法,度数分布算出法,パワースペクトル面積比算出法,フィルター通過法のうちの少なくとも何れか１つによって信号処理を行い、この複数区間に関する処理結果の平均値を算出するようになっていることを特徴とする光学式物体識別装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３の何れか１つに記載の光学式物体識別装置を搭載したことを特徴とする印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
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(取り分け、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。
【０００３】
従来、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方法として、機械的検出方法,熱的検出方法および光学的検出方法がある。上記機械的検出方法は、記録媒体が搬送部へ挿入された際に接触子等の変位量によって記録媒体の種類の検出を行うものである。また、熱的検出方法は、発熱体を記録媒体に当てて、記録媒体の熱変化または発熱体自体の熱変化によって記録媒体の種類の検出を行うものである。
【０００４】
また、上記光学的検出方法は、発光素子と受光素子とを備え、上記発光素子からの光を記録媒体に照射し、この記録媒体からの反射光量によって記録媒体の種類の検出を行う。例えば、特許文献１(特開平１０‐１９８１７４号公報)に開示された「用紙種類検出装置及びこの装置を備えた画像形成装置」においては、図１１に示すように、用紙３に対する２つの発光素子１a,１bと受光素子２との２種類の配置角度による受光素子２からの出力の変化によって用紙３の種類の検出を行っている。また、特許文献２(特開２０００‐３０１８０５号公報)に開示された「記録媒体の識別装置及び識別方法」においては、図１２に示すように、透過照明器１１からの光は記録媒体１２を通過し、かすめ照明器１３からのかすめ入射角の光が記録媒体１２を照射し、垂直照明器１４からの光は振幅ビームスプリッタ１５を介して記録媒体１２を垂直に照明する。そして、ＣＣＤ(電荷結合素子)やＣ‐ＭＯＳ(相補型金属酸化膜半導体)ディバイス等の光検出器アレイ１６によって記録媒体１２の表面画像を得、二次元の画像処理を行うことによって記録媒体１２の種類の識別を行っている。
【０００５】
また、所定の色素あるいは蛍光物質を含む検出液を記録媒体に浸透させ、その部分に上記色素あるいは蛍光物質が吸収する波長域の光を照射して反射光強度を測定したり、赤外線を照射して反射光の赤外線吸収スペクトルを測定することによって、記録媒体の種類を検出する方法もある(例えば、特許文献３(特開２００１‐８８２７５号公報)参照)。
【０００６】
しかしながら、上記従来の記録媒体種類の検出方法には、以下のような問題がある。すなわち、上記機械的検出方法および熱的検出方法の場合には、接触子や発熱体を記録媒体に接触させる必要があり、搬送されている記録媒体の動きを妨げる恐れがある。それと同時に、記録媒体の形状変化を引き起こす可能性がある。また、接触部の磨耗による劣化のために誤検知が生ずる恐れもある。
【０００７】
また、上記各光学的検出方法の場合には、記録媒体からの反射光量の差によって種類の検出を行なうので、反射光量の差が少ない場合には検出できないことがあり、検出可能な記録媒体の種類がかなり制限される。
【０００８】
さらに、受光部にＣＣＤやＣ‐ＭＯＳディバイス等のイメージセンサを用いる方法の場合には、画像処理が複雑になり、識別精度を上げようとすればする程判定する要素を増やさねばならず、更に複雑になるばかりか、受光素子も高額になる。さらに、発光素子と受光素子との配置角度調整に注意を払う必要があり、組み立てが面倒である。また、記録媒体に検出液を浸透させてその部分からの反射光を測定する方法の場合には、記録媒体に色素変化や汚れを与える可能性がある。加えて、検出液を浸透させる手段が必要となり、装置が大型化すると共に赤外線吸収スペクトルを測定するには受光部の構成および信号処理が複雑になる。
【特許文献１】特開平１０‐１９８１７４号公報
【特許文献２】特開２０００‐３０１８０５号公報
【特許文献３】特開２００１‐８８２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、発光素子および対物レンズを含むと共に,上記発光素子からの光を移動している被検出物に照射して被検出物上に光スポットを形成する少なくとも１つの発光側光学系と、受光レンズおよび受光素子を含むと共に,上記光スポットからの反射光が上記受光素子に入射されて上記被検出物の表面凹凸に応じた波形の出力信号を出力する少なくとも１つの受光側光学系と、上記発光側光学系の焦点位置を移動させる焦点位置移動部と、上記受光側光学系から出力される出力信号に基づいて上記焦点位置移動部の動作を制御し,上記出力信号の値が最大になるように上記発光側光学系の焦点位置を設定する駆動制御部と、上記受光側光学系から出力される出力信号に対して信号処理を行う信号処理部を備えている。
