JP2004226110A - 光検出器、検出装置、タイミング検出システムおよびタイミング検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】構成や処理が簡易であるタイミング検出システムおよび方法などを提供する。
【解決手段】光検出器１００は、半導体基板の一方の面上に、光感応領域１１０，１２０を備えている。光感応領域１１０，１２０それぞれは、フォトダイオードが形成されている領域であり、入射光の強度に応じた量の電荷を発生する。光感応領域１１０，１２０それぞれのｘ軸方向についての幅は、ｙ軸方向の一方側に向かって次第に狭くなっている。走行体に形成されたパターンの像Ｐが光検出器１００の光入射面上に結像され、走行体の走行に応じて、光入射面上のパターン像Ｐはｘ軸方向に移動する。そして、光感応領域１１０，１２０それぞれからの出力に基づいて、走行体の走行タイミングおよび横方向のずれが検出される。
【選択図】 図５
【解決手段】光検出器１００は、半導体基板の一方の面上に、光感応領域１１０，１２０を備えている。光感応領域１１０，１２０それぞれは、フォトダイオードが形成されている領域であり、入射光の強度に応じた量の電荷を発生する。光感応領域１１０，１２０それぞれのｘ軸方向についての幅は、ｙ軸方向の一方側に向かって次第に狭くなっている。走行体に形成されたパターンの像Ｐが光検出器１００の光入射面上に結像され、走行体の走行に応じて、光入射面上のパターン像Ｐはｘ軸方向に移動する。そして、光感応領域１１０，１２０それぞれからの出力に基づいて、走行体の走行タイミングおよび横方向のずれが検出される。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向に走行する走行体の走行タイミングを検出するシステムおよび方法、このシステムまたは方法で用いるのに好適な検出装置、ならびに、この検出装置で用いるのに好適な光検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一方向に走行する走行体の走行タイミングを検出する技術として例えば特許文献１に開示された発明が知られている。この文献に開示された発明は、タンデム型のカラープリンタで用いられる中間転写ベルト（走行体）の走行タイミングを検出するものである。タンデム型のカラープリンタは、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の４色それぞれにつき個別に感光体ドラムを備えていて、これら４つの感光体ドラムそれぞれの表面にレーザ光を走査して静電潜像を形成して、その静電潜像に応じたトナー像を形成し、４つの感光体ドラムそれぞれから中間転写ベルトを介して用紙上に該トナー像を転写する。ここで、ＹＭＣＫの４色のトナー像が用紙上に正確に重ね合わされることが重要であり、その為には、４つの感光体ドラムそれぞれから順次に中間転写ベルトにトナー像を転写する際にも、ＹＭＣＫの４色のトナー像が中間転写ベルト上に正確に重ね合わされることが必要である。
【０００３】
そこで、上記文献に開示された発明では、Ｖ字形状のパターンを中間転写ベルトの表面上に形成しておくとともに、４つの光感応領域を光入射面上に備える光検出器と処理回路とを含む検出装置を用いて、中間転写ベルトの走行タイミングを検出する。すなわち、中間転写ベルト上の上記パターンを光学系により光検出器の光入射面上に結像し、中間転写ベルトの走行に伴う上記光入射面上のパターン像の移動を４つの光感応領域により検出する。そして、４つの光感応領域それぞれから出力される電流値に基づいて処理回路において所定の処理を行なって、その処理の結果に基づいて中間転写ベルトの走行タイミングを検出する。また、上記文献に開示された発明では、４つの光感応領域の形状および配置ならびに中間転写ベルト上のパターンの形状を工夫することにより、中間転写ベルトの走行タイミングを検出することができるだけでなく、中間転写ベルトの横方向（走行方向と直交する方向）のずれ量およびずれ方向をも検出することができる。
【０００４】
そして、この発明を採用したタンデム型のカラープリンタでは、中間転写ベルト上にＹＭＣＫの４色それぞれについてパターンを形成しておくことで、４色それぞれについて、中間転写ベルトの走行タイミングおよび横方向のずれを検出し、その検出結果に基づいて、各感光体ドラムに静電潜像を形成する際の形成タイミングおよび横方向の形成位置を調整する。このようにすることにより、ＹＭＣＫの４色のトナー像を用紙上に正確に重ね合わせることが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１３４０３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献に開示された発明では、４つの光感応領域を備える光検出器を用い、この光検出器から出力される４つの電流値に基づいて所定の処理を行なって、走行体の走行タイミングおよび横方向のずれを検出するものであることから、この光検出器を含む検出装置は構成や処理が複雑であり、また、この検出装置を含むタイミング検出システムおよび方法も構成や処理が複雑である。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、構成や処理が簡易であるタイミング検出システムおよび方法、このシステムまたは方法で用いるのに好適な検出装置、ならびに、この検出装置で用いるのに好適な光検出器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】
本発明に係る光検出器は、各々光入射に応じて電荷を発生する第１光感応領域および第２光感応領域を光入射面上に備え、光入射面上に互いに直交する第１方向および第２方向を仮想したときに、第１光感応領域および第２光感応領域それぞれの第１方向についての幅が、第２方向の一方側に向かって次第に狭くなっていることを特徴とする。第１光感応領域および第２光感応領域それぞれの形状は、三角形または台形であるのが好適であり、また、第２方向に平行な直線を軸として互いに対称であるのが好適である。
【０００９】
本発明に係る検出装置は、（１） 各々光入射に応じて電荷を発生する第１光感応領域および第２光感応領域を備える上記の本発明に係る光検出器と、（２） 第１光感応領域への光入射に応じて出力される電流値を入力して、この電流値に応じた電圧値を出力する第１電流電圧変換回路と、（３） 第２光感応領域への光入射に応じて出力される電流値を入力して、この電流値に応じた電圧値を出力する第２電流電圧変換回路と、（４） 第１電流電圧変換回路から出力される電圧値を入力して、当該入力電圧値と基準電圧値とを大小比較し、その比較結果に応じて入力電圧値および基準電圧値の何れかを出力するクランプ回路と、（５） 第２電流電圧変換回路から出力される電圧値を入力するとともに、クランプ回路から出力される電圧値を入力して、これらの入力した２つの電圧値を大小比較し、その比較結果に応じた電圧値を出力する比較回路と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るタイミング検出システムは、一方向に走行する走行体の走行タイミングを検出するシステムであって、上記の本発明に係る検出装置を備え、走行体に所定パターンが設けられていて、検出装置に含まれる光検出器の光入射面上に所定パターンの像が光学系により結像され、走行体の走行に伴う光入射面上の所定パターンの像の移動方向が光入射面上の第１方向に一致するよう、走行体に対して検出装置が配置されていて、検出装置に含まれる比較回路から出力される電圧値に基づいて、走行体の走行タイミングを検出することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るタイミング検出方法は、一方向に走行する走行体の走行タイミングを検出する方法であって、上記の本発明に係る検出装置を用い、走行体に所定パターンを設け、検出装置に含まれる光検出器の光入射面上に所定パターンの像が光学系により結像され、走行体の走行に伴う光入射面上の所定パターンの像の移動方向が光入射面上の第１方向に一致するよう、走行体に対して検出装置を配置して、検出装置に含まれる比較回路から出力される電圧値に基づいて、走行体の走行タイミングを検出することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るタイミング検出システムまたは方法では、光入射面上の所定パターンの像の第１方向についての幅が、第２方向の上記一方側に向かって次第に広くなっているのが好適である。
【００１３】
