JP2024070594A - Paper type discrimination device and image forming device - Google Patents
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Abstract
【課題】紙種の判別精度を向上する。【解決手段】光を照射する発光素子と、発光素子から用紙に照射された光の反射光または透過光を受光面で受光する受光素子と、のいずれか一方の1個あたり、いずれか他方が複数個設けられている。基板は、発光素子と受光素子との複数個のいずれか他方を支持する支持面を有している。用紙の表面に沿う面方向における、第1の受発光点と第2の受発光点との距離をr1、第1の受発光点と第3の受発光点との距離をr2とする。用紙の表面の法線方向における、支持面と第2の受発光点との距離をh1、支持面と第3の受発光点との距離をh2、第1の受発光点と用紙との距離をz0、第2の受発光点と用紙との距離をz1とする。A=(r2-r1)/(h2-h1)、x=2r1/(z0+z1)とすると、Aとxとは、k1/x+a1・x+b1≦A≦k2/x+a2・x+b2を満たす。【選択図】図15[Problem] To improve the accuracy of identifying paper types. [Solution] A light-emitting element that emits light and a light-receiving element that receives reflected or transmitted light irradiated from the light-emitting element onto paper on a light-receiving surface are provided with a plurality of the other element for each of the light-emitting elements and the light-receiving elements. The substrate has a support surface that supports the other of the plurality of light-emitting elements and the light-receiving elements. In a surface direction along the surface of the paper, the distance between the first light-emitting and receiving point and the second light-emitting and receiving point is r1, and the distance between the first light-emitting and receiving point and the third light-emitting and receiving point is r2. In a normal direction to the surface of the paper, the distance between the support surface and the second light-emitting and receiving point is h1, the distance between the support surface and the third light-emitting and receiving point is h2, the distance between the first light-emitting and receiving point and the paper is z0, and the distance between the second light-emitting and receiving point and the paper is z1. If A = (r2-r1)/(h2-h1) and x = 2r1/(z0+z1), then A and x satisfy k1/x+a1.x+b1≦A≦k2/x+a2.x+b2. [Selected figure] Figure 15
Description
本開示は、紙種判別装置、および画像形成装置に関する。 This disclosure relates to a paper type discrimination device and an image forming device.
画像形成装置の定着条件は紙種によって異なるため、紙種に応じた設定が必要である。従来では紙種をユーザーが操作パネルに入力していたが、近年ではセンサーを用いて自動的に紙種を判別し設定を変更する紙種判別装置が知られている。自動的に紙種を判別する紙種判別装置には、用紙に光を照射したときの反射光量と透過光量とに基づいて紙種を判別するものがある。 The fixing conditions of an image forming device vary depending on the paper type, so settings according to the paper type are necessary. Conventionally, the user would input the paper type into an operation panel, but in recent years, paper type discrimination devices have become known that use sensors to automatically determine the paper type and change the settings. Some paper type discrimination devices that automatically determine the paper type determine the paper type based on the amount of reflected light and transmitted light when light is irradiated onto the paper.
国際公開2018/029884号(特許文献1)には、波長の異なる複数の光源の光を紙に照射し、その反射光を用いて紙種を判別する方式が記載されている。特開2019-056613号公報(特許文献2)には、光源からの反射光を複数のセンサーで受光し、紙種を判別する方式が記載されている。 International Publication No. WO 2018/029884 (Patent Document 1) describes a method of irradiating paper with light from multiple light sources with different wavelengths and using the reflected light to identify the paper type. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-056613 (Patent Document 2) describes a method of receiving reflected light from a light source with multiple sensors to identify the paper type.
紙種判別の対象の用紙までの位置が変動すると、反射光を受光するセンサーの複数の受光量が相対的に変化し、紙種の判別精度が低下することがある。 If the position of the paper being identified changes, the amount of light received by the multiple sensors that receive the reflected light changes relatively, which can reduce the accuracy of identifying the paper type.
本開示では、紙種の判別精度を向上できる技術が提案される。 This disclosure proposes technology that can improve the accuracy of identifying paper types.
本開示では、以下の紙種判別装置が提案される。
(第1項)紙種判別装置は、発光素子と、受光素子とを備えている。発光素子は、用紙に向けて光を照射する。受光素子は、光を受光する受光面を有しており、発光素子から用紙に照射された光の反射光または透過光を検出する。発光素子と受光素子とのいずれか一方の1個あたり、発光素子と受光素子とのいずれか他方が複数個設けられている。発光素子と受光素子とのいずれか一方は、第1の受発光点を有している。発光素子と受光素子とのいずれか他方は、第2の受発光点と第3の受発光点とを有している。受発光点は、発光素子から出射される光線の虚像点の位置、または、受光素子の受光面の虚像点である。紙種判別装置は、基板をさらに備えている。基板は、発光素子と受光素子との複数個のいずれか他方を支持する支持面を有している。用紙の表面に沿う面方向における、第1の受発光点と第2の受発光点との距離をr1とする。面方向における、第1の受発光点と第3の受発光点との距離をr2とする。用紙の表面の法線方向における、支持面と第2の受発光点との距離をh1とする。法線方向における、支持面と第3の受発光点との距離をh2とする。法線方向における、第1の受発光点と用紙との距離をz0とする。法線方向における、第2の受発光点と用紙との距離をz1とする。A=(r2-r1)/(h2-h1)とする。x=2r1/(z0+z1)とする。Aとxとは、k1/x+a1・x+b1≦A≦k2/x+a2・x+b2の関係式を満たす。ただし、k1=0.059、a1=-1.050、b1=0.304、k2=0.714、a2=-0.467、b2=0.0666である。
In the present disclosure, the following paper type discrimination device is proposed.
(1) The paper type discrimination device includes a light-emitting element and a light-receiving element. The light-emitting element irradiates light toward the paper. The light-receiving element has a light-receiving surface that receives light, and detects reflected or transmitted light of the light irradiated from the light-emitting element to the paper. For each of the light-emitting element and the light-receiving element, a plurality of the other of the light-emitting element and the light-receiving element are provided. Either the light-emitting element or the light-receiving element has a first light-emitting and receiving point. The other of the light-emitting element and the light-receiving element has a second light-emitting and receiving point and a third light-emitting and receiving point. The light-emitting and receiving point is the position of a virtual image point of a light ray emitted from the light-emitting element, or a virtual image point on the light-receiving surface of the light-receiving element. The paper type discrimination device further includes a substrate. The substrate has a support surface that supports the other of the plurality of light-emitting elements and the plurality of light-receiving elements. The distance between the first light-emitting and receiving point and the second light-emitting and receiving point in the surface direction along the surface of the paper is defined as r1. The distance between the first light-emitting and receiving point and the third light-emitting and receiving point in the surface direction is r2. The distance between the support surface and the second light-emitting and receiving point in the normal direction of the paper surface is h1. The distance between the support surface and the third light-emitting and receiving point in the normal direction is h2. The distance between the first light-emitting and receiving point and the paper in the normal direction is z0. The distance between the second light-emitting and receiving point and the paper in the normal direction is z1. A=(r2-r1)/(h2-h1). x=2r1/(z0+z1). A and x satisfy the relational expression k1/x+a1.x+b1≦A≦k2/x+a2.x+b2. However, k1=0.059, a1=-1.050, b1=0.304, k2=0.714, a2=-0.467, b2=0.0666.
(第2項)第1項に記載の紙種判別装置において、法線方向における支持面と受発光点との距離が大きくなるほど、面方向における発光素子と受光素子との距離を小さくしてもよい。 (2) In the paper type discrimination device described in 1, the distance between the light emitting element and the light receiving element in the surface direction may be reduced as the distance between the support surface and the light receiving point in the normal direction increases.
(第3項)第1項または第2項に記載の紙種判別装置において、xは、x≧0.84の関係式を満たしてもよい。 (3) In the paper type discrimination device described in 1 or 2, x may satisfy the relational expression x ≧ 0.84.
(第4項)第1項から第3項までのいずれか1項に記載の紙種判別装置において、発光素子は、ランバーシャン特性を有してもよい。
(4) In the paper type discrimination device described in any one of
(第5項)第1項から第4項までのいずれか1項に記載の紙種判別装置において、支持面は平面であり、発光素子と受光素子とのいずれか一方は、支持面上に配置されてもよい。
(5) In the paper type discrimination device described in any one of
(第6項)第1項から第5項までのいずれか1項に記載の紙種判別装置において、発光素子と受光素子との複数個のいずれか他方の各々が出射し発光素子と受光素子とのいずれか一方が受光する光量の比を用いて、すなわち複数個の発光素子の各々が出射し受光素子が受光する光量の比を用いて、用紙の紙種判別を行なってもよい。または、発光素子と受光素子との複数個のいずれか他方の各々が受光する光量の比を用いて、すなわち複数個の受光素子の各々が受光する光量の比を用いて、用紙の紙種判別を行なってもよい。
(6) In the paper type discrimination device described in any one of
(第7項)第1項から第6項までのいずれか1項に記載の紙種判別装置において、受光素子1個あたり発光素子が複数個設けられてもよい。
(7) In the paper type discrimination device described in any one of
(第8項)第7項に記載の紙種判別装置において、受光素子1個あたり発光素子が3個以上設けられてもよい。 (8) In the paper type discrimination device described in 7, three or more light emitting elements may be provided for each light receiving element.
(第9項)第8項に記載の紙種判別装置において、法線方向における支持面と発光素子の虚像点との距離が最大でなくかつ最小でない発光素子を、第2の受発光点を有する基準の発光素子としてもよい。 (9) In the paper type discrimination device described in 8, a light-emitting element in which the distance between the support surface and the virtual image point of the light-emitting element in the normal direction is neither maximum nor minimum may be used as a reference light-emitting element having a second light-receiving point.
(第10項)第8項または第9項に記載の紙種判別装置において、3個以上の発光素子が近接配置され、発光素子の並びの端に配置されない発光素子を、第2の受発光点を有する基準の発光素子としてもよい。 (10) In the paper type discrimination device described in paragraph 8 or 9, three or more light-emitting elements may be arranged in close proximity, and a light-emitting element that is not arranged at the end of the row of light-emitting elements may be used as a reference light-emitting element having a second light-receiving point.
(第11項)第7項から第10項までのいずれか1項に記載の紙種判別装置において、複数個の発光素子は、第2の受発光点を有する基準の発光素子と、基準の発光素子とは異なる別の発光素子とを含み、別の発光素子は、基準の発光素子との間に受光素子を挟んで配置され、基準の発光素子の虚像点と受光素子の受光面の虚像点とを通る直線と、別の発光素子の虚像点と受光素子の受光面の虚像点とを通る直線と、の成す角度が、150°以上210°以下であり、xは、1.41≦x≦1.89の関係式を満たしてもよい。 (11) In the paper type discrimination device described in any one of paragraphs 7 to 10, the multiple light-emitting elements include a reference light-emitting element having a second light-receiving point and another light-emitting element different from the reference light-emitting element, the other light-emitting element is arranged with the light-receiving element sandwiched between it and the reference light-emitting element, the angle between a straight line passing through the virtual image point of the reference light-emitting element and the virtual image point on the light-receiving surface of the light-receiving element and a straight line passing through the virtual image point of the other light-emitting element and the virtual image point on the light-receiving surface of the light-receiving element is 150° or more and 210° or less, and x may satisfy the relational expression 1.41≦x≦1.89.
