JPH06334211A - フォトセンサ及びその検出制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】フォトセンサ及びその検出制御方法に関し、制
御装置との間の配線の簡単化を図ることを目的とする。 【構成】発光素子１１と、光電変換素子１２と、コンデ
ンサ１３と、２つの外部接続端子Ｔ１，Ｔ２と、外部接
続端子Ｔ１とコンデンサ１３との接続状態を切り換える
ための第１のスイッチング部１４と、光電変換素子１２
の出力端子と外部接続端子Ｔ１との接続状態を切り換え
るための第２のスイッチング部１５と、外部からコンデ
ンサ１３に供給される電流を監視し、コンデンサ１３の
充電が終了したときに、第１のスイッチング部１４をオ
フ状態とし、且つ第２のスイッチング部１５をオン状態
とする接続切換え制御部１７とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フォトセンサ及びその
検出制御方法に関する。マイクロプロセッサなどによっ
て電気的に動作が制御される各種機器や装置では、制御
の高精度化や多機能化にともなって、各部の状態を検出
するためのセンサが数多く実装されるようになってき
た。このため、各センサとマイクロプロセッサとの間の
配線の簡素化に対する要求が高まっている。

【０００２】

【従来の技術】発光素子と光電変換素子（受光素子）と
から構成されるフォトセンサは、移動体の有無や位置の
検出手段などとして広く用いられている。例えば、電子
写真式のプリンタ装置においては、作像と用紙搬送との
同期を得るために、用紙搬送路の数箇所に用紙位置検出
用のフォトセンサが設けられている。

【０００３】従来のフォトセンサは、発光素子に外部か
ら動作電流を供給するための２つの外部接続端子（電源
端子及び接地端子）と、検出信号を出力するための１つ
の外部接続端子（信号出力端子）とを有し、使用に際し
て通常は合計３本のリード線によってマイクロプロセッ
サなどからなる制御装置と接続されていた。なお、接地
端子は、動作電流の供給と検出信号の出力とに兼用され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特に、多数のフォトセ
ンサを必要とする機器において、各フォトセンサとそれ
らの検出信号に基づいて所定の制御を行う制御装置との
接続に際して、スペース面でリード線の引回しやコネク
タ類の配置に苦慮するという問題があった。

【０００５】本発明は、このような問題に鑑み、制御装
置との間の配線の簡単化を図ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るセ
ンサは、上述の課題を解決するため、図１に示すよう
に、検出光を射出する発光素子１１と、前記検出光を受
光して検出信号を出力する光電変換素子１２と、前記発
光素子１１及び光電変換素子１２に動作電流を供給する
ためのコンデンサ１３と、２つの外部接続端子Ｔ１，Ｔ
２と、前記外部接続端子Ｔ１と前記コンデンサ１３との
接続状態を切り換えるための第１のスイッチング部１４
と、前記光電変換素子１２の出力端子と前記外部接続端
子Ｔ１との接続状態を切り換えるための第２のスイッチ
ング部１５と、外部から前記コンデンサ１３に供給され
る電流を監視し、前記コンデンサ１３の充電が終了した
ときに、前記第１のスイッチング部１４をオフ状態と
し、且つ前記第２のスイッチング部１５をオン状態とす
る接続切換え制御部１７とを備えて構成される。

【０００７】請求項２の発明に係る検出制御方法は、前
記フォトセンサ１に対して、任意のタイミングで前記コ
ンデンサ１３の充電のための電流を供給し、その電流の
大きさ又は変化量によって充電の終了を検出した後、前
記外部接続端子Ｔ１，Ｔ２から出力される前記検出信号
を入力するものである。

【０００８】請求項３の発明に係る検出制御方法は、前
記コンデンサ１３の充電のための電流の供給と、その後
の検出信号の入力とを周期的に行うものである。

【０００９】

【作用】２つの外部接続端子Ｔ１，Ｔ２は、発光素子１
１及び光電変換素子１２に対する駆動電力の供給と、検
出信号の伝送とに兼用される。

【００１０】外部から供給される駆動電力はコンデンサ
１３に一旦蓄えられる。その後、コンデンサ１３と外部
接続端子Ｔ１とが切り離され、代わって光電変換素子１
２の出力端子と外部接続端子Ｔ１とが接続される。