本発明によれば、光検出器の光入射面上には、各々光入射に応じて電荷を発生する第１光感応領域および第２光感応領域が備えられていて、第１光感応領域および第２光感応領域それぞれの第１方向についての幅が、これに直交する第２方向の一方側に向かって次第に狭くなっている。この光検出器の光入射面上に、走行体に設けられた所定パターンの像が光学系により結像される。このとき、走行体の走行に伴う光入射面上の所定パターンの像の移動方向は、光入射面上の第１方向に一致する。第１光感応領域への光入射に応じて出力された電流値は第１電流電圧変換回路に入力して、この電流値に応じた電圧値が第１電流電圧変換回路から出力される。第２光感応領域への光入射に応じて出力された電流値は第２電流電圧変換回路に入力して、この電流値に応じた電圧値が第２電流電圧変換回路から出力される。第１電流電圧変換回路から出力された電圧値はクランプ回路に入力して、当該入力電圧値と基準電圧値とが大小比較され、その比較結果に応じて入力電圧値および基準電圧値の何れかがクランプ回路から出力される。第２電流電圧変換回路から出力された電圧値、および、クランプ回路から出力された電圧値は、比較回路に入力して、大小比較され、その比較結果に応じた電圧値が比較回路から出力される。そして、この比較回路から出力された電圧値に基づいて、走行体の走行タイミングおよび横方向のずれが検出される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図において、説明の便宜のためにｘｙ直交座標系が示されている。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る検出装置１０の概略構成図である。この図に示される検出装置１０は、パッケージ１１にマウントされた光検出器１００および処理回路２００を備える。光検出器１００は、後述するように光感応領域としてフォトダイオードが形成されていて、このフォトダイオードへの光入射に応じて電荷を発生し、その発生した電荷の量に応じた値の電流を出力する。処理回路２００は、光検出器１００から出力された電流値を入力して、この電流値に基づいて所定の処理を行い、その処理の結果を示す電圧値を出力する。光検出器１００と処理回路２００との間、光検出器１００とパッケージ１１との間、および、処理回路２００とパッケージ１１との間それぞれは、例えばワイヤボンディングにより互いに電気的に接続されている。また、パッケージ１１は、外部端子１２１〜１２１２を有している。これら外部端子１２１〜１２１２のうち何れかを介して、光検出器１００のフォトダイオードに逆バイアス電圧が印加され、処理回路２００に電力が供給され、また、処理回路２００から出力された電圧値が外部へ出力される。
【００１６】
図２は、本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の平面図である。この光検出器１００は、半導体基板１０１の一方の面上に、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０を備えている。第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれは、フォトダイオードが形成されている領域であり、入射光の強度に応じた量の電荷を発生する。
【００１７】
また、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれの形状は三角形とされている。そして、第１光感応領域１１０の３辺１１１〜１１３のうち、辺１１１はｙ軸に平行であり、辺１１２はｘ軸に平行である。第２光感応領域１２０の３辺１２１〜１２３のうち、辺１２１はｙ軸に平行であり、辺１２２はｘ軸に平行である。第１光感応領域１１０の辺１１１と、第２光感応領域１２０の辺１２１とは、互いに同じ長さであって、互いに対向している。また、第１光感応領域１１０の辺１１２と、第２光感応領域１２０の辺１２２とは、互いに同じ長さであって、同一直線上にある。
【００１８】
すなわち、光入射面上に互いに直交する第１方向（ｘ軸に平行な方向）および第２方向（ｙ軸に平行な方向）を仮想したときに、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれの第１方向についての幅は、第２方向の一方側に向かって次第に狭くなっている。また、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれの形状は、第２方向に平行な直線を軸として互いに対称である。
【００１９】
図３は、本実施形態に係る検出装置１０に含まれる処理回路２００の回路図である。なお、この図には、光検出器１００の第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれがフォトダイオード記号として示されている。この図に示されるように、処理回路２００は、第１電流電圧変換回路２１０、第２電流電圧変換回路２２０、クランプ回路２３０および比較回路２４０を備える。
【００２０】
第１電流電圧変換回路２１０は、光検出器１００の第１光感応領域１１０への光入射に応じて出力される電流値Ｉ１を入力して、この電流値Ｉ１を電流電圧変換し、入力した電流値Ｉ１に応じた電圧値Ｖ１を出力する。同様に、第２電流電圧変換回路２２０は、光検出器１００の第２光感応領域１２０への光入射に応じて出力される電流値Ｉ２を入力して、この電流値Ｉ２を電流電圧変換し、入力した電流値Ｉ２に応じた電圧値Ｖ２を出力する。
【００２１】
クランプ回路２３０は、第１電流電圧変換回路２１０から出力される電圧値Ｖ１を入力して、当該入力電圧値Ｖ１と一定の基準電圧値ＶＣとを大小比較し、その比較結果に応じて入力電圧値Ｖ１および基準電圧値ＶＣの何れかを電圧値Ｖ３として出力する。より具体的には、クランプ回路２３０は以下のような動作をする。すなわち、第１光感応領域１１０へ入射する光の強度Ｐ１が或る小さい閾値強度Ｐｔｈであるときに第１電流電圧変換回路２１０から出力される電圧値Ｖ１を基準電圧値ＶＣとする。そして、クランプ回路２３０は、入射光強度Ｐ１が閾値強度Ｐｔｈ未満であることを入力電圧値Ｖ１が示しているときに、基準電圧値ＶＣを電圧値Ｖ３として出力する。また、クランプ回路２３０は、入射光強度Ｐ１が閾値強度Ｐｔｈ以上であることを入力電圧値Ｖ１が示しているときに、入力電圧値Ｖ１をそのまま電圧値Ｖ３として出力する。
【００２２】
比較回路２４０は、第２電流電圧変換回路２２０から出力される電圧値Ｖ２を入力するとともに、クランプ回路２３０から出力される電圧値Ｖ３を入力して、これらの入力した２つの電圧値Ｖ２，Ｖ３を大小比較し、その比較結果に応じた電圧値Ｖ４を出力する。例えば、入力電圧値Ｖ３が入力電圧値Ｖ２以上であれば出力電圧値Ｖ４はハイレベルとなり、入力電圧値Ｖ３が入力電圧値Ｖ２未満であれば出力電圧値Ｖ４はローレベルとなる。
【００２３】
次に、上記の本実施形態に係る検出装置１０を用いたタイミング検出システムおよび方法の実施形態について説明する。図４は、本実施形態に係るタイミング検出システム１の説明図である。この図に示されるタイミング検出システム１は、ｘ軸方向に走行する走行体であるベルト３００の走行タイミングを検出するものである。同図（ａ）はタイミング検出システム１の斜視図であり、同図（ｂ）はベルト３００の平面図である。
【００２４】
このタイミング検出システム１は、２つの検出装置１０Ａ，１０Ｂを備えている。これら検出装置１０Ａ，１０Ｂそれぞれは、上述した検出装置１０と同様の構成のものである。また、ベルト３００の一方の縁に沿って三角形のパターン３１０Ａ，１〜３１０Ａ，４が配列して形成されており、ベルト３００の他方の縁に沿って三角形のパターン３１０Ｂ，１〜３１０Ｂ，４が配列して形成されている。これらパターン３１０Ａ，１〜３１０Ａ，４，３１０Ｂ，１〜３１０Ｂ，４は、ベルト３００の表面に描かれたものであってもよいし、或いは、ベルト３００に設けられた開口であってもよい。
【００２５】
そして、ベルト３００がｘ軸方向に走行するに従って、パターン３１０Ａ，１〜３１０Ａ，４が順次に検出装置１０Ａの下方に位置し、パターン３１０Ｂ，１〜３１０Ｂ，４が順次に検出装置１０Ｂの下方に位置する。例えば、パターン３１０Ａ，１が検出装置１０Ａの下方に位置しているとき、この検出装置１０Ａに含まれる光検出器１００の光入射面上に、このパターン３１０Ａ，１の像が光学系により結像される。なお、パターンがベルト３００の表面に描かれたものである場合には、検出装置１０Ａ，１０Ｂの下方に位置するパターンに対してベルト３００の表面から照明する為の照明装置が設けられる。一方、パターンがベルト３００に設けられた開口である場合には、検出装置１０Ａ，１０Ｂの下方に位置するパターンに対してベルト３００の裏面から照明する為の照明装置が設けられる。
【００２６】
また、ベルト３００の走行に伴う光検出器１００の光入射面上のパターン像の移動方向が光入射面上のｘ軸方向に一致するよう、ベルト３００に対して検出装置１０Ａ，１０Ｂが配置されている。そして、検出装置１０Ａ，１０Ｂに含まれる比較回路２４０から出力される電圧値に基づいて、ベルト３００の走行タイミングが検出される。
