JPH09145408A

JPH09145408A - エンコーダ装置

Info

Publication number: JPH09145408A
Application number: JP7304584A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Horiuchi; 立美堀内
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1995-11-22
Publication date: 1997-06-06
Also published as: US5837999A

Abstract

(57)【要約】【課題】スリット孔の数に相当する位置検出の分解能に
対し、数倍から100倍程度の高い分解能を得る。【解決手段】エンコード板14が回転することにより、該
エンコード板14に形成されたスリット孔13を通過した間
欠光20の光像21が受光部16側でエンコード板14の回転に
伴い移動する。この間欠光20の光像21の位置を一次元受
光素子15を有する受光部で検出し、信号処理装置17によ
り検出された位置に対応する位置情報を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンコーダ装置に係
わり、特に位置検出の分解能を向上させる技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】物体の位置や移動速度を検出する光学式
センサとしてロータリーエンコーダ方式やリニアエンコ
ーダ方式等のものがある。このようなエンコーダ装置
は、光が透過可能なスリット孔を等間隔に形成したエン
コード板と、該エンコード板のスリット孔に向けて光を
照射する発光部と、発光部に対向して配設され発光部か
らの光をエンコード板を介して検出する受光部とから構
成され、物体の動きに従動してエンコード板が回転また
は移動すると、エンコード板に離散的に形成されたスリ
ット孔により発光部からの光が断続的に受光部に照射さ
れる一方、受光部において検出される断続的な光と同期
してパルスを出力するものである。また、このパルスを
時間で微分することにより速度を得ることができる。

【０００３】尚、この受光部の受光素子としては一般に
ポイントセンサが使用されており、発光部からの光のオ
ン・オフを検出するのみであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のエンコーダ装置にあっては、ロータリーエン
コーダの場合はエンコード板１回転で、リニアエンコー
ダの場合はエンコード板の全可動範囲内で必要とする分
解能と同じ数のスリット孔が必要であった。例えば、ロ
ータリーエンコーダの場合に１万パルス／回転の分解能
を得るためには、エンコード板一周当たり１万個のスリ
ット孔を設ける必要があるが、実際にこのような多数の
スリット孔を形成することは困難である。

【０００５】一方、上記の離散的なスリット孔による検
出方法の他に、スリット孔の透過率を正弦波状に連続的
に変化させて形成したエンコード板を用いて、異なる位
置から位相が90゜ずれた２つの正弦波信号を検出し、そ
れらの正弦波信号から補間処理を用いて位置を検出する
方式がある。この検出方式においては、受光部への光量
をアナログ的に変化させるために受光素子の感度やスリ
ットの形状に高い精度が必要であった。

【０００６】ところで、300 〜600dpi程度の分解能が必
要となるプリンタや複写機等の画像形成装置は、該画像
形成装置の画像形成部において40〜80μm の精度で紙面
サイズ全体に対して位置合わせを行なう必要がある。こ
のような高い精度を保持しつつ所定の範囲全体に対して
位置を検出することは、前記従来のエンコーダ装置にお
いては実際には困難で、検出精度の低下を避けることが
できなかった。

【０００７】そこで本発明は、このような従来の問題点
に鑑み、エンコード板に形成したスリット数に相当する
分解能の数倍から100 倍程度に分解能を向上させること
ができるエンコーダ装置を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の発明は、エンコード板の動きに同期し
たエンコード板からの間欠光を検出して、エンコード板
の動きを検出するエンコーダ装置において、エンコード
板の移動方向に略平行に配設され、入射する間欠光の位
置を隣接する間欠光の間隔より狭い範囲で検出し、該位
置情報を出力する第１一次元受光手段と、前記第１一次
元受光手段からの位置情報に基づいて、前記エンコード
板の動きを検出する検出手段と、を有するようにした。

【０００９】ここにおいて、「エンコード板の動き」と
は、エンコード板の位置、速度であり、エンコード板と
受光手段との相対的な移動の速度，移動距離（位置）の
ことをいう。また、「間欠光」とは、エンコード板から
の光で、エンコード板の動きに同期して所定の間隔で一
次元受光手段へ入射する光である。例えば後述するよう
に、一次元受光手段側に配設した発光手段からの光がエ
ンコード板に設けられた反射部により反射する反射光、
あるいは、一次元受光手段と反対側に配設した発光手段
からの光がエンコード板に設けられた孔（光透過性の
窓）を透過した透過光である。

【００１０】さらに、「略平行」とは、一次元受光手段
の検出範囲内において、間欠光が一次元受光手段に当た
る程度の平行であればよい。かかる構成によると、第１
一次元受光手段によりエンコード板からの間欠光の位置
情報を検出することができるため、エンコード板の動き
を高い精度で検出することができると共に、入射する間
欠光の位置検出を、隣接する間欠光の間隔より狭い範囲
で行うように、例えば、一次元受光手段の検出範囲を隣
接する間欠光の間隔より広くなるように調整することに
より、１つの一次元受光素子に複数の間欠光が同時に照
射されることが防止され、以て、間欠光の位置の誤検出
を防止できる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、エンコード板の
動きに同期したエンコード板からの間欠光を検出して、
エンコード板の動きを検出するエンコーダ装置におい
て、少なくとも１つの間欠光の光量が、他の間欠光の光
量と異なるようにした前記エンコード板と、入射する間
欠光の光量を検出する受光手段と、前記受光手段が検出
した光量に基づいて、前記エンコード板が所定位置に達
したことを検出する位置検出手段と、を有するようにし
た。

