JP6415082B2 - プリント装置 - Google Patents

Description

本発明は、シートの種類や表面状態を判定するシート判定の技術に関するものである。

特許文献１には、プリントに用いるシートの種類を、光学センサを用いて判定する方法が開示されている。センサの出力値を閾値と比較してシートの種類を判定する。

特開２００５−１８６３５７号公報

しかし、長期間の使用に伴って光学センサの性能が劣化すると、設定した閾値によるシート種類の判定が誤る可能性がある。例えば、インクジェット方式のプリント装置では、プリントに伴ってインクミストが浮遊し、センサの光学部品（発光素子、受光素子、レンズ）へのインクミストの付着により、受光光量が本来よりも徐々に低下してしまう。

本発明はこのような課題の認識に基づいてなされたものである。本発明は、インクミスト等により光学センサの性能が劣化しても高い精度でシートの種類や表面状態を判定することができるプリント装置の提供を目的とする。

そのために本発明は、シートにプリントするプリントヘッドを搭載して移動するキャリッジと、前記キャリッジに配され、シートに光を照射する発光部と当該シートで反射した光を受光する受光部とを有し、底面に前記発光部からシートに照射する光を絞る第１のアパーチャと前記第１のアパーチャの開口幅より大きい開口幅を有しかつシートで反射した光を絞る第２のアパーチャが設けられたセンサユニットと、前記センサユニットとシートとの距離を変更する昇降機構と、を備え、前記距離が第１の距離のときに前記受光部で受光する第１の検査値と、前記距離が第２の距離のときに前記受光部で受光する第２の検査値とに基づいて、シートの種類を判定するプリント装置であって、前記第１のアパーチャの中心は前記発光部の中心線に対して前記受光部側に位置し、かつ、前記第２のアパーチャの中心は前記受光部の中心線に対して前記発光部側に位置し、前記第２のアパーチャは、前記第１の距離のときにシートからの正反射光を前記受光部に受光させ、かつ、前記第２の距離のときにシートからの乱反射光を前記受光部に受光させることを特徴とすることを特徴とする。

本発明によれば、インクミスト等により光学センサの性能が劣化しても、高い精度でシートの種類や表面状態を判定することが可能となる。

実施形態に係る、シート種類検出部を備えたプリント装置の概略構成を示す斜視図である。 センサユニットの構造および発光および受光の様子を説明する図である。 本センサユニットの移動または構成を説明する図である。 センサユニットの各要素の寸法、照射範囲、およびシートとセンサユニットとの距離を説明する図である。 プリント装置の制御部の構成を示すブロック図である。 シート種類判定処理を示すフローチャートである。 範囲ごとの、フォトダイオードの検出値、検出値の比、および検出値の差をそれぞれ示す図である。 第１の実施形態に係る検出値の比に対する閾値範囲および閾値の一例を説明する図である。 第２の実施形態に係る検出値の傾きの比に対する閾値範囲および閾値の一例を説明する図である。 変形例に係るプリント装置の概略構成を示す斜視図である。

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る、シート種類検出部を備えたプリント装置の概略構成を示す斜視図である。シート１は、搬送ローラ２とピンチローラ３によって挟持され、図中矢印Ｙで示される方向（搬送方向）へ搬送される。プリント部を構成するキャリッジ５は、インクを吐出するためのプリントヘッドを搭載している。キャリッジ５がキャリッジレール８に案内されて図中矢印Ｘで示される方向（走査方向）において往復移動する。キャリッジ５の移動によってプリントヘッドはシート１を走査し、この走査の間にシート１にインクを吐出して画像をプリントすることができる。キャリッジ５にはセンサユニット４が取り付けられている。