【００１１】
上記構成によれば、上記駆動制御部によって、上記受光側光学系から出力される出力信号の値が最大になるように発光側光学系の焦点位置が設定されるので、上記受光側光学系の焦点位置が被検出物の表面近傍に位置することになり、上記被検出物上に形成される光スポットの径が最適に設定されると共に、径の変動が少なくなる。
【００１２】
したがって、上記受光側光学系を構成する受光素子から出力される上記被検出物の表面凹凸に応じた波形の出力信号のＳＮ比が向上する。すなわち、信号処理部による上記出力信号に対する信号処理結果に基づいて、精度良く上記比検出物の種類が識別されるのである。
【００１３】
また、この発明の光学式物体識別装置は、発光素子および対物レンズを含むと共に,上記発光素子からの光を移動している被検出物に照射して被検出物上に光スポットを形成する少なくとも１つの発光側光学系と、受光レンズおよび受光素子を含むと共に,上記光スポットからの反射光が上記受光素子に入射されて上記被検出物の表面凹凸に応じた波形の出力信号を出力する少なくとも１つの受光側光学系と、上記発光側光学系の焦点位置を移動させる焦点位置移動部と、上記受光側光学系から出力される出力信号に基づいて,上記対物レンズの中心と受光レンズの中心とを通る基準線と上記被検出物との間の距離を測定する距離測定部と、上記距離測定部による測定結果に基づいて上記焦点位置移動部の動作を制御し,上記発光側光学系の焦点位置に上記被検出物表面が位置するように上記発光側光学系の焦点位置を設定する駆動制御部と、上記受光側光学系から出力される出力信号に対して信号処理を行う信号処理部を備えている。
【００１４】
上記構成によれば、駆動制御部によって、発光側光学系の焦点位置に被検出物表面が位置するように上記発光側光学系の焦点位置が設定される。その結果、上記被検出物上に形成される光スポットの径が最適に設定されると共に、径の変動が少なくなる。
【００１５】
したがって、上記受光側光学系を構成する受光素子から出力される上記被検出物の表面凹凸に応じた波形の出力信号のＳＮ比が向上する。すなわち、信号処理部による上記出力信号に対する信号処理結果に基づいて、精度良く上記比検出物の種類が識別されるのである。
【００１６】
また、１実施例の光学式物体識別装置では、上記発光素子を半導体レーザとしている。
【００１７】
この実施例によれば、上記発光素子は半導体レーザであるから、上記対物レンズによる集光が効率よく行われる。したがって、上記被検出物の種類をより正しく識別できる出力信号を得るのに必要な光量の反射光が得られる。
【００１８】
また、１実施例の光学式物体識別装置では、上記焦点位置移動部は、少なくとも上記発光側光学系の全体を上記被検出物に対して垂直な方向へ移動させる発光側光学系移動部で構成されている。
【００１９】
この実施例によれば、発光側光学系の全体を移動させることによって、簡単に上記発光側光学系の焦点位置が移動される。さらに、上記発光側光学系を一体に構成することが可能になり、光軸調整が容易になる。
【００２０】
また、１実施例の光学式物体識別装置では、上記焦点位置移動部は、上記対物レンズの位置が光軸方向に移動可能になっている可動式対物レンズと、上記可動式対物レンズを上記光軸方向に移動させる対物レンズ駆動部で構成されている。
【００２１】
この実施例によれば、対物レンズ駆動部によって可動式対物レンズを上記光軸方向に移動させるだけで上記焦点位置が移動される。したがって、小さな駆動力で上記焦点位置が移動されると共に、その場合における反射光量の変化が非常に少なくなる。その結果、上記発光側光学系の焦点位置が正確に設定される。
【００２２】
また、１実施例の光学式物体識別装置では、上記焦点位置移動部は、上記発光側光学系全体を上記発光素子の発光点の位置を通り且つ上記発光側光学系の光軸と上記受光側光学系の光軸とを含む平面に垂直な方向に延在する回転軸を中心として回転させる発光側光学系回転駆動部で構成されている。
【００２３】
この実施例によれば、上記発光側光学系を一体に構成することが可能になり、光軸調整が容易になる。
【００２４】
また、１実施例の光学式物体識別装置では、上記対物レンズ駆動部あるいは発光側光学系回転駆動部の駆動力は、電磁力である。
【００２５】
この実施例によれば、上記対物レンズ駆動部あるいは発光側光学系回転駆動部の駆動力は電磁力であるから、上記対物レンズ駆動部および発光側光学系回転駆動部が小型軽量に構成される。
【００２６】
また、１実施例の距離測定部を有する光学式物体識別装置では、上記受光素子は位置検出素子である。
【００２７】
この実施例によれば、上記受光素子に対する入射光の位置を検出することができる。したがって、上記距離測定部は、上記発光側光学系からの出射されて上記受光側光学系に入射される光を用いた三角測量によって、上記基準線と被検出物との間の距離を測定することが可能になる。
【００２８】
また、１実施例の距離測定部を有する光学式物体識別装置では、
上記距離測定部による上記基準線と被検出物との間の距離の測定は、上記位置検出素子からの複数の出力の比に基づいて行うようになっている。
【００２９】
