JP2016085069A - 用紙位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出パターンの形状的特徴等を利用した手法で動作速度の遅いセンサの検出信号を処理し、用紙の搬送方向位置を精密に検出する用紙位置検出装置を提供する。【解決手段】用紙Ｐには、主走査方向Ｍに関する長さが用紙搬送方向Ｆの上流から下流に向けて短くなる検出パターン１０ａがある。イメージセンサがこれを検出し、主走査方向のデータ（長さｙ）を含む検出信号を出力する。制御手段は、検出信号と、搬送速度ｖと、パターンの頂角の半分θと、撮像時間ｔを用いて検出パターンの頂点Ｖの位置ｘを算出し、裏面の画像形成位置を修正して表面の画像に適合させる。【選択図】図４

Description

本発明は、搬送される用紙に形成された検出パターンを検出することにより、当該用紙の位置を特定する用紙位置検出装置に係り、特に、検出パターンの形状等を工夫することにより、比較的動作速度の遅いセンサを用いても検出パターンの位置を高分解能で特定して用紙の位置を精密に検出できる用紙位置検出装置に関するものである。

下記特許文献１には、ロール紙の余白に位置合わせ用のマークを印刷し、これを基にして表裏の印刷位置合わせを行う両面印刷装置等の発明が開示されている。この文献によれば、一般に２台のプリンタを用いて長尺用紙の両面に各々印刷を行なう両面印刷装置では、長い間印刷を継続すると両プリンタの紙送り精度の誤差が蓄積され、表側の面に印刷されたイメージと裏面に印刷すべきイメージとの間で位置のズレが生じる場合があると説明されている。このような課題を解決するため、この発明では、同文献の図４（ａ）に示すように、第１のプリンタでは、肉眼で視認することが不可能なマーク９３を一定間隔で印刷用紙の表側の面に付し、また同図４（ｂ）に示すように、第２のプリンタでは、このマーク９３を読み取り、その位置を基準として印刷開始位置の頭出しを行ない、用紙の裏面に印刷を実行することにより、第１及び第２のプリンタの紙送り精度の誤差の累積によるズレを解消させることができるものとされている。ここで、第２のプリンタでは、センサ１００がマーク９３を読み取ることになっているが、このセンサ１００に替えて紙端検出手段としてのフォトリフレクタ等のセンサを設け、用紙の先端を検出するようにしてもよいとの記載もある。

特開２００３−６３０７２号公報

例えば、画像形成手段としてインクジェットヘッドを備えたインクジェット印刷装置（ＩＪ印刷装置）のような従来の通常の画像形成装置では、用紙搬送方向に直交する用紙の幅方向（主走査方向と称する。）に関する用紙の位置ずれを検出する手段として、主走査方向の全体をカバーしうるサイズのイメージセンサを備えている場合がある。一般に、このように主走査方向の画像形成位置合わせに用いられているイメージセンサは、例えば数千個といった多数のＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を主走査方向に平行に並べた構成を有しており、所定の用紙搬送速度で搬送されている用紙に対して全撮像素子を一度に作動させることにより、その間に搬送されている用紙の所定範囲ごとに画像情報を取得することができるというものである。

この種のイメージセンサは、多数の撮像素子からそれぞれ送られてくる画像信号をシリアルに出力する簡単な構成とされており、画像形成装置において広く採用されているが、同時に画像情報の処理に時間がかかるという課題も抱えている。多数の撮像素子ごとに出力信号を並列に出力できるように外部装置と接続して動作速度を向上させることも考えられるが、これでは低価格というメリットがなくなってしまうため、搬送中に用紙の主走査方向の画像形成位置合わせに用いるセンサとしては、係る高コストの構造を採用することは考えられない。

ところで、前述した上記特許文献１の発明のような両面印刷装置において、この種のイメージセンサが主走査方向の検出用として既に設けられており、このセンサを印刷用紙に付したマークを読み取る第２のプリンタのセンサとしても流用できれば、新たに専用のセンサを別途に設ける必要がなくなり、システムの簡素化、低価格化が期待できる。

しかしながら、上記特許文献１に開示された両面印刷装置の発明によれば、印刷用紙の搬送が高速である場合には、第１のプリンタで印刷用紙に付したマークを読み取る第２のプリンタのセンサには高速の読取動作が必要となる。ところが、前述したイメージセンサは、先に述べたように、多数の撮像素子が出力する画像信号をシリアルに出力する構成であるため、用紙搬送方向に関する用紙の位置を高精度で検出する高速動作可能なセンサとしては使用することが困難である。