このセンサユニット４は、図２などで後述されるように、発光素子（発光部）と受光素子（受光部）を備え、発光素子から照射されシート１で反射した光を受光素子によって受光する。そして、その受光量に応じて、シートの種類を判定することができる。このセンサユニット４に関して、キャリッジレール８を昇降してセンサユニット４のシート１に対する距離を変化させるための昇降機構（リフト機構）が設けられている。この昇降機構は、プリント装置においてキャリッジレール８を上下方向に案内支持するリフト機構９と、キャリッジレール８に当接するカム７と、このカム７を回転駆動するリフトモータ６と、を備えて構成される。この機構において、リフトモータ６によってカム７を回転することにより、キャリッジレール８がリフト機構９に沿って、図中矢印Ｚで示す方向（高さ方向）において上また下に移動することができる。これにより、センサユニット４とシート１との距離を変更することが可能となる。

図２は、図１に示したセンサユニット４の構造および発光および受光の様子を説明する図であり、センサユニット４を断面で示している。図２において、センサユニット４は、発光素子としてのＬＥＤ１０と、受光素子としてのフォトダイオード１１を備えている。ＬＥＤ１０からの照射光Ｌ１は、アパーチャ１２で絞られてシート１に照射される。このシート１に照射された光は反射し、アパーチャ１３で絞られてフォトダイオード１１によって受光される。

上述のセンサユニット４における発光、受光において、反射した光は、正反射光であるＬ２と乱反射光であるＬ３、Ｌ４に分けられる。本発明の一実施形態では、シート種類判定処理において、センサユニット４を図１にて上述した昇降機構によって移動させて、高さ方向Ｚにおける位置を異ならせる。図３（ａ）は、この様子を示す図であり、センサユニット４とシート１の距離（以下、シート−センサ距離ともいう）を、センサユニット４が高さ方向Ｚへ移動して変更することができる。このようにセンサユニット４の位置を変更することによって、図４にて後述されるように、フォトダイオード１１は、アパーチャ１３との関係で、第１の範囲内の位置で正反射光Ｌ２を受光し、第２の範囲内の位置で乱反射光Ｌ３、Ｌ４を受光することができる。このように、シート種類判定処理では、反射条件の異なる複数の範囲を設定する。

図４は、本実施形態のセンサユニット４の各要素の寸法、照射範囲、およびシートとセンサユニットとの距離を説明する図である。また、図４には、シート１に関して、線対称の位置にセンサユニット４‘が仮想的に示されている。

図４において、センサユニット４の各要素の寸法、位置の関係は、正反射光Ｌ２が最も多くフォトダイオード１１に入射するシート−センサ距離のときに、その正反射光の全てがアパーチャ１３を通過するように設計されている。つまり、ＬＥＤ１０の発光位置を基準として、アパーチャ１２の開口部の位置がＷ１、幅がＴ１、アパーチャ１３の開口部の位置がＷ２、幅がＴ２とすると、Ｔ２＝Ｔ１×Ｗ２／Ｗ１が成立する。このような寸法関係にすると、シート−センサ距離を変えていった時に、検出値のピークが顕著に表れる効果がある。また、Ｈ３は、正反射光Ｌ２をフォトダイオード１１で検出することのできる、シート−センサ距離の範囲である第１の範囲（の２倍の範囲）を示している。ここで、ＬＥＤ１０の発光面を基準としたとき、Ｈ１＝（Ｗ２／（Ｗ１＋Ｔ１））×Ｈであり、Ｈ２＝（（Ｗ２＋Ｔ２）／Ｗ１）×Ｈである。正反射光がフォトダイオード１１に入射することができるシート−センサ距離の範囲（第１の範囲）は、最小でＭ１＝（Ｈ１−Ｈ）／２、最大でＭ２＝（Ｈ２−Ｈ）／２である。

本実施形態のシート種類判定処理は、図６などにて後述されるように、正反射光が入射する「第１の範囲」と、乱反射光が入射する範囲（第２の範囲）それぞれのシート−センサ距離で、センサユニット４によるシートからの反射光の検出を行う。そして、それらの検出値に基づいて、シートの種類の判定を行う。

図５は、プリント装置の制御部の構成を示すブロック図である。図５において、ＬＥＤ制御部１４は、ＬＥＤ１０の発光を制御する。フォトダイオード制御部１５は、フォトダイオード１１による受光およびそれに基づいた検出値の出力を制御する。リフト制御部１６は、リフトモータ６の駆動を制御する。フォトダイオード１１による検出結果は記憶部１７に記憶される。算出部１８は、記憶部１７に記憶された検出値の比を算出し、その算出結果に基づいてシート種類の判定を行う。そして、判定した結果は表示部１９に表示される。ＣＰＵ２０は、以上の各制御部の処理を統括する。

