(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の増分標識を有し、その増分標識中に、徐々に遷移する固有の特性をもつ一連の増分標識を含むトラックと、
前記トラックが相対運動するときの前記トラックに沿った前記増分標識を検出し、かつ固有の特性を有する前記一連の増分標識を識別するように構成されたセンサと、
隣り合った前記増分標識についての前記センサの出力のピーク振幅を平均し、その平均ピーク振幅とその平均ピーク振幅に対する所定のレベル値との比較に基づいて、前記一連の増分標識中の最も固有特性値の高い増分標識を基準位置増分標識として識別するプロセッサと、
前記センサに接続され、前記最も固有特性値の高い増分標識を示す増分標識を識別した後で前記センサによって検出される増分標識を定量化するカウンタと、
を備えて成る位置エンコーダ・システム。
【請求項２】
前記センサが、前記増分標識の不透明度を示すピーク振幅を有するパルスを含む出力信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の位置エンコーダ・システム。
【請求項３】
前記固有の特性が、所定のしきい値を越える不透明度であることを特徴とする請求項２に記載の位置エンコーダ・システム。
【請求項４】
前記最も固有特性値の高い増分標識の不透明度が約７５パーセントであることを特徴とする請求項３に記載の位置エンコーダ・システム。
【請求項５】
前記一連の増分標識中の前記最も固有特性値の高い増分標識を除く増分標識の不透明度が、約５０パーセント未満であることを特徴とする請求項４に記載の位置エンコーダ・システム。
【請求項６】
前記出力信号の各パルスが、前記トラックの所定の相対的な動きを表すことを特徴とする請求項２に記載の位置エンコード・システム。
【請求項７】
前記カウンタが、前記出力信号パルスを数えることによって増分標識を定量化することを特徴とする請求項７に記載の位置エンコード・システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、位置エンコーダに関し、より詳細には、埋め込み基準位置識別子を定義する増分標識を備えたコード・ホイールまたはコード・ストリップによって割り出しを行う位置エンコーダに関する。本発明は、広い用途に利用できるが、特にプリンタに適していることが分かっており、以下ではインクジェット方式のプリンタの文脈で説明する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインクジェット方式のプリンタにおいて、シート媒体は、１つ以上のフィード・ローラーを使ってシートを所定のシート媒体経路に沿ってプリンタ内で導くフィード機構によってプリンタ内で送られる。ローラーは、通常、投入トレイ内の媒体と摩擦で噛み合うように構成され、連続したシートが、投入トレイから引き出され、印刷を行う印字領域に導かれる。ローラーは、シートを正確に配置し、それに対応してシート上に画像を正確に配置するために高い精度で動かされる。
【０００３】
したがって、印刷の品質は、ローラー位置の正確な識別に依存し、その作業は、通常、位置エンコーダなどを使って行われる。そのような位置エンコーダは、通常、隣接するコード・ホイール（またはコード・ストリップ）のトラックに沿った増分標識を識別する１つ以上のセンサを使用する。コード・ホイール（通常は円盤）は、好ましくはフィード・ローラーとコード・ホイールの両方の中心軸のまわりに、フィード・ローラーと共に回転するように取り付けられる。コード・ホイールが回転すると、センサとその付随構造が、通過する増分標識の数を数え、各標識が、コード・ホイールの所定の角度の動きを示す。これにより、コード・ホイールとローラーとそれによって搬送されるシートの相対的な動きを識別することができる。
【０００４】
従来の位置エンコーダに関する１つの問題点は、コード・ホイールの絶対位置（相対位置と対照的な）を識別する難しさに関連していた。たとえば、従来の位置エンコーダは単にコード・ホイールの位置の増分変化をカウントすることは理解されよう。これは、コード・ホイールの実際の位置を識別できる基準を提供しない。しかしながら、そのような情報は、固有のエンコーダ位置決め誤差（たとえば、コード・ホイールの偏心性)に対処しそれに対応してシート上の画像の適切な配置を保証するのに重要である。
【０００５】
過去において、前述の問題には、コード・ホイールに依存しないインデックス・パルス検出器によって検出するためのインデックス・パルスを生成することによって対処していた。インデックス・パルスは、ローラーまたは印刷予定シートあるいはその両方の所定の位置を示すことは理解されよう。この手法は、有効な可能性もあるが、一般に高精度の光学系を必要とし、インデックス・パルスをコード・ホイールの正確な位置と関連づける必要がある。これらの要件は、エンコーダの複雑さを高め、多くの商用プリンタ用途ではコスト的に許容されないことがある。
