JP3595594B2 - 環境測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば電子写真方式を用いた複写機，プリンタ等の画像形成装置において、使用環境状態を検知するための環境測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は温度や湿度などの環境状態を検知する従来の環境測定装置の回路構成図である。同図において、１０１は各部に電源（＋９Ｖ，−９Ｖ）を供給する電源発生回路、１０２は温度センサであるサーミスタ１０３と湿度センサ１０４を有したセンサユニット、１０５，１０６及び１０９はオペアンプ（演算増幅器）、１０７は整流用の直線検波回路、１０８は平滑用の積分回路、１１０は湿度センサ１０４に抵抗（抵抗値Ｒ１１）１１６を通して所定周波数，振幅のパルスを印加する発振回路、１１３はオペアンプ１０６，１０９、直線検波回路１０７及び積分回路１０８から成る環境状態の検知手段である。また、１１４，１１５は容量Ｃ１１，Ｃ１２のコンデンサである。
【０００３】
上記のような測定装置においては、電源発生回路１０１の端子Ｐ１，Ｐ２にフローティング電源を入力させて±９Ｖの電源を作り、装置内の各部に供給する。また、所定の周波数（例えば１ｋＨｚ）、振幅（例えば３Ｖｐｐ）を持つ発振出力を発振回路１１０から抵抗１１６及び容量Ｃ１１のコンデンサ１１４を介して湿度センサ１０４に供給し、そのセンサ出力を容量Ｃ１２のコンデンサ１１５を介して高入力インピーダンスのオペアンプ１０６で増幅し、このオペアンプ１０６の出力を直線検波回路１０７で整流した後、積分回路１０８で平滑してオペアンプ１０９により出力インピーダンスを下げ、端子Ｐ４から直流出力信号を得るようにしている。よって、湿度センサ１０４の抵抗値が環境によって変化すると、それに対応した直流出力信号を得ることが可能になる。
【０００４】
図１９に他の従来例を示す。図中、１〜１１，６１，７０，７１はアナログスイッチであり、湿度センサ２３に方形波の信号を印加したり、湿度センサ２３を基準電源２２に接続したり、またコンデンサ１２，６８，６９に湿度センサ２３を接続したりするためのスイッチである。１３〜１６は２入力のＡＮＤゲートで、アナログスイッチ６，８，９，１１の切替えタイミング制御のために用いられる。２１，２２は基準電源であり、固定電圧となっている。
【０００５】
５５は湿度センサ２３の抵抗測定時に用いるコンパレータ１７の比較基準電圧を与えるＤ／Ａ変換器であり、制御手段２０によって信号線４５に制御信号が送られるとデジタルデータが切替わる。
【０００６】
１９はカウント手段で、そのカウント結果を用いて演算手段１８で湿度を演算できるようになっている。２６，２７，２８はインバータ回路であり、その入力信号に反転して出力する素子である。以上の構成要素は以下のように接続されている。
【０００７】
すなわち、片端子が接地されたコンデンサ１２，６８，６９の他端はそれぞれアナログスイッチ１，２，７０の一端に接続され、アナログスイッチ１，２，７０の他端は信号線３１に接続され、この信号線３１を通じてコンパレータ１７のプラス信号入力端子、他端が接地された２０３のアナログスイッチ３の信号入力端子、及び２０７のアナログスイッチ７の一方の信号入力端子が接続されている。またＤ／Ａ変換器５５のアナログ信号出力端子は、信号線４０を通してコンパレータ１７のマイナス信号入力端子に接続されている。
【０００８】
一方の信号入力端子が接地されたアナログスイッチ８の他方の信号入力端子は、それぞれアナログスイッチ６，７の一方の信号入力端子と湿度センサ２３の一端子に接続され、同様に一方の信号入力端子が接地されたアナログスイッチ１１の他方の信号入力端子は、それぞれアナログスイッチ９，１０の一方の信号入力端子と湿度センサ２３の他の一端子に接続されている。アナログスイッチ６，９の他方の信号入力端子は、共に信号線４８を通してマイナス端子が接地されている電源２１のプラス端子に接続され、アナログスイッチ１０の他方の信号入力端子は信号線４６を通してマイナス端子が接地されている電源２２のプラス端子に接続されている。
【０００９】
アナログスイッチ１，２，７０のコントロール端子は、信号線３７を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。また、アナログスイッチ７，１０のコントロール端子は、共に信号線３３を通してインバータ２８の出力端子に接続されている。
【００１０】
アナログスイッチ６，８，９，１１のコントロール端子は、それぞれ２入力のＡＮＤゲート１３〜１６の出力端子に接続されており、それらのＡＮＤゲート１３〜１６の一方の入力端子は信号線３２を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。ＡＮＤゲート１３，１４の他方の信号入力端子は、共に信号線５４を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。同様に、ＡＮＤゲート１５，１６の他方の信号入力端子は、信号線５４′を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。また、信号線３２は２入力ＡＮＤゲート６４の１入力端子とインバータ２６の入力端子に接続されている。２６，２７，２８は３つで１種のディレー要素として構成されたインバータで、インバータ２６の信号出力端子がインバータ２７の信号入力端子に接続され、インバータ２７の信号出力端子がインバータ２８の信号入力端子に接続されている。コンパレータ１７の信号出力端子は、信号線４１を通してカウント手段１９の信号入力端子に接続されている。
【００１１】
制御手段２０とカウント手段１９は、双方向信号線４４で接続されている。また、カウント手段１９は信号線４３を通して演算手段１８に演算情報を出力する。また、演算手段１８は信号線４２を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。また、信号線６２は２入力ＡＮＤゲート６４の一方の信号入力端子に接続されており、ＡＮＤゲート６４の出力端子はアナログスイッチ３のコントロール端子に接続されている。
【００１２】
次に、図２０のフローチャートにより動作について説明する。
【００１３】
非湿度測定時には、制御手段２０は信号線５４，５４′に逆相のデューティー５０％の方形波を出力すると同時に、信号線３２に“Ｈ”の信号を出力してＡＮＤゲート１３〜１６をアクティブにし、また信号線６２に“Ｈ”の信号を出力してアナログスイッチ３をオンとし、信号線３１の電位をＧＮＤ電位に固定する。また信号線６０を“Ｌ”とする。この状態は、信号線５４に“Ｈ”、信号線５４′に“Ｌ”が出力されている時はアナログスイッチ６，１１がオンとなり、アナログスイッチ８，９がオフとなる。同様に信号線５４に“Ｌ”、信号線５４′に“Ｈ”が出力されている時はアナログスイッチ６，１１がオフとなり、アナログスイッチ８，９がオンとなる。そして、信号線３３も“Ｌ”となるため、アナログスイッチ７，１０がオフとなっている。この状態で湿度センサ２３には、図８に示す電源２１の電圧の倍の振幅を有したデューティー５０％、所定周波数のパルス（方形波）が印加される（Ｓ７０１）。
【００１４】
次に湿度を測定する測定手順について説明する。
【００１５】
制御手段２０は非湿度測定状態の時、Ｄ／Ａ変換器５５のデジタル入力端子に標準比較基準デジタルデータを設定しておく。同時に信号線３７に信号を出力し、アナログスイッチ１をオン状態とし、アナログスイッチ２，７をオフ状態とし、中湿度域を測定するのに最適な容量Ｃ２のコンデンサ６８を信号線３１に接続して容量Ｃ２を設定しておく（Ｓ７０２）。
【００１６】
この時、コンデンサ６８の容量Ｃ２は予めその目的にあった値、例えば６８００ＰＦ程度としておく。またコンデンサ１２の容量Ｃ１は高湿度域測定に適した値、例えば、０．６８μＦ程度、コンデンサ６９の容量Ｃ３は低湿度域測定に適した値、例えば３３ＰＦとしておく。また、抵抗２９，３０，７２の値は、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３との時定数を合せるためにそれぞれ±１％以下の精度で１ＫΩ，１００ＫΩ，１０ＭΩとしておく。
【００１７】
制御手段２０は、まずこの状態で信号線３２，６０，６２に“Ｈ”の信号を送出し、またアナログスイッチ５をオンとする。その後、信号線６２に“Ｌ”を送出し、抵抗３０と容量Ｃ２を直列に接続する。これによって、基準電源２２が抵抗３０を通じて容量Ｃ２の充電を開始する。その際、制御手段２０は信号線３２に“Ｌ”を出力する直前に信号線４４に“Ｈ”を出力し、予めカウント手段１９をリセットしておくことはもちろんのことである。
【００１８】
そして、信号線６２が“Ｌ”になった瞬間にカウント手段１９は信号線３２の“Ｌ”レベルを検出し、カウントを開始する（カウント手段１９はタイムベースも当然含まれている）。信号線３１の電位がＤ／Ａ変換器５５の比較基準デジタルデータによるアナログ出力値に相当する比較基準電位に達すると、コンパレータ１７の出力が“Ｌ”から“Ｈ”に反転し、カウント手段１９はその反転タイミングを検出するとカウントを停止し、そのカウント値を信号線４３に出力する。演算手段１８は、使用している充電用コンデンサの容量、抵抗の値より求まる充電時間の理論値に対して、Ｄ／Ａ変換器５５がコンパレータ１７のマイナス入力端子に与えている基準電位の補正を実行した後、制御手段２０に信号を出力し、Ｄ／Ａ変換器５５の出力データを変更する（Ｓ７０３）。
【００１９】
その後、信号線６２を“Ｌ”から“Ｈ”とし、信号線３２の信号レベルを“Ｌ”とし、その結果ＡＮＤゲート１３〜１６は全てオフ状態となり、その出力が“Ｌ”となる。そして、２０６，２０８，２０９，２１１のアナログスイッチ６，８，９，１１は全てオフ状態となる。同時にアナログスイッチ３がオフとなり、信号線３１はフローティング状態になる。
【００２０】
そして、次のタイミングでインバータ２６〜２８を経て信号線３３が“Ｈ”となり、アナログスイッチ７，１０がオンとなり、基準電源２２が湿度センサ２３を通じて容量Ｃ２の充電を開始する。
【００２１】
また、制御手段２０は信号線３２に“Ｌ”を出力する直前に信号線４４に“Ｈ”を出力し、予めカウント手段１９をリセットしておくのは上記と同様である。
【００２２】
そして、信号線３２が“Ｌ”になった瞬間にカウント手段１９は信号線３２の“Ｌ”レベルを検出してカウントを開始する（Ｓ７０４）。信号線３１の電位がＤ／Ａ変換器５５の比較基準デジタルデータによるアナログ出力値に相当する比較基準電位に達すると（Ｓ７０５）、コンパレータ１７の出力が“Ｌ”から“Ｈ”に反転し、カウント手段１９はその反転タイミングを検出するとカウントを停止し（Ｓ７０６）、そのカウント値を信号線４３に出力する。演算手段１８は、使用している充電用コンデンサの容量、コンパレータ１７の比較基準電位、予め測定した測定環境温度を信号線４３を通じて制御手段２０より読み込み、信号線４３のデータを以下の条件を持って演算するか、あるいはチャートによる比較反転等の手段により相対湿度、絶対温度を求めるように動作する。そして、上記の環境測定を所定の回数繰返し行い、相対湿度、絶対温度の平均値を求めるように動作する。
【００２３】
なお、カウント手段１９でのカウント値がある一定のレベルに達せぬ時には、制御手段２０は信号線４４でその情報を受取り、一旦非湿度測定時の動作に戻り、所定の緩和時間を待って再度湿度測定を実施する。
【００２４】
