JP4429088B2 - 物体識別情報出力装置及び物体識別情報出力方法 - Google Patents

Description

本発明は、物体を識別するための物体識別情報出力装置及び物体識別情報出力方法に関する。

従来、例えば、各種記録用紙などのシート状物質、インクカートリッジ、トナーカートリッジなどの成型品、各種包装用品等の物体を識別するための識別情報を出力する物体識別情報出力装置があり、このような物体識別情報出力装置としては、光学的な手段を用いて物体を識別するための情報を出力するようにしたものがある。

そして、このように光学的な手段を用いて物体を識別するための情報を出力するようにしたものとしては、例えば、物体に光源から光を照射し、物体の表面からの反射や散乱強度をセンサにより検出することにより、物質の種類を判別するようにしたものが提案されている（特許文献１参照。）。

なお、このような物体識別情報出力装置は、例えば画像形成装置に設けられ、画像形成装置は、この物体識別情報出力装置により記録用紙の種類（例えば、普通紙、光沢紙、コート紙、再生紙、ＯＨＰなど）を識別し、識別された記録用紙の種類に応じて記録用紙に対する画像形成、搬送、画像定着等における各種パラメータの変更を行うようにしている。また、画像形成装置がインクジェット方式のものの場合には、物体識別情報出力装置からの識別情報出力によってインクカートリッジの包装容器を識別することにより、正しいインクカートリッジが装着されているかを検出するようにしている。

また、シート材に外部から衝撃を加える衝撃印加部、及び該衝撃により出力を出力する検知物を有する物体識別情報出力装置の提案がなされている（特許文献２参照。）

特開２０００−３０１８０５号公報 特開２００４−０２６４８６号公報

ところで、近年、画像形成装置は、記録速度が高速化しており、さらに記録用紙の搬送経路は湾曲していることが多いことから、記録用紙がばたつきながら搬送される場合がある。このため、上述したような従来の物体識別情報出力装置が、このような画像形成装置に設けられた場合、各種記録用紙の種類を識別する際、このように記録用紙がばたつきながら搬送されると、記録用紙に対する光源やセンサの角度や距離が一定にならず、識別精度にばらつきが生じてしまう可能性がある。

また、例えばインクカートリッジの包装容器のように各種の印刷が行われている物体を識別するために光を照射すると、照射した場所によって反射や散乱強度が変化してしまい、識別精度にばらつきが生じてしまう可能性がある。

本発明は、物体を識別するための識別情報を出力するための物体識別情報出力装置において、前記物体に物理的な外力を印加する外力印加手段と、前記物体に接し、前記外力印加手段により印加された外力に起因する前記物体に所定以上の変形が生じないようにする緩衝手段と、前記外力に起因して生じる前記物体からの情報を検出するための情報検出手段と、を備え、前記緩衝手段は前記物体よりもやわらかい材料を用いて構成され、かつ前記緩衝手段は前記物体に接するように前記物体と前記情報検出手段との間に設けられ、前記情報検出手段からの出力に基づいて前記物体を識別するための情報を出力することを特徴とするものである。

また本発明は、物体を識別するための識別情報を出力するための物体識別情報出力方法であって、前記物体に物理的外力が印加された際に、前記物体に所定以上の変形が生じないようにするための緩衝部材を前記物体に接しながら前記物体と前記識別情報を検出するための情報検出手段との間に、前記外力が印加された際に前記緩衝部材と前記物体とが接するように設ける工程と、前記物体に物理的外力を加えて、該外力に起因して生じる前記物体からの情報を前記緩衝部材を介して検出する工程と、前記検出された情報に基づいて前記物体を識別するための情報を出力する工程と、を有することを特徴とするものである。

本発明においては、外力に起因する識別すべき物体に所定以上の変形が生じないようにするための緩衝手段を用いることで、識別すべき物体の破壊が防止される。また、出力情報が安定したものとなる。これにより、物体のばたつきにかかわらず精度の高い物体識別情報出力が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る物体識別情報出力装置の構成原理を示す図である。図１において、１は外力制御手段である外力制御部、２は外力印加手段である外力印加部、３は識別される物体、４は情報検出手段である信号検出部、５は信号処理手段である信号処理部である。