この実施例によれば、上記距離測定部によって、上記位置検出素子からの複数の出力の比に基づいて、上記位置検出素子に対する入射光の位置が検出され、この入射位置を用いた三角法によって、上記基準線と被検出物との間の距離の測定が行われる。
【００３０】
また、１実施例の距離測定部を有する光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、上記位置検出素子からの複数の出力信号の和に対して信号処理を行うようになっている。
【００３１】
この実施例によれば、上記位置検出素子からの複数の出力信号に基づいて、上記被検出物の表面凹凸に応じた波形の出力信号に対する処理が行われる。
【００３２】
また、１実施例の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、上記出力信号における所定時間長の区間に対して、出力値の平均値を算出する平均値算出法、各出力値と上記平均値との差を求め,この差の絶対値の平均値を２倍する平均振幅値算出法、平均振幅値/平均値を算出する平均振幅/平均値算出法、最大値を１として各出力値の度数分布を求める度数分布算出法、フーリエ変換を施してスペクトル分布を求め,このスペクトル分布における異なる分布範囲間の面積比を求めるパワースペクトル面積比算出法、フィルター回路通過後の上記平均値・平均振幅値・平均振幅/平均値の少なくとも何れか１つを算出するフィルター通過法、のうちの少なくとも１つの信号処理方法によって信号処理を行うようにしている。
【００３３】
この実施例によれば、単に、上記被検出物からの反射光量に基づいて上記被検出物の種類を識別する場合に比して、より多くの種類を正確に識別できる。
【００３４】
また、１実施例の光学式物体識別装置では、上記信号処理部を、上記平均値算出法,平均振幅値算出法,平均振幅/平均値算出法,度数分布算出法,パワースペクトル面積比算出法,フィルター通過法のうち複数の信号処理方法によって信号処理を行うようにしている。
【００３５】
この実施例によれば、１つの信号処理方法による処理結果のみの場合よりも正確に、上記被検出物のより多くの種類を識別することが可能になる。
【００３６】
また、１実施例の光学式物体識別装置では、上記信号処理部は、上記出力信号における上記被検出物の移動に伴う異なる複数の上記区間に対して、上記平均値算出法,平均振幅値算出法,平均振幅/平均値算出法,度数分布算出法,パワースペクトル面積比算出法,フィルター通過法のうちの少なくとも何れか１つによって信号処理を行い、この複数区間に関する処理結果の平均値を算出するようになっている。
【００３７】
この実施例によれば、上記信号処理部によって、１つの出力信号における複数区間に関する処理結果の平均値が得られる。したがって、１つの区間に関する処理結果のみの場合よりも正確に、上記被検出物の種類を識別することが可能になる。
【００３８】
また、この発明の印刷装置は、この発明の光学式物体識別装置を搭載している。
【００３９】
上記構成によれば、被検出物の表面凹凸に応じた波形の出力信号に対して信号処理を行って上記被検出物の種類が識別可能な処理結果を得ることができる光学式物体識別装置が搭載されている。したがって、印刷の対象となる用紙やフィルム等の種類が、正しく識別される。
【発明の効果】
【００４０】
以上より明らかなように、この発明の光学式物体識別装置は、駆動制御部によって、発光側光学系の焦点位置を移動させる焦点位置移動部の動作を制御して、上記出力信号の値が最大になるように上記発光側光学系の焦点位置を設定するので、上記受光側光学系の焦点位置を上記被検出物の表面近傍に位置させることができる。したがって、上記被検出物上に形成される光スポットの径を最適に設定すると共にその径変動を少なくすることができ、受光素子から出力される上記被検出物の表面凹凸に応じた波形の出力信号のＳＮ比を向上できる。
【００４１】
すなわち、この発明によれば、信号処理部による上記出力信号に対する信号処理結果に基づいて、精度良く上記比検出物の種類を識別することができる。つまり、多種類の物体を識別することが可能になる。
【００４２】
また、この発明の光学式物体識別装置は、駆動制御部によって、上記焦点位置移動部の動作を制御して、発光側光学系の焦点位置に被検出物表面が位置するように上記発光側光学系の焦点位置を設定するので、被検出物上に形成される光スポットの径を最適に設定すると共に、その径の変動を少なくすることができる。したがって、受光素子から出力される上記被検出物の表面凹凸に応じた波形の出力信号のＳＮ比を向上できる。
【００４３】
すなわち、この発明によれば、信号処理部による上記出力信号に対する信号処理結果に基づいて、精度良く上記比検出物の種類を識別することができる。つまり、多種類の物体を識別することが可能になる。
【００４４】
また、この発明の印刷装置は、被検出物の表面凹凸に応じた波形の出力信号に対して信号処理を行って上記被検出物の種類が識別可能な処理結果を得ることができるこの発明の光学式物体識別装置を搭載しているので、印刷の対象となる用紙やフィルム等の種類を正しく識別することができる。したがって、印字条件をより最適化することができ、印字品質をより向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