その際、アナログスイッチ２をオンし、容量Ｃ１が信号線３１に接続するようにして上記の湿度測定を繰返す（Ｓ７０７，Ｓ７１２，Ｓ７１３）。
【００２５】
また、カウント手段１９でのカウント値がある一定のレベル以上の時には、制御手段２０は信号線４４でその情報を受取り、一旦非湿度測定時の動作に戻り、所定の緩和時間を待って再度湿度測定を実施する。
【００２６】
その際は、アナログスイッチ７０をオンし、容量Ｃ３が信号線３１に接続するようにして上記の湿度測定を繰返す。この時、上記の容量を変更して再測定する前に、コンパレータ１７のマイナス入力端子に基準電位を与えているＤ／Ａ変換器５５のデータを上述の補正方法で補正完了としておく（Ｓ７０８，Ｓ７１４，Ｓ７１５）。
【００２７】
なお、湿度センサ２３の抵抗値は、
Ｒ＝ｔ／（Ｃ×１ｎ（１／（１−Ｖｒｅｆ／Ｖａ）））
Ｒ ：湿度センサ２３の抵抗値
Ｃ ：コンデンサ１２，６８，６９の容量
Ｖｒｅｆ：Ｄ／Ａ変換器５５の設定基準電圧
Ｖａ ：基準電源２２の基準電圧
ｔ ：Ｃへの０ＶからＶｒｅｆまでの充電時間
となる。演算手段１８は、このＲの抵抗値におけるｔ値と相対湿度の変換マップを持ち、比較手段により求める（Ｓ７０９〜ＳＳ７１１）。
【００２８】
また、図２１は他の従来例の回路構成を示したものである。この回路は、前述の図１９の回路において抵抗２９，３０，７２とこれに接続されたアナログスイッチ４，５，７１を略したものであるが、このような回路においても同様に環境湿度を測定することができる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の環境測定装置にあっては、装置内に具備している浮遊容量、特に湿度センサに接続されている配線容量の影響により、低湿度域（湿度センサの抵抗値が数百ＭΩとなる環境範囲）では出力のダイナミックレンジが取れず、結果として測定可能範囲を広げることが困難であるという問題点があった。
【００３０】
また、アナログスイッチの入力端子に約１０ＰＦの浮遊容量が無条件に付いているので、湿度センサの抵抗値が数ＧΩになる環境条件においてアナログスイッチが１０個以上容量に接続されると、容量値が大きくなることによって同様に測定範囲が狭まるという問題点も存在していた。
【００３１】
さらに従来では、湿度センサが過度に直流電圧を印加すると性能が劣化するということから、１回測定終了ごとに湿度センサの劣下を緩和させる非測定時間を一定時間設定して再度湿度測定を実施することもあるが、前回測定時間が湿度センサが高抵抗化して例えば１００ｍｓ以上の時間であったとすると、該緩和時間は１０秒以上設定しないと湿度センサは初期の性能に復帰しないということが本発明者の実験によってわかり、環境測定回数を重ねるごとに湿度センサが劣化し、装置自体の長期に渡る性能の維持が困難であるという問題点があった。
【００３２】
また、湿度センサが低抵抗化する環境条件（高湿度域）においては、比較器のプラス信号入力端子の電位が測定開始後すぐに充電容量に接続されるアナログスイッチのオン抵抗と湿度センサの抵抗との抵抗分割により若干上がるので、カウント手段で計測した容量の充電時間が理論値より短いものとなってしまい、結果として装置の出力が実際の相対湿度よりも高い相対湿度に対応したものとなり、高精度が得られないという問題点があった。
【００３３】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、環境の測定可能範囲が広く、またコストダウンが可能で、高性能，高精度が得られる環境測定装置を提供することを目的としている。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
本発明の環境測定装置は、次のように構成したものである。
【００４３】
（１）環境によって抵抗値が変化する検知素子と、前記検知素子と直列に接続されるコンデンサと、前記コンデンサを前記検知素子を通して計測開始時点から、基準電源で設定されたしきい値電圧に達するまでの充電時間を測定し、その測定結果から該検知素子の抵抗値に応じた環境状態の検知信号を得る検知手段とを備え、環境状態の測定範囲を少なくとも３分割し、各範囲に対してそれぞれ前記検知素子と直列に接続されるコンデンサを有し、前記コンデンサとの時定数を合わせるための基準抵抗を設け、且つ前記基準電源でしきい値電圧を変更することでその基準抵抗のうち少なくとも二つの基準抵抗を共用としたことを特徴とする環境測定装置。
【００５６】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例の環境測定装置の回路構成図である。電源回路１０１は本環境測定装置の各部に＋９Ｖまたは−９Ｖの電源を供給する。センサユニット１０２は温度の変化によって抵抗値が変化する素子であるサーミスタ１０３と湿度の変化に応じて抵抗値が変化する素子である湿度センサ１０４を含む。サーミスタ１０３には抵抗１１８を介して＋９Ｖが印加され、このサーミスタ１０３と抵抗１１８の間のＢ点の電圧がオペアンプ１０５により増幅されて、Ａ／Ｄコンバータを内蔵したＣＰＵ１２０に入力される。そして、ＣＰＵ１２０はオペアンプ１０５からの信号に基づいてサーミスタ１０３の抵抗値を測定し、サーミスタ１０３の周囲の温度を検出する。
【００５７】
湿度センサ１０４には抵抗１１６または抵抗１１７及びコンデンサ１１４を介して、発振回路１１０または発振回路１１１から３Ｖの電圧が印加される。スイッチ１１２は発振回路１１０，１１１のいずれか一方を選択し、また抵抗１１６，１１７のいずれか一方を選択する。またこのスイッチ１１２はＣＰＵ１２０によって制御される。発振回路１１０は図２の（ａ）に示すような振幅０〜３Ｖ、周波数１ＫＨｚの矩形波の電圧を印加し、発振回路１１１は図２の（ｄ）に示すような振幅０〜３Ｖ、周波数１００Ｈｚの矩形波の電圧を印加する。この矩形波を湿度センサ１０４に印加する理由は、湿度センサ１０４に長時間直流電圧を印加すると湿度センサ１０４が壊れてしまうためである。抵抗１１６は数百ＫΩであり、抵抗１１７は数十ＭΩである。
【００５８】
湿度センサ１０４と抵抗１１６または１１７との間のＡ点の電圧はコンデンサ１１５を介してオペアンプ１０６に入力される。コンデンサ１１５とオペアンプ１０６の間の電圧波形は、図３の（ａ）に示すように０Ｖを中心とする矩形波になる。この波形はオペアンプ１０６で増幅されて、図３の（ｂ）のようになる。そしてこの波形は検波回路１０７により整流されて、図３の（ｃ）のようになる。この整流された波形は積分回路１０８に入力され、この積分回路１０８から図３の（ｄ）に示すような積分値を示す信号が出力される。この信号はオペアンプ１０９により増幅されてＣＰＵ１２０に入力される。ＣＰＵ１２０はオペアンプ１０９からの信号に基づいて湿度センサ１０４の抵抗値を測定し、湿度センサ１０４の周囲の湿度を検知する。そしてＣＰＵ１２０は、検出した温度，湿度に基づいて不図示の画像形成装置の各部を制御する。
【００５９】
図４はＣＰＵ１２０の湿度測定に関する制御フローチャートである。まず、スイッチ１１２を発振回路１１０，抵抗１１６側へ切り換え（ステップＳ１）、オペアンプ１０９からの信号に基づいて湿度を測定する（ステップＳ２）。そして、湿度センサ１０４の抵抗値が数ＫΩ〜数ＭΩ（中高湿度域）であるか、数十ＭΩ〜数百ＭΩ（低湿度域）であるか判定する。このとき、ステップＳ２でＡ点の電圧が非常に高い場合は低湿度域である（ステップＳ３）。
【００６０】
ステップＳ３で中高湿度域と判定した場合は、ステップＳ２で測定した測定結果に基づいて画像形成装置の各部を制御する（ステップＳ４）。ステップＳ２で低湿度域と判定した場合は、スイッチ１１２を発振回路１１１，抵抗１１７側へ切り換え（ステップＳ５）、オペアンプ１０９からの信号に基づいて湿度を測定する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ４に進み、ステップＳ６で測定した測定結果に基づいて画像形成装置の各部を制御する。
【００６１】
上述したように、低湿度域では、中高湿度域のときの発振回路１１０の周波数よりも低い周波数の発振回路１１１を選択し、中高湿度域のときの抵抗１１６よりも高い抵抗値の抵抗１１７を選択している。発振回路をこのように選択する理由は、次の通りである。すなわち、中高湿度域ではＡ点の電圧波形が図２の（ｂ）のようになるのに対し、低湿度域では湿度センサ１０４の抵抗値が数十ＭΩ〜数百ＭΩになり、回路基板上の配線容量などの浮遊容量の影響を受けやすくなって、Ａ点の電圧波形が図２の（ｃ）のようになってしまう。図２の（ｂ）と（ｃ）を比較してわかるように、図２の（ｃ）ではＡ点の電圧が本来の分圧された電圧に達する前に発振回路からの印加電圧が０Ｖになってしまうため、このような電圧を積分回路で積分しても正確な測定ができない。そこで発振回路から図２の（ｄ）のような波形の電圧を印加することにより、Ａ点の電圧波形が図２の（ｅ）に示すように本来の分圧された電圧に達するので、正確な測定ができる。抵抗を上述のように選択する理由は、湿度センサ１０４の抵抗値が数ＫΩ〜数ＭΩ（中高湿度域）のときには数百ＫΩの抵抗との間の分圧電圧を測定し、数十ＭΩ〜数百ＭΩのときには数十ＭΩの抵抗との間の分圧電圧を測定することにより、湿度センサ１０４の抵抗特性に応じた正確な測定を行うためである。
【００６２】
図５は本発明の第２実施例を示す回路構成図であり、図１９と同一符号は同一構成部分を示している。同図において、１〜１１及び６１は各回路の径路を切り換えるアナログスイッチで、非測定時には湿度に応じて抵抗値が変化する湿度センサ２３（図１の湿度センサ１０４に相当）の両端を他の回路から切り離し、基準電源２１からの基準直流電圧を一定時間毎に反転した矩形波の信号を印加したり、その状態で比較用の基準抵抗３０，７２を通してコンデンサ１２，６８，６９を充電させるように回路を切り換えたり、そのコンデンサ１２，６８，６９に蓄積された電荷を放電させたりする。また測定時には、湿度センサ２３の一端を異なる基準直流電圧を発生する基準電源２２に接続するとともに、他端を容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３のコンデンサ１２，６８，６９に接続し、スイッチ７がオフの時は基準抵抗３０，７２をコンデンサ１２，６８，６９に接続する。
【００６３】
１３〜１６は２入力のＡＮＤゲートで、アナログスイッチ６，８，９，１１の切換タイミング制御のため用いられている。２１，２２は上述の基準電源であり、固定電圧となっている。５５は湿度センサ２３の抵抗測定時に用いるコンパレータ１７の比較基準電圧（しきい値電圧）を与えるＤ／Ａ変換（デジタル−アナログ変換）器で、各手段を逐次判断する制御手段２０（図１の検知手段１１３に相当）から信号線４５に制御信号が送られると、出力デジタルデータが切換わる。
【００６４】
１９はコンデンサ１２，６８，６９の充電時間を計測するカウント手段で、このカウント手段１９の計測結果から湿度センサ２３の周囲の湿度を演算手段１８で演算できるようになっている。２６，２７，２８はインバータ回路で、その入力信号を反転して出力する素子から構成されている。そして、以上の構成要素は、ここでは次のように接続されている。
【００６５】
すなわち、片端子が接地されたコンデンサ１２，６８，６９の他端は、それぞれアナログスイッチ１，２，７０の一端に接続され、このアナログスイッチ１，２，７０の他端が信号線３１に接続され、更にこの信号線３１を通してコンパレータ１７の＋信号入力端子、他端が接地されたアナログスイッチ３の信号入力端子、及びアナログスイッチ７の一方の信号入力端子に接続されている。
【００６６】
