JP5506713B2

JP5506713B2 - 記録材表面検出装置及び画像形成装置

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Publication number: JP5506713B2
Application number: JP2011030171A
Authority: JP
Inventors: 研吾梅田; 知幸岡田; 哲秋山; 修小山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2025-03-15
Also published as: JP2011103013A

Description

本発明は、画記録材判別装置及び記録材判別方法、記録材判別装置を用いた画像形成装置および方法に関し、より詳細には、記録材の表面からの反射光を検出してその種類を判別する記録材判別装置及び記録材判別方法、記録材判別装置を用いた画像形成装置および方法に関する。

複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置は、記録材に現像部により可視化・現像された像を転写して所定の定着処理条件において加熱及び加圧することにより上記現像剤像を定着させる。この所定の定着条件は、記録材の材質、厚さ、表面処理などによって大きく異なるため、複数種類の記録材を使用するためには、記録材の種類に応じたきめ細かな設定が必要である。

従来、かかる画像形成装置においては、例えば、画像形成装置本体に設けられた操作パネル等に記録材のサイズや種類（記録材が紙の場合は紙種）をユーザに設定させ、その設定に応じて定着処理条件（例えば、定着温度や定着装置を通過する記録材の搬送速度）を変更していた。または、通常の温度よりも低い温度に設定する制御手段を備えることによって、万が一ユーザが誤って規定用紙外であるインクジェット用OHTを通紙した場合に生じる定着ローラへのOHT巻き付きや記録媒体上の画像劣化等の不都合な問題を解決する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
また、OHTに限らず、記録媒体の表面画像を読み取った読取り結果から、記録媒体表面の凹凸の深さや凹凸間隔を演算してグロス紙，普通紙，ラフ紙，OHTといった記録媒体の種類を判別し、印字濃度、転写バイアスの設定、定着温度、プロセス速度などの画像形成条件を最適に設定する方法が知られている（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。

このような映像読取装置においては、光源やレンズに起因する光量ばらつきによる撮影画像の劣化があることが殆どである。また、撮像素子の各光電変換セルにおける感度ばらつきも存在する。このため、対象物を精度良く読み取り正確な撮像結果を得るために、記録媒体を移動させた状態でシェーディング量測定用の撮影を複数回行い、その撮影結果の平均化処理を行うことによりシェーディング量を自動計算し、撮影結果を補正する方法が考えられる。

特開２００３−２２８２５６号公報特開２００３−３０２２０８号公報特開２００１−２２５９８８号公報

しかしながら、上述のような画像形成装置では、記録媒体を移動させた状態で複数回の撮影を行う必要があり、そのため、記録媒体を移動させるための十分な領域を画像形成装置内に確保しなければならず、装置が大きくなるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みて為されたものであり、従来の装置を改良し、装置を大型化することなく、かつ記録材の判別精度を保持することが可能な装置及び方法を提供することを目的とする。また、撮像素子とレンズを用いた構成において、光源やレンズ、または撮像素子に起因する検出分布ムラに影響されること無く、記録媒体の判定を行う。その際、画像形成装置の大きさを大きくすること無く、簡易でありまた必要精度を保持する記録材判別装置及び記録材判別方法、記録材判別装置を用いた画像形成装置および方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明の記録材表面検出装置は、記録材に光を照射する光照射手段と、記録材表面からの反射光を画像として読み取る読取手段と、前記読取手段により前記反射光を読み取る読取位置に向けて第一搬送速度で記録材を搬送する搬送手段とを備えた記録材表面検出装置において、前記光照射手段からの光の照射ムラに関する情報、もしくは、前記読取手段の感度ばらつきに関する情報、もしくは、異物に関する情報を含むノイズ成分を示す情報を検出するノイズ情報検出手段を備え、前記ノイズ情報検出手段によって前記ノイズ成分を示す情報を検出するために、前記光照射手段は搬送中の記録材の表面に複数回、光を照射して、前記読取手段は複数回、記録材の表面からの反射光を画像として読み取り、前記読取手段が搬送中の記録材の表面からの反射光を複数回読み取っている期間、前記搬送手段は、前記第一搬送速度より遅い第二搬送速度で記録材を搬送し、記録材が前記読取位置に搬送された後、記録材が停止した状態で、前記光照射手段により記録材に光を照射して、前記読取手段により反射光を画像として読み取り、前記ノイズ情報検出手段は、読み取った複数の画像を平均化処理することによって前記ノイズ成分を示す情報を求め、記録材が停止した状態で読み取った画像に関する情報から前記ノイズ成分を示す情報を除去した結果を用いて、記録材の表面状態を検出することを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、記録材に画像を形成するための画像形成手段と、画像形成手段に向けて第一搬送速度で記録材を搬送する搬送手段と、記録材に光を照射する光照射手段と、記録材表面からの反射光を画像として読み取る読取手段と、前記読取手段の読み取り結果に基づき画像形成条件を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、前記光照射手段からの光の照射ムラに関する情報、もしくは、前記読取手段の感度ばらつきに関する情報、もしくは、異物に関する情報を含むノイズ成分を示す情報を検出するノイズ情報検出手段を備え、前記ノイズ情報検出手段によって前記ノイズ成分を示す情報を検出するために、前記光照射手段は搬送中の記録材の表面に複数回、光を照射して、前記読取手段は複数回、記録材の表面からの反射光を画像として読み取り、前記読取手段が搬送中の記録材の表面からの反射光を複数回読み取っている期間、前記搬送手段は、前記第一搬送速度より遅い第二搬送速度で記録材を搬送し、記録材が停止した状態で、前記光照射手段により記録材に光を照射して、前記読取手段により反射光を画像として読み取り、前記ノイズ情報検出手段は、読み取った複数の画像を平均化処理することによって前記ノイズ成分を示す情報を求め、記録材が停止した状態で読み取った画像に関する情報から前記ノイズ成分を示す情報を除去した結果に基づき、前記制御手段が画像形成条件を制御することを特徴とする。

