专利名称：光学物体识别设备以及打印设备和物体分类设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于不接触物体来检测物体类型的光学物体识别设备，同时还涉及使用该设备的打印设备和物体分类设备。
背景技术：
在传送记录介质的同时进行记录处理的复印设备和打印设备正在发展以实现高能、高速处理和高分辨率，并且所使用的记录介质有不同的类型，包括普通纸，蜡光纸和OHP(高射投影仪)片。当图像通过作为图像记录设备的打印机装置(特别是喷墨打印机)打印在这样宽范围的不同记录介质上时，对形成高质量的图像来说，根据各自的记录介质来进行记录控制是必要的，因为渗透速度和墨水的干燥时间依据记录介质的类型是不同的。
通常，作为用于检测包括诸如打印纸、以及树脂胶片和幻灯片的纸介质在内的记录介质的类型的方法，有机械检测法、热检测法和光学检测法。机械检测法是用于在记录介质插入传送部分时，利用触点等的位移量来检测记录介质的类型。热检测法是用于通过在记录介质上放置热元件，然后检测记录介质或加热元件本身的热变化来检测记录介质的类型。
在光学检测法中，提供了光发射装置和光接收装置，而记录介质被来自光发射装置的光照射，由此，通过从记录介质上反射的光量来检测记录介质的类型。例如，在公开号为平NO.10-198174的日本专利公开“纸类检测器以及由该检测器提供的图像形成装置”中所公开的，如图15所示，以两个光发射装置1a、1b和光接收装置2相对于纸张3的放置角度为基础，利用来自光接收装置2的输出的变化来检测纸张3的类型。另外，日本专利公开No.2000-301805中公开的“打印机中的记录介质的识别”，以及在与其等效的美国专利US 6,291,829 B1中，如附图16所示，来自透射照明装置11的光通过记录介质12，来自掠射照明装置13的光以掠入射照射在记录介质12上，来自垂直照明装置14的光经振幅分束器15垂直照射在记录介质12上。然后，记录介质12的表面图像通过诸如CCD(电荷耦合装置)和C-MOS设备(互补金属氧化物半导体)装置的光探测器阵列16获得，获得的图像经过二维图像处理来识别记录介质12的类型。
另外，存在一种检测记录介质类型的方法，其中包括特定色素或荧光材料的检测液渗透到记录介质中，照射由色素和荧光物质吸收的波长范围内的光到记录介质的渗透有检测液的部分，以确定反射光的强度，或者照射红外辐射来测量反射光的红外吸收谱(如日本专利公开No.2001-88275)。
然而，上述传统的检测记录介质类型的方法存在以下问题。
即，在机械检测法和热检测法的情况下，触点和加热元件应与记录介质接触，这会在传输过程中干扰记录介质的移动，并且还可引起记录介质的变形。此外，由于磨损引起接触部分的损坏，也可发生检测失败。
另外，在上述光学检测法的情况下，利用来自记录介质的反射光量的差别来检测记录介质的类型，因此，如果反射光量的差别很小，就无法检测，这会引起对可检测的记录介质的类型产生明显的限制。另外，需要注意光发射装置和光接收装置的放置角度的调整，这使得设备的装配复杂化。
另外，在诸如CCD和C-MOS装置的图像传感器被用于光接收部分的情况下，图像处理变得复杂，而且追求更高的识别精确度增加了将被识别的元素的数量，因此使得处理过程更加复杂，也使得光接收装置变得昂贵。在检测液渗入到记录介质的一部分，以测量来自被渗入介质部分的反射光的方法的情况下，记录介质可能发生色素的变化并被污染。此外，这种方法要求一种渗透检测液的装置，这引起设备尺寸的扩大，而测量红外吸收谱使光接收部分的构造和信号处理复杂化。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种光学物体识别设备，能利用来自目标物体的反射光线容易地识别出不同类型的物体，以及提供使用该设备的打印设备和物体分类设备。
根据本发明的光学物体识别设备包括至少一个光发射端光学系统，其包括光发射装置和物透镜，并把来自光发射装置的光照射到移动的目标物体上，且在目标物体上形成光斑；至少一个光接收端光学系统，其包括光接收透镜和光接收装置，并在来自光斑的反射光进入光接收装置时，输出具有与目标物体的表面凸起和凹陷相对应的波形的输出信号；以及，信号处理部分，对从光接收端光学系统输出的输出信号进行信号处理。
根据上述结构，基于来自移动目标物体上光斑的反射光，光接收端光学系统的光接收装置输出具有与目标物体的表面凸起和凹陷相对应的波形的输出信号。因此，在信号处理部分中对输出信号进行信号处理使得可以获得能够识别出目标物体类型的处理结果。
这样，基于具有与目标物体的表面凸起和凹陷相对应的波形的输出信号，与传统情况下基于来自目标物体的反射光的量来识别物体的类型相比，可以更精确地识别更多类型的物体。
在一实施例中，将半导体激光器用作光发射装置。