また、アナログスイッチ５，７１の一方の信号入力端子は、それぞれ他端が接地されている基準抵抗３０，７２の一端に接続されている。また、アナログスイッチ６１の制御端子は、信号線６０を通じて制御手段２０に接続されている。
【００６７】
上記Ｄ／Ａ変換器５５のアナログ信号出力端子は、信号線４０を通してコンパレータ１７の−信号入力端子に接続されている。また、一方の信号入力端子が接地されているアナログスイッチ８の他方の信号入力端子は、それぞれアナログスイッチ６，７の一方の信号入力端子と湿度センサ２３の一端子に接続され、同様に一方の信号入力端子が接地されているアナログスイッチ１１の他方の信号入力端子は、それぞれアナログスイッチ９，１０の一方の信号入力端子と湿度センサ２３の他の一端子に接続されている。そして、アナログスイッチ６，９の他方の信号入力端子は、共に信号線４８を通してマイナス端子が接地されている基準電源２１の＋端子に接続され、アナログスイッチ１０の他方の信号入力端子は、信号線４６を通してマイナス端子が接地されている基準電源２２の＋端子に接続されている。
【００６８】
アナログスイッチ１の制御端子は、信号線３７を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。また、信号線３４がアナログスイッチ５，７１の制御端子に接続されている。アナログスイッチ７，１０の制御端子は、共に信号線３３を通してインバータ２８の出力端子に接続されている。また、アナログスイッチ６，８，９，１１の制御端子は、それぞれ２入力のＡＮＤゲート１３〜１６の出力端子に接続されている。同様に、ＡＮＤゲート１５，１６の他方の信号入力端子は信号線５４′を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。
【００６９】
また信号線３２は２入力ＡＮＤゲート６４の一方の入力端子とインバータ２６の入力端子に接続されている。インバータ２６，２７，２８は三つで一種のディレー要素として構成されたインバータで、インバータ２６の信号出力端子がインバータ２７の信号入力端子に接続され、インバータ２７の信号出力端子がインバータ２８の信号入力端子に接続されている。またコンパレータ１７の信号出力端子は、信号線４１を通してカウント手段１９の信号入力端子に接続されている。
【００７０】
上記カウント手段１９及び制御手段２０は、双方向信号線４４で接続されており、カウント手段１９は信号線４３を通して演算手段１８に演算情報を出力するようになっている。また演算手段１８は、信号線４２を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。また、カウント手段１９の制御信号出力端子は信号線３２に接続され、２入力ＡＮＤゲート６４の一方の信号入力端子は信号線６２に接続されている。そして、ＡＮＤゲート６４の出力端子がアナログスイッチ３のコントロール端子に接続されている。
【００７１】
また、アナログスイッチ５，７１と基準抵抗３０，７２はそれぞれ信号線３９，７３により接続され、アナログスイッチ６，９は共に基準電源２１と信号線４８により接続されている。また、アナログスイッチ６，７，８と湿度センサ２３の一端は共に信号線４９で接続され、アナログスイッチ９，１０，１１と湿度センサ２３の他端は共に信号線４７で接続されている。更に、ＡＮＤゲート１３〜１６の出力端子は、それぞれ信号線５０〜５３により、アナログスイッチ６，１１，９，８と接続されている。
【００７２】
なお、上記コンパレータ１７は、充電用のコンデンサ１２，６８，６９の端子電圧を設定により変更可能な基準電源（Ｄ／Ａ変換器５５）で設定されたしきい値電圧と比較し、カウント手段１９は、コンデンサ１２，６８，６９の端子電圧が計測開始時点から設定されたしきい値電圧に達するまでの充電時間、つまり計測開始時点からコンパレータ１７の出力信号が変化するまでの時間を測定する。そして、その測定結果から湿度センサ２３の周囲の湿度を演算手段１８で求めるようになっている。
【００７３】
図６は上記第２実施例の測定動作を示すフローチャートであり、各ステップＳ１０１〜Ｓ１１５の処理内容は図２０のステップＳ７０１〜Ｓ７１５の処理内容と同様である。したがって、ここでは本実施例の特徴となる部分について述べる。
【００７４】
従来では、容量Ｃ２は中湿度域測定に適した値６８００ＰＦ程度、容量Ｃ１は高湿度域測定に適した値０．６８μＦ程度、容量Ｃ３は低湿度域測定に適した値３３ＰＦとし、また、抵抗２９，３０，７２の値はＣ１，Ｃ２，Ｃ３との時定数を合せるためにそれぞれ±１％以下の精度で１ＫΩ，１００ＫΩ，１０ＭΩとしていた。この条件である所定の電圧レベル（例えば０．２Ｖ）がコンパレータ１７のマイナス端子に与えられて、所定の基準電源２２の電圧（例えば１Ｖ）が各抵抗に与えられている場合、各容量が充電される時間が１００μＳとなるように設定されている。そして、湿度センサ２３で各容量を充電する前に充電を実施し、上記１００μＳを基準としてそのずれ分を補正するためにＤ／Ａ変換器５５のデジタルデータを変更させていた。
【００７５】
しかし本実施例においては、３種類の基準抵抗のうち一つの基準抵抗を削除し（例えば１ＫΩ、もしくは１００ＫΩ）、その対となる補正対象容量は２オーダー上の基準抵抗を以て充電時間１０ｍＳを基準として、Ｄ／Ａ変換器５５のデジタルデータを変更するようにしている。
【００７６】
すなわち、環境状態として湿度の測定範囲を少なくとも３分割し、各範囲に対してそれぞれコンデンサの容量補正を行うための基準抵抗を設け、且つそのうち少なくとも二つの基準抵抗を共用としている。したがって、それに伴うアナログスイッチも減らすことができ、コストダウンが可能となる。
【００７７】
図７は本発明の第３実施例の回路構成図である。本実施例は、湿度センサ２３が高抵抗となる環境状態を測定するための容量（Ｃ３）は該装置に具備された容量（浮遊容量）としたものである。
【００７８】
また、図８は図７の湿度センサ２３に印加されるパルス波形図、図９は本実施例の測定動作を示すフローチャートである。
【００７９】
図９のフローチャートにおいて、ステップＳ２０１〜Ｓ２０９は図６のステップＳ１０１〜Ｓ１０９の処理に対応し、ステップＳ２１０，Ｓ２１１及びステップＳ２１２，Ｓ２１３は同ステップＳ１１２，Ｓ１１３及びステップＳ１１４，Ｓ１１５に対応しているので、説明は省略する。
【００８０】
従来では、アナログスイッチと装置の基板との間に約１０ＰＦの容量が無条件に付いているので、湿度センサ２３の抵抗値が数ＧΩになる環境条件においてアナログスイッチが１０個以上容量に接続されると、容量値が大きくなることによって測定範囲が狭まるといった問題点が存在していたが、本実施例のようにアナログスイッチと装置の基板との間の容量のみを用いて、湿度センサ２３の抵抗値が数ＧΩになる環境条件において充放電を行うことによって、環境状態の測定可能範囲が広がり、コストダウンが計れる。
【００８１】
図１０は本発明の第４実施例の回路構成図である。本実施例は、上述の第３実施例で低湿度域においてより高精度測定を行おうとするものであり、湿度センサ２３が高抵抗となる環境条件を測定するための容量（Ｃ３）は常に湿度センサ２３に接続されているようにしたものである。
【００８２】
図７の実施例において低湿度域を測定するための装置内に具備するアナログスイッチと基板との間に存在する容量（Ｃ３）は、測定条件によって変化する場合がある。そこで、その容量の変動による誤差を減少するために、本実施例では信号線３１に容量（Ｃ３）が接続され、またアナログスイッチを介して湿度センサ２３と直列に接続するのではなく、直接湿度センサ２３に直列に接続するようにしている。なお、容量（Ｃ３）は例えば１００ＰＦ程度としておく。
【００８３】
このように、アナログスイッチによって切換えていた容量を湿度センサ２３と直接直列に接続したり、装置内の比較器（コンパレータ１７）の入力端子の近傍に接続することにより、アナログスイッチの容量変動の影響を軽減させ、且つコストダウンを計ることができる。
【００８４】
図１１は本発明の第５実施例を示す回路構成図である。本実施例は、コンデンサ１２，６８，６９の充電時間に応じて次回測定までの繰返し測定のインターバル時間を可変させるようにしたものであり、具体的にはダウンカウンタ８０を設けて制御を行っている。
【００８５】
上記ダウンカウンタ８０は、信号線８１を通して制御手段２０の湿度センサ緩和時間設定データ出力ポート、信号線８２を通して緩和時間カウント開始信号出力端子、信号線８３を通して湿度センサ緩和時間終了検出端子にそれぞれ接続されている。
【００８６】
図１２は本第５実施例の測定動作を示すフローチャートである。このフローチャートのステップＳ３０１〜Ｓ３１５の処理は図６のステップＳ１０１〜Ｓ１１１と同じであるので省略するが、カウント手段１９のカウント値がある一定のレベル（例えば１００μＳ）に達せぬ時、またはある範囲内（例えば１００μＳ〜１０ｍＳ）の時には、制御手段２０は信号線４４でその情報を受取り、一旦非湿度測定時の動作に戻り、所定の緩和時間（例えば２Ｓ）をカウントする設定データをダウンカウンタ８０に信号線８１を通して出力し（Ｓ３１２）、信号線８２を通してカウントダウンをスタートさせる。その後、設定緩和時間が終了すると（Ｓ３１３）、信号線８３を通して制御手段２０が湿度センサ緩和時間終了を検知し、その後容量Ｃ１を選択してＤ／Ａデータを補正し（Ｓ３１４）、再度湿度測定を実施する。
【００８７】
その際、カウント手段１９のカウント値がある一定のレベル（例えば１００μＳ）に達せぬ時は、アナログスイッチ２をオンして容量Ｃ１を信号線３１に接続し、ある範囲内（例えば１００μＳ〜１０ｍＳ）の時には、アナログスイッチ１をオンして容量Ｃ２を信号線３１に接続するようにして、上記の湿度測定を繰返す。
【００８８】
また、カウント手段１９のカウント値がある一定のレベル以上（例えば１０ｍＳ）の時には、本実施例の特徴となるところであるが、制御手段２０は信号線４４でその情報を受取り、一旦非湿度測定時の動作に戻り、所定の緩和時間（例えば１０Ｓ）をカウントする設定データをダウンカウンタ８０に信号線８１を通して出力し（Ｓ３１５）、信号線８２を通してカウントダウンをスタートさせる。その後、設定緩和時間が終了すると（Ｓ３１６）、信号線８３を通して制御手段２０が湿度センサ緩和時間終了を検知し、その後容量Ｃ３を選択してＤ／Ａデータを補正し（Ｓ３１７）、再度湿度測定を実施する。
【００８９】
その際、アナログスイッチ７０をオンして容量Ｃ３を信号線３１に接続し、上記の湿度測定を繰返す。この時、上記の要領を変更して再測定する前にコンパレータ１７のマイナス入力端子に基準電位を与えているＤ／Ａ変換器のデータを前述の補正方法で補正しておく（Ｓ３１８，Ｓ３１９）。
【００９０】
ここで、上述の実施例において、各環境測定間の湿度センサ緩和時間をカウント手段１９のデータに合せて１次的に可変とさせることができる。
【００９１】
Ｔ＝αＴｘ＋β
（Ｔ：湿度センサ緩和時間設定データ、Ｔｘ：カウント手段１９のデータ、α，β：定数）
つまり、前回環境測定時のカウント手段１９のデータが小さい時には湿度センサ緩和時間を短く、カウント手段１９のデータが大きい時には湿度センサ緩和時間を長くすることによって、環境測定時間自体の短縮が可能となり、同時に環境測定回数を重ねても湿度センサは劣化することなく、装置自体の長期に渡る性能の維持を可能にすることができる。
【００９２】
