專利名稱：反射型光學(xué)傳感器、托架和數(shù)據(jù)處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有光發(fā)射元件和光接收元件以探測物體的反射型光學(xué)傳感器，能夠在被探測物體上方移動的托架，以及在物體移動的同時對物體進(jìn)行數(shù)據(jù)控制過程的數(shù)據(jù)處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
諸如在日本未審查專利申請公開No.HEI-6-222156中所披露的反射型光學(xué)傳感器在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是已知的，它們具有光發(fā)射元件和光接收元件以探測物體。相對于物體來講，反射型光學(xué)傳感器的光發(fā)射元件和光接收元件放置在不同的角度。光發(fā)射元件以預(yù)定的入射角將光束發(fā)射到物體上，而光接收元件通過接收從物體反射回來的光來探測物體的存在。
為了使從光發(fā)射元件發(fā)射的光能夠很容易地反射到光接收元件上，構(gòu)造反射型光學(xué)傳感器使之具有高方向性(窄光束彌散)的光發(fā)射元件和高方向性(窄光接收角)的光接收元件。

發(fā)明內(nèi)容
通過將反射型光學(xué)傳感器安裝在托架上，托架例如可以在物體上方移動，從而反射型光學(xué)傳感器能夠探測物體。當(dāng)使用移動機(jī)構(gòu)移動物體時，反射型光學(xué)傳感器也可以用在對物體執(zhí)行數(shù)據(jù)控制過程的數(shù)據(jù)處理設(shè)備中。
但是，在前述專利申請公開的反射型光學(xué)傳感器中，發(fā)射光入射角的略微變化會導(dǎo)致反射光角度的很大變化，使得光接收元件不能接收到反射光。因此，必須精確設(shè)定光發(fā)射元件和光接收元件相對于物體的位置(角度)以使得光發(fā)射元件的入射角等于光接收元件的接收角。但是，即使在定位時只有很小的誤差也能夠極大地影響探測誤差，并且很難精確定位元件。
另外，在本領(lǐng)域中存在具有低方向性的光發(fā)射元件和光接收元件(發(fā)射光具有寬光束彌散和寬接收角)，這些元件便宜并且在定位角度時允許較大的誤差。如果用這些光發(fā)射元件和光接收元件構(gòu)造反射型光學(xué)傳感器，這種設(shè)想的反射型光學(xué)傳感器能夠抑制由角度定位誤差引起的探測精度減小并且具有較低的成本。
但是，用具有低方向性的光發(fā)射元件和光接收元件構(gòu)造的設(shè)想的反射型光學(xué)傳感器能夠在較寬的區(qū)域內(nèi)探測物體。當(dāng)需要的探測區(qū)域較窄時，就會降低探測精度。更具體地說，利用低方向性元件的設(shè)想的反射型光學(xué)傳感器由于其光發(fā)射元件發(fā)射的光束在很寬的范圍內(nèi)彌散，同時光接收元件在很寬的角度內(nèi)接收光，探測結(jié)果會受到從想要的探測區(qū)域外部的區(qū)域中反射回來的干擾光的很強(qiáng)影響。這種干擾會降低反射型光學(xué)傳感器的探測精度。
由于受到想要的探測區(qū)域外部的區(qū)域中的干擾，具有這種反射型光學(xué)傳感器的托架或數(shù)據(jù)處理設(shè)備的探測精度較低。因此，在探測物體的定位時，托架或數(shù)據(jù)處理設(shè)備的精度不好。
另外，當(dāng)光發(fā)射元件和光接收元件以不同的角度對著物體時，具有這種結(jié)構(gòu)的反射型光學(xué)傳感器必須被構(gòu)造成具有較大的容積以保證有足夠的內(nèi)部空間來容納這樣布置的元件。當(dāng)傳感器較大時，傳感器的應(yīng)用范圍就受到限制，這是因為例如可以用來安裝傳感器的空間是有限的。
考慮到前面的問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種反射型光學(xué)傳感器，它能夠抑制由于元件角度定位的誤差所引起的探測精度減小，同時保證成本較低，并且能夠抑制由于外部干擾所引起的探測精度減小，同時可以被制造成具有較小的尺寸。
本發(fā)明的另一個目的是提供設(shè)有這種類型的反射型光學(xué)傳感器的托架和數(shù)據(jù)處理設(shè)備。
為了達(dá)到上面的和其它的目的，本發(fā)明提供一種探測物體的反射型光學(xué)傳感器，傳感器包括一個光發(fā)射元件，它具有在預(yù)定方向上延伸的中心軸線，該預(yù)定方向在大致與被探測物體的表面正交的方向上延伸，光發(fā)射元件還具有光發(fā)射部分，光發(fā)射部分向物體表面發(fā)射探測光，向物體表面?zhèn)鞑サ奶綔y光在物體上限定了一個照射區(qū)域；一個光接收元件，它具有與光發(fā)射元件中心軸線平行的中心軸線，還具有一個光接收部分，它接收從物體上一個反射區(qū)域反射回來的反射光，反射區(qū)域和照射區(qū)域在物體表面的一個重疊區(qū)域重疊；和一個限制件，它具有一個限定了一個孔的限制部分，這個孔允許一部分探測光和一部分反射光從孔中通過，限制部分限制孔的尺寸以減小物體表面上重疊區(qū)域的面積。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供一種托架，它在物體上方移動并且探測物體，托架包括一個移動件，它在物體上方移動；和一個探測單元，它設(shè)在移動件的上面并且探測物體以確定物體的位置，探測單元包括一個反射型光學(xué)傳感器，反射型光學(xué)傳感器包括一個光發(fā)射元件，它具有在預(yù)定方向上延伸的中心軸線，該預(yù)定方向在大致與被探測物體的表面正交的方向上延伸，光發(fā)射元件還具有光發(fā)射部分，光發(fā)射部分向物體表面發(fā)射探測光，向物體表面?zhèn)鞑サ奶綔y光在物體上限定了一個照射區(qū)域；一個光接收元件，它具有與光發(fā)射元件中心軸線平行的中心軸線，還具有一個光接收部分，它接收從物體上一個反射區(qū)域反射回來的反射光，反射區(qū)域和照射區(qū)域在物體表面的一個重疊區(qū)域重疊；和一個限制件，它具有一個限定了一個孔的限制部分，這個孔允許一部分探測光和一部分反射光從孔中通過，限制部分限制孔的尺寸以減小物體表面上重疊區(qū)域的面積。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供一種數(shù)據(jù)處理設(shè)備，包括一個移動件，它在物體上方移動；一個探測單元，它與移動件一起移動并且探測物體，探測單元包括一個探測物體一個邊沿的反射型光學(xué)傳感器，反射型光學(xué)傳感器包括一個光發(fā)射元件，它具有在預(yù)定方向上延伸的中心軸線，該預(yù)定方向在大致與被探測物體的表面正交的方向上延伸，光發(fā)射元件還具有光發(fā)射部分，光發(fā)射部分向物體表面發(fā)射探測光，向物體表面?zhèn)鞑サ奶綔y光在物體上限定了一個照射區(qū)域；一個光接收元件，它具有與光發(fā)射元件中心軸線平行的中心軸線，還具有一個光接收部分，它接收從物體上一個反射區(qū)域反射回來的反射光，反射區(qū)域和照射區(qū)域在物體表面的一個重疊區(qū)域重疊；和一個限制件，它具有一個限定了一個孔的限制部分，這個孔允許一部分探測光和一部分反射光從孔中通過，限制部分限制孔的尺寸以減小物體表面上重疊區(qū)域的面積；一個移動控制單元，它控制移動件以往復(fù)移動；一個物體移動單元，它在與移動控制單元控制移動件移動的方向所不同的方向上移動物體；和一個過程執(zhí)行單元，它與移動件一起移動，并且根據(jù)探測單元得到的探測結(jié)果執(zhí)行一個數(shù)據(jù)控制過程，數(shù)據(jù)控制過程至少包括數(shù)據(jù)添加過程和數(shù)據(jù)獲取過程中的一個，其中數(shù)據(jù)添加過程向物體添加數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取過程從物體獲取數(shù)據(jù)。