本発明の記録材表面検出装置は、記録材に光を照射する光照射手段と、記録材表面からの反射光を画像として読み取る読取手段と、前記読取手段により前記反射光を読み取る読取位置に向けて、記録材を搬送する搬送手段とを備えた記録材表面検出装置において、前記光照射手段からの光の照射ムラに関する情報、もしくは、前記読取手段の感度ばらつきに関する情報、もしくは、異物に関する情報を含むノイズ成分を示す情報を検出するノイズ情報検出手段を備え、前記ノイズ情報検出手段によって前記ノイズ成分を示す情報を検出するために、前記光照射手段は搬送中の記録材の表面に複数回、光を照射して、前記読取手段は複数回、記録材の表面からの反射光を画像として読み取り、前記読取手段が搬送中の記録材の表面からの反射光を複数回、読み取っている期間、前記搬送手段は、記録材を搬送する動作と記録材を停止する動作とを複数回繰り返し、記録材が前記読取位置に搬送された後、記録材が停止した状態で、前記光照射手段により記録材に光を照射して、前記読取手段により反射光を画像として読み取り、前記ノイズ情報検出手段は、読み取った複数の画像を平均化処理することによって前記ノイズ成分を示す情報を求め、記録材が停止した状態で読み取った画像に関する情報から前記ノイズ成分を示す情報を除去した結果に基づき、記録材の表面状態を検出することを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、記録材に画像を形成するための画像形成手段と、記録材を画像形成手段に向けて搬送する搬送手段と、記録材に光を照射する光照射手段と、記録材表面からの反射光を画像として読み取る読取手段とを備えた画像形成装置において、前記光照射手段からの光の照射ムラに関する情報、もしくは、前記読取手段の感度ばらつきに関する情報、もしくは、異物に関する情報を含むノイズ成分を示す情報を検出するノイズ情報検出手段を備え、前記ノイズ情報検出手段によって前記ノイズ成分を示す情報を検出するために、前記光照射手段は搬送中の記録材の表面に複数回、光を照射して、前記読取手段は複数回、記録材の表面からの反射光を画像として読み取り、前記読取手段が搬送中の記録材の表面からの反射光を複数回、読み取っている期間、前記搬送手段は、記録材を搬送する動作と記録材を停止する動作とを複数回繰り返し、記録材が停止した状態で、前記光照射手段により記録材に光を照射して、前記読取手段により反射光を画像として読み取り、前記ノイズ情報検出手段は、読み取った複数の画像を平均化処理することによって前記ノイズ成分を示す情報を求め、記録材が停止した状態で読み取った画像に関する情報から前記ノイズ成分を示す情報を除去した結果に基づき画像形成条件を制御することを特徴とする。

本発明によれば、所定方向に所定の速度で記録材を搬送する搬送手段と、搬送手段により搬送される記録材に画像を形成する画像形成手段と、記録材に光を照射する光照射手段および光照射手段により照射され記録材の表面から反射する反射光を読み取ることにより記録材表面の映像を得る映像読取手段を含み、映像読取手段によって記録材表面の映像を複数回読み取らせ、得られた複数の記録材表面の映像を用いて記録材の所定の属性を判定する反射型判定手段とを備え、反射型判定手段により得られた属性に基づいて記録材の種類を判別して記録材に画像形成を行う画像形成装置であって、反射型判定手段は、記録材が映像読取手段により読み取られる際、搬送手段を制御して所定の速度で搬送する場合の移動距離よりも少ない移動距離とする搬送制御手段を含むので、記録媒体の移動距離を小さくすることが可能となり、それにより画像形成装置内に確保する移動距離が小さくなって簡易な方法で装置を小さくすることができる。

本発明の一実施形態で用いられる画像形成装置を示す概略図である。本発明の一実施形態による制御CPUが制御する各ユニットの構成を示す図である。記録材の反射光量検出を行うための概略構成を示す模式図である。本発明にかかる一実施形態の映像読取センサのＣＭＯＳセンサによって読み取られる記録材の表面のアナログ画像とＣＭＯＳセンサからの出力を８×８ピクセルにデジタル処理したデジタル画像との対比を示す図である。本発明の一実施形態による制御CPUの動作を示すフローチャートである。 CMOSセンサの回路ブロック図を示す図である。ＣＭＯＳセンサの制御回路を示すブロック図である。従来のセンサ部の照射装置により照射されたことにより得られるシェーディング測定を行う測定領域を模式的に示す図である。本発明の一実施形態にかかるセンサ部の照射装置により照射されたことにより得られるシェーディング測定を行う測定領域を模式的に示す図である。記録材に光照射を行って得られる映像を示す図である。本発明の一実施形態にかかる通常の搬送とセンサ部の搬送の差異を示す図である。本発明の一実施形態にかかる通常の搬送とセンサ部の搬送の差異を示す図である。本発明の一実施形態にかかる通常の搬送とセンサ部の搬送の差異、およびタイミングを示す図である。