従来では、湿度センサ２３が過度に直流電圧を印加すると性能が劣化するということから、１回測定終了ごとに湿度センサ２３の劣化を緩和させる非測定時間を一定時間設定して再度湿度測定を実施していたが、前回測定時間が湿度センサ２３が高抵抗化し例えば１００ｍＳ以上の時間であったとすると、該緩和時間は１０秒以上設定しないと湿度センサ２３は初期の性能に復帰しないという本発明者の実験よって、環境測定回数を重ねるごとに湿度センサ２３が劣化し、環境測定装置自体の長期に渡る性能の維持が不可能であった。しかしながら、本実施例では、１回湿度測定終了後の湿度センサ緩和時間を前回測定時間の長短によって可変設定することによって、環境測定回数を重ねても湿度センサ２３は劣化することなく、環境測定装置自体の長期に渡る性能の維持が可能となる。
【００９３】
図１３は本発明の第６実施例を示す回路構成図である。本実施例は、湿度センサ２３が低抵抗値となる環境状態（湿度）を測定する時に、コンデンサの充電時間を計測する計測手段であるカウント手段に予めオフセット計測値を与えて補正するようにしたものであり、図１４にその測定動作を示す。また図１５に図１３のコンパレータ１７の＋側入力端子の電圧波形を示す。
【００９４】
図１４のフローチャートにおいて、ステップＳ４０１〜Ｓ４１１の処理は図６のステップＳ１０１〜Ｓ１１１の処理と同様であり、ここでは本実施例の特徴となる補正動作について述べる。
【００９５】
高湿度条件（湿度センサ２３が低抵抗化する環境条件）では、アナログスイッチ２がオンとなって容量Ｃ１を湿度センサ２３で充電させる状態となっている。
【００９６】
まず、アナログスイッチ２，３をオンさせて容量Ｃ１を放電させ、コンパレータ１７の＋入力端子をＧＮＤ電位にする。そして、アナログスイッチ３をオフ、アナログスイッチ６１，４をオンにし、基準抵抗２９を介して容量Ｃ１を充電し、そこからコンパレータ１７の出力が反転するまでの時間をカウント手段１９で計測する。そして、その充電時間と理論値の時間とを比較し、Ｄ／Ａ変換器５５のデジタルデータを補正する（Ｓ４１２，Ｓ４１８）。
【００９７】
その後、アナログスイッチ４，６１をオフ、信号線３２，６２を“Ｌ”にして、湿度センサ２３を通して容量Ｃ１を充電し、その充電時間を計測する（Ｓ４１３〜Ｓ４１５）。この測定開始直前には、湿度センサ２３とアナログスイッチ２のオン抵抗の抵抗分割によってコンパレータ１７の＋入力端子の電位が図１５に示すように若干上昇する。
【００９８】
そこで、このコンパレータ１７の＋入力端子のオフセット電位を解消するために、上記手段により充電時間を計測した後、その値に応じたカウント手段１９のオフセット計測値を制御手段２０で求め、ダウンカウンタ８０に設定する（Ｓ４１６）。そして、カウント手段１９，ダウンカウンタ８０を同時にスタートさせ（Ｓ４１７）、ダウンカウンタ８０から制御手段２０にカウント終了信号が出力されると、制御手段２０はカウント手段１９にカウント停止信号を与え、これによりカウント手段１９にオフセット計測値を与えることが可能となる。
【００９９】
よって、再度湿度測定時の補正が可能となる。次に、前述の制御手段２０で求められるオフセット計測値の計算方法について述べる。
【０１００】
基準電源２１をＶｉｎ、容量Ｃ１の両端電圧をＶｃ、コンパレータ１７の＋入力端子に入力される電圧をＶｏｕｔ、湿度センサ２３の抵抗値をＲ、アナログスイッチ２のオン抵抗をＲｚ、実測充電時間をｔ’、理論充電時間をｔ、容量Ｃ１の容量値をＣとすると、
Ｖｃ ＝Ｖｉｎ＊（１−ｅ−ｔ’／（（Ｒ＋Ｒｚ）Ｃ））
Ｖｏｕｔ ＝（Ｖｉｎ−Ｖｃ ）＊Ｒｚ ／（Ｒ＋Ｒｚ ）＋Ｖｃ
Ｖｏｕｔ ＝｛Ｖｉｎ−Ｖｉｎ（１−ｅ−ｔ／（Ｒ＋Ｒｚ）Ｃ））｝＊Ｒｚ ／（Ｒ＋Ｒｚ）＋Ｖｃ
よって実測充電時間は、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ（コンパレータ１７の−入力端子電圧）とすると、次式のように求められる。
【０１０１】
ｔ’＝Ｃ（Ｒ＋Ｒｚ）＊１ｎ｛（Ｒｚ／（Ｒ＋Ｒｚ））＊（Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ−Ｖｒｅｆ））｝……▲１▼
ここで、理論充電時間ｔは
ｔ＝ＣＲ１ｎ（Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ−Ｖｒｅｆ） ……▲２▼
Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ−Ｖｒｅｆ）＝Ｙとすると
ｔ−ｔ’＝Ｃ（Ｒｉｎ（（Ｒ＋Ｒｚ）／Ｒ）−ＹＲｚ１ｎ（Ｒ／（Ｒ＋Ｒｚ））） ……▲３▼
上記▲１▼式は、高湿度条件で湿度センサ２３が４ＫΩ〜１０ＫΩの範囲では直線近似が可能であることを示している。
【０１０２】
よって、ｔ’＝ｆ（Ｒ） −−−−−＞ Ｒ＝ｇ（ｔ’）
（ｆ，ｇはある１次関数）
また、▲３▼式は、湿度センサ２３が４ＫΩ〜１０ＫΩの範囲では直線近似が可能であることを示しているので、
ｔ−ｔ’（オフセット計測値）＝ｆ（ｇ（ｔ’））
となり、オフセット計測値をｔ’の１次関数として表現できる。
【０１０３】
また、図１６は本発明の第７実施例による測定動作を示すフローチャートである。なお、この場合の回路構成は図５と同じであるので省略する。また、図１６のフローチャートにおけるステップＳ５０１〜Ｓ５１６の処理は、図１４のステップＳ４０１〜Ｓ４１６の処理と同じであり、ステップＳ５１７の処理はステップＳ４１８の処理と同じである。
【０１０４】
本実施例の特徴としては、前述のカウント手段１９に予めオフセット計測値を与える代りに、Ｄ／Ａ変換器５５のデジタルデータに予めオフセット電圧を与えて、測定開始直前に発生する湿度センサ２３とアナログスイッチ２のオン抵抗の抵抗分割によってコンパレータ１７の＋入力端子の電位が若干上昇する現象を解消しようとするものである。
【０１０５】
前述の▲１▼，▲２▼式より、
Ｖｒｅｆ ＝Ｖｉｎ（１−ｅ−ｔ／ＣＲ ） ……▲４▼
Ｖｒｅｒ’＝Ｖｉｎ（１−ｅ−ｔ／Ｃ（Ｒ＋Ｒｚ）＋Ｒｚ ／（Ｒ＋Ｒｚ）ｅ−ｔ／Ｃ（Ｒ＋Ｒｚ）） ▲５▼
また、▲４▼，▲５▼式よりＤ／Ａ変換器５５のデジタルデータに与えるオフセット電圧（Ｖｒｅｆ’−Ｖｒｅｆ）は
Ｖｒｅｆ’−Ｖｒｅｆ ≒Ｒｚ ／（Ｒ＋Ｒｚ）＊Ｖｉｎ＊ｅ−ｔ／Ｃ（Ｒ＋Ｒｚ） ……▲６▼
上記▲６▼式は湿度センサ２３が４ＫΩ〜１０ＫΩの範囲では直線近似が可能であることを示している。
【０１０６】
さらに、上述の第６実施例より、Ｒ＝ｇ（ｔ’）
Ｖｒｅｆ’−Ｖｒｅｆ （オフセット電圧）＝ｑ（ｇ（ｔ’））（ｑはある１次関数）
となり、Ｄ／Ａ変換器５５のオフセット電圧ｔ’の１次関数として表現できる。
【０１０７】
また、図１７は本発明の第８実施例による測定動作を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、各ステップＳ６０１〜Ｓ６０８の処理は図６のステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理と同じであり、また、ステップＳ６１１〜Ｓ６１３はステップＳ１０９〜Ｓ１１１、ステップＳ６１４，Ｓ６１５はステップＳ１１２，Ｓ１１３、ステップＳ６１６，Ｓ６１７はステップＳ１１４，Ｓ１１５とそれぞれ対応している。
【０１０８】
本実施例の特徴としては、前述のカウント手段１９に予めオフセット計測値を与える方法や、Ｄ／Ａ変換器５５のデジタルデータに予めオフセット電圧を与えるといった補正方法の代りに、実測充電時間にＣＰＵ等の制御手段２０において補正充電時間を演算して加え、測定開始直前に発生する湿度センサ２３とアナログスイッチ２のオン抵抗の抵抗分割によってコンパレータ１７の＋入力端子の電位が若干上昇する現象を解消しようとするものである（Ｓ６０９，Ｓ６１０）。
【０１０９】
上記補正充電時間は、前述の▲３▼式より、
Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ−Ｖｒｅｆ）＝Ｙとすると
ｔ−ｔ’＝Ｃ（Ｒ１ｎ（（Ｒ＋Ｒｚ）／Ｒ）−ＹＲｚ１ｎ（Ｒ／（Ｒ＋Ｒｚ）））
である。
【０１１０】
従来では、前述のように湿度センサ２３が低抵抗化する環境条件（高湿度域）においては、コンパレータ１７のプラス信号入力端子の電位が測定開始後すぐに充電容量に接続されるアナログスイッチのオン抵抗と湿度センサ２３との抵抗分割により若干上がるので、カウント手段１９で計測した容量の充電時間が理論値より短いものとなってしまい、結果として検知出力が実際の相対湿度よりも高い相対湿度に対応したものとなり、装置自身の精度の面で問題点が存在していた。
【０１１１】
しかし、上述の実施例では、湿度センサ２３が低抵抗化する条件（高湿度域）においては、初回に計測した時間に補正を施すため次回測定する前にダウンカウンタ等の別のカウント手段に該初回計測時間に応じた値を設定し、二つのカウント手段を同時にスタートさせることによって、ダウンカウンタに設定したオフセット計測時間を与えている。また、装置のコストダウンを計る目的として、カウント手段にオフセット計測時間を与える代りにコンパレータのマイナス信号入力端子に与えられる基準電圧に初回計測時間に応じたオフセット電圧を与えている。さらに、環境測定時間の短縮を計る目的として、初回計測時間に対して中央演算処理装置等の制御手段で所定の演算によって求められる補正時間を与えることによって、コンパレータのプラス信号入力端子電位のオフセットを解消することが可能となる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、環境の測定可能範囲が広くなり、コストダウンが可能で、高性能，高精度が得られるという効果がある。
【０１１３】
また、浮遊容量の影響を軽減させることができ、長期にわたる性能の維持が可能となり、オフセットも解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の回路構成図
【図２】図１の回路の各部の波形を示す図
【図３】図１の回路の各部の波形を示す図
【図４】図１のＣＰＵ１２０の制御フローチャート
【図５】本発明の第２実施例の回路構成図
【図６】第２実施例の測定動作を示すフローチャート
【図７】本発明の第３実施例の回路構成図
【図８】図７の湿度センサに印加されるパルス波形図
【図９】第３実施例の測定動作を示すフローチャート
【図１０】本発明の第４実施例の回路構成図
【図１１】本発明の第５実施例の回路構成図
【図１２】第５実施例の測定動作を示すフローチャート
【図１３】本発明の第６実施例の回路構成図
【図１４】第６実施例の測定動作を示すフローチャート
【図１５】図１３のコンパレータの＋側入力端子の電圧波形図
【図１６】第７実施例の測定動作を示すフローチャート
【図１７】第８実施例の測定動作を示すフローチャート
【図１８】従来例の回路構成図
【図１９】他の従来例の回路構成図
【図２０】図１９の回路の動作を示すフローチャート
【図２１】他の従来例の回路構成図
【符号の説明】
１２，６８，３９ コンデンサ
１７ コンパレータ
１８ 演算手段
１９ カウント手段
２０ 制御手段
２１，２２ 基準電源
２３ 湿度センサ（検知素子）
２９，３０，７２ 基準抵抗
８０ ダウンカウンタ
１０３ サーミスタ（検知素子）
１０４ 湿度センサ（検知素子）
１１０，１１１ 発振回路
１１２ 切換スイッチ（切換手段）
１１３ 検知手段
１１４，１１５ コンデンサ
１１６，１１７ 抵抗
