JP2010047347A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来以上に正確にメディアの種類を判別することが可能で、種々のメディアに対応して優れた品質の画像形成が可能な画像形成装置を実現すること。
【解決手段】 メディアセンサを用いて、メディアの表面状態（微視的な表面形状）からメディアの種類を判別する。また、同じメディアセンサを用いて、搬送されるメディアの搬送状態（搬送量または搬送速度）からメディアの種類を判別する。これらの判別結果を照合してメディアの種類を最終的に決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、メディアに画像を形成する画像形成装置に関する。

画像形成装置の一例であるプリンタでは、高画質化や高速化のみならず、種々のメディア（記録シート）に対応することが求められている。例えば、大判インクジェットプリンタは、ポスターやＣＡＤ図面のプリントに用いられ、使用するメディアの種類も、普通紙、コート紙、合成紙、フィルム、光沢紙、クロス等、多岐に渡っている。

種類によってメディアの各種特性は異なる。そのため、同じ画像形成条件でプリントしても、同一の画像品位が得られるとは限らない。メディアの種類に応じて、適切な条件を設定することが必要である。

そこで、メディアの種類に関する情報を、メディア自体から読み取って、プリンタを自動的に設定する試みがなされている。例えば、特許文献１に記載の装置では、メディアの搬送を検出するモーションセンサを用いて、レーザー光のスペックルパターンからメディアの表面形状を判別し、これに基づいてメディアの種類を判断している。
特開２００３−２０５６５４号公報

上記特許文献１に記載の装置では、メディアの種類を判別するためのファクターは表面形状だけである。

ところが、メディア固有の物性値（シート厚・摩擦係数・剛度・密度など）によっては、搬送ローラとメディアの間のスリップや搬送抵抗の違いにより、本来の搬送量や搬送速度とは異なってしまう場合がある。そのため、たとえ同じ表面形状であったとしても、メディア固有の物性値の違いで、形成される画像が本来のものとは違ってしまう畏れがある。特許文献１に記載の装置では、そのような課題の認識や解決法については何ら触れていない。

本発明は上記のような課題の認識に鑑みてなされたものである。

本発明の目的は、従来以上に正確にメディアの種類を判別することが可能で、種々のメディアに対応して優れた品質の画像形成が可能な画像形成装置を実現することである。

上記課題を解決する本発明は、使用するメディアの種類に応じて画像形成の条件を設定することが可能な画像形成装置であって、前記メディアの表面状態から、前記メディアの種類を判別する第１手段と、搬送される前記メディアの搬送状態から、前記メディアの種類を判別する第２手段と、前記第１手段と前記第２手段の判別の結果を照合して、前記メディアの種類を決定する手段とを有することを特徴とするものである。

本発明の別の形態は、使用するメディアの種類に応じて画像形成の条件を設定することが可能な画像形成装置であって、目標とするメディアの搬送量または搬送速度を取得する取得手段と、実際に搬送されるメディアの搬送量または搬送速度を検出する検出手段と、前記取得手段と前記検出手段の結果を比較して搬送誤差を求める手段と、複数種類のメディアについて搬送誤差を示すデータをデータテーブルとして記憶する記憶手段と、前記求めた搬送誤差と前記データテーブルとを比較して、最も近いデータを選択することで前記メディアの種類を判別する手段を有することを特徴とするものである。ここで、搬送誤差とは、搬送誤差または搬送誤差率をいう。

本発明によれば、従来以上に正確にメディアの種類を判別することが可能で、種々のメディアに対応して優れた品質の画像形成が可能な画像形成装置を実現することができる。

本発明を適用した画像形成装置の一例として、インクジェットプリンタの実施の形態を説明する。

図２は、インクジェットプリンタの主要部の構成を示す斜視図である。

キャリッジ１は、インクジェット方式のプリントヘッドを搭載して移動する。プリントヘッドは、発熱体を用いた方式、ピエゾ素子を用いた方式、静電アクチュエータを用いた方式、ＭＥＭＳ素子を用いた方式など、さまざまなインクジェット方式を用いることができる。

キャリッジモータ２は、キャリッジ１を主走査方向に移動させるための駆動源であり、その回転駆動力はベルト４でキャリッジ１に伝達する。キャリッジ１は、シャーシ９の上で主走査方向に往復移動する。キャリッジ１の主走査方向における位置は、リニアエンコーダで検出してモニタする。リニアエンコーダは、シャーシ９に取り付けた直線状のエンコーダパターン３と、それを光学的、磁気的あるいは機械的に読み取る、キャリッジ１に搭載された読取部（不図示）からなる。