在附圖中圖1是示出多功能設(shè)備的透視圖，多功能設(shè)備配備了打印功能、復(fù)印功能、掃描功能、傳真功能和電話功能；圖2是示出多功能設(shè)備中打印機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平面圖；圖3是示出多功能設(shè)備中控制過程單元電結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖4是示出介質(zhì)傳感器橫截面結(jié)構(gòu)的解釋性視圖，其中介質(zhì)傳感器安裝在多功能設(shè)備中的托架(打印頭)上；圖5(a)是示出介質(zhì)傳感器目標(biāo)探測區(qū)域的解釋性視圖；
圖5(b)是示出主傳感器單元目標(biāo)探測區(qū)域的解釋性視圖；圖6(a)是示出介質(zhì)傳感器目標(biāo)探測區(qū)域的解釋性視圖，這時光發(fā)射元件和光接收元件在第一掃描方向上對齊；圖6(b)是進(jìn)行紙張邊沿探測的傳感器輸出的波形圖，這時介質(zhì)傳感器在第一掃描方向上移動，第一掃描方向就是光發(fā)射元件和光接收元件對齊的方向；圖6(c)是進(jìn)行紙張邊沿探測的傳感器輸出的波形圖，這時介質(zhì)傳感器在第二掃描方向上移動，第二掃描方向垂直于光發(fā)射元件和光接收元件對齊的方向；圖6(d)是示出介質(zhì)傳感器目標(biāo)探測區(qū)域的解釋性視圖，這時光發(fā)射元件和光接收元件在第二掃描方向上對齊；圖7示出了當(dāng)改變形成在罩部件中的孔的內(nèi)徑時所測量到的傳感器輸出值；圖8是示出改進(jìn)的介質(zhì)傳感器橫截面結(jié)構(gòu)的解釋性視圖，其中介質(zhì)傳感器設(shè)有改進(jìn)了的罩部件，罩部件上有兩個孔；和圖9是示出圖8中介質(zhì)傳感器的目標(biāo)探測區(qū)域的解釋性視圖。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的反射型光學(xué)傳感器、托架和數(shù)據(jù)處理設(shè)備，為了避免重復(fù)描述，將相同的附圖標(biāo)記賦予相似的部分和部件。
圖1是優(yōu)選實(shí)施例的多功能設(shè)備1的透視圖，本發(fā)明將應(yīng)用到這個設(shè)備上。多功能設(shè)備具有打印功能、復(fù)印功能、掃描功能、傳真功能和電話功能等。
如圖1所示，供紙單元2設(shè)在多功能設(shè)備1的后部。噴墨打印機(jī)3設(shè)在供紙單元2前面的下方。實(shí)施復(fù)印功能和傳真功能的掃描單元4設(shè)在打印機(jī)3的上面。排紙盤5設(shè)在打印機(jī)3的前側(cè)。操作板6設(shè)在掃描單元4前端的頂表面上。
供紙單元2包括傾斜壁部分66和伸出的紙張引導(dǎo)盤67，其中傾斜壁部分66保持紙張?zhí)幱趦A斜的位置，而紙張引導(dǎo)盤67則可拆卸地安裝在壁部66上?？梢詫⒍鄰埣埗询B在供紙單元2上。饋紙馬達(dá)65(見圖3)、饋紙輥(未示出)等建立在壁部66內(nèi)。當(dāng)饋紙馬達(dá)65驅(qū)動饋紙輥轉(zhuǎn)動時，饋紙輥向打印機(jī)3輸送一張紙。
下面更詳細(xì)地描述打印機(jī)3。圖2是示出了打印機(jī)3內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平面圖。
如圖2所示，打印機(jī)3包括打印頭10、托架11、引導(dǎo)機(jī)構(gòu)12、托架移動機(jī)構(gòu)13、紙張輸送機(jī)構(gòu)14和打印頭10的維護(hù)機(jī)構(gòu)15。打印頭10安裝在托架11上。引導(dǎo)機(jī)構(gòu)12支撐并且引導(dǎo)托架11使得托架11可以在掃描方向往復(fù)移動，掃描方向是圖2的左右方向。托架移動機(jī)構(gòu)13在左右方向移動托架11。紙張輸送機(jī)構(gòu)14輸送由供紙單元2所提供的紙張。
在打印機(jī)3中設(shè)有長方形支架16，它在左右方向上的尺寸較長而在前后方向上的尺寸較短。各種部件安裝在長方形支架16上，其中包括引導(dǎo)機(jī)構(gòu)12、托架移動機(jī)構(gòu)13、紙張輸送機(jī)構(gòu)14和維護(hù)機(jī)構(gòu)15。打印頭10和托架11也容納在長方形支架16的內(nèi)部使得它們能夠在左右方向上往復(fù)移動。
長方形支架16包括后板16a和前板16b。紙張引入口和紙張排出口(未示出)分別形成在后板16a和前板16b上。供紙單元2所提供的紙張通過紙張引入口被引入到長方形支架16內(nèi)，隨后利用紙張輸送機(jī)構(gòu)14將其輸送到長方形支架16的前面，最后通過紙張排出口被排出到多功能設(shè)備1前面的排紙盤5(圖1)上。具有多個肋的黑色壓盤17安裝在長方形支架16的底表面。當(dāng)紙張在黑色壓盤17上移動時，打印頭10在長方形支架16內(nèi)部的紙張上進(jìn)行打印操作。
打印頭10設(shè)有四組噴墨嘴10a-10d，它們指向下方。四種顏色的墨(黑、青、黃和洋紅)通過這些組噴墨嘴10a-10d向下噴到紙張上。由于這四組噴墨嘴10a-10d放置在打印頭10的底側(cè)，在圖2中用虛線表示它們的位置。
四種顏色的墨的墨盒21a-21d安裝在長方形支架16前側(cè)的墨盒固定器20上。墨盒21a-21d通過四條墨軟管22a-22d連接著打印頭10，這些墨軟管22a-22d通過長方形支架16以將四種顏色的墨中的每種提供給打印頭10。
左柔性印刷電路(FPC)23和右柔性印刷電路(FPC)24放置在長方形支架16的內(nèi)部。左FPC23與墨軟管22a、22b一起延伸并且和打印頭10連接。右FPC24與墨軟管22c、22d一起延伸并且和打印頭10連接。左FPC23和右FPC24包括多條信號線，這些信號線將打印頭10電連接到后面描述的控制過程單元70(示于圖3)上。
引導(dǎo)機(jī)構(gòu)12具有引導(dǎo)軸25和導(dǎo)軌26。引導(dǎo)軸25在長方形支架16后部的左右方向上延伸。引導(dǎo)軸25的左端和右端分別與長方形支架16的左板16c和右板16d連接在一起。導(dǎo)軌26在長方形支架16前部的左右方向上延伸。托架11的后端配合在引導(dǎo)軸25上以便能夠沿著引導(dǎo)軸滑動，同時托架11的前端與導(dǎo)軌26配合并且能夠沿著導(dǎo)軌滑動。
托架移動機(jī)構(gòu)13包括托架馬達(dá)30、驅(qū)動滑輪31、隨動滑輪32和皮帶33。托架馬達(dá)30安裝在長方形支架16的后板16a后側(cè)右端，并且馬達(dá)朝向前方。驅(qū)動滑輪31可轉(zhuǎn)動地支撐在后板16a的右端，并且被托架馬達(dá)30驅(qū)動以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。隨動滑輪32可轉(zhuǎn)動地支撐在后板16a的左端。皮帶33環(huán)繞滑輪31和32并且固定在托架11上。托架輸送編碼器39放置在托架馬達(dá)30的附近用來探測托架11(打印頭10)的移動(位置)。
紙張輸送機(jī)構(gòu)14包括紙張輸送馬達(dá)40、對準(zhǔn)輥41、驅(qū)動滑輪42、隨動滑輪43和皮帶44。紙張輸送馬達(dá)40向左安裝在左板16c的某個部分上，這個部分向后伸出到越過后板16a的位置。對準(zhǔn)輥41在長方形支架16中、引導(dǎo)軸25下面的左右方向上延伸。對準(zhǔn)輥41的左端和右端分別可轉(zhuǎn)動地支撐在左板16c和右板16d上。紙張輸送馬達(dá)40驅(qū)動驅(qū)動滑輪42使之轉(zhuǎn)動。隨動滑輪43與對準(zhǔn)輥41的左端連接在一起。皮帶44環(huán)繞滑輪42和43。當(dāng)驅(qū)動紙張輸送馬達(dá)40時，對準(zhǔn)輥41轉(zhuǎn)動并且在前后方向上、在壓盤17上輸送紙張。盡管在圖2中強(qiáng)調(diào)了對準(zhǔn)輥41，對準(zhǔn)輥41實(shí)際上放置在引導(dǎo)軸25的下面。
