JP7216324B2 - 種別判定装置、電子機器、及び種別判定方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の印刷装置では、予め記憶手段に、複数の基準印刷媒体の平均分光強度と、異なる計測波長間での計測値の関係を示す共分散行列とを記憶しておく。
そして、印刷媒体への印刷を実施する際に、この印刷媒体に対する分光測定を行い、測定された分光強度と、複数の基準印刷媒体との間のマハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離に基づいて印刷媒体の種別を判定する。
以下、第一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態のイメージスキャナー10の概略構成を示す外観図である。図2は、イメージスキャナー10の搬送部の概略を示す側断面図である。なお、図2では、搬送方向(Y方向)に対して直交する主走査方向(X方向)からイメージスキャナー10を見た際の側断面図である。
イメージスキャナー10は、電子機器の一例であり、このイメージスキャナー10は、図1に示すように、装置本体11と、メディアサポート12と、を備える。装置本体11の内部には、図2に示すように、対象物であるメディアPを搬送する搬送部13と、搬送されたメディアPの画像を読み取るスキャン部14と、センサー部15と、イメージスキャナー10を制御する制御部16と、が設けられている。
なお、メディアPとしては、例えば紙、フィルム、布帛等の可撓性を有する薄板を対象とすることができる。
搬送部13は、メディアサポート12にセットされた複数枚のメディアPを、搬送方向(Y方向)に1枚ずつ搬送する。すなわち、搬送部13は、給送口11Aから送られたメディアPを装置本体11内へ案内しつつ給送し、給送したメディアPを所定の搬送経路130に沿って搬送する。
また、第二給送ローラー対132を構成する第二従動ローラー132Bはリタードローラーとなっており、その外周面のメディアPに対する摩擦係数が、第二駆動ローラー132Aの外周面のメディアPに対する摩擦係数よりも大きくなっている。このため、第二給送ローラー対132は、メディアPを1枚ずつ分離して+Y側へ送り出す分離機構として機能する。よって、第一給送ローラー対131の回転によりメディアサポート12に積載された複数のメディアPは、例えば最上位のものから順番に1枚ずつ給送口11Aから装置本体11内へ給送され、さらに第二給送ローラー対132の回転により1枚ずつ分離されて+Y側へ給送される。
図2に示すように、搬送経路130の第一搬送ローラー対133と、第二搬送ローラー対134との間には、メディアPの画像を読み取る読取位置が設けられ、スキャン部14が設けられている。
スキャン部14は、電子機器における処理部に相当し、搬送経路130を挟む両側に設けられた第一スキャン部14Aと第二スキャン部14Bとからなる。このスキャン部14は、搬送中のメディアPに光を照射可能な光源141と、主走査方向(X方向)に延びるイメージセンサー142とにより構成される。メディアPの表面を読み取る通常読取モードのときは、第一スキャン部14Aが読取動作を行い、メディアPの表裏面を読み取る両面読取モードのときは、第一スキャン部14Aと第二スキャン部14Bとが共に読取動作を行う。第一スキャン部14A及び第二スキャン部14Bを構成する光源141及びイメージセンサー142は、制御部16に接続され、制御部16の制御によって、メディアPの画像を読み取るスキャン処理を実施する。
図3は、センサー部15の概略構成を示す側面図である。
センサー部15は、図3に示すように、搬送経路130において、第二給送ローラー対132と第一搬送ローラー対133との間の位置に設けられている。このセンサー部15には、メディアPの種別の判定、及びメディアPの重複の検出を行うためのセンサーが設けられており、センサー部15と制御部16とにより、種別判定装置が構成される。
具体的には、センサー部15には、図3に示すように、搬送検出センサー20と、分光器30と、厚み検出センサー40と、重複検出センサー50と、が設けられている。
搬送検出センサー20は、例えば、搬送経路130を挟んで配置される発光部21と受光部22とにより構成されている。この搬送検出センサー20は、発光部21から光を出力し、受光部22で当該光を受光することで、搬送経路130上のメディアPの有無を検出する。
なお、搬送検出センサー20が設けられる位置として、図3では、搬送方向における最も上流側の位置を例示するが、これに限定されず、例えば、厚み検出センサー40と重複検出センサー50との間であってもよい。また、センサー部15に複数設けられていてもよく、この場合、例えば、分光器30及び厚み検出センサー40の間、厚み検出センサー40及び重複検出センサー50の間、分光器30の上流側、重複検出センサー50の下流側のそれぞれの位置に搬送検出センサー20が設けられていてもよい。
