(57)【要約】【課題】高速Ａ／Ｄ変換回路を用いることなく、且つ、短い時間にて受信信号のサンプリングを完了し、より安価な構成で検知精度の高い記録材の判別を行う。【解決手段】超音波を記録材に送信する送信部３０３と、超音波を送信させるための送信波信号を生成する送信波生成部３０２と、超音波を受信する受信部３０９と、受信した超音波をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路３１１と、送信波生成部３０２に同一の送信波信号を異なる出力開始タイミングで複数回生成させ、Ａ／Ｄ変換回路３１１にｎ回目に送信された超音波の所定の周期をサンプリングしてＡ／Ｄ変換させ、Ａ／Ｄ変換された出力値に基づき、第ｎ回目以降に送信される超音波の波形をサンプリングすることで求められるピーク値を検出するタイミングを設定し、求めたピーク値に基づいて記録材の坪量を算出する。【選択図】図１
2013096855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信する送信手段と、前記送信手段に前記超音波を送信させるための送信波信号を生成する送信波生成手段と、前記送信手段から送信されて記録材を透過した超音波を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信した超音波を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記送信波生成手段に同一の送信波信号を異なる出力開始タイミングで複数回生成させ、前記Ａ／Ｄ変換手段に前記同一の送信波信号により生成される超音波の波形のうち、ｎ回目に送信された超音波の波形の所定の周期をサンプリングしてＡ／Ｄ変換させ、Ａ／Ｄ変換された出力値に基づき、ｎ回目以降に送信される超音波の波形をサンプリングすることで求められるピーク値を検出するタイミングを設定し、求めた前記ピーク値に基づいて記録材の坪量を算出する制御手段を有することを特徴とする記録材判別装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記送信波生成手段に同一の送信波信号を異なる出力開始タイミングで複数回生成させ、前記Ａ／Ｄ変換手段に前記同一の送信波信号により生成される超音波の波形のうち、ｎ回目に送信された超音波の波形の所定の周期をサンプリングしてＡ／Ｄ変換させ、Ａ／Ｄ変換された出力値に基づき、ｎ＋１回目に送信される超音波の波形をサンプリングすることで求められるピーク値を検出するタイミングを設定し、求めた前記ピーク値に基づいて記録材の坪量を算出することを特徴とする請求項１記載の記録材判別装置。
【請求項３】
トリガ基準信号を発生するトリガ基準信号発生手段を有し、
前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記トリガ基準信号に基づいて前記所定の１周期をサンプリングしてＡ／Ｄ変換し、
前記送信波生成手段は、前記トリガ基準信号に基づいて前記出力開始タイミングで前記送信波信号を生成することを特徴とする請求項１記載の記録材判別装置。
【請求項４】
前記制御手段は、所定の駆動周波数で駆動され、
各回の前記所定の１周期をサンプリングしてＡ／Ｄ変換した複数の出力値のうち大きさが上位の２つの出力値と、前記所定の駆動周波数を前記所定のサンプリング周波数で除した値に基づいて、次回の前記出力開始タイミングを算出することを特徴とする請求項１記載の記録材判別装置。
【請求項５】
前記送信波生成手段が前記同一の送信波信号を生成する回数がｎ回であり、
前記出力開始タイミングが、１回目の所定の出力開始タイミングと出力開始タイミング補正量からなり、
１回目の前記出力開始タイミング補正量が、前記所定の駆動周波数を前記所定のサンプリング周波数で除した値であり、
２回目からｎ回目までの前記出力開始タイミング補正量が、前回の出力開始タイミング補正量より小さな値であり、
前記大きさが上位の２つのデジタル値を、サンプリングの順にＹ１とＹ２とした場合に、Ｙ１がＹ２より大きい場合には、前記出力開始タイミング補正量を負の値とし、Ｙ１がＹ２より小さい場合には、前記出力開始タイミング補正量を正の値とすることを特徴とする請求項４記載の記録材判別装置。
【請求項６】
前記大きさが上位の２つのデジタル値を、前記Ａ／Ｄ変換手段によるサンプリングの順にＹ１とＹ２とした場合に、
前記制御手段は、Ｙ１がＹ２より大きい場合には、前記出力開始タイミングを早め、Ｙ１がＹ２より小さい場合には、前記出力開始タイミングを遅らせることを特徴とする請求項４記載の記録材判別装置。
【請求項７】
前記出力開始タイミングが、所定の出力開始タイミングと出力開始タイミング補正量からなり、
前記制御手段が、ｎ回目の前記Ａ／Ｄ変換手段によってサンプリングしてＡ／Ｄ変換された大きさが上位の３つのデジタル値Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３に基づく２次曲線の極値と前記Ｙ２の値の差に基づいて前記出力開始タイミング補正量を算出し、ｎ回目以降の前記３つのデジタル値の最大値をピーク値とすることを特徴とする請求項１記載の記録材判別装置。
