(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸（Ａ'）の周りを回転する物体の相対的な角位置を決定するのに使用する位置エンコーダシステム（10）であって、
第１の半径で等間隔で円周方向に配列され、第１の分解能の増分マーク（23）を備えた第１のトラック（24）、及び前記第１の半径とは異なる第２の半径で等間隔で円周方向に配列され、前記第１の分解能より大きい第２の分解能の増分マーク（25）を備えた第２のトラック（22）を有し、前記物体と共に第１の軸（Ａ'）の周りを回転するよう取り付けられているディスク（20）と、
前記ディスク（20）が回転するに際して、前記ディスク（20）の前記第１のトラック（24）に沿って増分マーク（25）を識別するよう構成された第１のセンサ（30）と、
前記第１のセンサ（30）から離して設けられ、前記ディスク（20）が回転するに際して、前記ディスク（20）の前記第２のトラック（22）に沿って増分マーク（23）を識別するよう構成された第２のセンサ（40）と、
前記第２のセンサ（40）に接続されて動作し、前記第２のセンサ（40）により識別された増分マーク（23）を定量し、それにより前記ディスク（20）の相対的な角位置を追跡するよう構成されているカウンタ（56）と、及び
前記カウンタ（56）及び前記第１のセンサ（30）に接続されて動作し、前記第１のセンサが前記第１のトラック（24）の最初の増分マークを識別する最初の位置から前記第１のセンサが前記第１のトラックの次の隣接する増分マークを識別する次位置までのディスクの移動量と前記第２のトラック（22）の増分マーク（23）の量との間の相関を識別するのに使用されるプロセッサ（60）とを備え、前記相関が前記ディスクの精度を示すことからなる、位置エンコーダシステム（10）。
【請求項２】
前記第１及び第２のトラック（22、24）が、前記ディスク（20）上で同心リングを形成している、請求項１の位置エンコーダシステム（10）。
【請求項３】
前記第１及び第２のセンサ（30、40）が直径方向に反対側にある、請求項２の位置エンコーダシステム（10）。
【請求項４】
前記第１のトラック（24）が、前記ディスクの位置を示すために他の増分マークよりも幅の広いマークを有する、請求項１の位置エンコーダシステム（10）。
【請求項５】
前記第２のセンサ（40）が１又はより多くのアナログ出力信号を発生し、該アナログ出力信号が前記増分マーク（23、25）の連続的な値の定量をもたらす、請求項１の位置エンコーダシステム（10）。
【請求項６】
前記プロセッサ（60）が、前記連続的な値の定量値と、前記第１の分解能に対する第２の分解能の比に対応する増分マークの所望量との間の差を判定するよう構成されており、前記差がディスクの精度の尺度である、請求項５の位置エンコーダシステム（10）。
【請求項７】
前記物体について決定された相対角位置が、前記尺度に基づいて補正される、請求項６の位置エンコーダシステム（10）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に位置エンコーダに関し、更に詳細には、回転物体の角位置を追跡できる位置エンコーダシステムに関する。本発明は広い用途を有するが、プリンタでの使用に特によく適していることが実証されており、以下ではインクジェットプリンタの文脈で説明する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のインクジェットプリンタでは、シートと摩擦係合するよう構成された１又はより多くの送りローラを備えた送り機構により、シート媒体がプリンタを通される。送りローラは、連続する複数のシートをその回転軸の周りで方向付け、また印刷ジョブの質を確保することができるように、精確に動かされる。ローラの動きは、シートの位置を指示するものであり、これは次いで画像をシート上に正確に配置するのに重要であることが理解されよう。しかしながら、シート位置は通常は、シートの位置を識別するように使用できる位置エンコーダを使用して決定される。
【０００３】
