JPH08152334A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサばらつきの大きなものであっても支障
なく使用できるようにすること。 【構成】 送信器３と受信変換器４と増幅器３２と比較
器１１とを備えた基本的な構成に加えて、例えば、増幅
器３２の増幅率を電気的に自在に可変させるセンサ感度
可変手段３３と、センサ感度設定時にこのセンサ感度可
変手段３３による回路定数の可変操作を行ってその適正
値を決定して不揮発性メモリに記憶させるとともに、電
源投入等の初期時に不揮発性メモリから適正値を読み出
して該当するセンサ感度可変手段３３の回路定数を設定
させる制御手段とを設けた構成とし、センサばらつきに
対して自動的な調整で対処できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種用途・分野におい
て、例えば、紙などの被検出物の検出用に用いられる反
射型光センサのようなセンサを含む検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の検出装置として、例え
ば、プリンタにおいて、図８に示すように反射型光セン
サ１を用いて用紙２の有無を検出するようにしたものが
ある。この反射型光センサ１は、ＬＥＤ３と、このＬＥ
Ｄ３と対をなすフォトトランジスタ４と、これらのＬＥ
Ｄ３及びフォトトランジスタ４よりなるアセンブリを保
護するための保護ガラス５とにより構成されている。な
お、保護ガラス５にはＬＥＤ３及びフォトトランジスタ
４の特性に合わせてフィルタが貼付されていてもよい。

【０００３】ＬＥＤ３と駆動電源との間には電流制限抵
抗Ｒ₁ が接続されている。この電流制限抵抗Ｒ₁ の抵抗
値が小さい程、ＬＥＤ３の発光量が大きくなる。また、
フォトトランジスタ４のコレクタ側にはコレクタ抵抗Ｒ
₂ が接続され、フォトトランジスタ４のコレクタ・コレ
クタ抵抗Ｒ₂ 間にはＡ／Ｄ変換器６が接続されている。
Ａ／Ｄ変換器６の出力がこの検出装置の検出出力となる
が、このＡ／Ｄ変換器５自体は１チップＣＰＵに一体に
組み込まれている場合が多い。

【０００４】このような構成において、ＬＥＤ３には電
流制限抵抗Ｒ₁ により決定される電流が流れ、その電流
値に応じた発光量でＬＥＤ３が発光する。ＬＥＤ３から
放出された光は保護ガラス５を透過するが、保護ガラス
５の前面に用紙２が存在すればこの用紙２で反射され
る。用紙２で反射された光は再び保護ガラス５を透過
し、今度は、フォトトランジスタ４に向かって入射す
る。このフォトトランジスタ４には入射光量に応じた光
電流が流れる。これにより、コレクタ抵抗Ｒ₂ にも電流
が流れ、コレクタ端子の電位変化をもたらす。この変化
した電位をフォトトランジスタ４の出力としてＡ／Ｄ変
換器６に取り込み、Ａ／Ｄ変換したデジタル値をＣＰＵ
（図示せず）により読み取る。ＣＰＵでは用紙２が無い
状態（フォトトランジスタ４に対する反射光が無い状
態）でのＡ／Ｄ変換器６の出力値にマージンを加えた値
が閾値として設定されており、この閾値よりも小さな出
力値になった場合に、用紙２が存在すると判断する。

【０００５】また、図９に示すような検出装置もある。
基本的には、図８の場合と同様な反射型光センサ１を用
いたものであるが、その駆動方式及び検出方式が異な
る。まず、駆動方式はＬＥＤ３を間欠駆動させるチョッ
パ駆動方式とされている。このため、ＬＥＤ３のアノー
ド側（電流制限抵抗Ｒ₁ 側）にはトランジスタＱ₁ 及び
ベース抵抗Ｒ₃ による電流スイッチ７を介してパルス幅
変調発振器（ＰＷＭオシレータ）８が接続されている。
また、フォトトランジスタ４のコレクタ端子にはＡＣ結
合用のコンデンサＣ₁ を介して半波整流増幅回路９が接
続されている。この半波整流増幅回路９はオペアンプ１
０を主体とするもので、このオペアンプ１０には入力抵
抗Ｒ₄ ，Ｒ₅ 、帰還抵抗Ｒ₆ 、帰還ダイオードＤ₁ ，Ｄ
₂ が接続されている。オペアンプ１０の出力側には比較
器１１が接続されている。この比較器１１はオペアンプ
１０の出力値を基準値Ｖ_REF1と比較するもので、その出
力ラインには出力プルアップ抵抗Ｒ₇ が接続されてい
る。さらに、比較器１１の出力側にはデータラッチ用の
フリップフロップ１２が接続されている。このフリップ
フロップ１２はパルス幅変調発振器８によるＬＥＤ３の
間欠駆動のタイミングに同期して比較器１１の出力をラ
ッチするもので、パルス幅変調発振器８の出力信号が同
期信号としてクロック端子に与えられている。

【０００６】このような構成において、パルス幅変調発
振器８により電流スイッチ７をオンさせた時のみ、ＬＥ
Ｄ３に電流が流れる。これにより、ＬＥＤ３の発光は、
パルス幅変調発振器８から出力されるパルス周期、オン
・オフのデューティ比に応じて間欠的になる。図１０中
にはこのようなＬＥＤ３の間欠的な発光による光出力
の様子をタイムチャートとして示している。間欠駆動さ
れるＬＥＤ３に基づく反射光を受信するフォトトランジ
スタ４の出力は、図１０中示すように脈流となる。脈
流状態の出力はＡＣ結合用のコンデンサＣ₁ を介して
半波整流増幅回路９のオペアンプ１０に入力される。こ
の増幅処理により外乱光によるＤＣ成分が除去された増
幅出力が得られる。この増幅出力を、比較器１１に
おいて、用紙２が無い時の増幅出力レベルに対してマー
ジンを持たせて設定された基準値Ｖ_REF1と比較するとと
もに、デジタル回路用に信号レベル変換処理を行い、信
号として出力する。ここに、比較器１１の出力はパル
ス的であるため、パルス幅変調発振器８の出力でフリッ
プフロップ１２のタイミングをとることにより、ＬＥＤ
３の発光と同期してフリップフロップ１２にラッチさせ
ることで、用紙２の有無に関する検出信号が得られる。

