JP2005017297A

JP2005017297A - 位置エンコーダの光学格子

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Publication number: JP2005017297A
Application number: JP2004185089A
Authority: JP
Inventors: David D Martenson; ディーマーテンソンデビッド; David L Knierim; エルクニエリムデビッド
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: MXPA04006234A; CA2471390C; US7405393B2; EP1491348A2; CA2471390A1; JP4460956B2; US20040262502A1; EP1491348A3; US20050253052A1; BRPI0402512A; EP1491348B1

Abstract

【課題】プリントドラムやプリントヘッドなどの可動部品の位置を正確に検出する。
【解決手段】互いに対して動く光学格子と直交位相光学式エンコーダセンサとを含む光学エンコーダ。光学格子は第１のエンコーダバーと複数の第２のエンコーダバーとを含む。第１のエンコーダバーは、直交位相光学式エンコーダセンサの出力の振幅を変化させるように構成された第２のエンコーダバーと光学的に異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばプリントヘッド等の可動部品の位置を検出する位置エンコーダを構成する光学格子に関する。

プリントシステム、例えばインクジェットプリンタや電子写真プリンタでは、位置エンコーダを用いてプリントドラムやプリントヘッドなどの可動部品の位置を追跡することができる。位置エンコーダは、一般に、位置を追跡すべき部品の動きに従って互いに移動する光学格子（optical grating）と光学エンコーダセンサとを含む。

米国特許第４３０００３９号明細書米国特許第４３０８５００号明細書米国特許第４９６３７３３号明細書米国特許第５０２１７８１号明細書米国特許第５０６３２９１号明細書米国特許第５１３８１５４号明細書米国特許第６１４０６３６号明細書米国特許第６２９２１１７号明細書米国特許第６３６０４４９号明細書米国特許第６４３７３２４号明細書

ここで、その位置が追跡されている部品の基準位置またはホームポジションを決めるのが便利であるが、このような基準またはホームポジションの決定は難しい場合がある。

上記目的を達成するため、特に本発明は、光学格子であって、連続的に隣接する複数の第１エンコーダバーと、複数の第２エンコーダバーと、を含み、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーと前記第２エンコーダバーは略均一の間隔で配置され、前記第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーと光学的に異なることを特徴とする。

図１は、例えば歯車列（gear train）１３によって駆動されるプリントドラム１１を含むプリント装置の一実施形態を示す概略ブロック図である。マーキングシステム２０はマーキング材料をプリントドラム１１に供給して像を形成する。この像がプリント出力媒体１５に転写される。このマーキングシステム２０は、例えば、インクジェットマーキングシステムでもよいし、電子写真マーキングシステムでもよい。

プリントドラム１１の動きに従い、互いに対して移動する光学エンコーダ格子１７と直交位相（2相）光学式エンコーダセンサ（quadrature optical encoder sensor）１９を備える光学エンコーダシステムは、位置に関連する情報を提供する。この情報は、プリンタコントローラ１０によって処理することができ、例えば、プリントドラム１１の角度位置を判断する。例として、光学エンコーダセンサ１９をプリントドラム１１または歯車列１３に機械的に結合することができ、または、光学エンコーダ格子１７をプリントドラム１１または歯車列１３に機械的に結合することができる。光学エンコーダ格子１７は、光学トラック（optical track）を含み、この光学トラックが符号化されてプリントドラム１１の所定位置を識別する。光学トラックは、一般に、交互に並んだ一連のライト領域とダーク領域とを含み、ライト領域は反射性であっても透過性であってもよい。透過型システムにおいては、ライト領域が透過性であり、ダーク領域はライト領域より透過性が低い。反射型システムでは、ライト領域が反射性であり、ダーク領域はライト領域より反射性が低い。

ここに開示される光学トラックは、相対的な明るさまたは暗さを有する領域を含むことができるので、便宜上、ある領域が別の領域より明るいと記載される場合には、より明るい領域は、透過型システムではより透過性が高く構成され、反射型システムではより反射性が高く構成される。同様に、ある領域が別の領域より暗いと書かれた場合には、より暗い領域は、透過型システムではより透過性が低く構成され、反射型システムではより反射性が低く構成される。ライト領域は、ダーク領域どうしを分離するため、スペース、スロット、またはウィンドウとも呼ぶことができる。ダーク領域は便宜的にエンコーダバーと呼ぶことができる。

