CN100424971C - 多面镜电机的偏心测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多面镜电机的偏心测量装置，其包括：第一光源；由多面镜反射自此第一光源射出的第一测量光、对所反射的第一反射光的位置进行检测的光学位置检测元件；第二光源；由多面镜反射自所述第二光源射出的第二测量光、对所反射的第二反射光的位置进行检测的光检测元件；和在所述光检测元件检测所述第二反射光的时点计算出所述光学位置检测元件的输出的偏心计算器。其中，构成为，所述第二测量光和所述第二反射光具有规定的角度，并且，所述第一测量光和所述第一反射光构成的平面与所述第二测量光和所述第二反射光构成的平面互相垂直。

Description

多面镜电机的偏心测量装置
技术领域
本发明涉及对在激光束打印机或彩色复印机等当中使用的多面镜电机的偏心率进行非接触测量的装置。
背景技术
一般说来，对于电机来说，发生偏心起因于轴的振摆。在各种驱动盘用的主轴电动机中，应该竭力避免这样的偏心。测量这种偏心，由于作为被检测部分的转轴几乎是圆筒状的，一般在被检测部分中使用接触型的度盘表或电动测微计，或者非接触型的静电电容位移计或激光位移计来进行。
在比如日本专利申请特开平5-227710中公开了这种偏心的具体测量方法。除了检测位移计输出峰值的第一峰值检测器以外，设有第二峰值检测器，通过取两个峰值检测器得到的峰值的差来测量出偏心的方法是已知的。
另外，在多面镜电机的情况下，被检测部是多面体的镜面，即非圆筒状的，由于不允许进行接触型的测量，测量方法就完全不同。当然不能使用接触型传感器。而在非接触型静电电容位移计的情况下，由于要求设置接近几十微米的程度，在具有角部分的多面镜中产生了传感器与多面镜的冲突等问题，使得难以进行测量。而由于一般市场上销售的激光位移计，其响应速度为微秒级，可以测量的范围最多不过是每分钟几百转，而在像多面镜电机那样每分钟几万转的状态下，进行偏心的测量是不能使用的。
多面镜电机用在激光束打印机或彩色复印件等当中，由于其直接关系到印刷的质量，要求有极高的精度。多面镜直接连接着无电刷直流电机的输出轴，以每分钟几万转的高速旋转，作为在高速旋转的状态下进行动态偏心测量的方法，已知有比如日本专利申请特开平2-204713的方法。
图9表示现有的多面镜电机的偏心测量装置的构成图。固定在电机转轴80上的多面镜81以高速旋转。由第一激光源82射出的激光束L1以一个角度照射在此多面镜81上。由其反射的激光束L2，通过圆柱状透镜87入射到能够检测出通过后的激光束位置的位置检测器83上。
另外，由第二激光源84射出的激光束L3，通过半反射镜(halfmirror)85，通过后的激光束L4照射到多面镜81上。由其反射的激光束L5再入射到半反射镜85上，其反射光L6入射到触发发生器86中。
在此如图9所示，当多面镜81的反射面与入射的激光束L4相垂直时，反射的激光束L5入射到半反射镜85中，其反射光L6入射到触发发生器86中。从而，当多面镜81处于该图的状态时，由触发发生器86产生触发信号，观察此时位置检测器83的输出信号就能够测量偏心量。
但是，当多面镜81与该图的状态形成一个角度时，除了由第二光源84射出的激光束L3，通过所示激光束L5、L6的路径，入射到触发发生器86的状态以外，也会发生由第一光源82射出的激光束L1经过上述激光束L5、L6的途径入射到触发发生器86中的状态。从而，必须将触发发生器86的输出信号分离出由第一光源82产生的伪触发信号，取出由第二光源84产生的真触发信号就成为一个课题。
发明内容
本发明的多面镜电机偏心测量装置包括如下的结构。
包括：第一光源；由多面镜反射自第一光源射出的第一测量光、对所反射的第一反射光的位置进行检测的光学位置检测元件；第二光源；由多面镜反射自此第二光源射出的第二测量光、对所反射的第二反射光的位置进行检测的光检测元件；和在此光检测元件检测第二反射光的时刻计算光学位置检测元件的输出的偏心计算器。
在此，构成为，第二测量光和第二反射光具有规定的角度，第一测量光和第一反射光构成的平面与第二测量光和第二反射光构成的平面互相垂直。
按照此结构，没有必要使用半反射镜之类的光学部件，成为极其简单的光学系统。也没有必要分离伪触发信号，使其结构成为极其简单的电气系统。这样的本发明多面镜电机偏心测量装置由于结构简单而降低了成本，能够提供高精度的多面镜电机的偏心测量装置。
附图说明
图1是涉及本发明第一实施方式的偏心定义的说明图。
图2是涉及本发明第一实施方式的偏心测量原理的说明图。
图3是涉及本发明第一实施方式的偏心测量装置的结构图。
图4是涉及本发明第一实施方式的偏心测量装置的补充说明图。
图5是涉及本发明第一实施方式的偏心测量装置的整体结构图。
图6是涉及本发明第一实施方式的偏心测量装置的波形说明图。
