(57)【要約】【課題】搬送される紙の三次元形状を省スペースで測定することが可能なシート形状測定方法及び装置、並びに、シート形状異常診断機能付き画像形成装置を提供する。【解決手段】  光源により照明光が照射されるシート上に形成されている明暗パターンを、シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型光電変換素子１により光電変換して撮像する。近接型光電変換素子による撮像によって得られる明暗パターンの画像を画像メモリ３１が格納する。画像メモリに格納された明暗パターンの画像に基づいて形状演算手段３２がシートの形状を演算する。【選択図】図２１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
明暗パターンが形成されたシートを搬送し、
該シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型の光電変換素子を用いて搬送中の前記シート上の明暗パターンを光電変換して撮像し前記明暗パターンの画像を得、
該得られた明暗パターン画像の変化状態に基づいて搬送中のシート形状を測定する
ことを特徴とするシート形状測定方法。
【請求項２】
前記近接型光電変換素子として、各々が搬送中のシートの同一箇所を異なる位置からそれぞれ撮像する複数の近接型光電変換素子を用い、
該複数の近接型光電変換素子によって得られる複数の明暗パターン画像の変化状態に基づいて搬送中のシート形状を測定する
ことを特徴とする請求項１記載のシート形状測定方法。
【請求項３】
前記明暗パターンが白黒の２値パターンであり、前記白黒パターンの密集度合いからシート形状を測定する
ことを特徴とする請求項１記載のシート形状測定方法。
【請求項４】
前記明暗パターンが正弦波パターンであり、各測定個所における前記正弦波パターンの位相からシート形状を測定する
ことを特徴とする請求項１記載のシート形状測定方法。
【請求項５】
前記光電変換素子により得られた明暗パターン画像のコントラストに基づいて搬送中のシート形状を測定する
ことを特徴とする請求項１記載のシート形状測定方法。
【請求項６】
前記明暗パターンを可視光領域の波長の光を透過させる素材で前記シート上に形成し、前記光電変換素子による前記明暗パターンの撮像に当たって前記シートに可視光領域以外の波長の光を照射する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシート形状測定方法。
【請求項７】
明暗パターンが形成されたシートと、
前記シートに照明光を照射する光源、
前記シート上のパターンを光電変換して撮像するため、前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型光電変換素子と、
前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によって得られる前記明暗パターンの画像を格納する画像メモリと、
該画像メモリに格納された前記明暗パターンの画像に基づいて前記シートの形状を演算する形状演算手段と
を備えることを特徴とするシート形状測定装置。
【請求項８】
明暗パターンが形成されたシートと、
前記シートに照明光を照射する光源、
各々が前記シートの同一箇所上の明暗パターンを異なる位置からそれぞれ光電変換して撮像するため、前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された複数の近接型光電変換素子と、
前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によってそれぞれ得られる前記明暗パターンの複数の画像を格納する画像メモリと、
該画像メモリに格納された前記複数の画像に基づいて前記シートの形状を演算する形状演算手段と
を備えることを特徴とするシート形状測定装置。
【請求項９】
白黒の２値パターンが形成されたシートと、
前記シートに照明光を照射する光源、
前記シート上の白黒パターンを光電変換して撮像するため前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型光電変換素子と、
前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によって得られる前記白黒パターンの画像を格納する画像メモリと、
該画像メモリに格納された前記白黒パターンの画像に基づいて前記シート上の各測定領域において前記白黒パターンの密集度合いを算出し形状データに変換する形状演算手段と
を備えることを特徴とするシート形状測定装置。
【請求項１０】
正弦波状の明暗パターンが形成されたシートと、
前記シートに照明光を照射する光源、
前記シート上のパターンを光電変換して撮像するため前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型光電変換素子と、
前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によって得られる前記明暗パターンの画像を格納する画像メモリと、
該画像メモリに格納された前記明暗パターンの画像に基づいて前記シート上の各測定点において前記正弦波パターンの位相を算出し形状データに変換する形状演算手段と
を備えることを特徴とするシート形状測定装置。
【請求項１１】
明暗パターンが形成されたシートと、
前記シートに照明光を照射する光源、
前記シート上のパターンを光電変換して撮像するため、前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型光電変換素子と、
前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によって得られる前記明暗パターンの画像を格納する画像メモリと、
該画像メモリに格納された前記明暗パターンの画像に基づいて前記シート上の各測定領域における前記明暗パターンのコントラストを算出し形状データに変換する形状演算手段と