記録シートであるメディアＭは、プラテン１１上で、キャリッジ１の主走査方向と直交する副走査方向（図中の矢印方向）に搬送される。この搬送は、搬送ローラ５、ベルト８、搬送モータ６からなる駆動機構により行なう。搬送ローラ５の駆動状態（回転量、回転速度）は、ロータリーエンコーダ３１で検出してモニタする。ロータリーエンコーダ３１は、搬送ローラ５と共に回転する円周状のエンコーダパターン７と、それを光学的、磁気的あるいは機械的に読み取る読取部１０からなる。

メディアセンサ２０は、プラテン１１上に搬送されるメディアＭを、プリント面側から検出するものである。メディアセンサ２０によって、搬送されるメディアＭの表面状態や、搬送量、搬送速度などの搬送状態を検出する。その構成や動作の詳細は後述する。なお、メディアセンサ２０は、複数個設けるようにしてもよいし、配設する位置もこの限りではない。

コントローラである制御部９０は、プリンタ全体の各種動作の制御を司る。例えば、シート搬送系のサーボ制御は、制御目標値と、ロータリーエンコーダ３０の検出値によるフィードバックループを形成する。

次に、メディアセンサ２０の詳細を説明する。図３は物理的な構成、図４は電気的な構成を示す。

図３において、メディアセンサ２０は、発光素子７１、レンズ７２、光電変換素子７３を含む一体化された読取ユニットである。発光素子７１は、ＬＥＤ、ＬＤ、ＯＬＥＤ等が用いられる。光電変換素子７３は、ＣＣＤやＣＭＯＳ構造の撮像素子からなる二次元イメージセンサである。例えば、１０μｍ×１０μｍのセルが、搬送方向に４００画素×主走査方向に２００画素配列されたものである。
図４において、光電変換素子７３の出力は、Ａ／Ｄ変換回路７４でデジタルに変換して、インタフェース７５を経て、制御部９０にデジタル信号として出力する。また、インターフェース７５を経て、発光素子７１の発光が制御される。

この構成において、発光素子７１から発する光でメディアＭの表面をスポット照明する。照明されたメディアＭからの散乱反射光は、レンズ７２で集光して、光電変換素子７３で受ける。メディアＭの照明されたエリアと光電変換素子７３の受光面とはレンズ７２によって結像関係となっており、光電変換素子７３はメディアＭ表面の精密な画像情報を取得する。

図５は、制御部９０を中心とした、プリンタ全体の電気ブロック図である。

制御部９０は、ＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３を有している。制御部９０には、キャリッジ１の移動量を検出するリニアエンコーダ３０、および搬送ローラ５の回転を検出するロータリーエンコーダ３１のそれぞれの読取部からの信号が入力される。さらにメディアセンサ２０からの信号が入力される。また、制御部９０からは、キャリッジモータ２を駆動するモータ駆動回路３２、および搬送モータを６駆動するモータ駆動回路３３に駆動信号が出力される。各モータは、それぞれ制御部９０からの指令に従って駆動される。さらに、制御部９０には、プリンタインターフェース３４を介して外部コンピュータ３５が接続され、また、操作パネル３６が接続されている。操作パネル３６はユーザーインターフェースとなる表示器と操作ボタンを有している。

次に、メディアセンサ２０を用いた検出動作について説明する。

図６はシート搬送と同期したメディアセンサの動作タイミングを示す図、図７はメディア移動量の検出手順を示すフローチャート図である。

メディア移動量の検出は、大きく分けて、テンプレートパターン抽出（Ｓ１０）、ローラ駆動（Ｓ２０）、テンプレートマッチングによるメディア移動量算出（Ｓ３０）という順序で行われる。

図６において、横軸１００１は時間、縦軸１００２は搬送ローラの速度である。グラフ１００３は、搬送ローラ５の指令速度プロファイルを示すもので、停止制御領域１、加速制御領域、等速制御領域、減速速度領域、停止制御領域２の各制御領域から構成される。

最初のテンプレートパターンの抽出（Ｓ１０）は、駆動開始前のローラ停止制御領域１の時間内で行なう。その後、加速、等速、減速の各制御でローラ駆動を行なってメディアを所定量だけ搬送する（Ｓ２０）。そして、駆動終了後のローラ停止制御領域２の時間内で、テンプレートマッチングによるメディア移動量の算出（Ｓ３０）を行なう。