ここで、外力制御部１は、物質３を識別するために、どのような物理的な外力を印加するかを設定するためのものであり、このような外力制御部１としては、パソコンなどの外部制御装置を用いてもよく、また本物体識別情報出力装置を組み込んだ各種装置、例えば画像形成装置に設けられたＣＰＵ（制御部）を用いてもかまわない。つまり、目的により、外部から印加する力の強さや印加する回数を設定できるものであれば何でもかまわない。もちろん、人間が必要な時に駆動させても良い。

外力印加部２は、物理的な外力を識別される物体３に印加するものであり、外力制御部１からの信号により、例えばバネ等により物体側に移動して任意の繰り返し回数及び任意の周期で、かつ制御された一定又は異なる強さで外力を物体３に印加するようにしている。なお、外力印加部２を移動させるための手段としては、バネ以外でも、例えば自由落下や空気圧を利用することもできるし、テコの原理による力の増幅、ソレノイドなどの手段を用いても良いことは言うまでもない。

また、外力印加部２の、識別される物体３と接する部分の形状には制限がなく、平面であっても曲率を有していてもよく、さらには角錘状であってもかまわない。目的により、形状を設定すればよい。同様に、用いる材料にも制限はなく、金属、合金、セラミックス、プラスチックや、これらを組み合わせた各種複合材料などを用いることができる。

識別される物体３と信号検出部４の間には、緩衝手段である緩衝部材１７が設けられている。ここで、この緩衝部材１７は、識別される物体３の変形、すなわち撓みと圧縮量を制御するためのものであり、物体３の破壊を防止するとともに、検出信号のばらつきを低減するものである。具体的には、識別される物体３よりも変形しやすい材料を用いることや、溝を設けて溝の幅以上の大きさと溝の深さ以上の変形をしないようにすることである。

信号検出部４は、物体に印加された外力に起因する物体から応答（信号）を検出するものであり、本実施の形態では、図２に示すように、圧電材料７の両面に電極８を取り付けた圧電素子６を備えたセンサにより構成されている。なお、この圧電素子６は、図２に示すように防振材９を介して取り付け台１０に取り付けられ、さらに圧電素子６の、防振材１０と反対側の面には受け材１１が設けられている。ここで、圧電素子６に用いる材料は、圧電特性を示す材料であれば何でもよい。

また、防振材９は用いなくても良いが、物体識別情報出力装置の用途によっては振動の激しい場所での使用も想定されるので、このような場合には振動と外力印加部２からの外力を精度よく識別するため防振材９を用いることが好ましい。

受け材１１は、圧電素子６の機械的破壊を防止するための機能に加えて、外力印加部２からの外力が印加された物体３からの応答（信号）を確実に圧電素子６に伝えるためのものである。ここで、この受け材１１の材料にも制限はないが、一般には弾性率が大きく、損失弾性率ｔａｎδの小さな金属、合金、プラスチックが好ましい。また、受け材１１が物体３と接する部分は、平面であっても曲率を有していてもよく、凹凸があってもよい。

信号処理部５は、信号検出部４からの信号から、例えば電圧、周波数成分などの物体３を識別するための信号（情報）を検出／処理するためのものであり、この信号処理部５からの処理信号に基づいて識別手段である識別部５Ａ（、或いは物体識別情報出力装置を組み込んだ画像形成装置のＣＰＵ）は物体３を識別することができるようになっている。

次に、本物体識別情報出力装置の物体識別情報出力方法について説明する。

まず、物体識別情報出力動作開始前に、予め外力制御部１に、外力の強さ（例えば、外力が印加される時、すなわち外力印加部２と物体３が接触するときの速度、その時の接触する外力印加部２及び物体３の質量、外力印加の回数、周期など）を設定しておく。

次に、識別される物体３を、信号検出部４の上方に設置又は搬送し、物体３に物理的外力が加わった際、物体３に所定以上の変形が生じないようにするための緩衝部材１７と、物体３とを接して設ける（設置工程）。この後、予め外力制御部１で設定しておいた条件で、外力印加部２を物体側に移動させることにより外力を物体３に印加する（外力印加工程）。そして、このとき印加された外力に起因して物体３から出力される信号を信号検出部４により検出し（信号検出工程）、さらにこの信号に応じて信号検出部４から出力される信号を信号処理部５により検出する。

