(57)【要約】      （修正有）【課題】対象物に関する情報（対象物の厚さ、素材、表面状態、水分含有量など）を取得する情報取得装置、及び、これを用いた画像形成装置に関するものである。【解決手段】情報取得装置１０は、対象物Ｐの一部分を加熱する熱源１１と、加熱後における対象物Ｐの温度分布パターンＸを取得する赤外線イメージセンサ１２と、所定の比較パターンＹを格納するメモリ１３と、温度分布パターンＸと比較パターンＹとを比較して対象物Ｐに関する情報を取得する情報処理部１４と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の一部分を加熱する熱源と、
加熱後における前記対象物の温度分布パターンを取得する赤外線イメージセンサと、
所定の比較パターンを格納するメモリと、
前記温度分布パターンと前記比較パターンとを比較して前記対象物に関する情報を取得する情報処理部と、
を有することを特徴とする情報取得装置。
【請求項２】
前記熱源は、赤外線ランプ、または、セラミックヒータであることを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
【請求項３】
前記赤外線イメージセンサは、一次元的または二次元的に配列された複数の感熱画素を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の情報取得装置。
【請求項４】
前記複数の感熱画素は、いずれも、冷接点と温接点との温度差に応じた相対温度信号を出力する熱電対を含むことを特徴とする請求項３に記載の情報取得装置。
【請求項５】
前記赤外線イメージセンサは、前記冷接点が形成される基板と、前記温接点が形成される膜状部材と、を有し、
前記基板と前記膜状部材との間は、前記基板に設けられた空洞部を介して熱分離されていることを特徴とする請求項４に記載の情報取得装置。
【請求項６】
前記赤外線イメージセンサは、前記基板の温度に応じた絶対温度信号を出力するチップ温度検出部を有することを特徴とする請求項５に記載の情報取得装置。
【請求項７】
前記赤外線イメージセンサは、前記複数の感熱画素だけでなく、前記冷接点に印加される基準電圧を生成する基準電圧生成部や、前記冷接点と前記温接点との電位差を増幅して出力するアンプを同一チップに搭載した半導体集積回路装置であることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項８】
用紙に関する情報を取得する手段として、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の情報取得装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
前記情報取得装置は、未定着のトナー像を担持した前記用紙を加熱してトナー像を定着させる定着ローラよりも用紙搬送路の上流側に設けられており、前記用紙に関する情報に基づいて前記定着ローラの回転速度を調整することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記赤外線イメージセンサは、前記用紙の温度分布パターンだけでなく、前記定着ローラ表面の温度分布パターンを取得することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記情報取得装置は、前記用紙にインクを吐出するインク吐出ヘッドよりも用紙搬送路の上流側に設けられており、前記用紙に関する情報に基づいて前記インク吐出ヘッドのインク吐出量を調整することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記熱源は、前記赤外線イメージセンサよりも用紙搬送路の上流側に設けられていることを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物に関する情報（対象物の厚さ、素材、表面状態、水分含有量など）を取得する情報取得装置、及び、これを用いた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プリンタ、複写機、ファクシミリ、或いは、それらの複合機に代表される画像形成装置には、用紙に関する情報（用紙の厚さ、素材、表面状態、水分含有量など）を取得する用紙情報取得装置として、機械的手法または光学的手法を用いて用紙の厚さを測定する紙厚センサや、可視光線カメラで撮影された用紙の表面写真を解析して用紙の素材や表面状態を把握する画像解析装置などが設けられていた。
【０００３】
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３００２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の用紙情報取得装置では、測定結果や解析結果のばらつきが大きく、用紙に関する情報が満足に得られていなかった。