図７を用いて、メディア移動量の検出手順を以下説明する。

ステップＳ１０＿１では、制御部９０のＣＰＵ９１からメディアセンサ２０へ画像読取の指令を出す。これに応答してメディアセンサ２０は発光素子７１を点灯させ、光電変換素子７３で二次元画像を読み取る。図８は、メディアセンサでの画像データの取込領域を表す図である。図８（ａ）のエリア７０１の全範囲（搬送方向Ｌ＝４ｍｍ×主走査方向ｂ＝２ｍｍ）のデータを取り込む。取り込んだのデータは制御部９０のＲＡＭ９３に記憶する。

ステップＳ１０＿２では、ＲＡＭ９３に記憶された画像データの中で、エリア７０２に対応するデータを切り出して、これをテンプレートパターン７１０としてＲＡＭ９３に記憶する。エリア７０２は、図８（ｂ）に示すように、イメージ取得可能エリア７０１の中で、特に搬送方向上流に位置する、ｃ×ｃ＝１ｍｍ×１ｍｍ（１００画素×１００画素）の領域である。

ステップＳ２０では、ＣＰＵ９１の指令により搬送モータ６を駆動して、搬送ローラ５を回転させてメディアＭを所定量だけ搬送する。

ステップＳ３０＿１では、ＣＰＵ９１はメディアセンサ２０に画像読み取り指令を出す。メディアセンサ２０は、エリア７０１の画像を読み取る。この画像データは制御部９０のＲＡＭ９３に記憶する。

ステップＳ３０＿２では、メディア搬送前に得たテンプレートパターン７１０をテンプレートとして、新たに得たエリア７０１の画像データについて、テンプレートマッチング処理を行なう。

ステップＳ３０＿３では、上記テンプレートマッチング処理にて、テンプレートパターン７１０と同じパターンが、画像データの中のどの位置に存在するかを検出する。そして、メディア搬送前のテンプレートパターン７１０の位置と、メディア搬送後のパターンの位置との差を求める。その差の画素数からメディアの移動量（移動距離）を算出する。

図９にその例を示す。図９（ａ）はメディア搬送前、図９（ｂ）はメディア搬送後の、それぞれで読み取った画像である。Ｇ方向へのメディア搬送後に、エリア７０２の画像がエリア７０３の位置に移動している。これは、画素数Ｙだけメディア搬送が行われたことを意味するもので、これにより移動量（移動距離）が検出できる。これは、実際のメディアの搬送量を意味する。

次に、メディアの種類の判別方法について図１を用いて説明する。本例では、（１）搬送誤差を用いる方法、（２）表面状態（微視的な表面形状）を用いる方法、の２つ方法でメディアの種類を判別する。そして、それぞれの結果を照合して最終決定、の処理によって、信頼性の高いメディアの種類判別を行なう。

（１）搬送誤差からメディアの種類を判別（第２手段に対応）
図１において、ステップＳ１では、メディアの搬送状態である搬送誤差を示すパラメータとして搬送誤差率の算出を行なう。搬送誤差とは、目標とするメディアの搬送量と、実際に搬送されるメディアの搬送量との差異である。

搬送誤差率の算出は、図１０のフローチャート図に示す手順で行なう。

ステップＳＳ１では、ＣＰＵ９１の指令でロータリーエンコーダ３１の値を取得する。このときのロータリーエンコーダ３１の値はｅｎｃ０とし、ＲＡＭ９３に記憶する。

ステップＳＳ２からステップＳＳ４では、搬送ローラ５を駆動し、メディアセンサ２０を用いて、メディア移動量を算出する。メディア移動量の算出法は上述したとおりである。

ステップＳＳ５では、搬送終了後のロータリーエンコーダ３１の値を取得する。このときのロータリーエンコーダ７の値をｅｎｃ１して、ＲＡＭ９３に記憶する。

ステップＳＳ６では、搬送終了後の搬送ローラ５の回転量を算出する。この回転量は、ＲＡＭ９３に記憶される、ｅｎｃ０、ｅｎｃ１ぞれぞれの値を用いて、
（ローラ回転量）＝（ｅｎｃ１−ｅｎｃ０）×Ｍ （Ｍ：定数） ・・・（式１）
で求めることが出来る。このローラ回転量は、目標とするメディアの搬送量を意味する。

ステップＳＳ７では、ステップＳＳ６で得られたローラ回転量と、ステップＳＳ４で得られたメディア移動量から、搬送誤差と搬送誤差率を算出する。これらは、搬送されるメディアの搬送状態を意味する。