を備えることを特徴とするシート形状測定装置。
【請求項１２】
前記シートは、前記明暗パターンが可視光領域の波長の光を透過させる素材により形成され、
前記光源は、可視光領域以外の波長の光を照射する
ことを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のシート形状測定装置。
【請求項１３】
明暗パターンが形成されたシートと、
前記シートに照明光を照射する光源、
前記シート上のパターンを光電変換して撮像するため前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型光電変換素子と、
前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によって得られる前記明暗パターンの画像を格納する画像メモリと、
該画像メモリに格納された前記明暗パターンの画像に基づいて前記シートの形状を演算する形状演算手段とを備え、
前記形状演算手段による演算結果からシート搬送時の異常を検知する
ことを特徴とするシート形状異常診断機能付き画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシート形状測定方法及び装置、並びに、シート形状異常診断機能付き画像形成装置に係り、特に、搬送中のシートの三次元形状を測定するシート形状測定方法及び装置、並びに、測定したシート形状により異常診断を行う機能を有するシート形状異常診断機能付き画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明におけるシートとしては、各種の処理プロセスを施すために搬送される紙、フィルム、鋼板などのシート状物が包含される。紙は、例えば、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置内においては、記録紙としてその画像形成プロセス中に搬送される典型的な例であり、画像形成装置において、搬送中のシートとしての記録紙についてそのシート形状を測定することが必要とされる理由を以下に説明する。
【０００３】
複写機の場合を例に、複写によって記録紙に画像を形成する画像形成プロセスを、図３５を参照して以下具体的に説明する。
【０００４】
同図において、給紙トレイ１０１にセットした記録紙１０２は、給紙ローラ１０３によって給紙トレイ１０１から導き出され、搬送路１０４の搬送ローラ１０４ａによって画像形成部１０５に搬送される。搬送路１０４の最下流部、すなわち画像形成部１０５の転写位置の直前（直上流）には上下一対のローラからなるレジストローラ１０４ｂが設けられており、搬送路１０４を通して搬送されてきた記録紙１０２を、レジストローラ１０４ｂのニップ部に当接させた状態で一旦停止（待機）させ、画像形成プロセスの進行に同期したタイミングで、レジストローラ１０４ｂを通して転写位置に送り込むようになっている。
【０００５】
画像形成部１０５では、暗所において帯電器１０５ａで感光体ドラム１０５ｂの表面を均一に帯電させる。次に、露光器（図示せず）により画像部以外のところに光を当て、光の当った部分の帯電電荷を除去し、画像部に電荷を残した静電潜像を形成する（露光）。現像部１０６では、現像ローラ１０６ａによって静電潜像と逆極性に帯電した着色微粒子であるトナー１０６ｂを潜像に付着させて可視画像とする。
【０００６】
続いて、記録紙１０２をこのトナー像に付着させて記録紙１０３の裏側からコロナ帯電器１０５ｃで、トナーの帯電極性とは逆極性の電荷を記録紙１０３に与え、静電力によりトナー像を記録紙１０２に転写し（転写）、帯電器１０５ｄでさらに逆の電荷を放電することで感光体ドラム１０５ｂから記録紙１０２を分離する（分離）。記録紙１０２に付着したトナーを定着ローラ１０５ｅの熱で溶かし、加圧ローラ１０５ｆで圧力を加えて記録紙１０２に定着させる（定着）。
【０００７】
一方、転写されずに感光体ドラム１０５ｂに残った残留トナーはクリーニングブラシ１０５ｇとブレード１０５ｈで除去される。また、感光体ドラム１０５ｂ上の潜像電荷は光源１０５ｉからの光により除去される（クリーニング）。
【０００８】
上述した帯電から除電に至る一連のプロセスを繰り返すことにより連続的に印写が行われる。印写が終了した記録紙１０２は排紙ローラ１０７によって排紙トレイ（図示せず）に排出される。
【０００９】
上記画像形成装置内においては、紙が搬送される際にカール、シワ、浮きなどにより紙の形状が変化し、紙詰り、ジャムの原因になる。その原因を確かめるためには、まず画像形成装置内において、搬送時に紙がどのような形状になっているかを測定することが必要となる。どの場所で、どのような状態に形状が変化しているのかが特定できれば、適切な対策を打つことができる。そのためには、製品と同じ状態で紙を搬送させ、そのときの紙形状を測定する必要がある。測定のために、観察用のスペースを空けてしまうと、装置全体の剛性やバランスに変化が生じてしまい、異なる挙動を示す可能性があるため、できるだけ製品に手を加えることなく測定することが望まれる。
【００１０】
従来、測定物の三次元形状測定方法としては、液晶格子による光パターンを対象物体に照射し、対象物体の形状に応じて変形した光パターンをカメラで撮像し、得られる画像データから対象物の形状を求める手法である。（例えば、特許文献１参照。）
【００１１】
また、搬送されている紙による透過光を検出することにより、搬送されている紙の破損などの異常を検知する方法が知られている。（例えば、特許文献２参照。）
【特許文献１】特開２０００−１４６５４３号公報
【特許文献２】特開平０２−１６８１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、上述した従来の三次元形状測定方法では、パターンを投影するための投光系が必要となり、その分装置構成が大きくなってしまう。また、受光系は縮小光学系を用いているため、対象物全体を撮像するためにはワークディスタンスを長くとる必要がある。これに対し、図３５に示したように画像形成装置のように、内部に多くの部品が密集しているものでは、測定のためのスペースが少ない。よって、Ａ４用紙（長手方向）全体を撮像しようとした場合には、画像形成装置を改造して、観察できる場所を空け、ある程度離れた場所に投受光系を配置する必要性が生じる。その結果、製品と同じ状態での測定が困難である。
