DE3006541A1 - Photodetektorvorrichtung zur bestimmung des vorhandenseins eines beweglichen koerpers - Google Patents

Photodetektorvorrichtung zur bestimmung des vorhandenseins eines beweglichen koerpers

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DE3006541A1 DE19803006541 DE3006541A DE3006541A1 DE 3006541 A1 DE3006541 A1 DE 3006541A1 DE 19803006541 DE19803006541 DE 19803006541 DE 3006541 A DE3006541 A DE 3006541A DE 3006541 A1 DE3006541 A1 DE 3006541A1
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Description

3006541 H*nfcei,Kem,FfclerfrH&ra»i Patentanwälte
, Registered Representatives
« ο · before the
European Patent Office MöhtetraBe37
Konishiroku Photo Industry Co., Ltd. D-ΘΟΟΟMünchen80
Tokio , Japan Tel.: 089/982085*7
Telex: 0529802 hnWd Telegramme: eHipsoid
19 008/79 21. Februar 1980
Photodetektorvorrichtung zur Bestimmung des Vorhandenseins eines beweglichen Körpers
Die Erfindung betrifft eine Photodetektorvorrichtung zur Bestimmung bzw. Feststellung des Vorhandenseins eines beweglichen Körpers, etwa einer Bahn, eines Blattes oder eines Stücks einer sich in einer bestimmten Bewegungsrichtung bewegenden blattartigen Elements anhand eines Ausgangssignals auf der Grundlage von Änderungen der Lichtmenge an einem in der Nähe der Bewegungsbahn des beweglichen Körpers angeordneten photoelektrischen Element. Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Photodetektorvorrichtung, die sich speziell für die Feststellung eines sich bewegenden Blatts, nämlich einer Vorlage, in einer automatischen Vorlagen-Transporteinheit eines Kopiergeräts eignet, und zwar auf der Grundlage eines auf Änderungen der Lichtmenge basierenden und unter dem Einfluß äußerer Einflüsse stark schwankenden Ausgangssignals.
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• if-
Eine automatische Vorlagen-Transporteinheit vermag automatisch die zu kopierenden Vorlagen, die in einer Vorratsmulde oder auf einem Zufuhrtisch gestapelt sind, bei Betätigung eines "Kopier"-Tastschalters in vereinzelt am Zustand in eine Kopierposition oder auf einen Vorlagenträger zu befördern und die Vorlagen nach dem Kopieren selbsttätig in eine Aufnahmemulde auszutragen.
Fig. 1 veranschaulicht schematisch eine solche Transporteinheit, die der Einfachheit halber als Stand der Technik vorausgesetzt wird. Gemäß Fig. 1 ist ein Kopiergerät 1 mit einer automatischen Vorlagen-Transporteinheit 2 versehen, die einheitlich mit einem Vorlagenträger (copy board) 1Ö des Geräts ausgebildet ist. Diese Einheit 2 besteht aus einem Gehäuse 3 und einem auf einer darin angeordneten Welle oder Achse 4 so schwenkbar gelagerten Element 5, daß dieses vom Vorlagenträger lotrecht hochklappbar ist. Im Gehäuse 3 ist eine Vorlagen-Vorratsmulde 7 angeordnet, auf welche über eine Rutsche 6 eine oder mehrere Vorlagen aufgegeben werden können. Eine Abnahmewelze 8, die durch ein Vorlagentransportbefehlssignal angesteuert wird, dient zur Abnahme einer Vorlage aus der Vorratsmulde 7. Eine mit derselben Umfangsgeschwindigkeit wie die Abnahme- oder Zufuhrwalze 8 umlaufende Transportrolle 9 überführt die Vorlage in Richtung auf das bewegbare Element 5.
Die Vorratsmulde ist einer Einheit aus Rutsche 6 und Vorlagenzufuhr-Platte 7 äquivalent, die auch als Zufuhrvorrichtung bezeichnet wird.
