JP2005170657A - シート検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 受光手段からの光量が搬送通路を通過するシートを検出するのに最適となるように発光手段の発光光量を自動的に補正して誤検出を防止したシート検出装置を提供すること。
【解決手段】 発光手段６０と、発光手段６０から放出された光をシート搬送通路１３０を介して受光する受光手段と、を備え、搬送通路１３０を通過するシートが発光手段６０から放出される光を遮ることにより生じる発光手段６０からの光量の変化を受光手段８０が検出してシートの有無を検出するシート検出装置において、発光手段６０を駆動するＶ／Ｉ変換回路５０と、受光手段８０からの出力信号でＶ／Ｉ変換回路５０に負帰還を施し、発光手段６０の光量を変化させる比較手段１２０と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光手段と受光手段により搬送通路を通過するシートの有無を検知するシート検出装置に関するものである。シート検出装置は、プリンタ等の画像形成装置、原稿搬送装置、用紙後処理装置に利用される。

図９は従来のシート検出装置を示すブロック図である。

従来のシート検出装置は、シートの搬送通路５３０を介して対向配置される発光手段５１０及び受光手段５００と、シート検出装置の状態を制御するＣＰＵ６００と、ＣＰＵ６００からの制御信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ６０２と、Ｄ／Ａコンバータ６０２からの出力を電流に変換して発光手段５１０を発光させる駆動電流を発生させる電圧電流変換回路（Ｖ／Ｉ変換回路）６０３と、受光手段が発生する光電電流を電圧に変換する電流電圧変換回路（Ｉ／Ｖ変換回路）６０４と、Ｉ／Ｖ変換回路からの出力電圧をデジタル信号に変換してＣＰＵ６００に送信するＡ／Ｄコンバータ６０５とで構成されていた。

このような従来のシート検出装置は、特許文献１に記載されたように対向配置される発光手段５１０と受光手段５００との間をシートが遮ることによってシートの有無を検出していた。
特開２００２−２６７７６７号公報

しかしながら、上記従来のシート検出装置では、発光手段や受光手段に紙粉等のゴミが付着して受光手段からの出力値が減少すると、シートが通過していないにも関わらずシートが通過したと誤認識するという問題があった。この場合に、誤認識を防止するためにシート検出装置の感度を高く設定してしまうと、薄いシートを通過させた際に光が透過してしまい検出できないという問題が発生していた。

また、受光手段からの出力信号を初期状態のデータとして取り出して記憶しておき、定期的に測定される受光手段からの出力信号と比較して、その比較信号に応じて発光手段の光量を調整して最適状態に維持する自動補正方法を備えたシート検出装置が提案されている。

しかしながら、このようなシート検出装置では、受光手段からの出力信号を監視するタイミングの設定が難しく、例えば、急激な温度変化や一時的なゴミの付着等突発的な原因に対して自動補正を適切に行うことができないおそれがあった。

本発明は、上記した従来のシート検出装置の問題点を解決し、受光手段からの光量が搬送通路を通過するシートを検出するのに最適となるように発光手段の発光光量を自動的に補正して誤検出を防止したシート検出装置を提供することを目的とする。更には、急激な温度変化や一時的なゴミの付着等の突発的な原因に対しても自動補正を追従させて適切に検出を行い誤検出を防止できるシート検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にあっては、発光手段と、前記発光手段から放出され
た光をシート搬送通路を介して受光する受光手段と、を備え、前記シート搬送通路を通過するシートが前記発光手段から放出される光を遮ることにより生じる前記発光手段からの光量の変化を前記受光手段が検出してシートの有無を検出するシート検出装置において、前記発光手段を駆動する駆動手段と、前記受光手段からの出力信号で前記駆動手段に負帰還を施し、前記発光手段の光量を変化させる比較手段と、を備えたことを特徴とする。

ここで、発光手段及び受光手段は、搬送通路を介して対向するように配置してもよい。また、搬送通路の一方のシート面側に発光手段及び受光手段を配置し、搬送通路の反対側に発光手段からの光りを受光手段に導くプリズム等や光ロッド等の導光手段を設けたものでもよい。