また、搬送検出センサー20の構成は、発光部21と受光部22とが搬送経路130を挟んで配置される構成に限定されない。例えば、発光部21から出射され、メディアPで反射された光を受光部22で受光される構成としてもよい。この場合、メディアPが搬送されることで、受光部22が光を検出する。さらに、光に基づいたメディアPの搬送検出に限定されず、例えば光の代わりに超音波を用いてもよい。あるいは、搬送経路130上に検出レバーを配置し、検出レバーへのメディアPの接触を検出することで、メディアPの搬送を検出する接触型のセンサーを用いてもよい。
図4は、分光器30の概略構成を示す図である。
分光器30は、光検出部であり、図4に示すように、光源部31と、分光素子32と、受光素子33と、を備えている。この分光器30では、光源部31からメディアPに光を照射し、メディアPで反射された光が分光素子32に入射される。分光素子32は、入射光から所定の分光波長の光を透過させ、かつ、分光波長を変更可能に構成されている。これにより、受光素子33は、分光波長の光に対する分光強度を光情報として取得することができる。なお、図示は省略するが、分光器30は、受光素子33で受光する光の波長域を制限するバンドパスフィルターや、光源部31からの光をメディアPに導いたり、メディアPで反射された光を分光素子32や受光素子33に導いたりする複数のレンズを備える構成としてもよい。
なお、分光素子32としては、上記のようなファブリーペローエタロン素子に限定されず、液晶チューナブルフィルターや音響光学チューナブルフィルター、グレーティング素子などを用いてもよい。
受光素子33は、分光素子32を透過した分光波長の光を受光し、分光強度に応じた受光信号を出力する。
厚み検出センサー40は、分光器30の近傍に設けられ、例えば、本実施形態では、図3に示すように、搬送方向に対して分光器30の下流側に設けられている。なお、厚み検出センサー40は、搬送方向に対して分光器30の上流側に設けられていてもよい。
厚み検出センサー40は、超音波検出部であり、図3及び図5に示すように、超音波を送信する超音波送信部41と、搬送経路130に対して超音波送信部41とは反対側に設けられて超音波を受信する超音波受信部42を備える。
厚み検出センサー40の超音波送信部41及び超音波受信部42は、図5に示すように、超音波の送受信軸である第一センサー中心軸40Cの軸上で互いに対向し、メディアPが搬送される搬送経路130を挟んで配置されている。
この厚み検出センサー40では、搬送部13により搬送経路130に沿って搬送されるメディアPに対して超音波送信部41から超音波を送信する。超音波送信部41から送信された超音波は、メディアPに入力され、メディアPを透過した超音波が超音波受信部42で受信される。超音波受信部42は、超音波が受信されると、超音波情報である超音波の受信音圧に応じた第一受信信号を出力する。なお、以降、厚み検出センサー40の超音波受信部42で受信される超音波の受信音圧を第一受信音圧と称し、重複検出センサー50の受信素子52で受信される超音波の受信音圧を第二受信音圧と称す。
図6は、第一超音波デバイス43の断面図である。
図6に示すように、第一超音波デバイス43は、第一基板431と、第一振動板432と、第一圧電素子433と、を備えて構成されている。なお、以降の説明にあたり、第一基板431の基板厚み方向をZ1方向とする。Z1方向は、超音波が進行する方向であり、第一センサー中心軸40Cと平行である。
なお、図6に示す例では、開口幅が異なる3種の開口部431A1,431A2,431A3を例示するが、4種以上の開口幅が異なる開口部431Aが設けられていてもよい。
超音波送信部41の第一超音波デバイス43では、下部電極433A及び上部電極433Cとの間に駆動電圧を印加することで、圧電膜433Bが伸縮する。これにより、振動部432Aが、開口部431Aの開口幅等に応じた周波数で振動し、振動部432Aから第一センサー中心軸40Cに沿って+Z1側に向かって超音波が送信される。つまり、第一基板431の+Z1側の面が超音波送信部41の超音波の送信面411となって、超音波が送信される。また、上記のように、第一基板431には、開口幅が異なる複数種の開口部431Aが設けられているため、周波数が異なる超音波を超音波送信部41から送信することが可能となる。例えば、1種の周波数の超音波のみを出力する場合では、その周波数に対応した開口幅の開口部431Aに重なる第一圧電素子433に対して駆動電圧を印加する。
