JP4857321B2 - 記録紙判別装置および記録紙判別方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録紙の種類を判別する記録紙判別装置および記録紙判別方法に関するものである。

複写機，レーザプリンタ等の画像形成装置は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体に現像剤を付与することにより前記潜像を現像剤像として可視化する現像装置と、所定方向に搬送される記録材に該現像装置による該現像剤像を転写する転写手段と、該転写手段によって前記現像剤像の転写を受けた前記記録材を所定の定着処理条件にて加熱及び加圧することにより前記現像剤像を前記記録材に定着させる定着装置を備えている。

従来、かかる画像形成装置においては、例えば、画像形成装置本体に設けられた操作パネル等に記録材たる記録紙のサイズや種類（紙種ともいう）がユーザによって設定され、その設定に応じて定着処理条件（例えば、定着温度や定着装置を通過する記録紙の搬送速度）を設定するよう制御する。

あるいは、画像形成装置内部に記録材を判別するセンサを用いて、記録材の種類によって現像条件，転写条件あるいは定着条件を可変制御する。

特に、後者の画像形成装置内部においては、例えば、特許文献１において提案されているように、記録材の表面画像をＣＣＤセンサによって撮像し、この情報をフラクタル次元情報に変換して記録材の表面平滑度を検出する方式が提案されている。
特開平１１−２７１０３７号公報

しかしながら、前記画像形成装置は以下のような問題を有している。

１）フラクタル次元を用いて演算する場合、撮像情報をある一定の閾値によって２値化し、前記２値化情報を基にして黒画素数を計測する。次に撮像情報をさらに粗視化し、同じように２値化し、前記２値化情報を基にして黒画素数を計測することを数回繰り返すため演算時間が非常に長くなる。

したがって、特に１枚の中で記録材の表面平滑性のばらつきが大きい記録材などは、記録材上の複数ポイントの映像を検出する必要がある。このような場合、記録材の表面平滑性の検出に時間がかかり、画像形成装置のスループット（単位時間当たりのプリント枚数）が低下するといった問題がある。

２）また、前記演算方法では、ハードウエア回路にて構成した場合、回路規模が大きくなって画像形成装置のコストパフォーマンスが著しく低下するといった問題があった。

３）さらに、前記演算方法をソフトウエアによって構成した場合、取り込んだ画像を２値化して演算し、さらにその演算結果の画像を２値化して演算するような演算方法であるが故に、取り込んだ画像および演算結果の画像情報をバッファリングするメモリ（ＲＡＭ）が必要となる。特に検出精度を向上させるために画素数を多くしたセンサを用いて検出する場合、バッファメモリが大きくなって画像形成装置のコストパフォーマンスが著しく低下するといった問題がある。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、簡単な演算で記録紙の種類判別（記録紙の平滑度判別ともいえる）ができる、記録紙判別装置および記録紙判別方法を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、記録紙判別装置を次の（１）のとおりに構成し、記録紙判別方法を次の（２）のとおりに構成する。
（１）画像が形成される記録紙の表面の画像を、複数画素を有する表面画像として読み取る読取手段と、
前記読取手段で読み取った前記表面画像における画素ラインの複数画素のうちの最大の明るさを示す画素の情報と最小の明るさを示す画素の情報の差分情報を求め、複数の画素ラインの差分情報を加算する演算手段と、
前記演算手段の加算結果に基づいて、記録紙の種類がラフ紙又は普通紙であるかを判別する判別手段と、を有することを特徴とする記録紙判別装置。
（２）記録紙の表面の画像を、複数画素を有する表面画像として読み取る工程と、
読み取った前記表面画像における画素ラインの複数画素のうちの最大の明るさを示す画素の情報と最小の明るさを示す画素の情報の差分情報を求め、複数の画素ラインの差分情報を加算する工程と、
前記加算結果に基づいて、記録紙の種類がラフ紙又は普通紙であるかを判別する工程と、を有することを特徴とする記録紙判別方法。

本発明によれば、簡単な演算で記録材の種類が判別できる、記録材判別装置および記録材判別方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を“記録材の種類判別装置”および“画像形成装置”の実施例により詳しく説明する。なお、本発明は装置の形に限らず、実施例の説明に裏付けられて、方法の形で実施することもできる。