紙張輸送機(jī)構(gòu)14進(jìn)一步包括排紙輥45、隨動滑輪46、隨動滑輪47和皮帶48。排紙輥45在長方形支架16前部的左右方向上延伸。排紙輥45的左端和右端分別可轉(zhuǎn)動地支撐在左板16c和右板16d上。隨動滑輪46與隨動滑輪43整體設(shè)在一起。隨動滑輪47連接在排紙輥45的左端。皮帶48環(huán)繞滑輪46和47。當(dāng)驅(qū)動紙張輸送馬達(dá)40時，排紙輥45轉(zhuǎn)動并且向多功能設(shè)備1前面的排紙盤5排出紙張。
編碼器盤51固定在隨動滑輪43上。具有光發(fā)射單元和光接收單元的光斷續(xù)器52安裝在左板16c上，使得編碼器盤51放置在光發(fā)射單元和光接收單元之間。編碼器盤51和光斷續(xù)器52一起構(gòu)成了紙張輸送編碼器50。下面將描述的控制過程單元70根據(jù)來自紙張輸送編碼器50(更具體地說，來自光斷續(xù)器52)的探測信號控制對紙張輸送馬達(dá)40的驅(qū)動。
維護(hù)機(jī)構(gòu)15包括擦拭器15a、兩個罩15b和驅(qū)動馬達(dá)15c。擦拭器15a擦拭打印頭10的表面。每個罩15b可以密封噴墨嘴10a-10d中的兩組。驅(qū)動馬達(dá)15c驅(qū)動擦拭器15a和罩15b。擦拭器15a、罩15b和驅(qū)動馬達(dá)15c安裝在安裝板15d上。安裝板15d固定在長方形支架16底板下表面?zhèn)鹊挠也?。由于?5b放置在打印頭10的底側(cè)，虛線示出了在圖2中相反側(cè)的罩15b的位置。
如圖2所示，介質(zhì)傳感器68設(shè)在打印頭10的左端，它作為一個下游傳感器來探測紙張的前沿、尾沿和在寬度方向上的邊沿。介質(zhì)傳感器68是反射型光學(xué)傳感器，如圖4所示，它包括光發(fā)射元件82(光發(fā)射二極管)和光接收單元83(光電晶體管)，其中光發(fā)射元件82具有光發(fā)射部分82a，光接收單元83具有光接收部分83a。介質(zhì)傳感器68向下安裝在傳感器安裝單元10e上，傳感器安裝單元10e向打印頭10的左側(cè)伸出。當(dāng)托架11在托架移動方向上移動時，介質(zhì)傳感器68在托架移動方向上移動。當(dāng)介質(zhì)傳感器68位于紙張P內(nèi)區(qū)域的上面時，介質(zhì)傳感器68正對紙張P。當(dāng)介質(zhì)傳感器68位于紙張P外部區(qū)域的上面時，介質(zhì)傳感器68面對壓盤17。
另外，對準(zhǔn)傳感器69(見圖3)放置在紙張輸送方向上介質(zhì)傳感器68的上游(后面)，它作為一個上游傳感器探測紙張的存在和紙張的前沿和尾沿。更具體地說，對準(zhǔn)傳感器69安裝在頂蓋(未示出)的前端中，頂蓋設(shè)在供紙單元2中并且在供紙單元2中形成輸送通道。
可以將對準(zhǔn)傳感器69構(gòu)造機(jī)械傳感器，它具有探測器、光斷續(xù)器和扭轉(zhuǎn)彈簧。探測器伸入到紙張輸送通道中并且當(dāng)與紙張接觸時探測器轉(zhuǎn)動。光斷續(xù)器包括探測探測器轉(zhuǎn)動的光發(fā)射單元和光接收單元。扭轉(zhuǎn)彈簧促使探測器進(jìn)入紙張輸送通道中。保護(hù)部分整體形成在探測器上。當(dāng)探測器由于與紙張接觸而轉(zhuǎn)動時，保護(hù)部分變得位于光斷續(xù)器的光發(fā)射單元和光接收單元之間區(qū)域外部的區(qū)域。因此，當(dāng)光從光發(fā)射單元傳遞到光接收單元時，對準(zhǔn)傳感器69處于開狀態(tài)。由于在沒有輸送紙張時，扭轉(zhuǎn)彈簧促使探測器進(jìn)入紙張輸送通道中，保護(hù)部分這時位于光斷續(xù)器的光發(fā)射單元和光接收單元之間。因此，保護(hù)部分中斷光從光發(fā)射單元到光接收單元的傳遞，將對準(zhǔn)傳感器69放置在關(guān)狀態(tài)。
下面將詳細(xì)描述控制過程單元70。圖3是示出了控制過程單元70電結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
如圖3所示，控制過程單元70包括一個微處理器，微處理器具有CPU71，ROM72，RAM73和EEPROM74。對準(zhǔn)傳感器69、介質(zhì)傳感器68、紙張輸送編碼器50、操作板6和托架輸送編碼器39等電連接到控制過程單元70上。
控制過程單元70還電連接著驅(qū)動電路76a-76c和打印頭驅(qū)動電路76d。驅(qū)動電路76a-76c分別驅(qū)動饋紙馬達(dá)65、紙張輸送馬達(dá)40和托架馬達(dá)30。打印驅(qū)動電路76d驅(qū)動打印頭10?？刂七^程單元70還可以連接個人計算機(jī)77。
根據(jù)介質(zhì)傳感器68探測紙張P的結(jié)果，控制過程單元70向托架移動機(jī)構(gòu)13輸出托架控制命令信號，從而將托架11相對于紙張P的相對位置移動到靠近目標(biāo)相對位置的地方，而目標(biāo)相對位置根據(jù)所要打印的內(nèi)容來確定。為了沿著引導(dǎo)軸25往復(fù)移動托架11，托架移動機(jī)構(gòu)13根據(jù)所接收到的托架控制命令信號驅(qū)動托架馬達(dá)30，使得托架11相對于紙張P的相對位置趨近目標(biāo)相對位置。
下面將更詳細(xì)地描述介質(zhì)傳感器68的結(jié)構(gòu)。圖4是一個解釋性視圖，它示出了安裝在打印頭10(托架11)上的介質(zhì)傳感器68的橫截面結(jié)構(gòu)。圖4中示出的介質(zhì)傳感器68是相當(dāng)于從打印機(jī)3的后側(cè)觀測所得到的視圖。
如圖4所示，介質(zhì)傳感器68包括主傳感器單元80和罩85。主傳感器單元80呈圓柱形并且具有光發(fā)射元件82、光接收元件83和填充材料81。罩85呈圓柱形，它能夠容納主傳感器單元80。主傳感器單元80安裝在罩85的內(nèi)部。罩85具有底壁部分85a。
光發(fā)射元件82基本上是圓柱形并且具有中心軸線82c，它的外徑是2.2mm。光發(fā)射元件82具有一個半球形的軸端(圖4中的底端)。光發(fā)射元件82在半球形底端具有發(fā)射部分82a。發(fā)射部分82a大致位于中心軸線82c上。光發(fā)射元件82具有較低的方向性，即發(fā)射部分82a在較寬的角度中發(fā)射探測光。(發(fā)射角度對應(yīng)于方向性)。發(fā)射部分82a以較寬的發(fā)射角度向下發(fā)射探測光，即向壓盤17的方向。因此從發(fā)射部分82a發(fā)射出來的光在沿著中心軸線82c的方向向壓盤17傳播，同時以發(fā)射角度量彌散。當(dāng)紙張P位于介質(zhì)傳感器68下面并且位于壓盤17上面時，發(fā)射部分82a以較寬的發(fā)射角度向紙張P發(fā)射探測光。從發(fā)射部分82a發(fā)射出來的光在沿著中心軸線82c的方向向紙張P傳播，同時以發(fā)射角度量彌散。
光接收元件83基本上是圓柱形并且具有中心軸線83c，它的外徑是2.2mm。光接收元件83具有一個半球形的軸端(圖4中的底端)。光接收元件83在半球形底端具有光接收部分83a。光接收部分83a大致位于中心軸線83c上。光接收元件83具有較低的方向性，即光接收部分83a在較寬的角度內(nèi)接收光。(光接收角度對應(yīng)于方向性)。光接收部分83a在較寬的光接收角度內(nèi)接收外部的光。當(dāng)沒有紙張P位于介質(zhì)傳感器68的下面時，光接收部分83a接收從壓盤17上反射回來的、沿某個方向傳播并且到達(dá)光接收部分83a的光，這里的某個方向是指在以中心軸線83c為軸線、位于光接收元件83的光接收角度內(nèi)的方向。當(dāng)紙張P位于介質(zhì)傳感器68下面時，光接收部分83a接收從紙張P上反射回來的、沿某個方向傳播并且到達(dá)光接收部分83a的光，這里的某個方向是指在以中心軸線83c為軸線、位于光接收元件83的光接收角度內(nèi)的方向。
