JP2007121005A - マーク検出装置と移動量検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体や各種移動体表面に形成されたマークとそれを検出するセンサとの距離変動や角度変動が生じたりあるいは回転体や各種移動体の速度変動が生じてもて高精度にマークを検出して回転体や各種移動体の移動量を安定して検出する。
【解決手段】所定の周期パターンで配列されて設けられた複数の反射マーク１８とスリット１９によって構成されるスケール１７のほぼ同じ位置に、光ヘッド部２２ａ，２２ｂから波長の異なる光ビームを照射し、スケール１７の反射マーク１８から反射した光あるいはスリット１９を透過した光を検出して、オフセット変動を除去するとともに、スケール１７の隣接した位置に光ビームを照射しても、検出した光ビームは他方の光ビームの散乱光や迷光を受光することなく、Ｓ／Ｎの高いマーク検出信号を得る。
【選択図】 図３

Description

この発明は、例えば複写機やプリンタ装置あるいはファクシミリ装置等の画像形成装置に使用する感光体ベルトや転写ベルト、用紙搬送ベルト、感光体ドラム、転写ドラム等の回転体の回転量や各種移動体の移動量を検出するときに使用するマーク検出装置とそれを使用した移動量検出装置及び画像形成装置、特にマーク検出精度の向上と安定化に関するものである。

感光体ベルトや中間転写ベルト及び用紙搬送ベルトなどの画像形成用の回転体を備えた画像形成装置が広く普及している。このような画像形成装置では、回転体上やその回転体により搬送される転写材上における画像の位置合わせを高精度に行うために、その回転体の回転量（移動量）を正確に制御することが要求される。この回転体の回転量は何らかの原因で変動することが多く、画像位置の誤差を抑制することは困難である。特に、カラー画像形成装置では、回転体の回転量の変動により、本来重なるべき位置に画像が重ならず、形成する画像の色間で位置ずれが生ずるという問題が発生する。

この回転体の速度変動（回転量の変動）による画像の位置誤差を抑制するために、特許文献１に示された画像形成装置は、回転体の表面速度を間接的に測定するために感光体ドラムや転写ドラム等の回転体の回転軸にロータリーエンコーダを直結し、このロータリーエンコーダで検出された回転体の回転軸の回転角速度に基づいて駆動モータの回転角速度を制御するようにしている。しかしながら、回転軸の回転角速度で検出して駆動モータの回転角速度を制御しても、回転体の回転軸の偏心により回転体の表面速度に変動が生じてしまい、回転体の回転量を精度良く制御することは困難である。

また、感光体ベルトや中間転写ベルトなど回転体として無端ベルトを使用した場合、ベルトの速度変動（回転量の変動）は、ベルトの厚さ変動、ベルトを巻き回したローラの偏心及びベルトを移動させる駆動モータの速度ムラなどにより発生してしまう。特に、カラー画像形成装置では、ベルトの速度変動による位置決め誤差は、図１７に示すように、複数の周波数成分を有する波形になってしまう。このベルトの速度変動中にシアン（ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），黒（Ｋ）の各色毎のトナー像を重ね合わせて形成された画像は、各色の位置が合わない画像となるため、ベルトの速度変動は色ずれや色変わりなどの画質劣化の原因になっている。

このベルトの速度変動を防止するため、特許文献２に示された画像形成装置のベルト駆動制御装置は、ベルトを駆動する駆動ローラの回転軸にロータリーエンコーダを直結し、このロータリーエンコーダから出力するパルス信号により回転体の回転量と平均速度を演算し、演算した結果により駆動モータを制御している。このように駆動ローラの回転軸に設けたロータリーエンコーダからのパルス信号で間接的に回転体の回転量や平均速度を得ているため、回転体の回転量を精度良く制御することは困難である。

この回転体の回転量を直接検出するため、特許文献３に示されたベルト搬送装置は、ベルトの表面に反射マークを形成し、その反射マークをセンサで検出して得た電気信号を２値化し、２値化信号のパルス間隔からベルト表面速度を算出してベルトの回転量をフィードバックしてベルトの速度を制御している。
特開平６−１７５４２７号公報 特開平９−１１４３４８号公報 特開平６−２６３２８１号公報

しかしながら画像形成用などの回転体に使われるベルトは、柔軟で変形し易いとともに厚さに偏差を有しており、ベルトが回転しているときに、ベルト表面に形成されたマークとそれを検出するセンサとの距離変動や角度変動が生じてしまう。このようにマークとセンサとの距離変動や角度変動が生じるとセンサで受光する受光量が変化してしまうため、センサが出力する電気信号の振幅は図１８に示すように変動する。このためセンサが出力する電気信号を、基準レベル電圧（０Ｖ）を中心にして定めた上下の振幅規定レベルとコンパレータで比較して得た２値化信号のパルス間隔も変動してしまう。また、回転体の移動速度が一定でない場合、センサからの電気信号からオフセットを取り除くためにハイパスフィルタを使うと、ハイパスフィルタの通過帯域以外の速度では電気信号が減衰して検出できなくなってしまう。

この発明は、このような短所を改善し、回転体や各種移動体表面に形成されたマークとそれを検出するセンサとの距離変動や角度変動が生じたり、あるいは回転体や各種移動体の速度変動が生じてもて高精度にマークを検出して回転体や各種移動体の移動量を安定して検出することができるマーク検出装置とそれを使用した移動量検出装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。