【０００６】
本発明は、本願の発明者により見出された上記の問題点に鑑み、対象物に関する情報を満足に取得することが可能な情報取得装置、及び、これを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る情報取得装置は、対象物の一部分を加熱する熱源と、加熱後における前記対象物の温度分布パターンを取得する赤外線イメージセンサと、所定の比較パターンを格納するメモリと、前記温度分布パターンと前記比較パターンとを比較して前記対象物に関する情報を取得する情報処理部と、を有する構成（第１の構成）とされている。
【０００８】
なお、上記第１の構成から成る情報取得装置において、前記熱源は、赤外線ランプ、または、セラミックヒータである構成（第２の構成）にするとよい。
【０００９】
また、上記第１または第２の構成から成る情報取得装置において、前記赤外線イメージセンサは、一次元的または二次元的に配列された複数の感熱画素を有する構成（第３の構成）にするとよい。
【００１０】
また、上記第３の構成から成る情報取得装置において、前記複数の感熱画素は、いずれも、冷接点と温接点との温度差に応じた相対温度信号を出力する熱電対を含む構成（第４の構成）にするとよい。
【００１１】
また、上記第４の構成から成る情報取得装置において、前記赤外線イメージセンサは、前記冷接点が形成される基板と、前記温接点が形成される膜状部材と、を有し、前記基板と前記膜状部材の間は、前記基板に設けられた空洞部を介して熱分離されている構成（第５の構成）にするとよい。
【００１２】
また、上記第５の構成から成る情報取得装置において、前記赤外線イメージセンサは、前記基板の温度に応じた絶対温度信号を出力するチップ温度検出部を有する構成（第６の構成）にするとよい。
【００１３】
また、上記第４〜第６いずれかの構成から成る情報取得装置において、前記赤外線イメージセンサは、前記複数の感熱画素だけでなく、前記冷接点に印加される基準電圧を生成する基準電圧生成部や、前記冷接点と前記温接点との電位差を増幅して出力するアンプを同一チップに搭載した半導体集積回路装置である構成（第７の構成）にするとよい。
【００１４】
また、本発明に係る画像形成装置は、用紙に関する情報を取得する手段として、上記第１〜第７いずれかの構成から成る情報取得装置を持つ構成（第８の構成）とされている。
【００１５】
なお、上記第８の構成から成る画像形成装置において、前記情報取得装置は、未定着のトナー像を担持した前記用紙を加熱してトナー像を定着させる定着ローラよりも用紙搬送路の上流側に設けられており、前記用紙に関する情報に基づいて前記定着ローラの回転速度を調整する構成（第９の構成）にするとよい。
【００１６】
また、上記第９の構成から成る画像形成装置において、前記赤外線イメージセンサは、前記用紙の温度分布パターンだけでなく、前記定着ローラ表面の温度分布パターンを取得する構成（第１０の構成）にするとよい。
【００１７】
また、上記第９の構成から成る画像形成装置において、前記情報取得装置は、前記用紙にインクを吐出するインク吐出ヘッドよりも用紙搬送路の上流側に設けられており、前記用紙に関する情報に基づいて前記インク吐出ヘッドのインク吐出量を調整する構成（第１１の構成）にするとよい。
【００１８】
また、上記第８〜第１１いずれかの構成から成る画像形成装置において、前記熱源は、前記赤外線イメージセンサよりも用紙搬送路の上流側に設けられている構成（第１２の構成）にするとよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、対象物に関する情報を満足に取得することが可能な情報取得装置、及び、これを用いた画像形成装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る画像形成装置の要部構成例を示す図
【図２】熱源１１の一動作例を示す図
【図３】ＩＲイメージセンサ１２の一構成例を示す図
【図４】ＩＲイメージセンサ１２に組み込まれた内部回路の一例を示す図
【図５】ＩＲイメージセンサ１２の一変形例を示す図
【図６】用紙Ｐにおける温度分布パターンの一例を示す図
【図７】ＩＲイメージセンサ１２の駆動例を示す図
【図８】赤外線センサの種類を示す一覧表
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜画像形成装置＞
図１は、本発明に係る画像形成装置の要部構成例を示す図である。図１で示す通り、本構成例の画像形成装置１は、要部の構成要素として、用紙搬送路２と、転写ドラム３と、定着ローラ４と、を有するほか、本発明に特有の構成要素として、用紙情報取得装置１０を有している。また、図１では示されていないが、画像形成装置１には、上記の構成要素以外にも、給紙トレイ、排紙トレイ、表示部、操作部、制御部、及び、通信部などが必要に応じて具備されている。