以下、図面を参照して本発明による記録材判別装置および画像形成装置並びにその方法を説明する。
本発明は、図１に示すような一般的な画像形成装置で用いられる。図１において、画像形成装置101は、用紙カセット102、給紙ローラ103、搬送ローラ124、トップセンサ125、転写ベルト駆動ローラ104、転写ベルト105、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各感光ドラム106〜109、各色用の転写ローラ110〜113、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各カートリッジ114〜117、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各光学ユニット118〜121、および定着ユニット122を備えている。

画像形成装置101には、画像形成手段としての光学ユニット、感光ドラム、転写ベルト105、定着ユニット122が設けられており、一般に電子写真プロセスを用いて記録材上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を重ねて転写し、定着ローラを含む定着ユニット122によって転写されたトナー画像を温度制御することにより熱定着させる。また、各色の光学ユニット118〜121は、各感光ドラム106〜109の表面をレーザビームによって露光走査して潜像を形成するよう構成され、これら一連の画像形成動作は搬送される記録材上のあらかじめ決まった位置から画像が転写されるよう同期がとられている。

さらに、画像形成装置101は記録材であるところの記録紙を給紙、搬送する給紙モータを備え、給紙された記録紙は、転写ベルト、定着ローラへと搬送されながらその表面上に所望の像を形成する。

給紙された記録紙は、予め設定された所定速度で搬送ローラ124によって搬送されると、記録紙の先端がトップセンサ125で検知されて所定時間後に記録紙の搬送動作が一時停止する。そして一時停止した状態でセンサユニット123によって記録紙の表面画像が読み取られる。一時停止する前に前述したシェーディング量測定用の撮影を複数回行っている。

センサユニット123は、記録紙が転写ベルトまで搬送される前に配置され、搬送されてきた記録材の表面に光を照射させて、その反射光を集光し結像させて、記録材表面の特定エリアの画像を読み出す。

以下に図２を参照して説明する画像形成装置101の制御手段である制御CPU210は、定着ユニット122によって、所望の熱量を記録材に与えることによって、記録材上のトナー画像を融着し定着させる。

次に、図２を用いて、本発明の画像形成装置および方法の一実施形態の制御CPUの動作について説明する。図２は、制御CPU210が制御する各ユニットの構成を示す図である。図２において、CPU210は、CMOSセンサ211、並びにポリゴンミラー、モータおよびレーザを含む各色用の光学ユニット212〜215に接続され、感光ドラム面上にレーザを走査し、所望の潜像を描くために各色用の光学ユニットの制御を行う。同様に、記録材を搬送するための給紙モータ216、記録材を給紙するための給紙ローラの駆動開始に使用する給紙ソレノイド217、記録材が所定位置にセットされているか否かを検知する紙有無センサ218、電子写真プロセスに必要な1次帯電、現像、１次転写、２次転写バイアスを制御する高電圧電源219、感光ドラムおよび転写ローラを駆動するドラム駆動モータ220、転写ベルトおよび定着ユニットのローラを駆動するためのベルト駆動モータ221、定着ユニットおよび低電圧電源ユニット122を制御する。さらに、制御CPU210によってサーミスタ（図示せず）により温度をモニタし、定着温度を一定に保つ制御がなされる。

また、制御CPU210は、バス等（図示せず）によりメモリ224に接続されており、メモリ224には、以上の制御および本明細書に記載される各実施形態において制御CPU210が行う処理のすべてまたは一部を実行するためのプログラムおよびデータが格納される。すなわち、制御CPU210はメモリ224に格納されたプログラムおよびデータを用いて本発明の各実施形態の動作を実行する。

ASIC223は、制御CPU210の指示に基づき、CMOSセンサ211および光学ユニット212〜215内部のモータ速度制御、給紙モータの速度制御を行うハードウエア回路である。モータの速度制御は、モータ（図示せず）からのタック信号を検出して、タック信号の間隔が所定の時間となるようモータに対して加速または減速信号を出力して速度制御を行う。複数のモータの速度制御を行うため、ソフトウエアによる制御よりは、制御回路として ASIC 223のハードウエアによる回路で構成したほうが、CPU210の制御負荷の低減が図れるメリットがある。

制御CPU210は、ホストコンピュータ（図示せず）からの指示のプリントコマンドを受信すると、紙有無センサ218によって記録材の有無を判断し、紙有りの場合は、給紙モータ216、ドラム駆動モータ220、ベルト駆動モータ221を駆動するとともに、給紙ソレノイド217を駆動して記録材を所定位置まで搬送する。

記録材の先端がトップセンサ125で検知されてから所定時間後、記録材がCMOSセンサ211の位置まで搬送されると、制御CPU210はASIC 223に対してCMOSセンサ211撮像指示を行い、CMOSセンサ211は記録材の表面画像を撮像する。このときASIC 223は、Sl_selectをアクティブとした後、所定のタイミング、所定パルスのSYSCLKを出力させて、CMOSセンサ211からSl_outを経由して出力される撮像データを取り込む。

一方、CMOSセンサ211のゲイン設定は、あらかじめ制御CPU210が取り決めた値をASIC 223内部のレジスタにセットすることによって、ASIC 223がSl_selectをアクティブとした後、所定のタイミングで所定パルスのSYSCLKを出力させ、Sl_inを経由してCMOSセンサ211のゲインを設定する。

ASIC 223は、以下に説明する本発明の記録材判別装置およびその方法を実現するための回路702を備え、記録材の属性を判別するための演算の演算結果は、制御回路702内部のレジスタＡおよびレジスタＢに格納される。そして、CPU 210は、制御回路702内部のレジスタＡおよびレジスタＢに格納された記録材の属性を判別するための演算結果を読み込み、給紙された記録材の種類を判別し、その結果に応じて画像形成条件を変更するよう制御する。

