JP2013195177A - 記録材判別センサ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子の光検出信号が低下した場合であっても適切な校正を実行できる記録材判別センサを提供する。
【解決手段】記録材判別センサ３１は、発光素子３、受光素子５、駆動部３３及び判別部３５を備えている。発光素子３の発光量は供給される直流電流の増加に応じて増加する。判別部３５は発光素子３の発光量が変化される校正時に受光素子５の光検出信号が所定の大きさになったか否かを判定する校正部５３を備えている。駆動部３３は、校正時に、所定の直流電流許容値の範囲内で直流電流値を変化させて直流駆動で発光素子３の発光量を変化させても校正部５３は受光素子５の光検出信号が所定の大きさの信号になったと判定しないときは、直流電流許容値よりも大きい値のパルス電流値で構成された所定のパルス電流許容値の範囲内でパルス電流値、周波数もしくはデューティ比又はこれらの組み合わせを変化させてパルス駆動で発光素子３の発光量を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録材判別センサ及び画像形成装置に関し、特に、記録材に光を照射するための発光素子と、上記発光素子の発光量を制御するための駆動部と、上記記録材からの反射光又は透過光を受光するための受光素子と、上記受光素子の光検出信号に基づいて上記記録材の種類を判別する判別部と、を備えた記録材判別センサと、その記録材判別センサを備えた画像形成装置に関するものである。

例えばＭＰＦ（Multi Function Printers）などの画像形成装置において、記録材の種類に応じて定着ヒータの温度が制御されることにより、印刷画像の品質が向上することが知られている。そして、記録材の種類を判別できる記録材判別センサを備えた画像形成装置がある（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１には、ＬＥＤ素子（Light Emitting Diode）素子などの発光素子から光を記録材に照射し、記録紙からの反射光及び透過光をフォトトランジスタなどの受光素子によって受光し、記録材の種類に起因する受光量の差異を検出することで記録材を判別する構成が開示されている。特許文献１には、記録材に対応した最適な定着条件で定着を行なうことにより、色々な記録材を使用したときの最適な定着画像を得ることができる旨が開示されている。

ところで、発光素子の発光特性や受光素子の受光特性は部品ごとにバラツキがあることが知られている。したがって、記録材判別センサにおいて校正（キャリブレーション）が行なわれる。例えば、特許文献２には、普通紙、ＯＨＰ（Over Head Projector）シート及びフォト用紙からなる３種類の所定寸法の用紙片を連結させて形成した１枚の基準用紙を用いることが開示されている。そして、その基準用紙を用紙センサに対向する位置へ紙送り機構によって搬送させ、普通紙、ＯＨＰシート、フォト用紙について順次校正を行なう構成が開示されている。これにより、特許文献２には、記録材判別センサの校正の迅速化及び容易化が実現されることが開示されている。

従来の記録材判別センサは、基準記録材などを使用して校正を行なうことで発光素子や受光素子の部品バラツキ等を吸収及び調整している。例えば、発光素子がＬＥＤ素子である場合、ＬＥＤに供給される直流電流の大きさが調整されることによって校正が実行される。この校正は記録材判別センサを備えた画像形成装置の出荷時に行なわれるのが一般的である。

しかし、発光素子の発光特性や受光素子の受光特性は経時的に変化する。また、紙粉などの汚れによって、記録材に照射される光の強度や受光素子に入射する光の強度が低下することもある。これらの現象などによって受光素子の光検出信号が低下した場合、従来の記録材判別センサは校正を適切に行なうことができないという問題があった。

本発明は、受光素子の光検出信号が低下した場合であっても適切な校正を実行できる記録材判別センサを提供することを目的とするものである。

本発明にかかる記録材判別センサは、記録材に光を照射するための発光素子と、上記発光素子の発光量を制御するための駆動部と、上記記録材からの反射光又は透過光を受光するための受光素子と、上記受光素子の光検出信号に基づいて上記記録材の種類を判別する判別部と、を備えた記録材判別センサであって、上記発光素子は供給される直流電流の増加に応じて発光量が増加するものであり、上記駆動部は上記発光素子を直流駆動とパルス駆動とで切り替えて発光させることが可能なものであり、上記判別部は、上記発光素子の光照射位置に校正用の基準記録材が配置された状態又は何も配置されない状態で上記発光素子の発光量が変化される校正時に、上記受光素子の上記光検出信号が所定の大きさになったか否かを判定する校正部を備え、上記駆動部は、上記校正時に、所定の直流電流許容値の範囲内で直流電流値を変化させて直流駆動で上記発光素子の発光量を変化させても上記校正部は上記受光素子の上記光検出信号が上記所定の大きさの信号になったと判定しないときは、上記直流電流許容値よりも大きい値のパルス電流値で構成された所定のパルス電流許容値の範囲内でパルス電流値、周波数もしくはデューティ比又はこれらの組み合わせを変化させてパルス駆動で上記発光素子の発光量を変化させることを特徴とするものである。

本発明の記録材判別センサは、校正時に、所定の直流電流許容値の範囲内での直流駆動で発光素子を発光させても所定の大きさの受光素子の光検出信号が得られないときには、直流電流許容値よりも大きい値のパルス電流で構成された所定のパルス電流許容値の範囲内でのパルス駆動で発光素子を発光させて発光素子の発光量を大きくするようにした。これにより、本発明の記録材判別センサは、受光素子の光検出信号が低下した場合であっても適切な校正を実行できる。