搬送誤差率は、以下の式で表現される。
（搬送誤差）＝（メディア移動量）−（ローラ回転量） ・・・（式２）
（搬送誤差率）＝（搬送誤差）／（ローラ回転量） ・・・（式３）
ここで、（メディア移動量）は実際に搬送されるメディアの搬送量を、また（ローラ回転量）は、設計上の目標とするメディアの搬送量を意味する。したがって、（搬送誤差）は目標と実際との差分を意味する。（搬送誤差率）は、ローラ回転量が正確に一定でない場合に、ローラ回転量によって（搬送誤差）が変動する可能性を考慮して、ローラ回転量で正規化したものである。

メディア移動量は、メディア固有の物性値（シート厚・摩擦係数・剛度・密度など）によって変わり得る。したがって、メディアの種類ごとに搬送誤差率は異なる。

予め設計段階で、想定されるメディアの種類ごとに搬送誤差率を検討し、複数種類のメディアについて種類と搬送誤差率の関係を、データテーブル記憶手段であるＲＯＭ９２に書き込んでおく。例えば、以下の表１のようなデータテーブルの形で用意する。搬送誤差率は、概ね、普通紙＜光沢紙＜クロス系の大小関係がある。

図１に戻って、ステップＳ２では、予めＲＯＭ９２に記憶した上記データテーブルの値と比較して、ステップＳ１で得られた搬送誤差率と、最も値の近い搬送誤差率のものを選択する。

そして、ステップＳ３では、ステップＳ２で選択した搬送誤差率に対応したメディアの種類を、メディア種Ａとして判別し記憶する。

なお、本例ではメディアの搬送状態を示すパラメータとして搬送誤差率を用いたが、搬送誤差を用いるようにしてもよい。本発明における「搬送誤差」とは、搬送誤差と搬送誤差率を総称したものとする。

（２）表面状態からメディアの種類を判別（第１手段に対応）
図１において、ステップＳ４では、制御部９０のＣＰＵ９１からメディアセンサ２０へ画像読取の指令を出す。これに応答してメディアセンサ２０は発光素子７１を点灯させ、光電変換素子７３でメディア表面の二次元画像を読み取る。この画像は、メディアの表面状態（微視的な表面凹凸形状）を捉えたものである。取り込んだデータは制御部９０のＲＡＭ９３に記憶する。このデータをテンプレートパターンとする。

メディアの種類に応じて、微視的な表面凹凸形状は異なり、それを画像として捉えたテンプレートパターンも種類に応じて異なったものとなる。予め設計段階で、想定されるメディアの種類毎にテンプレートパターンを取得しておく。そして、これらテンプレートパターンのデータを、ベースパターンとしてメディアの種類と関連付けて、データテーブルの形にして、データテーブル記憶手段であるＲＯＭ９２に記憶しておく。

ステップＳ５では、ステップＳ４で検出したテンプレートパターンと、ＲＯＭ９２に記憶されたベースバターンとを、画像パターンマッチング処理によって比較する。そして、最も類似するベースパターンを選択する。

ステップＳ６では、ステップＳ５で選択したベースパターンに対応したメディアの種類を、メディア種Ｂとして判別し記憶する。

（３）それぞれの結果を照合して最終決定
最後に、上記（１）（２）それぞれの方法で判別した結果を比較照合する。

ステップＳ７では、ステップＳ３で選んだメディア種Ａと、ステップＳ６で選んだメディア種Ｂが一致するか否か、両者を比較照合する。

Ｙｅｓ（一致）の場合は、ステップＳ８でメディアの種類はＡ（＝Ｂ）であると、最終的に決定する。

Ｎｏ（非一致）の場合は、再度ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。もし、ある所定の回数（例えば３回）を繰り返しても、メディアの種類が判別できない場合は、プリンタの想定外のメディアであると判断する。そしてその旨を操作パネル３６の表示器に表示して、ユーザーに通知する。この場合は、ユーザーによってすでに設定されている、あるいはデフォルトで設定されているメディアの種類に応じた画像形成の条件でプリントを行なうことになる。

制御部９０は、以上の手順で判別したメディアの種類に応じて、適切な画像形成の条件の設定を行なう。これは、インク吐出量（液滴量、大きさ）、吐出回数などのプロセス条件、およびキャリッジ走査速度、搬送量、ヘッド高さ、プラテン吸引圧、搬送ローラ回転量／回転速度などのメカ条件などである。例えば、以下の表２に示すようなパラメータとする。

もし、判別したメディアの種類が、ユーザによってすでに設定されているものとは異なる場合は、プリント動作の前に、ユーザーに変更の設定の確認を求めて、ユーザーの指示を待つようにしてもよい。例えば、操作パネル３６の表示器に、「設定されているものとは異なる種類の用紙（光沢紙Ｂ）が検出されました。設定を変更しますか？ Ｙｅｓ／Ｎｏ」と表示して、ユーザーの指示を受け付けて、それぞれに応じた設定処理を行なう。Ｙｅｓの場合は設定を更新して、Ｎｏの場合は更新しない。

