(57)【要約】【課題】カラー画像形成装置においては、回転体やベルト等を用いるが、回転ムラやベルト走行ムラがあると画像に色ずれが生ずる。これらを防ぐために、光学マークを付したエンコーダを用い、光学的検出装置で位置誤差を検出しフィードバックをかけることで駆動制御を行い、ムラをなくしている。検出装置に反射式フォトカプラを用いる場合、投光光束の向きをベルト走行方向に対し傾けて設置すると、ベルトの垂直変動によって検出位置の誤差が発生する。ベルトの垂直変動があっても検出誤差のない検出装置を提供する。【解決手段】フォトカプラ２２’の投光部２３と受光部２４の光軸は、ベルト３の走行方向に対し垂直な面内に配置する。ベルト幅方向に関しては、ベルト面に対する垂線に対し互いに逆側に傾けて配置する。受光部出力の最大値と最小値の丁度中間の値を受光部出力の２値化の閾値とする。【選択図】  図２
2005003396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射率の相異なる２つの面状のマークの組み合わせによる光学マークと、該光学マークに光束を照射する投光部と前記光学マークからの反射光を検出する受光部とを有する検出装置であって、該検出装置と前記光学マークとの相対移動により、該光学マークからの反射光の変化を検出して、該光学マークとの相対位置を読み取る検出装置において、前記投光部からの投光光束の照射方向は、前記相対移動方向に対して垂直な面内にあることを特徴とする検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検出装置において、前記投光光束は略平行光であることを特徴とする検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の検出装置において、前記投光光束の照射方向は、前記光学マークがなす面に対して垂直であり、前記投光部と前記光学マークの間にビームスプリッタを設け、前記光学マークからの反射光は前記ビームスプリッタの側方において前記受光部で受光することを特徴とする検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークの前記相対移動方向に直交する方向の大きさは、前記相対移動方向における大きさより大きいことを特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークの照射位置における前記投光光束の前記相対移動に直交する方向の大きさは、前記相対移動方向における大きさより大きいことを特徴とする検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の検出装置において、前記投光光束の前記相対移動方向における大きさは、前記光学マークの照射位置において、前記反射率の相異なる２つの面状のマークの組み合わせの前記相対移動方向における大きさよりも小さいことを特徴とする検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークは、反射率の相異なる面状のマークの組み合わせを、所定の間隔で連続して複数組有していることを特徴とする検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の検出装置において、前記投光光束は、前記相対移動方向に対し直交する面に平行で、前記所定の間隔に等しい間隔の複数の光束に分割されていることを特徴とする検出装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の検出装置において、予め前記光学マークと前記検出装置の相対移動を行って反射光の変化を検出し、その最大値と最小値の中間の値を算出して、以後の出力の２値化のための閾値とすることを特徴とする検出装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークは非反射性部材に反射部を形成してなることを特徴とする検出装置。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークは反射性部材に非反射部を形成してなることを特徴とする検出装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の検出装置において、前記反射部はほぼ完全拡散面であり、前記受光部は前記光学マークのなす平面に対し垂直な方向に設置されていることを特徴とする検出装置。
【請求項１３】
透過率の相異なる２つの面状のマークの組み合わせによる光学マークと、該光学マークに光束を照射する投光部と前記光学マークからの透過光を検出する受光部とを有する検出装置であって、該検出装置と前記光学マークとの相対移動により、該光学マークからの透過光の変化を検出して、該光学マークとの相対位置を読み取る検出装置において、前記投光部から前記受光部に至る投光光束の照射方向は、前記光学マークの面に対して垂直であることを特徴とする検出装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の検出装置において、前記光学マークは透過性部材に非透過部を形成してなることを特徴とする検出装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の検出装置において、前記光学マークは非透過性部材に透過部を形成してなることを特徴とする検出装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の検出装置において、前記検出装置は固定であり、前記相対移動は、前記光学マークを形成する部材の１点を中心とした回転移動であることを特徴とする検出装置。
【請求項１７】
