JP5761910B2

JP5761910B2 - 速度検出装置

Info

Publication number: JP5761910B2
Application number: JP2009286281A
Authority: JP
Inventors: 安倫有満; 康之宮岡; 井垣　正彦; 正彦井垣
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: US20110150288A1; US8805022B2; JP2011127990A

Description

本発明は、二つの検出部を用いて移動体の速度を検出する速度検出装置に関する。

近年、カラー複写機やカラーレーザービームプリンタ等のカラー画像形成装置における色ずれを低減させるため、中間転写ベルト（移動体）の搬送速度の変動を高精度に検出することが要求されている。移動体の速度を高精度に検出する方法としては、区間速度検出方法が知られている。区間速度検出方法は、移動体上の識別可能な特徴点を、二つ以上設けた検出部を通過する時間を計測することにより、移動体の速度を検出する方法である。特許文献１には、二つの検出部を高精度に形成する方法が開示されている。

特開２００８−８２８２０号公報

しかしながら、区間速度検出方法にて移動体の速度を検出する場合、検出部間の距離（区間長）の中で平均化された周波数帯域の速度が検出される。このため、区間長相当のある一定の周波数帯域以下の速度変動成分しか検出することができない。従って、駆動ローラの偏心、駆動モータ減速ギア偏心に起因する速度変動成分等、比較的高い周波数帯域の速度を計測する場合には、区間長を短くする必要がある。
一方、２つの検出部（第１の検出部、第２の検出部）を、周知の半導体基板製造プロセス等を用いて同一基板上に高精度に配置することにより、区間長を短くすることができる。しかしながら、第１の検出部で検出される像は、第１の光源により移動体のマークを照射して反射生成される像と、第２の光源により移動体のマークを照射して反射生成される像との重ね合わせにより得られる。また、第２の検出部についても同様である。このため、複数の光源による像のクロストークが発生することにより検出信号が歪み、速度検出精度が低下する。
そこで本発明は、高帯域の速度を高精度に検出可能な速度検出装置を提供する。

本発明の一側面としての速度検出装置は、移動体の識別可能なマーク位置を第１の検出部において検出したタイミングを第１のタイミングとし、前記マーク位置を第２の検出部において検出したタイミングを第２のタイミングとするとき、前記第１のタイミング及び前記第２のタイミングに前記移動体の位置を検出し、該第１のタイミングと該第２のタイミングとの差を用いて該移動体の速度を検出する速度検出装置であって、発散光束で前記移動体を照明する１つの光源と、前記１つの光源で前記移動体を照明して得られた光から該移動体の前記マーク位置を検出する第１の検出部と、第１の信号処理部と、を含む第１のフォトセンサと、前記第１の検出部に対して前記移動体の移動方向にずれた位置に設けられ、前記１つの光源で前記移動体を照明して得られた光から前記移動体の前記マーク位置を検出する第２の検出部と、第２の信号処理部と、を含む第２のフォトセンサと、を有し、前記第１の検出部または前記第２の検出部の主面に平行な平面上への前記光源の垂直投影位置は、該平面上への前記第１の検出部の垂直投影位置と前記第２の検出部の垂直投影位置との間にあり、
前記第１のフォトセンサ及び前記第２のフォトセンサは、同一の基板上に設けられ、前記基板上の配線と電気的に接続されており、前記第１のフォトセンサ及び前記第２のフォトセンサは、前記平面上に投影させた際、互いに１８０度異なる向きになるように配置されている。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、高帯域の速度を高精度に検出することが可能な速度検出装置を提供することができる。

実施例１における速度検出装置の概略斜視図である。実施例１における速度検出装置及び移動体の概略斜視図である。実施例１における速度検出装置の概略平面図である。実施例１における速度検出装置及び移動体の概略正面図である。実施例２における速度検出装置及び移動体の概略正面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１乃至図４を参照して、実施例１の速度検出装置について説明する。なお、各図で用いられる座標軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）は共通である。図１は、本実施例における速度検出装置の概略斜視図である。図２は、本実施例における速度検出装置及び移動体の概略斜視図である。図１及び図２において、１は速度検出装置（速度検出センサ）である。速度検出装置１は、第１の時刻及び第２の時刻に移動体８の位置（特定のマーク７）を検出し、第１の時刻と第２の時刻との差から移動体８の速度を検出する。
図１において、２は第１の検出部である。第１の検出部２は、光源４で移動体８（特定のマーク７）を照明して得られた光から移動体８の位置（特定のマーク７の位置）を検出したタイミングを第１のタイミングとする。３は第２の検出部である。第２の検出部３は、第１の検出部２に対して移動体８の移動方向（ｘ軸方向）に平行に設けられ、光源４で移動体８（特定のマーク７）を照明して得られた光から移動体８の同じマーク位置（特定のマーク７の位置）を検出したタイミングを第２のタイミングとする。第１の検出部２及び第２の検出部３は、それぞれフォトダイオードアレイを備えて構成される。