本発明は、このような従来の技術及びその課題に鑑みてなされたものであり、搬送される用紙に形成された検出パターンを検出することにより、当該用紙の位置を特定する用紙位置検出装置において、比較的動作速度の遅いセンサを用いても、検出パターンの形状的特徴等を利用したアルゴリズムで当該センサの検出信号を処理することにより、用紙の位置を精密に検出することができる用紙位置検出装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載された用紙位置検出装置は、
所定の用紙搬送方向に沿って搬送される用紙の位置を検出する用紙位置検出装置において、
用紙搬送方向に直交する主走査方向に関する長さが前記用紙搬送方向の上流から下流に向けて短くなるような図形を含む検出パターンを用紙の上に検出して少なくとも主走査方向のデータを含む検出信号を出力する検出手段と、
少なくとも前記検出手段が出力した前記検出信号を用いて、用紙搬送方向に関して最も下流にある前記検出パターンの一部分の位置を算出する制御手段と、
を具備することを特徴としている。

請求項２に記載された用紙位置検出装置は、請求項１記載の用紙位置検出装置において、
前記制御手段が、
前記検出手段が出力した前記検出信号に含まれる主走査方向のデータと、
用紙の搬送速度と、
前記検出手段が前記検出パターンを検出する時間と、
前記検出パターンの形状に関するデータとを用いて、
前記検出パターンの一部分の位置を算出することを特徴としている。

請求項１に記載された用紙位置検出装置によれば、検出手段は、所定の搬送速度で搬送されている用紙の検出パターンを検出して検出信号を出力する。この検出パターンは、用紙の幅方向に関する長さ、すなわち用紙の主走査方向に関する長さが、用紙搬送方向の上流から下流に向けて短くなるような図形であるか、又は係る図形を含むような図形とされている。そして、検出手段が当該検知パターンを検出している間、用紙は所定の搬送速度で搬送されている。このため、検出手段が出力する検出信号は、検出パターンの主走査方向の長さの変化に関する情報（主走査方向のデータ）を含んでいる。従って、制御手段は、この検出信号を利用することにより、用紙搬送方向に関して最も下流にある検出パターンの一部分の位置を高分解能で特定し、用紙の位置を精密に検出することができる。

請求項２に記載された用紙位置検出装置によれば、制御手段は、検出手段が出力した検出信号に含まれる主走査方向のデータを利用するとともに、用紙の搬送速度と、検出手段が検出パターンを検出している時間と、検出パターンの形状に関するデータを併せ利用すれば、検出パターンの一部分の位置を精密に算出することができる。

実施形態の用紙位置検出装置を備えた画像形成装置を一部の構成を省略して示す概略構成図である。 実施形態の画像形成装置において、画像と検出パターンが形成されて所定の用紙搬送方向に搬送されていく用紙の底面図（下面側の図）である。 実施形態の画像形成装置において、用紙に形成される検出パターンの形状例を示す図である。 分図（ａ）は、実施形態の画像形成装置において、用紙に形成された特定形状（二等辺三角形）の検出パターンをイメージセンサで検出する際に各検出タイミングで検出される撮像領域及び各撮像領域において検出される検出パターンの各部分を示す図である。分図（ｂ）は、分図（ａ）に示す各撮像領域においてイメージセンサが出力する検出信号の波形を示す図である。 分図（ａ）は、実施形態の画像形成装置において、用紙に形成された特定形状（平行四辺形）の検出パターンをイメージセンサで検出する際に各検出タイミングで検出される撮像領域及び各撮像領域において検出される検出パターンの各部分を示す図である。分図（ｂ）は、分図（ａ）に示す各撮像領域においてイメージセンサが出力する検出信号の波形を示す図である。 分図（ａ）は、図５に示す特定形状（平行四辺形）の検出パターンの検出において、特定タイミングにおける撮像領域及び当該撮像領域において検出される検出パターンの部分を示す図である。分図（ｂ）は、分図（ａ）に示す撮像領域においてイメージセンサが出力する検出信号の波形を示す図である。 分図（ａ）は、図６に示す特定タイミングの撮像領域において検出される検出パターンの部分を示す図であり、分図（ｂ）は、分図（ａ）に示す検出パターンの拡大図であり、いずれも当該検出パターンの特定位置を算出する便宜のために当該検出パターンを２つの領域に分けて示した図である。 図７に示す特定タイミングの撮像領域で検出された検出パターン中の特定位置を算出する便宜のため、当該検出パターン中に含まれる図形と、特定位置を算出する手法を示す図である。 分図（ａ）及び（ｂ）は、実施形態の画像形成装置において用紙に形成される検出パターンの他の形状例を示す図であり、分図（ｃ）は、実施形態の画像形成装置において用紙に形成しても用紙の位置検出ができない検出パターンの形状例を示す図である。 図９（ｃ）に示す検出パターンが本実施形態で用紙の検知に利用できない理由を示す図である。分図（ａ）は、実施形態の画像形成装置において、用紙に形成された特定形状（逆二等辺三角形）の検出パターンをイメージセンサで検出する際に各検出タイミングで検出される撮像領域及び各撮像領域において検出される検出パターンの各部分を示す図であり、分図（ｂ）は、分図（ａ）に示す各撮像領域においてイメージセンサが出力する検出信号の波形を示す図である。