Das bewegbare Element 5 ist mit einer Fördervorrichtung in Form eines Förderbands 11 mit Antriebs- oder Führungs-
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rollen 12 und 13, Zwischenrollen 14 - 16 sowie einer Leitrolle 17 und einer Austragrolle 18 versehen, so daß eine von der Transportrolle 9 zugeführte Vorlage auf den aus Glas bestehenden Vorlagenträger 10 förderbar und nach Abschluß des Kopiervorgangs vom Vorlagenträger 10 abnehmbar und austragbar ist.
Die Rolle 12 (oder 13) wird durch einen nicht dargestellten Motor unmittelbar oder über eine elektromagnetische Kupplung angetrieben, wenn eine Vorlage zugeführt oder ausgetragen werden soll.
Das bewegbare Element 5 weist neben den oben genannten Teilen auch einen Anschlag 19 auf, der mittels eines Solenoids an der Vorderseite (in Bewegungsrichtung gesehen) des Vorlagenträgers 10 über dessen Ebene nach oben vorschiebbar ist, um die Vorlage bei der Zufuhr in einer passenden Stellung anzuhalten.
Ein Leitelement 20 dient zur Führung der Vorlage von der Leitrolle 17 zur Austragrolle 18 bei einem Vorlagenaustragvorgang. Weiterhin sine eine Austragöffnung bzw. -schlitz 21 und eine auch als Abdeckung für das bewegbare Element 5 dienende Aufnahmemulde 22 vorgesehen.
Bei der beschriebenen Vorlagen-Transporteinheit muß die Vorlagenzufuhr von der Vorrats- oder Zufuhrmulde unterbrochen werden, wenn die Vorlage bis zu einer passenden Stelle (am Anschlag 19) auf der Glasscheibe des Vorlagenträgers 10 vorgeschoben worden ist; dies bedeutet, daß beim Kopiervorgang das Förderband 11 angehalten werden muß. Wann das Förderband 11 nicht genau in der vorgesehenen Stellung anhält, können sich Vorlagen am Anschlag 19 verklemmen, oder die Vorlagen werden nicht in die richtige Kopierposition gebracht. Aus diesem Grund sollte die Be-
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wegung des Förderbands 11 vorzugsweise zweckmäßig gesteuert werden, und zwar unter Berücksichtigung der Trägheit der Transportvorrichtung aufgrund des darin vorgesehenen Motors.
Um nun eine Vorlage genau in der vorgesehenen Stellung anhalten zu können, muß ein Meßfühler oder ein Detektorelement zur Feststellung der Ankunft der Vorlage in einer vorbestimmten Stellung vorgesehen sein.
Für diesen Zweck denkbare Verfahren umfassen die Verwendung eines Meßfühlers unmittelbar vor dem Anschlag 19 zum Anhalten der Vorlage, wobei der Motor der Transportvorrichtung in dem Augenblick abgeschaltet wird, in welchem die Vorderkante der Vorlage durch den Meßfühler festgestellt wird, sowie die Verwendung eines Meßfühlers in der Bewegungsbahn der Vorlage zwischen der Transportrolle 9 und dem Förderband zur Bestimmung des Anhaltepunkts für die Vorlage auf der Grundlage der Zeit als Produkt aus der Strecke zwischen dem Ort des Meßfühlers und der vorgegebenen Vorlagen-Anhalteposition sowie der Fördergeschwindigkeit der Vorlage.
Im zuletzt genannten Fall kann ein einfacher Meßfühler oder Detektor in Form eines Lichtempfangselements und eines lichtemittierenden bzw. Leuchtelements verwendet werden, die auf gegenüberliegenden Seiten der Vorlagen-Bewegungsbahn angeordnet sind. Dieses Vorgehen ist jedoch ziemlich unzuverlässig, weil die Vorlagen häufig auf dem Förderband verrutschen und weil ihre Transportgeschwindigkeit auch Schwankungen unterworfen ist. Nach diesem Verfahren ist es mithin schwierig, die Vorlage mit hoher Genauigkeit anzuhalten.
