JP6237072B2 - 周波数算出装置、画像形成装置及び周波数算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、周波数算出装置、画像形成装置及び周波数算出方法に関し、特に、所定期間における発振信号の周波数の求め方に関する。

平面上に形成されたコイルを用いたＬＣ発振回路から出力される信号の周波数に基づき、コイルが形成された平面に対向する空間の透磁率を検知するセンサが用いられることが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、透磁率センサを用いて、電子写真方式による画像形成装置において静電潜像を現像する現像装置内部のトナー濃度を検知する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献１に示すようなＬＣ発振回路を用いる場合、透磁率センサの出力は、検知対象の空間における透磁率に応じた周波数の発振信号となる。従って、そのようなセンサ出力に基づいて検知対象の空間における透磁率の認識はセンサ出力である発振信号の周波数に基づいて行う必要があり、センサ出力である発振信号を所定期間カウントする必要がある。

従って、上述したような画像形成装置の現像装置におけるトナー濃度の検知をＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算装置によって行う場合、センサ出力をカウントするカウンタのカウント値を、所定間隔で出力される割込み信号に応じて読み出し、そのようにして読み出された値に基づいてトナー濃度を算出することとなる。

しかしながら、ＣＰＵ等の演算装置が、割込み信号に応じてカウンタにアクセスする際に他の処理を実行中である場合、割込み信号からカウンタ値の読み出しまでにタイムラグが生じることとなる。その結果、タイムラグの間にセンサ出力の信号が余計にカウントされてしまい、正確な周波数を算出することが出来なくなってしまう。

例えば、割込み信号に基づくカウント値の読出し処理の優先度を最上位に設定することにより、このような課題は解決できる可能性があるが、その場合、他の装置制御に関する処理が後回しになるため、装置の動作が不安定になる可能性がある。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、所定期間における発振信号の周波数を正確に求めることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、発振信号の周波数を算出する周波数算出装置であって、前記発振信号の信号数をカウントする対象信号カウンタと、基準クロックのクロック数をカウントする基準クロックカウンタと、前記発振信号の周波数を算出する所定の間隔毎に発生する割込み信号に応じて、前記発振信号の信号数のカウント値及び前記基準クロックのクロック数のカウント値を遅れて取得できるカウント値取得部と、前記基準クロックのカウント値の取得タイミングに基づいて前記発振信号の周波数を算出する間隔を認識し、前記発振信号の信号数のカウント値を用いて、認識した前記間隔における前記発振信号の周波数を算出する周波数算出部とを含むことを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、感光体上に形成された静電潜像を現像することにより画像を形成する画像形成装置であって、前記静電潜像を現像するための顕色剤を収容する顕色剤収容部と、前記顕色剤収容部における顕色剤の濃度を検知する顕色剤濃度検知部とを含み、前記顕色剤濃度検知部は、前記顕色剤収容部における顕色剤の濃度に応じた周波数の発振信号を出力するセンサと、前記発振信号の信号数をカウントする対象信号カウンタと、基準クロックのクロック数をカウントする基準クロックカウンタと、前記発振信号の周波数を算出する所定の間隔毎に発生する割込み信号に応じて、前記発振信号の信号数のカウント値及び前記基準クロックのクロック数のカウント値を遅れて取得できるカウント値取得部と、前記基準クロックのカウント値の取得タイミングに基づいて前記発振信号の周波数を算出する間隔を認識し、前記発振信号の信号数のカウント値を用いて前記発振信号の周波数を算出する周波数算出部とを含むことを特徴とする。

また、本発明の更に他の態様は、発振信号の周波数を算出する周波数算出方法であって、前記発振信号の周波数を算出する所定の間隔毎に割込み信号を生成し、前記発振信号の信号数のカウント値及び基準クロックのクロック数のカウント値を、前記割込み信号に応じて遅れて取得でき、前記基準クロックのカウント値の取得タイミングに基づいて前記発振信号の周波数を算出する間隔を認識し、前記発振信号の信号数のカウント値を用いて、認識した前記間隔における前記発振信号の周波数を算出することを特徴とする。

本発明によれば、所定期間における発振信号の周波数を正確に求めることが可能となる。

本発明の実施形態に係る透磁率センサを含む装置の機能構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る透磁率センサの出力信号を処理するインタフェースの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る透磁率センサの回路構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る透磁率センサの出力信号のカウント態様を示す図である。 本発明の実施形態に係る透磁率センサの出力信号のカウント態様を示す図である。 本発明の実施形態に係るＣＰＵによる処理とカウント値のリードタイミングとの関係を示す図である。 本発明の実施形態に係るカウント値の増加とリードタイミングとの関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る周波数算出動作を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る透磁率センサの出力信号を処理するインタフェースの構成を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る透磁率センサの出力信号を処理するインタフェースの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る透磁率センサが搭載される現像器を含む画像形成装置の機械的構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る透磁率センサが搭載される現像器を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る透磁率センサの概観を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る透磁率センサの現像器への搭載態様を示す図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態においては、平面上に形成されたコイルを含むＬＣ発振回路を用いた透磁率センサの出力信号周波数を、割込み信号に応じて正確に求めるための構成について説明する。

図１は、本実施形態に係る透磁率センサ１００を含む装置のコントローラ１の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るコントローラ１は、一般的なＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）やサーバ等の情報処理装置と同様の構成を有する。即ち、本実施形態に係るコントローラ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３０、ＤＭＡＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）４０、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）５０、入出力制御ＡＳＩＣ６０及び水晶発振回路７０を含む。

ＣＰＵ１０は演算手段であり、コントローラ１全体の動作を制御する。ＲＯＭ２０は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＲＡＭ３０は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１０が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＤＭＡＣ４０は、ＣＰＵ１０を介しないＲＡＭ３０への直接のアクセスを制御する。

