CN1924516A - 传感器及其使用该传感器的记录装置 - Google Patents
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Abstract
本发明至少一个实施例提供一种传感器，它包括发光元件和多个受光元件，多个受光元件各自的光轴配置成不相交状态，以测量从传感器至测量面之间的距离。
Description
技术领域
本发明涉及光学式传感器，其根据检测对象表面的反射特性，测量待检对象的位移量。而且，虽然不是绝对的，还涉及通过将其装配于记录装置，能够在检测对象位移量的检测基础上，还能检测颜色浓度以及判别检测对象的种类的光学式传感器。
背景技术
以前的喷墨记录装置(以下简称记录装置)中，为实现高画质化以及高精度化、提高用户便利性等多种需求，装配了适应于各种目的的各种传感器。例如，包括已有的用于检测放置于记录装置内的记录纸(记录媒体)宽度(尺寸)及记录纸端部位置的传感器；用于检测记录在记录纸上的补丁(patch)(图案)及图像浓度的传感器等。而且还包括用于检测记录纸厚度及记录纸有无的传感器、判别记录纸种类的传感器等。
在这种记录装置中，一般安装光学式传感器。光学式传感器配置发射光的发光元件和接收来自发光元件发射光的受光元件，得到对应于受光元件受光光量(强度)的输出值。在光学式传感器中，多采用透过型传感器以及反射型传感器。
作为测量记录纸厚度的传感器，一般采用反射型传感器。反射型传感器的发光元件和受光元件配置为发光元件对于检测对象记录纸的表面发射光，受光元件接收记录纸上反射的反射光。根据此时受光元件的光量，可测量从反射型传感器至记录纸表面间的距离。例如，在记录装置的托架上设置光学式反射型传感器时，将进行如下测量。首先，将检测对象记录纸从记录纸装载部输送至平台上，然后通过设置于托架上的反射型传感器测量至记录纸表面的距离。此时，由于反射型传感器与平台间的距离在记录装置设计上是规定值，所以，通过测量距离和该规定值的计算，可以检测记录纸的厚度。
在日本国特开平05-087526号公报中，公开了一种检测记录纸厚度的光学式传感器的发明。该发明采用LED或半导体激光等元件作为发光元件，采用PSD(Position Sensitive Detectoer：位置检测元件)或CCD等作为受光元件。根据该发明可知，发光元件发射的光在检测对象上反射后，由受光元件接收其部分反射光。在这种结构中，光学式传感器与检测对象之间的距离一旦发生变化，受光元件接收反射光的中心位置也将发生变化。当受光元件是CCD时，由于可以按像素测量光量，所以，通过检测达到峰值的像素，可以求得反射光的中心位置，再采用三角测量法即可计算出光学式传感器与测量对象之间的距离。另外，当受光元件是PSD时，计算根据受光元件接收反射光中心位置的变化所输出的两个输出值，检测中心位置，从该位置采用三角测量法即可计算出传感器与检测对象之间的距离。
另外，检测记录纸宽度及记录纸端部(前端和后端)的传感器其通常的检测方法是由一个发光元件和一个受光元件构成反射型光学系统，通过反射光强度(反射光量)的变化检测记录纸端部。这种检测方法，利用发光元件对记录纸表面发射光时，以及对记录纸以外的平台或输送路径等发射光时，受光元件所接收的反射光强度的差异，判断光学式传感器的检测对象区域是否是记录纸。在与记录纸的输送方向不同的方向上扫描托架的喷墨记录装置中，通过在托架上安装反射型传感器，还可以检测记录纸宽度方向的端部。
而且，测量印刷于记录纸上补丁(patch)颜色浓度的传感器中，有红、蓝、绿三种颜色的发光元件和一个受光元件构成的类型，也有由白色光源和附带彩色胶片的受光元件构成的类型。在日本国特开平05-346626号公报中，公开了采用下述传感器的发明，即由受光元件接收对彩色补丁(patch)发射的光的反射光，计算出相对于基准反射强度的反射强度衰减量，以求得颜色浓度。在与记录纸的输送方向不同的方向上扫描托架的喷墨记录装置中，通过在托架上安装反射型传感器，可以检测记录在记录纸规定位置的补丁(patch)的浓度。
在上述以前的发明中，检测记录纸厚度的光学传感器包括发光元件如LED和受光元件如光敏二极管，虽然上述光学式传感器价格低廉，但是不能判别检测对象对于规定位置是靠近了，还是远离了。反射型光学式传感器如图8B所示，发光元件发射的光在检测对象面上反射，将受光元件安装于可最多接收上述反射光的位置。也就是说，光学式传感器配置成检测对象面上反射的反射光光轴与受光元件的中心一致。此时的光学式传感器与检测对象面间的距离称为基准距离，此时的检测对象面称为基准面。
作为该基准面，可使用具备规定的反射特性的薄片，其是为进行光学式传感器校正的基准。如图8A所示，当检测对象从基准面移向光学式传感器时，即检测对象与光学式传感器间的距离小于基准距离时，被检测对象反射并被受光元件接收的受光量小于基准面反射的受光量。这是由于在检测对象面上反射的反射光光轴与受光元件的中心不一致，在检测对象面上发光元件所发射光的区域与在检测对象面中受光元件的受光区域产生了偏离。发光元件的光在测量表面上的区域与受光元件在测量表面的受光区域不重合。
同样，如图8C所示，当检测对象比基准面远离光学式传感器时，受光元件所接收的受光量也将变小。