請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークは、複数の支持ローラに掛け渡された無端ベルトの一面の側縁近傍に設けられたエンコーダ用スケールであり、前記検出装置は該エンコーダ用スケールを検出する位置に固定的に配置され、前記相対移動は、前記無端ベルトの一方向への回転移動であることを特徴とする検出装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の検出装置を用いたことを特徴とする無端ベルト装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の無端ベルト装置において、前記無端ベルトの前記光学マーク形成面は合成樹脂材料で構成されていることを特徴とする無端ベルト装置。
【請求項２０】
請求項１８または１９に記載の無端ベルト装置を、感光体ベルトとして用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２１】
請求項１８または１９に記載の無端ベルト装置を、中間転写ベルトとして用いたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の画像形成装置において、前記中間転写ベルトに画像を転写する潜像担持体が複数あることを特徴とするカラー画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、定速走行を必要とするベルト装置を有する機器の、ベルト定速制御用装置に関する。画像形成装置、たとえば、プリンタ、ファクシミリ、複写機など、ベルト駆動装置を内蔵する機器は多くある。これらの機器は、ベルトが安定して定速走行することが望まれており、定速から外れると画像の乱れが発生する。本発明は、ベルトが目標の速度から外れたとき、元の速度に戻すための、速度検知手段の精度を高める技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電式画像技術を用いたカラープリンタや、カラー複写機はますます需要が大きくなっている。
カラー画像形成装置には、静電画像形成方式を用いたものがある。たとえば針状電極を用いて、放電もしくは接触帯電により誘電体上に静電潜像を形成し、これを現像する方式や、表面を均一に帯電させた感光体上にアナログ的、もしくはデジタル的に露光して、静電潜像を形成しこれを現像するいわゆる電子写真方式などが知られている。以後は、説明の便宜上、電子写真方式を例にとって説明するが、本発明は、静電画像形成方式一般に適用できるものである。
【０００３】
１つの感光体のまわりに複数色の現像装置を備え、それらの現像装置でトナーを付着させて感光体上に合成トナー画像を形成し、そのトナー画像を転写して転写紙にカラー画像を記録する、いわゆる１ドラム型のものと、並べて備える複数の感光体にそれぞれ個別に現像装置を備え、各感光体上にそれぞれ単色トナー画像を形成し、それらの単色トナー画像を順次転写して転写紙に合成カラー画像を記録する、いわゆるタンデム型のものとがある。
【０００４】
１ドラム型とタンデム型とを比較すると、前者は、感光体が１つであるから、比較的小型化でき、コストも低減できる利点はあるものの、１つの感光体を用いて複数回（通常４回）画像形成を繰り返してフルカラー画像を形成するから、画像形成の高速化は困難である。後者は、逆に大型化し、コスト高となる不利な点はあるものの、画像形成の高速化が容易であるという利点がある。
最近は、フルカラーもモノクロ並みのスピードが望まれることから、タンデム型が注目されてきている。
【０００５】
図７はタンデム型直接転写方式の画像形成装置の要部を示す図である。
本発明の実施に適するカラー画像形成装置の例を同図により説明する。このカラー画像形成装置は、記録媒体としての転写用の用紙２を搬送する搬送ベルト３に沿って該搬送ベルトの移動方向（搬送方向）上、上流側から順に、複数個の電子写真プロセス部１Ｋ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｃが配列され、所謂タンデムタイプといわれるものである。これらの電子写真プロセス部は画像形成部として機能する。電子写真プロセス部１Ｋは黒、同１Ｍはマゼンタ、同１Ｃはシアン、同１Ｙはイエローの各画像を形成するもので、各電子写真プロセス部は形成する画像の色が異なるだけで、内部構成は各電子写真プロセス部とも共通である。よって、以下の説明では、電子写真プロセス部１Ｋについて具体的に説明するが、他の電子写真プロセス部については、電子写真プロセス部１Ｋにかかる構成要素のＫに代えて、Ｍ、Ｙ、Ｃなどの符号を付したもので図に表示するにとどめる。
【０００６】
搬送ベルト３は、その一方が駆動回転させられる駆動ローラ５と、他方が従動回転させられる従動ローラ４である搬送ローラ４、５によって回動可能に支持された無端ベルトからなり、これら搬送ローラの回転と共に、矢印の向きに回転させられるようになっている。搬送ベルト３の下方には用紙２が収納された給紙トレイ６が備えられている。給紙トレイ６に収納された用紙２のうち、最上位置にある用紙２は、画像形成時に送り出されて静電吸着により搬送ベルト３に吸着される。こうして搬送ベルト３に吸着された用紙２は最初の電子写真プロセス部１Ｋに搬送され、ここで黒の画像が転写される。
【０００７】
電子写真プロセス部１Ｋは、像担持体としての感光体ドラム７Ｋと、この感光体ドラム７Ｋの周囲に配置された帯電器８Ｋ、露光器９Ｋ、現像機１０Ｋ、感光体クリーナ１１Ｋなどから構成されている。露光器９Ｋとしては、レーザースキャナーが用いられ、レーザー光源からのレーザー光をポリゴンミラーで反射させ、ｆθレンズや偏向ミラー等を用いた光学系を介して露光光として出射するようにしている。
【０００８】
画像形成に際し、感光体ドラム７Ｋの周面は、暗中にて帯電器８Ｋにより一様に帯電された後、露光器９Ｋからの黒画像に対応した露光光１２Ｋ、本例ではレーザー光により露光され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器１０Ｋにおいて黒トナーにより可視像化され、感光体ドラム７Ｋ上に黒のトナー像が形成される。
このトナー像は感光体ドラム７Ｋと搬送ベルト３上の用紙２とが接する位置、所謂転写位置で転写器１３Ｋの働きにより用紙２上に転写され、該用紙２上に単色（黒）の画像が形成される。転写を終えた感光体ドラム７Ｋは該感光体ドラム７Ｋの周面に残留した不要なトナーが感光体クリーナ１１Ｋにより除去され、次の画像形成に備えられる。
