CN104834016B - 具有多个检测模式的光学传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成像装置，其包括成像系统和用于检测纸路径内的打印介质的光学传感器。光学传感器可以包括至少一个光发射器和至少一个光检测器。光检测器配置成将两个或更多个光强度顺序地输出到纸路径上，所述光强度从纸路径反射或直接透射到光学传感器上。指示由至少一个光检测器接收的光的量的数据由控制器接收，所述控制器执行数据分析以确定纸路径中的打印介质的存在或缺失。

Description

具有多个检测模式的光学传感器

技术领域

本发明涉及打印和复印装置的领域，并且更特别地，涉及用于检测打印或复印装置的纸路径中的打印介质的方法和结构。

背景技术

办公室系统、例如打印机和复印机需要用于将打印介质、例如纸片材、透明胶片或其它介质(例如磁性或标记转印材料等)(在下文中统称为“纸”)移动通过纸路径并且保证纸适当地对准以便打印或复印的机械、电气和/或机电组件。这些组件可以包括光学传感器，所述光学传感器具有发射光以照射纸路径的光发射器和检测从纸路径反射或由纸路径阻挡的光的光检测器。系统软件和/或固件(在下文中统称为“软件”)使用来自光学传感器的信息确定纸路径中的纸片材的存在或缺失，并且如果存在，则确定纸路径内的纸的相对位置。

针对特定办公室系统设计校准由光发射器输出的光强度。目标光强度应当足够高使得光检测器正确地检测具有高百分比的暗打印的纸片材。此外，目标光强度应当足够低以在缺失纸片材的情况下防止其它机器元件的光反射，所述光反射可能由光检测器检测并且由软件错误地解释为纸片材。纸检测故障模式(包括由光发射器输出的过量和不足光)也可以包括光学传感器光路上的污染物淀积，其可能减小由发射器输出的光和由检测器接收的光，这不利地影响设备操作。另外，部件效率可能随着时间降低并且减小纸路径中的纸的检测。污染和部件效率的减小可能需要设备维护，并且导致设备停机时间和额外成本。光学传感器部件上的制造公差也影响光输出水平和所导致的功能性。

可以克服常规光学传感器的一个或多个缺陷的光学传感器是期望的。

发明内容

以下呈现简化总结以便提供本发明的一个或多个实施例的一些方面的基本理解。该总结不是广泛概述，也不旨在确定本发明的关键或重要要素，也不界定本发明的范围。相反地，它的主要目的仅仅是以简化形式呈现一个或多个概念作为随后呈现的详细描述的前序。

在第一实施例中，一种成像装置包括包括打印介质路径的成像系统和光学传感器。所述光学传感器可以包括至少一个光发射器，其中所述至少一个光发射器配置成至少输出第一光强度和比所述第一光强度更高的第二光强度，至少一个光检测器，以及控制器，所述控制器电联接到所述至少一个光发射器和所述至少一个光检测器。此外，所述控制器可以配置成启动所述至少一个光发射器以选择性地输出所述第一光强度和所述第二光强度，并且还可以配置成接收来自所述至少一个光检测器的数据，所述数据配置成使所述控制器能够比较从所述至少一个光发射器输出和从所述至少一个光检测器接收的光的量。

在另一实施例中，一种用于检测成像装置的纸路径内的打印介质的方法可以包括使用控制器从至少一个光发射器输出第一光强度，用至少一个光检测器接收所述第一光强度的一部分，以及使用所述控制器从所述至少一个光发射器输出第二光强度，其中所述第二光强度比所述第一光强度更高。所述方法还可以包括用所述至少一个光检测器接收所述第二光强度的一部分，并且使用所述控制器分析关于所述第一光强度、由所述至少一个光检测器接收的所述第一光强度的部分、所述第二光强度、由所述至少一个光检测器接收的所述第二光强度的部分的数据以确定所述纸路径中的所述打印介质的存在或缺失。

附图说明

包含在该说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本发明的实施例的包括光学传感器的打印机的示意性横截面；以及

图2是描绘根据本发明的实施例的光学传感器的操作模式的图表。

应当注意附图的一些细节已被简化并且绘制成便于本发明的理解而不是保持严格的结构精度、细节和比例。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的示例性实施例，在附图中示出其中的例子。只要有可能，相同的附图标记将在附图中始终用于表示相同或相似的部分。

当在本文中使用时，除非另外指出，词语“打印机”包含为了任何目的执行打印输出功能的任何装置，例如数字复印机、编书机、传真机、多功能机、静电照相(静电显图)装置等。另外，词语“打印机”包含3D打印的领域，其中发生材料的顺序累积以形成物体。