CPU210が実行する各種の画像形成条件の制御としては、以下のようなものが挙げられる。例えば、記録材の表面繊維が粗い、いわゆるラフ紙の場合は、普通紙よりも現像バイアスを下げ、記録材の表面に付着するトナー量を抑えてトナーの飛び散りを防止する制御を行う。これは、特にラフ紙の場合、記録材の表面に付着するトナー量が多いために、紙繊維によるトナーが飛び散って画質が悪化する問題を解消するためである。

また、CPU 210は、給紙された記録材の種類を判別し、その結果に応じて定着ユニット22の温度条件を可変制御する。これは、特にOHTの場合、記録材の表面に付着するトナーの定着性が悪いとOHTの透過性が悪化するといった問題に対して効果がある。

さらに、CPU 210は、給紙された記録材の種類を判別し、その結果に応じて記録材の搬送速度を可変制御する。搬送速度の制御は、速度制御を行なうASIC223の速度制御レジスタ値をCPU 210によって設定することによっておこなわれる。例えば、OHT等の透過性の記録材に対しては定着温度条件を変え、透過性を上げる為に定着温度を上げるよう制御する。または記録材の種類が透過型のものか否かによって、記録材搬送速度を変えるよう制御してもよい。さらに、グロス紙などの場合においては、記録材の表面に付着するトナーの定着性を上げ、グロスを高めて画質の向上を図ることもできる。

このように本実施形態では、CMOSセンサによって撮像した記録材の表面画像から、ASICによるハード回路によって演算を行い、その結果からCPUは、高伝圧電源の現像バイアス条件、あるいは定着ユニットの定着温度、あるいは記録材の搬送速度を変更するように制御することができる。
［第１実施形態］
次に、本願発明の一実施形態による記録材判別装置について説明する。図３は、記録材の反射光量検出を行うための概略構成を示す模式図である。

センサユニット123は、図３に示すように、光照射手段である反射用ＬＥＤ301、記録材304、映像読取手段であるＣＭＯＳセンサ211、および結像レンズ303を備える。ここで、ＣＭＯＳセンサ211はＣＣＤセンサとすることができる。

反射用ＬＥＤ301を光源とする光は、記録材304の表面に向けて照射される。本実施形態では光源をＬＥＤとしたが、例えばキセノン管やハロゲンランプ等を用いることもできる。記録材304からの反射光は、レンズ303を介し集光されてＣＭＯＳセンサ211に結像する。これによって記録材304の表面の映像を読み取ることができる。

本実施形態では、ＬＥＤ301は、ＬＥＤ光が記録材304表面に対し、図３に示すように所定の角度をもって斜めより光を照射させるよう配置されている。但し、LEDを斜めに実装せずに不図示のライトガイドで斜めに照射させてもよい。

図４は、センサユニット123のＣＭＯＳセンサ211によって読み取られる記録材304の表面のアナログ画像とＣＭＯＳセンサ211からの出力を８×８ピクセルにデジタル処理したデジタル画像との対比を示す図である。ここで、デジタル処理はＣＭＯＳセンサ211からのアナログ出力をＡ／Ｄ変換によって８ビットのピクセルデータに変換することによって行われる。

図４において、記録材Ａ４０１は表面の紙の繊維が比較的がさついている所謂ラフ紙、記録材Ｂ４０２は一般に使用される所謂普通紙、記録材Ｃ４０３は紙の繊維の圧縮が十分になされているグロス紙であり、それぞれの表面拡大映像を示す。ＣＭＯＳセンサ211に読み込まれたこれらの映像４０１〜４０３が、デジタル処理されそれぞれ図４に示す映像４０４〜４０６となる。このように、記録材の種類によって表面の映像は異なる。これは、主に紙の表面における繊維の状態が異なるために起こる現象である。

これとは別に、記録材の反射光量は、一般にそれぞれの画素に入力された光の合計もしくは平均値から算出するが、実施例によっては、一受光画素の結果のみを用いることもできる。

上述のように、ＣＭＯＳセンサ211で記録材表面を読み込んだ結果の映像をデジタル処理した像により、記録材の紙繊維の表面状態を識別することができ、これに加え反射光量によって記録材の判別が可能となる。

上記記録材表面の識別は、記録材の表面の一部を８×８ピクセルからなるデジタル画像の映像として読み込み、映像において記録材の搬送方向に直交する方向の１ラインについて最大濃度となる画素の濃度Ｄｍａｘと最低濃度となる画素の濃度Ｄｍｉｎを検出し、各ラインについて求めたＤｍａｘ−Ｄｍｉｎに値を８ライン分求めて、それを平均処理する。そして、平均処理して得られたＤｍａｘ−Ｄｍｉｎの値によって、その記録材の属性である材質（平滑度）を判定することができる。

すなわち、記録材Ａのように表面の紙繊維がガサついている場合には、繊維の影が多く発生する。その結果、明るい個所と暗い個所の差が大きく出るため、Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎは大きくなる。一方、記録材Ｃのように繊維が十分圧縮され平滑度の高い記録材の表面の映像は、繊維の影が少なく、Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎは小さくなる。この比較によって、記録材の材質を判定し、種類を判別するための情報の一部とするのである。

また、撮像した映像データを２値化して、各ラインについてエッジ数データを求めて、そのデータに基づいて、記録材の表面の凹凸状態を判別することもできる。エッジ数データとは例えば２値化データのうち白い部分を１、黒い部分を０として、各ラインで１のデータ数をカウントして得られたデータである。

Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎの値とエッジ数データの値とを用いて記録材の表面状態を高精度に認識することができる。このように、記録紙の種類によって、光を記録財表面に照射して得られる映像は異なってくる。これは、主に紙の表面における繊維の状態および紙の繊維の圧縮状態が異なるために起こる現象である。

上述の制御プロセッサは、ＣＭＯＳセンサ211からの映像サンプリング処理、ゲイン及びフィルタ演算処理をリアルタイムにて処理する必要があるため、デジタルシグナルプロセッサを用いることが望ましい。

次に、ＣＭＯＳセンサ211の制御回路について図７を用いて説明する。図７は、ＣＭＯＳセンサ211の制御回路を示すブロック図である。図７において、判断部であるCPU210は、制御回路702、CMOSセンサ211、インターフェース制御回路704、演算回路705、レジスタＡ706、レジスタＢ707、および制御レジスタ708を備える。

次に動作について説明する。CPU 210は制御レジスタ708に対して、CMOSセンサ211の動作開始指示を示すデータを与えると、CMOSセンサ211によって記録材表面画像の撮像が開始される。つまり、CMOSセンサ211に電荷の蓄積が開始される。インターフェース回路704から、Sl_selectによってＣＭＯＳセンサ211を選択し、所定のタイミングにてSYSCLKを生成すると、ＣＭＯＳセンサ211からSl_out信号を経由して、撮像されたデジタル画像データが送信される。

インターフェース回路704を経由して受信した撮像データは、制御回路702にて演算が実行され、その演算結果がＡ 706およびレジスタＢ 707に格納される。CPU 210は、上記２つのレジスタの値から、記録材の属性を判定する。

インターフェース回路704を経由して受信した撮像データは、制御回路702の演算回路にて所定の演算がなされ、その結果、記録材表面の最大濃度となる画素の濃度Ｄｍａｘと、最低濃度となる画素の濃度Ｄｍｉｎとの差のデータＤｍａｘ−Ｄｍｉｎの８ライン分の値を平均した値がレジスタＡ 706にセットされる。

一方、インターフェース回路704を経由して受信した撮像データから制御回路702の演算回路によって所定の演算がなされ、その結果は、記録材表面のエッジ数データ（例えば各ラインのエッジ数の合計値）としてレジスタＢ 707にセットされる。CPU 701は、上記２つのレジスタの値から、記録材の表面平滑性つまり記録材の属性を判断する。

次に図６を用いてセンサ回路ブロック図について説明する。図６は、CMOSセンサの回路ブロック図を示す図である。図６において、CMOSセンサ部分601には、例えば８×８画素分のセンサがエリア状に配置される。さらに、このほか垂直方向シフトレジスタ602および603、出力バッファ604、水平方向シフトレジスタ605、システムクロック606、およびタイミングジェネレータ607が配置される。

次に動作について説明する。Sl_select信号613をアクディブとすると、CMOSセンサ部601は受光した光に基づく電荷の蓄積を開始する。次に、システムクロック606を与えると、タイミングジェネレータ607によって、垂直方向シフトレジスタ602および603は読みだす画素の列を順次選択し、出力バッファ604にデータを順次セットする。

出力バッファ604にセットされたデータは、水平方向シフトレジスタ605によって、A/Dコンバータ608ヘと転送される。A/Dコンバータ608でデジタル変換された画素データは、出力インターフェース回路609によって所定のタイミングで制御されてSl_select信号613がアクティブの期間、610のSl_out 信号に出力される。

以上のセンサ、制御回路等を用いて本発明を実施する一実施形態の動作について説明する。図８の８０１〜８０８に従来のセンサ部の照射装置により照射されたことにより得られるシェーディングデータ測定を行う測定領域を模式的に示す。同様に、図９の９０１〜９０８に本発明にかかる一実施形態のセンサ部の照射装置により照射されたことにより得られるシェーディングデータ測定を行う測定領域を模式的に示す。

まず、本実施形態で用いる映像読取雑音の除去の原理を説明する。説明を簡略化するために、１ページ８×８の６４画素のCMOSセンサで撮影した場合を想定し、一例として図１０の（９）のような画像を撮影する場合を考える。（９）の画像には目的の撮影画像の「Ａ」という文字と、光学系や照明系などによるシェーディング成分とが一緒に含まれた画像である。最初に、撮影対象が搬送されて移動中であるときに、校正用の画像８枚を撮影する。撮影された画像は図１０の（１）〜（８）である。校正用画像には検出対象についているゴミや、照射装置の照射ムラ等による目的としていない情報であるノイズ成分が含まれるため平均化を行う必要がある。すなわち、平均化により、撮影対象が変化したのにもかかわらず、映像読取雑音データである変化しない成分（シェーディング成分や画素感度ばらつきなど）を算出することができる。

図１０の（１０）に平均化後の画像データを示す。以上のように撮影を行い、平均化処理を行った上で撮影したい画像を撮影する。このとき、補正用の画像の撮影は、目的の本撮影を行った後でも良い。撮影したい画像を撮影した結果が画像（９）であるから、これに対してシェーディングの成分のみを算出した平均化画像（１０）で補正を行ってシェーディング成分を除去することにより、得たい撮影画像である「Ａ」という文字をより鮮明に得ることができる。図１０の（１１）にこのようにして補正を行って得られた画像を示す。