【０００９】
このようにして、電子写真プロセス部１Ｋで単色（黒）を転写された用紙２は、搬送ベルト３によって次の電子写真プロセス部１Ｍに搬送される。電子写真プロセス部１Ｍでは、前記電子写真プロセス部１Ｋにおけると同様のプロセスにより感光体ドラム７Ｍ上に形成されたマゼンタのトナー像が用紙２上の黒のトナー像に重ね転写される。
用紙２はさらに次の電子写真プロセス部１Ｙに搬送され、同様にして感光体ドラム７Ｙ上に形成されたイエローのトナー像が用紙２上に既に形成されている黒及びマゼンタのトナー像に重ね転写される。同様にしてさらに、次の電子写真プロセス部１Ｃでは、シアンのトナー像が重ね転写されて、フルカラーのカラー画像が得られる。
こうしてフルカラーの重ね画像が形成された用紙２は、電子写真プロセス部１Ｃを通過した後、搬送ベルト３から剥離されて定着器１４にて定着された後、排紙される。
【００１０】
以上のような構成のカラー画像形成装置では、感光体軸間距離の誤差、感光体平行度誤差、偏向ミラーの設置誤差、感光体ドラムヘの露光光の書き込みタイミング誤差、感光体ドラムの線速度の変動等により、本来重ならなければならない位置に画像が重ならず、色間で位置ずれが生ずるという問題が発生する。この位置ずれの成分としては、主に、各色の走査線の傾きの不揃いによるスキュー（斜めずれ）主走査方向と直交する副走査方向（搬送ベルト３による用紙２の搬送方向）で各画像位置がずれる副走査レジストずれ、副走査ピッチむら、主走査方向での書き出し位置或いは書き終わりの位置がずれる主走査レジストずれ、色同士で走査線の長さが異なる倍率ずれ、などがある。
【００１１】
図８は転写ベルトの移動中の位置誤差を説明するための図である。
同図において横軸はベルトの移動量、縦軸はベルトの本来の位置からの偏差量をそれぞれ示す。
本発明では特に前記の副走査レジストずれが発生する原因となる搬送ベルトの速度ムラを低減するベルト搬送装置を提供するものである。従来技術に記載されているように、図７に示すような画像形成装置に使われる、ベルト搬送装置の速度変動による位置決め誤差は、ベルトの厚み変動、ローラの偏心、駆動モータの速度ムラにより、図８のように複数の周波数成分を持った波形となる。位置変動中に形成された画像を重ね合わせた出力画像は各色の位置が合わない画像が出力され、色ずれ、色変わりなどの画質劣化の原因となっている。
【００１２】
図９はベルト走行の変動が画像に与える影響を説明するための図である。
同図（ａ）はベルトの走行変動が有るがままに画像形成をした場合の４色の重ね合わせの状態を説明する図である。同図（ｂ）は低周波成分を除去してから画像形成を行った状態を説明する図である。
同図（ａ）に示すように、色ごとの画像形成開始時点を何らかの方法で合わせたとしても、ベルトの走行ムラに複数の周波数成分があると、任意の一点Ｐにおける画像の重ね合わせが、本来の位置に対して、或る色はプラス側に位置ズレし、他の色ではマイナス側に位置ズレしてしまい、同一点であるべき画素が色によって異なる位置に形成されてしまう。
【００１３】
これに対し、同図（ｂ）ではローラの回転速度の検出や、駆動源へのフィードバック等を用いて、低周波成分を除去してから画像形成をする。色ごとの画像形成開始時点を合わせさえすれば、高周波成分は残るため、本来の位置からのずれは消せないものの、任意の点Ｐにおける画素の各色は互いにほぼ同じ位置ずれを持っているためほぼ同じ点に画素が形成され、色ずれがほぼ解消できる。
【００１４】
感光体ベルト、中間転写ベルト等の画像形成用の回転体を備えた画像形成装置において、該回転移動部や該回転移動部で搬送される転写材上の画像の位置合わせを高精度に行うために、該回転体の回転移動部の移動量及び移動位置を正確に制御することが要求される。ところが、上記回転体の回転角速度が何らかの原因で変動すると、該回転体の回転移動部の移動量及び移動位置も変動し、その回転移動部や該回転移動部で搬送される転写材の上の画像の位置誤差を高精度に抑制することが難しかった。
【００１５】
従来、上記回転体の回転移動部の移動速度変動による画像の位置誤差を高精度に抑制するために、転写ベルト、用紙搬送ベルト等の無端ベルト状の回転体の駆動ローラの回転軸や、感光体ドラム等の円筒部材の回転軸に、ロータリーエンコーダを直結し、このエンコーダで検出された回転体の回転角速度に基づいて、該回転体の駆動手段である駆動モータの回転角速度を制御する画像形成装置が知られている（特許文献１  参照。）。この画像形成装置は、上記回転体の回転角速度を制御することにより、該回転体の回転移動部の移動量（移動位置）を間接的に制御するものである。
ベルト表面にマークを形成し、そのマークをセンサで検出して得られたパルス間隔からベルト表面速度を算出して制御にフィードバックする手法の例も提案されている（特許文献２、３参照。）。この方法によればベルト表面の挙動を直接観測できるため、移動量を直接制御することができる。
【００１６】
【特許文献１】
特開平６−１７５４２７号公報（第４頁、第２図）
【特許文献２】
特開平６−２６３２８１号公報（第４頁、第９図）
【特許文献３】
特開平９−１１４３４８号公報（第５頁、第８図）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ベルト装置の走行ムラを低減させる方法として、ベルト表面の速度を検出してこの検出値に応じてベルト走行速度が一定となるように速度制御を行う方法がある。この手法を用いた際には、ベルト速度検出部の精度が重要であり、速度検出の精度が落ちてしまうことは、そのデータを元に制御走行されているベルトの走行ムラとして現れてしまう。前述従来技術についてはベルト上へのマーク形成方法・センシング方法について言及されていないが、一般的に上記の様な用途に使われるベルトは柔軟性・厚み偏差・変形などがある。このため表面位置を計測するために形成されたマークを検出する際には、検出位置変動や検出角度変動が大きく生じてしまい計測誤差や計測エラーが生じやすい。
