JPH06255112A - センサ回路 - Google Patents
センサ回路Info
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- JPH06255112A JPH06255112A JP1834394A JP1834394A JPH06255112A JP H06255112 A JPH06255112 A JP H06255112A JP 1834394 A JP1834394 A JP 1834394A JP 1834394 A JP1834394 A JP 1834394A JP H06255112 A JPH06255112 A JP H06255112A
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Abstract
のインク射出しきい値を越えて動作するように、サーマ
ルインクジェット射出プリントヘッド内のヒータを制御
するためのセンサを提供する。 【構成】 光学センサ11は射出インクによりその光路
が部分的に遮光された時でも出力されるように配置され
る。センサ11からの出力信号は、増幅器25と、コン
デンサ35、及び抵抗器36よりなる積分器回路に入力
されて積分され、この積分出力が高利得増幅器40に入
力されて増幅されて、制御回路44に入力される。この
制御回路44はこの入力に基づいてインク射出が始まる
電力しきい値より上の電力になるように加熱素子46へ
の電力を制御する。
Description
トヘッド等から射出されるインク等のフロー(流れ)可
能な物質の存在を光学的に検出するための方法、回路、
及び装置の改良に関し、更に詳細には、このような物質
の検出を可能にするために絶対的な明るさ(光)レベル
を必要としない係る改良及び方法に関する。
共に使用するプリンタ等に関連するサーマルインク射出
プリントヘッドの動作等において、特定の領域中のフロ
ー可能な物質の存在を検出することがしばしば所望され
る。一般的に、このようなサーマルインク射出プリント
ヘッドは、インクがプリントヘッド内にある1つ以上の
加熱素子によって加熱された後、射出される複数のアパ
ーチャ(孔)を有する。頻繁に使用される一メカニズム
ではヒータを用いて、インク放出チューブの毛管作用に
よってインクがそのヒータへ放出される。インク液滴が
ヒータに接近すると、インクは、膨張するスチーム(蒸
気)成分に部分的に気化され、インク液滴の残留部分は
プリントヘッドのアパーチャから爆発的に射出される。
放出チューブの毛管作用は、追加のインク液滴を形成す
るために、インクの追加量を提供し、プリントヘッドの
アパーチャからインクを連続的に排出する。従って、プ
リントヘッドから射出されるインクの”ジェット(噴
流)”は、流体の連続的なストリーム(流れ)であると
思われるが、実際は、そのストリームはインクが毛管か
ら1滴、1滴、放出されるので、加熱素子と関連するア
パーチャから連続して、爆発的に射出された複数のイン
ク液滴である。
クをヒータに放出できる速度、ヒータが作動(加熱)さ
れる速度及び、インクがスチームに部分的に変換される
アパーチャやチャンバーの物理的な寸法等を含む、いく
つかのファクター(要因)によって決まる。例えば、典
型的なシステムにおいてインク液滴の射出速度(レー
ト)は、約3乃至5Hzの間である。
いて、加熱素子に対する電力がインク液滴を排出するた
めに必要なスチーム圧を生成するのに不十分である場
合、インクはプリントヘッドから噴出されない。実際
に、インクを射出できる電力のしきい値は大変シャープ
である。一方、過剰量の電力がヒータに付与されると、
インク液滴の一部分は、灰になることがある。この不必
要な灰化は、ヒータ及びプリントヘッドの他の部品に付
着し、最終的に動作を低下させることがある。そして、
多くの場合、プリントヘッドを完全に損傷してしまう。
するプリンタの製造が完成すると、又は理想的にはプリ
ンタを使用する個々のパワーアップ事象がされると、プ
リントヘッドのヒータに加えられる電力レベルは、イン
クを生成するしきい値は越えるが、望ましくないインク
の崩壊作用を生成するレベルより低くなるように、調節
されることができる。多くの製造公差及び部品のばらつ
きがあるので、最適な電力範囲はプリンタ毎に著しく変
化することもある。一方、適切な電力レベルを決定する
ために提案されていた従来の方法や回路は、比較的複雑
であり、実施するために費用がかかる。
インクの射出を生成するために必要とされるしきい値を
越えるかどうかを決定するために存在する問題の一つ