例えば、直交位相光学式エンコーダセンサ１９は、光源または発光器、例えばＬＥＤと、センサが感知領域を通過して移動する際に、光学エンコーダ格子の光学トラックによって透過または反射される光のパターンを検出する複数の光検出器、例えばフォトダイオードと、を含むことができる。光学エンコーダセンサ１９は、アジレントテクノロジー社から入手可能な光学式インクリメンタル型エンコーダモジュール、アジレントＨＥＤＳ−９２０２によって実施できる。光学格子１７の光学トラックが光源からの光を変調し、直交位相光学式エンコーダセンサ１９は、光学トラックによって変調された光を検出することにより、光学トラックのライト領域とダーク領域とを検出する。直交位相光学式エンコーダセンサ１９の出力には、直交位相（２相）波形を含むことができ、これをコントローラ１０に供給して歯車列１３の動作を制御することができる。

図２は、マーキングシステムの一実施形態を示す概略ブロック図であり、マーキングシステムは、プリントドラム１１上に設けられた中間転写表面３５にインクの滴３３を堆積させるインクジェットプリントヘッド３１を含む。インク滴３３は、ソリッドインクの供給部３７によって供給される溶解ソリッドインクでもよい。中間転写表面３５は、例えば、アプリケータアセンブリ３９によってプリントドラム１１に供給された液体層を含む。アプリケータアセンブリ３９は、例えば、同一出願人による米国特許６，４３１，７０３号に示されるように、オイル含浸ローラ及び測量ワイパまたはブレードを含むことができる。線形光学エンコーダ格子１１７及び直交位相光学式エンコーダセンサ１１９によって、プリントヘッド３１の位置を検出することができる。線形光学エンコーダ格子１１７がプリントヘッド３１の動きに従って動くこともできるし、または直交位相光学式エンコーダセンサがプリントヘッド３１の動きに従って動くこともできる。

図３、図４、図５は、直線的に移動可能なストリップ（strip）５３に設けられた線形光学トラック５１を含む光学エンコーダ格子の実施形態を概略的に示している。光学トラックは、直線上に中心間の距離Ｃを隔てて均等に配置され、一定のピッチを有することができるダーク領域いわゆるバー５５，６１，６２，６３，６４，６５を含む。ダーク領域６１〜６５は連続的に隣接し、ダーク領域５５は、ダーク領域６１〜６５の片側または両側に設けることができる。ダーク領域５５，６１〜６５は、それぞれが、幅ＷＡやＷ１〜Ｗ５、及び、高さＨＡやＨ１〜Ｈ５を有する矩形であってもよい。ダーク領域の側端は線形であってもよく、または、円形光学トラックの例として図８に概略的に示されるように、非線形にすることもできる。

ダーク領域５５、６１〜６５はそれぞれ、ブラックでも、ブラックでないグレーの色調でも、あるいは例えばパターンを有してもよい。適当なパターンには、線分、ドットまたは矩形を含む。

連続的に隣接するダーク領域６１〜６５は、より特定的には、光学的に互いが実質的に同一であるダーク領域５５とは、光学的に異なるため、ダーク領域６１〜６５が直交位相光学式エンコーダセンサ１１９によって検出されると、直交位相光学式エンコーダセンサ１１９の直交位相（２相）出力波形の振幅が変化する。言い換えると、ダーク領域６１〜６５は、直交位相光学式エンコーダセンサ１１９（図２）によって検出された光を変調し、直交位相（２相）波形の振幅を変化させるように構成される。このような変化が検出されることにより、光学格子１１７（図２）の特定線形位置と、これによる例えばプリントヘッド３１（図２）の特定線形位置を示すことができる。あるいは、連続して隣接する光学的に異なる複数のダーク領域６１〜６５の代わりに、光学的に異なる単一のダーク領域を用いることもできる。例えば、ダーク領域６３が、ダーク領域５５，６１〜６２及び６４〜６５と光学的に異なる単一のダーク領域である。

例えば、図３に概略的に示されるように、ダーク領域６１〜６５は、実質的に互いに同じ幅を有するダーク領域５５より幅を狭くすることができる。あるいは、ダーク領域６１〜６５は、実質的に互いに同じ幅を有するダーク領域５５より幅を広くすることができる。これらの実施において、ダーク領域５５、６１〜６５の高さＨＡ，Ｈ１〜Ｈ５は、実質的に同一にすることができる。

別の例として、図４に概略的に示されるように、ダーク領域６１〜６５を、ダーク領域５５より短くすることができる。この場合、ダーク領域５５，６１〜６５は実質的に同じ幅にすることができ、ダーク領域６１〜６５の高さは直交位相光学式エンコーダセンサ１１９の視野の高さより低い。すなわち、ダーク領域５５，６１〜６５の高さは、直交位相光学式エンコーダが高さの差を検出できるように構成されている。さらに別の例として、ダーク領域６１〜６５の高さを、実質的に互いに同一の高さを有するダーク領域５５の高さより高くすることもできる。