ＡＳＩＣ５０は、ＣＰＵ１０やＲＡＭ３０が接続されたシステムバスと他の機器との接続インタフェースとして機能する。入出力制御ＡＳＩＣ６０は、透磁率センサ１００が出力する検知信号を取得して、コントローラ１内部において処理可能な情報に変換する。即ち、透磁率センサ１００が透磁率検知器として用いられる。水晶発振回路７０は、コントローラ１内部の各デバイスを動作させるための基準クロックを発振する。

図２は、本実施形態に係るコントローラ１において、入出力制御ＡＳＩＣ６０の機能構成を詳細に示すブロック図である。図２に示すように本実施形態に係る入出力制御ＡＳＩＣ６０は、透磁率カウンタ６１、フリーランカウンタ６２、リード信号取得部６３及びカウント値出力部６４を含む。本実施形態に係る透磁率センサ１００は、検知対象の空間における透磁率に応じた周波数の矩形波を出力する発振回路である。

透磁率カウンタ６１は、そのような透磁率センサ１００が出力する矩形波に応じて値をインクリメントするカウンタである。即ち、透磁率カウンタ６１が、周波数を算出する対象の信号の信号数をカウントする対象信号カウンタとして機能する。尚、図２に示すように、本実施形態に係る透磁率センサ１００は複数設けられており、それに伴って透磁率カウンタ６１も複数設けられている。

フリーランカウンタ６２は、水晶発振回路７０から入力される基準クロックに応じて値をインクリメントするカウンタである。即ち、フリーランカウンタ６２が、基準クロックのクロック数をカウントする基準クロックカウンタとして機能する。このフリーランカウンタを設けたことが本実施形態に係る要旨の１つである。

リード信号取得部６３は、ＣＰＵ１０からの透磁率カウンタ６１及びフリーランカウンタ６２のカウント値の取得命令であるリード信号を、ＡＳＩＣ５０を介して取得する。リード信号取得部６３は、ＣＰＵ１０からのリード信号を取得すると、カウント値出力部６４にカウント値を出力させるための信号を入力する。カウント値出力部６４は、リード信号取得部６３からの信号に応じて、透磁率カウンタ６１及びフリーランカウンタ６２のカウント値を出力する。即ち、リード信号取得部及びカウント値出力部６４が連動して、カウント値取得部として機能する。

図２に示すように、コントローラ１はタイマ１１を含む。タイマ１１は、水晶発振回路７０から入力される基準クロックのカウント値が所定の値になる度に割込み信号を生成してＣＰＵ１０に対して出力する。ＣＰＵ１０は、タイマ１１から入力される割込み信号に応じて、上述したリード信号を出力する。

尚、入出力制御ＡＳＩＣ６０へのＣＰＵ１０からのアクセスは、例えばレジスタを介して行われる。そのため、上述したリード信号は、入出力制御ＡＳＩＣ６０に含まれる所定のレジスタにＣＰＵ１０によって値が書き込まれることによって行われる。また、カウント値出力部６４によるカウント値の出力は、入出力制御ＡＳＩＣ６０に含まれる所定のレジスタにカウント値が格納され、その値をＣＰＵ１０が取得することによって行われる。

周波数算出用のソフトウェア・プログラムに従ってＣＰＵ１０が演算を行うことにより構成されるソフトウェア制御部と、入出力制御ＡＳＩＣ６０等のハードウェアとが連動することにより、本実施形態に係る周波数算出装置が構成される。

次に、本実施形態に係る透磁率センサ１００の内部構成について図３を参照して説明する。図３に示すように、本実施形態に係る透磁率センサ１００は、コルピッツ型のＬＣ発振回路を基本とする発振回路であり、平面パターンコイル１０１、パターン抵抗１０２、第一コンデンサ１０３、第二コンデンサ１０４、フィードバック抵抗１０５、アンバッファＩＣ１０６、１０７及び出力端子１０８を含む。

平面パターンコイル１０１は、透磁率センサ１００を構成する基板上に平面上にパターニングされた信号線によって構成される平面上のコイルである。図３に示すように、平面パターンコイル１０１は、コイルによって得られるインダクタンスＬを有する。平面パターンコイル１０１は、コイルが形成された平面に対抗する空間の透磁率によってインダクタンスＬの値が変化する。その結果、本実施形態に係る透磁率センサ１００は、平面パターンコイル１０１のコイル面が対向する空間の透磁率に応じた周波数の信号を発振する。

パターン抵抗１０２は、平面パターンコイル１０１と同様に基板上に形成された信号線のパターンによって構成される抵抗である。本実施形態に係るパターン抵抗１０２は、つづら折り状に形成されたパターンであり、これによって直線状のパターンよりも電流の流れにくい状態を作り出している。このパターン抵抗１０２を設けることが本実施形態に係る要旨の１つである。図３に示すように、パターン抵抗１０２は、抵抗値Ｒ_Ｐを有する。図３に示すように、平面パターンコイル１０１とパターン抵抗１０２とは直列に接続されている。

第一コンデンサ１０３及び第二コンデンサ１０４は、平面パターンコイル１０１と共にコルピッツ型ＬＣ発振回路を構成する容量である。従って、第一コンデンサ１０３及び第二コンデンサ１０４は、平面パターンコイル１０１及びパターン抵抗１０２と直列に接続されている。平面パターンコイル１０１、パターン抵抗１０２、第一コンデンサ１０３及び第二コンデンサ１０４によって構成されるループによって共振電流ループが構成される。

