(57)【要約】【課題】測定用マークの移動方向とこれに直交する方向の２方向に関する位置ずれ量や速度変動を一組の受光素子とその周辺回路により検出することが可能であると共に、経時的に測定用マークの反射光量やその下地である移動体表面の反射光量が変化した場合であっても該測定用マークを高精度に検出することが可能な位置検出装置を提供する。【解決手段】移動体の表面に形成された測定用マークの通過領域を照らす照明手段と、単一の光電変換素子から構成されると共に前記移動体の反射光を受光し、受光光量に対応した強度の信号を発生するセンサ手段と、前記センサ手段の最大値又は最小値に対応して測定用マークの検知信号を出力するピーク検知手段とを備え、更に、前記測定用マークが前記移動体の表面における前記センサ手段の視野領域を通過する際に、かかる測定用マークとセンサ手段の視野領域の重複面積が移動体の進行に伴って連続的に変化するように構成した。【選択図】                図３
2004286592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の表面に形成された測定用マークを光学的に検出し、かかる検出結果に基づいて前記移動体の現在位置や移動速度等を計測する位置検出装置であって、
前記移動体の表面を該測定用マークの通過領域に対応して照らす照明手段と、単一の光電変換素子から構成されると共に前記移動体の反射光を受光し、受光光量に対応した強度の信号を発生するセンサ手段と、前記センサ手段の最大値又は最小値に対応して測定用マークの検知信号を出力するピーク検知手段とを備え、更に、
前記測定用マークが前記移動体の表面における前記センサ手段の視野領域を通過する際に、かかる測定用マークとセンサ手段の視野領域の重複面積が移動体の進行に伴って連続的に変化するように構成したことを特徴とする移動体の位置検出装置。
【請求項２】
前記センサ手段の視野領域が円形に形成される一方、前記測定用マークの太さが前記視野領域の直径以下であることを特徴とする請求項１記載の移動体の位置検出装置。
【請求項３】
前記センサ手段の視野領域が移動体の移動方向を短軸とする楕円形状に形成される一方、前記測定用マークは前記移動体の移動方向を短辺とする長方形状に形成され、前記測定用マークの短辺長さが前記センサ手段の視野領域の短軸長さ以下であることを特徴とする請求項１記載の移動体の位置検出装置。
【請求項４】
前記センサ手段と移動体の間には、かかるセンサ手段の視野領域を制限するマスクが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の移動体の位置検出装置。
【請求項５】
前記測定用マークが電子写真プロセスを経て前記移動体上に形成されたトナー像であることを特徴とする請求項２又は３記載の移動体の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば往復動あるいは回転運動を行う移動体の移動位置や移動速度を検出する際に使用される位置検出装置に係り、詳細には、前記移動体の表面に形成された測定用マークを検出し、かかる測定用マークの中心位置あるいは重心位置を正確に求めるための改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平６−１１８７３５号公報
【特許文献２】特開平７−３０９０３７号公報
【特許文献３】特許第２５３４７０８号明細書
【０００３】
所謂タンデム型のカラー画像形成装置では、画像データに応じてトナー像を形成する作像エンジンがイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの各色毎に設けられており、各作像エンジンによって形成されたトナー像を記録シートや中間転写ベルト等の受像体に対して順次転写し、最終的に４色のトナー像が重なりあった合成トナー像を形成することでフルカラー画像を得ている。受像体上におけるトナー像の重ね合わせを正確に行うためには、受像体の位置ずれ量や移動速度の変動を正確に把握することが重要であり、かかる目的達成のため、従来よりタンデム型のカラー画像形成装置には前記受像体の位置ずれ量や速度変動を把握するための位置検出装置が設けられている。具体的には、無端状の記録シート搬送ベルトや中間転写ベルトの表面に特定のタイミングで色ずれ測定用のトナーマークを形成し、この測定用マークを位置検出装置を用いて検出することにより、受像体の回転方向及び軸方向への位置ずれ量や速度変動等を検出するように構成されている。
【０００４】
ここで、往復運動あるいは回転運動する移動体の移動位置や移動速度を検出する装置として最も一般的なものとしては、ＬＥＤ等の発光素子とフォトダイオード等の受光素子とを組み合わせてユニット化したフォトカプラが知られている。このフォトカプラは前記発光素子で移動体を照明すると共に、移動体からの反射光を前記受光素子に入射させるように構成されており、前記受光素子の受光量が所定の閾値レベルを超えた場合にハイレベル（Ｈｉ）又はローレベル（Ｌｏ）の二値信号が出力されるようになっている。従って、移動体の表面に形成された測定用マークが発光素子の照明範囲を通過すると、出力信号がＨｉからＬｏへ、あるいはＬｏからＨｉへ変化し、これによって測定用マークの移動位置を認識することが可能である。また、複数の測定用マークが通過する時間間隔を測定すれば、移動体の移動速度を検出することも可能となる。
