JP6672239B2 - センサ装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本開示は、用紙に画像を形成する画像形成装置に供され、用紙特性を検出するセンサ装置、及び画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びそれらの複合機等の画像形成装置では、上質紙、再生紙、薄紙、厚紙又はコート紙等、様々な種別の用紙が用いられる。画像形成装置により形成される画像の画質を向上させるためには、用紙の厚さ（坪量）に応じて、転写電流、定着時圧力、定着温度及び定着時間等の画像形成条件を設定する必要がある。そのために、用紙の厚さ（坪量）を検知するためのセンサを備えた画像形成装置が開発されている。

例えば特許文献１には、用紙の透過率を測定し、用紙種別を判別する画像形成装置が記載されている。すなわち、図１６に示すように、用紙がない状態（第１状態）において受光部１０４が光を受光し、増幅回路１１６により増幅することによってアナログ電圧Ｖ０として出力する。次に、ＡＤ（Analog-Digital）コンバータ１１３が、一定のリファレンス電圧Ｖｒｅｆとアナログ電圧Ｖ０とを比較することにより、電圧比Ｖ０／Ｖｒｅｆに対応したデジタル値Ｄ０を出力する。このデジタル値Ｄ０は記憶部１１２ａ等に記憶される。次に、用紙がある状態（第２状態）において用紙を透過した後の光を受光し、同様にアナログ電圧Ｖ１とリファレンス電圧Ｖｒｅｆとの電圧比Ｖ１／Ｖｒｅｆに対応したデジタル値Ｄ１に変換し記憶する。最後に、演算部１１２ｂ等がデジタル信号同士のデジタル比Ｄ１／Ｄ０を計算し、これを用紙の透過率として用紙種別を判別する。

特開２００９−８８９８号公報（２００９年１月１５日公開）

しかしながら、デジタル比Ｄ１／Ｄ０が小さい（０．１程度以下）の場合、デジタル比Ｄ１／Ｄ０を高精度に測定することが困難であった。

ＡＤコンバータ１１３では、次のようにデジタル変換が行われる。例えば、１０ビットのＡＤコンバータの場合、電圧の大きさが、０〜Ｖｒｅｆの範囲を１０２４（＝２^１０）分割したうちの何番目にあたるかをデジタル値（０〜１０２３）で出力する。そのため、デジタル値において１０２３を超える電圧についてはオーバーレンジとなり、測定ができない。また、デジタル値の小数点未満は切り捨てられるため、出力されるデジタル値には１程度の誤差（量子化誤差）がある。

仮にデジタル比Ｄ１／Ｄ０を１％の精度で測定しようとすると、デジタル値Ｄ０及びデジタル値Ｄ１の両方を１％の精度で測定することが必要である。そこで、前記増幅回路１１６の増幅率を大きくすると、デジタル値Ｄ０及びデジタル値Ｄ１が大きくなり、デジタル化による量子化誤差は相対的に小さくなる。一方、デジタル値Ｄ０はオーバーレンジを避けるため、小さめの値になるよう増幅率を設定する。一般に、発光部１０３の発光光量の変動や、量産のために大量調達した場合の個体差、受光部１０４の感度の変動・個体差や増幅回路１１６の増幅率の変動・個体差等の要因を考慮してもオーバーレンジすることがないようデジタル値Ｄ０は５００程度となるよう増幅率を設定する。デジタル比Ｄ１／Ｄ０が０．１以下の場合、デジタル値Ｄ１が５０以下となり、デジタル化による量子化誤差により、デジタル値Ｄ１の測定精度が２％よりも悪くなってしまうという課題があった。また、ＡＤコンバータ１１３のビット数を増やすと、価格が上がるという問題点があった。

本開示の一態様は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ装置の回路構成を簡単化して、用紙特性を高精度に判別し、高画質な画像を形成することができるセンサ装置及び画像形成装置を実現することにある。

本開示の一態様におけるセンサ装置は、上記の課題を解決するために、光を照射する発光部と、用紙が存在しない第１状態において前記発光部からの照射光を受光し、用紙が存在する第２状態において前記用紙を透過した光を受光する受光部と、前記受光部の出力を電圧に変換する増幅回路と、前記第１状態における前記増幅回路からの出力電圧を保持する記憶回路と、前記記憶回路の出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する第２状態における前記増幅回路の出力電圧の電圧比をデジタル値に変換するＡＤコンバータとを備え、前記ＡＤコンバータの出力に基づいて用紙特性を検出することを特徴としている。

本開示の一態様におけるセンサ装置は、上記の課題を解決するために、光を照射する発光部と、前記発光部からの照射光を受光する第１受光部と、前記発光部の照射光のうち用紙を透過した光を受光する第２受光部と、前記第１受光部の出力を電圧に変換する第１増幅回路と、前記第２受光部の出力を電圧に変換する第２増幅回路と、前記第１増幅回路の出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する前記第２増幅回路の出力電圧の電圧比をデジタル値に変換するＡＤコンバータとを備え、前記ＡＤコンバータの出力に基づいて用紙特性を検出することを特徴としている。

本開示の一態様における画像形成装置は、上記の課題を解決するために、前記センサ装置を備え、前記センサ装置の測定結果に基づいて画像形成条件を設定することを特徴としている。

本開示の一態様によれば、センサ装置の回路構成を簡単化して、用紙特性を高精度に判別し、高画質な画像を形成することができるセンサ装置及び画像形成装置を実現するという効果を奏する。

