(57)【要約】【課題】  本発明は、低損失で、かつ信号のＳ／Ｎが向上する相対位置検出装置、回転体走行検出装置及び画像形成層値を提供する。【解決手段】  本発明の相対位置検出装置は、光源（１１）と、光源から照射された光ビームをビームパターンのライン状ビームに整形する光整形手段（１２）とを含む光学系ヘッド部と、所定の反射率あるいは透過率の変化によるマークパターンが一定周期で形成されたスケール（１４）と、光整形手段によって整形されたライン状ビームを前記スケールに照射し、スケールからの反射光あるいは透過光を受光し、光学系ヘッド部と移動するスケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光あるいは透過光の光強度を検出する光検出器（１５）とを具備している。よって、エネルギー損失を少なくで、かつ光信号のＳ／Ｎを向上することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源から照射された光ビームをビームパターンのライン状ビームに整形する光整形手段とを含む光学系ヘッド部と、
所定の反射率あるいは透過率の変化によるマークパターンが一定周期で形成されたスケールと、
前記光整形手段によって整形されたライン状ビームを前記スケールに照射し、前記スケールからの反射光あるいは透過光を受光し、前記光学系ヘッド部と移動する前記スケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光あるいは透過光の光強度を検出する光検出器と
を具備することを特徴とする相対位置検出装置。
【請求項２】
前記光整形手段は、前記光源から出射された光を集光し、略平行光束に光学補正するコリメートレンズと、該コリメートレンズにより平行化された光ビームの進行方向の１方向のみのビーム幅を縮小するビーム縮小手段とを有する請求項１記載の相対位置検出装置。
【請求項３】
前記ビーム縮小手段は２枚の円筒面レンズにより構成されている請求項２記載の相対位置検出装置。
【請求項４】
前記光整形手段は複数本のライン状ビームを生成し、各ライン状ビームは前記スケールのマークパターンの配列間隔と同じ間隔でスケール上に照射される請求項１記載の相対位置検出装置。
【請求項５】
前記光整形手段は、複数の円筒面レンズが接合された円筒面レンズアレイにより構成されている請求項４記載の相対位置検出装置。
【請求項６】
前記光整形手段は、複数本のライン状ビームを生成するライン状ビーム生成手段と、該ライン状ビーム生成手段により生成された複数本のライン状ビームを平行に縮小する光学系とを有する請求項１記載の相対位置検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の相対位置検出装置を用い、前記スケールを回転体に設け、該回転体の回転速度及び回転位置の検出を行うことを特徴とする回転体走行検出装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の相対位置検出装置を有す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】
本発明は相対位置検出装置、回転体走行検出装置及び画像形成装置に関し、詳細には電子写真やインクジェット方式などの複写機、プリンタ、ＦＡＸなどの画像形成装置における感光体ベルト、転写ベルト、用紙搬送ベルト、感光体ドラム、転写ドラム等の画像形成用の回転体の走行検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の相対位置検出装置としていくつか提案されている。その一つとして、例えば特許文献１に記載されている相対位置検出装置について図９を用いて概説する。同図において、相対位置検出装置は、光源１と、光源１からの光を平行光線に光学補正して後述するスケール３に投射するためのコリメートレンズ２と、一定の格子定数をもつ光学格子からなるスケール３と、スケール３と同じ格子定数を有する光学素子からなるインデックススケール４と、スケール３及びインデックススケール４の光学格子のそれぞれを通過した光を検出する検出器５，６とを含んで構成されている。なお、インデックススケール４は互いに１／４波長だけずらされた２つの格子をもっている。このような構成を有する従来の相対位置検出装置によれば、スケール３を矢印Ａの方向に移動させ、インデックススケール４との相対位置関係により、光の通過及び遮断が繰り返される。この光の通過及び遮断の繰り返しで生じる光量変化を検出器５，６で検出することにより、正弦波状の電気信号が得られ、これをカウントすることで移動量を計測する。
【０００３】
しかし、特許文献１の相対位置検出装置では、分解能の精度を高めようとするに格子定数の小さいスケールを利用すればよいが、コントラストを維持するためにはスケールとインデックススケールとを微小間隔の位置関係で配置する必要があるため、接触による破損やゴミの付着により装置機能を低下させるという問題点がある。また、スケールとそれ以外の構成要素からなるヘッド部をごく近傍に配置する必要があるため、振動物の測定及び被測定物の光軸方向の移動に対して自由度が小さいという問題点もあった。
【０００４】