【０００５】
しかし、このフォトカプラは移動体からの反射光量が所定の閾値レベルを超えた場合に出力信号レベルを切り換えるタイプであるため、出力信号の変化は測定用マーク等の検知対象物のエッジ部分に出現することになる。このため、発光素子の照射光量、測定用マーク及びこの測定用マークが設けられた移動体の表面の反射光量、測定用マークの形状、移動体の速度等が一定している場合は、殆ど問題なく検知対象物を検出することが可能であるが、測定用マークや該マークが形成された移動体表面が経時的に汚れてしまったり、受光素子の表面が汚れてしまったり、発光素子の照射光量が経時的に変動してしまったり、移動体の移動速度が極端に変動してしまう場合等には、受光素子の受光量の変動から検知精度が悪化し、最悪時は測定用マークを検知不能に陥ることがある。従って、測定用マークが未定着のトナー像で形成される前述のカラー画像形成装置に適用した場合には、受光素子の受光量が経時的に安定せず、中間転写ベルト等の受像体の位置ずれ量や速度変動等を安定して検出することが不可能である。
【０００６】
このため、カラー画像形成装置における受像体の位置検出装置としては、測定用マークのエッジ部分を検出するのではなく、かかる測定用マークの中心位置又は重心位置を検出するものとして、Ｂｉ−Ｃｅｌｌ型のフォトダイオードを用いたものが提案されている（特開平６−１１８７３５号公報）。このＢｉ−Ｃｅｌｌ型フォトダイオードは受光面を有する一対のセル（Ｃｅｌｌ）が一組となってフォトダイオードを構成しており、図８（ａ）に示すように、この検出装置では一対のセル１０１，１０２を測定用マークＭの移動方向に沿って互いに隣接させ、測定用マークＭがこれらセル１０１，１０２の前面を横切るように構成されている。測定用マークＭが各セル１０１，１０２の前面を通過すると、各セル１０１，１０２の受光出力信号は分図（ｂ）に示すような三角波となる。この２つの受光出力信号のうち一方を反転させ、もう一方の出力信号と加算・合成すると、分図（ｃ）のような合成信号波形を得ることができる。この合成信号波形を所定の検出閾値と比較し、分図（ｄ）に示すように、かかる閾値を上回った場合あるいは下回った場合にパルス信号を出力するように構成すると、測定用マークＭの中心位置又は重心位置がＢｉ−Ｃｅｌｌ型フォトダイオードの中心、すなわち互いに隣接するセル１０１，１０２の境界を通過した際に、前記パルス信号の立ち上がりまたは立ち下りエッジが発生することになる。尚、図８は合成信号波形が検出閾値を上回った場合に立ち上がりエッジパルスを出力する例を示したものである。
【０００７】
しかし、Ｂｉ−Ｃｅｌｌ型フォトダイオードそのものが汎用的でなく、一般的なフォトダイオードに比べて入手が困難であると共に購入コストが嵩むといった問題点があった。また、この方法による測定用マークの位置検出は該マークの移動方向に関してのみ可能であるため、測定用マークの移動方向とこれに直交する方向の２方向に関して位置ずれ量を検出するためには、図９に示すように、測定用マークＭ１，Ｍ２，Ｍ３の移動方向に対して傾斜した２組Ｂｉ−Ｃｅｌｌ型フォトダイオード１０２，１０３を用い、測定用マークＭ１，Ｍ２，Ｍ３それ自体も移動方向に傾斜させて形成する必要があり、更なるコスト増につながる。加えて、各Ｂｉ−Ｃｅｌｌ型フォトダイオードの検知結果に２方向の位置ずれに関する検知結果が包含されているため、複雑なアルゴリズムを用いて測定用マークの移動方向に沿った位置ずれ量とこれに直交する方向の位置ずれ量とに分解してやる必要があり、各セルの受光出力信号から位置ずれ量を導き出すための処理に手間がかかるといった問題点があった。また更に、この位置検出装置においても、測定用マークを照明する光量や、測定用マーク及び該マークが形成された移動体の表面の反射光量が変化すると、図８（ｃ）で示した合成信号波形の高さが変化するため、所定の検出閾値と比較してパルス信号を出力させた場合に、かかるパルス信号の立ち上がり位置又は立ち下がり位置がばらつくといった問題点がある。
【０００８】
また、測定用マークの中心位置又は重心位置を検出するこれ以外の位置検出装置としては、複数個の画素を一列に配列した所謂ライン型ＣＣＤセンサ１０４を用いたものが提案されている（特開平７−３０９０３７号公報）。この位置検出装置では、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、ライン型ＣＣＤセンサ１０４を測定用マークＭの移動方向と直交する方向に沿って配置し、測定用マークＭがＣＣＤセンサ１０４の前面を通過すると予想される所定の時間だけ、かかるＣＣＤセンサ１０４で移動体の表面の読み取りを行い、各画素がサンプリングした濃度レベルから測定用マークＭの始端エッジ位置及び終端エッジ位置を特定し、これら始端エッジ位置及び終端エッジ位置から測定用マークＭの中心位置又は重心位置を検出するように構成されている。
【０００９】
