(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマークを備えた担持体と、
前記担持体の移動方向に第１の距離だけ互いにずらして設けられ、前記複数のマークを読み取り可能な第１のセンサおよび第２のセンサと、
前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出信号を演算処理する演算処理部と、を有し、
前記演算処理部は、
前記担持体が前記第１のセンサおよび前記第２のセンサに対して相対移動している際に、前記複数のマークのうち一つのマークが前記第１の距離だけ移動するのに要する第１の時間、および、前記複数のマークのうち隣接する二つのマークが前記第１のセンサまたは前記第２のセンサによる検出位置を通過するのに要する第２の時間を演算し、
前記第１の時間および前記第２の時間から算出された第１の指標が原点位置を特徴付ける第２の指標に相当する場合、該第１の指標の算出に用いられたマークパターンを原点マークパターンであると判定する、ことを特徴とするエンコーダシステム。
【請求項２】
前記第１の時間は、前記複数のマークのうち第１のマークが前記第１の距離だけ移動するのに要する時間であり、
前記第２の時間は、前記複数のマークのうち前記第１のマークと該第１のマークに隣接する第２のマークが前記第１のセンサまたは前記第２のセンサによる前記検出位置を通過するのに要する時間である、ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダシステム。
【請求項３】
前記演算処理部は、前記第１のセンサにおける前記第１のマークのカウンタ値と前記第２のセンサにおける該第１のマークのカウンタ値とが互いに一致するように、該カウンタ値を制御することを特徴とする請求項２に記載のエンコーダシステム。
【請求項４】
前記原点マークパターンを記憶する記憶部を更に有し、
前記原点マークパターンは、通常マークパターンとは異なるパターンとして、予め前記記憶部に記憶されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエンコーダシステム。
【請求項５】
前記原点マークパターンを記憶する記憶部を更に有し、
前記演算処理部は、通常マークパターンとは異なるパターンを含む任意のパターンを前記原点マークパターンとして前記記憶部に記憶させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエンコーダシステム。
【請求項６】
前記原点マークパターンのマーク間隔は、前記通常マークパターンのマーク間隔とは異なることを特徴とする請求項４または５に記載のエンコーダシステム。
【請求項７】
前記原点マークパターンの全長は、通常マークパターンのマーク間隔の整数倍であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエンコーダシステム。
【請求項８】
前記第１の指標は、前記第１の時間と前記第２の時間との比であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエンコーダシステム。
【請求項９】
前記第１の指標は、前記第１の距離、および、前記第１の時間と前記第２の時間との比、の積であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエンコーダシステム。
【請求項１０】
複数のマークを備えた担持体と一体的に構成された移動体と、
前記移動体と離間して配置され、前記移動体の移動方向に第１の距離だけ互いにずらして設けられ、前記複数のマークを読み取り可能な第１のセンサおよび第２のセンサとを含む固定体と、
前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出信号を演算処理する演算処理部と、を有し、
前記演算処理部は、
前記担持体が前記第１のセンサおよび前記第２のセンサに対して相対移動している際に、前記複数のマークのうち一つのマークが前記第１の距離だけ移動するのに要する第１の時間、および、前記複数のマークのうち隣接する二つのマークが前記第１のセンサまたは前記第２のセンサによる検出位置を通過するのに要する第２の時間を演算し、
前記第１の時間および前記第２の時間から算出された第１の指標が原点位置を特徴付ける第２の指標に相当する場合、該第１の指標の算出に用いられたマークパターンを原点マークパターンであると判定する、ことを特徴とする位置検出機能付き装置。
【請求項１１】
複数のマークを備えた担持体を含む中間転写ベルトと、
前記中間転写ベルトと離間して配置され、前記中間転写ベルトの移動方向に第１の距離だけ互いにずらして設けられ、前記複数のマークを読み取り可能な第１のセンサおよび第２のセンサとを含む固定体と、
前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出信号を演算処理する演算処理部と、を有し、
前記演算処理部は、
前記担持体が前記第１のセンサおよび前記第２のセンサに対して相対移動している際に、前記複数のマークのうち一つのマークが前記第１の距離だけ移動するのに要する第１の時間、および、前記複数のマークのうち隣接する二つのマークが前記第１のセンサまたは前記第２のセンサによる検出位置を通過するのに要する第２の時間を演算し、
