JP6623624B2 - 媒体テクスチャー検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、媒体テクスチャー検出装置に関する。

印刷装置において、シート状の媒体（紙やフィルム）を正確に搬送するための構成として、例えば、特許文献１に記載のように、搬送されるシート状の媒体の表面の凹凸等のテクスチャーの状態を撮像した画像データを解析することにより媒体の変位量（搬送量）を検出する方式（「実像撮影方式」とも呼ぶ）が知られている。

特開２０１３−２３１６５８号公報

特許文献１の実像撮影方式においては、撮像の繰り返し速度の高速化が困難であるという問題があり、搬送速度が高速化するほど問題が顕著となる。この問題を解決する一例として、一回の撮像エリアを広くするとともに撮像画像を高精細化することが考えられるが、これを実現するために要する撮像系装置及び光学系装置の大型化及びコストの増大という問題がある。また、仮に、撮像エリアの広域化及び撮像画像の高精細化を可能とする構成としてある搬送速度の高速化に対応させたとしても、搬送速度をさらに高速化する場合には、さらなる装置の大型化及びコストの増大を要するため、撮像エリアの広域化及び撮像画像の高精細化には、限界がある。このため、シート状の媒体（紙やフィルム）の表面の凹凸等のテクスチャーの状態を検出するための構成として、更なる改善が望まれている。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［形態１］
搬送されるシート状の媒体に非コヒーレント光を照射する照射光学系と、
前記媒体からの前記非コヒーレント光の拡散反射光を受光する受光光学系であって、前記媒体が搬送される方向に沿った前記媒体の位置に応じた前記拡散反射光の強度の変化を発生させる基本構造を有する表面を備える前記媒体に応じて視野が設定される受光光学系と、
を備え、
前記受光光学系の視野は、前記基本構造のサイズの１／１０以上４倍以下に設定され、
前記受光光学系は、前記搬送される媒体の位置の変化に応じて周期的に変化する前記表面のテクスチャーの状態の変化を、周期的に変化する前記拡散反射光の強度の変化として検出する、媒体テクスチャー検出装置。
この形態によれば、従来技術で説明した撮像系装置及び光学系装置の大型化及びコストの増大という問題を解決し、従来に比べて簡易な構造で高速に媒体の位置に応じた媒体の表面のテクスチャーの状態の変化を拡散反射光の強度の変化として検出することができる。

（１）本発明の一形態によれば、媒体テクスチャー検出装置が提供される。この媒体テクスチャー検出装置は、搬送されるシート状の媒体に非コヒーレント光を照射する照射光学系と；前記媒体からの前記非コヒーレント光の拡散反射光を受光する受光光学系と；を備える。前記媒体の表面は、前記媒体が搬送される方向に沿った前記媒体の位置に応じた前記拡散反射光の強度の変化を発生させる基本構造を有する。前記受光光学系の視野は、前記基本構造のサイズの１／１０以上４倍以下に設定される。
この形態によれば、従来技術で説明した撮像系装置及び光学系装置の大型化及びコストの増大という問題を解決し、従来に比べて簡易な構造で高速に媒体の位置に応じた媒体の表面のテクスチャーの状態の変化を拡散反射光の強度の変化として検出することができる。

（２）上記形態の媒体テクスチャー検出装置において、前記基本構造のサイズは、前記拡散反射光の強度の変化に含まれる空間周波数成分のうち最大の実数部を有する空間周波数成分を示す空間周期であるとしてもよい。
この形態によれば、媒体の基本構造のサイズを容易に設定することができるので、受光光学系の視野を、媒体の位置に応じた媒体の表面のテクスチャーの状態の変化を拡散反射光の強度の変化として検出するための適したサイズに容易に設定することができる。

（３）上記形態の媒体テクスチャー検出装置において、前記非コヒーレント光は赤外領域の波長の光である、としてもよい。
この形態によれば、可視光に比べて、媒体の位置に応じた媒体の表面のテクスチャーの状態の変化を拡散反射光の強度の変化として検出しやすくすることができる。

（４）上記形態の媒体テクスチャー検出装置において、前記照射光学系は、前記非コヒーレント光を発する光源と；前記非コヒーレント光を前記媒体に導く導光部と；を備える、としてもよい。前記受光光学系は、前記媒体からの拡散反射光を、一方の端面である入射面が受光面として受光し、他方の端面である射出面から射出する光ファイバーと；前記射出面から射出された拡散反射光を受光し、受光した拡散反射光の強度に応じた電気信号を出力するフォトセンサーと；前記光ファイバーの射出面から射出する拡散反射光を前記フォトセンサーに向けて集光する集光レンズと；を備える、としてもよい。
この形態によれば、媒体の位置に応じた媒体の表面のテクスチャーの状態の変化を拡散反射光の強度の変化として検出するための照射光学系及び受光光学系を容易に構成することができる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、媒体テクスチャー検出装置の他、媒体種類検出装置、媒体速度検出装置などの媒体テクスチャー検出装置を用いた種々の装置等、様々な形態で実現することができる。