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Mit dem zuerst beschriebenen Verfahren kann andererseits eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung und beim Anhalten der Vorlage erzielt werden. Der hierbei verwendete Meßfühler ist allgemein auf dem Vorlagenträger 10 des Kopiergeräts angeordnet. Wenn daher ein lichtdurchlässiger oder lichtemittierender (licht-permeating) Meßfühler verwendet wird, wird es nötig, z.B. ein Lichtempfangselement im Gehäuse des Kopiergeräts und ein Leichtelement an der Seite der automatischen Transporteinheit, d.h. einander gegenüberstehend, anzuordnen. Hierdurch wird aber die automatische Vorlagen-Transporteinheit konstruktiven Einschränkungen unterworfen. Insbesondere wird es dabei sehr schwierig, diese Einheit als getrennte Baugruppe auszubilden, so daß sie herausnehmbar in das Kopiergerät eingesetzt werden kann.
Aus diesem Grund wird bevorzugt ein Reflektor-Meßfühler der in Fig. 2 schematisch dargestellten Art verwendet, der aus einem lichtemittierenden bzw. Leuchtelement 23 und einem Lichtempfangselement 24 in einem Halter 25 an der einen Seite der automatischen Vorlagen-Transporteinheit besteht. Dies bedeutet, daß die beiden Elemente auf derselben Seite der Bewegungsbahn des beweglichen Körpers angeordnet sind. Dabei wird ein optisches Ausgangssignal des Leuchtelements 23 von der den Vorlagenträger 10 bildenden Glasscheibe reflektiert und auf das Lichtempfangselement 24 geworfen.
Da dieser Reflektor-Meßfühler jedoch mit dem von der Glasscheibe des Vorlagenträgers oder von der Vorlage reflektierten Licht arbeitet, besitzt er einen niedrigen Lichtnutzungsgrad, einen niedrigen Ausgangspegel am Lichtempfangselement und eine große Temperaturdrift im Ausgangssignal des Lichtempfangselements aufgrund der Wärme-
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abstrahlung von einer Lampe zur Belichtung der zu kopierenden Vorlage, und er ist beträchtlichen Schwankungen des Reflexionsfaktors infolge von Verschmutzung auf der Glasscheibe des Vorlagenträgers, einer erheblichen Aufteilung der Ansprechempfindlichkeit des Lichtempfangselements selbst und einer geringen Verschiebung (slippage) der optischen Achsen unterworfen. Aus diesen Gründen ist die Meßgenauigkeit dieses Meßfühlers außerordentlich gering.
Bei Verwendung eines lichtabstrahlenden Meßfühlers treten auch umweltbedingte Probleme auf, wenn der Meßfühler z.B. in einer Atmosphäre angeordnet ist, die verschiedenen äußeren Störeinflüssen unterworfen ist, z.B. einem Lichteinfall auf die Bewegungsbahn der Vorlagen.
Der Erfindung· liegt demzufolge insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Photodetektorvorrichtung zu schaffen, die eine genaue Bestimmung des Vorhandenseins eines beweglichen Körpers bzw. eines transportierten Blatts anhand eines aufgrund von Änderungen der Lichtmenge umgewandelten elektrischen Signals ohne die Verwendung einer komplizierten Driftkompensierschaltung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Insbesondere kennzeichnet sich die erfindungsgemäße Photodetektorvorrichtung durch eine Einrichtung zur Bestimmung des Vorhandenseins eines transportierten Blatts anhand der Pegeländerungen eines elektrischen Signals infolge von Änderungen der Lichtmenge.
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Der Ausdruck "Pegeländerungen" bezieht sich auf die innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne auftretenden Schwankungen um einen vorbestimmten Pegel eines elektrischen Signals.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer automatischen Vorlagen-Transporteinheit,
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Licht reflektierenden Meßfühlers oder Detektors gemäß der Erfindung zur Feststellung eines transportierten Blatts,
Fig. 3 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Photodetektorvorrichtung ,
Fig. 4 eine graphische Darstellung von Wellenformen zur Verdeutlichung einer Funktion der Vorrichtung nach Fig. 3,
Fig. 5 eine Fig. 4 ähnelnde Darstellung zur Verdeutlichung einer anderen Funktion und
Fig. 6 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.