【００１２】かかる構成によると、受光手段が検出した
間欠光の光量が、他の間欠光の光量と異なるときにエン
コード板が所定位置に達したことを検出することによ
り、該位置を基準としたエンコード板の絶対的な位置を
検出することができる。請求項３に記載の発明は、前記
受光手段は、エンコード板の移動方向に略平行に配設さ
れ、入射する間欠光の位置を隣接する間欠光の間隔より
狭い範囲で検出し、該位置情報を出力する第１一次元受
光手段であり、前記第１一次元受光手段からの位置情報
に基づいて、前記エンコード板の動きを検出する検出手
段を有するようにした。

【００１３】かかる構成によると、第１一次元受光手段
により、間欠光の位置情報が検出されると共に、隣接す
る間欠光が１つの一次元受光素子に同時に照射されるこ
とを防止できるため、正確に間欠光の位置情報を検出す
ることができ、エンコード板の動きを精度よく検出する
ことができる。請求項４に記載の発明は、前記第１一次
元受光手段が間欠光を検出していないとき、前記エンコ
ード板の動きを補間する補間手段を有し、前記検出手段
が、前記第１一次元受光手段からの直前に検出された位
置情報と、前記補間手段からの情報とに基づいて、前記
エンコード板の動きを検出するようにした。

【００１４】かかる構成によると、第１一次元受光手段
に間欠光が照射されていないときに、エンコード板の動
きを補間処理することにより、間欠光が検出されない領
域に対しても間欠光の位置を求めることができ、エンコ
ード板の動きを途切れなく連続して検出することができ
る。請求項５に記載の発明は、前記補間手段は、前記第
１一次元受光手段からの位置情報から検出されたエンコ
ード板の直前の動きに基づいて補間情報を演算する手段
とした。

【００１５】かかる構成によると、間欠光の位置が検出
されない場合に対しても、一次元受光手段からの位置情
報により検出されたエンコード板の動作特性に基づい
て、エンコード板の動きを演算により途切れなく連続し
て求めることができる。請求項６に記載の発明は、前記
補間手段は、入射する間欠光の位置に応じた位置情報を
出力し、前記第１一次元受光手段に併設した該第１一次
元受光手段とは別体の第２一次元受光手段とした。

【００１６】かかる構成によると、２つの一次元受光手
段を用いることにより、一方の一次元受光手段で間欠光
を検出できないときに、他方の一次元受光素子で該間欠
光を直接的に検出できるため、間欠光位置の検出精度が
向上し、エンコード板の動きを途切れなく連続して、且
つ、精度よく検出することができる。請求項７に記載の
発明は、前記第１一次元受光手段と前記第２一次元受光
手段とは、間欠光の移動方向に前記第１一次元受光手段
と前記第２一次元受光手段の端部がオーバーラップする
ように配設するとともに、隣接する間欠光の間隔が、前
記第１一次元受光手段及び第２一次元受光手段の各々の
検出範囲より長い間隔となり、かつ、間欠光の移動方向
において前記第１一次元受光手段と前記第２一次元受光
手段との合成された有効受光面での検出範囲よりも短く
なるように設定されているようにした。

【００１７】かかる構成によると、第１の一次元受光手
段と第２の一次元受光手段を、端部をオーバーラップさ
せつつ配設することにより、合成された有効受光面の長
さが実質延長され、間欠光が常に合成された有効受光面
に照射されるようになると共に、１つの一次元受光素子
の検出範囲内に隣接する間欠光が同時に照射されたり、
合成された有効受光面内に間欠光が照射されず、位置情
報が検出されなくなることが防止され、間欠光の位置情
報を安定して連続的に精度よく検出することができる。

【００１８】請求項８に記載の発明は、前記検出手段
は、前記第１一次元受光手段からの位置情報が所定値に
達したとき、前記第１一次元受光手段からの位置情報と
前記補間手段からの情報とを切り換えて、エンコード板
の動きを検出するようにした。かかる構成によると、一
次元受光手段の位置情報と補間手段からの情報とを切り
換えて用いることにより、間欠光が一次元受光手段の端
部に照射された場合における位置情報の出力が不安定と
なるときに、該一次元受光手段からの出力を使用するこ
となく補間手段によって間欠光の位置情報を検出できる
ため、エンコード板の動きをより正確に検出することが
できる。

【００１９】請求項９に記載の発明は、前記検出手段
は、前記第１一次元受光手段からの位置情報と前記補間
手段からの情報とを切り換えるとき、切り換える直前の
情報を加算して、エンコード板の動きを検出するように
した。かかる構成によると、一次元受光手段からの位置
情報と、補間手段からの情報とを切り換える際に、切り
換える直前の情報を切り換えた後の情報に加算すること
により、切り換えによる位置情報のずれの発生を防止で
き、エンコード板の動きを途切れなく連続して検出する
ことができる。

【００２０】請求項１０に記載の発明は、前記エンコー
ダ装置は、前記エンコード板に向けて光を照射する光照
射手段を有し、前記エンコード板は、前記光照射手段か
ら照射された光を透過させて間欠光とするための光透過
孔、又は、前記光照射手段から照射された光を反射させ
て間欠光とするための反射部材を有するようにした。か
かる構成によると、光照射手段によりエンコード板に向
けて光を照射することにより、エンコード板を通過して
得られる間欠光、又は反射部材からの反射光を常に安定
して検出することができ、以て、エンコード板の動きを
より確実に検出することができる。