本実施形態においては、この原理を用いて記録材の表面のより正確な画像を取得して、その記録材の特性、すなわち表面が粗いラフ紙である、あるいは表面のきめが細かいグロスであるといった特性を判定する。具体的には、先ず記録材を搬送しながらセンサによって複数回（上述の例では８回）表面の撮影を行って得たれた複数枚の映像から、照射装置の照射むら等により発生する映像読取雑音データであるシェーディングデータを算出する。次に、記録材の搬送を停止した状態で１回表面の撮影を行い、撮影された映像から上記で得られた映像読取雑音データであるシェーディングデータを除去する。これにより、より適切な記録材の表面映像を得ることができるのである。

なお、CMOSセンサが１回の撮影に必要な時間、つまり記録材判別のために必要な映像データを得るための時間は予め決まっており（CMOSセンサの仕様に依存する）、センサユニット123による撮像間隔（複数回の撮像を行う場合の時間間隔）は、その１回の撮像に必要な時間に基づいて設定されるものである。

ここで、上述した表面映像の読み取り動作及びシェーディングデータの算出と記録媒体の搬送動作との関係について説明する（図１参照）。まず、用紙カセット102から給紙された用紙は搬送ローラ124によって搬送され、トップセンサ125が用紙の先端を検知したタイミングから所定時間後に、記録紙の表面映像が複数回読み取られる。この所定時間とは、確実に記録紙がセンサユニット123で撮像可能な位置まで搬送されるまでの時間であり、記録紙が給紙される速度とセンサユニット123までの距離とに基づいて予め設定されている。

複数回読み取り動作中において記録紙は搬送動作中である。この複数の読み取り映像を用いてシェーディングデータが算出される。その後、記録紙を一旦停止させて、もう一度記録紙の表面映像が読み取られる。この読み取り動作で読み取られた映像とシェーディングデータとから記録媒体の表面映像を求める。

図８に示す従来の画像形成装置では、記録材の搬送が再開される際の搬送速度は、予め決められた通常速度に設定されていた。なお、この通常速度とは、例えば、普通紙を画像形成する際の画像形成速度である。

以上の処理は上述の通り、記録材である記録媒体３０４を搬送させて校正用画像を撮影するが、図８に示す従来の画像形成装置のように、通常速度、すなわち記録媒体３０４に画像の現像や定着を行うとき、つまり画像形成時と同じ搬送速度で搬送させた場合は、記録媒体３０４は大きくセンサユニット１２３の下を通り過ぎてしまう。このため、画像形成装置はセンサユニット１２３の後に通り過ぎた記録媒体３０４を保持するような大きな領域（搬送距離を長くできるような構成）を組み込むことが必要となっている。通常センサユニット１２３の後には、図１に示すように搬送ベルト104のような次の搬送部が設置されており、記録媒体３０４が給紙されてすぐの位置で印字前動作を行うような構成である。そのため、記録媒体３０４がセンサユニット１２３以降で搬送、減速、停止を行うためにはセンサユニット１２３と搬送ベルト104の間に十分な距離が必要となる。このため、従来の画像形成装置では記録紙の移動距離を十分確保するような構成としていたため、どうしても筐体が大型化することが避けられなかった。

そこで、本実施形態においては、センサユニット１２３の校正時には通常速度よりも低速で搬送させることにより、記録媒体３０４がセンサユニット１２３を通り過ぎてしまう量を低減させることができる。図９は従来の搬送状態を示す図８に比べて、記録媒体の移動距離が小さくなっていることを示している。図１１にその時の時間に対する記録媒体の移動距離を示す。図１１では、例えば校正時の搬送速度（２）を通常時（１）の1/2とすることで、記録媒体の移動距離を半分にすることができることを示している。図５は、以上の動作を示すフローチャートである。以下に各ステップについて説明する。
Ｓ５０１：記録材判別動作開始する。
Ｓ５０２：記録材の判別動作を行うか否かを判定する。
ここでは、予め判別不要であることがユーザによって指定されている場合など（ＮＯ）には判別動作をしないで終了する。
Ｓ５０３：記録材の搬送速度を予め設定されている画像形成時の速度（通常速度）よりも遅い速度で搬送する。
Ｓ５０４：記録材を遅い速度で搬送させながら複数回映像の読み取りを実行する。
Ｓ５０５：読み取りが終了したかを判定する。
ここで読み取りが終了していない場合（ＮＯ）は、Ｓ５０３に戻って読み取りを継続する。
Ｓ５０６：Ｓ５０４で読み取った複数の映像を用いて、照射むらなどを除去するための映像読取雑音データ（シェーディングデータ）を算出する。
Ｓ５０７：記録材の搬送を一時停止させた状態で、記録材表面の映像を読み取る。
Ｓ５０８：Ｓ５０７で読み取った映像とＳ５０６で算出した映像読取雑音データとを用いて記録材の判別を行う。
Ｓ５０９：判別動作の終了。
なお、図５のフローチャートに基づく制御はＣＰＵ２１０で実行制御されるものである。

以上、センサの校正時に記録媒体の速度を通常速度に対して遅くすることにより、センサから次の搬送部までの距離を小さくすることができ、本体装置の小さな画像形成装置を提供することが可能となる。また、シェーディングデータの撮像の精度を保持して記録材判別の精度を維持することが可能となる。

