JP2010064841A - プリンタおよび物体の移動検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 様々なメディアに対応可能で、メディアの移動情報を高い精度で検出して、良好な品質での画像形成を可能とするプリンタの提供。
【解決手段】 メディアの搬送方向において、センサユニット（７０１）で撮像する位置よりも上流にて、メディアの表面に接触して、メディアの表面に光学的に識別可能な凹凸形状を付与する接触部材（１１０１）を設ける。この凹凸形状を含む画像を撮像して、パターンマッチングを含む画像処理によってメディアの移動情報を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像処理によって物体の移動を検出する技術、および同技術を採用したプリンタの技術分野に関する。

プリント用紙等のメディアを搬送しながらプリントを行なう際、搬送精度が低いと、中間調画像の濃度ムラが生じたり、倍率誤差が生じたりして、得られるプリント画像の品質が劣化する。そのため、高精度な部品を採用し精密な搬送機構を搭載しているが、プリント品質に対する要求は厳しくさらなる精度向上が望まれている。一方ではコストに対する要求も厳しく、高精度化と低コスト化の両立が求められている。

これに対処するため、メディアの移動を高精度に検出して、フィードバック制御により安定した搬送を実現するために、メディアの表面を撮像して、画像処理によって搬送されるメディアの移動を検出する試みがなされている。

特許文献１は、このメディアの移動検出についての一手法を開示する。これは。移動するメディアの表面をイメージセンサにより複数回撮像し、得られた画像同士をパターンマッチング処理で比較して、メディアの移動量を検出するものである。
特開２００７−２１７１７６号公報

メディアの表面を撮像して画像処理によって移動を検出するものは、メディアの表面の微細な凹凸形状が光学的に十分に識別でき、固有の画像パターンが明瞭である必要がある。

しかし、使用するメディアの表面が極めて平滑な場合は、撮像で得た画像は低コントラストとなり、画像中の固有パターンの識別が困難となる場合がある。そうなると、パターンマッチング処理の精度が劣化する、あるいは処理が行なえなくなってしまう。この現象について以下に説明する。

図１５は、二次元のイメージセンサにより、移動するメディアの表面の部分領域を異なるタイミングで撮像した画像の例である。画像１０１は最初に撮像した画像、画像１０２はそこからある時間にメディアが移動して撮影した画像である。いずれの画像も、メディアの表面の微細な凹凸形状（紙の繊維の凹凸など）が、高いコントラストを持った明暗パターンとして現れている。ここで画像１０１の中の破線で示す一部領域１０１ａと同じパターンが、画像１０２の中のどこに存在するかを、既知のパターンマッチング処理により画像の類似度から判定する。その結果、画像１０２の中の破線で示す領域１０２ａに存在することが判る。領域１０１ａ、１０２ａが搬送方向で何画素離れているかを見れば、この間のメディアの移動量１０３を求めることができる。

図１６は、表面凹凸形状が図１５のものよりも平滑なメディアを用いた場合の、画像２０１、２０２の例である。図１５と比較して、表面凹凸形状による固有の明暗パターンが少ない。この例では、パターンマッチング処理に用いる領域２０１ａに固有の明暗パターンが含まれていない。このため、この領域２０１ａと類似する画像パターンを、画像２０２の中で探すと、複数の領域２０３が類似と判定されて、メディアの移動量の検出が正確に行なえない。

図１７は、表面凹凸形状が図１５のものよりも平滑なメディア用いた場合の、画像３０１、３０２の例である。図１５と比較して、固有パターンは見られるものの、そのコントラストが極端に低い。そのため、例えば照明光量が僅かに変化しただけで、固有パターンの情報が大きく変化してしまう。領域３０１ａと移動後の領域３０２ａとは、本来は同じ固有パターンであるのに、この間の照明光量の変動で、実際には異なるパターンとして認識されてしまう可能性がある。すると、パターンマッチング処理で一致を見つけることができず、メディアの移動量の検出が正確に行なえない。

本発明は、上述の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、様々なメディアに対応可能で、メディアの移動情報を高い精度で検出して、良好な品質での画像形成を可能とするプリンタの提供である。本発明の別の目的は、様々な物体に対応可能で、物体の移動情報を高い精度で検出することが可能な方法の提供である。

上記課題を解決する本発明のある形態は、メディアを搬送してプリントを行なうプリンタであって、メディアの表面を撮像して画像データを取得するセンサユニットと、搬送方向において前記撮像する位置よりも上流にて、前記メディアの表面に接触して、前記メディアの表面に光学的に識別可能な凹凸形状を付与する接触部材と、前記画像データを用いて画像処理によって前記メディアの移動情報を検出する処理部と、前記検出した移動情報に基づいて、前記メディアの搬送を制御する制御部とを有することを特徴とするものである。

