(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の位置を通過するシートに対して光軸が傾斜した状態で配置されて、該シートに対して光を照射する一つの発光素子と、
該発光素子から照射された光を受光し得るように、該発光素子に対向して配置された第１の受光素子と、
前記発光素子から照射されて前記所定の位置を通過する前記シートによって正反射された光を受光するように配置された第２の受光素子と、
前記発光素子から照射されて前記所定の位置を通過する前記シートによって乱反射された光を受光するように前記第２の受光素子に隣接して配置された第３の受光素子とを有し、
前記第１〜第３の受光素子による検出結果に基づいて、前記所定位置における前記シートの有無および該シートの特性を検出する検出手段を有することを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
前記発光素子と、前記第１の受光素子と、第２の受光素子と、前記第３の受光素子とが、１つのケース内に設けられている請求項１記載の光結合装置。
【請求項３】
前記第２の受光素子および第３の受光素子には、該第２の受光素子および該第３の受光素子の受光量をそれぞれ変化させる光量可変手段が設けられている請求項１または２記載の光結合装置。
【請求項４】
前記検出手段が、前記第１の受光素子と前記第２の受光素子および前記第３の受光素子とのそれぞれの出力の比を用いて前記シートの有無および該シートの特性を検出するものである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光結合装置。
【請求項５】
前記発光素子からと前記第１の受光素子への光路内における前記発光素子の発光面である前面部付近にコリメートレンズが設けられている請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光結合装置。
【請求項６】
前記発光素子の発光面である前面に、該前面中央部付近に円形状の穴を有する電極が設けられている請求項１〜請求項５のいずれかに記載の光結合装置。
【請求項７】
前記発光素子から前記第１の受光素子への光路内における前記第１の受光素子の受光面である前面部付近に凸レンズが設けられている請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光結合装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光結合装置と、該光結合装置の前記検出手段にて検出される前記シートの有無および特性に基づいて、前記シートの種類を判別する判別手段と
を有する情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光路上の被検出物の有無及び特性を検出するための光結合装置及び光結合装置を備えた情報処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、従来の透過型光結合装置の構成例を示しており、発光素子チップ１０１は、リードフレーム１０９にダイボンドされ金線１０６にて電気的に接続されており、発光部全体が透光性樹脂にてモールドされ発光側透光性樹脂体１０７を形成している。また、受光素子チップ１０２は、リードフレーム１１０にダイボンドされ金線１０６にて電気的に接続されており、受光部全体が透光性樹脂にてモールドされ受光側透光性樹脂体１０８を形成している。これらの発光側透光性樹脂体１０７と受光側透光性樹脂体１０８は、遮光性樹脂からなるケース１０３に対向配置して収納されている。このケース１０３には、発光素子チップ１０１より発射された光が通過するスリット窓１０４が設けられると共に、受光素子チップ１０２の前面にもスリット窓１０５が設けられており、発光素子チップ１０１からの光がスリット窓１０４、被検出物体通過部１１２、及びスリット窓１０５を経て、受光素子チップ１０２へ到達する光路１１１を形成する透過型光結合装置が構成されている。
【０００３】
この透過型光結合装置は、被検出物体通過部１１２に被検出物体が無い場合は、光が受光素子チップ１０２へ入射し、被検出物体がある場合には、受光素子チップ１０２への入射光がなくなるので、これにより被検出物体の有無を検出することができる。また、被検出物体の光透過率の変化も受光素子への入射光の変化として検出することもできる。
【０００４】
図１２は、従来の反射型光結合装置の構成例を示しており、発光素子チップ１２１は、リードフレーム１２９にダイボンドされ金線１２６にて電気的に接続されており、発光部全体が透光性樹脂にてモールドされ発光側透光性樹脂体１２７を形成している。また、受光素子チップ１２２は、リードフレーム１３０にダイボンドされ金線１２６にて電気的に接続されており、受光部全体が透光性樹脂にてモールドされ受光側透光性樹脂体１２８を形成している。これらの発光側透光性樹脂体１２７と受光側透光性樹脂体１２８は、遮光性樹脂からなる上部が開口されたケース１２３に並列配置して収納されている。発光素子チップ１２１からの光が上部開口部から出射し、上方にある反射面を持った被検出物体１３２によって反射され、その反射光が受光素子チップ１２２へ入射する光路１３１を形成する反射型光結合装置が構成されている。
【０００５】
この反射型光結合装置は、発光側透光性樹脂体１２７と受光側透光性樹脂体１２８は同一方向に向け並列配置されており、発光素子チップ１２１から出射した光は、被検出物体が無い場合は光路が形成されず、受光素子チップ１２２への入射光がなくなるので、これにより被検出物体の有無を検出することができる。また、反射面の反射率の変化を検出することもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