本発明の記録材判別センサの一実施例を説明するためのブロック図である。 図１の記録材判別センサの光学ユニットの一例を説明するための概略的な構成図である。 図１の記録材判別センサの光学ユニットの他の例を説明するための概略的な側面図である。 図３に示された光学ユニットの概略的な斜視図である。 図１に示された記録材判別センサの校正時の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 あるＬＥＤ素子における最大許容順電流と周囲温度との関係を説明するための図である。 校正時における発光素子への電流印加方法と印加電流との関係を説明するための図である。 発光素子の発光タイミングと受光素子の光検出信号の読取りタイミングの一例を説明するための図である。 記録材判別センサに用いられる光学ユニットのさらに他の例を説明するための概略的な構成図である。 記録材判別センサに用いられる光学ユニットのさらに他の例を説明するための概略的な構成図である。 画像形成装置の一実施例を説明するための概略的な構成図である。

図１は、本発明の記録材判別センサの一実施例を説明するためのブロック図である。図２はこの実施例の光学ユニットの一例を説明するための概略的な構成図である。図３は同実施例の光学ユニットの他の例を説明するための概略的な側面図である。図４は図３に示された光学ユニットの概略的な斜視図である。

まず、図２を参照して光学ユニットの一例について説明する。光学ユニット１は、発光素子３、受光素子５、アパーチャー７，９を備えている。
発光素子３は直流電流で駆動されるものであり、供給される直流電流の増加に応じて発光量が増加するものである。発光素子３は、例えばＬＥＤ素子や半導体レーザー素子、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子によって構成される。この実施例では、発光素子３はＬＥＤ素子によって構成されている。

受光素子５は受光量に応じた光電流を検出信号として出力するものである。受光素子５は例えばフォトトランジスタやフォトダイオードによって構成される。この実施例では、受光素子５はＰチャネルトランジスタによって構成されている。

アパーチャー７には光軸矯正用の穴が１個設けられている。アパーチャー７は発光素子３から出射された光の光路を光路Ｌ１，Ｌ１’に規制する。
光路Ｌ１’の光路上に反射部材１１が配置されている。反射部材１１は例えば白板によって構成される。反射部材１１は、校正時に基準記録材に替えて用いられるものである。なお、反射部材１１は、発光素子３からの光を反射できるものであればどのような材料及び形状であってもよい。また、校正時に基準記録材が用いられるのであれば、反射部材１１は備えられていなくてもよい。

光路Ｌ１上に記録材搬送系（図示せず）によって記録材１３が搬送される。光路Ｌ１は記録材１３の表面と光軸交点１５で交差する。記録材１３の表面に対する垂線１７と光路Ｌ１がなす角度は例えば８０度である。

アパーチャー９には光軸矯正用の穴が１個設けられている。アパーチャー９は受光素子５に受光される光の光路を光路Ｌ２，Ｌ２’に規制する。光軸交点１５で反射した光は、光路Ｌ２を通って受光素子５によって受光される。垂線１７と光路Ｌ２がなす角度は例えば８０度である。したがって、光路Ｌ１と光路Ｌ２がなす角度は例えば１６０度である。また、反射部材１１で反射した光は、光路Ｌ２’を通って受光素子５によって受光される。

図３及び図４を参照して光学ユニットの他の例について説明する。図３及び図４において図２と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付与されている。なお、図３及び図４では反射部材１１及び光路Ｌ１’，Ｌ２’の図示は省略されている。

この光学ユニット１において、受光素子５は、砲弾型（図２を参照。）とは異なり、平面型のものである。ただし、外形が砲弾型であっても平面型であっても受光素子５の機能は同じである。

例えば樹脂からなる光学ユニット本体１ａの両側に固定用ビス穴１９，２１が設けられている。固定用ビス穴１９，２１が設けられていることによって、光学ユニット１と記録材１３（図４では図示せず）との間隙の調節が可能になっている。発光素子３からの出射光は光路Ｌ１を通って光軸交点１５で記録材１３に当たる。記録材１３上の光軸交点１５で反射した光は光路Ｌ２を通って受光素子５に入射する。

発光素子３は発光素子ホルダ２３によって保持されて光学ユニット本体１ａに固定されている。アパーチャー７は、発光素子３の出射光の光路を規制するように光学ユニット本体１ａに形成された溝に保持され、ガイドピン２５によって固定されている。アパーチャー９は、受光素子５が受光する光の光路を規制するように光学ユニット本体１ａに形成された溝に保持され、ガイドピン２７によって固定されている。受光素子５は受光素子ホルダ２９によって保持されて光学ユニット本体１ａに固定されている。

図１を参照して記録材判別センサの一実施例について説明する。
記録材判別センサ３１は、光学ユニット１、反射部材１１、駆動部３３及び判別部３５を備えている。

駆動部３３は発光素子３の発光量を制御するためのものである。また、駆動部３３は、発光素子３を直流駆動とパルス駆動とで切り替えて発光させることが可能なものである。駆動部３３は、電流設定回路３７、定電流回路３９、判定切替回路４１、周波数変更回路４３、デューティ変更回路４５及び発光素子駆動回路４７を備えている。

制御部３３は、発光素子３を、所定の直流電流許容値の範囲内の直流電流値を用いた直流駆動によって、又は所定のパルス電流許容値の範囲内の周波数、デューティ比及びパルス電流値を用いたパルス駆動によって、発光素子３を発光させる。この実施例では、パルス電流許容値の範囲は、周波数及びデューティ比が固定され、パルス電流値のみが変化されて設定される。すなわち、パルス電流許容値の範囲に含まれる複数のパルス電流は、パルス電流値のみが互いに異なっている。

ただし、本発明の記録材判別センサにおいて、パルス電流許容値の範囲に含まれる複数のパルス電流は、周波数が互いに異なっていてもよいし、デューティ比が互いに異なっていてもよい。

なお、パルス電流許容値の範囲に含まれるパルス電流は、上記直流電流許容値の範囲に含まれる最大の直流電流値（以下の説明では、単に直流電流許容値とも言われる。）よりも大きい値のパルス電流値をもっている。

電流設定回路３７は発光素子３へ印加する直流電流又はパルス電流の電流値を設定する。定電流回路３９は、電流設定回路３７で設定された電流値に応じた直流電流を定電流で作る。