本発明によれば、比較手段により受光手段からの出力信号で駆動手段に直接負帰還を施すので、例えば、受光手段からの出力値が減少しても発光手段の光量を増加させるように調整し、搬送通路を通過するシートを検出するのに最適状態となるような自動補正が常に行われる。また、常時自動補正が行われているので、急激な測定環境の変化等に対しても自動補正が追従できる。

前記比較手段は、シート搬送通路にシートが通過していない時に前記受光手段で受光する前記発光手段からの光量が許容受光量を維持するように、前記駆動手段に負帰還を施すことが好適である。

前記発光手段から前記受光手段までの光路は、前記シート搬送通路を複数箇所でまたぐことが好適である。

前記発光手段と前記受光手段は、前記シート搬送路の一方のシート面側に配置され、前記シート搬送路の他方のシート面側には、前記発光手段からの光を前記受光手段へ導く導光手段が配置されたことが好適である。

本発明のシート検出装置では、受光手段からの光量が搬送通路を通過するシートを検出するのに最適となるように発光手段の発光光量を自動的に補正して誤検出を防止することができる。更には、急激な温度変化や一時的なゴミの付着等の突発的な原因に対しても自動補正を追従させて適切に検出を行い誤検出を防止することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は本発明の実施の形態に係るシート検出装置のブロック図である。

本実施の形態に係るシート検出装置は、シートの搬送通路１３０の一方のシート面側に配置されるＬＥＤなどの発光手段６０及びフォトトランジスタなどの受光手段８０、シートの搬送通路１３０の他方のシート面側に配置され発光手段６０からの光を反射により受光手段８０に導く導光手段７０、を備えている。

また、シート検出装置の状態を制御するＣＰＵ２００、ＣＰＵ２００からの制御信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ２０、Ｄ／Ａコンバータ２０からの出力を電流に変換して発光手段６０を発光させる駆動電流を発生させる駆動手段であるところの電圧
電流変換回路（以下「Ｖ／Ｉ変換回路」という。）５０、受光手段８０が発生する光電電流を電圧に変換する電流電圧変換回路（以下「Ｉ／Ｖ変換回路」という。）９０、Ｉ／Ｖ変換回路９０からの出力電圧を増幅する増幅回路１００、増幅回路１００からの出力電圧を所定の電圧でクランプし出力電圧を制限するリミッタ回路１０５、Ｄ／Ａコンバータ２０から出力される所定の基準電圧とリミッタ回路１０５の出力電圧とを比較しその差電圧を増幅してＶ／Ｉ変換回路５０に負帰還をかける比較手段１２０、リミッタ回路１０５からの出力電圧をデジタル信号に変換してＣＰＵ２００に送信するＡ／Ｄコンバータ１１０、を備えている。

また、不揮発メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）３００は、Ｄ／Ａコンバータ２０の設定値や、Ａ／Ｄコンバータ１１０の出力の初期値を記憶している。

図２は本実施の形態に係るシート検出装置のセンサ部Ｓの配置図である。

同図において、センサ部Ｓは発光手段６０、受光手段８０及び導光手段７０によって構成される。発光手段６０及び受光手段８０はプリント基板８５に実装されている。７５はプリント基板から突設されるセンサフードであり、発光手段６０及び受光手段８０を所定位置に位置決めするとともに、受光手段８０に発光手段６０以外からの光がノイズとなって受光されることを防止する。更にセンサフード７５は導光手段７０と受光手段８０とのクロストーク（漏話）を防止する。

１３１及び１３２は、シートの搬送通路１３０を構成する搬送ガイドであり、搬送ガイド１３１，１３２が所定の間隔をもって対向配置され、その間に搬送通路１３０が形成される。また、搬送ガイド１３１，１３２には、シートの搬送方向の等位置に所定の間隔をおいて第１のスリット１３３及び第２のスリット１３４が穿孔されている。