Fig. 3 verdeutlicht die Grundidee der Erfindung. Dabei sind gemäß Fig. 2 eine Leuchtdiode 30 als Leuchtelement und ein Phototransistor 31 als Lichtempfangselement unter einem vorbestimmten Winkel (zueinander) in einen Halter
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eingebaut, wobei die optischen Achsen dieser Elemente so geführt sind, daß sie einander auf der Oberfläche der Glasscheibe eines Vorlagenträgers, auf welche eine Vorlage gefördert wird, schneiden.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Halter 25 an einer nicht dargestellten Platte hinter dem unteren Trum bzw. der Unterseite des Förderbands montiert, wobei diese Platte zusammen mit dem bewegbaren Körper bzw. dem transportierten Blatt bewegbar ist.
Der Neigungswinkel θ zwischen den Elementen 23 und 24 hat einen großen Einfluß auf den Lichtreflexionsfaktor. In zahlreichen Versuchen hat es sich gezeigt, daß der Reflexionsfaktor plötzlich ansteigt, wenn der Einfallswinkel 60° übersteigt. Bei einer Vergrößerung des Winkels θ müssen allerdings auch die Abmessungen des Meßfühler-Halters 25 vergrößert werden. Infolgedessen wird als Kompromis ein Einfallswinkel von etwa 75° gewählt.
An die Leuchtdiode 30 wird über einen Widerstand 32 eine vorbestimmte Spannung angelegt. Bei der dargestellten Ausführungsform werden Photodiode und Phototransistor durch dieselbe Stromquelle gespeist, doch können auch getrennte Stromquellen vorgesehen sein. Der Phototransistor 31 ist mit einem Lastwiderstand 33 verbunden, um Änderungen der Reflexionslichtmenge in Form eines elektrischen Spannungssignals wiederzugeben. Der Widerstand 33 kann dabei an der Emitterseite des Transistors 31 angeordnet sein, so daß ein Spannungssignal geliefert wird, während das Massepotential als Bezugspotential dient.
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Die Ausgangsspannung des Lastwiderstands 33 oder eine dieser Ausgangsspannung proportionale Spannung wird an einen nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 34 angelegt.
Eine Verzögerungsschaltung 35, an deren Eingang das Ausgangssignal des Lastwiderstands 33 angelegt wird, dient zur Verzögerung des Spannungssignals, um eine vorbestimmte Zeitspanne und zur Anlegung dieses Spannungssignals an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 34. Das Pegelverhältnis des invertierenden Eingangs des Operationsverstärkers 34 in dessen Normalzustand wird in bezug auf seinen nicht-invertierenden Eingang eingestellt, und es wird ein oberhalb des Auflösungsvermögens des Verstärkers 34 liegender Pegelunterschied vorgegeben bzw. festgelegt.
Bei der beschriebenen Konstruktion wird das Eingangssignal Vp am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 34 auf die in Fig. 4 gezeigte Weise auf einen niedrigeren Pegel eingestellt als das Eingangssignal V am nicht-invertierenden Eingang.