【請求項８】
前記制御手段が、ｎ回目の前記Ａ／Ｄ変換手段によってサンプリングしてＡ／Ｄ変換された大きさが上位の３つのデジタル値Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３に基づく２次曲線の極値と前記Ｙ２の値の差に基づいて前記出力開始タイミング補正量を算出し、ｎ＋１回目の前記３つのデジタル値の最大値をピーク値とすることを特徴とする請求項７記載の記録材判別装置。
【請求項９】
前記所定の駆動周波数を前記所定のサンプリング周波数で除した値をＢとした場合に、前記制御手段は、前記送信波生成手段に前記同一の送信波信号をｌｏｇ２Ｂ以上となる最小の整数値となる回数まで繰り返し生成させることを特徴とする、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の記録材判別装置。
【請求項１０】
複数枚搬送される記録材の坪量を検出する場合には、
後続の記録材の坪量検知における１回目の前記同一の送信波信号の前記出力開始タイミングは所定の値から開始することを特徴とする、請求項５または７に記載の記録材判別装置。
【請求項１１】
複数枚搬送される記録材の坪量を検出する場合には、
後続の記録材の坪量検知における１回目の送信波信号の前記出力開始タイミングは先に通紙された記録材の前記出力開始タイミングの最終値から開始することを特徴とする、請求項５または７に記載の記録材判別装置。
【請求項１２】
超音波を送信する送信手段と、前記送信手段に前記超音波を送信させるための送信波信号を生成する送信波生成手段と、前記送信手段から送信されて記録材を透過した超音波を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信した超音波を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記送信波生成手段に同一の送信波信号を異なる出力開始タイミングで複数回生成させ、前記Ａ／Ｄ変換手段に前記同一の送信波信号により生成される超音波の波形のうち、ｎ回目に送信された超音波の波形の所定の周期をサンプリングしてＡ／Ｄ変換させ、Ａ／Ｄ変換された出力値に基づき、ｎ回目以降に送信される超音波の波形をサンプリングすることで求められるピーク値を検出するタイミングを設定して前記ピーク値を求める制御手段を有し、
画像情報を処理する画像処理手段と、潜像を担持する潜像担持体と、前記潜像担持体を露光走査して潜像を形成する露光手段と、前記潜像担持体に現像剤を付与することにより前記潜像を現像剤像として可視化する現像手段と、記録材に前記現像手段による前記現像剤像を転写する転写手段と、前記転写手段によって前記現像剤像を転写された前記記録材を所定の定着処理条件において、加熱及び加圧することにより前記現像剤像を記録材に定着させる定着手段とを備えた画像形成装置において、
前記制御手段により求めた前記ピーク値に基づいて、前記画像処理手段、前記露光手段、前記現像手段、前記転写手段、前記定着手段のいずれかを制御することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材の種類を判別する判別装置及び、その判別装置を搭載した画像形成装置に関する。より詳細には、記録材に超音波を送信して記録材を透過した超音波を検出し、記録材の坪量を判別する判別装置、及び、この判別装置の判別結果を用いて画像形成条件を制御する複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置は、静電潜像を担持する潜像担持体と、潜像担持体に現像剤を付与することにより静電潜像を現像剤像として可視化する現像装置と、所定方向に搬送される記録材に現像剤像を転写する転写装置を有している。更に、画像形成装置は、現像剤像の転写を受けた記録材を所定の定着処理条件にて加熱及び加圧することにより現像剤像を記録材に定着させる定着装置を備えている。
【０００３】
従来、かかる画像形成装置においては、例えば、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）や画像処理装置により、もしくは画像形成装置本体に設けられた操作パネル等を介して記録材のサイズや種類（以下、紙種ともいう）がユーザによって設定される。その設定に応じて、現像剤の転写条件（例えば転写電圧や転写時の記録材の搬送速度）や定着条件（例えば、定着温度や定着時の記録材の搬送速度）が制御されている。
【０００４】
このユーザの負担を軽減するために、近年では、画像形成装置内部に記録材を判別するセンサを備えて記録材の種類を自動的に判別し、その判別結果に応じて転写条件あるいは定着条件等が設定されるよう制御する技術が提案されている。例えば、特許文献１では、記録材に対して超音波を送信し、記録材からの透過波のピーク値を検知することにより、記録材の単位面積あたりの重量（以下、坪量という）を判別する技術が開示されている。
【０００５】
