(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に設けた光学的に識別可能なマークを照明する第１の発光部から発し前記マークを介した光を検出する第１の受光部とを備える第１の検出部と、
前記第１の検出部に対して前記移動体の移動方向に所定の間隔を隔てて配置され、前記マークを照明する第２の発光部から発し前記マークを介した光を検出する第２の受光部とを備える第２の検出部と、
前記第１の発光部と、前記第２の発光部を時分割で発光させる時分割発光手段と、
前記マークのうち同一のマークを前記第１、第２の検出部で各々検出する第１のタイミングと前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングを検出する検出手段と、
前記検出手段で得られた前記第１のタイミング及び前記第２のタイミングを用いて前記移動体の移動速度を算出する速度算出手段と、を有する速度検出装置であって、
所定の周波数の基準信号を発生する基準信号発生手段と、該基準信号に同期して前記第１及び第２の発光部の通電状態を制御する通電制御手段とを有し、前記時分割発光手段は、前記基準信号発生手段と前記通電制御手段からの信号に基づいて前記第１、第２の発光部を時分割で発光させており、
前記基準信号に同期して前記第１の検出部及び第２の検出部から得られる出力をサンプリングするサンプリング手段を有し、
前記検出手段は、前記第１、第２の検出部で得られたタイミングのうち前記サンプリング手段でサンプリングされた出力値のタイミングを用いて補間演算により前記マークの検出タイミングを求めていることを特徴とする速度検出装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記サンプリング手段により前記第１、及び第２の検出部から出力される信号よりサンプリングされた、所定の閾値電圧の付近の少なくとも２点のサンプリング値から補間演算により前記閾値電圧におけるタイミングを検出することを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
【請求項３】
前記基準信号の周波数は、前記第１の検出部から出力される信号及び、前記第２の検出部から出力される信号の中心周波数の整数倍であることを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
【請求項４】
前記第１の検出部、及び、前記第２の検出部より出力される信号は９０度の位相差信号を含む位相の異なる信号から成り、前記検出手段は、前記サンプリング手段により前記第１、及び第２の検出部からそれぞれ出力される９０度の位相差信号の少なくとも２点以上をサンプリングし、該サンプリングされた信号から逆正接演算により被検出信号の位相を検出し、それら２点以上の補間演算により所定の閾値位相におけるタイミングを検出すること特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
【請求項５】
移動体に設けた光学的に識別可能なマークを照明する第１の発光部から発し前記マークを介した光を検出する第１の受光部とを備える第１の検出部と、
前記第１の検出部に対して前記移動体の移動方向に所定の間隔を隔てて配置され、前記マークを照明する第２の発光部から発し前記マークを介した光を検出する第２の受光部とを備える第２の検出部と、
前記第１の発光部と、前記第２の発光部を時分割で発光させる時分割発光手段と、
前記マークのうち同一のマークを前記第１、第２の検出部で各々検出する第１のタイミングと前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングを検出する検出手段と、
前記検出手段で得られた前記第１のタイミング及び前記第２のタイミングを用いて前記移動体の移動速度を算出する速度算出手段と、
を有する速度検出装置であって、
前記時分割発光手段および前記検出手段は、
前記マークを照明する前記第１の発光部を点灯させる第１ステップと、
前記第１の発光部から発し前記マークの所定の点を介した光を前記第１の受光部で検出する第２ステップと、
前記第２ステップの後に、前記第１の発光部を消灯した後に前記第２の発光部を点灯させる第３ステップと、
前記第２の発光部から発し前記マークの前記所定の点を介した光を前記第２の受光部で検出する第４ステップと、
前記第４ステップの後に、前記第２の発光部を消灯した後に前記第１ステップに戻る第５ステップと、
を含む一連の動作を繰り返し行っていることを特徴とする速度検出装置。
【請求項６】
前記時分割発光手段および、前記検出手段は、前記移動体の識別可能な前記マークを前記第１の発光部からの光で照明し、前記マークからの光を前記第１の受光部で検出し、その後に前記第１の発光部を消灯し、その後に前記第２の発光部を点灯させ、前記マークからの光を前記第２の受光部で検出し、前記マークの前記同一点を検出した後に、前記第２の発光部を消灯し、その後に前記第１の発光部を点灯させる一連の動作を繰り返し行っ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。
【請求項７】
前記第１、及び、前記第２の検出部は、各々発光部から受光部の方向を配列方向としたとき、前記配列方向は互いに１８０度の角度を成すように、同一基板上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の速度検出装置。
【請求項８】
前記第１、及び、前記第２の検出部は、前記第１の発光部と前記第１の受光部の中心を結ぶ線分の中点と、前記第２の発光部と前記第２の受光部の中心を結ぶ線分の中点とを結ぶ直線が、速度検出方向に平行であること特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の速度検出装置。
【請求項９】
前記第１、及び第２の検出部は、前記第１、及び第２の受光部の速度検出方向に垂直な中心線の中心間距離と、前記第１、及び第２の発光部の速度検出方向に垂直な中心線の中心線間距離とが、一致することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の速度検出装置。
【請求項１０】
前記第１、及び第２の検出部は、前記第１、及び第２の受光部の速度検出方向に垂直な中心線と、前記第１、及び第２の発光部の速度検出方向に垂直な中心線とが、各々一致することを特徴とする請求項９に記載の速度検出装置。
【請求項１１】
前記第１、第２の受光部が同一半導体上に、交互に配置され、該交互に配置される４個一組を最小単位として、１組以上周期的に配置された構成であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の速度検出装置。
【請求項１２】
前記交互に配置される第１、第２の各受光部が複数の受光素子からなる受光素子アレイからなることを特徴とする請求項１１に記載の速度検出装置。
【請求項１３】
前記移動体の移動方向に平行で前記第１の発光部と前記第１の受光部の中心を結ぶ線分の中点を通る直線に関して、前記第２の受光部は前記第１の受光部と反対側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の速度検出装置。
【請求項１４】
移動体と、該移動体の移動速度を検出する請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の速度検出装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の検出部を用いて移動体の速度情報を高精度に検出することができる速度検出装置および画像形成装置に関し、例えば複写機、プリンタ等の画像形成装置における搬送ベルトの速度情報を検出するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
