JP2005077303A - Optical object identifying apparatus and printer using the same - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an optical object identification device that detects the type of an object in a non-contact manner and a printing apparatus using the same.
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。 Copiers and printers that perform recording processing while transporting recording media are becoming more functional, faster, and higher resolution, and the recording media used are plain paper, glossy paper, and OHP (overhead projector). There are various types of sheets. In this way, when printing on a variety of recording media by a printing machine that is an image recording device (particularly, a printing machine using an inkjet recording method) or the like, depending on the difference in ink permeation speed and drying time depending on the type of recording medium, In order to form a high-quality image, it is necessary to perform recording control according to the recording medium.
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。 Conventionally, there are a mechanical detection method, a thermal detection method, and an optical detection method as methods for detecting the type of paper such as printing paper and the type of recording medium such as a resin film or sheet. In the mechanical detection method, the type of the recording medium is detected by the amount of displacement of the contact or the like when the recording medium is inserted into the transport unit. In the thermal detection method, a heating element is applied to a recording medium, and the type of the recording medium is detected by a thermal change of the recording medium or a thermal change of the heating element itself.
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。
The optical detection method includes a light emitting element and a light receiving element, irradiates the recording medium with light from the light emitting element, and detects the type of the recording medium based on the amount of light reflected from the recording medium. For example, in “Paper Type Detection Device and Image Forming Apparatus Provided with this Device” disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-198174), as shown in FIG. The type of the
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)。 In addition, a detection liquid containing a predetermined dye or fluorescent substance is allowed to penetrate into the recording medium, and the reflected light intensity is measured by irradiating light at a wavelength region absorbed by the dye or fluorescent substance, or infrared light is irradiated. There is also a method of detecting the type of recording medium by measuring the infrared absorption spectrum of reflected light (see, for example, Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-88275)).
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。 However, the conventional recording medium type detection method has the following problems. That is, in the case of the above-described mechanical detection method and thermal detection method, it is necessary to bring a contact or a heating element into contact with the recording medium, which may hinder the movement of the recording medium being conveyed. At the same time, there is a possibility of causing a change in the shape of the recording medium. In addition, there is a risk of erroneous detection due to deterioration due to wear of the contact portion.
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。 In the case of each of the optical detection methods described above, since the type is detected based on the difference in the amount of reflected light from the recording medium, the detection may not be possible if the difference in the amount of reflected light is small. The type is quite limited.
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。
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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical object identification device that can easily identify many types of objects by reflected light from an object to be detected, and a printing apparatus using the same.
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。 In order to solve the above-described problems, an optical object identification device according to the present invention includes a light emitting element and an objective lens, and irradiates a moving object to be detected with light from the light emitting element to emit light on the object to be detected. A light output side optical system that forms a spot, a light receiving lens and a light receiving element, and the reflected light from the light spot is incident on the light receiving element to output a waveform corresponding to the surface irregularities of the detected object At least one light receiving side optical system for outputting a signal, a focus position moving unit for moving a focal position of the light emitting side optical system, and a focus position moving unit based on an output signal output from the light receiving side optical system. A drive control unit that controls the operation and sets the focal position of the light emitting side optical system so that the value of the output signal is maximized, and performs signal processing on the output signal output from the light receiving side optical system Trust And it includes a processing unit.
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。 According to the above configuration, since the focus position of the light emitting side optical system is set by the drive control unit so that the value of the output signal output from the light receiving side optical system is maximized, The focal position is located in the vicinity of the surface of the detected object, and the diameter of the light spot formed on the detected object is optimally set, and the variation of the diameter is reduced.
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。 Therefore, the SN ratio of the output signal having a waveform corresponding to the surface irregularity of the detected object output from the light receiving element constituting the light receiving side optical system is improved. That is, based on the signal processing result for the output signal by the signal processing unit, the type of the ratio detection object is accurately identified.