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。
【００４６】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の光学式物体識別装置における光学系の概略構成図である。本光学式物体識別装置は、発光素子(望ましくは半導体レーザ)２１および対物レンズ２２を含む発光側光学系２３と、受光レンズ２４および受光素子２５を含む受光側光学系２６とを有している。そして、発光側光学系２３から発せられた光を被検出物２７に照射することによって、被検出物２７上に所定のスポット径(５０μm以下)を有する光スポット２８を形成し、この光スポット２８からの反射光を受光側光学系２６に入射させるようにしている。そして、受光素子２５から出力された受光量に応じた信号に対して、信号処理部２９によって種々の処理が施される。
【００４７】
上記発光側光学系２３および受光側光学系２６を構成する各光学部品は、所定位置(基準位置)で受光素子２５の出力が最大になるようにハウジング３０内に配置されている。そして、ハウジング３０を被検出物２７に対して垂直方向(矢印方向)に移動させて、光スポット２８が上記所定のスポット径となる発光側光学系２３の焦点位置付近に位置させれば、受光素子２５からの出力が最大となる。そして、ハウジング３０をその位置に固定することによって、光スポット２８のスポット径の変動を少なくでき、受光素子２５から出力される被検出物２７の表面凹凸に応じた波形の出力信号のＳＮ比を向上させることができる。したがって、上記信号処理部２９による上記出力信号に対する信号処理結果に基づいて、精度良く比検出物２７の種類を識別することができるのである。
【００４８】
また、上述したように、上記ハウジング３０を被検出物２７に対して垂直方向(矢印方向)に移動させて、受光素子２５からの出力が最大となる位置を検出することによって、ハウジング３０の上記基準位置からの変位量、すなわち被検出物２７の厚さを測定することができる。そこで、この厚さの情報をも用いることによって、さらに精度の高い比検出物２７の種類の識別を行うことが可能になる。
【００４９】
尚、上記ハウジング３０を移動させる手段としては、信号処理部２９からの処理結果に応じて、駆動制御部３２によって、ステッピングモータ等の駆動装置３１の動作を制御することによって行う。すなわち、本実施の形態においては、駆動装置３１によって、上記焦点位置移動部および発光側光学系移動部を構成するのである。
【００５０】
また、上記発光側光学系２３および受光側光学系２６におけるその他の構成例を図２に示す。但し、図１と同じ物には、分り易いように同じ番号を付している。
【００５１】
図２(a)においては、上記発光側光学系２３を、発光素子(望ましくは半導体レーザ)２１とコリメートレンズ３３とビームスプリッタ３４と対物レンズ２２とで構成している。また、受光側光学系２６を、対物レンズ２２とビームスプリッタ３４と受光レンズ２４とピンホール３５と受光素子２５とで構成している。そして、発光素子２１から放射された光はコリメートレンズ３３によって平行光とされてビームスプリッタ３４を通過し、対物レンズ２２によって集光されて、被検出物２７を略垂直に照射すると共に被検出物２７上に光スポット２８を形成する。また、光スポット２８からの反射光はビームスプリッタ３４によって、発光側光学系２３の光軸に対して垂直方向に反射され、受光レンズ２４によって集光され、ピンホール３５を通過して受光素子２５に入射される。この場合も、図１の場合と同様に、発光側光学系２３および受光側光学系２６をハウジング(図示せず)内に収納し、このハウジングを被検出物２７に対して垂直方向(矢印方向)に移動させるようになっている。
【００５２】
また、図２(b)においては、上記発光側光学系２３を、発光素子(望ましくは半導体レーザ)２１とビームスプリッタ３４と組合せレンズ３６とで構成している。また、受光側光学系２６を、組合せレンズ３６とビームスプリッタ３４とピンホール３５と受光素子２５とで構成している。そして、発光素子２１から放射された光はビームスプリッタ３４を通過し、組合せレンズ３６によって集光されて、被検出物２７を略垂直に照射して被検出物２７上に光スポット２８を形成する。また、光スポット２８からの反射光はビームスプリッタ３４によって、発光側光学系２３の光軸に対して垂直方向に反射されると共に集光され、ピンホール３５を通過して受光素子２５に入射される。この場合も、発光側光学系２３および受光側光学系２６を収納したハウジング(図示せず)を被検出物２７に対して垂直方向(矢印方向)に移動させるようになっている。
【００５３】
尚、図２に示す発光側光学系２３においては、収納しているハウジングを被検出物２７に対して垂直方向に移動させるようにしているが、第２実施の形態で詳細に述べるようにして、対物レンズ２２あるいは組合せレンズ３６のみを光軸方向に移動させることもできる。その場合には、ハウジングを移動させる場合に比して、移動時の制御が容易になる。