次に、信号処理部５では、信号検出部４からの信号から、例えば電圧、周波数成分などの物体３を識別するための信号（情報）を検出／処理し（信号処理工程）、この処理信号を識別部５Ａに出力する。そして、識別部５Ａは、この信号処理部５からの処理信号に基づいて物体３の情報を検出し（情報検出工程）、この情報に基づいて物体３を識別する（識別工程）。

そして、このような情報出力方法により、即ち外力印加部２により物体３に外力を印加すると共に印加された外力に起因する物体３からの信号を信号検出部４により検出し、さらにこの信号検出部４からの出力信号を信号処理部４により処理し、この処理信号に基づいて物体３を識別するための情報を検出することができる。

さらに、外力に起因する識別すべき物体３に所定以上の変形が生じないようにするための緩衝部材１７を用いることで、識別すべき物体３の破壊が防止される。また、出力情報が安定したものとなる。これにより、物体３のばたつきにかかわらず精度の高い物体識別が可能となる。

なお、この情報出力方法の場合、外力の印加は１回だけに限定されるものではなく、複数回の印加を定期的又は不定期で行うこともでき、外力の印加条件を変化させることもできる。また、本実施の形態では、識別される物体３を外力により圧縮することになるから、得られる物体３の情報としては、識別される物体３の剛性、圧縮のヤング率、密度、厚さだけでなく、温度や湿度から水分情報も得ることができる。さらに、識別される物体３が移動している場合には、外力印加部２が物体３に接触している時間を制御することで物体の凹凸情報を検出することも可能である。

なお、信号検出工程において検出する印加された外力に起因する信号は、物体３による外力の吸収の他、反発、減衰、伝播、増幅に基づくものであり、かつこの信号検出工程では印加された外力に起因する信号を電気的に定量的に検出する他、光学的、或いは熱的に定量的に検出することができる。さらに、識別工程においては、物体の品種、型番、サイズ、数量の少なくとも一つを識別することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図３は、本実施の形態に係る物体識別情報出力装置の構成原理を示す図であり、図３において、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示している。

図３において、４Ａは信号検出部であり、この信号検出部４Ａは、上面及び下面に開口部が形成されている容器４１内に充填されているシリコンオイル等の液体４２と、容器４１の上面に形成された開口部を塞ぐように設けられると共に物体３が載置され、物体３が変形するとその変形量に応じて変形する緩衝手段の一例としての変形制御材４３と、容器４１の下面に形成された開口部を塞ぐように設けられると共に、変形制御材４３の変形に伴って液体４２を介して伝播される圧力により変形する可変ミラー４４と、可変ミラー４４の変形量を光源４５からの光の光路変化に基づいて検出する光検出部４６とを備えたセンサにより構成されている。

なお、変形制御材４３は、その大きさ、形状により、識別される物体３の変形量を制御することができる。すなわち、この大きさ、形状により、識別される物体３の変形面積を制御でき、さらに変形制御材４３の破壊強度以内の変形量に制御できる。

そして、このような構成の信号検出部４Ａ（センサ）において、外力印加部２により外力が物体３に印加されると、まず物体３と共に変形材４３が変形し、この変形に相当する圧力が液体４２により可変ミラー４４に伝播され、これにより可変ミラー４４は変形材４３の変形に応じた量だけ変形する。

次に、このように可変ミラー４４が変形すると、光源４５から照射され、可変ミラー４４に当たって反射する光の光路が変化し、この光路変化を光検出部４６が検出する。ここで、この光検出部４６により検出される光路変化は、識別される物体３の変形（圧縮、撓み）量と相関関係があり、このため光検出部４６の出力を検出すれば、物体３の情報を検出することが可能となり、この結果、物体３の識別が可能となる。