前記第１の時間および前記第２の時間から算出された第１の指標が原点位置を特徴付ける第２の指標に相当する場合、該第１の指標の算出に用いられたマークパターンを原点マークパターンであると判定する、ことを特徴とする複写機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原点位置の検出機能を備えたエンコーダシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダシステムは、通常、電源投入後に特定の位置を決定するための初期化処理を実行する。特許文献１には、光源から射出した光が所定のスリット部を透過して受光素子で検出される位置を、エンコーダの基準位置として設定するエンコーダシステムが開示されている。特許文献２および特許文献３には、計測用（エンコーダ用）と原点位置検出用の担持体を共用し、その担持体の一部に原点マークパターンを形成することで、エンコーダ用のセンサを用いて原点位置の検出を行うエンコーダシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２９６７９７号公報
【特許文献２】特開平１０−３１８７９０号公報
【特許文献３】特開２００８−０７６２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１および特許文献２に開示されている方法では、計測対象物のアライメント、表面のゴミや傷、汚れにより、原点マークと同様に振幅変化が生じ、原点位置の検出精度の低下や誤検出の影響により信頼性に欠ける。また、原点位置の検出のために新たなサブマーク付きの担持体を設け、またはマーク自体を加工するなどで信号強度を変化させる構成では、部品点数が増えてコスト高となる。また特許文献３に開示された構成では、メインマーク付きの担持体中に欠落格子を設けており、原点位置を検出するための新たな部品は必要としない。しかし、他の従来方法と同様に、表面のゴミや傷、汚れによる振幅変化により、原点位置の検出精度の低下や誤検出を招く。
【０００５】
そこで本発明は、原点位置の検出精度を向上させた信頼性の高いエンコーダシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としてのエンコーダシステムは、複数のマークを備えた担持体と、前記担持体の移動方向に第１の距離だけ互いにずらして設けられ、前記複数のマークを読み取り可能な第１のセンサおよび第２のセンサと、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出信号を演算処理する演算処理部とを有し、前記演算処理部は、前記担持体が前記第１のセンサおよび前記第２のセンサに対して相対移動している際に、前記複数のマークのうち一つのマークが前記第１の距離だけ移動するのに要する第１の時間、および、前記複数のマークのうち隣接する二つのマークが前記第１のセンサまたは前記第２のセンサによる検出位置を通過するのに要する第２の時間を演算し、前記第１の時間および前記第２の時間から算出された第１の指標が原点位置を特徴付ける第２の指標に相当する場合、該第１の指標の算出に用いられたマークパターンを原点マークパターンであると判定する。
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、原点位置の検出精度を向上させた信頼性の高いエンコーダシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施例におけるエンコーダシステムの概観構成図である。
【図２】本実施例における２つのセンサの出力信号の波形図である。
【図３】実施例１におけるエンコーダシステムが適用される複写機の概略図である。
【図４】実施例１における原点マークパターンを備えたマークの例である。
【図５】実施例１におけるエンコーダシステムの原点検出プロセスを示すフローチャートである。
【図６】実施例１におけるマークピッチ誤差指標の原点位置近傍でのプロファイルである。
【図７】実施例１における減速時の原点位置検出の説明図である。
【図８】実施例１における減速時の速度プロット図である。
【図９】実施例１におけるエンコーダシステムの原点位置更新プロセスを示すフローチャートである。
【図１０】実施例２におけるエンコーダシステムの原点特徴抽出プロセスを示すフローチャートである。
【図１１】実施例２において、第１周期目で抽出した特徴パターンと第２周期目の信号との波形相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
まず、図１を参照して、本実施例におけるエンコーダシステム（変位検出装置）について説明する。図１は、本実施例におけるエンコーダシステム１００の概略構成図である。エンコーダシステム１００は、複数のマーク１１ａを備えた担持体１１、マーク１１ａを読み取るセンサ１２、１３、および、センサ１２、１３の出力信号（検出信号）の演算処理を行う演算処理部１４を備えて構成されている。センサ１２（第１のセンサ）およびセンサ１３（第２のセンサ）は、担持体１１の移動方向に第１の距離（センサ間距離Ｄｓ）だけ互いにずらして設けられ、複数のマーク１１ａを読み取り可能に構成されている。
【００１２】
担持体１１は、例えば５０マイクロメートル（μｍ）の厚さを有するポリエステル樹脂からなる。担持体１１の表層には、光を反射させるためのアルミ薄膜などが形成されている。マーク１１ａは、レーザアブレーションなどで表層のアルミ薄膜の一部を除去して形成されている。センサ１２、１３は、それぞれ、点光源ＬＥＤや半導体レーザなどの不図示の光源（発光素子）、および、担持体１１からの反射光を受光するフォトダイオードアレイを有する受光素子を備えて構成される。