【００２７】
なお、このタイミング検出システム１がタンデム型のカラープリンタに組み込まれる場合には、ベルト３００は中間転写ベルトであり、パターン３１０Ａ，１〜３１０Ａ，４および３１０Ｂ，１〜３１０Ｂ，４はＹＭＣＫの各色のものである。そして、例えば、パターン３１０Ａ，１および３１０Ｂ，１はイエロー用の感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する際のタイミング検出に用いられ、パターン３１０Ａ，２および３１０Ｂ，２はマゼンタ用の感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する際のタイミング検出に用いられ、パターン３１０Ａ，３および３１０Ｂ，３はシアン用の感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する際のタイミング検出に用いられ、また、パターン３１０Ａ，４および３１０Ｂ，４はブラック用の感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する際のタイミング検出に用いられる。
【００２８】
図５は、本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の光入射面におけるパターン像の移動の様子を説明する図である。ここでは、２つの検出装置１０Ａ，１０Ｂを代表して検出装置１０と表しており、また、光検出器１００の光入射面におけるパターン像Ｐを破線で表している。
【００２９】
この図に示されるように、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれのｘ軸方向についての幅は、ｙ軸方向の一方側に向かって次第に狭くなっているのに対して、光入射面におけるパターン像Ｐは、ｙ軸方向の一方側に向かって次第に広くなっている。また、光入射面におけるパターン像Ｐは、三角形の形状であって、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０を合わせたものと同一形状で同一サイズであるのが好適である。
【００３０】
ベルト３００のｘ軸方向への走行に伴い、光検出器１０の光入射面上でパターン像Ｐもｘ軸方向へ移動する。パターン像Ｐは、光入射面上でのｘ軸方向の移動に伴い、初めに第１光感応領域１１０と重なり始め（同図（ａ））、その後、第２光感応領域１２０と重なり始め（同図（ｂ））、やがて、第１光感応領域１１０との重なり面積と第２光感応領域１２０との重なり面積とが一致する（同図（ｃ））。パターン像Ｐは、光入射面上で更にｘ軸方向に移動することで、第１光感応領域１１０との重なりが終わり（同図（ｄ））、そして、第２光感応領域１２０との重なりが終わる（同図（ｅ））。
【００３１】
このように、光検出器１０の光入射面上でパターン像Ｐがｘ軸方向に移動するのに伴って、パターン像Ｐと第１光感応領域１１０との重なりの程度が変化するとともに、パターン像Ｐと第２光感応領域１２０との重なりの程度が変化する。そして、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれへ入射する光の強度は、その重なりの程度に応じたものであるから、出力される電流値Ｉ１，Ｉ２の時間変化は、その重なりの程度の時間変化に応じたものとなる。
【００３２】
図６は、本実施形態に係る検出装置１０における電流値Ｉ１，Ｉ２および電圧値Ｖ４それぞれの時間変化の説明図である。同図（ａ）は、光検出器１００から出力されて処理回路２００に入力する電流値Ｉ１，Ｉ２の時間変化を示す。同図（ｂ）は、処理回路２００の比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４の時間変化を示す。
【００３３】
図６（ａ）に示されるように、光検出器１００の光入射面上でパターン像Ｐが第１光感応領域１１０と重なり始めると（図５（ａ））、電流値Ｉ１が大きくなり始める。その後、パターン像Ｐが第２光感応領域１２０と重なり始めると（図５（ｂ））、電流値Ｉ２が大きくなり始める。パターン像Ｐと第１光感応領域１１０との重なり面積と、パターン像Ｐと第２光感応領域１２０との重なり面積とが、互いに一致する時刻ｔ０では（同図（ｃ））、電流値Ｉ１と電流値Ｉ２とは互いに等しくなる。この時刻ｔ０では、電流値Ｉ１は減少傾向にあり、電流値Ｉ２は増加傾向にある。パターンＰと第１光感応領域１１０との重なりが終わると（同図（ｄ））、電流値Ｉ１が零となり、そして、パターンＰと第２光感応領域１２０との重なりが終わると（同図（ｅ））、電流値Ｉ２が零となる。
【００３４】
処理回路２００の比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４は、図６（ｂ）に示されるように変化する。すなわち、電流値Ｉ１が電流値Ｉ２以上であれば、クランプ回路２３０から出力される電圧値Ｖ３（＝Ｖ１）が電圧値Ｖ２以上となり、比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４はハイレベルとなる。また、電流値Ｉ１が電流値Ｉ２未満であって、電圧値Ｖ３が電圧値Ｖ２未満となり、電圧値Ｖ４はローレベルとなる。ただし、電流値Ｉ１が電流値Ｉ２未満であって、電圧値Ｖ１が電圧値Ｖ２未満となったとしても、電圧値Ｖ１が基準電圧値ＶＣ未満であって、電圧値Ｖ２も基準電圧値ＶＣ未満であれば、クランプ回路２３０から出力される電圧値Ｖ３（＝ＶＣ）が電圧値Ｖ２（＜ＶＣ）超となり、比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４はハイレベルとなる。
【００３５】
結局、電流値Ｉ１と電流値Ｉ２とが互いに一致する時刻をｔ０とし、電流値Ｉ２が減少していって電圧値Ｖ２が基準電圧値ＶＣ未満となる時刻をｔ１とすると、時刻ｔ０前では電圧値Ｖ４はハイレベルであり、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間では電圧値Ｖ４はローレベルとなり、時刻ｔ１後では電圧値Ｖ４はハイレベルとなる。このことから、比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４がハイレベルからローレベルへ変化する時刻ｔ０に、図５（ｃ）に示されるような光入射面上のパターン像Ｐの位置となったことが検知されるので、これにより、ベルト３００の走行タイミングが検知される。
【００３６】
また、図４に示される如く、ベルト３００の両縁それぞれにパターン３１０を形成して、一方の縁に沿って配列して形成されたパターン３１０Ａ，１〜３１０Ａ，４を検出装置１０Ａが検出し、他方の縁に沿って配列して形成されたパターン３１０Ｂ，１〜３１０Ｂ，４を検出装置１０Ｂが検出するようにすれば、検出装置１０Ａ，１０Ｂそれぞれが検出した上記時刻ｔ０相当のタイミングの比較から、ベルト３００の走行時の傾きが検知され得る。すなわち、ベルト１００が傾くこと無くｘ軸方向に走行しているとしたときには、パターン３１０Ａ，１について検出装置１０Ａが検出する上記時刻ｔ０相当のタイミングと、パターン３１０Ｂ，１について検出装置１０Ｂが検出する上記時刻ｔ０相当のタイミングとが互いに一致するとする。これに対して、ベルト１００が傾いてｘ軸方向に走行しているとすれば、パターン３１０Ａ，１について検出装置１０Ａが検出する上記時刻ｔ０相当のタイミングと、パターン３１０Ｂ，１について検出装置１０Ｂが検出する上記時刻ｔ０相当のタイミングとは互いに一致することは無く、両タイミングの差に基づいて、ベルト３００の走行時の傾きが検知され得る。
【００３７】
また、比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４がローレベルである時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間Ｔ（図６（ｂ））に基づいて、ベルト３００の走行時の横方向（走行方向と直交する方向すなわちｙ軸方向）のずれが検知され得る。図７は、本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の光入射面におけるパターン像の移動経路とベルト３００の横方向のずれとの関係を説明する図である。
【００３８】
同図（ａ）は、ベルト３００の横方向のずれ量が無い基準状態における光入射面上のパターン像Ｐの移動経路を示す。この基準状態では、光検出器１００の光入射面におけるパターン像Ｐのｙ軸方向範囲は、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれのｙ軸方向範囲と一致している。このときの図６（ｂ）に示される時間ＴがＴａであるとする。
【００３９】