在图8A-8C中，参考数字801a-c和802a-c表示红外线LED201的发光区域和光敏晶体管203的受光区域。上述描述的情形在图8A中，发光区域801a和受光区域802a部分重合，图8C也有相似量的重合(区域801c和802c)。图8B的发光区域801b则与受光区域802b完全重合。
图9是表示当光学式传感器与检测对象面间的距离发生变化时，受光元件输出值的曲线图。从该图中清晰可见，在采用廉价反射型传感器的情况下，难以判别检测对象比基准面更靠近光学式传感器还是远离光学式传感器。
在上述日本国特开平05-087526号公报所记载的发明中，其受光元件采用PSD、CCD，虽然由此可知光学式传感器与检测对象间的距离，但是却存在光学式传感器的尺寸变大的问题，而且因采用PSD、CCD使价格变得昂贵。
发明内容
至少本发明的一个实施例指示了以廉价且简单的检测光学式传感器检测其与对象面间距离。例如，如果在喷墨记录装置上采用本发明至少一个实施例的光学式传感器，可以高精度地检测记录纸的厚度。
本发明设有：发光元件，配置为其对于测量表面发射光；多个受光元件，配置为接收上述发射的光在测量表面上所反射的反射光；其特征在于，上述多个受光元件各自的受光轴配置成不相交状态。
而且本发明的记录装置在记录媒体上形成图像，其特征在于，设有使用上述传感器检测上述记录媒体厚度的检测机构。
另外，本发明设有：第1发光元件，配置为对于测量表面发射光；第2发光元件，配置为对于上述测量表面，以与上述第1发光元件发射光的发射角度不同的角度发射光；多个受光元件，配置为可接收上述第1、第2发光元件各自发射的光在上述测量表面上所反射的各自的反射光；其特征在于，配置上述第1及第2发光元件和上述多个受光元件，以使上述多个受光元件中至少一个受光元件的受光轴与规定位置上的上述测量表面的交点和上述第1以及第2发光元件的发射轴与上述规定位置上的测量表面的各自交点不一致。
根据本发明的另一方面，传感器包括：发光元件，配置为向测量表面发射光；多个受光元件，配置为接收来自测量表面的反射光。上述多个受光元件配置为当测量表面移动时，根据具有正反射光成分的光的移动方向而移动。
根据本发明的另一方面，传感器包括：发光元件，配置为向测量表面发射光；多个受光元件，配置为接收来自测量表面的反射光。发光元件的光在测量表面上的发光区域的中心点与多个受光元件中至少一个能接收到光的测量表面的受光区域的中心点不重合。
根据本发明的至少一个方面，由于将发光元件及多个受光元件配置成多个受光元件各自的受光轴不相交，所以能够得到对应于测量对象面位置的多个受光元件各自不同的输出值。其结果即使采用廉价的发光元件和受光元件，也可以精度良好地检测至测量面之间的距离。
本发明的进一步特点通过实施例及参考附图将变得明晰。
附图说明
图1表示喷墨打印机托架周边图。
图2表示本发明实施例1中多用途传感器的结构图。
图3表示本发明实施例1中多用途传感器的外部电路方框图。
图4表示本发明实施例1中纸端部的输出变化。
图5表示本发明实施例1中根据传感器至测量面之间的距离而产生的发射区域及受光区域的变化。
图6表示本发明实施例1中根据传感器至测量面之间的距离而产生的输出变化。
图7表示本发明实施例1中距离参照表格。
图8表示采用以前的传感器时，根据传感器至测量面之间的距离而产生的发射区域及受光区域的变化。
图9表示采用以前的传感器时，根据传感器至测量面之间的距离而产生的输出变化。
图10表示本发明实施例2中传感器的结构图和发射区域及受光区域的变化。
图11表示本发明实施例3中传感器的结构图和发射区域及受光区域的变化。
具体实施方式
下面任何一种实施例的描述仅仅是说明性的，无意限定此发明、及此发明的应用或用途。
相关技术领域的普通技术人员能够得知的工艺、技术、装置及材料在此无法详细论述，但有意描述部分内容。例如，受光元件的制作和材料。
所有图示和讨论的例子中的一些特定的值，如反射角，应该只是解释以利于说明而非限定。因此实施例的其它例子，可以有不同的值。
请注意在以下的附图说明中，相同的附图标记指相同的部分，因此某一部分在一张图的说明中被说明后，即不在其他图中详细论述。
以下，参照附图，就本发明的实施例进行详细说明。
所谓“记录纸”(有时也称“记录纸”为“媒介体”)不仅只是一般的记录装置用纸张，而且泛指塑料·胶片、金属板、玻璃、皮革等可接受墨水的物品及其它任何一种与之相关的已知的作为普通技术的记录媒体和等同物。
实施例1
在本发明的实施例1中，对将光学式传感器使用于喷墨记录装置加以说明。
本实施例1的特征为，光学式传感器不仅用来检测记录纸厚度，而且还作为检测记录纸端部及记录浓度、记录纸种类的传感器被利用。以前，虽然知道在上述各种检测中采用光学式传感器，但由于各种检测中所需的光学式传感器的结构大不相同，因此采用一体式光学式传感器进行各种检测是非常困难的。即使想使其一体化，由于各光学式传感器都是复杂的光学系统，所以光学式传感器自身将变大，其结果会造成装配这种光学式传感器的记录装置也大型化的问题。而且，为了精度良好地进行检测可能还需要采用昂贵的元件，从而使光学式传感器成为高价产品，造成记录装置自身也成为昂贵品的问题。
图1为显示喷墨记录装置概要的外观斜视图。