は、プリントヘッドから実際に射出されたインクを検出
することである。更に詳細には、射出されたインクが必
ずしも完全に光路をふさぐ(ブロックする)とは限らな
いことであり、光路を完全にふさぐならば、安価な光学
センサ等で監視可能である。実際に、インクの量は、光
路の部分的な障害となるにすぎず、インクの存在の非検
出、及びヒータの過剰電力の恐れの原因となる。
ると、本発明の目的は、制御可能にオンとオフに調節可
能とされる、インク等の物質の存在を検出するための改
良センサを提供することである。
供給せずに、所定のインク射出しきい値を越えて動作す
るように、サーマルインクジェット射出プリントヘッド
内のヒータを制御するセンサを提供することである。
射出されるインクと実質的にAC結合される、説明され
たタイプのセンサを提供することである。
プリンタの構造に使用されるパーツ及び構成部品の製造
公差のばらつきを自動的に補償する、説明されたタイプ
の回路を提供することである。
在によって生じる光学センサの光路内の絶対的な明度の
検出を必要とせずに、インク等の物質の存在を検出でき
る光学センサ回路を提供することである。
しく製造コストを増加することなくサーマルインク射出
プリンタへ追加できる回路を提供することである。
付図面及びクレームと共に読むと、以下の更に詳細な記
述から、当業者に明白になるであろう。
よれば、センサ回路は、フロー(流れ)を流したり、止
めたり(オン、オフ)できる、インク射出プリントヘッ
ド等からのインク等の物質の存在を検出するために設け
られている。回路は所定の周波数(頻度)でその物質の
フローをオン、オフするための手段を有する。物質が流
れている(フローしている)時に、物質で少なくとも部
分的に遮断される光路を有する光学センサが提供され
る。積分器はセンサの出力を積分して、積分された出力
信号を生成し、高利得増幅器は、その積分された出力信
号を増幅し、センサ回路出力信号を提供する。物質が、
光路を少なくとも部分的に遮断すると、積分されたセン
サ出力信号がその存在を示す。
れなくとも、センサが出力信号を生成する範囲内で動作
するように光学センサをバイアスするための手段を提供
する。従って、光路は物質で部分的にしか遮断されなく
とも、例えば細穴(スロット)タイプの光遮断器のスイ
ッチ等の2値センサ出力信号だけが生成されるタイプの
光学センサであることが可能である。
のヒータを制御するために使用される本発明の実施例に
おいて、所定の周波数(頻度)でヒータへの電力をオン
とオフにするための手段が提供される。センサ出力信号
を生成する光学センサは、インクがプリントヘッドから
射出されると、インクによってその光路が少なくとも部
分的に遮断されるようにプリントヘッドに近接して配置
されている。積分器は、所定の周波数を含む周波数でセ
ンサ出力信号を積分し、積分された出力信号を生成す
る。回路は、積分された出力信号に応答してヒータへの
電力レベルを変更し、インクを射出する電力レベルでヒ
ータを作動する。回路は、インクを射出する電力レベル
でヒータを作動するために積分された出力信号に応答し
てヒータへの電力レベルを変更する。従って、ヒータ
は、インクの射出が始まる電力のしきい値を越えるパワ
ーが加えられて、確実に作動される。
うに接続された高利得増幅器を含み、センサ回路出力信
号を提供する。高利得増幅器は、例えば、約1.6Hz
を越える周波数を通過さす高域フィルタを介して積分さ
れた出力信号を受けとるように接続されている。更に、
積分器は、例えば16Hzよりも低い周波数を通過さす
低域フィルタを提供する。従って、高域及び低域パスフ
ィルタは、ヒータへの電力が約0.1秒間作動(オン)
し、約0.1秒間止まる(オフとなる)、即ち、所定の
周波数(頻度)が約5Hzである時に効果的である。
例えば、ヒータへ印加される電圧を制御したり、又は、
ヒータへ加えられる電力信号のパルス幅を変更する等の
様々な方法で電力の制御を達成できる。
インク射出プリントヘッドのヒータの動作しきい値を制
御するための方法は、所定の変調周波数(頻度)でヒー
タへの電力を調節するステップを含む。射出されたイン
クの経路は、光学センサで観察され、センサ出力信号を
生成する。そのセンサ出力信号は、積分されて積分セン
サ出力信号を生成し、増幅されて、増幅出力信号を生成
する。次に、ヒータのしきい値は増幅された出力信号の
レベルに従って調節される。
ーマルインク射出プリントヘッドのヒータの動作電力レ
ベルを制御するための方法が提供される。この実施例に
従って、ヒータへの電力は、(a)所定の頻度でオンと
オフに切り替えられる。(b)射出されたインクが横切