【０００７】図９に示すようなチョッパ駆動方式により
ＬＥＤ３の発光を間欠的にすると、図１１のＬＥＤのせ
ん頭順電流‐デューティ比の特性図からも分かるよう
に、ＬＥＤ３に流す電流を常に発光させている場合（デ
ューティ比１０⁰ ）に比べて大きくさせることができ
る。この結果、ＬＥＤ３の発光光量を大きくでき、対象
個所が明るくてもセンサとして利用できることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般に、図８や図９に
例示した検出装置のようなセンサ系では、センサ自身及
びその使用環境により、センサ感度にばらつきを持つ。
よって、被検出物、例えば、用紙２の有無による検出量
の変化が小さい場合にはセンサ感度を微調する必要があ
る。図８や図９に例示した例では、例えば電流制限抵抗
Ｒ₁ を半固定抵抗としておきその抵抗値を変化させるこ
とによりＬＥＤ３の光出力を変化させるとか、フォトト
ランジスタ４のコレクタ抵抗Ｒ₂ を半固定抵抗としてお
きその抵抗値を変化させることによりフォトトランジス
タ４のコレクタ電圧、従って、受光感度を変化させるこ
とにより、微調が行われる。或いは、センサ出力をＡ／
Ｄ変換器６によってアナログ信号からデジタル信号に変
換する際に多値データとしてデジタル信号に変換し、被
検出物、例えば、用紙２の有無を多値データのレベルに
よって判断する必要がある。

【０００９】しかし、半固定抵抗等による微調によって
センサ感度のばらつきに対処する対応策では、面倒であ
り、ばらつきの大きなセンサ系の使用が現実的でなくな
り、高精度なセンサ系を用いる必要が生ずる。また、Ａ
／Ｄ変換器６を用いて多値データに変換することにより
センサ感度のばらつきに対処する対応策では、Ａ／Ｄ変
換器がフラッシュ型（コンパレータを必要個数、例えば
８ビットの場合であれば２５６個だけ並べて１回の比較
処理で済ませる方式）の場合を除き、Ａ／Ｄ変換に時間
を要するとともに、何れのＡ／Ｄ変換器を用いるにして
も高価になってしまう。

【００１０】また、図９に例示した検出装置のようなチ
ョッパ駆動方式の場合、連続駆動方式に比してＬＥＤ３
の寿命が長く、消費電力が少ないメリットを有する。し
かし、図１０中に示すオン期間Ｔ₁ とオフ期間Ｔ₂ とに
より定まるデューティ比が規定の値に固定されており、
長期間で考えた場合、ＬＥＤ３の寿命に影響があり、か
つ、消費電力の多いものとなっている。さらには、パル
ス信号によるチョッパ駆動方式の場合、外乱ノイズによ
って生じた入力レベルの一時的な変化がフリップフロッ
プ１２にラッチされた場合、この一時的な変化（ノイ
ズ）が、次のクロックパルスが与えられるまでの長い時
間保持されてしまい、検出信号にノイズの影響が及ぶこ
とになる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の検出装置
は、光、音などの物理的エネルギーを送出させる送信器
と、この送信器と対をなし、反射、遮蔽などの被検出物
の状態に応じた量の物理的エネルギーを受信して電気的
信号に変換する受信変換器と、この受信変換器で受信変
換された電気的信号を増幅する増幅器と、この増幅器に
より増幅された電気的信号を基準値と比較して２値の検
出信号を出力する比較器と、前記送信器による物理的エ
ネルギーの送出量、前記受信変換器の受信感度、前記増
幅器の増幅率、前記比較器の基準値なる回路定数の少な
くとも１つを電気的に自在に可変させるセンサ感度可変
手段と、センサ感度設定時にこのセンサ感度可変手段に
よる回路定数の可変操作を行ってその適正値を決定して
不揮発性メモリに記憶させるとともに、電源投入等の初
期時に前記不揮発性メモリから前記適正値を読み出して
該当する前記センサ感度可変手段の回路定数を設定させ
る制御手段とを備えた構成とした。

【００１２】請求項２記載の検出装置は、光、音などの
物理的エネルギーを送出させる送信器と、この送信器を
間欠動作させる間欠駆動手段と、この間欠駆動手段によ
る間欠動作の周期を電気的に可変させる周期可変手段
と、前記送信器と対をなし、反射、遮蔽などの被検出物
の状態に応じた量の物理的エネルギーを受信して電気的
信号に変換する受信変換器と、この受信変換器で受信変
換された電気的信号を前記送信器の間欠動作に同期して
保持する同期保持手段とを備えた構成とした。

【００１３】請求項３記載の検出装置は、請求項２記載
の検出装置の構成において、同期保持手段を送信器の間
欠動作に同期させた時系列出力信号として順次保持する
手段とし、この同期保持手段に保持された時系列出力信
号中の有効数に応じて被検出物の有無を判定する判定出
力手段を備えた構成とした。

【００１４】請求項４記載の検出装置は、請求項３記載
の検出装置の構成に加えて、時系列出力信号に対してそ
の時系列に応じた重みを付与する重み付与手段を備えた
構成とした。

【００１５】

【作用】請求項１記載の検出装置においては、センサ感
度設定時には制御手段がセンサ感度可変手段による回路
定数の可変操作を実行し、送信器からの物理的エネルギ
ーの送出量、受信変換器の受信感度、増幅器の増幅率、
比較器の基準値なる回路定数の少なくとも１つが自在に
可変される。そこで、センサ感度設定時には被検出物無
しの状態、或るいは、検出に対しての影響が最低レベル
となる被検出物を検出対象位置に配設させて、上記回路
定数を増加又は減少させる可変操作を適宜実行し、検出
限界値を求める。求められた検出限界値に適宜マージン
を加えた値を、自己の検出装置における回路定数の適正
値と決定し、この適正値をもたらす可変値を不揮発性メ
モリに記憶させる。その後、本来の使用時には、電源投
入等の初期時において、制御手段によって自動的に適正
値をもたらす可変値が不揮発性メモリから読み出され
て、該当するセンサ感度可変手段の回路定数が適正値と
なる可変操作が実行されて自動調整が行われる。よっ
て、センサ感度の最適なる状態で使用可能となる。