しかし、ＣＣＤセンサは受光素子として一般的なフォトダイオードに比べて高価であり、しかも多数の画素から濃度データを読み込んで処理するための周辺回路が複雑且つ高価なものになってしまうといった問題点がある。また、ライン型ＣＣＤセンサを構成する各画素の感度バラツキが無視できないのに加え、各画素の視野領域が小さいため、測定用マーク付近に付着した異物等に起因して検知濃度レベルにバラツキが発生し易く、これらのバラツキを抑制するための平均化処理が必要となってしまう。更に、ＣＣＤセンサや周辺回路を制御するためのソフトウェア処理がフォトダイオードを使用した位置検出装置よりも煩雑なものとなり、例えば、この位置検出装置を使用するカラー画像形成装置のＣＰＵ（演算装置）に対して大きな負荷を及ぼすといった不具合もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、測定用マークの移動方向とこれに直交する方向の２方向に関する位置ずれ量や速度変動を一組の受光素子とその周辺回路により検出することが可能であると共に、経時的に測定用マークの反射光量やその下地である移動体表面の反射光量が変化した場合であっても該測定用マークを高精度に検出することが可能であり、しかも低コストで構成することができ、ＣＰＵに対するソフトウェア負荷の少ない位置検出装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、移動体の表面に形成された測定用マークを光学的に検出し、かかる検出結果に基づいて前記移動体の現在位置や移動速度等を計測する位置検出装置であって、前記移動体の表面を該測定用マークの通過領域に対応して照らす照明手段と、単一の光電変換素子から構成されると共に前記移動体の反射光を受光し、受光光量に対応した強度の信号を発生するセンサ手段と、前記センサ手段の最大値又は最小値に対応して測定用マークの検知信号を出力するピーク検知手段とを備え、更に、前記測定用マークが前記移動体の表面における前記センサ手段の視野領域を通過する際に、かかる測定用マークとセンサ手段の視野領域の重複面積が移動体の進行に伴って連続的に変化するように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明で使用されるセンサ手段は、受光光量に応じた強度の信号、換言すれば受光光量に応じたアナログ信号を発生するように構成されていることから、かかるセンサ手段の視野領域を測定用マークが通過した際、視野領域と測定用マークの重複面積に応じた強度の信号が前記センサ手段から出力されることになる。従って、測定用マークが移動体の進行に伴ってセンサ手段の視野領域内に徐々に覆っていくと、かかるセンサ手段の出力信号は徐々に大きくなり、前記センサ手段の視野領域が測定用マークによって完全に覆われた場合に、かかるセンサ手段の出力信号は最大となる。測定用マークが移動体と共に更に進行し、前記センサ手段の視野領域を通過すると、測定用マークによって覆われたセンサ手段の視野領域は徐々に減少していくので、かかるセンサ手段の出力信号も徐々に小さくなり、測定用マークが前記視野領域を完全に通過すると、センサ手段の出力信号は理想的には０となる。
【００１３】
従って、前記測定用マークがセンサ手段の視野領域を通過する際に、かかる測定用マークとセンサ手段の視野領域の重複面積が移動体の進行に伴って連続的に変化するのであれば、測定用マークの通過に伴ってセンサ手段の出力信号に最大値が発生することになり、しかも該出力信号の最大値は測定用マーク中心位置又は重心位置がセンサ手段の視野領域の中心を通過した際に発生することになる。このため、センサ手段の出力信号を前記ピーク検知手段に入力し、かかる出力信号が最大となった瞬間にパルス状の検知信号をピーク検知手段から出力させるように構成すれば、この検知信号の立ち上がりタイミングが測定用マークの中心位置又は重心位置に対応することになる。これにより、本発明ではフォトダイオード等の一般的な光電変換素子を一つ使用するのみで、測定用マークの中心位置又は重心位置を検出することができるものである。
【００１４】
尚、前記説明では、測定用マークがセンサ手段の視野領域を徐々に覆うにつれ、かかるセンサ手段の出力信号が徐々に大きくなる場合を例にとって記したが、これと逆の場合、すなわち測定用マークがセンサ手段の視野領域を覆うにつれ、その出力信号が徐々に小さくなる場合であっても、前記ピーク検知手段が出力信号の最小値に合致して検知信号を出力するのであれば、まったく同様にして測定用マークの中心位置又は重心位置を検出することが可能である。
【００１５】
測定用マークとセンサ手段の視野領域の重複面積が移動体の進行に伴って連続的に変化するためには、重複面積が瞬間的に最大又は最小となることが必要であり、例えば、測定用マークの面積がセンサ手段の視野領域よりも明らかに大きいと、センサ手段の出力信号の最大値又は最小値は瞬間的ではなく継続して出力されることになってしまう。
【００１６】
このため、好ましくは、センサ手段の視野領域を円形に形成すると共に、測定用マークの太さを視野領域の直径以下に設定するのが良い。このように構成すれば、測定用マークがセンサ手段の視野領域を通過する際、かかる視野領域内に含まれる測定用マークの面積は時経過と共に常に変化することになり、センサ手段の出力信号には必ず最大値又は最小値が出現することになる。従って、測定用マークの中心位置又は重心位置を確実に検出することができる。