図６はシート種類判定処理を示すフローチャートである。以下シート種類判断シーケンスを説明する。

先ず、ユーザがシートをプリント装置にセットすると、給紙が開始される（Ｓ１）。この給紙によって、シート１はその面がセンサユニット４に対向する位置まで搬送される。すなわち、シート１は、その一部がキャリッジ５の移動範囲に位置するまで搬送される。次に、リフトモータ６を駆動して、センサユニット４を第１の範囲まで移動させる（Ｓ２）。これにより、シート−センサ距離が、正反射光がフォトダイオード１１に入射することができる距離となる。そして、ＬＥＤ１０から発光して、それによるシート１からの反射光をフォトダイオード１１で受光し、第１の範囲の検出値を取得する（Ｓ３）。次に、リフトモータ６を駆動して、センサユニット４を第２の範囲まで移動させる（Ｓ４）。そして、シート１からの反射光をフォトダイオード１１で受光し、第２の範囲の検出値を取得する（Ｓ５）。

次に、第２の範囲の検出値から第１の範囲の検出値を割った値を算出する（Ｓ６）。ステップＳ６で算出した算出値と、後述されるシート種類に対応した閾値とを比較してシート種類の判定を行う（Ｓ７）。そして、シート種類に合わせた搬送速度や搬送量、記録濃度といった記録モードを設定し（Ｓ８）、プリント記録を開始する（Ｓ９）。

図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る、範囲ごとの、フォトダイオード１１の検出値、検出値の比、および検出値の差をそれぞれ示す図である。

図７（ａ）は、シート−センサ距離を変化させたときの、紙Ａ（普通紙）、紙Ｂ（コート紙）、紙Ｃ（光沢紙）それぞれのフォトダイオードによる検出値を示している。同図において、Ｇ１、Ｇ２は、シート−センサ距離に関して、正反射光Ｌ２がフォトダイオードに入射する第１の範囲を示している。一方、Ｇ３、Ｇ４は、乱反射光Ｌ３、Ｌ４がフォトダイオードに入射する第２の範囲を示している。

センサユニットを構成する光学部品（発光素子、受光素子、レンズなど）がインクミストで汚れるにつれて、同じ種類のシートであっても検出値が低下していく。紙Ａ、紙Ｃ、紙Ｃのそれぞれの検出値の分布曲線のＧ５（最大値）が、汚れの進行につれて低下するとともに、Ｇ１、Ｇ２の範囲でも検出値が小さくなる。なお、正反射光が受光されないＧ３、Ｇ４の範囲では汚れの影響がほとんどない。したがって、汚れがひどくなると紙Ａを紙Ｂと誤判定したり、紙Ｂを紙Ｃと誤判定したりする可能性がある。このような汚れの影響を排除して誤判定を防ぐために、検出値を正規化する。

図７（ｂ）は、これらのシート−センサ距離ごとに取得した複数の検出値を正規化した結果の分布曲線である。第１の範囲の最も検出値が高くなる距離Ｇ５の検出値（最大値）で正規化した値をそれぞれの紙について示している。正規化においては、複数の検出値のうち最大である距離Ｇ５の検出値に対する、シート−センサ距離ごとの検出値の比を計算する。つまり、どのような検出値であっても最大値（Ｇ５）が１として統一されるように、複数の検出値を変換する。

より具体的には、距離Ｇ５と距離Ｇ６でそれぞれ取得された検出値の比（Ｇ６での値／Ｇ５での値）を計算する。こうして得られる無次元量を、同じ無次元量のシート種類に応じた閾値と比較することにより、シート種類の判定を行う。インクミストの付着などによって受光素子であるフォトダイオードの受光量が減少した場合でも、正規化した値はそれによる変動が実質的に無いかあるいは少ない。したがってシート種類の誤判定を低減することができる。