フィードバック抵抗１０５は、バイアス電圧を安定化させるために挿入される。アンバッファＩＣ１０６及びアンバッファＩＣ１０７の機能により、共振電流ループの一部の電位の変動が、共振周波数に応じた矩形波として出力端子１０８から出力される。このような構成により、本実施形態に係る透磁率センサ１００は、インダクタンスＬ、抵抗値Ｒ_Ｐ、第一コンデンサ１０３及び第二コンデンサ１０４の静電容量Ｃに応じた周波数で発振する。

そして、インダクタンスＬは、平面パターンコイル１０１の近傍における磁性体の存在やその濃度によっても変化する。従って、透磁率センサ１００の発振周波数により、平面パターンコイル１０１近傍の空間における透磁率を判断することが可能となる。また、図３に示すように、透磁率センサ１００の発振周波数を高精度に設計する上では、回路を構成する信号線等によって生じる回路抵抗Ｒ_Ｌを無視することが出来ない。透磁率センサ１００を構成する各部のパラメータ値に応じた周波数については後に詳述する。

図４は、本実施形態に係る入出力制御ＡＳＩＣ６０の機能によってカウントされる透磁率センサ１００のカウント値の態様を示す図である。透磁率センサ１００周辺に存在する磁性体の濃度に変化がなければ、原則として透磁率センサ１００は同一の周波数で発振を続ける。その結果、図４に示すように、時間経過に応じて透磁率カウンタ６１のカウント値は一様に増加する。

また、ＣＰＵ１０に対してタイマ１１から割込み信号が入力されると、ＣＰＵ１０が入出力制御ＡＳＩＣ６０に対してリード信号を出力し、そのタイミングに応じた透磁率カウンタ６１及びフリーランカウンタ６２のカウント値がＣＰＵ１０によって取得される。図４に示すように、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５夫々のタイミングにおいて、ａａａａｈ、ｂｂｂｂｈ、ｃｃｃｃｈ、ｄｄｄｄｈ、ＡＡＡＡｈといったカウント値が取得される。

ＣＰＵ１０は、夫々のタイミングにおいてカウント値を取得すると、図４に示すＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４夫々の期間における周波数を計算する。本実施形態に係るタイマ１１は、２（ｍｓｅｃ）に相当する基準クロックをカウントすると割込み信号を出力する。従って、原則的には、夫々の期間における透磁率カウンタ６１のカウント値を２（ｍｓｅｃ）で割ることにより、図４に示すＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４夫々の期間における透磁率センサ１００の発振周波数ｆ（Ｈｚ）を算出することが出来る。即ち、本実施形態においては、２（ｍｓｅｃ）が、透磁率センサ１００の発振信号の周波数を算出する間隔である周波数算出間隔である。

また、図４に示すように、本実施形態に係る透磁率カウンタ６１のカウント値の上限はＦＦＦＦｈである。従って、期間Ｔ_４における周波数の算出に際しては、原則として、ＦＦＦＦｈからｄｄｄｄｈを引いた値と、ＡＡＡＡｈとの値の合計値を２（ｍｓｅｃ）で割ることにより発振周波数ｆ（Ｈｚ）を算出することができる。

図５は、本実施形態に係る入出力制御ＡＳＩＣ６０の機能によってカウントされる透磁率センサ１００のカウント値の他の態様を示す図である。図５の場合、入出力制御ＡＳＩＣ６０において、透磁率カウンタ６１はカウント値出力部６４によってカウント値を読み出された後、カウント値をリセットする。このリセット処理は、カウント値出力部６４がカウント値の読み出し後に透磁率カウンタ６１にリセット信号を入力しても良いし、透磁率カウンタ６１の仕様として、カウント値が一度読み出されるたびにリセットされるような機能を設けても良い。

図５の態様の場合、夫々のタイミングにおいて取得されるカウント値は、原則として夫々の期間Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４内にカウントされた値である。従って、ＣＰＵ１０は、夫々のタイミングにおいて取得したカウント値を２（ｍｓｅｃ）で割ることにより、発振周波数ｆ（Ｈｚ）を算出することができる。

このような構成において、本実施形態に係る要旨は、透磁率カウンタ６１のカウント値に基づいてトナー濃度を求める際の期間の基準値として、２（ｍｓｅｃ）といった固定値ではなく、フリーランカウンタ６２のカウント値を用いることにある。まず、本実施形態に係る課題について詳細に説明する。

図６は、ＣＰＵ１０によるソフトウェア処理、透磁率カウンタ６１のカウント値、タイマ１１により割込み信号及びＣＰＵ１０によるリード信号のタイミングを示す図である。図６に“ジョブＡ”、“ジョブＢ”、“ジョブＣ”・・・と示すように、ＣＰＵ１０は、装置の動作に応じて順次ソフトウェア処理を実行する。これに対して、図６に示すように“ジョブＢ”を実行中のタイミングｔ_{２ｍｓ−１}において割込み信号が発生すると、ＣＰＵ１０は“ジョブＢ”を完了した後のタイミングｔ´_{２ｍｓ−１}に“リード”の処理を実行する。

そのため、割込み信号が発生してからリード処理が開始されるまでの間にタイムラグＴ_ｌａｇが発生する。透磁率カウンタ６１のカウント値は、このタイムラグＴ_ｌａｇの間にも透磁率センサ１００の出力信号に応じてインクリメントされている。即ち、割込み信号によって読み出されるべきカウント値は、タイミングｔ_{２ｍｓ−１}におけるカウント値であるのに対し、実際に読み出されるカウント値は、タイミングｔ´_{２ｍｓ−１}におけるカウント値となってしまう。

その結果、読み出されたカウント値に基づき、上述したような２（ｍｓｅｃ）という固定値を基準として透磁率センサ１００の周波数を算出すると、２（ｍｓｅｃ）よりもタイムラグＴ_ｌａｇ分長い期間のカウント値に基づいて周波数を算出することとなってしまい、正確な周波数を算出することが出来ない。