プリンターなどの情報機器においては、用途の多様化によって、印字用紙の種類が増加している。例えば、通常に使用される白紙の他、プレゼンティション等に使用するＯＨＰ用の透明用紙や、カラー印刷時の高精彩化を目的とした表面に光沢を持たせた光沢用紙などがある。また、用紙の厚みにも、トレース用紙のように薄いものから、官製葉書のように厚いものまで、用紙の厚みにも種類がある。また、白紙によっても、紙質によって、表面が滑らかなものから、粗なものまで種類がたくさんある。情報機器においては、用紙の種類によって印刷時の条件を制御する必要があるため、どのような用紙が使用されたか判断する必要がある。
【０００７】
しかしながら、図１１に示す透過型光結合装置や図１２に示す反射型光結合装置に使用される発光素子チップは、赤外発光ダイオードが多く使用されており、その材質にはＧａＡｓ等が用いられているが、駆動電流や機械的応力といった動作環境の変化により発光効率が低下するという問題がある。
【０００８】
この発光効率の低下は、受光素子への入射光の変化となるため、上記透過型光結合装置により被検出物体の透過率の変化を検出する場合や、反射型光結合装置により被検出物体の反射率を検出する場合には、大きな支障となる。
【０００９】
また、光結合装置では、一般的に、発光素子チップの経年変化が発生する。この経年変化によって発光出力の低下が発生するため、光結合装置によって微妙な変化を検出する場合に大きな支障となっている。
【００１０】
本発明は、こうした従来技術の課題を解決するものであり、発光素子が動作環境や経年変化によりその出力特性に変動が生じる場合にあっても、透過光や反射光を利用して被検出物の有無及び特性を確実に検出することができる光結合装置及び光結合装置を備えた情報処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光結合装置は、所定の位置を通過するシートに対して光軸が傾斜した状態で配置されて、該シートに対して光を照射する一つの発光素子と、該発光素子から照射された光を受光し得るように、該発光素子に対向して配置された第１の受光素子と、前記発光素子から照射されて前記所定の位置を通過する前記シートによって正反射された光を受光するように配置された第２の受光素子と、前記発光素子から照射されて前記所定の位置を通過する前記シートによって乱反射された光を受光するように前記第２の受光素子に隣接して配置された第３の受光素子とを有し、前記第１〜第３の受光素子による検出結果に基づいて、前記所定位置における前記シートの有無および該シートの特性を検出する検出手段を有することを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】
好ましくは、前記発光素子と、前記第１の受光素子と、第２の受光素子と、前記第３の受光素子とが、１つのケース内に設けられている。
【００１５】
また、好ましくは、前記第２の受光素子および第３の受光素子には、該第２の受光素子および該第３の受光素子の受光量をそれぞれ変化させる光量可変手段が設けられている。
【００１６】
また、好ましくは、前記検出手段が、前記第１の受光素子と前記第２の受光素子および前記第３の受光素子とのそれぞれの出力の比を用いて前記シートの有無および該シートの特性を検出するものである。
【００１７】
また、好ましくは、前記発光素子からと前記第１の受光素子への光路内における前記発光素子の発光面である前面部付近にコリメートレンズが設けられている。
【００１８】
また、好ましくは、前記発光素子の発光面である前面に、該前面中央部付近に円形状の穴を有する電極が設けられている。
【００１９】
また、好ましくは、前記発光素子から前記第１の受光素子への光路内における前記第１の受光素子の受光面である前面部付近に凸レンズが設けられている。
【００２０】
また、本発明の情報処理装置は、上記いずれかの光結合装置と、該光結合装置の前記検出手段にて検出される前記シートの有無および特性に基づいて、前記シートの種類を判別する判別手段とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２１】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００２２】
上記構成の光結合装置によれば、共通する一つの発光素子に対し３つ以上の受光素子を設け、発光素子と各々の受光素子により異なる光路を形成しているので、光路上の被検出物により各受光素子への入射光に差異が生じるため、検出手段により検出する各受光素子の出力に基づいて、光路上の被検出物の有無及び特性を認識することが可能となる。
【００２３】
前記検出手段により、光路上の被検出物の透過光及び反射光を検出する構成にすると、光路上の被検出物による透過光の差異と、光路上の被検出物による反射光の差異の両者に基づいて、光路上の被検出物の有無及び特性をより確実に認識することが可能となる。
【００２４】
光路上の被検出物を光軸に対し傾けて配置すると、光路上の被検出物による反射光の差異を検出するのが容易となり、特に前記検出手段を、光路上の被検出物の反射光における正反射成分と乱反射成分を分けて検出する構成にすると、反射光の正反射成分と乱反射成分の差異に基づいて被検出物の有無及び特性をより一層確実に認識することが可能となる。
【００２５】