４は光源である。光源４として、好ましくは、点光源とみなすことのできる発散光束照明光源が用いられる。光源４は、発散光束で移動体８のマーク７を照明する。光源４は、第１の検出部２と第２の検出部３との間に配置され、好ましくは、第１の検出部２の中心と第２の検出部３の中心との間を結んだ線分の中点（ｘ軸方向における中点）に配置される。５、６は、第１の検出部２及び第２の検出部３のそれぞれで受光した光を電気信号として出力するための信号処理部（フォトＩＣ）である。信号処理部５（第１の信号処理部）の上に第１の検出部２が搭載されることにより第１のフォトセンサが構成される。また、信号処理部６（第２の信号処理部）の上に第２の検出部３が搭載されることにより第２のフォトセンサが構成される。１１は基板である。本実施例において、基板１１の上には、光源４、第１の検出部２を搭載した信号処理部５、及び、第２の検出部３を搭載した信号処理部６が配置されている。ただし、本実施例はこれに限定されるものではなく、光源４、信号処理部５、６はそれぞれ別の基板上に配置してもよい。

図２に示されるように、移動体８は、速度検出装置１の検出対象であり、速度検出装置１と対向する位置においてｘ軸方向に所定の速度で移動可能に構成されている。移動体８は、図中のハッチングで示されるように、所定の間隔Ｐで連続的に設けられたマーク７を備える。本実施例の速度検出装置１は、移動体８のｘ軸方向の速度を検出可能に構成されている。

図３は、本実施例の速度検出装置１の概略平面図である。図３に示されるように、第１の検出部２及び第２の検出部３は互いに距離Ｌだけ離れて配置されている。光源４は、前述のように、第１の検出部２と第２の検出部３の中央に配置されていることが好ましい。ただし、これに限定されるものではなく、光源４のｚ軸方向の、第１の検出部２、第２の検出部３の主面に平行な平面上への垂直投影位置が、第１の検出部２の端点である２点Ｑ、Ｒ、及び、第２の検出部３の端点である２点Ｓ、Ｔを４端点とする四角形の内部（境界領域）に位置していればよい。本実施例では、光源４、第１の検出部２（信号処理部５）、及び、第２の検出部３（信号処理部６）の全てが基板１１の上（同一平面上）に設けられ、ワイヤ１２によるワイヤボンディングにより基板１１上の配線と電気的に接続されている。ワイヤ１２は、第１の検出部２又は第２の検出部３とは異なる領域に設けられている。このため、ワイヤ１２による干渉を抑制するように、信号処理部５及び６は互いに１８０度の角を成すように配置されている。
ただし本実施例は、これら全てが同一平面上に配置されていない場合でも適用可能である。このとき、光源４の基板１１上への垂直投影位置（ｚ方向投影位置）は、第１の検出部２、３の端点の基板１１上への垂直投影点Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔで形成される四角形が基板１１へ垂直投影された四角形の内部に存在するように設定される。このように、第１の検出部２または第２の検出部３の主面に平行な平面への光源４の垂直投影位置は、該平面上への第１の検出部２の垂直投影位置と第２の検出部３の垂直投影位置との間にある。

図４は、速度検出装置１及び移動体８の概略正面図である。図４において、１つの光源である光源４の発光点Ｏから発せられる２つの代表光線９を二点鎖線で示す。発光点Ｏから発せされた２つの代表光線９は、それぞれ、移動体８上に設けられたマーク７上の点Ｄ１、Ｄ２で反射し、第１の検出部２の中心Ａ１及び第２の検出部３の中心Ａ２へ入射する。

また、第１の検出部２及び第２の検出部３による検出原理に関しては、例えば以下の方法がある。光源４は、電流狭窄ＬＥＤ等を用いて、点光源とみなせる発光点Ｏより移動体８上に設けられたマーク７を発散光束により直接照射する。光源４から射出された光はマーク７で反射され、反射した回折光によるフーリエイメージ（回折干渉像）は第１の検出部２及び第２の検出部３により受光される。光源４、第１の検出部２及び第２の検出部３が同一平面内にあり、速度検出装置１が反射型の検出装置である場合、第１の検出部２及び第２の検出部３で観測されるフーリエイメージの明暗の空間的周期は、マーク７の配列周期（間隔Ｐ）の２倍となる。例えば、第１の検出部２及び第２の検出部３がフォトダイオード等を用いた周期的な配列構造を有する場合、フォトダイオードの配列ピッチをマーク７の間隔の設計値であるＰの２倍となるように設定する。このような構成により、信号のＳＮを高く設定することが可能となる。なお、上述の検出原理は一例であり、これに限定されるものではない。