また、超音波受信部42の第一超音波デバイス43では、第一基板431の+Z1側に第一振動板432が配置され、第一振動板432の+Z1側に第一圧電素子433が配置される。したがって、超音波受信部42の第一超音波デバイス43では、第一基板431の第一振動板432が設けられていない-Z1側の面が受信面421となり、-Z1側から+Z1側に向かって入力される超音波を受信する。そして、第一センサー中心軸40Cに沿って、開口部431Aから超音波が入力されると、受信された超音波の受信音圧に応じた振幅で振動部432Aが振動し、圧電膜433Bの下部電極433A側と上部電極433C側との間で電位差が発生し、当該電位差に応じた第一受信信号が出力される。この際、入力された超音波の周波数と略同じ共振周波数を有する振動部432Aが共振することで、振動振幅が大きくなり、より大きい第一受信信号を出力する。したがって、開口幅が同じ超音波トランスデューサーを直列に接続することで、その開口幅に応じた周波数の超音波を高い精度で検出することができる。
駆動回路は、制御部16から厚み検出センサー40を駆動させる旨の指令が入力されると、超音波送信部41を制御して、複数の周波数の超音波を同時または個別に送信させる。
受信回路は、超音波受信部42で、超音波が受信された際に、各周波数に対応する第一受信音圧に応じた第一受信信号が入力される。そして、受信回路は、増幅回路や、A-D変換回路等を備えており、これらの回路で処理された第一受信信号を制御部16に出力する。
重複検出センサー50は、図3に示すように、搬送方向に対して、分光器30や厚み検出センサー40の下流側に設けられている。
重複検出センサー50は、厚み検出センサー40と略同様の構成を有し、図3及び図7に示すように、超音波を送信する送信素子51と、搬送経路130に対して送信素子51とは反対側に設けられて超音波を受信する受信素子52とを備える。
重複検出センサー50の送信素子51及び受信素子52は、図7に示すように、搬送経路130に対して傾斜する第二センサー中心軸50Cの軸上で互いに対向し、メディアPが搬送される搬送経路130を挟んで配置されている。
重複検出センサー50では、厚み検出センサー40と同様、メディアPに対して送信素子51から超音波を送信し、メディアPを透過した超音波を受信素子52で受信することで、受信した超音波の音圧に応じた第二受信信号を出力する。
図8は、第二超音波デバイス53の断面図である。
図8に示すように、第二超音波デバイス53は、第一超音波デバイス43と略同様の構成を有する。つまり、第二超音波デバイス53は、第二基板531と、第二振動板532と、第二圧電素子533と、を備えて構成されている。なお、以降の説明にあたり、第二基板531の基板厚み方向をZ2方向とする。Z2方向は、超音波が進行する方向であり、第二センサー中心軸50Cと平行となる。
第二基板531は、第一基板431と同様、複数の開口部531Aを有する。ここで、第一基板431では、開口幅が異なる複数種の開口部431Aが設けられたが、第二基板531では、開口幅が同一の複数の開口部531Aが設けられている。
なお、第二振動板532及び第二圧電素子533に関しては、第一振動板432及び第一圧電素子433と同一の構成であり、ここでの説明は省略する。
そして、制御部16から駆動回路に重複検出センサー50を駆動させる旨の指令が入力されると、駆動回路が送信素子51を制御して超音波を送信させ、受信素子52で受信された超音波の第二受信音圧に応じた第二受信信号が受信回路を介して制御部16に出力される。
次に、制御部16について説明する。
図9は、制御部16の概略構成及び演算部161の機能構成を示すブロック図である。図9に示すように、制御部16は、CPU(Central Processing Unit)等により構成された演算部161と、メモリー等の記録回路により構成された記憶部162とを備える。
この制御部16は、搬送部13の搬送モーター135、スキャン部14、センサー部15の搬送検出センサー20、分光器30、厚み検出センサー40、及び重複検出センサー50に接続され、イメージスキャナー10の動作を制御する。また、制御部16は、パーソナルコンピューター等の外部機器から入力された各種の情報や信号を受信したり、イメージスキャナー10が読み取った情報を外部機器に出力したりする。
演算部161は、記憶部162に記憶された各種プログラムを読み込み実行することで、図9に示すように、搬送制御部161A、読取制御部161B、測定指令部161C、反射率算出部161D、参照算出部161E、距離算出部161F、種別判定部161G、厚み検出部161H、及び重複判定部161I等として機能する。
読取制御部161Bは、メディアPの搬送中にスキャン部14を制御し、メディアPの画像を読み取らせる。
ここで、分光測定は、分光器30において、分光素子32を透過する光の波長を、複数の分光波長に順次切り替え、各分光波長の光を受光素子33で受光させることで、各分光波長に対する分光強度を取得する処理である。
また、超音波測定は、厚み検出センサー40において、超音波送信部41から超音波を送信させ、超音波受信部42で超音波を受信した際の超音波情報、つまり、第一受信音圧を取得する処理である。