如图1所示，在搭载着记录头103的托架101上，搭载有用于各种检测的多用途传感器(光学式传感器)102，通过输送皮带104在轴105上进行往复扫描。如图所示，托架101的扫描方向设定为X方向。另一方面，记录纸106(记录媒体)通过输送滚轮(未图示)被输送至平台107上。记录纸106的输送方向设定为Y方向。同时，将与X方向和Y方向所形成的XY平面相垂直的方向设定为Z方向。在此，图示中的各XYZ带箭头的方向定义为下游侧，其相反侧定义为上游侧。
进行记录动作时，托架101一边在X方向上扫描位于平台107上的记录纸106，一边从记录头103喷出墨滴。托架101结束至记录纸106的X方向端部的记录扫描后，输送滚轮将记录纸106按规定移动量向Y方向输送，将下一个进行记录扫描的区域定位于平台107上。通过该动作的反复，即可在记录纸106上形成图像。
多用途传感器102通过检测记录纸106X方向的端部，检测记录纸106的纸宽。同时，通过检测记录纸106Y方向的端部，可检测记录纸106的前端或后端。而且，通过检测多用途传感器102与记录纸106表面间的距离，可以检测记录纸106的厚度(纸厚)。通过检测记录纸106表面的状态(平滑度或光泽度等)，可以判别记录纸的种类。甚至可以检测记录的补丁(patch)(图案)的记录浓度。根据检测的记录浓度，可以确定记录位置和对记录色进行色彩校验。如此，可进行各种检测的光学式传感器在本实施例1中称为多用途传感器102。在本实施例1中，多用途传感器102可设置于进行往复扫描的托架的横向端部。另外，其测量区域根据记录头103的记录位置，相对于Y方向设置于其上游侧，多用途传感器102的下端可设置于与记录头103的下端相同的位置或比其高的位置上。通过将多用途传感器102设置在这个位置，可以在记录前检测记录纸的宽度，进行记录动作时可以不反方向(Y方向上游侧)输送记录纸。
图2A和图2B分别为用于说明多用途传感器102结构的平面图和侧视图。
作为光学元件，多用途传感器102将两个光敏晶体管203、204和三个可视光LED205、206、207以及一个红外线LED201集中于一体，各元件通过外部电路(未图示)进行驱动。上述各种元件是炮弹型元件(例如，直径最大部分约为4mm，也有直径3.0～3.1mm大小的量产型)。可视光LED205、206、207和红外线LED201是发光元件(也称为发光部或发射部)，光敏晶体管(光敏二极管)203、204是受光元件(也称为受光部)。
红外线LED201的配置为：对于与XY平面平行的记录纸106的表面(测量面)约呈45度发射角，其发射光中心(发射光的光轴。称发射轴)在规定的位置与同测量面的法线(Z轴)平行的传感器中心轴202相交。这个相交位置(交点)在Z轴上的位置定为基准位置，从多用途传感器102的下端到基准位置间的距离定为基准距离。红外线LED201的发射光通过开口部调整发射光的宽度，使其对于位于基准位置上的测量面形成发射面(发射区域)(例如，直径约为4～5mm)。在第一实施例中，发光元件发射到测量表面的中心点和发光中心的连线被称为发光元件的光轴(LA)(发射轴)。该发射轴是发光光束的中心。
光敏晶体管203、204采用对于从可视光到红外线光的波长的光均具有感度的产品。测量面位于基准位置时，光敏晶体管203、204的受光轴配置为与红外线LED201的反射光的中心轴平行的角度。光敏晶体管203的受光轴配置于从红外线LED201的光轴向X方向移动(如+2mm)、并从基准位置向Z方向移动d1(如+2mm)的位置上。另外，光敏晶体管204的受光轴配置于从红外线LED201的光轴向X方向移动(如-2mm)、并从基准位置向Z方向移动d2(如-2mm)的位置上。当测量面位于基准位置时，红外线LED201发射光以一个角度被反射(如45度)，将以发射角相等的角度反射的反射光特称为正反射光。如图2B所示，因为正反射光的光轴(反射轴)与受光元件203、204的可接收光光轴不一致，受光元件203、204不直接接收正反射光。但是，测量面位于基准位置时的正反射光的光轴与受光元件203、204的受光轴平行，受光元件203、204可以接收靠近正反射光的反射光。在第一实施例中，在测量表面可接收光区的中心点和受光元件中心的连线被称为受光元件的光轴(受光轴，LRA1和LRA2)。该受光轴是受光元件接收反射光的光束中心。
本实施例1的多用途传感器102，在多用途传感器能被测量的区域内，将发光元件201与受光元件203、204配置成红外线LED201发射在测量面的光的发射范围的中心(光轴LA)与光敏晶体管203、204接收的测量面反射光的受光范围的中心(光轴)不相交(不一致)。即，当测量表面移动时，多用途传感器的两受光元件设置为正反射光移至的方向。
当测量面位于基准位置时，测量面和红外线LED201与可视光LED205的发射轴的交点一致，这个位置时的光敏晶体管203、204的受光区域形成夹着上述交点的状态。两个光敏晶体管203、204之间设置如厚度约1mm的隔板，形成接收的光相互间互不干扰的结构。而且，在光敏晶体管203、204侧设有用于限制入光范围的开口部，以便只能接收位于基准位置的测量面的一定直径(如直径为3～4mm)范围的反射光。
在图2A-图2B中，205是绿色波长(如波长约510～530nm)的单色可视光LED，传感器中心轴202与可视光LED205的光轴设置为一致。该绿色单色的可视光LED205与光敏晶体管203、204也设置得各自的光轴不相交。