【００１３】
本実施例は、レンズを用いることなく点光源ＬＥＤからの発散光束でマーク１１ａによる反射光強度の変化を光電変換して増幅し、パルスの立ち上がりエッジまたは立ち下りエッジを検出してマーク１１ａの通過時間を計測する。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、他の方法を用いてマーク１１ａの通過時間を計測してもよい。センサ１２とセンサ１３との間の第１の距離（センサ間距離Ｄｓ）は任意に設定可能である。また、同一マークのセンサ間移動時間と同一センサの隣接マーク間移動時間とを同時に計測することが好ましい。本実施例のエンコーダシステム１００では、センサ間距離Ｄｓがマーク間距離Ｍｐに等しくなるように構成されている。
【００１４】
本実施例におけるマーク間距離Ｍｐの計測方法は、センサ間距離Ｄｓを基準とするため、センサ１２、１３が高精度に配置されていることが好ましい。ただし、マーク間距離Ｍｐの相対変動を検出することが目的である場合にはその限りではない。また光源（発光素子）とセンサ１２、１３（受光素子）は、同一箇所（互いに近接した位置）に設ける必要はなく、光学的に許容される範囲であれば互いに離れた位置に設けてもよい。また本実施例は、結像光学系システムに適用しても同様の効果を得ることができるため、エンコーダシステム１００における光学的な構成、配置、光源、移動対象物の材質などは限定されるものではない。
【００１５】
本実施例において、マーク１１ａは、担持体１１自体に直接加工して形成されるが、これに限定されるものではなく、予め加工した薄膜を担持体１１に貼付してもよい。またマーク１１ａは、例えば、レーザアブレーションによる表面加工、エッチング処理、または、写真製版や印刷による塗布を行うことで形成されるが、マーク形成方法はこれらに限定されるものではない。
【００１６】
図１に示されるように、本実施例のエンコーダシステム１００は、センサ１２、１３が担持体１１（マーク１１ａ）からの反射光を計測するように構成されているが、これに限定されるものではない。担持体１１（マーク１１ａ）の透過光を計測するセンサを用いることもでき、この場合、担持体１１は発光素子と受光素子との間に配置される。本実施例のエンコーダシステム１００は光学式エンコーダであるが、これに限定されるものではない。本実施例は、超音波などの振動波式または磁気式のエンコーダにも適用可能である。また、移動対象物は、担持体１１側またはセンサ搭載基板側のいずれに取り付けられていてもよく、少なくとも一方が他方に対して相対的に移動していればよい。
【００１７】
続いて、図２を参照して、エンコーダシステム１００の信号処理方法について説明する。図２は、センサ１２、１３の出力信号の波形図であり、縦軸は出力信号の電圧値（Ｖ）、横軸は時間（μｓ）である。図２において、先発信号（太線）はセンサ１２の出力信号、後発信号（細線）はセンサ１３の出力信号をそれぞれ示している。本実施例のセンサ１２、１３は、エンコーダ計測用のセンサ（センサ１２ａ、１３ａ）と、マーク間距離較正用のセンサ（センサ１２ｂ、１３ｂ）とを備えて構成されている。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、エンコーダ計測およびマーク間距離較正の両方を１セットのセンサ（センサ１２、１３）で行うように構成してもよい。
【００１８】
センサ１２、１３は、以下の２つの計測（第１の計測、第２の計測）を同時に実行可能である。第１の計測では、担持体１１がセンサ１２、１３に対して相対移動している際に、複数のマーク１１ａのうち一つのマーク（同一マーク）がセンサ１２、１３の間を通過する（第１の距離だけ移動するのに要する）第１の時間を計測する。第２の計測では、担持体１１がセンサ１２、１３に対して相対的に移動している間、順次、複数のマーク１１ａのうち隣接する二つのマークがセンサ１２、１３のいずれか（同一センサ）による検出位置を通過するのに要する第２の時間を計測する。第１の時間および第２の時間は、センサ１２、１３の検出信号に基づいて演算処理部１４により演算される。後述のように、演算処理部１４は、第１の時間および第２の時間から第１の指標を算出する。そして演算処理部１４は、第１の指標が原点位置を特徴付ける第２の指標に相当する場合、第１の指標の算出に用いられたマークパターンを原点マークパターンであると判定する。
【００１９】
図２中のｔ１は第１の計測方式にて計測された第１の時間、ｔ２は第２の計測方式にて計測された第２の時間をそれぞれ表している。図２に示される２つの出力信号は、同一マークを先行して検出するセンサ１２の出力信号を先発信号として太線で示し、遅れて検出するセンサ１３の出力信号を後発信号として細線で示している。これらの出力信号は、８５マイクロメートル（μｍ）間隔で形成されたマーク１１ａを１４３マイクロ秒（μｓ）で通過する信号である。
【００２０】
以下、本実施例では、第１の計測方式を区間検知方式、第２の計測方式をエンコーダ方式と定義する。区間検知方式は、複数のセンサを必要とし、各々のセンサが同一のマークを認識し、同一マークにおけるカウンタ値が各々のセンサで一致するようにマークカウンタをセンサ別に管理する必要がある。この方式は、マーク間距離Ｍｐがばらついてマーク間隔の精度がよくない場合でも、センサ間距離Ｄｓで規定される時間差が計測される。このため、マーク間距離Ｍｐのばらつきに依存する計測誤差を低減することができる。一方、エンコーダ方式は、単一のセンサでマークを順次読み取るため、マーク間距離Ｍｐのばらつきがそのまま時間差の計測誤差に反映される。このため、マークの製造加工時の精度は重要なファクタとなる。