【００２１】請求項１１に記載の発明は、前記光照射手
段の前面に、前記光照射手段から照射された光を平行光
とするための光学手段を有するようにした。かかる構成
によると、光照射手段からの光を平行光とすることによ
り、エンコード板と間欠光の動きが一致するようにな
り、エンコード板の動きをより高い精度で検出すること
ができる。

【００２２】請求項１２に記載の発明は、前記第１一次
元受光手段は、位置検出素子ＰＳＤを有するようにし
た。かかる構成によると、簡単で安価な構成により間欠
光の位置情報を連続的に検出することができ、測定分解
能をより向上させることができる。請求項１３に記載の
発明は、前記第１一次元受光手段は、ＣＣＤ、あるい
は、ＭＯＳを有するようにした。

【００２３】かかる構成によると、簡単で安価な構成に
より間欠光の位置情報を連続的に検出することができる
と共に、ＣＣＤの場合は間欠光の光強度分布に応じた位
置情報検出を行うことができ、ＭＯＳの場合は、より安
定して間欠光を検出することができる。請求項１４に記
載の発明は、前記エンコード板は、物体の動きに従動し
て回転する円板、あるいは、物体の動きに従動して直進
動する帯状板とした。

【００２４】かかる構成によると、円板の場合は、エン
コード板の回転動を検出することができ、帯状板の場合
は、エンコード板の直進動を検出することができる。請
求項１５に記載の発明は、前記物体は、画像形成装置の
感光体、あるいは、画像読取装置の移動光学系とした。
かかる構成によると、高精度な位置制御が可能となり、
例えば、色ずれ等の位置ずれに起因する画質の劣化を極
力低減することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図１
〜図１４に基づいて説明する。まず、単一の一次元の受
光素子を使用して間欠光の光像の位置を検出する第１の
実施の形態について説明する。本実施の形態において
は、図１に示すように例えば赤色や近赤外線のＬＥＤ等
の発光素子11を含む発光部12と、回転駆動体に回転軸が
連結されて回転し周縁部全周に渡りほぼ長方形状のスリ
ット孔13が周方向等間隔に複数形成された円板状のエン
コード板14と、一次元ＰＳＤ(Positional Sensitive De
vice)15 が間欠光の移動方向にＰＳＤの長手方向を一致
させて配設された受光部16と、該受光部16から出力され
る信号を処理して位置・速度情報を出力する信号処理装
置17と、から構成されている。

【００２６】次に、このエンコーダ装置の作用を説明す
る。まず、発光素子11からの光を凸レンズ18を介するこ
とにより平行光19としてエンコード板14に照射する。こ
のエンコード板14は、図示していないが、例えば、画像
形成装置の感光体等の回転体の回転軸に連結されて回転
するように構成されており、図２に示すエンコード板の
中心21から一定の距離ｒの位置に径方向に長さｙ，周方
向に幅ｗのほぼ長方形状のスリット孔13を間隔Ｐで全周
に渡り形成している。

【００２７】そして、このエンコード板14が回転するこ
とにより、スリット孔13が発光部12と受光部16とを結ぶ
線上に順次現れ、受光部16にスリット孔13を通過した間
欠光20に応じた光像21が投影される。そして、ＰＳＤ15
a,15b は、投影された光像21がＰＳＤの受光面のどの位
置に照射されているかをそれぞれ検出する。ここでは一
次元受光素子としてＰＳＤを用いているが、これに限定
されることなくＣＣＤ(Charge Coupled Device) 、ＭＯ
Ｓ(Metal Oxide Semiconductor) あるいは、受光素子を
配列したアレイ等を使用しても同等の効果を得ることが
できる。

【００２８】また、従来はエンコード板の回転により間
欠光が受光部に断続的に照射されることから、間欠光の
オン・オフを検出して位置信号を出力していたが、本実
施の形態においては、１つの間欠光がエンコード板の回
転により移動する位置を検出することにより位置検出の
分解能を高めている。このＰＳＤは、その検出原理上２
カ所以上に光が当たると正確な位置の検出ができない特
性をもっており、図３(a) に示すＰＳＤの有効受光面31
内に２つの間欠光32,33 が照射されるとそれらの中間の
位置34に対応する信号が出力されることになる。そこ
で、このような事態を防ぐため、ＰＳＤの有効受光面の
長さＬ（有効受光面長）つまりスリットの検出範囲を、
隣接する間欠光の間隔、即ち、エンコード板のスリット
孔の間隔Ｐ（以下スリット間隔という）より短く設定す
る。

【００２９】ここにおいて、発光部からの光をレンズに
よって平行光としてエンコード板に照射するため、エン
コード板のスリット間隔は受光部に投影された光像の間
隔に等しく、スリット孔の形状も間欠光の光像の形状に
等しいものとなる。尚、この平行光は、受光部での間欠
光の検出範囲を通過する部分でのみ平行が保たれていれ
ばよく、その平行度は受光部の検出範囲内において、間
欠光が受光部に照射される程度でよい。

【００３０】また、発光素子11からの光をそのままエン
コード板14に照射する簡易な方式とすることもできる。
その場合は、エンコード板14が一定速度で回転していて
もＰＳＤの受光面の位置によって間欠光の移動速度が変
化することになるが、事前に速度の変化を計測し、逆関
数を使用すれば補正が可能である。しかしながら、平行
光を使用することにより上記計測や逆関数の使用を不用
とすることができるため、実際には平行光を使用した方
が好ましい。また、該平行光の照射範囲をＰＳＤの長さ
より長くすることが好ましい。