同図（ｂ）は、基準状態に対してベルト３００が＋ｙ方向にずれている状態における光入射面上のパターン像Ｐの移動経路を示す。この場合には、光検出器１００の光入射面におけるパターン像Ｐのｙ軸方向範囲は、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれのｙ軸方向範囲に対して＋ｙ方向にずれる。したがって、このときの図６（ｂ）に示される時間Ｔｂは、上記基準状態時における時間Ｔａと比べて短い。
【００４０】
同図（ｃ）は、基準状態に対してベルト３００が−ｙ方向にずれている状態における光入射面上のパターン像Ｐの移動経路を示す。この場合には、光検出器１００の光入射面におけるパターン像Ｐのｙ軸方向範囲は、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれのｙ軸方向範囲に対して−ｙ方向にずれる。したがって、このときの図６（ｂ）に示される時間Ｔｃは、上記基準状態時における時間Ｔａと比べて長い。
【００４１】
このように、ベルト３００の走行時の横方向のずれ（量および方向）に応じて、図６（ｂ）に示される時間Ｔが異なる。したがって、この時間Ｔに基づいて、ベルト３００の走行時の横方向のずれが検知され得る。
【００４２】
なお、これまでの説明では、光検出器１００の第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれの形状が三角形であって、光検出器１００の光入射面におけるパターン像Ｐの形状が三角形であるとしたが、これらは他の形状であってもよい。図８は、他の実施形態に係る光検出器の平面図である。この図には、光入射面上のパターン像も示されている。
【００４３】
同図（ａ）に示された光検出器１００は上述のものと同様であるが、光入射面上のパターン像Ｐは矩形である。この場合にも、この検出装置１０は、走行体の走行タイミングを検出することができ、また、走行体の走行時の横方向のずれをも検出することができる。
【００４４】
同図（ｂ）に示された光検出器１００Ａは、半導体基板の一方の面上に、第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０を備えている。第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０それぞれは、フォトダイオードが形成されている領域であり、入射光の強度に応じた量の電荷を発生する。
【００４５】
また、第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０それぞれの形状は台形とされている。そして、第１光感応領域１３０の４辺１３１〜１３４のうち、辺１３１はｙ軸に平行であり、底辺１３２および上辺１３４それぞれはｘ軸に平行であり、底辺１３２より上辺１３４が短い。第２光感応領域１４０の４辺１４１〜１４４のうち、辺１４１はｙ軸に平行であり、底辺１４２および上辺１４４それぞれはｘ軸に平行であり、底辺１４２より上辺１４４が短い。第１光感応領域１３０の辺１３１と、第２光感応領域１４０の辺１４１とは、互いに同じ長さであって、互いに対向している。第１光感応領域１３０の底辺１３２と、第２光感応領域１４０の底辺１４２とは、互いに同じ長さであって、同一直線上にある。また、第１光感応領域１３０の上辺１３４と、第２光感応領域１４０の上辺１４４とは、互いに同じ長さであって、同一直線上にある。
【００４６】
すなわち、光入射面上に互いに直交する第１方向（ｘ軸に平行な方向）および第２方向（ｙ軸に平行な方向）を仮想したときに、第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０それぞれの第１方向についての幅は、第２方向の一方側に向かって次第に狭くなっている。また、第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０それぞれの形状は、第２方向に平行な直線を軸として互いに対称である。
【００４７】
また、同図（ｂ）に示されるように、光検出器１００Ａの光入射面上のパターン像Ｐは、台形の形状であって、ｙ軸方向の一方側に向かって次第に広くなっている。また、光入射面におけるパターン像Ｐは、第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０を合わせたものと同一形状で同一サイズであるのが好適である。このような場合にも、この光検出器１００Ａを含む検出装置１０は、走行体の走行タイミングを検出することができ、また、走行体の走行時の横方向のずれをも検出することができる。
【００４８】
以上のように、本実施形態では、光検出器１００の光入射面上の２つの光感応領域それぞれからの出力に基づいて、走行体の走行タイミングおよび横方向のずれを検出することができるので、その検出のための構成や処理が簡易である。
【００４９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光検出器１００の光入射面上の２つの光感応領域それぞれの形状は、上記実施形態のものに限られない。また、光入射面上のパターン像の形状も、上記実施形態のものに限られない。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、光検出器の光入射面上の２つの光感応領域それぞれからの出力に基づいて、走行体の走行タイミングおよび横方向のずれを検出することができるので、その検出のための構成や処理が簡易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る検出装置１０の概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の平面図である。
【図３】本実施形態に係る検出装置１０に含まれる処理回路２００の回路図である。
【図４】本実施形態に係るタイミング検出システム１の説明図である。
【図５】本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の光入射面におけるパターン像の移動の様子を説明する図である。
【図６】本実施形態に係る検出装置１０における電流値Ｉ１，Ｉ２および電圧値Ｖ４それぞれの時間変化の説明図である。
【図７】本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の光入射面におけるパターン像の移動経路とベルト３００の横方向のずれとの関係を説明する図である。
【図８】他の実施形態に係る光検出器の平面図である。
【符号の説明】
１…タイミング検出システム、１０，１０Ａ，１０Ｂ…検出装置、１００…光検出器、１１０…第１光感応領域、１２０…第２光感応領域、２００…処理回路、２１０…第１電流電圧変換回路、２２０…第２電流電圧変換回路、２３０…クランプ回路、２４０…比較回路、３００…ベルト（走行体）、３１０…パターン。
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向に走行する走行体の走行タイミングを検出するシステムおよび方法、このシステムまたは方法で用いるのに好適な検出装置、ならびに、この検出装置で用いるのに好適な光検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一方向に走行する走行体の走行タイミングを検出する技術として例えば特許文献１に開示された発明が知られている。この文献に開示された発明は、タンデム型のカラープリンタで用いられる中間転写ベルト（走行体）の走行タイミングを検出するものである。タンデム型のカラープリンタは、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の４色それぞれにつき個別に感光体ドラムを備えていて、これら４つの感光体ドラムそれぞれの表面にレーザ光を走査して静電潜像を形成して、その静電潜像に応じたトナー像を形成し、４つの感光体ドラムそれぞれから中間転写ベルトを介して用紙上に該トナー像を転写する。ここで、ＹＭＣＫの４色のトナー像が用紙上に正確に重ね合わされることが重要であり、その為には、４つの感光体ドラムそれぞれから順次に中間転写ベルトにトナー像を転写する際にも、ＹＭＣＫの４色のトナー像が中間転写ベルト上に正確に重ね合わされることが必要である。
【０００３】
そこで、上記文献に開示された発明では、Ｖ字形状のパターンを中間転写ベルトの表面上に形成しておくとともに、４つの光感応領域を光入射面上に備える光検出器と処理回路とを含む検出装置を用いて、中間転写ベルトの走行タイミングを検出する。すなわち、中間転写ベルト上の上記パターンを光学系により光検出器の光入射面上に結像し、中間転写ベルトの走行に伴う上記光入射面上のパターン像の移動を４つの光感応領域により検出する。そして、４つの光感応領域それぞれから出力される電流値に基づいて処理回路において所定の処理を行なって、その処理の結果に基づいて中間転写ベルトの走行タイミングを検出する。また、上記文献に開示された発明では、４つの光感応領域の形状および配置ならびに中間転写ベルト上のパターンの形状を工夫することにより、中間転写ベルトの走行タイミングを検出することができるだけでなく、中間転写ベルトの横方向（走行方向と直交する方向）のずれ量およびずれ方向をも検出することができる。