本発明の別の形態の物体の移動検出方法は、イメージセンサを用いて、物体の表面を撮像して画像データを取得するステップと、前記撮像の前に、前記物体の表面に、光学的に認識可能な凹凸形状を付与するステップと、前記物体の移動に伴って複数回の前記撮像を行い、得られた複数の画像データを比較して、前記物体の移動情報を検出するステップと、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、様々なメディアに対応可能で、メディアの移動情報を高い精度で検出して、良好な品質での画像形成を可能とするプリンタを提供することができる。また、様々な物体に対応可能で、物体の移動情報を高い精度で検出することが可能な方法を提供することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示する。ただしこの実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する主旨のものではない。

本発明の適用範囲は、プリンタを始めとして、物体の移動を高精度に検出することが要求される分野に広く渡る。例えば、プリンタ、スキャナ等の機器や、物体を搬送して検査、読取、加工あるいは各種の処理を施す、工業分野、産業分野、物流分野などで使用する機器に適用可能である。また、本発明をプリンタに適用する場合は、インクジェット方式、電子写真方式、サーマル方式、ドットインパクト方式などの様々な方式のプリンタに適用可能である。なお、本明細書において、メディアとは、紙、プラスチックシート、フィルム、ガラス等のシート状あるいは板状のプリント媒体をいう。

図１は、本発明を適用した実施の形態である、インクジェットプリンタにおける主要部の構成を示した構成図である。ヘッドカートリッジ１は、キャリッジ２に着脱可能に搭載される。ヘッドカートリッジ１は、インクジェット方式でインクを吐出させるプリントヘッドと、インクを収容してプリントヘッドに供給するインクタンクを有する。インクジェット方式は、発熱体を用いた方式、ピエゾ素子を用いた方式、静電素子を用いた方式、ＭＥＭＳ素子を用いた方式など、さまざまな方式を用いることができる。

キャリッジ２はガイドシャフト３によって案内支持され、主走査方向（Ｙ軸）に往復移動する。キャリッジ２の移動は、キャリッジモータ４、プーリ５、プーリ６、タイミングベルト７からなるキャリッジ駆動機構によって行なう。センサ３０と遮蔽板３６は、キャリッジ２がホームポジションにあることを検出するものである。

メディア８は、シートフィーダ３２上に積載されている。プリント動作が開始されると、供給モータ３５によってピックアップローラ３１を回転させ、積載されるメディア８を一枚ずつ分離して供給する。シート検知器３３はメディアを検知するセンサであり、メディア８の供給が正常であるかを判定する。

メディア８は、搬送ローラ９の回転によって、搬送方向（副走査方向、Ｘ軸）の下流に向けて搬送して、ヘッドカートリッジ１のプリントヘッドと対向するプリント位置に送り込む。搬送ローラ９の回転駆動は、搬送モータ１００８と伝達ギアからなる駆動機構によって行なう。搬送ローラ９の回転状態（回転量又は回転速度）は、搬送ローラ９の回転軸に取り付けたロータリーエンコーダ１０１３で検出する。この検出出力を基にコントローラ（制御部）１０は搬送モータ１００８の回転を制御する。プリント位置において、メディア８は、対向するプリントヘッドとの間隔が安定するように、プリント面とは反対側の表面がプラテンによりガイドされる。

種々の搬送ガイドの一つであるベース部材１０１３は、主走査方向に沿って、複数の排出ローラ１０１０を保持すると共に、その表面には複数のリブ１０１５が形成されている。排出ローラ１０１０は、メディア８を最後まで排出するためのローラである。その回転駆動力は、搬送ローラ９からベルト１０１６で伝達する。ピンチローラ１０１２および拍車ローラ１０１１は、それぞれ搬送ローラ９および排出ローラ１０１０との間にメディアを挟んで安定した搬送を行なうための従動ローラである。