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。 The optical object identification device of the present invention includes a light emitting element and an objective lens, and at least forms a light spot on the detected object by irradiating the moving detected object with the light from the light emitting element. A light-emitting side optical system, a light-receiving lens and a light-receiving element; and at least a reflected light from the light spot is incident on the light-receiving element and outputs an output signal having a waveform corresponding to the surface irregularities of the detected object Based on one light-receiving side optical system, a focus position moving unit that moves the focus position of the light-emitting side optical system, and the output signal output from the light-receiving side optical system, the center of the objective lens and the center of the light-receiving lens A distance measuring unit that measures the distance between the reference line passing through the object to be detected, and the operation of the focal position moving unit based on the measurement result by the distance measuring unit, Focal position A drive control unit that sets the focal position of the light-emitting side optical system so that the surface of the object to be detected is positioned at a position, and a signal processing unit that performs signal processing on the output signal output from the light-receiving side optical system I have.
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。 According to the above configuration, the focus position of the light emission side optical system is set by the drive control unit so that the surface of the object to be detected is positioned at the focus position of the light emission side optical system. As a result, the diameter of the light spot formed on the object to be detected is set optimally, and the variation in diameter is reduced.
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。 Therefore, the SN ratio of the output signal having a waveform corresponding to the surface irregularity of the detected object output from the light receiving element constituting the light receiving side optical system is improved. That is, based on the signal processing result for the output signal by the signal processing unit, the type of the ratio detection object is accurately identified.
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。 In the optical object identification device of one embodiment, the light emitting element is a semiconductor laser.
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。 According to this embodiment, since the light emitting element is a semiconductor laser, the light focusing by the objective lens is efficiently performed. Therefore, it is possible to obtain reflected light having a light quantity necessary for obtaining an output signal that can more accurately identify the type of the object to be detected.
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。 Further, in the optical object identification device of one embodiment, the focal position moving unit includes a light emitting side optical system moving unit that moves at least the entire light emitting side optical system in a direction perpendicular to the object to be detected. Has been.
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。 According to this embodiment, the focal position of the light emitting side optical system is easily moved by moving the whole light emitting side optical system. Further, the light emitting side optical system can be integrally formed, and the optical axis can be easily adjusted.
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。 In the optical object identification device of one embodiment, the focal position moving unit includes a movable objective lens in which the position of the objective lens is movable in the optical axis direction, and the movable objective lens as the light beam. It consists of an objective lens drive unit that moves in the axial direction.
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。 According to this embodiment, the focal position is moved only by moving the movable objective lens in the optical axis direction by the objective lens driving unit. Therefore, the focal position is moved with a small driving force, and the change in the amount of reflected light in that case is very small. As a result, the focal position of the light emitting side optical system is accurately set.
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。 In the optical object identification device of one embodiment, the focal position moving unit passes the entire light emitting side optical system through the position of the light emitting point of the light emitting element, and the optical axis of the light emitting side optical system and the light receiving side. The light-emitting side optical system rotation drive unit is configured to rotate about a rotation axis extending in a direction perpendicular to a plane including the optical axis of the optical system.
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。 According to this embodiment, the light-emitting side optical system can be integrally formed, and the optical axis can be easily adjusted.
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。 In the optical object identification device of one embodiment, the driving force of the objective lens driving unit or the light emitting side optical system rotation driving unit is an electromagnetic force.
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。 According to this embodiment, since the driving force of the objective lens driving unit or the light emitting side optical system rotation driving unit is an electromagnetic force, the objective lens driving unit and the light emitting side optical system rotation driving unit are configured to be small and light. .
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。 In the optical object identification device having the distance measuring unit according to one embodiment, the light receiving element is a position detecting element.
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。 According to this embodiment, the position of incident light with respect to the light receiving element can be detected. Therefore, the distance measuring unit measures the distance between the reference line and the detected object by triangulation using light emitted from the light emitting side optical system and incident on the light receiving side optical system. It becomes possible.
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。
Further, in the optical object identification device having the distance measurement unit of one embodiment,
The distance measurement unit measures the distance between the reference line and the object to be detected based on a ratio of a plurality of outputs from the position detection element.
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。 According to this embodiment, the distance measurement unit detects the position of the incident light with respect to the position detection element based on the ratio of the plurality of outputs from the position detection element, and triangulation using the incident position is performed. The distance between the reference line and the object to be detected is measured.
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。 In the optical object identification device having the distance measurement unit according to one embodiment, the signal processing unit performs signal processing on the sum of a plurality of output signals from the position detection element.
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。 According to this embodiment, based on a plurality of output signals from the position detection element, processing is performed on an output signal having a waveform corresponding to the surface irregularities of the detected object.