種別判定部161Gは、算出されたマハラノビス距離に基づいて、メディアPの種別を判定する。
重複判定部161Iは、メディアPの種別と、メディアPの厚みとに基づいて、メディアPの重複を検出するための閾値を設定し、重複検出センサー50で取得される第二受信音圧と、設定した閾値とを比較することで、メディアPの重複を検出する。
本実施形態のイメージスキャナー10では、メディアPの画像を読み取る読取処理を実施する場合、搬送経路130内でのメディアPの紙詰まり、メディアPの重複による画像の読み取りミスを抑制するために、センサー部15で、メディアPの重複を検出する。
具体的には、重複判定部161Iが、センサー部15に設けられた重複検出センサー50から出力される第二受信信号に基づいて、第二受信音圧が所定の閾値未満であるか否かを判定する。つまり、重複判定部161Iは、受信音圧が閾値以上であれば、正常にメディアPが搬送されていると判定し、閾値未満であれば、メディアPが重なり合っていると判定する。
このため、イメージスキャナー10では、まず、分光器30及び厚み検出センサー40を用いて、複数の種別の基準メディアに対する予備測定を行い、マハラノビス距離を求めるための各種パラメーターを含む参照情報を生成する参照情報生成処理を実施する。この参照情報生成処理は、工場出荷時であってもよく、一定周期であってもよく、ユーザーによって指定された所定タイミングであってもよい。以下に、ユーザーによって指定されたタイミングで実施される参照情報生成処理について説明する。
参照情報生成処理では、制御部16は、まず、分光器30を用いて、分光基準情報を取得する(ステップS11)。つまり、本実施形態では、反射率算出部161Dにより、分光器30により測定対象となるメディアPを測定した後、各分光波長に対する分光強度を分光反射率に換算する。ステップS11では、この反射率換算に必要となる光源部31の発光スペクトルを分光基準情報として取得する。
具体的には、ステップS11では、分光器30を用いて、白色基準物の分光測定を実施する。白色基準物は、反射率が既知である基準物であり、分光器30で分光する複数の分光波長に対して反射率ができるだけ高い基準物を用いる。
測定開始の指令を受信すると、搬送制御部161Aは、搬送モーター135を駆動させて基準メディアを搬送経路130に沿って搬送する(ステップS12)。
そして、搬送制御部161Aは、搬送検出センサー20において、発光部21で光を発光させ、受光部22で受光される光の光量が所定値以下となったタイミングで、基準メディアがセンサー部15まで搬送されたことを検出する。
また、反射率算出部161Dは、ステップS13により得られた各分光波長に対する分光強度を、ステップS11により測定された分光基準情報により除算し、各分光波長に対する分光反射率を算出する(ステップS14)。
なお、本実施形態では、測定指令部161Cは、1種の基準メディアに対して、ステップS13からステップS15の測定処理を複数回実施する。1つの基準メディアの複数個所に対して、ステップS13からステップS15の測定処理が実施されてもよく、同種の基準メディアを複数用意し、これらの複数の同種の基準メディアに対するステップS13からステップS15の測定処理を実施してもよい。
なお、ステップS16の判定は、ユーザーによる入力操作に基づいた判定でもよい。たとえば、ユーザーが基準メディアの測定を終了する旨の入力操作を行った場合に、ステップS16でNOと判定してもよい。
ステップS16でNOと判定された場合、参照算出部161Eは、測定対象のメディアPと、基準メディアとのマハラノビス距離を算出するための参照情報を算出する(ステップS17)。
ここで、参照算出部161Eによる参照情報の算出について説明する。
種別iの基準メディアに対してステップS13の分光測定を実施することで、分光波長l1~lLの各分光波長に対応したL個の分光強度が測定される。そして、ステップS14で、それぞれの分光波長に対応した分光反射率xi1~xiLが得られる。また、ステップS15の超音波測定により、厚み検出センサー40は、複数の周波数を用いた超音波測定を実施する。周波数f1から周波数fMのM個の周波数を用いる場合、各周波数に対応した第一受信音圧di1~diMが得られる。
参照算出部161Eは、各基準対象に対して1回の測定によって得られる分光反射率si1~siL及び第一受信音圧di1~diMを学習値xijとする。つまり、学習値xijは、xij=(xi1,xi2,・・・,xiL,di1,di2,・・・,diM)Tとなり、xijは、L+M個の要素を含む。なお「T」は転置行列を示す。
ここでは、厚み検出センサー40が各周波数に対応した第一受信音圧をそれぞれ測定したが、予め設定された1つの周波数に対する第一受信音圧diのみ取得されてもよい。この場合、L+1個の要素を含む学習値xij=(xi1,xi2,・・・,xiL,di)Tが得られる。