【００１３】
また、透過光を検出することにより搬送されている紙の破損（欠けなど）状態などの異常を検知する方法の場合、装置構成も省スペース化できる可能性がるが、紙が浮いているのかどうか、すなわち、三次元形状を知ることができない。
【００１４】
そこで、本発明は、搬送される紙の三次元形状を省スペースで測定することが可能なシート形状測定方法及び装置、並びに、この測定装置を組み込んだシート形状異常診断機能付き画像形成装置を提供することを課題としている。より具体的には複写機やプリンターなどの画像形成装置内において、製品に改造を加えることなく、搬送される紙の三次元形状を省スペースにて測定することが可能な方法及び装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、明暗パターンが形成されたシートを搬送し、該シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型の光電変換素子を用いて搬送中の前記シート上の明暗パターンを光電変換して撮像し前記明暗パターンの画像を得、該得られた明暗パターン画像の変化状態に基づいて搬送中のシート形状を測定することを特徴とするシート形状測定方法に存する。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、前記近接型光電変換素子として、各々が搬送中のシートの同一箇所を異なる位置からそれぞれ撮像する複数の近接型光電変換素子を用い、該複数の近接型光電変換素子によって得られる複数の明暗パターン画像の変化状態に基づいて搬送中のシート形状を測定することを特徴とする請求項１記載のシート形状測定方法に存する。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、前記明暗パターンが白黒の２値パターンであり、前記白黒パターンの密集度合いからシート形状を測定することを特徴とする請求項１記載のシート形状測定方法に存する。
【００１８】
また、請求項４記載の発明は、前記明暗パターンが正弦波パターンであり、各測定個所における前記正弦波パターンの位相からシート形状を測定することを特徴とする請求項１記載のシート形状測定方法に存する。
【００１９】
また、請求項５記載の発明は、前記光電変換素子により得られた明暗パターン画像のコントラストに基づいて搬送中のシート形状を測定することを特徴とする請求項１記載のシート形状測定方法に存する。
【００２０】
また、請求項６記載の発明は、前記明暗パターンを可視光領域の波長の光を透過させる素材で前記シート上に形成し、前記光電変換素子による前記明暗パターンの撮像に当たって前記シートに可視光領域以外の波長の光を照射することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシート形状測定方法に存する。
【００２１】
また、請求項７記載の発明は、明暗パターンが形成されたシートと、前記シートに照明光を照射する光源、前記シート上のパターンを光電変換して撮像するため、前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型光電変換素子と、前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によって得られる前記明暗パターンの画像を格納する画像メモリと、該画像メモリに格納された前記明暗パターンの画像に基づいて前記シートの形状を演算する形状演算手段とを備えることを特徴とするシート形状測定装置に存する。
【００２２】
また、請求項８記載の発明は、明暗パターンが形成されたシートと、前記シートに照明光を照射する光源、各々が前記シートの同一箇所上の明暗パターンを異なる位置からそれぞれ光電変換して撮像するため、前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された複数の近接型光電変換素子と、前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によってそれぞれ得られる前記明暗パターンの複数の画像を格納する画像メモリと、該画像メモリに格納された前記複数の画像に基づいて前記シートの形状を演算する形状演算手段とを備えることを特徴とするシート形状測定装置に存する。
【００２３】
また、請求項９記載の発明は、白黒の２値パターンが形成されたシートと、前記シートに照明光を照射する光源、前記シート上の白黒パターンを光電変換して撮像するため前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型光電変換素子と、前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によって得られる前記白黒パターンの画像を格納する画像メモリと、該画像メモリに格納された前記白黒パターンの画像に基づいて前記シート上の各測定領域において前記白黒パターンの密集度合いを算出し形状データに変換する形状演算手段とを備えることを特徴とするシート形状測定装置に存する。
【００２４】
また、請求項１０記載の発明は、正弦波状の明暗パターンが形成されたシートと、前記シートに照明光を照射する光源、前記シート上のパターンを光電変換して撮像するため前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型光電変換素子と、前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によって得られる前記明暗パターンの画像を格納する画像メモリと、該画像メモリに格納された前記明暗パターンの画像に基づいて前記シート上の各測定点において前記正弦波パターンの位相を算出し形状データに変換する形状演算手段とを備えることを特徴とするシート形状測定装置に存する。