根据本发明的系统可以包括具有光发射器和光检测器的光学传感器。这些光学传感器可以具有许多可能布置，例如光发射器和光检测器可以在相同外壳中，并且从介质的反射将产生光检测器中的状态变化。在替代中，光发射器和光检测器可以在独立外壳中或者布置在一个外壳内使得光的阻挡将产生光检测器中的状态变化。光学传感器的供电也可以是稳定电压或随着时间变化，例如短脉冲，通常增加光发射器(例如，发光二极管LED)寿命。通过时移该功率脉冲以包括多个顺序光强度水平或增加专用控制线，软件可以推断使用哪个输出水平并且在算法中功能地分离它们。存在若干实现选项，包括多个光源、例如多个LED，每个LED上的多个电流限制选项，以及多个检测器，每个检测器具有不同的敏感度，如下所述。这些选项的每一个可以在单一外壳或多个外壳中的先前所述的反射或阻挡型光学传感器中的任何一个中使用。

图1描绘包括成像系统12和光学传感器14的成像装置10、例如打印机。图1中所示的成像系统12可以是包括打印介质(例如纸)路径13的本领域中已知的任何成像系统。在该实施例中，成像系统12包括压力辊16、定影辊18、压合部20以及驱动、提供张力和/或接触定影皮带30的各种其它辊22-28。成像系统12的操作在本领域中是已知的。图1的光学传感器14包括至少一个光发射器32和至少一个光检测器34。在实施例中，两个光发射器32A、32B和两个光检测器34A、34B可以在实施例(反射实施例)中使用，所述实施例使用来自纸路径13的光反射来确定纸路径13中的打印介质38的存在或缺失。每个光发射器32和光检测器34电联接到控制器36，所述控制器控制光发射器32的操作并且接收来自光检测器34的数据。控制器36可以远离光学传感器14例如容纳在集中控制电路板(为了简化未单独地描绘)中。可以预料数据收集和控制元件的分割可以以许多不同形式中的一种实现。

在为了简化也在图1中描绘的另一实施例中，两个光发射器32C、32D和两个光检测器34A、34B可以在实施例(透射实施例)中使用，所述实施例使用由纸路径13产生的光阻挡来确定纸路径中的打印介质38的存在或缺失。尽管下面关于使用光发射器32A、32B的反射实施例一般地论述了实施例，但是将理解成像装置10可以在使用光发射器32C、32D的透射实施例中起作用。在另一实施例中，为了改善检测，反射和透射光路径都可以在单一实施例中使用。

在图1所示的实施例中，光发射器32A、32B配置成输出不同光强度，例如其中发射器32A输出比发射器32B低的光强度。此外，光检测器34A、34B配置成用于不同光敏感度，例如其中光检测器34A对光的敏感度小于光检测器34B。在使用期间，光学传感器14可以循环通过一个或多个操作模式，并且可以在打印机10的成像或打印循环期间提供连续操作。

在第一操作模式下，控制器36将第一信号输出到第一光发射器32A，由此启动第一光发射器32A，同时第二光发射器32B保持未启动。当启动时，第一光发射器32A将第一光强度输出到纸路径13上。从纸路径13反射的光由一个或多个光检测器34接收。取决于打印介质38是否位于纸路径13中，从纸路径13反射的光将不同。关于纸路径13的从第一光发射器32A发射并且由光检测器34接收的光的反射的数据由控制器36接收和存储。

接着，控制器36将第二信号输出到第二光发射器32B，由此启动第二光发射器32B，同时第一光发射器32A保持未启动。当启动时，第二光发射器32B将不同于第一光强度的第二光强度输出到纸路径13上。从纸路径13反射的光由一个或多个光检测器34接收。关于纸路径13的从第二光发射器32B发射并且由光检测器34接收的光的反射的数据由控制器36接收和存储。

随后，控制器36可以输出第三信号以同时启动第一光发射器32A和第二光发射器32B，由此每个光发射器将相应的光强度输出到纸路径13上。来自两个光发射器32A、32B的光从纸路径13反射并且由一个或多个光检测器34接收。关于从光发射器32A、32B输出和从纸路径13反射到一个或多个光检测器34上的光的量的数据传输到控制器36并且由控制器接收和存储。

使用存储在控制器36内的软件或另一计算装置分析由控制器36接收的数据以确定打印介质38是否位于纸路径13内。由于使用一个以上光强度来生成数据，因此与使用输出单一光强度的单一光源的系统相比可以产生更精确的确定。此外，由于可以使用两个或更多个光检测器34，因此可以进一步增加数据点的数量，这改善确定打印介质38是否位于纸路径13内的精度。在包括两个光发射器32A、32B、三个光强度和两个光检测器34A、34B的该实施例中，总共六个数据点可以用于数据分析。此外，使用两个或更多个间隔的光发射器32，控制器固件可以分析立体数据，所述立体数据将在缺失打印介质38的情况下指示来自纸路径13之外的系统部件的光反射，或者将指示来自纸路径13内的打印介质38的光反射，由此减小错误肯定。