【００２１】
次に、本実施例における区間検出方式およびエンコーダ方式を用いてマーク間距離Ｍｐまたはマーク間距離Ｍｐの誤差値を演算し、原点位置を特定するエンコーダシステム１００の原点位置検出方法について説明する。
【００２２】
マーク間距離Ｍｐは、マークの製造方法や周囲環境（温度、湿度、担持体にかかるテンション）によって変化する。上述のように、本実施例のエンコーダシステム１００は、区間検出方式とエンコーダ方式を併用することで、マーク間距離Ｍｐに依存する指標（第１の指標）を各々のマーク間で逐次演算することができる。このため、特定位置のマーク間距離Ｍｐを第１の指標に基づいて検出することが可能となる。本実施例において第１の指標とは、区間検知方式で演算された第１の時間ｔ１とエンコーダ方式で演算された第２の時間ｔ２との比、すなわちマーク間距離Ｍｐ／センサ間距離Ｄｓである。第１の指標としては、これ以外にも、第１の距離（センサ間距離Ｄｓ）、および、第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ２との比、の積を採用することもできる。また、その誤差値Ｄｓ・（ｔ２／ｔ１−ｔ０）を採用してもよい。
【００２３】
そして、第１の指標および時系列に列挙した第１の指標の配列がそれぞれ特定値（原点位置を特徴付ける第２の指標）および特定配列を示す場合、原点位置を検知したものとしてその原点位置を確定する。すなわち演算処理部１４は、第１の指標が第２の指標に相当する場合、第１の指標の算出に用いられたマークパターンを原点マークパターンであると判定する。なお、パターンの一致が確定した時点を原点位置としてもよく、また、パターンの一致が確定した後にいくつかのマークが経過した時点を原点位置としてもよい。このように、原点位置を任意に選択することができる。
【００２４】
原点（原点位置）を特徴付ける指標（第２の指標）となるパターンは、例えば演算処理部１４の内部に設けられた記憶部に予め記憶しておく。エンコーダシステム１００の担持体１１は、原点位置のマークパターン（原点マークパターン）が第２の指標となるパターンに対応するように製造される。原点マークパターンは、通常マークパターンとは異なるパターンであり、本実施例では、それらのマーク間隔が互いに異なっている。また、原点マークパターンを予め記憶部に記憶する代わりに、任意の位置で特徴付けられたマーク間距離Ｍｐの配列（通常マークパターンとは異なるパターンを含む任意のパターン）を原点マークパターンとして記憶してもよい。この場合、担持体１１は原点マークパターンを予め決定することなく製造され、原点マークパターン（第２の指標）の配列およびその位置は、実測により決定される。なお、マーク間距離Ｍｐをセンサ関距離Ｄｓで補正することが可能になるため、原点位置での検出値を補正することで、簡易に原点位置の検出精度を向上させることもできる。
【００２５】
以下、実施例１において、原点位置検出のための配列パターンが予め決定されている場合について説明する。また実施例２において、任意配列を記憶し、記憶した配列を原点の特徴パターンとして設定する場合について説明する。
【実施例１】
【００２６】
本発明の実施例１におけるエンコーダシステムについて説明する。図３は、本実施例におけるエンコーダシステムが適用される複写機の概略図である。本実施例では、センサ間距離Ｄｓが８５マイクロメートル（μｍ）である２つのセンサ１２、１３を、それぞれ、担持体１１から３ｍｍ離して配置する。担持体１１は、８５マイクロメートルのマーク間距離Ｍｐでレーザ加工によりマークを形成したフィルムである。
【００２７】
図３に示されるように、担持体１１は、複写機の中間転写ベルト１７に固定され、ベルト駆動時（図３の左側から右側への移動時）の表面速度を計測するために備えられている。駆動ローラ１５は、一定角速度で駆動し、周速度３２０ｍｍ／ｓを目標として中間転写ベルト１７を駆動する。しかし実際には、中間転写ベルト１７は、厚みむらや駆動ローラ１５の偏心の影響などにより、その表面速度は安定しない。このため、複写機は、転写時に色ずれを引き起す。１６は、中間転写ベルト１７に従って駆動される従動ローラを示す。１２、１３は、先発信号を生成するセンサ（第１のセンサ）、後発信号を生成するセンサ（第２のセンサ）をそれぞれ示す。
【００２８】
本実施例は、この色ずれを低減させるため、中間転写ベルト１７の厚みむらのプロファイルを一周期分学習し、色ずれを低減させる制御を行うため、中間転写ベルト１７のホームポジション（原点位置）での信号（原点信号）を出力する。本実施例によれば、原点位置検出のための部品やデバイスなどを新たに設けることなく再現性の高い原点信号を生成可能なエンコーダシステムを提供することができる。
【００２９】
図４は、本実施例において、原点位置の識別指標となるパターン（原点マークパターン）を備えたマークの例である。図４（ａ）は担持体１１の全体図、図４（ｂ）〜（ｄ）は原点マークパターン域の周辺拡大図（領域１１２の拡大図）である。図４（ａ）に示されるように、本実施例の原点マークパターンの位置は、全周１５００ｍｍのうち端辺から５ｍｍの位置にあるが、これに限定されるものではない。原点は、担持体１１上のいずれの箇所に設けてもよい。また、原点マークパターンの幅も任意に設定可能である。