前記受光素子の前面部付近に光量可変手段を設け、前記検出手段による光路上の被検出物の反射光の正反射成分と乱反射成分を検出する割合に差を設ける構成にすると、反射光の正反射成分と乱反射成分に所望の重み付けをすることができ、被検出物の有無及び特性を認識する精度を向上させることが可能となる。
【００２６】
前記検出手段を、前記受光素子の各々の出力の比を用いて検出する構成にすると、動作環境や経年変化により発光素子の出力に変動が生じたとしても、各受光素子の出力が同調して変化するので、受光素子の各々の出力の比は変化せず、被検出物の有無及び特性を認識する精度に影響が及ぶことがなく、検出精度が安定し信頼性が向上する。
【００２７】
前記発光素子に対しコリメートレンズを設ける構成にすると、発光素子から光が高範囲に渡って平行光とされ受光素子へ入射されるので、光量が格段に増加し検出感度が向上する。また、発光素子から光を平行光にすると共に光路上の被検出物に照射される光の面積を減少させることができ、透過光の拡散成分が受光素子へ入射する量を減らすことができるので、光路上の被検出物の有無による受光素子への入射光の差を大きくすることにより、被検出物の有無をより確実に認識することが可能となる。
【００２８】
加えて、受光素子の前面部付近に凸レンズを設ける構成にすると、透過光の拡散成分が受光素子へ入射する量を更に減らすことができるので、光路上の被検出物の有無をより一層確実に認識することが可能となる。
【００２９】
前記発光素子の前面中央部付近に円形状の穴を有する電極を設ける構成にすると、広がりの少ない指向特性が得られるので、発光素子からの光が光路上の被検出物体に当たる部分の面積が小さくなり、光の成分も平行光に近似した成分となるため、被検出物体での乱反射成分の入射量を抑えることができ、被検出物体の表面状況に応じた入射光となるため、被検出物の特性を認識する精度を向上させることが可能となる。
【００３０】
上記のいずれかの光結合装置を備えた情報処理装置によれば、判別手段としてこの光結合装置を用いて使用するシートの有無及び種類を高精度に判別することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００３２】
本発明の光結合装置は、図１及び図２に示すように、一つの発光素子１５に対し３つ以上の受光素子１６、１７、３９を設け、発光素子１５と受光素子１６、１７、３９の各々により異なる光路３０、３１、３２を形成し、光路上の被検出物３７の有無及び特性のうちの少なくとも一方を、受光素子１６、１７、３９の出力により検出する検出手段を有する。
【００３３】
この実施形態では、光路上の被検出物３７を光軸に対し傾けて配置し、光路上の被検出物３７の透過光及び反射光を検出する。また、検出手段が、光路上の被検出物３７の反射光における正反射成分と乱反射成分を分けて検出する。
【００３４】
より具体的には、この光結合装置は、図２の断面図に示すように、発光素子チップ１５は、リードフレーム２２の一方に銀ペースト等によりダイボンドされ、リードフレーム２２の他方に金線２３によって電気的に接続されており、発光素子チップ１５、金線２３及びリードフレーム２２の一部は、エポキシ樹脂等の透光性樹脂によってモールドされ、凸レンズ部１８ａを有する発光側透光性樹脂体１８が形成されている。
【００３５】
第１の受光素子チップ１６は、リードフレーム２４の一方に銀ペースト等によりダイボンドされ、リードフレーム２４の他方に金線２５によって電気的に接続されており、受光素子チップ１６、金線２５及びリードフレーム２４の一部は、エポキシ樹脂等の透光性樹脂によってモールドされ、凸レンズ部１９ａを有する第１の受光側透光性樹脂体１９が形成されている。
【００３６】
また、第２の受光素子チップ１７は、リードフレーム２６の一方に銀ペースト等によりダイボンドされ、リードフレーム２６の他方に金線２７によって電気的に接続されており、受光素子チップ１７、金線２７及びリードフレーム２６の一部は、エポキシ樹脂等の透光性樹脂によってモールドされ、凸レンズ部２０ａを有する第２の受光側透光性樹脂体２０が形成されている。
【００３７】
また、第３の受光素子チップ３９は、リードフレーム２８の一方に銀ペースト等によりダイボンドされ、リードフレーム２８の他方に金線２９によって電気的に接続されており、受光素子チップ３９、金線２９及びリードフレーム２８の一部は、エポキシ樹脂等の透光性樹脂によってモールドされ、凸レンズ部２１ａを有する第３の受光側透光性樹脂体２１が形成されている。
【００３８】
上記の発光側透光性樹脂体１８、第１の受光側透光性樹脂体１９、第２の受光側透光性樹脂体２０及び第３の受光側透光性樹脂体２１は、遮光性樹脂によって形成されたケース１４に収納されており、発光側透光性樹脂体１８と第１の受光側透光性樹脂体１９が被検出物体通過部３８を挟んで対向配置される透過型光結合装置の構成と、発光側透光性樹脂体１８に対し傾きを持って配置された第２の受光側透光性樹脂体２０からなる反射型光結合装置の構成と、発光側透光性樹脂体１８に並列配置された第３の受光側透光性樹脂体２１からなる反射型光結合装置の構成が設けられている。
【００３９】
上記構成の光結合装置では、発光素子チップ１５からの光は、発光側透光性樹脂体１８の凸レンズ部１８ａを通過し、ケース１４に設けられたスリット窓３３を通過し、被検出物体通過部３８を経て、スリット窓３４を通過し、第１の受光側透光性樹脂体１９の凸レンズ部１９ａを通過し、受光素子チップ１６へ入射する光路３０を形成している。
【００４０】