第１実施形態としての媒体テクスチャー検出装置の概略構成図である。 光ファイバーの受光面のサイズと受光面で受光可能な視野のサイズとの関係について示す説明図である。 媒体の位置に応じて出力される拡散反射光データについて示す説明図である。 シート状の媒体の検出面のテクスチャーの状態と拡散反射光の関係について示す説明図である。 視野サイズとフォトセンサーの出力との関係について示す説明図である。 第２実施形態としての媒体テクスチャー検出装置の概略構成図である。 第３実施形態として媒体テクスチャー検出装置を適用した媒体種類検出装置の概略構成図である。 紙種判定部による紙種判定について示す説明図である。 第４実施形態として媒体テクスチャー検出装置を適用した媒体速度検出装置の概略構成図である。 先行する第１の拡散反射光データと後行する第２の拡散反射光データとの関係を示すグラフである。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としての媒体テクスチャー検出装置３０の概略構成図である。媒体テクスチャー検出装置３０は、媒体支持部２０の支持面２０ａで支持されつつ不図示の搬送装置によって搬送されるシート状態の媒体Ｐの支持面２０ａに接する側の面（以下、「下面」、あるいは、「検出面」とも呼ぶ）Ｐｂのテクスチャーの状態を検出する装置である。なお、本例では、媒体Ｐとして連続紙を例とする。紙の場合、通常、印刷等が行われる表側の面（「表側面」あるいは「印刷面」とも呼ぶ）に比べて、印刷等が行われない裏側の面（「裏側面」あるいは「非印刷面」とも呼ぶ）を、検出面Ｐｂとすることが好ましい。こうすれば、媒体テクスチャー検出装置３０を印刷装置に搭載することを想定した場合に、搭載し易さの点で有利である。

媒体テクスチャー検出装置３０は、照射光学系（「照明光学系」とも呼ぶ）３１０と、受光光学系３２０と、受光回路３３０と、受光制御部３４０と、を備えている。

照射光学系３１０は、非コヒーレント光を発する光源３１２と、光源３１２が発した非コヒーレント光を、支持面２０ａに設けられた開口部３１６を通過する媒体Ｐの下面Ｐｂに照射される照明光として導く導光部３１４と、を備えている。光源３１２としては、例えば、対象となる媒体Ｐのテクスチャーを検出し易い波長の非コヒーレント光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源を用いることができる。例えば、赤外領域の波長の非コヒーレント光を発するＬＥＤを用いることができる。可視光領域の波長の非コヒーレント光を発するＬＥＤ等の光源を用いても良い。但し、赤外領域の波長の非コヒーレント光の方が、媒体の位置に応じた変化を拡散反射光の強度の変化として検出する上で効果的であり、また、外乱光の影響も抑制することができる。

受光光学系３２０は、光ファイバー３２２と、集光レンズ３２４と、フォトセンサー３２６と、を備えている。光ファイバー３２２は、開口部３１６上の媒体Ｐの下面Ｐｂに対向する導光部３１４の面上に受光面（入射面）３２２ｒが接するように配置されており、受光面３２２ｒは、導光部３１４を介して媒体Ｐの下面Ｐｂに近接配置されている。光ファイバー３２２は、照射光学系３１０によって媒体Ｐに照射された光の拡散反射光を受光面３２２ｒで受光し、他方の端面である射出面３２２ｏから射出する。照射光学系３１０と受光光学系３２０は、受光面３２２ｒにおいて拡散反射光は受光されるが鏡面反射光は受光されないように構成されていることが好ましい。集光レンズ３２４は、射出面３２２ｏから射出する光（拡散反射光）がフォトセンサー３２６へ照射されるように集光する。フォトセンサー３２６は、受光した光の強度を電気信号（以下、「受光信号」とも呼ぶ）に変換する。なお、フォトセンサー３２６としては、光源３１２の発する非コヒーレント光の波長領域に感度を有するフォトセンサー（例えば、フォトトランジスターやフォトダイオード）が用いられる。

照射光学系３１０は、光源３１２及び導光部３１４と開口部３１６との位置関係が変化して、光ファイバー３２２の受光面３２２ｒに入射する拡散反射光のエネルギーが変化しないように、支持面２０ａの下面側に固定されている。

光ファイバー３２２の受光面３２２ｒに入射する拡散反射光のエネルギーは、受光面３２２ｒが検出面Ｐｂから離れるほど小さくなるとともに、受光面３２２ｒでの視野（入射可能な拡散反射光の検出面の領域のサイズ）が大きくなる。そこで、受光面３２２ｒで安定に拡散反射光を受光するためには、受光面３２２ｒと検出面Ｐｂとの間のギャップ（間隔）を、照射光学系３１０からの照明光の開口部３１６への照射が遮断されない範囲で可能な限り狭くし、一定とすることが好ましい。

図２は、光ファイバー３２２の受光面３２２ｒのサイズと受光面３２２ｒで受光可能な視野のサイズとの関係について示す説明図である。図２は、光ファイバー３２２の受光面３２２ｒ及び媒体Ｐと受光面３２２ｒとの間の導光部３１４の部分を拡大して示している。