図４に示されるように、第１の検出部２と第２の検出部３の実装距離（中心Ａ１、Ａ２間の距離）をＬとすると、区間速度検出法における区間長は点Ｄ１、Ｄ２間の距離となる。この区間長は、幾何学的な関係により、第１の検出部２及び第２の検出部３の実装距離（距離Ｌ）の半分である（１／２）・Ｌとなる。また、第１の検出部２が特定のマーク７を検出する第１のタイミングをｔ_Ｃ、第２の検出部３が同一のマーク７を検出する第２のタイミングをｔ_Ｄとすると、移動体８の移動速度ｖは次の式（１）で表される。

従来の区間速度検出法による区間長は、２つの検出部の実装距離であったが、本実施例によれば、区間長が従来の１／２となるため、検出可能な速度の周波数帯域を２倍に向上させることができる。例えば、距離Ｌが３ｍｍの場合、区間長はその半分の長さである１．５ｍｍとなる。

また、本実施例において、光源４の発光点Ｏ、第１の検出部２及び第２の検出部３は同一平面上に配置されている。このため、第１の検出部２及び第２の検出部３と移動体８との相対的な距離（ギャップ）の変動に対して、光学的倍率変化のギャップ依存性が無くなり、検出速度誤差のギャップ依存性が低減される。従って、カラー画像形成装置における中間転写ベルト等の速度検出を行う際に、中間転写ベルトのばたつき等により生じる検出誤差を低減させることができる。

また、本実施例では、複数の検出部である第１の検出部２及び第２の検出部３に対して単一の光源４を用いる。このため、光源のクロストークの問題が発生せず、クロストークに起因する速度誤差は生じない。このように、本実施例では、光源のクロストークの問題が発生しないため、第１の検出部２と第２の検出部３とを半導体基板プロセスを用いて基板１１の上（同一基板上）に実装することができる。このため、第１の検出部２と第２の検出部３との間の距離（実装区間）を最小限かつ高精度に形成することができ、速度検出装置１の小型化が可能となる。このとき、図３に示されるように、光源４を中心として、第２のフォトセンサ（信号処理部６）を第１のフォトセンサ（信号処理部５）に対して１８０度回転させて基板１１上に実装することが好ましい。すなわち、第１のフォトセンサ及び第２のフォトセンサは、第１の検出部２または第２の検出部３の主面に平行な平面上（ｘｙ平面に平行な平面上）へ投影させたとき、互いに１８０度異なる向きに配置されることが好ましい。このように実装することで、実装区間の寸法を小さくしても、信号処理部５、６から引き出される互いのワイヤ１２の干渉を防ぐことができる。さらに、第１の検出部２及び第２の検出部３に対する光源の数を１つとすることで、光源１つ分のコスト及び消費電力を低減することができる。

なお、本実施例において、反射型の速度検出装置の構成を例に挙げて説明したが、本実施例はこれに限定されるものでない。また、本実施例において移動体８はマーク７を備えているが、特別にマークを備えている必要は無く、移動体上の位置が識別可能であれば良い。移動体に特別にマークを設けずに位置を識別する手段として、スペックルパターンや反射像、透過像を用いても良い。本実施例は、光源４と第１の検出部２及び第２の検出部３との間に移動体８を配置するように構成された透過型の速度検出装置にも適用可能である。

次に、図５を参照して、実施例２の速度検出装置について説明する。実施例１では、光源４の発光点Ｏと第１の検出部２及び第２の検出部３が同一平面上に配置されている場合について説明した。一方、本実施例では、光源１０４の発光点Ｏと第１の検出部１０２及び第２の検出部１０３が同一平面上にない場合について説明する。なお、実施例１と同様に、各図で用いられる座標軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）は共通である。

図５は、速度検出装置１０１及び移動体８の概略正面図である。図５において、光源１０４の発光点Ｏから発せられる２つの代表光線１０９を二点鎖線で示す。発光点Ｏから発せされた２つの代表光線１０９は、それぞれ、移動体８上に設けられたマーク７上の点Ｎ１、Ｎ２で反射し、第１の検出部１０２の中心Ｍ１及び第２の検出部１０３の中心Ｍ２へ入射する。