根据此实施例，光发射装置为半导体激光器，使得来自光发射装置的光通过物透镜有效地会聚。因此，可以获得用于获取允许更精确地识别目标物体类型的输出信号所必须的反射光量。
在一实施例中，光学物体识别设备包括一个光发射端光学系统和一个光接收端光学系统构成的一对，并且光发射端光学系统的光轴和光接收端光学系统的光轴垂直于目标物体上的光斑形成面。
根据此实施例，即使由于目标物体的振动等原因导致光学物体识别设备与目标物体之间的距离波动，目标物体上的光斑仍能存在于光接收端光学系统的光轴上。因此，即使光学物体识别设备与目标物体之间的距离波动，来自光斑的反射光仍能准确地进入光接收端光学系统。这样，提供了一种受距目标物体的距离波动的影响更小的光学物体识别设备。
在一实施例中，光学物体识别设备具有一个光发射端光学系统和两个光接收端光学系统，并且两个光接收端光学系统中一个的光轴与目标物体的光斑形成面之间的角度等于光发射端光学系统的光轴与目标物体的光斑形成面之间的角度。
根据此实施例，来自目标物体上光斑的规则反射或镜面反射光进入两个光接收端光学系统中的一个，而来自光斑的漫反射的光进入另一个光接收端光学系统。因此，通过比较来自信号处理部分基于规则反射光的处理结果与基于漫反射光的处理结果，与仅从基于规则反射光的处理结果实现识别的情况相比，可以更精确地识别目标物体的类型。
在一实施例中，从光发射装置发射的光为偏振光，其偏振方向垂直于入射面。
在一实施例中，从光发射装置发射的光为偏振光，其偏振方向平行于入射面。
根据这些实施例，若光接收端光学系统能够接受两种类型的反射光，例如，偏振方向正交于来自光发射装置的光的偏振方向的偏振光和自然光，基于信号处理部分中处理的结果，可以知道反射时，在目标物体上的某一点，来自光发射装置的光的偏振方向的偏斜程度(程度依据目标物体的类型而不同)。因此，通过比较基于偏振光的处理结果和基于自然光的处理结果，与仅基于自然光的处理结果识别的情况相比，可以更精确地识别目标物体的类型。
在一实施例中，光接收端光学系统具有两个光接收装置。并且，光学物体识别设备还包括分束器，设置在光接收端光学系统中，用于使来自光斑的反射光入射到两个光接收装置中的每一个；以及，偏振装置，直接设置在光接收端光学系统中光接收装置中的一个之前，用于使偏振方向正交于从光发射装置发射的光的偏振方向的偏振光通过。
根据这个实施例，光接收端光学系统使得可以容易地获得基于两种类型反射光的两种类型的输出信号，该两种类型反射光例如，偏振方向正交于来自光发射装置的光的偏振方向的偏振光和自然光。
在一实施例中，两个光接收区域设置在光接收装置中。并且，光学物体识别设备包括衍射光栅，设置在光接收端光学系统中并设计为使得零级衍射光的强度充分小于正负一级衍射光的强度；以及，偏振装置，直接设置在光接收装置中光接收区域中的一个之前，用于使偏振方向正交于从光发射装置发射的光的偏振方向的偏振光通过。来自衍射光栅的正负一级衍射光进入两个适合的接收区域。
同样，根据此实施例，光接收端光学系统使得可以容易地获得基于两种类型反射光的两种类型的输出信号，该两种类型反射光例如，偏振方向正交于来自光发射装置的光的偏振方向的偏振光和自然光。
在一实施例中，光接收端光学系统中的光接收装置设置在与通过光接收透镜形成的光斑的图像位置相比更接近光接收透镜的位置。偏振装置直接设置在光接收装置中光接收面的半个区域之前，用于使偏振方向正交于从光发射装置发射的光的偏振方向的偏振光通过，而通过光接收透镜形成在光接收装置的光接收面上的光斑的图像形成在光接收面上设置偏振装置的区域与光接收面上未设置偏振装置的区域之间的边界中。
同样，根据此实施例，光接收端光学系统使得可以容易地获得基于两种类型反射光的两种类型的输出信号，该两种类型反射光例如，偏振方向正交于来自光发射装置的光的偏振方向的偏振光和自然光。
在一实施例中，偏振装置由形成在光接收装置上或者光接收区域上的偏振设备提供。
根据此实施例，可以在一块芯片上形成偏振装置和光接收装置。
在一实施例中，信号处理部分通过至少一种从由以下方法构成的组中选取的信号处理方法对输出信号中指定时间长度的部分进行信号处理，这些方法包括平均值计算方法，计算输出值的平均值；平均振幅值计算方法，获得每个输出值与平均值之间的差值，然后把这些差值的绝对值的平均值加倍；平均-振幅/平均值计算方法，计算平均振幅值除以平均值的值；频率分布计算方法，获得输出值的频率分布，其中最大值设定为1；功率谱面积比率计算方法，通过傅利叶变换得到频谱分布，并获得频谱分布中不同分布范围之间的面积比率；以及滤波器通过方法，在输出信号通过滤波器线路后，计算平均值、平均振幅值和平均振幅值除以平均值所得的值中的至少一个值。
根据此实施例，与仅基于目标物体的反射光量简单识别类型的情况相比，可以更精确地识别目标物体的类型。
在一实施例中，信号处理部分通过至少下列两种方法进行信号处理，这些方法包括，平均值计算方法，平均振幅值计算方法，平均-振幅/平均值计算方法，频率分布计算方法，功率谱面积比率计算方法，和滤波器通过方法，然后计算通过这两种信号处理方法的处理结果之间的比率。