また、例えば特許文献２においては、超音波を用いた検出装置において受信信号のサンプリング方法として、以下の例が開示されている。すなわち、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周期Ｔに対して、検出したい受信信号の周波数が高い場合、サンプリングタイミングを１，２，３，・・・ｎ回目と逐次ずらし、１〜ｎ回の検出結果より受信信号を等価的に検出する。図１０にこの検出例を示す。サンプリングタイミングを１回目からｎ回目まで逐次ずらし、受信信号を検出している。そして、受信信号の坪量を判断するためのピーク値（図中Ｐｋと示す）を求める。この技術によれば、受信信号をデジタル値へと変換するために用いるＡ／Ｄ変換回路のサンプリング周波数が低くても、等価的に高いサンプリング周波数及び検出精度で受信信号のＡ／Ｄ変換が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−１３２０５５号公報
【特許文献２】特開平７−７２１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在、画像形成装置に使用される記録材の種類は多岐にわたっている。画像形成装置はそれらの記録材に対し印字品質を低下させずに、画像を形成する必要がある。そのため画像形成装置が各々の記録材の特徴に合わせた制御を行うため、記録材判別装置には高い性能が求められている。
【０００８】
このため、超音波を用いて記録材の坪量検知を行う場合、検知精度を向上させるためには、より高いサンプリング周波数で超音波の受信信号を検出する必要がある。特許文献１では、記録材の坪量を判別するために出力波形の１サイクルのピーク値を検出する際に、出力波形の周波数と比べて十分高速なＡ／Ｄ変換回路を用いてデジタル値に変換し、ソフトウェア処理にてピーク値の検出を行っている。しかし、この方法では高価な高速Ａ／Ｄ変換回路が必要になるほか、デジタル値を一時保管しておくための記憶容量を有する記憶部も必要となり、コストアップの要因となる。
【０００９】
また、高速Ａ／Ｄ変換回路の使用による装置のコストアップを解決するために、特許文献２においては、高速Ａ／Ｄ変換回路を用いずに等価的にサンプリング周波数の高いＡ／Ｄ変換を実現すべく、等価サンプリング方式でのＡ／Ｄ変換処理を行っている。しかし、この方法ではサンプリングタイミングを逐次ずらしながら受信信号を検出して蓄積する必要があるため、サンプリングを完了するまでの時間が長くなってしまう。
【００１０】
本発明は以上のような状況のもとでなされたものであり、高速Ａ／Ｄ変換回路を用いることなく、且つ、短い時間にて受信信号のサンプリングを完了し、より安価な構成で検知精度の高い記録材の判別を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。
【００１２】
（１）超音波を送信する送信手段と、前記送信手段に前記超音波を送信させるための送信波信号を生成する送信波生成手段と、前記送信手段から送信されて記録材を透過した超音波を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信した超音波を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記送信波生成手段に同一の送信波信号を異なる出力開始タイミングで複数回生成させ、前記Ａ／Ｄ変換手段に前記同一の送信波信号により生成される超音波の波形のうち、第ｎ回目に送信された超音波の波形の所定の周期をサンプリングしてＡ／Ｄ変換させ、Ａ／Ｄ変換された出力値に基づき、第ｎ回目以降に送信される超音波の波形をサンプリングすることで求められるピーク値を検出するタイミングを設定し、求めた前記ピーク値に基づいて記録材の坪量を算出する制御手段を有することを特徴とする記録材判別装置。
【００１３】
（２）超音波を送信する送信手段と、前記送信手段に前記超音波を送信させるための送信波信号を生成する送信波生成手段と、前記送信手段から送信されて記録材を透過した超音波を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信した超音波を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記送信波生成手段に同一の送信波信号を異なる出力開始タイミングで複数回生成させ、前記Ａ／Ｄ変換手段に前記同一の送信波信号により生成される超音波の波形のうち、ｎ回目に送信された超音波の波形の所定の周期をサンプリングしてＡ／Ｄ変換させ、Ａ／Ｄ変換された出力値に基づき、ｎ回目以降に送信される超音波の波形をサンプリングすることで求められるピーク値を検出するタイミングを設定して前記ピーク値を求める制御手段を有し、画像情報を処理する画像処理手段と、潜像を担持する潜像担持体と、前記潜像担持体を露光走査して潜像を形成する露光手段と、前記潜像担持体に現像剤を付与することにより前記潜像を現像剤像として可視化する現像手段と、記録材に前記現像手段による前記現像剤像を転写する転写手段と、前記転写手段によって