１．実施形態の画像形成装置の構成について（図１〜図３）
図１に示す本実施形態の画像形成装置１は、連続帯状の用紙を巻回してなるロール紙を展開、搬送し、その両面に画像を形成する両面印刷装置である。そして、その一構成部分として用紙搬送方向Ｆに関する用紙Ｐの位置を精密に検出する用紙位置検出装置を備えており、この用紙位置検出装置が検出した用紙Ｐの位置に基づいて画像形成位置を制御することにより、表裏面にそれぞれ形成される画像の位置合わせを精密に行うことを特徴とするものである。

図１には示さないロール紙から展開された連続帯状の用紙Ｐの下面には、図示しない第１の画像形成手段である第１インクジェットヘッド（第１ＩＪヘッド）により、必要な画像が形成されるとともに、その印面外の部分に後述する所定形状の検出パターンも印刷される。

図１に示すように、下面側に必要な画像と検出パターンが印刷された用紙Ｐは、搬送手段である複数個の搬送ローラ２により、所定の用紙搬送方向Ｆに沿って、所定の搬送速度ｖで搬送される。搬送ローラ２の一部は駆動手段であるモータＭＴに連動連結された駆動ローラであり、その他の搬送ローラ２は従動ローラである。

図１中、上側に位置する用紙Ｐの上面に対面するように、第２の画像形成手段としての第２インクジェットヘッド３（第２ＩＪヘッド３）が下向きで配置されており、搬送されてきた用紙の上面に任意の画像を形成できるようになっている。

図１に示すように、用紙搬送方向Ｆについて、第２ＩＪヘッド３の上流側には、用紙Ｐの下面に対面するように、検出手段としてのイメージセンサ４が上向きで配置されており、その上流において第１ＩＪヘッドで用紙の下面に印刷された検出パターンを検出し、第２ＩＪヘッド３による画像形成位置を制御するための検出信号を出力できるようになっている。

このイメージセンサ４は、例えば数千個といった多数のＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を、用紙搬送方向Ｆと直交する用紙の幅方向に平行な主走査方向Ｍに沿って並べたものである。そして、用紙搬送速度ｖで搬送されている用紙Ｐに対して所定の撮像時間ｔで全撮像素子を一度に作動させることにより、その間に搬送されている用紙Ｐの所定範囲の面積について画像情報を取得することができる。なお、この１回の撮像による所定範囲の面積は、詳細は後述するが、用紙搬送方向Ｆの長さｖｔと用紙の幅Ｗ（図２参照）の積によって求められる。

図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１は、制御手段５を備えている。この制御手段５は、少なくとも第１ＩＪヘッド及び第２ＩＪヘッド３と、イメージセンサ４を含む各種センサ類と、搬送ローラ２のモータＭＴ、さらに入力手段及び表示手段を兼ねた図示しない操作パネル等に接続されている。制御手段５は、予め格納された画像形成プログラムや駆動データ、さらに操作パネルから入力された画像形成指令や外部ＰＣ等から入力された画像データ等に応じ、イメージセンサ４を含む各種センサからの信号を利用しつつ、接続されている装置各部を統括的に制御して画像の形成を実行させることができる。