根据这个实施例，与仅根据通过一种信号处理方法得到的处理结果来识别类型的情况相比，可以更精确地识别目标物体的类型在一实施例中，信号处理部分通过下列方法中的至少两种进行信号处理，并计算通过这两种信号处理方法得到的处理结果之间的比率，这些方法包括平均值计算方法、平均振幅值计算方法、平均-振幅/平均值计算方法、频率分布计算方法、功率谱面积比率计算方法和滤波器通过方法。
根据此实施例，与仅使用由一种单一处理方法获得的处理结果识别类型的情况相比，可以更精确地识别目标物体的类型在一实施例中，信号处理部分通过下列方法中的至少任意一种对来自两个光接收端光学系统的各个输出信号进行信号处理，这些方法包括平均值计算方法、平均振幅值计算方法、平均-振幅/平均值计算方法、频率分布计算方法、功率谱面积比率计算方法和滤波器通过方法，并且计算这两个光接收端光学系统的处理结果之间的比率。
根据此实施例，与仅从一个光接收端光学系统的处理结果进行识别的情况相比，可以更精确地识别目标物体的类型。
在一实施例中，信号处理部分通过下列方法中的至少任意一种，对分别基于通过偏振装置的光和未通过偏振装置的光的两种类型输出信号进行信号处理，这些方法包括平均值计算方法、平均振幅值计算方法、平均-振幅/平均值计算方法、频率分布计算方法、功率谱面积比率计算方法和滤波器通过方法，并且计算这两种类型输出信号的处理结果之间的比率。
根据此实施例，与仅从基于未通过偏振装置的光的处理结果来识别类型的情况相比，可以更精确地识别目标物体的类型。
在一实施例中，光学物体识别设备包括同样具有偏振装置的另一个光接收端光学系统。对于两个光接收端光学系统的每一个，信号处理部分通过下列方法中的至少任意一种，对分别基于通过偏振装置的光和未通过偏振装置的光的两种类型输出信号进行信号处理，这些方法包括平均值计算方法、平均振幅值计算方法、平均-振幅/平均值计算方法、频率分布计算方法、功率谱面积比率计算方法和滤波器通过方法，并且计算两个光接收端光学系统中基于已通过偏振装置的输出信号的处理结果之间的比率，并计算两个光接收端光学系统中基于未通过偏振装置的输出信号的处理结果之间的比率根据此实施例，可以更进一步精确地识别目标物体的类型。
在一实施例中，信号处理部分通过下列方法中的至少任意一种，对由目标物体的移动而获得的输出信号中的多个不同部分进行信号处理，这些方法包括平均值计算方法、平均振幅值计算方法、平均-振幅/平均值计算方法、频率分布计算方法、功率谱面积比率计算方法和滤波器通过方法，并且计算多个部分的处理结果的平均值根据此实施例，与仅从一个部分的处理结果来识别类型的情况相比，可以更精确地识别目标物体的类型根据本发明的打印设备包括上述光学物体识别设备。
根据上述结构，包括在打印设备中的光学物体识别设备通过对具有与目标物体的表面凸起和凹陷相对应的波形的输出信号进行信号处理，能获得允许识别出目标物体类型的处理结果。因此，能精确地识别出纸张、胶片等将用于打印的类型。这使得可以优化打印条件和提高打印质量。
另外，根据本发明的物体分类设备包括上述光学物体识别设备。
在该设备中，包括在内的光学物体识别设备通过对具有与目标物体的表面凸起和凹陷相对应的波形的输出信号进行信号处理，能获得允许识别出目标物体类型的处理结果。因此，可以精确地识别出物体的类型。
本发明的其它目的、特征和优点将通过以下的描述而变得明显易懂。
通过以下给出的详细描述和图可以使本发明得到更好的理解，图只作为示例，并且因此不对本发明构成限制，图中图1为示意图，示出了本发明的光学物体识别设备中的光学系统；图2为详细的解释性视图，示出了图1中的光发射端光学系统和光接收端光学系统；图3A、3B和3C为解释性视图，示出了来自图1中所示的氦光接收装置的和图1中的信号处理部分的各种信号处理的输出信号的波形；图4为示出了与多种类型的目标物体有关的输出信号的平均值；图5为详细的解释性视图，示出了不同于图2中的光接收端光学系统；图6为解释性视图，示出了图5中光接收装置的具体结构；图7为详细的解释性视图，示出了不同于图2和图5中的光接收端光学系统；图8为解释性的视图，示出了图7中的光接收装置和偏振片；图9为解释性的视图，示出了这样一种情况，即图6和图8中的偏振片由偏振设备形成；图10为示意图，示出了不同于图1的光学物体识别设备中的光学系统；
图11为示意图，示出了不同于图1和图10的光学物体识别设备中的光学系统；图12为示意图，示出了不同于图1、图10和图11中的光学物体识别设备中的光学系统；图13为解释性视图，示出了图12中的全息图的干涉图案；图14示出了本发明的打印设备的原理；图15为解释性视图，示出了作为传统物体识别设备的一个例子的纸张类型检测装置；以及图16为解释性视图，示出了作为传统物体识别设备的一个例子的记录介质识别装置。