Wenn der Lichtreflexionsfaktor der Glasscheibe des Vorlagenträgers 10 höher ist als derjenige einer Vorlage-, und beispielsweise die Spannung V des Lastwiderstands 33 bei der Ankunft der Vorlage ansteigt, beginnt die Spannung V sich zu erhöhen, wenn das Vorderende der Vorlage eine Position t gemäß Fig. 4 erreicht, in welcher die Vorlage die vom Phototransistor 31 empfangene Lichtmenge beeinflußt, worauf die Spannung V bei der Ankunft der Vorlage in einer Position t (Fig. 4) im wesentlichen einen hohen Pegel erreicht, wenn der Phototransistor 31 in diesem Zustand nur das von der Vorlage reflektierte Licht empfängt. Ein Ausgangssignal Vw der Verzögerungs-
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schaltung 35 wird um eine Zeitspanne T gegenüber der Spannung V (= V_,) verzögert. Infolgedessen wird ein Ausgangssignal V des Operationsverstärkers 34 zum Zeitpunkt t3 invertiert und zum Zeitpunkt t. (auf dem vorherigen Pegel) zurückgeführt, so daß ein Anstiegsteil zum Zeitpunkt t, oder ein Abfallteil zum Zeitpunkt t. als Zeitsteuersignal zur Feststellung des Vorderendes der Vorlage benutzt werden kann. In diesem Fall sei tQ als der Zeitpunkt vorausgesetzt, an welchem das Vorderende der Vorlage den Anschlag 19 erreicht. Der Zeitunterschied (t_. - t_) oder (t - t.) kann ohne weiteres mit hoher Genauigkeit anhand der bzw. relativ zur Transportgeschwindigkeit derVorlage korrigiert werden.
Zur Bestimmung des hinteren Endes bzw. der Hinterkante der Vorlage kann die Beziehung zwischen den vorstehend erwähnten Spannungspegeln V und V bei einer Schaltung gemäß Fig. 3 auf die in Fig. 5 gezeigte Weise einfach umgekehrt werden. Die Bestimmung der Hinterkante der Vorlage kann auch dadurch erfolgen, daß die Verzögerungsschaltung 35 in der Schaltung nach Fig. 3 an der Seite des Eingangs V angeordnet wird. In diesem Fall wird im Gegensatz zum Fall der Feststellung oder Bestimmung der Vorderkante des beweglichen Körpers das Ausgangssignal Vn in seiner Phase umgewandelt bzw. umgekehrt.
Wenn die Pegel von Vp und V gegeneinander ausgetauscht werden, während die Vorlage einen Umkehrpunkt der optischen Achsen durchläuft, so daß der eine bzw. erste Pegel höher ist als der andere, lassen sich vorderes und hinteres Ende der Vorlage mit ein und derselben Schaltung bestimmen. Die Länge der Vorlage in ihrer Transportrichtung läßt sich ebenfalls anhand eines Zeitunterschies zwischen den Meßsignalen, welche Vorder- und Hinterkante der Vorlage angeben, sowie der Transportgeschwindigkeit der Vor-
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lage messen. Die Transportgeschwindigkeit der Vorlage kann außerdem mittels der Impulsbreiten der Meßsignale für Vorder- und Hinterkante der Vorlage bestimmt werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Lichtempfangsflache des Lichtempfangselements eine bestimmte Oberfläche besitzt und die Impulsbreite (t_ - t. gemäß Fig. 4) eines Ausgangssignals des Operationsverstärkers 34 in Abhängigkeit vom Neigungswinkel von V variiert, der sich - wie erwähnt - bei der Feststellung der Vorlage allmählich und nicht stufenweise ändert, d.h. in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit der Vorlage.
An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß das Vorhandensein bzw. die Ankunft einer Vorlage mittels einer Änderung der Spannung V festgestellt wird. Auch wenn dabei V (V ) in der Wellenform gemäß Fig. 4 aufgrund einer Temperaturdrift des Phototransistors leicht variiert, tritt keine Umkehr der Pegeln der Signale V und V auf. Infolgedessen kann die Kondensation der Drift ohne die Notwendigkeit für eine komplizierte Driftkompensationsschaltung in einer optischen Detektoranlage aus einem Leuchtelement und einem Lichtempfangselement erfolgen. Da die Pegel der Signale V und V durch den Operationsverstärker miteinander verglichen werden, besitzt die erfindungsgemäße Photodetektorvorrichtung eine ausgezeichnete ünterdrückungscharakteristxk für gleichphasige Signale, und sie ist nur einer geringen Herabsetzung der Meßgenauigkeit aufgrund einer solchen Drift und eines ungünstigen Rauschabstands unterworfen. Da außerdem ein Vergleichs-Bezugssignal V gegenüber V in derselben Richtung variiert, werden die Verteilungseigenschaften des Lichtempfangselementes nicht ungünstig beeinflußt.