【００３０】
図４（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、原点マークパターン域以外のマークパターンは、８５マイクロメートルの幅（ピッチ）で形成されている。また、原点マークパターン域内に８２マイクロメートルの幅のパターンおよび９０マイクロメートルの幅のパターンを配置し、移動方向に従ってマーク間距離Ｍｐのセンサ間距離Ｄｓに対する比（Ｍｐ／Ｄｓ）が一定範囲内で変化するように設計されている。
【００３１】
図４（ｂ）の例では、原点マークパターンが、８２、８２、９０、９０、８２、８２、…マイクロメートルの幅で交互に変動し、比Ｍｐ／Ｄｓが、０．９６〜１．０６の間で変化する。図４（ｃ）の例では、原点マークパターンが８２から９０マイクロメートルの幅に移行するのに連続６ピッチ周期で変動するように構成されている。６個のセンサを備えたアレイセンサの和信号により信号を増幅する場合には、図４（ｃ）に示される原点マークパターンが理想的であり、比Ｍｐ／Ｄｓは０．９６〜１．０６の間でなだらかに変化する。図４（ｄ）の例では、原点マークパターンを新たに埋め込むのではなく、通常の８５マイクロメートルの幅のマークパターンを一部欠落させることで原点マークパターンを代替させる。比Ｍｐ／Ｄｓの変化率は、図４（ｂ）、（ｃ）の場合と比較して大きくなる。ただし、単一のセンサで検出すると信号自体が欠落するため、複数のセンサを備えたセンサアレイの平均値を用いて処理することが好ましい。
【００３２】
図４（ｂ）、（ｃ）に示されるように、交互に規則的なピッチ変動を生じさせる原点マークパターンを採用することで、担持体１１の汚れや傷に対する誤検知をさらに低減して、より正確な原点信号を得ることが可能となる。すなわち、欠落格子や透過率、反射率を変化させ、それに伴う信号振幅変化を検出する手法は、ゴミの付着や傷の生成により誤検知される場合がある。本実施例では、パターン間隔を変調したマークパターンを検出する。そして、エンコーダ方式での時間計測のみではなく区間検知方式での速度により規格化された結果を用いてマークパターンを検出することで、ベルトの厚みムラや駆動ローラの偏心に伴う速度変動があった場合でも、原点マークパターンを正確に検出することができる。さらに、ゴミや傷により、原点マークパターンのピッチに変化が生じても、その特徴を決定するマークピッチの配列を長く取ることにより、その影響を軽減することが可能である。また、原点マークの幅（ピッチ）が変化した場合、原点パターンの特徴パターンを更新して経時変化に適応することで、更に、ゴミや傷による読み取り精度低下の影響を低減することができる。その結果、複写機の中間転写ベルトの速度制御用エンコーダの場合、転写媒体であるトナー、駆動ローラによる削り傷やダスト、ドラムによる削り傷やダストによる原点位置検出の誤認識を回避することが可能となる。
【００３３】
次に、図５を参照して、本実施例のエンコーダシステムにおける原点検出プロセスについて説明する。図５は、原点検出方法を示すフローチャートである。本実施例の原点検出方法は、２つのセンサ（第１のセンサ、第２のセンサ）を用いて各々パルスカウントし、マークの検出タイミングを記憶する方法である。図５の各ステップは、演算処理部１４の指令に基づいて実行される。
【００３４】
まずステップＳ１０１において、パルスカウンタを初期化し（ｎ＝０）、パルスのナンバリングができるように設定する。続いてＳ１０２において、パルスカウンタをカウントアップさせる（ｎ＋＋）。そしてＳ１０３において、第１のセンサがマークを検出したか否かを判定する。第１のセンサがマークを検出した場合、ステップＳ１０４にて現在のタイマ値Ｔを値Ｔ１（ｎ）として記憶部に記憶する。一方、第１のセンサがマークを検出していない場合、ステップＳ１０５にて現在のタイマ値Ｔと記憶部に記憶された値Ｔ１（ｎ）と差（Ｔ−Ｔ１（ｎ））が１より大きいか否かを判定する。この差が１未満である場合にはステップＳ１０３に戻る。一方、この差が１以上である場合には図５のフローは終了する。すなわち、一定時間以上タイマ値の更新がない場合には、原点検出プロセスを終了する。
【００３５】
ステップＳ１０６では、前回記憶した値Ｔ１（ｎ−１）がある場合、隣接マーク通過時間（Ｔ１（ｎ）−Ｔ１（ｎ−１））を演算する。ステップＳ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１０では、第２のセンサについて第１のセンサに対するステップＳ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６とそれぞれ同様の処理が行われる。
【００３６】
ステップＳ１１０で隣接マーク通過時間（Ｔ２（ｎ）−Ｔ２（ｎ−１））を演算した後、ステップＳ１１１において、同一マーク通過時間Ｔ２（ｎ）−Ｔ１（ｎ）を演算する。そしてステップＳ１１２において、誤差指標である時間比率（（Ｔ２（ｎ）−Ｔ２（ｎ−１））／（Ｔ２（ｎ）−Ｔ１（ｎ）））を演算し、演算結果（Ｍｐ／Ｄｓ）をＩｎｄｅｘ（ｎ）として記憶部に記憶する。
【００３７】
続いてステップＳ１１３において、原点の指標値（原点Ｉｎｄｅｘ値）であり予め記憶されている値と値Ｉｎｄｅｘ（ｎ）とを比較する。これらの値が等しい場合、ステップＳ１１４において原点信号を出力し、パルスカウンタの初期化処理（ステップＳ１０１）に戻る。一方、これらの値が等しくない場合、パルスカウンタのカウントアップ処理（ステップＳ１０２）に戻る。なお本実施例の原点検出プロセスは、センサ１２、１３（第１のセンサ、第２のセンサ）が担持体１１に対して光源と同じ側に配置された反射型エンコーダにて実行されているが、透過型エンコーダでも実行可能である。