【００１６】請求項２記載の検出装置においては、間欠
駆動手段による間欠動作の周期を電気的に可変させる周
期可変手段を有するので、状況に応じて間欠動作の周期
が自在に設定できる。例えば、被検出物の状態が短時間
の間に変化し得る状況では、送信器を駆動させる間隔が
短くなるように間欠動作の周期を設定するが、長時間に
渡って被検出物の状態が変化しないと想定されるような
状況では、送信器を駆動させる間隔が長くなるように間
欠動作の周期を設定する。このような周期設定によれ
ば、検出動作に支障ない期間中には送信器の駆動が稀れ
となるため、送信器の寿命が延びるとともに、その消費
電力も極力減ることになる。

【００１７】請求項３記載の検出装置においては、受信
変換器で受信変換された電気的信号を時系列出力信号と
して記憶手段に順次記憶させるので、時系列に従い常に
最新の情報が記憶される。さらに、このような記憶手段
に順次記憶された複数個の時系列出力信号中の有効数に
応じて判定出力手段で被検出物の有無が判定される。よ
って、チョッパ駆動方式において、外乱ノイズによって
生じた入力レベルの一時的な変化が長い時間保持された
まま検出出力に影響を及ぼすようなことがなくなり、ノ
イズの影響の少ない検出出力が得られる。

【００１８】さらに、請求項４記載の検出装置において
は、時系列出力信号に対して重み付与手段によってその
時系列に応じた重みが付与されるので、より最新の出力
信号の重みを大きくすることにより、検出出力に対する
より最新の出力信号の寄与の割合を大きくすることがで
き、被検出物の検出速度が速くなる。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図４に基づい
て説明する。図８ないし図１１に示した部分と同一機能
を果たす部分は同一符号を用い、説明も省略する。

【００２０】本実施例の検出装置が適用されるプリンタ
の電装系構成の概要を図２に示すブロック図を参照して
説明する。まず、各部を制御して制御手段としても機能
するＣＰＵ２１が設けられている。このＣＰＵ２１には
バス２２を介してセントロニクス準拠のインタフェース
２３やメモリ２４や不揮発性メモリとして機能するＥＥ
ＰＲＯＭ２５（バックアップＲＡＭ等でもよい）やＩ／
Ｏポート２６が接続されている。これにより、ＣＰＵ２
１はインタフェース２３を介してパーソナルコンピュー
タ等の本体側と接続されている。また、前記Ｉ／Ｏポー
ト２６には、ドライバ類２７のような各種負荷（具体的
には、用紙フィードモータや印字ヘッド用のキャリアな
どがある）や、センサ・スイッチ類２８が接続されてい
る。センサ・スイッチ類２８としてはプリンタにおける
コントロールパネル（図示せず）上の各種スイッチや、
プリンタ内外の適所に配設される各種センサなどがあ
る。本実施例の検出装置における反射型光センサ１は、
このセンサ・スイッチ類２８中の１つのセンサであり、
例えば、搬送経路上で用紙２の有無を検出する光学的用
紙センサとして用いられている例を示す。

【００２１】即ち、本実施例の検出装置においては、用
紙２が被検出物に相当し、ＬＥＤ３が物理的エネルギー
として光なる電磁波を送出する送信器に相当し、フォト
トランジスタ４が物理的エネルギーとして用紙２による
反射光を受信して電気的信号に変換する受信変換器に相
当する。また、本実施例のＬＥＤ３の駆動方式は、チョ
ッパ駆動方式とされており、図１に示すように、ＬＥＤ
３には電流スイッチ７を介して間欠駆動手段となるパル
ス幅変調発振器（ＰＷＭオシレータ）３１が接続されて
いる。このパルス幅変調発振器３１は、その具体的回路
構成例は後述するが、周期可変手段から入力される出力
周期変更入力に応じて電流スイッチ７のオン・オフ、従
って、ＬＥＤ３のオン・オフの周期なるデューティ比を
自在に可変し得る機能を有する。

【００２２】また、フォトトランジスタ５により受信変
換された電気的信号を増幅する増幅器として機能するオ
ペアンプ１０を主体とした半波整流増幅回路３２には、
前記オペアンプ１０に対してセンサ感度可変手段となる
増幅率可変回路３３が付加されている。この増幅率可変
回路３３はアナログスイッチＳＷ_n （ｎ＝１，２，３，
４）と帰還抵抗Ｒ_n （ｎ＝８，９，１０，１１）とより
なる４個の直列回路を、オペアンプ１０の帰還抵抗Ｒ₆
に並列に接続してなる。前記アナログスイッチＳＷ_n の
オン・オフ用のコントロール入力は前記ＣＰＵ２１の出
力ポートに接続されている。これにより、アナログスイ
ッチＳＷ_n のオン・オフは前記ＣＰＵ２１側からのオン
・オフ信号に基づき制御され、オンしたアナログスイッ
チＳＷ_nに対応する帰還抵抗Ｒ_n と帰還抵抗Ｒ₆ との合
成抵抗によって、半波整流増幅回路３２としての増幅率
が、電気的に自在に可変されることになる。

【００２３】この半波整流増幅回路３２の出力側には比
較器１１を介して同期保持手段として機能するシフトレ
ジスタ３４が接続されている。即ち、このシフトレジス
タ３４はＱ_A ，Ｑ_B ，Ｑ_C ，Ｑ_D なる時系列出力端子を
有し、前記半波整流増幅回路３２から得られる信号をパ
ルス幅変調発振器３１の発振周期、従って、ＬＥＤ３の
発光と同期させた時系列出力信号として順次記憶して前
記時系列出力端子Ｑ_A，Ｑ_B ，Ｑ_C ，Ｑ_D から出力する
機能を持つ。