【００３１】いま図４に示す状態で、エンコード板41が
ΔＰだけ矢印方向に移動したことを考える。このときス
リット１によるＰＳＤ受光面42上の光像43は、矢印方向
に約ΔＰ移動するが、スリット２の光像44は、矢印方向
に約ΔＰ（１＋ｙ／ｘ）移動することになる。つまり、
スリット２の光像44はスリット１の光像43と比較してΔ
Ｐ・ｙ／ｘだけ余分に移動することになる。

【００３２】ところで、本実施の形態ではＰＳＤの有効
受光面長Ｌをエンコード板のスリット間隔Ｐより短く設
定しているので、図３(b) に示すように有効受光面31に
間欠光が全く照射されないタイミングが発生し、間欠光
の位置を検出することができない測定不能時間が発生す
ることになる。この測定不能時間に対しては、間欠光の
検出範囲である有効受光面長Ｌを隣接する間欠光の間隔
であるスリット間隔Ｐより少しだけ短く設定することに
より、有効受光面内に光像が存在する測定可能時間に比
較して十分短くすることができる。そのため、本実施の
形態では、光量の減少信号が発生する直前の位置信号
に、記憶された位置信号の時間に対する変化特性を単位
時間ごとに加算する演算補間処理を施すことにより、連
続した位置信号を求めるようにした。

【００３３】尚、この補間処理はエンコード板が移動し
ているという情報（例えばモータが回転しているという
情報）がなければ必要ないため、該情報が得られている
ときに行うものとする。また、精度よく光像を検出でき
る位置は、スリット幅をｗとすると、図５(a)に示す有
効受光面の左端部から光像全体が有効受光面内に入った
位置、即ち光像51の中心52が有効受光面の左端部からｗ
／２の位置から、図５(b) に示す有効受光面の右端部か
らはみ出す直前の位置、即ち光像51の中心53が受光面の
右端部からｗ／２の位置まであり、ＰＳＤの左側を基準
とすると、ｗ／２の位置からＬ−ｗ／２の位置となる。

【００３４】ここで、スリット間隔Ｐを（１）式に示す
ように有効受光長Ｌとスリット幅ｗの和より長く設定
し、スリット幅ｗを（２）式に示すように設定すると、Ｐ＝1.01（Ｌ＋ｗ）・・・（１）ｗ＝Ｌ／２０・・・（２）測定不能となる長さＬＮは（３）式で表すことができ
る。ＬＮ＝Ｐ−（Ｌ−ｗ）≒0.11Ｌ・・・（３）即ち、測定不能となる長さＬＮは、上記条件の下では有
効受光長の約11％となる。

【００３５】次に、本実施の形態の具体的な作用を図６
および図７を用いて説明する。本実施の形態は、図６に
示すように、間欠光の光像61を検出するための単一のＰ
ＳＤ62と、ＰＳＤ62の左端部および右端部から得られる
電流をそれぞれ増幅するアンプ63a,63b と、増幅された
各電流を位置信号に変換する割算器64と、増幅された各
電流から間欠光の光量が所定値以下か否かを判定する光
量判定器65と、割算器64から得られる位置信号１を補間
処理する補間器66と、補間器66から得られる位置信号２
から位置パルスを発生するパルス発生回路67とから構成
されている。

【００３６】そして、ＰＳＤ62の両端部からの電流Ｉ₁
およびＩ₂をアンプ63a,63b により増幅し、増幅された
各電流をＡ／Ｄ変換後、割算器64によりＩ₂／（Ｉ₁＋
Ｉ₂）を計算して位置信号１を求める。これにより、図
７に示すように光像の中心がｗ／２からＬ−ｗ／２まで
の間（α−β間）に対しては、安定して位置信号を得る
ことができる。

【００３７】一方、アンプ63a,63b の出力の和が所定値
以下か否かを光量判定器65により判定し、所定値以下で
あった場合には光量減少信号を補間器66に送る。即ち、
図７に示すβ−γ間が前記アンプの出力の和が所定値以
下のときを表し、この範囲においては位置信号を測定に
より得ることができない。補間器66は、光量減少信号が
発生しなかったときは位置信号１をそのまま位置信号２
として出力すると共に、時間に対する位置信号の変化特
性を記憶する。また、減少信号が発生したときは測定で
きなかった位置信号を前記記憶された位置信号の変化特
性に基づいて補間処理することにより位置信号を生成
し、この位置信号を位置信号２として出力する。

【００３８】この位置信号２はパルス発生回路67に入力
され、位置信号２が所定値増加する毎に位置パルスを１
つ出力する。以上説明したように、本実施の形態におい
ては、位置信号が測定できないときに、予め求めておい
た位置信号の変化特性を用いて位置信号を補間処理によ
り生成させることにより連続的に位置信号を得ることが
でき、簡単な構成で測定できない範囲を実質上解消する
ことができる。また、補間処理は位置信号が得られなく
なる直前の位置信号の変化特性に基づいて行うため、よ
り正確に位置信号を求めることができる。そして、補間
処理を行う範囲はＰＳＤの有効受光面長の11％程度であ
るため、位置検出精度を大きく低下させることはない。

【００３９】尚、本実施の形態はエンコード板が測定不
能範囲で停止した場合や逆転した場合においては位置検
出精度が低下する可能性があるが、例えばプリンタや複
写機に用いられる画像形成装置の駆動装置のように、ほ
ぼ一定の速度で回転して逆転しない場合に対しては問題
はない。また、図６はアナログ信号を割算器で演算して
位置信号を出力する例であるが、ＰＳＤを１つ使用する
場合も、後述するＰＳＤを２つ使用する場合も、いずれ
の回路も使用することができる。また、全体をＡ／Ｄコ
ンバータ付のマイクロプロセッサで実現することもでき
る。