【００１８】
図１０はフォトインタラプタを使ったセンシング法の模式図である。
図１１、１２、１３は光学マークの位置変動による光束と受光部の関係を示す図である。各図において、（ａ）は透過部がフォトインタラプタの光軸上にあるときの様子、（ｂ）は非透過部である遮光部が光軸上にあるときの様子、（ｃ）は受光部からの出力波形をそれぞれ示す。光学マークとしては、透過性部材に非透過部を設けても良いし、非透過性部材に、穴などの透過部を設けても良い。
各図において符号１８はモータ、１９は減速器、２０は支持ローラ、２１は光学マーク、２２は検出装置としてのフォトインタラプタ、２３は投光部、２４は受光部をそれぞれ示す。
【００１９】
この方式は光学マークを検出する際によく使われる。ベルト３の側縁部に、遮光部３ａに対し透過部列３ｂを設けて、投光部２３、受光部２４からなる透過型フォトインタラプタ２２を付けた例である。この時のベルト３の面に垂直な方向の位置変動によるフォトインタラプタと光学マークの関係は図１１ないし図１３の様である。ベルト３が搬送されるとそれに伴い光学マークが移動していくので透過光が移動して行き、フォトダイオード等の受光部で受光される信号は各図の（ｃ）の出力波形のように変化する。
透過部はベルトに穴をあけた開口部であっても良いし、透明部材で形成されていても良い。非透過部は光吸収性、あるいは光反射性部材によって形成される。
【００２０】
図１１はベルト３が設計値どおりの位置（投光部からの距離Ｌ１）を走行している場合の図、図１２はベルト３が設計値より投光部に近い側（投光部からの距離Ｌ２）を通過している場合、図１３はベルト３が設計値より受光部に近い側（投光部からの距離Ｌ３）を通過している場合、をそれぞれ示している。
透過部３ｂの中心が光軸上に一致したとき、透過部３ｂを通った投光部２３からの投光光束が丁度受光部２４の開口に一致するように設定されているとする。このとき、受光部２４からの出力は最大になる。遮光部３ａの大きさも透過部３ｂの大きさと同じ大きさに設定されているとすると、遮光部３ａの中心が光軸上に一致したとき、受光部２４の開口に入射する光束は全くなくなる。すなわち、受光部２４からの出力は０になる。しかし、透過部３ｂの中心が光軸から少しでも外れていると、受光部２４の開口に対する遮光部３ａによる投光光束の一部遮断が発生し、受光部からの出力は最大値よりも小さくなる。同様に、遮光部３ａの中心が光軸から少しでも外れていると、受光部２４の開口に対し、透過部３ｂからの投光光束が一部入射し、若干なりとも受光部２４からの出力が発生する。これらの出力の様子を示したのが同図（ｃ）である。縦軸横軸共に単位は示していないが、横軸はベルトの移動量を示し、縦軸は受光部２４の出力を示している。
【００２１】
図１２は、ベルト３が面に垂直な方向に位置変動（以下単にベルトの垂直変動と呼ぶ）して、ベルト３の位置が投光部側に寄って走行している状態を示している。
同図から明らかなように、透過部３ｂの中心が光軸に一致している場合、透過部３ｂを通る投光光束は図１１の場合に比べて広角になる。そのため、ベルトの多少の移動では受光部２４の開口に入射する光束の、遮光部３ａによる遮断がすぐには発生しないため、受光部２４からの最大出力が一瞬ではなく、わずかの時間であるが同じ値を持続する。同様に、遮光部３ａの中心が光軸に一致した状態からベルトが多少走行方向に移動しても、受光部２４の開口にすぐには透過部３ｂからの投光光束がかからない。このため、受光部２４からの出力０の状態が一瞬ではなく、わずかの時間ではあるが時間幅をもって同じ値を持続する。これらの出力の様子を示したのが同図（ｃ）である。
【００２２】
図１３は、ベルトが垂直変動して、ベルトの位置が受光部側に寄って走行している状態を示している。
同図から明らかなように、透過部３ｂの中心が光軸に一致している場合、透過部３ｂを通る投光光束は図１１の場合に比べて狭角になる。そのため透過部３ｂを通った投光光束は受光部２４の開口を覆いきれず、隣接する遮光部３ａによる光束遮断部が開口の一部を覆うこととなり、受光部２４からの出力は図１１で示した最大出力よりは小さい出力となる。透過部３ｂからの投光光束が受光部２４の開口の一方の端にかかり始めてから、他方の端から抜け始めるまではあまり出力の変化がない。同様に、遮光部３ａの中心が光軸に一致した状態では隣接する透過部３ｂを通った光束が受光部２４の開口の両端にかかるため、受光部２４からの出力は０になることがない。しかもこの状態の前後においても受光部２４に入射する光量の変化はあまり大きくないので、結局受光部２４からの出力変化は同図（ｃ）に示すようになる。
【００２３】
このようなベルトの垂直変動が光学マークの検出中に生じると、オフセットレベル、コントラストが変動する信号が検出されてしまう。出力の最大値と最小値の丁度中間のレベル以外では、一定しきい値でパルス化するとデューティ比の変動するパルスが得られ、変動分だけ位置誤差を検出してしまうことになる。その結果ベルト走行が定速であっても、変動しているかのように検出してしまうこともある。あるいは逆のこともあり、正しい走行速度が検出できなくなる。
検出装置として反射型のフォトカプラを用いる場合でも、ベルトの垂直変動が出力に誤差を与えることを説明する。
【００２４】
図１４は反射型フォトカプラにおける読み取り誤差を説明するための図である。
同図において符号２３は反射型フォトカプラの投光部を示す。
一般的な反射型フォトカプラと呼ばれるセンサは、投光の光軸と検出面との間に角度を持たせている物が多く、光学マークを読みとる際に移動方向に対して角度を持たせたセッティングを推奨されている場合が多い。これは主として、非反射面からの表面反射による誤作動を避けるための処置である。
【００２５】
投光部２３から射出されたビームと光学マークの面が直角でない場合を同図を用いて説明する。光源と光学マーク面の法線が光学マークの移動方向（ベルト走行方向）に対してｄθの角度を持って配置されていると、光学マーク面が図の様に基準となる位置３−１から、面に垂直な方向にｄｚ変化し３−２の位置になったことにより、同図の投影ビームパターンに示すように、ベルトの走行方向にｄｚ・ｔａｎ（ｄθ）のビーム照射位置変化を生じてしまう。このように光源の光軸の、光学マークの移動方向に対する角度が直角でないと光学マークの位置検出誤差が生じることが分かる。