当業者が認識しているように、プリンタに使用されている形式の位置エンコーダは一般に、隣接するセンサにより識別される増分マークを備えたディスクの形態を有している。ディスク（コードホイールとしても知られている）は、好適には送りローラ及びディスクの両者に共通の中心軸の周りを、送りローラと共に回転するように取り付けられている。ディスクが回転するにつれて、センサ及びこれに付随する構造が、通過する増分マークの数を数える。各マークは、シートの所定の角移動を示す。従って、基準又は始動位置に対するシートの角位置を決定することが可能である。
【０００４】
通常の位置エンコーダに伴う一つの問題は、コードホイールの不正確さに基づく、位置測定の不正確に関係している。例えば、コードホイールを、その回転軸がその幾何学的中心と対応するように、精確に位置決めすることは困難であることが認識されよう。コードホイールの回転軸と幾何学的中心のこの不一致は、偏心として知られているものであり、典型的には、結果的にセンサにより知覚される増分マーク間の距離が変動するために、エンコーダの位置測定値に周期的な誤差を生ずることが理解されよう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これまでは、このようなコードホイールの不正確さは、コードホイールを取り付けるときの公差を厳密にすることにより、或いは比較的大きなコードホイールを用いることによって処理されてきた。しかしながらこれらは、組立作業に必要とされる精度を増大させ、又は材料費を増大させるため、プリンタのコストの増大につながる。そこで、コードホイールの不正確さを識別でき、コードホイールの位置を識別するときにそれを考慮することができるような位置エンコーダシステムが必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上に述べた問題は、コードホイールと、一対のセンサと、カウンタと、及び別々に識別されたコードホイールのマーク間の相関を識別できるプロセッサとを備えている、位置エンコーダシステムを提供することによって対処される。かかる相関は、コードホイールの精度を表すものであり、従ってコードホイールを使用して決定された何らかの角位置について、誤差を自動的に補正するのに使用できる。
【０００７】
好適実施例では、コードホイールは、第１及び第２のトラックを有するディスクの形態を取り、各トラックは一連の増分マークを備えている。第１のセンサが、第１のトラックに付けられたマークを識別する。第２のセンサは、第２のトラックに付けられたマークを識別し、通常は第２のトラックのマークの分解能は第１のトラックの分解能より高い。カウンタは、コードホイールの所定の角移動の間に第２のセンサにより識別されるマークの数を定量化し、この角移動は通常、第１のセンサが隣接したマークを識別する間の動きに対応する。プロセッサは次に、定量化されたマークの数を、マークの所定の所望量（偏心誤差の無いコードホイールを仮定して）と比較することにより、精度を決定する。
【０００８】
本発明の位置エンコーダシステムはかくして、下記ステップを含む方法により実施できる。即ち、（１）第１及び第２のトラックを備え、第１のトラックが第１の分解能の増分マークを有し、第２のトラックが第２の分解能の増分マークを有する、第１軸の周りを回転するよう取り付けられるディスクを用意するステップと、（２）第１のトラックに付けられたマークを識別する第１のセンサを用意するステップと、（３）第２のトラックに付けられたマークを識別する第２のセンサを用意するステップと、（４）ディスクの所定の動きの間に第２のトラックのマークを定量するステップと、（５）定量化されたマークの数とマークの所定の所望量との間の差を判定することにより偏心度を識別し、マークの所望量が一般には第１の分解能に対する第２の分解能の比に対応するステップと、及び（６）対応する識別された偏心度に基づき、相対的な角位置を調節するステップである。
【０００９】
本発明のこれらの、及びさらに他の目的と利点は、図面及び以下に示す好適実施例の詳細な説明を考察することにより、更に容易に理解されよう。
【００１０】
【発明の実施の態様】