【００１７】
一方、測定用マークが移動体の進行方向を短辺とする長方形状に形成されるのであれば、前記センサ手段の視野領域は移動体の移動方向を短軸とする楕円形状に形成されるのが好ましい。このように構成すれば、測定用マークの重心位置が視野領域の中心を通過する際に、センサ手段の出力信号が急峻に増加及び減少し、出力信号の最大値（最小値）が顕著に現れることになる。従って、ピーク検知手段が出力信号の最大値（最小値）のポイントを明確に判別することができ、結果として測定用マークの重心位置を確実に検出することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の移動体の位置検出装置を詳細に説明する。
先ず、図１は本発明の位置検出装置を適用可能なカラーレーザビームプリンタの一例を示すものである。このレーザビームプリンタはイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色毎にトナー像を形成する４基の作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋを備えると共に、各作像エンジンからトナー像が一次転写される中間転写ベルト２０を備え、かかる中間転写ベルト２０に多重転写されたトナー像を記録シートＰに二次転写してフルカラー画像を形成するように構成されている。
【００１９】
前記中間転写ベルト２０は無端状に形成されると共に駆動ロール２１を含む３本のベルト搬送ロール２１〜２３に架け回されており、矢線方向に回動しながら各色作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋで形成されたトナー像の一次転写を受けるように構成されている。また、中間転写ベルト２０を挟んでベルト搬送ロール２３と対向する位置には二次転写ロール３０が配設されており、記録シートＰは互いに圧接する転写ロール３０と中間転写ベルト２０との間に挿通されて、かかる中間転写ベルト２０からトナー像の二次転写を受けるようになっている。すなわち、前記ベルト搬送ロール２３は転写ロール３０のパックアップロールとして機能しており、これら転写ロール３０及びベルト搬送ロール２３によって二次転写部が構成されている。
【００２０】
この中間転写ベルト２０は３本のベルト搬送ロール２１〜２３に張架されており、ベルト搬送ロール２１，２２の間に略水平な受像スパンが形成される一方、この受像スパンの直下に前記二次転写ロール３０と対向する第３のベルト搬送ロール２３が配設されており、全体として逆三角形状に張られている。
【００２１】
前記中間転写ベルト２０の受像スパン上には前述した４基の作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋが並列的に配設されており、各色の画情報に応じて形成したトナー像を中間転写ベルト２０に一次転写するようになっている。これら４基の作像エンジンは中間転写ベルト２０の回動方向に沿ってイエロー１０Ｙ、マゼンタ１０Ｍ、シアン１０Ｃ及びブラック１０Ｂｋの順に配設されており、最も頻繁に使用されるであろうブラックの作像エンジン１０Ｂｋが最も二次転写部の近傍に配置されている。また、これら作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは、各作像エンジンに具備された感光体ドラム１１を画情報に応じて露光するラスタ走査ユニット１２を夫々備えており、各色の画情報に応じて変調されたレーザ光Ｂｍが各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１１を露光するようになっている。
【００２２】
また、各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは、感光体ドラム１１と、この感光体ドラム１１を一様な背景部電位にまで帯電させる帯電器１３と、前記レーザ光Ｂｍの露光によって感光体ドラム１１上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器１４と、トナー像を中間転写ベルト２０に転写した後の感光体ドラム１１の表面から残留トナーや紙粉を除去するドラムクリーナ１５と、このドラムクリーナによる清掃に先立って残留トナーを除電するクリーニング前除電器１６とを備えており、感光体ドラム１１上に各色の画情報に応じたトナー像を形成し得るように構成されている。
【００２３】
各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１１と対向する位置には、中間転写ベルト２０を挟むようにして一次転写ロール１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｂｋが配設されており、これら転写ロール１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｂｋに対して所定の転写バイアス電圧を印加することにより、感光体ドラム１１と転写ロール１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｂｋとの間に電界が形成され、感光体ドラム１１上で電荷を帯びているトナー像がクーロン力で中間転写ベルト２０に転写されるようになっている。