ＣＰＵ１０は、割込み信号の時点で実行中の“ジョブＢ”を中断し、即座にリード処理を開始することもできる。しかしながら、その場合、“ジョブＢ”の処理が中断されることにより、装置の動作に不具合が発生する可能性がある。また、ジョブの中断に要する期間により、やはり上述したようなタイムラグが発生してしまう。

このような課題に対して、本実施形態に係る透磁率センサのコントローラ１においては、上述したフリーランカウンタ６２のカウント値を用いることにより、タイムラグＴ_ｌａｇを考慮に入れて周波数の算出を行う。図７は、本実施形態に係る透磁率センサ１００の発振周波数の判断処理における原理を示す図である。

図中Ａは、透磁率カウンタ６１のカウント値であり、図中Ｂは、フリーランカウンタ６２のカウント値を示す。透磁率カウンタ６１のカウント値は、透磁率センサ１００から出力される発振信号の周波数に応じてインクリメントされていくが、透磁率センサ１００の発振周波数は、検知対象の空間における透磁率によって変動するため、透磁率カウンタ６１のカウント値の時系列線は図７に示すように曲線となる。対して、フリーランカウンタ６２のカウント値は、水晶発振回路７０が出力する基準クロックに応じてインクリメントされていくため、フリーランカウンタ６２のカウント値の時系列線は図７に示すように直線となる。

このような透磁率カウンタ６１及びフリーランカウンタ６２のカウント値が、２（ｍｓｅｃ）毎の割込み信号のタイミング毎に読み出される。しかしながら、ＣＰＵ１０によるカウント値の読み出しタイミングは、割込み信号のタイミングにおけるＣＰＵ１０の処理状態により、図７の“Ｒｅａｄ”で示すように割込み信号のタイミングから多少遅れる場合がある。

これに対して、本実施形態に係るＣＰＵ１０は、透磁率カウンタ６１のカウント値と同時に読み出したフリーランカウンタ６２のカウント値を用いて、透磁率センサ１００の周波数を算出する。ここで、ｉ番目の読み出しタイミングにおける透磁率カウンタ６１のカウント値をＮ_ｉ、フリーランカウンタ６２のカウント値をＭ_ｉ、基準クロックの周波数をｆ_０とすると、ｉ−１番目の読出しタイミングからｉ番目の読出しタイミングまでの期間の透磁率センサ１００の周波数算出値ｆ_ｉは以下の式（１）により算出することが出来る。

上記式（１）によれば、（Ｎ_ｉ−Ｎ_ｉ−１）／（Ｍ_ｉ−Ｍ_ｉ−１）の部分、即ち、透磁率カウンタのカウント値とフリーランカウンタのカウント値との比率により、基準クロックの１クロックの期間における透磁率カウンタ６１のカウント数が求められる。その値に、基準クロックの周波数ｆ_０を乗ずることにより、単位時間当たりの透磁率カウンタ６１のカウント数が求められる。この値が、対象期間における透磁率センサ１００の周波数となる。

このように、本実施形態に係るコントローラ１においては、透磁率センサ１００の出力信号のカウント値に基づいて透磁率センサ１００の周波数を算出する際、周波数を計算するための期間として、２（ｍｓｅｃ）のような固定値ではなく、フリーランカウンタ６２のカウント値を用いる。

このフリーランカウンタ６２のカウント値は、周波数の判断対象となる透磁率カウンタ６１のカウント値と同一のタイミングでＣＰＵ１０のリード信号により取得される。従って、図６において説明したように、ＣＰＵ１０における処理待ちによってリードタイミングが遅れたとしても、実際にカウント値を読み出したタイミングに基づいて透磁率センサ１００の出力信号のカウント値及び周波数を計算するための期間が判断されるため、周波数を正確に算出することが出来る。

次に、本実施形態に係る透磁率センサ１００の出力信号の周波数算出動作について図８のフローチャートを参照して説明する。図８に示すように、ＣＰＵ１０は、タイマ１１から割込み信号が入力されるまで通常の動作を継続し（Ｓ８０１／ＮＯ）、タイマ１１が２（ｍｓｅｃ）をカウントすることにより割込み信号を出力すると（Ｓ８０１／ＹＥＳ）、割込み処理の禁止フラグ（以降、「割込み禁止フラグ」とする）を設定する（Ｓ８０２）。これにより、透磁率センサ１００が出力する信号の周波数算出が完了するまで、他の割込み処理が禁止される。即ち、ＣＰＵ１０が割込み禁止部として機能する。

割込み禁止フラグを設定すると、ＣＰＵ１０はリード信号を出力する（Ｓ８０３）。これにより、リード信号取得部６３が、カウント値出力部６４に対してカウント値の出力命令を入力し、カウント値出力部６４が、その時点における透磁率カウンタ６１及びフリーランカウンタ６２のカウント値を出力する。尚、上述したように、透磁率カウンタ６１は複数設けられているため、カウント値も複数取得される。これにより、ＣＰＵ１０は、リード信号に応じて夫々のカウント値を取得する。

ＣＰＵ１０は、リード信号に応じて取得した夫々のカウント値をＲＡＭ等の図示しない記憶媒体に格納すると（Ｓ８０４）、Ｓ８０２において設定した割込み禁止フラグを解除する（Ｓ８０５）。これにより、以降の割込み処理が許可される。このように、割込み信号に応じてカウント値を取得する際に他の割込み処理を禁止することにより、２（ｍｓｅｃ）毎のカウント値の取得が失敗しないように制御し、精度をより向上することが出来る。