判定切替回路４１は、定電流回路３９で作られた直流電流が所定の直流電流許容値の範囲内又は所定のパルス電流許容値の範囲内であるか否かを判定する。また、判定切替回路４１は、直流駆動とパルス駆動とを切り替える。

周波数変更回路４３は、電流設定回路３７でパルス電流値が設定されると、パルス駆動のおける周波数を例えば５０Ｈｚ（ヘルツ）以上のある周波数に設定する。デューティ変更回路４５はパルス駆動のおけるデューティ比を例えば５％に設定する。

発光素子駆動回路４７は、電流設定回路３７で設定された電流値、及び判定切替回路４１で選択された直流駆動又はパルス駆動に基づいて、発光素子３直流定電流又はパルス電流を印加する。

発光素子３から出射された光が反射部材１１に照射される。反射部材１１での反射光が受光素子５によって受光される。受光素子５において受光量に対応した光電流（光検出信号）が発生する。

判定部３５は、受光素子５の光検出信号に基づいて記録材１３の種類を判別するためのものである。また、判別部３５は、電流電圧変換回路（増幅部）４９、記録材判別回路５１及び校正部５３を備えている。

電流電圧変換回路４９は受光素子５で発生した光電流を電圧に変換する。電流電圧変換回路４９は、オペアンプ５５、帰還抵抗５７、フィルター用コンデンサ５９及び基準電圧６１を備えている。帰還抵抗５７の値により電流−電圧の変換率が決定される。また、フィルター用コンデンサ５９及び帰還抵抗５７はローパスフィルターを構成している。電流電圧変換回路４９は、帰還抵抗５７の値を大きくすることでオペアンプ５５の増幅率を変更できる構成でもある。

電流電圧変換回路４９の出力であるオペアンプ５５の出力は、記録材判別回路５１及び校正部５３に入力される。
記録材判別回路５１は、オペアンプ５５の出力電圧の大きさに基づいて、記録材の種類を判別する。

校正部５３は、校正時に、オペアンプ５５の出力電圧の大きさに基づいて、受光素子３の光電流が所定の大きさになったか否かを判定する。校正時には、駆動部３３によって供給される直流電流の大きさが変化されて発光素子３の発光量が変化されつつ反射部材１１に光が照射される。

校正部５３は、受光量比較回路６３と基準電圧６５を備えている。オペアンプ５５の出力は受光量比較回路６３に入力される。基準電圧６５は、校正時の基準となる反射部材１１を使用した時の反射光量を電流電圧変換回路４９で光電流を電圧に変換して得られた電圧値が設定されている。

受光量比較回路６３はオペアンプ５５の出力電圧の大きさと基準電圧６５が一致しているか否かを判定する。受光量比較回路６３の判定結果は駆動部３３の電流設定回路３７に入力される。なお、受光量比較回路６３は、オペアンプ５５の出力電圧の大きさが所定の電圧範囲内であるか否かを判定するものであってもよい。

校正時において、まず、駆動部３３によって発光素子３は直流駆動で発光される。オペアンプ５５の出力電圧と基準電圧６５が受光量比較回路６３で比較される。オペアンプ５５の出力電圧が基準電圧６５に達していない場合、電流設定回路３７により印加電流をあるステップにて増加させる。これにより、発光素子３への印加電流が増加される。発光素子３の発光量が増加し、受光素子５の受光量が増加する。オペアンプ５５の出力電圧が基準電圧６５と同値になれば校正が終了する。

発光素子３への印加直流電流値を許容直流電流値まで増加させても、受光量比較回路６３の比較結果が「一致」にならない場合、電流設定回路３７は、許容直流電流値よりも大きいパルス電流値を設定する。ＬＥＤ素子等の発光素子３は許容直流電流値以上の直流電流を流すことができない。しかし、パルス駆動であれば、発光素子３に供給する電流を大きくすることができる。発光素子３に供給する電流が大きくなれば、発光素子３の発光量は増加する。

周波数変更回路４３は所定の周波数を設定する。デューティ変更回路４５は所定のデューティ比を設定する。判定切替回路４１は印加電流を直流電流からパルス電流へ切り替える。設定された周波数及びデューティ比で構成されたパルス波形が発光素子駆動回路４７で電流増幅されて発光素子３に印加される。

パルス駆動された発光素子３の出射光が反射部材１１に照射される。反射部材１１での反射光は受光素子５によって受光される。受光素子５で発生した光電流を電流電圧変換回路４９によって電圧に変換する。その電圧は受光量比較回路６３によって基準電圧６５と比較される。

受光量比較回路６３の比較結果が「不一致」であれば、電流設定回路３７は、印加するパルス電流値を増加させて設定する。周波数変換回路４３で設定された周波数をまずは固定周波数とし、デューティ変換回路４５によりパルス電流のデューティ比を増加させる。これにより、印加パルス電流が増加される。パルス電流値が増加することにより、発光素子３の発光量が増加し、受光素子５での受光量及び電流電圧変換回路４９の出力電圧も増加する。電流電圧変換回路４９の出力電圧と基準電圧６５が受光量比較回路６３で比較される。

例えば、受光量比較回路６３の比較結果が「不一致」である限り、デューティ比が大きくされ、パルス印加電流が増加される。デューティ比がある設定値まで広がってもまだ受光量比較回路６３の比較結果が「不一致」である場合には、周波数変更回路４３により周波数が変更されると共に、デューティ変更回路４５によって初期値のデューティ比が設定される。

この設定された周波数及びデューティ比を基本とし、変更後の周波数を固定し、受光量比較回路６３の比較結果が「一致」になるまでデューティ比が逐次変更される。受光量比較回路６３の比較結果が「一致」になると、校正が終了される。
周波数変更回路４３及びデューティ変更回路４５の変更幅は限度値が設定される。これにより、発光素子３の破壊を防止している構成となっている。