実施形態１におけるセンサ装置の要部の構成を示すブロック図である。 （ａ）は、前記センサ装置のセンサ部の第１状態を示す図であり、（ｂ）は、前記センサ装置のセンサ部の第２状態を示す図である。 前記センサ装置の要部の構成を示す回路図である。 前記センサ装置を備えた画像形成装置の処理を示すフローチャートである。 実施形態２におけるセンサ装置の要部の構成を示すブロック図である。 前記センサ装置の要部の構成を示す回路図である。 前記センサ装置における増幅回路及び記憶回路の出力を示したグラフである。 前記センサ装置を備えた画像形成装置の処理を示すフローチャートである。 （ａ）は実施形態３におけるセンサ装置のセンサ部の第１状態を示す図であり、（ｂ）は前記センサ装置のセンサ部の第２状態を示す図である。 前記センサ装置の要部の構成を示すブロック図である。 前記センサ装置を備えた画像形成装置の処理を示すフローチャートである。 （ａ）は実施形態３の変形例における画像形成装置のセンサ部の第１状態を示す図であり、（ｂ）は変形例における画像形成装置のセンサ部の第２状態を示す図である。 （ａ）は実施形態４におけるセンサ装置のセンサ部の第１状態を示す図であり、（ｂ）は前記センサ装置のセンサ部の第２状態を示す図である。 前記センサ装置の要部の構成を示すブロック図である。 前記センサ装置を備えた画像形成装置の処理を示すフローチャートである。 従来の画像形成装置の要部の構成を示すブロック図である。

〔実施の形態１〕
以下、本開示の一実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。本実施形態では、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びその複合機等の画像形成装置に有用であり、回路構成を簡単化し、用紙厚さ（坪量）を短時間で検知して印刷条件を設定するセンサ装置及び画像形成装置について説明する。

図２の（ａ）は、本実施形態のセンサ装置１Ａのセンサ部２の第１状態を示す図である。これは、用紙Ｐがない状態であり、第１状態という。また、図２の（ｂ）は、センサ部２に用紙Ｐが搬送されてきた状態（第２状態、用紙Ｐは移動していても、搬送途中で静止していてもよい）の図である。

センサ部２は、用紙Ｐに画像を形成する画像形成装置において、例えば、用紙Ｐが搬送される用紙搬送路に取り付けられてよい。

図２の（ａ）に示すように、センサ装置１Ａのセンサ部２は、発光部３及び受光部４、及びそれぞれが取り付けられた基板５・６を備える。発光部３は、照射光Ｌ０を照射する。第１状態においては、照射光Ｌ０は受光部４に入る。一方、図２の（ｂ）に示すように、第２状態においては、照射光Ｌ０は用紙Ｐに吸収・散乱され、透過光Ｌ１となって受光部４に入る。

本実施形態では、発光部３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。尚、発光部３は、ＬＥＤとは別の光源、例えばレーザ光源等であってもよい。

受光部４は、第１状態においては発光部３から照射された照射光Ｌ０を受光し、第２状態においては用紙Ｐを透過した透過光Ｌ１を受光する。受光部４は、受光センサであり、本実施形態ではフォトダイオードである。ただし、これに限定されるものではなく、受光部４は、フォトトランジスタやフォトＩＣ等であってもよい。

基板５・６は、発光部３及び受光部４が取り付けられる基板である。

用紙Ｐは、画像形成装置により画像が形成される用紙である。用紙Ｐは、例えば上質紙、再生紙、薄紙、厚紙又はコート紙等であってよい。

図１は、センサ装置１Ａの要部の構成を示すブロック図である。図１に示すように、センサ装置１Ａは、センサ部２、定電流源１１、制御部１２、ＡＤ（Analog - Digital）コンバータ１３、記憶回路１４、スイッチ１５、及び増幅回路１６を備える。センサ部２については、図２を用いて説明したため、ここでは説明を繰り返さない。

定電流源１１は、発光部３に一定の電流を出力し、発光部３を一定の光量で発光させておく。定電圧電源に発光部３と定抵抗とを直列に接続して構成してもよく、又は定電流ＩＣを用いて構成してもよい。尚、省電力化等のため、後述の測定プロセスにおいて、不要なときには消灯させるようにしてもよい。

制御部１２は、スイッチ１５を制御すると共に、ＡＤコンバータ１３の信号に基づいて用紙特性を判別する。本実施の形態では、用紙特性として、例えば用紙厚さを判別する。具体的な判別方法については後述する。

尚、用紙特性とは、薄紙、普通紙及び厚紙等の用紙厚さに関する特性の他、上質紙、普通紙、再生紙及びコート紙等の用紙の品質に関する特性をいう。これらの用紙特性に応じて各用紙の透過率が互いに異なるので、受光出力電圧が互いに異なる。この結果、受光出力電圧を測定することにより用紙特性を検出することができる。

制御部１２は、用紙の搬送を制御するか、又は別の制御部（不図示）から用紙が搬送されてきたことを示すトリガー信号を受け取るか等して、第１状態と第２状態とを区別する。制御部１２は、記憶部１２ａ及び演算部１２ｂを備える。制御部１２は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）であってもよい。