【００２２】
用紙搬送路２は、送りローラ（不図示）などを用いることにより、給紙トレイから転写ドラム３や定着ローラ４を経由して排紙トレイに至る経路で用紙Ｐ（紙、布、カードなどの紙葉類全般）を搬送する。なお、図中の白抜き矢印は用紙Ｐの搬送方向を示している。
【００２３】
転写ドラム３は、その表面上に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成し、このトナー像を用紙Ｐに転写する。
【００２４】
定着ローラ４は、未定着のトナー像を担持した用紙Ｐをヒータ４ａで加熱し、トナー像を定着させる。
【００２５】
なお、用紙搬送路２における用紙Ｐの搬送動作、転写ドラム３におけるトナー像の転写動作、及び、定着ローラ４におけるトナー像の定着動作は、互いに同期が取られている。
【００２６】
用紙情報取得装置１０は、転写ドラム３と定着ローラ４との間に設けられており、搬送中の用紙Ｐに関する用紙情報（用紙Ｐの厚さ、素材、表面状態、水分含有量、重送の有無など）を取得する。なお、用紙情報取得装置１０は、その構成要素として、熱源１１と、ＩＲ［infrared］イメージセンサ１２と、メモリ１３と、情報処理部１４と、を有する。
【００２７】
熱源１１は、情報処理部１４のオン／オフ制御に応じて、用紙Ｐの一部分を所定の温度（例えば４０℃〜６０℃）に加熱する（図２を参照）。熱源１１としては、ＩＲランプまたはセラミックヒータを用いることが望ましい。熱源１１は、ＩＲイメージセンサ１２よりも用紙搬送路２の上流側に設けられている。熱源１１とＩＲイメージセンサ１２との相互間の距離ｄについては、用紙Ｐが距離ｄを搬送されている間に、用紙Ｐの特性や状態に応じた温度分布パターンが生じるように適宜設計すればよい。
【００２８】
ＩＲイメージセンサ１２は、加熱後における用紙Ｐの温度分布パターンＸを取得して情報処理部１４に出力する。なお、ＩＲイメージセンサ１２の構成や内部回路については、後ほど詳細に説明する。
【００２９】
メモリ１３は、所定の比較パターンＹを不揮発的に格納する。なお、メモリ１３としては、ＲＯＭ［Read Only Memory］やＥＥＰＲＯＭ［Electrically Erasable Programmable Read Only Memory］、フラッシュメモリなどを用いることが望ましい。
【００３０】
情報処理部１４は、ＩＲイメージセンサ１２で取得された温度分布パターンＸと、メモリ１３から読み出された比較パターンＹとを比較して用紙情報を取得し、この用紙情報に基づいて定着ローラ４の回転速度を調整する。なお、情報処理部１４については、専用マイコンを設けてもよいし、或いは、画像形成装置１の各部を統括制御する主制御部（ＣＰＵ［Central Processing Unit］など）の一機能として実現してもよい。
【００３１】
＜ＩＲイメージセンサ＞
図３は、ＩＲイメージセンサ１２の一構成例を示す図であり、図４は、ＩＲイメージセンサ１２に組み込まれた内部回路の一例を示す図である。
【００３２】
図３及び図４で示したように、ＩＲイメージセンサ１２は、ＩＲピクセル列１２１と、デコーダ１２２と、カウンタ１２３と、アンプ１２４と、基準電圧生成部１２５と、クロック生成部１２６と、リセット制御部１２７と、チップ温度検出部１２８と、を同一チップに搭載した半導体集積回路装置である。このように、ＩＲピクセル列１２１を始めとして、用紙Ｐの温度分布パターンを取得するために必要な周辺回路を同一チップに搭載することにより、部品コストを削減することが可能となる。
【００３３】
ＩＲピクセル列１２１は、用紙Ｐの幅方向に沿って一次元的に配列された複数（例えば８〜１６個）の感熱画素Ａを含む。複数の感熱画素Ａは、いずれも、冷接点と温接点との温度差に応じた相対温度信号Ｘ１を出力するサーモパイル（複数の熱電対を直列または並列に接続したもの）を含む。このような構成であれば、各感熱画素Ａで生じた起電圧を相対温度信号Ｘ１として読み出すことにより、用紙Ｐ表面のＩＲ画像（温度分布パターン）を取得することができる。なお、本構成例では、複数の感熱画素Ａを一次元的に配列した構成を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、複数の感熱画素Ａを二次元的に配列した構成としても構わない。また、本構成例では、用紙Ｐの幅全体を単一のＩＲイメージセンサ１２でカバーする構成を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、図５で示したように、用紙Ｐの幅全体を２つのＩＲイメージセンサ１２で分割カバーする構成としても構わない。
【００３４】