導光手段７０は反射面７３，７４を有するプリズムであり、発光手段６０から出力された光は第１のスリット１３３を通過して導光手段７０に入射し、反射面７３で反射して導光手段７０内を通過し、反射面７４で再度反射して第２のスリット１３４を通過し、受光手段８０に入射する。

図２において、搬送通路１３０を搬送されるシートは図中、紙面上方から紙面奥方へ通過し、発光手段６０と導光手段７０との間、及び導光手段７０と受光手段８０との間のそれぞれの光を同時に遮る。

図３は図２のＡ−Ａ断面図である。搬送通路１３０上をシートは左から右に向かって進む。１３５，１３６は第２のスリット１３４のシート搬送方向でのエッジを示しており、シートの先端は、エッジ１３５、エッジ１３６の順番で第２のスリット１３４を通過していく。

比較手段１２０は、２つの入力を有する差動増幅回路であり具体的構成を図４に示す。比較手段１２０は、Ｄ／Ａコンバータ２０から出力される所定の基準電圧Ｖ_１とＩ／Ｖ変換回路９０からの出力電圧Ｖ_０とを用いて出力するＶ_２を増幅するもので、抵抗Ｒ_１，Ｒ_２を備える。尚、Ｉ／Ｖ変換回路９０からの出力電圧はリミッタ回路１０５が作動しない場合はＶ_０となるが、リミッタ回路１０５が作動した場合にはＶ_０ＬＭとなる。ここでＶ_０ＬＭの値は、比較手段１２０の許容電圧やその他の回路の構成により任意に設定可能である。また、リミッタ回路１０５として増幅回路１００の出力飽和を利用することも可能である。なお、以下では、Ｖ_０ＬＭは特に指し示さない場合にはＶ_０として扱う。

この場合、比較手段１２０のゲインは、Ｇ_１＝Ｒ_２／Ｒ_１になる。従って、比較手段１
２０の出力電圧は、
Ｖ_２＝（１＋Ｇ_１）Ｖ_１−Ｇ_１×Ｖ_０（式１）
となる。

このように構成された本実施の形態によるシート検出装置によれば、発光手段６０であるＬＥＤから出た光は、搬送通路１３０にシートが搬送されない場合には、導光手段７０により受光手段８０であるフォトトランジスタに導かれ、受光手段８０が受光量に応じた電流を出力する。そして、受光手段８０からの出力電流は、Ｉ／Ｖ変換回路９０で電圧に変換され、増幅回路１００で適宜増幅される。そして、増幅回路１００からの出力電圧は、リミッタ回路１０５を経た後に比較手段１２０に直接負帰還される。そして、比較手段１２０は、ＣＰＵ２００からの制御信号に応じてＤ／Ａコンバータ２０から出力される基準電圧Ｖ_１を基準に増幅回路１００からの出力電圧を比較増幅してＶ／Ｉ変換回路５０に出力する。

このため、受光手段８０からの出力電圧が初期状態での出力電圧と変わらない場合には、比較手段１２０からの出力電圧は増幅されないが、受光手段８０からの出力電圧が低下すれば比較手段１２０は、出力電圧を基準電圧との比較において適宜増幅して、センサ部Ｓが搬送通路を通過するシートを検出するのに最適状態となるよう常に発光手段６０の発光量が自動補正される。

尚、上記実施の形態ではＣＰＵ２００からの出力信号をＤ／Ａコンバータ２０により変換して得られた出力電圧Ｖ_１を基準電圧として用いた例を示したが、ＣＰＵ２００からの出力信号によらずに、ＣＰＵとは独立して設けられた電源により予め定められた基準電圧を発生させるようにしても良い。

ここで、Ｖ／Ｉ変換回路５０の伝達関数をＧ_２、発光手段６０の変換効率をＧ_３、発光手段６０から受光手段８０までの光量伝達度をηとした場合に受光手段８０への入力光量ｉ２は、
ｉ２＝Ｖ_２×Ｇ_２×Ｇ_３×η（式２）
となる。