（実施例１）
図１は、実施例１である“記録材の種類判別装置”の構成を示すブロック図である。

まず図１を用いて、第一および第二の演算を行い記録材の判別を行う制御回路ブロックについて説明する。

図中、７０１は判断部であるＣＰＵ、７０２は制御回路、７０３はＣＭＯＳエリアセンサ、７０４はインタフェース制御回路、７０５は演算回路、７０６は第一の演算手段（記録材表面の凹凸の深さを演算する手段）による記録紙表面の凹凸量演算結果がセットされるレジスタＡ、７０７は第二の演算手段（記録材表面の凹凸間隔を演算する手段）である記録紙表面の凹凸エッジ量演算結果がセットされるレジスタＢ、７０８は制御レジスタである。

次に動作について説明する。ＣＰＵ７０１は制御レジスタ７０８に対して、ＣＭＯＳエリアセンサ７０３の動作指示を与えると、ＣＭＯＳエリアセンサ７０３によって記録紙表面画像の撮像が開始される。つまり、ＣＭＯＳエリアセンサ７０３に電荷の蓄積が開始される。

インタフェース回路７０４から、Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔによってＣＭＯＳエリアセンサ７０３を選択し、所定のタイミングにてＳＹＳＣＬＫを生成すると、ＣＭＯＳエリアセンサ７０３からＳｌ＿ｏｕｔ信号を経由して、撮像されたデジタル画像データが送信される。

インタフェース回路７０４を経由して受信した撮像データは、制御回路７０２にて後述する第一の演算方法に基づき演算され、その結果が記録紙表面の凹凸量演算結果としてレジスタＡ７０６にセットされる。

一方、インタフェース回路７０４を経由して受信した撮像データから制御回路７０２によって、後述する第二の演算方法に基づき演算された結果は、記録紙表面の凹凸エッジ量演算結果としてレジスタＢ７０７にセットされる。ＣＰＵ７０１は、前記２つのレジスタＡ，Ｂの値から、記録材の種類を判断する。

次に図２を用いて、画像読取りセンサであるＣＭＯＳエリアセンサ７０３について説明する。

図中、３０はセンサユニット、３１は画像形成装置の記録紙搬送ガイド、３２は記録材、３３は照明手段であるＬＥＤ、３４はＣＭＯＳエリアセンサ、３５および３６はレンズである。

ＬＥＤを光源とする光は、レンズ３５を介し、搬送ガイド表面３１あるいは記録材３２表面に対し照射される。

記録材３２からの反射光はレンズ３６を介し集光されてＣＭＯＳエリアセンサ３４に結像される、これによって、搬送ガイド３１あるいは記録材３２の表面画像を読み取る。このとき、ＬＥＤ３３は、ＬＥＤ光が記録材表面に対し、図のように斜めより光を照射させるよう配置する。

図３の４３ないし４５は、８×８ピクセルのＣＭＯＳエリアセンサ３４が読み取った記録材の表面画像をデジタル処理した画像である。デジタル処理は、ＣＭＯＳエリアセンサ３４のセンサ部から出力されるアナログ出力をＡ／Ｄ変換によって８ビットのピクセルデータに変換することによって行われる。

４０の記録材Ａは、表面の繊維が比較的がさついている、いわゆるラフ紙、４１の記録材Ｂは、一般に使用される、いわゆる普通紙、４２の記録材Ｃはグロス紙といわれ、紙の繊維の圧縮が十分になされている記録材の表面拡大画像である。この画像をＣＭＯＳエリアセンサで読み込みデジタル処理された画像が、４３〜４５となる。

このように、記録材の種類によって、表面の画像は異なる。これは、主に紙の表面における繊維の状態が異なるために起こる現象である。つまり、紙の繊維の状態が立っていると、紙の表面に斜めに照射した光は繊維によって影ができ、また、繊維の状態が寝ていると影はできない。このような現象が結果として４３〜４５の映像を作る。