また、発光素子チップ１５からの光は、発光側透光性樹脂体１８の凸レンズ部１８ａを通過し、ケース１４に設けられたスリット窓３３を通過し、被検出物体通過部３８に配置された被検出物体３７の表面によって反射され、その反射光がスリット窓３５を通過し、第２の受光側透光性樹脂体２０の凸レンズ部２０ａを通過し、受光素子チップ１７へ入射する光路３１を形成している。
【００４１】
また、発光素子チップ１５からの光は、発光側透光性樹脂体１８の凸レンズ部１８ａを通過し、ケース１４に設けられたスリット窓３３を通過し、被検出物体通過部３８に配置された被検出物体３７の表面によって反射され、その反射光がスリット窓３６を通過し、第３の受光側透光性樹脂体２１の凸レンズ部２１ａを通過し、受光素子チップ３９へ入射する光路３２を形成している。
【００４２】
この光結合装置は、一つの発光素子チップ１５に対して、透過型光結合装置を構成する位置に第１の受光素子チップ１６が配置され、反射型光結合装置を構成する位置に第２の受光素子チップ１７と第３の受光素子チップ３９が配置された構造を有する。より詳しくは、第２の受光素子チップ１７は、発光素子チップ１５からの光が被検出物体３７によって正反射する成分が高効率に入射するように、発光素子チップ１５からの光軸３０ａの被検出物体３７への入射角θ１と反射した光軸の角度θ２が等しくなる位置関係で配置されており、他方受光素子チップ３９は、発光素子チップ１５からの光が被検出物体３７によって乱反射する成分が正反射成分に対し高効率に入射する位置関係で配置されている。
【００４３】
ここで、受光素子チップ１７、３９の前面部付近にそれぞれスリット窓３５、３６を設けているのは、スリット窓を光量可変手段として用いて、検出手段による光路上の被検出物の反射光の正反射成分と乱反射成分を検出する割合に差を設け、反射光の正反射成分と乱反射成分に所望の重み付けをして、被検出物の有無及び特性を認識する精度を向上させるためである。従って、光量可変手段はスリット窓以外のものでも光量を変えられるものであればよく、例えばフィルタ等の他の手段を用いてもよい。
【００４４】
上記透過型光結合装置において、被検出物体３７が、図２に示すように、発光素子チップ１５からの光が、受光素子チップ１６に入射する光路３０上に傾きをもって配置される。
【００４５】
光路３０上の被検出物体３７が、例えばＯＨＰ用の透明用紙であるとすると、この透明用紙の赤外光の光透過率が９０％〜９７％程度であるので、受光素子チップ１６への入射光は減少し、被検出物体３１が無い状態に比較して、３％〜１０％程度出力が低下する。
【００４６】
また、光路３０上の被検出物体３７が上質の白紙であるとすると、この白紙の赤外光の光透過率が２％〜８％程度であるので、受光素子チツプ１６への入射光は減少し、被検出物体３７が無い状態に比較して、９２％〜９８％程度出力が低下する。
【００４７】
従って、受光素子チップ１６に大きな出力変化が発生したとしても、被検出物体３７が白紙である場合には、出力の変化率が大きいので被検出物体３７の判別をするのに支障となることはないが、被検出物体３７がＯＨＰ用の透明用紙である場合には、出力の変化率が小さいため被検出物体３７の判別をするのが困難となる。
【００４８】
また、近年、プリンタのカラー化や高精彩化に伴って、写真と同等の印刷が可能となってきており、こういった印刷をするために、通常の白紙では無く表面に光沢を持たせた光沢白紙が用いられる。ところが、この光沢白紙の赤外光の光透過率は、通常の白紙に比較して差がほとんどないため、上記の方法で被検出物体３７の判別をするのは不可能である。
【００４９】
また、年賀状等の官製葉書とトレーシング用紙のように紙の厚さの違いや、紙の表面の粗さの差によって、印刷のにじみ等が発生するため、用紙の種類に合わせてプリンターのインク量を微妙に調整する必要があり、用紙の種類を判別しなければならないが、上記の方法ではこういった判別も不可能である。
【００５０】
正反射を高効率で受光する反射型光結合装置において、被検出物体３７の表面状態が異なる場合、第２の受光素子チップ１７への入射光の変化は、一般的な白紙を１すると、光沢白紙では約２倍となり、ＯＨＰ用の透明用紙も同等となる。また、この反射型光結合装置では、被検出物体３７が無い場合には、受光素子チップ１７への入射光がなくなるため、これにより被検出物体３７の有無を判断することができる。ただし、発光素子チップ１５が一般に経年変化により５００００時間の使用で出力が５０％程度低下することを考慮すると、受光素子チップ１７への入射光の変化が約２倍しかないため、被検出物体３７が白紙か光沢白紙かといった判別は困難となる。
【００５１】
また、正反射光を高効率にて受光する光結合装置と、乱反射光を高効率にて受光する光結合装置では、被検出物体３７の表面の粗さによって、受光素子チップ１７と受光素子チップ３９への入射光量には差が発生するが、発光素子チップ１５が一般に経年変化により５００００時間の使用で出力が５０％程度低下することを考慮すると、こうした判別は困難である。
【００５２】
そこで、本発明の光結合装置は、上述したように、透過型光結合装置、正反射光を高効率に受光する反射型光結合装置、及び乱反射光を高効率に受光する反射型光結合装置に対し、共通する一つの発光素子を用い、３種の光結合装置における入射光の状態によって、被検出物体３７の種類を判別する構成をとる。
【００５３】
次に、本発明による光結合装置の動作を、図３に示す用紙判別を行うための回路の構成例を用いて具体的に説明する。
【００５４】