【００２４】このシフトレジスタ３４の出力側には加算
増幅回路３５が接続されている。この加算増幅回路３５
はオペアンプ３６を主体として構成されている。このオ
ペアンプ３６の−端子には、前記シフトレジスタ３４の
各時系列出力端子Ｑ_A ，Ｑ_B，Ｑ_C ，Ｑ_D に接続された
重み付け抵抗Ｒ₁₂，Ｒ₁₃，Ｒ₁₄，Ｒ₁₅の並列回路が入力
抵抗回路として接続され、＋端子には入力抵抗Ｒ₁₆が接
続され、入出力間には帰還抵抗Ｒ₁₇が接続されている。
前記各重み付け抵抗Ｒ₁₂，Ｒ₁₃，Ｒ₁₄，Ｒ₁₅は重み付与
手段を構成している。この加算増幅回路３５の出力側に
は２つの比較器３７，３８が並列に接続されている。こ
れらの比較器３７，３８はオペアンプ３６の出力Ｖ_OUT
を各々異なる基準値Ｖ_REF2，Ｖ_REF3と比較するもので、
Ｖ_REF2＜Ｖ_REF3に設定されている。これらの比較器３
７，３８の出力側には出力プルアップ抵抗Ｒ₁₈，Ｒ₁₉が
接続されている。さらに、これらの比較器３７，３８の
出力側にはＳ‐Ｒ型のフリップフロップ３９が接続され
ている。即ち、比較器３７の出力がフリップフロップ３
９のセット端子Ｓに入力され、比較器３８の出力がフリ
ップフロップ３９のリセット端子Ｒに入力されている。
このフリップフロップ３９から最終的な紙有無信号が出
力されるものであり、これらの加算増幅回路３５、比較
器３７，３８及びフリップフロップ３９により判定出力
手段４０が構成されている。

【００２５】このような構成において、まず、センサ感
度の調整について説明する。本実施例のプリンタにおい
ては、モードの１つとしてセンサ感度設定モードが用意
されており（メンテナンスモードなどの利用でもよ
い）、コントロールパネルなどによりセンサ感度設定モ
ードに設定されると、ＣＰＵ２１によって以下のような
センサ感度の調整処理が実行される。

【００２６】まず、用紙２が無い状態、或いは、用紙有
無の検出出力に対しての影響が最低レベルの用紙（使用
が想定される用紙中で反射率の最も低い用紙）を、反射
型光センサ１による検出対象位置に配設する。このよう
な状態で、ＣＰＵ２１から半波整流増幅回路３２中のア
ナログスイッチＳＷ_n に対してオン・オフ信号を出力し
て、そのオン・オフを適宜切り換えることにより、オペ
アンプ１０に対する帰還抵抗の抵抗値を増加又は減少さ
せる。即ち、オペアンプ１０の増幅率を増加又は減少さ
せる。このような増幅率の可変操作において、その都
度、フリップフロップ３９から得られる最終出力をチェ
ックし、検出限界値を求める。検出限界値は、例えば、
反射型光センサ１が自己の保護ガラス５による反射光を
受光することによる誤動作等を想定した検出値である。
ＣＰＵ２１は求めた検出限界値に、適宜マージンを加え
た値を、本検出装置における増幅率（回路定数の１つ）
の適正値と決定し、その値をＥＥＰＲＯＭ２５に格納す
る。具体的には、適正値となる増幅率をもたらすアナロ
グスイッチＳＷ_n のオン・オフ組合せ情報がＥＥＰＲＯ
Ｍ２５に記憶される。これにより、センサ感度設定モー
ドの処理が終了する。

【００２７】その後、実際のプリンタ使用に際して、電
源投入時などの初期時に実行される初期設定ルーチンで
は、ＣＰＵ２１がＥＥＰＲＯＭ２５に格納されている適
正値となる増幅率をもたらすアナログスイッチＳＷ_n の
オン・オフ組合せ情報を読み出して、これらのアナログ
スイッチＳＷ_n のオン・オフ状態を自動的に初期設定す
る。これにより、オペアンプ１０の増幅率は電源投入時
から適正値に設定され、本検出装置は、最適なセンサ感
度を持つ状態で用紙２の有無検出に供される。

【００２８】なお、センサ感度の調整に関して、本実施
例では、ＣＰＵ２１による制御でオペアンプ１０の増幅
率を自在に可変操作するようにしたが、オペアンプ１０
の増幅率の可変操作に限らない。例えば、ＬＥＤ３に対
する電流制限抵抗Ｒ₁ 部分を、増幅率可変回路３３と同
様に複数の抵抗・アナログスイッチ対の組合せ構成と
し、ＣＰＵ２１によるアナログスイッチのオン・オフ制
御でＬＥＤ３に流れる電流値を可変させることで、その
光出力（物理的エネルギーの送出量）を可変させるセン
サ感度可変手段であってもよい。或いは、フォトトラン
ジスタ４のコレクタに接続されたコレクタ抵抗Ｒ₂ 部分
を、増幅率可変回路３３と同様に複数の抵抗・アナログ
スイッチ対の組合せ構成とし、ＣＰＵ２１によるアナロ
グスイッチのオン・オフ制御でフォトトランジスタ４に
おける光電流の変化に対する出力電圧の変化率（受信感
度）を可変させるセンサ感度可変手段であってもよい。
また、比較器１１の基準値Ｖ_REF1をＣＰＵ２１による制
御で自動的に可変させるセンサ感度可変手段であっても
よい。さらには、パルス幅変調発振器３１によるＬＥＤ
３のオン時間幅を変化させる手段であってもよい。これ
らは、何れか１つが可変であっても、任意の組合せの複
数が可変であってもよい。