ＡＤコンバータ１３は、リファレンス端子１３ａと測定電圧端子１３ｂとを備えている。ＡＤコンバータ１３は、測定電圧端子１３ｂの電圧Ｖ１とリファレンス端子１３ａの電圧Ｖ０との比を測定する。ＡＤコンバータ１３は、例えば１０ビットのＡＤコンバータであってよく、この場合、電圧Ｖ１が、所定の電圧範囲（０〜Ｖ０）を、２^１０＝１０２４分割したうちの何番目に相当するかをデジタル値（０〜１０２３）で出力する。ＡＤコンバータ１３としては、例えば制御部１２としてマイコンを使用する場合には、マイコン付属のＡＤコンバータを用いてもよい。

記憶回路１４は、入力された電圧をアナログ電圧として保持する。例えば、コンデンサ等の容量素子とボルテージフォロワを用いて実現することができる。

スイッチ１５は、制御部１２からＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。例えば、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）を用いてもよいし、スイッチＩＣを用いてもよい。

増幅回路１６は、受光部４（フォトダイオード）からの光電流を、光電流に比例した電圧に変換し、ＡＤコンバータ１３の測定電圧端子１３ｂ及びスイッチ１５に出力する。例えば、図３に示すように、負帰還抵抗を接続したオペアンプにより実現することができる。図３は、ＡＤコンバータ１３、記憶回路１４、スイッチ１５及び増幅回路１６の接続例及び構成例を示す回路図である。

次に、前記構成を備えたセンサ装置１Ａにおける具体的な用紙厚さの判別方法、及び画像形成装置における印刷の流れについて、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態のセンサ装置１Ａを備えた画像形成装置の処理を示すフローチャートである。

まず、ユーザーからの印刷指示を待ち（ステップＳ１）、印刷指示があったときには、スイッチ１５をＯＮにする（ステップＳ２：第１状態）。第１状態においては、発光部３から発せられた照射光Ｌ０は、受光部４に受光される。受光部４の出力は、増幅回路１６によって電圧に変換され、記憶回路１４に入力される。記憶回路１４は、このリファレンス電圧（Ｖ０とする）を保持し、ＡＤコンバータ１３のリファレンス端子１３ａにリファレンス電圧Ｖ０を出力する。

次に、用紙Ｐが搬送されるのを待ち、第２状態になるまでの時間が所定の時間（本実施形態では１００ｍｓとするが、これに限定されない）以下であるかを判定する（ステップＳ３）。用紙Ｐが近づいてきて、第２状態になるまで１００ｍｓというタイミングになると、制御部１２は、スイッチ１５をＯＦＦにする（ステップＳ４）。次に、第２状態になるのを待つ（ステップＳ５）。第２状態になると、受光部４は、用紙Ｐを透過した透過光Ｌ１を受光し、増幅回路１６は、測定した電圧Ｖ１を出力する。このとき、ＡＤコンバータ１３においては、リファレンス端子１３ａに記憶回路１４のリファレンス電圧Ｖ０が入力され、測定電圧端子１３ｂには測定した電圧Ｖ１が入力される。制御部１２から指示があると、ＡＤコンバータ１３は、電圧比Ｖ１／Ｖ０を所定のビット数で制御部１２に出力する（ステップＳ６）。

制御部１２の記憶部１２ａには、様々な用紙Ｐについての電圧比Ｖ１／Ｖ０の測定に基づき、予め閾値が記憶されている。上記データは例えばセンサ装置１Ａの製造者によって、記憶部１２ａにデータベースとして格納されていてよい。演算部１２ｂは、この閾値と今回測定された電圧比Ｖ１／Ｖ０との比較を行うことにより、用紙厚さを判別する（ステップＳ７）。例えば、ＡＤコンバータ１３が１０ビットであり、０〜１０２３の範囲のデジタル値を出力するとすれば、デジタル値が０〜１００であったときには厚紙が搬送されたと判定する。また、デジタル値が１０１〜３００であったときには普通紙が搬送されたと判定し、デジタル値が３０１〜５００であったときには薄紙が搬送されたと判定する。さらに、デジタル値が５０１〜１０２３であったときには用紙Ｐが搬送されていない（紙詰まり等のエラー）と判定する。

この判定に従い、画像形成装置は、画像形成（印刷）条件を設定し（ステップＳ８）、用紙Ｐに画像形成（印刷）を行う（ステップＳ９）。制御部１２により設定される画像形成条件（印刷条件）の例としては、用紙Ｐにトナーを転写する際の転写電流、用紙Ｐにトナーを定着させる際の用紙Ｐの搬送速度（定着時間）、用紙Ｐを挟む加熱ローラの温度（定着温度）及び加圧ローラの圧力（定着時圧力）が挙げられる。制御部１２は、例えば、用紙Ｐが表面に凹凸の多い種別である場合には、表面が平滑である場合に比べて転写電流を大きくし、さらに定着時圧力を大きくする。また、制御部１２は、用紙Ｐが厚紙である場合には、用紙Ｐが薄紙である場合に比べて定着温度又は定着時間を増加させる。

（開示の効果）
本実施形態のセンサ装置１Ａは、第１状態におけるリファレンス電圧Ｖ０を記憶回路１４にアナログ電圧として保持することによって、リファレンス電圧Ｖ０をＡＤコンバータ１３のリファレンス端子１３ａに入力し、第２状態における測定した電圧Ｖ１をＡＤコンバータ１３の測定電圧端子１３ｂに、同時に入力することが可能である。