【００５４】
ところで、図２に示す受光側光学系２６においては、受光素子２５の直前にピンホール(望ましくは１００μm以下の穴径)３５が設けられている。そのために、図３(a)に示すように、発光側光学系２３の合焦位置付近に被検出物２７がある場合には、反射光はピンホール３５の孔内に集光されるため受光素子２５への入射光量(つまり、被検出物２７上の光スポット２８からの反射光量)が多くなる。一方、発光側光学系２３の合焦位置付近に被検出物２７がない場合には、図３(b)に示すように、反射光はピンホール３５の孔径よりも広い領域に集光されるため上記入射光量が大きく減少する。したがって、受光素子２５の出力に基づいて発光側光学系２３の焦点位置を容易に被検出物２７の表面付近に位置させることができ、上記受光素子２５からの出力による距離計測のＳＮ比が向上するのである。
【００５５】
次に、上記構成を有する上記発光側光学系２３と受光側光学系２６とを備えた光学式物体識別装置における信号処理部２９によって上記受光信号に対して施される処理について説明する。上述したように、受光素子２５からの出力が最大になる位置、つまり発光側光学系２３の焦点位置付近に、被検出物２７が位置するように、ハウジング３０を移動させる。そうした後、ハウジング３０はその位置に固定したまま、被検出物２７をその延在方向に移動させる。
【００５６】
その際に、上記受光素子２５からの出力信号は、図４(a)に示すように、被検出物２７の移動に伴って被検出物２７の表面状態(表面の凸凹)に対応した出力波形を呈する。そこで、所定長の区間の出力信号に対して信号処理部２９によって信号処理を行うことによって、従来のごとく被検出物からの反射光量に基づいて種類を識別する場合に比して、より正しく、被検出物２７の種類を識別することができるのである。
【００５７】
その場合における出力信号の処理方法として、上記受光素子２５からの出力信号における所定長の区間の平均値,平均振幅値,平均振幅値/平均値,度数分布,パワースペクトルの面積比,フィルター回路通過後の波形の平均値・平均振幅値・平均振幅/平均値の少なくとも１つ、を算出する信号処理方法の何れかを用いるのである。ここで、上記平均振幅値は、出力信号における個々の出力値と平均値との差を求めて、求めた差の絶対値の平均を２倍したものと定義する。また、上記パワースペクトルの面積比は、図４(b)に示すように、出力信号にフーリエ変換を施してスペクトル分布を求め、この求めたスペクトル分布における所定分布範囲と他の所定分布範囲との面積比と定義する。また、上記度数分布は、図４(c)に示すように、最大出力値を「１」とした場合における各出力値の度数分布と定義する。尚、以下においては、上記各信号処理方法を、夫々「平均値算出法」,「平均振幅値算出法」,「平均振幅/平均値算出法」,「度数分布算出法」,「パワースペクトル面積比算出法」,「フィルター通過法」と言うことにする。
【００５８】
ところで、上記１つの受光素子２５からの出力信号に対して上記各信号処理方法を単独で行っても、被検出物２７の種類を識別することは可能ではあるが、被検出物２７の種類を総て確実に識別することが難しい場合がある。例えば、図５に示すように、上記「平均値算出法」を用いた場合を例に取ると、被検出物２７の種類によってはその値が異なるため、識別できるものもある。ところが、種類Ａと種類Ｃや種類Ｄと種類Ｅのごとく平均値値の差が小さい種類同志の場合には、確実に識別するのは難しい。同様に、上記「平均振幅値算出法」,「平均振幅/平均値算出法」,「度数分布算出法」,「パワースペクトル面積比算出法」,「フィルター通過法」の場合にも、被検出物２７の識別可否はその種類による。
【００５９】
しかしながら、上述の「平均値算出法」,「平均振幅値算出法」,「平均振幅/平均値算出法」,「度数分布算出法」,「パワースペクトル面積比算出法」および「フィルター通過法」の各算出値を複数用いれば被検出物２７の種類の識別精度も向上する。そこで、本実施の形態における信号処理部２９では、これらの信号処理方法を複数行うのである。そして、これらの複数の信号処理方法を組み合わせて被検出物２７の種類を識別するのである。こうすることによって、被検出物２７の種類がもっと多くなっても、精度良く種類を識別することが可能になるのである。
【００６０】
また、上記信号処理部２９は、上記信号処理方法を複数行う代りに、上記出力信号における被検出物２７の移動に伴う異なる複数の区間に対して、上記「平均値算出法」,「平均振幅値算出法」,「平均振幅/平均値算出法」,「度数分布算出法」,「パワースペクトル面積比算出法」および「フィルター通過法」のうちの少なくとも何れか１つによって信号処理を行い、この複数区間に関する処理結果の平均値を算出しても構わない。この場合にも、１つの区間に関する処理結果のみの場合よりも正確に、上記被検出物の種類を識別することが可能になる。
【００６１】