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では、カラー画像の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。移動体の速度情報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。
【０００３】
区間速度検出方法を用いて中間転写ベルトの速度情報を高精度に検出するようにした位置検知装置を用いた画像形成装置が知られている（特許文献１）。特許文献１では区間速度検出方法を用い、移動体上のマークを二つの検出部により検出し、検出される２つのタイミングから移動体の速度情報を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８２８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の速度検出装置では、中間転写ベルト（移動体）に設けた光学マークを介した光を移動方向に離れて配置した２つの検出手段で検出し、検出した時間間隔より中間転写ベルトの速度情報を得ている。
【０００６】
区間速度検出方法を用い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、区間長に比例した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、駆動モータの減速ギア偏心等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、検出部間の区間長を短くする必要がある。しかしながら、２つの検出器を移動体の移動方向に単純に近づけて区間長を短くした場合、各光源からの反射像が他方の検出器へ重畳する、所謂、クロストーク現象が発生するという問題が生じてくる。
【０００７】
この課題について、図２３を用いて説明する。図中１０７は移動体であり、所定のピッチから成るマーク１１０が形成されている。第１の検出部１０１は、第１の発光部１０３、第１の受光部１０５から成り、第２の検出部１０２は、第２の発光部１０４、第２の受光部１０６から成る。第１の検出部１０１と第２の検出部１０２が移動体１０７の移動方向であるｘ軸方向に、距離Ｌで配置され、第１の検出部１０１及び、第２の検出部１０２はｘ軸方向を移動する移動体１１０上の識別可能なマーク１１０を検出する。移動体１０７上のマーク１１０を第１の検出部１０１で検出したタイミングを第１のタイミングｔ１とし、同じマーク１１０を第２の検出部１０２で検出したタイミングを第２のタイミングｔ２とする。このとき、移動体１０７の速度Ｖは次式（１）で求めることができる。
【０００８】
【数１】
0005751842.tif 000002
【０００９】
検出される速度Ｖの周波数帯域は距離Lに依存するため、速度Ｖの速度帯域を上げるには、距離Ｌを短くする必要がある。例えば、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の減速ギア系等に起因する高い周波数成分が存在する。このような高い周波数成分の速度検知を行い、フィードバック制御により駆動モータの回転制御を実施する場合には、距離Ｌの必要寸法として０．６ｍｍ以下にしなければならないとの試算結果もある。
【００１０】
本発明者らが検討してきた構成において、第１の発光部１０３、第２の発光部１０４は、発散光束を放射する光源を用いている。そのため、距離Ｌを短くしていくと、第１の発光部１０３より発せられた光がマーク１１０で反射した像が第２の受光部１０６へ光学的クロストークとして重畳し、第２の検出部１０２の検出の誤差因子となる。他方の第２の発光部１０４と、第１の受光部１０５との関係についても同様の現象が発生する。このため、上述してきた従来の速度検出方法では、区間長を短縮することで、複数の発光部による像のクロストークが発生するため、検出信号が歪み、速度検出精度が低下してしまう。
【００１１】
本発明は、クロストークによる検出誤差を軽減し、移動体の高帯域速度変動を高精度に検出することができる速度検出装置および画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る速度検出装置は、移動体に設けた光学的に識別可能なマークを照明する第１の発光部と前記マークを介した光を検出する第１の受光部とを備える第１の検出部と、前記第１の検出部に対して前記移動体の移動方向に所定の間隔を隔てて配置され、前記マークを照明する第２の発光部と前記マークを介した光を検出する第２の受光部とを備える第２の検出部と、前記第１の発光部と、前記第２の発光部を時分割で発光させる時分割発光手段と、前記マークのうち同一のマークを前記第１、第２の検出部で各々検出する第１のタイミングと前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングを検出する検出手段と、前記検出手段で得られた前記第１のタイミング及び前記第２のタイミングを用いて前記移動体の移動速度を算出する速度算出手段と、を有する速度検出装置であって、所定の周波数の基準信号を発生する基準信号発生手段と、該基準信号に同期して前記第１及び第２の発光部の通電状態を制御する通電制御手段とを有し、前記時分割発光手段は、前記基準信号発生手段と前記通電制御手段からの信号に基づいて前記第１、第２の発光部を時分割で発光させており、前記基準信号に同期して前記第１の検出部及び第２の検出部から得られる出力をサンプリングするサンプリング手段を有し、前記検出手段は、前記第１、第２の検出部で得られたタイミングのうち前記サンプリング手段でサンプリングされた出力値のタイミングを用いて補間演算により前記マークの検出タイミングを求めていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る別の速度検出装置は、移動体に設けた光学的に識別可能なマークを照明する第１の発光部から発し前記マークを介した光を検出する第１の受光部とを備える第１の検出部と、前記第１の検出部に対して前記移動体の移動方向に所定の間隔を隔てて配置され、前記マークを照明する第２の発光部から発し前記マークを介した光を検出する第２の受光部とを備える第２の検出部と、前記第１の発光部と、前記第２の発光部を時分割で発光させる時分割発光手段と、前記マークのうち同一のマークを前記第１、第２の検出部で各々検出する第１のタイミングと前記第１のタイミングと異なる第２のタイミングを検出する検出手段と、前記検出手段で得られた前記第１のタイミング及び前記第２のタイミングを用いて前記移動体の移動速度を算出する速度算出手段と、を有する速度検出装置であって、前記時分割発光手段および前記検出手段は、前記マークを照明する前記第１の発光部を点灯させる第１ステップと、前記第１の発光部から発し前記マークの所定の点を介した光を前記第１の受光部で検出する第２ステップと、前記第２ステップの後に、前記第１の発光部を消灯した後に前記第２の発光部を点灯させる第３ステップと、前記第２の発光部から発し前記マークの前記所定の点を介した光を前記第２の受光部で検出する第４ステップと、前記第４ステップの後に、前記第２の発光部を消灯した後に前記第１ステップに戻る第５ステップと、を含む一連の動作を繰り返し行っていることを特徴とする。
また、本発明に係る画像形成装置は、上記速度検出装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によればクロストークによる検出誤差を軽減し、移動体の高帯域速度変動を高精度に検出することができる速度検出装置および画像形成装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る速度検出装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る速度検出装置及び、移動体の概略斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ） 図２の速度検出装置の概略平面図及び、速度検出装置の概略正面図である。