このほかにも受光部の出力に影響を与える要因は幾つか有る。
【００２６】
図１５は受光部の出力に影響を与えるベルトの変動成分を説明するための図である。同図（ａ）はベルト面の凹凸、（ｂ）はベルト走行方向におけるベルト面の角度αの傾き、（ｃ）は（ｂ）と直交する方向におけるベルト面の角度βの傾き、をそれぞれ示す。
電子写真装置に用いられる中間転写ベルトや感光体ベルトと呼ばれるベルト状の物は、柔軟性があるために同図の様な（ａ）凹凸、（ｂ）、（ｃ）角度変動を生じながら移動する。このような変動が有ると、受光部では光学マークの正しい位置情報が得られなくなるおそれがある。
本発明はこのような表面変動がある物体に形成されている光学マークを高精度に読みとる光学マークセンサを提供する。
【００２７】
そこで本発明では、ベルト速度検出部における、速度検知用のマークと検知センサとの間の距離の変動、検出角度変動による速度検知精度の低下に着目し、このような表面変動がある物体に形成されている光学マークをこれらの変動に拘わらず、検知精度を維持させ、高精度に読みとるような検出装置を構成した。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、反射率の相異なる２つの面状のマークの組み合わせによる光学マークと、該光学マークに光束を照射する投光部と前記光学マークからの反射光を検出する受光部とを有する検出装置であって、該検出装置と前記光学マークとの相対移動により、該光学マークからの反射光の変化を検出して、該光学マークとの相対位置を読み取る検出装置において、前記投光部からの投光光束の照射方向は、前記相対移動方向に対して垂直な面内にあることを特徴とする。
【００２９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の検出装置において、前記投光光束は略平行光であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の検出装置において、前記投光光束の照射方向は、前記光学マークがなす面に対して垂直であり、前記投光部と前記光学マークの間にビームスプリッタを設け、前記光学マークからの反射光は前記ビームスプリッタの側方において前記受光部で受光することを特徴とする。
【００３０】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークの前記相対移動方向に直交する方向の大きさは、前記相対移動方向における大きさより大きいことを特徴とする。
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークの照射位置における前記投光光束の前記相対移動に直交する方向の大きさは、前記相対移動方向における大きさより大きいことを特徴とする。
【００３１】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の検出装置において、前記投光光束の前記相対移動方向における大きさは、前記光学マークの照射位置において、前記反射率の相異なる２つの面状のマークの組み合わせの前記相対移動方向における大きさよりも小さいことを特徴とする。
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークは、反射率の相異なる面状のマークの組み合わせを、所定の間隔で連続して複数組有していることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の検出装置において、前記投光光束は、前記相対移動方向に対し直交する面に平行で、前記所定の間隔に等しい間隔の複数の光束に分割されていることを特徴とする。
【００３２】
請求項９に記載の発明では、請求項７または８に記載の検出装置において、予め前記光学マークと前記検出装置の相対移動を行って反射光の変化を検出し、その最大値と最小値の中間の値を算出して、以後の出力の２値化のための閾値とすることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークは非反射性部材に反射部を形成してなることを特徴とする。
【００３３】
請求項１１に記載の発明では、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークは反射性部材に非反射部を形成してなることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明では、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の検出装置において、前記反射部はほぼ完全拡散面であり、前記受光部は前記光学マークのなす平面に対し垂直な方向に設置されていることを特徴とする
請求項１３に記載の発明では、透過率の相異なる２つの面状のマークの組み合わせによる光学マークと、該光学マークに光束を照射する投光部と前記光学マークからの透過光を検出する受光部とを有する検出装置であって、該検出装置と前記光学マークとの相対移動により、該光学マークからの透過光の変化を検出して、該光学マークとの相対位置を読み取る検出装置において、前記投光部から前記受光部に至る投光光束の照射方向は、前記光学マークの面に対して垂直であることを特徴とする。
【００３４】
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の検出装置において、前記光学マークは透過性部材に非透過部を形成してなることを特徴とする。
請求項１５に記載の発明では、請求項１３に記載の検出装置において、前記光学マークは非透過性部材に透過部を形成してなることを特徴とする。
【００３５】
