DE69410873T2

DE69410873T2 - Tropfendetektorschaltung

Info

Publication number: DE69410873T2
Application number: DE69410873T
Authority: DE
Inventors: Lowell Stewart
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2014-04-22
Also published as: EP0622195A2; US5434430A; JPH0792086A; DE69410873D1; EP0622195A3; EP0622195B1; ES2117170T3

Description

Hintergrund der Erfindung

Die dargelegte Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf einen optischen Tropfendetektor und insbesondere auf einen optischen Tropfendetektor, der relativ kleine Tropfen zweier unterschiedlicher Größen nachweisen kann.
Optische Tropfendetektorschaltungen werden in Tintenstrahldruckern zu verschiedenen Zwecken eingesetzt, beispielweise zum Testen der Funktionsfähigkeit der Tintetropfenausstoßdüsen von Druckköpfen oder zur Feststellung der relativen Position von Düsenfeldern in Mehrfachdruckköpfen. Gewöhnlich enthalten Tropfendetektorschaltungen einen Lichtsensor, wie z.B. eine Photodiode, die auf das durch eine Lichtquelle, etwa eine LED, bereitgestellte Licht anspricht. Wenn sich ein Tropfen im Lichtpfad zwischen dem Lichtsensor und der Lichtquelle befindet, ändert sich das Ausgabesignal des Lichtsensors, weil die Menge des vom Lichtsensor erfaßten Lichts durch die Anwesenheit des Tintetropfens vermindert wird. Gewöhnlich wird das Ausgabesignal des Lichtsensors verstärkt und analysiert, um festzustellen, ob sich ein Tintetropfen durch den Lichtpfad zwischen dem Lichtsensor und der Lichtquelle bewegt hat.
Bei bekannten optischen Tropfendetektorschaltungen muß in Betracht gezogen werden, daß sie außerstande sind, Tintetropfen relativ kleiner Größe zuverlässig nachzuweisen, und daß sie außerstande sind, mehrere unterschiedliche Größen relativ kleiner Ti ntetropfen zuverlässig nachzuweisen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wäre also vorteilhaft, eine optische Tropfendetektorschaltung zum zuverlässigen Nachweis von Tintetropfen relativ kleiner Größe bereitzustellen.
Weiterhin wäre es vorteilhaft, eine optische Tropfendetektorschaltung zum zuverlässigen Nachweis unterschiedlicher Größen relativ kleiner Tintetropfen bereitzustellen. Die im vorangehenden genannten sowie weitere Vorteile werden durch die Erfindung in einer optischen Tropfendetektorschaltung bereitgestellt, die einen auf das Ausgabesignal eines optischen Nachweiselements ansprechenden Steilheitsverstärker, eine Bandpassverstärkerschaltung, die so justiert ist, daß sie der Bandbreite des Ausgabesignals des optischen Nachweiselements entspricht, einen auf das Ausgabesignal der Bandpassverstärkerschaltung ansprechenden ersten Komparator zur Bereitstellung eines ersten komparatorausgabesignals, welches anzeigt, wenn das Bandpassausgabesignal unter einen ersten vorgegebenen Schwellenwert fällt, und ein zweites Komparatormittel zur Bereitstellung eines zweiten Komparatorausgabesignals, welches anzeigt, wenn dieses Bandpassausgabesignal unter einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert fällt, enthält. Dabei zeigt das erste Komparatorausgabesignal die Erfassung eines Tropfens an, der mindestens so groß wie eine erste Tropfenmindestgröße ist, und das zweite Komparatorausgabesignal zeigt die Erfassung eines Tropfens an, der mindestens so groß wie eine zweite Tropfenmindestgröße ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Für Fachleute werden die Vorteile und Merkmale der dargelegten Erfindung durch die folgende detaillierte Beschreibung offenkundig, wenn sie in Verbindung mit der Zeichnung gelesen wird, worin:
Abb. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines optischen Tropfendetektors ist, in dem die optischen Bauelemente des optischen Tropfendetektors zur Anwendung kommen können.
Abb. 2 eine schematische Schnittdarstellung ist, in der illustriert wird, wo sich die optischen Bauelemente in dem optischen Tropfendetektor aus Abb. 1 befinden.
Abb. 3 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Tropfendetektorschaltung ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