【図４】本発明の実施例１におけるタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施例１におけるタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施例１での速度算出に至るまでの過程を示す図である。
【図７】本発明の実施例２におけるタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施例２での速度算出に至るまでの過程を示す図である。
【図９】本発明の実施例２に係るサンプリングタイミングの位相と線形補間による補間誤差の説明図である。
【図１０】本発明の実施例３に係る受光部の説明図である。
【図１１】図１０に示されている受光素子列１４より出力される、位相の異なる２つのアナログ信号の説明図である。
【図１２】本発明の実施例３における２値信号の説明図である。
【図１３】本発明の実施例３での、速度算出に至るまでの過程を示す図である。
【図１４】本発明の実施例４におけるタイミングチャートである。
【図１５】本発明の実施例４における、タイミングに対する９０度位相差であるＡ相４３とＢ相４５との逆正接演算結果との関係を示す図である。
【図１６】本発明の実施例４における、第１の検出部の２値信号の説明図である。
【図１７】本発明の実施例４での、速度算出に至るまでの過程を示す図である。
【図１８】本発明の実施例５における速度検出装置の説明図である。
【図１９】実施例５における、第１、第２の検出部の検出信号、及び、第１、第２の発光部の変調信号、を示すタイミングチャートである。
【図２０】本発明の実施例５での速度算出に至るまでの過程を示す図である。
【図２１】実施例５における、第１及び第２の発光部の変調回路図である。
【図２２】本発明の実施例５における速度検出装置の説明図である。
【図２３】移動体の速度を求めるときの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。本発明の実施形態に係る速度検出装置は、移動体１０に設けた光学的に識別可能なマーク１１を照明する第１の発光部６とマーク１１を介した光を検出する第１の受光部８を備える第１の検出部２を有する。第１の検出部２に対して移動体１０の移動方向に所定の間隔Ｌを隔てて配置され、マーク１１を照明する第２の発光部７とマーク１１を介した光を検出する第２の受光部９を備える第２の検出部３を有する。
【００１７】
所定の周波数の基準信号２０を発生する基準信号発生手段２０ａと、基準信号２０に同期して第１及び第２の発光部６、７の通電状態を制御する通電制御手段１６とを有する。基準信号２０の周波数ｆＨZは、第１の検出部２から出力される信号及び、第２の検出部３から出力される信号の中心周波数の整数倍である。基準信号発生手段２０ａと通電制御手段１６からの信号に基づいて第１、第２の発光部６、７を時分割で発光させる時分割発光手段１５を有する。基準信号２０に同期して第１の検出部２及び第２の検出部３から得られる出力をサンプリングするサンプリング手段７９を有する。
【００１８】
マーク１１のうち同一のマークを第１、第２の検出部２、３で各々検出する第１のタイミングｔ１akと第２のタイミングｔ２a (k+m)を検出する同一点検出手段１８を有する。ここで同一点検出手段１８は、第１、第２の検出部２、３で得られたタイミングのうちサンプリング手段７９でサンプリングされた出力値Ｖ１１〜Ｖ１６のうち所定の閾値電圧（中心電圧）の付近の少なくとも２点のサンプリング値を選択する。そしてこれらのサンプリング値（Ｖ１２、Ｖ１３）（Ｖ２２、Ｖ２３）から補間演算により閾値電圧（閾値位相）におけるタイミング（ｔ１ｂ０、ｔ１ａ１）（ｔ２ｂ０、ｔ２ａ１）を検出している。同一点検出手段１８で得られたタイミングを用いて移動体１０の移動速度Ｖｋ＋ｍを算出する速度算出手段１８ａを有する。
【００１９】
この他本発明の実施形態に係る速度検出装置では、時分割発光手段１５を用いて移動体１０の識別可能なマーク１１を第１の発光部６からの光で照明し、マーク１１からの光を第１の受光部８で検出する。その後に第１の発光部６を消灯し、その後に第２の発光部７を点灯させ、マーク１１からの光を第２の受光部９で検出する。そして、マーク１１の同一点を検出した後に、第２の発光部７を消灯し、その後に第１の発光部６を点灯させる一連の動作を行っている。
【００２０】
本発明の実施形態に係る速度検出装置では移動体の移動速度を算出する他、移動体の変位量も計測する。
【００２１】
この他、本発明の実施形態に係る速度検出装置では、移動体１０上に周期的に配置された識別可能なマーク列１１に対して、発光部より光を照射し、照射光のマーク列１１からの透過光、または反射光を受光部にて検出する。そして検出信号から、移動体１０の変位量を算出する。
【００２２】
このとき発光部及び受光部は、第１の発光部６と第１の発光部６からマーク列１１に照射した照射光の透過光または反射光を検出する第１の受光部８を備えている。さらに第２の発光部７と第２の発光部７からマーク列１１に照射した照射光の透過光または反射光を検出する第２の受光部９を備えている。そして第１の発光部６からマーク列１１に照射した照射光の透過光または反射光が第２の受光部９にて検出される、或いは、第２の発光部７からマーク列１１に照射した照射光の透過光または反射光が第１の受光部で検出される。
【００２３】
このような各発光部及び受光部の位置関係下において、第１の発光部６と第２の発光部７とを時分割で発光させる手段を備え、各発光部の発光時に対応して各受光部にて信号を検出し、変位量を算出する。
【００２４】
このような構成の基で、本発明の他の実施形態としては、第１の発光部６及び第１の受光部８と、第２の発光部７及び第２の受光部９とは互いに１８０度の角度を成すように、同一基板上に配置されている。
【００２５】
［実施例１］
図１乃至図６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１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３（ａ）は、速度検出装置１の概略平面図、図３（ｂ）は概略正面図である。また、図６は本実施例における速度算出過程を示す要部ブロック図である。
【００２６】
図１乃至図３において、１は速度検出装置（速度検出センサ）であり、第１の検出部２は第１の発光部６及び第１の受光部８を有し、第２の検出部３は第２の発光部７及び第２の受光部９を有する。
【００２７】
第１の発光部６及び第２の発光部７は、点光源とみなすことのできる電流狭窄ＬＥＤ等の光源が用いられる。第１の受光部８及び第１の信号処理回路１２はフォトＩＣとして構成されている。同様に、第２の受光部９及び第２の信号処理回路１３はフォトＩＣとして構成されている。また、本実施例では、第１の発光部６、第２の発光部７、第１の受光部８、第２の受光部９は全て同一基板４上に同一平面内に実装されており、第１の検出部２、第２の検出部３の全体は透明な樹脂層５によって保護されている。
【００２８】
図３に示すように第１、及び、第２の検出部２、３は、各々発光部から受光部の方向を配列方向としたとき、配列方向は移動方向（ｘ方向）に対して互いに１８０度の角度を成すように、同一基板上に配置されている。また、第１の発光部６と第１の受光部８の中心を結ぶ線分の中点Ｐ１と、第２の発光部７と第２の受光部９の中心を結ぶ線分の中点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌｘ１２が、速度検出方向（ｘ方向）に平行である。
【００２９】
そして第１、及び第２の受光部８、９の速度検出方向（ｘ方向）に垂直な中心線Ｌｙ１、Ｌｙ２の中心間距離Ｌと、第１、及び第２の発光部６、７の速度検出方向（ｘ方向）に垂直な中心線Ｌｙ１’、Ｌｙ２’の中心線間距離Ｌ’とが一致する。更に第１、及び第２の受光部８、９の速度検出方向（ｘ方向）に垂直な中心線Ｌｙ１、Ｌｙ２と、第１、及び第２の発光部６、７の速度検出方向に垂直な中心線Ｌｙ１’、Ｌｙ２’とが、各々一致する。