【００２９】次に、検出動作について説明する。後述す
るように間欠駆動されるＬＥＤ３に基づく反射光を受信
するフォトトランジスタ４の出力は、脈流状態にあり、
ＡＣ結合用のコンデンサＣ₁ を介してオペアンプ１０に
入力される。このオペアンプ１０での増幅処理により外
乱光によるＤＣ成分が除去された増幅出力が得られる。
この増幅出力を、比較器１１で基準値Ｖ_REF1と比較す
る。この比較によりレベル変換された比較器１１からの
出力値は、ＬＥＤ３の発光と同期してサンプリングを行
うことによりシフトレジスタ３４に入力されて保持され
る。このシフトレジスタ３４は比較器１１からの出力信
号を４つ分、時系列で保持する。よって、シフトレジス
タ３４の時系列出力端子Ｑ_A ，Ｑ_B ，Ｑ_C ，Ｑ_D から順
次出力される信号は、Ｑ_A 側が時系列的に最も新しく、
Ｑ_D 側が時系列的に最も古い信号となる。これらの時系
列出力端子Ｑ_A ，Ｑ_B ，Ｑ_C ，Ｑ_D から出力される各々
の出力信号Ｖ_QA，Ｖ_QB，Ｖ_QC，Ｖ_QDはオペアンプ３６に
与えられるが、各々重み付け抵抗Ｒ₁₂，Ｒ₁₃，Ｒ₁₄，Ｒ
₁₅を経ることにより、重み付けされる。即ち、オペアン
プ３６の出力をＶ_OUT とすると、Ｖ_OUT は Ｖ_OUT ＝−Ｒ₁₇（Ｖ_QA／Ｒ₁₂＋Ｖ_QB／Ｒ₁₃＋Ｖ_QC／Ｒ₁₄
＋Ｖ_QD／Ｒ₁₅） で求められるものであり、各出力信号Ｖ_QA，Ｖ_QB，
Ｖ_QC，Ｖ_QDは各々１／Ｒ₁₂，１／Ｒ₁₃，１／Ｒ₁₄，１／
Ｒ₁₅なる重み付けを受けて加算される。この重み付け
は、より最新の出力信号のほうが大きな重みを持つよう
に設定されている。

【００３０】オペアンプ３６で加算された時系列出力信
号は、各々比較器３７，３８に入力され、基準値
Ｖ_REF2，Ｖ_REF3との大小関係が比較される。ここでは、
Ｖ_REF2＞Ｖ_REF3に設定されており、Ｖ_OUT ≧Ｖ_REF2の場
合には比較器３７の出力によりフリップフロップ３９が
セットされて、用紙２が有りと判定される。一方、Ｖ
_OUT ≦Ｖ_REF3の場合には比較器３８の出力によりフリッ
プフロップ３９がリセットされ、用紙２が無しと判定さ
れる。さらに、Ｖ_REF2＜Ｖ_OUT ＜Ｖ_REF3の場合には、比
較器３７，３８は何れも出力を生ぜず、フリップフロッ
プ３９のセット／リセット動作が行われないため、フリ
ップフロップ３９はそれ以前の値を保持する。

【００３１】即ち、基準値Ｖ_REF2，Ｖ_REF3はシフトレジ
スタ３４中に格納された複数の出力信号中で紙有りを示
す信号の個数（有効数）を想定して各々設定されたもの
で、有効数で考えれば、シフトレジスタ４中に格納され
た出力信号中の有効数がある一定値ｎ₂ （基準値Ｖ_REF2
に相当）以上であれば、用紙２が存在すると判定し、有
効数がある一定値ｎ₃ （基準値Ｖ_REF3に相当）以下であ
れば、用紙２が存在しないと判定する。そして、有効数
がｎ₂ より小さくｎ₃ より大きければ、前の状態と同じ
とする。これにより、判定結果に関してヒステリシスを
持たせることができる。

【００３２】つまり、本実施例においては、複数の出力
信号を時系列出力信号として時系列に従い常に最新の情
報をシフトレジスタ３４に保持し、かつ、これらの時系
列出力信号の加算値を所定値と比較して用紙２が存在す
るか否かを判定するので、ＬＥＤ３のチョッパ駆動方式
において、外乱ノイズによって時系列出力信号の一部に
一時的な変化が生じたとしても、判定結果には影響が及
ばないことになる。よって、外乱ノイズの影響を受けに
くい検出動作が可能となる。

【００３３】また、加算増幅回路３５においてオペアン
プ３６に与えられる時系列出力信号Ｖ_QA，Ｖ_QB，Ｖ_QC，
Ｖ_QDについて、より最新の出力信号のほうが大きな重み
を持つように各々１／Ｒ₁₂，１／Ｒ₁₃，１／Ｒ₁₄，１／
Ｒ₁₅なる重み付けがされているので、比較器３７，３８
でオペアンプ３６の出力信号Ｖ_OUT を比較する上で、よ
り最新の出力信号の寄与割合が大きくなる。よって、よ
り最新の出力信号に基づき判定できることになり、セン
サとして反応速度の速いものとなる。つまり、用紙２の
有無変化に対する判定値の変化のタイムラグが小さい。

【００３４】なお、本実施例では、出力信号を時系列に
保持するための同期保持手段としてシフトレジスタ３４
を用いたが、これに限らず、例えばアナログ的なサンプ
ル＆ホールド回路などを用いるようにしてもよい。アナ
ログ的に出力信号を時系列で保持する場合であれば、比
較器１１は省略してもよい。