媒体Ｐで拡散反射して光ファイバー３２２のコア３２２ｃｒの受光面３２２ｒに入射した拡散反射光のうち、コア３２２ｃｒとクラッド３２２ｃｄとの界面で全反射を繰り返して伝播し、射出面３２２ｏ（図１）から射出する拡散反射光のみが、フォトセンサー３２６で受光される。図２の実線の例は、光ファイバー３２２のコア３２２ｃｒとクラッド３２２ｃｄとの界面で全反射可能に受光面３２２ｒに入射する拡散反射光のうち、最大入射角θｃで入射する拡散反射光を示している。媒体Ｐの表面のうちで、受光面３２２ｒに入射可能で全反射可能な拡散反射光を射出する領域ＶＡは、コア３２２ｃｒの半径ｒの円形の領域よりも大きく、半径がｒ＋（ｄ・ｔａｎθｃ）の円形の領域となる。ここで、ｄは、媒体Ｐと光ファイバー３２２の受光面３２２ｒとの距離、すなわち、導光部３１４の厚さである。この媒体Ｐの表面上の領域ＶＡは、受光光学系３２０の視野に相当する。この視野ＶＡの直径を「視野サイズＦＮ」と呼ぶ。視野サイズＦＮは、下式（１）で与えられる。
ＦＮ＝２（ｒ＋ｄ・ｔａｎθｃ） ・・・（１）

ここで、最大入射角θｃと最大屈折角φｃとの関係は、下式（２）で表される。また、コア３２２ｃｒ内での全反射の条件は、下式（３）で表される。
ｓｉｎθｃ＝（ｎ２／ｎ３）ｓｉｎφｃ ・・・（２）
ｓｉｎ（９０−φｃ）＝ｎ１／ｎ２ …（３）
ここで、ｎ１はクラッド３２２ｃｄの屈折率であり、ｎ２はコア３２２ｃｒの屈折率であり、ｎ３は導光部３１４の屈折率である。

最大入射角θｃは、上記（３）式に基づいて最大屈折角φｃを求め、求めた最大屈折角φｃ及び上記（２）式に基づいて求めることができる。そして、求めた最大入射角θｃを用いて上記（１）式に基づいて、視野サイズＦＮを求めることができる。また、（１）式に基づいて、所望の視野サイズＦＮに対応する光ファイバー３２２のコア３２２ｃｒの半径ｒを求めることができ、利用する光ファイバーを決定することができる。

光ファイバー３２２として、例えば、コア３２２ｃｒの直径が５０μｍ（ｒ＝２５μｍ）で、クラッド３２２ｃｄの屈折率ｎ１が１．４６２、コア３２２ｃｒの屈折率ｎ２が１．４６７、の光ファイバーを用いるものとする。また、導光部３１４として、屈折率ｎ１が１．５００のプラスチック材料で厚さｄが５００μｍとなるように形成された導光部を用いるものとする。この場合の視野サイズＦＮは、１０６μｍとなる。

なお、光ファイバー３２２の受光面３２２ｒのサイズは、検出面Ｐｂのテクスチャーの状態の変化を拡散反射光の変化として受光可能な視野サイズに応じて設定される。この視野サイズ及び光ファイバーのサイズについては、さらに後述する。

受光回路３３０は、アンプ３３２とＡＤコンバーター３３４とを備えている。アンプ３３２はフォトセンサー３２６からの拡散反射光の受光信号Ｓ（ｘ）をＡＤコンバーター３３４の入力レンジに合わせて増幅する。ＡＤコンバーター３３４は、受光制御部３４０から供給されるサンプリング信号に基づいて、拡散反射光のアナログの強度信号を一定のサンプリング周期ｔｓで順に量子化して拡散反射光のデジタルの受光信号に変換し、拡散反射光のデジタルの強度信号を出力する。この拡散反射光のデジタルの強度信号には、媒体Ｐの位置ｘに応じたフォトセンサー３２６の出力値、すなわち、拡散反射光の強度、を表す拡散反射光データＤＳ（ｘ）が、順に含まれている。

受光制御部３４０は、ＡＤコンバーター３３４にサンプリング信号を供給し、ＡＤコンバーター３３４からサンプリング周期ｔｓで位置ｘに応じた拡散反射光データＤＳ（ｘ）を順に出力させる。

図３は、媒体Ｐの位置ｘに応じて出力される拡散反射光データＤＳ（ｘ）について示す説明図である。ここでは、図示の便宜上、受光光学系３２０の視野ＶＡの形状を正方形として描いている。実際には、図２で説明したように、視野ＶＡは円形であるが、その直径と等しい大きさの一辺を有する正方形と考えても視野ＶＡとしての機能はほぼ同じである。

受光光学系３２０の視野ＶＡは、搬送速度ｖｓで搬送される媒体Ｐの移動に従って、媒体Ｐを基準とする媒体Ｐの搬送方向とは反対方向に向かって相対的に順にずれていく。この際、ＡＤコンバーター３３４からサンプリング周期ｔｓ毎に、フォトセンサー３２６のセンサー出力値、すなわち、媒体Ｐの間隔ｄｓ（＝ｔｓ・ｖｓ）で順にずれた位置ｘにおける視野ＶＡに対応する連続紙Ｐからの拡散反射光の強度を示す拡散反射光データＤＳ（ｘ）が順に出力される。なお、ＡＤコンバーター３３４から出力される拡散反射光データはサンプリング周期ｔｓ毎に出力されるデータであるので、サンプリング周期ｔｓで順に出力される拡散反射光データＤＳ（ｔ）として扱うこともできる。なお、不図示の搬送装置に設定される搬送速度ｖｓは、通常、０．１μｍ／μｓ〜１μｍ／μｓの範囲で設定すればよい。また、サンプリング周期ｔｓは、搬送速度ｖｓに合わせて、０．１μｍ／μｓの搬送速度ｖｓに適した値（例えば１μｓ）から１μｍ／μｓの搬送速度ｖｓに適した値（例えば０．１μｓ）の範囲で設定すればよい。