【００３０】
上記構成において、第１の発光部６，第２の発光部７は発散光束にて、移動体１０上の識別可能なマーク１１を照明し、マーク１１からの光をそれぞれ第１の受光部８、第２の受光部９で受光し、マーク１１のうちの同一のマークを検出する。
【００３１】
本実施例では、第１の検出部２と第２の検出部３が移動方向に互いに１８０度の角度を成すように、同一基板４上に配置することで、第１の検出部２と第２の検出部３の実装間隔Ｌを短くし、より高帯域の速度検出を可能としている。また、本実施例では、第１の発光部６と第１の受光部８の中心を結ぶ線分の中点Ｐ１と、第２の発光部７と第２の受光部９の中心とを結ぶ線分の中点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌｘ１２を移動体１０の移動方向（ｘ軸方向）と平行に構成している。
【００３２】
このように構成することで、同一点検出手段１８は第１、第２の検出部２、３から得られる信号より、移動体１０上のマーク１１のｙ軸方向の同一点を検出するタイミングを検出している。同一点検出手段１８によりマーク１１上の同一点を検出するタイミングを検出することにより、マーク１１のｙ軸方向の不均一性に伴い発生する検出誤差を抑制している。
【００３３】
次に、移動体１０の速度の検出方法について説明する。図２に示すように、移動体１０上に反射部材などで構成された、識別可能なマーク１１が移動方向に配列間隔Ｐで、周期的に配列されている。移動体１０上のマーク１１がｘ軸方向に進行している。第１の検出部２においてマーク１１を検知した第１のタイミングをｔ１、第２の検出部３において同じマークを検出した第２のタイミングをｔ２とする。第１の検出部２と第２の検出部３とのｘ軸方向（移動方向）の距離をＬとすると、移動体１０の速度Ｖは、式（１）で算出される。
【００３４】
【数２】
0005751842.tif 000003
【００３５】
ここで、課題において上述したように、上記構成においては、第１、第２の検出部２、３において、光学的クロストークが発生し、各検出部２、３において、精度良くマーク１１を検出することができないという問題点が発生する。
【００３６】
以下、本実施例の特徴である光学的クロストークの回避手段としての時分割発光手段１５における、第１、第２の検出部２、３の発光部６、７における時分割発光について説明する。図４はタイミングチャート、図６は速度算出に至るまでのフロー（要部ブロック図）である。まず、図４（ｄ）の第１の検出部２の出力信号の破線２３、及び、図４（ｆ）の第２の検出部３の出力信号の破線２６、はそれぞれの検出部において、発光部６、７を単独で常時発光させた場合の出力を示したものである。同図は周波数F Hｚの正弦波状の信号である。この信号２３、２６は移動体１０上のマーク１１の配列周期Ｐと同期した正弦波状の信号となっている。
【００３７】
以下、各発光部６、７を時分割発光手段１５により時分割発光した場合のこれら信号の状態とその状態においてマーク位置を検出する方法に関して説明する。図４（ａ）は、固定周波数（ｆ Hz）の基準信号（クロック）２０を示し、第１の発光部６の発光タイミング２１は基準信号２０と同期している。（図中、内部ディレイδ０を考慮した図となっている。）図６に示すように、時分割発光手段１５は、基準信号発生手段２０ａからの基準信号２０に同期して、通電制御手段１６からの通電状態を制御する信号によって、第１の発光部６、第２の発光部７の発光状態を制御している。
【００３８】
図４において、第１の発光タイミング２１と第２の発光タイミング２２は、逆位相関係にある。発光タイミング（パルス）のHighが点灯状態、Lowが消灯状態を示しており、本例での発光状態はデューティー比５０％のパルスとしている。
【００３９】
第１の発光部６と第２の発光部７を時分割で点灯させたときの、第１の検出部２からの出力は図４（ｄ）の曲線（実線）２４で示している。第１の発光部６が点灯しているときの状態を１−Ａ〜１−Ｆとし、各発光状態に対応する第１の検出部２からの出力状態は、図に示されるように、第１の発光部の発光タイミング２１に対し、遅れ時間δ１（０≦δ１）をもつ。第１の発光部６の消灯時に相当する１−Ａ〜１−Ｆ以外の出力状態は、第２の発光部７の出射光による移動体１０上の別の部位から、反射像を検出している。
【００４０】
したがって、第１の検出部２の出力信号２４は、発光部の切替に伴う検出反射像の変化と、発光部及び検出部の周波数特性の影響を受け歪んだ波形となっている。基準信号２０と同じ周波数で、第１の検出部２の出力２４をサンプリング手段７９で基準信号２０に同期したサンプリングを行う。サンプリング手段７９により、サンプリングしたときの出力値をＶ１１〜Ｖ１６とし、出力値Ｖ１１〜Ｖ１６が得られるタイミングをそれぞれ、ｔ１１〜ｔ１６とする。サンプリングポイントは、第１の発光部６が点灯時の応答範囲１−Ａ〜１−Ｆにあれば良いが、発光部、及び、検出部の周波数特性を考慮し、安定した出力信号を得るため、応答範囲１−Ａ〜１−Ｆの出来るだけ後方でサンプリングすることが、好ましい。
【００４１】
次に、第１の検出部２における２値信号２５の立ち下がりのタイミングｔ１ｂ０、立ち上りタイミングｔ１ａ１を、同一点検出手段１８で決定する方法について説明する。第１の検出部２において、中心電位（閾値電圧）（閾値位相）Ｖｏ付近の２点の出力値Ｖ１２、Ｖ１３が得られるタイミングｔ１２、ｔ１３を用いて、線形補間により立ち下がりタイミングｔ１ｂ０のタイミングを決定する。同様に、中心電位Ｖｏ付近の２点の出力値Ｖ１５、Ｖ１６が得られるタイミングｔ１５、ｔ１６を用いて、線形補間により立ち上りタイミングｔ１ａ１のタイミングを決定する。
【００４２】
第２の検出部３についても同様であり、第２の検出部３の出力を図４（ｆ）の曲線（実線）２７で示している。第２の発光部７が点灯しているときの状態を２−Ａ〜２−Ｆとする。各発光状態に対応する第２の検出部３の出力状態は、図に示されるように、第２の発光部７の発光タイミング２２に対し、遅れ時間δ２（０≦δ２）をもつ。第２の発光部７の消灯時に相当する２−Ａ〜２−Ｆ以外の出力状態は、第１の発光部６の出射光による移動体１０上の別の部位から、反射像を検出している。
【００４３】
したがって、第２の検出部３の出力信号２７は、発光部の切替に伴う検出反射像の変化と発光部７及び検出部９の周波数特性の影響を受け歪んだ波形となっている。基準信号２０と同じ周波数で、第２の検出部３の出力２７をサンプリング手段７９で基準信号２０に同期してサンプリングを行う。サンプリング手段７９により、サンプリングしたときの出力値をＶ２１〜Ｖ２７とし、出力値Ｖ２１〜Ｖ２７が得られるタイミングをそれぞれ、ｔ２１〜ｔ２７とする。
【００４４】
サンプリングポイントは、第１の発光部６が点灯時の応答範囲２−Ａ〜２−Ｆにあれば良いが、発光部、及び、検出部の周波数特性を考慮すると、安定した出力信号が得るため、応答範囲２−Ａ〜２−Ｆの出来るだけ後方でサンプリングすることが好ましい。第２の検出部３における２値信号２８の立ち下がりのタイミングｔ２ｂ０、立ち上りタイミングｔ２ａ１を、決定する方法も上述した、第１の検出部２の場合と同様である。第２の検出部３において、中心電位Ｖｏ付近の２点の出力値Ｖ２２、Ｖ２３が得られるタイミングｔ２２、ｔ２３を用いて、線形補間によりｔ２ｂ０のタイミングを決定する。同様に、中心電位Ｖｏ付近の２点の出力値Ｖ２５、Ｖ２６が得られるタイミングｔ２５、ｔ２６を用いて、線形補間によりｔ２ａ１のタイミングを決定する。
【００４５】
本実施例では、連続する中心電位を跨ぐサンプリング点、２点を用いた線形補間により、２値信号生成する方法について述べた。だが、必ずしも、閾値電圧である中心電位を跨ぐ連続するサンプリングポイント２点に限定されるものではなく、必要精度に応じた補間処理の必要サンプリング点を採用した処理であればよい。さらに、２点に限定する必要も無く、２点以上の中心電圧付近の３点以上を用いた曲線近似による補間を実施しても良い。