るパス(経路)が光学センサで観察されて、センサ出力
信号が生成される。(c)センサ出力信号は、積分され
て、積分された出力信号を生成し、(d)出力状態の変
更が、インク経路のインクの存在を示す積分された出力
信号に生成されなければ、電力レベルは増加され、
(a)乃至(d)のステップが繰り返される。
な流れを有する物質の存在を検出するためのセンサ回路
であって、所定の頻度で前記物質の流れのオンとオフを
切り替えるための手段と、センサの出力信号を生成する
ための光学センサであって、前記物質が光路を横断する
時に、前記物質によって少なくとも部分的に遮断される
前記光路を有するように配置されている前記光学センサ
と、積分された出力信号を生成するために、センサの出
力信号の出力を積分するための積分器と、センサ回路の
出力信号を提供するために前記積分された出力信号を増
幅する高利得増幅器と、である。
ド12中の加熱素子46を制御するための回路10が示
される。回路10は、サーマルインク射出プリントヘッ
ド12に近接して配置される光学センサ11を含む。光
学センサ11は、市販されており入手可能な光遮断器ス
イッチタイプ又は、2値センサ出力信号を生成する他の
タイプでよい。例えば、名称”H22A1”としてハリ
ス社(Harris Corporation) により販売されている光学
センサが使用可能である。
ら射出されるインク液滴が経路14と15に沿って光学
センサ11の光路を通過するように配置されている。イ
ンクは、光学センサ11の発光ダイオード17と光学ト
ランジスタ18の間で光を少なくとも部分的に遮断す
る。線14と15に沿ったただ一つのインクフロー経路
だけが示されているが、認識されるように、一般的なサ
ーマルインク射出プリントヘッドは、図示されていない
が、複数のパターン形成されたインクジェット経路を含
むこともある。明白であるように、光学センサ11を横
断するインクが光路を完全にふさぐ必要はない。
するようにバイアスされている。更に詳細には、端子2
0の正電位源とアースの間の発光ダイオード17を介し
て流れる電流は、エミッタとアースの間に接続された抵
抗器22を有するnpnトランジスタ21で制御され
る。抵抗器22の値は、フィードバックループの演算増
幅器(オペアンプ)25からの出力が、その反転入力の
電位よりも小であるように選択される。更に、抵抗器2
2は、下記に記述されるコンデンサ35及び41のバイ
アスが最小限となる大きさにされることができる。下記
に記述されるように、制御トランジスタ21のベース
は、フィードバックループ中の積分器回路として接続さ
れる演算増幅器25の出力と接続される。演算増幅器2
5は、例えば、部品番号”LM158”等の下に広く入
手可能であるような市販されているあらゆる好適な高利
得増幅器でよい。
18は、端子28と、演算増幅器25の反転入力の間の
その電流流路と接続される。基準電圧は、例えば、アー
スと端子31の正電位間に接続されているツェナーダイ
オード30で実現できる演算増幅器25の非反転入力と
接続される。抵抗器32は、端子31の正電位とツェナ
ーダイオード30のカソードの間に接続されてもよく、
接続点(ノード)33に所望される電圧降下を提供し、
ツェナーダイオード30の作用によって調節される。も
ちろん、ツェナーダイオード30は抵抗器と交換可能で
あるが、このような場合、供給電圧スパイクが、出力を
誘発(トリガ)しないという確実性がより少なくなるこ
とが認識される。
25の出力とその反転入力の間に並列に接続され、先に
参照された積分回路を形成する。コンデンサ35と抵抗
器36は例えば、約16Hz(後で記述されるように、
ヒータ46へ加えられる5Hzの電力変調周波数に対し
て)よりも低い周波数を有する信号を通過さす低域フィ
ルタを提供する大きさにされる。更に、抵抗器36の値
は、フォトトランジスタ18を通過するかなり大きな光
電流を生成するように選択される。
5の出力からnpnトランジスタ21のベースへのフィ
ードバックループがセンサのLED電流を線形にし、ア
ースと+5ボルト(V)の間のフォトトランジスタ18
の動作範囲の中心に安定できる。
の高利得増幅器が提供される。演算増幅器40も、市販
されているあらゆる好適な高利得演算増幅器でよく、例
えば、部品番号”LM158”の下に、広く入手可能な
ものがある。第1ステージの演算増幅器25からの出力
は、コンデンサ41及び抵抗器42を含む高域フィルタ
を介して演算増幅器40の非反転入力と接続される。抵
抗器42は、演算増幅器40の非反転入力及び反転入力