【０００６】
もう１つの手法は、コード・ホイールに別のトラックを追加し、それに対応するチャネルを位置エンコーダに加えることである。したがって、位置エンコーダは、コード・ホイールの基準位置を識別するための個別の割出しサブシステムを備える。しかしながら、システムが別々の割出しサブシステムと増分サブシステムを使用するため、回路を追加しなければならない。したがって、この手法は、位置エンコーダの複雑さとプリンタ全体のコストの両方を高くする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の増分エンコーダの複雑さとコストを大幅に高めることなくコード・ホイールの絶対位置を識別することができる位置エンコーダ・システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の問題点に対処するため、埋め込み基準位置識別子を定義する増分標識を有するトラックを備えた位置エンコーダ・システムが提供される。トラックが動くとき、センサが増分標識の通過を検出し、そのような標識がトラックの所定の動きを示す。センサは、また、埋め込み基準位置識別子を検出し、それに対応して、トラックの絶対位置を定義する基準となる認識可能なインデックス・パルスを提供する。
【０００９】
プリンタにおいて、トラックは、一般に、コード・ホイールの角度方向の動きがローラーの角度方向の動きに対応しまたそれと関連したシートの動きに対応するように、プリンタのフィード・ローラーと一緒に回転するように取り付けられたコード・ホイール上に形成される。コード・ホイールが回転するとき、センサは、増分標識の通過を検出し、コード・ホイールの動きを定量化するために利用できる対応する一対の位相がずれた周期的波形を生成する。また、センサは、好ましくは波形のピーク振幅の所定の変化を識別することによって、埋め込み基準位置識別子を検出する。そのような変化は、１つ以上の増分標識の所定の特性を変更することによって達成することができる（たとえば、選択された標識の不透明度を高めることにより）。したがって、変更された標識は、コード・ホイールの基準位置を定義する基準となるコード・ホイールの絶対位置を定義すると考えることができる。
【００１０】
本発明の以上その他の目的および利点は、図面および以下に説明する好ましい実施形態の詳細な説明を検討することによりさらに容易に理解されよう。
【００１１】
【実施例】
最初に、図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態にしたがって構成された位置エンコーダ・システムの概略が１０で示され、このシステムは、物体の位置を定義するためにそのトラッキングを受ける物体と一緒に動くことができるトラッキング媒体を使用する。図のシステムは幅広い用途を有するが、本明細書では、フィード・ローラー位置の正確な決定が必要なインクジェット式プリンタなどの装置に使用されるシステムについて説明する。たとえば、フィード・ローラー位置を不正確に決定すると、カラーバンドが付いたり、間隔が不適切になったり、さらには文字の印刷ラインが重なったりする様々な問題を引き起こす可能性があることが理解されよう。
【００１２】
図示したように、図の位置エンコーダ・システムは、プリンタのフィード・ローラー（図示せず）の角度位置の決定に使用するように構成され、ローラーは、通常、軸Ａのまわりに回転するように構成される。図示した実施形態では、これは、トラッキング媒体をコード・ホイール２０（好ましくは円盤）の形で利用し、また軸Ａのまわりに回転するように取り付けることによって達成される。コード・ホイールは、通常、フィード・ローラーに連結され、コード・ホイールの対応する動きを追跡することによってフィード・ローラーの動きを追跡する。
【００１３】
コード・ホイール２０は、ディスクの外辺部に延びるトラック２２を一連の増分標識２３として定義する。標識は、間隔が狭くかつ均一であり、それぞれの標識が、コード・ホイールの外周に沿った所定の移動の増分を示す。したがって、標識を調べることにより、コード・ホイールの増分的な角度方向の動きを識別することができる。これを利用して、コード・ホイール（コード・ホイールの前の位置に対するその現在位置）と、それと関連したフィード・ローラー（図示せず）の相対位置を決定することができる。
【００１４】