以上のように、媒体テクスチャー検出装置３０は、搬送される媒体Ｐの位置に応じて変化する検出面Ｐｂのテクスチャーの状態の変化を拡散反射光の強度の変化として検出することができる。

図４は、シート状の媒体Ｐの検出面Ｐｂのテクスチャーの状態と拡散反射光の関係について示す説明図である。媒体Ｐの検出面Ｐｂは、その位置に応じた拡散反射光の強度の変化を発生させる基本構造を有している。例えば、連続紙の場合、一般に、紙は、太さ４μｍ〜７０μｍで、長さ０．２５ｍｍ〜５０ｍｍ程度の食物繊維（主体はセルロース）が不定形に絡み合うことで構成され、１μｍ〜５００μｍ程度の周期間隔の基本構造を有している。図４（Ａ）は、説明を容易にするために、基本構造ＢＳを、周期Ｔの単純な凹凸の繰り返し構造として示している（ハッチング付の正方形が凸部）。また、視野ＶＡは、一辺のサイズがｘｖの正方形の形状として示している。視野ＶＡを視野の移動方向に沿って移動させた場合、視野ＶＡの位置ｘに応じた拡散反射光の強度Ｒ（ｘ）は、図４（Ｂ）に示すように、周期Ｔで繰り返し変化する波形となる。そして、フォトセンサー３２６の出力Ｓ（ｘ）は、視野ＶＡにおける拡散反射光の強度Ｒ（ｘ）の空間積分値である。例えば、位置ｘ０でのフォトセンサー３２６の出力Ｓ（ｘ０）は、媒体の移動方向のみに着目し、媒体の移動方向に垂直な方向について無視して、簡単した場合において、下式（４）で表される。

視野サイズｘｖの下限は、以下で説明するように設定されることが好ましい。上記（７）式で示したように、フォトセンサー３２６の出力は、視野ＶＡにおける拡散反射光の強度の空間積分値であるので、フォトセンサー３２６は、視野サイズｘｖが基本構造ＢＳの周期Ｔに比べて小さい程、拡散反射光の強度Ｒ（ｘ）の変化を細かく検出することができる。従って、受光光学系３２０の光学特性及び受光回路３３０の回路特性による速度制限や外乱等の影響を無視すれば、基本的には、視野サイズｘｖの下限に制限は無い。しかしながら、実際には、視野サイズｘｖが小さくなる程、受光光学系３２０の光学特性及び受光回路３３０の回路特性による速度制限や外乱等の影響が大きくなって、検出が困難となると考えられる。この問題を考慮すると、視野サイズｘｖは、基本構造ＢＳの周期Ｔの１／１０以上に設定されることが好ましい。

図５は、視野サイズｘｖの上限を説明するためのグラフである。この図は、視野サイズｘｖとフォトセンサー３２６の出力Ｓ（ｘ）との関係を示している。基本構造ＢＳの周期を周期Ｔと固定しておき、視野サイズｘｖが周期Ｔに等しい場合における出力Ｓ（ｘ）の振幅（＝１）を基準として、視野サイズｘｖを周期Ｔの２倍、３倍、４倍・・・に変化させた場合の出力Ｓ（ｘ）の振幅は１／２、１／３、１／４・・・と小さくなる。同様に、視野サイズｘｖを基本構造ＢＳの周期Ｔに等しい値に固定し、基本構造ＢＳの周期の逆数で表される空間周波数ｆｖが１／Ｔの場合の出力Ｓ（ｘ）の振幅（＝１）を基準として、空間周波数ｆｖを２倍、３倍、４倍・・・に変化させた場合の出力Ｓ（ｘ）の振幅は１／２、１／３、１／４・・・と小さくなる。

図４（Ａ）に示したように、基本構造ＢＳが、単純な繰り返しの構造の場合には、出力Ｓ（ｘ）の振幅の大きさに合わせてアンプ３３２のゲインを調整すれば、その周期Ｔを検出することが可能である。しかし、実際の基本構造ＢＳは周期や大きさの異なる複数の構造の組み合わせ構造であり、その出力Ｓ（ｘ）は空間周波数の異なる複数の振幅が重なり合った出力となる。このため、視野サイズｘｖが過度に大きいと、ＡＤコンバーター３３４の量子化誤差やＳ／Ｎの影響等により検出が困難となる場合がある。ｘｖ＝Ｔのときに得られる出力Ｓ（ｘ）の振幅を基準として考えた場合、その１／８以上の振幅、より好ましくは１／４以上の振幅が得られることが望ましい。従って、視野サイズｘｖは、基本構造ＢＳの周期Ｔの８倍以下、より好ましくは、４倍以下とすることが望ましい。