【００２４】
従って、このカラーレーザビームプリンタによるフルカラー画像の形成に当たっては、先ず、各色の画情報に応じてラスタ走査ユニット１２が各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１１を所定のタイミングで露光し、これによって各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１１上には画情報に応じたトナー像が形成される。各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋで形成されたトナー像は回動する中間転写ベルト２０に対して順次転写され、かかる中間転写ベルト２０上には各色トナー像が重なり合った多重トナー像が形成される。
【００２５】
一方、記録シートＰは給紙ロール４１によって給紙カセット４０から一枚ずつ引き出された後、図中に破線で示す所定のシート給送通路４６を経て中間転写ベルト２０と二次転写ロール３０とが接する二次転写部に給送される。二次転写部の手前側にはレジストレーションロール４２が設けられており、記録シートＰはこのレジストレーションロール４２によって二次転写部に対する突入タイミングが制御され、中間転写ベルト２０上に一次転写されたトナー像との位置合わせがなされる。
【００２６】
中間転写ベルト２０を挟んで二次転写ロール３０と対向するバックアップロール２３は絶縁性ロールの表面を半導電性シートで被覆して形成されており、その表面には所定の転写バイアス電圧が印加された導電性のコンタクトロール５０が当接している。従って、このコンタクトロール５０に対してトナー像と同極性の転写バイアス電圧を印加し、バックアップロール２３の表面に対して電荷を付与すると、記録シートＰの裏面側に位置する転写ロール３０と中間転写ベルト２０の裏面側に位置するバックアップロール２３との間に転写電界が形成され、中間転写ベルト２０上に保持されていたトナー像は記録シートＰに静電転写される。
【００２７】
トナー像の二次転写がなされた記録シートＰは中間転写ベルト２０から剥離された後、直列的に配置された二連のシート搬送ベルト４３によって定着器４４へと搬送される。そして、記録シートＰは定着器４４によってトナー像の定着がなされたのち、排紙トレイ４５に排出され、これによって記録シートＰに対するフルカラー画像の形成が完了する。また、このプリンタでは記録シートＰの画像面を下向きにした所謂フェイスダウン排出を可能にするため、定着器４４と排紙トレイ４５との間に記録シートＰの表裏を反転させるためのインバータ通路４７が形成されている。更に、このインバータ通路４７はシート再送通路４８によって前述のシート給送通路４６と繋がれており、インバータ通路４７において表裏反転した記録シートＰを再度二次転写部に送り込むことによって、記録シートＰの表裏両面に記録画像を形成することが可能となっている。
【００２８】
このようなカラープリンタでは、中間転写ベルト２０の回転中に該ベルト２０が回転方向と直交する幅方向へ位置ずれを生じ、あるいは回転速度に変動が生じると、各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋから一次転写されるトナー像を中間転写ベルト２０上で正確に重ね合わせることができず、最終的に記録シートＰに形成されたフルカラー記録画像に色ずれが発生してしまい、画像品質が著しく低下してしまうといった不具合がある。また、各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋに含まれるラスタ走査ユニット１２の取り付け位置に位置ずれが存在する場合や、各作像エンジンの中間転写ベルトの周方向に沿った取り付け位置に位置ずれが存在する場合も、やはり各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋから中間転写ベルト２０に一次転写されるトナー像を該中間転写ベルト２０上で正確に重ね合わせることができなくなってしまう。このため、この種のカラーレーザビームプリンタでは、中間転写ベルト２０の表面に定期的に測定用マークを形成すると共に、かかる測定用マークを位置検出装置１を用いて検出し、その検出結果を利用して中間転写ベルト２０の幅方向の位置ずれや速度変動、ひいては各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋのラスタ走査ユニット１２や感光体ドラム１１の位置ずれを把握し、各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋにおけるトナー像の形成タイミングや感光体ドラム１１上におけるトナー像の形成位置を修正し、更に中間転写ベルト２０の幅方向位置の修正を行うように構成されている。このとき、測定用マークは各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋによってトナー像として形成され、各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１１から中間転写ベルト２０に対して転写された測定用マーク（トナー像）を検出することで、中間転写ベルト２０の速度変動の周期や幅方向の位置ずれ量、ラスタ走査ユニット１２や感光体ドラム１１の取り付け位置のずれ量等を把握することができるようになっている。