具体实施例方式
下面将以附图中示出的实施例为基础详细描述本法明。
(第一实施例)图1为示意图，示出了本发明的光学物体识别设备中的光学系统。光学物体识别设备有至少一个光发射端光学系统23和至少一个光接收端光学系统26，光发射端光学系统包括光发射装置(优选半导体激光器)21和物透镜22，光接收端光学系统包括光接收透镜24和光接收装置25。通过把从光发射端光学系统23发出的光照射在目标物体27上，具有预定的光斑直径(不超过50μm)的光斑28形成在沿着箭头方向移动的目标物体27上，使得来自光斑28的反射光进入光接收端光学系统26。
下面，将详细介绍光发射端光学系统23和光接收端光学系统26。如图2所示，在光发射端光学系统23中，从光发射装置21发出的光的偏振方向设定为垂直(或平行)于入射面。在光接收端光学系统26中，来自目标物体27的反射光以分束成偏振方向平行(或垂直)于入射面的偏振光和自然光的状态被接收。就此而论，在光接收端光学系统26中，设置两个光接收装置25和25’，使它们的光轴互相正交，偏振器30设置在一个光接收装置25的前表面上，以使偏振方向平行(或垂直)于入射面的偏振光通过。在另一个光接收装置25’的前表面上没有器件设置。然后，进入光接收端光学系统26的光被分束器31分束，并入射在各自的光接收装置25、25’上(其中之一经过偏振片30)。
在这期间，如图3A所示，随着目标物体27移动，来自光接收装置25和25’的输出信号显示出与目标物体27的表面状态(表面的凸起和凹陷)相应的输出波形。因此，信号处理部分29对输出信号中指定的时间长度部分进行信号处理，这样，与传统方式中以来自目标物体的反射光的量为基础来识别类型的情况相比，能更精确地识别出目标物体27的类型。
为了处理上述情况中的输出信号，可以使用以下信号处理计算方法中的任一种来自光接收装置25、25’的输出信号中指定长度部分的平均值；平均振幅值；平均振幅值/平均值(即，平均振幅值除以平均值)；频率分布；功率谱面积比率；以及通过滤波电路后的波形的下面至少一种值，即平均值、平均振幅值和平均振幅值/平均值。在此，平均振幅值被定义为这样计算得到的值，首先得到输出信号的单个输出值和它们的平均值之间的差值，然后把由此得到的差值的绝对值的平均值加倍。频率分布定义为输出值的频率分布，其中最大输出值设定为“1”，如图3B所示。功率谱面积比率定义为在频谱分布中指定分布范围的面积与另一个指定分布范围面积的比率，其中频谱分布是对输出信号进行傅利叶变换而得到的，如图3C所示。需要指出的是，上述信号处理方法以下分别称作“平均值计算方法”、“平均振幅值计算方法”、“平均-振幅/平均值计算方法”、“频率分布计算方法”，“功率谱面积比率计算方法”、以及“滤波器通过方法”。
现在，如果来自上述一个光接收装置25(或者光接收装置25’)的输出信号只经历一种信号处理方法，目标物体27的类型可以被识别，尽管存在并非所有的目标物体27的类型都能被确切的识别这样的情况。例如，在应用“平均值计算方法”的情况中，如图4所示，平均值根据目标物体27的类型而变化，能识别出一些类型。然而，当对于各个类型的平均值的差异很小时，例如类型A与C之间，以及类型D与E之间，确切的识别是很难达到的。同样的，目标物体27的成功识别取决于目标物体的类型也存在于上述“平均振幅值计算方法”、“平均-振幅/平均值计算方法”、“频率分布计算方法”、“功率谱面积比率计算方法”和“滤波器通过方法”的情况中。
然而，在本实施例中，光接收端光学系统26设置有结合了偏振片30的光接收装置25和未结合偏振片的光接收装置25’。当光在目标物体27上反射时，激光束的偏振方向会改变或者偏斜，而这种偏斜的程度根据目标物体27的类型而改变。因此，如果应用上述任一种信号处理方法，分别对来自结合了偏振片30的光接收装置25的检测信号和未结合偏振片的光接收装置25’的检测信号进行信号处理，并比较这些处理结果，可以实现对目标物体27的更精确的类型识别。
因此，信号处理部分29对每个来自光接收装置25的检测信号和来自光接收装置25’的检测信号执行由“平均值计算方法”、“平均振幅值计算方法”、“平均-振幅/平均值计算方法”、“频率分布计算方法”、“功率谱面积比率计算方法”和“滤波器通过方法”构成的组中选取的至少一种处理方法，然后计算这些检测信号的处理结果之间的比。
这样，在本实施例的光学物体识别设备中应用了偏振。这使得在目标物体27的某点、在反射的时候来检测激光束的偏振方向的偏斜角度，以实现对目标物体27的类型更精确的识别成为可能。
尽管在以上的描述中，进入光接收端光学系统26的光通过分束器31入射在两个不同的光接收装置25、25’上，但本发明并不限制于此。