【００３５】さらに、ＬＥＤ３のチョッパ駆動制御につ
いて説明する。本実施例のパルス幅変調発振器３１は、
例えば、図３に例示するような回路構成とされており、
ＬＥＤ３をオン・オフさせる周期をＣＰＵ２１の制御に
よって自在に可変し得る。まず、ＬＥＤ３のオフ時間を
規制する２つのデータラッチ４１，４２と、オン時間を
規制する１つのデータラッチ４３とが設けられている。
データラッチ４１には用紙フィードモータのドライブ時
用のＬＥＤ３のオフ時間Ｔ_A がＣＰＵ２１によって予め
設定されている。データラッチ４２には用紙フィードモ
ータの非ドライブ時用のＬＥＤ３のオフ時間Ｔ_B がＣＰ
Ｕ２１によって予め設定されている。データラッチ４３
にはＬＥＤ３のオン時間Ｔ_D がＣＰＵ２１によって予め
設定されている。前記データラッチ４１，４２の出力側
にはセレクタ４４が接続されており、オフ時間Ｔ_A ，Ｔ
_B が選択自在とされている。即ち、このセレクタ４４は
用紙フィードモータ用のドライブ信号の有効／無効に応
じて出力Ｙ₀ を切り換えるものであり、ここでは、ドラ
イブ信号が有効なときにはデータラッチ４１側のデータ
（オフ時間Ｔ_A ）を選択し、ドライブ信号が無効なとき
にはデータラッチ４２側のデータ（オフ時間Ｔ_B ）を選
択するように設定されている。さらに、このセレクタ４
４と前記データラッチ４３との出力側にはセレクタ４５
が接続されている。このセレクタ４５は反転ＬＥＤＯＮ
信号に応じてその出力Ｙ₁ を、選択出力Ｙ₀ （オフ時間
Ｔ_A 又はＴ_B ）と、データラッチ４３のデータ（オン時
間Ｔ_D）との何れかに交互に切り換えるものである。具
体的には、反転ＬＥＤＯＮ信号がＨレベルのときには選
択出力Ｙ₀ 側を選択し、反転ＬＥＤＯＮ信号がＬレベル
のときにはデータラッチ４３のデータ（オン時間Ｔ_D ）
を選択するように設定されている。これらのデータラッ
チ４１，４２，４３及びセレクタ４４，４５により、周
期可変手段が構成されている。

【００３６】さらに、セレクタ４５の出力側には同期カ
ウンタ４６が接続されている。この同期カウンタ４６は
クロック端子に入力される基準クロックに同期して、反
転ＬＯＡＤ信号が有効のときにはＤ端子に入力される値
（選択出力Ｙ₁ の値）を内部フリップフロップにロード
し、反転ＬＯＡＤ信号が無効のときにはこの内部フリッ
プフロップの値をカウントアップ又はカウントダウンす
る機能を有する。このような内部フリップフロップにキ
ャリーＣ（又は、ボロー）が生じた場合には、キャリー
Ｃを出力する。この同期カウンタ４６の出力側にはＤ型
のフリッブフロップ４７、Ｔ型のフリップフロップ４８
が順に接続されている。前記フリップフロップ４７は、
同期カウンタ４６のカウントアップをキャリーＣによっ
て検出し、次のカウント値をロードさせるためのもので
ある。前記フリップフロップ４８は同期カウンタ４６の
カウントアップ毎に反転ＬＥＤＯＮ信号を反転させるこ
とにより、電流スイッチ７を介してＬＥＤ３を実際にオ
ン・オフさせる機能を持つ。同時に、このフリップフロ
ップ４８の反転ＬＥＤＯＮ信号が前述したように前記セ
レクタ４５に与えられている。

【００３７】周期可変手段を含むこのようなパルス幅変
調発振器３１において、まず、データラッチ４１の値に
よって決まるＬＥＤ３のオフ時間Ｔ_A とデータラッチ４
３の値によって決まるＬＥＤ３のオン時間Ｔ_D とは、電
流制限抵抗Ｒ₁ によって決定されるＬＥＤ電流が、図１
１に示したようなせん頭順電流‐デューティ比曲線に収
まる必要がある。また、データラッチ４２の値によって
決まるＬＥＤ３のオフ時間Ｔ_B の値を、オフ時間Ｔ_A の
値よりかなり大きく設定することにより、用紙フィード
モータの非ドライブ時のＬＥＤ３の点滅周期が長くなっ
て、このＬＥＤ３のせん頭順電流のデューティ比が小さ
くなる。これにより、図４のタイムチャートに例示する
ように、常にオフ時間Ｔ_A とオン時間Ｔ_D とにより定ま
るデューティ比で駆動しないため、長期で見た場合、Ｌ
ＥＤ３の負荷が軽減されるのでチョッパ駆動されるＬＥ
Ｄ３の寿命が延びる。同時に、経時変化によるＬＥＤ３
の輝度の低下が小さくなり、消費電流も小さくなるた
め、チョッパ駆動方式の利点を最大限活かせる。特に、
センサ系がバッテリ駆動のものであればその電池寿命な
いしは１回の充電による使用時間を延ばすこともでき
る。

【００３８】ここに、ＬＥＤ３のオン・オフ周期ないし
はデューティ比を可変させる妥当性について説明する。
本実施例のように、用紙フィードモータのドライブ状態
／非ドライブ状態に応じて、センサ系の検出周期（ＬＥ
Ｄ３のオン・オフ周期）を変えるのは、まず、用紙２の
フィード時ではこの用紙２の頭出しを行い印字位置を正
確に決めるため、用紙フィードモータの１ステップ毎に
１回以上の検出動作を頻繁に行う必要があるからであ
る。一方、用紙２のフィードを行っていない時（用紙フ
ィードモータの非ドライブ時）には用紙２の検出を行う
のはオペレータのマニュアル操作による用紙２の挿入又
は排紙操作に対するものであり、検出動作は必要なもの
の、頻繁に検出動作を行う必要がないからである。

【００３９】なお、図３に具体的に例示したようなパル
ス幅変調発振器３１に代えて、例えば、図５に示すよう
な構成のパルス幅変調発振器５１を、ＬＥＤ３を間欠駆
動させる間欠駆動手段としてもよい。このパルス幅変調
発振器５１は例えば株式会社東芝製の１チップマイクロ
コントローラＴＬＣＳ‐９００シリーズ中の１６ビット
タイマをプログラマブル矩形波出力モードとして利用し
たものである。即ち、１６ビット構成のアップカウンタ
５２と２つのタイマレジスタ５３，５４への設定値との
一致によって図６のタイムチャートに示すようにタイマ
フリップフロップ５５を反転させ、このタイマフリップ
フロップ５５の値を出力として設定することにより、プ
ログラマブル矩形波出力モードとなる。ここに、タイマ
レジスタ５３は１６ビットにてデューティが設定され、
タイマレジスタ５４は１６ビットにて周期が設定される
もので、（タイマレジスタ５３への設定値）＜（タイマ
レジスタ５４への設定値）なる条件を満たす必要があ
る。これらのタイマレジスタ５３，５４への設定値の設
定（図１中の出力周期変更入力に相当する）はＣＰＵ
（ＣＰＵ２１に相当）によって行われるため、これらの
タイマレジスタ５３．５４は内部バス５６によってＣＰ
Ｕに接続されている。ただし、タイマレジスタ５３と内
部バス５６との間にはレジスタバッファ５７が介在され
ている。また、アップカウンタ５２側とタイマレジスタ
５３，５４側との前述した一致を判断するための比較を
行うための１６ビットのコンパレータ５８，５９も備え
ている。