206为蓝色波长(如波长约460～480nm)的单色可视光LED，如图2(a)所示，其位于从可视光LED205的光轴中心向X方向移动如+2mm、向Y方向移动如-2mm的位置上。当测量面位于基准位置时，可视光LED206配置成在其发射轴与测量面的交点处与光敏晶体管203的受光轴(LRA1)相交。
207为红色波长(如波长约620～640nm)的单色可视光LED，如图2(a)所示，其位于从可视光LED205的光轴中心向X方向移动如-2mm，向Y方向移动如+2mm的位置上。当测量面位于基准位置时，可视光LED207配置成在其发射轴与测量面的交点处与光敏晶体管204的受光轴(LRA2)相交。
如图2B所示，可视光LED205～207发射的光在测量面反射时的反射光的反射角与发射角不同。将与发射角不同角度反射的反射光称为扩散反射光(散乱反射光、乱反射光)。可视光LED205与受光元件203、204配置成测量面位于基准位置时的扩散反射光的光轴与受光元件的受光轴(LRA1和LRA2)平行。
本实施例1中说明的多用途传感器102虽然采用炮弹型的光学元件，但并非必须使用炮弹型元件。例如芯片型LED或侧装型受光元件等，只要可维持相对位置关系的元件形状即可，也可将一部分或全部元件改为上述元件。而且，也可以在开口部附近设置透镜进行光学调整。
图3是进行多用途传感器102输入输出信号处理的控制电路方框图。
控制多用途传感器102的CPU301对于红外线LED201及可视光LED205～207输出的ON/OFF控制信号以及光敏晶体管203、204输出的根据受光量所得到的输出信号进行计算。驱动电路302接收来自CPU301发送的ON信号，然后向各LED提供一定的电流促使其发光，调整各发光元件的发光量，使受光元件的受光量达到规定量。另一方面，I/V变换电路303将来自光敏晶体管203、204的输出信号的电流值变换为电压值。之后，通过放大电路304将变换为电压值的微小输出信号放大到适于A/D变换的最佳电平。A/D变换电路305将放大电路304放大的输出信号变换为10位二进制数值后再输入至CPU301。该数字信号将在内存306中暂时存储。
另外，在内存306中预先存储有用于判别后述的记录纸种类的参照表格等，CPU301能够从内存306中读取该信息。
以下，就采用上述结构的多用途传感器102进行记录纸106端部检测的处理顺序加以说明。
在本实施例1中，记录纸106的端部检测通过计算光敏晶体管203、204的输出差来进行。首先，将多用途传感器102移动至记录纸106上，点亮红外线LED201。为了使光敏晶体管203、204的输出达到相同程度而通过放大电路304进行调整，固定此时的增益。接着，按一定的周期采样光敏晶体管203、204输出值的同时，根据多用途传感器102与记录纸106的相对移动，检测记录纸的端部。具体而言，检测记录纸106输送方向的前端时，在固定多用途传感器102的状态下通过输送记录纸106，检测记录纸的前端位置。另外，检测记录纸106扫描方向的纸宽时，通过扫描托架，将多用途传感器102移动至记录纸106的端部检测其纸宽的端部。
多用途传感器102位于记录纸106上时，由于光敏晶体管203、204的输出值与最初增益调整时的电平相同，所以其值的差异几乎没有。但是，当多用途传感器102移动到记录纸106的端部附近时，一侧的光敏晶体管的受光区域的一部分将偏离测量面。因此，一侧的光敏晶体管将接收不到红外线LED201的反射光，其结果将造成未接收反射光侧的光敏晶体管的输出降低。
图4是表示多用途传感器102的检测范围从记录纸上移动至偏离记录纸位置过程中，两个光敏晶体管203、204输出值变化的图。
在图4中，a表示光敏晶体管203的输出，b表示光敏晶体管204的输出。如图4所示，根据多用途传感器102与记录纸间相对位置的变化，靠近纸端部的光敏晶体管203的输出(a)将率先开始降低，接着光敏晶体管204的输出(b)降低。光敏晶体管203、204的输出降低的偏差量与X方向的偏差量相关。
在该实施例1中，监视来自光敏晶体管203、204的各输出，在其输出达到最初调整的输出值的50％时，分别记录多用途传感器102的位置。多用途传感器102的位置确定后，则由CPU301计算求出该位置的中间位置。如此求得的中间位置是光敏晶体管203与光敏晶体管204的中间位置正好成为记录纸106的端部位置。因此，根据多用途传感器102的位置，可以求得记录纸106的绝对位置及记录纸106的宽度等。
如上所述，采用多用途传感器102可以进行记录纸106的端部检测。
一般用于记录纸端部检测的传感器是对于一个发光元件配置一个受光元件，反射强度低于域值时，其位置即检测为记录纸端部。但是使用这种方法，当记录纸皱褶以及测量面比基准高度位置高或位置低时，由于低于域值的瞬间偏离于通常的记录纸，所以存在错误检测的问题。
对此，本实施例1中的多用途传感器102配置两个受光元件，使各自的受光区域相邻并同时接收来自发光元件的反射光，并以各受光元件的输出值为基础，检测记录纸的端部。如此，可以抵消因记录纸的皱褶而产生的输出变化，即使多用途传感器102与测量对象间的距离发生变化，也可以进行正确的端部检测。而且，通过检测记录纸的端部，即使在记录纸未设置余白的“记录纸边缘无余白”的情况下，或用户错误设定记录纸尺寸的情况下，也不会记录大量超出记录纸的图像，可减少记录装置内的污渍。另外，即使用户未设定记录纸的尺寸，记录装置也可以自动设定记录媒体的尺寸。