【０００４】
そして、この発明を採用したタンデム型のカラープリンタでは、中間転写ベルト上にＹＭＣＫの４色それぞれについてパターンを形成しておくことで、４色それぞれについて、中間転写ベルトの走行タイミングおよび横方向のずれを検出し、その検出結果に基づいて、各感光体ドラムに静電潜像を形成する際の形成タイミングおよび横方向の形成位置を調整する。このようにすることにより、ＹＭＣＫの４色のトナー像を用紙上に正確に重ね合わせることが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１３４０３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献に開示された発明では、４つの光感応領域を備える光検出器を用い、この光検出器から出力される４つの電流値に基づいて所定の処理を行なって、走行体の走行タイミングおよび横方向のずれを検出するものであることから、この光検出器を含む検出装置は構成や処理が複雑であり、また、この検出装置を含むタイミング検出システムおよび方法も構成や処理が複雑である。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、構成や処理が簡易であるタイミング検出システムおよび方法、このシステムまたは方法で用いるのに好適な検出装置、ならびに、この検出装置で用いるのに好適な光検出器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】
本発明に係る光検出器は、各々光入射に応じて電荷を発生する第１光感応領域および第２光感応領域を光入射面上に備え、光入射面上に互いに直交する第１方向および第２方向を仮想したときに、第１光感応領域および第２光感応領域それぞれの第１方向についての幅が、第２方向の一方側に向かって次第に狭くなっていることを特徴とする。第１光感応領域および第２光感応領域それぞれの形状は、三角形または台形であるのが好適であり、また、第２方向に平行な直線を軸として互いに対称であるのが好適である。
【０００９】
本発明に係る検出装置は、（１） 各々光入射に応じて電荷を発生する第１光感応領域および第２光感応領域を備える上記の本発明に係る光検出器と、（２） 第１光感応領域への光入射に応じて出力される電流値を入力して、この電流値に応じた電圧値を出力する第１電流電圧変換回路と、（３） 第２光感応領域への光入射に応じて出力される電流値を入力して、この電流値に応じた電圧値を出力する第２電流電圧変換回路と、（４） 第１電流電圧変換回路から出力される電圧値を入力して、当該入力電圧値と基準電圧値とを大小比較し、その比較結果に応じて入力電圧値および基準電圧値の何れかを出力するクランプ回路と、（５） 第２電流電圧変換回路から出力される電圧値を入力するとともに、クランプ回路から出力される電圧値を入力して、これらの入力した２つの電圧値を大小比較し、その比較結果に応じた電圧値を出力する比較回路と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るタイミング検出システムは、一方向に走行する走行体の走行タイミングを検出するシステムであって、上記の本発明に係る検出装置を備え、走行体に所定パターンが設けられていて、検出装置に含まれる光検出器の光入射面上に所定パターンの像が光学系により結像され、走行体の走行に伴う光入射面上の所定パターンの像の移動方向が光入射面上の第１方向に一致するよう、走行体に対して検出装置が配置されていて、検出装置に含まれる比較回路から出力される電圧値に基づいて、走行体の走行タイミングを検出することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るタイミング検出方法は、一方向に走行する走行体の走行タイミングを検出する方法であって、上記の本発明に係る検出装置を用い、走行体に所定パターンを設け、検出装置に含まれる光検出器の光入射面上に所定パターンの像が光学系により結像され、走行体の走行に伴う光入射面上の所定パターンの像の移動方向が光入射面上の第１方向に一致するよう、走行体に対して検出装置を配置して、検出装置に含まれる比較回路から出力される電圧値に基づいて、走行体の走行タイミングを検出することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るタイミング検出システムまたは方法では、光入射面上の所定パターンの像の第１方向についての幅が、第２方向の上記一方側に向かって次第に広くなっているのが好適である。
【００１３】
本発明によれば、光検出器の光入射面上には、各々光入射に応じて電荷を発生する第１光感応領域および第２光感応領域が備えられていて、第１光感応領域および第２光感応領域それぞれの第１方向についての幅が、これに直交する第２方向の一方側に向かって次第に狭くなっている。この光検出器の光入射面上に、走行体に設けられた所定パターンの像が光学系により結像される。このとき、走行体の走行に伴う光入射面上の所定パターンの像の移動方向は、光入射面上の第１方向に一致する。第１光感応領域への光入射に応じて出力された電流値は第１電流電圧変換回路に入力して、この電流値に応じた電圧値が第１電流電圧変換回路から出力される。第２光感応領域への光入射に応じて出力された電流値は第２電流電圧変換回路に入力して、この電流値に応じた電圧値が第２電流電圧変換回路から出力される。第１電流電圧変換回路から出力された電圧値はクランプ回路に入力して、当該入力電圧値と基準電圧値とが大小比較され、その比較結果に応じて入力電圧値および基準電圧値の何れかがクランプ回路から出力される。第２電流電圧変換回路から出力された電圧値、および、クランプ回路から出力された電圧値は、比較回路に入力して、大小比較され、その比較結果に応じた電圧値が比較回路から出力される。そして、この比較回路から出力された電圧値に基づいて、走行体の走行タイミングおよび横方向のずれが検出される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図において、説明の便宜のためにｘｙ直交座標系が示されている。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る検出装置１０の概略構成図である。この図に示される検出装置１０は、パッケージ１１にマウントされた光検出器１００および処理回路２００を備える。光検出器１００は、後述するように光感応領域としてフォトダイオードが形成されていて、このフォトダイオードへの光入射に応じて電荷を発生し、その発生した電荷の量に応じた値の電流を出力する。処理回路２００は、光検出器１００から出力された電流値を入力して、この電流値に基づいて所定の処理を行い、その処理の結果を示す電圧値を出力する。光検出器１００と処理回路２００との間、光検出器１００とパッケージ１１との間、および、処理回路２００とパッケージ１１との間それぞれは、例えばワイヤボンディングにより互いに電気的に接続されている。また、パッケージ１１は、外部端子１２１〜１２１２を有している。これら外部端子１２１〜１２１２のうち何れかを介して、光検出器１００のフォトダイオードに逆バイアス電圧が印加され、処理回路２００に電力が供給され、また、処理回路２００から出力された電圧値が外部へ出力される。
【００１６】
図２は、本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の平面図である。この光検出器１００は、半導体基板１０１の一方の面上に、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０を備えている。第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれは、フォトダイオードが形成されている領域であり、入射光の強度に応じた量の電荷を発生する。
【００１７】
また、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれの形状は三角形とされている。そして、第１光感応領域１１０の３辺１１１〜１１３のうち、辺１１１はｙ軸に平行であり、辺１１２はｘ軸に平行である。第２光感応領域１２０の３辺１２１〜１２３のうち、辺１２１はｙ軸に平行であり、辺１２２はｘ軸に平行である。第１光感応領域１１０の辺１１１と、第２光感応領域１２０の辺１２１とは、互いに同じ長さであって、互いに対向している。また、第１光感応領域１１０の辺１１２と、第２光感応領域１２０の辺１２２とは、互いに同じ長さであって、同一直線上にある。