(第12項)第11項に記載の紙種判別装置において、xは、1.67≦x≦1.82の関係式を満たしてもよい。 (12) In the paper type discrimination device described in 11, x may satisfy the relational expression 1.67≦x≦1.82.
(第13項)第1項から第12項までのいずれか1項に記載の紙種判別装置において、発光素子は、発光素子から光が出射する発光面を有し、発光面は、面方向と平行な平面であってもよい。
(13) In the paper type discrimination device described in any one of
(第14項)第1項から第13項までのいずれか1項に記載の紙種判別装置において、用紙の搬送中に、用紙の紙種を判別してもよい。
(14) In the paper type discrimination device described in any one of
(第15項)第1項から第6項までのいずれか1項、第7項から第12項までのいずれか1項を引用しない第13項、または、第7項から第12項までのいずれか1項を引用しない第14項に記載の紙種判別装置において、発光素子1個あたり受光素子が複数個設けられてもよい。
(15) In the paper type discrimination device described in any one of
本開示では、以下の画像形成装置が提案される。
(第16項)画像形成装置は、上記第1項から第15項までのいずれか1項に記載の紙種判別装置と、用紙に対して画像を形成する画像形成ユニットと、を備えている。
The present disclosure proposes the following image forming apparatus.
(Item 16) An image forming apparatus includes the paper type discrimination device according to any one of
本開示によれば、紙種の判別精度を向上することができる。 This disclosure makes it possible to improve the accuracy of identifying paper types.
以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。実施形態から任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも、当初から予定されている。 The following describes the embodiments with reference to the drawings. In the following description, identical parts and components are given the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed descriptions of these will not be repeated. It is also intended from the outset that any configuration may be extracted from the embodiments and that they may be combined in any manner.
<画像形成装置1の構成>
まず、実施形態における紙種判別装置が適用される画像形成装置の構成について説明する。図1は、画像形成装置1の概略構成を示す図である。図2は、画像形成装置1のハードウェア構成を示す図である。
<Configuration of
First, a configuration of an image forming apparatus to which a paper type discrimination device according to an embodiment is applied will be described. Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the
画像形成装置1は、電子写真方式で用紙に画像形成を行うMFP(Multifunction Peripheral)である。画像形成装置1は、制御ユニット10と、検査部20と、画像形成部30と、定着部40と、スキャナー50と、操作パネル60と、通信部70と、給紙トレイ81と、搬送ローラー82と、排紙トレイ83と、搬送路27と、バス90とを含む。
The
図2に示されるように、制御ユニット10および検査部20により、紙種の判別を行う紙種判別装置2が構成される。制御ユニット10と、検査部20と、画像形成部30と、定着部40と、スキャナー50と、操作パネル60と、通信部70とは、バス90により接続されている。
As shown in FIG. 2, the
制御ユニット10は、プロセッサー11、メモリー12、およびストレージ13を含む。プロセッサー11は、例えばCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro-Processing Unit)などで構成される。メモリー12は、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)などの揮発性記憶装置で構成される。ストレージ13は、例えばHDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、またはフラッシュメモリーなどの不揮発性記憶装置で構成される。
The
ストレージ13は、プログラム131と、紙種判別処理において参照される基準データ132とを記憶する。プログラム131は、画像形成装置1を制御するためのコンピューター読取可能な命令を含む。プロセッサー11は、ストレージ13に記憶されているプログラム131をメモリー12に展開して実行することで、各種の演算処理を行なう。
プログラム131は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、任意のプログラムと協働して本実施形態に従う処理が実行される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施形態に従う画像形成装置1の趣旨を逸脱するものではない。プログラム131によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実行されてもよい。
また、ストレージ13は、外部装置から受信した画像データ、および、スキャナー50により生成された画像データの少なくとも一方を記憶する。
The
制御ユニット10は、プロセッサー11がプログラム131を実行することで、画像形成装置1の各部を制御する。例えば、プロセッサー11は、ストレージ13に記憶された画像データに基づいて画像形成部30、搬送ローラー82、および定着部40を動作させて用紙に画像を形成させる。ここで、プロセッサー11は、紙種判別装置2による紙種の判別結果に応じて、画像形成に関わる各部(例えば、画像形成部30、搬送ローラー82、および定着部40)の動作を変更する。一例を挙げると、紙種に応じて、搬送ローラー82による搬送速度および挟持圧力を変更する。また、紙種に応じて、定着部40による加熱温度および印加圧力を変更する。
The
検査部20は、給紙トレイ81から排紙トレイ83に至る用紙の搬送路27のうち画像形成部30の上流側(給紙トレイ81と画像形成部30との間)において、搬送路27に沿う位置に設けられている。ただし、検査部20の位置はこれに限られず、搬送路27に沿う任意の位置に配置可能である。
The
検査部20は、光源ユニット21と、検出ユニット22とを備える。光源ユニット21は、プロセッサー11の指示に従って、搬送路27に向けて光を照射する。検出ユニット22は、用紙からの光を検出する。
The
画像形成部30は、給紙トレイ81から供給された用紙に対してトナー(色材)を付与して画像を形成する。画像形成部30は、中間転写ベルト31と、画像形成ユニット32と、転写ローラー33とを含む。中間転写ベルト31は、複数のローラーの周りに架け渡されて周回移動する無端状の帯状部材である。画像形成ユニット32は、中間転写ベルト31に沿って配置されており、印刷対象の画像を示す画像データに基づいて、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、K(ブラック)の各色のトナー像を中間転写ベルト31上に形成する。用紙が中間転写ベルト31と転写ローラー33とのニップ部を通過する際に、当該用紙にトナー像が転写されて画像が形成される。なお、本実施形態ではカラー画像を形成可能な画像形成部30を例示したが、これに限られず、モノクロ画像を形成可能な画像形成部30を用いてもよい。
The
定着部40は、トナー像が転写された用紙を加熱および加圧して当該用紙にトナー像を定着させる。定着部40は、用紙を挟持する加熱ローラーおよび加圧ローラーからなる一対のローラーを含む。トナー像が定着された用紙は、搬送ローラー82により搬送されて排紙トレイ83に排出される。定着部40による加熱条件および加圧条件は、紙種に応じて、プロセッサー11により制御される。
The fixing
スキャナー50は、光源および反射鏡などの光学系、および撮像素子を含み、所定の搬送路で搬送される用紙またはプラテンガラスに載置された用紙の画像を読み取って、R(赤)、G(緑)およびB(青)の色ごとのビットマップ形式の画像データを生成する。生成された画像データは、ストレージ13に記憶される。この画像データに基づいて画像形成部30による画像形成を行うことで、読み取った画像を別の用紙にコピーすることができる。
The
操作パネル60は、液晶ディスプレイ等の表示装置と、当該表示装置の画面に重ねられて配置されたタッチパネル等の入力装置とを含む。操作パネル60は、画像形成装置1の動作ステータスおよび処理結果等の各種情報を表示装置に表示し、入力装置に対するユーザーの入力操作を操作信号に変換してプロセッサー11に出力する。
The
通信部70は、ネットワークカードなどにより構成される。通信部70は、LAN(Local Area Network)などの通信ネットワークに接続され、通信ネットワーク上の外部装置と情報の送受信を行う。プロセッサー11は、通信部70を介して、通信ネットワーク上の外部装置と通信する。
The
給紙トレイ81には、画像形成前の用紙が収納されている。給紙トレイ81には、複数の種類の用紙が収納されていてもよい。
The
搬送ローラー82は、1枚の用紙を挟持した状態で回転することで当該用紙を搬送路27に沿って搬送する。搬送ローラー82による搬送タイミングおよび搬送速度は、用紙の種類に応じて、プロセッサー11により制御される。排紙トレイ83は、画像が形成された用紙を載置する。
The
画像形成装置1は、MFPに限られず、たとえばプロダクションプリント機であってもよい。
The
<検査部20の構成>
図3を参照して、検査部20の構成について説明する。図3は、検査部20の構成の一例を示す図である。
<Configuration of
The configuration of the
図3に示す矢印A1は、用紙Mが搬送される方向(以下、「搬送方向」と称する)を示す。搬送方向は、用紙Mの表面に沿う方向である。矢印A2は、用紙Mの表面の法線方向を示す。矢印A2は、用紙Mの厚み方向を示す。矢印A2の示す方向は、用紙Mの表面と直交している。矢印A2の示す方向は、用紙Mの搬送方向と直交している。矢印A2の示す方向を、以下では、用紙の表面に垂直な「法線方向」と称する。図3においては、搬送方向は図中の左右方向であり、法線方向は図中の上下方向である。 Arrow A1 in FIG. 3 indicates the direction in which paper M is transported (hereinafter referred to as the "transport direction"). The transport direction is a direction along the surface of paper M. Arrow A2 indicates the normal direction to the surface of paper M. Arrow A2 indicates the thickness direction of paper M. The direction indicated by arrow A2 is perpendicular to the surface of paper M. The direction indicated by arrow A2 is perpendicular to the transport direction of paper M. Hereinafter, the direction indicated by arrow A2 will be referred to as the "normal direction" perpendicular to the surface of the paper. In FIG. 3, the transport direction is the left-right direction in the figure, and the normal direction is the up-down direction in the figure.
検査部20は、光源ユニット21と、検出ユニット22と、素子基板23X,23Yと、光学絞り24X,24Yと、通紙ガイド25と、反射部26とを含む。用紙Mは、光学絞り24Xと通紙ガイド25との間に設けられている搬送路27に沿って搬送される。
The
光源ユニット21は、反射光発光素子21Xと、透過光発光素子21Yとを含む。反射光発光素子21Xと検出ユニット22とは、用紙Mに対して同じ側に位置する。反射光発光素子21Xは、第1の反射光発光素子211Xと、第2の反射光発光素子212Xとを含む。第1の反射光発光素子211Xと、第2の反射光発光素子212Xとは、例えばLED(Light-Emitting Diode)である。
The
透過光発光素子21Yは、用紙Mに対して、検出ユニット22が配置されている側とは反対の側に位置する。すなわち、法線方向において、透過光発光素子21Y、搬送路27、および検出ユニット22がこの順で位置する。搬送路27は、透過光発光素子21Yと検出ユニット22との間に配置されている。透過光発光素子21Yは、例えばLEDである。
The transmitted
プロセッサー11は、用紙が検査部20を通過している間に、第1の反射光発光素子211Xと、第2の反射光発光素子212Xと、透過光発光素子21Yとを、互いに発光タイミングが重ならないように発光させる。第1の反射光発光素子211Xと、第2の反射光発光素子212Xと、透過光発光素子21Yとのそれぞれが発光して光を出射することにより、搬送路27を搬送されている用紙Mに向けて光が照射される。
While the paper passes through the
検出ユニット22は、受光素子220を含む。受光素子220は、例えばフォトダイオードである。フォトダイオードは、長い波長を有する光ほど検出しやすい。受光素子220は入射光を検出し、入射光量に応じた光電流を出力する。検出ユニット22は、受光素子220によって出力される光電流を電圧に変換し、当該電圧をデジタルデータに変換してプロセッサー11へ出力する。
The
素子基板23X,23Yは、搬送路27を搬送されている用紙Mと対向する位置に設けられている。素子基板23Xの用紙Mに対向する面は、法線方向に対して垂直であり、当該面には、第1の反射光発光素子211Xと、第2の反射光発光素子212Xと、受光素子220とが設けられている。素子基板23Yの用紙Mに対向する面は、法線方向に対して垂直であり、当該面には、透過光発光素子21Yが設けられている。
The
光学絞り24Xは、通紙ガイド25と素子基板23Xとの間に位置する。光学絞り24Yは、通紙ガイド25と素子基板23Yとの間に位置する。光学絞り24Xは、第1の反射光発光素子211X、第2の反射光発光素子212X、および受光素子220と対向する部分を含む範囲に、開口部28Xを有する。光学絞り24Yは、透過光発光素子21Yと対向する部分を含む範囲に、開口部28Yを有する。
The
反射光発光素子21Xから出射する光は、開口部28Xを通って、用紙Mに照射される。透過光発光素子21Yから出射する光は、開口部28Yを通って、用紙Mに照射される。光学絞り24Xは開口部28X以外の部分が遮光性を有し、光学絞り24Yは開口部28Y以外の部分が遮光性を有していることから、光源ユニット21の発光する照射光以外の光が用紙Mに照射されることが抑制される。
The light emitted from the reflected
通紙ガイド25は、搬送路27に沿って用紙Mが移動するように用紙Mを支持する。
反射部26は、反射光発光素子21Xと対向する位置に設けられる。反射部26は、反射光発光素子21Xから照射された光を反射する。反射部26は、用紙の反射性を評価するために用いられる。
The
The reflecting
<反射光と反射率>
図4および図5を参照して、反射光の検出と反射率の算出とについて説明する。反射率は、用紙の反射性を評価するために用いられる指標である。
<Reflected light and reflectance>
The detection of reflected light and the calculation of reflectance will be described with reference to Figures 4 and 5. Reflectance is an index used to evaluate the reflectivity of paper.