次に、参照算出部161Eは、以下の式(1)のように、基準メディアの種別毎に学習値xijに基づいて、各要素について平均値を求めた平均学習値xi-Av、を算出し、さらに、全種別の基準メディアの学習値xijの各要素の値を平均した全種平均値x-Avを算出する。
次に、イメージスキャナー10による画像の読取処理について説明する。
図11は、種別判定方法を含む読取処理を示すフローチャートである。
ユーザーが、メディアサポート12にメディアPをセットし、イメージスキャナー10で画像を読み取る読取処理を指令する入力操作を行うと、搬送制御部161Aは、搬送モーター135を駆動させてメディアPを搬送経路130に沿って搬送する(ステップS21)。
そして、搬送検出センサー20によりメディアがセンサー部15まで搬送されたことを検出すると、まず、種別判定処理が実施される(ステップS22)。
種別判定処理では、まず、測定指令部161Cは、ステップS13と同様に、分光器30に分光測定を指令する分光測定指令を出力する。これにより、分光器30は、メディアPに対する分光測定を実施し、メディアPの各分光波長l1~lLに対する分光強度を取得し、制御部16に出力する(ステップS31)。
また、反射率算出部161Dは、ステップS14と同様に、ステップS31で得られた各分光強度を、ステップS11で得られる分光基準情報により除算し、各分光波長に対する分光反射率x1~xLを算出する(ステップS32)。
このステップS33では、厚み検出センサー40は、超音波送信部41から出力させる超音波の周波数を、複数の周波数f1~fMに順次切り替え、各々の周波数に対する第一受信音圧d1~dMを取得する。なお、上述したように、d1~dMは、第一受信信号の信号電圧を用いればよい。また、参照情報算出処理において、いずれか1つの周波数に対する第一受信音圧を用いている場合では、ステップS33においても、その周波数に対する第一受信音圧を用いればよい。
以上により、メディアPに対する測定値x=(x1,x2,…,xL,d1,d2,…,dM)Tが得られる。
具体的には、行列Uを用い、下記式(9)により特徴量yを算出し、平均特徴量yi-Avと、共分散行列Σiとを用いて、下記式(10)により、各基準対象に対するマハラノビス距離Diを求める。
以下、厚み検出部161Hによる厚み検出の原理について説明する。
厚み検出センサー40により、超音波測定を実施すると、メディアPの種別、つまりメディアPを組成する組成物によって第一受信音圧がそれぞれ異なる値となる。また、同じ組成物で組成された同種のメディアPであっても、メディアPの厚みが異なると第一受信音圧が異なる値となる。
ここで、超音波送信部41から送信する超音波の1つの周波数に着目すると、超音波受信部42から最大受信音圧が得られるピーク角度は、メディアPの厚みによってそれぞれ異なる角度となる。例えば、図13に示すように、周波数が約400kHzの超音波を用いた場合、0.2mmのプラスチック板ではピーク角度は約50°であり、0.3mmのプラスチック板ではピーク角度は約42°であり、0.5mmのプラスチック板ではピーク角度は約35°である。
例えば、図13の例において、メディアPの法線に対する第一センサー中心軸40Cの傾斜角を50°に固定した場合、厚みが0.2mmのプラスチック板のメディアPでは、超音波送信部41から約400kHzの周波数の超音波を送信した際に第一受信音圧が最大となる。厚みが0.3mmのプラスチック板のメディアPでは、超音波送信部41から約300kHzの周波数の超音波を送信した際に第一受信音圧が最大となる。厚みが0.5mmのプラスチック板のメディアPでは、超音波送信部41から約200kHzの周波数の超音波を送信した際に第一受信音圧が最大となる。
図14及び図15に示すように、単一のメディアPが搬送された場合と、メディアPが重複された場合とで、ピーク角度は変動しない。
よって、メディアPが重複された場合でも、ステップS22の処理によりメディアPの種別が判別されていれば、厚み検出センサー40により測定される各周波数の第一受信音圧から、メディアPの厚みを検出することが可能となる。
そして、ステップS23において、厚み検出部161Hは、ステップS22で判定されたメディアPの種別に対応する第一関係データを読み出す。また、厚み検出部161Hは、厚み検出センサー40から出力される各周波数の超音波の第一受信音圧と、第一関係データに記録される各周波数に対応するピーク受信音圧との差を算出し、当該差が最小となる周波数に対応した厚みを、メディアPの厚みとして検出する。つまり、メディアPに対する第一センサー中心軸40Cの角度がピーク角度となる周波数を特定し、その周波数とピーク角度との組み合わせからメディアPの厚みを検出する。
これには、メディアPの種別毎の、メディアPの厚みと、重複判定を行うための閾値とを示す第二関係データを予め記憶部162に記録しておく。そして、重複判定部161Iは、第二関係データから、メディアPの種別及び厚みに対応した閾値を読み出す。