放置光發(fā)射元件82和光接收元件83使得它們的中心軸線82c和83c基本互相平行并且基本與壓盤17的上表面(探測表面)垂直或正交。當(dāng)紙張P位于壓盤17上時，中心軸線82c和中心軸線83c基本與紙張P的上表面(探測表面)垂直或正交。
在這個示例中，填充材料81用具有光屏蔽性質(zhì)的樹脂制造，并且在它的底部具有端面81a。例如，可以用彩色樹脂制造填充材料81。填充材料81支撐光發(fā)射元件82和光接收元件83，并且發(fā)射部分82a和光接收部分83a的中心在端面81a上暴露。發(fā)射部分82a和光接收部分83a放置在罩85內(nèi)，它們的中心位于端面81a上，之間的間隙是2.8mm。
如上所述，罩85具有底壁部分85a。另外，公共孔85b穿過底壁部分85a形成以允許探測光和反射光通過。形成底壁部分85a是為了縮小重疊區(qū)域，這里的區(qū)域是指兩個區(qū)域，即壓盤17(或紙張P)上能夠被光發(fā)射部分82a發(fā)射的探測光照射到的區(qū)域，和壓盤17(或紙張P)上的某個區(qū)域，從這個區(qū)域所反射回來的光能夠被光接收部分83a接收，所謂的區(qū)域重疊是指這兩個區(qū)域之間的重疊。公共孔85b為圓形，內(nèi)徑Xc是3.0mm。底壁部分85a的厚度Xd是1.0mm。底壁部分85a的內(nèi)表面與填充材料81的端面81a(光發(fā)射部分82a和光接收部分83a)之間的內(nèi)部間隙Xa設(shè)定為5.0mm。換言之，底壁部分85a的內(nèi)表面與光發(fā)射部分82a之間的間隙與底壁部分85a的內(nèi)表面與光接收部分83a之間的間隙彼此相等并且都設(shè)定為5.0mm。
介質(zhì)傳感器68安裝在打印頭10的傳感器安裝組件10e上。從底壁部分85a的外表面到一個假想平面的外部間隙Xb是5mm，壓盤17和紙張P位于這個假想平面上。介質(zhì)傳感器68安裝在傳感器安裝組件10e上使得公共孔85b與假想線85c對準(zhǔn)，假想線85c垂直或正交于壓盤17的表面(紙張P的表面)并且從線段L0的大致中心處延伸出來，線段L0連接發(fā)射部分82a的中心和光接收部分83a的中心。
下面參考圖5(a)和5(b)描述目標(biāo)探測區(qū)域的大小，目標(biāo)探測區(qū)域是指在這個區(qū)域內(nèi)的物體能夠被介質(zhì)傳感器68探測到。描述將示出在以下兩種情況下目標(biāo)探測區(qū)域的大小是不同的，即在主傳感器單元80與罩85組合在一起構(gòu)成介質(zhì)傳感器68的情況下和在罩85不遮蓋住主傳感器單元80的情況下。
圖5(a)是一個解釋性視圖，它示出了介質(zhì)傳感器68的目標(biāo)探測區(qū)域S1(主傳感器單元80與罩85組合在一起)。圖5(b)是一個解釋性視圖，它示出了主傳感器單元80自身的目標(biāo)探測區(qū)域S2。
如圖5(b)所示，在只有主傳感器單元80自身存在時，目標(biāo)探測區(qū)域S2是照射區(qū)域S2a與光接收區(qū)域S2b這兩個區(qū)域重疊部分所限定的區(qū)域，其中照射區(qū)域S2a是光發(fā)射元件82的探測光所照射到的區(qū)域，而光接收區(qū)域S2b是指從這個區(qū)域反射的光可以被光接收元件83接收到。在確定照射區(qū)域S2a時要根據(jù)光發(fā)射元件82的方向性(發(fā)射角度)，而在確定光接收區(qū)域S2b時要根據(jù)光接收元件83的方向性(光接收角度)。目標(biāo)探測區(qū)域S2、照射區(qū)域S2a和光接收區(qū)域S2b都定義在假想平面上，紙張P或壓盤17位于這個假想平面上。
如圖5(a)所示，目標(biāo)探測區(qū)域S1是照射區(qū)域S1a與光接收區(qū)域S1b這兩個區(qū)域重疊部分所限定的區(qū)域，其中照射區(qū)域S1a是光發(fā)射元件82的探測光所照射到的并且被公共孔85b所限制的區(qū)域，而光接收區(qū)域S1b是指從這個區(qū)域反射的、被公共孔85b調(diào)節(jié)的光可以被光接收元件83接收到。目標(biāo)探測區(qū)域S1、照射區(qū)域S1a和光接收區(qū)域S1b都定義在假想平面上，紙張P或壓盤17位于這個假想平面上。
由于介質(zhì)傳感器68設(shè)有罩85遮蓋住發(fā)射部分82a和光接收部分83a，從光發(fā)射元件82發(fā)射的光的角區(qū)域和光接收元件82能夠接收到的光的角區(qū)域都被限制。這樣，介質(zhì)傳感器68的目標(biāo)探測區(qū)域S1比主傳感器單元80的目標(biāo)探測區(qū)域S2小。
如果想要的探測區(qū)域(理想探測區(qū)域)較小，傳感器的目標(biāo)探測區(qū)域越大，傳感器就越容易受到理想探測區(qū)域外部干擾的影響，因此，會導(dǎo)致更大的探測誤差和更小的探測精度。在探測紙張P的邊沿時，理想探測區(qū)域是紙張P和紙張P外部區(qū)域(黑色壓盤17)之間的一條邊界線，這是一個非常小的區(qū)域。
如圖5(a)和5(b)所示，介質(zhì)傳感器68可以將目標(biāo)探測區(qū)域S1縮小到一個比主傳感器單元80自身的目標(biāo)探測區(qū)域S2小的區(qū)域。因此，在應(yīng)用到探測紙張P的邊沿時，介質(zhì)傳感器68可以防止探測精度的下降。
另外，介質(zhì)傳感器68安裝在打印頭10上的傳感器安裝單元10e上，這使得光發(fā)射元件82和光接收元件83與托架11的掃描方向(托架11的移動方向)對齊。
下面，參考圖6(a)-6(c)更詳細(xì)地描述目標(biāo)探測區(qū)域S1的形狀。
圖6(a)示出了介質(zhì)傳感器68的目標(biāo)探測區(qū)域S1，以及光發(fā)射元件82所發(fā)射的探測光的照射區(qū)域S1a和光接收元件83的光接收區(qū)域S1b。光發(fā)射元件82和光接收元件83與圖6(a)中的第一掃描方向?qū)R。目標(biāo)探測區(qū)域S1大致是橢圓形，在光發(fā)射元件82與光接收元件83對齊的方向上(圖中的左右方向)它具有尺寸(寬度)Lw，在與這個方向垂直的另一個方向上(圖中的上下方向)具有另一個尺寸(長度)Lh，在上下方向上光發(fā)射元件82與光接收元件83對齊。寬度Lw比長度Lh短。換言之，目標(biāo)探測區(qū)域S1在第一掃描方向上具有寬度Lw，在與第一掃描方向垂直的第二掃描方向上具有長度Lh。
圖6(b)示出了當(dāng)介質(zhì)傳感器68沿著第一掃描方向(圖6(a))移動時探測紙張P邊沿的傳感器輸出(光接收元件83的輸出)波形(第一傳感器輸出波形)，其中光發(fā)射元件82和光接收元件83放置在第一掃描方向上。圖6(c)示出了當(dāng)介質(zhì)傳感器68沿著第二掃描方向(圖6(a))移動時探測紙張P邊沿的傳感器輸出(光接收元件83的輸出)波形(第二傳感器輸出波形)，其中第二掃描方向與第一掃描方向垂直，而光發(fā)射元件82和光接收元件83放置在第一掃描方向上。在圖6(b)和圖6(c)中，縱軸示出了傳感器輸出值(電壓)，橫軸表示介質(zhì)傳感器68的移動量。
介質(zhì)傳感器68具有下述特征，即當(dāng)目標(biāo)探測區(qū)域S1中的物體顏色接近白色時傳感器的輸出值(電壓)變大，當(dāng)物體顏色接近黑色時輸出值變小。因此，當(dāng)紙張P位于目標(biāo)探測區(qū)域S1中時，介質(zhì)傳感器68的輸出轉(zhuǎn)換到高水平，當(dāng)紙張P不在目標(biāo)探測區(qū)域S1中而黑色壓盤17位于目標(biāo)探測區(qū)域S1中時，介質(zhì)傳感器68的輸出轉(zhuǎn)換到低水平。換言之，在探測到紙張P時介質(zhì)傳感器68的輸出轉(zhuǎn)換到高水平，在沒有探測到紙張P而是探測到黑色壓盤17時，輸出轉(zhuǎn)換到低水平。但是，當(dāng)紙張P和黑色壓盤17都出現(xiàn)在目標(biāo)探測區(qū)域S1中時，傳感器輸出值就根據(jù)每個部分所占據(jù)的區(qū)域比例來變化。