なお、識別される物体３が、外力を印加しても撓みも圧縮も事実上無視できるような剛体の場合であっても、上記のような変形制御材４３を設けることで、物体３の識別は可能となる。そして、物体３が剛体の場合には、外力が印加されると物体３は非弾性衝突を起こすため、印加された外力の一部は熱として緩和される。そこで、このような物体３をより正確に識別するためには、シリコンオイルの替わりに、熱膨張係数の大きな物質、例えばヘリウムガスを容器内（密閉空間）に充填すると共に、変形制御材４３に熱伝導性の良い材料、例えば金属、合金を用いる。

そして、このように構成することにより、物体３に外力を印加すると、まず物体３に熱が生じ、次に、この熱によりヘリウムガスが変形制御材４３を介して熱膨張し、結果として可変ミラー４４が変形する。そして、この変形量を光源４５からの光路変化により検出する。

ここで、熱緩和現象は材料固有の現象であることから、このように変形量を検出することにより、識別される物体３の材料、構成に関する情報が得られ、この結果、物体３の識別が可能となる。もちろん、気体物質を入れた容器４１が外力に応じて変形するようにしても良いことは言うまでもない。

なお、変形制御材４３の大きさには、制限がなく、図３では物体３の方が大きく描いているが、変形制御材４３の方が大きな面積を有しても良いことは言うまでもない。また、変形制御材４３の材料にも制限がなく、物体３と接触した時に、静電気を発生したり、化学的な反応を起こさなければ金属、合金、各種高分子化合物など何でも良い。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。

図４は、本実施の形態に係る物体識別情報出力装置の構成原理を示す図であり、図４において、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示している。

図４において、１７Ａは変形量制御材であり、この変形量制御材１７Ａは、識別される物体３が壊れやすい場合、あるいはシート材のように厚さが薄いような場合に、物体３の撓み量が大きくなり過ぎないように制御するものである。なお、この変形量制御材１７Ａの、物体３が載置される上面には溝１７ａが形成されており、この溝１７ａの深さと幅、及び印加する外力の制御により、物体３の変形量の上限を設定するようになっている。

また、本実施の形態において、外力印加部２と信号検出部４は一体となっており、信号検出部４は、外力印加部２が物体３に衝突したときに撓む物体３から、外力印加部２を介して伝わる印加外力の大きさに応じた反力の大きさを検出するようになっている。

ここで、物体３の撓み変形量が少ない場合には、外力が印加されても物体３は変形量制御材１７Ａの溝底面には接触しないために、物体３の撓みに関する情報が検出される。一方、撓み量が大きくなると、物体３は外力印加により変形量制御材１７Ａの溝底面に接触することから、このような場合は、物体３の圧縮に関する情報もあわせて検出することになる。

このような構成の物体識別情報出力装置において、物体３の識別を行う場合には、まず識別される物体３を変形量制御材１７Ａの上に配置する。これは、手動で行っても自動搬送装置のようなもので行ってもかまわない。次に、外力制御部１により外力の印加方法を設定し、この設定に基づいて外力印加部２を物体３に衝突させ、物体３に外力を印加する。

なお、外力の制御としては、外力印加部２が所定の速度になった時点で外力制御部１の制御信号を遮断する方法、外力印加部２が物体３に接した時に制御信号を遮断する方法、あるいは識別する物体３を所定の量だけ押し込んだ時点で制御信号を遮断する方法などがある。また、信号検出部４は、外力制御部１の制御信号が遮断された時から動作させてもよいし、制御信号に関係なく連続して動作させてもかまわない。

また、図４では、外力印加部２と信号検出部４を別々の構成要素として記述してあるが、これは同一の構成物であってもかまわない。さらに、外力制御部１と信号処理部５を同一の電気回路基板に組み込んでも良いことは言うまでもない。

さらに、信号検出部４を、外力印加部２と別体に設け、信号検出部４を変形量制御材１７Ａとを一体に設けるようにしても良い。なお、識別する物体３が電子写真用の記録用紙の場合などでは、用紙の表面電位が外力印加材などとの接触により変化すると画像形成に影響する場合がある。このような場合には、外力印加手段の物体３に接触する部分（或いは、後述する図７又は図１０に示す外力印加材）と変形量制御材１７Ａが半導体または導電性材料、あるいは半導体又は導電性材料を塗布した材料、半導体又は導電性材料を混合した材料のいずれか一つにより形成するようにする。

