JP2004045400A - オプティカルエンコーダ用のオプティカルパターン - Google Patents

Abstract

【課題】粒子物質の蓄積を低減したオプティカルエンコーダを提供する。
【解決手段】オプティカルエンコーダは、絶縁材料を含む平坦表面を備えている。オプティカルエンコーダパターンは、部分的にその平坦表面を占有する。このエンコーダパターンには、伝導体からできた少なくとも１つの連続する幾何学形状がある。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像システムに関し、より詳細には、オプティカルエンコーディングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
オプティカルエンコーディングは、移動する構成要素間のモーション（動き）を測定および追跡するために、安価で信頼のおける方法として機械式システムにおいてしばしば用いられている。例えば、プリンタ、スキャナ、写真複写機、ファックス機、プロッタ、および他の撮像システムは、一般に、画像が媒体に印刷されるかまたは画像が媒体からスキャンされるときに、オプティカルエンコーディングを用いて、紙などの画像（記録）媒体の位置を追跡する。
【０００３】
オプティカルエンコーディング用の一般的な技術の一例では、オプティカルセンサおよびオプティカルエンコーダが用いられる。オプティカルセンサは、オプティカルエンコーダの表面に焦点を合わせる。センサがエンコーダに対して移動するか、またはエンコーダがセンサに対して移動すると、センサは、エンコーダ上のパターンを読み出してモーションを検出する。
【０００４】
通常のエンコーダパターンは、特徴部が交互に連続している。エンコーダとセンサが互いに移動すると、パターン内の１つの特徴部から次の特徴部への移行が、光学的に検出される。例えば、エンコーダパターンは、不透明な材料に設けた、穴または光学的に透過性のウィンドウの交互のパターンであり得る。この場合、光学センサは、暗いところから穴またはウィンドウを通過する光への移行を検出することができる。
【０００５】
他の多くの機械式構成要素のように、オプティカルエンコーダは、大抵の場合、プラスチックなどの絶縁材料で形成されている。プラスチックエンコーダと、プラスチックセンサハウジングまたはガイドなどの他の材料との間の摩擦によって、エンコーダ上に表面電荷が生成される。この電荷は、摩擦電荷と呼ばれる。この電荷は、インクジェットプリンタ内の紙くずおよびインクエアゾールなどの風媒粒子を引きつける傾向がある。時間と共に、粒子物質（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｍａｔｔｅｒ）は、エンコーダ上に蓄積して、エンコーディングパターン内の特徴部間の移行がはっきりしなくなり光学エンコーディングプロセスの精度が低下する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電荷の蓄積を低減したオプティカルエンコーダを提供することである。
【０００７】
本発明の実施例は、添付の図面に示される。しかし、添付の図面は、本発明の範囲を限定しない。図面内の同様の参照符号は、同様の要素を示す。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下の詳細な記載では、本発明を完全に理解してもらうために、多数の具体例が説明される。しかし、当業者であれば、本発明は、これらの具体的な説明がなくても実行され得るものであり、本発明は示される実施形態に限定されず、また本発明は様々な他の実施形態においても実行され得ることを理解するであろう。他の形態の場合には、周知の方法、手法、構成要素および回路については、詳細には記載されていない。
【０００９】