【００１１】発光素子１１は、コンデンサ１３の蓄積電
荷によって検出光を発する。光電変換素子１２もコンデ
ンサ１３の蓄積電荷によって動作可能状態とされ、検出
光の受光量に応じた検出信号を外部へ出力する。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に係るフォトセンサ１の構成を
示す回路図である。フォトセンサ１は、２つの外部接続
端子Ｔ１，Ｔ２と、検出光を射出する発光ダイオード１
１と、受光部に入射した検出光の強度に応じた検出信号
を出力するフォトトランジスタ１２と、発光ダイオード
１１及びフォトトランジスタ１２に動作電流を供給する
ためのコンデンサ１３と、外部接続端子Ｔ１とコンデン
サ１３との接続状態を切り換えるための第１のスイッチ
ング部１４と、フォトトランジスタ１２の出力端子（エ
ミッタ）と外部接続端子Ｔ１との接続状態を切り換える
ための第２のスイッチング部１５と、コンデンサ１３と
発光ダイオード１１との接続状態を切り換えるための第
３のスイッチング部１６と、接続切換え制御部１７とか
ら構成されている。

【００１３】第１のスイッチング部１４は、例えばノー
マリオン型のＦＥＴなどからなり、常時は外部接続端子
Ｔ１とコンデンサ１３とを導電接続する。また、第２及
び第３のスイッチング部１５，１６は、例えばノーマリ
オフ型のＦＥＴなどからなり、常時はフォトトランジス
タ１２の出力端子と外部接続端子Ｔ１とを非接続とし、
発光ダイオード１１のアノードとコンデンサ１３とを非
接続とする。

【００１４】接続切換え制御部１７は、外部接続端子Ｔ
１からコンデンサ１３に供給される電流を監視し、コン
デンサ１３の充電が終了したときに、第１のスイッチン
グ部１４をオフ状態とし、且つ第２及び第３のスイッチ
ング部１５，１７をオン状態とする。なお、このような
接続切換え制御部１７の機能は、例えば図のように抵抗
１７１と、その両端電圧（抵抗１７１を流れる電流の向
きにより極性が反転する）を検出する差動増幅器１７２
と、抵抗１７１の両端電圧及びコンデンサ１３の両端電
圧が共に一定範囲内の値であるときに所定レベルの信号
を出力する比較回路１７３によって実現することができ
る。

【００１５】次に、以上の構成のフォトセンサ１の使用
方法について説明する。ここでは、一例としてプリンタ
装置における用紙位置検出にフォトセンサ１を用いるも
のとする。

【００１６】図２は図１のフォトセンサ１を制御装置２
に接続した状態を示すブロック図である。図２におい
て、フォトセンサ１は、外部接続端子Ｔ１，Ｔ２に対応
した合計２本の信号線Ｌ１，Ｌ２によって制御装置２と
接続されている。信号線Ｌ１は、後述のようにフォトセ
ンサ１に対する電力供給と検出信号の伝送とに兼用され
る。信号線Ｌ２は、いわゆる接地線である。

【００１７】制御装置２は、信号線Ｌ１，Ｌ２に対応し
た接続端子Ｔ２１，Ｔ２２と、マイクロプロセッサユニ
ット（ＭＰＵ）２０と、充電監視部２１とを有してい
る。ＭＰＵ２０は、ＣＰＵ２０１、プログラムを格納し
たＲＯＭ２０２、各種レジスタとして用いられるＲＡＭ
２０３、及びＩ／Ｏポート２０４から構成され、所定の
タイミングでフォトセンサ１の検出信号を取り込み、図
示しない被制御対象の制御を行う。