以上、第１〜第３の実施の形態で述べたように、外力印加部２により物体３に外力を印加すると共に印加された外力に起因する物体３からの信号を信号検出部４により検出し、さらにこの信号検出部４からの出力信号を信号処理部４により処理することにより、処理信号に基づいて物体３を識別するための情報を検出することができる。

さらに、外力に起因する識別すべき物体３に所定以上の変形が生じないようにするための緩衝部材１７又は変形量制御材１７Ａを用いることで、識別すべき物体３の破壊が防止される。また、出力情報が安定したものとなる。これにより、物体３のばたつきにかかわらず精度の高い物体識別が可能となる。

なお、これまでの説明において、信号検出部４を構成するセンサとして圧電素子（半導体）の圧電効果や気体又は液体を入れた容器４１の形状変化を利用するものを用いた場合について述べてきたが、本発明はこれに限らず、強誘電体及び圧電体の圧電効果、気体又は液体の体積変化、電気容量の変化の少なくとも一つを利用したものを用いるようにしても良い。

（実施例）
以下、具体的な実施例により、本発明を説明する。

（実施例１）
本実施例では、図１に示す構成の物体識別情報出力装置により物体を識別した。なお、本実施例においては、外力制御部１としてパソコンを用いた。また、外力印加部２の識別される物体３と接する部分の形状は、半径が３．５ｍｍの円錐状とした。また、円錐状の部分としては重さ４ｇのステンレスを用いた。さらに、信号検出部の構成を図２に示した。信号を検出するセンサとしては、面積３ｍｍ×８ｍｍの圧電素子６を用いると共に、圧電素子６を面積５ｍｍ×１０ｍｍの防振材９を介して取り付け台１０に取り付け、さらに圧電素子６には面積３ｍｍ×５ｍｍの受け材１１を設けるようにした。受け材１１の上には、厚さ１ｍｍ、面積３ｍｍ×５ｍｍ、硬度３０の高分子材料を（商品名アルファゲルなど）を設けて、緩衝部材１７とした。

そして、圧電素子に用いる材料としては酸化亜鉛を用い、防振材９としては厚さ１．５ｍｍで硬度８０のニトリルゴムを用いた。また、受け材１１としては厚さ２ｍｍの真鍮の板とし、取り付け台１０も真鍮を用いた。

また、識別する物体３は、インクジェット用のインクカートリッジが入っている包装容器とし、用いた包装容器はキヤノン株式会社製のＢＣＩ−６ＢＫと、セイコーエプソン社製のＩＣ１ＢＫ１０の黒インクとした。なお、これらの包装容器は、その外形寸法は異なるが、外形は図５に示したように類似している。

そして、このような包装容器を識別するため、まず包装容器（物体３）を、陳列用のフック穴３ａの付近の図中Ａで示した領域に外力が印加されるように、信号検出部４の上に載置し、この後、外力印加部２により外力を印加した。なお、このとき、上記重さ４ｇのステンレス円錐材が、速度０．８ｍ／ｓで包装容器３に衝突するようにした。

図６は、このとき信号検出部４（の圧電素子）に発生した電圧を示すものであり、図６の（ａ）はＢＣＩ−５ＢＫ容器に発生した電圧を、図６の（ｂ）はＩＣ１ＢＫ１０容器に発生した電圧を、それぞれ示している。なお、この図６では、電圧値はそのままの値でなく、物体３がない時の電圧を１として、物体３を介した時の電圧の相対値を示した。なお、物体３がない時の発生電圧は６．７Ｖであった。

そして、図６の（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、ＢＣＩ−５ＢＫ容器に対してＩＣ１ＢＫ１０容器では、約７．７倍の電圧が発生した。また、同じ品番の容器を２０個用いて、図５中の領域Ａの中で、外力を印加する場所を変化させながら同じような測定を行うと、発生電圧は変化し、両者の電圧比は６．４から８．２の幅で変化した。しかし、常にＩＣ１ＢＫ１０容器の方が６倍以上大きな発生電圧であった。