請求項１６に記載の発明では、請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の検出装置において、前記検出装置は固定であり、前記相対移動は、前記光学マークを形成する部材の１点を中心とした回転移動であることを特徴とする。
請求項１７に記載の発明では、請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の検出装置において、前記光学マークは、複数の支持ローラに掛け渡された無端ベルトの一面の側縁近傍に設けられたエンコーダ用スケールであり、前記検出装置は該エンコーダ用スケールを検出する位置に固定的に配置され、前記相対移動は、前記無端ベルトの一方向への回転移動であることを特徴とする。
【００３６】
請求項１８に記載の発明では、請求項１７に記載の検出装置を用いた無端ベルト装置を特徴とする。
請求項１９に記載の発明では、請求項１８に記載の無端ベルト装置において、前記無端ベルトの前記光学マーク形成面は合成樹脂材料で構成されていること
を特徴とする。
請求項２０に記載の発明では、請求項１８または１９に記載の無端ベルト装置を、感光体ベルトとして用いた画像形成装置を特徴とする。
請求項２１に記載の発明では、請求項１８または１９に記載の無端ベルト装置を、中間転写ベルトとして用いたカラー画像形成装置を特徴とする。
請求項２２に記載の発明では、請求項２１に記載の画像形成装置において、前記中間転写ベルトに画像を転写する潜像担持体が複数あることを特徴とする。
【００３７】
【実施例】
図１は本発明の実施形態を示す斜視図である。
同図において、符号２２’は検出装置としてのフォトカプラ、２３は投光部、２４は受光部をそれぞれ示す。その他の符号は図１０に準ずる。
図２はフォトカプラと光学マークとの位置関係を説明するための図である。同図（ａ）はベルト端面側から見た図、同図（ｂ）はベルトの走行方向から見た図である。
【００３８】
フォトカプラ２２’は投光部２３と受光部２４が一体に構成されている。投光部は内部に光源２３ａを有し、受光部は内部に受光素子２４ａを有している。投光部２３も受光部２４も集光のためのレンズ（２３ｂ、２４ｂ）を備えており、両レンズの光軸の並び方が、ベルト３の走行方向に直交する面内に存在するようになっている。投光部から受光部へ向かう方向をベルト幅方向と呼ぶ。
光源２３ａとしては、一般的に用いられるのは発光ダイオード（ＬＥＤ）であるが、半導体レーザや電球などの光源でも構わない。
受光素子としては、光の強度を電気信号に変換できる物で有ればよく。フォトダイオードやフォトトランジスタなどが利用できる。
【００３９】
ベルト３の側縁部には光学マーク２１が設けられている。光学マークは反射率の相異なるマークの組み合わせで有れば良く、たとえば、白と黒など色の違う等間隔の印刷パターンでも良い。光学マークは同じ幅の反射部２１ａと非反射部２１ｂが１つの組となって、ベルト走行方向に配置されている。光学マークは前記１組だけで構成されて、ホームポジションを検出するために用いることもできる。通常はベルトの一周に亘り、複数組が連続的に並べられて、エンコーダ用スケールを構成する。以下は光学マークがエンコーダ用スケールとして構成されている場合について説明する。
光学マークは、反射性部材の上に非反射部を設けても良いし、逆に非反射性部材の上に反射部を設けても良い。
【００４０】
反射部２１ａは正反射特性を持ったアルミ蒸着膜などのようないわゆる鏡面でも良いし、拡散反射特性を持った白色層でも良い。反射部は必ずしも１００％の反射率でなくとも良い。
非反射部２１ｂは光吸収性でも良いし、光透過性でも良い。非反射部２１ｂは必ずしも０％の反射率でなくとも良いが、反射部２１ａとの反射率の違いは５０％以上あった方がよい。ただし、表面反射が生じにくい性質である材質を選ぶか、表面反射を軽減させる表面処理を施しておくのがよい。一般に、斜め入射の光に対しての表面反射が生じやすいので、使用角度における表面反射の低減に留意する。
光源２３ａからの発散光は、レンズ２３ｂによって収束光に変えられ、光学マーク２１に効率よく照射される。収束の程度は、光学マーク２１の反射部２１ａが正反射特性であるか、拡散反射特性であるかによって適宜変えるのがよい。同図では反射部２１ａが拡散反射特性である場合に対応した収束をさせてある。
【００４１】
光学マーク２１の内、反射部２１ａからの光は拡散反射の場合、広い角度で反射するが、同図では、受光部２４のレンズ２４ｂを介して受光素子２４ａに入射する光束だけを示している。
非反射部２１ｂは透過または吸収特性のため、そこに入射した光は反射することがなく、したがって、非反射部２１ｂから受光部に入射する光は存在しない。すなわち、表面反射がないものとすれば、受光部２４からの出力値は原則として０である。
【００４２】
図２（ａ）に示すように、ベルト３の側縁部から見た場合、フォトカプラの両レンズ２３ｂ、２４ｂの光軸はベルト３の面に垂直になっている。一方、図２（ｂ）に示すベルト３の幅方向で見た場合、両レンズ２３ｂ、２４ｂの光軸はベルト３の面の垂線に対し互いに逆方向に一定の角度傾けてある。
拡散反射特性の中でも、特に完全拡散面と呼ばれる反射特性は、面に垂直な方向に最大光量の反射が生ずるが、一般の拡散反射では不完全な正反射特性が混ざるため、正反射の角度方向に最大光量の反射が生ずる。したがって、図２（ｂ）に示した構成が、反射部２１ａの存在を検知するためには、最も効率の良い構成である。
【００４３】
逆に反射部２１ａを完全拡散面に近い状態の面に形成して、受光部２４のみベルト面に垂直な方向に設置する構成に変えても良い。完全拡散面は長期の使用により、汚れなどによって拡散性が低下する可能性がある。しかし、受光部の方向を面に垂直にすれば、受光部２４は拡散反射光の内ほぼ最大光量の部分を受けることができ、しかも、受光部２４が非反射面からの正反射成分を受けなくなるので、非反射面の表面反射の程度のことをあまり気にしないでも良くなる。したがって、完全拡散面の上を含む光学マーク全体にに汚れ防止のコーティングをしても検出の精度が落ちることはない。
【００４４】