【００２９】
図２は本発明を適用した位置検出装置１の構成例を示すものである。この位置検出装置１は、移動体である中間転写ベルト２０の表面を照らす照明手段としてのＬＥＤ素子２と、このＬＥＤ素子２によって照らされた中間転写ベルト２０の反射光を受光し、受光量に応じた強度の信号を出力するセンサ手段３と、このセンサ手段３の出力信号の最大値に対応して測定用マークの検知信号を出力するピーク検知手段４とから構成されている。
【００３０】
また、前記センサ手段３は、受光量に応じた強度の電流値を出力する受光素子３ａと、この受光素子３ａから出力される電流値をその大きさに応じた強度の電圧値に変換／増幅するアンプ（ＡＭＰ）３ｂとから構成されていおり、前記受光素子３ａとしてはフォトダイオードやフォトトランジスタ等の光電変換素子が単一で用いられている。これらの光電変換素子は受光した反射光量の積分値に応じた強度の電流を出力する。
【００３１】
前記ＬＥＤ素子２及び受光素子３ａは装置筐体５に収容されており、ＬＥＤ素子２の照射光は装置筐体５に設けられた射出スリット５ａを通過して中間転写ベルト（移動体）２０の表面を照らすように構成されている。また、装置筐体５には中間転写ベルト２０の反射光を受光素子３ａに向けて通過させるための入射スリット５ｂも形成されており、この入射スリット５ｂから装置筐体５内に導かれた反射光はレンズ６を介して受光素子３ａに結像するようになっている。更に、受光素子３ａの前面には反射光の通過領域を制限するためのマスク７が設けられている。このような装置筐体５の射出スリット５ａ及び入射スリット５ｂ、レンズ６、マスク７を用いることにより、中間転写ベルト２０上における受光素子３ａの視野領域が形成されるようになっている。尚、装置筐体５に設けたスリット５ａ，５ｂ及びレンズ６のみを用いることで、充分に明確な受光素子３ａの視野領域が得られるのであれば、前記マスク７は設けるには及ばない。
【００３２】
図３は、中間転写ベルト２０上に形成された測定用マークＭと受光素子３ａの視野領域Ｒとの位置関係を時経過に伴って示したものであり、下方のグラフ    （ａ）は受光素子３ａの視野領域Ｒの位置に応じたセンサ手段３の出力信号、換言すればアンプ３ｂによって変換／増幅された受光素子３ａの出力信号波形を示すものである。また、最下段のグラフ（ｂ）は前記ピーク検知手段４から出力される測定用マークの検知信号を時経過を追って示したものである。ここで、前記視野領域Ｒは円形状に形成される一方、測定用マークはその太さｔが視野領域Ｒの直径ｄと同一より僅かに小さく形成されている。
【００３３】
前記作像エンジン１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋによって中間転写ベルト２０上に一次転写された測定用マークＭは、かかる中間転写ベルト２０の回転に伴って位置検出装置１の前面を通過し、受光素子３ａの視野領域Ｒを横切ることになる。測定用マークＭが中間転写ベルト２０と共に移動し、受光素子の視野領域が図３に示される中間転写ベルト上のＡ点に差し掛かると、かかる視野領域Ｒ内に測定用マークＭが進入してくることになるので、センサ手段３の出力信号が変化を開始する。更に測定用マークＭが移動すると、視野領域Ｒに含まれる測定用マークＭの面積、すなわち視野領域Ｒと測定用マークＭとの重複面積が拡大するので、センサ手段３の出力信号は徐々に上昇し、視野領域Ｒが測定用マークＭによって略覆われるＢ点においてセンサ手段３の出力信号は最大となる。
【００３４】
前述の如く、測定用マークＭの太さｔは受光素子３ａの視野領域Ｒの直径ｄよりも僅かに小さく形成されていることから、測定用マークＭがＢ点を過ぎると、今度は視野領域Ｒに含まれる測定用マークＭの面積、すなわち視野領域Ｒと測定用マークＭとの重複面積が減少していくので、センサ手段３の出力信号は徐々に下降し、測定用マークＭが受光素子３ａの視野領域Ｒから完全に脱した時点でセンサ手段３の出力信号は最小となる（Ｃ点）。
【００３５】
このように図３に示した例では、測定用マークＭが受光素子３ａの視野領域Ｒを通過する際に（Ａ点からＢ点の間）、かかる視野領域Ｒと測定用マークＭとの重複面積が中間転写ベルト２０の進行に伴って連続的に変化しており、同じ強度の出力信号が継続してセンサ手段３から出力されることがないように構成されている。すなわち、センサ手段３の出力信号には瞬間的に最大値が発生することになる。このようなセンサ手段３の出力信号の波形は、受光素子３ａの視野領域Ｒを円形状に形成すると共に、測定用マークＭの太さを視野領域Ｒの直径と同一にするか、それよりも小さくすることで容易に得ることができる。