次に図４を用いて、第一の演算手段による記録材表面の凹凸の深さ（量）検出について説明する。図４において、５０は記録材の表面の映像をデジタル処理した画像である。

ＣＭＯＳエリアセンサのセンサ部から出力されたアナログデータが、Ａ／Ｄ変換されて８ビットのピクセルデータに変換され、画像の明るさに比例して８ビットデータが決まる。

そのとき、５１は、８×８画素のうち最初の１ライン内における最も暗い部分であり、図の例では‘８０’ｈ、５２は８×８画素のうち最初の１ライン内における最も明るい部分であり、図の例では‘１０’ｈとなる。このとき、２つの値の差は、‘８０’ｈ−‘１０’ｈ＝‘７０’ｈである。

つまり、第１ラインにおけるコントラスト最大値と最小値の差は’７０’ｈになる。

同様に、５３は第２ライン目の値であり最も暗い部分であり‘８０’ｈ、５４は第２ライン目の値であり最も明るい部分であり‘２０’ｈ、差は‘８０’ｈ−‘２０’ｈ＝‘６０’ｈ。

５５は第８ライン目の値であり最も暗い部分であり‘８０’ｈ、５６は第２ライン目の値であり最も明るい部分であり‘１０’ｈ、差は‘８０’ｈ−‘１０’ｈ＝‘７０’ｈ。となる。

このように各ラインごとに最大値と最小値の差を全ライン分加算した値を、第一の演算手段による記録材表面の凹凸量演算結果値として定義する。

次に図５を用いて、第二の演算手段による記録材表面の凹凸間隔（エッジ量）検出について説明する。

５０は記録材の表面をデジタル処理した画像である。６０は、あらかじめ一つ前のサンプリングタイミングによって撮像された５０の画像から平均値を求め、この平均値を閾値として次のサンプリングタイミングによって撮像された８×８画素を２値化した結果を示した図である。

６１は、２値化の結果、第１ラインにおけるエッジの数であり、この例の場合‘０５’ｈである。６２は、第２ラインにおけるエッジの数であり、この例の場合‘０３’ｈである。

同様に、６３は第８ラインにおけるエッジの数であり、この例の場合‘０３’ｈとなる。

これらラインごとにエッジの数をカウントして、全ライン分加算した値を、第二の演算手段による記録材表面の凹凸エッジ量演算結果値として定義する。

図６を用いてＣＭＯＳエリアセンサ７０３について説明する。

図６は、ＣＭＯＳエリアセンサ７０３の構成を示すブロック図である。図中、６０１はＣＭＯＳセンサ部分であり、例えば８×８画素分のセンサがエリア状に配置される。６０２および６０３は垂直方向シフトレジスタ、６０４は出力バッファ、６０５は水平方向シフトレジスタ、６０６はシステムクロック、６０７はタイミングジェネレータである。

次に動作について説明する。Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔ信号６１３をアクディブとすると、ＣＭＯＳセンサ部６０１は受光した光に基づく電荷の蓄積を開始する。次に、システムクロック６０６を与えると、タイミングジェネレータ６０７によって、垂直方向シフトレジスタ６０２および６０３は読みだす画素の列を順次選択し、出力バッファ６０４にデータを順次セットする。

出力バッファ６０４にセットされたデータは、水平方向シフトレジスタ６０５によって、Ａ／Ｄコンバータ６０８ヘと転送される。Ａ／Ｄコンバータ６０８でデジタル変換された画素データは、出力インタフェース回路６０９によって所定のタイミングで制御されて、Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔ信号６１３がアクティブの期間、６１０のＳｌ＿ｏｕｔ信号に出力される。

一方、制御回路６１１によって、Ｓｌ＿ｉｎ信号６１２よりＡ／Ｄ変換ゲインが可変制御できる。例えば、撮像した画像のコントラストが得られない場合は、ＣＰＵ７０１はゲインを変更して、常に最良なコントラストで撮像することができる。

次に図７を用いて、ＣＰＵ７０１が２つのレジスタ値より判断した記録材判別結果について説明する。

図は、第一の演算手段による記録材表面の凹凸量演算結果、つまりレジスタＡの値を横軸、第二の演算手段による記録材表面の凹凸エッジ量演算結果、つまりレジスタＢの値を縦軸にし、各記録材の分布を実際の記録材の表面映像と共に示した図である。