在另一实施例中，光学传感器14可以使用单一光发射器32和/或单一光检测器34构造。在这样的实施例中，控制器36可以将变化信号、电压和/或电流输出到光发射器32以改变由光发射器32输出的光强度。此外，控制器36可以输出导致光检测器34的敏感度的变化的信号、电压和/或电流。在具有单一光检测器34的实施例中，用上述实施例或包括两个或更多个光检测器的其它实施例实现的立体优点可能不可获得。此外，改变电压和/或电流以改变由光发射器34输出的光可以允许光输出强度的更宽范围。

图2是描绘根据本发明的实施例的多个循环的图表。该实施例包括使用操作模式的光输出的两个幅度，所述操作模式在由光发射器32产生的低光强度输出和高光强度输出之间连续地循环。在检测模式期间，系统可以在多个循环期间在低光水平选通和高光水平选通之间交替。在另一实施例中，系统可以包括针对使用具有高反射率的打印介质的作业运行使用低光输出并且针对使用具有低反射率的打印介质的作业运行使用高光输出。

使用一个或一个以上光发射器输出一个以上光水平可以通过反射光检测的分析增加打印介质检测的精度。在打印机的操作寿命中在光发射器的磨损或污染物积累期间该分析可以允许改善的打印介质检测。例如，控制器36内的自测试或自校准电路可以执行例行维护自检以确定由光发射器输出的光的量相比于由光检测器接收的光的量。如果由光检测器接收的光小于阈值，则控制器可以增加到达光发射器的电压和/或电流使得由光检测器接收的光高于阈值。

在包括冗余光发射器和/或冗余光检测器的实施例中，冗余部件可以继续充分地操作，即使另一部件已发生故障。通过时移功率脉冲以包括多个水平或增加专用控制线，软件可以推断使用哪个输出水平，并且在算法中功能地分离水平。如上所述存在若干实现选项，包括多个LED，每个LED上的多个电流限制选项，以及多个检测器。

本发明的实施例包括具有多个敏感度水平的光学传感器，可以基于特定应用或情况请求所述敏感度水平。光输出可以在特定系统内例如基于纸路径或作业运行内的介质类型而变化。例如，用于成像系统中的第一作业运行的具有低光反射率的更暗介质可能需要更高光强度或更高平均光强度，而用于成像系统中的第二作业运行的具有高光反射率的更亮介质可能需要更低光强度或更低平均光强度。类似地，对于由阻挡来自光发射器32C、32D的光而不是来自光发射器32A、32B的光的反射来导出它们的信号的透射光学传感器，传感器需要应答的距离的变化将受益于光强度的变化。

尽管阐述本发明的宽范围的数值范围和参数是近似值，但是尽可能精确地报告在具体例子中阐述的数值。然而任何数值固有地包含必然由它们的相应测试测量中出现的标准偏差产生的某些误差。而且，本文中公开的所有范围应当被理解为包含包括在其中的任何和所有子范围。例如，“小于10”的范围可以包括最小值零和最大值10之间(并且包括零和10)的任何和所有子范围，也就是说，具有等于或大于零的最小值和等于或小于10、例如1至5的最大值的任何和所有子范围。在某些情况下，所述用于参数的数值可以具有负值。在该情况下，描述为“小于10”的范围的示例性值可以取负值，例如-1、-2、-3、-10、-20、-30等。

Claims (18)

1.一种成像装置，其包括：

成像系统，所述成像系统包括打印介质路径；

光学传感器，所述光学传感器包括：

至少一个光发射器，其中所述至少一个光发射器配置成在成像或打印循环期间至少输出第一光强度和比所述第一光强度更高的第二光强度；

至少一个光检测器；以及

控制器，所述控制器电联接到所述至少一个光发射器和所述至少一个光检测器，其中：

所述控制器配置成启动所述至少一个光发射器以选择性地输出所述第一光强度和所述第二光强度；

所述控制器还配置成接收来自所述至少一个光检测器的数据，所述数据配置成使所述控制器能够比较从所述至少一个光发射器输出的和从所述至少一个光检测器接收的光的量；

所述控制器还配置成对所述成像系统执行自检,以通过将由所述至少一个光检测器在所述自检期间从所述至少一个光发射器接收的光的量与阈值进行比较来确定由所述至少一个光发射器输出的光的量；以及

所述控制器还配置成响应由所述至少一个光检测器接收的光的量低于所述阈值而在所述成像或打印循环期间增加到达所述至少一个光发射器的电压和电流中的至少一个，以增加由所述至少一个光发射器在所述打印或成像循环期间输出的光的量。