【００１８】
すなわち、光入射面上に互いに直交する第１方向（ｘ軸に平行な方向）および第２方向（ｙ軸に平行な方向）を仮想したときに、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれの第１方向についての幅は、第２方向の一方側に向かって次第に狭くなっている。また、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれの形状は、第２方向に平行な直線を軸として互いに対称である。
【００１９】
図３は、本実施形態に係る検出装置１０に含まれる処理回路２００の回路図である。なお、この図には、光検出器１００の第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれがフォトダイオード記号として示されている。この図に示されるように、処理回路２００は、第１電流電圧変換回路２１０、第２電流電圧変換回路２２０、クランプ回路２３０および比較回路２４０を備える。
【００２０】
第１電流電圧変換回路２１０は、光検出器１００の第１光感応領域１１０への光入射に応じて出力される電流値Ｉ１を入力して、この電流値Ｉ１を電流電圧変換し、入力した電流値Ｉ１に応じた電圧値Ｖ１を出力する。同様に、第２電流電圧変換回路２２０は、光検出器１００の第２光感応領域１２０への光入射に応じて出力される電流値Ｉ２を入力して、この電流値Ｉ２を電流電圧変換し、入力した電流値Ｉ２に応じた電圧値Ｖ２を出力する。
【００２１】
クランプ回路２３０は、第１電流電圧変換回路２１０から出力される電圧値Ｖ１を入力して、当該入力電圧値Ｖ１と一定の基準電圧値ＶＣとを大小比較し、その比較結果に応じて入力電圧値Ｖ１および基準電圧値ＶＣの何れかを電圧値Ｖ３として出力する。より具体的には、クランプ回路２３０は以下のような動作をする。すなわち、第１光感応領域１１０へ入射する光の強度Ｐ１が或る小さい閾値強度Ｐｔｈであるときに第１電流電圧変換回路２１０から出力される電圧値Ｖ１を基準電圧値ＶＣとする。そして、クランプ回路２３０は、入射光強度Ｐ１が閾値強度Ｐｔｈ未満であることを入力電圧値Ｖ１が示しているときに、基準電圧値ＶＣを電圧値Ｖ３として出力する。また、クランプ回路２３０は、入射光強度Ｐ１が閾値強度Ｐｔｈ以上であることを入力電圧値Ｖ１が示しているときに、入力電圧値Ｖ１をそのまま電圧値Ｖ３として出力する。
【００２２】
比較回路２４０は、第２電流電圧変換回路２２０から出力される電圧値Ｖ２を入力するとともに、クランプ回路２３０から出力される電圧値Ｖ３を入力して、これらの入力した２つの電圧値Ｖ２，Ｖ３を大小比較し、その比較結果に応じた電圧値Ｖ４を出力する。例えば、入力電圧値Ｖ３が入力電圧値Ｖ２以上であれば出力電圧値Ｖ４はハイレベルとなり、入力電圧値Ｖ３が入力電圧値Ｖ２未満であれば出力電圧値Ｖ４はローレベルとなる。
【００２３】
次に、上記の本実施形態に係る検出装置１０を用いたタイミング検出システムおよび方法の実施形態について説明する。図４は、本実施形態に係るタイミング検出システム１の説明図である。この図に示されるタイミング検出システム１は、ｘ軸方向に走行する走行体であるベルト３００の走行タイミングを検出するものである。同図（ａ）はタイミング検出システム１の斜視図であり、同図（ｂ）はベルト３００の平面図である。
【００２４】
このタイミング検出システム１は、２つの検出装置１０Ａ，１０Ｂを備えている。これら検出装置１０Ａ，１０Ｂそれぞれは、上述した検出装置１０と同様の構成のものである。また、ベルト３００の一方の縁に沿って三角形のパターン３１０Ａ，１〜３１０Ａ，４が配列して形成されており、ベルト３００の他方の縁に沿って三角形のパターン３１０Ｂ，１〜３１０Ｂ，４が配列して形成されている。これらパターン３１０Ａ，１〜３１０Ａ，４，３１０Ｂ，１〜３１０Ｂ，４は、ベルト３００の表面に描かれたものであってもよいし、或いは、ベルト３００に設けられた開口であってもよい。
【００２５】
そして、ベルト３００がｘ軸方向に走行するに従って、パターン３１０Ａ，１〜３１０Ａ，４が順次に検出装置１０Ａの下方に位置し、パターン３１０Ｂ，１〜３１０Ｂ，４が順次に検出装置１０Ｂの下方に位置する。例えば、パターン３１０Ａ，１が検出装置１０Ａの下方に位置しているとき、この検出装置１０Ａに含まれる光検出器１００の光入射面上に、このパターン３１０Ａ，１の像が光学系により結像される。なお、パターンがベルト３００の表面に描かれたものである場合には、検出装置１０Ａ，１０Ｂの下方に位置するパターンに対してベルト３００の表面から照明する為の照明装置が設けられる。一方、パターンがベルト３００に設けられた開口である場合には、検出装置１０Ａ，１０Ｂの下方に位置するパターンに対してベルト３００の裏面から照明する為の照明装置が設けられる。
【００２６】
また、ベルト３００の走行に伴う光検出器１００の光入射面上のパターン像の移動方向が光入射面上のｘ軸方向に一致するよう、ベルト３００に対して検出装置１０Ａ，１０Ｂが配置されている。そして、検出装置１０Ａ，１０Ｂに含まれる比較回路２４０から出力される電圧値に基づいて、ベルト３００の走行タイミングが検出される。
【００２７】
なお、このタイミング検出システム１がタンデム型のカラープリンタに組み込まれる場合には、ベルト３００は中間転写ベルトであり、パターン３１０Ａ，１〜３１０Ａ，４および３１０Ｂ，１〜３１０Ｂ，４はＹＭＣＫの各色のものである。そして、例えば、パターン３１０Ａ，１および３１０Ｂ，１はイエロー用の感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する際のタイミング検出に用いられ、パターン３１０Ａ，２および３１０Ｂ，２はマゼンタ用の感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する際のタイミング検出に用いられ、パターン３１０Ａ，３および３１０Ｂ，３はシアン用の感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する際のタイミング検出に用いられ、また、パターン３１０Ａ，４および３１０Ｂ，４はブラック用の感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する際のタイミング検出に用いられる。
【００２８】
図５は、本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の光入射面におけるパターン像の移動の様子を説明する図である。ここでは、２つの検出装置１０Ａ，１０Ｂを代表して検出装置１０と表しており、また、光検出器１００の光入射面におけるパターン像Ｐを破線で表している。
【００２９】
この図に示されるように、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれのｘ軸方向についての幅は、ｙ軸方向の一方側に向かって次第に狭くなっているのに対して、光入射面におけるパターン像Ｐは、ｙ軸方向の一方側に向かって次第に広くなっている。また、光入射面におけるパターン像Ｐは、三角形の形状であって、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０を合わせたものと同一形状で同一サイズであるのが好適である。
【００３０】
ベルト３００のｘ軸方向への走行に伴い、光検出器１０の光入射面上でパターン像Ｐもｘ軸方向へ移動する。パターン像Ｐは、光入射面上でのｘ軸方向の移動に伴い、初めに第１光感応領域１１０と重なり始め（同図（ａ））、その後、第２光感応領域１２０と重なり始め（同図（ｂ））、やがて、第１光感応領域１１０との重なり面積と第２光感応領域１２０との重なり面積とが一致する（同図（ｃ））。パターン像Ｐは、光入射面上で更にｘ軸方向に移動することで、第１光感応領域１１０との重なりが終わり（同図（ｄ））、そして、第２光感応領域１２０との重なりが終わる（同図（ｅ））。
【００３１】
このように、光検出器１０の光入射面上でパターン像Ｐがｘ軸方向に移動するのに伴って、パターン像Ｐと第１光感応領域１１０との重なりの程度が変化するとともに、パターン像Ｐと第２光感応領域１２０との重なりの程度が変化する。そして、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれへ入射する光の強度は、その重なりの程度に応じたものであるから、出力される電流値Ｉ１，Ｉ２の時間変化は、その重なりの程度の時間変化に応じたものとなる。
【００３２】
図６は、本実施形態に係る検出装置１０における電流値Ｉ１，Ｉ２および電圧値Ｖ４それぞれの時間変化の説明図である。同図（ａ）は、光検出器１００から出力されて処理回路２００に入力する電流値Ｉ１，Ｉ２の時間変化を示す。同図（ｂ）は、処理回路２００の比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４の時間変化を示す。