８０１はグロス紙、８０２は普通紙、８０３はラフ紙、８０４はＯＨＴである。

図示のように、グロス紙８０１は、表面平滑度が高いため、レジスタＡの値は小さく、またレジスタＢの値は大きくなる。

また、普通紙８０２は表面映像からも分かるように、レジスタＡの値はグロス紙８０１より大きく、レジスタＢの値は、グロス紙８０１より小さい。

同様に、ラフ紙８０３は、レジスタＡの値は普通紙８０２より大きく、レジスタＢの値は、普通紙８０２より小さい。

一方、ＯＨＴは透明であるが故に、ＯＨＴ下部に存在する黒色の搬送ガイドによって、撮像した結果は黒くなる。これによって、レジスタＡの値は小さく、レジスタＢの値は小さくなり、図のように分布される。

このように、第一の演算手段による記録材表面の凹凸量演算結果、つまりレジスタＡの値と、第二の演算手段による記録材表面の凹凸エッジ量演算結果、つまりレジスタＢの値の２つの値を用いることによって、様々な記録材の表面性等が検出でき、記録材の種類が正確に判別できる。

（実施例２）
図８は、実施例２である“画像形成装置”の概略構成を示す断面図である。本実施例で用いる記録材の種類判別装置は実施例１と同様なので、その説明を援用する。

図８において、１０１は画像形成装置、１０２は用紙カセット、１０３は給紙ローラ、１０４は転写ベルト駆動ローラ、１０５は転写ベルト、１０６〜１０９はイエロ，マゼンタ，シアン，ブラックの感光ドラム、１１０〜１１３は転写ローラ、１１４〜１１７はイエロ，マゼンタ，シアン，ブラックのカートリッジ、１１８〜１２１はイエロ，マゼンタ，シアン，ブラックの光学ユニット、１２２は定着ユニットである。

本実施例の画像形成装置は、電子写真プロセスを用い記録紙上にイエロ，マゼンタ，シアン，ブラックの画像を重ねて転写し、定着ローラによってトナー画像を温度制御に基づき熱定着させる。

また、各色の光学ユニットは、各感光ドラムの表面をレーザビームによって露光走査して潜像を形成するよう構成され、これら一連の画像形成動作は搬送される記録紙上のあらかじめ決まった位置から画像が転写されるよう同期をとって走査制御している。

さらに、本画像形成装置は、記録材であるところの記録紙を給紙，搬送する給紙モータと転写ベルト駆動ローラを駆動する転写ベルト駆動モータと各色感光ドラムおよび転写ローラを駆動する感光ドラム駆動モータと定着ローラを駆動する定着駆動モータを備えている。

１２３は画像読取りセンサであり、給紙，搬送される記録紙の表面に光を照射させて、その反射光を集光し結像させて、記録材のある特定エリアの画像を検出する。

本画像形成装置が備える制御ＣＰＵ（図示せず）は、定着ユニット１２２によって、所望の熱量を記録紙に与えることによって、記録紙上のトナー画像を融着し定着させる。

次に、図９を用いて、制御ＣＰＵの動作について説明する。

図９は、制御ＣＰＵが制御する各ユニットの構成を表した図である。図中、１０はＣＰＵ、１１はＣＭＯＳセンサ、１２〜１５はポリゴンミラーおよびモータおよびレーザを備え、感光ドラム面上にレーザを走査し、所望の潜像を描くための光学ユニット、１６は記録材を搬送するための給紙モータ、１７は記録材を給紙するための給紙ローラの駆動開始に使用する給紙ソレノイド、１８記録材が所定位置にセットされているか否かを検知する紙有無センサ、１９は電子写真プロセスに必要な１次帯電，現像，１次転写，２次転写バイアスを制御する高圧電源、２０は感光ドラムおよび転写ローラを駆動するドラム駆動モータ、２１は転写ベルトおよび定着ユニットのローラを駆動するためのベルト駆動モータ、２２は定着ユニットおよび低圧電源ユニットであり、制御ＣＰＵによって図示しないサーミスタにより温度をモニタし、定着温度を一定に保つ制御がなされる。