カウント値を記憶媒体に格納すると、ＣＰＵ１０は、上述した式（１）の（Ｎ_ｉ−Ｎ_ｉ−１）や、（Ｍ_ｉ−Ｍ_ｉ−１）の部分に相当する計算、即ち、前回取得した夫々のカウント値と今回取得した夫々のカウント値との差分値を算出する計算を行う（Ｓ８０６）。換言すると、周波数算出間隔毎に連続して取得された発振信号の信号数のカウント値の差分値を算出する。そして、式（１）のように、複数の透磁率カウンタ６１のカウント値夫々について、フリーランカウンタのカウント値の差分値との除算及び基準クロックの周波数ｆ_０との乗算を行うことにより、複数の透磁率センサ１００夫々の出力信号の周波数を算出する（Ｓ８０７）。即ち、専用のプログラムに従って演算を行うＣＰＵ１０が、周波数算出部として機能する。このような処理を２（ｍｓｅｃ）毎に繰り返すことにより、本実施形態に係るコントローラ１による周波数の算出動作が実行される。

以上、説明したように、本実施形態に係るコントローラ１においては、所定期間毎に発生する割込み信号に応じて透磁率センサ１００が発振する信号のカウント値を取得すると共に、常に一定の周波数でカウントされるフリーランカウンタ６２のカウント値を取得する。そして、透磁率センサ１００が発振する信号の周波数を計算する際には、割込み信号の発生間隔ではなく、フリーランカウンタ６２のカウント値に応じた期間に基づいて周波数を計算する。

これにより、ＣＰＵ１０の動作状態によって割込み信号からカウント値の取得までにタイムラグが発生したとしても、そのタイムラグの期間、フリーランカウンタ６２のカウント値も一定の周波数でインクリメントされるため、タイムラグによる周波数の算出誤差が発生しない。従って、本実施形態によれば、所定期間における発振信号の周波数を正確に求めることが出来る。

尚、上記実施形態においては、フリーランカウンタ６２が、水晶発振回路７０が発振する基準クロックを常にカウントしている場合を例として説明した。しかしながら、これは一例であり、本実施形態の要旨は、タイマ１１による割込み信号が発生した後、リード信号によって透磁率カウンタ６１のカウント値が取得されるまでのタイムラグを認識して周波数の計算に加味することである。

従って、フリーランカウンタ６２は、常に基準クロックをカウントしている必要は無く、例えば、割込み信号の発生と同時にカウントを開始するようにしても良い。この場合、ＣＰＵ１０のリード信号によって取得される透磁率カウンタ６１のカウント値は、割込み発生間隔及びリードまでのタイムラグの期間におけるカウント値であるのに対し、フリーランカウンタ６２のカウント値は、割込み発生からリードまでのタイムラグの期間におけるカウント値である。

この場合、透磁率センサ１００の出力信号の周波数ｆ_ｉは、割込み発生間隔をＴ（ｓｅｃ）、フリーランカウンタ６２のカウント値をＭ´_ｉとすると、以下の式（２）によって求められる。

また、上記実施形態においては、図４において説明したように、透磁率カウンタ６１が、透磁率センサ１００の出力信号を累積してカウントしていく場合を例とし、そのために、図８のＳ８０６において前回取得されたカウント値との差分値を算出する場合を例として説明した。しかしながら、図５において説明したように、リード信号に応じてカウント値がリードされる度にカウント値がリセットされる場合もあり得る。

この場合、リード信号毎に取得されるカウント値は、前回のリード時にカウントスタートしたカウント値であるため、図８のＳ８０６の処理、即ち、前回取得されたカウント値との差分値の算出処理が不要であり、下記の式（３）によって透磁率センサ１００の出力信号の周波数ｆ_ｉを求めることが出来る。

また、上記実施形態においては、フリーランカウンタ６２が入出力制御ＡＳＩＣ６０内部に設けられ、カウント値出力部６４によって透磁率カウンタ６１のカウント値と同時にフリーランカウンタ６２のカウント値が取得される場合を例として説明した。これにより、透磁率カウンタ６１の読出しタイミングとフリーランカウンタ６２の読出しタイミングとが同時になり、上述した透磁率センサ１００の出力信号の周波数をより正確に算出することが可能である。

しかしながら、これは一例であり、フリーランカウンタ６２の役割は、割込み信号のタイミングからカウント値が実際にリードされるタイミングまでのタイムラグを認識することにある。そのため、透磁率カウンタ６１のリードタイミングと同時にカウント値が取得される構成であれば、入出力制御ＡＳＩＣ６０の外部に設けられていても良い。

この場合、ＣＰＵ１０は、入出力制御ＡＳＩＣ６０に対するリード信号とは別に、フリーランカウンタ６２に対するリード信号を出力する。この場合、ＣＰＵ１０は、入出力制御ＡＳＩＣ６０に対するリード信号とフリーランカウンタ６２に対するリード信号とを同時に行うことが好ましい。これにより、透磁率カウンタ６１のカウント期間と、フリーランカウンタ６２のカウント期間とを同等にすることができる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、ＣＰＵ１０がタイマ１１から出力される割込み信号に応じてリード信号を出力して透磁率カウンタ６１及びフリーランカウンタ６２のカウント値を取得する場合を例として説明した。これに対して、図９に示すように、タイマ１１が出力する割込み信号に応じて透磁率カウンタ６１のカウント値をラッチするラッチ回路６５を設けておけば、ラッチ回路６５によってラッチされるカウント値は、タイマ１１が出力する割込み信号のタイミングにおけるカウント値になるため、上述したようなフリーランカウンタは不要となる。即ち、ラッチ回路６５がラッチ部として機能する。

図９の例の場合、ＣＰＵ１０は、タイマ１１が出力する割込み信号に応じてリード信号を出力し、ラッチ回路６５によってラッチされているカウント値を取得する。このように取得したカウント値を、タイマ１１による割込み信号の発生間隔で除算することにより、透磁率センサ１００の出力信号の周波数を求めることが出来る。