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。 Further, in the optical object identification device according to one embodiment, the signal processing unit includes an average value calculation method for calculating an average value of output values with respect to a section having a predetermined time length in the output signal, each output value, and the above-described values. Find the difference from the average value, average amplitude value calculation method to double the average value of the absolute value of this difference, average amplitude value / average value calculation method to calculate the average value, the maximum value as 1, each output Frequency distribution calculation method to find the frequency distribution of values, spectrum distribution by Fourier transform to obtain the spectrum distribution, power spectrum area ratio calculation method to obtain the area ratio between different distribution ranges in this spectrum distribution, the average value after passing through the filter circuit Signal processing is performed by at least one signal processing method of a filter pass method for calculating at least one of average amplitude value and average amplitude / average value.
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。 According to this embodiment, more types can be accurately identified as compared with the case where the types of the detected objects are simply identified based on the amount of reflected light from the detected objects.
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。 In one embodiment of the optical object identification device, the signal processing unit includes the average value calculation method, the average amplitude value calculation method, the average amplitude / average value calculation method, the frequency distribution calculation method, and the power spectrum area ratio calculation method. Therefore, signal processing is performed by a plurality of signal processing methods in the filter passing method.
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。 According to this embodiment, it becomes possible to identify more types of the detected objects more accurately than in the case of only the processing result by one signal processing method.
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。 In the optical object identification device of one embodiment, the signal processing unit may calculate the average value calculation method and the average amplitude value for a plurality of different sections associated with the movement of the detected object in the output signal. Signal processing is performed by at least one of the method, the average amplitude / average value calculation method, the frequency distribution calculation method, the power spectrum area ratio calculation method, and the filter pass method, and the average value of the processing results for the plurality of sections is calculated. It is supposed to be.
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。 According to this embodiment, the signal processing unit obtains an average value of processing results regarding a plurality of sections in one output signal. Therefore, it is possible to identify the type of the detected object more accurately than in the case of only the processing result relating to one section.
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。 The printing apparatus of the present invention is equipped with the optical object identification apparatus of the present invention.
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。 According to the above configuration, there is provided an optical object identification device capable of performing signal processing on an output signal having a waveform corresponding to the surface unevenness of the detected object and obtaining a processing result capable of identifying the type of the detected object. It is installed. Therefore, the type of paper or film to be printed is correctly identified.
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。 As is clear from the above, in the optical object identification device of the present invention, the drive control unit controls the operation of the focal position moving unit that moves the focal position of the light-emitting side optical system, and the value of the output signal is maximized. Since the focal position of the light emitting side optical system is set so as to be, the focal position of the light receiving side optical system can be positioned near the surface of the object to be detected. Therefore, the diameter of the light spot formed on the detected object can be optimally set and the variation in the diameter can be reduced, and the output of the waveform corresponding to the surface unevenness of the detected object output from the light receiving element The signal-to-noise ratio of the signal can be improved.
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。 That is, according to the present invention, the type of the ratio detection object can be accurately identified based on the signal processing result for the output signal by the signal processing unit. That is, it is possible to identify many types of objects.
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。 Further, in the optical object identification device according to the present invention, the operation of the focal position moving unit is controlled by the drive control unit, and the light emitting side optical unit is positioned so that the surface of the object to be detected is positioned at the focal position of the light emitting side optical system. Since the focal position of the system is set, the diameter of the light spot formed on the object to be detected can be set optimally and fluctuations in the diameter can be reduced. Therefore, the S / N ratio of the output signal having a waveform corresponding to the surface unevenness of the detected object output from the light receiving element can be improved.
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。 That is, according to the present invention, the type of the ratio detection object can be accurately identified based on the signal processing result for the output signal by the signal processing unit. That is, it is possible to identify many types of objects.