このように、本実施の形態においては、上記発光側光学系２３および受光側光学系２６を、被検出物２７に対して垂直方向(矢印方向)に移動可能なハウジング３０内に収納している。したがって、ハウジング３０を移動させて被検出物２７を発光側光学系２３の合焦位置付近に位置させた場合には、受光素子２５の出力が最大になる。すなわち、本実施の形態の光学式物体識別装置によれば、受光素子２５の出力が最大になるまでハウジング３０を被検出物２７に対して垂直方向に移動させた後にその位置に固定し、信号処理部２９によって、受光素子２５からの出力信号に対して、上記「平均値算出法」,「平均振幅値算出法」,「平均振幅/平均値算出法」,「度数分布算出法」,「パワースペクトル面積比算出法」および「フィルター通過法」の各信号処理の複数を組み合わせて行う、または、上記出力信号における被検出物２７の移動に伴う異なる複数の区間に対して何れか１つの信号処理法による信号処理を行ったものを平均することによって、高いＳＮ比によって、被検出物２７における複数の種類を精度良く識別することができるのである。
【００６２】
また、上記受光側光学系２６における受光素子２５の直前にピンホール３５を設けることによって、より正確に受光素子２５の出力が最大になる時点を検出することができる。
【００６３】
さらに、上記ハウジング３０を被検出物２７に対して垂直方向(矢印方向)に移動させて受光素子２５からの出力が最大となる位置を検出することによって、ハウジング３０の上記基準位置からの変位量、すなわち被検出物２７の厚さを測定することができる。したがって、この厚さの情報をも用いることによって、さらに精度の高い比検出物２７の種類の識別を行うことができる。
【００６４】
また、図示はしていないが、上記発光側光学系２３あるいは受光側光学系２６を入射角あるいは反射角が異なるように複数設けることによって、信号処理部２９からの異なる複数の出力パターンを得ることができる。したがって、上記出力パターン情報をも用いることによって、より精度の高い比検出物２７の種類の識別を行うことができる。
【００６５】
・第２実施の形態
図６は、本実施の形態の光学式物体識別装置における光学系の概略構成図である。本光学式物体識別装置は、発光素子(望ましくは半導体レーザ)４１,コリメートレンズ４２,可動式対物レンズ４３および対物レンズ駆動部４４を含む発光側光学系４５と、受光レンズ４７および受光素子４８を含む受光側光学系４９とを有している。そして、発光側光学系４５から発せられた光を被検出物５０に照射することによって、被検出物５０上に所定のスポット径(５０μm以下)を有する光スポット５１を形成し、この光スポット５１からの反射光を受光側光学系４９に入射させるようにしている。さらに、受光側光学系４９への入射光は、受光レンズ４７で集光されて受光素子４８に入射される。そして、受光素子４８から出力された受光量に応じた信号に対して、信号処理部５２によって上記第１実施の形態の場合と同様に種々の処理が施される。
【００６６】
上記可動式対物レンズ４３は、上記対物レンズ駆動部４４によって、光軸方向(矢印方向)に移動されるようになっている。ここで、対物レンズ駆動部４４は、駆動力に電磁力を用いたアクチュエータであり、駆動制御部４６からの制御信号に応じて可動式対物レンズ４３を光軸方向に移動させる。受光素子４８は位置検出素子(望ましくはＰＳＤ(位置センサ))であり、本実施の形態においては、被検出物５０までの距離を三角測量によって測定する。尚、発光側光学系４５と受光側光学系４９と駆動制御部４６と信号処理部５２とは、ハウジング５３に収納されている。
【００６７】
図７は、上記三角測量の原理を示す。図７において、三角形の一辺の端点である２点Ａ,Ｂの夫々と対象物上の点Ｃとを結ぶ２つの辺ＡＣ,ＢＣと辺ＡＢとが成す角度α,βと、２点Ａ,Ｂ間の距離Ｄが既知であれば、辺ＡＢと対象物Ｃとの間の距離Ｌは、次式
Ｌ＝Ｄ{(sinα・sinβ)/sin(α＋β)}
によって計算することができる。ここで、図７における点Ａを可動式対物レンズ４３の中心と仮定し、点Ｂを受光レンズ４７の中心と仮定し、点Ｃを被検出物５０の表面上の点と仮定する。そうすると、発光側光学系４５の照射角と発光側光学系４５および受光側光学系４９を構成する部品の配置とから、上記αとＤとに相当する値は既知である。したがって、受光素子４８への反射光の入射位置からβの値を算出すれば、被検出物５０とハウジング５３との距離Ｌを上述の式によって算出できることになる。
【００６８】
ここで、上記受光素子４８がＰＳＤであるとすると、上記信号処理部５２によって、上記ＰＳＤ上における例えば２箇所からの出力の比に基づいて上記ＰＳＤ上における入射位置を測定することができる。そこで、上記ＰＳＤ上における入射位置と受光レンズ４７の中心Ｂとを結ぶ線分を求めることによって、βの値を算出することができ、可動式対物レンズ４３の中心と受光レンズ４７の中心とを通る基準線と被検出物５０との間の距離(以下、ハウジング５３と被検出物５０との距離と言う)Ｌを算出できるのである。
【００６９】
すなわち、本実施の形態においては、上記対物レンズ駆動部４４によって上記焦点位置移動部を構成し、信号処理部５２によって上記距離測定部を構成するのである。
【００７０】