【００４６】
以上、述べた方法によると、図４（ｅ）、（ｇ）に示すように、第１の検出部２及び、第２の検出部３より、マーク１１の通過周期に同期した２値信号２５，２８が得られる。以上の処理を連続的に行うことで、図５に示すように、第１の検出部２より２値信号２９、第２の検出部３より２値信号３０を得ることができる。同一点検出手段１８により、第１の検出部２において、あるマークを検出したタイミングｔ１ａｋと、第２の検出部３において同一のマークを検出したタイミングをｔ２ａ（ｋ+ｍ）を求める。これより速度算出手段１８ａでは移動体１０の移動速度Ｖｋ＋ｍを、次式（２）で求めている。 
【００４７】
【数３】
0005751842.tif 000004
【００４８】
本実施例では、同一マークの通過タイミングを２値信号２９、３０の立ち上り時間で表現した。だが、この限りではなく、立ち下がり時間で表現してもよく、また、振幅変動等に起因するスライスベル変動によるデューティー変動の影響を抑制するために、立ち上り時間と立下り時間の中点をマーク位置と定義しても良い。また、本実施例において速度算出手段１８ａはマークの検出タイミングを２値化信号へ変換する処理を行い、２値化信号を用いたタイミングを用いた。しかしながら、必ずしも２値化処理の必要性はなく、補間処理による検出点のタイミングデータを直接用いて速度算出処理を行っても良い。
【００４９】
本実施例によれば、第１の検出部２と第２の検出部３の移動方向の間隔Ｌを短く実装しても、光学的クロストークの影響を回避することができ、検出速度の高帯域化を図ることが出来る。また本実施例では、反射型の光学的な検出手段を用いているがこれに限られるものではなく、透過型の光学的な検出手段を用いても同様の効果が得られる。
［実施例２］
図１乃至図４及び、図７乃至図９を参照して、本発明の実施例２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。本実施例は、実施例１に比べて検出速度帯域の更なる向上に配慮した構成となっており、この構成において、発光部を時分割発光する場合の実施形態について説明する。
【００５０】
まず、本実施例に於ける速度検出の構成を以下に説明する。図７は、実施例１で説明した補間処理により、第１の検出部２より得られる２値信号３１及び、第２の検出部３より得られる２値信号３２を示す。図８は、本実施例における速度算出に至るまでのフローを示したものである。
【００５１】
ここで、第１の検出部２より得られる２値信号３１の、ｋ番目のマークに同期したパルス周期をΔｔｋとする。ｋ番目のマークが通過するタイミングｔｋにおける、移動体１０の移動速度Ｖkは、マークが設計値Ｐで一定間隔に配列されているとき、マークの配列間隔Pを用いて、次式（３）のように書くことが出来る。
【００５２】
【数４】
0005751842.tif 000005
【００５３】
第１の検出部２と第２の検出部３との距離Lとマークの配列ピッチＰの大小関係について、検出部間の距離Ｌよりもマークの配列ピッチＰが十分小さい場合（Ｐ≪Ｌ）、式（２）で算出される速度よりも、式（３）で算出される速度の周波数帯域の方が高くなる。しかしながら、式（３）で検出される速度Ｖkは、マーク配列ピッチＰの形成誤差成分が検出速度精度に直接反映され、特に長周期に渡るピッチ誤差の累積誤差精度を確保することは困難となる。
【００５４】
これは換言すれば、検出速度の低周波数帯の検出精度は誤差成分を多く含む結果となってしまうことを意味する。そこで、低周波数領域では精度の高い２つの検出部２、３を用いた区間検出速度を採用する。また、高周波数領域は、２つの検出部２、３のうち何れかの上記マーク配列ピッチＰからの検出速度Ｖkを採用し、各々の検出速度の特性を利用して制御を行う。
【００５５】
本実施例ではその例として図８に示すように、式（２）で算出される速度Ｖk+mのローパスフィルタ３６を通過させた低周波数領域と、式（３）で算出される速度のハイパスフィルタ３５を通過させた高周波数領域を用いる。そして双方での速度を速度合成演算部１９を用いて、合成演算することにより、速度を算出する。また、同一点検出手段１８を用いた、式（２）による速度の算出方法は、実施例１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５６】
上記速度検出の構成において、以下、基準信号２０を基準として、通電制御手段１６と時分割発光手段１５を用いて発光部を、時分割で発光させ、速度を検出する場合について説明する。まず、本実施例の特徴の基となる時分割発光時のサンプリング周期と線形補間により発生する誤差量の関係について、第１の検出部２を例にとり、図９を用いて説明する。第１の検出部２の出力信号２４、第２の検出部の出力信号２７は、サンプリング手段７９によって、基準信号２０と同期してサンプリングされる（図４参照）。図９（ａ）は第１の検出部２の出力信号、図９（ｂ）は第１の検出部２におけるサンプリング位相と補間誤差の関係を模式的に示したものである。
【００５７】
被サンプリング信号である第１の検出部２の出力信号は、一般に移動体１０が速度変動を伴っているため、ある周波数F Hzを中心周波数とした信号と考えることが出来る。図９（ａ）において、第１の検出部２の出力信号が中心電位となるタイミングをＴ１０、中心電位付近の２点サンプリングタイミングをＴ１Ａ、Ｔ１Ｂ、そのときの出力電圧をＶ１Ａ、Ｖ１Ｂとする。タイミングＴ１０とサンプリングタイミングの位相関係と線形補間による補間誤差の関係を図示すると、図９（ｂ）のように正弦波状の誤差となる。
【００５８】
ここで示される誤差は、基準信号２０の周波数を上げることにより低減していくが、検出部の周波数特性から上げられる周波数には限界がある。また、この補間誤差は、実施例１の形態、及び、式（２）で検出する速度にも同様の現象として誤差を与えるが、時間計測の距離区間Ｌと反比例の関係で影響が軽減されるため、実施例１及び本例式（２）の検出速度への影響は軽微となっている。これに対して本実施例の式（３）にて検出する速度Ｖkでは、マーク配列ピッチＰが間隔Ｌに対して短く、上記補間誤差の影響が相対的に大きく対策が必要となる。
【００５９】
本実施例は、上記現象を鑑みて考案したものであり、第１の検出部２及び、第２の検出部３の被検出信号の中心周波数に対して、基準信号２０（クロック）の周波数ｆ Hzを整数倍に設定することを特徴としている。その内容に関して以下に説明する。
【００６０】
第１の検出部２におけるタイミングＴ１０とサンプリングタイミングの位相関係がα１のときの補間誤差をＥα１とする。被検出信号が固定周波数であれば、サンプリングタイミングの位相関係が一定となり、式（３）により算出される速度誤差はＤＣ成分のみとなる。実際には、マーク配列ピッチＰの誤差や制御誤差により、被検出信号の中心周波数Ｆと、基準信号２０の周波数ｆ Hzとの同期性を補償できない。ただし、被検出信号の中心周波数Ｆが、基準信号２０の周波数ｆ Hzの整数倍であるとき、被サンプリング信号に対するサンプリング信号の位相変化を抑制できる。そのため、補間誤差Ｅα１の変化を低周波に抑制することが可能であり、式（３）により算出される速度誤差も低周波のみに抑えられる。したがって、図８で示すように、式（３）で検出する速度Ｖkは後処理でハイパスフィルタ３５により低周波成分をカットするために、補間演算による誤差成分を低減させた高域成分の速度成分を抽出することが出来る。
【００６１】
［実施例３］
図１乃至図４及び、図１０乃至図１３を参照して、本発明の実施例３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。本実施例は、実施例２に対して更に検出速度帯域を向上させた例である。本実施例では、更に高帯域化を図るために、第１の検出部２及び、第２の検出部３のそれぞれにおいて、位相の異なる２つ以上の信号を出力させることで対応している。本実施例は、第１の検出部２、及び、第２の検出部３より出力される信号（Ａ相信号３３、Ｂ相信号３４）は９０度の位相差信号を含む位相の異なる信号から成る。