なお、前記イメージセンサ４は、多数の撮像素子からそれぞれ送られてくる画像信号をシリアルに出力する簡単な構成とされており、そのために価格も安く、従来の画像形成装置では用紙の幅方向の位置検出用として広く採用されている。しかし、同時に画像情報のシリアル処理に時間がかかるという課題も抱えているが、後述するように、本実施形態では、特殊な形状等の検出パターンを検出したイメージセンサ４の検出信号等に基づき、特殊なデータ処理手法により、用紙搬送方向Ｆについての用紙Ｐの位置を精密に検出するセンサとして応用している。すなわち、用紙Ｐの幅方向の位置検出用である既設のイメージセンサを、本実施形態では、用紙搬送方向Ｆの精密な位置検出に応用している。

なお、以上の説明から分かるように、用紙Ｐについて上面、下面という表現は相対的なものであり、実施形態では先に画像を形成される側の面を下面と称しており、後に画像を形成される側の面を上面と称している。また、第２ＩＪヘッド３で画像形成された用紙Ｐは、図１には示さないが、搬送ローラ２の駆動により下流に送られ、図示しない用紙排出部や用紙後処理装置等に送り込まれる。

図２は、実施形態の画像形成装置１において、画像と検出パターンが形成されて所定の用紙搬送方向Ｆに搬送されていく用紙Ｐの下面側を見た底面図である。用紙搬送方向Ｆに移動していく用紙Ｐの下面には、所定間隔で設けられた画像形成領域（印面）に必要な画像Ａが第１ＩＪヘッドにより形成されており、また隣接する画像形成領域Ｅと画像形成領域の間の余白領域Ｂには、検出パターンが第１ＩＪヘッドにより形成されている。

図２に示すように、本実施形態において用紙Ｐに形成される検出パターン１０は、用紙搬送方向Ｆに直交する主走査方向Ｍに関する長さが、用紙搬送方向Ｆの上流から下流に向けて短くなるような図形を含む検出パターンである。図２では、このような形状の一例として、用紙搬送方向Ｆの上流側に底辺があり、下流側に頂点Ｖを向けた三角形（二等辺三角形）の検出パターン１０ａを示した。

図３は、本実施形態の画像形成装置１において、用紙Ｐに形成される検出パターン１０の形状例を用紙搬送方向Ｆ及び主走査方向Ｍとともに例示した図である。図中左側の三角形（検出パターン１０ａ）は、図２と同様の二等辺三角形である。その他、図中中央に示すような直角三角形（検出パターン１０ｂ）や、図中右側の平行四辺形（検出パターン１０ｃ）も、本実施形態において検出パターン１０として利用できる。
このような形状の検出パターン１０をイメージセンサ４によって検出することにより、用紙搬送方向Ｆについての用紙Ｐの位置を精密に検出する手法について、以下に説明する。

２．二等辺三角形の検出パターン１０ａによる用紙Ｐ位置検出について（図４）
二等辺三角形の検出パターン１０ａをイメージセンサ４で読み取って用紙Ｐの位置を検出する手法について、図４を参照して説明する。以下の手法において、イメージセンサ４の制御、イメージセンサ４から得られた検出信号を用いた演算処理、演算結果を用いた各部の制御は、制御手段５により行われる。

図４（ａ）に示すように、用紙Ｐは用紙搬送方向Ｆに沿って用紙搬送速度ｖで搬送されている。イメージセンサ４は、この用紙搬送速度ｖで搬送されている用紙Ｐを撮像時間ｔで連続的に撮像する。その結果、例えば図４（ａ）に示すように、検出パターン１０ａの付近では、用紙搬送方向Ｆに関する長さｖｔの各撮像範囲（１）〜（４）にある検出パターン１０ａを、それぞれ１回の操作で撮像し、各撮像範囲（１）〜（４）について画像情報をそれぞれ取得することができる。なお、この図４（ａ）では、検出パターン１０ａ付近のみを図示している。