また、ベース部材１０１３は、主走査方向のほぼ中央部にて、メディアの表面（プリント面とは反対側の面）を撮像するセンサユニット７０１、およびメディアの表面に接触する接触部材１１０１を保持する。接触部材１１０１は、図５のような、弾性力を持った板を折り曲げた形状を有し、その表面には、微細な凹凸面（ヤスリ状の粗面）が形成されている。図６の断面図に示すように、接触部材１１０１は、センサユニット７０１よりも搬送方向の上流側に位置して、センサユニット７０１での撮像の前に接触するようになっている。接触部材１１０１は、メディアが搬送される経路９０１にその頭部の凹凸面が突出している。メディアが通過すると、接触部材１１０１の凹凸面がメディア８の表面に接触して、メディア８表面に微細な線状の擦り傷（スクラッチ）２０を付与する。この状態を図７と図８に示す。擦り傷２０は、微視的にはメディア上に新たに形成された、溝（凹）と山（凸）からなる凹凸形状であり、光学的に識別可能である。接触部材１１０１は、接触方向に弾性力を持った板バネ構造であり、メディア８と接触した際に適切な付勢力を与える。この付勢力は、メディア表面に形成される擦り傷が、人間の目視では認識が困難であるが、撮像によって適切なコントラストを持った画像が得られる程度とする。これは、接触部材１１０１の凹凸面の鋭利さとメディア８の表面の硬度との兼ね合いで調整する。

図２は、センサユニット７０１の構成図であり、図２（ａ）は上方から見た図、図２（ｂ）は側方から見た断面図である。

センサユニット７０１は、大きくは発光部、受光部、画像処理部からなり、これらがユニットとして一体化されている。光源７０３は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、半導体レーザなどの発光素子である。光源７０３から発する光は、導光体で７０２で導いてメディア８の表面を斜め方向から照明する。メディア８上の照明領域の像は、レンズ７０６によってイメージセンサ７０５に結像する。透明な保護カバー７０４は、メディア８の側からインクミストなどの進入してレンズ７０６に汚れが付着するのを防止する。イメージセンサ７０５は、ＣＣＤやＣＭＯＳ構造の多数の光電変換素子を、一次元に配置したラインイメージセンサ、あるいは二次元に配列したエリアイメージセンサである。イメージセンサ７０５によって、メディアの表面の画像（表面凹凸の陰影のコントラスト差）を取得する。

イメージセンサ７０５の撮像信号は、Ａ／Ｄ変換して、チップ化された画像処理プロセッサである画像処理部７０７に送る。画像処理部７０７では、この画像データを元に画像処理によって、搬送されるメディアの移動情報（移動量、移動速度、移動加速度、移動方向など）を検出する。先の図１５で説明したように、メディアの移動に伴って複数回の撮像を行って得られた複数の画像データを、パターンマッチング処理を含む画像処理により比較して、メディアの移動量（搬送量）を検出する。また、取得した画像を一旦２値化して、２値化画像をパターンマッチング処理で比較するようにしてもよい。あるいは、取得した画像の、輝度がピークとなる部分を抽出して、画像のピーク部分を比較して位置のずれ量を取得する方法でもよい。また、メディアの移動量だけでなく、単位時間当たりの移動量から速度を求めることもできるし、微分処理によって速度の変化を見ることで加速度を求めることもできる。こうして求めたメディアの移動情報を、コントローラ１０にフィードバックして、メディア８の搬送をフィードバック制御する。

図３は、プリント時のメディアの搬送制御の処理手順を示すフローチャート図、図４はそれぞれのタイミングにおけるメディアの搬送状態を示す図である。

プリント開始命令によりプリント動作を開始する（図３のＳ０１）。まず、メディア８をシートフィーダ３２から供給する（図３のＳ０２、図４（ａ））。そして、シート検知器３３がメディア８の先端を検知したら、メディアの副走査方向の搬送を開始する（図３のＳ０３、、図４（ｂ））。同時に、キャリッジ２でヘッドカートリッジ１を主走査方向に往復移動させながら、プリントヘッドからインクを吐出させて画像形成を行なう（図３のＳ０４）。

プリント部の先でメディア８の表面（プリント面の裏面側）が接触部材１１０１に接触する（図４（ｃ））。メディア８の通過に伴い、図７と図８に示すように、接触部材１１０１の凹凸面がメディア８の表面に接触を続けて、メディア８表面に微細な多数の線状の擦り傷（スクラッチ）２０を付与する。

メディア８の先端は、センサユニット７０１の撮像位置に達する（図４（ｄ））。このとき、センサユニット７０１で取得される画像は、図９の画像１０１のように、メディア８の表面の微細な凹凸形状、とくに付与された擦り傷２０が目立つ高コントラストなものとなる。すなわち、場所に応じた固有のパターンが明瞭な画像である。

画像１０１に次いで、所定のタイミングの後に画像１０２を取得する。そして、これら取得した画像１０１、１０２を元に、画像処理部７０７にてパターンマッチング処理を含む画像処理で比較を行なう。その演算から実際の搬送量（移動量）を検出する（図３のＳ０５）。この搬送量はコントローラ１０にフィードバックする。