なお、本実施形態においては、記録材を移動させながら複数回撮像した後に、記録材の搬送を停止させた状態で１回記録材の表面の撮影を行うように制御しているが、これに限らず、最初に停止させた状態で１回記録材の表面を撮影し、その後、記録材を移動させながら複数回撮影を行って映像読取雑音（シェーディング成分）を除去するようにしても良い。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態についての説明を行う。基本的な構成及び制御は第１実施形態と同様であるため共通する構成に関しては詳細な説明は省略し異なる点のみ説明する。第１実施形態では、撮像センサの校正時、つまりシェーディングデータ測定時に記録媒体の搬送速度を低速にする構成を説明したが、画像形成装置では、通常速度に対してモータのトルクが最適となるようにモータ回転数とギア比とを設定しているため、通常速度に対するモータ回転数とギア比の設定の状態によっては低速に切り替える場合にモータトルクが十分でなくなり回転不良をおこす場合がある。このため、単に低速に切り替えてしまうと安定した搬送性を確保することができなくなる可能性がある。

そこで、本実施形態では記録媒体の搬送と停止を繰り返すことで、記録媒体の移動距離を小さくするよう制御を行う。本実施形態における、この搬送と停止の繰り返し動作は、第１実施形態における図５のフローチャート中においては、Ｓ５０３で記録材の動作として搬送と停止を繰り返しながら搬送するように制御することになる。

このときの時間に対する記録媒体の移動距離を図１２に示す。図１２では移動時の搬送速度（２）は、通常の搬送速度（１）と同等の速度であり、所定時間移動を行った後、停止時間を設けることにより移動媒体の搬送距離を低減させている。本実施形態においては移動時の速度を通常速度と同じとしたが、これは通常速度と異なる速度でも構わない。すなわち、搬送動作を低速にしてあえて不安定にすることなく、例えば通常速度よりも搬送速度を高速にしてより記録材判別にかかる時間を短縮するようにしてもよいし、本発明の目的を達成できればその速度は適宜変更可能である。

以上、センサユニット１２３の校正時に記録媒体３０４を移動、停止しながら撮影することにより通常速度で搬送した場合に比べて記録媒体の移動量を少なく抑えられるため、センサユニット１２３から、次の搬送部までの距離を小さくすることができ、本体装置の小さな画像形成装置を提供することが可能となる。また、シェーディングデータの撮像の精度を保持して記録材判別の精度を維持することが可能となる。

なお、撮影のタイミングは予め定められた任意のタイミング（間隔）で行うものとする。
［第３実施形態］
次に第３実施形態についての説明を行う。基本的な構成及び動作は第１および第２実施形態と同様であるため共通する構成に関しては詳細な説明は省略して異なる点のみ説明する。第２実施形態においては、記録媒体の移動と停止を繰り返すことで、移動距離の低減を行う構成を説明した。本実施形態では、記録媒体３０４の移動と停止を行うタイミングと、センサユニット１２３の撮像タイミングとを同期させることで、効率のよい校正を行うことを可能にしている。具体的には、撮像の瞬間に記録媒体を移動させることにより効率のよい校正を行うことを特徴としている。

図１３にその時の時間と記録媒体３０４の移動距離を示す。センサユニット１２３は、一定のタイミングで撮像を繰り返し行っている。図１３の上部に示すセンサ検知タイミング（３）がHighになった領域において、センサユニット１２３は記録媒体３０４の像を撮影する。このとき記録媒体３０４の表面性の影響を受けずにセンサユニット１２３の校正を行うには、前回の撮像と今回の撮像の記録媒体上の位置が変化している必要がある。また、撮像の瞬間に記録媒体が移動していると、より記録媒体の表面性の影響を受けずに校正を行うことができる。これは、移動中に撮像する方が、静止状態で撮像するよりも、記録材の表面性の影響が小さくなり、光源やレンズに起因する光量ばらつきを補正するためのシェーディングデータが測定しやすくなるためである。

このことから、センサユニット１２３の撮像タイミング中に一回、記録媒体を必要最小量移動させ、それ以外は停止していることが、最も効率的である。図１３に示すように、センサユニット１２３が記録媒体３０４上の画像を撮影しているタイミング（３）に対して、記録媒体は校正時速度（２）のように移動と停止を繰り返し行う。このとき、一回の撮像中に１度記録媒体は移動を行っている。このように必要回数の移動と撮影の後、停止している。これにより、記録媒体の移動距離は最小とすることが出来る。ここでは、センサユニット１２３の検知タイミングが連続せず分離している例をしめしている。しかし、検知タイミングは連続して行われていてもよい。また、本実施形態では1回の検知タイミングに1度の移動の例を上げている。しかし、移動の量が通常の速度よりも遅ければ撮影（検知）の回数は２度以上であっても良い。

以上、センサユニット１２３の校正時、つまりシェーディングデータ測定時に記録媒体の移動、停止をセンサの検知タイミングと同期することにより、センサの校正の精度を十分確保することができ、記録媒体の判定を精度良く行うことが可能になる。また、記録媒体３０４の移動距離は最小となるため、センサユニット１２３から、次の搬送部までの距離を小さくすることができ、本体の小さな画像形成装置を提供することが可能となる。また、センサの校正の精度を十分確保することができ、記録媒体の判定を精度良く行えることから、最適な画像形成条件を設定でき、高精度の画像を形成する画像形成装置を提供することが可能となる。