様々な動作（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）は、本発明を理解するのに有用な方法で実施される多数の別個のステップとして記載されている。しかし、記載の順序は、これらの動作が示される順序で必ず実施されることを意味する、あるいは順序に依存するものとして解釈されてはならない。最後に、フレーズ「一実施形態において」を繰り返し用いているが、これは同じ実施形態を指す場合もあるが、そうではない場合もある。
【００１０】
様々な実施形態において、本発明では、オプティカルエンコーダから電荷が分散および／または放電される。本発明の実施形態では、実質的にコストを増加させない限り、時間と共にオプティカルエンコーダ上に粒子物質が蓄積するのを実質的に低減し得る。一般に、本発明の実施形態は、伝導材料の連続した幾何学的形状を有するエンコーダパターンを用いて、電荷が高電位の領域から低電位の領域に移動することを可能にする。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態が用いられ得る機械式システムの例を示す。フィードローラ１２０は、撮像媒体１１０と接触し、撮像媒体１１０がフィードローラ１２０に対して垂直に移動する際に回転する。オプティカルエンコーダ１４０は、フィードローラ１２０の端部に取り付けられ、フィードローラ１２０と共に回転する。オプティカルセンサ１３０は、オプティカルエンコーダ１４０に対して配置され、エンコーダ１４０の回転モーションを検出する。
【００１２】
ガイド１５０は、電荷のソース（供給源）の例である。示される実施形態では、エンコーダ１４０は、薄い可撓性の膜を有する。接触伝導体であるガイド１５０は、エンコーダ１４０を押圧し、所定の間隔をエンコーダ１４０とセンサ１３０との間に維持する。エンコーダ１４０およびガイド１５０が共に絶縁体である場合、ガイド１５０は、エンコーダ１４０が回転するとき、エンコーダ１４０の面上の摩擦経路に沿って摩擦電荷を生成する。他の実施形態では、電荷は、任意の数のさらなるソースからエンコーダ１４０上に蓄積し得る。
【００１３】
図２は、フィードローラ１２０の端部から見た、図１の機械式システムを示す。エンコーダ１４０は、ホイール形状を有し、ホイールの縁部に沿ってエンコーディングパターン２１０を有する。センサ１３０は、エンコーディングパターン２１０を横断してエンコーダ１４０にまたがる。ガイド１５０との摩擦の経路がエンコーディングパターンの上にあるとすると、摩擦電荷は、放電または分散されない限り、好んで粒子物質をパターン２１０に引きつける。
【００１４】
図３は、本発明の一実施形態である機械式システムの他の簡略化された例を示す。図１および図２に示されるようにエンコーダホイールを回転させる代わりに、図３の実施形態は、細片またはテープ形状の固定されたオプティカルエンコーダ３５０を用いている。上記のエンコーダ１４０と同様に、エンコーダ３５０は、図３において縁部から見ると薄い可撓性の膜である。
【００１５】
エンコーダ３５０および横キャリッジ軸３２０は共に、２つの支持取付部３１０間に設けられている。撮像素子３３０は、横キャリッジ軸３２０に取付けられ、撮像媒体１１０の上を横方向に移動する。撮像素子３３０は、例えば、プリントヘッド、スキャンヘッド等であり得る。オプティカルセンサ３４０は、撮像素子３３０に取付けられ、エンコーダ３５０の上をまたがっている。撮像素子３３０が横キャリッジ軸３２０に沿って移動すると、オプティカルセンサ３４０は、エンコーダ３５０に対するモーションを検出する。
【００１６】
図４は、オプティカルエンコーダ３５０の表面を斜めから見た、図３の機械式システムを示す。エンコーダ３５０は、エンコーディングパターン４１０を有する。センサ３４０は、エンコーディングパターン４１０上のエンコーダ３５０にまたがる。エンコーダ３５０とセンサ３４０との間の摩擦によって、摩擦の経路に沿って電荷が生成され、放電または分散されない限り、粒子物質をエンコーディングパターン４１０に引きつける。
【００１７】
図１から図４に示される機械式システムは、本発明の実施形態を強調するため、大幅に簡略化されている。フィードローラ１２０およびセンサ１３０のための支持構造体、フィードローラ１２０を駆動して撮像媒体１１０を移動させるギアおよびモータアセンブリや、横キャリッジ軸３２０を駆動して撮像素子３３０を移動させるギアおよびモータアセンブリ、ならびにセンサ１３０および３４０からの出力に基づいてモータアセンブリを動作させる制御システムを含む、いくつかの構成要素は図示されていない。