In der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den verschiedenen Abbildungen sind gleiche Elemente durch gleiche Referenznummern ausgezeichnet. Die dargelegte Erfindung zielt auf eine optische Tropfendetektorschaltung ab, die zum Nachweis von durch einen Tintenstrahldruckkopf ausgestoßenen Tintetropfen geeignet ist. Die optische Tropfendetektorschaltung enthält optische Bauelemente zum Nachweis der Anwesenheit eines Tintetropfens. Abb. 1 - 3 zeigen schematisch und anhand eines anschaulichen Beispiels einen optischen Tropfendetektor in dem die optischen Bauelemente der optischen Tropfendetektorschaltung erfindungsgemäß angewandt sind. Im einzelnen gehört zu den optischen Bauelementen eine LED 15 und eine Photodiode 17, die sich gegenüber aneinander angrenzenden Öffnungen 13 auf den schmäleren Seiten eines kanals 11, der im optischen Sensor in Abb.
1 enthalten ist, befinden. Kanal 11 weist senkrecht zur seiner Mittelachse einen rechteckigen Querschnitt auf und läßt den Durchgang von Tintetropfen durch den Bereich zwischen der LED 15 und der Photodiode 17 zu. Die LED 15 wird zur Erzeugung einer Lichtausgabe steuerbar aktiviert, wobei die Photodiode 17 einen Teil des von der LED 15 ausgegebenen Lichts aufnimmt. Damit wird in dem Bereich zwischen der LED 15 und der Photodiode eine optische Nachweiszone erzeugt, wobei die Anwesenheit eines Tintetropfens in der optischen Nachweiszone eine Verminderung des elektrischen Ausgabesignals der Photodiode 17 bewirkt.
In Abb. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen optischen Tropfendetektorschaltung ausgeführt, die als Empfänger für das Ausgabesignal der Photodiode 17 einen Steilheitsverstärker 21 einschließt. Das Ausgabesignal des Steilheitsverstärkers 21 ist eine elektrische Spannung, die stellvertretend für das Ausgabesignal der Photodiode 17 steht und insbesondere dann abfällt, wenn das Ausgabesignal der Photodiode infolge der Anwesenheit eines Tintetropfens in der optischen Nachweiszone zwischen der LED 15 und der Photodiode 17 abfällt. Das Ausgabesignal des Steilheitsverstärkers 21 wird einem ersten invertierenden Bandpassverstärker 23 zugeführt, dessen Ausgabesignal einem zweiten invertierenden Bandpassverstärker 25 zugeführt wird, der denselben Verstärkungsfaktor und denselben Durchlaßbereich wie der erste Bandpassverstärker aufweisen kann. Durch die beiden Invertierungen, die von dem ersten und dem zweiten Bandpassverstärker 23 und 25 erwirkt werden, ist das Ausgabesignal des zweiten Bandpassverstärkers ein Spannungssignal, dessen Amplitude sich vermindert, wenn sich das Ausgabesignal der Photodiode 17 infolge der Anwesenheit eines Tintetropfens in der optischen Nachweiszone vermindert.
Der Durchlaßbereich des ersten und zweiten Bandpassverstärkers ist so gewählt, daß er der Bandbreite, oder dem Frequenzspektrum, des Ausgabesignals der Photodiode 17 für den bestimmten Bereich von nachzuweisenden Tintetropfengrößen, dem Bereich der erwarteten Tropfengeschwindigkeiten, und der durchschnittlichen Form des von der Photodiode aufgenommenen Lichtstrahls entspricht, so daß Rauschen und Signale außerhalb der maßgeblichen Bandbreite unterdrückt werden. Durch den ersten und zweiten Bandpassverstärker wird im wesentlichen ein mehrstufiger Bandpassverstärker gebildet, wobei durch die Mehrzahl von Stufen ein erhöhter Verstärkungsfaktor und eine gezieltere Unterdrückung des Rauschens erzielt werden.
Das Ausgabesignal des zweiten Bandpassverstärkers wird einem ersten Referenzschaltkreis 31 und dem invertierenden Eingang eines ersten digitalen Komparators 41 zugeführt, der ein Ausgabesignal zum Tropfennachweis bereitstellt, das die optische Erfassung eines Tintetropfens, der mindestens so groß wie eine erste Tropfen mi ndestgrö ße ist, anzeigt. Das Ausgabesignal des ersten Referenzschaltkreises 31 ist eine erste Referenzspannung Vi, die den Nachweis eines Tropfens mit mindestens der ersten Tropfenmindestgröße aber nicht von Tropfen kleiner als die erste Tropfenmindestgröße, zuläßt und wird dem nichtinvertierenden Eingang des ersten digitalen Komparators zugeführt, dessen Ausgabesignal zum Tropfen nachweis in den Logikzustand 1 wechselt, wenn das Ausgabesignal des zweiten Bandpassverstärkers 25 unter die Referenzspannung Vi abfällt.