本実施形態のイメージスキャナー10では、センサー部15及び制御部16により構成される種別判定装置を備え、判定されたメディアPの種別に基づいたメディアPの重複(重送)の検出を行う。
センサー部15には、メディアPからの光を検出し、分光強度を含む光情報を取得する分光器30と、メディアPに超音波を送信してメディアPを介した超音波を受信する超音波測定を実施して、受信音圧を含む超音波情報を取得する厚み検出センサー40とが設けられている。そして、制御部16の種別判定部161Gは、これらの光情報及び超音波情報に基づいてメディアPの種別を判定する。
つまり、従来では、メディアPの種別を判定する際に光情報のみを用いていたため、メディアPの組成物や組成比に基づいた種別は判定できるが、同一組成物かつ同一組成比を有し厚みが異なる複数種のメディアPをそれぞれ判別することができなかった。これに対して、本実施形態では、光情報に加えて、メディアPを介した超音波情報に基づく種別判定を実施する。超音波は、メディアPの厚みによって透過率や反射率や減衰率等が大きく変化するので、光情報に加えてこのような超音波情報を用いた種別判定を実施することで、メディアPの厚みを考慮したより正確な種別判定を実施することができる。
このように、分光器30でメディアPの複数の分光波長に対する分光強度を測定することで、単一波長の光を取得する場合などに比べて、精度の高い測定を実施することができる。
このようなマハラノビス距離を用いた種別判定を実施することで、分光測定時の分光情報や、超音波測定時の超音波情報のばらつきを考慮した種別判定を実施することができ、メディアPの種別を高精度に判定することができる。なお、ここで述べるばらつきには、同一のメディアPでの測定位置の差による面内ばらつき、同種の複数の基準メディアをした際の基準メディア毎のばらつき(ロット差)、測定を実施する毎のセンサー(分光器30及び厚み検出センサー40)の計測ばらつきが含まれ、本実施形態では、これらのばらつきを考慮した種別判定を実施することが可能となる。
メディアPを透過する超音波は、メディアPの厚みによって大きく変化するので、例えばメディアPを反射した超音波の音圧等に比べて、メディアPの厚み判定を行う情報として適している。よって、厚み検出センサー40で検出される第一受信音圧を超音波情報とすることで、精度よくメディアPの種別を判定できる。
本実施形態では、厚み検出部161Hは、判定したメディアPの種別でのコインシデンス効果を利用して、メディアPの厚みを検出する。これにより、メディアPの種別に加え、メディアPの厚みを高精度に検出することができる。
メディアPを透過する超音波は、メディアPの種別と厚みとに応じて変化するが、本実施形態では、メディアPの種別及び厚みに応じた閾値を設定することができ、メディアPの重複を高精度に判定できる。
このため、本実施形態のイメージスキャナー10は、メディアPの重送による紙詰まりや、重送されたメディアPの画像が読み取られることによる画像の読み取りミスを抑制することができる。
次に、第二実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、厚み検出センサー40は、第一センサー中心軸40Cが固定で、複数の周波数の超音波を送信する例を示した。これに対して、第二実施形態では、厚み検出センサー40の第一センサー中心軸40Cを変更可能な点で第一実施形態と相違する。なお、以降の説明にあたり、既に説明した事項については、同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
本実施形態の厚み検出センサー40Aは、図16に示すように、回転軸44と、回転軸44の周りに厚み検出センサー40Aを回動させる回動機構45を備えている。
このような厚み検出センサー40Aは、回動機構45により第一センサー中心軸40CのメディアPの法線に対する傾斜角を変更することが可能となる。また、回動機構45には、ロータリーエンコーダー等の角度検出センサーが設けられており、第一センサー中心軸40Cの傾斜角を検出する。
よって、参照算出部161Eは、基準メディアの分光反射率と、超音波の送受信角度を変更した際の第一受信音圧とに基づいて、参照情報を算出する。また、距離算出部161Fは、測定対象のメディアPの分光反射率と、超音波の送受信角度を変更した際の第一受信音圧と、参照情報と、に基づいて、マハラノビス距離を算出する。
図13に示す例を用いると、メディアPがプラスチック板であり、400kHzの超音波を用いて超音波測定を実施した際に、ピーク角度が約50°であれば、0.2mmの厚みを検出することができ、ピーク角度が約42°であれば、0.3mmの厚みを検出することができ、ピーク角度が約35°であれば、0.5mmの厚みを検出することができる。
