TWI815632B - 媒體厚度偵測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種媒體厚度偵測裝置包含：一發光元件；一定電流控制電路，以定電流的方式控制發光元件持續一照射時間發出一光線穿過一媒體；一收光元件，接收穿過媒體的光線而獲得一類比信號；一接收電路，用於接收類比信號；一最大值保持電路，保持類比信號的一最大值；一類比數位轉換電路，讀取類比信號的最大值，並將類比信號的最大值轉換成一數位信號；一重置電路，用於重置最大值保持電路；以及一處理器，控制定電流控制電路、重置電路及類比數位轉換電路的運作，並且於媒體的規格未知的情況下，依據數位信號判斷媒體的一厚度。

Description

媒體厚度偵測裝置
本發明是有關於一種媒體厚度偵測裝置，且特別是有關於一種利用暫態式光線發射及接收，以達成穩定的媒體厚度偵測的媒體厚度偵測裝置。
現今的印表機或多功能事務機，都配備有紙張尺寸偵測器來偵測紙張的尺寸，以選擇適當尺寸的紙張進行列印。對於紙張厚度的偵測方面，有一種多重進紙感測器(multi-feed sensor)，主要用於偵測多重進紙，以避免卡紙的狀況。可以使用超音波的方式來偵測紙張的厚度，以穩定發出的超音波穿透紙張後的穿透波，讓超音波接收器接收。藉由穿透波的信號衰減，即可求得紙張的厚度。這種偵測方式在厚度偵測的精度及穩定性不高，對於日益精進的列印需求而言，譬如依據紙張厚度來控制列印參數，著實需要更進一步的改良空間。
因此，本發明的一個目的是提供一種媒體厚度偵測裝置，利用暫態式光線發射及接收，可以達成穩定的媒體厚度偵測，亦可達成自我學習的厚度偵測校正，以供產品出廠前校正或日後保養校正使用。
為達上述目的，本發明提供一種媒體厚度偵測裝置，包含：一發光元件；一定電流控制電路，電連接至發光元件，並以定電流的方式控制發光元件持續一照射時間發出一光線穿過一媒體；一收光元件，接收穿過媒體的光線而獲得一類比信號；一接收電路，電連接至收光元件，用於接收類比信號；一最大值保持電路，電連接至接收電路，並保持類比信號的一最大值；一類比數位轉換電路，電連接至最大值保持電路，讀取類比信號的最大值，並將類比信號的最大值轉換成一數位信號；一重置電路，電連接至最大值保持電路，用於重置最大值保持電路；以及一處理器，電連接至定電流控制電路、重置電路及類比數位轉換電路，用於控制定電流控制電路、重置電路及類比數位轉換電路的運作，且處理器於媒體的規格未知的情況下，依據數位信號判斷媒體的一厚度。
藉由上述的實施例，可以提供一種媒體厚度偵測裝置，提供穩定及精確的偵測結果。再者，利用學習模式，可以減少譬如光電感測器的收光元件因為製程變異性所造成的偵測結果的誤差問題。利用精確的偵測結果，可以提供譬如列印或其他處理的參數的更精準控制，提升列印或其他效果。
為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1顯示依據本發明較佳實施例的媒體厚度偵測裝置的方塊圖。圖2顯示圖1的媒體厚度偵測裝置的偵測模式下的操作時序圖。如圖1與圖2所示，本實施例提供一種媒體厚度偵測裝置100，包含一發光元件10、一定電流控制電路20、一收光元件30、一接收電路40、一最大值保持電路50、一類比數位轉換電路60、一重置電路70以及一處理器80。於一例子中，處理器80可以包含一重置模組81、一保持模組82、一讀取模組83、一延遲模組84、一重複模組85、一判斷模組86、一學習模組87、一選擇模組88以及一設定模組89。這些模組可以以具有程式碼的韌體或硬體電路的方式來實施。
於本實施例中，定電流控制電路20電連接至發光元件10，接收電路40電連接至收光元件30，最大值保持電路50電連接至接收電路40，類比數位轉換電路60電連接至最大值保持電路50，重置電路70電連接至最大值保持電路50，且處理器80電連接至定電流控制電路20、重置電路70及類比數位轉換電路60。於另一實施例中，處理器80也可以電連接至接收電路40，用於控制接收電路40進行接收並重置。處理器80具有一偵測模式及一學習模式，以下先說明偵測模式。