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば電子写真方式を用いた複写機，プリンタ等の画像形成装置において、使用環境状態を検知するための環境測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は温度や湿度などの環境状態を検知する従来の環境測定装置の回路構成図である。同図において、１０１は各部に電源（＋９Ｖ，−９Ｖ）を供給する電源発生回路、１０２は温度センサであるサーミスタ１０３と湿度センサ１０４を有したセンサユニット、１０５，１０６及び１０９はオペアンプ（演算増幅器）、１０７は整流用の直線検波回路、１０８は平滑用の積分回路、１１０は湿度センサ１０４に抵抗（抵抗値Ｒ１１）１１６を通して所定周波数，振幅のパルスを印加する発振回路、１１３はオペアンプ１０６，１０９、直線検波回路１０７及び積分回路１０８から成る環境状態の検知手段である。また、１１４，１１５は容量Ｃ１１，Ｃ１２のコンデンサである。
【０００３】
上記のような測定装置においては、電源発生回路１０１の端子Ｐ１，Ｐ２にフローティング電源を入力させて±９Ｖの電源を作り、装置内の各部に供給する。また、所定の周波数（例えば１ｋＨｚ）、振幅（例えば３Ｖｐｐ）を持つ発振出力を発振回路１１０から抵抗１１６及び容量Ｃ１１のコンデンサ１１４を介して湿度センサ１０４に供給し、そのセンサ出力を容量Ｃ１２のコンデンサ１１５を介して高入力インピーダンスのオペアンプ１０６で増幅し、このオペアンプ１０６の出力を直線検波回路１０７で整流した後、積分回路１０８で平滑してオペアンプ１０９により出力インピーダンスを下げ、端子Ｐ４から直流出力信号を得るようにしている。よって、湿度センサ１０４の抵抗値が環境によって変化すると、それに対応した直流出力信号を得ることが可能になる。
【０００４】
図１９に他の従来例を示す。図中、１〜１１，６１，７０，７１はアナログスイッチであり、湿度センサ２３に方形波の信号を印加したり、湿度センサ２３を基準電源２２に接続したり、またコンデンサ１２，６８，６９に湿度センサ２３を接続したりするためのスイッチである。１３〜１６は２入力のＡＮＤゲートで、アナログスイッチ６，８，９，１１の切替えタイミング制御のために用いられる。２１，２２は基準電源であり、固定電圧となっている。
【０００５】
５５は湿度センサ２３の抵抗測定時に用いるコンパレータ１７の比較基準電圧を与えるＤ／Ａ変換器であり、制御手段２０によって信号線４５に制御信号が送られるとデジタルデータが切替わる。
【０００６】
１９はカウント手段で、そのカウント結果を用いて演算手段１８で湿度を演算できるようになっている。２６，２７，２８はインバータ回路であり、その入力信号に反転して出力する素子である。以上の構成要素は以下のように接続されている。
【０００７】
すなわち、片端子が接地されたコンデンサ１２，６８，６９の他端はそれぞれアナログスイッチ１，２，７０の一端に接続され、アナログスイッチ１，２，７０の他端は信号線３１に接続され、この信号線３１を通じてコンパレータ１７のプラス信号入力端子、他端が接地された２０３のアナログスイッチ３の信号入力端子、及び２０７のアナログスイッチ７の一方の信号入力端子が接続されている。またＤ／Ａ変換器５５のアナログ信号出力端子は、信号線４０を通してコンパレータ１７のマイナス信号入力端子に接続されている。
【０００８】
一方の信号入力端子が接地されたアナログスイッチ８の他方の信号入力端子は、それぞれアナログスイッチ６，７の一方の信号入力端子と湿度センサ２３の一端子に接続され、同様に一方の信号入力端子が接地されたアナログスイッチ１１の他方の信号入力端子は、それぞれアナログスイッチ９，１０の一方の信号入力端子と湿度センサ２３の他の一端子に接続されている。アナログスイッチ６，９の他方の信号入力端子は、共に信号線４８を通してマイナス端子が接地されている電源２１のプラス端子に接続され、アナログスイッチ１０の他方の信号入力端子は信号線４６を通してマイナス端子が接地されている電源２２のプラス端子に接続されている。
【０００９】
アナログスイッチ１，２，７０のコントロール端子は、信号線３７を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。また、アナログスイッチ７，１０のコントロール端子は、共に信号線３３を通してインバータ２８の出力端子に接続されている。
【００１０】
アナログスイッチ６，８，９，１１のコントロール端子は、それぞれ２入力のＡＮＤゲート１３〜１６の出力端子に接続されており、それらのＡＮＤゲート１３〜１６の一方の入力端子は信号線３２を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。ＡＮＤゲート１３，１４の他方の信号入力端子は、共に信号線５４を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。同様に、ＡＮＤゲート１５，１６の他方の信号入力端子は、信号線５４′を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。また、信号線３２は２入力ＡＮＤゲート６４の１入力端子とインバータ２６の入力端子に接続されている。２６，２７，２８は３つで１種のディレー要素として構成されたインバータで、インバータ２６の信号出力端子がインバータ２７の信号入力端子に接続され、インバータ２７の信号出力端子がインバータ２８の信号入力端子に接続されている。コンパレータ１７の信号出力端子は、信号線４１を通してカウント手段１９の信号入力端子に接続されている。
【００１１】
制御手段２０とカウント手段１９は、双方向信号線４４で接続されている。また、カウント手段１９は信号線４３を通して演算手段１８に演算情報を出力する。また、演算手段１８は信号線４２を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。また、信号線６２は２入力ＡＮＤゲート６４の一方の信号入力端子に接続されており、ＡＮＤゲート６４の出力端子はアナログスイッチ３のコントロール端子に接続されている。
【００１２】
次に、図２０のフローチャートにより動作について説明する。
【００１３】
非湿度測定時には、制御手段２０は信号線５４，５４′に逆相のデューティー５０％の方形波を出力すると同時に、信号線３２に“Ｈ”の信号を出力してＡＮＤゲート１３〜１６をアクティブにし、また信号線６２に“Ｈ”の信号を出力してアナログスイッチ３をオンとし、信号線３１の電位をＧＮＤ電位に固定する。また信号線６０を“Ｌ”とする。この状態は、信号線５４に“Ｈ”、信号線５４′に“Ｌ”が出力されている時はアナログスイッチ６，１１がオンとなり、アナログスイッチ８，９がオフとなる。同様に信号線５４に“Ｌ”、信号線５４′に“Ｈ”が出力されている時はアナログスイッチ６，１１がオフとなり、アナログスイッチ８，９がオンとなる。そして、信号線３３も“Ｌ”となるため、アナログスイッチ７，１０がオフとなっている。この状態で湿度センサ２３には、図８に示す電源２１の電圧の倍の振幅を有したデューティー５０％、所定周波数のパルス（方形波）が印加される（Ｓ７０１）。
【００１４】
次に湿度を測定する測定手順について説明する。
【００１５】
制御手段２０は非湿度測定状態の時、Ｄ／Ａ変換器５５のデジタル入力端子に標準比較基準デジタルデータを設定しておく。同時に信号線３７に信号を出力し、アナログスイッチ１をオン状態とし、アナログスイッチ２，７をオフ状態とし、中湿度域を測定するのに最適な容量Ｃ２のコンデンサ６８を信号線３１に接続して容量Ｃ２を設定しておく（Ｓ７０２）。
【００１６】
この時、コンデンサ６８の容量Ｃ２は予めその目的にあった値、例えば６８００ＰＦ程度としておく。またコンデンサ１２の容量Ｃ１は高湿度域測定に適した値、例えば、０．６８μＦ程度、コンデンサ６９の容量Ｃ３は低湿度域測定に適した値、例えば３３ＰＦとしておく。また、抵抗２９，３０，７２の値は、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３との時定数を合せるためにそれぞれ±１％以下の精度で１ＫΩ，１００ＫΩ，１０ＭΩとしておく。
【００１７】
制御手段２０は、まずこの状態で信号線３２，６０，６２に“Ｈ”の信号を送出し、またアナログスイッチ５をオンとする。その後、信号線６２に“Ｌ”を送出し、抵抗３０と容量Ｃ２を直列に接続する。これによって、基準電源２２が抵抗３０を通じて容量Ｃ２の充電を開始する。その際、制御手段２０は信号線３２に“Ｌ”を出力する直前に信号線４４に“Ｈ”を出力し、予めカウント手段１９をリセットしておくことはもちろんのことである。
【００１８】
そして、信号線６２が“Ｌ”になった瞬間にカウント手段１９は信号線３２の“Ｌ”レベルを検出し、カウントを開始する（カウント手段１９はタイムベースも当然含まれている）。信号線３１の電位がＤ／Ａ変換器５５の比較基準デジタルデータによるアナログ出力値に相当する比較基準電位に達すると、コンパレータ１７の出力が“Ｌ”から“Ｈ”に反転し、カウント手段１９はその反転タイミングを検出するとカウントを停止し、そのカウント値を信号線４３に出力する。演算手段１８は、使用している充電用コンデンサの容量、抵抗の値より求まる充電時間の理論値に対して、Ｄ／Ａ変換器５５がコンパレータ１７のマイナス入力端子に与えている基準電位の補正を実行した後、制御手段２０に信号を出力し、Ｄ／Ａ変換器５５の出力データを変更する（Ｓ７０３）。
【００１９】
その後、信号線６２を“Ｌ”から“Ｈ”とし、信号線３２の信号レベルを“Ｌ”とし、その結果ＡＮＤゲート１３〜１６は全てオフ状態となり、その出力が“Ｌ”となる。そして、２０６，２０８，２０９，２１１のアナログスイッチ６，８，９，１１は全てオフ状態となる。同時にアナログスイッチ３がオフとなり、信号線３１はフローティング状態になる。
【００２０】
そして、次のタイミングでインバータ２６〜２８を経て信号線３３が“Ｈ”となり、アナログスイッチ７，１０がオンとなり、基準電源２２が湿度センサ２３を通じて容量Ｃ２の充電を開始する。
【００２１】
また、制御手段２０は信号線３２に“Ｌ”を出力する直前に信号線４４に“Ｈ”を出力し、予めカウント手段１９をリセットしておくのは上記と同様である。
【００２２】
そして、信号線３２が“Ｌ”になった瞬間にカウント手段１９は信号線３２の“Ｌ”レベルを検出してカウントを開始する（Ｓ７０４）。信号線３１の電位がＤ／Ａ変換器５５の比較基準デジタルデータによるアナログ出力値に相当する比較基準電位に達すると（Ｓ７０５）、コンパレータ１７の出力が“Ｌ”から“Ｈ”に反転し、カウント手段１９はその反転タイミングを検出するとカウントを停止し（Ｓ７０６）、そのカウント値を信号線４３に出力する。演算手段１８は、使用している充電用コンデンサの容量、コンパレータ１７の比較基準電位、予め測定した測定環境温度を信号線４３を通じて制御手段２０より読み込み、信号線４３のデータを以下の条件を持って演算するか、あるいはチャートによる比較反転等の手段により相対湿度、絶対温度を求めるように動作する。そして、上記の環境測定を所定の回数繰返し行い、相対湿度、絶対温度の平均値を求めるように動作する。
【００２３】
なお、カウント手段１９でのカウント値がある一定のレベルに達せぬ時には、制御手段２０は信号線４４でその情報を受取り、一旦非湿度測定時の動作に戻り、所定の緩和時間を待って再度湿度測定を実施する。
【００２４】
その際、アナログスイッチ２をオンし、容量Ｃ１が信号線３１に接続するようにして上記の湿度測定を繰返す（Ｓ７０７，Ｓ７１２，Ｓ７１３）。
【００２５】
また、カウント手段１９でのカウント値がある一定のレベル以上の時には、制御手段２０は信号線４４でその情報を受取り、一旦非湿度測定時の動作に戻り、所定の緩和時間を待って再度湿度測定を実施する。
【００２６】