以下、さらに具体的に説明する。ある時刻Ｔにおいて画像１０１を取得した後、更に時間Ｔ１だけ経過したタイミングで、画像１０２を取得する。パターンマッチング処理により類似の画像パターンを探すことで、画像１０１内の領域１０１ａが、画像１０２の領域１０２ａの位置まで移動していることが判る。例えば、イメージセンサ７０５の１画素に相当する、メディア８上での実際の大きさを１０μｍ角とする。図９の例では、画像１０１、１０２は、搬送方向に２１画素、主走査方向に８画素からなるものとする。パターンマッチングによる画像１０１と画像１０２の差異、すなわち移動量１０３は、搬送方向に８画素分ずれており、主走査方向にはズレがない。従って、時間Ｔ１内における搬送方向への移動量は１０μｍ×８画素＝８０μｍ、走査方向への移動量はゼロとして検出される。なお、画像処理部の計算負荷を軽減するのであれば、主走査方向についての計算は省略してもよい。

コントローラ１０は、時間Ｔ１における設計上の目標値である搬送量（例えば８５μｍとする）に対する、イメージセンサ７０５での画像処理で求めた実際のメディアの搬送量（８０μｍ）を比較する。そしてこれらの差分（５μｍ、）を、次の搬送にフィードバックして搬送量の調整を行なう（図３のＳ０６）。このフィードバック搬送制御は画像形成の間、繰返して続ける。そして画像形成を終了する（図３のＳ０７、図４（ｅ））。その後、排出ローラ１０１０でメディア８の排出を行なう（図３のＳ０８）。そして、一連のプリント動作を終了する（図３のＳ０９）。

以上説明したように、接触部材１１０１は、メディア８の表面に接触して光学的に認識可能な凹凸形状を付与するものである。接触部材は、板バネ状の構造に限らず、別の形態をとることもできる。

図１０は接触部材の別の形態である。これは、拍車ローラのように、メディア８の搬送に従動して受動的に回転する回転体１５０１である。回転体１５０１の周囲は、鋭利な先端の複数の凸部を持った、裁縫で用いられるルーレットの回転歯のような形状を有している。図１１は、ベース部材１０１３にこの回転体を組み込んだ箇所の断面図である。回転体１５０１はメディア８の搬送に従動して回転して、図１２、図１３に示すように、鋭利な凸部の先端がメディア８の表面に接触して、視認が困難な程度の微細な、連続したミシン目状の傷をメディア８の表面に付与する。この傷は、回転体の鋭利な先端が刺さって出来るスポット状の凹凸がミシン目状に並んだものである。この傷を含む画像を撮像して、上記と同様にパターンマッチングを含む画像処理によって、メディアの移動情報を検出する。

なお、以上の例では、センサユニット７０１は、排出ローラ１０１０より搬送方向の下流側に配置しているが、上流側に配置するようにしてもよい。その場合も、接触部材１１０１や回転体１５０１は、搬送方向において撮像する位置よりも上流に位置させ、撮像の前に接触するようにする。

また、プリンタ機構の中で、移動するメディアと接触する部材に、接触部材１１０１や回転体１５０１のような接触部材を設けるようにしてもよい。例えば、搬送経路の各所の種々の搬送ガイド部材（プラテンを含む）の表面に、接触部材１１０１や回転体１５０１と同様の接触部材を設けるようにしてもよい。また、メディアを搬送するための回転駆動力を持った搬送ローラ９、排出ローラ１０１０、その他、メディアと接触する各種の従動ローラ等のローラ回転体の周囲に、回転体１５０１と同様の複数の鋭利な凸部を設けるようにしてもよい。これらの場合も、センサユニット７０１は、その撮像位置が、接触部材よりも搬送方向で下流となるように配置する。

接触部材がいずれの形態であっても、メディアの表面に光学的に認識可能な凹凸形状を、新たに付与するものであり、撮像で得られる画像データは、各位置で固有のパターンを持ったコントラストが高いものとなる。その結果、平滑なメディアを用いた場合でも、精度の高いパターンマッチング処理が可能となる。すなわち、様々なメディアに対応可能で、メディアの移動を高い精度で検出して、良好な品質での画像形成を可能とするプリンタを提供することができる。