なお、基本構造ＢＳの周期Ｔを、「媒体の基本構造のサイズ」とも呼ぶ。この基本構造ＢＳのサイズは、媒体Ｐの位置に応じた拡散反射光の強度を表す拡散反射光データＤＳ（ｘ）の変化に含まれる空間周波数成分のうち最大の実数部を有する空間周波数成分を示す周期（空間周期）に対応する。なお、この空間周波数成分は、対象となる媒体の拡散反射光データＤＳ（ｘ）についてＦＦＴ（Fast Fourier Transform ）を行なうことにより求めることができる。

本実施形態では、上記したように、コア３２２ｃｒの直径が５０μｍの光ファイバー３２２を用いて、その視野サイズＦＮ（＝ｘｖ）を１０６μｍとしており、基本構造のサイズ（基本構造の周期）が１３．３μｍ以上、より好ましくは２６．５μｍ以上の媒体（本例では連続紙）Ｐに対して、位置に応じて変化する媒体の検出面のテクスチャーの状態の変化を拡散反射光の強度の変化として検出することができる。

本実施形態の媒体テクスチャー検出装置３０において、照射光学系３１０は、非コヒーレント光を発する光源３１２と、光源３１２が発した非コヒーレント光を照明光として導く導光部３１４と、を備える簡易な構造の照射光学系で構成されており、受光光学系３２０は、光ファイバー３２２と、集光レンズ３２４と、フォトセンサー３２６とを備える簡易な構造の受光光学系で構成されている。従って、従来技術で説明した撮像系装置及び光学系装置の大型化及びコストの増大という問題を解決することができ、従来に比べて簡易な構造で高速に媒体の位置に応じた媒体の表面のテクスチャーの状態の変化を拡散反射光の強度の変化として検出することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態としての媒体テクスチャー検出装置３０Ｂの概略構成図である。媒体テクスチャー検出装置３０Ｂは、図６（Ａ）に示すように、媒体テクスチャー検出装置３０（図１）の受光光学系３２０を受光光学系３２０Ｂに置き換えた装置である。受光光学系３２０Ｂは、図６（Ｂ）に拡大して示すように、ラインセンサー３２６Ｌと、集光レンズ３２４Ｌとを備えている。集光レンズ３２４Ｌは、統合視野サイズｘｗを有する統合視野ＣＶＡからの拡散反射光をラインセンサー３２６Ｌに照射するように集光する。ラインセンサー３２６Ｌは、光の明暗を電気信号に変換するｎｐ個（本例ではｎｐ＝８）の受光素子が一列に配列されたセンサーであり、１つの受光素子の視野サイズＦＮＬは、下式（５）で表される。
ＦＮＬ＝ｘｗ／ｎｐ ・・・（５）
ここで、ラインセンサー３２６Ｌのサイズｘｌと統合視野サイズｘｗとの関係は、下式（６）で表される。
ｘｗ＝ｘｌ・ｍ＝ｘｌ・（Ｌａ／Ｌｂ） ・・・（６）
ここで、ｍは集光レンズ３２４Ｌの倍率であり、Ｌａは媒体Ｐと集光レンズ３２４Ｌとの距離であり、Ｌｂはラインセンサー３２６Ｌと集光レンズ３２４Ｌとの距離である。

ラインセンサー３２６Ｌの個々の受光素子からの出力を受光光学系３２０Ｂからの拡散反射光の出力Ｓ（ｘ）としてアンプ３３２に供給し、ＡＤコンバーター３３４で量子化してデジタルの拡散反射光データＤＳ（ｘ）として出力することができる。こうすれば、上記（５），（６）式で表される視野サイズＦＮＬで拡散反射光を受光することができる。

第１実施形態の受光光学系３２０における視野サイズＦＮは、上記（１）で表されるように、光ファイバー３２２のコア径よりも小さな視野サイズとすることはできない。現状、光ファイバーのコア径は６２．５μｍや５０μｍ、９〜１０μｍのものが一般的であり、５μｍよりも小さな視野サイズとすることは困難である。しかしながら、本実施形態の受光光学系３２０Ｂの視野サイズＦＮＬは、上記（５），（６）式で示したように、集光レンズ３２４Ｌの倍率ｍ（＝Ｌａ／Ｌｂ）及びラインセンサー３２６Ｌのサイズｘｌで決まる統合視野サイズｘｗをラインセンサー３２６Ｌの受光素子の数ｎｐで割った値である。従って、集光レンズ３２４Ｌの倍率ｍを調整して統合視野サイズを調整することにより、受光光学系３２０Ｂの視野サイズをより小さなサイズに設定することができる。従って、受光光学系の視野サイズを光ファイバーのコア径よりも小さい視野サイズとすることが可能である。

Ｃ．第３実施形態：
図７は、第３実施形態として媒体テクスチャー検出装置３０を適用した媒体種類検出装置１１の概略構成図である。媒体種類検出装置１１は、媒体Ｐの対象を連続紙とし、紙の種類を検出する紙種検出装置を例として示しており、以下では「紙種検出装置１１」と呼ぶ。紙種検出装置１１は、図１に示した媒体テクスチャー検出装置３０と紙種検出部４０と、を備えている。媒体テクスチャー検出装置３０の測定対象のシート状の媒体Ｐは連続紙を例とする。また媒体Ｐの搬送速度ｖｓは０．１μｍ／μｓに設定されており、時間的なサンプリング周期ｔｓは１μｓに設定されているものとする。この場合の空間的なサンプリング周期ｄｓ、すなわち、空間的な解像度は０．１μｍである。