但し、このような構成は、タイマ１１による割込み信号の発生間隔の判断が正確であることが前提となる。これに対して、図１０に示すように、水晶発振回路７０の出力信号をカウントするフリーランカウンタ６２を設けた上で、図９のようにラッチ回路６５を設け、ラッチ回路６５が、タイマ１１が出力する割込み信号に応じて透磁率カウンタ６１のカウント値及びフリーランカウンタ６２のカウント値をラッチするようにしても良い。

図１０に示すような構成により、タイマ１１による割込み信号の発生間隔がばらついたとしても、周波数の計算は、リード信号によってカウント値が読み出された実際の間隔に基づいて判断されるため、透磁率センサ１００の周波数の算出処理を正確に行うことが可能となる。

実施の形態３．
本実施形態においては、実施の形態１、２において説明した透磁率センサ１００を、電子写真方式の画像形成装置において、静電潜像を現像する現像器に充填される顕色剤であるトナーの容器内の濃度を測定するためのセンサとして用いる場合を例として説明する。この場合、実施の形態１において説明した周波数算出装置は、顕色剤濃度検知部として機能する。図１１は、本実施形態に係る画像形成装置２００に含まれる画像形成出力のための機構を示す側面図である。

図１１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置２００は、無端状移動手段である搬送ベルト２０５に沿って各色の画像形成部２０６Ｋ〜２０６Ｙが並べられた構成を備えるものであり、所謂タンデムタイプといわれるものである。すなわち、給紙トレイ２０１から給紙ローラ２０２により分離給紙される用紙（記録媒体の一例）２０４に転写するための中間転写画像が形成される中間転写ベルトである搬送ベルト２０５に沿って、この搬送ベルト２０５の搬送方向の上流側から順に、複数の画像形成部（電子写真プロセス部）２０６Ｙ、２０６Ｍ、２０６Ｃ、２０６Ｋ（以降、総じて画像形成部２０６とする）が配列されている。

また、給紙トレイ２０１から給紙された用紙２０４は、レジストローラ２０３によって一度止められ、画像形成部２０６における画像形成のタイミングに応じて搬送ベルト２０５からの画像の転写位置に送り出される。

複数の画像形成部２０６Ｙ、２０６Ｍ、２０６Ｃ、２０６Ｋは、形成するトナー画像の色が異なるだけで内部構成は共通である。画像形成部２０６Ｋはブラックの画像を、画像形成部２０６Ｍはマゼンタの画像を、画像形成部２０６Ｃはシアンの画像を、画像形成部２０６Ｙはイエローの画像をそれぞれ形成する。尚、以下の説明においては、画像形成部２０６Ｙについて具体的に説明するが、他の画像形成部２０６Ｍ、２０６Ｃ、２０６Ｋは画像形成部２０６Ｙと同様であるので、その画像形成部２０６Ｍ、２０６Ｃ、２０６Ｋの各構成要素については、画像形成部２０６Ｙの各構成要素に付したＹに替えて、Ｍ、Ｃ、Ｋによって区別した符号を図に表示するにとどめ、説明を省略する。

搬送ベルト２０５は、回転駆動される駆動ローラ２０７と従動ローラ２０８とに架け渡されたエンドレスのベルト、即ち無端状ベルトである。この駆動ローラ２０７は、不図示の駆動モータにより回転駆動させられ、この駆動モータと、駆動ローラ２０７と、従動ローラ２０８とが、無端状移動手段である搬送ベルト２０５を移動させる駆動手段として機能する。

画像形成に際しては、回転駆動される搬送ベルト２０５に対して、最初の画像形成部２０６Ｙが、ブラックのトナー画像を転写する。画像形成部２０６Ｙは、感光体としての感光体ドラム２０９Ｙ、この感光体ドラム２０９Ｙの周囲に配置された帯電器２１０Ｙ、光書き込み装置２１１、現像器２１２Ｙ、感光体クリーナ２１３Ｙ、除電器（図示せず）等から構成されている。光書き込み装置２１１は、夫々の感光体ドラム２０９Ｙ、２０９Ｍ、２０９Ｃ、２０９Ｋ（以降、総じて「感光体ドラム２０９」という）に対して光を照射するように構成されている。

画像形成に際し、感光体ドラム２０９Ｙの外周面は、暗中にて帯電器２１０Ｙにより一様に帯電された後、光書き込み装置２１１からのイエロー画像に対応した光源からの光により書き込みが行われ、静電潜像が形成される。現像器２１２Ｙは、この静電潜像をイエロートナーにより可視像化し、このことにより感光体ドラム２０９Ｙ上にイエローのトナー画像が形成される。

このトナー画像は、感光体ドラム２０９Ｙと搬送ベルト２０５とが当接若しくは最も接近する位置（転写位置）で、転写器２１５Ｙの働きにより搬送ベルト２０５上に転写される。この転写により、搬送ベルト２０５上にイエローのトナーによる画像が形成される。トナー画像の転写が終了した感光体ドラム２０９Ｙは、外周面に残留した不要なトナーを感光体クリーナ２１３Ｙにより払拭された後、除電器により除電され、次の画像形成のために待機する。

以上のようにして、画像形成部２０６Ｙにより搬送ベルト２０５上に転写されたイエローのトナー画像は、搬送ベルト２０５のローラ駆動により次の画像形成部２０６Ｍに搬送される。画像形成部２０６Ｍでは、画像形成部２０６Ｙでの画像形成プロセスと同様のプロセスにより感光体ドラム２０９Ｍ上にマゼンタのトナー画像が形成され、そのトナー画像が既に形成されたイエローの画像に重畳されて転写される。