【００４０】次に、間欠光の位置検出が常に検出可能に
するために、一次元受光素子を２つ並列に配設し、間欠
光の光像の位置を検出する第２の実施の形態について説
明する。即ち、第１の実施の形態では、光像の位置を検
出できない測定不能時間を演算によって補間処理した
が、本実施の形態においては、位置検出不能時間の発生
を防止し、第１の一次元受光素子で位置検出不可能な部
分を、第２の一次元受光素子で位置検出して補間処理す
る構成とした。即ち、図８に示すように２つのＰＳＤを
間欠光の移動方向に並べると共に、隣合うＰＳＤを間欠
光の移動方向と直角方向にずらし、隣合うＰＳＤの各端
部を間欠光の移動方向にΔＬだけオーバーラップさせて
配設すると共に、エンコード板のスリット間隔Ｐ，スリ
ット長さｙ，スリット幅ｗ等を（４）〜（６）式の関係
を満足するように設定するようにした。Ｌ＜Ｐ＜ＴＬ・・・（４） ΔＬ＜ｗ・・・（５）ｔ＜ｙ・・・（６）ここで、ＴＬは２つのＰＳＤの有効受光面を合成した有
効受光面の長さ、ｔは合成された有効受光面の幅を表し
ている。

【００４１】このような構成として直接位置検出する方
式とすることにより、第１の実施の形態による演算補間
処理方式よりさらに検出精度を向上させることができ
る。以下に詳細な説明を記す。受光部をこのように２つ
のＰＳＤから構成とすることにより、受光部における光
像の位置は図９に示す(a) 〜(d) の４つの状態に分類す
ることができ、いずれの状態においても常に光像91の位
置を検出することができると共に、前記測定不能時間の
発生を防止することができる。

【００４２】(a) ＰＳＤ１の有効受光面上にだけ存在す
る。 (b) ＰＳＤ１とＰＳＤ２のオーバーラップした部分に存
在する。 (c) ＰＳＤ２の有効受光面上にだけ存在する。 (d) ＰＳＤ２の有効受光面右端部に存在し、且つ、新た
な光像92がＰＳＤ１の有効受光面左端部に存在する。

【００４３】次に、図10を用いて２つのＰＳＤを用いた
間欠光の位置検出方法を説明する。図10においてＰＳＤ
１の左端部から得られる電流Ｉ₁₁は、アンプ101 により
増幅した後Ａ／Ｄ変換器102 においてデジタル信号に変
換する。同様にしてＰＳＤ１の右端部から得られる電流
Ｉ₁₂についてもアンプにより増幅した後、デジタル信号
に変換する。尚、このＡ／Ｄ変換は、検出精度を高める
ため10bit ( 0Vは0 ，5Vは1023）以上の分解能をもつこ
とが望ましい。

【００４４】そして、これらのデジタル信号を演算回路
103 に入力し、２つのデジタル信号の和が所定値（例え
ば100 ）より小さい場合には、割算の分母が小さくな
り、アナログ式の演算器でもデジタル信号に変換した後
の割算回路でも精度が著しく低下するので、間欠光の光
像が受光面上に存在しないと判断して値1023を位置信号
１として出力する。また、所定値以上の場合はＩ₁₂／
（Ｉ₁₁＋Ｉ₁₂）を計算し、これを位置信号１として出力
する。位置信号は０〜１の範囲となるが、処理の簡単の
ため０〜1000の整数値とし、光像が存在しないときの値
1023を含めて10bitのデジタル値とする。

【００４５】また、ＰＳＤ２からの電流Ｉ₂₁, Ｉ₂₂につ
いても同様にアンプにより増幅した後、デジタル信号に
変換し、演算回路104 により２つのデジタル信号の和が
所定値（例えば100 ）より小さい場合には1023を位置信
号２として出力し、所定値以上の場合はＩ₂₂／（Ｉ₂₁＋
Ｉ₂₂）を計算して、これを位置信号２として出力する。

【００４６】そして、得られた位置信号１および位置信
号２を位置信号合成回路105 に入力することにより、位
置信号の変化量に応じた位置パルスや速度信号を出力す
る。また、位置信号の値が1023である場合には、その位
置信号に対するＰＳＤの有効受光面内には間欠光の光像
は存在しないと判定する。ここで、図９(a) 〜(d) に示
す状態に応じた位置信号１および位置信号２の処理を図
11を用いて順次説明する。まず、図９(a) に示すように
間欠光の光像91がＰＳＤ１上にだけ存在する場合は、図
11に示すようにＰＳＤ１からの位置信号１が所定のステ
ップ量Ｓ_inc（例えば10）増加する毎に位置パルスを１
つ出力する。（Ａ−Ｂ間）そして、図９(b) に示すように光像91がＰＳＤ１とＰＳ
Ｄ２のオーバーラップした部分に照射されている場合
は、上限位置より位置信号１が小さいときは位置信号１
を使用して位置パルスを出力し、位置信号１が上限位置
以上のときは位置信号２を使用して位置パルスを出力す
る。（Ｂ−Ｃ間）このとき、位置信号１で最後に位置パルスを発生してか
ら位置信号２が基準位置に到達するまでの位置信号１の
増加分は、位置信号２に上乗せすることにより位置信号
２に引き継がれる。例えば、位置信号１が800 のとき位
置パルスを発生し、その後805 まで計数したときに位置
信号２が基準位置に達した場合には、位置信号２は位置
信号１の増分５を加算して、105 （基準位置を100 とす
る）から計数を始め、110 に達したときに位置パルスを
出力する。