このようにすることによって、光の透過率に相当する電圧比Ｖ１／Ｖ０を、ＡＤコンバータ１３のビット数を最大限に生かして測定することが可能である。すなわち、リファレンス電圧Ｖ０及び測定した電圧Ｖ１をそれぞれデジタル値Ｄ０及びデジタル値Ｄ１に変換してからデジタル比Ｄ１／Ｄ０を計算する場合に比べて、高精度に電圧比Ｖ１／Ｖ０を測定することが可能である。

また、本実施形態のセンサ装置１Ａは、増幅回路１６からの出力電圧を、記憶回路１４に入力するか否かを切り替えるスイッチ１５を備えている。これにより、スイッチ１５にて、増幅回路１６からの出力電圧を、記憶回路１４に入力するか否かを切り替えることができる。この結果、増幅回路１６の第１状態における出力電圧は記憶回路１４を介してＡＤコンバータ１３に入力される一方、増幅回路１６の第２状態における出力電圧はＡＤコンバータ１３に直接入力される。

この結果、ＡＤコンバータ１３には、増幅回路１６における第１状態の出力電圧と第２状態の出力電圧とが入力される。したがって、ＡＤコンバータ１３では、記憶回路１４の出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する第２状態における増幅回路１６の出力電圧の電圧比をデジタル値に変換することを容易に行うことができる。

また、本実施の形態における画像形成装置は、本実施の形態のセンサ装置１Ａを備え、センサ装置１Ａの測定結果に基づいて画像形成条件を設定する。これにより、センサ装置１Ａの回路構成を簡単化して、用紙特性を高精度に判別し、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を実現することができる。

また、本実施の形態における画像形成装置では、画像形成条件は、転写部に印加される電圧値、及び転写部に供給される電流値、定着部で用紙に加える圧力、定着部で用紙を加熱する温度、及び定着部で前記用紙を搬送する速度の少なくとも１つである。これにより、前述した種々の画像形成条件にて、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を実現することができる。

（変形例）
前記の説明では、第１状態において照射光Ｌ０が受光部４に入る例を示したが、第１状態において発光部３と受光部４との間に何らかの光学素子が位置していても構わない。第１状態及び第２状態の受光部４の受光する光量差が少なくなれば測定精度が向上し、その効果は本開示の作用効果と両立する。

〔実施形態２〕
本開示の他の実施形態について、図５〜図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図５は、センサ装置１Ｂの要部の構成を示すブロック図である。本実施形態においては、スイッチ１５がないことが、前記実施形態１のセンサ装置１Ａと相違している。

本実施形態のセンサ装置１Ｂの構成について、図５〜図７に基づいて説明する。図６は、センサ装置１Ｂの要部の構成を示す回路図である。図７は、本実施形態における増幅回路１６の出力及び記憶回路１４の出力を示したグラフである。

図６に示すように、本実施の形態のセンサ装置１Ｂでは、ＡＤコンバータ１３、記憶回路１４、増幅回路１６が設けられているが、実施形態１のセンサ装置１Ａに存在したスイッチ１５が存在していない。また、記憶回路１４には、入力側に抵抗１４ａが設けられている。

このような接続例及び構成例の回路図とすることによって、記憶回路１４には、第１状態における増幅回路１６の出力が入力されると共に、第２状態における増幅回路１６の出力も該記憶回路１４に入力される。

その結果、図７に示すように、記憶回路１４の入力電圧、つまり増幅回路１６の出力電圧を、一定の時定数τ（抵抗１４ａの抵抗値とコンデンサ１４ｂの容量との積で決定される）だけ積分した信号として出力することができる。

具体的には、用紙Ｐがセンサ部２を通過すると、図７において、第１状態が第２状態になり、さらにその後、用紙の検出がなくなったときに、第１状態に戻る。増幅回路１６の出力電圧は、増幅回路１６の時定数（ここでは十分短いとする）程度の時間で受光部４が出力する電流に比例した電圧になるため、第２状態である時刻においては、第１状態よりも低くなる。一方、記憶回路１４の出力電圧は、時定数τ程度の遅れをもって、増幅回路１６の出力電圧に追随する。ここでは、用紙Ｐの通過時間は１秒間とし、記憶回路１４の時定数τも１秒、増幅回路１６の時定数を０．１ｍｓとするがこれに限定されない。記憶回路１４の入力電圧、すなわち、増幅回路１６の出力する電圧Ｖ１が、時刻ｔ＝０に、出力Ｖａから出力Ｖｂに変化したとき、記憶回路１４が出力する電圧Ｖ０は次の（式１）で与えられる。

（式１）において、時刻ｔ＝τ／１００においては、ｅｘｐ（−０．０１）≒０．９９であることから、Ｖ０≒０．９９Ｖａ＋０．０１Ｖｂとなり、出力される電圧Ｖ０は１％の精度で出力Ｖａに等しくなる。したがって、時刻ｔ＝τ／１００においてＡＤコンバータ１３の出力は、電圧比Ｖ１／Ｖ０を１％の精度で測定したものとなっている。

図８は、本実施形態のセンサ装置１Ｂを備えた画像形成装置の処理を示すフローチャートである。図８においては、ステップＳ２〜ステップＳ４がなく、代わりにステップＳ１３がある点が、前記実施形態１における図４のフローチャートと異なっている。