図８（ａ）および（ｂ）は、検出値の比に対する閾値範囲および閾値の一例を説明する図である。図８（ａ）は、普通紙、コート紙、光沢紙のシート種類ごとに、第１の範囲の最も大きい検出値となる距離Ｇ５の検出値に対する、第１の範囲と第２の範囲の境界である距離Ｇ６の検出値の比の範囲を示している。同図に示すように、普通紙として判定される比の範囲は０．３以上である。同様に、コート紙は０．１以上０．３未満、光沢紙は０．１未満である。算出される、距離Ｇ５の検出値に対する距離Ｇ６の検出値の比が、これらのどの範囲にあるかによって、その範囲のシート種類であると判断する。図８（ｂ）に示す例では、紙Ａが０．３３、紙Ｂが０．２０、紙Ｃが０．０９であるから、シート種類の判定は、紙Ａは普通紙、紙Ｂはコート紙、紙Ｃは光沢紙と、それぞれ判定がなされる。

以上の実施形態によれば、フォトダイオードの複数の検出値の比に基づいてシート種類の判定が行われる。これにより、ミストや光学素子の劣化などによってフォトダイオードによる検出値が変動した場合でも、誤判定を抑制することができる。

なお、本実施形態の閾値は予め設定しておいてもよいが、１回給紙したシートの検出値の比をメモリに記憶しておき、それらを設定値とし、次回給紙した際に前回給紙したどのシートの検出値の比が近いかによってシート種類を判定してもよい。

（第２実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を説明する。基本的な考え方は、範囲ごとの検出値の分布曲線の傾きの比が、センサの汚れによらずシート種類に応じてある範囲に収まることを利用して、シート種類を判定する。

図７（ｃ）は、図７（ａ）に示したシート種類ごとのシート−センサ距離ごとの検出値の傾き（変化率）を示している。グラフの縦軸は曲線の傾きを示す。フォトダイオードに正反射光Ｌ２が入射する第１の範囲であるＧ２の検出値の傾きをＤ１、乱反射光Ｌ４が入射する第２の範囲であるＧ４の検出値の傾きをＤ２として得ることができる。Ｄ１、Ｄ２はそれぞれの範囲内で異なる２つの距離で計測して比を求めることで傾きが得られる。そして、Ｄ１に対するＤ２の比を求め、この比によってシート種類の判定を行う。つまり、予め設定された２つの距離範囲それぞれにおいて２つの検出値の比（傾き）を求め、求めた比（傾き）の変化率を、紙の種類ごとに用意された閾値と比較する。

図９（ａ）は、普通紙、コート紙、光沢紙のシート種類ごとの、Ｄ２／Ｄ１の比が存在する範囲を示している。図９（ｂ）に示す例では、傾きの比が、紙Ａが１．０、紙Ｂが０．５、紙Ｃが０．２であるから、シート種類の判定は、紙Ａは普通紙、紙Ｂはコート紙、紙Ｃは光沢紙と、それぞれ判定がなされる。

上述のとおり、第１実施形態では検出値の比、第２実施形態では検出値の分布曲線の傾きの比、をそれぞれ用いてシート種類の判定をする。さらに別の方法として、第１および第２範囲の検出値の差分に基づいて判定を行ってもよい。

また、上述の各実施形態では高さ方向Ｚにセンサユニット４を移動するリフト機構９を備えるものとしたが、これに限定されない。図３（ｂ）に示すように、回転方向θにセンサユニット４を移動するシフト機構を備え、センサユニット４のシート１に対する角度を変更して第１の範囲の検出値と第２の範囲を実現し、それぞれの検出値を検出してもよい。また、図３（ｃ）に示すように、フォトダイオード１１を搬送方向Ｙの方向へ移動させるリニア機構を備え、ＬＥＤ１０に対するフォトダイオード１１の位置を変更して第１の範囲の検出値と第２の範囲の検出値を検出してもよい。