當(dāng)傳感器輸出在低水平和高水平之間變化的間隔(距離)寬度增加時，傳感器的響應(yīng)變慢并且紙張邊沿探測的誤差增加。
如圖6(b)和6(c)所示，第一傳感器輸出波形的輸出變化間隔W1比第二傳感器輸出波形的輸出變化間隔W2小。因此，在利用介質(zhì)傳感器68探測紙張P的邊沿時，通過在第一掃描方向上而不是在第二掃描方向上移動介質(zhì)傳感器68可以減小探測誤差，其中光發(fā)射元件82和光接收元件83在第一掃描方向上對齊。
在優(yōu)選實(shí)施例中，為了探測紙張P的左沿和右沿，介質(zhì)傳感器68的光發(fā)射元件82和光接收元件83沿著托架11的掃描方向?qū)R。也就是說，光發(fā)射元件82和光接收元件83在托架掃描方向(圖6(a)中的第一掃描方向)上對齊，并且在托架掃描方向(圖6(a)中的第一掃描方向)上被掃描。如圖6(b)所示，這種布置通過減小輸出變化間隔的寬度來減小探測誤差。
應(yīng)該注意如果介質(zhì)傳感器68具有在第一掃描方向(托架移動方向)上布置的光發(fā)射元件82和光接收元件83，并且用介質(zhì)傳感器68探測在第二掃描方向上輸送的紙張P的前沿和尾沿，那么輸出變化間隔的寬度就會象圖6(c)示出的那樣增加，因此增加了探測誤差。從而，如果需要用介質(zhì)傳感器68高精度地探測紙張P的前沿和尾沿，光發(fā)射元件82和光接收元件83就應(yīng)該象圖6(d)示出的那樣在紙張輸送方向(第二掃描方向)對齊。
本發(fā)明人在改變公共孔85b的內(nèi)徑Xc(圖4)的過程中測量了傳感器輸出。利用圖7示出的波形圖來描述這些測量結(jié)果。在圖7中，橫軸代表介質(zhì)傳感器68的移動量(mm)，縱軸代表傳感器輸出(V)。
利用6種具有不同內(nèi)徑Xc的罩85來進(jìn)行測量，這6個內(nèi)徑分別是2.0mm，2.5mm，3.0mm，3.5mm，4.0mm和5.0mm。應(yīng)該注意光發(fā)射元件82和光接收元件83的每個外徑都設(shè)定為2.2mm；光發(fā)射部分中心到光接收部分中心之間的距離是2.8mm；壁部85d的厚度Xd是1.0mm；從光發(fā)射部分82和光接收部分83到壁部85a的距離Xa都是5.0mm；從壁部85a到紙張P和到壓盤17的距離Xb都是5.0mm。本發(fā)明人將介質(zhì)傳感器68放置在紙張P外部的區(qū)域中并且使得它離開紙張P的邊沿52.8mm。然后本發(fā)明人將介質(zhì)傳感器68從紙張P(黑色壓盤17)外部的區(qū)域向紙張P移動，同時記錄傳感器輸出，從而進(jìn)行測量。應(yīng)該注意光發(fā)射元件82和光接收元件83在介質(zhì)傳感器68的移動方向上對齊。在圖7中，箭頭指示的、移動量為52.8mm的位置是紙張P邊沿的實(shí)際位置。
根據(jù)圖7示出的測量值的波形，隨著內(nèi)徑Xc的增加，傳感器輸出從高水平改變到低水平的間隔寬度增加。如上所述，隨著輸出變化間隔寬度的增加，傳感器響應(yīng)變慢，紙張邊沿探測的誤差增加。因此，優(yōu)選具有較小值的內(nèi)徑Xc。例如通過將內(nèi)徑Xc設(shè)定為3.5mm或更小，輸出變化間隔可以被限制到2mm或更小。在這個水平上，探測誤差已經(jīng)減小到足以避免使用打印機(jī)3時出現(xiàn)問題，因此防止了探測精度的下降。
另一方面，如果將內(nèi)徑Xc設(shè)定得更小，傳感器輸出在高水平和低水平之間的差別也變得更小。因此，如果將內(nèi)徑Xc設(shè)定的太小，就不能探測到傳感器輸出的變化。內(nèi)徑Xc設(shè)定得足夠大從而能夠區(qū)別出傳感器輸出的高水平和低水平。
例如，如果將內(nèi)徑Xc設(shè)定到2.5mm或更大，傳感器輸出在高水平和低水平之間的差別可以達(dá)到0.5V或更大，這樣就能夠很容易探測到傳感器輸出水平的變化。這樣，可以達(dá)到傳感器輸出足夠大的變化，這樣就不會在使用打印機(jī)3時引起問題，從而防止探測精度的下降。
根據(jù)這些測量結(jié)果，如果使公共孔85b具有2.5mm到3.5mm之間的內(nèi)徑Xc，介質(zhì)傳感器68將具有足夠的探測精度。由于在優(yōu)選實(shí)施例中將內(nèi)徑Xc設(shè)定為3.0mm，介質(zhì)傳感器68具有足夠的探測精度，并且打印機(jī)3能夠精確探測紙張P的邊沿。
測量結(jié)果確定了通過將內(nèi)徑Xc設(shè)定在2.5mm到3.5mm之間，能夠減小傳感器輸出信號(電壓)在邊界區(qū)域的變化區(qū)域，同時可以將傳感器輸出信號水平在紙張P和紙張P以外區(qū)域的差別(高水平和低水平)設(shè)定得足夠大從而這兩個水平是可以區(qū)別開的，上面的邊界區(qū)域是指紙張P和紙張P以外區(qū)域之間的區(qū)域。應(yīng)該注意傳感器輸出信號變化的區(qū)域是傳感器輸出在低水平和高水平之間的輸出變化間隔。通過減小傳感器輸出信號變化的區(qū)域，能夠?qū)⒓垙圥與紙張P之外區(qū)域以更小的測量單位區(qū)別開，從而實(shí)現(xiàn)具有最小可探測測量單位的高性能傳感器。由于將紙張P和紙張P以外區(qū)域的傳感器輸出信號水平的差別設(shè)定得足夠大可區(qū)別開，就可以很容易地將紙張P區(qū)別出來，從而本實(shí)施例可以防止探測精度的下降。因此，這種反射型光學(xué)傳感器68能夠減小測量的最小可探測單位，并且能夠?qū)崿F(xiàn)避免探測精度下降的高性能。
如上所述，設(shè)在優(yōu)選實(shí)施例的多功能設(shè)備1(更具體地說是打印機(jī)3)中的介質(zhì)傳感器68包括具有公共孔85b的罩85。罩85可以限制從光發(fā)射元件82發(fā)射光的角范圍和光接收元件83能夠接收光的角范圍，并且可以抑制外部干擾的影響。因此，即使使用具有較低方向性、較便宜的元件作為光發(fā)射元件82和光接收元件83，也能夠防止在應(yīng)用于具有較窄理想探測區(qū)域時探測精度的下降。另外，由于設(shè)計底壁部分85a能夠減小紙張P的重疊區(qū)域，可以滿意地探測出在目標(biāo)探測區(qū)域中反射光量的變化，上面的重疊區(qū)域是指探測光的照射區(qū)域和某個區(qū)域的重疊區(qū)域，從某個區(qū)域反射回來的光能夠被光接收元件83接收到。由于具有較低方向性的光發(fā)射元件和光接收元件比那些具有較高方向性的元件便宜，本實(shí)施例的反射型光學(xué)傳感器68的制造成本會比那些配備了具有較高方向性元件的介質(zhì)傳感器低。
在優(yōu)選實(shí)施例的介質(zhì)傳感器68中，放置光發(fā)射元件82和光接收元件83時它們的中心軸線82c和83c相互平行地伸出并且它們的方向垂直于紙張P的表面(探測表面)，而且它們的方向不相對于紙張P(探測物體)傾斜。與元件放置的位置與紙張P傾斜的傳感器相比，這種結(jié)構(gòu)減小了由于投射到紙張P的探測光角度的變化所引起的反射光角度的變化量。因此，本實(shí)施例抑制了由于角度誤差所引起的探測精度的下降，這里的角度誤差是指放置光發(fā)射元件和光接收元件的角度誤差和放置介質(zhì)傳感器68的角度誤差。
通過在放置光發(fā)射元件82和光接收元件83時使它們的中心軸線82c、83c相互平行地延伸，與傾斜布置元件相比，介質(zhì)傳感器68中放置元件82和83的區(qū)域能夠更小一些。
因此，本實(shí)施例的介質(zhì)傳感器68可以防止由于定位角度誤差所引起的探測精度的下降并且能夠保持低成本。介質(zhì)傳感器68還能夠防止由于外部干擾所引起的探測精度的下降并且能夠以更小的尺寸制造該傳感器。
另外，通過在放置光發(fā)射元件82和光接收元件83時使它們的中心軸線82c、83c相互平行地伸出，與傾斜放置這些元件相比，可以使探測光和反射光的光程距離更短，這樣就縮短了反射光在到達(dá)光接收元件83之前在傳播光程上的衰減度。因此，即使具有較低方向性的光接收元件83也能夠另人滿意地接收到反射光，同時防止探測紙張P時精度的下降。