図４（ｂ）は、イメージセンサ４が各撮像範囲（１）〜（４）について取得した画像情報を示す。図４（ｂ）の各グラフにおいて、横軸は主走査方向Ｍに並んだイメージセンサ４の各撮像素子（ピクセル）の位置を示しており、縦軸は黒を示す０から白を示す２５５までのアナログ値で表すイメージセンサ４の出力を示している。図４（ｂ）に示すように、イメージセンサ４は、各撮像範囲（１）〜（４）に含まれる検出パターン１０ａの形状に対応した検出信号を出力している。

この例では、検出パターン１０ａの形状が二等辺三角形であり、かつ用紙搬送方向Ｆについて下流側に頂点Ｖを向けるとともに底辺が主走査方向Ｍに平行な配置となっている。このような形状又は配置の検出パターン１０ａを用いて用紙Ｐの位置（又は画像の位置）を精密に検出するため、この二等辺三角形の頂点Ｖの位置を特定する。そして、当該頂点Ｖの位置は、用紙搬送速度ｖとイメージセンサ４の撮像時間ｔで決まる各撮像範囲（１）〜（４）の境界線Ｌのうち、検出パターン１０ａと交差しておらず、かつ最も当該頂点Ｖに近い位置にある境界線Ｌ１から、用紙搬送方向Ｆに沿って測定した長さｘで特定することができる。

図４（ａ）中に、用紙搬送方向Ｆについての撮像範囲の長さｖｔと、検出パターン１０ａの位置を特定する頂点Ｖと境界Ｌ１の間隔（長さ）ｘを示す。さらに、二等辺三角形の検出パターン１０ａの形状を特定する各部の寸法を文字で示す。すなわち、当該二等辺三角形が撮像範囲（２），（３）の境界線Ｌと交差する主走査方向Ｍの長さｙと、当該二等辺三角形の頂角を２等分した角度θ（すなわち、用紙搬送方向Ｆに対する検出パターン１０ａの斜辺の傾き角度）と、当該二等辺三角形の頂角の２等分線が前記長さｙの線分に達する長さｚ（すなわち、前記長さｙの線分を底辺とする三角形における当該底辺の垂直二等分線の長さ）を図４（ａ）中に示す。

以上の各文字で表される数値において、用紙搬送速度ｖ、イメージセンサ４の１回の撮像時間ｔ、検出パターン１０ａの頂角の半分の角度θは既定値であり、検出パターン１０ａが撮像範囲（２），（３）の境界線Ｌと交差する主走査方向Ｍの長さｙはイメージセンサ４の出力（図４（ｂ）の（２））から分かる。これらの値から、制御手段５が以下のようなアルゴリズムで検出パターン１０ａの頂点Ｖの位置を特定する長さｘを求める。

図４（ａ）から明らかなように、以下の２式が成り立つ。
ｘ＝ｖｔ−ｚ … 式１
ｚ＝（ｙ／２）／ｔａｎθ … 式２
式１に式２を代入すると、
ｘ＝ｖｔ−（ｙ／２）／ｔａｎθ … 式３

制御手段５は、式３に基づいて検出パターン１０ａの頂点Ｖの位置ｘを求め、用紙搬送方向Ｆに関する用紙Ｐの精密な位置を特定する。その結果に基づき、制御手段５は第１ＩＪヘッド及びイメージセンサ４の下流側にある第２ＩＪヘッド３の駆動タイミングを調整し、用紙Ｐの裏面に形成された画像に精密に対応した表側の位置に、第２ＩＪヘッド３で画像を形成させる。従って、第１ＩＪヘッドから第２ＩＪヘッド３に搬送される間に、用紙搬送方向Ｆに関する用紙Ｐの位置にずれが生じたとしても、これは修正され、表裏の画像が正確に対応した印刷結果を得ることができる。

しかも、本実施形態によれば、このような優れた効果が、新たに高速動作の高価なセンサを別途設けることなく達成できる。すなわち、従来の画像形成装置では、用紙の幅方向の端部を検出する目的で、比較的、動作速度は遅いが安価なセンサとしてイメージセンサが広く使用されているが、本実施形態では、このイメージセンサを用紙の幅方向の端部を検出する目的以外に流用することにより、多額の追加費用をかけることなく、実用上重要な新たな効果を達成することができた。

３．平行四辺形の検出パターン１０ｃによる用紙位置検出について（図５〜図８）
平行四辺形の検出パターン１０ｃをイメージセンサ４で読み取って用紙Ｐの位置を検出する手法について、図５〜図８を参照して説明する。以下の手法において、イメージセンサ４の制御、イメージセンサ４から得られた検出信号を用いた演算処理、演算結果を用いた各部の制御は、制御手段５により行われる。