例如，如图5所示(其中略去光发射端光学系统23)，在光接收透镜24的背面设置衍射光栅35，以设定强度远远小于正负一级衍射光的零级衍射光。然后，在衍射光栅35的背面设置由具有两个光接收区域37a和37b的单芯片37构成的光接收装置36，如图6所示。然后，在光接收装置36中的一个光接收区域37b的前面设置偏振片38，以使偏振方向平行(或垂直)于入射面的光通过。
或者，如图7所示(其中略去光发射端光学系统23)，光接收装置39设置得稍前于光斑28的像通过光接收端光学系统中的光接收透镜24形成的位置(例如，更靠近光接收透镜24的位置)。然后，如图8所示，以偏振片40覆盖光接收装置39的光接收面的一半区域，该偏振片使偏振方向平行(或垂直)于入射面的光通过，这样，来自目标物体27上光斑28的反射光进入两个光接收区域(其中一个区域经过偏振器40)。
需要指出的是，图6中示出的偏振片38和图8中示出的偏振片40可以优选地由形成在光接收芯片41的两个光接收区域41a、1b中的一个41b上的偏振装置42构成，如图9所示。
另外，在上述实施例中，计算了通过与未通过偏振器的检测信号的信号处理结果之间的比，但本发明并不受此限制。
例如，在图1的未使用偏振器的结构中，信号处理部分29可应用上述信号处理方法的任意组合进行信号处理，包括“平均值计算方法”、“平均振幅值计算方法”、“平均-振幅/平均值计算方法”、“频率分布计算方法”、“功率谱面积比率计算方法”和“滤波器通过方法”，然后计算所得处理结果之间的比。这样，应用一些信号处理方法的组合也可以实现对目标物体27的类型更精确的识别，因此，如果目标物体27的类型进一步增加，通过组合多种信号处理方法，仍可进行识别。在此情况下，信号处理部分29可以应用多个信号处理方法的结合进行信号处理，通过多个信号处理装置并行处理或者通过单个信号处理装置按时间序列处理。
或者，在图1未使用偏振器的结构中，信号处理部分29可多次对来自光接收装置25的输出信号的指定长度部分(指定时间长度)执行至少一种上述信号处理方法，并计算多个所得处理结果的平均值。
或者，提供多对光接收端光学系统和信号处理部分，并且这些光接收端光学系统被给予相同的光接收角度。然后，不同的对可进行不同的信号处理方法，并基于由此得到的信号处理结果，确定目标物体27的类型。在此情况下，可以对一个光接收端光学系统应用偏振。
(第二实施例)图10为示意图，示出了不同于图1的光学物体识别设备中的光学系统。本实施例的光学物体识别设备具有光发射端光学系统53，包括光发射装置51(优选半导体激光器)和物透镜和光接收透镜52。从光发射端光学系统53发出的光照射到目标物体54上，具有指定光斑直径(不超过50μm)的光斑55形成在沿箭头方向移动的目标物体54上，在来自光斑55的反射光由物镜和光接收透镜52会聚后，随着其光轴由分束器56弯曲90度，光入射到光接收装置57上。更具体地，光接收端光学系统由物镜和光接收透镜52、分束器56和光接收装置57构成，并与光发射端光学系统53共享物镜和光接收透镜52。
信号处理部分58对来自光接收装置57的、含有与目标物体54的表面状态(表面凸起和凹陷)相对应的输出波形的输出信号的指定长度部分进行信号处理。因此，基于该处理结果检测光斑55的类型。
还需要指出，在本实施例中，由分束器56和光接收装置57构成的光接收端光学系统可以与第一实施例的图2、图5或图7中示出的情况相类似的构成，以使用偏振完成对目标物体54的更确切的类型识别。
或者，不使用偏振，信号处理部分58可以执行两种或更多的上述信号处理方法的结合，包括“平均值计算方法”、“平均振幅值计算方法”、“平均-振幅/平均值计算方法”、“频率分布计算方法”、“功率谱面积比率计算方法”和“滤波器通过方法”。
或者，不使用偏振，信号处理部分58可多次对输出信号的指定长度部分(指定时间长度)执行至少一种上述信号处理方法，并计算多个所得处理结果的平均值。
同时，本发明中光发射端光学系统53的光轴和光接收端光学系统(具体而言，是物镜和光接收镜52)的光轴垂直于目标物体54的表面。因此，即使由于目标物体54的振动等原因导致光学物体识别设备与目标物体54之间的距离发生波动，目标物体54上的光斑仍能位于光接收端光学系统52的光轴上。因此，可以提供一种对距目标物体54的距离波动受影响较小的光学物体识别设备。
(第三实施例)图11为示意图，示出了本实施例的光学物体识别设备中的光学系统。本实施例的光学物体识别设备具有一个包括光发射装置(优选半导体激光器)61和物透镜62的光发射端光学系统63，以及两个光接收端光学系统，其由包括光接收透镜64和光接收装置65的第一光接收端光学系统66和包括光接收透镜67和光接收装置68的第二光接收端光学系统69构成。在此情况下，这两个光接收端光学系统66和69被设置使得这两个光接收端光学系统66和69其中之一的光轴(图11所示的情况是第一光接收端光学系统66)与目标物体70之间的角度α与光发射端光学系统63的光轴与目标物体70之间的的角度α相等，而另一个光接收端光学系统的光轴(图11所示的情况是第二光接收端光学系统69)与目标物体70之间的角度β大于角度α。