【００４７】次に、図９(c) に示すように光像91がＰＳ
Ｄ２上にある場合は、ＰＳＤ２からの位置信号２の増加
に応じて位置パルスを生成する。そして、図９(d) に示
すように光像91がＰＳＤ２の右端部に移動すると共に、
ＰＳＤ１の左端部に新たな光像92が差しかかった場合
は、位置信号１が基準位置より小さいときは、位置信号
２を使用して位置パルスを出力し、位置信号１が基準位
置以上のときは位置信号１を使用して位置パルスを出力
する。（Ｃ−Ｄ間）このときも、Ｂ−Ｃ間と同様に、位
置信号２で最後に位置パルスを発生してから位置信号１
が基準位置に到達するまでの位置信号２の増加分は、位
置信号１に上乗せすることにより位置信号１に引き継が
れる。

【００４８】このように信号の切換えを行うことによ
り、ＰＳＤ１とＰＳＤ２の取り付け誤差とエンコード板
のスリットピッチのずれの影響を排除できると共に、間
欠光の光像がＰＳＤ１からＰＳＤ２に移る過程で連続的
に、且つ、位置信号の変化に応じた位置パルスを発生さ
せることができる。また、位置信号を一定時間毎に検出
することにより位置信号の時間的変化を測定し、これを
速度信号として出力することもできる。

【００４９】尚、本実施の形態におけるエンコード板
を、図12に示す等間隔にスリット孔121 が形成された帯
状のエンコード板122 として、位置や速度を検出しよう
とする対象に直接または間接的に取り付けて測定する構
成としてもよい。また、Ａ／Ｄコンバータおよび演算回
路は、切り替えスイッチ等により１つを順次に切り換え
て使用する構成としても同様な効果を得ることができ、
Ａ／Ｄコンバータ，演算回路，位置信号合成回路等の信
号処理装置は、マイクロプロセッサとソフトウェアで代
用してもよく、さらに本実施の形態におけるエンコーダ
装置を画像形成装置に適用した場合には、画像形成装置
制御用のマイクロプロセッサの一部を利用して信号処理
を行ってもよい。

【００５０】以上説明したように、２つの一次元受光素
子を並設し、これらの一次元受光素子を間欠光の照射位
置の状態に応じて切り換えて使用することにより、間欠
光の位置信号が得られない測定不能時間の発生を防止で
き、前記一次元受光素子の切り換え時においても連続し
て位置パルスを発生させつつ、位置の検出精度をスリッ
ト孔の数に相当する分解能より数倍から100 倍程度の分
解能を得ることができる。

【００５１】また、エンコード板等の機械部品は特に高
い精度を必要とせず、発光部，受光部，エンコード板を
単体として形成することにより、これらを別々に他のユ
ニット等に容易に組み込むことができ、位置パルスの発
生タイミングを得る位置信号のステップ量Ｓ_incや、Ａ
／Ｄ変換時のbit 数を変更することにより、分解能を自
由に選択することができ、目的とする検出精度を容易に
得ることができる。

【００５２】尚、図10はＡ／Ｄコンバータを使用してデ
ジタル信号にした後で演算を行う例であるが、ＰＳＤを
１つ使用する場合もＰＳＤを２つ使用する場合も、いず
れの回路も使用することができる。また、全体をＡ／Ｄ
コンバータ付のマイクロプロセッサで実現することもで
きる。また、本実施の形態においては一次元受光素子と
してＰＳＤを用いているが、第１の実施の形態と同様に
ＣＣＤやＭＯＳあるいは受光素子を配列したアレイ等を
使用しても同等な効果を得ることができる。

【００５３】次に、第２の実施の形態に光量検出によっ
て原点検出を行う第３の実施の形態について説明する。
本実施の形態における構成は、図13に示すように、第１
の実施の形態における構成に原点判別器131 を追加した
構成となっているが、第２の実施の形態に対しても同様
に実施することができる。そこで、この原点判別器131
の作用を説明する。本実施の形態においては、エンコー
ド板の特定のスリットに対する光の透過率を変化させる
ことにより、間欠光の光量が変化するため、該間欠光の
光量を検出することにより、原点であることを示す原点
信号を出力している。

【００５４】例えば、図14に示すエンコード板141 の特
定のスリット孔142 の開口面積を変化させることにより
透過率を変化させる。例えば、特定のスリット孔142 の
透過率を他のスリット孔143 の透過率の50％に設定する
と、ＰＳＤから出力される電流値が50％に減少し、光量
判定器105 に入力される増幅された電流値も他のスリッ
ト孔に対する電流値の50％程度となる。そこで、この電
流値、即ち光量の変化から前記特定のスリット孔からの
間欠光であるか否かを判定することにより、原点信号を
発生させることができる。

【００５５】しかし、単に光量の変化だけで判定しよう
とすると、ＰＳＤの有効受光面の端部に間欠光の光像が
位置している場合に、光像が有効受光面から外れること
によっても光量が減少するため、前記特定のスリット孔
を誤検出することがある。そのため、光量を判定する際
には光像の位置情報を併せて判定するようにした。即
ち、割算器104 より検出された位置信号３を原点判定器
131 に入力し、光像が受光素子の端部に位置している場
合は原点ではないことを示す誤信号を発生する一方、光
像が端部以外の有効受光面長内に位置している場合で、
光量判定器105 からの光量信号が変化した場合に原点で
あることを示す原点信号を出力する。