さらに、リフト機構９を用いず、図３（ｄ）に示すように、フォトダイオード１１Ａ、フォトダイオード１１Ｂと、フォトダイオードを複数備え、第１の範囲の検出値と第２の範囲の検出値を検出してもよい。さらには、図３（ｅ）に示すように、フォトダイオードをラインセンサ１１Ｃに置き換え、ラインセンサの複数の部位で複数の検出値を検出してもよい。また、図３（ｆ）に示すように、フォトダイオードが単数であっても、ＬＥＤ１０Ａ、ＬＥＤ１０ＢとＬＥＤを複数備え、第１の範囲の検出値と第２の範囲の検出値を検出してもよい。

図１０はリフト機構に代わる変形例を示す。照射対象の物体として基準校正板２１を備え、基準校正板２１の検出値を第１の検出値として取得する。すなわち、シート種類判定処理では、キャリッジ５を移動させて、センサユニット４を基準校正板２１に対向させ、この位置のフォトダイオード１１の検出値を第１の検出値とする。そして、上述のようにして検出した、シート１の所定のシート−センサ距離での検出値を第２の検出値として取得する。そして、第１の検出値と第２の検出値の比を算出し、算出した比を閾値と比較してシート種類の判定をする。

なお、基準校正板でなく、シートを支持するプラテンを検出対象としてもよい。プラテンの表面は一般に黒色でありミストの影響により色の変化がほとんどないので、基準として好適である。

また、以上の実施形態はシートの表面状態からシートの種類を判定するものであるが、シート種類を判定せず、使用するシートの表面状態（光沢度、汚れなど）を判定するものであってもよい。また、これ以外のシート判定を行うようにしてもよい。

以上説明してきた実施形態は、シートからの光をセンサで検出してシートの判定を行う際に、センサとシートの位置関係を変えて少なくとも２つの検出値を取得する。そして正規化の考えに基づいて、２つの検出値を用いて前記シートの種類もしくは表面状態を判定するものである。正規化によって、インクミスト等により光学センサの性能が劣化してもその影響が判定に及ぼす影響が小さくなる。結果として高い精度でシートの種類や表面状態を判定することが可能となる。

１ シート
４ センサユニット
５ キャリッジ
６ リフトモータ
７ カム
８ キャリッジレール
９ リフト機構
１０ ＬＥＤ
１１ フォトダイオード
Ｌ１ 照射光
Ｌ２ 正反射光
Ｌ３、Ｌ４ 乱反射光

Claims (4)

1. シートにプリントするプリントヘッドを搭載して移動するキャリッジと、
   前記キャリッジに配され、シートに光を照射する発光部と該シートで反射した光を受光する受光部とを有し、底面に前記発光部からシートに照射する光を絞る第１のアパーチャと前記第１のアパーチャの開口幅より大きい開口幅を有し、かつ、シートで反射した光を絞る第２のアパーチャが設けられたセンサユニットと、
   前記センサユニットとシートとの距離を変更する昇降機構と、を備え、
   前記距離が第１の距離のときに前記受光部で受光する第１の検査値と、前記距離が第２の距離のときに前記受光部で受光する第２の検査値とに基づいて、シートの種類を判定するプリント装置であって、
   前記第１のアパーチャの中心は前記発光部の中心線に対して前記受光部側に位置し、かつ、前記第２のアパーチャの中心は前記受光部の中心線に対して前記発光部側に位置し、
   前記第２のアパーチャは、前記第１の距離のときにシートからの正反射光を前記受光部に受光させ、かつ、前記第２の距離のときに該シートからの乱反射光を前記受光部に受光させることを特徴とするプリント装置。
2. 前記発光部と前記底面との距離および前記受光部と前記底面との距離が同じであり、
   前記発光部の中心から前記底面に下した垂線との交点に対して、前記第１のアパーチャの近端までの長さをＷ１、前記第２のアパーチャの近端までの長さをＷ２、前記第１のアパーチャの開口幅をＴ１、前記第２のアパーチャの開口幅をＴ２としたとき、
   Ｔ２＝Ｔ１×Ｗ２／Ｗ１
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載のプリント装置。
3. 前記第１の距離は、前記第２の距離より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のプリント装置。
4. 前記判定手段は、前記第１の検出値に対する前記第２の検出値の比に基づいてシートの種類を判定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプリント装置。

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