【００３８】
ここで、担持体１１のマーク間隔が８５μｍである通常域と原点マークパターンであるマーク間隔が８２μｍ、９０μｍである原点域とを順にベルトの移動とともに通過することを考える。原点パターンとしては、マーク間距離が８５μｍの通常域、および、マーク間距離が８２、８２、９０、９０、８２、８２、９０、９０、８２、８２、９０、９０の原点域を有する図４（ｂ）のマークパターンを用いる。また、ベルト移動速度は３２０ｍｍ／ｓで等速移動しているものとする。通常域では、区間検知方式で計測されたマーク通過時間は２６５μｓ、エンコーダ方式で計測されたマーク通過時間は２６５μｓであり、マーク間距離Ｍｐ／センサ間距離Ｄｓは１となる。一方、原点域では、区間検知方式で計測されたマーク通過時間は２６５μｓ、エンコーダ方式で計測されたマーク通過時間は、マーク間距離が８２μｍの場合には２５６μｓ、９０μｍの場合には２８１μｓである。マーク間距離Ｍｐ／センサ間距離Ｄｓは、それぞれ０．９６、１．０６である。すなわち、通常域で１であるマーク間距離Ｍｐ／センサ間距離Ｄｓが、原点域では、０．９６→１．０６→０．９６の値を取る。
【００３９】
図６は、本実施例におけるマークピッチ誤差指標の原点位置近傍でのプロファイルであり、原点マークパターンを通過した場合のマーク間距離／センサ間距離（Ｍｐ／Ｄｓ）をモニタした結果を示す。実データでも、概ね、想定マーク間隔に対応する原点マークパターンを示しており、想定マークパターンとの相関が最良の格子カウンタを原点位置と特定することができる。実際のマークパターンのピッチ誤差については、図９を参照して後述する原点位置更新プロセスにより更新することも可能である。
【００４０】
なお、上述の原点マークパターンの全長は、通常マークパターンのマーク間距離Ｍｐである８５μｍの整数倍ではない。このため、原点マークパターンの前後になる８５μｍの通常域において、位相がずれてしまう。このため、前後の通常域での位相ずれが発生しないような、すなわち、原点マークパターンの全長が通常マークパターンのマーク間距離Ｍｐの整数倍に設定されていることが好ましい。これにより、通常域では原点マークパターンの有無に関わらず、同じマーク状態／検出信号状態が保たれる。
【００４１】
本実施例は、等速時における原点検出を想定しているが、図７を参照して、加速および減速時の原点検出にも本実施例を適用できることを説明する。図７は、減速時の原点検出の説明図である。図７に示されるように、マークピッチ間で加速および減速するベルトを想定する。時刻Ｔａから時刻Ｔｃまでが隣接マーク（マーク１、マーク２）の通過時間、時刻Ｔｂから時刻Ｔｃまでが同一マーク（マーク２）の通過時間である。時刻Ｔｂにおいて、平均速度が３２５ｍｍ／ｓから３２０ｍｍ／ｓに減速した場合を考える。
【００４２】
図８は、本実施例における減速時の速度プロット図である。図８は、その過程での区間速度変動を記録したものであり、グラフの実線部は実速度を、点線は区間平均速度をそれぞれ示している。センサ間距離Ｄｓとマーク間距離Ｍｐが等しい場合、１つのマークが２つのセンサ間を通過する時間と２つの隣接するマークが１つのセンサを通過する時間は等しい。この時間をｔ０とすると、マーク間距離Ｍｐが広い場合には時間δｔだけマーク間の通過時間の方が大きくなる。これは、マーク間が距離δｄだけ誤差として延びていることに起因する。時間ｔ０はＴｃ−Ｔｂ、時間δｔはＴｂ−Ｔａとしてそれぞれ表される。
【００４３】
１つのマークが２つのセンサ間距離ｄを通過する区間平均速度をｖ０とすると、以下の式（１−１）のように表される。
【００４４】
ｔ０＝ｄ／ｖ０  …  （１−１）
２つの隣接するマーク間距離ｄ＋δｄを１つのセンサが通過する平均速度はセンサ間距離ｄの区間ではｖ０、距離δｄの区間ではｖ１とすると、以下の式（１−２）のように表される。
【００４５】
δｔ＝δｄ／ｖ１  …  （１−２）
マーク間距離／センサ間距離は、マーク間時間／センサ間時間と比較して、以下の式（１−３）のように表される。
【００４６】
ｔ０＋δｔ／ｔ０＝１＋δｄ／ｄ・ｖ０／ｖ１  …  （１−３）
式（１−３）において、ｖ０／ｖ１の値が１の近傍である場合にはマークピッチを識別できることを表している。
【００４７】
マーク間距離の成型誤差の最大値は、図６より０．０１と読み取れる。このため上述の例のように、８５μｍピッチを想定した担持体１１に原点マークパターンとして８２μｍピッチや９０μｍピッチのパターンを入れた場合、δｄ／ｄの絶対最小値は０．０２４になる。速度変動分が３０％生じたとしても、δｄ／ｄの絶対最小値は、０．０１７であり、０．０１５を閾値とする原点検出を考えた場合に検出可能であることを意味する。複写機のベルトの制御は、主に等速域であることから、最大３０％の突発変動を想定しても許容される範囲内である。このため、本実施例における原点検出精度は非常に高精度であり、信頼性も高い。通常、マーク区間平均の速度は区間検知方式であるために正確であり、正しい速度でマーク間距離に換算して原点パターンを検出しているため、速度変化の影響を抑制した原点パターン検出が可能である。また、上述のように、マーク通過周期に相当する速度変動が起きたとしても、マークピッチの誤差をセンサの区間平均時間で演算してそのプロファイルから原点検出を行う手法は、十分な原点検出性能を維持できる。
【００４８】