上記駆動制御部４６は、信号処理部５２によって上述のようにしてハウジング５３と被検出物５０との距離Ｌが得られると、発光側光学系４５の焦点位置に被検出物５０の表面が位置した場合における被検出物５０とハウジング５３との距離Ｌ0と上記距離Ｌとの差ΔＬを算出する。尚、上記距離Ｌ0は、発光側光学系４５の焦点距離と角度αとが既知であるから算出することができる。
【００７１】
さらに、上記駆動制御部４６は、対物レンズ駆動部４４に対して、差ΔＬの値を零にするような制御信号を出力する。そして、対物レンズ駆動部４４によって上記制御信号に応じた方向に可動式対物レンズ４３が移動される。そして、差ΔＬの値が零になって発光側光学系４５の焦点位置に被検出物５０の表面が位置すると、対物レンズ駆動部４４が停止されるのである。このようにして、発光側光学系４５の焦点位置が被検出物５０の表面に位置するように可動式対物レンズ４３の位置を設定することによって、光スポット５１のサイズ変動を抑えることができ、被検出物５０の移動に伴って受光素子４８の出力信号に現れる被検出物５０の表面状態(表面の凸凹)に対応した波形のＳＮ比が向上する。その結果、被検出物５０の種類の検出精度が向上するのである。尚、受光素子４８をＰＳＤで構成した場合には、信号処理部５２は、上記ＰＳＤ上における例えば２箇所からの出力の和を受光信号の出力波形として信号処理を行えばよい。
【００７２】
次に、上記ハウジング５３の具体的構成例について、図８に従って説明する。尚、図８(a)はハウジング５３の側面図であり、図８(b)は図８(a)のＡ‐Ａ'矢視正面図である。上記ハウジング５３の上部には一側に向って開口した被検出物５０のガイド溝５４が設けられている。さらに、ハウジング５３の上記一側には、発光側光学系４５を収納する発光側光学系収納溝５６と受光側光学系４９を収納する受光側光学系収納溝５７とが設けられている。そして、発光側光学系収納溝５６内に収納された発光側光学系４５によって、搬送ローラ５５によって送り出されてガイド溝５４内を移動する被検出物５０に光が照射される。一方、被検出物５０からの反射光が、受光側光学系収納溝５７内に収納された受光側光学系４９に入射される。
【００７３】
また、上記ガイド溝５４に関して発光側光学系収納溝５６および受光側光学系収納溝５７の反対側における光スポット５１の形成位置には、ガイド溝５４に連通する矩形の凹部５８が形成されており、凹部５８の図中上面には反射防止膜５９あるいは反射防止シートが形成されている。こうして、発光側光学系４５から放射された光の一部が、凹部５８における上記上面によって反射されて擬似反射光となって受光側光学系４９に入射するのを防止している。その結果、受光素子４８の出力波形のＳＮ比が、更に向上される。
【００７４】
尚、上記説明においては、上記被検出物５０の種類の判別について説明したが、上述した被検出物５０までの距離測定技術を応用して被検出物５０の厚みを測定することも可能である。また、被検出物５０の厚み情報をも用いることによって、さらに精度の高い種類識別を行うこと可能である。
【００７５】
このように、本実施の形態においては、上記発光側光学系４５として、駆動制御部４６からの制御信号に応じて対物レンズ駆動部４４によって光軸方向に移動される可動式対物レンズ４３を設けている。また、信号処理部５２は、上記三角測量の原理を用いて上記基準線から被検出物５０までの距離Ｌを算出して、駆動制御部４６に出力するようにしている。したがって、駆動制御部４６による制御によって、発光側光学系４５の焦点位置に被検出物５０の表面が位置した場合における上記基準線から被検出物５０までの距離Ｌ0と上記距離Ｌとの差ΔＬに基づいて、被検出物５０が発光側光学系４５の合焦位置付近に位置するまで可動式対物レンズ４３を移動させた後にその位置に固定する。そして、信号処理部５２によって、受光素子４８からの出力信号に対して、上記「平均値算出法」,「平均振幅値算出法」,「平均振幅/平均値算出法」,「度数分布算出法」,「パワースペクトル面積比算出法」および「フィルター通過法」の各信号処理の複数を組み合わせて行う、または、上記出力信号における被検出物５０の移動に伴う異なる複数の区間に対して何れか１つの信号処理法による信号処理を行ったものを平均することによって、高いＳＮ比によって、被検出物５０における複数の種類を精度良く識別することができるのである。
【００７６】
尚、対物レンズの位置調整は、上記可動式対物レンズ４３と対物レンズ駆動部４４とによる方法の他に、図９に示すような方法によっても可能である。すなわち、発光素子６１と対物レンズ６２を含む発光側光学系を発光側光学系収納部６３に一体に収納する。そして、発光側光学系収納部６３を、発光素子６１の発光点６４の位置を通り且つ上記発光側光学系の光軸と受光側光学系６７の光軸とを含む平面に垂直な方向に延在する回転軸を中心として回転可能に、ハウジング７０に取り付けるのである。こうすることによって、発光側光学系回転駆動部(図示せず)による発光側光学系収納部６３の回動に伴って、上記発光側光学系の焦点位置６９は、ハウジング７０に近づいたり遠ざかったりすることができる。したがって、この場合は、駆動制御部(図示せず)による上記差ΔＬの値に基づく制御によって、上記発光側光学系の合焦位置を被検出物６８表面付近に位置させることができるのである。