図4は、用紙Mが検査部20を通過しているときの反射光の検出態様を示す図である。用紙Mが検査部20を通過しているタイミングで第1の反射光発光素子211Xから第1の照射光Lx1が用紙Mに照射された場合には、受光素子220は用紙Mからの光として反射光Lr1を検出する。反射光Lr1は、第1の照射光Lx1のうち用紙Mによって反射された光を含む。用紙Mに蛍光体が含まれる場合には、反射光Lr1は、第1の照射光Lx1を吸収した蛍光体が放出する蛍光をさらに含む。
Figure 4 is a diagram showing the detection state of reflected light when paper M passes through the
用紙Mが検査部20を通過しているタイミングで第2の反射光発光素子212Xから第2の照射光Lx2が用紙Mに照射された場合には、受光素子220は用紙Mからの光として反射光Lr2を検出する。反射光Lr2は、第2の照射光Lx2のうち用紙Mによって反射された光を含む。用紙Mに蛍光体が含まれる場合には、反射光Lr2は、第2の照射光Lx2を吸収した蛍光体が放出する蛍光をさらに含む。
When the second irradiation light Lx2 is irradiated onto the paper M from the second reflected
検出ユニット22は、反射光Lr1および反射光Lr2のそれぞれの光量を取得し、当該光量をプロセッサー11へ出力する。
The
図5は、用紙Mが検査部20を通過していないときの反射光の検出態様を示す図である。
Figure 5 shows the detection state of reflected light when paper M has not passed through the
用紙Mが検査部20を通過していないタイミングで第1の反射光発光素子211Xから第1の照射光Lx1が出射された場合には、受光素子220は反射部26によって反射された反射光sLr1を検出する。
When the first reflected
用紙Mが検査部20を通過していないタイミングで第2の反射光発光素子212Xから第2の照射光Lx2が出射された場合には、受光素子220は反射部26によって反射された反射光sLr2を検出する。
When the second reflected
検出ユニット22は、反射光sLr1および反射光sLr2のそれぞれの光量を取得し、当該光量をプロセッサー11へ出力する。プロセッサー11は、反射光sLr1および反射光sLr2のそれぞれの光量をストレージ13に保存する。
The
本開示における反射率は、以下の式1を用いてプロセッサー11によって算出される。
反射率=光量Lr/光量sLr・・・(式1)
式1における光量Lrは、用紙Mが検査部20を通過しているタイミングで反射光発光素子21Xから光が出射され用紙Mで反射された場合に、受光素子220によって検出される光の量を示す。反射光Lr1の光量および反射光Lr2の光量のそれぞれは、光量Lrの一例である。
In this disclosure, reflectance is calculated by
Reflectance=light amount Lr/light amount sLr (Equation 1)
The light amount Lr in
式1における光量sLrは、用紙Mが検査部20を通過していないタイミングで反射光発光素子21Xから光が出射された場合に、反射部26で反射され受光素子220によって検出される光の量を示す。反射光sLr1の光量および反射光sLr2の光量のそれぞれは、光量sLrの一例である。
The light amount sLr in
<透過光と透過率>
図6および図7を参照して、透過光の検出と透過率の算出とについて説明する。透過率は、用紙の透過性を評価するために用いられる指標である。
<Transmitted light and transmittance>
Detection of transmitted light and calculation of transmittance will be described with reference to Figures 6 and 7. Transmittance is an index used to evaluate the transparency of paper.
図6は、用紙Mが検査部20を通過しているときの透過光の検出態様を示す図である。用紙Mが検査部20を通過しているタイミングで透過光発光素子21Yから照射光Lyが照射された場合には、受光素子220は用紙Mからの光として透過光Ltを検出する。透過光Ltは、照射光Lyのうち用紙Mを透過した光を含む。用紙Mに蛍光体が含まれる場合には、透過光Ltは、照射光Lyを吸収した蛍光体が放出する蛍光をさらに含む。
Figure 6 is a diagram showing the detection state of transmitted light when paper M passes through the
検出ユニット22は、透過光Ltの光量を取得し、当該光量をプロセッサー11へ出力する。
The
図7は、用紙Mが検査部20を通過していないときの透過光の検出態様を示す図である。用紙Mが検査部20を通過していないタイミングで透過光発光素子21Yから照射光Lyが照射された場合には、受光素子220は照射光Lyを検出する。
Figure 7 is a diagram showing the detection state of transmitted light when the paper M has not passed through the
検出ユニット22は、照射光Lyの光量を取得し、当該光量をプロセッサー11へ出力する。プロセッサー11は、照射光Lyの光量をストレージ13に保存する。
The
本開示における透過率は、以下の式2を用いてプロセッサー11によって算出される。
透過率=光量Lt/光量Ly・・・(式2)
式2における光量Ltは、用紙Mが検査部20を通過しているタイミングで透過光発光素子21Yから光が出射された場合に、受光素子220によって検出される光の量を示す。透過光Ltの光量は、光量Ltの一例である。
In this disclosure, the transmittance is calculated by the
Transmittance=light amount Lt/light amount Ly (Equation 2)
The light amount Lt in
式2における光量Lyは、用紙Mが検査部20を通過していないタイミングで透過光発光素子21Yから光が出射された場合に、受光素子220によって検出される光の量を示す。照射光Lyの光量は、光量Lyの一例である。
The light quantity Ly in
<紙種判別処理の例>
給紙トレイ81(図1)に収納される用紙は、用紙の材質(原料)、表面処理の状態、蛍光体の有無、蛍光体の量、および用紙の色のうち少なくとも1つの特性により特徴付けられる。よって、これらの特性のうち少なくとも1つが互いに異なる用紙は、種類の異なる用紙である。給紙トレイ81に収納される用紙の種類は、例えば、普通紙、コート紙、第1の種類の再生紙、および第2の種類の再生紙を含む。
<Example of paper type discrimination process>
The paper stored in the paper feed tray 81 (FIG. 1) is characterized by at least one of the following characteristics: the paper material (raw material), the state of the surface treatment, the presence or absence of phosphor, the amount of phosphor, and the color of the paper. Therefore, papers that differ from each other in at least one of these characteristics are different types of paper. The types of paper stored in the
普通紙は、木材を材料とするパルプ(すなわち、古紙から再生したものではないパルプ、通常は化学パルプ)を主原料として生成された紙である。コート紙は、両面にコート剤が塗布されている紙である。再生紙は、古紙から取り出した古紙パルプが所定以上の配合率で配合されている紙である。古紙パルプは、ピーク波長が550nm未満である光(すなわち、緑色より短波長の光)を吸収しやすい。 Plain paper is paper made primarily from wood-based pulp (i.e., pulp that is not recycled from waste paper, usually chemical pulp). Coated paper is paper that has a coating applied to both sides. Recycled paper is paper that contains a certain or higher percentage of waste paper pulp extracted from waste paper. Waste paper pulp is prone to absorbing light with a peak wavelength of less than 550 nm (i.e., light with a wavelength shorter than green).
第1の種類の再生紙は、蛍光体があまり含まれない再生紙、すなわち蛍光体の少ない再生紙である。第2の種類の再生紙は、蛍光体が多く含まれる再生紙、すなわち、蛍光体の多い再生紙である。第2の種類の再生紙は、第1の種類の再生紙よりも蛍光体を多く含む。また、第2の種類の再生紙は、コート紙よりも蛍光体を多く含む。一般的に、用紙に含まれる蛍光体は紫外光を吸収して、紫外光よりも長い波長を有する光(蛍光)を放出する。 The first type of recycled paper is recycled paper that does not contain much phosphor, i.e., recycled paper with little phosphor. The second type of recycled paper is recycled paper that contains a lot of phosphor, i.e., recycled paper with a high phosphor content. The second type of recycled paper contains more phosphor than the first type of recycled paper. Also, the second type of recycled paper contains more phosphor than coated paper. Generally, phosphors contained in paper absorb ultraviolet light and emit light (fluorescence) that has a longer wavelength than ultraviolet light.
実施形態の紙種判別装置2によって紙種を光学的に判別する処理は、用紙Mが検査部20に到達したことを契機に開始される。紙種判別処理は、検査部20による光量検出処理と、プロセッサー11による判定処理とを含む。
The process of optically determining the paper type by the paper
検査部20による光量検出処理は、反射光Lr1の量、反射光Lr2の量、および透過光Ltの量の検出と、検出した光量をプロセッサー11へ出力することとを含む。プロセッサー11による判定処理は、検査部20から取得した光量を基に反射率および透過率を算出し、算出した反射率および透過率に基づいて、紙種を判別することを含む。
The light amount detection process by the
たとえば、再生紙は、古紙パルプによる光の吸収により、他の紙種よりも光の反射率が低くなる。一方で、再生紙に含まれる蛍光体が多い場合には、蛍光の分だけ受光素子220によって検出される光量が増えることから、再生紙であっても光の反射率が高くなる。そこで、光の反射率について、第1閾値と、第1閾値よりも大きい第2閾値とを設定することができる。
For example, recycled paper has a lower light reflectance than other paper types due to light absorption by waste paper pulp. On the other hand, if the recycled paper contains a large amount of fluorescent material, the amount of light detected by the
たとえば、同一用紙の赤外波長の透過率を基準とすると、短波長の透過率は、普通紙の方が、再生紙およびコート紙よりも高くなる。そこで、光の透過率について、第3閾値を設定することができる。 For example, if the transmittance of infrared wavelengths of the same paper is used as a standard, the transmittance of short wavelengths is higher for plain paper than for recycled paper and coated paper. Therefore, a third threshold value can be set for the light transmittance.