定電流控制電路20以定電流的方式控制發光元件10持續一照射時間T1發出一光線L穿過一媒體M。收光元件30接收穿過媒體M的光線L而獲得一類比信號SA。接收電路40用於接收類比信號SA。最大值保持電路50保持類比信號SA的一最大值VM。類比數位轉換電路60讀取類比信號SA的最大值VM，並將類比信號SA的最大值VM轉換成一數位信號SD。重置電路70用於重置最大值保持電路50。於一例子中，最大值保持電路50於類比數位轉換電路60讀取類比信號SA的最大值VM以後以及發光元件10發出光線L以前將最大值保持電路50重置。處理器80用於控制定電流控制電路20、重置電路70及類比數位轉換電路60的運作，且處理器80於媒體M的規格未知的情況下，也就是於偵測模式下，依據數位信號SD判斷媒體M的一厚度。
於本實施例中，發光元件10為紅外光發射器，收光元件30為光電電晶體(Photo Transistor)，但並未將本發明限制於此。本發明主要是利用光線發射及接收的暫態特性，當媒體M的透光性高時，收光元件30的電壓上升速度快，當媒體M的透光性低時，收光元件30的電壓上升速度慢。利用此關係，給予一預定的曝光時間，對應於兩種不同的媒體會使得收光元件30產生電壓差異，依據此電壓差異來求得媒體的厚度。
實際運作時，處理器80依序執行以下動作：重置模組81執行動作(a)以控制重置電路70重置最大值保持電路50；保持模組82執行動作(b)以開啟定電流控制電路20控制發光元件10持續照射時間T1發出光線L後關閉發光元件10，以讓最大值保持電路50保持類比信號SA的最大值VM，並讓類比數位轉換電路60產生數位信號SD；以及讀取模組83執行動作(c)以通過類比數位轉換電路60讀取數位信號SD。於一例子中，最大值保持電路50可以由二極體及電容器來實施。可以理解的，可以透過媒體偵測器(未顯示)偵測到媒體M即將進入饋送通道而到達發光元件10與收光元件30的工作區(偵測區)，於預定的時間啟動發光元件10與收光元件30進行運作。首先，處理器80於時間點t1至t2以最大值清除信號MHC控制重置電路70送出一個高電位的脈衝(持續約1毫秒(ms))。然後處理器80於時間點t3至t4以電源控制信號IPC控制定電流控制電路20驅動發光元件10發光持續照射時間T1(譬如是100至200μs)，然後關斷定電流控制電路20，使發光元件10不發光，此時，收光元件30的輸出信號SO會於時間點t3到t4逐漸上升，然後於時間點t4至t5逐漸下降。最大值保持電路50的最大值保持信號MH的位準於時間點t3到t4之間也是逐漸上升到一最大值，然後維持於最大值。處理器80於時間點t5透過類比數位轉換電路60讀取最大值保持信號MH的最大值。為了取得多點的量測結果，以避免媒體的局部差異性影響偵測結果，可以取多點偵測的方式。譬如，處理器80在第一次(時間點t5)偵測後，於時間點t6重新啟動第二次偵測，並於時間點t7透過類比數位轉換電路60讀取最大值保持信號MH的最大值，以得到第二次的偵測結果，依此類推，可以取得多點(譬如10點)的偵測結果。於一例子中，可以取多點偵測結果的平均值當作整體偵測結果，當然亦可以剔除差異大的偵測值，於此不作特別限制。因此，處理器80的延遲模組84在上述動作(c)以後，延遲一段時間(譬如每次量測週期為50ms)，然後重複模組85控制重置模組81、保持模組82及讀取模組83重複動作(a)至(c)，以獲得另一數位信號SD，讓處理器80的判斷模組86可以依據此些數位信號SD判斷媒體M的厚度，獲得更為穩定的結果。
圖3顯示圖1的媒體厚度偵測裝置的學習模式下的操作時序圖。如圖1與圖3所示，於學習模式下，也就是於媒體M的規格已知的情況下，可以採用70克/平方公尺(Grams Per Square Meter，GSM)的紙張或具有與70GSM紙張相當的穿透率的遮光片放在發光元件10與收光元件30的光路之間進行收光動作，處理器80的學習模組87依據數位信號SD調整照射時間T1到一設定時間，並將設定時間儲存至媒體厚度偵測裝置100的一儲存器90中。實際產品生產或進廠維修時，經由人為觸發或自動觸發，選擇模組88選擇讓處理器80先進入學習模式以獲得設定時間，然後進入偵測模式，以從儲存器90讀取設定時間當作照射時間T1。