【００４０】さらに、図１中に示したような重み付け抵
抗Ｒ₁₂〜Ｒ₁₅を含む判定出力手段４０に代えて、例え
ば、図７に示すような構成の判定出力手段６１を用い
て、時系列出力信号に対する重み付けを伴う検出結果の
判定処理を行わせるようにしてもよい。この判定出力手
段６１においては、まず、シフトレジスタ３４に代えて
設けたシフトレジスタ６２の出力側に２つの全加算器
（フルアダー＝ＦＡ）６３，６４が接続されている。こ
こに、前記シフトレジスタ６２は６個の時系列出力端子
Ｑ_A 〜Ｑ_F 中の５個が用いられるとともに、これらの時
系列出力端子Ｑ_A 〜Ｑ_E から出力される信号は、Ｑ_A 側
が時系列的に最も新しく、Ｑ_E 側が時系列的に最も古い
信号となるように設定されている。このようなシフトレ
ジスタ６２に対して全加算器６３は古い側の時系列出力
端子Ｑ_C ，Ｑ_D ，Ｑ_E からの出力が入力されるように接
続されている。ここに、全加算器６３では、時系列出力
端子Ｑ_D，Ｑ_E からの出力の重みを１としたとき、時系
列出力端子Ｑ_C の出力の重みが２となる加算処理が行わ
れる。また、全加算器６４は新しい側の時系列出力端子
Ｑ_A ，Ｑ_B からの出力と前記全加算器６３からのキャリ
ー出力とを入力とするもので、全加算器６４では、全加
算器６３からのキャリー出力の重みを１としたとき、時
系列出力端子Ｑ_A ，Ｑ_B からの出力の重みを２とする加
算処理が行われる。よって、これらの全加算器６３，６
４からの出力は、全加算器６３の出力が重み１、全加算
器６４の出力が重み２、この全加算器６４のキャリー出
力が重み４を持つことにより、最新の時系列出力ほど、
大きな重みを持つように設定されている。

【００４１】さらに、判定出力手段６１においては、こ
れらの全加算器６３，６４で４，２，１の割合で重み付
けされた加算値を入力とする２つのマグニチュードコン
パレータ６５，６６が設けられている。ここに、マグニ
チュードコンパレータ６５はこの加算値を、用紙無しと
判定するための３ビットの下位比較値と比較するための
ものである。マグニチュードコンパレータ６６はこの加
算値を、用紙有りと判定するための３ビットの上位比較
値と比較するためのものである。これらのマグニチュー
ドコンパレータ６５，６６の出力側にはＪ‐Ｋ型のフリ
ップフロップ６７が接続されている。具体的には、マグ
ニチュードコンパレータ６６へ入力される加算値が上位
比較値よりも大きいときにフリップフロップ６７がセッ
トされ、マグニチュードコンパレータ６５へ入力される
加算値が下位比較値よりも小さいときにフリップフロッ
プ６７がリセットされ、さらに、加算値が下位比較値以
上で上位比較値以下の場合にはフリップフロップ６７は
以前の状態を維持する。これにより、この判定出力手段
６１も前述した判定出力手段４０と同様の機能を果た
す。

【００４２】なお、本実施例の検出装置は、一例とし
て、プリンタにおいて用紙２の有無を検出する用紙検出
センサに用いた例を示したが、このような適用例に限ら
れないのはもちろんであり、各種分野における検出系に
適用できる。また、本実施例の検出装置のセンサ系もＬ
ＥＤ３とフォトトランジスタ４との対による反射型光セ
ンサ１の例で説明したが、このようなセンサ系に限られ
ないのはもちろんである。例えば、物理的エネルギーと
して光を放出するＬＥＤ３に代えて、音、熱、振動、圧
力、その他の何らか物理的エネルギーを放出する送信器
を用いたものでよい。受信変換器としては、送信器と対
をなすものであり、送信器の放出する物理的エネルギー
の種類に応じたものが適宜用いられる。この場合、被検
出物の状態に応じた受信状態となるように、送信器と受
信変換器とを組み合せればよい。即ち、本実施例の場合
は反射型光センサ１であるので、被検出物による反射の
有無によって受信する光量（物理的エネルギー量）が変
化するように組み合せられているが、上述のように扱う
物理的エネルギーの種類に応じて、被検出物でこの物理
的エネルギーが例えば遮蔽、吸収、偏向、減衰、位相変
換されるような形態で変化を検出するようにしてもよ
い。