紙種検出部４０は、不図示のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリー、インタフェース等を含むコンピュータシステムで構成される制御装置である。紙種検出部４０は、メモリーに保存されているプログラムを読み出して実行することにより、拡散反射光取得部４１２及び紙種判定部４１４として機能する。

拡散反射光取得部４１２は、受光回路３３０のＡＤコンバーター３３４にサンプリング信号を供給して、ＡＤコンバーター３３４から、時間的なサンプリング周期ｔｓ（＝１μｓ）で、空間的なサンプリング周期ｄｓ（＝０．１μｍ）に対応する拡散反射光データＤＳ（ｘ）を順に出力させる受光制御部３４０（図１参照）として機能するとともに、ＡＤコンバーター３３４から出力される拡散反射光データＤＳ（ｘ）を順に取得する。

紙種判定部４１４は、取得された拡散反射光データＤＳ（ｘ）に基づいて媒体Ｐとしての紙の種類を判定する。

図８は、紙種判定部４１４による紙種判定について示す説明図である。紙種判定部４１４は、図８（Ａ）に示すように、データベースＳＤＢを有している。データベースＳＤＢには、紙の種類を示すＩＤ番号で管理された拡散反射光データＤＳＢ（ｘ）の配列が格納されている。なお、図８（Ａ）のデータベースＳＤＢは、図示及び説明を容易にするためＩＤ＝１〜３の３種類の紙の種類に対応する拡散反射光データＤＳＢ（ｘ）の配列が格納されている場合を例に示している。但し、これに限定されるものではなく、データベースＳＤＢには、サポートする紙の種類の数に対応する全ての拡散反射光データＤＳＢ（ｘ）の配列がＩＤ番号で管理されていてもよい。

図８（Ａ）に示すように、紙種判定部４１４は、データベースＳＤＢに格納されている各ＩＤ番号の波形データ（拡散反射光データＤＳＢ（ｘ）の配列）について、それぞれ、取得した波形データ（拡散反射光データＤＳ（ｘ）の配列）に対する下式（７）で表される評価関数値Ｆ（ＩＤ）を求める。
Ｆ（ＩＤ）＝Σ｜ＤＳ（ｘ）−ＤＳＢ（ｘ）｜ ・・・（７）
但し、データベースの拡散反射光データＤＳＢ（ｘ）と取得した拡散反射光データＤＳ（ｘ）との位相や振幅、オフセットが異なると、評価関数値Ｆ（ＩＤ）の結果は、大きく異なることになる。そこで、１つのＩＤ番号の拡散反射光データＤＳＢ（ｘ）の配列に対して、取得した拡散反射光データＤＳ（ｘ）の位相や振幅、オフセットを調整して、そのＩＤ番号の拡散反射光データＤＳＢ（ｘ）についての最小の評価関数値Ｆ（ＩＤ）を求めることが望ましい。

そして、全てのＩＤ番号の拡散反射光データＤＳＢ（ｘ）について、それぞれ求めた評価関数値Ｆ（ＩＤ）のなかで、最小な評価関数値Ｆ（ＩＤ）のＩＤの紙の種類を測定対象媒体Ｐの紙の種類と判定する。例えば、図８（Ｂ）に示すように、ＩＤ＝１はＦ（１）：大で、ＩＤ＝２はＦ（２）：少で、ＩＤ＝３はＦ（３）：中となっている。この場合、測定対象の媒体Ｐの紙の種類はＩＤ＝２の紙である、と判定される。

以上のように、媒体テクスチャー検出装置３０を適用した紙種検出装置１１は、媒体テクスチャー検出装置３０によって検出された媒体Ｐの位置ｘに応じて変化する拡散反射光データＤＳ（ｘ）から測定対象の媒体Ｐの紙の種類を検出することができる。

Ｄ．第４実施形態：
図９は、第４実施形態として媒体テクスチャー検出装置３０Ｃを適用した媒体速度検出装置１２の概略構成図である。媒体速度検出装置１２は、媒体テクスチャー検出装置３０Ｃと速度検出部５０と、を備えている。

媒体テクスチャー検出装置３０Ｃは、媒体Ｐの搬送方向に沿って配列された２つの受光光学系３２０ｆ，３２０ｐと、これらに対応する２つの受光回路３３０ｆ，３３０ｐと、を備えている。２つの受光光学系３２０ｆ，３２０ｐ及び２つの受光回路３３０ｆ，３３０ｐは媒体テクスチャー検出装置３０（図１）の受光光学系３２０及び受光回路３３０と同じ構成を有している。搬送方向で先行する第１の受光光学系３２０ｆの光ファイバー３２２と、後行する第２の受光光学系３２０ｐの光ファイバー３２２とは、一定の間隔Ｌｄで導光部３１４上に搬送方向に沿って配置され、固定されている。本例では間隔Ｌｄを１００μｍとする。