エンコーダは、また、コード・ホイールが回転するときに増分標識の通過を検出するセンサ３０を備える。センサ（通常は光学センサ）は、位相がずれた１対の周期的出力３２、３４を生成し、それぞれの出力は、トラックに沿った増分標識の分解能に対応する周波数をもつ。それぞれの出力の周期は、Ｎをトラックに沿った増分標識の数としたときに、１／Ｎである。それぞれの周期は、センサが初期標識を識別する初期位置からセンサが隣りの次の標識を識別する次の位置までのコード・ホイールの所定の動きに対応する。したがって、連続する標識は、参照波形の隣接する周期によって識別される。
【００１５】
センサ出力は、通常、位相が９０度ずれたアナログ信号であり、それぞれの信号は、概略的に正弦波によって特徴付けられる（図３）。これらの信号は位相がずれているため、当業者は、正弦波の立ち上がりと立ち下がりに沿った対応する点（すなわち、同じ振幅の点）を区別できることを理解されよう。この区別と信号振幅を利用して、その波形の所定周期内のすべての点を識別することができる。したがって、位相がずれたセンサ出力によって、増分標識の断片的な定量化が行われ、それに対応してコード・ホイールの連続位置を確認することができる。
【００１６】
さらに図１を参照すると、それぞれのセンサ出力が、増幅器４０を介して、増分標識を予備的に定量化するアップ／ダウン・カウンタ５０に送られる。図示したように、増幅器は、通常、センサ出力を正弦波信号（図３）と見なすが、対応する増幅器出力４２、４４を、次にカウンタ５０に入力するための方形波信号（図４）の形で生成する。同様に、増幅器を利用して、他のアナログ波形（たとえば、三角波信号）をカウンタに入力する方形波信号に変換することができる。これにより、カウンタは、増分標識の数をカウントし、その計数値をさらに定量化するためにマイクロプロセッサ７０（図では「μＰ」と呼ばれる）に渡すことができる。
【００１７】
好ましい実施形態において、カウンタは、トラックに沿った増分標識の分解能に対してエンコーダの分解能を高めるために、方形波信号（両方の信号）の立ち上がりと立ち下がりの両方をカウントする。したがって、カウンタは、個々の増分標識が通過している間に４回カウントすることになる。分解能は、センサ出力の振幅を考慮することによってさらに高められ、そのような振幅は、一般に波形の所定部分に沿って繰り返さない（たとえば、正弦波信号のこれらの部分は、方形波信号の連続的な立ち上がりと立ち下がりの回数に対応する）。
【００１８】
また、センサ出力は、信号振幅のディジタル表示を提供するために、アナログ−デジタル変換器６０（図では「Ａ／Ｄ」と呼ばれる）に送られる。信号振幅は、コード・ホイールの増分標識をさらに定量化（断片的定量化）するためにマイクロプロセッサ７０に渡される。したがって、センサ出力の振幅をカウンタ５０によって生成されたカウントと組み合わせることによって、事実上コード・ホイールの回転経路に沿った任意のコード・ホイール位置を識別することができる。
【００１９】
コード・ホイールの絶対位置を識別するために、エンコーダは、コード・ホイールの動きを割り出すために使用できる基準位置インジケータを利用する。基準位置インジケータは、通常コード・ホイールによって定義され、通常コード・ホイールの１つ以上の増分標識に埋め込まれる。これにより、連続的なプリンタ動作のために、コード・ホイールの位置を、一定の基準位置に対して定義することができる。さらに、コード・ホイールの基準位置を一度識別した後は、検出したコード・ホイールの増分動作に基づいてローラーの次の絶対位置を識別することができる。
【００２０】
図示した実施形態では、基準位置インジケータがトラック２２に沿って定義され、１つ以上の増分標識が、他の標識の位置を定義する基準となる指標を示すように適合される。したがって、基準位置インジケータを検出するセンサの次のセンサで検出された標識の定量化によって、絶対的なコード・ホイール位置の識別を実現することができる。しかしながら、基準位置インジケータは標識の定量化に対して透明であり、したがって、コード・ホイールの分解能を損なわずにコード・ホイールの絶対位置を決定することができることを理解されよう。
【００２１】
図２に、コード・ホイール２０の拡大部分を示し、この部分は、前述のコード・ホイール・トラックの一部分を含む。図示したように、トラックは、複数の等間隔の増分標識によって定義され、それぞれがほぼ透明（または半透明）な台形の形をとる。したがって、センサは、透明な標識の光の通過に対応する出力を生成することによって増分標識を識別する。出力は、本明細書に説明するような増分標識の定量化に使用するために、増幅器４０によって方形波信号４２、４４（図４）に変換できる１対の移相正弦波信号３２、３４（図３）の形をとる。
【００２２】