赤外発光ダイオード等の発光素子チップ１５からの光は、透過型光結合装置を構成するフォトトランジスタ等の第１の受光素子チップ１６と、正反射光を高効率に受光する反射型光結合装置（以下、正反射型光結合装置という）を構成するフォトトランジスタ等の第２の受光素子チップ１７と、乱射光を高効率に受光する反射型光結合装置（以下、乱反射型光結合装置という）を構成するフォトトランジスタ等の第３の受光素子チップ３９で受光する構成とされており、受光素子１６、１７、３９は、各々コレクタ側が電源Ｖccに接続され、エミッタ側がそれぞれ可変抵抗器ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３を介して接地されている。
【００５５】
このため、受光素子１６、１７、３９の各々の受光量の変化によるコレクタ電流の変化は、可変抵抗器ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３によって、それぞれ電圧変化Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に置き換えられ、アナログの出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を各々のＡ／Ｄ変換器５２、５３、５４によりＡ／Ｄ変換しデジタル信号にして、ＣＰＵ５１に入力し、識別信号を得ることができる。
【００５６】
ここで、例えば電源電圧Ｖccを５Ｖとし、発光素子１５に基準となる順方向電流ＩFを流し、図２に示す被検出物体３７が白紙Ａ（標準用紙）の場合を基準にして、図３に示す回路の可変抵抗器ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３を調整し、出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を例えば１．５Ｖとする。その結果、図４の表に示すように、被検出物体３７の種類によって出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が変化する。
【００５７】
具体的には、光沢白紙の場合は、透過光結合装置の第１の受光素子１６の入射光は約１０％低下し、出力電圧Ｖ１は１．３Ｖ程度となり、正反射型光結合装置の第２の受光素子１７の入射光は約２倍となるため、出力電圧Ｖ２は３．０Ｖとなる。また、乱反射型光結合装置の第３の受光素子３９の入射光は、白紙Ａの場合と同等のため、出力電圧Ｖ３は１．５Ｖとなる。
【００５８】
透明用紙の場合は、透過型光結合装置の第１の受光素子１６への入射光は、白紙Ａの場合の約２０倍となるが、電源電圧Ｖccが５Ｖのため、出力電圧Ｖ１は飽和し約５Ｖにしかならない。正反射型光結合装置の第２の受光素子１７への入射光は、白紙Ａの場合と同等のため、出力電圧Ｖ２は１．５Ｖとなる。また、乱反射型光結合装置の第３の受光素子３９への入射光は約８０％低下し、出力電圧Ｖ３は０．３Ｖ程度となる。
【００５９】
用紙なしの場合は、透過型光結合装置の第１の受光素子１６への入射光は、透明用紙に比較して、５％程度の差しかなく、出力電圧Ｖ１は同様に飽和し、約５Ｖとなる。但し、正反射型光結合装置の第２の受光素子１７と乱反射型光結合装置の第３の受光素子３９への入射光は、共にゼロに近くなり、出力電圧Ｖ２、Ｖ３は０．１Ｖ以下となる。
【００６０】
白紙Ａ（標準）に比較して、紙表面が粗であり、紙の厚みが同等である白紙Ｂの場合は、透過型光結合装置の第１の受光素子１６への入射光は、白紙Ａの場合と同等であり、出力電圧Ｖ１は約１．５Ｖとなる。正反射型光結合装置の第２の受光素子１７への入射光は、紙表面が粗なため白紙Ａに比較して約５０％低下し、出力電圧Ｖ２は０．５Ｖ程度となる。また、乱反射型光結合装置の第３の受光素子３９への入射光も約７％低下し、出力電圧Ｖ３は１．４Ｖ程度となる。
【００６１】
上記白紙Ｂに比較して、紙表面の粗さが同等で、紙の厚さが白紙Ｂより厚い白紙Ｃの場合は、透過型光結合装置の第１の受光素子１６への入射光は、白紙Ａに比較して約７０％低下し、出力電圧Ｖ１は約１．０Ｖとなる。正反射型光結合装置の第２の受光素子１７への入射光と、乱反射型光結合装置の第３の受光素子３９への入射光は、共に白紙Ｂの場合と同等であるため、出力電圧Ｖ２＝０．５Ｖ程度となり、出力電圧Ｖ３＝１．４Ｖ程度となる。
【００６２】
このため、被検出物体３７が透明用紙である場合、又は被検出物体３７が無い用紙なしの場合と、その他の場合とは、透過型光結合装置の第１の受光素子１６の出力電圧Ｖ１により判別することができる。更に、正反射型光結合装置の第２の受光素子１７の出力電圧Ｖ２により、透明用紙のみを判別して検出することもできる。
【００６３】
白紙Ａと光沢白紙の場合は、正反射型光結合装置の第２の受光素子１７の出力電圧Ｖ２の出力比が２倍であるため、基準値に調整した直後の正反射型光結合装置の第２の受光素子１７の出力電圧Ｖ２が、例えば２Ｖ以上であれば光沢白紙であり、２Ｖ未満であれば白紙といった判別をすることができる。しかしながら、長期の使用においては、発光素子の経年変化を考慮する必要があるため、例えば、発光素子の出力が５０％まで低下すると仮定すると、光沢白紙の場合の出力電圧Ｖ２が１．５Ｖとなり、上述した２Ｖを閾値とする判別方法では、白紙Ａと光沢白紙を判別することができなくなる。
【００６４】
白紙Ｂ、白紙Ｃについても、出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の値に大差がなく、発光素子の経年変化を考慮すると、同様に、白紙Ｂと白紙Ｃを判別することができなくなる。
【００６５】
こうした問題に対し、例えば、図５のフローチャートに示す判別処理を行なうことにより、発光素子の経年変化を考慮に入れた被検出物体の種類や有無を判別することができる。図５に示す判別処理では、検出手段が、受光素子の各々の出力の比を用いて検出する。