（実施例２）
本実施例では、図３に示す構成の物体識別情報出力装置により物体を識別した。なお、本実施例では、容器４１として、上下の開口部（変形可能部分）を除いた部分と側面が厚さ３ｍｍのステンレスで形成されたものを用いた。また、全体の大きさは、識別する物体３により任意に設計すればよいが、本実施例では３０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍ（高さ）とした。また、変形制御材４３はテフロン（登録商標）シートであり、厚さが０．３ｍｍ、形状は長径が１５ｍｍ、短径が７ｍｍの楕円形とした。可変ミラー４４は厚さ０．２ｍｍのポリエチレンシートにアルミニウム膜を取り付けたもので、形状は長径１５ｍｍ、短径が７ｍｍの楕円形のものを用いた。

外力制御部１は専用のマイクロコンピュータを用いた。また、外力印加部２は、図７に示すように不図示のモータにより回転するカム１７と、このカム１７の回転に伴って自由落下し、識別する物体に外力を印加する外力印加材１８とを備えたものを用い、物体を識別する際にはカム１７を回転させ、ステンレス製の外力印加材１８を自由落下させた。この際に、ベアリング１９を用いて自由落下する時の落下方向が変動しないようにした。

なお、この外力印加材１８は重さが８ｇであり、識別される物体と接触する部分は、直径３．５ｍｍの円筒形で先端部分は直径３ｍｍの球形に加工してある。また、落下する距離は、識別する物体によりカムを交換して変化させるが、ここでは、カム１回転で４ｍｍとして１回の外力を印加するようにした。

光源４５としては、青色ＬＥＤ（例えば、日亜化学ＮＳＰＢ３００Ａなど）を用い、光検出部４６としては１０ｍｍ×１０ｍｍの面積に、１００万画素が配置されたＣＣＤ素子を用いた。また、識別する物体として、コピー用紙（ゼロックス社製Ｘｘ７５，１７５、Ｘｃ１７５，日本製紙製ＮＰＩ１０５，ニーナペーパー製ＮＣＬ１７５）を用いた。

そして、このようなコピー用紙を識別するため、まず外力を印加しない時、光源４５からの光を可変ミラー４４の中心に長径方向から照射した時のＣＣＤでの検出位置を測定し、この時のＣＣＤ画素番号を記憶する。次に、図３の（ａ）のように、用紙（物体）３を変形制御材４３の上に１枚づつセットし、外力をコピー用紙３に印加する。そして、このように外力をコピー用紙３に印加すると、可変ミラー４４も変形し、これに伴い可変ミラー４４で反射された光も光路が変化し、光を検出するＣＣＤ画素番号も変化する。

図８は、例えばＸｘ７５の場合を示す図であり、このコピー用紙の場合、外力を印加していない時は、長径、短径方向ともにＣＣＤ素子の中心である４９８〜５０２番目の画素（図中Ａ）で光を検出していたが、外力を印加すると、短径方向は変化しないが長径方向は、１９１〜１９６番目の画素（図中Ｂ）で光を検出するようになった。

また、光を検出した画素で、もっとも強い信号を検出した画素から可変ミラー４４の変形量を算出した。ここで、変形量は、図８において、長径方向の画素番号１で光を検出した時を変形量１となるようにし、外力を印加しない時の検出画素での変形量をゼロとした。

そして、このようにして、用紙の測定結果をまとめたものが図９である。なお、図９では、横軸にガーレ剛度を、縦軸には変形量を示した。この図９から、ガーレ剛度と変形量には相関が認められ、これにより本実施例の物体識別情報出力装置によりコピー用紙のガーレ剛度が測定でき、用紙を識別することができることが確認された。

（実施例３）
本実施例では、図４に示す構成の物体識別情報出力装置により物体を識別した。なお、本実施例においては、外力制御部１はパソコンを用いた。また、外力印加部２としては、図１０に示すように、信号検出部４を一体に備えた外力印加材２１を不図示のモータにより回転するカム軸２３ａに設けられたカム２３の作用により、矢印方向に移動させて物体に衝突させる構成のものを用いた。

なお、図１０の状態は、カム２３に係止された状態で外力印加材２１がバネ２１ａを圧縮させながら引き上げられた状態を示しており、この後、カム２３の係止が解除されると、外力印加材２１は圧縮したバネ２１ａの開放により矢印方向に移動し、物体に衝突する。つまり、本実施例の外力印加部２は、カム２３によりバネ２１ａを圧縮、開放することにより外力を印加するものである。なお、物体に衝突した後、外力印加材２２は物体からの反発力により自由落下により繰り返し物体に接触（衝突）するようになる。