【００２５】
また、請求項１１記載の発明は、明暗パターンが形成されたシートと、前記シートに照明光を照射する光源、前記シート上のパターンを光電変換して撮像するため、前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型光電変換素子と、前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によって得られる前記明暗パターンの画像を格納する画像メモリと、該画像メモリに格納された前記明暗パターンの画像に基づいて前記シート上の各測定領域における前記明暗パターンのコントラストを算出し形状データに変換する形状演算手段とを備えることを特徴とするシート形状測定装置に存する。
【００２６】
また、請求項１２記載の発明は、前記シートは、前記明暗パターンが可視光領域の波長の光を透過させる素材により形成され、前記光源は、可視光領域以外の波長の光を照射することを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のシート形状測定装置に存する。
【００２７】
また、請求項１３記載の発明は、明暗パターンが形成されたシートと、前記シートに照明光を照射する光源、前記シート上のパターンを光電変換して撮像するため前記シートの搬送方向と交差してアレイ状に配列された近接型光電変換素子と、前記シートの搬送中に前記近接型光電変換素子による撮像によって得られる前記明暗パターンの画像を格納する画像メモリと、該画像メモリに格納された前記明暗パターンの画像に基づいて前記シートの形状を演算する形状演算手段とを備え、前記形状演算手段による演算結果からシート搬送時の異常を検知することを特徴とするシート形状異常診断機能付き画像形成装置に存する。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明した請求項１及び請求項７に係る発明のシート形状測定方法及び装置では、アレイ状に配列された近接型の光電変換素子を用いて、搬送されている用紙上のパターン画像を取得することにより、コンパクトな装置構成で近距離から搬送時の紙形状を測定できる。よって、空きスペースの少ない画像形成装置内において製品に改造を加えることなく、搬送される紙の三次元形状を測定することができる。また、この測定結果を紙搬送シミュレーションによる結果と比較することにより、シミュレーションの精度を向上させることができる。最終的には、製品としての信頼性が上がり、紙詰りなどによる紙資源の無駄を低減することにつながる。
【００２９】
請求項２及び請求項８に係る発明のシート形状測定方法及び装置では、請求項１及び請求項７に係る発明と同様の効果が得られる他、アレイ状に配列された近接型の光電変換素子を複数個配置し、搬送される用紙の同一個所を測定しているので、三角測量の原理を用いることにより上下方向の区別が可能となる。
【００３０】
請求項３及び請求項９に係る発明のシート形状測定方法及び装置では、請求項１及び請求項７に係る発明と同様の効果が得られる他、アレイ状に配列された近接型の光電変換素子を用いて、搬送されている用紙上の白黒パターン画像を取得し、そのパターンの間隔を測定することにより、搬送される紙の三次元形状を測定することができる。その結果、コンパクトな装置構成で近距離から紙形状を測定でき、空きスペースの少ない画像形成装置内において製品に改造を加えることなく、搬送される紙の三次元形状を測定することができる。
【００３１】
請求項４及び請求項１０に係る発明のシート形状測定方法及び装置では、請求項１及び請求項７に係る発明と同様の効果が得られる他、アレイ状に配列された近接型の光電変換素子を用いて、搬送されている用紙上の正弦波状パターン画像を取得し、そのパターンの位相を測定することにより、搬送される紙の三次元形状を測定することができる。その結果、コンパクトな装置構成で近距離から紙形状を測定でき、空きスペースの少ない画像形成装置内において製品に改造を加えることなく、搬送される紙の三次元形状を測定することができる。
【００３２】
請求項５及び請求項１１に係る発明のシート形状測定方法及び装置では、請求項１及び請求項７に係る発明と同様の効果が得られる他、アレイ状に配列された近接型の光電変換素子を用いて、搬送されている用紙上のパターン画像を取得し、そのパターンのコントラストを測定することにより、搬送される紙の三次元形状を測定することができる。その結果、コンパクトな装置構成で近距離から紙形状を測定でき、空きスペースの少ない画像形成装置内において製品に改造を加えることなく、搬送される紙の三次元形状を測定することができる。
【００３３】
請求項及６び請求項１２に係る発明のシート形状測定方法及び装置では、可視光では観察できないパターンを印字した用紙を用いることにより、見た目上では普通の白い用紙を用いても、搬送される紙の三次元形状を測定することができる。
【００３４】
請求項１３に係る発明のシート形状異常診断機能付き画像形成装置では、複写機やプリンタなどの画像形成装置内に近接型光電変換素子を設置して搬送時の紙形状を測定しておき、浮きなどの搬送異常を検知したら、早い段階で装置を停止させる。その結果、紙を取り除くなどの復帰処理に要する手間が従来の画像形成装置に比べ短くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明のシート形状測定方法を実施するシート形状測定装置を、画像形成装置としての複写機に適用した実施の形態を示す図であり、図中、図３５について上述したと同等の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３６】
画像形成装置内においては、搬送時の紙形状を測定したい箇所に近接型光電変換素子が設置され、図示の複写機では、レジストローラ１０４ｂや定着ローラ１０５ｅの後に浮きやしわが起きやすいので、近接型光電変換素子１、１は図示のように、レジストローラ１０４ｂや定着ローラ１０５ｅの直後の箇所に、搬送中の記録紙１０２の画像形成面とは反対側の面に接するように設置する。