図５に示されるように、第１の検出部１０２と第２の検出部１０３は同一平面上に配置されている。一方、光源１０４は、第１の検出部１０２及び第２の検出部１０３と同一平面上には配置されておらず、ｚ軸方向に所定の距離だけ離れて配置されている。すなわち、光源１０４は、第１の検出部１０２の中心Ｍ１と第２の検出部１０３の中心Ｍ２を結ぶ線分の中点を含み、ｚ軸に平行な直線上に配置されている。Ｇ_Ｌは光源１０４の発光点Ｏと移動体８との間の距離であり、Ｇ_Ｐは第１の検出部１０２又は第２の検出部１０３と移動体８との間の距離である。また、第１の検出部１０２と第２の検出部１０３との間の距離をＬとし、区間速度検出を行う際の区間長（点Ｎ１、Ｎ２の間の距離）をＬ’とする。

本実施例において、距離Ｌは点Ｍ１、点Ｍ２間の距離であり、区間検出の区間長Ｌ’は点Ｎ１、点Ｎ２間の距離である。このとき、区間速度検出法における区間長Ｌ’の寸法は、次の式（２）で表される。

式（２）において、Ｇ_Ｐ＞Ｇ_Ｌを満たすＧ_Ｐ、Ｇ_Ｌを選択することで、Ｌ’＜（１／２）・Ｌを満たすようにすることができる。このため、本実施例によれば、距離Ｌが実施例１と同一であるとすると、実施例１と比較してさらに区間長を短くすることができ、より高い周波数帯域の速度を検出することが可能となる。

なお、本実施例の速度検出装置１０１では、第１の検出部１０２及び第２の検出部１０３を同一平面上（基板１１１上）に実装した場合について説明したが、本実施例はこれに限定されるものではない。光源１０４の実装位置は本実施例の構成に限定されず、第１の検出部１０２または第２の検出部１０３の主面に平行な平面への光源１０４の垂直投影位置が、該平面上への第１の検出部１０２の垂直投影位置と第２の検出部１０３の垂直投影位置との間にあればよい。また、本実施例の速度検出装置１０１は反射型の速度検出装置であるが、本実施例はこれに限定されるものではない。本実施例は、光源１０４と第１の検出部１０２及び第２の検出部１０３との間に移動体８を配置するように構成された透過型の速度検出装置にも適用可能である。

上記各実施例の速度検出装置は、例えば、カラー複写機やカラーレーザービームプリンタ等のカラー画像形成装置において、中間転写ベルトの移動速度を検出して駆動ローラの回転周波数をフィードバック制御することで、色ずれを低減させる場合等に有効である。カラー画像形成装置の中間転写ベルトの速度変動には、駆動ローラの偏心や駆動モータ減速ギア系に起因する高い周波数成分が存在する。上記各実施例の速度検出装置を用いれば、このような高い周波数帯域の速度を検出することができる。

上記各実施例によれば、速度検出の区間長を検出部の実装区間の寸法より短くすることができる。また、複数の検出部に対して１つの光源を用いるため、光源のクロストークによる検出精度の低下を抑制することができる。このため、上記各実施例によれば、広帯域の速度を高精度に検出可能な速度検出装置を提供することができる。さらに、光源の数を削減することにより、コストの低減、消費電力の低減、及び、速度検出装置の小型化が可能となる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

１、１０１速度検出装置
２、３、１０２、１０３検出部
４、１０４光源
７マーク
８移動体

Claims

移動体の識別可能なマーク位置を第１の検出部において検出したタイミングを第１のタイミングとし、前記マーク位置を第２の検出部において検出したタイミングを第２のタイミングとするとき、前記第１のタイミング及び前記第２のタイミングに前記移動体の位置を検出し、該第１のタイミングと該第２のタイミングとの差を用いて該移動体の速度を検出する速度検出装置であって、
発散光束で前記移動体を照明する１つの光源と、
前記１つの光源で前記移動体を照明して得られた光から該移動体の前記マーク位置を検出する第１の検出部と、第１の信号処理部と、を含む第１のフォトセンサと、
前記第１の検出部に対して前記移動体の移動方向にずれた位置に設けられ、前記１つの光源で前記移動体を照明して得られた光から前記移動体の前記マーク位置を検出する第２の検出部と、第２の信号処理部と、を含む第２のフォトセンサと、を有し、
前記第１の検出部または前記第２の検出部の主面に平行な平面上への前記光源の垂直投影位置は、該平面上への前記第１の検出部の垂直投影位置と前記第２の検出部の垂直投影位置との間にあり、
前記第１のフォトセンサ及び前記第２のフォトセンサは、同一の基板上に設けられ、前記基板上の配線と電気的に接続されており、
前記第１のフォトセンサ及び前記第２のフォトセンサは、前記平面上に投影させた際、互いに１８０度異なる向きになるように配置されていることを特徴とする速度検出装置。
前記第１の検出部及び前記第２の検出部は、前記移動体で反射した光から前記移動体の前記マーク位置を検出するように構成されており、
前記光源、前記第１の検出部、及び、前記第２の検出部は、同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。