ベルト３が矢印で示した移動方向に移動すると、光学マーク２１のパターン２１ａ、２１ｂが順次交互に光束照射部を通過する。非反射部２１ｂが通過しているとき受光素子には出力が生ぜず、反射部２１ａが通過しているときは受光素子に出力が生ずる。非反射部２１ｂのベルト走行方向における大きさが、光束照射部分の大きさより大きい場合は、受光部２４からの出力が０になる時間幅が存在する。反射部２１ａも非反射部２１ｂと同じ大きさを有するので、同様に、受光部２４からの出力が最大出力を維持する時間幅が存在する。
同図（ａ）は、非反射部２１ｂが光束照射部から抜け出る途中で、反射部２１ａとの境界部が丁度光軸上に一致した状態を示している。
このとき、受光部からの出力は、最大光量のときの出力の丁度半分の出力になっている。したがって、この場合の受光部２４の出力波形は、図１２（ｃ）に示した波形と類似の形になる。
【００４５】
この構成によれば、図１４で示したベルト面の変動による位置情報の検知誤差を防止することができる。すなわち、フォトカプラの投光、受光に関する光軸が、ベルト面に対して垂直であるため、たとえ面の位置変動があっても、面に到達する光束照射位置のベルト走行方向に関する変動がないので、検出位置を誤ることがない。したがって、ベルト走行速度の正しい検出ができる。
ただし、面の垂直方向の位置変動が有った場合、光束照射部の大きさとベルト幅方向の位置が変動するため、受光部２４からの出力の絶対値は変動する。そこで、フォトカプラからベルト面までの距離の変動による設計上の最大値においても、反射部２１ａ、非反射部２１ｂの幅が光束照射部の大きさより大きくなるよう、また光束照射部が光学マーク２１から外れないよう、マークのベルト幅方向の長さを設定しておく。それによって、受光部２４からの出力は、前述と同様、図１２（ｃ）に示した波形と基本的に類似の形のまま、平坦部の長さが変化するだけとなる。
【００４６】
受光部２４からの出力の最大値と最小値を予め検知しておいて、その中間の値をもって閾値として、上記出力を２値化すれば、閾値にかかるのは常に反射部と非反射部の境界がフォトカプラの光軸に一致したときとなり、精度の高い位置検出ができる。なお、上記例では、原則として最小値は０であり、したがって、上記中間の値は、最大値の２分の１に相当する。すなわち、上記構成の場合は最大値の２分の１を閾値として採用して差し支えない。
【００４７】
図３は光学マークと光束照射部との大きさの関係を説明するための図である。同図（ａ）は反射部、非反射部に対する光束照射部の大きさを示す図、同図（ｂ）は受光部２４からの出力波形を示す図である。
同図において符号Ｂは光束照射部を示す。
光束照射部Ｂの大きさが、反射部２１ａ、非反射部２１ｂの幅より大きい場合、あるいは、ベルト面の位置変動のためにそのような状態になった場合、受光部２４の出力の最小値が０にはならなくなり、その出力波形は、同図（ｂ）に示すような波形となる。この場合でも受光部２４からの出力の最大値と最小値を予め検知しておいて、その中間の値をもって閾値として２値化を行えば、上記と同様、精度の高い位置検出が行える。
ただし、光束照射部Ｂがあまり大きいと、出力の最大値と最小値の差が小さくなるので、検出精度が低下する。したがって、光束照射部Ｂの大きさは光学マークの反射部と非反射部を合わせた大きさ、すなわち光学マークの繰り返し間隔、よりは小さくなるように構成しておいた方がよい。
【００４８】
上記２値化の閾値は、図１１ないし１３に示した透過型のフォトインタラプタにも適用できる。前述のように、出力の最大値と最小値の丁度中間のレベル以外では、一定しきい値でパルス化するとデューティ比の変動するパルスが得られ、変動分だけ位置誤差を検出してしまうが、事前に上記丁度中間のレベルを得ておけば、２値化により、デューティ比一定のパルスを得ることができ、正しい位置情報が得られ、正しい速度検出結果が得られる。
【００４９】
図４は本発明の他の実施形態を説明するための図である。
同図において符号２５はビームスプリッタを示す。
投光部２３から出た光束はビームスプリッタ２５に入射し、４５°に傾いた半透鏡面で一部反射されるが残りは直進する。直進した光束は、ベルト上の光学マーク面に至り、反射光束は逆行し、再び半透鏡面に至るとその一部は透過するが残りは反射されて受光部２４に至る。
投光部２３からの光束を収束光とすると、ベルト面の垂直変動に従って、光束照射部Ｂの大きさが変化するので、本実施形態では、レンズ２３ｂを出る光束を平行光にしている。このようにすると、ベルト面が同図において上下方向に変動しても、光束照射部Ｂの大きさは変わらない。ただし、図２（ｂ）で説明したように、ベルト幅方向には移動が生ずるので、移動によっても光束照射部Ｂが光学マークを外れないよう、マークのベルト幅方向の長さを設定しておく。
【００５０】
半透鏡を用いたビームスプリッタ２５では原理的に好悪量の４分の１が損失となる。そこで、同図のビームスプリッタ２５の代わりに、偏光ビームスプリッタ２５’を用い、光束の出射面に４分の１波長板を取り付けておく。投光部２３からの投光光束を予め一方向に偏光した光束としておけば、４５°に傾斜した面は透過して、偏光ビームスプリッタ２５’を出射し、再度反射光が入射すると、偏光面が９０°変化しているため、４５°の傾斜面では反射が生じ、受光部に入射する。したがって、傾斜面を通過する度の光量の損失がなく、感度の高い検出ができる。
【００５１】
図５は本発明のさらに他の実施形態を説明するための図である。
同図において符号ＬＢは帯状の光束を示す。
投光部からの光束は、ベルト幅方向に関し、面の垂線と一定の角度をもって与えられているため、ベルトの垂直移動が生ずると、光束照射部がベルト幅方向に移動する。このとき、光束照射部が光学マークから外れないように、光学マークの長さを長めに形成しておくことは既に述べたとおりであるが、ただそれだけでは、受光部２４に入射する反射光束が変化してしまい、出力の変動を生じやすくなる。
【００５２】
光束を帯状の平行光束ＬＢに構成すると、ベルトが基準位置を走行しているとき、光束照射部に入った反射部２１ａからの反射光は、光束ＬＢの内のほぼ中央部からの反射光のみが受光部２４に入射する。光の利用効率の面からは得策ではないが、次のような利点がある。すなわち、ベルトの垂直変動で光束照射部がベルト幅方向の左右どちらに移動した場合でも、反射部２１ａからの反射光束がほぼ同じ程度に受光部２４に入射する。したがって、ベルトの垂直変動に拘わらず、受光部２４からの出力はほとんど変動しない。