校正動作の終了後、発光素子３の光照射位置に搬送されてくる記録材１３の種類が判別される際、駆動部３３は、受光量比較回路６３の比較結果が「一致」となったときの発光素子３の駆動条件を用いて発光素子３を発光させる。

図５は、図１に示された記録材判別センサの校正時の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図１と図５を参照してこの校正動作を説明する。

電流設定回路３７によって、初期値の直流電流が設定される（ステップＳ１）。設定された直流電流値が所定の直流電流許容値以下であるかを判断する（ステップＳ２）。直流電流許容値以下である場合（ＹＥＳ）、定電流回路３９、判定切替回路４１及び発光素子駆動回路４７により発光素子３に初期値の直流電流が印加される。発光素子３が発光して反射部材１１に光が照射される。受光素子５は反射部材１１からの反射光を受光する。

電流電圧変換回路４９は、受光素子５で発生した光電流を電圧に変換する。受光量比較回路６３は変換された光電流電圧を基準電圧６５と比較する（ステップＳ４）。受光量比較回路６３の比較結果が「一致」である場合（ＹＥＳ）、校正は終了となる。

ステップＳ４で、受光量比較回路６３の比較結果が「不一致」である場合（ＮＯ）、電流設定回路３７は発光素子３に印加された電流が直流電流であるかパルス電流であるかを判断する（ステップＳ５）。直流電流である場合（ＹＥＳ）、電流設定回路３７は発光素子３に印加する直流電流をある電流ステップで増加させて設定する（ステップＳ６）。

ステップＳ２に戻り、ステップＳ６で設定された直流電流値が所定の直流電流許容値以下であるかを判断する。電流許容値以下の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３，Ｓ４へ進む。ステップＳ４において受光量比較回路６３の比較結果が「一致」であると判断されるか、ステップＳ２において、設定された直流電流値が所定の直流電流許容値を超えたと判断されるまで、ステップＳ２からステップＳ６の動作が繰り返される。

ステップＳ２において、設定された直流電流値が所定の直流電流許容値を超えたと判断された場合（ＮＯ）、電流設定回路３７は発光素子３に印加する電流としてパルス電流を設定する（ステップＳ７）。電流設定回路３７は初期値のパルス電流値を設定し、周波数変更回路４３は初期値の周波数を設定し、デューティ変更回路４５は初期値のデューティ比を設定する（ステップＳ８）。なお、設定されるパルス電流値は直流電流許容値よりも大きい。

設定されたパルス電流（パルス電流値、周波数、デューティ比）が所定のパルス電流許容値以下であるかを判断する（ステップＳ９）。この実施例では周波数及びデューティ比は固定されているので、パルス電流値が所定の値以下であるかが判定される。設定されたパルス電流がパルス電流許容値を超えている場合（ＮＯ）、キャリブレーションエラーが表示され（ステップＳ１０）、校正は終了する。通常、初期値のパルス電流はパルス電流許容値以下に設定されているので、この段階で校正が終了することはない。

ステップＳ９において、設定されたパルス電流が所定のパルス電流許容値以下である場合（ＹＥＳ）、発光素子駆動回路４７により発光素子３に初期値のパルス電流が印加される（ステップＳ３）。印加されるパルス電流値は直流電流許容値よりも大きいので、発光素子３の発光量は増大する。発光素子３から出射され、反射部材１１で反射された光が受光部５に受光される。

ステップＳ４において、電流電圧変換回路４９は、受光量比較回路６３の出力電圧と基準電圧６５を比較する。受光量比較回路６３の比較結果が「一致」である場合（ＹＥＳ）、校正は終了となる。

ステップＳ４における受光量比較回路６３の比較結果が「不一致」である場合（ＮＯ）、ステップＳ５において、印加された電流が直流電流であるかパルス電流であるかが判断される。パルス電流である場合（ＮＯ）、電流設定回路３７は発光素子３に印加するパルス電流値をある電流ステップで増加させて設定する（ステップＳ１１）。

ステップＳ９に戻り、ステップＳ１１で設定されたパルス電流値が所定のパルス電流許容値以下であるかを判断する。電流許容値以下の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３，Ｓ４へ進む。ステップＳ４において受光量比較回路６３の比較結果が「一致」であると判断されるか、ステップＳ１０において、設定されたパルス電流値が所定のパルス電流許容値を超えたと判断されるまで、ステップＳ９、Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ１０の動作がその順に繰り返される。

ステップＳ９において、設定されたパルス電流値が所定のパルス電流許容値を超えたと判断された場合（ＮＯ）、キャリブレーションエラーが表示され（ステップＳ１０）、校正は終了する。

この校正時の動作では、発光素子３に印加されるパルス電流の周波数及びデューティ比は固定され、パルス電流値が変化される。ただし、本発明の記録材判別センサにおいて、パルス電流を変化させる方法はこれに限定されない。本発明の記録材判別センサは、発光素子に印加するパルス電流について、パルス電流値、周波数もしくはデューティ比、又はこれらの組み合わせを変化させることにより、発光素子の発光量を変化させてもよい。

発光素子３の最大許容順電流は製品の種類ごとに異なる。また、発光素子３の最大許容順電流は、印加される電流が直流電流であるかパルス電流であるかでも異なる。さらに、印加される電流がパルス電流である場合、最大許容順電流（パルス電流値）は周波数やデューティ比によっても異なる。

図６は、あるＬＥＤ素子における最大許容順電流（ＩＦ）と周囲温度（Ｔａ）との関係を説明するための図である。図６において、縦軸は最大許容順電流（単位はｍＡ（ミリアンペア））を示し、横軸は周囲温度（単位は℃）を示す。