【００３７】
近接型光電変換素子１としては、例えば特開平７−３１２６７号公報において密着イメージセンサとして主にスキャナなどの原稿読み取り部に使用した例が紹介されている図２に断面図で示す構成のものを適用することができる。
【００３８】
図示の密着イメージセンサでは、コンタクトガラス１１ａ上にセットされた原稿に光源１１ｂから光を照射し、ＳＬＡ（セルフォックレンズアレイ）１１ｃでセンサ１１ｄ上に等倍結像させる。センサ１１ｄとしてはラインセンサ型やＣＣＤやＣＭＯＳのようなエリア型、あるいはホトダイオードのようなポイント型などが考えられる。なお、１１ｅは電気接続されたセンサ１１ｄを支持するセンサ基板、１１ｆは構成部品を保持して一体化するフレームである。
【００３９】
センサ基板１１ｅ上には、センサ１１ｄがアレイ状に並べられており、図３のように、記録１０２代わりの原稿もしくは近接型光電変換素子１を移動させることにより原稿全体を読み取ることができる。このような近接型光電変換素子１を用いれば、複写機内の図１に示すような箇所のように、ワーク近辺の僅かなスペースに撮像手段としての近接型光電変換素子１を配置することが可能であり、また装置全体をコンパクトにできる。
【００４０】
複写機内には、内部を搬送される記録紙１０２に図４に示すように搬送方向と平行な方向に浮き１０２ａが生じやすい場所がある。このような場合は、図５のように白黒パターン１０２ｂが搬送方向と平行に印刷された記録紙（パターン付記録紙）１０２′を給紙トレイ１０１上にセットしておく。この場合、近接型光電変換素子１によって図６のような画像が得られる。つまり、浮き１０２ａが生じた箇所において白黒パターンが正常部に比べ密になる。
【００４１】
また、複写機内には、記録紙１０２に図７のように搬送方向と垂直な方向に浮き１０２ａが生じやすい場所もある。この場合は、図８のように白黒パターンが搬送方向と直角に印刷された記録紙（パターン付記録紙）１０２′を給紙トレイ１０１上にセットしておくことによって、近接型光電変換素子１によって、浮き１０２ａが生じた箇所において白黒パターンが正常部に比べ密な図９のような画像が得られる。
【００４２】
パターン付記録紙１０２′に浮き１０２ａ或いは沈み（図示せず）が発生した場合には、その量を白黒パターンの間隔から算出することができる。その具体的な方法を図１０を参照して以下説明する。
【００４３】
図１０には、搬送時のパターン付記録紙１０２′の断面が示されており、図中の黒丸は白黒パターンの白部の中心を表している。、正常時の白部の間隔をｄとする。搬送時にパターン付記録紙１０２′が図１０に示すように上下すると、近接型光電変換素子１によって撮像される白パターンの間隔が狭くなる。その狭くなった間隔をｄｍとすると、浮きあるいは沈み量ｈは次式（１）によって表せる。
ｈ＝（ｄ 2−ｄｍ 2）1/2                          ・・・（１）
【００４４】
次に、近接型光電変換素子１によって得られた白黒パターン画像から、浮きあるいは沈み量を算出する手順について、図１１〜図１５を参照しながら説明する。
【００４５】
今、近接型光電変換素子１によって図１１のような画像が得られたとする。白黒パターンに平行な方向をｘ方向、垂直な方向をｙ方向とする。まず、ｘを初期位置（ｘ１）に固定して、ｙ方向に画像輝度プロファイルを作成する。この結果、図１２に示すような画像輝度プロファイルが得られる。次に、この画像輝度プロファイルを、あるスレッシュで２値化することによって、図１３に示すように、スレッシュを超えるタイミングとスレッシュを下回るタイミングとで０から１に又はその逆に反転する１−０プロファイルが得られる。その後、立ち上がりエッジの間隔を測定することにより上記間隔ｄｍが得られる。パターン付記録紙１０２′が基準距離にあった場合、すなわち、浮きあるいは沈みが生じていない場合、ｄｍは基本間隔ｄと等しくなる。浮きあるいは沈みがあった場合、ｄｍはｄよりも小さくなり、図１４に示すように、その差が大きいほど基準距離からの高低差が大きくなる。間隔ｄｍを求めた後、上式（１）を用いて高低差ｈを算出し、次のｘへ移動して同じ計算を行う。図１５は上述した浮きあるいは沈み量を算出する手順のフローを示す。
【００４６】
次に近接型光電変換素子によって得られた白黒パターン画像から、浮きあるいは沈み量を算出する別の手法について説明する。
【００４７】
まず、得られた白黒パターン画像を領域に区切る。領域の区切り方は図１１のように線状でも、図１６に示すように矩形状でもよい。後にＦＦＴ処理を用いるため、矩形領域のｙ方向の大きさは２n（ｎ：正の整数）がよい。次に、先頭の領域１において、ＦＦＴ処理を用いてｙ方向の周波数解析を行う。正常な搬送が行われた場合、白黒パターンの間隔ｄに対応した、パターン基本周波数ｆｐにピークが生じる（図１７）。領域ｎに浮きなどによる高低差が生じた場合、そのｙ方向周波数分布は図１８に示すように、パターン基本周波数ｆｐ以外に、その高周波側にもうひとつのピーク周波数ｆｍが観測される。このピーク周波数ｆｍと紙の高低の関係は図１９のように予め求めておくことが可能である。よって、領域ｎにおいて、パターン基本周波数ｆｐ以外に現れるピーク周波数ｆｍを算出し、予め用意しておいた図１９に示す換算グラフから紙の高低差を算出する。図２０は上述した浮きあるいは沈み量を算出する手順のフローを示す。
【００４８】
上述したシート形状測定方法を実施する装置としては、図２１のように、パターン画像を格納する画像メモリ３１と、その画像から、図１５や２０の手順で搬送時の紙形状を演算する形状演算手段としての形状演算装置３２とを備えるものが使用される。
【００４９】
上述した方法では、浮きと沈みの区別、つまりは高低方向の区別を行う必要がない場合に適用できる。高低方向の区別を行う必要がある場合の方法について以下説明する。
【００５０】