感熱画素Ａのデバイス構造について具体的に述べる。ＩＲイメージセンサ１２は、図３で示したように、その表面が冷接点形成領域Ａ４（非感熱領域）とされる基板Ａ１と、その表面が温接点形成領域Ａ５（感熱領域）とされる膜状部材Ａ２（例えばＳｉＮメンブレン）と、を有する。基板Ａ１と膜状部材Ａ２との間は、基板Ａ１に設けられた空洞部Ａ３を介して熱分離されている。このようなデバイス構造を採用したことにより、環境温度の変化に依ることなく、用紙Ｐの温度分布パターンを適切に取得することが可能となる。また、本構成例のＩＲイメージセンサ１２であれば、ペルチェ素子による冷却処理が不要なので、ＩＲイメージセンサ１２の消費電力を低く抑えることも可能となる。なお、上記のデバイス構造については、ＭＥＭＳ［Micro Electro Mechanical Systems］技術を用いて実現すればよい。
【００３５】
デコーダ１２２は、情報処理部１４からの指示に基づき、カウンタ１２３のカウント動作に同期して、複数の感熱画素Ａで各々生じた起電圧をシリアル信号として出力する。
【００３６】
カウンタ１２３は、クロック生成部１２５で生成された内部クロック信号のパルスをカウントし、そのカウント値をデコーダ１２２に出力する。
【００３７】
アンプ１２４は、ＩＲピクセル列１２１からデコーダ１２２経由で非反転入力端（＋）に入力される感熱画素Ａの出力電圧（温接点電位）と、基準電圧生成部１２５から反転入力端（−）に入力される基準電圧（冷接点電位）との電位差（感熱画素Ａの起電圧）を増幅し、その増幅信号を相対温度信号Ｘ１として出力する。なお、相対温度信号Ｘ１は、アナログ／デジタル変換部１５を介して情報処理部１４に送出される。
【００３８】
基準電圧生成部１２５は、基板Ａ１（冷接点）に印加される基準電圧を生成する。
【００３９】
クロック生成部１２６は、情報処理部１４からの外部クロック信号に同期した内部クロック信号を生成し、この内部クロック信号をカウンタ１２３に出力する。
【００４０】
リセット制御部１２７は、外部からのリセット信号を受け付けてクロック生成部１２６の動作をリセットする。
【００４１】
チップ温度検出部１２８は、サーミスタなどを用いて基板Ａ１の温度に応じた絶対温度信号Ｘ２を出力する。なお、絶対温度信号Ｘ２は、アナログ／デジタル変換部１５を介して情報処理部１４に送出される。この絶対温度信号Ｘ２は、情報処理部１４での温度補正に利用される。
【００４２】
＜温度分布パターン＞
図６は、用紙Ｐにおける温度分布パターンの一例を示す図である。一般に、紙は熱を通しやすい性質を持っている。しかしながら、用紙Ｐに一定の熱量を与えた場合でも、用紙Ｐの厚さ、素材、表面状態（切り離し用ミシン目の有無、電子チップの埋設有無など）、水分含有量、重送の有無などに応じて、用紙Ｐの表面温度や温度分布パターンには、大きなばらつきが生じる。このような温度ばらつきは、定着ローラ４での定着ムラを招く要因となるので、印刷品位の向上を図るためには、用紙Ｐの特性や状態に応じて定着ローラ４の回転速度（定着速度）を調整することが重要となる。
【００４３】
そこで、本発明に係る画像形成装置１では、用紙Ｐの上記特性（厚さや表面状態によって温度の伝わり方が違うという特性）を逆手に取り、定着ローラ４での定着処理に先立って、用紙Ｐに一定の熱量（定着処理に支障を来さない程度の熱量）を与えた後、用紙Ｐの表面温度や温度分布パターンをモニタリングすることにより、用紙Ｐの特性や状態を把握するという手法が採用されている。
【００４４】
具体的には、ＩＲイメージセンサ１２で取得された温度分布パターンＸが標準の比較パターンＹ（所定の規格に準拠した標準用紙の温度分布パターン）と一致していた場合（図６の上段を参照）には、定着ローラ４の回転速度を標準値に設定する一方、温度分布パターンＸが標準の比較パターンＹよりも狭かった場合（図６の中段を参照）には、定着ローラ４の回転速度を標準値よりも遅めに設定するといったフィードバック制御を行うことが考えられる。また、ＩＲイメージセンサ１２で取得された温度分布パターンＸが特定の比較パターンＹ（例えば重送発生時の温度分布パターン）と一致していた場合（図６の下段を参照）には、画像形成処理を停止して重送発生の報知処理を行うことも考えられる。その他、具体的な温度分布パターンは例示しないが、特性や表面状態の異なる用紙毎に各々対応した比較パターンＹを予め用意しておくことにより、よりきめ細かな定着速度の調整を行うことが可能となる。
【００４５】
また、用紙情報取得装置１０で取得された用紙情報（搬送された用紙Ｐの内訳）を履歴として残しておけば、メンテナンスの効率化や運用の適正化を図る際の一指標として、有用に利用することが可能である。
【００４６】
＜発展応用例＞