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。 Further, the printing apparatus of the present invention is capable of obtaining a processing result capable of identifying the type of the detected object by performing signal processing on the output signal having a waveform corresponding to the surface unevenness of the detected object. Since the optical object identification device is mounted, it is possible to correctly identify the type of paper or film to be printed. Therefore, the printing conditions can be further optimized, and the printing quality can be further improved.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
・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。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical system in an optical object identification device according to the present embodiment. The optical object identification device includes a light emitting side
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。
Each optical component constituting the light emitting side
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。
Further, as described above, the
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。
The
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。
FIG. 2 shows another configuration example of the light emitting side
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。
In FIG. 2A, the light emitting side
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。
In FIG. 2B, the light-emitting side
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。
In the light-emitting side
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。
Incidentally, in the light receiving side
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。
Next, processing performed on the received light signal by the
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。
At that time, as shown in FIG. 4A, the output signal from the
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。
In this case, the processing method of the output signal includes an average value, an average amplitude value, an average amplitude value / average value, a frequency distribution, an area ratio of the power spectrum, a filter circuit passing through the output signal from the
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。
By the way, although it is possible to identify the type of the detected
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。
However, the above-mentioned “average value calculation method”, “average amplitude value calculation method”, “average amplitude / average value calculation method”, “frequency distribution calculation method”, “power spectrum area ratio calculation method”, and “filter pass method” If a plurality of calculated values are used, the identification accuracy of the type of the detected
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。
Further, instead of performing a plurality of the signal processing methods, the
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。
As described above, in the present embodiment, the light emitting side
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。
Further, by providing the
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。
Further, the amount of displacement of the
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。
Although not shown, a plurality of different output patterns from the
・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。
Second Embodiment FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an optical system in the optical object identification device of the present embodiment. The optical object identification apparatus includes a light emitting side
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。
The movable
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。
FIG. 7 shows the principle of the triangulation. In FIG. 7, angles α, β formed by two sides AC, BC and side AB connecting two points A, B, which are end points of one side of the triangle, and point C on the object, and two points A, B, If the distance D between B is known, the distance L between the side AB and the object C is given by
L = D {(sin α · sin β) / sin (α + β)}
Can be calculated by: Here, the point A in FIG. 7 is assumed to be the center of the movable
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。
Here, assuming that the
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。
That is, in the present embodiment, the objective
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。
When the distance L between the
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。
Further, the
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。
Next, a specific configuration example of the
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。
In addition, a
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。
In the above description, the type of the detected
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。
Thus, in the present embodiment, the movable
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。
The position of the objective lens can be adjusted by the method shown in FIG. 9 in addition to the method using the movable
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。
At that time, the light-emitting side optical system including the light-emitting
・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。
Third Embodiment The present embodiment relates to a printing apparatus such as a printer or a copier equipped with the optical object identification device in each of the above embodiments.
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。
FIG. 10 shows a concept relating to detection object type identification and control in the printing apparatus. The optical
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。
Then, the
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。
At that time, as described in the first and second embodiments, the optical
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。
That is, according to the printing apparatus equipped with the optical
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。 The optical object identification device of the present invention is useful when detecting the type of an object in a non-contact manner, and can be used for a printing device or an object type classification device.
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。
21, 41, 61 ... light emitting element,
22, 62 ... objective lens,
23, 45 ... Light-emitting side optical system,
24, 47, 65 ... light receiving lens,
25, 48, 66 ... light receiving element,
26, 49, 67 ... optical system on the light receiving side,
27, 50, 68 ... detected object,
28,51 ... light spot,
29, 52 ... signal processing unit,
30, 53, 70 ... housing,
31 ... Drive device,
32, 46 ... drive control unit,
33,42 ... collimating lens,
34 ... Beam splitter,
35 ... pinhole,
36 ... Combination lens,
43. Movable objective lens,
44 ... Objective lens drive unit,
54 ... Guide groove,
59 ... Antireflection film,
63... Light emitting side optical system housing,
64 ... luminous point,
69 ... the focal position of the light-emitting side optical system,
91 ... Optical object identification device,
92 ... control unit,
94: Processing unit.
Claims (14)
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。 At least one light-emitting side optical system that includes a light-emitting element and an objective lens, and irradiates a moving object to be detected with light from the light-emitting element to form a light spot on the object to be detected;
A light-receiving lens and a light-receiving element, and at least one light-receiving-side optical system that outputs reflected light from the light spot to the light-receiving element and outputs an output signal having a waveform corresponding to the surface unevenness of the object to be detected; ,
A focal position moving unit that moves the focal position of the light emitting side optical system;
Drive control for controlling the operation of the focal position moving unit based on the output signal output from the light receiving side optical system and setting the focal position of the light emitting side optical system so that the value of the output signal is maximized And
An optical object identification device comprising a signal processing unit for performing signal processing on an output signal output from the light receiving side optical system.