また、受光手段８０であるフォトトランジスタの変換効率をＧ_４、Ｉ／Ｖ変換回路９０の伝達関数をＧ_５、増幅回路１００の伝達関数をＧ_６とし、リミッタ回路１０５が作動していない場合のリミッタ回路１０５からの出力電圧Ｖ_０ＬＭは増幅回路１００の出力電圧Ｖ_０と等しくなるので、Ｖ_０ＬＭは、
Ｖ_０ＬＭ＝Ｖ_０＝Ｇ_４×Ｇ_５×Ｇ_６×ｉ２（式３）
となる。

従って、上記式１、式２及び式３よりリミッタ回路１０５が作動していない場合のリミッタ回路１０５からの出力電圧Ｖ_０ＬＭは、
Ｖ_０ＬＭ＝Ｖ_０＝〔｛Ｋ×η×（１＋Ｇ_１）×Ｇ_２｝／（１＋Ｋ×η×Ｇ_１×Ｇ_２）〕×Ｖ_１（式４）
で示す特性を有することとなる。ただし、Ｋ＝Ｇ_３×Ｇ_４×Ｇ_５×Ｇ_６とする。

上記式４において、Ｋ、Ｇ_１、Ｇ_２は定数であるので、増幅回路１００からの出力電圧Ｖ_０は、光量伝達度をη及び基準電圧Ｖ_１により決定されることとなる。また、増幅回路１００の出力電圧Ｖ_０がリミッタ回路１０５の上限値に達するとリミッタ回路１０５の上限電圧であるＶ_０ＬＭ＝Ｖ_Ｈに制限される。また、出力電圧Ｖ_０がリミッタ回路１０５の下限値に達するとリミッタ回路１０５の下限電圧であるＶ_０ＬＭ＝Ｖ_Ｌに制限される。

また、発光手段６０を駆動するための電流をＪ_１とすると、受光手段８０への入力光量ｉ２は、
ｉ２＝Ｊ_１×Ｇ_３×η（式５）
となる。

上記式３、式４及び式５より発光手段６０を駆動するための電流Ｊ_１は、
Ｊ_１＝〔（１＋Ｇ_１）×Ｇ_２／（１＋Ｋ×η×Ｇ_１×Ｇ_２）〕×Ｖ_１（式６）
で示す特性を有することとなる。

上記式４に示す発光手段６０から受光手段８０までの光量伝達度ηとリミッタ回路１０５からの出力電圧Ｖ_０との特性を図５の特性図に示す。図中Ｖ_３．１、Ｖ_２．７、Ｖ_２．５、Ｖ_２．２、はそれぞれ前記基準電圧Ｖ_１が３．１Ｖ、２．７Ｖ、２．５Ｖ、２．２Ｖである場合の特性図を示す。また、図中Ｖ’_３．１、Ｖ’_２．７、Ｖ’_２．５、Ｖ’_２．２、はそれぞれ比較手段１２０を備えない場合のリミッタ回路１０５からの出力電圧Ｖ_０ＬＭの特性図をＤ／Ａコンバータ２０から出力電圧Ｖ_１が３．１Ｖ、２．７Ｖ、２．５Ｖ、２．２Ｖである場合について示したものである。また、同図においてリミッタ回路１０５の上限電圧はＶ_Ｈ＝Ｖ_０ＬＭ＝４．０Ｖ、リミッタ回路１０５の下限電圧はＶ_Ｌ＝Ｖ_０ＬＭ＝０．７Ｖとした。

図中破線Ｌ_１は搬送通路１３０に搬送されるシートによってセンサ部Ｓが遮光されない場合の光量伝達度を示し、このときの光量伝達度はη≒０．００００９である。図５においては、破線Ｌ_１で示した光量伝達度はセンサ部Ｓが紙粉等によって感度が低下していない初期光量伝達度η０を示すものである。