図５（ａ）に示すように、用紙Ｐは用紙搬送方向Ｆに沿って用紙搬送速度ｖで搬送されている。イメージセンサ４は、この用紙搬送速度ｖで搬送されている用紙Ｐを撮像時間ｔで連続的に撮像する。その結果、例えば図５（ａ）に示すように、検出パターン１０ｃの付近では、用紙搬送方向Ｆに関する長さｖｔの各撮像範囲（１）〜（４）にある画像を、それぞれ１回の操作で撮像し、各撮像範囲（１）〜（４）について画像情報をそれぞれ取得することができる。なお、この図５（ａ）では、検出パターン１０ｃ付近のみを図示しているが、イメージセンサ４は用紙搬送方向Ｆと直交する主走査方向Ｍについて用紙Ｐの全幅にわたる長さで並んだ多数の撮像素子を有しており、用紙Ｐの全幅にわたり、用紙搬送方向Ｆについて長さｖｔの範囲にある画像を、１回の操作で撮像することができる。

図５（ｂ）は、イメージセンサ４が各撮像範囲（１）〜（４）について取得した画像情報を示す。図５（ｂ）の各グラフにおいて、横軸は主走査方向Ｍに並んだイメージセンサ４の各撮像素子（ピクセル）の位置を示しており、縦軸は黒を示す０から白を示す２５５までのアナログ値で表すイメージセンサ４の出力を示している。図５（ｂ）に示すように、イメージセンサ４は、各撮像範囲（１）〜（４）に含まれる検出パターン１０ｃの形状に対応した検出信号を出力している。

この例では、検出パターン１０ｃの形状が平行四辺形であり、かつ、その一方の対辺が主走査方向Ｍに平行（従って用紙搬送方向Ｆに対して直交）であり、他方の対辺が用紙搬送方向Ｆに対して傾斜した（従って主走査方向Ｍに対しても傾斜した）配置となっている。このような形状又は配置の検出パターン１０ｃを用いて、用紙Ｐの位置（又は画像の位置）を精密に検出するため、主走査方向Ｍに平行な一方の対辺のうち、用紙搬送方向Ｆについて下流側の辺の位置を特定する。そして、当該辺の位置は、用紙搬送速度ｖとイメージセンサ４の撮像時間ｔで決まる各撮像範囲（１）〜（４）の境界線Ｌのうち、検出パターン１０ｃと交差しておらず、かつ最も当該辺に近い位置にある境界線Ｌ１から、用紙搬送方向Ｆに沿って測定した長さｘで特定することができる。図５（ａ）中に、各撮像範囲（１）〜（４）の用紙搬送方向Ｆについての長さｖｔと、検出パターン１０ｃの位置を特定する上方の辺と境界Ｌ１の間隔（長さ）ｘを示す。

図６は、図５（ａ）に示す撮像範囲（２）の検出パターン１０ｃと、図５（ｂ）に示す撮像範囲（２）の検出パターン１０ｃに対応するイメージセンサ４の出力を示したものである。この撮像範囲（２）内において主走査方向Ｍを通過する検出パターン１０ｃの最大長さ、すなわち検出パターン１０ｃを検出する撮像素子の最大範囲は、図６中に示すようにｙとなる。この長さｙは、図６（ｂ）に示すように、イメージセンサ４の出力から得られる長さ（測定値）である。

図７は、図６に示した撮像範囲（２）で検出された検出パターン１０ｃの画像を解析し、検出パターン１０ｃの先端を求めるアルゴリズムを説明する第１の図である。図７（ａ）は図６（ａ）に対応する図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）中の図形を取り出して拡大して示したものである。これら図７（ａ）、（ｂ）に示すように、撮像範囲（２）で検出された検出パターン１０ｃを、横縞で示す直角三角形３０と、縦縞で示す四辺形４０とに分けて考え、各部の寸法を図７（ｂ）に示すような符合で表すものとする。すなわち、横縞で示す直角三角形３０の底辺の長さをｙ’とし、四辺形４０の上底の長さをｙ_t とする。ここで、ｙ_t は、検出パターン１０ｃの平行四辺形４０の辺の長さ（既知）である。また、長さｙは、前述したようにイメージセンサ４の出力から得られる長さ（測定値）である。
なお、便宜上、直角三角形３０又は四辺形４０の用紙搬送方向Ｆについての高さをｚとする。
図７（ｂ）に示す各長さｙ’、ｙ（測定値）、ｙ_t （既知）は、次式の関係にある。
ｙ’＝ｙ−ｙ_t … 式４