図２２、２３に示すように、搬送されているパターン付記録紙１０２′の同一箇所を２つの近接型光電変換素子１−１，１−２で撮像する。図２３に示すように、パターン付記録紙１０２′上の点Ｐを近接型光電変換素子１−１で撮像し、パターンの間隔を図１０について上述したような方法で測定すると間隔ｄｍ１が得られる。同様に、同じ点Ｐを近接型光電変換素子１−２で撮像し、パターン間隔ｄｍ２が得られる。近接型光電変換素子１−１、１−２間の距離をＬとすると、ｄｍ１、ｄｍ２、Ｌと三角測量の原理を用いて点Ｐの高さｈが算出できる。図２４は上述した浮きあるいは沈み量を算出する手順のフローを示す。
【００５１】
上述したシート形状測定方法を実施する装置としては、図２５のように、近接型光電変換素子１−１，１−２のパターン画像を格納する画像メモリ３１と、その画像から、図２４の手順で搬送時の紙形状を演算する形状演算装置３２とを備えるものが使用される。
【００５２】
上述した実施の形態では、パターン付記録紙１０２′に付されたパターンは白黒パターンであるが、干渉縞パターンのような正弦波状パターンが付されていてもよい。この場合、正弦波パターンを位相情報として数値化することによって浮き沈み量を算出することができる。
【００５３】
なお、正弦波状パターンを位相情報として数値化する手法のひとつとして、１９９２年度精密工学会春季大会論文集ｐ．３７１−３７２或いは特開平１０−０８９９２９号公報に開示されたような位相シフト電子モアレ法がある。そこで、特開平１０−０８９９２９号公報の説明を引用して、簡単にその原理を説明しておく。
【００５４】
図２６は位相シフト電子モアレ法を用いた測定装置の構成図である。同図において２００は干渉計であり、形状測定面などから干渉縞を発生する。２０１は２次元画像検出手段であり、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）を撮像素子とするＣＣＤカメラで構成し、干渉縞画像を入力する。２０２は１画面分のビデオ信号を抽出する画像入力手段、２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃは夫々１画面分の情報を記憶する参照画像メモリ、２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃは２つの画像間の乗算を行う乗算器、２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃは画像中の空間周波数の高いものを除去し、低いものだけを通過させる特性を持つローパスフィルター、２０６ａ，２０６ｂは２つの画像間の減算を行う減算器、２０７は２つの画像間の除算を行う除算器、２０８はアークタンジェントを演算する非線形演算器である。
【００５５】
干渉計２００で発生させた干渉縞は、被測定面又は参照面を傾けることにより、故意に多数の縞を生じさせた上で、適当なレンズを用いて２次元画像検出手段２０１にて撮像され、画像入力手段２０２で１画面分の画像情報が抽出される。一方参照画像メモリ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃにはあらかじめ多数の縞の画像に相当する画像情報を書き込んである。ただし、各参照画像メモリ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃに書き込んでいる画像は、縞の初期位相がそれぞれπ／４，３π／４，５π／４ずれている。２次元画像検出手段２０１で撮像した被測定画像信号は参照画像メモリ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの信号とそれぞれ乗算器２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃで乗算演算が行われる。この演算により空間周波数の低い一種のモアレ縞が発生するが、このモアレ縞は被測定画像の縞の曲がり具合を表わしている。
【００５６】
従って、ローパスフィルター２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃにてキャリアである多数の縞の信号をカットすれば、干渉計において被測定面を入射光に対して傾けないで（高精度にアライメントして）粗く干渉縞を出した状態と等価な画像が得られる。このとき基準としている参照画像メモリ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの画像中の縞の初期位相は前記のようにπ／４，３π／４，５π／４ずれているために、ローパスフィルター２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃを通って得られる粗く干渉縞を出した状態に相当する画像も初期位相がπ／４，３π／４，５π／４ずれている。求めたい干渉縞の位相分布をφ（ｘ，ｙ）とすればそれぞれの画像は次式（２）〜（４）と表わされる。
【００５７】
Ｓ１（ｘ，ｙ）＝Ｓｉｎ［φ（ｘ，ｙ）＋π／４］
＝［Ｓｉｎφ（ｘ，ｙ）＋Ｃｏｓφ（ｘ，ｙ）］／２1/2  ・・・（２）              
Ｓ２（ｘ，ｙ）＝Ｓｉｎ［φ（ｘ，ｙ）＋３π／４］
＝［−Ｓｉｎφ（ｘ，ｙ）＋Ｃｏｓφ（ｘ，ｙ）］／２1/2 ・・・（３）              
Ｓ３（ｘ，ｙ）＝Ｓｉｎ［φ（ｘ，ｙ）＋５π／４］
＝［−Ｓｉｎφ（ｘ，ｙ）−Ｃｏｓφ（ｘ，ｙ）］／２1/2 ・・・（４）              
【００５８】
そして、次式（５）及び（６）の演算を行うことにより位相分布が計算出来る。
（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｓ２−Ｓ３）＝Ｓｉｎφ（ｘ，ｙ）／Ｃｏｓ  φ（ｘ，ｙ）                              ＝Ｔａｎ  φ（ｘ，ｙ）                        ・・・（５）
φ（ｘ，ｙ）  ＝  Ｔａｎ−１｛（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｓ２−Ｓ３）｝      ・・・（６）