【００１８】
図３の機械式システムは、図１の機械式システムと共に用いても良い。例えば、機械式システムがプリンタ内にある場合、フィードローラ１２０は、センサ１３０により測定される単位（インクリメント）で媒体１１０を前進させ得る。この間、撮像素子３３０は、センサ３４０により測定される単位で媒体１１０を横断して移動し、フィードローラ１２０の移動単位ごとに１つの水平経路で画像をプリントし得る。
【００１９】
図５は、適切な動作の障害となるのに十分な粒子物質が蓄積し得るオプティカルエンコーダホイールの一実施形態を示す。エンコーダホイールは、光学的に透過性の基板５１０を有する。基板５１０は、平坦表面で、ホームコーディングパターン５４０およびファインコーディングパターン５３０を形成するように不透明なコーティング５２０を有する。フォトリソグラフィー処理、機械式エッチング、レーザエッチング等を含む任意の数のアプローチが、説明されたパターンに不透明なコーティング５２０を形成するために用いられ得る。他の実施形態では、基板５１０上に、不透明なコーティング５２０が説明されたパターンで塗布されるかまたは基板５１０内に堆積される。
【００２０】
ホームコーディングパターン５４０は、１回転毎に、光学的透過性から不透明への１つの移行、または不透明から光学的透過性への１つの移行を有するのみである。この場合、ホームコーディングパターン５４０は、回転のカウントまたはホーム基準点の発見など、大規模な回転モーションを検出および制御するために用いられ得る。ファインコーディングパターン５３０は、拡大図に示されるように、多数の分離した不透明な棒５５０を有する。分離した不透明な棒５５０は、非常に小さな変化量が提供できるように、ぎっしりと詰め込まれている。ファインコーディングパターン５３０は、微小な回転モーションを検出したり制御するために用いられ得る。
【００２１】
透過性基板５１０は、通常、マイラーまたは他の形態のプラスチックなどの絶縁材料で形成される。摩擦電荷は、基板５１０がオプティカルセンサまたはガイド用のハウジングなどの他の材料に対してこすれると、基板５１０の表面上に蓄積される。表面は絶縁体であるため、電荷は、逃げる場所がない。換言すると、絶縁体上の電荷は、ガラステーブルトップ上の１滴の水のようなものである。分離して放置すると、電荷は、最終的に大気中に放散するまで、粒子物質を引きつけて収集し、粒子を後に残す。時間と共に、粒子は、パターンの変化を不明瞭にし、特に、コーディングパターン５３０において、オプティカルエンコーディング内にエラーを生じる。
【００２２】
図６は、オプティカルエンコーダパターンを設けたエンコーディングホイールの本発明の一実施形態を示す。ホームコーディングパターン６４０および５４０、ならびにファインコーディングパターン６３０および５３０における１回転毎のパターン移行の数は同じである。しかし、図５のエンコーダに示されるように、分離した不透明な棒を残すように不透明なコーティングが使われるのではなく、不透明なコーティング６２０が、基板５１０を通して分離した棒６５０のような光学的透過性のウィンドウを残すように使われる。すなわち、不透明なコーティング６２０は、連続した幾何学形状を保持し、ホームコーディングパターン６４０またはファインコーディングパターン６３０内には分離したセクションを持たない。
【００２３】
さらに、不透明なコーティング６２０は、銀または炭素などの伝導性材料を含む。図５において逃げる場所のない蓄積された表面電荷は、図６において伝導され、不透明なコーティング６２０の連続した幾何学形状にわたって分散される。すなわち、連続したコーティング６２０の幾何学形状内に堆積された電荷の「ドロップ」は、水たまりの表面に落下する滴のようなものである。電荷量は、コーティング６２０全体にわたって均等に分配され、より大きな表面積にわたって放散し得る。示される実施形態では、不透明なコーティング６２０の大きなセクションは、コーディングパターン６４０および６３０を取り囲む、分散フィールド６６０を形成するのにふさわしく、蓄積された電荷を伝導および放散させる。換言すると、不透明なコーティング６２０は、グランド面のように作用する。