【００５６】尚、光の透過率を変化させるスリット孔を
エンコード板に１つだけ設け、エンコード板の１回転で
１個の原点信号を出力する構成としてもよく、透過率を
変化させるスリット孔を複数個設け、エンコード板の１
回転で複数個の原点信号（基準点信号）を出力する構成
としてもよい。さらに、スリット孔の光の透過率を例え
ば、25％，50％，75％のように段階的に変化させること
により、スリット孔に対応した絶対位置信号を出力する
こともできる。

【００５７】このような構成により、物体の絶対的な移
動量を検出することができ、基準となる位置からどれだ
け移動したかを容易に検出することができる。また、第
１の実施の形態、および第３の実施の形態においてはデ
ジタル信号処理で行い、第２の実施の形態においてはア
ナログ信号処理で行った例を示しているが、各々の実施
の形態は、デジタル信号，アナログ信号のどちらでも処
理することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、第１一次元受光手段により、間欠光の位
置情報が検出されると共に、隣接する間欠光が１つの一
次元受光素子に同時に照射されることが防止できるた
め、間欠光の位置の誤検出を防止しつつエンコード板の
動きを精度よく検出することができる。

【００５９】請求項２に記載の発明によれば、エンコー
ド板が所定位置に達したことを、受光手段が検出した間
欠光の光量により検出でき、これに基づいてエンコード
板の絶対的な位置を検出することができる。請求項３に
記載の発明によれば、第１一次元受光手段により、間欠
光の位置情報が検出されると共に、隣接する間欠光が１
つの一次元受光素子に同時に照射されることを防止でき
るため、より正確に間欠光の位置情報を検出することが
でき、エンコード板の動きを精度よく検出することがで
きる。

【００６０】請求項４に記載の発明によれば、間欠光の
照射位置が一次元受光手段から外れ、一次元受光手段か
ら位置情報が検出されない場合においても、エンコード
板の動きを補間処理することにより間欠光の位置を求め
ることができ、エンコード板の動きを切れ目なく連続に
検出することができる。請求項５に記載の発明によれ
ば、間欠光の位置が検出されない場合に対しても、一次
元受光手段からの位置情報により検出されたエンコード
板の動作特性に基づいて、エンコード板の動きを連続的
に検出することができる。

【００６１】請求項６に記載の発明によれば、２つの一
次元受光手段を用いることにより、一方の一次元受光手
段で間欠光を検出できないときには、他方の一次元受光
素子で該間欠光を正確に検出することができ、エンコー
ド板の動きを途切れなく連続に、且つ、精度よく検出す
ることができる。請求項７に記載の発明によれば、第１
の一次元受光手段と第２の一次元受光手段を、端部をオ
ーバーラップさせつつ配設することにより、合成された
有効受光面の長さが実質延長され、間欠光を常に合成さ
れた有効受光面に照射させることができ、１つの一次元
受光素子の検出範囲内に隣接する間欠光が同時に照射さ
れたり、合成された有効受光面内に間欠光が照射され
ず、位置情報が検出されなくなることが防止でき、間欠
光の位置情報を安定して連続的に精度よく検出すること
ができる。

【００６２】請求項８に記載の発明によれば、一次元受
光手段の位置情報と補間手段からの情報とを切り換えて
用いることにより、位置情報の出力が不安定となる領域
を使用することなく、補間手段によって間欠光の位置情
報を検出することができ、エンコード板の動きをより正
確に検出することができる。請求項９に記載の発明によ
れば、一次元受光手段からの位置情報と、補間手段から
の情報とを切り換える直前の情報を、切り換えた後の情
報に加算することにより、切り換えによる位置情報のず
れの発生を防止でき、エンコード板の動きをより正確に
検出することができる。

【００６３】請求項１０に記載の発明によれば、光照射
手段によりエンコード板に向けて光を照射することによ
り、エンコード板を通過して得られる間欠光、又は反射
部材からの反射光を常に安定して検出することができ、
以て、エンコード板の動きをより確実に検出することが
できる。請求項１１に記載の発明によれば、光照射手段
からの光を平行光とすることにより、エンコード板の動
きと間欠光の動きが一致するようになり、エンコード板
の動きをより高い精度で検出することができる。

【００６４】請求項１２に記載の発明によれば、簡単で
安価な構成により間欠光の位置情報を連続的に検出する
ことができ、測定分解能をより向上させることができ
る。請求項１３に記載の発明によれば、簡単で安価な構
成により間欠光の位置情報を連続的に検出することがで
きると共に、ＣＣＤの場合は間欠光の光強度分布に応じ
た位置情報検出を行うことができ、ＭＯＳの場合は、安
定した間欠光の検出を行うことができる。

【００６５】請求項１４に記載の発明によれば、円板の
場合は、エンコード板の回転動を検出することができ、
帯状板の場合は、エンコード板の直進動を検出すること
ができる。請求項１５に記載の発明によれば、高精度な
位置制御を行うことができ、例えば、色ずれ等の位置ず
れに起因する画質の劣化を極力低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態におけるシステム構成を表
す模式図。