本発明によれば、通常、コード・ホイールの所定の特性を変更することによって、付加的な情報を伝えるようにコード・ホイールを適合させることができる。たとえば、光センサを使用する場合、情報は、コード・ホイールの光学濃度を適合することによって提供することができる。これは、通常、１つ以上の増分標識の不透明度を区別することによって達成される。したがって、コード・ホイールの標識は、コード・ホイール位置を定義できる基準位置（または標識）を識別する埋め込み基準位置インジケータ８０を含むと考えることができる。基準位置インジケータを１つだけ図示したが、当業者は、付加的な情報（位置の情報など）を提供するために追加のインジケータを利用することができることを理解されよう。
【００２３】
増分標識の区別した不透明度に対応して出力信号３２、３４の特性が変化する。通常、この変化は、センサ出力信号のピーク振幅の微分によって具体化される。このピーク振幅の微分は、アナログーデジタル変換器６０によって検出され、解釈のためのマイクロプロセッサ７０に送られる
【００２４】
好ましい実施形態において、基準位置インジケータは、不透明度を区別した一連の標識によって定義され、そのような標識は、ピーク振幅が標識の不透明度によって変化するセンサ出力信号をセンサに生成させるように構成される。したがって、標識の不透明度が変化すると、センサ出力信号のピーク振幅が、所定のピーク振幅範囲から外れた振幅に低下する（または上昇する）ことがある。図の位置エンコーダ・システムのピーク振幅範囲は、所定の不透明度しきい値を越える不透明度を有する標識の識別に適応するように選択される。そのしきい値は、標識の不透明度が約５０パーセントのよりも高いときに越えることが好ましい。増分標識８２は、たとえば、不透明度が約７５パーセントであり、所定のピーク振幅範囲から外れた（それよりも低い）ピーク振幅をもつ出力信号パルス９２を生成する。
【００２５】
また、標識８２のまわりの増分標識は、インデックス標識を透明から実質上不透明に徐々に移行させるため多少不透明でもよい。したがって、標識８２の不透明度は約７５パーセントであり、標識８４の不透明度は約５０パーセントであり、標識８６の不透明度は約２５パーセントであり、標識８８は実質上透明である。また、残りの標識（コード・ホイールの周囲に延びる）は、実質上透明である。
【００２６】
本発明の１つの実施形態において、隣り合った出力信号パルスのピーク振幅が、マイクロプロセッサ７０によって平均され、その平均ピーク振幅がインデックス・パルスのより信頼性の高い指示を提供する。たとえば、センサが１つの増分標識の検出に失敗しても、所定のレベルよりも低い平均ピーク振幅を有する一連の標識の検出に失敗することはほとんどありえないことを理解されよう。しかしながら、前述のような標識の不透明度の移行のため、エンコーダの割り出しの分解能は変化しない。
【００２７】
いずれにしても、増分標識８２は、まわりの増分標識８４、８６、８８の不透明度よりもかなり高い不透明度に定義される。これに対応して、標識８２は、周囲の増分標識よりも少ない光しか通過させない。したがって、センサ３０は、正弦波出力信号３２、３４（図３）を生成し、そのうちの少なくとも１つ信号は、周辺のパルス９４、９６、９８のピーク振幅よりもかなり低いピーク振幅を有するインデックス・パルス９２を含む。したがって、インデックス・パルスを利用して、コード・ホイールの将来の位置を定義する基準となる基準位置を識別することができる。マイクロプロセッサが所定レベルよりも低いピーク振幅を検出するとき、コード・ホイールの基準位置が定義される。
【００２８】
当業者は、増分標識の不透明度を変化させることが、コード・ホイールに情報を記録する唯一の方法ではないことを理解されよう。たとえば、標識の形状またはサイズを変更しても同様の効果を得ることができることを理解されよう。また、出力信号（たとえばピーク領域）の未使用部分を形成してマイクロプロセッサに他の情報を伝えることもできる。
【００２９】
したがって、前述のシステムは、図５に全体を１００で示した方法に従う。その方法は、対象媒体の絶対位置を確認するために、（１）トラッキング媒体が相対運動するときにトラッキング媒体を調べて、少なくとも１つの標識が所定の特性を有する増分標識を検出する段階と（全体を１０２で示した）、（２）増分標識の検出に応答して、所定の特性を示す属性を含む出力を生成する段階と（全体を１０４で示した）、（３）その出力を調べて所定の特性を有する標識を示す属性を識別する段階と（全体を１０６で示した）、（４）属性の識別によって媒体の基準位置を定義する段階と（全体を１０８で示した）、（５）属性を識別した後で基準位置検出する増分標識を定量化して、トラッキング媒体の基準位置に対する絶対位置を識別する段階と（全体を１１０で示した）を含む。
【００３０】
本実施形態において、所定の属性は不透明度である。所定の範囲内の不透明度をもつ標識（または一連の標識）を識別することにより、基準位置が定義され、増分標識の定量化が開始される。通常、標識は、正弦波センサ出力信号をカウンタに入力できる方形波信号に変換することによって定量化される。また、センサ出力信号は、信号振幅のアナログ−ディジタル変換器に送られる。次に、マイクロプロセッサが、標識の断片的な定量化に使用するカウンタとアナログ−デジタル変換器からデータを受け取る。これを利用して、コード・ホイールの絶対位置を定義することができる。