Das Ausgabesignal des zweiten Bandpassverstärkers 25 wird weiterhin einem zweiten Referenzschaltkreis 32 und dem invertierenden Eingang eines zweiten digitalen Komparators 42 zugeführt, der ein Ausgabesignal zum Tropfennachweis bereitstellt, das die optische Erfassung eines Tintetropfens, der mindestens so groß wie eine zweite Tropfenmindestgröße ist, anzeigt. Das Ausgabesignal des zweiten Referenzschaltkreises 32 ist eine zweite Referenzspannung V2, die den Nachweis eines Tropfens mit mindestens der zweiten Tropfenmindestgröße aber nicht von Tropfen kleiner als die zweite Tropfenmindestgröße, zuläßt und wird dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten digitalen Komparators 42 zugeführt, dessen Ausgabesignal zum Tropfennachweis in den Logikzustand 1 wechselt, wenn das Ausgabesignal des zweiten Bandpassverstärkers 25 unter die Referenzspannung V2 abfällt.
Die jeweiligen von den Komparatoren nachgewiesenen Tropfenmindestgrößen können Tropfen derselben Farbe umfassen oder sie können von unterschiedlicher Farbe sein, einschließlich z.B. der Größe eines schwarzen Tropfens, die größer ist, als die nichtschwarzen Tropfen eines Thermofarbtintenstrahldruokers.
Um das in einem Beipiel zu veranschaulichen, entspricht die erste Referenzspannung V1 einem festen Prozentwert von weniger als 100% des durchschnittlichen Ruhewerts des Ausgabesignals des zweiten Bandpasses, wobei der erste Referenzschaltkreis einen Spannungsteiler und einen Tiefpass umfassen kann und der feste Prozentwert durch den Spannungsteiler festgelegt ist.
Ähnlich entspricht die zweite Referenzspannung V2 einem festen Prozentwert von weniger als 100% des durchschnittlichen Ruhewerts des Ausgabesignals des zweiten Bandpasses, wobei der Referenzschaltkreis einen Spannungsteiler und einen Tiefpass umfassen kann. Die betreffenden Prozentwerte, die für die erste und zweite Referenzspannung V1 und V2 verwendet werden, hängen von den jeweiligen Tropfenmindestgrößen ab, die von dem ersten und zweiten digitalen Komparator erfaßt werden sollen. Im allgemeinen wird der Prozentwert für kleinere Tropfen größer sein, da der Grad der Verminderung des Ausgabesignals des optischen Detektors mit verminderter Tropfengröße abnimmt. Natürlich vermindert eine Erhöhung des Prozentwerts die Unempfindlichkeit gegen Rauschen, und der Durchschnittswert des Ausgabesignals des digitalen komparators kann über mehrere Reihen von Tintetropfen ermittelt werden, um festzustellen, ob eine Druckkopfdüse Tintetropfen ausstößt. Beispielsweise kann eine Düse dazu veranlaßt werden, eine vorgegebene Anzahl von Tintetropfen auszustoßen, wobei die Anzahl der erfaßten Tintetropfen zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit der Düse verwendet wird. Wenn eine bestimmte Tropfenmindestgröße hinreichend groß ist, genügt der Nachweis eines einzigen Tropfens, um zuverlässig festzustellen, ob eine Düse funktionsfähig ist, da die Unempfindlichkeit gegen Rauschen durch den größeren Unterschied zwischen der Referenzspannung für die größere Tropfenmindestgröße und dem durchschnittlichen Ru hewert des Bandpassverstärkerausgabesignals größer ist.
Folglich wird durch die Bereitstellung einer eigenen Referenz- und Komparatorschaltung für jede Tropfenmindestgröße der Tropfennachweis dadurch effektiver gemacht, daß größere Tropfenmindestgrößen aufgrund eines einzigen Tropfens zuverlässig nachgewiesen werden können und die Zuverlässigkeit dadurch verbessert, daß jede Referenzspannung genau auf die Tropfenmindestgröße justiert werden kann, für die sie verwendet wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß während die Referenzspannungen in dem vorangegangenen auf dem durchschnittlichen Ruhewert des Ausgabesignals des zweiten Bandpassverstärkers beruhten, auch feste Referenzspannungen verwendet werden können. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, daß zum Nachweis weiterer Tropfenmindestgrö ßen weitere Referenz- und Komparatorschaltungen hinzugefügt werden können.
Je nach der Tintetropfengröße der Düse, deren Ausgabe optisch erfaßt werden soll, werden im Betrieb das Tropfennachweis-Ausgabesignal des ersten digitalen Komparators oder das Tropfen nachweis-Au sgabesignal des zweiten digitalen Komparators zur Verarbeitung ausgewählt.
Obgleich das vorangegangene eine Beschreibung und Veranschaulichung bestimmter Ausführungen der Erfindung darstellt, können Fachleute verschiedene Modifikationen und Änderungen dazu anbringen, ohne den Gültigkeitsbereich der durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Optische Tropfendetektorschaltung, die folgendes umfaßt: einen optischen Sensor (17) zur Erzeugung eines Ausgabesignals, das die Anwesenheit eines Tintetropfens in einem von dem Sensor registrierten Lichtstrahl anzeigt.