このような問題点を解消するための従来技術として特許文献２の相対位置検出装置が提案されている。この特許文献２の相対位置検出装置は、スケールの反射率または透過率の変化周期と同じ周期になるような光の透過率の周期パターンをスリットとして設け、スリットを通過した光をスケールに照射して得られる反射光あるいは透過光を入射し、スリットとスケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光あるいは透過光の光強度を検出するものである。
【特許文献１】特開昭５９−１３２３１１号公報
【特許文献２】特開平１１−１６６８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の相対位置検出装置では、光ビームをスリットパターンで遮光することでビーム整形を行う構成としているため、少なくとも５０％以上の光のエネルギーを損失している。また、スリットパターンの材料によっては遮光された光が反射・散乱し、フレア光として受光素子に入射することで信号のＳ／Ｎを劣化させる原因にもなる。
【０００６】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、低損失で、かつ信号のＳ／Ｎが向上する相対位置検出装置、回転体走行検出装置及び画像形成層値を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記問題点を解決するために、本発明の相対位置検出装置は、光源と、光源から照射された光ビームをビームパターンのライン状ビームに整形する光整形手段とを含む光学系ヘッド部と、所定の反射率あるいは透過率の変化によるマークパターンが一定周期で形成されたスケールと、光整形手段によって整形されたライン状ビームを前記スケールに照射し、スケールからの反射光あるいは透過光を受光し、光学系ヘッド部と移動するスケールとの相対位置の変化に伴って生じる反射光あるいは透過光の光強度を検出する光検出器とを具備している。よって、エネルギー損失を少なくで、かつ光信号のＳ／Ｎを向上することができる。
【０００８】
また、光整形手段は、光源から出射された光を集光し、略平行光束に光学補正するコリメートレンズと、このコリメートレンズにより平行化された光ビームの進行方向の１方向のみのビーム幅を縮小するビーム縮小手段とを有している。よって、簡単な構成で所望のライン状ビームを取り出すことができる。
【０００９】
更に、ビーム縮小手段は２枚の円筒面レンズにより構成されている。
【００１０】
また、光整形手段は複数本のライン状ビームを生成し、各ライン状ビームはスケールのマークパターンの配列間隔と同じ間隔でスケール上に照射される。その光整形手段は、複数の円筒面レンズが接合された円筒面レンズアレイであることが好ましい。また、光整形手段は、複数本のライン状ビームを生成するライン状ビーム生成手段と、ライン状ビーム生成手段により生成された複数本のライン状ビームを平行に縮小する光学系とを有するものであればよい。
【００１１】
更に、別の発明としての回転体走行検出装置は、上記相対位置検出装置を用い、スケールを回転体に設け、この回転体の回転速度及び回転位置の検出を行うことに特徴がある。よって、簡単に構成でき、かつ検出距離が変動しても計測誤差を少なく抑えることができる。
【００１２】
また、別の発明としての画像形成装置は、上記相対位置検出装置を有することに特徴がある。よって、画像形成装置を構成する感光体ドラムや搬送ベルトの走行速度を安定に検出することができ、高精度な画像形成が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の相対位置検出装置によれば、エネルギー損失を少なくで、かつ光信号のＳ／Ｎを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の第１の実施の形態例に係る相対位置検出装置の構成を示す概略斜視図である。同図に示す第１の実施の形態例の相対位置検出装置１０は、光源１１と、光整形手段１２と、光学マーク１３を有するスケール１４と、受光素子１５とを含んで構成されている。光源１１としては、ＬＥＤ、半導体レーザなどが利用可能であり、好ましくは平行光束とされたときに収差の発生しにくい半導体レーザなどの微小発光面を有する光源がよい。光整形手段１２は光学マーク１３に照射して、スケール１４の移動に伴い反射光が変調されるようなビームパターンのライン状ビーム１７に整形する。好ましくはスケール１４上の光学マーク１３とスケール１４の進行方向に同じ幅と同じ長さを持ち、スケール１４の有効幅よりも少し短いパターンがよい。これはスケール１４とビーム１６の位置関係がずれた場合においても、出力信号の強度が変化しにくくする効果が得られる。
【００１５】
そして、スケール１４は、所定の反射率あるいは透過率の変化によるマークパターンの光学マーク１３が一定周期で形成された部材であり、リニアエンコーダに用いられるガラス基板上の金属薄膜をフォトリソグラフィーでパターニングしたスリットパターンが利用できる。他にも、低コストの樹脂フィルム上のフォトエマルジョン材料を写真製版したスケールや印刷による用いることができる。また、本実施の形態例ではスケール１４を透過型としているが、反射型のスケールを利用することもできる。
【００１６】