【００１８】充電監視部２１は、制御装置２からフォト
センサ１へ流れる電流が、一定範囲内の大きさになった
ときに、充電終了信号Ｓ２１をＩ／Ｏポート２０４を介
してＣＰＵ２０１へ送る。このような充電監視部２１の
機能は、例えば、電流を電圧に変換する抵抗、その両端
電圧を検出する差動増幅器、及び両端電圧と２つの基準
電圧とを比較するウインドコンパレータなどによって実
現することができる。

【００１９】図３は制御装置２による検出制御の一例を
示す信号波形図である。図１及び図２をも参照して、Ｃ
ＰＵ２０１は、プリンタ装置の一連の制御の中でフォト
センサ１による用紙位置検出が必要になった時点ｔ０
で、まず、接続端子Ｔ２１をＴＴＬレベルの電源ライン
と接続する。これにより、フォトセンサ１の外部接続端
子Ｔ１，Ｔ２間の電圧Ｖ１は５ボルト程度となる。

【００２０】このとき、フォトセンサ１側では上述のよ
うにスイッチング部１４がオン状態であるので、外部接
続端子Ｔ１からコンデンサ１３へ電流Ｉｃが流れ込み、
コンデンサ１３の充電が開始される。すなわち、制御装
置２から供給された動作電力がコンデンサ１３によって
蓄積される。

【００２１】コンデンサ１３の両端電圧Ｖｃの上昇につ
れて電流Ｉｃが減少し、充電が終了して電流Ｉｃの大き
さがほぼ一定になった時点ｔ１で、充電監視部２１は充
電終了信号Ｓ２１を出力する。

【００２２】充電終了信号Ｓ２１に呼応して、ＣＰＵ２
０１は直ちにフォトセンサ１に対する電力供給を停止す
る。この時点では、コンデンサ１３の両端電圧Ｖｃがほ
ぼ５ボルト程度であるので、フォトセンサ１の接続切換
え制御部１７は、電力供給の停止によって電流Ｉｃが０
になるのを契機として、上述のようにスイッチング部１
４をオフ状態とし、スイッチング部１５，１６をオン状
態とする。

【００２３】これにより、発光ダイオード１１がコンデ
ンサ１３からの動作電流によって発光し、同時に外部接
続端子Ｔ１がフォトトランジスタ１２の出力端子に接続
される。

【００２４】ここで、発光ダイオード１１とフォトトラ
ンジスタ１２との間に用紙が無ければ、発光ダイオード
１１の発する検出光を受光したフォトトランジスタ１２
がオン状態になり、外部接続端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧Ｖ
１はほぼコンデンサ１３の両端電圧Ｖｃとなる。そし
て、電圧Ｖ１はコンデンサ１３の放電にともなって降下
する。

【００２５】一方、ＣＰＵ２０１は、フォトセンサ１に
対する電力供給を停止した後、フォトセンサ１の出力の
安定に要する所定の時間が経過した時点ｔ２で、外部接
続端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧Ｖ１（すなわちフォトセンサ
１の出力）を検出情報として取り込む。

【００２６】以上のように、ＣＰＵ２０１は、電力供給
と情報の取込みとからなる検出制御を必要に応じて繰り
返し実行する。図３の例では、２回目の検出に際して、
発光ダイオード１１の発光中に発光ダイオード１１とフ
ォトトランジスタ１２との間に用紙が存在し、検出光が
遮光されてフォトトランジスタ１２がオフ状態であり、
時点ｔ２での検出信号は０レベルである。

【００２７】上述の実施例によれば、２本の信号線Ｌ
１，Ｌ２のみによって電力供給と信号伝送とを行うこと
ができ、制御装置２とフォトセンサ１との間の配線を簡
単化することができる。