前記現像剤像を転写された前記記録材を所定の定着処理条件において、加熱及び加圧することにより前記現像剤像を記録材に定着させる定着手段とを備えた画像形成装置において、前記制御手段により求めた前記ピーク値に基づいて、前記画像処理手段、前記露光手段、前記現像手段、前記転写手段、前記定着手段のいずれかを制御することを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高速Ａ／Ｄ変換回路を用いることなく、且つ、短い時間にて受信信号のサンプリングを完了し、より安価な構成で検知精度の高い記録材の判別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１、２の記録材判別装置の受信素子と送信素子の配置図、及び記録材判別装置のブロック図
【図２】実施例１、２の記録材判別装置の送信波信号波形と受信信号波形を示した図、受信信号のピーク出力値と記録材坪量との関係を示した図
【図３】実施例１の超音波の受信信号波形のサンプリング方法を示した図
【図４】実施例１の超音波の受信信号波形のサンプリング方法を拡大して示した図
【図５】実施例１の超音波の出力開始タイミングを示した図
【図６】実施例１の超音波の検出結果を示した図、及びピーク検出完了までに必要なサンプリング回数を示した図
【図７】実施例２の超音波の送信波信号及び受信信号波形のサンプリング方法を示した図、及びピーク位置検出の演算方法を示した図
【図８】実施例２の超音波の受信信号波形のサンプリング方法を示した図
【図９】実施例３の画像形成装置の概略構成を示す図
【図１０】従来例における等価サンプリング方法を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を説明する。なお、以下に示す実施例は一例であって、この発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１７】
本実施例に係る記録材の坪量を検知する記録材判別装置の構成、及び記録材の坪量を検知する動作における制御について説明する。なお、坪量とは記録材の単位面積あたりの重量［ｇ／ｃｍ２］をいい、この坪量により記録材が薄紙であるか厚紙であるかが判別される。
【００１８】
［記録材判別装置の構成］
記録材Ｐの坪量を検知する記録材判別装置は、図１（ａ）に示すように、記録材Ｐに対して超音波を送信する送信素子３０５と、送信素子３０５から送信された超音波を受信する受信素子３０７を有している。送信素子３０５と受信素子３０７の間を通過した記録材Ｐは、図中の搬送方向に搬送され搬送ローラ対２０３を通過する。なお、本実施例における坪量検知センサの送信素子３０５と受信素子３０７の配置位置は、送信素子３０５と記録材Ｐとの距離と受信素子３０７と記録材Ｐとの距離が略等しい配置位置であり、送信素子３０５と受信素子３０７との間の距離はＤである。図は、記録材Ｐが送信素子３０５と受信素子３０７との間の中間の位置に搬送された状態を示しており、送信素子３０５と記録材Ｐとの距離をｄとすると、ｄ≒Ｄ／２の関係になるように配置されている。なお、送信素子３０５と受信素子３０７は、搬送方向に直交する方向に図中上下に揃った位置に配置するのが望ましい。これらの素子が搬送方向にずれると、受信素子３０７の出力が小さくなってしまうからである。
【００１９】
送信素子３０５と受信素子３０７は基本的に同様の構成を有しており、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子と、電極端子から成る。送信素子３０５では、電極端子にパルス電圧を入力すると圧電素子が発振する。これにより音波が発生し、発生した音波は空気中を伝搬する。音波が記録紙Ｐまで到達すると、音波の疎密に応じて記録紙Ｐが振動を起こす。記録紙Ｐが振動を起こすことにより、対向側すなわち受信素子３０７側の空気も振動する。このように、送信側の送信素子３０５で発生した音波が、記録紙を介して受信側に伝搬する。受信素子３０７の圧電素子は、周辺空気の振動の振幅に応じた出力電圧を電極端子に発生し、この出力電圧を基に超音波が送信された記録紙Ｐの坪量を検知する。これが超音波圧電素子を用いた記録材判別装置の動作原理である。
【００２０】
［坪量検知の制御］
次に、坪量を検知する制御の一例を、図１（ｂ）により説明する。ＣＰＵ３０１は、送信波信号３０６を送信部３０３に送る。送信部３０３は、駆動回路３０４と送信素子３０５を有する。ＣＰＵ３０１内にある送信波生成部３０２は、装置のファームウェアによって予め設定されている情報に基づいて、指定された周波数の送信波信号３０６を生成し出力する。送信波生成部３０２から送信された送信波信号３０６は、駆動回路３０４によって信号レベルが増幅され、駆動信号として送信素子３０５へと出力される。この増幅された駆動信号によって、送信素子３０５は超音波を出力する。ここで、送信波生成部３０２による送信波信号３０６の出力開始タイミングは、ＣＰＵ３０１の動作周波数ｆａで制御することが可能であり、本実施例ではＣＰＵ３０１の動作周波数ｆａは例えば１０ＭＨｚとする。