ここで、外力印加材２１は、信号検出部４も含めて重さが６．４ｇであり、識別する物体と接触する先端は、直径が３．５ｍｍの球面に１ｍｍ^２の平坦部を有するように加工したステンレスを用いた。

なお、２２は、識別する物体の物理的な変動を低減するための押え部材であり、この押え部材２２は、カム２２ａにより少なくとも外力印加材２１が物体に衝突する際には物体を抑える位置に移動するようになっている。また、この押え部材２２は、材料としては直径３．５ｍｍの円柱で先端は直径４ｍｍの球形に加工したステンレスを用いた。

また、信号検出部４としては、２ｍｍ（幅）×１５ｍｍ（長さ）×０．３ｍｍ（厚さ）の圧電素子を用いると共に、両もち梁として外力印加材２１に取り付けてある。さらに、図４に示す変形量制御材１７Ａとしては真鍮の板に深さ０．２ｍｍ、直径１０ｍｍの円柱状の溝１７ａを形成したものを用いた。

一方、識別する物体として、キヤノン製インクジェット用紙（ＬＣ−３１０，Ｎｅｗ−１０１，ＳＰ−１０１、ＰＲ−１０１、ＭＰ−１０１、ＥＣ−１０１Ｌ，ＨＧ−２０１）を用いた。

図１１は、本実施例において、用紙を用いない時の結果を示すものである。なお、図１１において、横軸の時間０は、押え部材２２が用紙に接触した時とし、０．１秒以内で２回の外力を印加した。

なお、図１１中、強と標記されている信号は、外力印加材２１が速度０．４ｍ／ｓで、弱と標記されている信号は、外力印加材２１が０．２ｍ／ｓで、それぞれ外力を印加した時のものであり、いずれの場合にも印加後、３回電圧が発生していることがわかる。なお、図１１において、２回目、３回目は、外力印加材２２が信号検出部４からの反発で自由落下により繰り返し接触していることを示している。

用紙がない場合には、図１１に示したように、強弱ともに３回目までの電圧ピークが観測されているが、用紙によっては、２回目以降は観測されないこともある。これは、印加する外力の強さ、信号検出部の材料、識別する物体により変化するものであり、何回信号が検出されるかは本質的な問題ではない。

また、図１２は、各用紙に対しての２０回の測定結果をまとめたものである。この測定では、縦軸は外力印加材の速度が０．３６ｍ／ｓで、横軸は０．１５ｍ／ｓで測定したものである。この図１２により、図中の点線で示した閾値を用いることにより、各用紙の型番が判別できる。図１２において、ＮＯＮＥと示した測定結果は、図１１に示した用紙がない場合の電圧であり、強弱ともに１回目のピーク電圧を測定したものである。

また、図１３は、例えばＬＣ−３１０とＨＧ−２０１を、図中に標記した温度、湿度に４８時間保った後に、測定したものである。なお、縦軸は図１１の強と標記されている１回目の電圧を用紙がない時の電圧で規格化した相対電圧、横軸は、０．４ｍ／ｓで外力を印加した時の１回目と２回目の電圧ピークの間隔をそれぞれ示している。

そして、このような測定を行うことにより、ＬＣ−３１０とＨＧ−２０１の環境依存性を検出することができる。つまり、この図１３から、用紙の種類により環境（温度、湿度）に対する情報が得られることがわかる。

本発明の第１の実施の形態に係る物体識別情報出力装置の構成原理を示す図。 上記物体識別情報出力装置に設けられた信号検出部の構成を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る物体識別情報出力装置の構成原理を示す図。 本発明の第３の実施の形態に係る物体識別情報出力装置の構成原理を示す図。 本発明の実施例１に係る物体識別情報出力装置により識別する物体の外形を示す図。 上記実施例１に係る物体識別情報出力装置の信号検出部に発生した電圧を示す図。 本発明の実施例２に係る物体識別情報出力装置の外力印加部の構成を示す図。 上記実施例２に係る物体識別情報出力装置の測定結果を示す図。 上記実施例２に係る物体識別情報出力装置の測定結果をまとめた図。 本発明の実施例３に係る物体識別情報出力装置の外力印加部の構成を示す図。 上記実施例３に係る物体識別情報出力装置の測定例を示す図。 上記実施例３に係る物体識別情報出力装置の測定例を示す図。 上記実施例３に係る物体識別情報出力装置の測定例を示す図。