【００２８】上述の実施例によれば、第３のスイッチン
グ部１６を設け、コンデンサ１３の充電中は発光ダイオ
ード１１に電流が流れないようにしたので、コンデンサ
１３の充電期間を短縮できるとともに、無駄な発光が抑
えられることから消費電力の低減と発光ダイオード１１
の長寿命化を図ることができる。しかし、スイッチング
部１６に代えて、発光ダイオード１１とフォトトランジ
スタ１２とを電線で接続してもよい。スイッチング部１
４及びスイッチング部１５を１つのＣ接点で構成しても
よい。

【００２９】上述の実施例において、いわゆるシャーシ
ーアース形式の配線が可能な場合には、制御装置２とフ
ォトセンサ１とを接続するリード線が１本となり、配線
をより簡単化することができる。

【００３０】上述の実施例においては、コンデンサ１３
の充電の終了を電流Ｉｃの大きさによって検出したが、
電流Ｉｃの変化量がほぼ０になったときを充電の終了時
としてもよい。

【００３１】上述の実施例においては、フォトセンサ１
を透過型として説明したが、フォトセンサ１を、被検出
物体によって反射した検出光が入射するように発光ダイ
オード１１とフォトトランジスタ１２とを配置する反射
型としてもよい。

【００３２】上述の実施例において、用紙の端部の通過
を検知するいわゆるエッジ検出を行う場合には、用紙の
移動速度に応じて十分に短い間隔で周期的に検出制御
（電力供給と情報の取込み）を繰り返せば、検出の時間
遅れを実用に支障のない程度に抑えることができる。

【００３３】上述の実施例において、スイッチング部１
４〜１６、接続切換え部１７、及び制御装置２の構成
は、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。
なお、本発明は、プリンタ装置以外にも、ファクシミリ
や複写機などのＯＡ機器、工作機械を含む製造設備など
の各種装置における検出に利用することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、制御装置との間の配線
の簡単化を図ることができる。請求項２の発明によれ
ば、検出が必要なときのみ発光素子及び光電変換素子が
作動するので、制御装置の省電力化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフォトセンサの構成を示す回路図
である。

【図２】図１のフォトセンサを制御装置２に接続した状
態を示すブロック図である。

【図３】図２の制御装置２による検出制御の一例を示す
信号波形図である。

【符号の説明】

１ フォトセンサ １１ 発光ダイオード（発光素子） １２ フォトトランジスタ（光電変換素子） １３ コンデンサ Ｔ１，Ｔ２ 外部接続端子 １４ 第１のスイッチング部 １５ 第２のスイッチング部 １７ 接続切換え制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検出光を射出する発光素子（１１）と、 前記検出光を受光して検出信号を出力する光電変換素子
   （１２）と、 前記発光素子（１１）及び光電変換素子（１２）に動作
   電流を供給するためのコンデンサ（１３）と、 ２つの外部接続端子（Ｔ１）（Ｔ２）と、 前記外部接続端子（Ｔ１）と前記コンデンサ（１３）と
   の接続状態を切り換えるための第１のスイッチング部
   （１４）と、 前記光電変換素子（１２）の出力端子と前記外部接続端
   子（Ｔ１）との接続状態を切り換えるための第２のスイ
   ッチング部（１５）と、 外部から前記コンデンサ（１３）に供給される電流を監
   視し、前記コンデンサ（１３）の充電が終了したとき
   に、前記第１のスイッチング部（１４）をオフ状態と
   し、且つ前記第２のスイッチング部（１５）をオン状態
   とする接続切換え制御部（１７）と、 を備えたことを特徴とするフォトセンサ。
2. 【請求項２】請求項１記載のフォトセンサ（１）に対し
   て、任意のタイミングで前記コンデンサ（１３）の充電
   のための電流を供給し、その電流の大きさ又は変化量に
   よって充電の終了を検出した後、前記外部接続端子（Ｔ
   １）（Ｔ２）から出力される前記検出信号を入力するこ
   とを特徴とするフォトセンサの検出制御方法。
3. 【請求項３】請求項２記載の検出制御方法であって、 前記コンデンサ（１３）の充電のための電流の供給と、
   その後の検出信号の入力とを周期的に行うことを特徴と
   するフォトセンサの検出制御方法。