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Fig. 6 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welche eine Integrationsschaltung aus einem bezüglich des Pegels einstellbaren Spannungsteilerwiderstand und einem Kondensator C als Verζögerungsschaltung vorgesehen ist und die Bestimmung des vorderen oder hinteren Endes einer Vorlage wahlweise dadurch erfolgen kann, daß die Verzögerungsschaltung mit Hilfe einer Umschal teinrichtung bzw. eines Schalters SW in verschiedene Schaltungszxtfeige eingeschaltet wird.
Die Verzögerungsschaltung ist jedoch keineswegs auf die genannte Integrationsschaltung aus einem Kondensator C und einem Widerstand beschränkt. Sie kann in Übereinstimmung mit der Änderungskennlinie von V (V ) eine
w ir
lineare Kennlinie besitzen. Allerdings erfüllt eine einfach aufgebaute Integrationsschaltung den angestrebten Zweck, ohne die Keßgenauigkeit zu beeinträchtigen, außer dann, wenn die Transportgeschwindigkeit einer Vorlage anhand eines Meßsignals bestimmt werden soll.
Die erfindungsgemäße Photodetektorvorrichtung erlaubt also bei vergleichsweise einfachem Aufbau die Bestimmung oder Feststellung eines transportierten Blatts mit hoher Genauigkeit. Außerdem können mit ihrer Hilfe die Abmessungen und die Transpörtgeschwindigkeit des transportierten Blatts mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern verschiedenen Abwandlungen und Änderungen zugänglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.
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Claims (5)

  1. Patentanwälte
    Registered Representatives
    before the
    European Patent Office
    Möhlstraße37 Konishiroku Photo Industry Co., Ltd. D-8000 München 80
    Tokio, Japan Tel.: 089/982085*7
    Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid
    19 008/79 21. Februar 1980
    Photcdetektorvorrichtung zur Bestimmung des Vorhandenseins eines beweglichen Körpers
    Patentansprüche
    ( 1.)Photodetektorvorrichtung zur photoelektrischen Bestimmung des Vorhandenseins eines beweglichen Körpers, gekennzeichnet durch einen Operationsverstärker, der als erstes Eingangssignal ein elektrisches Signal abnimmt, das den Änderungen der Lichtmenge proportional ist, und durch eine Verzögerungsschaltung zur Verzögerung des elektrischen Signals um eine vorbestimmte Zeitspanne und zur Anlegung des elektrischen Signals an den Operationsverstärker als Bezugseingangssignal gegenüber dem ersten Eingangssignal, wobei die Information bezüglich des Vorhandenseins eines beweglichen Körpers als Ausgangssignal des Operationsverstärkers erhalten wird.
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  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Umsehalteinrichtung zur Änderung der Pegel der dem Operationsverstärker zugeführten Eingangssignale aufweist, derart, daß der eine Pegel höher oder niedriger ist als der andere, um das Vorderende bzw. das Hinterende des beweglichen Körpers bestimmen zu können.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung zur Bestimmung des vorderen bzw. hinteren Endes des beweglichen Körpers betätigbar ist, wenn dieser Körper eine Meßstelle passiert.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des beweglichen Körpers in seiner Transportrichtung anhand des Zeitunterschieds zwischen den Meßsignalen für vorderes und hinteres Ende dieses Körpers sowie seiner Transportgeschwindigkeit bestimmbar ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportgeschwindigkeit des beweglichen Körpers anhand der Impulsbreite eines Meßsignals für vorderes oder hinteres Ende des beweglichen Körpers bestimmbar ist.
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DE19803006541 1979-02-22 1980-02-21 Photodetektorvorrichtung zur bestimmung des vorhandenseins eines beweglichen koerpers Withdrawn DE3006541A1 (de)

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