然后，通过将光发射端光学系统63发射的光照射在目标物体70上，在沿箭头方向移动的目标物体70上形成了具有指定光斑直径(不超过50μm)的光斑71，而来自光斑71的规则反射光入射到第一光接收端光学系统66时，来自光斑71的漫反射光入射到第二光接收端光学系统69。这样，接收来自目标物体70的规则反射和漫反射光。
信号处理部分72利用至少一种上述信号处理方法，分别对基于来自第一光接收端光学系统66中的光接收装置65的规则反射光的输出信号和基于来自第二光接收端光学系统69中的光接收装置68的漫反射光的输出信号进行信号处理，这些方法包括“平均值计算方法”、“平均振幅值计算方法”、“平均-振幅/平均值计算方法”、“频率分布计算方法”、“功率谱面积比率计算方法”和“滤波器通过方法”。然后，计算出对于规则反射光的处理结果与对于漫反射光的处理结果之间的比。
在本实施例中，使用了对规则反射光的处理结果和对漫反射光的处理结果，因此，与仅使用规则反射光的一个处理结果的情况相比，本实施例可以更精确地识别目标物体70的类型。
需要指出的是，本实施例中信号处理部分72进行的信号处理并不限制于计算对于规则反射光的处理结果与对于漫反射光的处理结果之间的比。因此，计算通过多次对每个光接收端光学系统66和69中的输出信号的指定长度部分(指定时间长度)执行至少一种上述信号处理方法而获得的多个处理结果的平均值，然后计算光接收端光学系统66和69的这些平均值的比也是可接受的。
或者，在本实施例的设置两个光接收端光学系统66和69的情况下，仅一个光接收端光学系统可以像在上述第一实施例中的图2、图5或者图7中所示出的那样构造，并且信号处理部分72可对两个的光接收端光学系统的光接收装置的输出信号进行至少一种上述信号处理方法，然后计算所得处理结果的比。
或者，两个光接收端光学系统66和69可以像在上述第一实施例中的图2、图5或者图7中所示出的那样构造，对各光接收端光学系统中基于通过偏振片(偏振装置)的光的检测信号和基于未通过偏振片(偏振装置)的光的检测信号执行至少一种上述信号处理方法。然后，计算各光接收端光学系统中基于通过偏振片(装置)的光的处理结果之间的比，或者基于未通过偏振片(偏振装置)的光的处理结果之间的比。
(第四实施例)图12为示意图，示出本实施例的光学物体识别设备中的光学系统。本实施例的光学物体识别设备是上述第二实施例光学物体识别设备的变形。
该光学物体识别设备具有光发射端光学系统83，该系统包括光发射装置(优选半导体激光器)81和物镜和光接收透镜82。通过将光发射端光学系统83发射的光照射在目标物体84上，在沿箭头方向移动的目标物体84上形成具有指定光斑直径(不超过50μm)的光斑85，而来自光斑85的反射光被物镜和光接收透镜82收集，并入射到全息图形86上。
有零级衍射光的强度远远小于正负一级和正负二级衍射光的强度的特征的全息图形86使衍射光进入光接收芯片87。在此情况下，如图13所示，全息图形86的干涉图案形成在两个由表面86a上的一个圆分成两半来提供的区域的每一个区域上，且每个区域中的图案间距互不相同。因此，产生了两个衍射角θ1和θ2，光入射到单光接收芯片87的两个光接收面87a、87b上。在此，一个光接收面87a上形成偏振装置88。
结果，通过至少一种上述信号处理方法，包括“平均值计算方法”、“平均振幅值计算方法”、“平均-振幅/平均值计算方法”、“频率分布计算方法”、“功率谱面积比率计算方法”和“滤波器通过方法”，信号处理部分(未示出)分别对来自光接收面87a基于通过偏振装置88的光的检测信号和来自光接收面87b基于未通过偏振装置88的光的检测信号进行处理，并计算这些处理结果之间的比率。这样实现对目标物体84的类型更精确的识别。
光发射装置81、光接收芯片87和偏振装置88形成在一个封装89中，全息图形86装配在封装89上，构成一个整体单元90。这意味着本实施例中的光发射端光学系统83也构成了光接收端光学系统。因此，根据本实施例，当光学物体识别设备放置在复印设备等中时，若整体单元90和物镜和光接收镜82预先成为一体，则不必考虑光发射装置和光接收装置放置角度的调整，使得把光学物体识别设备装配在复印设备等上变得容易。此外，可以提高光接收精确度和提高目标物体84类型的识别精确度。
(第五实施例)本实施例涉及打印设备例如打印机和复印机，其包括根据任意一个上述实施例的光学物体识别设备。
图14示出了根据本实施例的打印设备中的目标物体类型识别和控制的原理。光学物体识别设备91具有第一至第四实施例中描述的任意一种光学物体识别设备构造。在控制部分92的控制下，对来自光接收装置基于移动的目标物体93的反射光的输出信号如前所述地进行信号处理，然后代表处理结果的信号从光学物体识别设备91传送至控制部分92。