図中破線Ｌ_２は搬送通路１３０に搬送されるシートが薄紙の場合であって、当該シートによって前記センサ部Ｓが遮光された場合の光量伝達度を示し、このときの光量伝達度はη≒０．０００００５である。

また、図中破線Ｌ_３は前記センサ部Ｓがシートの有無を判定する場合の閾値を示し、本実施の形態ではリミッタ回路１０５の上限電圧Ｖ_０ＬＭ＝４．０Ｖの１／２である２．０Ｖに設定している。尚、閾値は任意に設定できる値である。

従って、図５に示す特性図によれば、センサ部Ｓが紙粉等によって感度が低下して光量伝達度が下がり、リミッタ回路１０５からの出力電圧Ｖ_０が閾値Ｌ_３と一致した場合の光量伝達度をηｔｈとしてηｔｈの値は、比較手段１２０を備えない場合のリミッタ回路１０５からの出力電圧Ｖ’_３．１、Ｖ’_２．７、Ｖ’_２．５、Ｖ’_２．２、と閾値Ｌ_３とが一致する場合の光量伝達度ηｔｈ’の値に比べて小さくなる。このことから、本実施の形態に係るシート検出装置は、センサ部Ｓの感度が低下してもシートの有無を測定できるマージンが大きいことが判る。

ここで図６は、閾値を２．０Ｖとして、Ｄ／Ａコンバータ２０からの出力電圧Ｖ_１が３．１Ｖ、２．７Ｖ、２．５Ｖ、２．２Ｖである場合のセンサ部Ｓがシートの有無を検出できる劣化マージンＭ＝η０／ηｔｈを示したものである。

図６から、例えば、Ｄ／Ａコンバータ２０からの出力電圧が２．７Ｖである場合には、劣化マージンＭが９．０となり、このことは、発光手段６０から受光手段８０までの光量伝達度ηが、例えば発光手段６０にゴミ等が付着することにより伝達度ηが１／９になってもセンサ部Ｓとしてシートの有無を検出できることを示している。

ここで、Ｄ／Ａコンバータ２０からの出力電圧Ｖ_１は任意に設定できるが、Ｖ_１の値が
大きすぎると、上記式６から明らかなように発光手段６０を流れる電流Ｊ_１が大きくなりすぎて発光手段６０であるところのＬＥＤの寿命低下を招いてしまう。従って、Ｄ／Ａコンバータ２０からの出力電圧Ｖ_１は、発光手段６０の許容電流を考慮して決定する必要がある。

また、搬送通路１３０に搬送されるシートによってセンサ部Ｓが遮光された場合には、受光手段８０への入射光量ｉ２は限りなくゼロに近づくためη≒０となり、上記式６から発光手段６０を駆動するための電流Ｊ_１は以下式７で表す最大値Ｊ_１ｍａｘとなる。

Ｊ_１ｍａｘ＝（１＋Ｇ_１）×Ｇ_２×Ｖ_１（式７）
このため、Ｄ／Ａコンバータ２０からの出力電圧Ｖ_１は、発光手段６０の駆動電流の上限を満たすように決定する必要がある。

従って、Ｄ／Ａコンバータ２０からの出力電圧Ｖ_１は、ＣＰＵ２００がリミッタ回路１０５からの出力電圧Ｖ_０ＬＭを監視しながら発光手段６０の許容電流や駆動電流の上限値を考慮して最適化して決定される。

以上説明したように、Ｄ／Ａコンバータ２０からの出力電圧Ｖ_１を初期設定時に最適な値に設定すれば、その後は、比較手段１２０がセンサ部Ｓの光量伝達度ηを維持するように働くので、定期的なセンサ調整が不要になる。

図７は図３に示す搬送通路１３０の一方の搬送ガイド１３２に設けられた第２のスリット１３４上をシートの先端が通過する状態を示した上視図である。本実施の形態に係るシート検出装置では、第２のスリット１３４は一辺が２ｍｍの矩形とされる。図７において、第２のスリット１３４のシート搬送方向前後辺をそれぞれ−１ｍｍ及び＋１ｍｍとし、両辺の中心をゼロ点として座標が決定されている。