先行する第１の受光光学系３２０ｆ及び第１の受光回路３３０ｆと、後行する第２の受光光学系３２０ｐ及び第２の受光回路３３０ｐは、それぞれ、媒体Ｐからの拡散反射光を受光し、時間的なサンプリング周期ｔｓで拡散反射光データＤＳｆ（ｔ），ＤＳｐ（ｔ）を出力する。但し、第１の受光光学系３２０ｆの光ファイバー３２２の配置位置と、第２の受光光学系３２０ｐの光ファイバー３２２の配置位置とは、上記したように、搬送方向に沿って一定の間隔Ｌｄだけ離れているので、時間的なサンプリング周期ｔｓとしては、この間隔Ｌｄの間を媒体Ｐが移動する間に発生する拡散反射光の変化を精度良く表すのに十分な拡散反射光データを取得できるような値に設定することが好ましい。例えば、搬送速度ｖｓが０．１μｍ／μｓ〜１μｍ／μｓの範囲で、間隔Ｌｄが１００μｍの間でサンプリング数を１００〜１０００の範囲とすると、サンプリング周期ｔｓは０．１μｓ〜１μｓの範囲のいずれかとすることが好ましい。本例では、ｔｓ＝１μｓとする。

後行する第２の受光光学系３２０ｐが受光する拡散反射光データＤＳｐ（ｔ）は、先行する第１の受光光学系３２０ｆが受光する拡散反射光データＤＳｆ（ｔ）に対して、下式（８）で表される遅れ時間Δｔだけ遅れることが想定される。
Δｔ＝Ｌｄ／ｖｓ ・・・（８）
ここで、Ｌｄは第１の受光光学系３２０ｆの光ファイバー３２２の配置位置と、第２の受光光学系３２０ｐの光ファイバー３２２の配置位置との間隔であり、ｖｓは媒体Ｐの搬送速度（移動速度）である。

上記（８）式に基づけば、搬送速度ｖｓは下式（９）で表される。
ｖｓ＝Ｌｄ／Δｔ ・・・（９）

従って、遅れ時間Δｔが分かれば、この遅れ時間Δｔを移動時間として搬送速度ｖｓを算出することができる、と言える。この遅れ時間Δｔの求め方については後述する。

速度検出部５０は、不図示のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリー、インタフェース等を含むコンピュータシステムで構成される制御装置である。速度検出部５０は、メモリーに保存されているプログラムを読み出して実行することにより、拡散反射光取得部５１２、遅れ時間解析部５１４、及び、速度算出部５１６として機能する。

拡散反射光取得部５１２は、第１の受光回路３３０ｆ及び第２の受光回路３３０ｐのそれぞれのＡＤコンバーター３３４にサンプリング信号を供給し、それぞれのＡＤコンバーター３３４から、時間的なサンプリング周期ｔｓで拡散反射光データＤＳｆ（ｔ），ＤＳｐ（ｔ）を順に出力させる受光制御部として機能するとともに、それぞれのＡＤコンバーター３３４から出力される拡散反射光データＤＳｆ（ｔ），ＤＳｐ（ｔ）を順に取得する。

図１０は、先行する第１の拡散反射光データＤＳｆ（ｔ）と、後行する第２の拡散反射光データＤＳｐ（ｔ）との関係を示すグラフである。遅れ時間解析部５１４（図９）は、後行する第２の拡散反射光データＤＳｐ（ｔ）の現在時刻ｔｃから期間ｔｗだけ前までの範囲の拡散反射光データＤＳｐ（ｔｃ−ｔｗ）〜ＤＳｐ（ｔｃ）と、先行する第１の拡散反射光データＤＳｆ（ｔ）との相関を取る。そして、後行する第２の拡散反射光データＤＳｐ（ｔｃ−ｔｗ）〜ＤＳｐ（ｔｃ）と相関が取られた先行する第１の拡散反射光データＤＳｆ（ｔｃ-Δｔ）〜ＤＳｆ（ｔｃ−ｔｗ-Δｔ）（図中破線で示すデータ）と、後行する第２の拡散反射光データＤＳｐ（ｔｃ−ｔｗ）〜ＤＳｐ（ｔｃ）と、の時間差Δｔを遅れ時間として求める。具体的には、例えば、下式（１０）で表される相関値Ｒ（Δｔ）が最小となる遅れ時間Δｔを探す。

ここで、ｔｃは現在時刻、ｔｗは相関を取る期間であり、サンプリング周期ｔｓ＝１μｓで十分なサンプリング数、例えば、１００点以上のサンプリング数を確保する期間である。本例ではｔｗ＝１００μｓとする。

速度算出部５１６（図９）は、下式（１１）から搬送速度ｖｓを計算する。
ｖｓ＝Ｌｄ／ｔｍ ・・・（１１）
ここで、Ｌｄは第１の受光光学系３２０ｆの光ファイバー３２２の配置位置と第２の受光光学系３２０ｐの光ファイバー３２２の配置位置の間隔（１００μｍ）であり、ｔｍは間隔Ｌｄの間を媒体Ｐが移動する移動時間であり、遅れ時間解析部５１４で求められた相関値Ｒ（Δｔ）が最小となる遅れ時間Δｔである。