最初に図１を参照すると、本発明の好適実施例に従って構成された位置エンコーダシステムが、全体を10で示されている。前述したとおり、図示したシステムは広い用途を持っているが、ここでは物体の精確な位置決めが必要な、インクジェットプリンタのような装置での使用について説明する。例えば、プリンタの（印刷媒体の前進を指示する）送りローラの位置決めが不正確であるとすると、色の縞模様の生成、不適切な間隔、さらには印刷された文字列の重なりなどの、色々な問題が生ずる。
【００１１】
図示した実施例では、位置エンコーダシステム10は、軸Ａ'の周りを回転する送りローラ（図示せず）の角位置の識別に使用するように構成されている。これは、ディスク20の形を取るコードホイールを使用して行われ、このディスクもまた、軸Ａ'の周りを回転するよう取り付けられている。理想的には、ディスクの回転軸は、その幾何学的中心Ａに対応しているが、通常はプリンタの組立時に許容される程度の不正確さのために、実際の回転軸Ａ'は、ディスクの幾何学的中心から偏っている。図示した実施例では、このような偏りを偏心度Ｅで示しているが、これは方向と振幅が共に変動しうる測定値である。
【００１２】
なおも図１を参照すると、コードホイールは、各々に一連の増分マーク23、25を備えた、一対のトラック22、24を形成していることが注目される。１つ又はより多くの増分マーク（即ちマーク26）を、コードホイールに沿う特定の位置（即ち始動位置）を識別するよう適合させることができる。例えばマーク26は、他のマークの３倍の幅を有しており、コードホイールの所定のホームポジション又は始動位置を示している。従って、コードホイールの位置を決定するときは、マーク26により規定される始動位置に対して測定が行われる。
【００１３】
トラックは通常、一対の同心リングを画定しており、これらはほぼディスクの周縁をたどっていて、それらの識別に対処するようになっている。内側トラック（又は第１のトラック）24は、分解能の低いトラックであり、第１の所定数の等間隔の増分マークを備えている。外側トラック（又は第２のトラック）22は、分解能の高いトラックであり、第１のトラックに付けられたマークの数より多い、第２の所定数の等間隔の増分マークを備えている。従って、第１のトラック24は第１の分解能を有し、第２のトラック22は第１の分解能より大きい、第２の分解能を有することになる。
【００１４】
第１のトラックの分解能は、第２のトラックの分解能より低いから、第１のトラックの各マークが、第２のトラックの複数のマークに対応することが理解されよう。このことは、第１のトラックの所定部分に付けられたマークの数と、これに対応する部分で第２のトラックに付けられたマークの数との間で、所望の相関を判定することに対処したものである。このような相関は、第２のトラックのマークに対する、第１のトラックのマークの比として規定することができる。好適実施例では、第１のトラックには48個のマークがあり、第２のトラックには960個のマークがある。従って、第１のトラックの各マークは、第２のトラックの20個のマークに対応する。図１に示すマークでは、この比は概略的にしか表されていない。
【００１５】
発明者らの教示によれば、エンコーダシステム10は、ディスクの第１及び第２のトラックに付けられた増分マークを識別するよう構成された、一対のセンサ（通常は光学センサ）30、40を備えている。第１のセンサ30は、ディスクが回転するに際して、第１のトラック24に付けられたマークを識別するように位置決めされている。第２のセンサ40は、第１のセンサ30とは直径方向で反対側にあり、ディスクが回転するに際して、第２のトラック22に付けられたマークを識別するように位置決めされている。別々のトラックのマークを別々のセンサで識別することにより、コードホイールの位置に関して異なる視点を得ることが可能になる。識別された位置の間での相関の存在、又は相関の欠如は、コードホイールの精度に関する表示を与える。そこでマイクロプロセッサ60（図面では「μＰ」と示されている）を用いて、実際に識別されたマークの数を、マークの所定の所望数に対して比較し、コードホイールの精度を決定することができる。
【００１６】