ＬＥＤ素子に印加される電流が直流電流（ＤＣ）の場合、直流電流許容値は、周囲温度−４０℃（ａ点）から２５℃（ｂ点）までは５０ｍＡまで許容されている。周囲温度２５℃（ｂ点）から高温側では電流許容値は徐々に低下する。周囲温度が８５℃（ｃ点）では直流電流許容値は１０ｍＡとなる。

ＬＥＤ素子に印加される電流が周波数５０Ｈｚ、デューティ比５％のパルス電流（Ｄｕｔｙ＝５％）の場合、パルス電流許容値は、周囲温度−４０℃（ｄ点）から周囲温度２５℃（ｅ点）までは２００ｍＡまで許容されている。周囲温度２５℃（ｅ点）から高温側では電流許容値は徐々に低下する。周囲温度８５℃（ｆ点）でのパルス電流許容値は４０ｍＡとなる。

ＬＥＤ素子に印加される電流が周波数５０Ｈｚ、デューティ比２０％のパルス電流（Ｄｕｔｙ＝２０％）の場合、パルス電流許容値は、周囲温度−４０℃（ｇ点）から周囲温度２５℃（ｈ点）までは１０５ｍＡまで許容されている。周囲温度２５℃（ｈ点）から高温側ではパルス電流許容値は徐々に低下する。周囲温度８５℃（ｉ点）でのパルス電流許容値は２０ｍＡとなる。

例えば、記録材判別センサを搭載した複写機の使用温度範囲が概ね０℃〜５０℃の温度範囲である場合、周囲温度Ｔａ＝５０℃でのディレーティングが必要となる。例えば、周囲温度５０℃における電流許容値について、直流電流（ＤＣ）は最大直流電流許容値ＩＦ＿ＤＣ５０＝３３ｍＡ、パルス電流（Ｄｕｔｙ＝２０％）は最大パルス電流許容値ＩＦ＿Ｐ５０＝１３３ｍＡとなる。

例えば、ＬＥＤ素子の使用時において最大電流許容値の７０％を電流許容値として設定する場合、直流電流許容値ＩＦａ＿ＤＣ５０は３３ｍＡ×０.７＝２３ｍＡ程度となる。パルス電流許容値ＩＦａ＿Ｐ５０（Ｄｕｔｙ＝５％）は１３３ｍＡ×０.７＝９３ｍＡ程度となる。
したがって、直流駆動時よりも大きな電流値を用いて、発光素子をパルス駆動で発光させるようにすれば、発光素子の瞬間的な発光量を直流駆動に比べて大きくすることができる。

図７は、校正時における発光素子への電流印加方法と印加電流との関係を説明するための図である。縦軸は発光素子の印加電流ＩＦａ、横軸は時間を示す。

直流駆動区間（ＤＣ）は時間ａ１から時間ｂ１点である。校正開始時（時間ａ１）に初期値の電流値（ｊ点）の直流電流が発光素子に印加される。発光素子に印加される電流値は、あるステップで増加され、時間ｂ１で直流電流許容値（ＩＦａ＿ＤＣ５０）に到達する（ｋ点）。

パルス駆動区間（パルス）は時間ｂ１から時間ｄ１までとなっている。時間ｄ１においてパルス電流許容値はＩＦａ＿Ｐ５０である。直流電流許容値のＩＦａ＿ＤＣ５０（ｋ点）からはパルス電流が印加される。初期値として設定された周波数及びデューティ比にてパルス電流値が増加されていく。例えば、時間ｃ１でのパルス電流値（ｌ点）の時に、受光量比較回路６３においてオペアンプ５５の出力電圧と基準電圧６５との比較結果が「一致」となって校正が完了する（図１も参照。）。

上記の実施例では、発光素子３のパルス駆動について、周波数及びデューティ比を固定してパルス電流を変化させることによって受光素子５の光検出信号を変化させているが、本発明はこれに限定されない。

例えば、周波数及びパルス電流値が固定され、デューティ比が変化されることによって受光素子５の光検出信号が変化されてもよい。この場合、デューティ比を大きい値から小さい値へ変化させてもよいし、逆でもよい。

例えば、あるＬＥＤ素子で構成された発光素子について、周波数が５０Ｈｚ、デューティ比が９０％のときの最大電流許容値（パルス電流値）が７０ｍＡである場合を考える。最大電流許容値の７０％程度を電流許容値とすることを考慮して、パルス電流値は５０ｍＡに設定される。駆動部は、パルス駆動で発光素子の発光量を変化させる際、周波数（５０Ｈｚ）及びパルス電流値（５０ｍＡ）を固定し、デューティ比を例えば５％〜９０％の範囲内で変化させて、発光素子を発光させる。なお、ここでのパルス電流値（５０ｍＡ）は、直流駆動時に供給される最大の直流電流値（例えば２０ｍＡ）よりも大きい。

また、パルス電流値及びデューティ比が固定され、周波数が変化されせることによって受光素子５の光検出信号が変化されてもよい。この場合、周波数を大きい値から小さい値へ変化させてもよいし、逆でもよい。

例えば、あるＬＥＤ素子で構成された発光素子について、周波数が１００Ｈｚ、デューティ比が５０％のときの最大電流許容値（パルス電流値）が７０ｍＡである場合を考える。最大電流許容値の７０％程度を電流許容値とすることを考慮して、パルス電流値は５０ｍＡに設定される。駆動部は、パルス駆動で発光素子の発光量を変化させる際、パルス電流値（５０ｍＡ）及びデューティ比（５０％）を固定し、周波数を例えば２０〜１００Ｈｚの範囲内で変化させて、発光素子を発光させる。なお、ここでのパルス電流値（５０ｍＡ）は、直流駆動で供給される最大の直流電流値（例えば２０ｍＡ）よりも大きい。