最后，控制部分92基于从光学物体识别设备91传送的信号识别目标物体93的类型，并将控制信号传送给处理部分94以根据识别结果进行处理。然后，处理部分94执行与控制信号相应的处理。在打印设备例如是喷墨打印机的情况下，纸张或者目标物体93的类型由控制部分92识别，打印条件例如适合于识别的纸张类型的墨量由处理部分94优化。
在操作中，基于具有与目标物体93的表面状态(表面凸起和凹陷)相应的波形的输出信号，光学物体识别设备91通过不同的信号处理方法，进行下列信号处理，即基于通过和未通过偏振装置的光束的不同检测信号的信号处理、基于规则反射和漫反射的光束的不同检测信号的信号处理或者检测信号的不同部分的信号处理。因此，如第一至第四实施例所述，与目标物体的类型仅从目标物体的反射光量来识别的情况相比，能更精确地识别目标物体93的类型。
这样，包括光学物体识别设备91的打印设备允许打印条件的优化和打印质量的进一步提高。
需要指出的是，如果处理部分94构造为基于来自控制部分92的控制信号分类目标物体93，那么就可以构造从光学物体识别设备91、控制部分92和处理部分94识别和分类目标物体93的物体分类设备。
以上对本发明进行了描述，显然，其可以按多种方式变化。这些变化被认为是未偏离本发明的精神和范围，并且所有这些对本领域技术人员而言是显而易见的变化也将包括在所附权利要求的范围中。
权利要求
1.一种光学物体识别设备，包括至少一个光发射端光学系统，其包括光发射装置和物镜，并把来自光发射装置的光照射到移动的目标物体上，且在目标物体上形成光斑；至少一个光接收端光学系统，其包括光接收透镜和光接收装置，并在来自光斑的反射光进入光接收装置时，输出具有与目标物体的表面凸起和凹陷相对应的波形的输出信号；以及信号处理部分，对从光接收端光学系统输出的输出信号进行信号处理。
2.如权利要求1所述的光学物体识别设备，其中光发射装置为半导体激光器。
3.如权利要求1所述的光学物体识别设备，包括一个所述光发射端光学系统和一个所述光接收端光学系统构成的一对，其中所述光发射端光学系统的光轴和所述光接收端光学系统的光轴垂直于目标物体上的光斑形成面。
4.如权利要求1所述的光学物体识别设备，包括一个所述光发射端光学系统；以及两个所述光接收端光学系统，其中两个光接收端光学系统中一个的光轴与目标物体的光斑形成面之间的角度等于所述光发射端光学系统的光轴与目标物体的光斑形成面之间的角度。
5.如权利要求1所述的光学物体识别设备，其中从光发射装置发射的光为偏振光，其偏振方向垂直或平行于入射面。
6.如权利要求5所述的光学物体识别设备，其中所述光接收端光学系统具有两个所述光接收装置，该光学物体识别设备还包括分束器，设置在光接收端光学系统中，用于使来自光斑的反射光入射到两个光接收装置中的每一个；以及偏振装置，设置在光接收端光学系统中光接收装置中的一个之紧前方，用于使偏振方向正交于从光发射装置发射的光的偏振方向的偏振光通过。
7.如权利要求5所述的光学物体识别设备，包括两个光接收区域，其设置在所述光接收装置中；衍射光栅，设置在光接收端光学系统中并设计为使得零级衍射光的强度与正负一级衍射光的强度相比足够小；以及偏振装置，设置在光接收端装置中光接收区域中的一个之紧前方，用于使偏振方向正交于从光发射装置发射的光的偏振方向的偏振光通过，其中来自衍射光栅的正负一级衍射光进入所述两个光接收区域。
8.如权利要求5所述的光学物体识别设备，其中光接收端光学系统中的光接收装置设置在与通过光接收透镜形成的光斑的图像位置相比更接近光接收透镜的位置，设置在光接收装置中光接收面的半个区域之紧前方的偏振装置为使偏振方向正交于从光发射装置发射的光的偏振方向的偏振光通过而设置，以及通过光接收透镜形成在光接收装置的光接收面上的光斑的图像形成在光接收面上设置偏振装置的区域与光接收面上未设置偏振装置的区域之间的边界中。
9.如权利要求6所述的光学物体识别设备，其中偏振装置包括形成在一个所述光接收装置上的偏振设备。
10.如权利要求7所述的光学物体识别设备，其中偏振装置包括形成在光接收区域上的偏振设备。
11.如权利要求8所述的光学物体识别设备，其中偏振装置为形成在光接收装置上的偏振设备。
12.如权利要求1所述的光学物体识别设备，其中信号处理部分通过至少一种从由以下方法构成的组中选取的信号处理方法对输出信号中指定时间长度的部分进行信号处理，这些方法包括平均值计算方法，计算各输出值的平均值；平均振幅值计算方法，获得每个输出值与上述平均值之间的差值，然后把这些差值的绝对值的平均值加倍；平均振幅/平均值计算方法，计算平均振幅值除以平均值的值；频率分布计算方法，获得各输出值的频率分布，其中最大值设定为1；功率谱面积比率计算方法，通过傅利叶变换得到频谱分布，并获得频谱分布中不同分布范围之间的面积比率；以及滤波器通过方法，在输出信号通过滤波器线路后，计算所述平均值、平均振幅值和平均振幅值除以平均值所得的值中的至少一个值。