【００３３】
図６（ａ）に示されるように、光検出器１００の光入射面上でパターン像Ｐが第１光感応領域１１０と重なり始めると（図５（ａ））、電流値Ｉ１が大きくなり始める。その後、パターン像Ｐが第２光感応領域１２０と重なり始めると（図５（ｂ））、電流値Ｉ２が大きくなり始める。パターン像Ｐと第１光感応領域１１０との重なり面積と、パターン像Ｐと第２光感応領域１２０との重なり面積とが、互いに一致する時刻ｔ０では（同図（ｃ））、電流値Ｉ１と電流値Ｉ２とは互いに等しくなる。この時刻ｔ０では、電流値Ｉ１は減少傾向にあり、電流値Ｉ２は増加傾向にある。パターンＰと第１光感応領域１１０との重なりが終わると（同図（ｄ））、電流値Ｉ１が零となり、そして、パターンＰと第２光感応領域１２０との重なりが終わると（同図（ｅ））、電流値Ｉ２が零となる。
【００３４】
処理回路２００の比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４は、図６（ｂ）に示されるように変化する。すなわち、電流値Ｉ１が電流値Ｉ２以上であれば、クランプ回路２３０から出力される電圧値Ｖ３（＝Ｖ１）が電圧値Ｖ２以上となり、比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４はハイレベルとなる。また、電流値Ｉ１が電流値Ｉ２未満であって、電圧値Ｖ３が電圧値Ｖ２未満となり、電圧値Ｖ４はローレベルとなる。ただし、電流値Ｉ１が電流値Ｉ２未満であって、電圧値Ｖ１が電圧値Ｖ２未満となったとしても、電圧値Ｖ１が基準電圧値ＶＣ未満であって、電圧値Ｖ２も基準電圧値ＶＣ未満であれば、クランプ回路２３０から出力される電圧値Ｖ３（＝ＶＣ）が電圧値Ｖ２（＜ＶＣ）超となり、比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４はハイレベルとなる。
【００３５】
結局、電流値Ｉ１と電流値Ｉ２とが互いに一致する時刻をｔ０とし、電流値Ｉ２が減少していって電圧値Ｖ２が基準電圧値ＶＣ未満となる時刻をｔ１とすると、時刻ｔ０前では電圧値Ｖ４はハイレベルであり、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間では電圧値Ｖ４はローレベルとなり、時刻ｔ１後では電圧値Ｖ４はハイレベルとなる。このことから、比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４がハイレベルからローレベルへ変化する時刻ｔ０に、図５（ｃ）に示されるような光入射面上のパターン像Ｐの位置となったことが検知されるので、これにより、ベルト３００の走行タイミングが検知される。
【００３６】
また、図４に示される如く、ベルト３００の両縁それぞれにパターン３１０を形成して、一方の縁に沿って配列して形成されたパターン３１０Ａ，１〜３１０Ａ，４を検出装置１０Ａが検出し、他方の縁に沿って配列して形成されたパターン３１０Ｂ，１〜３１０Ｂ，４を検出装置１０Ｂが検出するようにすれば、検出装置１０Ａ，１０Ｂそれぞれが検出した上記時刻ｔ０相当のタイミングの比較から、ベルト３００の走行時の傾きが検知され得る。すなわち、ベルト１００が傾くこと無くｘ軸方向に走行しているとしたときには、パターン３１０Ａ，１について検出装置１０Ａが検出する上記時刻ｔ０相当のタイミングと、パターン３１０Ｂ，１について検出装置１０Ｂが検出する上記時刻ｔ０相当のタイミングとが互いに一致するとする。これに対して、ベルト１００が傾いてｘ軸方向に走行しているとすれば、パターン３１０Ａ，１について検出装置１０Ａが検出する上記時刻ｔ０相当のタイミングと、パターン３１０Ｂ，１について検出装置１０Ｂが検出する上記時刻ｔ０相当のタイミングとは互いに一致することは無く、両タイミングの差に基づいて、ベルト３００の走行時の傾きが検知され得る。
【００３７】
また、比較回路２４０から出力される電圧値Ｖ４がローレベルである時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間Ｔ（図６（ｂ））に基づいて、ベルト３００の走行時の横方向（走行方向と直交する方向すなわちｙ軸方向）のずれが検知され得る。図７は、本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の光入射面におけるパターン像の移動経路とベルト３００の横方向のずれとの関係を説明する図である。
【００３８】
同図（ａ）は、ベルト３００の横方向のずれ量が無い基準状態における光入射面上のパターン像Ｐの移動経路を示す。この基準状態では、光検出器１００の光入射面におけるパターン像Ｐのｙ軸方向範囲は、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれのｙ軸方向範囲と一致している。このときの図６（ｂ）に示される時間ＴがＴａであるとする。
【００３９】
同図（ｂ）は、基準状態に対してベルト３００が＋ｙ方向にずれている状態における光入射面上のパターン像Ｐの移動経路を示す。この場合には、光検出器１００の光入射面におけるパターン像Ｐのｙ軸方向範囲は、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれのｙ軸方向範囲に対して＋ｙ方向にずれる。したがって、このときの図６（ｂ）に示される時間Ｔｂは、上記基準状態時における時間Ｔａと比べて短い。
【００４０】
同図（ｃ）は、基準状態に対してベルト３００が−ｙ方向にずれている状態における光入射面上のパターン像Ｐの移動経路を示す。この場合には、光検出器１００の光入射面におけるパターン像Ｐのｙ軸方向範囲は、第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれのｙ軸方向範囲に対して−ｙ方向にずれる。したがって、このときの図６（ｂ）に示される時間Ｔｃは、上記基準状態時における時間Ｔａと比べて長い。
【００４１】
このように、ベルト３００の走行時の横方向のずれ（量および方向）に応じて、図６（ｂ）に示される時間Ｔが異なる。したがって、この時間Ｔに基づいて、ベルト３００の走行時の横方向のずれが検知され得る。
【００４２】
なお、これまでの説明では、光検出器１００の第１光感応領域１１０および第２光感応領域１２０それぞれの形状が三角形であって、光検出器１００の光入射面におけるパターン像Ｐの形状が三角形であるとしたが、これらは他の形状であってもよい。図８は、他の実施形態に係る光検出器の平面図である。この図には、光入射面上のパターン像も示されている。
【００４３】
同図（ａ）に示された光検出器１００は上述のものと同様であるが、光入射面上のパターン像Ｐは矩形である。この場合にも、この検出装置１０は、走行体の走行タイミングを検出することができ、また、走行体の走行時の横方向のずれをも検出することができる。
【００４４】
同図（ｂ）に示された光検出器１００Ａは、半導体基板の一方の面上に、第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０を備えている。第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０それぞれは、フォトダイオードが形成されている領域であり、入射光の強度に応じた量の電荷を発生する。
【００４５】
また、第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０それぞれの形状は台形とされている。そして、第１光感応領域１３０の４辺１３１〜１３４のうち、辺１３１はｙ軸に平行であり、底辺１３２および上辺１３４それぞれはｘ軸に平行であり、底辺１３２より上辺１３４が短い。第２光感応領域１４０の４辺１４１〜１４４のうち、辺１４１はｙ軸に平行であり、底辺１４２および上辺１４４それぞれはｘ軸に平行であり、底辺１４２より上辺１４４が短い。第１光感応領域１３０の辺１３１と、第２光感応領域１４０の辺１４１とは、互いに同じ長さであって、互いに対向している。第１光感応領域１３０の底辺１３２と、第２光感応領域１４０の底辺１４２とは、互いに同じ長さであって、同一直線上にある。また、第１光感応領域１３０の上辺１３４と、第２光感応領域１４０の上辺１４４とは、互いに同じ長さであって、同一直線上にある。
【００４６】
すなわち、光入射面上に互いに直交する第１方向（ｘ軸に平行な方向）および第２方向（ｙ軸に平行な方向）を仮想したときに、第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０それぞれの第１方向についての幅は、第２方向の一方側に向かって次第に狭くなっている。また、第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０それぞれの形状は、第２方向に平行な直線を軸として互いに対称である。