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。 At least one light-emitting side optical system that includes a light-emitting element and an objective lens, and irradiates a moving object to be detected with light from the light-emitting element to form a light spot on the object to be detected;
A light-receiving lens and a light-receiving element, and at least one light-receiving-side optical system that outputs reflected light from the light spot to the light-receiving element and outputs an output signal having a waveform corresponding to the surface unevenness of the object to be detected; ,
A focal position moving unit that moves the focal position of the light emitting side optical system;
Based on an output signal output from the light receiving side optical system, a distance measuring unit that measures a distance between a reference line passing through the center of the objective lens and the center of the light receiving lens and the object to be detected;
Based on the measurement result by the distance measuring unit, the operation of the focal position moving unit is controlled, and the focal position of the light emitting side optical system is set so that the surface of the object to be detected is positioned at the focal position of the light emitting side optical system. A drive control unit to be set;
An optical object identification device comprising a signal processing unit for performing signal processing on an output signal output from the light receiving side optical system.
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。 In the optical object identification device according to claim 1 or 2,
An optical object identification device, wherein the light emitting element is a semiconductor laser.
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。 In the optical object identification device according to claim 1 or 2,
The focus position moving unit is composed of a light emitting side optical system moving unit that moves at least the entire light emitting side optical system in a direction perpendicular to the object to be detected. apparatus.
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。 In the optical object identification device according to claim 1 or 2,
The focal position moving unit is
A movable objective lens in which the position of the objective lens is movable in the optical axis direction;
An optical object identification device comprising an objective lens driving unit that moves the movable objective lens in the optical axis direction.
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。 In the optical object identification device according to claim 1 or 2,
The focal position moving unit passes the entire light emitting side optical system through a position of a light emitting point of the light emitting element and is perpendicular to a plane including the optical axis of the light emitting side optical system and the optical axis of the light receiving side optical system. An optical object identification device comprising a light-emitting side optical system rotation drive unit that rotates about a rotation axis extending in a direction.
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。 The optical object identification device according to claim 5 or 6,
An optical object identification device characterized in that the driving force of the objective lens driving unit or the light emitting side optical system rotation driving unit is an electromagnetic force.
上記受光素子は位置検出素子であることを特徴とする。 In the optical object identification device according to claim 2,
The light receiving element is a position detecting element.
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。 The optical object identification device according to claim 8,
Optical object identification, wherein the distance measurement unit measures the distance between the reference line and the object to be detected based on a ratio of a plurality of outputs from the position detection element. apparatus.
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。 The optical object identification device according to claim 8,
The optical object identification device, wherein the signal processing unit is configured to perform signal processing on the sum of a plurality of output signals from the position detection element.
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。 In the optical object identification device according to claim 1 or 2,
The signal processing unit, for a section of a predetermined time length in the output signal,
Average value calculation method for calculating the average value of each output value,
The difference between each output value and the above average value is calculated, and the average amplitude value calculation method for doubling the average value of the absolute value of this difference,
Average amplitude value / average value calculation method for calculating average amplitude value / average value,
A frequency distribution calculation method for obtaining a frequency distribution of each output value with the maximum value being 1,
A power spectrum area ratio calculation method for obtaining a spectrum distribution by performing Fourier transform and obtaining an area ratio between different distribution ranges in the spectrum distribution,
A filter passing method for calculating at least one of the average value, the average amplitude value, and the average amplitude / average value after passing through the filter circuit;
An optical object identification device that performs signal processing by at least one signal processing method.
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。 The optical object identification device according to claim 11,
The signal processing unit includes a plurality of signal processing methods among the average value calculation method, the average amplitude value calculation method, the average amplitude / average value calculation method, the frequency distribution calculation method, the power spectrum area ratio calculation method, and the filter pass method. An optical object identification device characterized by performing signal processing.
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。 The optical object identification device according to claim 11,
The signal processing unit is configured to calculate the average value calculation method, average amplitude value calculation method, average amplitude / average value calculation method, frequency distribution calculation for a plurality of different sections associated with movement of the detection object in the output signal. An optical system characterized in that signal processing is performed by at least one of a method, a power spectrum area ratio calculation method, and a filter pass method, and an average value of processing results for the plurality of sections is calculated. Object identification device.
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