【００５３】
帯状の光束の形成方法としては、図示しないが、投光部２３のレンズ２３ｂにマスクをかけて平行な出射光束を帯状に整形する。長さ方向が足りない場合は、通常行われる光学的手法で対処すればよい。例えば、レンズ２３ｂの前に長さ方向を拡大するシリンドリカルレンズを設け、所望の長さになる位置にその方向のみコリメートするシリンドリカルレンズを設ければよい。
【００５４】
同図では光束の幅を反射部２１ａ、非反射部２１ｂの幅にほぼ等しく示したが、光束の幅は狭い方が位置検出の感度が高くなる。すなわち、光束の幅が狭いと、最大出力と最小出力の変化に要する時間幅が小さくなり、ベルトのわずかな走行距離で出力は２値化の閾値を通過する。
しかしながら、光束を狭くすると必然的に光量が小さくなりやすい。
【００５５】
図６は本発明のさらに他の実施形態を説明するための図である。
同図において、符号ＭＬＢは互いに平行な複数の帯状の光束を示す。
帯状光束の１つ１つの効果は図５において説明した通りである。本実施形態では、投光部２３の前面に複数の帯状の光束を形成するマスクを設ければよい。複数の帯状の光束のピッチは光学マーク２１のピッチに合わせておく。
長さ方向が足りない場合は、前述と同様に、シリンドリカルレンズを組み合わせて用いれば良い。
【００５６】
本実施形態は上記のように構成してあるので、１つ帯状光束が反射部２１ａと非反射部２１ｂの境界部に至ったとき、他のすべての帯状光束も同様な状態にある。したがって、原理的にはすべての帯状光束からの反射光束は、受光部２４に対し全く同じ光量変化を与え、１本当たりの光量の減少分を補っている。したがって、十分な光量を得つつ高い感度を実現することができる。しかも各光束は互いに平行なので、ベルトの垂直変動に対しても、ピッチが変化せず、出力に対し影響を与えない。
実際の光学マーク２１は、厳密に言えば、製造誤差やベルト伸縮等による若干のピッチ誤差が含まれるが、本実施形態によれば、受光部２４からの出力は、複数の帯状光束によって、結果的にそれらが平均化された出力となるため、本来あってはならない光学マークのピッチ誤差も出力に直接の影響を与えることがなくなる。
【００５７】
以上の説明では無端ベルト上に形成されたエンコーダ用スケールを中心にしてきたが、感光体ドラムの軸、あるいは無端ベルトの支持軸のいずれかにロータリエンコーダを用いる場合においても、基本的には本発明を適用しうる。この場合光学マークは円盤状の周縁部近傍に放射状に、反射部、非反射部、もしくは透過部、非透過部を交互に連続して並べたものになる。
以上本発明の実施形態で示した検出装置は、無端ベルト装置として用いることができるので、画像形成装置における感光体ベルトとして、または、直接転写方式の転写紙搬送ベルトとして、あるいは間接転写方式の中間転写ベルトとして用いることができる。いずれも、必要に応じて感光体１個の画像形成装置にも、複数の感光体を用いる画像形成装置にも適用できる。特にカラー画像形成装置に用いて好適である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、投光部と受光部を有する検出装置を用いて精度良く光学マークを検出することができ、画像形成装置におけるベルトの走行安定を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す斜視図である。
【図２】フォトカプラと光学マークとの位置関係を説明するための図である。
【図３】光学マークと光束照射部との大きさの関係を説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明するための図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態を説明するための図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態を説明するための図である。
【図７】タンデム型直接転写方式の画像形成装置の要部を示す図である。
【図８】転写ベルトの移動中の位置誤差を説明するための図である。
【図９】ベルト走行の変動が画像に与える影響を説明するための図である。
【図１０】フォトインタラプタを使ったセンシング法の模式図である。
【図１１】光学マークの位置変動による光束と受光部の関係を示す図である。
【図１２】光学マークの位置変動による光束と受光部の関係を示す図である。
【図１３】光学マークの位置変動による光束と受光部の関係を示す図である。
【図１４】反射型フォトカプラにおける読み取り誤差を説明するための図である。
【図１５】受光部の出力に影響を与えるベルトの変動成分を説明するための図である。
【符号の説明】
３      無端ベルト
４      支持ローラ
５      支持ローラ
２１      光学マーク
２２’      フォトカプラ
２３      投光部
２４      受光部
２５      ビームスプリッタ
【図１】
2005003396.tif 000003
【図２】
2005003396.tif 000004
【図３】
2005003396.tif 000005
【図４】
2005003396.tif 000006
【図５】
2005003396.tif 000007
【図６】
2005003396.tif 000008
【図７】
2005003396.tif 000009
【図８】
2005003396.tif 000010
【図９】
2005003396.tif 000011
【図１０】
2005003396.tif 000012
【図１１】
2005003396.tif 000013
【図１２】
2005003396.tif 000014
【図１３】
2005003396.tif 000015
【図１４】
2005003396.tif 000016
【図１５】
2005003396.tif 000017