【００２４】
言うまでもなく、電荷はまた、絶縁基板５１０の島上に堆積される。しかし、電荷は、低電位の領域に自然と引きつけられる。島に落下し、周囲の領域に排出される雨の水滴のように、絶縁基板５１０の島上に堆積された電荷は、コーティング６２０のグランド面に移動する。
【００２５】
図５におけるコーティング５２０が、コーティング６２０と同じ伝導性材料で形成されるならば、絶縁体から伝導体への電荷の同じ移動が発生し得る。しかし、図５では、コーティング５２０は、連続した幾何学形状を有さない。伝導体の海における絶縁体の島ではなく、図５は、絶縁体の砂漠における伝導体のオアシスのようである。絶縁体に堆積された電荷は、伝導体まで移動し、粒子物質を引きつけ蓄積させるのに十分なレベルの高さになりやすい。しかし、図６におけるように、伝導体の海の場合には、電荷は、さらに広範囲に広がり、任意の１つの場所における電荷レベルまたはいわゆる「水」レベルまで低いレベルを維持し、電荷がより大きな領域にわたって放散し、粒子物質を引きつけて蓄積する可能性を低減する。説明した実施形態は、図５の実施形態と比較して、ほとんどまたは全く追加コストなく、機械式システムに何ら新しいパーツを導入することなく、この低減を成し得る。
【００２６】
いくつかの機械式システムの場合、伝導性表面および連続した幾何学形状の組み合わせでは、十分な電荷を放散して粒子の蓄積を十分に低減するのに十分ではない。図７は、エンコーダホイールの中心における取付穴につながるグランド経路７１０を有する本発明の他の実施形態を示す。この場合、エンコーダホイールを伝導性材料に設けることによって、エンコーダホイール上の電荷蓄積は、伝導性材料に放電される。例えば、エンコーダ１４０がフィードローラ１２０に接続される図１を再び参照すると、フィードローラ１２０は、炭素などの伝導体が含浸された金属またはプラスチックで形成され得る。次に、ローラ１２０の伝導性部は、機械式システムにおいては、他の構成要素（図示せず）に接地され得る。
【００２７】
図８は、エンコーダを放電するための本発明の他の実施形態を示す。図８において、接触経路８１０は、エンコーダの伝導性分散フィールド内の白の破線で示される円経路として示される。例えば、図１を再び参照すると、ガイド１５０は、接触経路８１０に沿ってエンコーダホイール上を擦り得る。この場合、ガイド１５０用に伝導性材料を用いることによって、エンコーダホイール上の電荷蓄積は、伝導性材料に放電され得る。換言すると、ガイド１５０が摩擦電荷のソースであるよりはむしろ、ガイド１５０は、エンコーダを放電させることに用いられる。
【００２８】
図７および図８の実施形態では、エンコーダホイールを放電させるためにさらなるパーツは必要なく、グランド経路すなわち接地経路に接続するために任意の数の伝導体幾何学形状が用いられ得る。さらに、生じる電荷のレベルは、大抵の状況では、非常に低くなりがちであるため、強力なグランド接続は常に必要というわけではない。この場合、エンコーダホイールに接続されるグランド構成要素において必要な少量の伝導性は、大抵の機械式システムにおいて、それほどのコストまたは複雑さを加えない。任意の数の車軸またはギアアセンブリ、接触ガイド、取付パッド等は、金属で形成され得るか、または伝導体で含浸され得る。
【００２９】
図９および図１０は、本発明によるエンコーダ細片の２つの実施形態を示す。両実施形態は、連続した幾何学形状と、コーディングパターン９１０を有し、同じ伝導性の不透明なコーティング９２０を用いている。前述したように、電荷は、連続した幾何学形状にわたって分散される。電荷の分散が不十分である場合いは、図９では、エンコーダ細片を通してパンチされる取付穴即ち取付部９３０を有する。不透明なコーティング９２０は、取付穴９３０まで延在し、穴の周囲にグランド経路領域を提供する。エンコーダを図３における支持取付部３１０などの少なくとも１つの伝導性取付部に設けることによって、エンコーダは放電され得る。同様に、図１０において、接触経路１０１０は、不透明なコーティング９２０を通過する。ガイドなどの、接触経路１０１０に沿って伝導性接触を用いることによって、エンコーダは放電され得る。