【００３１】
本発明を、以上の動作原理と好ましい実施形態を参照して示し説明したが、当業者には、形態および詳細における他の変更を行えることが明らかであろう。たとえば、前述のコード・ホイールの代わりに、リニア・トラックを定義する増分標識を含むコード・ストリップの形をとることもできる。したがって、センサが増分標識を検出してコード・ストリップの所定の直線的な動きを識別できるようにリニア・トラックの動きを適応させることができる。
【００３２】
以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００３３】
[実施態様１]
所定の１つが固有の特性をもつ増分標識（２３）有するトラック（２２）と、前記トラック（２２）が相対運動するときの前記トラック（２２）に沿った増分標識（２３）を検出し、かつ前記固有の特性を有する前記増分標識の所定の１つ（８２）を識別するように構成されたセンサ（３０）と、
前記センサ（３０）に接続され、前記固有の特性を識別した後で前記センサ（３０）によって検出される増分標識（２３）を定量化するカウンタ（５０）と、
を備えて成る位置エンコーダ・システム（１０）。
【００３４】
[実施態様２]
前記センサ（３０）が、前記増分標識（２３）の不透明度を示すピーク振幅を有するパルス（９２、９４、９６、９８）を含む出力信号（３２、３４）を生成することを特徴とする実施態様１に記載の位置エンコーダ・システム（１０）。
【００３５】
[実施態様３]
前記固有の特性が、所定のしきい値を越える不透明度であることを特徴とする実施態様２に記載の位置エンコーダ・システム（１０）。
【００３６】
[実施態様４]
前記増分標識（８２）の前記所定の１つの不透明度が、約７５パーセントであることを特徴とする実施態様３に記載の位置エンコーダ・システム（１０）。
【００３７】
[実施態様５]
前記増分標識（８２）の前記所定の１つを除く全ての不透明度が、約５０パーセント未満であることを特徴とする実施態様４に記載の位置エンコーダ・システム（１０）。
【００３８】
[実施態様６]
前記増分標識（２３）の不透明度が、透明から不透明度約７５パーセントまで徐々に遷移することを特徴とする実施態様４に記載の位置エンコード・システム（１０）。
【００３９】
[実施態様７]
前記出力信号（３２、３４）の各パルス（９２、９４、９６、９８）が、前記トラック（２２）の所定の相対的な動きを表すことを特徴とする実施態様２に記載の位置エンコード・システム（１０）。
【００４０】
[実施態様８]
前記カウンタ（５０）が、前記出力信号パルス（９２、９４、９６、９８）を数えることによって増分標識（２３）を定量化することを特徴とする実施態様７に記載の位置エンコード・システム（１０）。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を用いることにより、増分エンコーダの複雑さとコストを大幅に高めることなくコード・ホイールの絶対位置を識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態にしたがって構成された位置エンコーダ・システムのある程度概略的な図である。
【図２】図１に示す位置エンコーダ・システムの一部分を構成するコード・ホイールの部分拡大図である。
【図３】図１に示す位置エンコーダ・システムの一部分を構成するセンサによって生成される例示的なアナログ波形を示す図である。
【図４】図３のアナログ波形から得られる例示的なディジタル波形を示す図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態により位置エンコーダ・システムの割出しを行う方法を例示するフローチャートである。
【符号の説明】
１０：位置エンコード・システム
２０：コード・ホイール
２２：トラック
２３：増分標識
３０：センサ
３２：正弦波出力信号
３４：正弦波出力信号
４０：増幅器
４２：方形波信号
４４：方形波信号
５０：カウンタ
６０：アナログーデジタル変換器
７０：マイクロプロセッサ
８０：基準位置インジケータ
８２：増分標識
８４：増分標識
８６：増分標識
８８：増分標識
８６：標識
８８：標識
９２：出力信号パルス
９２：出力信号パルス
９４：出力信号パルス
９６：出力信号パルス
９８：出力信号パルス
【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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