の間に接続されており、更に、反転入力は、基準電圧が
ツェナーダイオードにより設定される接続点(ノード)
33に接続されている。
抗器42は、演算増幅器25の出力に表される信号に対
して高域フィルタを提供するサイズとされる。従って、
例えば1.6Hzを越える周波数は、増幅器40の非反
転入力へ加えられるために通過される(以下に説明され
るように、ヒータ46に加えられる5Hzの電力の変調
周波数に対して)。抵抗器42は出来るかぎり大きなサ
イズにされ、第2ステージのバイアス電流がその第2ス
テージを通って流れ、演算増幅器40の入力で低レベル
信号をブロックするためのしきい値レベルを形成する。
の出力は、制御回路44と接続されており、回路10を
動作中サーマルインク射出プリントヘッド12のヒータ
素子46用の電源45を制御する。
きる電源回路60を示す。電源回路60は、調整されて
いないDC(直流)電源61を含み、レギュレータ回路
62によって調整されるDC出力を提供する。レギュレ
ータ回路62は、所望に従って、線形タイプ又は、切替
えタイプのレギュレータ又は、その他のタイプのレギュ
レータでよい。調整されたDC出力は、フィルタ回路6
3でろ波され、抵抗器65及び66を含む分圧器に印加
される。コンパレータ回路68は、分圧器の抵抗器65
及び66の相互接続点64で発生される電圧と、基準電
圧回路69で発生される基準電圧を比較し、レギュレー
タ回路62への制御入力を提供する。
器の1つ、この場合下側の抵抗器66と並列に、切り替
え可能に接続される。例えば、説明されている実施例に
おいて、4つの抵抗器70乃至73は、抵抗器66と並
列に、切り替え可能に接続されてもよく、16個の抵抗
器の組み合わせを提供して、接続点64の電圧を調整す
る。スイッチ75乃至78のそれぞれは、図1に示され
る制御回路44の制御下に置かれている。説明されてい
る実施例においてスイッチ75乃至78は、例えば、広
く知られている部品番号”VN0206”等の市販され
ており、入手可能なMOSFETアレイ74によって提
供され得る。個々のスイッチ75乃至78は、MOSF
ETアレイの選択されたMOSFETによって提供され
る。
て述べる。例えば、リセット信号(図示されていない)
上の電力に応答するような始動時において、制御回路4
4は、抵抗器65の頂部で、最小電力レベルを生成する
抵抗器70乃至73の組み合わせを切り替え可能に選択
し(ステップ79)、電源をオン及びオフに切り替える
ことによって、プリントヘッド12へのヒータの電力を
調節する(ステップ80)ように動作される。明らかな
ように、インク射出機構は、インクが迅速に加熱され、
プリントヘッド12内から射出される上述のように、約
5Hzの周波数で動作する。従って、電力がオンの時間
中に、十分な電力レベルがヒータに加えられて十分なス
チーム力が生成されると、インク液滴はプリントヘッド
から射出されるが、そうでない場合はインクは射出され
ない。
は所望される変調周波数でオンとオフに切り替えられ
る。例えば、”オン”の時間を0.1秒、”オフ”の時
間を0.1秒にし、これによって5Hzの変調周波数を
発生できる。上述されたように、オンの時間中、ヒータ
は、もちろん、プリントヘッドの力学的及び物理的な構
造に従ってインク液滴のストリームを発生する可能な限
り高い周波数(頻度)で動作される。
数)生成演算増幅器25が整定できる十分な時間、調節
された後、プリントヘッド12からパス14及び15に
沿ったインクの存在及び不存在が、確認される(ステッ
プ81)。インクフローが、増幅器25の出力の状態変
化により存在することが確認されれば、プリントヘッド
の動作に必要な最小電力のしきい値が決定される。この
点で、電力は、所定量だけ、決定された最小の電力レベ
ルを越える所望される動作レベル、即ちしきい値電力レ
ベルへ増加されることができ(ステップ82)、通常の
動作が開始される(ステップ83)。逆に、積分整定時
間後にインクの存在が検出されなければ、制御回路44
は、図2に示される抵抗器70乃至73の異なる組み合
わせを選択し、プリントヘッド12のヒータ46に加え
られる電力83を増加するように作動される(ステップ
84)。インクの調節及び検出処理は、最小電力しきい
値に達したことを示すインクの存在が確認されるまで続
けられる。
器25の出力の状態変化に従って存在するか、しないが
確認される。インクが存在しない場合は、演算増幅器2
5及びその関連する構成要素によって提供される積分器
回路によって積分される信号がないことを留意すべきで
ある。一方、光学センサ11の光路を完全にブロックす