図８に示すように、ステップＳ１において、ユーザーの印刷指示があると、第２状態になるまで待機し（ステップＳ５）、一定時間Ｔ（ここでは１０ｍｓとする。）経過するのを待つ（ステップＳ１３）。すなわち、一定時間Ｔは、記憶回路１４の出力電圧が増幅回路１６の出力電圧に追随するときの時間遅れである時定数τ及び電圧比の精度を考慮した時間である。一定時間Ｔは、例えば、記憶回路１４の時定数τ（＝１秒）の１００分の１程度が望ましく、また、増幅回路１６の時定数０．１ｍｓよりも十分長いことが必要である。

その後、前記実施形態１と同様に、電圧比Ｖ１／Ｖ０の測定、用紙厚さ判別、印刷条件制御、印刷を行う（ステップＳ６〜ステップＳ９）。

（変形例）
前記の説明では、制御部１２は、用紙の搬送を制御するか、又は別の制御部（不図示）から用紙が搬送されてきたことを示すトリガー信号を受け取る等して、第１状態と第２状態との区別をし、第２状態になってから１０ｍｓ後に電圧比Ｖ１／Ｖ０を測定していた。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、電圧比Ｖ１／Ｖ０を測定しておき、第２状態になるときに、電圧比Ｖ１／Ｖ０が低下したのを検知し、第１状態から第２状態になったことを認識してもよい。

このようにすることによって、用紙の厚さを高精度に判別するのみではなく、用紙Ｐが到達したことも検知することができる。

このように、本実施の形態におけるセンサ装置１Ｂは、増幅回路１６からの第１状態の出力電圧を、記憶回路１４に入力する。記憶回路１４は、第２状態においても該第１状態の増幅回路１６からの出力電圧を保持する。ＡＤコンバータ１３は、第２状態において記憶回路１４の第１状態の出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する第２状態における増幅回路１６の出力電圧の電圧比をデジタル値に変換する。

本実施の形態においては、前記実施の形態１におけるスイッチ１５をオン状態に保持した状態又は実施の形態１におけるスイッチ１５が存在しない状態となる。

この場合、第１状態から第２状態になってから一定時間Ｔ経過するまでは、増幅回路１６及び記憶回路１４が正常に動作せず、ＡＤコンバータ１３は精度の高い電圧比を出力することができない。

そこで、本実施の形態においては、ＡＤコンバータ１３は、第２状態において記憶回路１４の第１状態の出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する第２状態における増幅回路１６の出力電圧の電圧比をデジタル値に変換する。この結果、精度の高い電圧比のデジタル値を得ることができる。

〔実施形態３〕
本開示のさらに他の実施形態について、図９〜図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、前記実施形態１及び実施形態２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図９の（ａ）は、本実施形態のセンサ装置１Ｃのセンサ部２の第１状態を示す図である。図９の（ｂ）は、第２状態を示す図である。図９の（ａ）に示すように、本実施形態のセンサ装置１Ｃのセンサ部２は、用紙Ｐの搬送方向に対し垂直な方向に２つの受光部４ａ・４ｂを有する点で前記実施形態１及び実施形態２と異なっている。

本実施の形態のセンサ装置１Ｃの構成について、図９及び図１０に基づいて説明する。図１０は、センサ装置１Ｃの要部の構成を示すブロック図である。

図９の（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態のセンサ装置１Ｃでは、発光部３は、照射光Ｌ０を広角度に照射する。発光部３として、広角度に照射するＬＥＤを使用してもよいし、レンズ、導光体等を使用して光を広げてもよい。図９の（ａ）に示すように、第１状態においては、照射光Ｌ０は第１受光部としての受光部４ａ、及び第２受光部としての受光部４ｂにそれぞれ入る。受光部４ａ・４ｂの位置が、発光部３の位置に関して対称である等、２つの受光部４ａ・４ｂに入る光量が等しくなるような配置であることが望ましい。図９の（ｂ）に示すように、第２状態においては、照射光Ｌ０の一部は第１受光部としての受光部４ａに入り、照射光Ｌ０の他の一部は用紙Ｐに吸収・散乱され、透過光Ｌ１となって第２受光部としての受光部４ｂに入る。

図１０に示すように、本実施形態のセンサ装置１Ｃにおいては、第１受光部としての受光部４ａ及び第２受光部としての受光部４ｂにそれぞれ対応した複数の第１増幅回路としての増幅回路１６ａ及び第２増幅回路としての増幅回路１６ｂを有することが、前記実施形態１及び実施形態２と相違している。ただし、増幅回路１６ａ・１６ｂの増幅率は、センサ装置１Ｃを大量生産するために、受光部４ａ・４ｂを大量調達した際の感度の個体差を考慮して、第１状態において、増幅回路１６ｂの出力Ｖ０ｂの方が増幅回路１６ａの出力Ｖ０ａよりも必ず小さくなるように設定される。例えば、受光部４ａ・４ｂを大量に調達した際の感度の個体差が５％程度であったとすると、受光部４ａと受光部４ｂとの感度比は最大１０％になる。そのため、増幅回路１６ａの増幅率の８０％程度の増幅率を増幅回路１６ｂの増幅率としておけば、感度の個体差により出力Ｖ０ｂが出力Ｖ０ａを超えることがない。

図１１は、本実施形態のセンサ装置１Ｃを備えた画像形成装置の処理を示すフローチャートである。
図１１に示すように、ユーザーの印刷指示の後（ステップＳ１）、第１状態において電圧比Ｖ０ｂ／Ｖ０ａを測定する（ステップＳ２１）。次に、第２状態になるまで待機し（ステップＳ５）、第２状態において、増幅回路１６ｂの出力Ｖ１ｂと増幅回路１６ａの出力Ｖ１ａとの電圧比Ｖ１ｂ／Ｖ１ａを測定する（ステップＳ２２）。