また、メディア表面に新たに凹凸を付与することで、センサユニット７０１の受光部に対するメディアの上下の位置ズレに対する許容度も向上する。これについて図１４を用いて説明する。同図は、メディア８の表面、センサユニット７０１に含まれるレンズ７０６およびイメージセンサ７０５を模式的に描いたものである。画像７００はイメージセンサ７０５により撮像された画像であり、矢印で示す範囲の被写界深度６００は、レンズ７０６の光学特性による被写界深度、つまりイメージセンサ７０５上でピントが合う範囲を示している。図１４（ａ）は、設計上の本来の位置関係を示し、メディア８の表面は被写界深度６００の範囲内に位置している。そのため、イメージセンサ７０５で撮像された画像７００は、凹凸が高コントラストに現れた鮮明なものである。一方、図１４（ｂ）はメディア８とレンズ７０６の間隔が本来の位置関係から、遠ざかる方向にずれた状態を示す。メディア８の基準となる面は被写界深度６００の範囲から外れているが、接触部材によってメディア表面に形成された凹凸の凸部は被写界深度６００の範囲に入っている。従って、イメージセンサ７０５で撮像された画像７００は、少なくとも凹凸の凸部は鮮明に現れたものとなり、良好なパターンマッチング処理が可能となる。このように、本実施形態の方式を採用すれば、メディア８の表面の位置ズレに対する許容度が大きくなり、実用性の高いプリンタを実現することができる。

インクジェットプリンタの主要部の構成図 センサユニットの構成図 プリント時の処理のフローチャート図 各タイミングにおけるメディアの搬送状態を示す図 接触部材の構成図 接触部材とセンサ周りの構成図 凹凸形状の付与の様子を示す斜視図 凹凸形状の付与の様子を示す断面図 撮像で得た画像の例を示す図 別の形態の接触部材の構成図 接触部材とセンサ周りの構成図 凹凸形状の付与の様子を示す斜視図 凹凸形状の付与の様子を示す断面図 被写界深度内と外での撮像を説明する図 異なるタイミングで取得した画像の例を示す図 コントラスト発生部位が少ない場合の画像の例を示す図 コントラスト差が小さい場合の画像の例を示す図

符号の説明

１ ヘッドカートリッジ
８ メディア
９ 搬送ローラ
１０ コントローラ（制御部に相当）
７０１ センサユニット
７０５ イメージセンサ
７０７ 画像処理部（処理部に相当）
１１０１ 接触部材
１５０１ 回転体（接触部材に相当）

Claims (12)

1. メディアを搬送してプリントを行なうプリンタであって、
   メディアの表面を撮像して画像データを取得するセンサと、
   搬送方向において前記撮像する位置よりも上流にて、前記メディアの表面に接触して、前記メディアの表面に光学的に識別可能な凹凸形状を付与する接触部材と、
   前記画像データを用いて、画像処理によって前記メディアの移動情報を検出する処理部と、
   前記検出した移動情報に基づいて、前記メディアの搬送を制御する制御部と、
   を有することを特徴とするプリンタ。
2. 前記接触部材は、搬送されるメディアの表面に接触する凹凸面を有し、前記凹凸面がメディアの表面に擦り傷を与えて凹凸形状を付与することを特徴とする、請求項１記載のプリンタ。
3. 前記接触部材は、搬送されるメディアの表面に接触して回転する、複数の凸部を持った回転体を有し、前記回転体の凸部がメディアの表面に接触して凹凸形状を付与することを特徴とする、請求項１記載のプリンタ。
4. 前記回転体は、搬送されるメディアの移動に従動して回転することを特徴とする、請求項３記載のプリンタ。
5. 前記回転体は、メディアを搬送する回転駆動力を持つことを特徴とする、請求項３記載のプリンタ。
6. 前記接触部材は、搬送されるメディアを案内するガイド部材に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載のプリンタ。
7. 前記接触部材は、前記メディアのプリント面とは反対側の表面に接触することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか記載のプリンタ。
8. 前記処理部は、異なるタイミングで取得した複数の画像データを比較して、前記メディアの移動情報を検出することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか記載のプリンタ。
9. 前記処理部は、パターンマッチングを含む画像処理によって、前記複数の画像データを比較することを特徴とする、請求項８記載のプリンタ。
10. 前記移動情報は、前記メディアの移動量であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか記載のプリンタ。
11. 前記移動情報は、前記メディアの移動速度、移動加速度もしくは移動方向であることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか記載のプリンタ。
12. イメージセンサを用いて、物体の表面を撮像して画像データを取得するステップと、
    前記撮像の前に、前記物体の表面に、光学的に認識可能な凹凸形状を付与するステップと、
    前記物体の移動に伴って複数回の前記撮像を行い、得られた複数の画像データを比較して、前記物体の移動情報を検出するステップと、
    を有することを特徴とする、物体の移動検出方法。

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