在構(gòu)造介質(zhì)傳感器68時，放置光發(fā)射元件82和光接收元件83使得發(fā)射部分82a到公共孔85b的距離與光接收部分83a到公共孔85b的距離大致相等。這種結(jié)構(gòu)避免了光發(fā)射元件82和光接收元件83遮斷探測光和反射光的光路。如果發(fā)射部分82a到公共孔85b的距離與光接收部分83a到公共孔85b的距離不同的話，光接收元件83放置在探測光的傳播路徑上會遮斷探測光的光路，或者光發(fā)射元件82放置在反射光的傳播路徑上會遮斷反射光的光路。與之相反，根據(jù)本實(shí)施例，發(fā)射部分82a到公共孔85b的距離與光接收部分83a到公共孔85b的距離大致相等的話，光接收元件83不會位于遮斷探測光光路的位置，并且光發(fā)射元件82也不會位于遮斷反射光光路的位置，這是由于并列放置了光發(fā)射元件82和光接收元件83。因此，介質(zhì)傳感器68能夠使光接收元件83連續(xù)接收到反射光，從而防止探測精度的下降。
還構(gòu)造介質(zhì)傳感器68使得公共孔85b的中心沿著假想線85c放置，其中假想線85c沿著垂直于紙張P表面的方向延伸并且從線段L0的中心附近延伸出來，線段L0連接著發(fā)射部分82a和光接收部分83a。
因此，從光發(fā)射元件82經(jīng)過紙張P到光接收元件83的最短光程(換言之，所有探測光和反射光的傳播光程中最短的)落在目標(biāo)探測區(qū)域S1中。當(dāng)傳播光程是最短時，可以減小探測光和反射光的衰減，從而抑制了光接收元件83接收到的反射光量的減少。
為了探測紙張P的位置(確切地說是紙張P的邊沿)，托架11能夠沿著紙張P上面的引導(dǎo)軸25移動。托架11包括打印頭10上探測紙張P的介質(zhì)傳感器68。如上所述，介質(zhì)傳感器68是一個小型、便宜同時具有優(yōu)異探測精度的傳感器。因此，通過利用介質(zhì)傳感器68探測紙張P的位置，托架11可以抑制諸如介質(zhì)傳感器68的放置角度誤差等不好的效果，并且可以提高探測紙張P位置的精度。由于制造介質(zhì)傳感器68較便宜，還可以減少托架11的成本。另外，由于介質(zhì)傳感器68很緊湊，可以使托架11的整體尺寸更小。因此，托架11可以以較好的精度探測紙張P的位置并且可以以低成本制造得較小，從而使托架11具有很寬廣范圍的應(yīng)用。
優(yōu)選實(shí)施例中的打印機(jī)3是在紙張P上打印文字和圖像的打印設(shè)備。在打印過程中，托架移動機(jī)構(gòu)13從控制過程單元70接收命令并且根據(jù)這些命令移動托架11和打印頭10，同時紙張輸送機(jī)構(gòu)14輸送紙張P，接收的命令依賴于介質(zhì)傳感器68在探測紙張P邊沿時的探測結(jié)果。
如上所述，介質(zhì)傳感器68抑制諸如介質(zhì)傳感器68的放置角度誤差和外部干擾等不好的效果，從而提供探測紙張P邊沿的精度。因此，打印機(jī)3可以根據(jù)介質(zhì)傳感器68的探測結(jié)果以提高了的精度確定打印頭10相對于紙張P的位置，并且因此可以精確地確定在紙張P上進(jìn)行打印操作的位置。另外，由于可以用較低的成本將介質(zhì)傳感器68制造得很緊湊，也就可以減少打印機(jī)3的整體成本和尺寸。
打印機(jī)3可以以高精度在紙張P上進(jìn)行打印操作，并且可以減小打印機(jī)3的成本和尺寸，因此就得到了一個能夠應(yīng)用于廣泛領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)處理設(shè)備。
將介質(zhì)傳感器68放置在打印機(jī)3中使得從公共孔85b(確切地說是底壁部分85a的外表面)到紙張P的外部間隙Xb大致等于從發(fā)射部分82a和光接收部分83a到公共孔85b(確切地說是底壁部分85a的內(nèi)表面)的內(nèi)部間隙Xa。這樣就可以將探測光和反射光能夠傳播的角度設(shè)定為一個合適的范圍，并且可以將介質(zhì)傳感器68的目標(biāo)探測區(qū)域S1設(shè)定為一個合適的尺寸。與之相反，如果從公共孔85b到紙張P距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或者小于從發(fā)射部分82a和光接收部分83a到公共孔85b的距離，那么就會把探測光和反射光能夠傳播的角度設(shè)定為一個不合適的范圍，這會使得目標(biāo)探測區(qū)域S1太小或太大。
由于能夠?qū)⒛繕?biāo)探測區(qū)域S1設(shè)定為一個合適的尺寸，打印機(jī)3能夠提高探測紙張P的精度并且能夠提高對紙張P進(jìn)行數(shù)據(jù)控制過程時的精度。
由于介質(zhì)傳感器68放置在打印機(jī)3中使得光發(fā)射元件82和光接收元件83在托架11往復(fù)移動的方向上對齊，就縮短了紙張P通過的目標(biāo)探測區(qū)域S1的部分，從而減小了有效目標(biāo)探測區(qū)域S1(沿著探測方向的寬度)。因此，打印機(jī)3可以抑制干擾引起的后果并且減小探測誤差。在這個實(shí)施例中，由于托架11移動的方向與紙張P的寬度方向一樣，打印機(jī)3可以提高探測紙張P在寬度方向上兩個邊沿的精度。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，介質(zhì)傳感器68包括具有公共孔85b的罩85，公共孔85b可以限制從光發(fā)射元件82發(fā)射出來的光束的彌散，還可以限制光接收元件83能夠接收到的光的范圍，同時還抑制了干擾引起的后果。因此，介質(zhì)傳感器68在使用低方向性、較便宜的元件的同時，能夠防止探測精度的下降。由于光發(fā)射元件82和光接收元件83的定向垂直于紙張P，介質(zhì)傳感器68比配備了與紙張P呈角度放置的元件的傳感器優(yōu)越，這是因為介質(zhì)傳感器68避免了以下誤差所引起的探測精度下降，這些誤差包括元件呈角度放置引起的誤差，傳感器自身呈角度放置引起的誤差等，其優(yōu)越性還體現(xiàn)在傳感器中放置元件所需要的空間減小了，從而就減小了傳感器的尺寸。
改進(jìn)上面的實(shí)施例用于想要提高探測紙張P的左右邊沿精度的情況。但是，如果與探測紙張P左右邊沿的精度相比，更想要提高探測紙張P前沿的精度，就要在打印頭10上設(shè)置介質(zhì)傳感器68使得光發(fā)射元件82和光接收元件83在與托架11的移動方向相垂直的方向上對齊。換言之，光發(fā)射元件82和光接收元件83在紙張輸送機(jī)構(gòu)14輸送紙張P的方向上對齊。換言之，光發(fā)射元件82和光接收元件83在圖6(d)中示出的第二掃描方向上對齊。因此，相對于長度Lh來講，在探測方向上的介質(zhì)傳感器68的有效目標(biāo)探測區(qū)域S1的寬度Lw要小一些。從而布置光發(fā)射元件82和光接收元件83來減小紙張P穿過目標(biāo)探測區(qū)域S1的尺寸。
因此，打印機(jī)3能夠減小介質(zhì)傳感器68的有效目標(biāo)探測區(qū)域S1并且抑制干擾產(chǎn)生的后果，從而減小探測誤差。托架11在與紙張P寬度方向相同的方向上移動。能夠提高探測紙張P在長度端的邊沿(前沿和尾沿)的精度。
為了同時提高探測紙張P左右邊沿以及前沿和尾沿的精度，就需要在打印頭10上提供兩個介質(zhì)傳感器68，每個介質(zhì)傳感器都具有在適當(dāng)方向上對齊的光發(fā)射元件和光接收元件以提高探測每個邊沿的精度。也就是說，放置兩個介質(zhì)傳感器68中的一個使得它的光發(fā)射元件82和光接收元件83在圖6(a)中示出的與紙張輸送方向(第二掃描方向)垂直的托架移動方向(第一掃描方向)上對齊。這樣就提高了探測左右邊沿的精度。放置另一個介質(zhì)傳感器68使得它的光發(fā)射元件82和光接收元件83在圖6(d)中示出的紙張輸送方向(第二掃描方向)上對齊。這樣就提高了探測前沿和尾沿的精度。