【００６６】
この場合には、図３に示す用紙判別を行うための回路において、第１の受光素子１６の出力電圧Ｖ１、第２の受光素子１７の出力電圧Ｖ２、及び第３の受光素子３９の出力電圧Ｖ３は、各々のＡ／Ｄ変換器５２、５３、５４により、アナログ信号がデジタル信号に変換されて、プリンタ等のマイコンのＣＰＵ５１に入力される。このＣＰＵ５１により、発光素子１５の順方向電流ＩFを調整することができ、これにより必要な識別信号を得ることができる。
【００６７】
具体的には、まず、電源電圧Ｖｃｃを５Ｖとし、発光素子１５に基準となる１０ｍＡの順方向電流ＩFを流し、図２に示す被検出物体３７が白紙の場合に、図３に示す回路の可変抵抗器ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３を調整し、出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を例えば１．５Ｖに予め調整しておく。
【００６８】
次に、図５のフローチャートに示すように、ＣＰＵ５１より、光結合装置の発光素子１５に１０ｍＡの順方向電流ＩFを流す（ステップＳ１）。次に、順方向電流ＩFの数値を確認し、順方向電流ＩFが２ｍＡ未満の場合はステップＳ９へ処理が移行し、２ｍＡ以上の場合はステップＳ３へ処理が移行する（ステップＳ２）が、最初は順方向電流ＩFが１０ｍＡであるので、ステップＳ３へ処理が移行する。次に、透過型光結合装置の第１の受光素子１６の出力電圧Ｖ１の値を測定し、１．５Ｖ±０．３Ｖの範囲であるか判断する（ステップＳ３）。ここで、順方向電流ＩFは、ＩF＝（１．５／Ｖ１）×ＩF（Ｖ１測定時）とし、出力電圧Ｖ１の値が１．８Ｖより大きい場合には、順方向電流ＩFを減少させ（ステップＳ４）、出力電圧Ｖ１の値が１．２Ｖより小さい場合には、順方向電流ＩFを増加させる（ステップＳ５）。出力電圧Ｖ１の値が１．２≦Ｖ１≦１．８の範囲にある場合には、ステップＳ６へ処理が移行する。
【００６９】
被検出物体３７が無い場合及び被検出物体３７が透明用紙の場合は、受光量が白紙の場合の約２０倍であり、透過型光結合装置の第１の受光素子１６の出力電圧Ｖ１の値は大きく、順方向電流ＩFを２ｍＡまで減少しても、出力電圧Ｖ１の値は１．５Ｖ±０．３Ｖの範囲にならない。このため、ステップＳ２で、順方向電流ＩFが２ｍＡ未満であるのでステップＳ９へ処理が移行し、順方向電流ＩFを３０ｍＡまで増加させ（ステップＳ９）、その時の正反射型光結合装置の第２の受光素子１７の出力電圧Ｖ２を測定し、出力電圧Ｖ２の値が０．５Ｖ以上の場合は被検出物体が透明用紙であると判断し、出力電圧Ｖ２の値が０．５Ｖ未満は被検出物体無しと判断する（ステップＳ１０）。それは、被検出物体３７が無い場合の出力電圧Ｖ２の値は、上述したようにほぼゼロとなることによる。また、順方向電流ＩFを３０ｍＡまで増加させる理由としては、透明用紙の位置変動、傾き、発光側の経年変化等が発生しても、正反射型光結合装置の第２の受光素子１７の出力電圧Ｖ２が十分に得られるように考慮しているためである。
【００７０】
上記ステップＳ３において、出力電圧Ｖ１の値が１．２≦Ｖ１≦１．８の範囲にある場合には、被検出物体３７が白紙Ａ、白紙Ｂ、白紙Ｃ、又は光沢白紙であると判断する。正反射型光結合装置の第２の受光素子１７の出力電圧Ｖ２は、図４の表に示すように、白紙Ａに比較し、光沢白紙が高く、白紙Ｂと白紙Ｃが低くなっている。また、透過型光結合装置の第１の受光素子１６の出力電圧Ｖ１は、白紙Ａに比較し、光沢白紙のほうが若干低く、白紙Ｂが同等で、白紙Ｃが低くなっている。なお、乱反射型光結合装置の第３の受光素子３９による出力電圧Ｖ３は、白紙Ａに比較し、光沢白紙が同等で、白紙Ｂと白紙Ｃが共に若干低くなっている。
【００７１】
透過型光結合装置、正反射型光結合装置、及び乱反射型光結合装置は、上述したように、共通する１つの発光素子１５を用いる構成をとるため、発光素子１５の出力が経年変化により変動が発生した場合でも、各光結合装置の出力の変化率はほぼ同じになる。そこで、発光素子１５の経年変化による影響を受けないようにするために、正反射型光結合装置の第２の受光素子１７の出力と透過型光結合装置の第１の受光素子１６の出力の比である出力比Ａ＝Ｖ２÷Ｖ１の演算を行う（ステップＳ６）。この出力比Ａの値は、光沢白紙の場合は２に近似し、白紙Ａの場合は１に近似し、白紙Ｂの場合は０．３程度となり、白紙Ｃの場合は０．５程度となる。
【００７２】
同様に、発光素子１５の経年変化による影響を受けないようにするために、乱反射型光結合装置の第３の受光素子３９の出力と透過型光結合装置の第１の受光素子１６の出力の比である出力比Ｂ＝Ｖ３÷Ｖ１の演算を行う（ステップＳ７）。この出力比Ｂは、光沢白紙の場合は１．２に近似し、白紙Ａの場合は１に近似し、白紙Ｂの場合は０．９程度となり、白紙Ｃの場合は１．４程度となる。
【００７３】
また、透過型光結合装置の第１の受光素子１６の出力を、基準値として１．５Ｖ±０．３Ｖの範囲に調整するため、本発明の光結合装置の受光素子の感度ばらつき、光学位置のずれ、又は被検出物体の位置ずれ等により発生する光結合装置の出力のばらつきを無くすことが可能である。
【００７４】
従って、ステップＳ８において、上記の出力比Ａ、出力比Ｂの値が、Ａ＞２である場合には光沢白紙と判定し、Ａ≒１．０、Ｂ≒１．０である場合には白紙Ａと判定し、Ａ≒０．３、Ｂ≒０．５である場合には白紙Ｂと判定し、Ａ≒０．９、Ｂ≒１．４である場合には白紙Ｃと判定することができる。
【００７５】