次に、経時変化はゴミや傷の影響により原点パターンが変化することを想定した場合の処理手法について説明する。まず、駆動系装置の中では、環境変化により担持体のマーク間隔に変化が発生する。温度、湿度、担持体に掛かる張力、または、接触部材による損傷や汚れ、インクやトナーのような液体、固体粒子の蓄積による経時変化にも起因している。従来、担持体の環境変化における対策としては、ブラシやワイプ機能により、ゴミを除去することで機能を復活させる試みが行われていたが、部品の延命措置に過ぎなかった。
【００４９】
以下、図９を参照して、ゴミや傷による原点パターンが変化した場合における本実施例の処理について説明する。図９は、本実施例におけるエンコーダシステムの原点位置更新プロセスを示すフローチャートである。ここでは、基準の原点パターンを更新し、次の原点検出で新規の原点パターンを検出するように自動チューニングする処理を採用している。図９の各ステップは、演算処理部１４の指令に基づいて実行される。
【００５０】
まずステップＳ２０１において、マークを検出し、前隣接マークから現マークまでの時間を演算する。続いてステップＳ２０２において、同一マークの通過時間を演算する。このとき、ステップＳ２０３で現マークが２つのセンサを通過する最新の時間に対する隣接マークの通過時間の比をとり、この比の値をピッチ誤差指標としてメモリ（記憶部）に記憶する。また、パルスカウンタをカウントアップさせる（ｎ＋＋）。
【００５１】
続いてステップＳ２０４において、ステップＳ２０１からステップＳ２０３までの処理の繰り返し回数が所定の閾値より大きいか否か、すなわちパルスカウンタの値が所定値よりも大きいか否かを判定する。パルスカウンタの値が所定値以下の場合にはステップＳ２０１に戻る。一方、パルスカウンタの値が所定値よりも大きい場合、ステップＳ２０５において、ピッチ誤差指標をメモリ（記憶部）からレジスタにロードする。また、予め別のメモリ領域に記憶された原点指標をロードする。そしてステップＳ２０６において、ピッチ誤差指標と原点指標とを比較し、これらの相関係数を演算する。
【００５２】
ステップＳ２０７において、ピッチ誤差指標と原点指標の相関係数最大値（相互相関度数）が所定値α（定数）より大きいか否かを判定する。相関係数最大値が所定値α以下の場合、ステップＳ２０１に戻る。一方、相関係数最大値が所定値αより大きい場合、ステップＳ２０８において、相関係数最大値が極値α＋β（定数）よりも大きいか否かを判定する。相関係数最大値が極値α＋βより大きい場合、この値を原点パターンと認識し、ステップＳ２０９において原点信号を出力する。一方、相関係数最大値が極値α＋β以下である場合、ステップＳ２１０において、現在のピッチ誤差指標を新規の原点パターン（原点指標）として、メモリに記憶する。続いてステップＳ２１１において、パルスカウンタの初期かを行い、ステップＳ２０１に戻る。
【００５３】
この原点位置更新プロセスによれば、原点パターンの近傍がゴミの付着や傷の生成によりピッチ誤差指標が変化しても、これを次回の比較規準で使用するため、担持体のマークに後天的にゴミや傷ができても、その影響を受けにくくすることが可能である。本実施例において、原点マークパターンのマーク間距離や周期は限定されるものではないただし、エンコーダとしての性質上、信号振幅を十分に保持するにはセンサ間距離とマーク間距離の差分が５％以内になるようにするのが好ましい。また、担持体の原点域以外のマークピッチばらつきよりも大きな誤差パターンをつけることが原点の識別精度を維持するために必要である。このため、搭載するシステムの汚れや傷の付き方の状況に応じて上記マージンの振分けを行うことが好ましい。
【実施例２】
【００５４】
次に、本発明の実施例２におけるエンコーダシステムについて説明する。本実施例でも、実施例１と同様に、複写機の色ずれを防ぐためにベルトの厚みむらのプロファイルを一周期分学習し、その影響を低減する制御を行うためのベルトの原点信号を出力する。ただし本実施例は、図４に示されるような原点位置を特徴付けるパターンはなく、担持体の通常域にあるマークピッチの中から原点域を任意に決定することが可能である。このように本実施例では、原点域を任意に決定する構成について説明する。
【００５５】
例えば、担持体の製造時に８５±３ミクロン程度のマーク間距離のばらつきを含む場合、マーク間距離の誤差量配列としてマーク数を増やして定義すると、１周以内では唯一のパターンとして特徴付けることができる。例えば、ある特定領域で、６連続マーク間距離が、８５、８３、８４、８３、８８、８７として、他のいずれの連続６格子においてもこのようなピッチ配列が見られない場合、この特定領域を原点マークパターンと特徴付けることが可能である。原点マークパターンを予め定義する代わりに、初期動作時に原点マークパターンを選択および記憶する原点マークパターン判定部および原点マークパターン記憶部が設けられている。すなわち、本実施例が適用される複写機の場合、電源をオンにして立ち上げた後、ウォームアップ動作中に中間転写ベルトを回転させ、担持体のマーク部をセンサでスキャニングする。そして、マークピッチ誤差指標を１周分取り込み、唯一無二の箇所を特定して原点マークパターンの特徴の最適解を解析する。
【００５６】
図１０は、本実施例におけるエンコーダシステムの原点特徴抽出プロセスを示すフローチャートである。図１０の各ステップは、演算処理部１４の指令に基づいて実行される。
【００５７】