その際は、アナログスイッチ７０をオンし、容量Ｃ３が信号線３１に接続するようにして上記の湿度測定を繰返す。この時、上記の容量を変更して再測定する前に、コンパレータ１７のマイナス入力端子に基準電位を与えているＤ／Ａ変換器５５のデータを上述の補正方法で補正完了としておく（Ｓ７０８，Ｓ７１４，Ｓ７１５）。
【００２７】
なお、湿度センサ２３の抵抗値は、
Ｒ＝ｔ／（Ｃ×１ｎ（１／（１−Ｖｒｅｆ／Ｖａ）））
Ｒ ：湿度センサ２３の抵抗値
Ｃ ：コンデンサ１２，６８，６９の容量
Ｖｒｅｆ：Ｄ／Ａ変換器５５の設定基準電圧
Ｖａ ：基準電源２２の基準電圧
ｔ ：Ｃへの０ＶからＶｒｅｆまでの充電時間
となる。演算手段１８は、このＲの抵抗値におけるｔ値と相対湿度の変換マップを持ち、比較手段により求める（Ｓ７０９〜ＳＳ７１１）。
【００２８】
また、図２１は他の従来例の回路構成を示したものである。この回路は、前述の図１９の回路において抵抗２９，３０，７２とこれに接続されたアナログスイッチ４，５，７１を略したものであるが、このような回路においても同様に環境湿度を測定することができる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の環境測定装置にあっては、装置内に具備している浮遊容量、特に湿度センサに接続されている配線容量の影響により、低湿度域（湿度センサの抵抗値が数百ＭΩとなる環境範囲）では出力のダイナミックレンジが取れず、結果として測定可能範囲を広げることが困難であるという問題点があった。
【００３０】
また、アナログスイッチの入力端子に約１０ＰＦの浮遊容量が無条件に付いているので、湿度センサの抵抗値が数ＧΩになる環境条件においてアナログスイッチが１０個以上容量に接続されると、容量値が大きくなることによって同様に測定範囲が狭まるという問題点も存在していた。
【００３１】
さらに従来では、湿度センサが過度に直流電圧を印加すると性能が劣化するということから、１回測定終了ごとに湿度センサの劣下を緩和させる非測定時間を一定時間設定して再度湿度測定を実施することもあるが、前回測定時間が湿度センサが高抵抗化して例えば１００ｍｓ以上の時間であったとすると、該緩和時間は１０秒以上設定しないと湿度センサは初期の性能に復帰しないということが本発明者の実験によってわかり、環境測定回数を重ねるごとに湿度センサが劣化し、装置自体の長期に渡る性能の維持が困難であるという問題点があった。
【００３２】
また、湿度センサが低抵抗化する環境条件（高湿度域）においては、比較器のプラス信号入力端子の電位が測定開始後すぐに充電容量に接続されるアナログスイッチのオン抵抗と湿度センサの抵抗との抵抗分割により若干上がるので、カウント手段で計測した容量の充電時間が理論値より短いものとなってしまい、結果として装置の出力が実際の相対湿度よりも高い相対湿度に対応したものとなり、高精度が得られないという問題点があった。
【００３３】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、環境の測定可能範囲が広く、またコストダウンが可能で、高性能，高精度が得られる環境測定装置を提供することを目的としている。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
本発明の環境測定装置は、次のように構成したものである。
【００４３】
（１）環境によって抵抗値が変化する検知素子と、前記検知素子と直列に接続されるコンデンサと、前記コンデンサを前記検知素子を通して計測開始時点から、基準電源で設定されたしきい値電圧に達するまでの充電時間を測定し、その測定結果から該検知素子の抵抗値に応じた環境状態の検知信号を得る検知手段とを備え、環境状態の測定範囲を少なくとも３分割し、各範囲に対してそれぞれ前記検知素子と直列に接続されるコンデンサを有し、前記コンデンサとの時定数を合わせるための基準抵抗を設け、且つ前記基準電源でしきい値電圧を変更することでその基準抵抗のうち少なくとも二つの基準抵抗を共用としたことを特徴とする環境測定装置。
【００５６】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例の環境測定装置の回路構成図である。電源回路１０１は本環境測定装置の各部に＋９Ｖまたは−９Ｖの電源を供給する。センサユニット１０２は温度の変化によって抵抗値が変化する素子であるサーミスタ１０３と湿度の変化に応じて抵抗値が変化する素子である湿度センサ１０４を含む。サーミスタ１０３には抵抗１１８を介して＋９Ｖが印加され、このサーミスタ１０３と抵抗１１８の間のＢ点の電圧がオペアンプ１０５により増幅されて、Ａ／Ｄコンバータを内蔵したＣＰＵ１２０に入力される。そして、ＣＰＵ１２０はオペアンプ１０５からの信号に基づいてサーミスタ１０３の抵抗値を測定し、サーミスタ１０３の周囲の温度を検出する。
【００５７】
湿度センサ１０４には抵抗１１６または抵抗１１７及びコンデンサ１１４を介して、発振回路１１０または発振回路１１１から３Ｖの電圧が印加される。スイッチ１１２は発振回路１１０，１１１のいずれか一方を選択し、また抵抗１１６，１１７のいずれか一方を選択する。またこのスイッチ１１２はＣＰＵ１２０によって制御される。発振回路１１０は図２の（ａ）に示すような振幅０〜３Ｖ、周波数１ＫＨｚの矩形波の電圧を印加し、発振回路１１１は図２の（ｄ）に示すような振幅０〜３Ｖ、周波数１００Ｈｚの矩形波の電圧を印加する。この矩形波を湿度センサ１０４に印加する理由は、湿度センサ１０４に長時間直流電圧を印加すると湿度センサ１０４が壊れてしまうためである。抵抗１１６は数百ＫΩであり、抵抗１１７は数十ＭΩである。
【００５８】
湿度センサ１０４と抵抗１１６または１１７との間のＡ点の電圧はコンデンサ１１５を介してオペアンプ１０６に入力される。コンデンサ１１５とオペアンプ１０６の間の電圧波形は、図３の（ａ）に示すように０Ｖを中心とする矩形波になる。この波形はオペアンプ１０６で増幅されて、図３の（ｂ）のようになる。そしてこの波形は検波回路１０７により整流されて、図３の（ｃ）のようになる。この整流された波形は積分回路１０８に入力され、この積分回路１０８から図３の（ｄ）に示すような積分値を示す信号が出力される。この信号はオペアンプ１０９により増幅されてＣＰＵ１２０に入力される。ＣＰＵ１２０はオペアンプ１０９からの信号に基づいて湿度センサ１０４の抵抗値を測定し、湿度センサ１０４の周囲の湿度を検知する。そしてＣＰＵ１２０は、検出した温度，湿度に基づいて不図示の画像形成装置の各部を制御する。
【００５９】
図４はＣＰＵ１２０の湿度測定に関する制御フローチャートである。まず、スイッチ１１２を発振回路１１０，抵抗１１６側へ切り換え（ステップＳ１）、オペアンプ１０９からの信号に基づいて湿度を測定する（ステップＳ２）。そして、湿度センサ１０４の抵抗値が数ＫΩ〜数ＭΩ（中高湿度域）であるか、数十ＭΩ〜数百ＭΩ（低湿度域）であるか判定する。このとき、ステップＳ２でＡ点の電圧が非常に高い場合は低湿度域である（ステップＳ３）。
【００６０】
ステップＳ３で中高湿度域と判定した場合は、ステップＳ２で測定した測定結果に基づいて画像形成装置の各部を制御する（ステップＳ４）。ステップＳ２で低湿度域と判定した場合は、スイッチ１１２を発振回路１１１，抵抗１１７側へ切り換え（ステップＳ５）、オペアンプ１０９からの信号に基づいて湿度を測定する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ４に進み、ステップＳ６で測定した測定結果に基づいて画像形成装置の各部を制御する。
【００６１】
上述したように、低湿度域では、中高湿度域のときの発振回路１１０の周波数よりも低い周波数の発振回路１１１を選択し、中高湿度域のときの抵抗１１６よりも高い抵抗値の抵抗１１７を選択している。発振回路をこのように選択する理由は、次の通りである。すなわち、中高湿度域ではＡ点の電圧波形が図２の（ｂ）のようになるのに対し、低湿度域では湿度センサ１０４の抵抗値が数十ＭΩ〜数百ＭΩになり、回路基板上の配線容量などの浮遊容量の影響を受けやすくなって、Ａ点の電圧波形が図２の（ｃ）のようになってしまう。図２の（ｂ）と（ｃ）を比較してわかるように、図２の（ｃ）ではＡ点の電圧が本来の分圧された電圧に達する前に発振回路からの印加電圧が０Ｖになってしまうため、このような電圧を積分回路で積分しても正確な測定ができない。そこで発振回路から図２の（ｄ）のような波形の電圧を印加することにより、Ａ点の電圧波形が図２の（ｅ）に示すように本来の分圧された電圧に達するので、正確な測定ができる。抵抗を上述のように選択する理由は、湿度センサ１０４の抵抗値が数ＫΩ〜数ＭΩ（中高湿度域）のときには数百ＫΩの抵抗との間の分圧電圧を測定し、数十ＭΩ〜数百ＭΩのときには数十ＭΩの抵抗との間の分圧電圧を測定することにより、湿度センサ１０４の抵抗特性に応じた正確な測定を行うためである。
【００６２】
図５は本発明の第２実施例を示す回路構成図であり、図１９と同一符号は同一構成部分を示している。同図において、１〜１１及び６１は各回路の径路を切り換えるアナログスイッチで、非測定時には湿度に応じて抵抗値が変化する湿度センサ２３（図１の湿度センサ１０４に相当）の両端を他の回路から切り離し、基準電源２１からの基準直流電圧を一定時間毎に反転した矩形波の信号を印加したり、その状態で比較用の基準抵抗３０，７２を通してコンデンサ１２，６８，６９を充電させるように回路を切り換えたり、そのコンデンサ１２，６８，６９に蓄積された電荷を放電させたりする。また測定時には、湿度センサ２３の一端を異なる基準直流電圧を発生する基準電源２２に接続するとともに、他端を容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３のコンデンサ１２，６８，６９に接続し、スイッチ７がオフの時は基準抵抗３０，７２をコンデンサ１２，６８，６９に接続する。
【００６３】
１３〜１６は２入力のＡＮＤゲートで、アナログスイッチ６，８，９，１１の切換タイミング制御のため用いられている。２１，２２は上述の基準電源であり、固定電圧となっている。５５は湿度センサ２３の抵抗測定時に用いるコンパレータ１７の比較基準電圧（しきい値電圧）を与えるＤ／Ａ変換（デジタル−アナログ変換）器で、各手段を逐次判断する制御手段２０（図１の検知手段１１３に相当）から信号線４５に制御信号が送られると、出力デジタルデータが切換わる。
【００６４】
１９はコンデンサ１２，６８，６９の充電時間を計測するカウント手段で、このカウント手段１９の計測結果から湿度センサ２３の周囲の湿度を演算手段１８で演算できるようになっている。２６，２７，２８はインバータ回路で、その入力信号を反転して出力する素子から構成されている。そして、以上の構成要素は、ここでは次のように接続されている。
【００６５】
すなわち、片端子が接地されたコンデンサ１２，６８，６９の他端は、それぞれアナログスイッチ１，２，７０の一端に接続され、このアナログスイッチ１，２，７０の他端が信号線３１に接続され、更にこの信号線３１を通してコンパレータ１７の＋信号入力端子、他端が接地されたアナログスイッチ３の信号入力端子、及びアナログスイッチ７の一方の信号入力端子に接続されている。
【００６６】
また、アナログスイッチ５，７１の一方の信号入力端子は、それぞれ他端が接地されている基準抵抗３０，７２の一端に接続されている。また、アナログスイッチ６１の制御端子は、信号線６０を通じて制御手段２０に接続されている。
【００６７】