る程の量を必ずしも必要としないが、ある量のインクが
存在すると、そのインクの存在は積分器及び光学センサ
11の積分及びバイアス動作によって検出される。従っ
て、高利得増幅器40からの出力は、回路をプリントヘ
ッドからのインクフローを検出する光検出器へ交流(A
C)結合するにもかかわらず、なお”イエス”又は”ノ
ー”値のままである。
る、所望される目標を達成するために出力電圧を制御す
る以外の方法で制御可能である。例えば、図3のボック
ス図90には、他の電源制御の実施例が示されている。
電源制御回路90は、出力線92上に、可変幅tの出力
パルスを生成するように内部に配置されるプログラマブ
ルロジックアレイ91(PLA)を含む。PLA91
は、制御回路93によってアドレスされる。例えば、制
御回路93は、図1に示される制御回路44の一部分、
プログラムされたマイクロプロセッサ、マイクロコント
ローラ又は他の制御回路でもよい。制御回路93には、
PLA91への多数のアドレス線95があり、PLA9
1を選択的にアドレスし、所望される幅の出力パルスを
発生するために必要な論理回路を選択する。
及び大きさのため、出力線92への出力パルスの発生に
おける選択のためにクロックパルスをPLA91へ提供
するために設けられている。最後に、”ファイヤ(起
動)”回路は97は、出力パルスが出力線92で所望さ
れる時、PLA91へタイミング信号を生成する。ファ
イヤ回路97は、制御回路93の一部分として設けられ
てもよいし、図示されているように別に設けられてもよ
い。出力線92の回路90からの出力は、ヒータ46を
作動するために、直接的に使用されてもよいし、或い
は、回路90で表されるパルス幅で決定される時間周期
の間、固定電圧電源をヒータと接続するスイッチ回路
(図示されていない)を動作するために使用されてもよ
い。
るパルスが制御された幅であることを除いて、図2を参
照にして上述された制御電圧回路60の機能と殆ど同じ
である。従って、制御可能な量の電力は、プリントヘッ
ド12からのインク液滴の射出に必要なしきい値電力を
生成し、維持するのに必要である時に、回路90によっ
て供給される。
可能とされる、インク等の物質の存在を検出するための
改良センサを提供する。
に、所定のインク射出しきい値を越えて動作するよう
に、サーマルインクジェット射出プリントヘッド内のヒ
ータを制御するセンサを提供する。
インクと実質的にAC結合される、説明されたタイプの
センサを提供する。
構造に使用されるパーツ及び構成部品の製造公差のばら
つきを自動的に補償する、説明されたタイプの回路を提
供する。
生じる光学センサの光路内の絶対的な明度の検出を必要
とせずに、インク等の物質の存在を検出できる光学セン
サ回路を提供する。
ストを増加することなくサーマルインク射出プリンタへ
追加できる回路を提供する。
ク射出プリントヘッドの加熱素子用の電力を制御する電
気回路図。
プリントヘッドのヒータ素子への電力を制御するために
制御された電圧電源を示す電気及びボックス図。
射出プリントヘッドのヒータへの電力を制御するパルス
幅制御回路のボックス図。
テップを示すボックス図。
Claims (1)
- 【請求項1】オンとオフに切替え可能な流れを有する物
質の存在を検出するためのセンサ回路であって、 所定の頻度で前記物質の流れのオンとオフを切り替える
ための手段と、 センサの出力信号を生成するための光学センサであっ
て、前記物質が光路を横断する時に、前記物質によって
少なくとも部分的に遮断される前記光路を有するように
配置されている前記光学センサと、 積分された出力信号を生成するために、センサの出力信
号の出力を積分するための積分器と、 センサ回路の出力信号を提供するために前記積分された
出力信号を増幅する高利得増幅器と、 を備えるセンサ回路。
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US023434 | 1993-02-26 | ||
US08/023,434 US5304814A (en) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Sensor circuit and method for detecting the presence of a substance such as ink ejected from a thermal ink ejecting print head, or the like |
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