さらに別の例として、図５に概略的に示されるように、ダーク領域６１〜６５を、実質的に同じグレーの色調であるダーク領域５５より明るいグレーの色調にして、ダーク領域６１〜６５が反射型システムにおいてより高い反射性を有し、透過型システムにおいてより高い透過性を有するようにすることができる。あるいは、ダーク領域６１〜６５をダーク領域５５より暗いグレーの色調にし、反射型システムにおいてより低い反射性、透過型システムにおいてより低い透過性を有することができる。また、ダーク領域６１〜６５は、ダーク領域５５と異なるパターン形状を有し、ダーク領域６１〜６５がダーク領域５５より高い反射性（反射型システムにおいて）または透過性（透過型システムにおいて）を有すること、またはダーク領域５５より低い反射性（反射型システムにおいて）または透過性（透過型システムにおいて）を有することができる。これらの実施においては、高さＨＡ，Ｈ１〜Ｈ５は実質的に同一にすることができ、及び／または、幅ＷＡ、Ｈ１〜Ｈ５は実質的に同一にすることができる。

図６は、図３、図４、または図５の光学トラックが、直交位相光学式エンコーダセンサ１１９の発光器と検出器とのあいだを移動する際に生成される直交位相（２相）波形を概略的に示す。

エンコーダバーの光学特性に関する上記の概念は、例えば図７、図８、図９及び図１０に概略的に示されるようなエンコーダホイールまたはディスクにおいて実施できる。エンコーダホイールまたはディスクを用いて、例えば、回転可能なプリントドラム１１（図１）の位置を検出することができる。

図７、図８、図９及び図１０は、回転可能なディスク５３に設けられた円形光学トラック５１を含む光学エンコーダ格子の実施形態を示す概略図である。光学トラック５１は、そのほぼ中心に配置されたダーク領域またはバー５５，６１〜６２，６３，６４，６５を含む。トラックのダーク領域５５及び６１から６５は、一定のピッチを有するように、その中心間の距離Ｃが均一になるような間隔で角度つけて配置することができる。ダーク領域６１〜６５は連続的に隣接し、ダーク領域５５は、ダーク領域６１〜６５の片側または両側に設けることができる。ダーク領域５５，６１〜６５は、それぞれが幅ＷＡ，Ｗ１−Ｗ５及び径方向の高さＨＡ，Ｈ１〜Ｈ５を有する。ダーク領域の側端は線形であってもよく、または、図８に概略的に示されるように、非線形にすることもできる。具体例として、ダーク領域５５，６１〜６５は、円の断片またはくさび形の先端を切断した形状（truncated circular sections or wedges）を含むことができる。

ダーク領域５５及び６１〜６５は、ブラックでも、ブラックでないグレーの色調でも、あるいは例えばパターン形状を有してもよい。適当なパターン形状には、線分、ドットまたは矩形を含むことができる。

連続的に隣接するダーク領域６１〜６５は、より特定的には、互いに光学的に実質的に同一であるダーク領域５５とは光学的に異なり、この結果、ダーク領域６１〜６５が直交位相光学式エンコーダセンサ１９（図１）によって検出されると、直交位相光学式エンコーダセンサ１９の直交位相出力波形の振幅が変化する。すなわち、ダーク領域６１〜６５は、直交位相光学式エンコーダセンサ１９によって検出された光を変調し、直交位相波形の振幅が変化するように構成されている。このような変化を検出することで、例えば、光学格子１７（図１）の特定角度位置、したがってプリントドラム１１（図１）の特定角度位置を示すことができる。あるいは、連続的に隣接する複数の光学的に異なるダーク領域６１〜６５の代わりに、単一の光学的に異なるダーク領域を用いることもできる。

例えば、図７及び図８に概略的に示されるように、ダーク領域６１〜６５は、実質的に同一幅にすることができるダーク領域５５よりも幅を狭くすることができる。あるいは、ダーク領域６１〜６５は、実質的に同一幅または同一厚さにすることができるダーク領域５５よりも広くすることができる。

別の例として、図９に概略的に示されるように、ダーク領域６１〜６５をダーク領域５５より短くすることができる。この場合、ダーク領域５５と６１〜６５は実質的に同じ角度幅を有し、ダーク領域６１〜６５の径方向の高さは、直交位相光学式エンコーダセンサ１１９の視野の径方向の高さより小さい。すなわち、ダーク領域５５，６１〜６５の径方向の高さは、直交位相光学式エンコーダが径方向の高さにおける差を判断できるように構成されている。さらに別の例として、ダーク領域６１〜６５の径方向の高さを、実質的に互いに同一の径方向の高さを有するダーク領域５５の径方向の高さより大きくすることができる。