2.根据权利要求1所述的成像装置，其中所述光学传感器还包括输出所述第一光强度的第一光发射器和输出所述第二光强度的第二光发射器。

3.根据权利要求2所述的成像装置，其中所述控制器还配置成启动所述第一光发射器，同时所述第二光发射器保持未启动，以及启动所述第二光发射器，同时所述第一光发射器保持未启动。

4.根据权利要求3所述的成像装置，其中所述控制器还配置成同时启动所述第一光发射器和所述第二光发射器。

5.根据权利要求1所述的成像装置，其中所述光学传感器还包括仅仅一个光发射器，其中所述控制器还配置成随着时间改变到达所述仅仅一个光发射器的电压和电流中的至少一个，由此改变由所述仅仅一个光发射器在所述成像或打印循环期间输出的光强度。

6.根据权利要求1所述的成像装置，其中所述光学传感器还包括具有对光的第一敏感度的第一光检测器和具有比所述第一敏感度更高的对光的第二敏感度的第二光检测器。

7.根据权利要求1所述的成像装置，其中所述光学传感器还包括仅仅一个光检测器，其中所述控制器还配置成随着时间改变到达所述仅仅一个光检测器的电压和电流中的至少一个，由此改变所述仅仅一个光检测器的光敏感度。

8.根据权利要求1所述的成像装置，其中：

所述打印介质路径介于所述至少一个光发射器和所述至少一个光检测器之间；

在所述纸路径中的打印介质缺失的情况下，所述至少一个光检测器接收第三光强度；并且

在所述纸路径中的打印介质存在的情况下，所述至少一个光检测器接收第四光强度，其中所述第三光强度比所述第四光强度更高。

9.根据权利要求1所述的成像装置，其中：

所述至少一个光发射器和所述至少一个光检测器位于所述纸路径的相同侧；

在所述纸路径中的打印介质缺失的情况下，所述光检测器接收第三光强度；并且

在所述纸路径中的打印介质存在的情况下，所述光检测器接收第四光强度，其中

所述第三光强度比所述第四光强度更高。

10.一种用于检测成像装置的纸路径内的打印介质的方法，包括：

使用控制器在成像或打印循环期间从至少一个光发射器输出第一光强度；

用至少一个光检测器接收所述第一光强度的一部分；

使用所述控制器从所述至少一个光发射器输出第二光强度，其中所述第二光强度比所述第一光强度更高；

用所述至少一个光检测器接收所述第二光强度的一部分；

使用所述控制器分析关于所述第一光强度、由所述至少一个光检测器接收的所述第一光强度的部分、所述第二光强度、由所述至少一个光检测器接收的所述第二光强度的部分的数据，以确定所述纸路径中的所述打印介质的存在或缺失；以及对所述成像装置执行自检，其中所述自检包括：

通过将由所述至少一个光检测器在所述自检期间从所述至少一个光发射器接收的光的量与阈值进行比较来确定由所述至少一个光发射器输出的光的量；以及

响应由所述至少一个光检测器在所述自检期间接收的光的量低于所述阈值而在所述成像或打印循环期间增加到达所述至少一个光发射器的输入电压和输入电流中的至少一个，以增加在所述成像或打印循环期间输出的光的量。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

从第一光发射器输出所述第一光强度；以及

使用第二光发射器输出所述第二光强度。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

在所述第二光发射器的未启动期间启动所述第一光发射器；以及

在所述第一光发射器的未启动期间启动所述第二光发射器。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括同时启动所述第一光发射器和所述第二光发射器。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一个光发射器为仅仅一个光发射器，并且所述方法还包括随着时间改变到达所述仅仅一个光发射器的所述输入电压和所述输入电流中的至少一个，以改变由所述仅仅一个光发射器输出的光强度。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一个光检测器包括具有对光的第一敏感度的第一光检测器和具有比所述第一敏感度更高的对光的第二敏感度的第二光检测器。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一个光检测器为仅仅一个光检测器,并且所述方法还包括随着时间改变到达所述仅仅一个光检测器的电压和电流中的至少一个，由此改变所述仅仅一个光检测器的光敏感度。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述打印介质路径介于所述至少一个光发射器和所述至少一个光检测器之间，并且所述方法还包括：

在所述纸路径中的打印介质缺失的情况下，由所述至少一个光检测器接收第三光强度；并且

在所述纸路径中的打印介质存在的情况下，由所述至少一个光检测器接收第四光强度，其中所述第三光强度比所述第四光强度更高。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一个光发射器和所述至少一个光检测器位于所述纸路径的相同侧，并且所述方法还包括：

在所述纸路径中的打印介质缺失的情况下，由所述至少一个光检测器接收第三光强度；并且

在所述纸路径中的打印介质存在的情况下，由所述至少一个光检测器接收第四光强度，其中所述第三光强度比所述第四光强度更高。