次に、以下の（式２）の結果を用いて、実施形態１と同様の方法で用紙厚さの判別、印刷条件の制御、印刷を行う（ステップＳ７〜ステップＳ９）。

このようにすることによって、ステップＳ２１とステップＳ２２とにおいて、電源電圧の変動等によって発光部３の光量が変化しても、高精度に電圧比Ｖ１／Ｖ０を算出することができる。

尚、制御部１２は、用紙の搬送を制御するか、又は別の制御部（不図示）から用紙が搬送されてきたことを示すトリガー信号を受け取るか等して、第１状態と第２状態との区別をしてもよい。或いは、制御部１２は、増幅回路１６ｂの出力電圧の低下を検知して第１状態と第２状態とを区別してもよい。

（変形例）
例えば、図１２の（ａ）に示すように、センサ装置１Ｃ’のセンサ部２は、用紙Ｐの搬送方向に２つの受光部４ａ・４ｂを有していてもよい。図１２の（ａ）は、変形例のセンサ部２の第１状態を示す図である。図１２の（ｂ）は、第２状態を示す図である。

本変形例においては、図１２の（ｂ）に示すように、用紙Ｐが発光部３と受光部４ｂとの間のみにあり、発光部３と受光部４ａとの間にない状態を第２状態とする。

このようにすることによって、用紙Ｐのサイズによって用紙Ｐの端の位置が異なる場合にも使用可能である。

このように、本実施の形態におけるセンサ装置１Ｃ・１Ｃ’は、光を照射する発光部３と、発光部３からの照射光を受光する第１受光部としての受光部４ａと、発光部３の照射光のうち用紙を透過した光を受光する第２受光部としての受光部４ｂと、受光部４ａの出力を電圧に変換する第１増幅回路としての増幅回路１６ａと、受光部４ｂの出力を電圧に変換する第２増幅回路としての増幅回路１６ｂと、増幅回路１６ａの出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する増幅回路１６ｂの出力電圧の電圧比をデジタル値に変換するＡＤコンバータ１３とを備え、ＡＤコンバータ１３の出力に基づいて用紙特性を検出する。

本構成によれば、電源電圧の変動等によって発光部３の光量が変化しても、高精度に電圧比及びそのデジタル値を算出することができる。

〔実施形態４〕
本開示のさらに他の実施形態について、図１３〜図１５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、前記実施形態１〜３にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１３の（ａ）は、本実施形態のセンサ装置１Ｄのセンサ部２の第１状態を示す図である。図１３の（ｂ）は、第２状態を示す図である。

図１３の（ａ）に示すように、本実施形態のセンサ装置１Ｄのセンサ部２は、発光部３からの光を直線状に照射する導光体７を備え、用紙Ｐの搬送方向に対し垂直な方向に３つの受光部４ａ・４ｃ・４ｂを有する点で前記実施形態１〜３と異なっている。

本実施形態のセンサ装置１Ｄの構成について、図１３の（ａ）（ｂ）及び図１４に基づいて説明する。図１４は、センサ装置１Ｄの要部の構成を示すブロック図である。

図１３の（ａ）に示すように、本実施の形態のセンサ装置１Ｄでは、用紙Ｐの搬送方向に対し垂直な方向に第１受光部としての受光部４ａと、第３受光部としての受光部４ｃと、第２受光部としての受光部４ｂの３つの受光部がこの順に配設されている。

この結果、第１状態においては、照射光Ｌ０は第１受光部としての受光部４ａ、第３受光部としての受光部４ｃ、及び第２受光部としての受光部４ｂにそれぞれ入る。導光体７は、直線状に一様に光を広げることが望ましい。図１３の（ｂ）に示すように、第２状態においては、照射光Ｌ０の一部は第１受光部としての受光部４ａに入り、他の一部は用紙Ｐに吸収・散乱され、透過光Ｌ１となって第２受光部としての受光部４ｂに入る。第３受光部としての受光部４ｃには、用紙Ｐのサイズによって、照射光Ｌ０が入る場合と透過光Ｌ１が入る場合とがある。

図１４に示すように、本実施形態においては、第１受光部としての受光部４ａ、第３受光部としての受光部４ｃ、及び第２受光部としての受光部４ｂにそれぞれ対応した第１増幅回路としての増幅回路１６ａ、第３増幅回路としての増幅回路１６ｃ、及び第２増幅回路としての増幅回路１６ｂをそれぞれ備えていることが、前記実施形態１〜３と相違している。ただし、増幅回路１６ａ・１６ｂ・１６ｃの増幅率は、実施形態３と同様、第１状態において、増幅回路１６ｂ・１６ｃの出力Ｖ０ｂ及び出力Ｖ０ｃの方が増幅回路１６ａの出力Ｖ０ａよりも必ず小さくなるように設定される。尚、ＡＤコンバータ１３には、増幅回路１６ｃからの出力Ｖ１ｃを受ける測定電圧端子１３ｃが設けられている。