图7是涉及本发明第二实施方式的偏心测量装置的结构图。
图8是涉及本发明第二实施方式的偏心测量装置的波形说明图。
图9是现有的偏心测量装置的结构图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
多面镜电机用于激光束打印机或彩色复印件中，由于其直接关系到印刷的质量，要求极高的精度。多面镜直接连接着无电刷直流电机的输出轴，以每分钟几万转的高速旋转。此多面镜的面数根据这些机械的光学系统设计的不同，使用了2面、4面、6面、8面等各种形式，为了简化，本实施方式的镜面数以4面进行说明。
图1是涉及本发明第一实施方式的偏心定义的说明图。当具有处于没有偏心存在的理想状态的多面镜1和具有偏心E的多面镜2时，多面镜2的旋转中心相对于多面镜1的旋转中心O的偏移量E就称为偏心。在本发明中，通过分别测量偏心E在x方向的分量Ex和在y方向的分量Ey，通过公式1求出偏心E。
E = Ex 2 + Ey 2 (公式1)
图2是涉及本发明第一实施方式的偏心测量原理的说明图。假设多面镜1是4面的，多面镜电机(图中未显示)处于旋转状态。如果以反射镜1在纸面上直向着上方时的反射镜的姿势取作零度姿势，在多面镜电机的1个旋转中存在着4个零度姿势11、12、13、14。当多面镜电机1具有偏心时，当见到零度姿势11、12、13、14时在纸面的纵向上会发生反射镜面的移位。对于此移位，零度姿势11和零度姿势13之间的移位x13是Ex(或Ey)。零度姿势12和零度姿势14之间的移位x24是Ey(或Ex)将此Ex、Ey代入(公式1)就能够计算出偏心E。
在图2中，来自第一光源31的测量光通过光学透镜34(比如物镜)，被多面镜1反射入射到位置检测元件32上。在此，位置检测元件32，在多面镜电机的旋转方向R上在横向设置以能够进行位置检测。为了检测反射镜处于零度姿势，第二光源35、光检测元件36(比如光电二极管)和狭缝37，在纸面上看配置在同一直线上。
由第一光源31发射的第一测量光M1，相对于多面镜1的零度姿势以入射角θ入射。被多面镜1反射的第一反射光，在多面镜1的零度姿势11时为M21，在零度姿势12时为M22，在零度姿势13时为M23，在零度姿势14时为M24。
当将在零度姿势11时和零度姿势13时的位置检测元件32的输出电平差取为A13，将在零度姿势12时和零度姿势14时的位置检测元件32的输出电平差取为A24，而第二光源的光轴相对于第一光源光轴的角度取为θ时，就能够得到(公式2)和(公式3)。
x13＝A13·cosθ...........(公式2)
x24＝A24·cosθ...........(公式3)
由于偏心E的x分量Ex是第一面和第三面出入差的1/2，y分量Ey是第二面和第四面出入差的1/2，得到下面的(公式4)和(公式5)。
Ex＝(x13)/2.........(公式4)
Ey＝(x24)/2..........(公式5)
将(公式2)、(公式3)、(公式4)和(公式5)代入(公式1)中，可以用如下的(公式6)求出偏心E。
E = 1 2 cos θ A 13 2 + A 24 2 (公式6)
然后，在图3～图6中具体说明涉及本发明第一实施方式的偏心测量装置。图3和图4是光学系统的结构图，图3是从作为被测物的多面镜电机(图中未显示)的转轴20的方向观察的说明图，图4是从转轴20的直角方向上观察的图。
来自第一光源31的测量光通过光学透镜34(比如对物镜)，作为第一测量光M1入射到多面镜21上。被多面镜21反射的第一反射光M2入射到位置检测元件32上。
位置检测元件32使用了一维PSD(位置敏感检测器：PositionSensitive Detector)。PSD是利用光电二极管表面电阻的点光位置传感器，由于是与CCD等不同的非分离型的，得到连续的模拟信号，响应性是优良的。伴随着多面镜电机的偏心，此位置检测元件32输出的变化如在前面所述。
另外，由第二光源35射出的第二测量光M3，被多面镜21反射，被反射的第二反射光M4经过狭缝37入射到光检测元件36上。在此，如在图4中所示，第二测量光M3配置成，相对于多面镜21的反射面不是直角，从具有角度α的倾斜方向入射。从而第二反射光M4也是成为倾斜方向的，不会受到第二光源35的干涉，能够入射到光检测元件36上。由于此第二测量光M3的入射角α越大测量的误差就会增加，设定得角度尽可能地小，第二测量光M3和第二反射光M4所夹的角度设定在10°以上，30°以下的范围内。
在此，第二测量光M3的入射角α越大则测量误差就增大，其原因是由于多面镜21的面倒角或者说面加工的精度，使得第二反射光M4入射到光检测元件36的时间发生偏离。从而，在相对于多面镜21配置第二光源35和光检测元件36时，在可允许的范围内，角度α优选设定在尽可能小的角度。