【００４７】
また、同図（ｂ）に示されるように、光検出器１００Ａの光入射面上のパターン像Ｐは、台形の形状であって、ｙ軸方向の一方側に向かって次第に広くなっている。また、光入射面におけるパターン像Ｐは、第１光感応領域１３０および第２光感応領域１４０を合わせたものと同一形状で同一サイズであるのが好適である。このような場合にも、この光検出器１００Ａを含む検出装置１０は、走行体の走行タイミングを検出することができ、また、走行体の走行時の横方向のずれをも検出することができる。
【００４８】
以上のように、本実施形態では、光検出器１００の光入射面上の２つの光感応領域それぞれからの出力に基づいて、走行体の走行タイミングおよび横方向のずれを検出することができるので、その検出のための構成や処理が簡易である。
【００４９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光検出器１００の光入射面上の２つの光感応領域それぞれの形状は、上記実施形態のものに限られない。また、光入射面上のパターン像の形状も、上記実施形態のものに限られない。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、光検出器の光入射面上の２つの光感応領域それぞれからの出力に基づいて、走行体の走行タイミングおよび横方向のずれを検出することができるので、その検出のための構成や処理が簡易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る検出装置１０の概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の平面図である。
【図３】本実施形態に係る検出装置１０に含まれる処理回路２００の回路図である。
【図４】本実施形態に係るタイミング検出システム１の説明図である。
【図５】本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の光入射面におけるパターン像の移動の様子を説明する図である。
【図６】本実施形態に係る検出装置１０における電流値Ｉ１，Ｉ２および電圧値Ｖ４それぞれの時間変化の説明図である。
【図７】本実施形態に係る検出装置１０に含まれる光検出器１００の光入射面におけるパターン像の移動経路とベルト３００の横方向のずれとの関係を説明する図である。
【図８】他の実施形態に係る光検出器の平面図である。
【符号の説明】
１…タイミング検出システム、１０，１０Ａ，１０Ｂ…検出装置、１００…光検出器、１１０…第１光感応領域、１２０…第２光感応領域、２００…処理回路、２１０…第１電流電圧変換回路、２２０…第２電流電圧変換回路、２３０…クランプ回路、２４０…比較回路、３００…ベルト（走行体）、３１０…パターン。
Claims (8)
- 各々光入射に応じて電荷を発生する第１光感応領域および第２光感応領域を光入射面上に備え、
前記光入射面上に互いに直交する第１方向および第２方向を仮想したときに、前記第１光感応領域および前記第２光感応領域それぞれの前記第１方向についての幅が、前記第２方向の一方側に向かって次第に狭くなっている、
ことを特徴とする光検出器。 - 前記第１光感応領域および前記第２光感応領域それぞれの形状が三角形または台形である、ことを特徴とする請求項１記載の光検出器。
- 前記第１光感応領域および前記第２光感応領域それぞれの形状が、前記第２方向に平行な直線を軸として互いに対称である、ことを特徴とする請求項１記載の光検出器。
- 各々光入射に応じて電荷を発生する第１光感応領域および第２光感応領域を備える請求項１記載の光検出器と、
前記第１光感応領域への光入射に応じて出力される電流値を入力して、この電流値に応じた電圧値を出力する第１電流電圧変換回路と、
前記第２光感応領域への光入射に応じて出力される電流値を入力して、この電流値に応じた電圧値を出力する第２電流電圧変換回路と、
前記第１電流電圧変換回路から出力される電圧値を入力して、当該入力電圧値と基準電圧値とを大小比較し、その比較結果に応じて前記入力電圧値および前記基準電圧値の何れかを出力するクランプ回路と、
前記第２電流電圧変換回路から出力される電圧値を入力するとともに、前記クランプ回路から出力される電圧値を入力して、これらの入力した２つの電圧値を大小比較し、その比較結果に応じた電圧値を出力する比較回路と、
を備えることを特徴とする検出装置。 - 一方向に走行する走行体の走行タイミングを検出するシステムであって、
請求項４記載の検出装置を備え、
前記走行体に所定パターンが設けられていて、
前記検出装置に含まれる前記光検出器の前記光入射面上に前記所定パターンの像が光学系により結像され、前記走行体の走行に伴う前記光入射面上の前記所定パターンの像の移動方向が前記光入射面上の前記第１方向に一致するよう、前記走行体に対して前記検出装置が配置されていて、
前記検出装置に含まれる前記比較回路から出力される電圧値に基づいて、前記走行体の走行タイミングを検出する、
ことを特徴とするタイミング検出システム。 - 前記光入射面上の前記所定パターンの像の前記第１方向についての幅が、前記第２方向の前記一方側に向かって次第に広くなっている、ことを特徴とする請求項５記載のタイミング検出システム。
- 一方向に走行する走行体の走行タイミングを検出する方法であって、
請求項４記載の検出装置を用い、
前記走行体に所定パターンを設け、
前記検出装置に含まれる前記光検出器の前記光入射面上に前記所定パターンの像が光学系により結像され、前記走行体の走行に伴う前記光入射面上の前記所定パターンの像の移動方向が前記光入射面上の前記第１方向に一致するよう、前記走行体に対して前記検出装置を配置して、
前記検出装置に含まれる前記比較回路から出力される電圧値に基づいて、前記走行体の走行タイミングを検出する、
ことを特徴とするタイミング検出方法。 - 前記光入射面上の前記所定パターンの像の前記第１方向についての幅が、前記第２方向の前記一方側に向かって次第に広くなっている、ことを特徴とする請求項７記載のタイミング検出方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003011248A JP2004226110A (ja) | 2003-01-20 | 2003-01-20 | 光検出器、検出装置、タイミング検出システムおよびタイミング検出方法 |
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| JP2003011248A JP2004226110A (ja) | 2003-01-20 | 2003-01-20 | 光検出器、検出装置、タイミング検出システムおよびタイミング検出方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004226110A true JP2004226110A (ja) | 2004-08-12 |
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ID=32900210
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| JP2003011248A Pending JP2004226110A (ja) | 2003-01-20 | 2003-01-20 | 光検出器、検出装置、タイミング検出システムおよびタイミング検出方法 |
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| JP (1) | JP2004226110A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008170737A (ja) * | 2007-01-11 | 2008-07-24 | Ricoh Co Ltd | 画像形成方法並びに画像形成装置、補正用トナー画像のパターン |
| US8901480B2 (en) | 2010-09-10 | 2014-12-02 | Denso Corporation | Optical sensor having a blocking film disposed over light receiving elements on a semiconductor substrate via a light transparent film for detecting an incident angle of light |
-
2003
- 2003-01-20 JP JP2003011248A patent/JP2004226110A/ja active Pending
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