図７は、ＩＲイメージセンサ１２の駆動例を示す図である。用紙Ｐに転写されたトナー像を加熱して定着させる電子写真方式の画像形成装置１において、最適な画像品質を実現するためには、定着ローラ４の表面温度を均一化しておくことが望ましい。そこで、本構成例のＩＲイメージセンサ１２は、用紙Ｐの温度分布パターンだけでなく、定着ローラ４表面の温度分布パターンを取得し得るように、回転駆動することが可能な構成とされている。具体的には、用紙ＰがＩＲイメージセンサ１２の配設位置に到達するまでは、感熱素子Ａが定着ローラ４の表面に向けられ、用紙ＰがＩＲイメージセンサ１２の配設位置に到達すると、感熱素子Ａが用紙Ｐの表面に向けられる。このような構成とすることにより、定着ローラ４の表面に複数のサーミスタを並べた従来技術と比べて、定着ローラ４表面の温度分布パターンを容易にかつ高解像度で取得することが可能となる。なお、定着ローラ４表面の温度分布パターンに異常が生じている場合には、定着ローラ４のクリーニングを行ったり、定着ローラ４の回転速度を落としたりすればよい。
【００４７】
なお、図７では、単一のＩＲイメージセンサ１２を用いて、用紙Ｐの温度分布パターンと定着ローラ４表面の温度分布パターンの双方を時分割で取得する構成を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、定着ローラ４表面の温度分布パターンのみを取得する専用のＩＲイメージセンサを別途設けても構わない。
【００４８】
＜その他の変形例＞
なお、上記の実施形態では、画像形成装置１に搭載される用紙情報取得装置１０に本発明を適用した構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、その他の用途に供される情報取得装置にも広く適用することが可能であり、情報取得装置によって取り扱われる対象物は、必ずしも用紙に限定されるものではない。
【００４９】
また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、転写ドラム３と定着ローラ４との間に用紙情報取得装置１０を設けた構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、いかなる位置に用紙情報取得装置１０を設けても構わない。例えば、用紙情報取得装置をレーザプリンタなどに搭載し、用紙の特性に応じて定着ローラの回転速度を調整する場合には、定着ローラよりも用紙搬送路の上流側でありさえすれば、いかなる位置に用紙情報取得装置を設けてもよく、また、用紙情報取得装置をインクジェットプリンタに搭載し、用紙の特性に応じてインク吐出量を調整する場合には、インク吐出ヘッドよりも用紙搬送路の上流側でありさえすれば、いかなる位置に用紙情報取得装置を設けてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、用紙情報取得装置１０のみを用いて、用紙Ｐに関する情報を取得する構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、既存の紙厚センサや画像解析装置を併用しても構わない。
【００５２】
また、上記実施形態では、ＩＲイメージセンサ１２の感熱素子としてサーモパイルを用いた構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、図８で例示する他方式の感熱素子を用いても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る情報取得装置は、例えば、プリンタ、複写機、ファクシミリ、或いは、それらの複合機に代表される画像形成装置に搭載されて用紙に関する情報を取得する用紙情報取得装置として利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１    画像形成装置
２    用紙搬送路
３    転写ドラム
４    定着ローラ
４ａ    ヒータ
１０    用紙情報取得装置
１１    熱源（赤外線ランプ、セラミックヒータ）
１２    ＩＲイメージセンサ
１２１    ＩＲピクセル列
１２２    デコーダ
１２３    カウンタ
１２４    アンプ
１２５    基準電圧生成部
１２６    クロック生成部
１２７    リセット制御部
１２８    チップ温度検出部（サーミスタ）
１３    メモリ
１４    情報処理部（ＣＰＵ）
１５、１６    アナログ／デジタル変換部（ＡＤＣ）
Ｐ    用紙（対象物）
Ａ    感熱画素（サーモパイル）
Ａ１    基板
Ａ２    膜状部材（ＳｉＮメンブレン）
Ａ３    空洞部
Ａ４    冷接点形成領域（非感熱領域）
Ａ５    温接点形成領域（感熱領域）
Ｘ    温度分布パターン
Ｘ１    相対温度信号
Ｘ２    絶対温度信号（チップ温度信号）
Ｙ    比較パターン
【図１】
2012127754.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
2012127754.tif 000008
【図８】
2012127754.tif 000009
【図６】
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