さらに別の例として、図１０に概略的に示されるように、ダーク領域６１〜６５のそれぞれを、実質的に同じグレーの色調にすることのできるダーク領域５５より明るいグレーの色調にすることで、ダーク領域６１〜６５がより高い反射性（反射型システム）または透過性（透過型システム）を有するようにすることができる。あるいは、ダーク領域６１〜６５のそれぞれが、ダーク領域５５より暗いグレーの色調を有し、より低い反射性（反射型システム）または透過性（透過型システム）を有することができる。また、ダーク領域６１〜６５がダーク領域５５とは異なるパターンを有し、ダーク領域６１〜６５がダーク領域５５より高い反射性（反射型システム）または透過性（透過型システム）、あるいはダーク領域５５より低い反射性（反射型システム）または透過性（透過型システム）を有することができる。

効果的には、ダーク領域６１〜６５及び５５のそれぞれの光学特性が、ダーク領域６１〜６５が検出された場合に直交位相光学式エンコーダセンサ１９の直交出力波形の振幅が望ましく変化するように構成されている。なお、ダーク領域の光学特性を変化させる種々の技術を単独でまたは組み合わせて使用することができる。

前記の線形及び円形光学トラックに関し、ダーク領域６１〜６５の光学特性における変化は、ダーク領域６１〜６５の範囲にわたって急激であってもよいし、緩やかであってもよい。例えば、ダーク領域６１〜６５の幅は実質的に同じであってもよい。別の例として、ダーク領域６１〜６５の幅を減少させてから増加させることができ、これによってダーク領域６３の幅が最も狭くなる。同様に、ダーク領域６１〜６５の幅を増加させてから減少させ、ダーク領域６１〜６５の中でダーク領域６３を一番幅広にすることができる。

図示される例として、ダーク領域５５の幅はピッチＣの約５０％にすることができ、ダーク領域６１〜６５の幅はピッチＣの約３０％に減少させることができる。さらに、例示される例として、光学的に異なるダーク領域６１〜６５が、例えば左から右に、または時計回りに、次のように並んだ７４本のバーを含むことができる。すなわち、幅が減少する３０のバー、ピッチＣの約３０％の幅を有する１４の中央バー、及び幅の増加する３０のバーを含むことができる。

開示された実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明の範囲内で変更及び修正が可能である。

プリント装置の一実施形態を示す概略ブロック図である。図１のプリント装置において使用可能なマーキング装置の一実施形態を示す概略ブロック図である。線形光学格子の一実施形態を示す概略図である。別の線形光学格子の一実施形態を示す概略図である。さらに別の線形光学格子の一実施形態を示す概略図である。図３、図４、または図５の線形光学トラックが図２の直交位相光学式エンコーダセンサの発光器と検出器との間を移動する際に生成される直交位相波形を概略的に示す図である。円形光学格子の一実施形態を示す概略図である。別の円形光学格子の一実施形態を示す概略図である。さらに別の円形光学格子の一実施形態を示す概略図である。さらなる円形光学格子の概略図である。

符号の説明

１０コントローラ、１１プリントドラム、１７，１１７光学エンコーダ格子、１９、１１９直交位相光学式エンコーダセンサ、２０マーキングシステム、５５、６１〜６５ダーク領域。

Claims

光学格子であって、
連続的に隣接する複数の第１エンコーダバーと、
複数の第２エンコーダバーと、
を含み、
前記連続的に隣接する第１エンコーダバーと前記第２エンコーダバーは略均一の間隔で配置され、
前記第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーと光学的に異なる、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記第２エンコーダバーは略同一の幅を有する光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより幅が狭い、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより幅が狭く、徐々に変化する幅を有する、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより幅が広い、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより幅が広く、徐々に変化する幅を有する、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより高さが低い、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより高さが低く、徐々に変化する高さを有する、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより高さが高い、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより高さが高く、徐々に変化する高さを有する、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記第２エンコーダバーは色調の暗さが略同一である、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより明るい、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより暗い、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより透過性が高い、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーは、前記第２エンコーダバーより透過性が低い、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記連続的に隣接する第１エンコーダバー及び前記第２エンコーダバーは、非線形の側部を含む、光学格子。
請求項１に記載の光学格子において、前記複数の第２エンコーダバーは、前記連続的に隣接する第１エンコーダバーの両側に設けられている、光学格子。