【００３０】
上記のように、本発明の様々な実施形態を用いると、オプティカルエンコーダにおいて電荷蓄積を低減でき、したがって、粒子物質の蓄積を低減させるために、大抵の場合、さらなるパーツまたはコストの必要がない。当業者であれば、本発明の実施形態は、円形および長方形膜に加えて、広範囲な形態のファクターを有するエンコーダに用いられることを理解するであろう。また、当業者であれば、本発明の実施形態は、さまざまな伝導性幾何学形状およびエンコーディングパターンに用いられることを理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、エンコーダ表面全体をカバーする連続した幾何学形状を用いるよりはむしろ、表面の異なる部分をカバーする複数の連続した幾何学形状をエンコーダ表面上に用いて、電荷分配および／または放散のための領域を提供してもよい。あるいは、本発明のいくつかの実施形態では、エンコーダ表面のいくつかのセクションは、分離したままであり、エンコーダ表面の他のセクションが、１つまたはそれ以上の連続した伝導性幾何学形状でカバーされることもできる。例えば、電荷の蓄積は、エンコーダパターンでカバーされていないエンコーダ表面の領域においては関係ない。そのため、これらのセクションを分離させて置くことによって、エンコーダには何ら性能上の影響がない。エンコーダパターンによってカバーされている領域でさえも、いくつかの実施形態では、いくつかの分離したパターン特徴部を含むように設計できるか、またはいくつかのパターン特徴部が、例えば、伝導性コーティングにかき傷がなされた場合、エンコーダの動作寿命中に分離されることもある。電荷蓄積が低減される度合いは、連続した伝導性セクションに対する、分離したセクションのサイズ、位置、および／または数に依存する傾向がある。換言すると、本発明の実施形態による性能上の利益は、分離したパターン特徴部、ならびに連続した伝導性幾何学形状に近接して配置される分離したパターン特徴部をより少なくおよび／またはより小さくすると増加する傾向にある。
【００３１】
これまで、オプティカルエンコーダの改変されたオプティカルパターンを記載してきた。本発明の多くの変更および改変は、上記の説明を読んだ後、当業者に理解されるが、例示によって示され記載された特定の実施形態は、限定するものと見なされてはならないことを理解されたい。したがって、特定の実施形態の説明は、請求の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態が用いられる例示的な機械式システムを示す図である。
【図２】図１の機械式システムの他の斜視図を示す。
【図３】本発明の一実施形態が用いられる他の例示的な機械式システムを示す図である。
【図４】図３の機械式システムの他の斜視図を示す。
【図５】エンコーダホイールの一実施形態を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態を導入するエンコーダホイールを示す図である。
【図７】エンコーダホイールの中心取付部へのグランド経路を有する本発明の一実施形態を示す図である。
【図８】エンコーダホイール上の接触経路へのグランド経路を有する本発明の一実施形態を示す図である。
【図９】グランド経路を有する本発明の一実施形態を導入するエンコーダストリップを示す図である。
【図１０】エンコーダストリップ上の接触経路へのグランド経路を有する本発明の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１１０　撮像媒体
１２０　フィードローラ
１４０、３５０　オプティカルエンコーダ
１５０　ガイド
３２０　横キャリッジ軸
３３０　撮像素子
５１０　基板
６２０　不透明なコーティング