第1閾値、第2閾値、および第3閾値は、基準データ132(図2)を構成しており、ストレージ13に記憶されている。
The first threshold, the second threshold, and the third threshold constitute the reference data 132 (Figure 2) and are stored in the
プロセッサー11は、光の透過率が第3閾値以上である紙種は普通紙であると判断することができ、光の透過率が第3閾値未満である紙種はコート紙または再生紙であると判断することができる。光の透過率が第3閾値未満である紙種について、プロセッサー11は、光の反射率が第1閾値未満であれば、紙種が蛍光体の少ない再生紙であると判断することができ、光の反射率が第1閾値以上第2閾値未満であれば、紙種がコート紙であると判断することができ、光の反射率が第2閾値以上であれば、紙種が蛍光体の多い再生紙であると判断することができる。
The
用紙Mの判別の精度を向上するために、用紙Mに照射される光の波長域を適宜選択してもよい。 To improve the accuracy of identifying the paper M, the wavelength range of the light irradiated onto the paper M may be appropriately selected.
<反射光発光素子21Xの構成、および発光点高さ>
次に、反射光発光素子21Xの構成と、反射光発光素子21Xの発光点高さとについて説明する。
<Configuration of Reflected
Next, the configuration of the reflected
図8は、反射光発光素子21Xの構成の第1の例を示す図である。素子基板23Xは、反射光発光素子21X(および、検出ユニット22)を支持する支持面23X1を有している。支持面23X1は、素子基板23Xの用紙Mに対向する面である。支持面23X1は、平坦な形状を有している。支持面23X1は、法線方向に対して垂直な平面である。支持面23X1は、用紙Mの搬送方向と平行、かつ用紙Mの幅方向と平行な平面である。反射光発光素子21Xは、支持面23X1上に配置されている。
Figure 8 is a diagram showing a first example of the configuration of the reflected
図8に示される反射光発光素子21Xは、台座21X1と、光源21X2を有している。台座21X1は、支持面23X1に搭載されている。光源21X2は、台座21X1の上面に搭載されている。光源21X2は、光を発光する。光源21X2は、たとえばLEDチップである。光源21X2は、発光面21X4を有している。発光面21X4は、反射光発光素子21Xから光が出射する面である。図8においては、発光面21X4は平面である。図8においては、発光面21X4は、用紙Mの搬送方向と平行、かつ用紙Mの幅方向と平行な平面である。
The reflected
図8に示される反射光発光素子21Xにおいて、光源21X2は樹脂によって封止されておらず、光源21X2は大気中にむき出しの状態である。この場合、図8に示されるように、支持面23X1に対して垂直な方向における、素子基板23Xの支持面23X1と発光面21X4との距離を、発光点高さとする。
In the reflected
図9は、反射光発光素子21Xの構成の第2の例を示す図である。図9に示される反射光発光素子21Xでは、台座21X1の上面(素子基板23Xから離れる面)に、上面の一部が凹んだ凹部が形成されている。光源21X2は、その凹部の底面に搭載されている。反射光発光素子21Xは、台座21X1の凹部内に充填されている封止樹脂21X3を有している。光源21X2は、封止樹脂21X3で封止されている。封止樹脂21X3の表面と台座21X1の上面とは同一平面上にある。封止樹脂21X3の表面は、平面である。
Figure 9 is a diagram showing a second example of the configuration of the reflected
光源21X2から放射される光は、封止樹脂21X3の表面で屈折されて、反射光発光素子21Xから出射する。封止樹脂21X3の表面が、発光面21X4である。図9においては、発光面21X4は平面である。図9においては、発光面21X4は、用紙Mの搬送方向と平行、かつ用紙Mの幅方向と平行な平面である。図9中に示される照射光Lxは、図4,5に示される照射光Lx1,Lx2に対応する。
Light emitted from light source 21X2 is refracted at the surface of sealing resin 21X3 and emitted from reflected
図9中の破線は、反射光発光素子21Xから出射される照射光Lxを逆向きに延長した線を示す。複数の破線が交わる1つの点が、虚像点である。図9に示される反射光発光素子21Xにおいては、虚像点の位置を発光点LPとする。発光点高さは、素子基板23Xの支持面23X1に対して垂直な方向における、支持面23X1と発光点LPとの距離である。
The dashed lines in FIG. 9 indicate lines extending in the opposite direction of the irradiation light Lx emitted from the reflected
図8,9に示される反射光発光素子21Xは、一般に、略ランバーシャンの配向分布をもつ。ランバーシャン分布とは、反射光発光素子21Xの正面方向(図8,9においては、図中の上下方向)に対する角度をθとしたときに、角度θの方向に出射される光の強度が、正面方向に出射される光の強度のcosθ倍となる分布をいう。反射光発光素子21Xがランバーシャン特性を有することにより、反射光発光素子21Xにレンズが不要であり、単純な構成の発光素子を実現することができる。
The reflected
図10は、反射光発光素子21Xの構成の第3の例を示す図である。図10に示される反射光発光素子21Xは、図9と同様に、台座21X1と光源21X2と封止樹脂21X3とを有している。封止樹脂21X3の表面の発光面21X4は、曲面形状を有している。典型的には、発光面21X4は、球面形状を有している。図10に示される反射光発光素子21Xでは、封止樹脂21X3の表面の曲面形状によって、レンズが付属しているLEDパッケージが実現されている。
Figure 10 is a diagram showing a third example of the configuration of the reflected
光源21X2から放射される光は、発光面21X4で屈折されて、反射光発光素子21Xから出射する。反射光発光素子21Xから出射される光線の虚像点の位置を、図10に示される反射光発光素子21Xの発光点LPとする。発光点高さは、素子基板23Xの支持面23X1に対して垂直な方向における、支持面23X1と発光点LPとの距離である。
The light emitted from the light source 21X2 is refracted at the light emitting surface 21X4 and emitted from the reflected
図11は、反射光発光素子21Xの構成の第4の例を示す図である。図11に示される反射光発光素子21Xは、図9と同様に、台座21X1と光源21X2と封止樹脂21X3とを有している。台座21X1および封止樹脂21X3の形状は図9と同じであり、封止樹脂21X3の表面は平面である。
Figure 11 is a diagram showing a fourth example of the configuration of the reflected
反射光発光素子21Xは、レンズ21X5をさらに備えている。レンズ21X5は、平面形状の光入射面と、曲面形状の光出射面とを有している。レンズ21X5の光入射面は、封止樹脂21X3の表面と隙間を空けて対向しており、封止樹脂21X3の表面と平行に配置されている。レンズ21X5の光出射面は、典型的には球面形状を有している。レンズ21X5の光出射面が、反射光発光素子21Xから光が出射する発光面21X4である。図11に示される反射光発光素子21Xでは、LEDパッケージ外に、光学系(レンズ21X5)が付属している。
The reflected
光源21X2から放射される光は、封止樹脂21X3の表面で屈折され、レンズ21X5の光入射面で屈折され、レンズ21X5の光出射面(発光面21X4)で屈折されて、反射光発光素子21Xから出射する。反射光発光素子21Xから出射される光線の虚像点の位置を、図11に示される反射光発光素子21Xの発光点LPとする。発光点高さは、素子基板23Xの支持面23X1に対して垂直な方向における、支持面23X1と発光点LPとの距離である。
The light emitted from the light source 21X2 is refracted at the surface of the sealing resin 21X3, refracted at the light entrance surface of the lens 21X5, and refracted at the light exit surface (light emitting surface 21X4) of the lens 21X5, and is emitted from the reflected
<発光素子と受光素子との配置>
図3~図7に示される搬送路27は、矢印A2で示される法線方向に幅を有している。そのため、検査部20を通過する用紙Mの、法線方向の位置は、当該幅の範囲内で変動し得る。用紙Mの位置のこのような変動に応じて、第1の反射光発光素子211X、第2の反射光発光素子212X、および受光素子220と、用紙Mとの距離も変動し得る。この距離の変動が発生しても十分な精度で紙種を判別可能とするための、発光素子と受光素子との配置について、以下に説明する。
<Arrangement of Light Emitting Element and Light Receiving Element>
3 to 7 has a width in the normal direction indicated by arrow A2. Therefore, the position of the paper M passing through the
図12は、発光素子と受光素子との位置関係の第1の例を示す第1の図である。図13は、発光素子と受光素子との位置関係の第1の例を示す第2の図である。図12に示される矢印A3は、検査部20を搬送される用紙Mの幅方向を示す。矢印A3の示す方向は、用紙Mの表面に沿う方向である。矢印A3は、矢印A1で示される搬送方向に直交し、かつ、矢印A2で示される法線方向に直交している。図12においては、用紙Mの搬送方向は図中の左右方向であり、用紙Mの幅方向は図中の上下方向である。用紙Mの表面に沿う方向(以下、「面方向」と称する)は、図12においては紙面に沿う方向である。面方向は、矢印A1で示される搬送方向を含み、矢印A3で示される用紙Mの幅方向を含み、用紙Mの搬送方向と幅方向とを含む平面上の任意の方向を含む。矢印A2で示される法線方向は、面方向に直交する方向である。
12 is a first diagram showing a first example of the positional relationship between the light-emitting element and the light-receiving element. FIG. 13 is a second diagram showing a first example of the positional relationship between the light-emitting element and the light-receiving element. Arrow A3 shown in FIG. 12 indicates the width direction of the paper M transported through the
図12,13に示される例では、1つの受光素子220に対して、複数の反射光発光素子21Xが設けられている。具体的に、反射光発光素子21Xは、第1の反射光発光素子211Xと、第2の反射光発光素子212Xとを含んでいる。2つの反射光発光素子211X,212Xは、素子基板23Xの支持面23X1に支持されている。受光素子220もまた、支持面23X1上に配置されている。支持面23X1は平面である。支持面23X1は、矢印A1で示される用紙Mの搬送方向に平行、かつ矢印A3で示される用紙Mの幅方向に平行に延びている。支持面23X1は、面方向に延びている。図12は、反射光発光素子211X,212Xと受光素子220とを搭載する支持面23X1の一部を、支持面23X1に垂直な方向から見た図に相当する。
12 and 13, a plurality of reflected
第1の反射光発光素子211Xおよび第2の反射光発光素子212Xは、図8~図11に示される構成の例のうち、任意の構成を有し得る。たとえば、第1の反射光発光素子211Xおよび第2の反射光発光素子212Xは、図9に示される構成を有していてもよい。第1の反射光発光素子211Xは、発光点LP1を有している。第2の反射光発光素子212Xは、発光点LP2を有している。図9に示されるように、発光点LP1,LP2は封止樹脂21X3の内部に配置されており反射光発光素子21Xの発光面21X4から外れる位置に配置されるが、図13では模式的に、発光点LP1は第1の反射光発光素子211Xの表面に配置され、発光点LP2は第2の反射光発光素子212Xの表面に配置されるように、図示されている。
The first reflected
発光点LP1は、搬送方向における第1の反射光発光素子211Xの中心の位置に配置されている。発光点LP2は、搬送方向における第2の反射光発光素子212Xの中心の位置に配置されている。受光素子220は、光を受光する受光面221を有している。図13に示される受光点RPは、受光面221の中心の位置である。受光面221は、例えばフォトダイオードの半導体受光面である。受光面が封止されている場合は、発光素子と同じように、封止樹脂によって作られた受光面の虚像点の位置を受光点RPとする。図13では模式的に、受光点RPは受光素子220の表面に配置されるように、図示されている。受光点RPは、本例における「第1の受発光点」の一例である。発光点LP1は、本例における「第2の受発光点」の一例である。発光点LP2は、本例における「第3の受発光点」の一例である。