Mittel zur Verstärkung (21), die auf das Ausgabesignal des optischen Sensors ansprechen und ein verstärktes Ausgabesignal bereitstellen,

Mittel zur Bandpassverstärkung (23, 25), die auf das verstärkte Ausgabesignal ansprechen und ein Bandpassausgabesignal bereitstellen,

erste Komparatormittel, (31, 41), die auf das Bandpassausgabesignal ansprechen und deren Ausgabesignal anzeigt, wenn das Bandpassausgabesignal unter einen ersten vorgegebenen Schwellenwert fällt und

zweite Komparatormittel, (32, 42), deren Ausgabesignal anzeigt, wenn das Bandpassausgabesignal unter einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert fällt.

2. Optische Tropfendetektorschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Bandpassverstärkungsmittel einen Durchlaßbereich einschließen, der dem Frequenz-. spektrum der Sensorausgabe für einen bestimmten Bereich von Tintetropfengrößen, einem Bereich von Tropfengeschwindigkeiten und der durchschnittlichen Form des von dem optischen Sensor aufgenommenen Strahls entspricht.

3. Optische Tropfendetektorschaltung gemäß Anspruch 2, wobei die Bandpassmittel einen ersten und zweiten Bandpassverstärker enthalten.

4. Optische Tropfendetektorschaltung gemäß Anspruch 3, wobei der erste und zweite Bandpassverstärker denselben Durchlaßbereich aufweisen.

5. Optische Tropfendetektorschaltung gemäß Anspruch 1, wobei der erste und zweite Schwellenwert auf unterschiedlichen Tropfenmindestgrö Ben basieren.

6. Optische Tropfendetektorschaltung gemäß Anspruch 1, wobei der erste und zweite Schwellenwert Prozentwerten des durchschnittlichen Ruhewerts des Bandpassausgabesignals entsprechen.