【図２】第１の実施の形態におけるエンコード板とス
リット孔を示す図。

【図３】一次元受光素子の受光面とスリット孔の間隔
との関係を説明する図。

【図４】エンコード板の移動に伴う一次元受光素子上
の光像の移動量を説明する図。

【図５】間欠光の測定不能領域を説明する図。

【図６】第１の実施の形態におけるシステム構成図。

【図７】１つのＰＳＤからの位置信号を示す図。

【図８】第２の実施の形態における一次元受光素子の
配置を示す図。

【図９】２つの一次元受光素子の受光面に対する間欠
光の位置関係を説明する図。

【図１０】第２の実施の形態におけるシステム構成
図。

【図１１】２つのＰＳＤからの位置信号と位置パルス
との関係を示す図。

【図１２】帯状のエンコード板を示す図。

【図１３】第３の実施の形態におけるシステム構成
図。

【図１４】特定のスリット孔の透過度を変化させたエ
ンコード板を示す図。

【符号の説明】

11 発光素子 12 光照射手段 13,143 スリット孔 14,41,141 エンコード板 122 帯状エンコード板 15,31,42,62 一次元受光素子 16 間欠光受光手段 17 信号処理装置 19 平行光 20 間欠光 142 原点用スリット孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンコード板の動きに同期したエンコード
板からの間欠光を検出して、エンコード板の動きを検出
するエンコーダ装置において、エンコード板の移動方向に略平行に配設され、入射する
間欠光の位置を隣接する間欠光の間隔より狭い範囲で検
出し、該位置情報を出力する第１一次元受光手段と、前記第１一次元受光手段からの位置情報に基づいて、前
記エンコード板の動きを検出する検出手段と、を有する
エンコーダ装置。
【請求項２】エンコード板の動きに同期したエンコード
板からの間欠光を検出して、エンコード板の動きを検出
するエンコーダ装置において、少なくとも１つの間欠光の光量が、他の間欠光の光量と
異なるようにした前記エンコード板と、入射する間欠光の光量を検出する受光手段と、前記受光手段が検出した光量に基づいて、前記エンコー
ド板が所定位置に達したことを検出する位置検出手段
と、を有するエンコーダ装置。
【請求項３】前記受光手段は、エンコード板の移動方向
に略平行に配設され、入射する間欠光の位置を隣接する
間欠光の間隔より狭い範囲で検出し、該位置情報を出力
する第１一次元受光手段であり、前記第１一次元受光手段からの位置情報に基づいて、前
記エンコード板の動きを検出する検出手段を有する請求
項２に記載のエンコーダ装置。
【請求項４】前記第１一次元受光手段が間欠光を検出し
ていないとき、前記エンコード板の動きを補間する補間
手段を有し、前記検出手段が、前記第１一次元受光手段からの直前に
検出された位置情報と、前記補間手段からの情報とに基
づいて、前記エンコード板の動きを検出する検出手段で
ある請求項１または請求項３に記載のエンコーダ装置。
【請求項５】前記補間手段は、前記第１一次元受光手段
からの位置情報から検出されたエンコード板の直前の動
きに基づいて補間情報を演算する手段である請求項４に
記載のエンコーダ装置。
【請求項６】前記補間手段は、入射する間欠光の位置に
応じた位置情報を出力し、前記第１一次元受光手段に併
設した該第１一次元受光手段とは別体の第２一次元受光
手段である請求項４に記載のエンコーダ装置。
【請求項７】前記第１一次元受光手段と前記第２一次元
受光手段とは、間欠光の移動方向に前記第１一次元受光
手段と前記第２一次元受光手段の端部がオーバーラップ
するように配設するとともに、隣接する間欠光の間隔が、前記第１一次元受光手段及び
第２一次元受光手段の各々の検出範囲より長い間隔とな
り、かつ、間欠光の移動方向において前記第１一次元受
光手段と前記第２一次元受光手段との合成された有効受
光面での検出範囲よりも短くなるように設定されている
請求項６に記載のエンコーダ装置。
【請求項８】前記検出手段は、前記第１一次元受光手段
からの位置情報が所定値に達したとき、前記第１一次元
受光手段からの位置情報と前記補間手段からの情報とを
切り換えて、エンコード板の動きを検出する請求項４〜
請求項７のいずれか１つに記載のエンコーダ装置。
【請求項９】前記検出手段は、前記第１一次元受光手段
からの位置情報と前記補間手段からの情報とを切り換え
るとき、切り換える直前の情報を加算して、エンコード
板の動きを検出する請求項８に記載のエンコーダ装置。
【請求項１０】前記エンコーダ装置は、前記エンコード
板に向けて光を照射する光照射手段を有し、前記エンコード板は、前記光照射手段から照射された光
を透過させて間欠光とするための光透過孔、又は、前記
光照射手段から照射された光を反射させて間欠光とする
ための反射部材を有する請求項１〜請求項９のいずれか
１つに記載のエンコーダ装置。
【請求項１１】前記光照射手段の前面に、前記光照射手
段から照射された光を平行光とするための光学手段を有
する請求項１０に記載のエンコーダ装置。
【請求項１２】前記第１一次元受光手段は、位置検出素
子ＰＳＤを有する請求項１，請求項３〜請求項１１のい
ずれか１つに記載のエンコーダ装置。
【請求項１３】前記第１一次元受光手段は、ＣＣＤ、あ
るいは、ＭＯＳを有する請求項１，請求項３〜請求項１
１のいずれか１つに記載のエンコーダ装置。
【請求項１４】前記エンコード板は、物体の動きに従動
して回転する円板、あるいは、物体の動きに従動して直
進動する帯状板である請求項１，請求項３〜請求項１３
のいずれか１つに記載のエンコーダ装置。
【請求項１５】前記物体は、画像形成装置の感光体、あ
るいは、画像読取装置の移動光学系である請求項１４に
記載のエンコーダ装置。