また、パルス駆動について、周波数、デューティ比及びパルス電流値の要素うち、複数の要素を変化させてパルス駆動を行なうようにしてもよい。
ただし、本発明の記録材判別センサにおいて、パルス駆動に用いられるパルス電流値は、直流駆動時に比べて発光素子の発光量を大きくするために、直流電流許容値（直流駆動で供給される最大の直流電流値）よりも大きい値に設定される。

また、上記実施例では、発光素子３の駆動方法について先に直流駆動を行なってその後パルス駆動を行なっているが、本発明はこれに限定されない。本発明の記録材判別センサは、パルス駆動を先に行なって、その後、直流駆動を行なってもよい。

図１に示された上記実施例では、受光素子５の光検出信号は常時取得されている。判別部３５は、発光素子３がパルス駆動で発光しているときは、受光素子５の光検出信号を読み取るタイミングをパルス駆動タイミングと同期させるようにしてもよい。
例えば、受光素子５とオペアンプ５５との間に、受光素子５の光検出信号の読取りタイミングを制御するためのスイッチング回路が配置されていてもよい。

図８は、発光素子のパルス電流印加波形（発光タイミング）と受光素子の光検出信号の読取りタイミングの一例を説明するための図である。
発光素子３に印加されるパルス電流は、電流印加区間Ｔｏｎと電流ゼロ（印加無し）区間Ｔｏｆｆで構成される周期Ｔ（周波数＝１／Ｔ）をもつ。デューティ比はＴｏｎ／Ｔで定義される。

パルス電流は、ｔ１点で印加が開始され、Ｔｏｎ後のｔ２で電流遮断される。その後、パルス電流は、Ｔｏｆｆ区間後のｔ３点で再度印加が開始され、Ｔｏｎ区間後に電流遮断される。このとき、発光素子３への印加平均電流値はＩＦ＿ＡＶＥ１となる。

周波数固定とはＴｏｎ＋Ｔｏｆｆ＝Ｔが一定であることを意味する。周波数固定でデューティ比が変化される場合について説明する。デューティ比が初期値のときは、ｔ１で電流が印加され、Ｔｏｎ後のｔ２で電流が遮断される。デューティ比が大きくされると、電流遮断タイミングがｔ２からｔ２ａに延びる。ｔ２ａで電流が遮断されても、周波数一定である場合には、ｔ３で電流が再度印加される。このとき、発光素子３への印加平均電流値はＩＦ＿ＡＶＥ２となる。

受光素子５の光出力信号の読取りタイミングは、発光素子３への印加電流タイミング、すなわち発光素子３の発光タイミングよりも時間Ｔｄだけ遅延したタイミングで行なわれる。ここでは、発光素子３への電流印加開始時ｔ１からＴｄだけ遅延したｔ１’時点で受光素子５の光出力信号の読取りを開始する。また、発光素子３への電流遮断時ｔ２から遅延時間Ｔｄ経過後、すなわちｔ１’時点から時間Ｔｏｎ後のｔ２’時点で読取りを遮断する。そして、受光素子５の光出力信号に基づいて、反射部材１１からの反射光の受光量が計測される。

この読取りタイミングを設定することにより、発光素子３の出射光が反射部材１１で反射された光を確実に受光することができる。さらに、外乱ノイズの影響も最小限にすることができる。なお、デューティ比が変更された場合は、読取り遮断タイミングを調整することで対応できる。例えば、発光素子３への電流遮断時期がＴ２ａである場合、受光素子５の光検出信号の読取り遮断時期は、時点Ｔ２ａから遅延タイミングＴｄ経過後のＴ２ａ’に設定される。

図９は、記録材判別センサに用いられる光学ユニットのさらに他の例を説明するための概略的な構成図である。図２と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付与されている。

この光学ユニットは、発光素子３から出射される光の一部を光路Ｌ１上でモニタ光として取り出す光学部品６７と、モニタ光を受光する第２受光素子６９と、をさらに備えている。
光学部品６７は例えばプリズムによって構成される。ただし、モニタ光として取り出す光学部品６７はプリズムに限定されない。
第２受光素子６９は受光量に応じた光電流を検出信号として出力するものである。第２受光素子６９は例えばフォトトランジスタやフォトダイオードによって構成される。

この光学ユニットを用いた記録材判別センサの校正動作について、図１も参照して説明する。校正時において、第２受光素子６９の光検出信号は、電流電圧変換回路４９によって電圧に変換及び増幅されて校正部５３に入力される。校正部５３は、電流電圧変換回路４９の出力電圧と基準電圧６５とを比較することによって、第２受光素子６９の光検出信号が所定の大きさの信号になったか否かを判定する。校正時における駆動部３３の動作は上記に説明した実施例と同様である。
この光学ユニットを用いるようにすれば、反射部材１１（図１を参照。）や基準記録材を用いなくても、記録材判別センサの校正を行なうことができる。

図１０は、記録材判別センサに用いられる光学ユニットのさらに他の例を説明するための概略的な構成図である。図２と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付与されている。

この光学ユニットにおいて、発光素子３から射出された光はアパーチャー７によって光路Ｌに規制される。アパーチャー７を通過した光は、記録紙１３を透過し、アパーチャー９を介して受光素子５に入射する。アパーチャー９は受光素子５に入射する光を光路Ｌに規制する。

この光学ユニットを用いた記録材判別センサの構成は図１に示された構成と同様である。記録材判別センサは、記録紙１３の透過光を受光した受光素子５の光検出信号に基づいて記録紙１３の種類を判別する。

記録紙１３の透過光に基づいて記録紙１３の種類を判別する記録材判別センサにおいて、校正は、基準となる基準記録紙を用いて、又は光路Ｌ（図１０を参照。）に記録材を配置しない状態で行なわれる。また、その校正動作は、反射光に基づいて校正が行なわれる場合と同様である。

なお、図１０に示された光学ユニットにおいて、図９に示された光学ユニットと同様に、光路Ｌに、発光素子３から出射される光の一部をモニタ光として取り出す光学部品と、モニタ光を受光する第２受光素子と、をさらに備えているようにしてもよい。