【００２１】
送信素子３０５を駆動する周波数は、本実施例では例えば４０ｋＨｚであり、送信素子３０５からは約９ｍｍの波長を有する超音波が出力される。これは、記録材判別装置である坪量検知センサで用いた送信素子３０５と受信素子３０７の共振周波数が４０ｋＨｚであることからこのように設定される。但し、これは本実施例における一例であり、本発明はこれに限定されるものでない。
【００２２】
受信部３０９の受信素子３０７は、送信素子３０５からの超音波または記録材Ｐを透過した超音波を受信する。なお、受信部３０９は受信素子３０７、増幅回路３０８及び波形整形回路３１４から構成されている。受信素子３０７で受信した超音波は、増幅回路３０８にて増幅され、波形整形回路３１４で波形整形された後、受信信号３１０としてＣＰＵ３０１のＡ／Ｄ変換回路３１１へと出力される。Ａ／Ｄ変換回路３１１は所定のサンプリング周波数ｆｂで動作しており、本実施例におけるＡ／Ｄ変換回路３１１のサンプリング周波数ｆｂは例えば２００ｋＨｚと設定されている。Ａ／Ｄ変換回路３１１の動作開始タイミング及び送信波生成部３０２からの送信波信号３０６の出力開始タイミングは、トリガ基準信号発生部３１２から出力されるトリガ信号を基準としている。Ａ／Ｄ変換回路３１１で変換された超音波の受信信号は、デジタル値としてデータ処理部３１３へと出力されて格納され、所望のデータ処理が行われる。そして、データ処理部３１３は検出した超音波の受信信号から記録紙Ｐの坪量を算出し、また超音波の出力開始タイミングへのフィードバックを送信波生成部３０２に行う。
【００２３】
図２（ａ）は送信素子３０５に出力する駆動回路３０４で生成された駆動信号の波形である送信波信号波形、及び受信素子３０７にて受信した超音波の受信信号波形を示している。なお、図２（ａ）では受信信号波形は、増幅回路３０８で増幅された後の波形と、波形整形回路３１４で波形整形された後の波形の両方が図示されている。送信素子３０５からの超音波は、空間を伝播し、受信素子３０７は超音波の受信信号を受信する。駆動回路３０４からは駆動周波数４０ｋＨｚの送信波信号が複数送信され、受信素子３０７により受信した超音波は増幅回路３０８により増幅された受信信号へと変換される。増幅回路３０８により増幅された受信信号は、波形整形回路３１４により半波整流されたのちに受信信号３１０としてＡ／Ｄ変換回路３１１へと出力される。
【００２４】
記録材の坪量は、受信信号波形の振幅が各周期で最大となったピーク出力値Ｐｋより算出することができる。本実施例においては、図２（ａ）に示すようにピーク出力値Ｐｋ１〜Ｐｋｎ（ｎはピーク出力値の数を示す）のうち、特定の３波目のピーク出力値Ｐｋ３を用いて坪量の検知を行うが、Ｐｋ１〜Ｐｋｎの任意のピーク出力値を用いて坪量の検知を行ってもよい。以下、本実施例においては３波目のピーク出力値Ｐｋ３をピーク出力値Ｐｋとして述べる。図２（ｂ）に受信信号のピーク出力値と記録材の坪量［ｇ／ｍ２］の関係を示す。図２（ｂ）のグラフからわかるように、記録材の坪量が大きいほど、受信信号のピーク出力値は低下する傾向にある。したがって、受信信号のピーク出力値から記録材Ｐの坪量を検出することができ、記録材Ｐの種類（薄紙、厚紙等）を検出することができる。
【００２５】
［受信信号のピーク出力値の検出方法］
次に、本実施例における超音波の受信信号波形からピーク出力値を検出する方法について述べる。超音波の受信信号波形は記録材の同一箇所を測定する場合は、同一坪量を検出することになるので、受信信号波形の繰り返し再現性は非常に高い。ピーク出力値の検出には、この高い繰り返し再現性を用い、超音波を複数回生成し複数回の繰り返し測定を行う。
【００２６】
図３は複数回の繰り返し測定により得られる超音波の１回目から３回目の受信信号波形等を示している。測定の１回目（図３（ａ））では、まずトリガ基準信号発生部３１２が出力するトリガ基準信号を基準としてＡ／Ｄ変換回路３１１の動作を開始したのちに、トリガ基準信号を基準にして所望の出力開始タイミングＤＲ１後に送信素子３０５より超音波を出力する。本実施例においては、１周期分の送信波信号及び受信信号波形のみを図示している。しかし、実際には図２（ａ）に示すような複数の送信波信号を送信して超音波を生成し、受信信号波形においても図２（ａ）に示すような複数の受信信号波形を受信してピーク出力値Ｐｋ（＝Ｐｋ３）を検出する。受信素子３０７では記録材Ｐを透過した受信信号波形を受信し、受信部３０９はＡ／Ｄ変換回路３１１に受信信号３１０を出力する。Ａ／Ｄ変換回路３１１は上述のトリガ基準信号を基準として、サンプリング周波数ｆｂでデジタル値Ｙ１０〜Ｙ１ｍ（ｍはサンプリング数を示す）を検出する。Ａ／Ｄ変換回路３１１によりサンプリングされたＹ１０〜Ｙ１ｍの検出結果はデータ処理部３１３に格納され、データ処理部３１３ではピーク出力値の算出等の演算処理が行われる。そして、データ処理部３１３は、演算処理の結果に応じて２回目における送信波の出力開始タイミング補正量ＤＴ２’及び、出力開始タイミングＤＲ２を算出する。出力開始タイミング補正量ＤＴ２’及び出力開始タイミングＤＲ２の算出方法については後述する。