【００４３】

【発明の効果】請求項１記載の発明の検出装置によれ
ば、光、音などの物理的エネルギーを送出させる送信器
と、この送信器と対をなし、反射、遮蔽などの被検出物
の状態に応じた量の物理的エネルギーを受信して電気的
信号に変換する受信変換器と、この受信変換器で受信変
換された電気的信号を増幅する増幅器と、この増幅器に
より増幅された電気的信号を基準値と比較して２値の検
出信号を出力する比較器と、前記送信器による物理的エ
ネルギーの送出量、前記受信変換器の受信感度、前記増
幅器の増幅率、前記比較器の基準値なる回路定数の少な
くとも１つを電気的に自在に可変させるセンサ感度可変
手段と、センサ感度設定時にこのセンサ感度可変手段に
よる回路定数の可変操作を行ってその適正値を決定して
不揮発性メモリに記憶させるとともに、電源投入等の初
期時に前記不揮発性メモリから前記適正値を読み出して
該当する前記センサ感度可変手段の回路定数を設定させ
る制御手段とを備えた構成としたので、センサ感度設定
時には制御手段による制御によってセンサ感度可変手段
を自動的に可変操作させてセンサ感度が適正となる適正
値を見い出すことができ、このような適正値を不揮発性
メモリに記憶させておき、本来の使用時にはその電源投
入等の初期時に制御手段によって自動的に適正値をもた
らす可変値を不揮発性メモリから読み出して、該当する
センサ感度可変手段の回路定数が適正値となる可変操作
を実行して自動調整が行われるため、センサ感度の最適
なる状態で使用することができ、よって、ばらつきの大
きなセンサ系であっても支障なく使用でき、ひいては、
センサ系に高精度さを要しないことになり低コスト化を
図ることもできる。

【００４４】請求項２記載の発明の検出装置によれば、
光、音などの物理的エネルギーを送出させる送信器と、
この送信器を間欠動作させる間欠駆動手段と、この間欠
駆動手段による間欠動作の周期を電気的に可変させる周
期可変手段と、前記送信器と対をなし、反射、遮蔽など
の被検出物の状態に応じた量の物理的エネルギーを受信
して電気的信号に変換する受信変換器と、この受信変換
器で受信変換された電気的信号を前記送信器の間欠動作
に同期させて保持する同期保持手段とを備えた構成とし
たので、状況に応じて間欠動作の周期を自在に設定で
き、よって、検出動作に支障ない期間中には送信器の駆
動を稀れなものとすることができ、送信器の寿命を延ば
すことができるとともに、その消費電力も極力減らすこ
とができる。

【００４５】請求項３記載の発明の検出装置によれば、
請求項２記載の発明の検出装置の構成において、同期保
持手段を送信器の間欠動作に同期させた時系列出力信号
として順次保持する手段とし、この同期保持手段に保持
された時系列出力信号中の有効数に応じて被検出物の有
無を判定する判定出力手段を備えた構成としたので、チ
ョッパ駆動方式においても、外乱ノイズによって生じた
入力レベルの一時的な変化が長い時間保持されたまま検
出出力に影響を及ぼすようなことがなくなり、ノイズの
影響の少ない検出出力を得ることができる。

【００４６】請求項４記載の発明の検出装置によれば、
請求項３記載の発明の検出装置の構成に加えて、時系列
出力信号に対してその時系列に応じた重みを付与する重
み付与手段を備えた構成としたので、より最新の出力信
号の重みを大きくすることにより、検出出力に対するよ
り最新の出力信号の寄与の割合を大きくすることがで
き、被検出物の検出速度をより速くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】プリンタの電装制御系の構成例を示す概略ブロ
ック図である。

【図３】パルス幅変調発振器の構成例を示すブロック図
である。

【図４】その動作を示すタイムチャートである。

【図５】パルス幅変調発振器の変形例を示すブロック図
である。

【図６】その動作を示すタイムチャートである。

【図７】判定出力手段の変形例を示すブロック図であ
る。

【図８】従来例を示す回路構成図である。

【図９】チョッパ駆動方式の従来例を示す回路構成図で
ある。

【図１０】その動作を示すタイムチャートである。

【図１１】ＬＥＤのせん頭順電流‐デューティ比特性図
である。

【符号の説明】

２ 被検出物 ３ 送信器 ４ 受信変換器 ２１ 制御手段 ２５ 不揮発性メモリ ３１ 間欠駆動手段 ３２ 増幅器 ３３ センサ感度可変手段 ３４ 同期保持手段 ４０ 判定出力手段 ４１〜４５ 周期可変手段 ５１ 間欠駆動手段 ６１ 判定出力手段 Ｒ₁₂〜Ｒ₁₅ 重み付与手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｖ 8/12 9406−2Ｇ Ｇ０１Ｖ 9/04 Ｋ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光、音などの物理的エネルギーを送出さ
   せる送信器と、 この送信器と対をなし、反射、遮蔽などの被検出物の状
   態に応じた量の物理的エネルギーを受信して電気的信号
   に変換する受信変換器と、 この受信変換器で受信変換された電気的信号を増幅する
   増幅器と、 この増幅器により増幅された電気的信号を基準値と比較
   して２値の検出信号を出力する比較器と、 前記送信器による物理的エネルギーの送出量、前記受信
   変換器の受信感度、前記増幅器の増幅率、前記比較器の
   基準値なる回路定数の少なくとも１つを電気的に自在に
   可変させるセンサ感度可変手段と、 センサ感度設定時にこのセンサ感度可変手段による回路
   定数の可変操作を行ってその適正値を決定して不揮発性
   メモリに記憶させるとともに、電源投入等の初期時に前
   記不揮発性メモリから前記適正値を読み出して該当する
   前記センサ感度可変手段の回路定数を設定させる制御手
   段と、 を備えたことを特徴とする検出装置。
2. 【請求項２】 光、音などの物理的エネルギーを送出さ
   せる送信器と、 この送信器を間欠動作させる間欠駆動手段と、 この間欠駆動手段による間欠動作の周期を電気的に可変
   させる周期可変手段と、 前記送信器と対をなし、反射、遮蔽などの被検出物の状
   態に応じた量の物理的エネルギーを受信して電気的信号
   に変換する受信変換器と、 この受信変換器で受信変換された電気的信号を前記送信
   器の間欠動作に同期して保持する同期保持手段と、 を備えたことを特徴とする検出装置。
3. 【請求項３】 同期保持手段を送信器の間欠動作に同期
   させた時系列出力信号として順次保持する手段とし、こ
   の同期保持手段に保持された時系列出力信号中の有効数
   に応じて被検出物の有無を判定する判定出力手段を備え
   たことを特徴とする請求項２記載の検出装置。
4. 【請求項４】 時系列出力信号に対してその時系列に応
   じた重みを付与する重み付与手段を備えたことを特徴と
   する請求項３記載の検出装置。