在這種情況下，介質(zhì)傳感器68可以在紙張輸送機(jī)構(gòu)14輸送紙張P的方向上探測紙張P的前沿并且探測紙張P的左右邊沿。通過利用介質(zhì)傳感器68探測紙張P的前沿和左右邊沿，打印機(jī)3就能夠適宜地探測紙張P的尺寸。打印機(jī)3還能夠根據(jù)介質(zhì)傳感器68探測到的紙張P的前沿位置和紙張輸送機(jī)構(gòu)14輸送紙張P的量來正確地探測紙張P的當(dāng)前位置。通過正確確定紙張P的尺寸和位置，打印機(jī)3可以精確地在紙張P上設(shè)定執(zhí)行打印操作的位置并且可以在紙張P上進(jìn)行精確打印。
介質(zhì)傳感器不限于這種在罩的底部上形成單一孔的形式，還可以設(shè)有具有多個孔的罩。
圖8是一個解釋性視圖，它示出了改進(jìn)了的介質(zhì)傳感器68的橫截面結(jié)構(gòu)(今后將之稱為第二介質(zhì)傳感器91)。第二介質(zhì)傳感器91設(shè)有具有兩個孔的罩93(今后將之稱為第二罩93)。
除了用第二罩93代替罩85以外，第二介質(zhì)傳感器91與上面實(shí)施例中描述的介質(zhì)傳感器68一樣。
第二罩93為圓柱形并且具有底壁部分93a。第二罩93能夠容納主傳感器單元80。主傳感器單元80安裝在第二罩93內(nèi)。穿過底壁部分93a形成了允許探測光通過的發(fā)射孔93b和允許反射光通過的接收孔93c。發(fā)射孔93b和接收孔93c都是圓形的并且它們的內(nèi)徑Xg是2.0mm。
由于光發(fā)射元件82在元件中心附近具有較高的方向性，中心附近的亮度較高。與之類似，由于光接收元件83在元件中心附近具有較高的方向性，中心附近的光接收靈敏度也較高。因此，具有第二罩93、罩上形成有內(nèi)徑Xg大約是2.0mm的孔93b，93c的介質(zhì)傳感器91能夠得到與具有罩85的介質(zhì)傳感器68相同的輸出。
構(gòu)造第二罩93使得底壁部分93a的厚度Xh是1.0mm，從底壁部分93a的內(nèi)表面到主傳感器單元80(填充材料81)的端面81a的內(nèi)部距離Xe是5.0mm。
第二介質(zhì)傳感器91安裝在傳感器安裝單元10e上使得從底壁部分93a的外表面到壓盤17和紙張P的外部距離Xf是5.0mm。
發(fā)射孔93b的中心在一條假想線93bc上，這條假想線垂直于紙張P的表面并且從第一線段L1上的某個點(diǎn)上延伸出來。第一線段L1從發(fā)射部分82a的中心點(diǎn)延伸到線段L0的中心點(diǎn)，線段L0連接發(fā)射部分82a的中心和光接收部分83a的中心。
與之類似，接收孔93c的中心在另一條假想線93cc上，這條假想線垂直于紙張P的表面并且從第二線段L2上的某個點(diǎn)上延伸出來。第二線段L2從光接收部分83a的中心點(diǎn)延伸到線段L0的中心點(diǎn)。
圖9是一個解釋性視圖，它說明了第二介質(zhì)傳感器91的目標(biāo)探測區(qū)域S3。目標(biāo)探測區(qū)域S3是照射區(qū)域S3a與光接收區(qū)域S3b這兩個區(qū)域重疊部分所限定的區(qū)域，其中照射區(qū)域S3a是光發(fā)射元件82的探測光所照射到的并且被發(fā)射孔93b所限制的區(qū)域，而光接收區(qū)域S3b是指從這個區(qū)域反射的、被接收孔93c調(diào)節(jié)的光可以被光接收元件83接收到。目標(biāo)探測區(qū)域S3、照射區(qū)域S3a和光接收區(qū)域S3b都定義在假想平面上，紙張P和壓盤17位于這個假想平面上。
第二介質(zhì)傳感器91設(shè)有分別與光發(fā)射元件82和光接收元件83對應(yīng)的孔93b和孔93c。根據(jù)傳感器91的應(yīng)用和測量環(huán)境來改變孔93b和孔93c的尺寸能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)穿過孔93b的探測光量和穿過孔93c的反射光量。因此，由于能夠獨(dú)立給穿過孔93b的探測光量和穿過孔93c的反射光量設(shè)定正確的值，第二介質(zhì)傳感器91能夠提高探測精度。
盡管已經(jīng)參考特定的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，很明顯，對于那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來講無須偏離本發(fā)明的精神就可以進(jìn)行很多改進(jìn)和改變，本發(fā)明的精神范圍在所附權(quán)利要求中限定。
介質(zhì)傳感器68的應(yīng)用不限于打印機(jī)，還可以應(yīng)用到其它的數(shù)據(jù)處理裝置中，例如復(fù)印機(jī)、掃描儀和傳真設(shè)備。在這些設(shè)備中，探測正在被掃描的原件紙張尺寸的探測精度可以得到提高。例如，掃描原件以從原件P上得到文字、曲線和圖像等的掃描機(jī)構(gòu)安裝在托架11上。因此掃描機(jī)構(gòu)與托架11一起移動并且執(zhí)行數(shù)據(jù)獲取過程。掃描機(jī)構(gòu)和打印頭都可以安裝在托架11上。
另外，光發(fā)射元件82和光接收元件83的外徑不限于2.2mm，如果把它們設(shè)定在2.0到2.4mm之間的范圍內(nèi)，仍然能夠提高探測精度。
在上面描述的實(shí)施例中，介質(zhì)傳感器68安裝在打印頭10上，但是介質(zhì)傳感器68也可以直接安裝在托架11上。
另外，不限制構(gòu)造托架11使得它支撐打印頭10，打印頭10和托架11可以整體形成。由于介質(zhì)傳感器68具有罩85，它防止了光發(fā)射元件82和光接收元件83被墨滴或墨霧污染，這樣就防止了探測精度由于粘附了墨滴等而下降。另外，罩85能夠抑制由于受到紙張P外部的光的干擾而引起的探測精度下降。
在上面的描述中，放置光發(fā)射元件82和光接收元件83使得從光發(fā)射部分82a到壁部85a的距離大致等于從光接收部分83a到壁部85a的距離。但是，從光發(fā)射部分82a到壁部85a的距離可以不等于從光接收部分83a到壁部85a的距離。這樣，從孔85b到紙張P的距離可以大致等于從光發(fā)射部分82a到壁部85a的距離或者等于從光接收部分83a到壁部85a的距離。
權(quán)利要求
1.一種探測物體的反射型光學(xué)傳感器，該傳感器包括一個光發(fā)射元件，它具有在預(yù)定方向上延伸的中心軸線，該預(yù)定方向在大致與被探測物體的表面正交的方向上延伸，光發(fā)射元件還具有光發(fā)射部分，光發(fā)射部分向物體表面發(fā)射探測光，向物體表面?zhèn)鞑サ奶綔y光在物體上限定了一個照射區(qū)域；一個光接收元件，它具有與光發(fā)射元件中心軸線平行的中心軸線，還具有一個光接收部分，光接收部分接收從物體上一個反射區(qū)域反射回來的反射光，反射區(qū)域和照射區(qū)域在物體表面的一個重疊區(qū)域重疊；和一個限制件，它具有一個限定了一個孔的限制部分，這個孔允許一部分探測光和一部分反射光從孔中通過，限制部分限制孔的尺寸以減小物體表面上重疊區(qū)域的面積。
2.如權(quán)利要求1所述的反射型光學(xué)傳感器，其中光發(fā)射元件具有光發(fā)射端，光發(fā)射端面對物體并且位于光發(fā)射元件的中心軸線上，光發(fā)射部分位于光發(fā)射端上并且具有限定了物體上照射區(qū)域的一個預(yù)定的方向性；和其中光接收元件具有光接收端，光接收端面對物體并且位于光接收元件的中心軸線上，光接收部分位于光接收端上并且具有限定了物體上反射區(qū)域的另一個預(yù)定的方向性。
3.如權(quán)利要求1所述的反射型光學(xué)傳感器，其中光發(fā)射元件以發(fā)射角向物體表面上的照射區(qū)域發(fā)射探測光，光接收元件以光接收角接收來自物體表面上的反射區(qū)域的反射光，和限制部分減小發(fā)射角和光接收角的量。
4.如權(quán)利要求1所述的反射型光學(xué)傳感器，其中限制件包括位于物體和光發(fā)射部分與光接收部分之間的壁部。