本実施形態では、厚み検出センサー40は、搬送経路130に搬送されるメディアPに対して複数の角度から超音波を送信し、厚み検出部161Hは、各角度に対応した超音波の受信音圧のうち、最大受信音圧に対応するピーク角度に基づいて、メディアPの厚みを検出する。この場合、メディアPの厚みとピーク角度とを1対1で対応付けた関係データを用いればよく、処理の簡略化を図れる。
[変形例1]
第一実施形態では、メディアPに対する第一センサー中心軸40Cの角度が、メディアPの種別及び厚みに対応したピーク角度となる周波数を特定するために、各周波数の受信音圧と、第一関係データに記録される各周波数のピーク受信音圧との差を算出した。
この場合、メディアPが重送されている場合、受信音圧が全体的に低下し、メディアPの厚みを適正に判定することができない。よって、各周波数について受信音圧とピーク受信音圧の差を算出し、その差の最小値が、予め設定された規定値以上である場合、メディアPが重送されていると判定してもよい。
また、この場合、重複検出センサー50が設けられていなくてもよい。
上記実施形態で説明したように、参照算出部161E及び距離算出部161Fは、メディアPを透過した超音波の受信音圧と、メディアPに対する分光情報とに基づいて参照情報の算出、及びマハラノビス距離の算出を行う。この場合、メディアPに含まれる組成物やその組成比の差による種別の判定に加え、超音波の透過しやすさに基づくメディアPの厚みを考慮した種別判定を行うことができる。
したがって、イメージスキャナー10で用いるメディアPが、予め限られたメディアのみである場合、つまり、使用可能なメディアPの種別及び厚みが限られている場合、種別判定と同時に厚みを検出することも可能となる。この場合、イメージスキャナー10で使用可能な全ての種別、全ての厚みの基準メディアに基づき、種別毎、厚み毎に平均特徴量yi-Av、共分散行列Σiを算出する。これにより、厚み検出部161Hによる厚みの検出処理を不要にできる。
上記実施形態では、種別判定部161Gは、距離算出部161Fにより算出されるマハラノビス距離に基づいてメディアPの種別を判定したが、これに限定されない。例えば、種別判定部161Gは、メディアPと基準対象との間のユークリッド距離を算出し、メディアPと基準メディアと特徴量間の近さを判定してもよい。
第一実施形態では、参照算出部161Eによって参照情報が算出される例を示したが、これらの参照情報は、工場出荷時に記憶部162に記憶されていてもよく、インターネット等を介して、他のデータサーバーから受信されるものであってもよい。この場合、参照算出部161Eによる参照情報の算出処理を省略することができる。
上記実施形態では、第一超音波デバイス43及び第二超音波デバイス53として、第一振動板432や第二振動板532を振動させることで、超音波の送信や受信を行ったが、これに限定されない。例えば、圧電体に電圧を印加することで、圧電体自身を振動させて超音波を送信したり、超音波を受信したりする、バルク型圧電素子を用いてもよい。
第二実施形態において、厚み検出センサー40Aは、回転軸44を中心に回動可能に構成され、回動機構45によって所定角度に回動される構成を例示した。
これに対して、厚み検出センサーが、複数の超音波送信部41と、これらの超音波送信部41に対応した複数の超音波受信部42とを備え、各超音波送信部41の第一センサー中心軸40Cが、それぞれメディアPの法線に対して異なる角度で傾斜している構成としてもよい。この場合でも、メディアPに対して複数の角度から超音波を出力した際の第一受信音圧を取得することができる。
この場合、超音波受信部42は、例えば、超音波送信部41により超音波の走査が可能な範囲をカバーする超音波受信面を有する構成とすればよい。すなわち、超音波送信部41の送信面411に対して、超音波受信部42の受信面421を十分に大きくする。
このような構成では、回転軸44や回動機構45の構成が不要となり、かつ、複数の超音波送信部41及び複数の超音波受信部42を用いることもないため、厚み検出センサー40Aの構成の簡素化を図れ、厚み検出センサー40Aを小型にすることができる。
上記実施形態では、メディアPの分光反射率、及びメディアPに超音波測定を実施した際の受信音圧に基づいて、メディアPの特徴量を算出したが、分光反射率の代わりに分光強度を用いてもよい。また、所定波長間隔となる複数の分光波長の分光反射率や分光強度に限られず、特定波長の分光反射率や分光強度を用いてもよい。例えば、複数の分光波長の分光反射率のうちの、主成分、PLS成分、独立成分の成分量を用いて特徴量を算出してもよい。
さらに、光検出部が分光器30であり、光情報として、分光強度を取得する例を示したが、例えば、RGBカラーフィルターを備えた撮像カメラにより撮像される画像を光情報としてもよい。この場合、光情報は、赤色波長域の光強度、緑色波長域の光強度、及び青色波長域の光強度の3つの色情報となり、上記実施形態と比較して種別判定精度は低下するが、安価な装置による種別判定が可能となる。また、色情報と超音波情報とを用いた種別判定を行うことで、色情報のみを用いて種別判定を行う場合に比べて種別判定精度は向上できる。