更には、被検出物体３７が白紙であるような場合に、その検出精度を高めるための手段として、透過型光結合装置の発光側と受光側に凸レンズ部を設けることが有効である。
【００７６】
白紙等に光を透過させた場合、紙の表面の凹凸や繊維の状態によって、入射面にて乱反射し、透過した光も乱反射によって拡散する。図６は、これらを模式的に表わしたものである。
【００７７】
図６（ａ）は、発光側及び受光側に凸レンズを持たない構成の透過型光結合装置において、被検出物体が無い場合の光軸を表わしており、発光素子４０からの光は、受光素子４１に直線的な成分の光軸である中心軸４４ａに対し４４ｂ及び４６ｃで示される範囲のみが入射し、矢印４４ｄ、４４ｅで示す光は受光素子４１に入射しない。
【００７８】
これに対し、図６（ｃ）に示すように、発光側にコリメートレンズ等の凸レンズ４２ａを設け、受光側に凸レンズ４３ａを設けた透過型光結合装置においては、凸レンズ４２ａ及び４３ａによって光が集光するため、被検出物体３７が無い場合の光軸は、中心軸４７ａに対し４７ｂ及び４７ｃで示される範囲まで拡大される。従って、発光素子４０から、受光素子４１へ入射される光量は、図６（ａ）の場合に比べ格段に増加する。
【００７９】
また、図６（ｂ）に示すように、発光側及び受光側に凸レンズを持たない構成の透過型光結合装置において、被検出物体３７として白紙４５を配置した場合には、白紙４５を透過した光は、拡散した成分４４ｄ’、４４ｅ’が受光素子４１へ入射されるため、受光素子４１へ入射する発光素子４０からの光が白紙４５の表面に当たる面積は大きくなり、白紙４５の有無による受光比率の差は少なくなる。
【００８０】
これに対し、図６（ｄ）に示すように、発光側に凸レンズ４２ａを設け、受光側に凸レンズ４３ａを設けた透過型光結合装置に白紙４５を配置した場合には、凸レンズ４２ａ、４３ａによって白紙４５に照射される光の面積は、図６（ｂ）に示す凸レンズ無しの状態に比べ小さくなる。また、白紙４５を透過した後に拡散された光の光軸の内、矢印４７ｄで示すような成分は、凸レンズ４３ａで屈折し受光素子４１には入射しなくなる。このように、透過型光結合装置に凸レンズ４２ａ、４３ａを設けることによって、白紙無しの状態では受光量が増加し、白紙がある場合には、白紙４５を透過し拡散された成分の一部が入射しない構成にでき、白紙４５の有無による受光素子４１への入射光の差を大きくすることができる。
【００８１】
また、発光素子４０は、図７（ａ）に示すように、一般には四角形のチップの表面の中心付近に円形状の電極４０ｂが設けられている。この電極４０ｂは、通常アルミニウムにより形成されており、図７（ｂ）に示すように、金線４９がダイボンドされる。従って、発光素子４０は、発光面が４０ａで示す領域となり、中心部よりは発光しない構造となっている。
【００８２】
このため、図６の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、発光素子４０の光を平行光とする凸レンズ４２ａを設ける構成をとる場合でも、発光側からの光の指向性を測定すると、図９に示すように、発光素子４０の中心部からの光は少なくなり、発光のピークに対して相対光強度が５０％となる指向角である半値角度θａも１２度程度となる。
【００８３】
これに対し、図８（ａ）に示す発光素子４６は、四角形のチップの中心付近に円形状の発光面４６ａが設けられ、斜線で示す領域に電極４６ｂが設けられており、図８（ｂ）に示すように、電極４６ｂの四隅のいずれかに金線４９がダイボンドされる。従って、発光素子４６は、中心部より発光し、図１０に示すように、指向特性を表す半値角度θｂは５度程度になる。
【００８４】
つまり、図８に示す発光素子４６と、図６の（ｃ）及び（ｄ）に示す凸レンズ４２ａとを組み合わせることにより、広がりの少ない指向特性が得られる。発光素子４６の光を平行光とするように凸レンズ４２ａを設計することにより、光の成分を平行光に近づけることができる。
【００８５】
上述したように、発光素子の指向特性を狭くした場合、図２に示す正反射型光結合装置と被検出物体３７の関係では、発光素子１５からの光が被検出物体３７に当たる部分の大きさが小さくなり、光の成分も平行光に近似した成分となるため、被検出物体３７での乱反射成分の入射量を抑えることができ、被検出物体３７の表面状況に応じた入射光となる。
【００８６】
また、正反射型光結合装置の前面に設けたスリット窓３５を狭くすることによっても、乱反射成分を減少させることもできる。
【００８７】
尚、上記の実施形態の説明では、具体例としてプリンタにおける紙検出についての説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、複写機等の他の情報機器においても同様にして用紙の種類の分別等に使用することができる。また、本発明は、被検出物体が光を少しでも透過し、表面状態が変化するものを分類する目的で広く使用することができ、光の照射角度によって反射状況が異なる被検出物体の検出、表面の反射率の異なる材料の検出等にも使用することができる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光結合装置及び光結合装置を備えた情報処理装置によれば、発光素子が動作環境や経年変化によりその出力特性に変動が生じる場合にあっても、透過光や反射光を利用して被検出物の有無及び特性を確実に検出することができる。
【００８９】
より詳しくは、本発明の光結合装置によれば、共通する一つの発光素子に対し３つ以上の受光素子を設け、発光素子と各々の受光素子により異なる光路を形成しているので、光路上の被検出物により各受光素子への入射光に差異が生じるため、検出手段により検出する各受光素子の出力に基づいて、光路上の被検出物の有無及び特性を認識することができる。