5.如權(quán)利要求1所述的反射型光學(xué)傳感器，其中限制件包括一個罩部件，光發(fā)射元件和光接收元件都安裝在罩部件的內(nèi)部，罩部件具有位于物體和光發(fā)射部分與光接收部分之間的壁部，壁部上形成有至少一個孔，孔允許一部分探測光和一部分反射光通過。
6.如權(quán)利要求4所述的反射型光學(xué)傳感器，其中放置光發(fā)射元件和光接收元件使得從光發(fā)射部分到壁部的距離大致等于從光接收部分到壁部的距離。
7.如權(quán)利要求4所述的反射型光學(xué)傳感器，其中壁部形成有單獨(dú)一個孔，孔允許一部分探測光和一部分反射光通過；和單獨(dú)孔的中心位于一條線上，這條線從一條線段的大約中心處在大致正交于物體表面的方向上延伸，所述的線段連接光發(fā)射部分和光接收部分。
8.如權(quán)利要求7所述的反射型光學(xué)傳感器，其中單獨(dú)孔為圓形。
9.如權(quán)利要求8所述的反射型光學(xué)傳感器，其中光發(fā)射元件和光接收元件都是沿著對應(yīng)中心軸線延伸的近似圓柱形；光發(fā)射元件和光接收元件的外徑都是在2.0到2.4mm的范圍內(nèi)；光發(fā)射部分和光接收部分之間的距離是2.8mm；從光發(fā)射部分到壁部的距離和從光接收部分到壁部的距離都是5.0mm；并且單獨(dú)孔的內(nèi)徑是2.5-3.5mm。
10.如權(quán)利要求4所述的反射型光學(xué)傳感器，其中壁部形成有多個孔，多個孔中包括一個允許一部分探測光通過的發(fā)射孔和一個允許一部分反射光通過的接收孔；發(fā)射孔的中心位于一條線上，這條線大致與物體表面正交并且從第一線段上的一個點(diǎn)延伸出來，第一線段限定在光發(fā)射部分和第二線段中心點(diǎn)之間，第二線段連接光發(fā)射部分和光接收部分，和接收孔的中心位于另一條線上，這條線大致與物體表面正交并且從第三線段上的一個點(diǎn)延伸出來，第三線段限定在光接收部分和第二線段中心點(diǎn)之間。
11.一種托架，它在物體上方移動并且探測物體，托架包括一個移動件，它在物體上方移動；和一個探測單元，它設(shè)在移動件的上面并且探測物體以確定物體的位置，探測單元包括一個反射型光學(xué)傳感器，反射型光學(xué)傳感器包括一個光發(fā)射元件，它具有在預(yù)定方向上延伸的中心軸線，該預(yù)定方向在大致與被探測物體的表面正交的方向上延伸，光發(fā)射元件還具有光發(fā)射部分，光發(fā)射部分向物體表面發(fā)射探測光，向物體表面?zhèn)鞑サ奶綔y光在物體上限定了一個照射區(qū)域；一個光接收元件，它具有與光發(fā)射元件中心軸線平行的中心軸線，還具有一個光接收部分，光接收部分接收從物體上一個反射區(qū)域反射回來的反射光，反射區(qū)域和照射區(qū)域在物體表面的一個重疊區(qū)域重疊；和一個限制件，它具有一個限定了一個孔的限制部分，這個孔允許一部分探測光和一部分反射光從孔中通過，限制部分限制孔的尺寸以減小物體表面上重疊區(qū)域的面積。
12.一種數(shù)據(jù)處理設(shè)備，包括一個移動件，它在物體上方移動；一個探測單元，它與移動件一起移動并且探測物體，探測單元包括一個探測物體一個邊沿的反射型光學(xué)傳感器，反射型光學(xué)傳感器包括一個光發(fā)射元件，它具有在預(yù)定方向上延伸的中心軸線，該預(yù)定方向在大致與被探測物體的表面正交的方向上延伸，光發(fā)射元件還具有光發(fā)射部分，光發(fā)射部分向物體表面發(fā)射探測光，向物體表面?zhèn)鞑サ奶綔y光在物體上限定了一個照射區(qū)域；一個光接收元件，它具有與光發(fā)射元件中心軸線平行的中心軸線，還具有一個光接收部分，光接收部分接收從物體上一個反射區(qū)域反射回來的反射光，反射區(qū)域和照射區(qū)域在物體表面的一個重疊區(qū)域重疊；和一個限制件，它具有一個限定了一個孔的限制部分，這個孔允許一部分探測光和一部分反射光從孔中通過，限制部分限制孔的尺寸以減小物體表面上重疊區(qū)域的面積。一個移動控制單元，它控制移動件以往復(fù)移動；一個物體移動單元，它在與移動控制單元控制移動件移動的方向所不同的方向上移動物體；和一個過程執(zhí)行單元，它與移動件一起移動，并且根據(jù)探測單元得到的探測結(jié)果執(zhí)行一個數(shù)據(jù)控制過程，數(shù)據(jù)控制過程至少包括數(shù)據(jù)添加過程和數(shù)據(jù)獲取過程中的一個，其中數(shù)據(jù)添加過程向物體添加數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取過程從物體獲取數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求12所述的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中限制件包括位于物體和光發(fā)射部分與光接收部分之間的壁部。
14.如權(quán)利要求12所述的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中限制件包括一個罩部件，罩部件將光發(fā)射元件和光接收元件都封閉在它的內(nèi)部，并且罩部件還具有壁部，壁部面對物體并且位于物體和光發(fā)射部分與光接收部分之間，壁部形成有至少一個孔，孔允許一部分探測光和一部分反射光通過。
15.如權(quán)利要求12所述的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中物體是一種記錄介質(zhì)；和其中過程執(zhí)行單元包括在記錄介質(zhì)上打印各種數(shù)據(jù)的打印單元。
16.如權(quán)利要求12所述的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中從孔到物體的距離大致等于從光發(fā)射部分到壁部的距離和從光接收部分到壁部的距離。
17.如權(quán)利要求12所述的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中探測單元探測物體的一個前沿，前沿限定在與物體移動方向平行的方向上，物體移動單元在物體移動方向移動物體，探測單元還探測物體的其它邊沿，其它邊沿限定在與物體移動單元移動物體的方向垂直的另一個方向上。
18.如權(quán)利要求12所述的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中探測單元探測物體限定在移動件移動方向上的一個邊沿，移動件在移動件移動方向上移動；和光發(fā)射元件和光接收元件在移動件移動方向上對齊。
19.如權(quán)利要求12所述的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其中探測單元探測物體限定在與移動件移動方向相垂直的一個方向上的一個邊沿，移動件在移動件移動方向上移動；和光發(fā)射元件和光接收元件在與移動件移動方向相垂直的方向上對齊。
全文摘要
一種介質(zhì)傳感器68包括具有公共孔85b的罩85，公共孔85b可以限制從光發(fā)射元件82發(fā)射出來的光束的彌散，還可以限制光接收元件83能夠接收到的光的范圍，同時還抑制了干擾引起的后果。因此，介質(zhì)傳感器68在使用低方向性、較便宜的元件的同時，能夠防止探測精度的下降。由于光發(fā)射元件82和光接收元件83的定向垂直于紙張P，介質(zhì)傳感器68比配備了元件與紙張P呈角度放置的傳感器優(yōu)越，這是因為介質(zhì)傳感器68避免了以下誤差所引起的探測精度下降，這些誤差包括元件呈角度放置引起的誤差，傳感器自身呈角度放置引起的誤差等，其優(yōu)越性還體現(xiàn)在傳感器中放置元件所需要的空間減小了，從而就減小了傳感器的尺寸。
文檔編號G01V8/12GK1504729SQ20031011957
公開日2004年6月16日 申請日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月4日
發(fā)明者加藤哲也 申請人:兄弟工業(yè)株式會社