上記Ｄ／Ａ変換器５５のアナログ信号出力端子は、信号線４０を通してコンパレータ１７の−信号入力端子に接続されている。また、一方の信号入力端子が接地されているアナログスイッチ８の他方の信号入力端子は、それぞれアナログスイッチ６，７の一方の信号入力端子と湿度センサ２３の一端子に接続され、同様に一方の信号入力端子が接地されているアナログスイッチ１１の他方の信号入力端子は、それぞれアナログスイッチ９，１０の一方の信号入力端子と湿度センサ２３の他の一端子に接続されている。そして、アナログスイッチ６，９の他方の信号入力端子は、共に信号線４８を通してマイナス端子が接地されている基準電源２１の＋端子に接続され、アナログスイッチ１０の他方の信号入力端子は、信号線４６を通してマイナス端子が接地されている基準電源２２の＋端子に接続されている。
【００６８】
アナログスイッチ１の制御端子は、信号線３７を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。また、信号線３４がアナログスイッチ５，７１の制御端子に接続されている。アナログスイッチ７，１０の制御端子は、共に信号線３３を通してインバータ２８の出力端子に接続されている。また、アナログスイッチ６，８，９，１１の制御端子は、それぞれ２入力のＡＮＤゲート１３〜１６の出力端子に接続されている。同様に、ＡＮＤゲート１５，１６の他方の信号入力端子は信号線５４′を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。
【００６９】
また信号線３２は２入力ＡＮＤゲート６４の一方の入力端子とインバータ２６の入力端子に接続されている。インバータ２６，２７，２８は三つで一種のディレー要素として構成されたインバータで、インバータ２６の信号出力端子がインバータ２７の信号入力端子に接続され、インバータ２７の信号出力端子がインバータ２８の信号入力端子に接続されている。またコンパレータ１７の信号出力端子は、信号線４１を通してカウント手段１９の信号入力端子に接続されている。
【００７０】
上記カウント手段１９及び制御手段２０は、双方向信号線４４で接続されており、カウント手段１９は信号線４３を通して演算手段１８に演算情報を出力するようになっている。また演算手段１８は、信号線４２を通して制御手段２０の制御信号出力端子に接続されている。また、カウント手段１９の制御信号出力端子は信号線３２に接続され、２入力ＡＮＤゲート６４の一方の信号入力端子は信号線６２に接続されている。そして、ＡＮＤゲート６４の出力端子がアナログスイッチ３のコントロール端子に接続されている。
【００７１】
また、アナログスイッチ５，７１と基準抵抗３０，７２はそれぞれ信号線３９，７３により接続され、アナログスイッチ６，９は共に基準電源２１と信号線４８により接続されている。また、アナログスイッチ６，７，８と湿度センサ２３の一端は共に信号線４９で接続され、アナログスイッチ９，１０，１１と湿度センサ２３の他端は共に信号線４７で接続されている。更に、ＡＮＤゲート１３〜１６の出力端子は、それぞれ信号線５０〜５３により、アナログスイッチ６，１１，９，８と接続されている。
【００７２】
なお、上記コンパレータ１７は、充電用のコンデンサ１２，６８，６９の端子電圧を設定により変更可能な基準電源（Ｄ／Ａ変換器５５）で設定されたしきい値電圧と比較し、カウント手段１９は、コンデンサ１２，６８，６９の端子電圧が計測開始時点から設定されたしきい値電圧に達するまでの充電時間、つまり計測開始時点からコンパレータ１７の出力信号が変化するまでの時間を測定する。そして、その測定結果から湿度センサ２３の周囲の湿度を演算手段１８で求めるようになっている。
【００７３】
図６は上記第２実施例の測定動作を示すフローチャートであり、各ステップＳ１０１〜Ｓ１１５の処理内容は図２０のステップＳ７０１〜Ｓ７１５の処理内容と同様である。したがって、ここでは本実施例の特徴となる部分について述べる。
【００７４】
従来では、容量Ｃ２は中湿度域測定に適した値６８００ＰＦ程度、容量Ｃ１は高湿度域測定に適した値０．６８μＦ程度、容量Ｃ３は低湿度域測定に適した値３３ＰＦとし、また、抵抗２９，３０，７２の値はＣ１，Ｃ２，Ｃ３との時定数を合せるためにそれぞれ±１％以下の精度で１ＫΩ，１００ＫΩ，１０ＭΩとしていた。この条件である所定の電圧レベル（例えば０．２Ｖ）がコンパレータ１７のマイナス端子に与えられて、所定の基準電源２２の電圧（例えば１Ｖ）が各抵抗に与えられている場合、各容量が充電される時間が１００μＳとなるように設定されている。そして、湿度センサ２３で各容量を充電する前に充電を実施し、上記１００μＳを基準としてそのずれ分を補正するためにＤ／Ａ変換器５５のデジタルデータを変更させていた。
【００７５】
しかし本実施例においては、３種類の基準抵抗のうち一つの基準抵抗を削除し（例えば１ＫΩ、もしくは１００ＫΩ）、その対となる補正対象容量は２オーダー上の基準抵抗を以て充電時間１０ｍＳを基準として、Ｄ／Ａ変換器５５のデジタルデータを変更するようにしている。
【００７６】
すなわち、環境状態として湿度の測定範囲を少なくとも３分割し、各範囲に対してそれぞれコンデンサの容量補正を行うための基準抵抗を設け、且つそのうち少なくとも二つの基準抵抗を共用としている。したがって、それに伴うアナログスイッチも減らすことができ、コストダウンが可能となる。
【００７７】
図７は本発明の第３実施例の回路構成図である。本実施例は、湿度センサ２３が高抵抗となる環境状態を測定するための容量（Ｃ３）は該装置に具備された容量（浮遊容量）としたものである。
【００７８】
また、図８は図７の湿度センサ２３に印加されるパルス波形図、図９は本実施例の測定動作を示すフローチャートである。
【００７９】
図９のフローチャートにおいて、ステップＳ２０１〜Ｓ２０９は図６のステップＳ１０１〜Ｓ１０９の処理に対応し、ステップＳ２１０，Ｓ２１１及びステップＳ２１２，Ｓ２１３は同ステップＳ１１２，Ｓ１１３及びステップＳ１１４，Ｓ１１５に対応しているので、説明は省略する。
【００８０】
従来では、アナログスイッチと装置の基板との間に約１０ＰＦの容量が無条件に付いているので、湿度センサ２３の抵抗値が数ＧΩになる環境条件においてアナログスイッチが１０個以上容量に接続されると、容量値が大きくなることによって測定範囲が狭まるといった問題点が存在していたが、本実施例のようにアナログスイッチと装置の基板との間の容量のみを用いて、湿度センサ２３の抵抗値が数ＧΩになる環境条件において充放電を行うことによって、環境状態の測定可能範囲が広がり、コストダウンが計れる。
【００８１】
図１０は本発明の第４実施例の回路構成図である。本実施例は、上述の第３実施例で低湿度域においてより高精度測定を行おうとするものであり、湿度センサ２３が高抵抗となる環境条件を測定するための容量（Ｃ３）は常に湿度センサ２３に接続されているようにしたものである。
【００８２】
図７の実施例において低湿度域を測定するための装置内に具備するアナログスイッチと基板との間に存在する容量（Ｃ３）は、測定条件によって変化する場合がある。そこで、その容量の変動による誤差を減少するために、本実施例では信号線３１に容量（Ｃ３）が接続され、またアナログスイッチを介して湿度センサ２３と直列に接続するのではなく、直接湿度センサ２３に直列に接続するようにしている。なお、容量（Ｃ３）は例えば１００ＰＦ程度としておく。
【００８３】
このように、アナログスイッチによって切換えていた容量を湿度センサ２３と直接直列に接続したり、装置内の比較器（コンパレータ１７）の入力端子の近傍に接続することにより、アナログスイッチの容量変動の影響を軽減させ、且つコストダウンを計ることができる。
【００８４】
図１１は本発明の第５実施例を示す回路構成図である。本実施例は、コンデンサ１２，６８，６９の充電時間に応じて次回測定までの繰返し測定のインターバル時間を可変させるようにしたものであり、具体的にはダウンカウンタ８０を設けて制御を行っている。
【００８５】
上記ダウンカウンタ８０は、信号線８１を通して制御手段２０の湿度センサ緩和時間設定データ出力ポート、信号線８２を通して緩和時間カウント開始信号出力端子、信号線８３を通して湿度センサ緩和時間終了検出端子にそれぞれ接続されている。
【００８６】
図１２は本第５実施例の測定動作を示すフローチャートである。このフローチャートのステップＳ３０１〜Ｓ３１５の処理は図６のステップＳ１０１〜Ｓ１１１と同じであるので省略するが、カウント手段１９のカウント値がある一定のレベル（例えば１００μＳ）に達せぬ時、またはある範囲内（例えば１００μＳ〜１０ｍＳ）の時には、制御手段２０は信号線４４でその情報を受取り、一旦非湿度測定時の動作に戻り、所定の緩和時間（例えば２Ｓ）をカウントする設定データをダウンカウンタ８０に信号線８１を通して出力し（Ｓ３１２）、信号線８２を通してカウントダウンをスタートさせる。その後、設定緩和時間が終了すると（Ｓ３１３）、信号線８３を通して制御手段２０が湿度センサ緩和時間終了を検知し、その後容量Ｃ１を選択してＤ／Ａデータを補正し（Ｓ３１４）、再度湿度測定を実施する。
【００８７】
その際、カウント手段１９のカウント値がある一定のレベル（例えば１００μＳ）に達せぬ時は、アナログスイッチ２をオンして容量Ｃ１を信号線３１に接続し、ある範囲内（例えば１００μＳ〜１０ｍＳ）の時には、アナログスイッチ１をオンして容量Ｃ２を信号線３１に接続するようにして、上記の湿度測定を繰返す。
【００８８】
また、カウント手段１９のカウント値がある一定のレベル以上（例えば１０ｍＳ）の時には、本実施例の特徴となるところであるが、制御手段２０は信号線４４でその情報を受取り、一旦非湿度測定時の動作に戻り、所定の緩和時間（例えば１０Ｓ）をカウントする設定データをダウンカウンタ８０に信号線８１を通して出力し（Ｓ３１５）、信号線８２を通してカウントダウンをスタートさせる。その後、設定緩和時間が終了すると（Ｓ３１６）、信号線８３を通して制御手段２０が湿度センサ緩和時間終了を検知し、その後容量Ｃ３を選択してＤ／Ａデータを補正し（Ｓ３１７）、再度湿度測定を実施する。
【００８９】
その際、アナログスイッチ７０をオンして容量Ｃ３を信号線３１に接続し、上記の湿度測定を繰返す。この時、上記の要領を変更して再測定する前にコンパレータ１７のマイナス入力端子に基準電位を与えているＤ／Ａ変換器のデータを前述の補正方法で補正しておく（Ｓ３１８，Ｓ３１９）。
【００９０】
ここで、上述の実施例において、各環境測定間の湿度センサ緩和時間をカウント手段１９のデータに合せて１次的に可変とさせることができる。
【００９１】
Ｔ＝αＴｘ＋β
（Ｔ：湿度センサ緩和時間設定データ、Ｔｘ：カウント手段１９のデータ、α，β：定数）
つまり、前回環境測定時のカウント手段１９のデータが小さい時には湿度センサ緩和時間を短く、カウント手段１９のデータが大きい時には湿度センサ緩和時間を長くすることによって、環境測定時間自体の短縮が可能となり、同時に環境測定回数を重ねても湿度センサは劣化することなく、装置自体の長期に渡る性能の維持を可能にすることができる。
【００９２】
従来では、湿度センサ２３が過度に直流電圧を印加すると性能が劣化するということから、１回測定終了ごとに湿度センサ２３の劣化を緩和させる非測定時間を一定時間設定して再度湿度測定を実施していたが、前回測定時間が湿度センサ２３が高抵抗化し例えば１００ｍＳ以上の時間であったとすると、該緩和時間は１０秒以上設定しないと湿度センサ２３は初期の性能に復帰しないという本発明者の実験よって、環境測定回数を重ねるごとに湿度センサ２３が劣化し、環境測定装置自体の長期に渡る性能の維持が不可能であった。しかしながら、本実施例では、１回湿度測定終了後の湿度センサ緩和時間を前回測定時間の長短によって可変設定することによって、環境測定回数を重ねても湿度センサ２３は劣化することなく、環境測定装置自体の長期に渡る性能の維持が可能となる。