處理器80於學習模式下依序執行以下動作：重置模組執行動作(a)以控制重置電路70重置最大值保持電路50；保持模組執行動作(b)以開啟定電流控制電路20控制發光元件10持續照射時間T1發出光線L後關閉發光元件10，以讓最大值保持電路50保持類比信號SA的最大值VM，並讓類比數位轉換電路60產生數位信號SD；讀取模組83執行動作(c)以通過類比數位轉換電路60讀取數位信號SD；以及重複模組85執行動作(d)以判斷數位信號SD是否落在一預定位準範圍內，若是則將照射時間T1當作設定時間，若否則改變照射時間T1，譬如加長(或縮短)為照射時間T2，並重複動作(a)到(d)。
於一例子中，採用70GSM的紙張當作媒體M，設定模組89在收光元件30的跨壓為3.3伏特的情況下，以最大值VM實質上等於2.0伏特所對應的數位信號SD的數位值(以10位元的ADC而言，2.0伏特對應於1024*2/3.3=621)所對應的照射時間T1當作設定時間。依據此設定時間，於偵測模式下測得的數位信號SD小於或等於2.2伏特的媒體M的厚度對應至70GSM的紙張的厚度或更厚的紙張的厚度，而於偵測模式下測得的數位信號SD大於2.2伏特的媒體M的厚度對應至60GSM的紙張的厚度或更薄的紙張的厚度。
再次參見圖1，媒體厚度偵測裝置100可以更包含一導光元件95，導光元件95設置於媒體M的一側，而發光元件10與收光元件30設置於媒體M的另一側，導光元件95導引光線L，使得來自發光元件10的光線L穿過媒體M兩次後進入收光元件30，以放大媒體M的阻光特性，獲得更精確的結果。導光元件95具有一入口端96及一出口端97，光線L從發光元件10穿透媒體M進入入口端96，並從出口端97射出穿透媒體M進入收光元件30。可以理解的，導光元件95並非是實施本發明的必要元件，因為發光元件10與收光元件30亦可位於媒體M的兩側，進行直接偵測。
圖4顯示圖1的媒體厚度偵測裝置的操作流程圖。如圖4所示，首先於步驟S01，進入模式選擇流程，可以提供一選擇介面、切換開關等讓使用者選擇，亦可自動選擇，譬如當沒有任何學習的設定時間時，自動進入學習模式。接著，當偵測模式被選擇時，於步驟S02執行動作(a)，接著於步驟S03執行動作(b)，然後於步驟S04執行動作(c)，接著於步驟S05判斷偵測是否完成，譬如是否偵測失敗或是否得到預定範圍內的資料等等。如果偵測完成的話，結束偵測，如果偵測尚未完成，則進入步驟S06，延遲一段時間，再回到步驟S02，反覆進行，直到結束為止。當學習模式被選擇時，於步驟S07執行動作(a)，接著於步驟S08執行動作(b)，然後於步驟S09執行動作(c)，接著於步驟S10判斷設定是否完成，譬如是否設定失敗或是否得到預定範圍內的資料等等，如上述動作(d)，判斷數位信號SD是否落在一預定位準範圍內。如果設定完成的話，結束設定，如果設定尚未完成，則進入步驟S11，改變照射時間，再回到步驟S07，反覆進行，直到結束為止。
於另一實施例中，當媒體M為單面回收廢紙時，由於光線可能會被廢紙上的碳粉或油墨阻擋，因此可以進行多點的偵測，再取一段時間的較高或最高位準的數位信號SD當作厚度判斷的依據，提高厚度判斷的精度及穩定度。
藉由上述實施例，可以提供一種媒體厚度偵測裝置，提供穩定及精確的偵測結果。再者，利用學習模式，可以減少譬如光電感測器的收光元件因為製程變異性所造成的偵測結果的誤差問題。亦可達成自我學習的厚度偵測校正，以供產品出廠前校正或日後保養校正使用。利用精確的偵測結果，可以提供譬如列印或其他處理的參數(譬如媒體饋送速度、定影功率、噴墨流量、噴墨處理溫度等)的更精準控制，提升列印或其他效果。
在較佳實施例的詳細說明中所提出的具體實施例僅用以方便說明本發明的技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明的精神及申請專利範圍的情況下，所做的種種變化實施，皆屬於本發明的範圍。
IPC:電源控制信號 L:光線 M:媒體 MH:最大值保持信號 MHC:最大值清除信號 S01~S11:步驟 SA:類比信號 SD:數位信號 SO:輸出信號 t1~t7:時間點 T1:照射時間 T2:照射時間 VM:最大值 10:發光元件 20:定電流控制電路 30:收光元件 40:接收電路 50:最大值保持電路 60:類比數位轉換電路 70:重置電路 80:處理器 81:重置模組 82:保持模組 83:讀取模組 84:延遲模組 85:重複模組 86:判斷模組 87:學習模組 88:選擇模組 89:設定模組 90:儲存器 95:導光元件 96:入口端 97:出口端 100:媒體厚度偵測裝置