The light emitting point LP1 is disposed at the center of the first reflected
図13に示される高さh1は、矢印A2で示される法線方向における、素子基板23Xの支持面23X1と第1の反射光発光素子211Xの発光点LP1との距離(すなわち、図8~図11に示される発光点高さ)である。高さh2は、法線方向における、支持面23X1と第2の反射光発光素子212Xの発光点LP2との距離(すなわち、図8~図11に示される発光点高さ)である。
The height h1 shown in FIG. 13 is the distance between the support surface 23X1 of the
図13に示される距離z0は、法線方向における、受光素子220の受光点RPから用紙Mまでの距離である。距離z1は、法線方向における、第1の反射光発光素子211Xの発光点LP1から用紙Mまでの距離である。距離z2は、法線方向における、第2の反射光発光素子212Xの発光点LP2から用紙Mまでの距離である。
The distance z0 shown in FIG. 13 is the distance in the normal direction from the light receiving point RP of the
図13に示される距離r1は、面方向(搬送方向)における、受光素子220の受光点RPと第1の反射光発光素子211Xの発光点LP1との距離である。距離r2は、面方向(搬送方向)における、受光素子220の受光点RPと第2の反射光発光素子212Xの発光点LP2との距離である。
The distance r1 shown in FIG. 13 is the distance in the surface direction (transport direction) between the light receiving point RP of the
本例では、第1の反射光発光素子211Xの発光点高さと、第2の反射光発光素子212Xの発光点高さとが異なっている。具体的には、高さh1は高さh2よりも大きい。素子基板23Xの支持面23X1に対する発光点LP1の高さh1が、支持面23X1に対する発光点LP2の高さh2よりも大きい。
In this example, the light-emitting point height of the first reflected light-emitting
また本例では、受光素子220の受光点RPから、反射光発光素子21Xの発光点LP1,LP2までの距離が、互いに異なっている。具体的に、距離r1よりも距離r2のほうが大きい。発光点高さの大きい第1の反射光発光素子211Xと受光素子220との距離r1が、発光点高さの小さい第2の反射光発光素子212Xと受光素子220との距離r2よりも小さい。発光点LP1,LP2の素子基板23Xの支持面23X1からの高さに応じて、受光素子220から反射光発光素子21Xまでの距離を変えている。法線方向における支持面23X1と発光点LP1,LP2との距離が大きいほど、面方向における反射光発光素子21Xと受光素子220との距離を小さくしている。
In this example, the distances from the light receiving point RP of the
図14は、用紙Mの位置が変動しても受光素子220の受光する光量の比が変化しない光学素子の理想的な配置条件を示すグラフである。図14の横軸xは、図13に示される距離z0、距離z1および距離r1を用いて、以下の式3で表される。
Figure 14 is a graph showing the ideal arrangement conditions of the optical elements where the ratio of the amount of light received by the
x=2r1/(z0+z1)・・・(式3)
図14の縦軸Aは、図13に示される距離r1、距離r2、高さh1および高さh2を用いて、以下の式4で表される。
x = 2r1 / (z0 + z1) (Equation 3)
The vertical axis A in FIG. 14 is expressed by the
A=(r2-r1)/(h2-h1)・・・(式4)
法線方向における用紙Mの位置が変動し、法線方向における反射光発光素子21Xの発光点および受光素子220の受光点から用紙Mまでの距離が変動するときに、第1の反射光発光素子211Xから出射され用紙Mで反射されて受光素子220により受光される受光量と、第2の反射光発光素子212Xから出射され用紙Mで反射されて受光素子220により受光される受光量と、が相対的に変化しない、つまり2つの受光量の比が変化しない、光学素子の理想的な配置条件を光線シミュレーションから求めた結果を、図14に示す。
A = (r2 - r1) / (h2 - h1) ... (Equation 4)
Figure 14 shows the results of light ray simulation to determine the ideal arrangement conditions of the optical elements under which, when the position of the paper M in the normal direction changes and the distance from the light emitting point of the reflected
シミュレーションは、光源がランバーシャン分布で発光面積が十分に小さく、用紙Mは完全拡散、反射光量を規制する光学絞り24Xの開口部28X(図3)は十分に大きく、距離z0、距離z1および距離z2の大きさが互いに近接しており、法線方向における用紙Mの位置の変動量は(z0+z1)/2のプラス10%からマイナス10%の範囲という条件とし、距離z0、距離z1および距離z2を大きくする側の用紙Mの位置の変動と距離z0、距離z1および距離z2を小さくする側の用紙Mの位置の変動との平均をとっている。
The simulation was performed under the following conditions: the light source has a Lambertian distribution and a sufficiently small light-emitting area, the paper M is completely diffuse, the
xとAとが図14に示される曲線の配置条件を満たすように、受光素子220と第1の反射光発光素子211Xおよび第2の反射光発光素子212Xとを配置することで、法線方向における用紙Mの位置が変動するときに、第1の反射光発光素子211Xから出射され用紙Mで反射されて受光素子220により受光される受光量と、第2の反射光発光素子212Xから出射され用紙Mで反射されて受光素子220により受光される受光量と、が相対的に変化しなくなる。したがって、高精度に紙種判別ができる。
By arranging the
図14に示される横軸のxが0.84以上の場合に、光学素子の理想的な配置条件を満たすには、縦軸のAが負となるよう光学素子を配置する。式4より、第1の反射光発光素子211Xの発光点高さ(高さh1)が第2の反射光発光素子212Xの発光点高さ(高さh2)よりも大きければ、h2-h1<0となるので、A<0にするには、r2-r1>とする。すなわち、第1の反射光発光素子211Xの発光点LP1と受光素子220の受光点RPとの距離r1よりも、第2の反射光発光素子212Xの発光点LP2と受光点RPとの距離r2を大きくする。
When x on the horizontal axis shown in FIG. 14 is 0.84 or more, in order to satisfy the ideal arrangement condition of the optical elements, the optical elements are arranged so that A on the vertical axis is negative. According to
横軸のxが0.84以上であり縦軸のAが負となるよう光学素子を配置する場合は、図14に示される理想的な光学素子の配置条件は、ほぼ直線で表される。一方、横軸のxが0.84未満である場合に、光学素子の理想的な配置条件を満たすには、縦軸のAが正となるよう光学素子を配置する。縦軸のAが正となる範囲では、図14に示されるように、横軸のxが小さくなるにつれて縦軸のAの値が急激に大きくなる。縦軸のAが正となる範囲では、光学素子の配置の誤差で、理想的な配置条件から外れやすくなる。したがって、x≧0.84としてAが負になるようにするのが望ましい。 When optical elements are arranged so that x on the horizontal axis is 0.84 or more and A on the vertical axis is negative, the ideal arrangement condition of optical elements shown in FIG. 14 is represented by an almost straight line. On the other hand, when x on the horizontal axis is less than 0.84, in order to satisfy the ideal arrangement condition of optical elements, the optical elements are arranged so that A on the vertical axis is positive. In the range where A on the vertical axis is positive, as shown in FIG. 14, the value of A on the vertical axis increases rapidly as x on the horizontal axis becomes smaller. In the range where A on the vertical axis is positive, errors in the arrangement of optical elements can easily cause deviation from the ideal arrangement condition. Therefore, it is desirable to make A negative by setting x ≧ 0.84.
図15は、光学素子の理想的な配置条件からの誤差を示すグラフである。図15の横軸x、縦軸Aは、図14と同じである。 Figure 15 is a graph showing the error from the ideal arrangement conditions of the optical elements. The horizontal axis x and vertical axis A in Figure 15 are the same as those in Figure 14.
図15には、法線方向における用紙Mの位置を変動させたときの、第1の反射光発光素子211Xから出射され用紙Mで反射されて受光素子220により受光される受光量と、第2の反射光発光素子212Xから出射され用紙Mで反射されて受光素子220により受光される受光量と、の比の変化量が0.5%となる曲線が示されている。図14にも示される理想的な配置条件を示す曲線の下側に、受光量の比の変化がマイナス0.5%となる条件を示す曲線が、一点鎖線で示されている。理想的な配置条件を示す曲線の上側に、受光量の比の変化がプラス0.5%となる条件を示す曲線が、破線で示されている。
Figure 15 shows a curve where the change in the ratio between the amount of light received by the first reflected
光学素子の配置条件が、理想的な配置条件を示す曲線の上下にある2つの曲線に挟まれる範囲であれば、用紙Mの位置の変動による受光量の比の変化が0.5%以下となるので望ましい。横軸のxと縦軸のAとが、以下の式5を満たすときに、横軸のxが0.15以上2以下の範囲で、光学素子の配置条件が上下2つの曲線に挟まる範囲となる。
If the optical element placement conditions are in a range between two curves, one above and one below the curve that indicates the ideal placement conditions, the change in the ratio of the amount of received light due to fluctuations in the position of the paper M is 0.5% or less, which is desirable. When x on the horizontal axis and A on the vertical axis satisfy the following
k1/x+a1・x+b1≦A≦k2/x+a2・x+b2・・・(式5)
ただし、k1=0.059、a1=-1.050、b1=0.304、k2=0.714、a2=-0.467、b2=0.0666である。
k1/x+a1.x+b1≦A≦k2/x+a2.x+b2 (Equation 5)
where k1 = 0.059, a1 = -1.050, b1 = 0.304, k2 = 0.714, a2 = -0.467, and b2 = 0.0666.