＜変形例＞
上記例では、二次元イメージセンサを有するメディアセンサを用いて、画像情報から搬送されるメディアの表面状態と搬送状態を検出している。これに限らず、画像情報以外の情報から状態検出を行なうようなメディアセンサを用いてもよい。例えば、光学式あるいは超音波式のドップラー速度計を用いることができる。

また上記例では、搬送されるメディアの表面状態と搬送状態の２つの状態検出に、共通のメディアセンサを用いて、装置コストや実装の集積度を高めている。これに限らず、それぞれの状態を、別個のセンサで検出するようにしてもよい。

また上記例では、メディアの表面状態として、微視的な表面凹凸形状を画像として捉えて、メディアの種類を判別している。これに限らず、表面反射率（光沢度）、表面粗さ、蛍光発生度、色、などの表面状態を、物理的あるいは光学的な手法で捉えるようにしてもよい。

また上記例では、搬送されるメディアの搬送状態として、搬送量を捉えて、メディアの種類を判別している。これに限らず、搬送状態として搬送速度（平均速度や速度ムラ）を捉えるようにしてもよい。

また上記例では、目標とするメディアの搬送量は、メディアを搬送する駆動機構の駆動状態をモニタするエンコーダの出力から取得している。これに限らず、制御系で設定した制御目標値自体を取得するようにしてもよい。

メディアの種類を判別する手順を示すフローチャート図 プリンタの主要部の構成を示す斜視図 メディアセンサの物理的な構成を示す図 メディアセンサの電気的な構成を示す図 プリンタ全体の電気ブロックを示す図 メディアセンサの動作タイミングを示す図 メディア移動量の検出手順を示すフローチャート図 メディアセンサの画像取り込み領域を示す図 搬送前後での読み取った比較画像を示す図 搬送誤差率の算出方法を説明するフローチャート図

符号の説明

１ キャリッジ
５ 搬送ローラ
２０ メディアセンサ （検出手段に相当）
３１ ロータリーエンコーダ （取得手段の一部に相当）

Claims (9)

1. 使用するメディアの種類に応じて画像形成の条件を設定することが可能な画像形成装置であって、
   前記メディアの表面状態から、前記メディアの種類を判別する第１手段と、
   搬送される前記メディアの搬送状態から、前記メディアの種類を判別する第２手段と、
   前記第１手段と前記第２手段の判別の結果を照合して、前記メディアの種類を決定する手段と
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１手段は、
   前記表面状態を検出する検出手段と、該検出手段で得られた結果と予め記憶された複数種類のメディアの表面形状を示すデータとを比較することで前記メディアの種類を判別する手段を有し、且つ
   前記第２手段は、
   目標とするメディアの搬送量または搬送速度を取得する取得手段と、実際に搬送されるメディアの搬送量または搬送速度を検出する検出手段と、前記取得手段と前記検出手段で得られた結果と、予め記憶された複数種類のメディアについてのデータとを比較することで前記メディアの種類を判別する判別手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記判別手段は、前記取得手段と前記検出手段の結果を比較して搬送誤差を求める手段と、求めた搬送誤差と、予め記憶された複数種類のメディアの搬送誤差を示すデータとを比較して、最も近いデータを選択することで前記メディアの種類を判別する手段を有することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記第１手段と前記第２手段は、共通のメディアセンサを用いて、前記表面状態と前記搬送状態を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の画像形成装置。
5. 前記メディアセンサは二次元イメージセンサを有することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 使用するメディアの種類に応じて画像形成の条件を設定することが可能な画像形成装置であって、
   目標とするメディアの搬送量または搬送速度を取得する取得手段と、
   実際に搬送されるメディアの搬送量または搬送速度を検出する検出手段と、
   前記取得手段と前記検出手段の結果を比較して搬送誤差を求める手段と、
   複数種類のメディアについて搬送誤差を示すデータをデータテーブルとして記憶する記憶手段と、
   前記求めた搬送誤差と前記データテーブルとを比較して、最も近いデータを選択することで前記メディアの種類を判別する手段
   を有することを特徴とする画像形成装置。
7. 前記取得手段は、前記メディアを搬送する駆動機構の駆動状態をモニタするエンコーダの出力から、前記目標とするメディアの搬送量または搬送速度を取得することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか記載の画像形成装置。
8. 前記画像形成の条件は、プロセス条件、メカ条件の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の画像形成装置。
9. インクジェット方式により画像形成を行なうことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の画像形成装置。

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