［圖1］顯示依據本發明較佳實施例的媒體厚度偵測裝置的方塊圖。 ［圖2］顯示［圖1］的媒體厚度偵測裝置的偵測模式下的操作時序圖。 ［圖3］顯示［圖1］的媒體厚度偵測裝置的學習模式下的操作時序圖。 ［圖4］顯示［圖1］的媒體厚度偵測裝置的操作流程圖。
L:光線
M:媒體
SA:類比信號
SD:數位信號
VM:最大值
10:發光元件
20:定電流控制電路
30:收光元件
40:接收電路
50:最大值保持電路
60:類比數位轉換電路
70:重置電路
80:處理器
81:重置模組
82:保持模組
83:讀取模組
84:延遲模組
85:重複模組
86:判斷模組
87:學習模組
88:選擇模組
89:設定模組
90:儲存器
95:導光元件
96:入口端
97:出口端
100:媒體厚度偵測裝置

Claims (9)

  1. 一種媒體厚度偵測裝置，包含：一發光元件；一定電流控制電路，電連接至該發光元件，並以定電流的方式控制該發光元件持續一照射時間發出一光線穿過一媒體；一收光元件，接收穿過該媒體的光線而獲得一類比信號；一接收電路，電連接至該收光元件，用於接收該類比信號；一最大值保持電路，電連接至該接收電路，並保持該類比信號的一最大值；一類比數位轉換電路，電連接至該最大值保持電路，讀取該類比信號的該最大值，並將該類比信號的該最大值轉換成一數位信號；一重置電路，電連接至該最大值保持電路，用於重置該最大值保持電路；以及一處理器，電連接至該定電流控制電路、該重置電路及該類比數位轉換電路，用於控制該定電流控制電路、該重置電路及該類比數位轉換電路的運作，且該處理器於該媒體的規格未知的情況下，依據該數位信號判斷該媒體的一厚度，其中該處理器包含一重置模組、一保持模組及一讀取模組，其中：該重置模組執行動作(a)以控制該重置電路重置該最大值保持電路；該保持模組執行動作(b)以開啟該定電流控制電路控制該發光元件持續該照射時間發出該光線後關閉該發光元件，以讓該最大值保持電路保持該類比信號的該最大值，並讓該類比數位轉換電路產生該數位信號；以及 該讀取模組執行動作(c)以通過該類比數位轉換電路讀取該數位信號。
  2. 如請求項1所述的媒體厚度偵測裝置，其中該處理器更包含一延遲模組，用於在該動作(c)以後，延遲一段時間；以及一重複模組，控制該重置模組、該保持模組及該讀取模組重複該等動作(a)至(c)，以獲得另一數位信號。
  3. 如請求項2所述的媒體厚度偵測裝置，其中該處理器更包含一判斷模組，依據該等數位信號判斷該媒體的該厚度。
  4. 如請求項1所述的媒體厚度偵測裝置，其中該處理器更包含一判斷模組及一學習模組，並具有一偵測模式及一學習模式，於該偵測模式下，該判斷模組依據該數位信號判斷該媒體的該厚度，而該學習模式下，該學習模組於該媒體的規格已知的情況下，依據該數位信號調整該照射時間到一設定時間，並將該設定時間儲存至一儲存器中。
  5. 如請求項4所述的媒體厚度偵測裝置，其中該處理器更包含一選擇模組，該選擇模組選擇讓該處理器先進入該學習模式以獲得該設定時間，然後進入該偵測模式，以從該儲存器讀取該設定時間當作該照射時間。
  6. 如請求項4所述的媒體厚度偵測裝置，其中該處理器更包含一重複模組，其中於該學習模式下：該重置模組執行該動作(a)；該保持模組執行該動作(b)；該讀取模組執行該動作(c)；以及 該重複模組執行動作(d)判斷該數位信號是否落在一預定位準範圍內，若是則將該照射時間當作該設定時間，若否則改變該照射時間，並重複該等動作(a)到(d)。
  7. 如請求項6所述的媒體厚度偵測裝置，其中該處理器更包含一設定模組，用於在該收光元件的跨壓為3.3伏特的情況下，以該最大值實質上等於2.0伏特的所對應的該照射時間當作該設定時間。
  8. 如請求項1所述的媒體厚度偵測裝置，更包含一導光元件，其中該導光元件設置於該媒體的一側，而該發光元件與該收光元件設置於該媒體的另一側，該導光元件導引該光線，使得來自該發光元件的該光線穿過該媒體兩次後進入該收光元件，以放大該媒體的阻光特性。
  9. 如請求項8所述的媒體厚度偵測裝置，其中該導光元件具有一入口端及一出口端，該光線從該發光元件穿透該媒體進入該入口端，並從該出口端射出穿透該媒體進入該收光元件。
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