【００５９】
従って、式（５）の演算を減算器２０６ａ，２０６ｂ及び除算器２０７で行い、式（６）の演算を非線形演算器２０８で行えば位相分布φ（ｘ，ｙ）が出力として得られることになる。この方法は１枚の干渉縞原画像から位相分布が求まるため、測定中の機械振動、空気揺らぎなどに強い、という特徴をもっている。この他にも、１枚の正弦波パターン画像から各点の位相を算出する方法としては、フーリエ変換法やワンステップ位相シフト法などもある。
【００６０】
そこで、図２７のような正弦波パターン付記録紙１０２″を図２８のように搬送し、近接型光電変換素子１でその正弦波パターンを撮像する。その結果、図２９のような正弦波パターンの画像が得られたとする。ここで、浮きのある点Ｐ（ｘ、ｙ）に注目する。浮き部分の断面状態を図３０に示す。丸は正弦波パターンの明部を表す。ｄは正弦波パターン１周期分の長さを示している。ここで、上記のような位相計算による点Ｐの位相をφp （ｘ，ｙ）とする。また、周期的な正弦波パターンの直前の明部からの距離をｄｐとすると、ｄｐは次式（７）式で表せる。
ｄｐ＝［φp （ｘ，ｙ）ｄ］／２π                                    ・・・（７）
さらに、点Ｐの基準位置からの高さをｈp（ｘ，ｙ）とすると、
ｈp （ｘ，ｙ）＝ｄ（１−ｄｐ2 ）1/2                                ・・・（８）
と表せる。このように正弦波パターンの位相情報を高さに換算することが可能である。
【００６１】
近接型光電変換素子１が一つの場合は高低方向の区別がつかないが、上述した実施形態のように２方向から観察すれば高低方向の区別が可能である。
【００６２】
上述したシート形状測定方法を実施する装置としては、図２１のように、近接型光電変換素子１によって得た正弦波パターン画像を格納する画像メモリ３１と、その画像から、図２６の装置で搬送時の紙形状を演算する形状演算手段３２とを備えるものが使用される。
【００６３】
上述した白黒パターンや正弦波パターンの他、任意の既知の周期的なパターンを印刷されたパターン付記録紙１０２′を搬送し、近接型光電変換素子でそのパターンを撮像して得た画像の画像プロファイルが図３１のようだったとする。周期的なパターン画像の最大輝度をＩ1、最小の輝度をＩ2とすると、画像のコントラストＭは次式（９）式によって定義できる。
Ｍ＝（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）                                  ・・・（９）
【００６４】
焦点深度の浅い近接型光電変換素子１を用いた場合、記録紙の位置によってコントラストＭが変化する。その様子を模式的に図３２に示す。ある位置でコントラストＭが最大になり、その位置からずれるとコントラストＭが低下する。そこで、コントラストとパターン記付録紙１０２′の高低の関係がリニアになっている範囲を測定範囲に設定し、コントラストＭを測定すれば、パターン付記録紙１０２′の位置が特定できる。この際、パターンが複数個含まれるように領域を分割してコントラストＭを計算する。この１領域が、高低を算出する最小単位になる。測定の手順を図３３に示す。パターンは白黒パターン以外に、前述のような正弦波状パターン、あるいはドットパターンなど、様々なパターンを印字しておいても測定可能である。
【００６５】
装置としては、図２１のように、パターン画像を格納する画像メモリ３１と、その画像から、図３３の手順で搬送時の紙形状を演算する形状演算装置３２とを備えるものが適用される。
【００６６】
上述した実施の形態では、パターン付記録紙１０２′へのパターンの付与の仕方については、印刷によって行うこと以外特に言及していないが、例えば、白黒パターンの黒部分を印字する塗料として、波長が４００〜８００ｎｍ程度の可視光領域の光を吸収せず透過させる素材、例えば、短波長の紫外光あるいは長波長側の赤外光を吸収するような素材で印字する。このような素材で黒部分の印字を行うと、通常の照明では黒部分が見えなくなるため、普通の白い用紙に見える。この白黒パターン紙を搬送し、近接型光電変換素子を用いて搬送中の白黒パターン紙を撮像する。この際、黒部分の素材が吸収する波長領域の光を照射する光源を設置しておく。また、その波長領域の光に対して感度を有する光電変換素子を用いる。その結果、上述した図６や図８に示すようなパターン画像が得られ、搬送時の紙形状を測定することが可能となる。
【００６７】
図２１に示すように、近接型光電変換素子１、画像メモリ３１及び形状演算手段３２を備える発明によるシート形状測定装置は、図３４に示すように、複写機やプリンターなどの画像形成装置内に配置し、記録紙の搬送や画像形成プロセスを制御する制御コントローラ４０とつなげておく。画像形成装置の給紙トレイ上には、裏に既知のパターンが印字されたパターン付記録紙を乗せておく。所望の情報を印字する面は普通の白い状態でよい。パターンとしては前述のように白黒パターンや正弦波状パターンなどが考えられるが、これらに限定されるものではない。また上述したような、可視光では観察できないようなパターンを印字した記録紙でもよい。なお、５０，６０，７０は画像形成装置の構成要素の一部分であり、制御コントローラの制御のもとで動作される感光体用モータ、現像ローラ用モータ、露光制御装置である。なお、これら以外の構成要素は図示を省略している。
【００６８】
なお、近接型光電変換素子１では、例えば図１のようにレジストローラ後や定着ローラ後など、浮きなどによる紙詰りが生じやすいところに設置しておく。形状演算手段３２では、パターン付記録紙１０２′が通過している間常にその形状を１ライン毎に演算し、制御コントローラ４０にその結果を送る。制御コントローラ４０では、その結果を受け、浮きなどの異常があったと判断した場合は、画像形成プロセスを中止させ、使用者に異常を通知するといったような自己診断機能を有している。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明のシート形状測定方法を実施するシート形状測定装置を画像形成装置としての複写機に適用した実施の形態を示す図である。