以上のように、媒体テクスチャー検出装置３０Ｃを適用した媒体速度検出装置１２は、媒体テクスチャー検出装置３０Ｃによって検出された媒体Ｐの位置に応じて変化する拡散反射光データＤＳｆ（ｔ），ＤＳｐ（ｔ）から媒体Ｐの搬送速度（移動速度）ｖｓを検出することができる。

Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上記の媒体テクスチャー検出装置３０，３０Ｂ，３０Ｃは、非コヒーレント光を発する光源３１２と、光源３１２が発した非コヒーレント光を、照明光として導く導光部３１４と、を備える照射光学系３１０を用いた構成を例に説明している。しかしながら、これに限定されるものではなく、照射光学系は、例えば、暗視野照射光学系のように、シート状の媒体に非コヒーレント光を照明光として照射し、媒体で反射した反射光のうちの拡散反射光が受光光学系で受光されるように配置された構造の照射光学系であればよい。

（２）また、上記の媒体テクスチャー検出装置３０，３０Ｃは、光ファイバー３２２と、集光レンズ３２４と、フォトセンサー３２６と、を備える受光光学系３２０，３２０ｆ，３２０ｐ、を用いた構成を例に説明している。また、媒体テクスチャー検出装置３０Ｂは、集光レンズ３２４Ｌとラインセンサー３２６Ｌと、を備える受光光学系３２０Ｂを用いた構成を例に説明している。しかしながら、これに限定されるものではなく、受光光学系は、媒体のテクスチャーに応じて変化する拡散反射光が受光されるような視野を有する構造の受光光学系であればよい。例えば、ピンホールとフォトセンサーとを備える受光光学系であってもよい。

（３）媒体テクスチャー検出装置は、１つの受光光学系を備える構成に限定されるものではない。図９の媒体速度検出装置１２に用いた媒体テクスチャー検出装置３０Ｃのように、搬送方向に沿って複数の受光光学系を備える構成や、搬送方向に垂直な方向に沿って複数の受光光学系を備える構成としてもよい。複数の受光光学系のそれぞれで媒体の位置に応じた媒体の表面のテクスチャーの状態の変化を拡散反射光の強度の変化として検出することができる。

（４）シート状の媒体は連続紙に限定されず、単票紙であってもよい。また、樹脂製のフィルム、樹脂と金属の複合体フィルム（ラミネートフィルム）、織物、不織布、セラミックシートなどであってもよい。但し、透明なもの、黒いもの、メタリックなものは除外される。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１１…媒体種類検出装置（紙種検出装置），１２…媒体速度検出装置，２０…媒体支持部，２０ａ…支持面，３０…媒体テクスチャー検出装置，４０…紙種検出部，５０…速度検出部，３１０…照射光学系，３１２…光源，３１４…導光部，３１６…開口部，３２０…受光光学系，３２０Ｂ…受光光学系，３２０ｆ…受光光学系，３２０ｐ…受光光学系，３２２…光ファイバー，３２２ｏ…射出面，３２２ｒ…受光面，３２４…集光レンズ，３２４Ｌ…集光レンズ，３２６…フォトセンサー，３２６Ｌ…ラインセンサー，３３０…受光回路，３３０ｆ，３３０ｐ…受光回路，３３２…アンプ，３３４…ＡＤコンバーター，４１２…拡散反射光取得部，４１４…紙種判定部，５１２…拡散反射光取得部，５１４…遅れ時間解析部，５１６…速度算出部

Claims (4)

1. 搬送されるシート状の媒体に非コヒーレント光を照射する照射光学系と、
   前記媒体からの前記非コヒーレント光の拡散反射光を受光する受光光学系であって、前記媒体が搬送される方向に沿った前記媒体の位置に応じた前記拡散反射光の強度の変化を発生させる基本構造を有する表面を備える前記媒体に応じて視野が設定される受光光学系と、
   を備え、
   前記受光光学系の視野は、前記基本構造のサイズの１／１０以上４倍以下に設定され、
   前記受光光学系は、前記搬送される媒体の位置の変化に応じて周期的に変化する前記表面のテクスチャーの状態の変化を、周期的に変化する前記拡散反射光の強度の変化として検出する、媒体テクスチャー検出装置。
2. 請求項１に記載の媒体テクスチャー検出装置であって、
   前記基本構造のサイズは、前記拡散反射光の強度の変化に含まれる空間周波数成分のうち最大の実数部を有する空間周波数成分を示す空間周期である、媒体テクスチャー検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の媒体テクスチャー検出装置であって、
   前記非コヒーレント光は赤外領域の波長の光である、媒体テクスチャー検出装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の媒体テクスチャー検出装置であって、
   前記照射光学系は、
   前記非コヒーレント光を発する光源と、
   前記非コヒーレント光を前記媒体に導く導光部と、
   を備え、
   前記受光光学系は、
   前記媒体からの拡散反射光を、一方の端面である入射面が受光面として受光し、他方の端面である射出面から射出する光ファイバーと、
   前記射出面から射出された拡散反射光を受光し、受光した拡散反射光の強度に応じた電気信号を出力するフォトセンサーと、
   前記光ファイバーの射出面から射出する拡散反射光を前記フォトセンサーに向けて集光する集光レンズと、
   を備える、媒体テクスチャー検出装置。

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