xとAとが図15に示される上下2つの曲線に挟まる範囲にあるように、受光素子220と第1の反射光発光素子211Xおよび第2の反射光発光素子212Xとを配置することで、法線方向における用紙Mの位置が変動するときに、第1の反射光発光素子211Xから出射され用紙Mで反射されて受光素子220により受光される受光量と、第2の反射光発光素子212Xから出射され用紙Mで反射されて受光素子220により受光される受光量と、の相対的な変化量を十分に小さく抑えることができる。したがって、用紙Mの位置の変動の影響を低減でき、高精度に紙種判別をすることができる。
By arranging the
反射光発光素子21Xの発光点高さが大きいほど反射光発光素子21Xと受光素子220との距離を小さくすることで、式4で示される値Aを負にすることができる。図14に示されるように、このときの値xは、x≧0.84を満たすことになる。このようにすれば、光学素子の配置が理想的な配置からずれても、図14に示される理想的な線からのずれ量を小さくでき、図15に示される上下2つの曲線に挟まる範囲に保つことが容易になる。
The value A in
第1の反射光発光素子211X、第2の反射光発光素子212Xおよび受光素子220が、いずれも素子基板23Xの支持面23X1上に配置されており、同一平面上に設けられている。これにより、反射光発光素子21Xの発光点LP1,LP2および受光素子220の受光面221を、所望の高さ位置に精度よく配置することができる。したがって、法線方向における用紙Mの位置の変動が紙種判別の結果に与える影響を、確実に低減することができる。
The first reflected
第1の反射光発光素子211Xが出射し受光素子220が受光する光量と、第2の反射光発光素子212Xが出射し受光素子220が受光する光量と、の比を用いて、用紙Mの紙種判別をすれば、法線方向における用紙Mの位置変動の影響を除外でき、紙種判別装置2のロバスト性を高めることができるので望ましい。
If the paper type of paper M is determined using the ratio between the amount of light emitted by the first reflected
1つの受光素子220あたり複数個の反射光発光素子21Xを設ける構成とすることにより、第1の反射光発光素子211Xから出射される照射光Lx1の波長と、第2の反射光発光素子212Xから出射される照射光Lx2の波長とを、異ならせることができる。複数の波長の照射光Lxの情報を利用した紙種の判別を行なうことで、判別精度を高めることができる。
By providing multiple reflected
反射光発光素子21Xに図9に示される構成を適用して、発光面21X4を用紙Mの搬送方向および幅方向と平行な平面にすることで、ランバーシャン特性を有する反射光発光素子21Xを容易に実現することができる。反射光発光素子21Xにレンズが不要になることで、反射光発光素子21Xの構成を簡素化することができる。
By applying the configuration shown in FIG. 9 to the reflected
用紙Mの搬送中には、用紙Mの位置の変動が発生しやすい。本実施形態の紙種判別装置2を適用すれば、用紙Mの位置の変動の影響を低減できるので、用紙Mの搬送中に高精度に紙種を判別することが可能になる。
The position of the paper M is likely to fluctuate while the paper M is being transported. By applying the paper
<発光素子と受光素子との配置の第2の例>
図16は、発光素子と受光素子との位置関係の第2の例を示す第1の図である。図17は、発光素子と受光素子との位置関係の第2の例を示す第2の図である。図16,17に示される例では、1つの受光素子220に対して、3個の反射光発光素子21Xが設けられている。反射光発光素子21Xは、第1の反射光発光素子211Xと、第2の反射光発光素子212Xと、第3の反射光発光素子213Xとを含んでいる。3個の反射光発光素子21Xは、素子基板23Xの支持面23X1に支持されている。受光素子220もまた、支持面23X1上に配置されている。支持面23X1は、用紙Mの搬送方向および用紙Mの幅方向に平行に延びる平面である。図16,17においては、図中の左右方向が用紙Mの搬送方向である。法線方向は、図16においては紙面垂直方向であり、図17においては図中の上下方向である。
<Second Example of Arrangement of Light Emitting Element and Light Receiving Element>
FIG. 16 is a first diagram showing a second example of the positional relationship between the light-emitting element and the light-receiving element. FIG. 17 is a second diagram showing a second example of the positional relationship between the light-emitting element and the light-receiving element. In the example shown in FIGS. 16 and 17, three reflected light-emitting
第1の反射光発光素子211Xは、発光点LP1を有している。第2の反射光発光素子212Xは、発光点LP2を有している。第3の反射光発光素子213Xは、発光点LP3を有している。図17では模式的に、発光点LP1は第1の反射光発光素子211Xの表面に配置され、発光点LP2は第2の反射光発光素子212Xの表面に配置され、発光点LP3は第3の反射光発光素子213Xの表面に配置されるように、図示されている。図17では模式的に、受光点RPは受光素子220の表面に配置されるように、図示されている。
The first reflected
図17に示される高さh3は、法線方向における、素子基板23Xの支持面23X1と第3の反射光発光素子213Xの発光点LP3との距離(すなわち、発光点高さ)である。図17に示される距離z3は、法線方向における、第3の反射光発光素子213Xの発光点LP3から用紙Mまでの距離である。図16,17に示される距離r2は、面方向における、受光点RPと第2の反射光発光素子212Xの発光点LP2との距離である。図16,17に示される距離r3は、面方向における、受光点RPと第3の反射光発光素子213Xの発光点LP3との距離である。本例では、受光点RPと発光点LP1とは搬送方向に並ぶ。受光点RPと発光点LP2、および受光点RPと発光点LP3とは、面方向に含まれる方向であって、搬送方向とは異なる方向に並ぶ。
The height h3 shown in FIG. 17 is the distance between the support surface 23X1 of the
本例では、第1の反射光発光素子211Xの発光点高さと、第2の反射光発光素子212Xの発光点高さと、第3の反射光発光素子213Xの発光点高さとが異なっている。具体的には、素子基板23Xの支持面23X1に対する発光点LP1の高さh1が、支持面23X1に対する発光点LP2の高さh2よりも大きい。支持面23X1に対する発光点LP1の高さh1が、支持面23X1に対する発光点LP3の高さh3よりも小さい。
In this example, the light emitting point height of the first reflected
また本例では、受光素子220の受光点RPから、反射光発光素子21Xの発光点LP1,LP2,LP3までの距離が、互いに異なっている。具体的に、距離r1よりも距離r2のほうが大きく、距離r1よりも距離r3のほうが小さい。発光点LP1,LP2,LP3の支持面23X1からの高さに応じて、受光素子220から反射光発光素子21Xまでの距離を変えている。法線方向における支持面23X1と発光点LP1,LP2,LP3との距離が大きいほど、面方向における反射光発光素子21Xと受光素子220との距離を小さくしている。
In addition, in this example, the distances from the light receiving point RP of the
図16に示される仮想円Cは、受光点RPを中心とし距離r1を半径とする、支持面23X1上に描かれる仮想的な円である。第1の反射光発光素子211Xは、仮想円C上に配置されている。第2の反射光発光素子212Xは、仮想円Cの内側、すなわち仮想円Cよりも受光点RPに近く配置されている。第3の反射光発光素子213Xは、仮想円Cの外側、すなわち仮想円Cよりも受光点RPから離れて配置されている。
The virtual circle C shown in FIG. 16 is a virtual circle drawn on the support surface 23X1, with the light receiving point RP as the center and the distance r1 as the radius. The first reflected
3個の反射光発光素子21Xのうち、第2の反射光発光素子212Xが最小の発光点高さを有し、第3の反射光発光素子213Xが最大の発光点高さを有している。3個の反射光発光素子21Xのうち、発光点高さが最大でなくかつ最小でない第1の反射光発光素子211Xを、基準の発光素子とする。受光点RPは、本例における「第1の受発光点」の一例である。発光点LP1は、本例における「第2の受発光点」の一例である。発光点LP2,LP3は、本例における「第3の受発光点」の一例である。
Of the three reflected
3個の反射光発光素子21Xは、互いに近接配置され、並んで配置されている。3個の反射光発光素子21Xの並びの一方の端に第2の反射光発光素子212Xが配置され、3個の反射光発光素子21Xの並びの他方の端に第3の反射光発光素子213Xが配置されている。基準の発光素子とされる第1の反射光発光素子211Xは、3個の反射光発光素子21Xの並びの端に配置されない。第1の反射光発光素子211Xが3個の反射光発光素子21Xの並びの中央に配置され、第1の反射光発光素子211Xの両隣に、第2の反射光発光素子212Xと第3の反射光発光素子213Xとが、第1の反射光発光素子211Xに近接して配置されている。
The three reflected
基準の発光素子とされる第1の反射光発光素子211Xの発光点高さを、3個の反射光発光素子21Xの発光点高さのうちの中間の値とすることで、第1の反射光発光素子211Xの発光点高さと第2の反射光発光素子212Xの発光点高さとの差を小さくでき、かつ第1の反射光発光素子211Xの発光点高さと第3の反射光発光素子213Xの発光点高さとの差を小さくできる。各反射光発光素子21Xの発光点高さおよび/または受光素子220からの距離が図14に示される理想的な条件から外れた場合に、誤差の影響を低減でき、用紙Mの位置の変動の影響を小さくすることができる。
By setting the light emitting point height of the first reflected
3個の反射光発光素子21Xを近接配置し、基準の発光素子とされる第1の反射光発光素子211Xを反射光発光素子21Xの並びの端に配置しないようにすれば、第1の反射光発光素子211Xと第2の反射光発光素子212Xおよび第3の反射光発光素子213Xとの距離を小さくでき、用紙Mの位置の変動の影響を受けにくくすることができる。
By arranging the three reflected
1つの受光素子220あたり3個以上の反射光発光素子21Xを設ける構成とすることで、3つ以上の波長の照射光Lxを用いることができ、判別精度をより高めることができる。
By providing three or more reflected
<発光素子と受光素子との配置の第3の例>
図18は、複数の発光素子と受光素子とが成す角度を示す図である。図18には、受光素子220と、第1の反射光発光素子211Xと、第2の反射光発光素子212Xとが図示されている。図18に示される角度θは、第1の反射光発光素子211Xの発光点LP1と受光素子220の受光点RPとを通る直線と、第2の反射光発光素子212Xの発光点LP2と受光素子220の受光点RPとを通る直線と、の成す角度である。
<Third Example of Arrangement of Light Emitting Element and Light Receiving Element>
Fig. 18 is a diagram showing angles formed between a plurality of light-emitting elements and a light-receiving element. Fig. 18 shows a light-receiving
図19は、用紙Mの位置が変化するときに、光学素子の配置が受光素子の受光する光量の比に及ぼす影響を示す第1の図である。図20は、用紙Mの位置が変化するときに、光学素子の配置が受光素子の受光する光量の比に及ぼす影響を示す第2の図である。図19,20の横軸は、図18に示される角度θである。図19,20の縦軸の「2LEDの相対値変化」とは、第1の反射光発光素子211Xと第2の反射光発光素子212Xとが図14に示される理想的な条件に配置されているときの、受光素子220が受光する反射光Lr1と反射光Lr2(図4)との光量の比を示す。
Figure 19 is a first diagram showing the effect of the arrangement of optical elements on the ratio of the amount of light received by the light receiving element when the position of the paper M changes. Figure 20 is a second diagram showing the effect of the arrangement of optical elements on the ratio of the amount of light received by the light receiving element when the position of the paper M changes. The horizontal axis of Figures 19 and 20 is the angle θ shown in Figure 18. The "relative value change of 2 LEDs" on the vertical axis of Figures 19 and 20 indicates the ratio of the amount of light between the reflected light Lr1 and the reflected light Lr2 (Figure 4) received by the
図19には、矢印A1で示される用紙Mの搬送方向に対して用紙Mを2°回転させるシミュレーションの結果が示されている。図20には、矢印A3で示される用紙Mの幅方向に対して用紙Mを2°回転させるシミュレーションの結果が示されている。図19,20に凡例として示される値xは、上述した式3で表される、光学素子の配置に対する関数値である。図19,20には、複数の値xに対する、角度θを変化させたときの反射光Lr1,Lr2の光量の比の変化が示されている。
Figure 19 shows the results of a simulation in which paper M is rotated 2° relative to the transport direction of paper M indicated by arrow A1. Figure 20 shows the results of a simulation in which paper M is rotated 2° relative to the width direction of paper M indicated by arrow A3. The value x shown as a legend in Figures 19 and 20 is a function value for the arrangement of optical elements, expressed by
図19に示されるように、素子基板23Xに対する用紙Mの位置が変動して、用紙Mが搬送方向を中心とする回転を起こしたとき、第1の反射光発光素子211Xと第2の反射光発光素子212Xとが角度θ=0°付近または角度θ=180°付近に配置されていれば、反射光Lr1,Lr2の光量の比の変動が小さくなる。2つの反射光発光素子21Xを、受光素子220を挟んで対向する位置に配置する場合、角度θを180°±30°の範囲にし、すなわち角度θを150°以上210°以下にし、かつ値xを1.41≦x≦1.89に設定する。このように設定すれば、反射光Lr1,Lr2の光量の比の相対変化を、0.5%以下と十分に小さくすることができる。
As shown in FIG. 19, when the position of the paper M relative to the