本实施例1中的多用途传感器102点亮红外线LED201，通过接收其反射光，利用测量对象的正反射光进行端部检测。而且此多用途传感器102还配置有可视光LED205，点亮可视光，通过接收其反射光，利用测量对象的扩散反射光也可以进行端部检测。这两种检测方式的选择可由记录纸106的反射特性进行判断。例如，如果是记录纸表面的平滑度高犹如光泽纸般的记录纸106，由于其反射光中正反射光成分多，所以最好是点亮红外线LED201进行端部检测。另外，如果记录纸表面的平滑度低，是普通纸的记录纸106时，由于其反射光中扩散反射光成分多，所以最好点亮可视光LED205进行端部检测。
在上述的端部检测中，虽然CPU301将各光敏晶体管的输出达到峰值输出的50％时的位置判断为端部位置，但本发明并非局限于这种方法。例如，也可以采用比较器比较光敏晶体管203、204的输出，求出其输出相等时的位置作为中间位置。由此，CPU的处理负荷将会减少，可以更高速地进行端部检测。
其次，就采用本实施例1中的多用途传感器102检测印刷于记录纸106上的补丁(patch)的颜色浓度的处理顺序进行说明。
首先，将记录纸106向Y方向输送，将进行打印的区域置于平台107上后，进行所希望的补丁(patch)(规定的图案)的打印。补丁(patch)，例如是用青绿色墨水打入量分别为10％、50％、100％的5×5mm大小的图像。补丁(patch)的打印结束后，点亮与希望测量浓度的颜色成补偿色的发光波长的可视光LED。例如，希望测量所打印补丁(patch)的青绿色浓度时，点亮红色波长(620～640nm)的可视光LED207。
之后，将多用途传感器102移动至记录纸106上未打印彩色补丁(patch)的区域上，此时的反射光的强度(反射强度)通过与可视光LED207在同一平面上的光敏晶体管204进行测量。此时的反射强度作为基准值记录于内存306内。当测量彩色补丁的时候，记录纸106转至反方向以使多用途传感器能扫描记录纸106上的彩色补丁。
随后，将多用途传感器102移动至记录纸106上打印补丁(patch)的区域上，测量其反射强度。在补丁(patch)上，可视光LED207发射的红色光的一部分，被打印的青绿色墨水所吸收，所以反射光与补丁(patch)以外的区域相比将减弱。为此光敏晶体管204的受光量将减少。测量此时的反射强度，并记录保存于内存306内。
当记录纸106上未打印补丁(patch)的区域的反射强度定为Vr，补丁(patch)上的反射强度定为Vp时，则记录纸106中的相对颜色浓度D可以按下式求出。
D＝Log10(Vr/Vp)
从由此求得的相对颜色浓度D求取实际的颜色浓度时，需读取根据记录纸106及多用途传感器102的特性而制作的变换表格，选取对应于该种纸的相对颜色浓度，即可求得打印于记录纸106上的补丁(patch)的颜色浓度。
通过以上的方法，可以采用本发明的多用途传感器102测量印刷于记录纸106上的补丁(patch)的颜色浓度。通过检测补丁(patch)的颜色浓度，可以进行颜色校正以实现记录于记录纸上的图像(补丁(patch))达到规定的记录浓度。而且，在检测出为记录头的记录位置定位所记录的图案的补丁(patch)的颜色浓度时，可以求取将记录头置于记录位置的记录条件。
在测量黄色浓度时，点亮蓝色波长的可视光LED206，通过与可视光LED206位于同一平面上的光敏晶体管203测量其反射强度，利用浓度计算表格进行浓度换算后即可求得黄色的彩色补丁(patch)的浓度。在求取深红色的彩色补丁(patch)浓度时，虽然点亮多用途传感器102的中心轴202上配置的绿色波长的可视光LED205，但是两个光敏晶体管203、204中的任何一个都可以测量其反射强度。因此，通过平均两个光敏晶体管203、204的测量值，可以进行高精度的彩色补丁(patch)的浓度检测。另外，在这种情况下，也可以仅采用特性良好侧的光敏晶体管的输出。
使检测颜色浓度所用的传感器小型化时，可采用三色一体型LED作为发光元件的方法和采用白色发光LED的方法。但是，采用三色一体型LED时，由于三色光从LED的前端呈放射状发射，所以很难对正发射轴与受光轴，而且还存在元件昂贵等问题。另外，采用白色发光LED时，需要在受光元件侧配置彩色过滤器，其结果也将产生成本增加等问题。
采用本发明的多用途传感器102，可使用三个廉价的单色可视光LED，并通过将其在Y方向上错开配置即可把X方向上的大型化抑制到最小程度。而且，由于用两个受光元件接收来自三个可视光LED的反射光，所以可进行易获取感度的0～45度配置下的反射强度测量。
以下，对采用记录装置上配置的上述结构的多用途传感器102检测至记录纸106之间距离的处理顺序进行说明。
通过输送滚轮将记录纸106输送至平台上，将多用途传感器102输送至记录纸106后点亮红外线LED201。来自红外线LED201的发射光通过测量面进行反射，光敏晶体管203、204接收其反射光的一部分。光敏晶体管203、204的输出根据至测量面的距离而发生变化。而且光敏晶体管203、204的输出与红外线LED201的发射区域和光敏晶体管203、204的受光区域的重合面积相关而发生变化。
图5表示根据多用途传感器102至测量面间的距离不同，发射区域及受光区域的位置所发生变化的情况。图5中，501a-c为红外线LED201的发射区域，502a-c为光敏晶体管203的受光区域，503a-c为光敏晶体管204的受光区域。