13.如权利要求12所述的光学物体识别设备，其中信号处理部分通过下列方法中的至少两种进行信号处理，并计算通过这两种信号处理方法得到的处理结果之间的比率，这些方法包括所述平均值计算方法、平均振幅值计算方法、平均振幅/平均值计算方法、频率分布计算方法、功率谱面积比率计算方法和滤波器通过方法。
14.如权利要求4所述的光学物体识别设备，其中信号处理部分通过下列方法中的至少任意一种对来自所述两个光接收端光学系统的各个输出信号进行信号处理，这些方法包括平均值计算方法，计算各输出值的平均值；平均振幅值计算方法，获得每个输出值与所述平均值之间的差值，然后把这些差值的绝对值的平均值加倍；平均振幅/平均值计算方法，计算平均振幅值除以平均值的值；频率分布计算方法，获得各输出值的频率分布，其中最大值设定为1；功率谱面积比率计算方法，通过傅利叶变换得到频谱分布，并获得该频谱分布中不同分布范围之间的面积比率；以及滤波器通过方法，在输出信号通过滤波器线路后，计算所述平均值、平均振幅值和平均振幅值除以平均值所得的值中的至少一个值，并且，信号处理部分计算这两个光接收端光学系统的处理结果之间的比率。
15.如权利要求6至11中任意一项所述的光学物体识别设备，其中信号处理部分通过下列方法中的至少任意一种，对分别基于通过偏振装置的光和未通过偏振装置的光的两种类型输出信号进行信号处理，这些方法包括平均值计算方法，计算各输出值的平均值；平均振幅值计算方法，获得每个输出值与所述平均值之间的差值，然后把这些差值的绝对值的平均值加倍；平均振幅/平均值计算方法，计算平均振幅值除以平均值的值；频率分布计算方法，获得各输出值的频率分布，其中最大值设定为1；功率谱面积比率计算方法，通过傅利叶变换得到频谱分布，并获得频谱分布中不同分布范围之间的面积比率；以及滤波器通过方法，在输出信号通过滤波器线路后，计算所述平均值、平均振幅值和平均振幅值除以平均值所得的值中的至少一个值，并且，信号处理部分计算这两种类型输出信号的处理结果之间的比率。
16.如权利要求6至11中任意一项所述的光学物体识别设备，包括同样具有所述偏振装置的另一个所述光接收端光学系统，其中对于两个光接收端光学系统中的每一个，所述信号处理部分通过下列方法中的至少任意一种，对分别基于通过偏振装置的光和未通过偏振装置的光的两种类型输出信号进行信号处理，这些方法包括平均值计算方法，计算各输出值的平均值；平均振幅值计算方法，获得每个输出值与平均值之间的差值，然后把这些差值的绝对值的平均值加倍；平均振幅/平均值计算方法，计算平均振幅值除以平均值的值；频率分布计算方法，获得各输出值的频率分布，其中最大值设定为1；功率谱面积比率计算方法，通过傅利叶变换得到频谱分布，并获得该频谱分布中不同分布范围之间的面积比率；以及滤波器通过方法，在输出信号通过滤波器线路后，计算所述平均值、平均振幅值和平均振幅值除以平均值所得的值中的至少一个值，并且，信号处理部分计算所述两个光接收端光学系统中已通过偏振装置的输出信号的处理结果之间的比率，并计算两个光接收端光学系统中未通过偏振装置的输出信号的处理结果之间的比率。
17.如权利要求1所述的光学物体识别设备，其中信号处理部分通过下列方法中的至少任意一种，对由目标物体的移动而获得的输出信号中的多个不同部分进行信号处理，这些方法包括，平均值计算方法，计算各输出值的平均值；平均振幅值计算方法，获得每个输出值与平均值之间的差值，然后把这些差值的绝对值的平均值加倍；平均振幅/平均值计算方法，计算平均振幅值除以平均值的值；频率分布计算方法，获得各输出值的频率分布，其中最大值设定为1；功率谱面积比率计算方法，通过傅利叶变换得到频谱分布，并获得该频谱分布中不同分布范围之间的面积比率；以及滤波器通过方法，在输出信号通过滤波器线路后，计算所述平均值、平均振幅值和平均振幅值除以平均值所得的值中的至少一个值，并且，信号处理部分计算该多个部分的处理结果的平均值。
18.一种打印设备，包括权利要求1所述的光学物体识别设备。
19.一种物体分类设备，包括权利要求1所述的光学物体识别设备。
全文摘要
本发明公开了一种光学物体识别设备，其有光发射端光学系统(23)、光接收端光学系统(26)和信号处理部分(29)。光发射端光学系统(23)将来自光发射装置(21)的光经由物透镜(22)照射到移动的目标物体(27)上，例如打印纸张。光接收端光学系统(26)通过光接收装置(25)经由物透镜(24)来自接收目标物体的反射光，并输出具有与目标物体(27)的表面凸起和凹陷相对应的波形的输出信号。信号处理部分(29)通过至少一种信号处理方法对输出信号进行信号处理，以识别目标物体。
文档编号G03G15/08GK1504838SQ200310109769
公开日2004年6月16日 申请日期2003年12月3日 优先权日2002年12月3日
发明者山口阳史, 椙山尚和, 和 申请人:夏普株式会社