【００９３】
図１３は本発明の第６実施例を示す回路構成図である。本実施例は、湿度センサ２３が低抵抗値となる環境状態（湿度）を測定する時に、コンデンサの充電時間を計測する計測手段であるカウント手段に予めオフセット計測値を与えて補正するようにしたものであり、図１４にその測定動作を示す。また図１５に図１３のコンパレータ１７の＋側入力端子の電圧波形を示す。
【００９４】
図１４のフローチャートにおいて、ステップＳ４０１〜Ｓ４１１の処理は図６のステップＳ１０１〜Ｓ１１１の処理と同様であり、ここでは本実施例の特徴となる補正動作について述べる。
【００９５】
高湿度条件（湿度センサ２３が低抵抗化する環境条件）では、アナログスイッチ２がオンとなって容量Ｃ１を湿度センサ２３で充電させる状態となっている。
【００９６】
まず、アナログスイッチ２，３をオンさせて容量Ｃ１を放電させ、コンパレータ１７の＋入力端子をＧＮＤ電位にする。そして、アナログスイッチ３をオフ、アナログスイッチ６１，４をオンにし、基準抵抗２９を介して容量Ｃ１を充電し、そこからコンパレータ１７の出力が反転するまでの時間をカウント手段１９で計測する。そして、その充電時間と理論値の時間とを比較し、Ｄ／Ａ変換器５５のデジタルデータを補正する（Ｓ４１２，Ｓ４１８）。
【００９７】
その後、アナログスイッチ４，６１をオフ、信号線３２，６２を“Ｌ”にして、湿度センサ２３を通して容量Ｃ１を充電し、その充電時間を計測する（Ｓ４１３〜Ｓ４１５）。この測定開始直前には、湿度センサ２３とアナログスイッチ２のオン抵抗の抵抗分割によってコンパレータ１７の＋入力端子の電位が図１５に示すように若干上昇する。
【００９８】
そこで、このコンパレータ１７の＋入力端子のオフセット電位を解消するために、上記手段により充電時間を計測した後、その値に応じたカウント手段１９のオフセット計測値を制御手段２０で求め、ダウンカウンタ８０に設定する（Ｓ４１６）。そして、カウント手段１９，ダウンカウンタ８０を同時にスタートさせ（Ｓ４１７）、ダウンカウンタ８０から制御手段２０にカウント終了信号が出力されると、制御手段２０はカウント手段１９にカウント停止信号を与え、これによりカウント手段１９にオフセット計測値を与えることが可能となる。
【００９９】
よって、再度湿度測定時の補正が可能となる。次に、前述の制御手段２０で求められるオフセット計測値の計算方法について述べる。
【０１００】
基準電源２１をＶｉｎ、容量Ｃ１の両端電圧をＶｃ、コンパレータ１７の＋入力端子に入力される電圧をＶｏｕｔ、湿度センサ２３の抵抗値をＲ、アナログスイッチ２のオン抵抗をＲｚ、実測充電時間をｔ’、理論充電時間をｔ、容量Ｃ１の容量値をＣとすると、
Ｖｃ ＝Ｖｉｎ＊（１−ｅ−ｔ’／（（Ｒ＋Ｒｚ）Ｃ））
Ｖｏｕｔ ＝（Ｖｉｎ−Ｖｃ ）＊Ｒｚ ／（Ｒ＋Ｒｚ ）＋Ｖｃ
Ｖｏｕｔ ＝｛Ｖｉｎ−Ｖｉｎ（１−ｅ−ｔ／（Ｒ＋Ｒｚ）Ｃ））｝＊Ｒｚ ／（Ｒ＋Ｒｚ）＋Ｖｃ
よって実測充電時間は、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ（コンパレータ１７の−入力端子電圧）とすると、次式のように求められる。
【０１０１】
ｔ’＝Ｃ（Ｒ＋Ｒｚ）＊１ｎ｛（Ｒｚ／（Ｒ＋Ｒｚ））＊（Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ−Ｖｒｅｆ））｝……▲１▼
ここで、理論充電時間ｔは
ｔ＝ＣＲ１ｎ（Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ−Ｖｒｅｆ） ……▲２▼
Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ−Ｖｒｅｆ）＝Ｙとすると
ｔ−ｔ’＝Ｃ（Ｒｉｎ（（Ｒ＋Ｒｚ）／Ｒ）−ＹＲｚ１ｎ（Ｒ／（Ｒ＋Ｒｚ））） ……▲３▼
上記▲１▼式は、高湿度条件で湿度センサ２３が４ＫΩ〜１０ＫΩの範囲では直線近似が可能であることを示している。
【０１０２】
よって、ｔ’＝ｆ（Ｒ） −−−−−＞ Ｒ＝ｇ（ｔ’）
（ｆ，ｇはある１次関数）
また、▲３▼式は、湿度センサ２３が４ＫΩ〜１０ＫΩの範囲では直線近似が可能であることを示しているので、
ｔ−ｔ’（オフセット計測値）＝ｆ（ｇ（ｔ’））
となり、オフセット計測値をｔ’の１次関数として表現できる。
【０１０３】
また、図１６は本発明の第７実施例による測定動作を示すフローチャートである。なお、この場合の回路構成は図５と同じであるので省略する。また、図１６のフローチャートにおけるステップＳ５０１〜Ｓ５１６の処理は、図１４のステップＳ４０１〜Ｓ４１６の処理と同じであり、ステップＳ５１７の処理はステップＳ４１８の処理と同じである。
【０１０４】
本実施例の特徴としては、前述のカウント手段１９に予めオフセット計測値を与える代りに、Ｄ／Ａ変換器５５のデジタルデータに予めオフセット電圧を与えて、測定開始直前に発生する湿度センサ２３とアナログスイッチ２のオン抵抗の抵抗分割によってコンパレータ１７の＋入力端子の電位が若干上昇する現象を解消しようとするものである。
【０１０５】
前述の▲１▼，▲２▼式より、
Ｖｒｅｆ ＝Ｖｉｎ（１−ｅ−ｔ／ＣＲ ） ……▲４▼
Ｖｒｅｒ’＝Ｖｉｎ（１−ｅ−ｔ／Ｃ（Ｒ＋Ｒｚ）＋Ｒｚ ／（Ｒ＋Ｒｚ）ｅ−ｔ／Ｃ（Ｒ＋Ｒｚ）） ▲５▼
また、▲４▼，▲５▼式よりＤ／Ａ変換器５５のデジタルデータに与えるオフセット電圧（Ｖｒｅｆ’−Ｖｒｅｆ）は
Ｖｒｅｆ’−Ｖｒｅｆ ≒Ｒｚ ／（Ｒ＋Ｒｚ）＊Ｖｉｎ＊ｅ−ｔ／Ｃ（Ｒ＋Ｒｚ） ……▲６▼
上記▲６▼式は湿度センサ２３が４ＫΩ〜１０ＫΩの範囲では直線近似が可能であることを示している。
【０１０６】
さらに、上述の第６実施例より、Ｒ＝ｇ（ｔ’）
Ｖｒｅｆ’−Ｖｒｅｆ （オフセット電圧）＝ｑ（ｇ（ｔ’））（ｑはある１次関数）
となり、Ｄ／Ａ変換器５５のオフセット電圧ｔ’の１次関数として表現できる。
【０１０７】
また、図１７は本発明の第８実施例による測定動作を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、各ステップＳ６０１〜Ｓ６０８の処理は図６のステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理と同じであり、また、ステップＳ６１１〜Ｓ６１３はステップＳ１０９〜Ｓ１１１、ステップＳ６１４，Ｓ６１５はステップＳ１１２，Ｓ１１３、ステップＳ６１６，Ｓ６１７はステップＳ１１４，Ｓ１１５とそれぞれ対応している。
【０１０８】
本実施例の特徴としては、前述のカウント手段１９に予めオフセット計測値を与える方法や、Ｄ／Ａ変換器５５のデジタルデータに予めオフセット電圧を与えるといった補正方法の代りに、実測充電時間にＣＰＵ等の制御手段２０において補正充電時間を演算して加え、測定開始直前に発生する湿度センサ２３とアナログスイッチ２のオン抵抗の抵抗分割によってコンパレータ１７の＋入力端子の電位が若干上昇する現象を解消しようとするものである（Ｓ６０９，Ｓ６１０）。
【０１０９】
上記補正充電時間は、前述の▲３▼式より、
Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ−Ｖｒｅｆ）＝Ｙとすると
ｔ−ｔ’＝Ｃ（Ｒ１ｎ（（Ｒ＋Ｒｚ）／Ｒ）−ＹＲｚ１ｎ（Ｒ／（Ｒ＋Ｒｚ）））
である。
【０１１０】
従来では、前述のように湿度センサ２３が低抵抗化する環境条件（高湿度域）においては、コンパレータ１７のプラス信号入力端子の電位が測定開始後すぐに充電容量に接続されるアナログスイッチのオン抵抗と湿度センサ２３との抵抗分割により若干上がるので、カウント手段１９で計測した容量の充電時間が理論値より短いものとなってしまい、結果として検知出力が実際の相対湿度よりも高い相対湿度に対応したものとなり、装置自身の精度の面で問題点が存在していた。
【０１１１】
しかし、上述の実施例では、湿度センサ２３が低抵抗化する条件（高湿度域）においては、初回に計測した時間に補正を施すため次回測定する前にダウンカウンタ等の別のカウント手段に該初回計測時間に応じた値を設定し、二つのカウント手段を同時にスタートさせることによって、ダウンカウンタに設定したオフセット計測時間を与えている。また、装置のコストダウンを計る目的として、カウント手段にオフセット計測時間を与える代りにコンパレータのマイナス信号入力端子に与えられる基準電圧に初回計測時間に応じたオフセット電圧を与えている。さらに、環境測定時間の短縮を計る目的として、初回計測時間に対して中央演算処理装置等の制御手段で所定の演算によって求められる補正時間を与えることによって、コンパレータのプラス信号入力端子電位のオフセットを解消することが可能となる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、環境の測定可能範囲が広くなり、コストダウンが可能で、高性能，高精度が得られるという効果がある。
【０１１３】
また、浮遊容量の影響を軽減させることができ、長期にわたる性能の維持が可能となり、オフセットも解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の回路構成図
【図２】図１の回路の各部の波形を示す図
【図３】図１の回路の各部の波形を示す図
【図４】図１のＣＰＵ１２０の制御フローチャート
【図５】本発明の第２実施例の回路構成図
【図６】第２実施例の測定動作を示すフローチャート
【図７】本発明の第３実施例の回路構成図
【図８】図７の湿度センサに印加されるパルス波形図
【図９】第３実施例の測定動作を示すフローチャート
【図１０】本発明の第４実施例の回路構成図
【図１１】本発明の第５実施例の回路構成図
【図１２】第５実施例の測定動作を示すフローチャート
【図１３】本発明の第６実施例の回路構成図
【図１４】第６実施例の測定動作を示すフローチャート
【図１５】図１３のコンパレータの＋側入力端子の電圧波形図
【図１６】第７実施例の測定動作を示すフローチャート
【図１７】第８実施例の測定動作を示すフローチャート
【図１８】従来例の回路構成図
【図１９】他の従来例の回路構成図
【図２０】図１９の回路の動作を示すフローチャート
【図２１】他の従来例の回路構成図
【符号の説明】
１２，６８，３９ コンデンサ
１７ コンパレータ
１８ 演算手段
１９ カウント手段
２０ 制御手段
２１，２２ 基準電源
２３ 湿度センサ（検知素子）
２９，３０，７２ 基準抵抗
８０ ダウンカウンタ
１０３ サーミスタ（検知素子）
１０４ 湿度センサ（検知素子）
１１０，１１１ 発振回路
１１２ 切換スイッチ（切換手段）
１１３ 検知手段
１１４，１１５ コンデンサ
１１６，１１７ 抵抗
Claims (1)
- 環境によって抵抗値が変化する検知素子と、
前記検知素子と直列に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサを前記検知素子を通して計測開始時点から、基準電源で設定されたしきい値電圧に達するまでの充電時間を測定し、その測定結果から該検知素子の抵抗値に応じた環境状態の検知信号を得る検知手段とを備え、
環境状態の測定範囲を少なくとも３分割し、各範囲に対してそれぞれ前記検知素子と直列に接続されるコンデンサを有し、前記コンデンサとの時定数を合わせるための基準抵抗を設け、
且つ前記基準電源でしきい値電圧を変更することでその基準抵抗のうち少なくとも二つの基準抵抗を共用としたことを特徴とする環境測定装置。
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