图6表示根据多用途传感器102至测量面间的距离不同，两个光敏晶体管的输出所发生变化的情况。图6中，线a表示光敏晶体管203的输出，线b表示光敏晶体管204的输出。
从图5A至图5C可知，受光区域502a-c、503a-c的中心偏离发射区域501a-c的中心。为此，与测量受光区域通过发射区域中心的位置的方法相比，采用本实施例1的多用途传感器102时，多用途传感器102至测量面间的距离即使仅发生细微的变动，受光区域502a-c、503a-c的重合也将发生较大的变化。
图5A表示多用途传感器102至测量面间的距离比基准位置约近1mm时(L1，图6)的发射区域501a与受光区域502a、503a的重合图。此时，受光区域502a的大部分与发射区域501a一致。因此，如图6所示，此时光敏晶体管203的输出(线b)达到峰值。相反，由于受光区域503a偏离发射区域501a，所以此时光敏晶体管204的输出(线a)达到最小电平。
图5B表示多用途传感器102至测量面间的距离处于基准位置时(L2，图6)的发射区域501b与受光区域502b、503b的重合图。此时，受光区域502b与发射区域501b一致的面積和受光区域503b与发射区域501b一致的面積几乎相同。因此，此时光敏晶体管203、204的输出如图6所示基本相同，约为峰值时的1/2。
图5C表示多用途传感器102至测量面间的距离比基准位置约远1mm时(L3，图6)的发射区域501c与受光区域502c、503c的重合图。此时，受光区域503c的大部分与发射区域501c一致。因此，如图6所示，此时光敏晶体管204的输出(线a)为峰值。相反，由于受光区域502c偏离发射区域501c，所以光敏晶体管203的输出(线b)达到最小电平。
如此，根据多用途传感器102至测量面间的距离变化，光敏晶体管203、204的输出也发生变化。光敏晶体管203、204的输出达到峰值位置的間隔由光敏晶体管203、204的“向Z方向的相对偏离量”、“对于测量面的倾斜”以及“红外线LED201对于测量面的倾斜”来确定。该配置以测量范围为基础实现了最优化。
两个光敏晶体管203、204的输出根据至记录纸106的距离变化产生差异。根据这两个输出，CPU301求出距离系数L。在光敏晶体管203的输出设定为Va，光敏晶体管204的输出设定为Vb时，距离系数L由以下计算式求出。
L＝(Va-Vb)/(Va+Vb)
采用上述计算式，距离系数L根据传感器102至测量面间的距离变化，其值将发生变化。光敏晶体管203的输出(图6的线b)达到峰值(L1)时，距离系数L的值最小。相反，光敏晶体管204的输出(图6的线a)达到峰值(L3)时，距离系数L的值最大。依据距离系数L的性质，可以设置测量范围在两个光敏晶体管203、204的峰值内，例如本实施例1中说明的传感器102的测量范围为距基准位置±1mm的范围。
通过CPU301的计算处理求出距离系数L后，可以读取预先存储于内存306内的距离参照表格数据。
图7表示根据距离参照表格显示的距离系数的变化曲线事例。
通过上述计算式求得的距离系数L由于光敏晶体管203、204输出特性的影响，虽然对于距离产生细微的曲线増加，但基本上具有线性特性。距离参照表格使用于由通过计算求得的距离系数L得出更加正确的至测量对象的距离。
CPU301根据通过计算求得的距离系数L与距离参照表格的比较值，求得至测量对象的距离，并输出该值。至测量面的距离求出后，即可根据至平台107的相对距离计算出记录纸106的厚度等数据。即，记录纸的厚度可以通过以平台为测量面时的距离与以记录纸为测量面时的距离的差值求出。
如此，通过采用多用途传感器102，可以检测至测量面的距离。
另外，通过求取多用途传感器102与记录纸表面间的距离，还可以判断记录头(图1)与记录纸表面的距离是否合适。当记录头与记录纸表面间的距离过短时，记录扫描时记录头容易接触记录纸表面，弄脏记录纸。另外，当记录头与记录纸表面间的距离过长时，记录头向记录媒体喷出墨水时的记录位置容易偏离，造成记录图像的品位降低。为了解决这个问题，可以根据检测出的至记录纸表面的距离，调整记录头的高度。
而且，在预先进行了记录位置定位的记录装置中，在实际记录时，由于记录头与记录纸间的距离变化，时常产生记录位置不吻合。此时，采用多用途传感器102检测至记录纸的实际距离，根据其检测值进行用于记录位置定位的参数的修正，以便对各种厚度的记录纸都可以实现记录位置正确且高品位的图像记录。
一般的测距传感器由于在同一平面上配置两个受光元件和一个发光元件，因此可能受到由于扩散光特性即发射光强度的差异而造成的影响，以及伴随距离变动而在发射区域及受光区域产生模糊的影响。为此，在各受光元件的输出曲线上，输出达到峰值前的倾斜与超过峰值后的倾斜可能呈非对称状，其结果将受到低感度位置的影响，从而产生测距传感器精度降低的问题。
对此，采用本实施例1的多用途传感器102，将改善输出曲线上升沿与下降沿的对称性。具体而言，由两个光敏晶体管203、204得到的输出信号的差与和的比而求得的距离系数L的特性是至测量面的距离呈大致线性关系，所以可以精度良好的进行距离检测。例如在本实施例1中的多用途传感器102能够以0.1～0.2mm的精度进行距离检测。