２３はＡＳＩＣであり、制御ＣＰＵ１０の指示に基づき、ＣＭＯＳセンサ１１および光学ユニット１２〜１５内部のモータ速度制御、給紙モータの速度制御を行う。

モータの速度制御は、図示していないモータからのタック信号を検出して、タック信号の間隔が所定の時間となるようモータに対して加速または減速信号を出力して速度制御を行う。このため、制御回路はＡＳＩＣ ２３のハードウエアによる回路で構成したほうが、ＣＰＵ１０の制御負荷低減が図れるメリットがある。

制御ＣＰＵ１０は、図示しないホストコンピュータからの指示によって、プリントコマンドを受けると、紙有無センサ１８によって記録材の有無を判断し、紙有りの場合は、給紙モータ１６，ドラム駆動モータ２０，ベルト駆動モータ２１を駆動するとともに、給紙ソレノイド１７を駆動し、記録材を所定位置まで搬送する。

記録材がＣＭＯＳセンサ１１の位置まで搬送されると、制御ＣＰＵ１０はＡＳＩＣ ２３に対してＣＭＯＳセンサ１１撮像指示を行い、ＣＭＯＳセンサ１１は、記録材の表面画像を撮像する。

このときＡＳＩＣ ２３は、Ｓｌ＿ｓｅｌｅｃｔ（図１参照）をアクティブとした後、所定のタイミング、所定パルスのＳＹＳＣＬＫを出力させて、ＣＭＯＳセンサ１１からＳｌ＿ｏｕｔを経由して出力される撮像データを取り込む。

一方、ＣＭＯＳセンサ１１のゲイン設定は、あらかじめ制御ＣＰＵ１０が取り決めた値をＡＳＩＣ ２３内部のレジスタにセットすることによって、ＡＳＩＣ ２３がＳｌ＿ｓｅｌｅｃｔをアクティブとした後、所定のタイミング、所定パルスのＳＹＳＣＬＫを出力させて、ＣＭＯＳセンサ１１に対し、Ｓｌ＿ｉｎを経由してゲインを設定する。

ＡＳＩＣ ２３は、実施例１で説明した第一の演算手段および第二の演算手段に基づく回路を備え、それぞれの演算結果は、ＡＳＩＣ ２３内部のレジスタに格納される。

ＣＰＵ１０は、前記ＡＳＩＣ ２３内部のレジスタを読み込み、給紙された記録材の種類を判別し、その結果に応じて高圧電源１９の現像バイアス条件を可変制御する。

例えば、記録材の表面繊維が粗い、いわゆるラフ紙の場合は、普通紙よりも現像バイアスを下げ、記録材の表面に付着するトナー量を抑えてトナーの飛び散りを防止する制御を行う。これは、特にラフ紙の場合、記録材の表面に付着するトナー量が多いために、紙繊維によるトナーが飛び散って画質が悪化する問題を解消するためである。

また、ＣＰＵ１０は、給紙された記録材の種類を判別し、その結果に応じて転写手段の転写条件を可変制御する。

また、ＣＰＵ１０は、給紙された記録材の種類を判別し、その結果に応じて定着ユニット２２の温度条件を可変制御する。

これは、特にＯＨＴの場合、記録材の表面に付着するトナーの定着性が悪いとＯＨＴの透過性が悪化するといった問題に対して効果がある。

さらに、ＣＰＵ１０は、給紙された記録材の種類を判別し、その結果に応じて記録材の搬送速度を可変制御する。搬送速度の可変制御は、速度制御を司るＡＳＩＣ２３の速度制御レジスタ値をＣＰＵ１０によって設定することによって実現する。

これは、特にＯＨＴあるいはグロス紙などの場合において、記録材の表面に付着するトナーの定着性を上げ、グロスを高めて画質の向上を図ることができる。

このように本実施例によれば、ＣＭＯＳエリアセンサによって撮像した記録材の表面画像から、ＡＳＩＣによるハード回路によって、第一の演算および第二の演算を行い、その結果からＣＰＵは、高圧電源の現像条件，転写条件、あるいは定着ユニットの制御温度条件、あるいは記録材の搬送速度を可変制御する。