センサ30は、１又はより多くの第１の出力信号32を発生し、その各々は第１のトラックの分解能に対応する周波数を有する。図示した実施例では、第１のセンサは、方形波の形を取る単独の出力信号32を発生する。第１の信号の周期は１／Ｎであり、ここでＮは第１のトラックに沿った増分マークの数（例えば48）である。各周期は、第１のセンサが最初のマークを識別する最初の位置と、第１のセンサが次に隣接するマークを識別する次位置との間での、コードホイールの所定の移動に対応するものであり、連続するマークは、方形波の立ち上がり（又は立ち下がり）エッジにより識別される。コードホイールは従って、増分ステップで移動すると考えることができ、各ステップは、第１のトラックに沿って識別されるマークに対応する。しかしながら、コードホイールは通常、所与の印刷動作中は連続して移動し、その場合に増分ステップは、コードホイールの動きの所定の区画を表すことが理解されるであろう。
【００１７】
センサ40は、各々が第２のトラックの分解能に対応する周波数を有する、１又はより多くの第２の出力信号42、44を発生する。図１及び図３に示したように、第２の出力信号は、通常は位相シフトされた三角波の形を取る連続波である（波形44は波形42に対して90度位相シフトされている）。第２の信号の各々の周期は１／Ｍであり、ここでＭは第２のトラックに付けられた増分マークの数（例えば960）である。従って、第１出力信号の周期は、第２出力信号の周期の20倍である。
【００１８】
位相シフトされた第２出力は、三角波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの区別を考慮したものであり、またこれに対応して、第２のトラックに付けられたマークの連続的な値の定量化に対処したものである。例えば各三角波は、三角波の振幅のデジタル表現を与えるように、アナログ／デジタル変換器46（図面では「Ａ/Ｄ」と示されている）に伝えられることに注目すべきである。三角波はまた増幅器50を通され、対応して位相シフトされた方形波52、54（図３）を発生する。これらの方形波の各々はアップ／ダウンカウンタ56に伝えられる。三角波の振幅は、カウンタ56が発生するカウントと組み合わさって、第２のトラックに沿う連続的な位置の識別（連続的な値の定量）を可能にする。
【００１９】
カウンタは、両方の方形波の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを数えるように構成されており、システムの分解能の増大に備えている。例えば、カウンタ56は、第２の出力の各周期について、エッジ72、74、76及び78を数えることが注目される。カウンタは従って、第２のトラックの各マークが通過中に、カウントを４回行うことになる。コードホイールの精確な位置を識別する三角波の振幅によって、分解能は更に向上する。
【００２０】
コードホイールの所定の動きの各々の間に、カウンタは第２のトラックのマークを定量する。コードホイールの幾何学的中心がその回転軸に一致する場合には、カウンタはこのような動きの各々の間に、４Ｍ／Ｎ（好適実施例では80）を数える。これは、マークの所定の所望量に対応する。しかしながら、コードホイールが精確に配置されていなければ、カウンタのカウントは、コードホイールの偏心度に応じて変化する。このような偏差（偏心誤差とも言われる）は正弦波（図４に80で示す）により表され、その振幅が偏心誤差に対応する。正弦波の周期は通常、コードホイールの１回転に対応し、最大偏心誤差が±Ｘ（82、84で示す）で表される。
【００２１】
前述したように、マイクロプロセッサ60は、第１のセンサ、第２のセンサ（アナログ／デジタル変換器を介して）、及びカウンタに接続されて動作するものであり、偏心誤差を決定することができる。このことは、第２のトラックの増分マークの量を、第２のトラック上での増分マークの所定の所望量と比較することによって達成され、増分マークの所望量は、前述したように第１のトラックの増分マークと第２のトラックの増分マークの間における既知の関係に基づいて決定される。
【００２２】
偏心誤差の位相及び振幅を判定することにより、コードホイールの識別された相対角位置を調節して、偏心誤差を補正することが可能であることが認識されよう。このことは通常、コードホイールの選択位置に対応する誤差補正データを含むテーブルを用いて行われる。代わりに、偏心誤差をコードホイールの動きの各々について判定し、その時々で適切な補正を行うことができる。