図20に示されるように、素子基板23Xに対する用紙Mの位置が変動して、用紙Mが幅方向を中心とする回転を起こしたとき、第1の反射光発光素子211Xと第2の反射光発光素子212Xとが角度θ=0°付近に配置されていれば、反射光Lr1,Lr2の光量の比の変動が小さくなる。2つの反射光発光素子21Xを、受光素子220を挟んで対向する位置に配置する場合には、値xを1.67≦x≦1.82に設定することで、反射光Lr1,Lr2の光量の比の相対変化を0.5%以下と十分に小さくすることができる。値xが1.67≦x≦1.82の関係式を満たすことで、角度θによらず、また用紙Mが搬送方向に回転したときでも、反射光Lr1,Lr2の光量の比の相対変化を0.5%以下に抑えることができる。
20, when the position of the paper M relative to the
図21は、発光素子と受光素子との位置関係の第3の例を示す図である。図21に示される例では、1つの受光素子220に対して、4個の反射光発光素子21Xが設けられている。反射光発光素子21Xは、第1~第3の反射光発光素子211X,212X,213Xに加えて、第4の反射光発光素子214Xを含んでいる。第4の反射光発光素子214Xは、素子基板23Xの支持面23X1に支持されている。
Figure 21 is a diagram showing a third example of the positional relationship between the light-emitting element and the light-receiving element. In the example shown in Figure 21, four reflected light-emitting
受光素子220と第1~第3の反射光発光素子211X,212X,213Xは、図16,17と同じ位置に配置されている。第1の反射光発光素子211Xの発光点LP1は、本例における「第2の受発光点」の一例である。第2の反射光発光素子212Xおよび第3の反射光発光素子213Xは、基準の発光素子とされる第1の反射光発光素子211Xに対して成す角度θ≦30°となるように、配置されている。
The
本例では、第1の反射光発光素子211Xが、「第2の受発光点」を有する「基準の発光素子」の一例であり、第4の反射光発光素子214Xが、基準の発光素子とは異なる「別の発光素子」の一例である。第4の反射光発光素子214Xは、第1の反射光発光素子211Xとの間に受光素子220を挟んで配置されている。用紙Mの搬送方向は、図21においては図中の左右方向である。用紙Mの搬送方向において、第1の反射光発光素子211X、受光素子220、第4の反射光発光素子214Xの順に並べられている。
In this example, the first reflected
1つの受光素子220に対して4個の反射光発光素子21Xを設けるときには、まず、第1~第3の反射光発光素子211X~213Xのように受光素子220に対して一方の方向に反射光発光素子21Xを近接配置し、4個目の第4の反射光発光素子214Xを受光素子220を挟んで対向する位置に配置することができる。第4の反射光発光素子214Xは、第1の反射光発光素子211Xに対して成す角度θを150°以上210°以下にし、かつ値xを1.41≦x≦1.89に設定することで、用紙Mの位置の変動の影響を低減することができる。値xを1.67≦x≦1.82に設定することで、角度θによらず、用紙Mの位置の変動の影響を低減することができる。
When four reflected
<発光素子と受光素子との配置の第4の例>
図22は、発光素子と受光素子との位置関係の第4の例を示す図である。図22に示される例では、1つの受光素子220に対して、5個の反射光発光素子21Xが設けられている。反射光発光素子21Xは、第1~第4の反射光発光素子211X~214Xに加えて、第5の反射光発光素子215Xを含んでいる。第5の反射光発光素子215Xは、素子基板23Xの支持面23X1に支持されている。
<Fourth Example of Arrangement of Light Emitting Element and Light Receiving Element>
Fig. 22 is a diagram showing a fourth example of the positional relationship between the light-emitting element and the light-receiving element. In the example shown in Fig. 22, five reflected light-emitting
受光素子220と第1~第3の反射光発光素子211X,212X,213Xは、図16,17と同じ位置に配置されている。第1の反射光発光素子211Xの発光点LP1は、本例における「第2の受発光点」の一例である。本例では、第1の反射光発光素子211Xが、「第2の受発光点」を有する「基準の発光素子」の一例であり、第4の反射光発光素子214Xおよび第5の反射光発光素子215Xが、基準の発光素子とは異なる「別の発光素子」の一例である。第4の反射光発光素子214Xと第5の反射光発光素子215Xとは、第1の反射光発光素子211Xとの間に受光素子220を挟んで配置されている。
The
1つの受光素子220に対して5個の反射光発光素子21Xを設けるときには、まず、第1~第3の反射光発光素子211X~213Xのように受光素子220に対して一方の方向に反射光発光素子21Xを近接配置し、4,5個目の第4の反射光発光素子214Xおよび第5の反射光発光素子215Xを受光素子220を挟んで対向する位置に配置することができる。第4の反射光発光素子214Xと第5の反射光発光素子215Xとは、第1の反射光発光素子211Xに対して成す角度θを150°以上210°以下にし、かつ値xを1.41≦x≦1.89に設定することで、用紙Mの位置の変動の影響を低減することができる。値xを1.67≦x≦1.82に設定することで、角度θによらず、用紙Mの位置の変動の影響を低減することができる。
When five reflected
<発光素子と受光素子との配置の第5の例>
図23は、発光素子と受光素子との位置関係の第5の例を示す第1の図である。図24は、発光素子と受光素子との位置関係の第5の例を示す第2の図である。これまでに説明した例では、1つの受光素子220に対して複数個の反射光発光素子21Xが設けられたが、これに限られず、1つの反射光発光素子21Xあたり複数個の受光素子220が設けられてもよい。
<Fifth Example of Arrangement of Light Emitting Element and Light Receiving Element>
Fig. 23 is a first diagram showing a fifth example of the positional relationship between the light-emitting element and the light-receiving element. Fig. 24 is a second diagram showing a fifth example of the positional relationship between the light-emitting element and the light-receiving element. In the examples described so far, a plurality of reflected light-emitting
図23,24に示される例では、1つの反射光発光素子21Xに対して、2個の受光素子220が設けられている。受光素子220は、第1の受光素子222と、第2の受光素子223とを含んでいる。第1の受光素子222と第2の受光素子223とは、素子基板23Xの支持面23X1に支持されている。反射光発光素子21Xもまた、支持面23X1上に配置されている。
23 and 24, two light receiving
反射光発光素子21Xは、発光点LPを有している。第1の受光素子222は、受光点RP1を有している。受光点RP1は、第1の受光素子222の受光面221の中心の点である。第2の受光素子223は、受光点RP2を有している。受光点RP2は、第2の受光素子223の受光面221の中心の点である。受光面が封止されている場合は、封止樹脂によって作られた受光面の虚像点の位置を受光点RP1、RP2とする。発光点LPは、本例における「第1の受発光点」の一例である。受光点RP1は、本例における「第2の受発光点」の一例である。受光点RP2は、本例における「第3の受発光点」の一例である。
The reflected
図23,24においては、図中の左右方向が用紙Mの搬送方向である。法線方向は、図23においては紙面垂直方向であり、図24においては図中の上下方向である。図24に示される高さh1は、法線方向における、素子基板23Xの支持面23X1と第1の受光素子222の受光点RP1との距離である。高さh2は、法線方向における、支持面23X1と第2の受光素子223の受光点RP2との距離である。高さh1は高さh2よりも大きい。素子基板23Xの支持面23X1に対する受光点RP1の高さh1が、支持面23X1に対する受光点RP2の高さh2よりも大きい。
23 and 24, the left-right direction in the figure is the transport direction of the paper M. The normal direction is perpendicular to the paper surface in FIG. 23, and is up-down in FIG. 24. Height h1 shown in FIG. 24 is the distance in the normal direction between the support surface 23X1 of the
図24に示される距離z0は、法線方向における、反射光発光素子21Xの発光点LPから用紙Mまでの距離である。距離z1は、法線方向における、第1の受光素子222の受光点RP1から用紙Mまでの距離である。距離z2は、法線方向における、第2の受光素子223の受光点RP2から用紙Mまでの距離である。距離r1は、面方向(搬送方向)における、反射光発光素子21Xの発光点LPと第1の受光素子222の受光点RP1との距離である。距離r2は、面方向(搬送方向)における、反射光発光素子21Xの発光点LPと第2の受光素子223の受光点RP2との距離である。
The distance z0 shown in FIG. 24 is the distance in the normal direction from the light emitting point LP of the reflected
面方向における、反射光発光素子21Xの発光点LPから、受光素子220の受光点RP1,RP2までの距離が、互いに異なっている。具体的に、距離r1よりも距離r2のほうが大きい。支持面23X1に対する受光点RP1の高さh1のより大きい第1の受光素子222と反射光発光素子21Xとの距離r1が、支持面23X1に対する受光点RP2の高さh2のより小さい第2の受光素子223と反射光発光素子21Xとの距離r2よりも小さい。素子基板23Xの支持面23X1からの受光点の高さに応じて、反射光発光素子21Xから受光素子220までの距離を変えている。法線方向における支持面23X1と受光点RP1,RP2との距離が大きいほど、面方向における受光素子220と反射光発光素子21Xとの距離を小さくしている。
The distances from the light emitting point LP of the reflected
このような構成とした場合、上述した式3で示される値xと、上述した式4で示される値Aとが、図15に示される上下2つの曲線に挟まる範囲にあるように、理想的には図14に示される曲線の配置条件を満たすように、反射光発光素子21Xと第1の受光素子222および第2の受光素子223とを配置することができる。このようにすれば、法線方向における用紙Mの位置が変動するときに、反射光発光素子21Xから出射され用紙Mで反射されて第1の受光素子222により受光される受光量と、反射光発光素子21Xから出射され用紙Mで反射されて第2の受光素子223により受光される受光量と、の相対的な変化量を十分に小さく抑えることができる。したがって、用紙Mの位置の変動の影響を低減でき、高精度に紙種判別をすることができる。
In this configuration, the reflected
<発光素子と受光素子との配置の第6の例>
図25は、発光素子と受光素子との位置関係の第6の例を示す図である。図25に示される例では、1つの反射光発光素子21Xに対して、3個の受光素子220が設けられている。受光素子220は、第1の受光素子222と、第2の受光素子223と、第3の受光素子224とを含んでいる。3個の受光素子220は、素子基板23Xの支持面23X1に支持されている。反射光発光素子21Xもまた、支持面23X1上に配置されている。
<Sixth Example of Arrangement of Light Emitting Element and Light Receiving Element>
Fig. 25 is a diagram showing a sixth example of the positional relationship between the light emitting element and the light receiving element. In the example shown in Fig. 25, three
第3の受光素子224は、受光面221の中心の点である受光点を有している。受光面が封止されている場合は、封止樹脂によって作られた受光面の虚像点の位置を受光点とする。本例では、反射光発光素子21Xと第1の受光素子222とは搬送方向に並ぶ。反射光発光素子21Xと第2の受光素子223、および反射光発光素子21Xと第3の受光素子224とは、面方向に含まれる方向であって、搬送方向とは異なる方向に並ぶ。図25に示される距離r2は、面方向における、反射光発光素子21Xの発光点と第2の受光素子223の受光点との距離である。図25に示される距離r3は、面方向における、反射光発光素子21Xの発光点と第3の受光素子224の受光点との距離である。距離r3は、距離r1よりも小さい。また、法線方向における、支持面23X1と第3の受光素子224の受光点との距離は、図24に示される高さh1よりも大きい。法線方向における支持面23X1と受光点との距離が大きいほど、面方向における受光素子220と反射光発光素子21Xとの距離を小さくしている。
The third
互いに近接配置され並んで配置された3個の受光素子220のうち、並びの端に配置されない第1の受光素子222を基準の受光素子とし、第1の受光素子222の受光点RP1の支持面23X1からの高さを、3個の受光素子220の受光点の高さのうちの中間の値とする。これにより、各受光素子220の受光点の高さおよび/または反射光発光素子21Xからの距離が図14に示される理想的な条件から外れた場合に、用紙Mの位置の変動の影響を小さくすることができる。基準の受光素子とされる第1の受光素子222と第2の受光素子223および第3の受光素子224との距離を小さくすることで、用紙Mの位置の変動の影響を小さくすることができる。
Of the three
なお、これまでの説明においては、反射光発光素子21Xと、反射光発光素子21Xから用紙Mに照射された光の反射光を検出する受光素子220と、の配置について説明した。用紙Mからの反射光は、素子から用紙Mまでの距離の変動に対する感度が高いため望ましいが、この例に限られるものではない。透過光発光素子21Yと、透過光発光素子21Yから用紙Mに照射された光の透過光を受光する受光素子220と、のいずれか一方の1個あたりいずれか他方を複数個設ける場合に、透過光発光素子21Yと受光素子220との配置について、上述したいずれかの例の位置関係を適用してもよい。
In the above explanation, the arrangement of the reflected
以下、実施例について説明する。図12,13に示される、1つの受光素子220に対して2つの反射光発光素子21Xが設けられている例について、受光素子220の受光点RPと第2の反射光発光素子212Xの発光点LP2との距離r2の設定を異ならせることで、式4に示される値Aを異ならせ、各条件において用紙Mの位置を変動させたときの受光素子220による反射光Lr1,Lr2の光量の変化量を、シミュレーションによって確認した。
The following describes an example. In the example shown in Figures 12 and 13, where two reflected
受光素子220の受光面221の支持面23X1からの高さを、1.0mmとした。第1の反射光発光素子211Xの発光点高さh1を、1.4mmとした。第2の反射光発光素子212Xの発光点高さh2を、0.8mmとした。受光素子220の受光点RPから用紙Mまでの距離z0を、10.4mmとした。第1の反射光発光素子211Xの発光点LP1から用紙Mまでの距離z1を、10.0mmとした。受光素子220の受光点RPと第1の反射光発光素子211Xの発光点LP1との距離r1を、19.0mmとした。