（実施例３）
図１０は、実施例３である“画像形成装置”において、制御ＣＰＵが制御する各ユニットの構成を表した図である。本実施例で用いる記録材の種類判別装置は実施例１と同様なので、その説明を援用する。

図１０において、２４はディジタルシグナルプロセッサであり、１１〜２２は実施例２で説明したものと同様であるため説明は省略する。

本実施例では、実施例２において記述した制御ＣＰＵの代わりに、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）によって、ＣＭＯＳエリアセンサによる撮像情報およびモータ制御を含めた画像形成装置の制御を直接制御することを特徴とする。

近年、ＤＳＰのパフォーマンスは著しく発展している。このため、ＤＳＰ１チップによってモータ制御をはじめとするリアルタイム制御、あるいはＣＭＯＳエリアセンサの撮像情報を高速に演算処理が可能となった。

ＣＭＯＳエリアセンサ１１で捉えた画像は、ＤＳＰ２４によって、第一の演算手段および第二の演算手段を用いて演算される。その結果、ＤＳＰ２４は、高圧電源１９，定着ユニット２２、あるいはドラム駆動モータ２０，ベルト駆動モータ２１の制御条件を可変制御する。

これによって、画像形成装置の制御回路がシンプルとなり小型化が図れるばかりでなく、ＤＳＰによるソフトウエア制御によって、第一の演算手段および第二の演算手段の演算方法がフレキスブルに調整可能となる。

例えば、ＣＭＯＳエリアセンサ１１のレンズあるいはセンサにゴミなどの異物が付着すると、第一の演算手段および第二の演算手段による演算結果による記録材表面性の検出精度が劣化する場合がある。

この場合、あらかじめ記録材がＣＭＯＳエリアセンサ１１部を通過する前の画像をリファレンス画像として撮像しておき、次に搬送されてきた記録材の表面画像の値からリファレンス画像を差し引いた画像として捉えることによって、前記問題を解消できる。

このように、本実施例によれば、ＤＳＰによる制御フレキシビリティを生かし、第一の演算手段および第二の演算手段によって捉えた記録材の種類、表面性検出精度を格段に向上することができる。

実施例１の構成を示すブロック図 画像読取りセンサの概略構成を示す図 記録材表面画像を示す図 第一の演算手段の説明図 第二の演算手段の説明図 ＣＭＯＳエリアセンサの回路構成を示すブロック図 記録材判別結果を示す図 実施例２の概略構成を示す断面図 実施例２の制御ブロック図 実施例３の制御ブロック図

符号の説明

７０１ ＣＰＵ
７０２ 制御回路
７０３ ＣＭＯＳエリアセンサ
７０５ 演算回路

Claims (5)

1. 画像が形成される記録紙の表面の画像を、複数画素を有する表面画像として読み取る読取手段と、
   前記読取手段で読み取った前記表面画像における画素ラインの複数画素のうちの最大の明るさを示す画素の情報と最小の明るさを示す画素の情報の差分情報を求め、複数の画素ラインの差分情報を加算する演算手段と、
   前記演算手段の加算結果に基づいて、記録紙の種類がラフ紙又は普通紙であるかを判別する判別手段と、を有することを特徴とする記録紙判別装置。
2. 前記読取手段は、記録紙の表面における所定サイズのエリアの表面画像を読み取るエリアセンサであることを特徴とする請求項１に記載の記録紙判別装置。
3. 前記演算手段の加算結果は、記録紙表面の繊維の状態を示す情報であることを特徴とする請求項１または２に記載の記録紙判別装置。
4. 記録紙の表面の画像を、複数画素を有する表面画像として読み取る工程と、
   読み取った前記表面画像における画素ラインの複数画素のうちの最大の明るさを示す画素の情報と最小の明るさを示す画素の情報の差分情報を求め、複数の画素ラインの差分情報を加算する工程と、
   前記加算結果に基づいて、記録紙の種類がラフ紙又は普通紙であるかを判別する工程と、を有することを特徴とする記録紙判別方法。
5. 前記加算結果は、記録紙表面の繊維の状態を示す情報であることを特徴とする請求項４に記載の記録紙判別方法。