図８は、上記図７に示した第２のスリット１３４上をシートの先端が通過する場合において、リミッタ回路１０５の出力電圧Ｖ_０ＬＭの特性を示した特性図である。図８において横軸は図７に示した第２のスリット１３４のシート搬送方向の座標に対応している。また縦軸はリミッタ回路１０５からの出力電圧Ｖ_０ＬＭに対応している。即ちシートの先端が第２のスリット１３４上を図７において左側−１ｍｍの位置から＋１ｍｍの位置に移動する場合のリミッタ回路１０５からの出力電圧Ｖ_０ＬＭの出力特性を示している。

図中破線Ｌ_４はセンサ部Ｓがシートの有無を判定する場合の閾値を示し、本実施の形態では、リミッタ回路１０５の上限電圧Ｖ_０ＬＭ＝４．０Ｖの１／２である２．０Ｖに設定している。

図８から明らかなように、本実施の形態に係るシート検出装置は、比較手段１２０及びリミッタ回路１０５を備えているので、第２のスリット１３４において、センサ部Ｓがシートの有無を判定する位置は、スリット１３４の搬送方向下流側の辺（＋１ｍｍ側）近傍にシートの先端が到達した場合に判定することとなる。

従って、第２のスリット１３４の搬送方向と垂直な方向の幅を広くしてもシートの検出位置は第２のスリット１３４の搬送方向下流側端辺近傍とすることができるので、センサ部Ｓの配置やシートの搬送状態に影響されずに、常にシートの検出精度を高めることが可能となる。従って、シートの検出精度を上げるためスリット幅を狭くする必要があった従来のシート検出装置に比べてスリット幅を広げることができ、また発光手段６０及び受光手段８０を結ぶ光軸のわずかなズレから生じるシートの誤検出の問題も解決できる。

図１は本発明の実施の形態に係るシート検出装置のブロック図である。 図２は本実施の形態に係るシート検出装置のセンサ部Ｓの配置図である。 図３は本実施の形態に係るシート検出装置の図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図４は比較手段（差動増幅回路）の構成を示す図である。 図５は本実施の形態に係るシート検出装置の特性図である。 図６は本実施の形態に係るシート検出装置の劣化マージンを示す表図である。 図７はスリット上をシートの先端が通過する状態を示した上視図である。 図８はスリット上をシートの先端が通過する際の出力電圧Ｖ_０ＬＭの特性を示した特性図である。 図９は従来のシート検出装置のブロック図である。

符号の説明

５０ Ｖ／Ｉ変換回路
６０ 発光手段（ＬＥＤ）
８０ 受光手段（フォトトランジスタ）
１０５ リミッタ手段
１２０ 比較手段
１３０ 搬送通路

Claims (4)

1. 発光手段と、前記発光手段から放出された光をシート搬送通路を介して受光する受光手段と、を備え、
   前記シート搬送通路を通過するシートが前記発光手段から放出される光を遮ることにより生じる前記発光手段からの光量の変化を前記受光手段が検出してシートの有無を検出するシート検出装置において、
   前記発光手段を駆動する駆動手段と、
   前記受光手段からの出力信号で前記駆動手段に負帰還を施し、前記発光手段の光量を変化させる比較手段と、
   を備えたことを特徴とするシート検出装置。
2. 前記比較手段は、シート搬送通路にシートが通過していない時に前記受光手段で受光する前記発光手段からの光量が許容受光量を維持するように、前記駆動手段に負帰還を施すことを特徴とする請求項１に記載のシート検出装置。
3. 前記発光手段から前記受光手段までの光路は、前記シート搬送通路を複数箇所でまたぐことを特徴とする請求項１又は２に記載のシート検出装置。
4. 前記発光手段と前記受光手段は、前記シート搬送路の一方のシート面側に配置され、
   前記シート搬送路の他方のシート面側には、前記発光手段からの光を前記受光手段へ導く導光手段が配置されたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のシート検出装置。

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