【００２３】
好適実施例では、この偏心誤差は最初のセットアップ時に判定される。即ち偏心誤差は、
（１）トラック１のマークからマークへの各遷移について、トラック２の駆動ローラのエンコーダ値（Ｄre）、即ち（Ｄre(０)、Ｄre(１)、…、Ｄre(47)）を記録し、
（２）（Δ(ｋ＋１)＋Δ(ｋ)＋Δ(ｋ−１)）＝  Ｄre(ｋ＋１)−Ｄre(ｋ−２)が最大であるようなkmaxを求め（Δは連続するエンコーダ値の間の差（即ち、k＝０から47についてＤre(k)-Ｄre(k-1)）、
（３）（Δ(ｋ＋１)＋Δ(ｋ)＋Δ(ｋ−１)）＝  Ｄre(ｋ＋１)−Ｄre(ｋ−２)が最小であるようなkminを求め、
（４）偏心の大きさ（Ｅ）＝Ｃ*（Δ(kmax)−Δ(kmin)）＝Ｃ*（Ｄre(kmax)−Ｄre(kmax−１)-Ｄre(kmin)+Ｄre(kmin−１)）を求め、及び
（５）偏心位置（Ａｅ）＝（Ｄre(kmax)＋Ｄre(kmin)／２±960（3840より小さい方）を求める
ことにより決定される。図示した実施例では、トラック１の増分マークは48／回転（内側トラック）、トラック２の増分マークは960／回転（外側トラック）、Ｃ＝48／４／π／Ｒ／（１／r2＋１／r2)、Ｒ＝駆動ローラの半径（１インチ）、r1＝トラック１の半径（0.63インチ）、及びr2＝トラック２の半径（0.76インチ）である。
【００２４】
従って、コードホイールの所定の動き（Ｙ）について、下記の式に従って偏心誤差を補正することが可能である。
【００２５】
Pc=Po+Y+R*E/r1*(sin(2π(Po+Y-Ae)/3840)-sin(2π(Po-Ae)/3840))
ここで、Pc＝補正位置、Po＝最初の位置、Ｅ＝校正からの偏心の大きさ、Ae＝校正からの偏心の偏りであり、3840はコードホイールの第２のトラックに対応するカウントの総数である。
【００２６】
前述のシステムはかくして、図５に100で全般的に示した方法に従うものである。この方法は、第１の軸の周りを回転する物体の相対角位置の識別をもたらすものであり、（１）第１の分解能の増分マーク備えた第１のトラックと第２の分解能の増分マークを備えた第２のトラックを有するディスクを準備するステップ（全般に102で示す）と、（２）第１のトラックに隣接して、ディスクが回転するに際して第１のトラックの増分マークを識別する第１のセンサを準備するステップ（全般に104で示す）と、（３）第２のトラックに隣接して（且つ第１のセンサから角度的に変位させて）、ディスクが回転するに際して第２のトラックに付けられた増分マークを識別する第２のセンサを準備するステップ（全般に106で示す）と、（４）ディスクの所定の動きの間に第２のトラックの識別された増分マークを定量して、この所定の動きの後のディスクの相対的な角位置を識別するステップ（全般に108で示す）と、（５）所定の動きの後に第２のトラック上で識別された増分マークの数量と、第１の分解能に対する第２の分解能の比に対応する増分マークの所望量との間の差を判定することにより偏心度を識別するステップ（全般に110で示す）と、及び（６）対応する識別された偏心度に基づき、識別された相対的な角位置を調節するステップ（全般に110で示す）とからなる。
【００２７】
所定の動きとは、第１のセンサが第１のトラックの最初の増分マークを識別する最初の位置から、第１のセンサが第１のトラックの次の隣接する増分マークを識別する次位置までの、ディスクの移動として定義される。好適実施例では、増分マークを定量するステップと、偏心を判定するステップは、コードホイールが増分移動するごとに繰り返され、判定された偏心誤差は、コードホイールの偏心曲線を与えるためテーブルに格納される。従って偏心データは、プリンタの最初のセットアップ時に集める必要があるだけである。
【００２８】
本発明は、上記の動作原理及び好適実施例を参照して図示し説明してきたが、当業者には、特許請求の範囲に規定した本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、形態及び細目に関する他の変更を行い得ることが明らかである。