図１５は、本実施形態のセンサ装置１Ｄを備えた画像形成装置の処理を示すフローチャートである。図１５に示すように、ユーザーの印刷指示の後（ステップＳ１）、第１状態において、電圧比Ｖ０ｂ／Ｖ０ａ及び電圧比Ｖ０ｃ／Ｖ０ａを測定する（ステップＳ３１ｂ、Ｓ３１ｃ）。次に、第２状態になるまで待機する（ステップＳ５）。第２状態において、増幅回路１６ｂの出力Ｖ１ｂと増幅回路１６ａの出力Ｖ１ａとの電圧比Ｖ１ｂ／Ｖ１ａ、及び増幅回路１６ｃの出力Ｖ１ｃと増幅回路１６ａの出力Ｖ１ａとの電圧比Ｖ１ｃ／Ｖ１ａを測定する（ステップＳ３２ｂ、Ｓ３２ｃ）。次に、電圧比Ｖ１ｃ／Ｖ１ａを一定の閾値と比較し、一定の閾値よりも小さければ受光部４ｃ上にも用紙Ｐがあると判断し、用紙Ｐのサイズが大きいと判断する。一定の閾値よりも大きければ、受光部４ｃ上には用紙Ｐがないと判断し、用紙Ｐのサイズが小さいと判断する（ステップＳ３３）。

尚、ここでは、用紙Ｐサイズによって光量が変化する第３受光部としての受光部４ｃは１つだけとしたが、これに限らず、受光部の数を増やすことにとよって、きめ細かく用紙Ｐのサイズを判別することができる。

用紙Ｐの厚さについては、以下の（式３）の結果を用いて、実施形態１と同様の方法で用紙厚さの判別、印刷条件の制御、印刷を行う。

或いは、受光部４ｂ上に用紙Ｐがある場合には、受光部４ｂ及び受光部４ｃのデータの平均である以下の（式４）を用いてもよい。

このようにすることによって、１枚の用紙中の厚さのばらつきを平均することができるので、高精度な判別が可能である。

尚、制御部１２は、用紙の搬送を制御するか、又は別の制御部（不図示）から用紙が搬送されてきたことを示すトリガー信号を受け取るか等して、第１状態と第２状態の区別をしてもよい。或いは、制御部１２は、増幅回路１６ｃの出力電圧の低下を検知して第１状態と第２状態とを区別してもよい。

このように、本実施の形態のセンサ装置１Ｄは、第１受光部としての受光部４ａ及び第２受光部としての受光部４ｂの他に、少なくとも１つの第３受光部としての受光部４ｃを備え、用紙厚さの判別に加えて、用紙サイズを判別することが好ましい。

これにより、例えば、大きいサイズの用紙の通過を検出する受光部４ｃを備えておくことにより、受光部４ｃにて用紙の透過光を検出した場合には大きいサイズの用紙が通過したことを判別することができる。また、受光部４ｃにて用紙の透過光を検出しなければ大きいサイズの用紙は通過しなかったことを判別することができる。

尚、受光部４ｃを複数設けることによって、複数種類の用紙サイズを判別することが可能となる。

〔まとめ〕
本開示の態様１におけるセンサ装置は、光を照射する発光部と、用紙が存在しない第１状態において前記発光部からの照射光を受光し、用紙が存在する第２状態において前記用紙を透過した光を受光する受光部と、前記受光部の出力を電圧に変換する増幅回路と、前記第１状態における前記増幅回路からの出力電圧を保持する記憶回路と、前記記憶回路の出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する第２状態における前記増幅回路の出力電圧の電圧比をデジタル値に変換するＡＤコンバータとを備え、前記ＡＤコンバータの出力に基づいて用紙特性を検出することを特徴としている。

本構成によれば、増幅回路の第１状態における出力電圧を記憶回路に保持し、ＡＤコンバータには、この記憶回路に保持された第１状態における出力電圧と、増幅回路の第２状態における出力電圧とが入力される。そして、ＡＤコンバータは、記憶回路に保持された第１状態の出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する第２状態における前記増幅回路の出力電圧の電圧比を求め、その電圧比をデジタル値に変換する。

この結果、第１状態のリファレンス電圧及び第２状態の測定電圧をそれぞれデジタル値に変換してからデジタル比を計算する場合に比べて、高精度に電圧比のデジタル値を計算することが可能となる。

したがって、センサ装置の回路構成を簡単化して、用紙特性を高精度に判別し、高画質な画像を形成することができるセンサ装置を実現することができる。

本開示の態様２におけるセンサ装置は、前記増幅回路からの出力電圧を、前記記憶回路に入力するか否かを切り替えるスイッチを備えているとすることができる。

これにより、増幅回路の第１状態における出力電圧は記憶回路を介してＡＤコンバータに入力される一方、増幅回路の第２状態における出力電圧はＡＤコンバータに入力される。したがって、ＡＤコンバータでは、記憶回路の出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する第２状態における増幅回路の出力電圧の電圧比をデジタル値に変換することを容易に行うことができる。

本開示の態様３におけるセンサ装置は、前記増幅回路からの前記第１状態の出力電圧を、前記記憶回路に入力すると共に、前記記憶回路は、前記第２状態においても該第１状態の前記増幅回路からの出力電圧を保持し、かつ前記ＡＤコンバータは、前記第２状態において前記記憶回路の前記第１状態の出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する前記第２状態における前記増幅回路の出力電圧の電圧比をデジタル値に変換するとすることができる。この結果、精度の高い電圧比のデジタル値を得ることができる。