【００９０】
上記検出手段により、光路上の被検出物の透過光及び反射光を検出する構成にすると、光路上の被検出物による透過光の差異と、光路上の被検出物による反射光の差異の両者に基づいて、光路上の被検出物の有無及び特性をより確実に認識することができる。
【００９１】
光路上の被検出物を光軸に対し傾けて配置すると、光路上の被検出物による反射光の差異を検出するのが容易となり、特に上記検出手段を、光路上の被検出物の反射光における正反射成分と乱反射成分を分けて検出する構成にすると、反射光の正反射成分と乱反射成分の差異に基づいて被検出物の有無及び特性をより一層確実に認識することができる。
【００９２】
また、受光素子の前面部付近に光量可変手段を設け、検出手段による光路上の被検出物の反射光の正反射成分と乱反射成分を検出する割合に差を設ける構成にすると、反射光の正反射成分と乱反射成分に所望の重み付けをすることができ、被検出物の有無及び特性を認識する精度を向上させることができる。
【００９３】
また、検出手段を、受光素子の各々の出力の比を用いて検出する構成にすると、動作環境や経年変化により発光素子の出力に変動が生じたとしても、各受光素子の出力が同調して変化するので、受光素子の各々の出力の比は変化せず、被検出物の有無及び特性を認識する精度に影響が及ぶことがなく、検出精度が安定し信頼性が向上する。
【００９４】
また、発光素子に対しコリメートレンズを設ける構成にすると、発光素子から光が高範囲に渡って平行光とされ受光素子へ入射されるので、光量が格段に増加し検出感度が向上する。また、発光素子から光を平行光にすると共に光路上の被検出物に照射される光の面積を減少させることができ、透過光の拡散成分が受光素子へ入射する量を減らすことができるので、光路上の被検出物の有無による受光素子への入射光の差を大きくすることにより、被検出物の有無をより確実に認識することができる。
【００９５】
加えて、受光素子の前面部付近に凸レンズを設ける構成にすると、透過光の拡散成分が受光素子へ入射する量を更に減らすことができるので、光路上の被検出物の有無をより一層確実に認識することができる。
【００９６】
また、発光素子の前面中央部付近に円形状の穴を有する電極を設ける構成にすると、広がりの少ない指向特性が得られるので、発光素子からの光が光路上の被検出物体に当たる部分の面積が小さくなり、光の成分も平行光に近似した成分となるため、被検出物体での乱反射成分の入射量を抑えることができ、被検出物体の表面状況に応じた入射光となるため、被検出物の特性を認識する精度を向上させることができる。
【００９７】
上記のいずれかの光結合装置を備えた情報処理装置によれば、判別手段としてこの光結合装置を用いて使用するシートの有無及び種類を高精度に判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光結合装置の構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明の光結合装置の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の光結合装置における用紙判別を行うための回路構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の光結合装置において、被検出物体の種類による各出力電圧の変化を示す表である。
【図５】本発明の光結合装置において、発光素子の経年変化を考慮に入れた被検出物体の種類や有無を判別するための処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】透過型光結合装置における被検出物体の有無による光の拡散状態を、発光側及び受光側に凸レンズを持たない構成と、発光側及び受光側に凸レンズを持つ構成で、比較して示す模式図である。
【図７】光結合装置に用いる一般的な発光素子の構成例を示す図である。
【図８】本発明の光結合装置に用いる発光素子の構成例を示す図である。
【図９】図７に示す発光素子用いた場合の相対光強度分布を示す図である。
【図１０】図８に示す発光素子用いた場合の相対光強度分布を示す図である。
【図１１】従来の透過型光結合装置の構成例を示す図である。
【図１２】従来の反射型光結合装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１４  ケース
１５  発光素子
１６  第１の受光素子
１７  第２の受光素子
１８  発光側透光性樹脂体
１９  第１の受光側透光性樹脂体
２０  第２の受光側透光性樹脂体
２１  第３の受光側透光性樹脂体
１８ａ、１９ａ、２０ａ、２１ａ  凸レンズ部
２２、２４、２６、２８  リードフレーム
２３、２５、２７、２９  金線
３０、３１、３２  光路
３３、３４、３５、３６  スリット窓
３７  被検出物体
３８  被検出物体通過部
３９  第３の受光素子
４０  発光素子
４１  受光素子
４２  受光部
４２ａ、４３ａ  凸レンズ
４３  受光部
４４ａ〜４４ｅ、４４ａ’、４４ｄ’、４４ｅ’、４７ａ〜４７ｄ  光路
４５  白紙
４６  発光素子
４０ａ、４６ａ  発光面
４０ｂ、４６ｂ  電極
４９  金線
５１  ＣＰＵ
５２、５３、５４  Ａ／Ｄ変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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