図１１は、画像形成装置の一実施例を説明するための概略的な構成図である。
記録紙１３を搬送するための複数のローラ７１ａを備えた記録材搬送手段７１が設けられている。記録紙１３は記録材搬送手段７１によって白抜き矢印方向に搬送される。記録材搬送手段７１によって搬送される記録紙１３の搬送経路の途中に、記録紙１３に画像を形成するための画像形成手段７３が設けられている。

記録紙１３の搬送経路において、画像形成手段７３の画像形成位置よりも上流側に、記録材判別センサ３１が設けられている。記録材判別センサ３１は、記録紙１３からの反射光に基づいて記録紙１３の種類を判別する。記録材判別センサ３１の判別情報は画像形成手段７３に送られる。画像形成手段７３は、記録材判別センサ３１からの判別情報に基づいて、適切な画像形成条件で記録紙１３に画像を形成する。

この画像形成装置の実施例では、記録材判別センサ３１は記録紙１３からの反射光に基づいて記録紙１３の種類を判別しているが、記録材判別センサは記録紙１３からの透過光に基づいて記録紙１３の種類を判別するものであってもよい。また、記録材判別センサは、記録紙１３からの反射光及び透過光に基づいて記録紙１３の種類を判別するものであってもよい。

以上、本発明の実施例を説明したが、上記実施例での数値、材料、配置、個数等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

本発明にかかる記録材判別センサは、記録材に光を照射するための発光素子と、上記発光素子の発光量を制御するための駆動部と、上記記録材からの反射光又は透過光を受光するための受光素子と、上記受光素子の光検出信号に基づいて上記記録材の種類を判別する判別部と、を備えた記録材判別センサである。本発明の記録材判別センサにおいて、上記発光素子は供給される直流電流の増加に応じて発光量が増加するものである。上記駆動部は上記発光素子を直流駆動とパルス駆動とで切り替えて発光させることが可能なものである。上記判別部は、上記発光素子の光照射位置に校正用の基準記録材が配置された状態又は何も配置されない状態で上記発光素子の発光量が変化される校正時に、上記受光素子の上記光検出信号が所定の大きさになったか否かを判定する校正部を備えている。上記駆動部は、上記校正時に、所定の直流電流許容値の範囲内で直流電流値を変化させて直流駆動で上記発光素子の発光量を変化させても上記校正部は上記受光素子の上記光検出信号が上記所定の大きさの信号になったと判定しないときは、上記直流電流許容値よりも大きい値のパルス電流値で構成された所定のパルス電流許容値の範囲内でパルス電流値、周波数もしくはデューティ比又はこれらの組み合わせを変化させてパルス駆動で上記発光素子の発光量を変化させる。

本発明の記録材判別センサにおいて、上記駆動部は、上記校正時に上記パルス駆動で上記発光素子の発光量を変化させる際、周波数及びデューティ比を固定してパルス電流値を変化させる、周波数及びパルス電流値を固定してデューティ比を変化させる、もしくはパルス電流値及びデューティ比を固定して周波数を変化させる、又はこれらの組み合わせによって、上記発光素子の発光量を変化させる例を挙げることができる。
このように、パルス駆動について、周波数、デューティ比及びパルス電流値の３つの要素のうち、２つの要素が固定され残りの１要素が変化されるようにすれば、パルス電流許容値の範囲の設計が容易になる。
また、周波数及びパルス電流値を固定してデューティ比を変化させる構成は、確保キャリブレーション時間の短縮化が可能になる。
また、パルス電流値及びデューティ比を固定して周波数を変化させる構成は、キャリブレーション時間の短縮化が可能になる。

本発明の記録材判別センサにおいて、上記駆動部は、上記校正時に、最初に上記パルス駆動で上記発光素子を発光させ、上記パルス電流許容値の範囲内で上記発光素子を発光させても上記校正部は上記受光素子の上記光検出信号が上記所定の大きさの信号になったと判定しないときは、上記直流駆動で上記発光素子を発光させるようにしてもよい。
この構成は、例えば先の校正動作においてパルス駆動が設定されている場合に、先にパルス駆動を行なうことにより直流駆動には移行せずに校正が完了するので、校正時間が短縮される。

なお、発光素子の発光能力の劣化などに起因する受光素子の受光量の低下は継続的なものである。これに対し、例えば発光素子や受光素子の光路にゴミ等が侵入して一時的に受光素子の受光量が低下し、その後、ゴミ等が自然に又は人為的に除去された場合、受光素子の受光量は回復する。この場合、先にパルス駆動によって校正動作が行なわれたとしても、パルス駆動時には校正部は受光素子の光検出信号が所定の大きさになったとは判定しない。その後、直流駆動に切り替えられることにより、適切な校正が行なわれる。
なお、本発明の記録材判別センサにおいて、校正時に発光素子を発光させる際に、直流駆動とパルス駆動との順序は問われない。

また、本発明の記録材判別センサにおいて、上記受光素子は上記記録材からの反射光を受光するものであり、上記発光素子によって光の照射が可能な位置で、かつ上記受光素子によって反射光の受光が可能な位置に、上記校正時に上記基準記録材に替えて用いられる反射部材が予め配置されているようにしてもよい。
これにより、基準記録材を用いる必要がなくなる。

また、本発明の記録材判別センサにおいて、上記発光素子から出射される光の一部をモニタ光として取り出す光学部品と、上記モニタ光を受光する第２受光素子と、をさらに備え、上記校正部は、上記校正時に、上記第２受光素子の光検出信号が所定の大きさの信号になったか否かを判定するようにしてもよい。
これにより、基準記録材、反射部材を用いることなく、第２受光素子の光検出信号に基づいて校正を行なうことができる。