以下，就采用多用途传感器102判别记录纸种类的方法加以说明。
一般而言，记录纸因种类不同，其反射特性将有所差异。例如，如光泽纸般表面平滑度高的纸，其正反射光量大，扩散反射光量小。而如普通纸般表面平滑度低的纸，其扩散反射光量大，正反射光量小。如此，采用与记录纸表面相对应的反射特性来对记录纸的种类进行判别。通过将使记录纸的种类和在记录纸上发射光时受光元件所接收的正反射光量或扩散反射光量相对应的数据表格预先存储于内存306，可进行记录媒体的种类判別。如此，通过根据记录纸的种类选择用于检测的反射光(发光元件)，可以对于各种不同种类的记录纸都能正确地进行记录纸的厚度及端部的检测。
另外，由于根据记录纸的种类不同，其反射特性存在差异，在进行测量距离时，可以根据记录纸的特性变更距离系数L。若需要高精度地求取多用途传感器102与记录纸表面间的距离，可以根据记录纸的种类准备多个距离参照表格(图7)，并可选出合适的距离参考表格。
在本实施例1中，为了对透明胶片等记录纸也能进行距离检测，将红外线LED201与光敏晶体管203、204的角度配置为正反射角。另外，由于多用途传感器102配置有可视光LED205，所以对于通过正反射很难检测距离的记录纸，可以采用对记录纸进行垂直发射的可视光LED205测量其扩散反射光。
如上所述，通过本实施例1，可以构成廉价且小型化的能进行记录纸的端部检测及打印物的颜色浓度的测量、至测量面的距离等检测的多用途传感器。特别是通过配置发光元件的光轴与多个受光元件各自的受光轴不相交，即使多用途传感器与检测对象间的距离对于基准位置存在上下任一方向的偏离，由于可以使多个受光元件各自的输出值不同，所以可以精度良好地测量多用途传感器与记录纸之间的距离。而且，由于采用在记录纸的输送方向及法线方向上移位设置的两个受光元件发出的输出信号进行检测，所以两个输出信号中混入的检测光将相互抵消，从而可以进行更加正确的检测。
而且，将检测正反射光量时发射光的发光元件和检测扩散反射光量时发射光的发光元件配置于多用途传感器的中心轴上，且将受光元件配置于夹着中心轴的两侧，可以使多用途传感器小型化。
在本实施例1中，虽然采用了发射可视光或红外线光(非可视光)的发光元件，作为非可视光也可以采用发射红外线光以外的紫外光的发光元件。
实施例2
本发明的实施例2对测量多用途传感器至测量面间的距离的发光元件与受光元件的其它配置事例进行说明。对于与实施例1中相同结构的部分给予了相同的编号。
根据实施例2图10表示发光元件201b与受光元件203、204在Y方向同一线上并排的传感器结构。图10A为平面图，图10B为侧面图。
如图10B所示，本实施例2中的多用途传感器102也和实施例1一样，配置成多个受光元件各自的受光轴呈平行状。图10所示的传感器，由于发光元件201与受光元件203、204配置在Y方向同一线上，所以发光元件201的发射光光轴与受光元件203、204的受光轴相交。但是，发光元件201发射光的光轴与基准面的相交点和两个受光元件203、204的各自受光轴与基准面的相交点存在错位，不一致(参照d1a和d2a)。换言之，发光元件201发射在基准面上的光的发射区域701b的中心点与受光元件203、204在基准面上的各可能受光区域(受光区域)702b、703b的中心点不一致(参照图10D)。
如图10C所示，在本实施例2中，当测量面从基准位置移动(如-1mm)时，在测量面上，发光元件201的光轴与受光元件203的光轴相交。但是，由于发光元件201的光轴与受光元件204的光轴不相交，所以受光元件203、204的输出值不同(如图，看701a、702a和703a)。在图10E所示状态下，发光元件201的光轴与受光元件204的光轴相交。此时，具有以下特性：发光元件201的发射区域701c与受光元件204的受光区域703c的重合部分越多，受光元件204的输出值就越大；同时，由于从受光元件203、204的测量面上的各可能受光区域702c、703c的中心(受光元件的光轴与测量面的交点)到受光元件203、204的各距离不同，所以测量面在Z方向上下产生位移时，各受光元件203、204的输出值不同。也就是说，发光元件201的发射区域701c与受光元件203、204的受光区域702c、703c的重合部分，由于根据测量面的上下变动而变化，所以按照本实施例2配置受光元件203、204，可以正确地检测测量面在上下Z方向的位移量。特别是在本实施例2中，一侧的受光元件204配置成测量面越远离传感器，其输出值就越大，另一侧的受光元件203则反而配置成其输出值变小。即多个受光元件203、204的输出具有相反特性。
同样在本实施例2中，根据相对于基准位置的位移量，测量面的各受光元件203、204的输出值不同，因此可以测量从传感器至检测面之间的距离。如图10所示，发光元件201与受光元件203、204在X方向上不错位，排列在Y方向同一线上，因此当测量面位于规定的位置时，可以直接接收正反射光。而且，可以使传感器的X方向的大小减小。
图11A至图11E表示根据本发明的实施例3配置的多用途传感器102c，实施例3的受光元件203、204中，一侧的受光元件204与发光元件201排列在Y方向同一线上的传感器结构。
在图11C至图11E中，参考数字901a-c，902a-c，903a-c相应地显示红外线LED201的发光区域，晶体管203的受光区域和晶体管204的受光区域。