一方、受光素子１５はスケール１４に照射されたライン状ビーム１７を受光し、スケール１４の移動によって透過光あるいは反射光が変調されたことを検出するためのものであり、一般的なフォトダイオード（ＰＤ）やフォトトランジスタ（ＰＴｒ）が利用できる。なお、スケール１４と受光素子１５との間に集光レンズを付けて受光効率を高めても良い。
【００１７】
以上のような構成を有する第１の実施の形態例の相対位置検出装置によれば、移動するスケールと投光・受光部分からなる光学系ヘッド部との相対位置変化により、受光光量が変化することを検知することでスケール周期での受光光量変化が生じ、その変化を２値化してインクリメントカウントすることで相対位置の累積値が得られる。
【００１８】
図２は本発明の第２の実施の形態例に係る相対位置検出装置の構成を示す概略断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。また、同図の（ａ）は正面図、同図の（ｂ）は側面図である。同図に示す第２の実施の形態例の相対位置検出装置２０は、光源１１と、光源１１から射出した光を平行光化するコリメートレンズ２１と、コリメートされた光のスケール進行方向のビーム断面幅を縮小するビーム縮小手段としての２枚の円筒面レンズ２２，２３と、スケール１４と、受光素子１５とを含んで構成されている。
【００１９】
ここで、円筒面レンズの組み合わせとしては、図２及び図３に示すような凸面を持つ円筒面レンズ２２，２３を２枚使う方法と、図４に示すような凸面を持つ円筒面レンズ２２と凹面を持つ円筒面レンズ２４を用いる方法がある。光学的な作用としては、いずれの方法でも、ｄ１幅のビームを焦点距離の比ｆ２／ｆ１倍されたｄ２のビーム幅を持つビームを取り出すことができる。
【００２０】
図５は本発明の相対位置検出装置におけるビーム整形した光をスケールに照射している様子を示す概略図である。同図の（ａ）に示すように、整形したビームパターンのライン状ビーム１７は受光信号のＳ／Ｎの面から、スケール１４の移動方向ｘに対してはスケール１４における光学マーク１３のパターンの幅よりも狭い方がよく、パターン長手方向ｙに対してはスケール１４における光学マーク１３のパターンの長手方向の長さより短いことが好ましい。また、図５の（ｂ）にはラインビームを複数本形成した例を示すが、このように複数本のビームを用いることで、スケール１４の１ピッチ誤差、スケール１４上のゴミや傷による反射率・透過率の変動などに対しても信号変動が平均化され、誤差の少ない安定した計測が可能になる。
【００２１】
以上のように、本発明ではラインビームを生成する手段としてビーム縮小光学系を用いることにより、従来例のようにスリットによるビーム遮蔽での光損失やフレア光の生成を小さく抑えることができ、光の利用効率が向上する上に品質の高い信号を得ることができる。
【００２２】
図６は本発明の相対位置検出装置における円筒面レンズの一例を示す図である。同図の（ａ）は円筒面レンズの斜視図、同図の（ｂ）はビーム変換の様子を示す平面図である。同図に示すように、複数本のライン状ビームを得る手段として、複数の円筒面レンズが接合された、いわゆる「円筒面レンズアレイ」が用いられる。同図の（ａ）のように、円筒面レンズアレイ３１にはレンズ面全体に平行ビームが入射するように用いる。同図の（ｂ）のように、入射した平行ビームは円筒面レンズのそれぞれの素子によって細長いライン状ビームが形成されるため、互いに平行なライン状ビームが射出される。このとき、ビームの縮小率を２：１にするとデューティ比５０％のラインアンドスペース配列が生成できる。また、スケールのマークピッチが非常に小さい場合は、生成したラインビームアレイをさらに縮小する縮小光学系を用いると微小な円筒面レンズアレイを用いなくても微細なラインビームアレイを生成できる。
【００２３】
以上説明したように、本発明の相対位置検出装置はラインビーム照射型の相対位置検出装置であり、検出距離が変動しやすい円筒面やベルト面への適用が容易で、検出距離が変動しても計測誤差が少なく抑えることができる。このため、図７に示すような無端ベルト搬送装置において、無端状ベルトの移動体４１における表面の一部に反射型のマーク４２を設けて反射型の光センサ４３でマーク４２を読み取る構成に、本発明の相対位置検出装置による相対位置検出方法を適用することにより、移動体４１の速度検出や制御に有効である。
【００２４】
図８は本発明の相対位置検出装置を適用する別の発明の画像形成装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す別の発明の画像形成装置５０は、記録媒体としての転写用の用紙５２を搬送する搬送ベルト５３に沿って、この搬送ベルト５３の移動方向（図中の矢印Ｃの方向）の上流側から順に、複数個の画像形成ユニット５１Ｋ、５１Ｍ、５１Ｙ、５１Ｃが配列された、所謂タンデム型のカラー画像形成装置である。そして、画像形成ユニット５１Ｋが黒、画像形成ユニット５１Ｍがマゼンタ、画像形成ユニット５１Ｙがイエロー、画像形成ユニット５１Ｃがシアンの各画像を形成するもので、各画像形成ユニットは形成する画像の色が異なるだけで、内部構成は各画像形成ユニットとも共通である。よって、以下の説明では、画像形成ユニット５１Ｋについて具体的に説明することで、他の画像形成ユニットの構成についても説明したものとする。
【００２５】