【００７７】
その際に、上記発光素子６１と対物レンズ６２を含む発光側光学系は、発光側光学系収納部６３に一体に収納されている。したがって、上記発光側光学系の光軸調整が容易になる。尚、６５は受光レンズ、６６は受光素子である。
【００７８】
・第３実施の形態
本実施の形態は、上記各実施の形態における光学式物体識別装置を搭載したプリンタや複写機等の印刷装置に関する。
【００７９】
図１０に、本印刷装置における被検出物種類識別および制御に関する概念を示す。光学式物体識別装置９１は、上記第１,第２実施の形態における光学式物体識別装置の何れかの構成を有している。そして、制御部９２による制御の下に、上述したようにして、移動している被検出物９３からの反射光に基づく受光素子からの出力信号に対して信号処理を行い、処理結果を表す信号を制御部９２に送信する。
【００８０】
そうすると、上記制御部９２は、上記光学式物体識別装置９１からの信号に基づいて被検出物９３の種類を識別し、その識別結果に応じた処理を行うための制御信号を処理部９４に送出する。そして、処理部９４によって、上記制御信号に応じた処理が行われる。例えば、本印刷装置がインクジェットプリンタである場合には、被検出物９３である用紙の種類を制御部９２によって識別し、処理部９４によって、識別された種類の用紙に適したインク量等の印字条件を最適化するのである。こうして、印字品質を向上することができる。
【００８１】
その際に、上記光学式物体識別装置９１は、上記第１,第２実施の形態において説明したように、上記発光側光学系の焦点位置を、被検出物９３の表面にあるように設定することが可能になっている。また、上記信号処理部によって、複数の異なる信号処理方法での信号処理を行うようになっている。したがって、被検出物９３の移動に伴って上記受光素子の出力信号に現れる被検出物９３の表面状態(表面の凸凹)に対応した波形のＳＮ比を向上でき、より精度良く被検出物９３の種類を識別することができるのである。
【００８２】
すなわち、上記光学式物体識別装置９１を搭載した印刷装置によれば、印字条件をより最適化することができ、印字品質をより向上させることが可能になるのである。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の光学式物体識別装置は、物体の種類を非接触で検出する際に有用であり、印刷装置や物体種類分類装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】この発明の光学式物体識別装置における光学系の概略構成図である。
【図２】図１における発光側光学系および受光側光学系の図１とは異なる構成例を示す図である。
【図３】図２におけるピンホールの機能を説明するための図である。
【図４】図１における受光素子からの出力信号波形および信号処理部による信号処理の説明図である。
【図５】複数種類の被検出物における出力信号の平均値を示す図である。
【図６】図１とは異なる光学式物体識別装置における光学系の概略構成図である。
【図７】三角測量の原理を示す図である。
【図８】図６におけるハウジングの具体的構成例を示す図である。
【図９】図６とは異なる対物レンズの位置調整方法の説明図である。
【図１０】この発明の印刷装置における概念を示す図である。
【図１１】従来の物体識別装置の一例としての用紙種類検出装置の説明図である。
【図１２】従来の物体識別装置の一例としての記録媒体の識別装置の説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
２１,４１,６１…発光素子、
２２,６２…対物レンズ、
２３,４５…発光側光学系、
２４,４７,６５…受光レンズ、
２５,４８,６６…受光素子、
２６,４９,６７…受光側光学系、
２７,５０,６８…被検出物、
２８,５１…光スポット、
２９,５２…信号処理部、
３０,５３,７０…ハウジング、
３１…駆動装置、
３２,４６…駆動制御部、
３３,４２…コリメートレンズ、
３４…ビームスプリッタ、
３５…ピンホール、
３６…組合せレンズ、
４３…可動式対物レンズ、
４４…対物レンズ駆動部、
５４…ガイド溝、
５９…反射防止膜、
６３…発光側光学系収納部、
６４…発光点、
６９…発光側光学系の焦点位置、
９１…光学式物体識別装置、
９２…制御部、
９４…処理部。
【図１】
2005077303.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005077303.tif 000005
【図４】
2005077303.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005077303.tif 000009
【図８】
2005077303.tif 000010
【図９】
2005077303.tif 000011
【図１０】
2005077303.tif 000012
【図１１】
2005077303.tif 000013
【図１２】
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