在图11的结构中，当为图11E所示状态时，虽然发光元件201的发射光光轴与受光元件204的受光轴相交，但由于受光元件203、204的输出值可以得到对应于测量面的上下Z方向的位置的值(例如，d1b和d2b)，所以可以测量多用途传感器102至测量面之间的距离。同时，发光元件201与受光元件203，无论测量面在Z方向上下的任一位置，上述发射光的光轴与受光元件的光轴也不会相交。
如上所述，实施例2和实施例3配置有发光元件与多个受光元件的多用途传感器，通过配置成多个受光元件各自的光轴不相交，即使采用廉价的元件，也可以精度良好地检测从多用途传感器至测量面间的距离。另外，根据测量面与多用途传感器间的距离变化，受光元件的输出将发生变动，而且由于将发光元件与受光元件配置成多个受光元件具有不同的变动特性，所以在多个受光元件的各光轴中，即使至少有一个光轴与发光元件的光轴相交，也可以进行距离的检测。
另外，在图10、11中，显示了检测正反射光成分的多用途传感器的实施例，为了能检测扩散反射光成分，也可以改变发光元件的位置，而且，为了在检测正反射光成分的基础上还能检测扩散反射光成分，也可以增加发光元件。在上述实施例中，虽然采用两个受光元件，多用途传感器也可以采用三个以上的受光元件。
综上所述，根据本发明的实施例，由于多个受光元件各自的光轴不相交，即使测量面在Z方向上下的任何位置产生位移，由于分别从受光元件得到的输出值不同，因此可以正确地测量从传感器至测量面的距离。
Claims (15)
1.一种传感器，设有：
第1发光元件，配置为向测量表面发射光；
多个受光元件，配置为接收来自测量表面的反射光；
其特征在于，多个受光元件分别具有各自的受光轴，且上述多个受光轴互不相交。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，多个受光轴分别从各自的受光元件延其受光轴到测量表面具有不同距离。
3.如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，上述多个受光元件各自与上述发光元件间的距离不同。
4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，上述多个受光元件中至少一个受光元件的受光轴与上述发光元件发射光的光轴不相交。
5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，与上述测量表面间的距离在规定距离时，上述多个受光元件中至少一个受光元件的受光轴与上述发光元件发射光的光轴相交。
6.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，与上述测量表面间的距离在任一距离时，上述多个受光元件各自的受光轴与上述发光元件发射光的光轴不相交。
7.如权利要求1所述的传感器，还含有第2发光元件，配置为其向测量表面发射光的角度不同于上述第1发光元件向上述测量表面发射光的角度，其特征在于，上述多个受光元件中至少一个受光元件配置为可接收上述第2发光元件的发射光在上述测量表面反射的反射光，并且，上述多个受光元件配置为，上述第1发光元件发光时，接收正反射光，上述多个受光元件中的至少一个配置为，上述第2发光元件发光时，接收扩散反射光。
8.如权利要求7所述的传感器，其特征在于，上述发光元件和上述第2发光元件，其中一个元件发射可视光，另一个元件发射非可视光。
9.如权利要求8所述的传感器，其特征在于，上述第2发光元件由发射可视光的多个发光元件组成。
10.一种检测装置，其特征在于，设有：
权利要求1至9中任一项所述的传感器；
距离检测机构，根据对应于上述反射光光量的上述多个受光元件各自的输出值检测至上述测量表面间的距离。
11.一种在记录媒体上形成图像的记录装置，其特征在于，设有：
权利要求1至9中任一项所述的传感器；
检测机构，使用上述传感器检测上述记录媒体的厚度。
12.如权利要求11所述的记录装置，其特征在于，上述检测机构还检测至少一种上述记录媒体的种类、端部或在上述记录媒体上所形成的图像的浓度。
13.一种传感器，设有：
第1发光元件，配置为以第1角度向测量表面发射光；
第2发光元件，配置为以与上述第1发射角度不同的第2角度向上述测 量表面发射光；
多个受光元件，配置为可接收上述第1、第2发光元件各自发射的光在上述测量表面上所反射的各自的反射光；
其特征在于，配置上述第1及第2发光元件和上述多个受光元件，以使上述多个受光元件中至少一个受光元件的受光轴与规定位置上的上述测量表面的交点和上述第1以及第2发光元件的发射轴与上述规定位置上的测量表面的各自交点不一致。
14.一种传感器，设有：
发光元件，配置为向测量表面发射光；
多个受光元件，配置为接收来自测量表面的反射光；
其特征在于，上述多个受光元件配置为当测量表面移动时，根据具有正反射光成分的光的移动方向而移动。
15.一种传感器，设有：
发光元件，配置为向测量表面发射光；
多个受光元件，配置为接收来自测量表面的反射光；
其特征在于，发光元件的光在测量表面上的发光区域的中心点与多个受光元件中至少一个能接收到光的测量表面的受光区域的中心点不重合。
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