図８は、図７で示した直角三角形３０に着目して検出パターン１０ｃの先端を求めるアルゴリズムを説明する第２の図である。ここで、検出パターン１０ｃの先端とは、用紙搬送方向Ｆについての先端であって、直角三角形３０の頂点Ｖである。この頂点Ｖは、前記平行四辺形４０の主走査方向Ｍに平行な一対の辺のうち、用紙搬送方向Ｆについて下流側の辺の上に存在する。従って、図６及び図７に示すように、この検出パターン１０ｃの先端である直角三角形３０の頂点Ｖは、撮像範囲（２）の境界線Ｌのうち検出パターン１０ｃと交差しておらず、かつ最も当該頂点Ｖに近い位置にある境界線Ｌ１との間の長さｘで特定される。

ここで、図８に示す用紙搬送速度ｖ、イメージセンサ４の１回の撮像時間ｔ、直角三角形３０の頂角θ（すなわち、直角三角形３０の斜辺が用紙搬送方向Ｆに対して傾斜している角度）は既知である。また、直角三角形３０の底辺の長さをｙ’は、前記式４によりｙ（イメージセンサ４の検出値）及びｙ_t （既知）より演算可能である。これらの各値から、制御手段５が以下のようなアルゴリズムで検出パターン１０ｃに含まれる三角形の頂点Ｖの位置を特定する長さｘを求める。

図７及び図８から明らかなように、以下の２式が成り立つ。
ｘ＝ｖｔ−ｚ … 式５
ｚ＝ｙ’／ｔａｎθ … 式６
式５に式６を代入すると、
ｘ＝ｖｔ−ｙ’／ｔａｎθ … 式７

制御手段５は、式７に基づいて検出パターン１０ｃ中に含まれる直角三角形３０の頂点Ｖの位置ｘを求め、用紙搬送方向Ｆに関する用紙Ｐの精密な位置を特定する。その結果として、前項で説明した二等辺三角形の検出パターン１０ａを使用した場合と同様の優れた効果を達成することができた。

４．その他の形状の検出パターン１０による用紙位置検出について（図９〜図１０）
以上、本実施形態では、検出パターン１０として、先端を下流に向けた三角形の検出パターン１０ａ，１０ｂや、用紙搬送方向Ｆについて所定の配置とした平行四辺形の検出パターン１０ｃを利用することができるが、検出パターン１０の形状及び配置等はこれらに限定されるものではない。

例えば、図９（ａ）に示すように、直径が用紙搬送方向Ｆに直交する（すなわち主走査方向Ｍに平行な）半円形の検出パターン１０ｄや、図９（ｂ）に示すように、用紙搬送方向Ｆに平行な中心線について対称形状であり、用紙搬送方向Ｆの下流に向けて主走査方向Ｍの幅が階段状に狭まっていく階段ピラミッド状の検出パターン１０ｅも、本実施形態で用紙Ｐに形成する検出パターン１０として有効である。要するに、本実施形態で利用可能な検出パターン１０としては、前記二等辺三角形の検出パターン１０ａのように、用紙搬送方向Ｆに直交する主走査方向Ｍに関する長さが用紙搬送方向Ｆの上流から下流に向けて短くなるような形状及び配置であってもよいし、また前記平行四辺形の検出パターン１０ｃのように、前記直角三角形３０のような形状及び配置の図形が含まれるようなものでもよい。従って、以上説明した検出パターン１０は例示に過ぎず、以上の説明に適合する範囲において異なる形状や配置のパターンも本発明の範囲に含まれる。例えば、短い上底及び長い下底が主走査方向Ｍに平行であり、上底が用紙搬送方向Ｆの下流側にあるような台形でもよい。

但し、以上の説明に適合しない形状や配置のパターンは本発明の範囲外である。例えば、図９（ｃ）に示すように、二等辺三角形ではあるが、主走査方向Ｍに平行な底辺が用紙搬送方向Ｆの下流側にあり、頂点Ｖが下流側にあるような形状及び配置（このパターンを逆二等辺三角形５０と称する）は、発明の目的を達成することはできない。