まずステップＳ３０１において電源をオンすると、中間転写ベルトが駆動を開始する。そしてステップＳ３０２において、マークピッチ誤差指標をモニタして演算する。特徴抽出のための条件として、例えば、マーク間距離８５μｍからの誤差が３μｍを超える箇所が、想定する原点パターンの範囲内に一定数以上存在することである。また、上値（８８μｍ）と下値（８２μｍ）が両者とも一定割合以上含有していることを条件としてもよい。このパターンの特徴を、中間転写ベルトの回転周期で探索し、最も顕著な特徴を有し、かつ、他の箇所に同等の原点パターンが見られないことを確認する。ステップＳ３０３では、格子カウンタをカウントアップする。
【００５８】
続いてステップＳ３０４において、ピッチ誤差指標値変動が＋３％以上であるか否かを判定する。ピッチ誤差指標値変動が＋３％以上である場合、ステップＳ３０５において上値カウンタをカウントアップする。一方、ピッチ誤差指標値変動が＋３％未満である場合、ステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６では、ピッチ誤差指標値変動が−３％以下であるか否か（変動の絶対値が３％以上であるか否か）を判定する。ピッチ誤差指標値変動が−３％以下である場合、ステップＳ３０７において下値カウンタをカウントアップする。一方、ピッチ誤差指標値変動が−３％より大きい（変動の絶対値が３％未満）である場合、ステップＳ３０８にて上値カウンタおよび下値カウンタの両方を０にリセットし、ステップＳ３０２に戻る。
【００５９】
ステップＳ３０９では、上値カウンタおよび下値カウンタの両方が５よりも大きいか否かを判定する。ここでは、カウンタを参照することにより、特徴抽出がされているか否かを判定している。これらのカウンタの少なくとも一方が５以下である場合、ステップＳ３０２に戻る。一方、これらのカウンタの両方が５よりも大きい場合、すなわち特徴抽出がされた場合、ステップＳ３１０において、最適な位置の特徴抽出パターンを選択し、そのパターンを原点パターンの特徴としてメモリに記憶する。続いてステップＳ３１１において、ベルト１周期分のマークを検出したか否かを判定する。ベルト１周期分のマークを検出していない場合、ステップＳ３０２に戻る。一方、ベルト１周期分のマークを検出した場合、ステップＳ３１２において格子カウンタを０にリセットし、原点特徴抽出プロセスを終了する。
【００６０】
特徴抽出パターンの選択方法は、ピッチ誤差の大きさ、ピッチの同一値のリピート回数、ピッチ誤差の差分値などのいずれを参照してもよい。原点パターンの初期値を決定するプロセス後、実施例１と同様に中間転写ベルトの駆動周期に１回原点パターンを検出し、その信号を外部出力する。
【００６１】
図１１は、マークピッチ誤差をモニタし、第１周期目の任意の位置での特徴パターンを抽出し、第２周期目の信号と波形相関をとり、その相関係数が最大となる２波形を重ね合わせたグラフである。第１周期目の波形は実線で描かれ、第２周期目の波形は点線で描かれている。誤差が３μｍで変動している場合、図１１に示されるように略一致する。すなわち、環境変化や経時的変化などにより、担持体に掛かるテンションやゴミ、傷などの状態が大きく変化しなければ、再現性よく原点マークを検出することが可能である。また、環境変化や経時変化などにより相関性が低下した場合、現状の状況に合せて再度原点マークパターンを設定することで、原点検出不良を防止することができる。本実施例の任意波形特徴抽出法は、原点パターンを予め担持体の内部に組み込む必要はなく、製造誤差のある一定のレベル以上のばらつきを含む一般的な担持体に適用可能である。
【００６２】
本実施例は、安価に製造された担持体でピッチ誤差が大きい場合や、工作機械や搬送装置のように、多くの長尺の担持体を使用しその各々の担持体で原点検出が必要な場合に、原点の特徴抽出を自動化することができる。すなわち、予め原点パターンを組み込む必要がなく、任意の位置に原点を設けるため、原点位置を後で微調整することもできる。また、特徴パターンを複数設定することで複数の位置の特定が可能となる。さらに、使用領域全域に検出するパターンの重複がない状態、例えば、誤差パターンがＭ系列に対応するように作成することで、アブソリュートエンコーダを構成することも可能である。また、本実施例においても、ゴミや傷、汚れにも影響されにくい原点検出システムを構築することになることができる。
【００６３】
上記各実施例によれば、計測対象物のアライメント、表面のゴミや傷、汚れにより信号振幅が変化する場合でも、区間検出方式による正確な速度情報とエンコーダ方式によるマークピッチに依存した速度情報から高精度のピッチ誤差を算出できる。このため、原点位置の検出精度を向上させた信頼性の高いエンコーダシステムを提供することができる。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１１  担持体
１２、１３  センサ
１４  演算処理部
【図１】
0006004626.tif 000002
【図２】
0006004626.tif 000003
【図３】
0006004626.tif 000004
【図４】
0006004626.tif 000005
【図５】
0006004626.tif 000006
【図６】
0006004626.tif 000007
【図７】
0006004626.tif 000008
【図８】
0006004626.tif 000009
【図９】
0006004626.tif 000010
【図１０】
0006004626.tif 000011
【図１１】
0006004626.tif 000012