【００２７】
測定の２回目（図３（ｂ））では、同様にトリガ基準信号発生部３１２が出力するトリガ基準信号を基準としてＡ／Ｄ変換回路３１１の動作を開始した後に、測定の１回目で得られた出力開始タイミングＤＲ２後に送信素子３０５より超音波の送信波信号を出力する。受信素子３０７では記録材Ｐを透過した受信信号波形を受信し、受信部３０９はＡ／Ｄ変換回路３１１へ受信信号３１０を出力する。Ａ／Ｄ変換回路３１１はトリガ基準信号を基準として、サンプリング周波数ｆｂでＹ２０〜Ｙ２ｍのデジタル値を検出する。Ａ／Ｄ変換回路３１１によりサンプリングされたＹ２０〜Ｙ２ｍの検出結果はデータ処理部３１３に格納され、データ処理部３１３ではピーク出力値の算出等の演算処理が行われる。データ処理部３１３は、演算処理の結果に応じて測定の３回目における送信波の出力開始タイミング補正量ＤＴ３’及び出力開始タイミングＤＲ３を算出する。測定の３回目（図３（ｃ））も同様にして、Ｙ３０〜Ｙ３ｍのデジタル値を検出する。
【００２８】
［出力開始タイミング補正量及び出力開始タイミング］
次に、上述の送信波の出力開始タイミング補正量ＤＴｎ’及び、出力開始タイミングＤＲｎの算出方法について図４を用いて説明する。なお、出力開始タイミング補正量ＤＴｎ’は、以下で説明するタイミング補正量ＤＴｎに対して、正負の符号を乗じたものである。Ａ／Ｄ変換回路３１１は、測定のｎ回目で得られた検出結果Ｙｎ０〜Ｙｎｍの値をデータ処理部３１３に格納し、データ処理部３１３は、格納されたＹｎ０〜Ｙｎｍの中から最大値を含む値の大きい上位２つの検出結果Ｙｎｋ、Ｙｎ（ｋ＋１）を抽出する。図４では、データ処理部３１３は、Ｙｎ（ｍ−３）をＹｎｋ、Ｙｎ（ｍ−２）をＹｎ（ｋ＋１）として抽出する（図中、黒丸部分）。
【００２９】
次に、データ処理部３１３は測定のｎ＋１回（次回）目における出力開始タイミング補正量ＤＴｎ＋１を算出する。測定の２回目以降のｎ＋１回目における超音波の出力開始タイミング補正量ＤＴｎ＋１はＤＴｎ＋１＝ＤＴｎ／２として算出する。すなわち、出力開始タイミング補正量ＤＴｎ＋１は、例えば出力開始タイミング補正量ＤＴｎの半分の値とする。なお、半分の値ではなく、例えば１／３の値としてもよい。ここで、超音波の出力開始タイミング補正量ＤＴｎの算出の基準となるＤＴ１は、ＣＰＵ３０１の動作周波数ｆａ、及びＡ／Ｄ変換回路３１１のサンプリング周波数ｆｂから決まり、ＤＴ１＝Ａ（ｆａ／ｆｂ）として算出する。Ａは時間に換算するための係数である。本実施例の場合、ＣＰＵ３０１の動作周波数ｆａ＝１０ＭＨｚ，Ａ／Ｄ変換回路３１１のサンプリング周波数ｆｂ＝２００ｋＨｚであるのでＤＴ１＝５０Ａとなる。但し、制御上の１回目の出力開始タイミング補正量は０とする。
【００３０】
そして、データ処理部３１３は、抽出したＹｎｋ、Ｙｎ（ｋ＋１）を比較し、Ｙｎｋ＞Ｙｎ（ｋ＋１）となる場合には測定のｎ＋１回目における超音波の出力開始タイミング補正量ＤＴｎ＋１’をＤＴｎ＋１’＝−ＤＴｎ＋１とする。一方、Ｙｎｋ＜Ｙｎ（ｋ＋１）となる場合には測定のｎ＋１回目における超音波の出力開始タイミング補正量ＤＴｎ＋１’をＤＴｎ＋１’＝＋ＤＴｎ＋１とする。
【００３１】
次に、トリガ基準信号を基準にした超音波の出力開始タイミングＤＲｎについて図５を用いて説明する。１回目の送信波信号は、出力開始タイミングＤＲ１で出力される。上述したように、１回目の出力開始タイミング補正量は０である。２回目の送信波信号は、出力開始タイミングＤＲ１に出力開始タイミング補正量ＤＴ２’を加えた出力開始タイミングＤＲ２で出力される。そして、３回目の送信波信号は、出力開始タイミングＤＲ２から出力開始タイミング補正量ＤＴ３′を減じた出力開始タイミングＤＲ３で出力される。このように、データ処理部３１３は、トリガ基準信号を基準にした超音波の出力開始タイミングＤＲｎを測定の前回の超音波の出力開始タイミングＤＲｎを基準にＤＲｎ＋１＝ＤＲｎ＋ＤＴｎ＋１’として算出する。測定の１回目の出力開始タイミングＤＲ１は任意の初期値でよい。
【００３２】
また、例えば１回目の測定の後に２回目の測定は行わずに３回目に測定を行い、この３回目の測定での出力開始タイミングは、１回目の出力開始タイミングを基準に算出してもよい。
【００３３】
［受信信号波形のピーク値の検出結果］
こうして複数回、本実施例ではｎ＋１回の繰り返し測定による超音波の受信信号波形の検出結果から最大値が算出される。すなわち、Ｙ１０〜Ｙ１ｍから抽出されたＹ１ｋ，Ｙ１（ｋ＋１）、Ｙ２０〜Ｙ２ｍから抽出されたＹ２ｋ，Ｙ２（ｋ＋１）、・・・、Ｙ（ｎ＋１）０〜Ｙ（ｎ＋１）ｍから抽出されたＹｎ＋１（ｋ），Ｙｎ＋１（ｋ＋１）から最大値が算出される。最大値は、Ｙｎ＋１（ｋ），Ｙｎ＋１（ｋ＋１）の値が同じ値であればその値を最大値とし、異なる値であれば平均値を最大値とする。そして、この最大値は超音波の受信信号波形のピーク値として例えば図２（ｂ）の対応関係に基づいて坪量の検出結果とされる。この計算は、データ処理部３１３で行う。図６（ａ）は４０ｋＨｚの周波数を有する超音波の受信信号波形を２００ｋＨｚのサンプリング周波数のＡ／Ｄ変換回路３１１にて受信し、上述の方法によりピーク値を検出した結果を模式的に表したものである。