【００６２】
本実施例を図１０乃至図１２を用いて説明する。本実施例では、速度検出装置１で用いる第１の受光部８及び、第２の受光部９は図１０の模式的に示すような、受光素子列１４を用いて構成する。図中、受光素子列１４は、１７ａ〜１７ｄの隣接する４つのフォトダイオードを５つ配列する構成を示している。なお、設計値Ｐの間隔で配列された移動体上マーク列から得られる反射像の周期をＰfとすると、幾何学的な関係よりＰｆ＝２Ｐとなる。フォトダイオード１７ａ〜１７ｄを１周期とする構成要素の配列間隔をＰｆとし、フォトダイオード１７ａ〜１７ｄの配列間隔を、Ｐｆ／４で構成することにより、９０度毎の位相の異なる周期信号を生成することになる。また、基本的には、１つの配列で機能するが、複数配列することにより、空間的に離れたイメージ像の総和を用いて高い信号強度を得る構成となっている。
【００６３】
上記構成における移動体１０上のマーク１１の検出動作に関して説明する。受光素子列１４に対するマーク（不図示）の相対的な移動に伴い、マーク（不図示）の反射像は受光素子列１４上を受光素子の配列方向（ｘ軸方向）へ移動する。上述したように、フォトダイオード１７ａ〜１７ｄの配列間隔をＰｆ／４で構成し、フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの順に反射像が移動する場合を考える。各フォトダイオード１７ｂ、１７ｃ、１７ｄより得られる信号は、フォトダイオード１７ａより得られる信号に対し、それぞれ９０度、１８０度、２７０度の位相差を持つ信号となる。
【００６４】
この場合、最大４つの位相の異なる信号を得ることが可能である。ここで、フォトダイオード１７ａで光電変換された電位と、フォトダイオード１７ｃで光電変換された電位を差動増幅したものをＡ相信号と定義する。同様に、フォトダイオード１７ｂで光電変換された電位と、フォトダイオード１７ｄで光電変換された電位を差動増幅したものをＢ相信号と定義する。以上述べた原理に従うと、Ａ相信号、Ｂ相信号は、図１１に示されているように、理想状態で９０度位相差を持つ信号３３、３４となる。図１２は図１１のアナログ信号をリファレンス電圧、例えば、図１１に記載の中心電位等で２値化したデジタル信号であり、本実施例では、この９０度位相差の時間間隔から、以下に説明するように速度を算出する。
【００６５】
移動体１０上のマーク１１の配列間隔の設計値はＰであるから、Ａ相信号とＢ相信号の位相差９０度に相当するマーク（不図示）上の距離は、Ｐ／４である。このＡ相信号、Ｂ相信号の位相差Ｐ／４を区間とした区間速度検知を行うことが可能である。
【００６６】
図１２において、第１の検出部２より得られる２値信号の、Ａ相信号３７とＢ相信号３８の位相差について、タイミングｔ1ｋにおけるｋ番目のマークに同期した時間間隔をΔｔ1ｋとする。ｋ番目のマークが通過するときの、移動体の移動速度は、移動体１０上のマークの配列間隔Ｐを用いて、次式（４）のように書くことが出来る。
【００６７】
【数５】
0005751842.tif 000006
【００６８】
検出部間の距離Lと、フォトダイオード１７ａ〜１７ｄの配列間隔Pｆ／４の大小について、検出部間の距離Lよりもフォトダイオード１７ａ〜１７ｄの配列間隔Pｆ／４が十分小さい場合を考える（Ｐｆ／４≪Ｌ）。その場合、式（２）で、算出される速度Ｖk+mよりも、更には実施例２における式（３）で算出される速度Ｖkよりも、式（４）で算出される速度Ｖkの周波数帯域の方が高くなる。
【００６９】
また、本実施例に於ける検出速度（Ｖk）は、基本的にはマーク配列周期Ｐの誤差成分の影響を受けないため、この影響による低周波成分は発生しない。一方、筆者らの研究によれば、移動体１０の図中Ｘ軸方向の回転成分により発光部と検出部間の光路における往路復路の光路長比が変化し、その結果９０度位相差に誤差を与え、速度成分に誤差を与えることが解っている。さらに、本発明の背景において説明した移動体として中間転写ベルト等においては、このＸ軸周りの回転成分がベルト変動等より低周波で発生することが解ってきた。したがって、本実施例の速度検出式（４）においては、実施例２と同様に低周波の速度誤差成分が含まれている。
【００７０】
図１３は、本実施例における速度算出に至るまでのフローを示したものである。第１の発光部６、第２の発光部７を、基準信号２０に同期して、通電制御手段１６を備えた時分割発光手段１５により時分割点灯させる方法は、実施例１、実施例２と同様である。実施例２と同様に、図１３に示すように、式（２）で算出される速度Ｖk+mのローパスフィルタ３６を通過させた低周波数領域と、式（４）で算出される速度Ｖkのハイパスフィルタ３５を通過させた高周波数領域を速度合成演算部１９によって合成演算する。これにより、速度を算出する方法が有効になる。
【００７１】
また、第１の検出部２の出力信号２４、第２の検出部３の出力信号２７（図４参照）は、サンプリング手段７９によって、基準信号２０と同期してサンプリングされる。第１の検出部の２値信号（Ａ相）３７と第２の検出部の２値信号（Ａ相）３９とから、同一点検出手段１８を用いた、式（２）による速度Ｖk+mの算出方法は、実施例１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７２】
また、補間誤差に関して、ここでは実施例２に対して速度算出に使用するピッチ間隔が１／４と短くなり、実施例２で説明したように、速度算出に用いる時間計測距離と補間処理による誤差の影響度が反比例で作用するため、補間誤差の影響はさらに厳しくなる。そこで、式（４）の検出速度（Ｖk）における光源時分割発光時のサンプリング時の補間誤差を実施例２において説明したように、低周波成分となるように時分割発光の基準周波数を選定することにより、補間により発生する検出誤差を低周波成分とすることができる。 
【００７３】
更に、上記図１３に示す速度算出手法と組み合せることで、必要な高域速度の誤差成分を抑制することができる。すなわち、本実施例においても、被検出信号の中心周波数Ｆに対して基準信号２０周波数ｆ Hzを整数倍にすることにより、被サンプリング信号に対するサンプリング信号の位相変化を抑制し、高周波域に於ける速度誤差成分を抑制する。そして、図１３で示すように、式（４）で検出する速度Ｖkは後処理でハイパスフィルタ３５により低周波成分をカットするために、必要となる高域速度成分の補間演算による速度誤差成分を低減させることが出来る。
【００７４】
［実施例４］
図１乃至図３、図１０、図１１及び、図１４乃至図１７を参照して、本発明の実施例４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。
【００７５】
本実施例では、実施例３の速度検出装置１の検出部の構成において、被検出信号の９０度位相差信号を用いた逆正接演算により、被検出信号の値が中心電位となるタイミングを算出し、デジタル２値信号を生成する方法について図１４乃至１７を用いて説明する。第１の受光部８及び、第２の受光部９は、図１０に示される受光素子列１４で構成され、実施例３と共通である。図１４は、基準信号（クロック）４０と、それに同期した第１の発光部２の発光タイミング４１、第１の検出部２の出力信号であるＡ相信号４３及び、Ｂ相信号４５の出力状態を示すタイミングチャートである。
【００７６】
また、図１４において、破線４２、４４は第１の発光部６が常時発光している際の、第１の検出部２の出力状態を示しており、Ａ相信号、Ｂ相信号の位相関係がそれぞれの周期に対して９０度の位相関係となっている。第１の発光部６の発光タイミング４１は、基準信号４０と同じ周波数である。図中、基準信号４０に対する第１の発光部６の発光タイミングは発光部のディレイを考慮し、遅延時間δ０を与えて表している。また、第１の発光部６の発光状態１−Ａ〜１−Ｆに対する第１の検出部の応答も同様に、検出系の周波数特性を考慮し、ディレイ量：δ１を加味して表現している。
【００７７】