搬送ベルト２０５上に転写されたイエロー、マゼンタのトナー画像は、さらに次の画像形成部２０６Ｃ、２０６Ｋに搬送され、同様の動作により、感光体ドラム２０９Ｃ上に形成されたシアンのトナー画像と、感光体ドラム２０９Ｋ上に形成されたブラックのトナー画像とが、既に転写されている画像上に重畳されて転写される。こうして、搬送ベルト２０５上にフルカラーの中間転写画像が形成される。

給紙トレイ２０１に収納された用紙２０４は最も上のものから順に送り出され、その搬送経路が搬送ベルト２０５と接触する位置若しくは最も接近する位置において、搬送ベルト２０５上に形成された中間転写画像がその紙面上に転写される。これにより、用紙２０４の紙面上に画像が形成される。紙面上に画像が形成された用紙２０４は更に搬送され、定着器２１６にて画像を定着された後、画像形成装置の外部に排紙される。

また、搬送ベルト２０５に対してベルトクリーナ２１８が設けられている。ベルトクリーナ２１８は、図１１に示すように、搬送ベルト２０５から用紙２０４への画像の転写位置の下流側であって、感光体ドラム２０９よりも上流側において搬送ベルト２０５に押し当てられたクリーニングブレードであり、搬送ベルト２０５の表面に付着したトナーを掻きとる顕色剤除去部である。

このような構成の画像形成装置２００は、図１において説明したコントローラ１により制御されて駆動される。そして、図１１に示す構成のうち、現像器２１２に本実施形態に係る透磁率センサ１００が設けられている。現像器２１２の構成について図１３に示す。

図１２は、現像器２１２の概観を示す斜視図である。図１２に示す現像器２１２の長手方向は、図１１の図面に垂直な方向、即ち、搬送ベルト２０５のベルト面と並行であってベルトの搬送方向と垂直な主走査方向である。現像器２１２には、内部に充填された顕色剤であるトナーを搬送する搬送スクリュー２１２ｂ、２１２ｃが設けられている。この搬送スクリュー２１２ｂ、２１２ｃが夫々反対の方向に回転することにより、内部に充填されたトナーが、現像器２１２の内部において上述した主走査方向の全体に行き渡るように構成されている。即ち、現像器２１２内部の全体が顕色剤収容部として用いらえる。

現像器２１２内部において搬送スクリュー２１２ｂ、２１２ｃにより搬送されるトナーは、主走査方向の端部において搬送スクリュー２１２ｂによる搬送経路から搬送スクリュー２１２ｃによる搬送経路に受け渡される。従って、現像器２１２の主走査方向端部において夫々の搬送経路間をトナーが移動する空間（以降、「トナー移動空間」とする）が、もっともトナーの充填範囲が広い空間となる。本実施形態に係る透磁率センサ１００は、このトナー移動空間におけるトナー濃度を検知するため、図１２に示すセンサ取り付け位置２１２ａに取り付けられる。これにより、透磁率センサ１００が顕色剤濃度検知器として用いられる。

次に、本実施形態に係る透磁率センサ１００の概観について説明する。図１３は、本実施形態に係る透磁率センサ１００の概観を示す斜視図である。図１３においては、図３において説明した平面パターンコイル１０１及びパターン抵抗１０２が形成されている面、即ち、透磁率を検知するべき空間に対向させる検知面が上面に向けられている。

図１３に示すように、平面パターンコイル１０１が形成された検知面においては、平面パターンコイル１０１と直列に接続されるパターン抵抗１０２がパターニングされている。図３において説明したように、平面パターンコイル１０１は平面上に螺旋状に形成された信号線のパターンである。また、パターン抵抗１０２は、平面上につづら折状に形成された信号のパターンであり、これらのパターンによって上述したような透磁率センサ１００の機能が実現される。

この平面パターンコイル１０１及びパターン抵抗１０２によって形成される部分が、本実施形態に係る透磁率センサ１００における透磁率の検知部である。透磁率センサ１００を現像器２１２に取り付ける際には、この検知部が上述したトナー移動空間に対向するように取り付けられる。

図１４は、現像器２１２への透磁率センサ１００の取り付け態様を示す図である。図１４においては、現像器２１２を側断面図で示している。図１４に示すように、現像器２１２内部には搬送スクリュー２１２ｂ、２１２ｃが配置されており、これにより主走査方向にトナーが搬送される。

センサ取り付け位置２１２ａは、平面基板を基礎として構成されている透磁率センサ１００の取り付けが容易なように平面状に形成されており、この平面に対して検知面を対向させて取り付けることにより、透磁率センサ１００が現像器２１２に取り付けられる。図１４に示すように、現像器２１２の筐体は２つの搬送スクリュー２１２ｂ、２１２ｃの形状に応じて形成されており、センサ取り付け位置２１２ａを含む部分は搬送スクリュー２１２ｂの断面形状である円に合わせて弧状に形成されている。

そして、センサ取り付け位置２１２ａは、弧状に形成された筐体の一部が平面上に成形されて構成されるため、現像器２１２におけるセンサ取り付け位置２１２ａの表面と現像器２１２内部の空間との間隔は狭くなっている。これにより、センサ取り付け位置２１２ａに取り付けられた透磁率センサ１００によって、現像器２１２内部の空間の透磁率をより好適に検知することが可能となる。

このような構成において、電子写真方式の画像形成装置において用いられる顕色剤であるトナーは、現像器２１２内部でのトナーの搬送や、現像器２１２から感光体ドラム２０９へのトナーの塗布のために、発色用の粉末と、その粉末を搬送するための粒状の磁性体とが混合されて構成される。従って、現像器２１２内部におけるトナーの濃度が変動すると、センサ取り付け位置２１２ａに対向する空間における透磁率が変化することとなる。その変化を透磁率センサ１００によって検知することにより、現像器２１２内部のトナー濃度を検知することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、透磁率センサ１００を用いて現像器２１２内部のトナー濃度の検知機構を構成することが可能となる。