また、本発明の記録材判別センサにおいて、上記判別部は、少なくとも上記発光素子がパルス駆動で発光しているときは、上記受光素子の前記光検出信号を読み取るタイミングをパルス駆動タイミングと同期させるようにしてもよい。
発光素子の発光タイミングと受光素子の光検出信号の読取りタイミングとが同期化されることにより、ノイズ耐力が向上する。

また、本発明の記録材判別センサにおいて、上記判別部は、上記受光素子の上記光検出信号に起因する信号を増幅する増幅部を備え、上記校正時に、上記駆動部が上記直流電流許容値の範囲内での上記直流駆動及び上記パルス電流許容値の範囲内での上記パルス駆動で上記発光素子を発光させても上記校正部は上記受光素子の上記光検出信号が上記所定の大きさの信号になったと判定しないときは、上記増幅部の増幅率を増大させるようにしてもよい。
これにより、発光素子をパルス駆動により発光させても受光素子の光検出信号が所定の大きさにならない場合であっても、より大きく増幅された光検出信号に基づいて校正動作及び記録材の判別動作を行なうことができる。

なお、増幅部の構成は、図１に示された電流電圧変換回路４９の構成に限定されず、受光素子の光検出信号に起因する信号を増幅できる構成であればどのような構成であってもよい。

本発明にかかる画像形成装置は、本発明の記録材判別センサを備えたものである。本発明の記録材判別センサは、受光素子の光検出信号が低下した場合であっても適切な校正を実行できるので、校正後の記録材の判別についても適切に実行できる。これにより、本発明の画像形成装置は記録材の種類に応じた適切な画像形成を実現できる。

なお、本発明の画像形成装置は、例えば複写機、プリンタ、複合機、ファクシミリなど、記録紙を搬送するための記録材搬送手段と、記録紙に画像を形成するための画像形成手段と、画像形成手段による画像形成よりも前段で記録紙の種類を判別する本発明の記録材判別センサとを少なくとも備えた構成であれば、どのような構成であってもよい。

３ 発光素子
５ 受光素子
１１ 反射部材
３１記録材判別センサ
３３ 駆動部
３５ 判別部
４９ 電流電圧変換回路（増幅部）
５３ 校正部
６７ 光学部品
６９ 第２受光素子

特開２００６−０２３２８８号公報 特開２００４−３３８３３９号公報

Claims (8)

1. 記録材に光を照射するための発光素子と、前記発光素子の発光量を制御するための駆動部と、前記記録材からの反射光又は透過光を受光するための受光素子と、前記受光素子の光検出信号に基づいて前記記録材の種類を判別する判別部と、を備えた記録材判別センサにおいて、
   前記発光素子は供給される直流電流の増加に応じて発光量が増加するものであり、
   前記駆動部は前記発光素子を直流駆動とパルス駆動とで切り替えて発光させることが可能なものであり、
   前記判別部は、前記発光素子の光照射位置に校正用の基準記録材が配置された状態又は何も配置されない状態で前記発光素子の発光量が変化される校正時に、前記受光素子の前記光検出信号が所定の大きさになったか否かを判定する校正部を備え、
   前記駆動部は、前記校正時に、所定の直流電流許容値の範囲内で直流電流値を変化させて直流駆動で前記発光素子の発光量を変化させても前記校正部は前記受光素子の前記光検出信号が前記所定の大きさの信号になったと判定しないときは、前記直流電流許容値よりも大きい値のパルス電流値で構成された所定のパルス電流許容値の範囲内でパルス電流値、周波数もしくはデューティ比又はこれらの組み合わせを変化させてパルス駆動で前記発光素子の発光量を変化させることを特徴とする記録材判別センサ。
2. 前記駆動部は、前記校正時に前記パルス駆動で前記発光素子の発光量を変化させる際、周波数及びデューティ比を固定してパルス電流値を変化させる、周波数及びパルス電流値を固定してデューティ比を変化させる、もしくはパルス電流値及びデューティ比を固定して周波数を変化させる、又はこれらの組み合わせによって、前記発光素子の発光量を変化させる請求項１に記載の記録材判別センサ。
3. 前記駆動部は、前記校正時に、最初に前記パルス駆動で前記発光素子を発光させ、前記パルス電流許容値の範囲内で前記発光素子を発光させても前記校正部は前記受光素子の前記光検出信号が前記所定の大きさの信号になったと判定しないときは、前記直流駆動で前記発光素子を発光させる請求項１又は２に記載の記録材判別センサ。
4. 前記受光素子は前記記録材からの反射光を受光するものであり、
   前記発光素子によって光の照射が可能な位置で、かつ前記受光素子によって反射光の受光が可能な位置に、前記校正時に前記基準記録材に替えて用いられる反射部材が予め配置されている請求項１から３のいずれか一項に記載の記録材判別センサ。
5. 前記発光素子から出射される光の一部をモニタ光として取り出す光学部品と、
   前記モニタ光を受光する第２受光素子と、をさらに備え、
   前記校正部は、前記校正時に、前記第２受光素子の光検出信号が所定の大きさの信号になったか否かを判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の記録材判別センサ。
6. 前記判別部は、前記発光素子がパルス駆動で発光しているときは、前記受光素子の前記光検出信号を読み取るタイミングをパルス駆動タイミングと同期させる請求項１から５のいずれか一項に記載の記録材判別センサ。
7. 前記判別部は、前記受光素子の前記光検出信号に起因する信号を増幅する増幅部を備え、前記校正時に、前記駆動部が前記直流電流許容値の範囲内での前記直流駆動及び前記パルス電流許容値の範囲内での前記パルス駆動で前記発光素子を発光させても前記校正部は前記受光素子の前記光検出信号が前記所定の大きさの信号になったと判定しないときは、前記増幅部の増幅率を増大させる請求項１から６のいずれか一項に記載の記録材判別センサ。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の記録材判別センサを備えた画像形成装置。

Images