【００３６】
例えば、受光素子３ａの視野領域Ｒが円形状であっても、図４に示すように、測定用マークＭの太さｔ１が視野領域Ｒの直径よりも大きいと、測定用マークＭが視野領域Ｒを完全に覆っている状態が継続的に発生し、センサ手段３の出力信号波形は最大値に相当する先端が平らとなり、図３に示す波形とは明らかに異なったものとなる。
【００３７】
また、中間転写ベルト（移動体）２０の進行方向と直交する方向における視野領域Ｒの幅が連続的に変化していると、譬え測定用マークＭが視野領域Ｒを通過する際に該視野領域Ｒを完全に覆うことができなくても、センサ手段３の出力信号波形には瞬間的な最大値が発生することになる。例えば、図５に示すように、視野領域Ｒが中間転写ベルト２０の移動方向と平行な辺を有する四角形状に形成されている場合、視野領域Ｒの幅Ｗよりも測定用マークＭの太さｔ２が小さいと、測定用マークＭと視野領域Ｒとの重複面積が同一の時間が継続的に発生し、センサ手段３の出力信号波形は最大値に相当する先端が平らとなってしまう。これに対し、図６に示すように視野領域Ｒが円形状であれば、譬え視野領域の直径ｄに対して測定用マークＭの太さｔ２が小さくても、センサ手段３の出力信号波形には瞬間的な最大値が発生することになる。
【００３８】
多色刷印刷機、カラー複写機、カラープリンタ等では、測定用マークＭを中間転写ベルト等の移動体２０上に形成する際に、その時の温度湿度等の環境条件によって測定用マークＭの太さが変化してしまうこともあり、受光素子３ａの視野領域Ｒの直径と完全に同一の太さの測定用マークＭを形成することは困難である。従って、前述の如く、測定用マークＭの太さが視野領域Ｒの直径よりも小さい場合であっても、センサ手段３の出力信号波形に瞬間的な最大値が発生することは、実際にカラープリンタ等を構成する際に有利である。
【００３９】
図３又は図６に示すようにセンサ手段３の出力信号波形に瞬間的な最大値が発生する場合、その最大値は測定用マークＭの太さ方向の中心位置（重心位置）が受光素子３ａの視野領域Ｒの中心位置に合致した場合に発生する。従って、前記ピーク検知手段４でセンサ手段３の出力信号の最大値（ピーク）を検知し、図３（ｂ）に示すように、この最大値に合わせてパルス状のピーク検知信号を出力するように構成すれば、かかるピーク検知信号の立ち上がりエッジ部分が測定用マークＭの中心位置（重心位置）を示していることになり、かかる測定用マークＭの位置を正確に検出することができる。尚、前記ピーク検知手段４に関しては電気回路の信号処理等で用いられるピークレベル検知の手法をそのまま応用することができる。
【００４０】
前記ピーク検知手段４によってセンサ手段３の出力信号の最大値を検出するという観点からすれば、かかるセンサ手段３の出力信号は急峻に立ち上がると共に立ち下がって最大値を示すのが好ましい。例えば、測定用マークＭが中間転写ベルト２０の移動方向を短辺とする長方形状に形成されるのであれば、図７に示すように、受光素子３ａの視野領域Ｒを中間転写ベルト２０の移動方向を短軸とする楕円形状に形成すると、センサ手段３の出力信号波形がそのような形状を示すようになる。
【００４１】
そして、このように測定用マークＭの中心位置（重心位置）を正確に検出することができれば、所定の間隔をおいて順次中間転写ベルト２０に形成された測定用マークＭの中心位置（重心位置）を検出し、その時間間隔を測定することにより、中間転写ベルト２０の移動速度及びその変動を正確に把握することが可能となる。
【００４２】
特に、図３に示した測定用マークＭは、中間転写ベルト２０の移動方向に対して異なる方向へ略４５度に傾斜した２辺を有してＶ字状に形成されていることから、この測定用マークＭの一つを本実施例の位置検出装置１で検出することにより、中間転写ベルト２０の速度変動と幅方向への位置ずれ量を一度に把握することができるようになっている。すなわち、センサ手段３の出力信号は受光素子３ａの視野領域ＲがＣ点に達することで一旦は最小となるが、かかる視野領域ＲがＤ点を過ぎると、再び測定用マークＭと視野領域Ｒが重なり始めることから、再度立ち上がり始め、測定用マークＭの太さ方向の中心位置が視野領域Ｒの中心位置と重なったＥ点で最大値を示す。そして、測定用マークＭと視野領域Ｒの重複面積が減少するにつれて、センサ手段３の出力信号も小さくなり、測定用マークＭが視野領域Ｒから脱したＦ点で最小出力に戻るのである。
【００４３】
このため、図３に示したＶ字状の測定用マークＭを本発明の位置検出装置１で検出すると、図３（ｂ）に示すように、測定用マークＭの太さ方向の中心位置  （重心位置）が視野領域Ｒの中心位置と重なったＢ点及びＥ点に対応して、一対のパルス状ピーク検知信号がピーク検知手段４から出力される結果となり、これらピーク検知信号の立ち上がりエッジの時間間隔を測定することにより、中間転写ベルト２０の移動速度及び速度変動を把握することが可能となる。
【００４４】