１ コントローラ
１０ ＣＰＵ
１１ タイマ
２０ ＲＯＭ
３０ ＲＡＭ
４０ ＤＭＡＣ
５０ ＡＳＩＣ
６０ 入出力ＡＳＩＣ
６１ 透磁率カウンタ
６２ フリーランカウンタ
６３ リード信号取得部
６４ カウント値出力部
６５ ラッチ回路
７０ 水晶発振回路
１００ 透磁率センサ
１０１ 平面パターンコイル
１０２ パターン抵抗
１０３ 第一コンデンサ
１０４ 第二コンデンサ
１０５ フィードバック抵抗
１０６、１０７ アンバッファＩＣ
１０８ 出力端子
２０１ 給紙トレイ
２０２ 給紙ローラ
２０３ レジストローラ
２０４ 用紙
２０５ 搬送ベルト
２０６Ｋ、２０６Ｃ、２０６Ｍ、２０６Ｙ 画像形成部
２０７ 駆動ローラ
２０８ 従動ローラ
２０９Ｋ、２０９Ｃ、２０９Ｍ、２０９Ｙ 感光体ドラム
２１０Ｋ 帯電器
２１１光書き込み装置
２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙ 現像器
２１２ａ センサ取り付け位置
２１２ｂ、２１２ｃ 搬送スクリュー
２１３Ｋ、２１３Ｃ、２１３Ｍ、２１３Ｙ 感光体クリーナ
２１５Ｋ、２１５Ｃ、２１５Ｍ、２１５Ｙ 転写器
２１６ 定着器

特開平１１−２２３６２０号公報 特開２０００−１１２２２１号公報

Claims (8)

1. 発振信号の周波数を算出する周波数算出装置であって、
   前記発振信号の信号数をカウントする対象信号カウンタと、
   基準クロックのクロック数をカウントする基準クロックカウンタと、
   前記発振信号の周波数を算出する所定の間隔毎に発生する割込み信号に応じて、前記発振信号の信号数のカウント値及び前記基準クロックのクロック数のカウント値を遅れて取得できるカウント値取得部と、
   前記基準クロックのカウント値の取得タイミングに基づいて前記発振信号の周波数を算出する間隔を認識し、前記発振信号の信号数のカウント値を用いて、認識した前記間隔における前記発振信号の周波数を算出する周波数算出部とを含むことを特徴とする周波数算出装置。
2. 前記基準クロックカウンタは、前記割込み信号の発生に関わらず前記基準クロックのクロック数をカウントしており、
   前記周波数算出部は、前記発振信号の信号数のカウント値と前記基準クロックのクロック数のカウント値との比率に基づいて前記発振信号の周波数を算出する周波数算出部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の周波数算出装置。
3. 前記周波数算出部は、前記周波数算出間隔毎に連続して取得された前記発振信号の信号数のカウント値の差分値を算出することにより前記周波数算出間隔における前記発振信号の信号数のカウント値を取得し、前記発振信号の周波数を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の周波数算出装置。
4. 前記対象信号カウンタのカウント値は、前記割込み信号に応じて前記発振信号の信号数のカウント値が取得されるたびにリセットされ、
   前記周波数算出部は、前記割込み信号に応じて取得された前記発振信号の信号数のカウント値を、前記周波数算出間隔における前記発振信号の信号数のカウント値として取得し、前記発振信号の周波数を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の周波数算出装置。
5. 前記周波数算出間隔毎に発生する割込み信号が発生した後、前記発振信号の信号数のカウント値及び前記基準クロックのクロック数のカウント値の取得が完了するまで、他の割込み信号による処理を禁止する割込み禁止部を含むことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の周波数算出装置。
6. 前記周波数算出間隔毎に発生する割込み信号に応じて、前記対象信号カウンタ及び前記基準クロックカウンタのカウント値をラッチするラッチ部を含み、
   前記カウント値取得部は、前記ラッチ部によってラッチされたカウント値を取得することを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の周波数算出装置。
7. 感光体上に形成された静電潜像を現像することにより画像を形成する画像形成装置であって、
   前記静電潜像を現像するための顕色剤を収容する顕色剤収容部と、
   前記顕色剤収容部における顕色剤の濃度を検知する顕色剤濃度検知部とを含み、
   前記顕色剤濃度検知部は、
   前記顕色剤収容部における顕色剤の濃度に応じた周波数の発振信号を出力するセンサと、
   前記発振信号の信号数をカウントする対象信号カウンタと、
   基準クロックのクロック数をカウントする基準クロックカウンタと、
   前記発振信号の周波数を算出する所定の間隔毎に発生する割込み信号に応じて、前記発振信号の信号数のカウント値及び前記基準クロックのクロック数のカウント値を遅れて取得できるカウント値取得部と、
   前記基準クロックのカウント値の取得タイミングに基づいて前記発振信号の周波数を算出する間隔を認識し、前記発振信号の信号数のカウント値を用いて前記発振信号の周波数を算出する周波数算出部とを含むことを特徴とする画像形成装置。
8. 発振信号の周波数を算出する周波数算出方法であって、
   前記発振信号の周波数を算出する所定の間隔毎に割込み信号を生成し、
   前記発振信号の信号数のカウント値及び基準クロックのクロック数のカウント値を、前記割込み信号に応じて遅れて取得でき、
   前記基準クロックのカウント値の取得タイミングに基づいて前記発振信号の周波数を算出する間隔を認識し、
   前記発振信号の信号数のカウント値を用いて、認識した前記間隔における前記発振信号の周波数を算出することを特徴とする周波数算出方法。