The height of the
図26は、実施例における、光学素子の配置が受光素子の受光する光量の比に及ぼす影響を示す表である。図26における「zシフトによる変化」は、法線方向における用紙Mの位置を、(z0+z1)/2のプラス10%からマイナス10%の範囲で変動させたときの、受光素子220による反射光Lr1,Lr2の光量の変化量である。
Figure 26 is a table showing the effect of the arrangement of optical elements on the ratio of the amount of light received by the light receiving elements in the embodiment. "Change due to z shift" in Figure 26 is the amount of change in the amount of light reflected by the
距離r2を距離r1と等しい19.00mmとする通常の配置の場合(条件1)、反射光の光量の変化は0.85%と大きかった。距離r2を条件1よりも大きい19.20mmとし値Aを負の値にする条件2では、反射光の光量の変化は0.58%と条件1よりも減少したものの、依然として0.5%を越えていた。したがって条件1,2は「不可」と判定された。
In the case of the normal arrangement (condition 1), where distance r2 is 19.00 mm, equal to distance r1, the change in the amount of reflected light was large at 0.85%. In
距離r2を条件2よりもさらに大きい19.40mmとする条件3では、反射光の光量の変化を0.30%と0.5%未満に抑えることができ、「可」と判定された。条件4は、図14に示される理想的な配置条件を満たす最適な配置であり、反射光の光量の変化は0.01%と十分に小さくすることができたので、「良」と判定された。
In
このように、光学素子の配置条件を理想的な条件に十分に近い範囲にすることで、用紙Mの位置が変動して素子から用紙Mまでの距離が変動しても、反射光Lr1,Lr2の光量の変化を小さく抑えることができ、したがって高精度に紙種判別ができることが示された。 In this way, by setting the placement conditions of the optical elements to a range sufficiently close to the ideal conditions, even if the position of the paper M changes and the distance from the elements to the paper M changes, the change in the light intensity of the reflected lights Lr1 and Lr2 can be kept small, and therefore it has been shown that paper type can be identified with high accuracy.
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 画像形成装置、2 紙種判別装置、10 制御ユニット、20 検査部、21 光源ユニット、21X 反射光発光素子、21X1 台座、21X2 光源、21X3 封止樹脂、21X4 発光面、21X5 レンズ、21Y 透過光発光素子、22 検出ユニット、23X,23Y 素子基板、23X1 支持面、24X,24Y 光学絞り、25 通紙ガイド、26 反射部、27 搬送路、28X,28Y 開口部、30 画像形成部、40 定着部、50 スキャナー、60 操作パネル、70 通信部、81 給紙トレイ、211X 第1の反射光発光素子、212X 第2の反射光発光素子、213X 第3の反射光発光素子、214X 第4の反射光発光素子、215X 第5の反射光発光素子、220 受光素子、221 受光面、222 第1の受光素子、223 第2の受光素子、224 第3の受光素子、C 仮想円、LP,LP1,LP2,LP3 発光点、Lr1,Lr2,sLr1,sLr2 反射光、Lt 透過光、Lx,Lx1,Lx2,Ly 照射光、M 用紙、RP,RP1,RP2 受光点、h1,h2,h3 高さ、r1,r2,r3,z0,z1,z2,z3 距離。 1 Image forming apparatus, 2 Paper type discrimination device, 10 Control unit, 20 Inspection unit, 21 Light source unit, 21X Reflected light emitting element, 21X1 Base, 21X2 Light source, 21X3 Sealing resin, 21X4 Light emitting surface, 21X5 Lens, 21Y Transmitted light emitting element, 22 Detection unit, 23X, 23Y Element substrate, 23X1 Support surface, 24X, 24Y Optical aperture, 25 Paper passing guide, 26 Reflection unit, 27 Transport path, 28X, 28Y Opening, 30 Image forming unit, 40 Fixing unit, 50 Scanner, 60 Operation panel, 70 Communication unit, 81 Paper feed tray, 211X First reflected light emitting element, 212X Second reflected light emitting element, 213X Third reflected light emitting element, 214X Fourth reflected light emitting element, 215X Fifth reflected light emitting element, 220 Light receiving element, 221 light receiving surface, 222 first light receiving element, 223 second light receiving element, 224 third light receiving element, C virtual circle, LP, LP1, LP2, LP3 light emitting point, Lr1, Lr2, sLr1, sLr2 reflected light, Lt transmitted light, Lx, Lx1, Lx2, Ly emitted light, M paper, RP, RP1, RP2 light receiving point, h1, h2, h3 height, r1, r2, r3, z0, z1, z2, z3 distance.
Claims (16)
光を受光する受光面を有し、前記発光素子から前記用紙に照射された光の反射光または透過光を検出する、受光素子とを備え、
前記発光素子と前記受光素子とのいずれか一方の1個あたり、前記発光素子と前記受光素子とのいずれか他方が複数個設けられ、
前記発光素子と前記受光素子とのいずれか一方は、第1の受発光点を有し、前記発光素子と前記受光素子とのいずれか他方は、第2の受発光点と第3の受発光点とを有し、前記受発光点は、前記発光素子から出射される光線の虚像点の位置または前記受光面の虚像点であり、
前記発光素子と前記受光素子との複数個のいずれか他方を支持する支持面を有する基板をさらに備え、
前記用紙の表面に沿う面方向における前記第1の受発光点と前記第2の受発光点との距離をr1、前記面方向における前記第1の受発光点と前記第3の受発光点との距離をr2、前記用紙の前記表面の法線方向における前記支持面と前記第2の受発光点との距離をh1、前記法線方向における前記支持面と前記第3の受発光点との距離をh2、前記法線方向における前記第1の受発光点と前記用紙との距離をz0、前記法線方向における前記第2の受発光点と前記用紙との距離をz1、とし、
A=(r2-r1)/(h2-h1)
x=2r1/(z0+z1)
としたとき、前記Aと前記xとは、
k1/x+a1・x+b1≦A≦k2/x+a2・x+b2
の関係式を満たし、ただし、k1=0.059、a1=-1.050、b1=0.304、k2=0.714、a2=-0.467、b2=0.0666である、紙種判別装置。 A light emitting element that irradiates light toward the paper;
a light receiving element having a light receiving surface for receiving light and configured to detect reflected light or transmitted light of the light irradiated from the light emitting element to the paper;
a plurality of the other of the light emitting element and the light receiving element are provided for each of the light emitting element and the light receiving element;
one of the light-emitting element and the light-receiving element has a first light-emitting and receiving point, and the other of the light-emitting element and the light-receiving element has a second light-emitting and receiving point and a third light-emitting and receiving point, the light-emitting and receiving points being positions of virtual image points of light rays emitted from the light-emitting element or virtual image points of the light-receiving surface,
a substrate having a support surface for supporting the other of the plurality of light emitting elements and the plurality of light receiving elements;
a distance between the first light receiving and emitting point and the second light receiving and emitting point in a surface direction along the surface of the paper is r1, a distance between the first light receiving and emitting point and the third light receiving and emitting point in the surface direction is r2, a distance between the support surface and the second light receiving and emitting point in a normal direction to the surface of the paper is h1, a distance between the support surface and the third light receiving and emitting point in the normal direction is h2, a distance between the first light receiving and emitting point and the paper in the normal direction is z0, and a distance between the second light receiving and emitting point and the paper in the normal direction is z1,
A = (r2 - r1) / (h2 - h1)
x = 2r1 / (z0 + z1)
Then, A and x are
k1/x+a1.x+b1≦A≦k2/x+a2.x+b2
where k1=0.059, a1=-1.050, b1=0.304, k2=0.714, a2=-0.467, and b2=0.0666.
前記発光素子と前記受光素子とのいずれか一方は、前記支持面上に配置される、請求項1または請求項2に記載の紙種判別装置。 the support surface is a plane;
3. The paper type discriminating device according to claim 1, wherein either the light emitting element or the light receiving element is disposed on the support surface.
前記別の発光素子は、前記基準の発光素子との間に前記受光素子を挟んで配置され、
前記基準の発光素子の虚像点と前記受光面の虚像点とを通る直線と、前記別の発光素子の虚像点と前記受光面の虚像点とを通る直線と、の成す角度が、150°以上210°以下であり、
前記xは、1.41≦x≦1.89の関係式を満たす、請求項7に記載の紙種判別装置。 the plurality of light-emitting elements include a reference light-emitting element having the second light-emitting point and another light-emitting element different from the reference light-emitting element,
the other light-emitting element is disposed between the reference light-emitting element and the light-receiving element,
an angle between a straight line passing through the virtual image point of the reference light-emitting element and the virtual image point of the light receiving surface and a straight line passing through the virtual image point of the other light-emitting element and the virtual image point of the light receiving surface is 150° or more and 210° or less;
8. The paper type discrimination device according to claim 7, wherein the x satisfies a relational expression of 1.41≦x≦1.89.
前記発光面は、前記面方向と平行な平面である、請求項1または請求項2に記載の紙種判別装置。 The light-emitting element has a light-emitting surface through which light is emitted from the light-emitting element,
The paper type discrimination device according to claim 1 , wherein the light emitting surface is a flat surface parallel to the surface direction.
前記用紙に対して画像を形成する画像形成ユニットと、を備える、画像形成装置。
The paper type discrimination device according to claim 1 or 2,
an image forming unit that forms an image on the paper.
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