【図２】図１中の近接型光電変換素子として適用される密着イメージセンサの構成を示す断面図である。
【図３】近接型光電変換素子による原稿の読み取り方を説明するための説明図である。
【図４】搬送される記録紙に生じる浮きの一例を示す図である。
【図５】記録紙（パターン付記録紙）に印刷されるパターンの一例を示す図である。
【図６】図４の浮きがある場合に近接型光電変換素子によって得られる画像を示す図である。
【図７】搬送される記録紙に生じる浮きの他の例を示す図である。
【図８】記録紙（パターン付記録紙）に印刷されるパターンの他の例を示す図である。
【図９】図７の浮きがある場合に近接型光電変換素子によって得られる画像を示す図である。
【図１０】搬送時のパターン付記録紙に生じる浮きあるいは沈み量の求め方を説明するための説明図である。
【図１１】浮きのある場に近接型光電変換素子によって得られる画像を示す図である。
【図１２】図１１の画像から得られる画像輝度プロファイルを示す図である。
【図１３】図１２のプロファイルを２値化して得られる１−０プロファイルを示す図である。
【図１４】図１３のプロファイルにおける立ち上がりエッジの間隔と浮きあるいは沈み量の関係を示すグラフである。
【図１５】図１０示す求め方で浮きあるいは沈み量を算出する手順のフローを示すフローチャートである。
【図１６】得られた白黒パターン画像について領域の区切り方を説明するための図である。
【図１７】区切られた領域について得られるプロファイルをＦＦＴ処理して得られる周波数解析結果を示すグラフである。
【図１８】浮きがある場合のプロファイルをＦＦＴ処理して得られる周波数解析結果を示すグラフである。
【図１９】周波数解析結果のピーク周波数と浮きあるいは沈み量の関係を示すグラフである。
【図２０】ピーク周波数を利用して浮きあるいは沈み量を算出する他の手順のフローを示すフローチャートである。
【図２１】シート形状測定方法を実施する装置の一構成例を示す構成図である。
【図２２】搬送されているパターン付記録紙の同一箇所を２つの近接型光電変換素子で撮像する構成を示す構成図である。
【図２３】図２２の構成によって、搬送時のパターン付記録紙に生じる浮きあるいは沈み量の求め方を説明するための説明図である。
【図２４】図２２に示す求め方で沈み量を算出する別の手順のフローを示すフローチャートである。
【図２５】シート形状測定方法を実施する装置の他の構成例を示す構成図である。
【図２６】図２６は位相シフト電子モアレ法を用いた測定装置の構成図である。
【図２７】記録紙（パターン付記録紙）に印刷されるパターンの明暗が正弦波状に変化する例を示す図である。
【図２８】図２７中矢印で示す方向に搬送される正弦波パターン付記録紙と近接型光電変換素子との関係を示す図である。
【図２９】図２８の近接型光電変換素子により得られる画像を示す図である。
【図３０】搬送時のパターン付記録紙に生じる浮きあるいは沈み量の求め方を説明するための説明図である。
【図３１】図２９の画像から得られる画像プロファイルを示す図である。
【図３２】記録紙の浮き沈み量によって変化するコントラストＭの様子を模式的に示す図である。
【図３３】コントラストとパターン記付録紙の高低の関係によって浮きあるいは沈み量を算出する手順のフローを示すフローチャートである。
【図３４】発明によるシート形状測定装置を備える画像形成装置の構成例を示す図である。
【図３５】画像形成装置としての複写機の一般的な構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１            近接型光電変換素子
３１          画像メモリ
３２          形状演算手段（装置）
【図１】
2005257456.tif 000003
【図２】
2005257456.tif 000004
【図３】
2005257456.tif 000005
【図４】
2005257456.tif 000006
【図５】
2005257456.tif 000007
【図６】
2005257456.tif 000008
【図７】
2005257456.tif 000009
【図８】
2005257456.tif 000010
【図９】
2005257456.tif 000011
【図１０】
2005257456.tif 000012
【図１１】
2005257456.tif 000013
【図１２】
2005257456.tif 000014
【図１３】
2005257456.tif 000015
【図１４】
2005257456.tif 000016
【図１５】
2005257456.tif 000017
【図１６】
2005257456.tif 000018
【図１７】
2005257456.tif 000019
【図１８】
2005257456.tif 000020
【図１９】
2005257456.tif 000021
【図２０】
2005257456.tif 000022
【図２１】
2005257456.tif 000023
【図２２】
2005257456.tif 000024
【図２３】
2005257456.tif 000025
【図２４】
2005257456.tif 000026
【図２５】
2005257456.tif 000027
【図２６】
2005257456.tif 000028
【図２７】
2005257456.tif 000029
【図２８】
2005257456.tif 000030
【図２９】
2005257456.tif 000031
【図３０】
2005257456.tif 000032
【図３１】
2005257456.tif 000033
【図３２】
2005257456.tif 000034
【図３３】
2005257456.tif 000035
【図３４】
2005257456.tif 000036
【図３５】
2005257456.tif 000037