また、一対のピーク検知信号の時間間隔に対して先に把握した中間転写ベルト２０の移動速度を加味することにより、中間転写ベルト２０の幅方向に関するトナー像の位置ずれ量を検出することができる。すなわち、中間転写ベルト２０の移動速度が一定とした場合、ピーク検知信号の時間間隔が所定値よりも短いのであれば、中間転写ベルト２０上のトナー像は図３の紙面の下方へ位置ずれを生じていることになり、所定値よりも長いのであれば、中間転写ベルト２０上のトナー像は図３の紙面の上方へ位置ずれを生じていることになる。このようなトナー像の位置ずれは、中間転写ベルト２０そのものが回転中に幅方向へ移動した場合に生じる他、各作像エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１１に対して静電潜像を書き込むラスタ走査ユニット１２の位置ずれに起因しても発生する。
【００４５】
そして、このように構成された本実施例の位置検出装置１によれば、中間転写ベルト２０を照明するＬＥＤ素子２の発光量や、測定用マークＭ及び中間転写ベルト２０の反射光量が経時的に変化し、センサ手段３の出力信号の強度レベルが変化してしまった場合であっても、かかる出力信号の最大値の出現位置は変化しないため、この最大値の出現ポイントを検知することにより、測定用マークＭの中心位置（重心位置）を正確に検知することが可能である。
【００４６】
また、本実施例の位置検出装置１は特殊なＢｉ−Ｃｅｌｌ型フォトダイオードや高価なライン型ＣＣＤセンサを用いるのではなく、フォトトランジスタやフォトダイオード等の一般的で低価格な光電変換素子を単一で用いるのみで実現することができるので、構成上も簡易で且つ安価であり、低コストでありながら高精度の位置検出を行うことが可能となるものである。
【００４７】
尚、前述の例では受光素子３ａとして、測定用マークＭを検知したときに出力信号が正方向に変化する拡散反射タイプのものを使用しているが、測定用マークＭを検知した際に出力信号が負方向に変化する鏡面反射タイプの受光素子３ａを使用するようにしても良い。その場合、ピーク検知手段４はセンサ手段３の出力信号の最小値を検知することによって測定用マークＭの中心位置（重心位置）を検知するように構成すれば良い。
【００４８】
また、本発明の位置検出装置は測定用マークＭの中心位置（重心位置）の検知を前提としているが、本質的には測定用マークＭの濃度を測定する機能を備えており、濃度センサとしても応用できる。特に、前記実施例の測定用マークＭの太さが受光素子３ａの視野領域Ｒのサイズよりも小さい場合は、測定対象物たる測定用マークＭが視野領域Ｒと完全に重なった瞬間にしか必要な測定レベルが出力されないため、ピーク検知信号の立ち上がりエッジ部分でセンサ出力信号をサンプリングすることにより、必要とされる濃度測定レベルを確実に取り込むことができる。つまり、本発明の位置検出装置ではマークの中心位置（重心位置）の検知と濃度検知の両方を同時に実現することができるものである。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の移動体の位置検出装置によれば、測定用マークの移動方向とこれに直交する方向の２方向に関する位置ずれ量や速度変動を一組の受光素子とその周辺回路により検出することが可能であると共に、経時的に測定用マークの反射光量やその下地である移動体表面の反射光量が変化した場合であっても該測定用マークを高精度に検出することが可能である。また、そのような位置検出装置を低コストで構成することができる他、この位置検出装置が導入されるカラー画像形成装置等のＣＰＵに対するソフトウェア負荷を少なくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置検出装置をトナー像の重ね合わせ制御に利用したカラーレーザビームプリンタを示す概略構成図である。
【図２】本発明の位置検出装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の位置検出装置における測定用マークと受光素子の視野領域の関係を示すと共に、センサ手段の出力信号波形及びピーク検知信号の出力タイミングを示す図である。
【図４】測定用マークの太さが視野領域の直径よりも太い場合のセンサ手段の出力信号波形を示す図である。
【図５】視野領域が四角形状に形成されており、且つ、測定用マークの太さが視野領域の幅よりも細い場合のセンサ手段の出力信号波形を示す図である。
【図６】測定用マークの太さが視野領域の直径よりも細い場合のセンサ手段の出力信号波形を示す図である。
【図７】視野領域を楕円形状に形成した場合のセンサ手段の出力信号波形を示す図である。
【図８】Ｂｉ−Ｃｅｌｌ型のフォトダイオードを用いた従来の位置検出装置の例を示す図である。
【図９】Ｂｉ−Ｃｅｌｌ型のフォトダイオードを用いて直交する２方向の位置ずれを検出する従来例を示した図である。
【図１０】ライン型ＣＣＤセンサを用いた従来の位置検出装置を示す図である。
【符号の説明】
１…位置検出装置、２…ＬＥＤ素子（照明手段）、３…センサ手段、３ａ…受光素子、４…ピーク検知手段、２０…中間転写ベルト（移動体）、Ｍ…測定用マーク、Ｒ…視野領域
【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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