Claims

記録材に光を照射する光照射手段と、記録材表面からの反射光を画像として読み取る読取手段と、前記読取手段により前記反射光を読み取る読取位置に向けて第一搬送速度で記録材を搬送する搬送手段とを備えた記録材表面検出装置において、
前記光照射手段からの光の照射ムラに関する情報、もしくは、前記読取手段の感度ばらつきに関する情報、もしくは、異物に関する情報を含むノイズ成分を示す情報を検出するノイズ情報検出手段
を備え、前記ノイズ情報検出手段によって前記ノイズ成分を示す情報を検出するために、前記光照射手段は搬送中の記録材の表面に複数回、光を照射して、前記読取手段は複数回、記録材の表面からの反射光を画像として読み取り、前記読取手段が搬送中の記録材の表面からの反射光を複数回読み取っている期間、前記搬送手段は、前記第一搬送速度より遅い第二搬送速度で記録材を搬送し、
記録材が前記読取位置に搬送された後、記録材が停止した状態で、前記光照射手段により記録材に光を照射して、前記読取手段により反射光を画像として読み取り、
前記ノイズ情報検出手段は、読み取った複数の画像を平均化処理することによって前記ノイズ成分を示す情報を求め、
記録材が停止した状態で読み取った画像に関する情報から前記ノイズ成分を示す情報を除去した結果を用いて、記録材の表面状態を検出することを特徴とする記録材表面検出装置。
前記読取手段は、記録材からの反射光を画像として読み取るＣＭＯＳセンサであることを特徴とする請求項１に記載の記録材表面検出装置。
記録材に画像を形成するための画像形成手段と、画像形成手段に向けて第一搬送速度で記録材を搬送する搬送手段と、記録材に光を照射する光照射手段と、記録材表面からの反射光を画像として読み取る読取手段と、前記読取手段の読み取り結果に基づき画像形成条件を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、
前記光照射手段からの光の照射ムラに関する情報、もしくは、前記読取手段の感度ばらつきに関する情報、もしくは、異物に関する情報を含むノイズ成分を示す情報を検出するノイズ情報検出手段
を備え、
前記ノイズ情報検出手段によって前記ノイズ成分を示す情報を検出するために、前記光照射手段は搬送中の記録材の表面に複数回、光を照射して、前記読取手段は複数回、記録材の表面からの反射光を画像として読み取り、前記読取手段が搬送中の記録材の表面からの反射光を複数回読み取っている期間、前記搬送手段は、前記第一搬送速度より遅い第二搬送速度で記録材を搬送し、
記録材が停止した状態で、前記光照射手段により記録材に光を照射して、前記読取手段により反射光を画像として読み取り、
前記ノイズ情報検出手段は、読み取った複数の画像を平均化処理することによって前記ノイズ成分を示す情報を求め、
記録材が停止した状態で読み取った画像に関する情報から前記ノイズ成分を示す情報を除去した結果に基づき、前記制御手段が画像形成条件を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記読取手段は、記録材からの反射光を画像として読み取るＣＭＯＳセンサであることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
記録材に光を照射する光照射手段と、記録材表面からの反射光を画像として読み取る読取手段と、前記読取手段により前記反射光を読み取る読取位置に向けて、記録材を搬送する搬送手段とを備えた記録材表面検出装置において、
前記光照射手段からの光の照射ムラに関する情報、もしくは、前記読取手段の感度ばらつきに関する情報、もしくは、異物に関する情報を含むノイズ成分を示す情報を検出するノイズ情報検出手段
を備え、前記ノイズ情報検出手段によって前記ノイズ成分を示す情報を検出するために、前記光照射手段は搬送中の記録材の表面に複数回、光を照射して、前記読取手段は複数回、記録材の表面からの反射光を画像として読み取り、前記読取手段が搬送中の記録材の表面からの反射光を複数回、読み取っている期間、前記搬送手段は、記録材を搬送する動作と記録材を停止する動作とを複数回繰り返し、
記録材が前記読取位置に搬送された後、記録材が停止した状態で、前記光照射手段により記録材に光を照射して、前記読取手段により反射光を画像として読み取り、
前記ノイズ情報検出手段は、読み取った複数の画像を平均化処理することによって前記ノイズ成分を示す情報を求め、
記録材が停止した状態で読み取った画像に関する情報から前記ノイズ成分を示す情報を除去した結果に基づき、記録材の表面状態を検出することを特徴とする記録材表面検出装置。
前記読取手段は、記録材からの反射光を画像として読み取るＣＭＯＳセンサであることを特徴とする請求項５に記載の記録材表面検出装置。
記録材に画像を形成するための画像形成手段と、記録材を画像形成手段に向けて搬送する搬送手段と、記録材に光を照射する光照射手段と、記録材表面からの反射光を画像として読み取る読取手段とを備えた画像形成装置において、
前記光照射手段からの光の照射ムラに関する情報、もしくは、前記読取手段の感度ばらつきに関する情報、もしくは、異物に関する情報を含むノイズ成分を示す情報を検出するノイズ情報検出手段
を備え、前記ノイズ情報検出手段によって前記ノイズ成分を示す情報を検出するために、前記光照射手段は搬送中の記録材の表面に複数回、光を照射して、前記読取手段は複数回、記録材の表面からの反射光を画像として読み取り、前記読取手段が搬送中の記録材の表面からの反射光を複数回、読み取っている期間、前記搬送手段は、記録材を搬送する動作と記録材を停止する動作とを複数回繰り返し、
記録材が停止した状態で、前記光照射手段により記録材に光を照射して、前記読取手段により反射光を画像として読み取り、
前記ノイズ情報検出手段は、読み取った複数の画像を平均化処理することによって前記ノイズ成分を示す情報を求め、
記録材が停止した状態で読み取った画像に関する情報から前記ノイズ成分を示す情報を除去した結果に基づき画像形成条件を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記読取手段は、記録材からの反射光を画像として読み取るＣＭＯＳセンサであることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。