図１７は、本実施例における速度算出に至るまでのフローを示したものである。以下、各発光部６、７を基準信号４０に同期して、通電制御手段１６を用いた時分割発光手段１５によって、時分割発光した場合のこれら信号の状態とその状態においてマーク位置を検出する方法に関して説明する。図１４では第１の検出部２において、１−Ａ〜１−Ｆ以外の出力状態は、第２の発光部７の出射光の影響を受け、歪んだ波形となる。
【００７８】
クロック４０と同じ周波数で、第１の検出部２のＡ相出力４３をサンプリング手段７９によってサンプリングしたときの出力値を、ＶＡｋ−１〜ＶＡｋ＋４とし、ＶＡｋ−１〜ＶＡｋ＋４が得られるタイミングをそれぞれ、Ｔｋ−１〜Ｔｋ＋４とする。クロック４０と同じ周波数で、第1の検出部のB相出力４５をサンプリング手段７９によってサンプリングしたときの出力値を、ＶＢｋ−１〜ＶＢｋ＋４とする。サンプリングポイントは、第1の発光部６が点灯時の応答範囲１−Ａ〜１−Ｆにあれば良いが、発光部、及び、検出部の周波数特性を考慮し、安定した出力信号を得るため、応答範囲１−Ａ〜１−Ｆの出来るだけ後方でサンプリングすることが、好ましい。
【００７９】
図１４において、Ａ相信号４３の仮想的出力（破線）４２が中心電位となるタイミングを、Ｔ1、Ｔ2とする。タイミングと９０度位相差であるＡ相信号４３とＢ相信号４５とを逆正接演算部６９を用いて算出した逆正接演算結果との関係は、図１５に示されるように線形な関係４６となる。タイミングがＴ1、Ｔ2となる時の、逆正接演算値をそれぞれ、(2n-1)π、2nπ（nは自然数）とすると、Ｔ1、Ｔ2は線形補間により求められ、図１６に示すような第１の検出部２の２値信号４７を生成することが可能である。
【００８０】
また、第２の検出部３についても同様である。即ち、受光部９を図１０に記載の受光素子列１４で構成する。これにより、被検出信号である第２の検出部３の出力信号（Ａ相信号）４８、第２の検出部の出力信号（Ｂ相信号）４９の９０度位相差信号から同様の逆正接演算により、２値信号５０を生成することが可能である。
【００８１】
以上述べた方法により、第１の検出部２の２値信号４７及び、第２の検出部３の２値信号５０を用いて、実施例１と同様に、同一点検出手段１９を用いる方法で移動体１０の移動速度を検出することが出来る。
【００８２】
本実施例の方法を用いると、図１５に示したように移動体１０の通過タイミングと逆正接演算結果とが線形な関係にあるため、実施例１の際に発生する線形補間の誤差を抑制することが出来る。
【００８３】
［実施例５］
図１０、図１１及び、図１８乃至図２２を参照して、本発明の実施例５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１８（ａ）は、本実施例における速度検出装置５１の概略平面図、図１８（ｂ）は概略正面図を示している。
【００８４】
本実施例は第１、第２の受光部５２、５３が同一半導体上に、入れ子状に交互に配置され、該交互に配置されるフォトダイオード４個一組を最小単位として、１組以上周期的に配置された構成である。
【００８５】
図１８において、５６は点光源と見なせる第1の発光部、５７も同様に点光源と見なせる第２の発光部を示し、図１０に記載と同様な受光素子列１４が実装されている。受光素子１４上に投影される光学像の配列周期Ｐｆは、移動体１０上のマーク（不図示）の配列間隔の設計値をPとすると、Ｐｆ＝２Ｐと書ける。図１０の受光素子列１４の各受光素子の配列間隔をＰｆ／４、第１の発光部５６と第２の発光部５７の実装間隔をPｆ／４で構成する。
【００８６】
ここで、本実施例においては、フォトダイオード１７ａ及び、フォトダイオード１７ｃの組み合わせを第１の受光部５２と定義し、フォトダイオード１７ｂ及び、フォトダイオード１７ｄの組み合わせを第２の受光部５３と定義する。また、第１の発光部５６と第１の受光部５２の組み合わせを第１の検出部５９、第２の発光部５７と第２の受光部５３の組み合わせを第２の検出部６０とする。第１の発光部５６の中心と第１の受光部５２の中心とを結ぶ線分はｙ軸と平行となるように配置され、また同様に第２の発光部５７の中心と第２の受光部５３の中心とを結ぶ線分はy軸と平行となるように配置されている。
【００８７】
図１８において、第１の発光部５６と、第２の発光部５７、及び第１、第２の受光部５２、５３は、同一平面上に存在し、第１、第２の受光部５２、５３は、信号処理回路５８と共に同一半導体上に構成されている。第１の発光部５６と、第２の発光部５７、信号処理回路５８は基板５４の上に実装され、全体が透明な樹脂５５で封止されている。
【００８８】
本実施例では第１の検出部５９において、フォトダイオード１７ａで光電変換された電位と、フォトダイオード１７ｃで光電変換された電位を差動増幅したものをアナログ検出信号１と定義する。同様に、第２の検出部６０において、フォトダイオード１７ｂで光電変換された電位と、フォトダイオード１７ｄで光電変換された電位を差動増幅したものをアナログ検出信号２と定義する。
【００８９】
本実施例では、検出対象となる２つの信号の位相関係が１周期内に必ず存在する関係になるため、実施例１〜４とは異なる方法を採用した時分割発光による信号検出を提案する。本実施例における第１の発光部５６と第２の発光部５７を時分割で点灯させる方法を図１９のタイミングチャート及び、図２０の速度算出に至るまでのフローを用いて説明する。
【００９０】
図１９中、a)は第１の発光部５６のみをDC発光させた場合に、マークの移動に伴い各検出部から検出される信号を示している。b)は第２の発光部５７のみをDC発光させた場合に、マークの移動に伴い各検出部から検出される信号のタイミングチャートを示している。c)はa)、b)の検出信号を基に信号処理を行い、第１及び、第２の発光部に時分割発光をさせた場合の発光部変調信号を示している。d)は発光部変調の結果、各検出部において検出される検出信号を示している。引き続き各タイミングチャートの詳細に関して説明する。
【００９１】
まず、図１９中、a)は第１の発光部５６のみをDC発光させた場合に、第１の検出部において検出されるアナログ検出信号１及びその２値化検出信号１を示している。さらに第２の検出部において検出されるアナログ検出信号２及びその２値化検出信号２、のタイミングチャートを示している。ここで各２値化信号は図中示すように、アナログ信号振幅の中心電位を閾値として得られる２値化信号である。
【００９２】
また、本来第１の発光部にて光が照射されている場合、必要となる検出信号は第１の検出信号のみである。同時に光学的クロストークにより、第２の検出信号も合わせて検出されるため、時分割発光における変調回路においては第２の検出信号も合わせて考慮する必要性がある。なお、これら検出信号１、及び２は設定したフォトダイオードアレイ周期、及び、マーク周期の関係から、基本的に９０度位相差の関係になっている。図１９a)中、必要となる第１の検出信号を実線で、第２の検出信号を破線で示している。
【００９３】
b)も上記a)と同様に、第２の発光部５７のみをDC発光させた場合に、第１の検出部において検出されるアナログ検出信号１及びその２値化検出信号１のタイミングチャートを示している。さらに、第２の検出部において検出されるアナログ検出信号２及びその２値化検出信号２、のタイミングチャートを示している。ここで各２値化信号は図中示すように、アナログ信号振幅の中心電位を閾値として得られる２値化信号である。
【００９４】
また、本来第２の発光部にて光が照射されている場合、必要となる検出信号は第２の検出信号のみである。同時に光学的クロストークにより、第１の検出信号も合わせて検出されるため、時分割発光における変調回路においては第１の検出信号も合わせて考慮する必要性がある。図１９b)中、必要となる第２の検出信号を実線で、第１の検出信号を破線で示している。
【００９５】