上記実施形態では、種別判定装置を備える電子機器として、イメージスキャナー10を例示したが、これに限定されない。
例えば、対象物であるメディアを所定の印刷位置まで搬送し、搬送されたメディアに対して印刷ヘッドによる印刷処理を行うプリンターに、種別判定装置を組み込んでもよい。この場合、プリンターが電子機器であり、印刷ヘッドが処理部となる。
また、プリンターに、上記実施形態と同様のセンサー部15を設けて、搬送されるメディアの重送を検出してもよい。
Claims (8)
- 対象物からの光を検出し、前記対象物に対する分光測定を実施して前記対象物からの光に含まれる複数の分光波長に対する分光情報を光情報として取得する光検出部と、
前記対象物に超音波を送信し、前記対象物を介した超音波を受信する超音波測定を実施して、超音波情報を取得する超音波検出部と、
基準対象に対して複数回の前記分光測定及び前記超音波測定を行った際に得られる前記分光情報及び前記超音波情報に基づいて算出された、前記基準対象の特徴を示す特徴量の平均及び前記特徴量の共分散行列を用い、前記対象物と前記基準対象との間のマハラノビス距離を複数の種別の前記基準対象についてそれぞれ算出する距離算出部と、
前記対象物と複数の種別の前記基準対象との間の前記マハラノビス距離に基づいて、前記対象物の種別を判定する種別判定部と、
を備えることを特徴とする種別判定装置。 - 請求項1に記載の種別判定装置において、
前記超音波検出部は、前記対象物に超音波を送信する超音波送信部と、前記対象物に対して前記超音波送信部とは反対側に配置され、前記対象物を透過した超音波を受信する超音波受信部と、を備え、前記対象物を透過した超音波が前記超音波受信部で受信された際の超音波の受信音圧を前記超音波情報として取得する
ことを特徴とする種別判定装置。 - 請求項2に記載の種別判定装置において、
前記種別判定部により判定された前記対象物の種別と、前記受信音圧とに基づいて、前記対象物の厚みを検出する厚み検出部を備える
ことを特徴とする種別判定装置。 - 請求項3に記載の種別判定装置において、
前記超音波検出部は、複数の周波数の超音波で前記超音波測定を実施し、
前記厚み検出部は、各周波数の超音波の前記受信音圧に基づいて、前記対象物の厚みを検出する
ことを特徴とする種別判定装置。 - 請求項3に記載の種別判定装置において、
前記超音波送信部は、前記対象物に対して複数の角度から超音波を送信し、
前記厚み検出部は、各角度に対応した超音波の前記受信音圧のうち、最大の前記受信音圧に対応する角度に基づいて、前記対象物の厚みを検出する
ことを特徴とする種別判定装置。 - 請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の種別判定装置において、
前記対象物に超音波を送信する送信素子と、前記対象物に対して前記送信素子とは反対側に配置され、前記対象物を透過した超音波を受信する受信素子と、を備え、前記対象物を透過した超音波を前記受信素子で受信した際の第二受信音圧を検出する重複検出センサーと、
前記第二受信音圧と所定の閾値とを比較し、前記対象物の重複を判定する重複判定部を備え、
前記重複判定部は、前記種別判定部により判定された種別、及び前記厚み検出部により検出される前記対象物の厚みに応じて、前記閾値を設定する
ことを特徴とする種別判定装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の種別判定装置と、
前記種別判定部により判定された前記対象物の種別に基づいた所定の処理を実施する処理部と、
を備えたことを特徴とする電子機器。 - 対象物の種別を判定する種別判定方法であって、
前記対象物からの光を検出し、前記対象物に対する分光測定を実施して前記対象物からの光に含まれる複数の分光波長に対する分光情報を光情報として取得するステップと、
前記対象物に超音波を送信し、前記対象物を介した超音波を受信する超音波測定を実施して、超音波情報を取得するステップと、
基準対象に対して複数回の前記分光測定及び前記超音波測定を行った際に得られる前記分光情報及び前記超音波情報に基づいて算出された、前記基準対象の特徴を示す特徴量の平均及び前記特徴量の共分散行列を用い、前記対象物と前記基準対象との間のマハラノビス距離を複数の種別の前記基準対象についてそれぞれ算出するステップと、
前記対象物と複数の種別の前記基準対象との間の前記マハラノビス距離に基づいて、前記対象物の種別を判定するステップと、
を実施する
ことを特徴とする種別判定方法。
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