図８において、搬送ベルト５３は、無端状のエンドレスベルトで構成されている。この搬送ベルト５３は、駆動回転させる駆動ローラ５５と、従動回転させられる従動ローラ５４とによって回転自在に張架されており、駆動ローラ５５の回転により矢印Ｃの方向に回転する。搬送ベルト５３の下方には、用紙５２が収納された給紙トレイ５６が配設されている。給紙トレイ５６に収納された用紙５２のうち、最上位置にある用紙５２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５３の外周面に吸着される。この搬送ベルト５３に吸着された用紙５２は、搬送ベルト５３の回転方向の最上流側に配置された画像形成ユニット５１Ｋに搬送される。
【００２６】
この画像形成ユニット５１Ｋは、像担持体としての感光体ドラム５７Ｋと、この感光体ドラム５７Ｋの周囲に配置された帯電器５８Ｋ、露光器５９Ｋ、現像器６０Ｋ、感光体クリーナ６１Ｋなどから構成されている。露光器５９Ｋとしては、レーザースキャナが用いられ、レーザ光源からのレーザ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。画像形成に際し、感光体ドラム５７Ｋの周面は、暗中にて帯電器５８Ｋにより一様に帯電された後、露光器５８Ｙからの黒画像に対応した露光光６２Ｋ、この例ではレーザ光により露光され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器６０Ｋにおいて黒トナーにより可視像化され、感光体ドラム５７Ｋ上に黒のトナー像が形成される。この黒のトナー像は感光体ドラム５７Ｋと搬送ベルト５３上の用紙５２とが接する位置で転写器６３Ｋの働きにより用紙５２上に転写され、用紙５２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５７Ｋは感光体ドラム５７Ｋの周面に残留した不要なトナーが感光体クリーナ６１Ｋにより除去され、次の画像形成に備えられる。
【００２７】
このようにして、画像形成ユニット５１Ｋで単色（黒）を転写された用紙５２は、搬送ベルト５３によって次の画像形成ユニット５１Ｍに搬送される。画像形成ユニット５１Ｍでは、画像形成ユニット５１Ｋにおけると同様のプロセスにより感光体ドラム５７Ｍ上に形成されたマゼンタのトナー像が用紙５２上の黒のトナー像に重ね合わせて転写される。この黒のトナー像及びマゼンタのトナー像が転写された用紙５２は、さらに次の画像形成ユニット５１Ｙに搬送され、同様にして感光体ドラム５７Ｙ上に形成されたイエローのトナー像が用紙５２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合わせて転写される。同様にしてさらに、次の画像形成ユニット５１Ｃ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。このようにしてフルカラーの重ね合わせの画像が形成された用紙５２は、画像形成ユニット５１Ｃを通過した後、搬送ベルト５３から剥離されて定着器６４にて定着されて排紙される。
【００２８】
以上説明したように、本発明の相対位置検出装置を図８に示すような円筒状の感光体ドラムや無端状の搬送ベルトを有する画像形成装置に適用することで、ドラムやベルトの走行速度を安定化させることができ、高精度な画像形成が可能となる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態例に係る相対位置検出装置の構成を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態例に係る相対位置検出装置の構成を示す概略断面図である。
【図３】円筒面レンズの組み合わせの一例を示す概略図である。
【図４】円筒面レンズの組み合わせの他の例を示す概略図である。
【図５】本発明の相対位置検出装置におけるビーム整形した光をスケールに照射している様子を示す概略図である。
【図６】本発明の相対位置検出装置における円筒面レンズの一例を示す図である。
【図７】本発明の相対位置検出装置を適用する無端ベルト搬送装置の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の相対位置検出装置を適用する別の発明の画像形成装置の構成を示す概略断面図である。
【図９】従来の相対位置検出装置の構成を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０，２０；相対位置検出装置、１１；光源、１２；光整形手段、
１３；光学マーク、１４；スケール、１５；受光素子、
１６；ビーム、１７；ライン状ビーム、２１；コリメートレンズ、
２２，２３，２４；円筒面レンズ、３１；円筒面レンズアレイ、
４１；移動体、４２；マーク、４３；光センサ、５０；画像形成装置。
【図１】
2007108089.tif 000003
【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】
2007108089.tif 000009
【図８】
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【図９】
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