続いて、図２１に発光部の変調回路の一例を示し、上述した検出信号状態における、発光部の変調動作及び、速度検出のための時間計測動作に関して説明する。図中、発光部変調回路はJK-フリップフロップ回路（以後、JK-FF）、AND回路、Not回路にて構成され、JK-FFの出力信号Q、及び、NotQ（Qの極性反転信号）は、それぞれ第２の発光部、及び第１の発光部の変調制御信号として使用する。更に、Q及び、NotQのいずれかを用いて、後に説明する速度算出に必要な時間計測を行う。なお、JK-FFはこの時間計測に必要十分な時間分解能となる周波数のクロック(ck)を設定し、動作する構成となっている。
【００９６】
まず、発光部変調回路動作の説明を行う。図２１の回路構成において、初期状態として、JK−FFをプリセットして第２の発光部を点灯させる。これにより、第１及び第２の検出部からの検出信号は、図１９中、b)の状態となり、移動体が相対移動し、マークによる反射像が検出部を通過することにより、図１９、b)に示すような検出信号変化が現れる。信号変化がタイミングチャートにおけるt2(k-1)の時刻に到達すると、２値化検出信号１、及び、２値化検出信号２が共に”High”状態に変化する。これと同時にJK-FFのK入力が”High”となり、ck入力によりJK-FFの出力Qがリセットされ”Low”となる。Q出力は第２の発光部の制御信号であるため第２の発光部が消灯され、同時に第１の発光部制御信号であるNotQ信号が”High”となり、第１の発光部が点灯状態となる。
【００９７】
時刻t2(k-1)後、第１及び第２の検出信号は、図１９、a)の状態になり相対移動に伴い変化する。さらに時刻t1(k)の状態に相対移動が進むと、２値化検出信号１が”High”状態、２値化検出信号２が”Low”状態に変化する。これと同時にJK-FFのJ入力が”High”となり、ck入力によりJK-FFの出力Qがセットされ”High”となる。Q出力は第２の発光部の制御信号であるため第２の発光部が点灯され、同時に第１の発光部制御信号であるNotQ信号が”Low”となり、第１の発光部が消灯状態となる。
【００９８】
以上の動作が相対移動による信号変化に伴い連続的に実施されることで、図１９中、c)に示すような発光部の変調信号が得られる。また、この時、第１及び第２の検出信号は図中、d)に示すような信号形態となる。なお、図１９、d)中、破線、点線で示す信号は、それぞれの発光部をDC発光させた場合の波形を示している。
【００９９】
引き続き、速度算出に使用する時間計測に関して説明を行う。第１及び、第２の２値化信号の極性変化タイミングは、移動体上の識別可能なマーク（不図示）の同一位置の通過タイミングとなり、この第１及び第２の２値化信号の同一極性変化のタイミング差を検出することで、同一マークの通過時間を算出することができる。本例では各検出信号の同極性変化位置を検出して、発光部の変調信号を生成しているため、この発光部変調信号の極性変化のタイミング差を計測することにより、同一マークの通過時間を算出することができる。
【０１００】
なお、この通過時間計測は前述した、時間計測分解能に対して必要十分であるJK-FFのck信号を使用し、発光部変調信号の極性変化間のck数計数を行うことで実行可能である。なお、変調タイミングt2(k)における移動体の速度ｖｋは次式（５）で得られる。
【０１０１】
【数６】
0005751842.tif 000007
【０１０２】
本実施例の場合、アナログ検出信号１と、アナログ検出信号２との位相関係が、マークの配列周期の１周期内に必ず存在する関係にある。従って、２値化検出信号１の立ち上りを検出したタイミングの、次の２値化検出信号２の立ち上りタイミングを検出することで、マークの同一点検出手段１８が行うべき作用と同様の作用を行うことが可能である。また、本実施例では、同一マークの通過タイミングを２値化検出信号１、２の立ち上り時間で表現した。だが、この限りではなく、立ち下がり時間で表現してもよく、また、振幅変動等に起因するスライスベル変動によるデューティー変動の影響を抑制するために、立ち上り時間と立下り時間の中点をマーク位置と定義しても良い。
【０１０３】
以上のように、本実施例である発光部の時分割点灯を行うことで、第１の受光部５２と第２の受光部５３を入れ子の構造にすることが可能となる。この結果、区間速度検出法における第１の検出部５９と第２の検出部６０の距離（区間長）を短くし、検出速度の高帯域化を図ることができる。さらに、本実施例の方法は、２値化検出信号１及び、２値化検出信号２を生成する際に補間処理を必要としないため、実施例１の際に発生する線形補間の誤差の発生を回避することが出来る。
【０１０４】
尚、前述した発光部の変調回路は、第１の発光部の発光時に第１の検出信号のマーク上の特定位置の時刻、及び、第２の発光部の発光時に第２の検出信号の同じくマーク上の特定位置の時刻、を検出可能な発光部の変調回路は本例に限定されない。さらに、時間計測可能な信号生成回路であれば、本例に限定されるものではない。
【０１０５】
尚、上記実施例において、受光素子１４の構成を、図１０に示すように、フォトダイオード１７ａ〜１７ｄを５周期配置する構成を例に取り説明したが、図２２に示すように、受光素子１４の周期構成を１周期のみとする構成も適用できる。この場合も、発光部と受光部の位置関係は周期構造を取る場合と同様に、第１の発光部７６の中心と第１の受光部領域（１７ａ及び１７ｃ）の中心とを結ぶ線分をｙ軸と平行となるように構成する。また同様に第２の発光部７７の中心と第２の受光部領域（１７ｂ及び１７ｄ）の中心とを結ぶ線分をｙ軸と平行となるように構成する。本実施例では、各検出部における発光部の中心と受光部領域の中心とを結ぶ線分がｙ軸と平行となるように構成する例を示したが、この限りではない。各検出部における発光部の中心と受光部領域の中心とを結ぶ線分がｙ軸と平行とならない場合も本発明の範疇に含まれる。
【０１０６】
図２２中、フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの各受光素子幅を配置周期に合せているが各受光素子幅と周期を合せる必要は特に無く、周期より狭い幅の受光素子であっても問題ない。但し、各受光素子幅を変更する場合は、上述したように、それに合わせて発光部の位置を受光部中心に合せることが望ましい。またさらに、図示した各受光素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、一つの受光素子から構成される必要は無く、各受光素子を受光素子列から構成することもできる。即ち交互に配置される第１、第２の各受光部（１７ａ、１７ｃ）（１７ｂ、１７ｄ）が複数の受光素子からなる受光素子アレイからなっている。
【０１０７】
以上のように各実施例によれば、複数の発光部から生成される複数のイメージ像が、1つの受光部に投影されるイメージ像のクロストーク現象を回避することができ、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が得られる。
【符号の説明】
【０１０８】
１、５１、７１速度検出装置 ２、５９ 第１の検出部 ３、６０ 第２の検出部
６、５６、７６、１０３ 第１の発光部 ７、５７、７７、１０４ 第２の発光部
８、１０５ 第１の受光部 ９、１０６ 第２の受光部 １０ 移動体
１１、１１０ 移動体上の識別可能なマーク １２ 第１の信号処理回路
１３ 第２の信号処理回路 １４ 受光素子列 １５ 時分割発光手段
１６ 通電制御手段 １７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ フォトダイオード
１８ 同一点検出手段 １９ 速度合成演算部 ２０、４０ 基準信号（クロック）
１８ａ 速度算出手段 ２０ａ 基準信号発生手段
２１、４１ 第１の発光部６の発光タイミング
２２ 第２の発光部７の発光タイミング ７９ サンプリング手段 
【図１】
0005751842.tif 000008
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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