６３０　ファインコーディングパターン
７１０　グランド経路
８１０　接触経路
９１０　コーディングパターン

Claims (11)

1. 絶縁材料を含む平坦表面と、
   前記平坦表面を部分的に占有するオプティカルエンコーダパターンとを備え、前記エンコーダパターンは、少なくとも１つの連続した幾何学形状をしており、前記連続した幾何学形状が、伝導性材料を有することを特徴とするオプティカルエンコーダ。
2. 前記平坦表面は薄膜を有し、前記薄膜の少なくとも一部は光学的に透過性があることを特徴とする請求項１に記載のオプティカルエンコーダ。
3. 前記連続した幾何学形状が、少なくとも１つの分離特徴部と前記光学エンコーダパターンを取り囲む領域とを有することを特徴とする請求項１に記載のオプティカルエンコーダ。
4. 前記連続した幾何学形状は、前記オプティカルエンコーダパターンの周囲に分散フィールドを有することを特徴とする請求項１に記載のオプティカルエンコーダ。
5. 前記平坦表面内に取付部をさらに備え、前記連続した幾何学形状は、前記取付部へのグランド経路となっていることを特徴とする請求項１に記載のオプティカルエンコーダ。
6. 接触経路をさらに備え、前記連続した幾何学形状が、前記接触経路へのグランド経路となっていることを特徴とする請求項１に記載のオプティカルエンコーダ。
7. オプティカルエンコーディングパターンを有するオプティカルエンコーダと、
   前記オプティカルエンコーダに光学的に接続されたオプティカルセンサとを備え、前記オプティカルエンコーダおよび前記オプティカルセンサの少なくとも１つは、撮像システムにおける撮像媒体に対して移動し、前記オプティカルセンサは、前記オプティカルエンコーダと前記オプティカルセンサとの間の相対的なモーションに基づいて前記撮像媒体の移動を感知し、前記オプティカルエンコーダパターンは、伝導性材料を含んで、少なくとも１つの連続した幾何学形状を有し、前記エンコーダパターンで電荷を少なくとも部分的に分散することを特徴とする撮像システム。
8. 前記撮像媒体を搬送するフィードローラをさらに備え、前記オプティカルエンコーダは、前記フィードローラの端部に取付けられ、前記エンコーディングパターンは、前記オプティカルエンコーダおよび前記フィードローラからの電荷を放電するため、接触伝導体との摩擦経路の少なくとも１つがグランド経路になっていて、前記フィードローラの端部が、前記オプティカルエンコーダからの電荷を放電する伝導材料を備えていることを特徴とする請求項７に記載の撮像システム。
9. 撮像素子を前記撮像媒体に対して搬送するための横キャリッジをさらに備え、前記オプティカルセンサは、前記横キャリッジに取付けられ、前記横キャリッジと共に移動し、前記オプティカルエンコーダは、前記横キャリッジの横方向のモーションに対して動かないようになっていて、前記エンコーディングパターンが、前記オプティカルエンコーダからの電荷を放電させるため、前記横キャリッジに固定されて摩擦経路と摩擦するように接続された、接触伝導体との摩擦経路の少なくとも１つと、前記オプティカルエンコーダからの電荷を放電するため前記オプティカルエンコーダの伝導性支持取付部とがグランド経路になっていることを特徴とする請求項７に記載の撮像システム。
10. オプティカルエンコーダ上の摩擦経路に沿って電荷を生じさせ、前記摩擦経路は、エンコーダパターンを横断し、一部が伝導材料でできた少なくとも１つの連続した幾何学形状を有する前記エンコーダパターンは、前記オプティカルエンコーダの表面領域を部分的にカバーしており、
    前記連続した幾何学形状を通して前記エンコーダパターンからの電荷を少なくとも部分的に分散させることを特徴とする方法。
11. 前記連続した幾何学形状においてグランド経路を通して、前記オプティカルエンコーダに接続された伝導コネクタに電荷を分散させることをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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