【００２９】
【発明の効果】
以上にように本発明によれば、コードホイールが不正確に取り付けられていた場合でも、コストの増大をもたらすことなしにこれを識別し、補正を自動的に行うことができる、優れた位置エンコーダシステムが得られる。
【００３０】
以下に本発明の好適な実施態様を例示的に列挙する。
【００３１】
１．第１の軸（Ａ'）の周りを回転する物体の相対的な角位置を決定するのに使用する位置エンコーダシステム（10）であって、
各々が所定分解能の増分マーク（23、25）を備えた第１及び第２のトラック（22、24）を有し、前記物体と共に第１の軸（Ａ'）の周りを回転するよう取り付けられているディスク（20）と、
前記ディスク（20）が回転するに際して、前記ディスク（20）の前記第１のトラック（24）に沿って増分マーク（25）を識別するよう構成された第１のセンサ（30）、
前記第１のセンサ（30）から離して設けられ、前記ディスク（20）が回転するに際して、前記ディスク（20）の前記第２のトラック（22）に沿って増分マーク（23）を識別するよう構成された第２のセンサ（40）と、
前記第２のセンサ（40）に接続されて動作し、前記第２のセンサ（40）により識別された増分マーク（23）を定量し、それにより前記ディスク（20）の相対的な角位置を追跡するよう構成されているカウンタ（56）と、及び
前記カウンタ（56）及び前記第１のセンサ（30）に接続されて動作し、前記第１のトラック（24）の所定部分と前記第２のトラック（22）の増分マーク（23）の量との間の相関を識別するのに使用されるプロセッサ（60）とを備え、前記相関が前記ディスクの精度を示すことからなる、位置エンコーダシステム（10）。
【００３２】
２．前記第１及び第２のトラック（22、24）が、前記ディスク（20）上で同心リングを形成している、上記１の位置エンコーダシステム（10）。
【００３３】
３．前記第１及び第２のトラック（22、24）が直径方向に反対側にある、上記２の位置エンコーダシステム（10）。
【００３４】
４．前記第１のトラック（24）が第１の分解能を有し、前記第２のトラック（22）が、前記第１の分解能より大きい第２の分解能を有している、上記１の位置エンコーダシステム（10）。
【００３５】
５．前記第２のセンサ（40）が１又はより多くのアナログ出力信号を発生し、該アナログ出力信号が前記増分マーク（23、25）の連続的な値の定量をもたらす、上記４の位置エンコーダシステム（10）。
【００３６】
６．前記プロセッサ（60）が、前記連続的な値の定量値と所定の所望カウントとの間の差を判定するよう構成されており、前記差がディスクの精度の尺度である、上記５の位置エンコーダシステム（10）。
【００３７】
７．前記物体について決定された相対角位置が、前記連続的な値の定量値と前記所定の所望カウントとの間の差に基づいて補正される、上記６の位置エンコーダシステム（10）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施例に従って構成された位置エンコーダシステムの概略図である。
【図２】図１に示した位置エンコーダシステムの一部を形成する第１のセンサの出力波形を示す。
【図３】図１に示した位置エンコーダシステムの一部を形成する第２のセンサの出力波形を示す。
【図４】補正前の典型的なコードホイールの偏心誤差を例示する波形を示す。
【図５】本発明の好適実施例に従って物体の相対的な角位置を識別する方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
20    ディスク
22、24    トラック
23、25    増分マーク
30、40    センサ
56    カウンタ
60    プロセッサ
【図１】
0004195519.tif 000002
【図２】
0004195519.tif 000003
【図３】
0004195519.tif 000004
【図４】
0004195519.tif 000005
【図５】
0004195519.tif 000006