【００３４】
［受信波の測定回数］
ここで、ＣＰＵ３０１の動作周波数ｆａをＡ／Ｄ変換回路３１１のサンプリング周波数ｆｂで除した値をＢとする。データ処理部３１３は、受信波の測定回数はｌｏｇ２Ｂ以上となる最小の整数値まで測定を繰り返し実行することで、ＣＰＵ３０１の動作周波数ｆａで検出可能な最大分解能でのピーク値の検出を行うことができる。これは、受信波の測定回数ｎを２ｎ≧Ｂの条件まで繰り返すことにより、ＣＰＵ３０１の動作周波数ｆａで検出可能な最大分解能と同等のピーク値検出精度を得られることを意味する。本実施例の方法を用いて超音波の受信信号波形のサンプリングを行うことで、図９に示す従来の等価サンプリング方式による受信信号波形のピーク値を検出する方式と比較して、より少ない回数の繰り返し測定にて受信信号波形のピーク値を検出することができる。図６（ｂ）は、受信信号のピーク値検出に必要なサンプリング回数をＡ／Ｄ変換回路３１１のサンプリング周波数（ｋＨｚ）に応じてプロットしたグラフであり、従来例の等価サンプリング方式と本実施例でのサンプリング方式で比較して示している。このグラフから明らかなように、本実施例のサンプリング方式では受信信号のピーク値検出に必要なサンプリング回数は、サンプリング周波数に係らずほぼ一定である。一方、従来例の等価サンプリング方式では特にサンプリング周波数の低い領域において、受信信号のピーク値検出には多くのサンプリング回数が必要である。その結果、サンプリング周波数の低い領域において、本実施例のサンプリング方式の必要サンプリング回数と従来例のサンプリング方式の必要サンプリング回数の差が大きくなっていることがわかる。したがって、この図から本実施例のサンプリング方式では、使用するＡ／Ｄ変換回路３１１のサンプリング周波数が低いほど、従来例に比較してより少ないサンプリング回数にて受信信号のピーク値を検出することが可能である。
【００３５】
これまで説明したように、本実施例によれば、高速Ａ／Ｄ変換回路を用いることなく、且つ、短い時間にて受信信号のサンプリングを完了し、より安価な構成で検知精度の高い記録材の判別を行うことができる。
【実施例２】
【００３６】
本実施例においては、超音波の受信信号波形のピーク値を検出及び算出する方法以外の基本的な構成は実施例１と同様であるため、基本的な構成に関する詳細な説明は省略する。また、本実施例においても実施例１と同様に１波分の送信波信号及び受信信号波形のみを図示して説明をするが、実施例１の図２（ａ）と同様に複数の送信波信号を送信して超音波を生成し、複数の受信信号波形の中から受信信号波形のピーク出力値Ｐｋを検出する。
【００３７】
本実施例では、受信信号波形のピーク値を検出するにあたり、測定の１回目の受信信号波形の検出結果から、Ａ／Ｄ変換回路３１１でサンプリングした受信信号波形のピーク位置からの時間ずれ量を予測する。そして、本実施例では測定の２回目の受信信号波形のピーク値を取得すべく、超音波の出力開始タイミングを補正することを特徴とする。
【００３８】
［受信信号波形のピーク値の算出方法］
図７（ａ）を用いて、本実施例の特徴である超音波の受信信号波形のピーク値を算出する方法を説明する。超音波の受信信号波形の検出方法は実施例１と同様である。まず、トリガ基準信号発生部３１２から出力されるトリガ基準信号を基準としてＡ／Ｄ変換回路３１１の動作を開始したのちに、トリガ基準信号を基準として所望の出力開始タイミングＤＲ１後に送信素子３０５より超音波を出力する。測定の１回目の出力開始タイミングＤＲ１は任意の初期値でよい。受信素子３０７では記録材Ｐを透過した受信信号波形を受信し、受信部３０９は受信信号３１０をＡ／Ｄ変換回路３１１へと出力する。Ａ／Ｄ変換回路３１１は前述のトリガ基準信号を基準として動作を開始しているため、Ｙ１０〜Ｙ１ｍのデジタル値を検出する。データ処理部３１３は、検出したＹ１０〜Ｙ１ｍの中から、最大値を含む値が大きい上位３つの検出値をＹ１（ｋ−１）、Ｙ１ｋ、Ｙ１（ｋ＋１）として抽出する。ここでは、Ｙ１（ｋ−１）＝Ｙ１（ｍ−３）、Ｙ１ｋ＝Ｙ１（ｍ−２）、Ｙ１（ｋ＋１）＝Ｙ１（ｍ−１）である。
【００３９】
次に、データ処理部３１３は、Ｙ１（ｋ−１）、Ｙ１ｋ、Ｙ１（ｋ＋１）からＡ／Ｄ変換回路３１１でサンプリングした測定の１回目での受信信号波形の検出ポイントのピーク位置からの時間ずれ量を算出する。Ａ／Ｄ変換回路３１１のサンプリング周波数ｆｂにおけるサンプリング周期をｔとすると、Ｙ１（ｋ−１）、Ｙ１ｋ、Ｙ１（ｋ＋１）の抽出値は図７（ｂ）に示すようにＹ１ｋ＝（時間，検出値）として次のようになる。すなわち、Ｙ１（ｋ−１）＝（−ｔ，α）、Ｙ１ｋ＝（０，β）、Ｙ１（ｋ＋１）＝（ｔ，γ）と表すことができる。坪量検知に用いる超音波の受信信号波形は略正弦波であるため、Ｙ１（ｋ−１）、Ｙ１ｋ、Ｙ１（ｋ＋１）の３点の検出値から受信波形を２次関数ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃに近似する。このときの定数ａ、ｂ、ｃは下記の式（１）乃至（３）より求められる。