符号の説明

１ 外力制御部
２ 外力印加部
３ 物体
４ 信号検出部
４Ａ 信号検出部
４１ 容器
４２ 液体
４３ 変形制御材
４４ 可変ミラー
４５ 光源
４６ 光検出部
５ 信号処理部
５Ａ 識別部
６ 圧電素子
１７ 緩衝部材
１７Ａ 変形量制御材
１７ａ 溝
１８ 外力印加材
２１ 外力印加材

Claims (9)

1. 物体を識別するための識別情報を出力するための物体識別情報出力装置において、
   前記物体に物理的な外力を印加する外力印加手段と、
   前記物体に接し、前記外力印加手段により印加された外力に起因する前記物体に所定以上の変形が生じないようにする緩衝手段と、
   前記外力に起因して生じる前記物体からの情報を検出するための情報検出手段と、
   を備え、
   前記緩衝手段は前記物体よりもやわらかい材料を用いて構成され、かつ前記緩衝手段は前記物体に接するように前記物体と前記情報検出手段との間に設けられ、
   前記情報検出手段からの出力に基づいて前記物体を識別するための情報を出力することを特徴とする物体識別情報出力装置。
2. 前記物体を識別するための情報は、物体の剛性、凹凸、厚さ、密度、水分の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１記載の物体識別情報出力装置。
3. 前記外力印加手段と前記情報検出手段が同一の構成物であることを特徴とする請求項１記載の物体識別情報出力装置。
4. 前記外力印加手段は、前記識別する物体に前記物理的な外力を、任意の繰り返し回数及び任意の周期で印加することを特徴とする請求項１記載の物体識別情報出力装置。
5. 前記情報検出手段は、前記外力印加手段と一体または別体に設けられたセンサにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の物体識別情報出力装置。
6. 前記センサは、強誘電体、圧電体及び半導体の圧電効果、気体又は液体の体積変化、気体又は液体を入れた容器の形状変化、電気容量の変化の少なくとも一つを利用したものであることを特徴とする請求項５記載の物体識別情報出力装置。
7. 前記緩衝手段は、溝形状を有する部材により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の物体識別情報出力装置。
8. 物体を識別するための識別情報を出力するための物体識別情報出力装置において、
   前記物体に物理的な外力を印加する外力印加手段と、
   前記物体に接し、前記外力印加手段により印加された外力に起因する前記物体に所定以上の変形が生じないようにする緩衝手段と、
   前記外力に起因して生じる前記物体からの情報を検出するための情報検出手段と、を備え、
   前記情報検出手段は上面及び下面に開口部が形成されている容器内に液体又は気体が充填され、前記緩衝手段は前記物体に接すると共に前記容器の上面に形成された開口部を塞ぐように設けられ、前記情報検出手段は前記緩衝手段の変形に伴って前記液体又は気体を介して伝播される圧力により変形する可変ミラーと、前記可変ミラーの変形量を光源からの光の光路変化に基づいて検出する光検出部とを含み、前記情報検出手段からの出力に基づいて前記物体を識別するための情報を出力することを特徴とする物体識別情報出力装置。
9. 物体を識別するための識別情報を出力するための物体識別情報出力方法であって、
   前記物体に物理的外力が印加された際に、前記物体に所定以上の変形が生じないようにするための緩衝部材を前記物体と前記識別情報を検出するための情報検出手段との間に、前記外力が印加された際に前記緩衝部材と前記物体とが接するように設ける工程と、
   前記物体に物理的外力を加えて、該外力に起因して生じる前記物体からの情報を前記緩衝部材を介して検出する工程と、
   前記検出された情報に基づいて前記物体を識別するための情報を出力する工程と、
   を有することを特徴とする物体識別情報出力方法。

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