本開示の態様４におけるセンサ装置は、光を照射する発光部と、前記発光部からの照射光を受光する第１受光部と、前記発光部の照射光のうち用紙を透過した光を受光する第２受光部と、前記第１受光部の出力を電圧に変換する第１増幅回路と、前記第２受光部の出力を電圧に変換する第２増幅回路と、前記第１増幅回路の出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する前記第２増幅回路の出力電圧の電圧比をデジタル値に変換するＡＤコンバータとを備え、前記ＡＤコンバータの出力に基づいて用紙特性を検出することを特徴としている。

本構成によれば、電源電圧の変動等によって発光部の光量が変化しても、高精度に電圧比及びそのデジタル値を算出することができる。

本開示の態様５におけるセンサ装置は、前記第１受光部及び前記第２受光部の他に、少なくとも１つの第３受光部を備え、前記用紙特性の判別に加えて、用紙サイズを判別することが好ましい。

これにより、例えば、大きいサイズの用紙の通過を検出する第３受光部を備えておくことにより、第３受光部にて用紙の透過光を検出した場合には大きいサイズの用紙が通過したことを判別でき、第３受光部にて用紙の透過光を検出しなければ大きいサイズの用紙は通過しなかったことを判別することができる。

尚、第３受光部を複数設けることによって、複数種類の用紙サイズを判別することが可能となる。

本開示の態様６における画像形成装置は、前記センサ装置を備え、前記センサ装置の測定結果に基づいて画像形成条件を設定することを特徴としている。

本構成によれば、センサ装置の回路構成を簡単化して、用紙特性を高精度に判別し、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を実現することができる。

本開示の態様７における画像形成装置では、前記画像形成条件は、転写部に印加される電圧値、及び前記転写部に供給される電流値、定着部で前記用紙に加える圧力、前記定着部で前記用紙を加熱する温度、及び前記定着部で前記用紙を搬送する速度の少なくとも１つであるとすることができる。

これにより、前述した種々の画像形成条件にて、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を実現することができる。

尚、本開示は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１Ａ〜１Ｄ センサ装置
２ センサ部
３ 発光部
４ 受光部
４ａ 受光部（第１受光部）
４ｂ 受光部（第２受光部）
４ｃ 受光部（第３受光部）
７ 導光体
１１ 定電流源
１２ 制御部
１２ａ 記憶部
１２ｂ 演算部
１３ ＡＤコンバータ
１３ａ リファレンス端子
１３ｂ・１３ｃ 測定電圧端子
１４ 記憶回路
１４ａ 抵抗
１４ｂ コンデンサ
１５ スイッチ
１６ 増幅回路
１６ａ 増幅回路（第１増幅回路）
１６ｂ 増幅回路（第２増幅回路）
１６ｃ 増幅回路（第３増幅回路）
Ｌ０ 照射光
Ｌ１ 透過光
Ｐ 用紙
Ｔ 一定時間
Ｖ０ リファレンス電圧
Ｖ１ 測定した電圧

Claims (7)

1. 光を照射する発光部と、
   用紙が存在しない第１状態において前記発光部からの照射光を受光し、用紙が存在する第２状態において前記用紙を透過した光を受光する受光部と、
   前記受光部の出力を電圧に変換する増幅回路と、
   前記第１状態における前記増幅回路からの出力電圧をアナログ電圧として保持する記憶回路と、
   ＡＤコンバータであって、前記記憶回路の出力電圧を前記ＡＤコンバータのリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する第２状態における前記増幅回路のアナログ電圧としての出力電圧の電圧比をデジタル値に変換するＡＤコンバータとを備え、
   前記ＡＤコンバータの出力に基づいて用紙特性を検出するセンサ装置。
2. 前記増幅回路からの出力電圧を、前記記憶回路に入力するか否かを切り替えるスイッチを備えていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記増幅回路からの前記第１状態の出力電圧を、前記記憶回路に入力すると共に、
   前記記憶回路は、前記第２状態においても該第１状態の前記増幅回路からの出力電圧を保持し、かつ前記ＡＤコンバータは、前記第２状態において前記記憶回路の前記第１状態の出力電圧をリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する前記第２状態における前記増幅回路の出力電圧の電圧比をデジタル値に変換することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
4. 光を照射する発光部と、
   前記発光部からの照射光を受光する第１受光部と、
   前記発光部の照射光のうち用紙を透過した光を受光する第２受光部と、
   前記第１受光部の出力を電圧に変換する第１増幅回路と、
   前記第２受光部の出力を電圧に変換する第２増幅回路と、
   ＡＤコンバータであって、アナログ電圧としての前記第１増幅回路の出力電圧を前記ＡＤコンバータのリファレンス電圧とし、該リファレンス電圧に対する前記第２増幅回路のアナログ電圧としての出力電圧の電圧比をデジタル値に変換するＡＤコンバータとを備え、
   前記ＡＤコンバータの出力に基づいて用紙特性を検出するセンサ装置。
5. 前記第１受光部及び前記第２受光部の他に、少なくとも１つの第３受光部を備え、
   前記用紙特性の判別に加えて、用紙サイズを判別することを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ装置を備え、前記センサ装置の測定結果に基づいて画像形成条件を設定することを特徴とする画像形成装置。
7. 前記画像形成条件は、転写部に印加される電圧値、及び前記転写部に供給される電流値、定着部で前記用紙に加える圧力、前記定着部で前記用紙を加熱する温度、及び前記定着部で前記用紙を搬送する速度の少なくとも１つであることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。

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