ａ＝（α＋γ−２β）／２ｔ２  ・・・・・・  式（１）
ｂ＝（γ−α）／２ｔ        ・・・・・・・  式（２）
ｃ＝β  ・・・・・・・・・・・・・・・・・  式（３）
【００４０】
次に、近似した２次曲線より、Ｙ１（ｋ−１）、Ｙ１ｋ、Ｙ１（ｋ＋１）の３点と、先の式（１）乃至（３）を用いて、下記式（４）により受信波形のピーク位置Ｐｋ＝（ｐ，ｑ）を算出する。
ｐ＝｛（α−γ）ｔ｝／｛２（α＋γ−２β）｝・・式（４）
【００４１】
式（４）より、データ処理部３１３は、測定の１回目で受信信号波形をＡ／Ｄ変換回路３１１でサンプリングしたポイントにおける、受信信号波形のピーク位置（極値）までの時間ずれ量ｐを算出する。測定の１回目と２回目の送信波信号の出力及び受信される受信信号波形を図８（ａ）、（ｂ）に示す。測定の２回目における超音波の出力開始タイミングＤＲ２は、出力開始タイミング補正量をＤＴ２＝−ｐとし、ＤＲ２＝ＤＲ１＋ＤＴ２とする。データ処理部３１３は、２回目の測定での超音波の受信信号検出結果Ｙ２１〜Ｙ２ｍから最大値（図８（ｂ）のＹ２（ｍ−２））を抽出することにより、超音波の受信信号波形のピーク値を検出することができる。なお、上述の例では１回目の検知結果に基づいて２回目における超音波の出力開始タイミングＤＲ２を決定したが、例えばｎ回目の検知結果に基づいてｎ＋１回目の出力開始タイミングＤＲ２を決定してもよい。この場合、ｎ＋１回目でピーク値を検出することができる。なお、実施例１でも述べたように、例えばｎ回目の検知結果に基づいてｎ＋２回目以降（ｎ回目以降のいずれかの回）の出力開始タイミングを決定し、ピーク値を検出してもよい。
【００４２】
これまで説明したように、本実施例によれば、高速のＡ／Ｄ変換回路を用いることなく等価的にサンプリング周波数の高いＡ／Ｄ変換を実現することができるため、安価な構成で精度の高い記録材の坪量検知を行うことが可能となる。また、測定の２回目で超音波の受信信号ピーク値を検出することができるため、従来の等価サンプリング方式と比較した場合、より短時間で受信波形のピークを検出することが可能となり、より短時間での坪量検知を行うことが可能となる。
【００４３】
以上、本実施例によれば、高速Ａ／Ｄ変換回路を用いることなく、且つ、短い時間にて受信信号のサンプリングを完了し、より安価な構成で検知精度の高い記録材の判別を行うことができる。
【実施例３】
【００４４】
本実施例では、実施例１、２で述べた記録材判別装置を備えた画像形成装置について述べる。実施例１及び実施例２おいて説明した構成を有する記録材判別装置は、図１（ａ）に示すように画像形成装置中の記録紙が給紙されてから転写されるまでの記録材搬送経路上に配置される。この位置に配置された記録材判別装置の検知結果に基づいて、後述する画像形成装置の印刷条件が制御される。
【００４５】
この画像形成装置の概略の構成を図９に示す。画像情報を処理する画像処理部（不図示）、静電潜像を担持する潜像担持体１０、潜像担持体１０を露光走査して潜像を形成する露光部２０、潜像担持体に現像剤を付与することにより静電潜像を現像剤像として可視化する現像部３０を有している。また、画像形成装置は搬送される記録材Ｐに現像剤像を転写する転写部４０と、転写された記録材Ｐを所定の定着処理条件において、加熱及び加圧することにより現像剤像を記録材に定着させる定着部５０を有している。実際の画像形成装置の制御では、通紙される記録紙の坪量の検知を行い、坪量に応じて記録紙の搬送速度やトナー像を転写する際の転写電圧、トナー像の定着に最適な温度などを可変させて、通紙される記録紙に最適な印刷条件になるべく制御を実施する。また、坪量に応じて画像形成処理部の画像情報の処理方法、露光部の露光量及び現像部の現像バイアスを可変させて、通紙される記録紙に最適な印刷条件になるべく制御を実施してもよい。連続して複数枚搬送される記録紙の坪量を検出する場合は、後続の記録材の坪量検知での１回目の超音波の出力開始タイミングＤＲ１は、任意に設定した初期値、または先行の通紙記録材の坪量検知で使用した出力開始タイミングの最終値ＤＲｎの値から開始する。
【００４６】
以上、本実施例によれば、高速Ａ／Ｄ変換回路を用いることなく、且つ、短い時間にて受信信号のサンプリングを完了し、より安価な構成で検知精度の高い記録材の判別を行うことができる。
【符号の説明】
【００４７】
３０２      送信波生成部
３０３      送信部
３０９      受信部
３１１      Ａ／Ｄ変換回路
３１３      データ処理部
【図１】
2013096855.tif 000003
【図２】
2013096855.tif 000004
【図３】
2013096855.tif 000005
【図４】
2013096855.tif 000006
【図５】
2013096855.tif 000007
【図６】
2013096855.tif 000008
【図７】
2013096855.tif 000009
【図８】
2013096855.tif 000010
【図９】
2013096855.tif 000011
【図１０】
2013096855.tif 000012