通过以上的说明可以看出，当第一测量光M1和第一反射光M2构成的平面与第二测量光M3和第二反射光M4构成的平面是互相垂直的。
下面，在图5和图6中，更详细地说明偏心测量的方法。图5是也包括电气系统的整体结构图，图6是波形说明图。
位置检测元件32的输出在放大电路41中被放大。此放大了的信号43被输入到A/D变换器(模拟/数字变换器)45中。同样光检测元件36的输出也在放大电路42中被放大。此放大了的信号44被输入到A/D变换器45中。
在图6中显示出此信号43和信号44的波形。信号44的上升沿发生的时点是多面镜21的零度姿势时点，测量此时点的信号43的电平。得到多面镜21的零度姿势11和零度姿势13的偏差A13、和多面镜21的零度姿势12和零度姿势14的偏差A24。而信号44，虽然是在上升沿检测多面镜的零度姿势，这通过对光学系统进行机械配置取为下降沿也是可以的。
在图5中，A/D变换器45的输出被输入到运算器46中进行上述(公式6)的运算，计算出偏心E。此运算器46、A/D变换器45和放大电路41、42构成了偏心计算器47。
上面的说明是针对4面的多面镜进行的。在激光束打印机或彩色复印机等中使用的多面镜电机，根据其光学系统设计的不同可以使用2面、4面、6面、8面等不同面数的。无论面数如何本发明都是有效的。
从上面的说明可以看出，涉及本发明的多面镜电机偏心测量装置，无须使用半反射镜等光学器件，构成极其简单的光学系统。也没有必要分离出伪触发信号，电气系统的结构也是简单的。如此本发明的多面镜电机偏心测量装置由于结构简单而降低了成本的同时，能够得到高精度的多面镜电机偏心测量装置。
(实施方式2)
图7是涉及本发明第二实施方式的偏心测量装置的结构图，图8是其波形说明图。本实施方式2与上述实施方式1具有几乎同样的结构。下面主要说明不同的结构，同样的部分赋予同样的参照符号说明予以省略。
来自第一光源31的测量光通过光学透镜34(比如对物镜)作为第一测量光M1入射到多面镜21上。被多面镜21反射的第一反射光M2入射到位置检测元件32中。此结构与实施方式1是同样的。
下面说明的第二光源51的结构与实施方式1不同。这就是说，为了检测多面镜21处于零度姿势的第二光源51，其配置的方式使得被光学透镜52变换为平行光的第二测量光M5掠过多面镜21的反射面。此被平行化的第二测量光M5被旋转的多面镜21遮挡住一部分或全部，成为透过光M6。此透过光M6由光检测元件53(比如光电二极管)检测。
光检测元件53的输出在放大电路55中被放大，得到信号56。如在图8中所示，信号56在多面镜21呈零度姿势时成为峰值。在此信号56峰值时点测量信号43的电平。得到多面镜21的零度姿势11和零度姿势13的偏差A13以及多面镜21的零度姿势12和零度姿势14的偏差A24。由此得到的偏差A13和偏差A24求出偏心E的结构与实施方式1相同。
此第二测量光M5，也可以在多面镜21的转轴20的轴向射出，而在本实施方式中是在转轴20的垂直方向射出的。这是由于在多面镜21的零度姿势得到更为陡峭的波形。从而本实施方式的构成，第二测量光M5和透过光M6与第一测量光M1和第一反射光M2构成的平面在同一平面上。而透过光M6和第一测量光M1构成的角度θ1与第二测量光M5和第一反射光M2构成的角度θ2是同样的。
按照这样的结构，与实施方式1同样，无须使用半反射镜之类的光学器件，以极其简单的结构降低了成本的同时，能够得到高精度的多面镜电机偏心测量装置。

Claims (5)

1. 一种多面镜电机的偏心测量装置，使多面镜固定在输出轴上并旋转，其特征在于，该装置包括：
第一光源；
由所述多面镜反射自所述第一光源射出的第一测量光、对所反射的第一反射光的位置进行检测的光学位置检测元件；
第二光源；
由所述多面镜反射自所述第二光源射出的第二测量光、对所反射的第二反射光的位置进行检测的光检测元件；和
在所述光检测元件检测到相对于所述第一反射光而由所述多面镜的同一反射面所反射的所述第二反射光的时点计算出所述光学位置检测元件的输出的偏心计算器，
其中，在所述第二测量光和所述第二反射光之间具有规定的角度，并且，所述第一测量光和所述第一反射光构成的平面与所述第二测量光和所述第二反射光构成的平面互相垂直。
2. 如权利要求1所述的多面镜电机的偏心测量装置，其特征在于，
所述规定角度在10°以上30°以下的范围内。
3. 如权利要求1所述的多面镜电机的偏心测量装置，其特征在于，
该装置还包括一个狭缝，所述第二反射光通过所述狭缝入射到所述光检测元件。
4. 如权利要求1所述的多面镜电机的偏心测量装置，其特征在于，
所述光学位置检测元件是一维位置敏感检测器，输出模拟信号。
5. 如权利要求1所述的多面镜电机的偏心测量装置，其特征在于，
所述偏心计算器包括A/D变换器和运算器。
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