図１０は、図９（ｃ）に示す逆二等辺三角形５０の検出パターンでは、検出パターン中の特定位置を確実には検出できないことを説明する図である。そして、図１０（ａ）は、用紙Ｐに形成された逆二等辺三角形５０の検出パターンをイメージセンサ４で検出する際に、異なる撮像タイミング１、２で検出した場合の各撮像領域において検出される検出パターンの各部分を示す図であり、図１０（ｂ）は、同図（ａ）に示す各撮像領域において、イメージセンサ４が出力する検出信号の波形を示す図である。

図９（ｃ）又は図１０（ａ）に示す逆二等辺三角形５０の検出パターンでは用紙Ｐの位置を精密に検出できないのは、図１０に示すように、異なる撮像タイミング１又は２であっても、主走査方向Ｍについて逆二等辺三角形５０を検出する撮像素数（ピクセル）の数が同じになる場合があるためである。すなわち、撮像タイミング１と、撮像タイミング２を比較した場合、本実施形態の手法で主走査方向Ｍの画素数（ｙ）を計測すると、撮像タイミング１、撮像タイミング２ともに同じ値になる。本実施形態では主走査方向Ｍの撮像素数（ピクセル）が同数の場合、同じタイミングで撮像したと判断している。このため、撮像タイミング１と撮像タイミング２を区別できず、どちらも同じタイミングで撮像したと誤検知してしまう。このため、前記逆二等辺三角形５０の検出パターンは本発明には適さない。

以上説明した実施形態では、イメージセンサ４と制御手段５を有する本発明の用紙位置検出装置を、ロール紙に印刷を行う画像形成装置１に設けた例を説明したが、ロール紙でなく枚葉紙を対象とする画像形成装置にも適用可能であり、さらに、本発明の用紙位置検出装置は必ずしも画像形成装置のみに適用されるものでもなく、用紙を搬送する装置一般において用紙の搬送方向の位置を精密に検出する目的で広く使用することができる。

また、本発明の用紙位置検出装置は、搬送される用紙の位置を搬送方向について精密に検出することを目的としないイメージセンサのようなセンサを用いているにも関わらず、特殊な検出パターン１０と特殊な演算アルゴリズムによって、用紙Ｐの搬送方向に関する位置を精密に特定できることを特徴としているが、安価で搬送方向の検出精度が高くないイメージセンサのようなセンサとしては、他にラインカメラやＣＣＤスキャナー等もあり、これらを用いても同等の効果を得ることができる。

なお、本発明の名称は用紙位置検出装置であるが、用紙に形成された検出パターンの特定位置を検出するとの観点に立てば、同一の技術的思想を、画像位置検出装置又はパターン検出装置という名称で捉えることも可能である。

１…画像形成装置
３…画像形成手段としての第２インクジェットヘッド（第２ＩＪヘッド）
４…検出手段としてのイメージセンサ
５…制御手段
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ…検出パターン
３０…検出パターン中に含まれる直角三角形
Ｆ…用紙搬送方向
Ｐ…用紙
Ｍ…主走査方向
Ｌ…撮像領域の境界
（１）〜（４）…撮像領域

Claims (2)

1. 所定の用紙搬送方向に沿って搬送される用紙の位置を検出する用紙位置検出装置において、
   用紙搬送方向に直交する主走査方向に関する長さが前記用紙搬送方向の上流から下流に向けて短くなるような図形を含む検出パターンを用紙の上に検出して少なくとも主走査方向のデータを含む検出信号を出力する検出手段と、
   少なくとも前記検出手段が出力した前記検出信号を用いて、用紙搬送方向に関して最も下流にある前記検出パターンの一部分の位置を算出する制御手段と、
   を具備することを特徴とする用紙位置検出装置。
2. 前記制御手段は、
   前記検出手段が出力した前記検出信号に含まれる主走査方向のデータと、
   用紙の搬送速度と、
   前記検出手段が前記検出パターンを検出する時間と、
   前記検出パターンの形状に関するデータとを用いて、
   前記検出パターンの一部分の位置を算出することを特徴とする請求項１記載の用紙位置検出装置。