この発明のマーク検出装置は、移動体の移動方向に所定の周期パターンで配列されて設けられた複数のマークによって構成されるスケールに光を照射し、スケールのマークから反射した光ビームあるいはスケールのマークを透過した光ビームを検出するマーク検出装置において、光ビームを出射する光源と、該光源から出射された光ビームを所定の形状に整形して前記スケールに照射する光整形手段を有する投光部と、該投光部から前記スケールに照射されて前記スケールのマークから反射した光ビームあるいは前記スケールのマークを透過した光ビームを受光して電気信号に変換する受光部とで構成される光ヘッドを複数有し、前記複数の光ヘッドの各投光部に設けられた光源は異なる波長の光ビームを出射し、各投光部から出射される複数の光ビームは、前記スケールに対する照射位置が前記スケールのマーク周期以内だけずれていることを特徴とする。

前記スケールに照射する複数の光ビームの位置は、前記スケールのマーク周期の１／２周期だけずれていることが望ましい。

この発明の第２のマーク検出装置は、移動体の移動方向に所定の周期パターンで配列されて設けられた複数のマークによって構成されるスケールに光を照射し、スケールのマークから反射した光あるいはスケールのマークを透過した光を検出するマーク検出装置において、異なる波長の光ビームを出射する複数の光源と、該複数の光源から出射された光ビームを所定の形状に整形する光整形手段及び該光整形手段を出射した複数の光ビームを同一の光軸上に合成して前記スケールに照射するビーム合成手段とを有する投光部と、該投光部から前記スケールに照射されて前記スケールのマークから反射した光ビームあるいは前記スケールのマークを透過した光ビームを波長毎に分離する分光手段及び該分光手段により分光された光ビームを受光して電気信号に変換する複数の受光素子とを有する受光部とを備えたことを特徴とする。

前記光整形手段は、前記光源から出射した光ビームを略平行光束に光学補正するコリメートレンズと、該コリメートレンズで略平行光束にした光ビームのなかから所定のパターンの光ビームを透過する１又は複数のスリットが設けられた固定マスクを有すると良い。また、前記固定マスクは、光ビームを透過する１又は複数のスリットを有する複数の領域を有し、前記スケールに照射する複数の光ビームを１つの固定マスクで所定の形状に整形しても良い。

この発明の他のマーク検出装置は、移動体の移動方向に所定の周期パターンで配列されて設けられた複数のマークによって構成されるスケールに光を照射し、スケールのマークから反射した光あるいはスケールのマークを透過した光を検出するマーク検出装置において、異なる波長の複数の光ビームを出射する波長多重光源及び該波長多重光源から出射された波長の異なる複数の光ビームを分離して所定の形状に整形して前記スケールに照射する光分離整形手段とを有する投光部と、該投光部から前記スケールに照射されて前記スケールのマークから反射した光ビームあるいは前記スケールのマークを透過した光ビームを波長毎に分離する分光手段及び該分光手段により分光された光ビームを受光して電気信号に変換する複数の受光素子とを有する受光部とを備えたことを特徴とする。

前記光分離整形手段を透過波長の異なる複数の帯域フィルタで構成し、前記分光手段を波長により反射角度又は透過角度を変える分光用グレーティングで構成すると良い。

この発明の移動量検出装置は、前記いずれかに記載のマーク検出装置を有し、受光部から出力する信号を２値化して前記移動体の移動量を算出することを特徴とする。

この発明の画像形成装置は、前記移動量検出装置を有し、移動体は、感光体ベルト、感光体ドラム、転写ベルト、用紙搬送ベルト又は転写ドラムのいずれかであることを特徴とする。

この発明は、所定の周期パターンで配列されて設けられた複数のマークによって構成されるスケールのほぼ同じ位置に、波長の異なる複数の光ビームを照射して、スケールのマークから反射した光あるいはスケールのマークを透過した光を検出することにより、オフセット変動を除去することができとともに、スケールの隣接した位置に光ビームを照射しても、検出した光ビームは他方の光ビームの散乱光や迷光を受光することなく、Ｓ／Ｎの高いマーク検出信号を得ることができる。

また、スケールに対する複数の光ビームの照射位置をほぼ同じ位置に照射してスケールのマークから反射した光あるいはスケールのマークを透過した光を検出することにより、位相がずれた複数のマーク検出信号をスケールの近傍の位置から得ることができ、スケールの傷や汚れによって発生する短時間の変動に対してもずれが少なく、確実なオフセット除去を可能にすることができる。

また、スケールに照射する複数の光ビームの位置を、スケールのマーク周期の１／２周期だけずらすことにより、複数のマーク検出信号をスケールの近傍の位置から確実に得ることができる。

さらに、スケールに波長の異なる複数の光ビームを同軸に照射することにより、スケールの高さ変動や傾きが生じても波長の異なる光ビームをスケールの同じ位置に照射することができ、受光素子で受光する光量はスケールの位置変動や角度変動による影響を受けずに、受光素子から出力する位相差のあるマーク検出信号をより確実に同期させてオフセット抑制の効果を高め、Ｓ／Ｎの高いマーク検出信号を得ることができる。

さらに、複数のマーク検出信号を２値化して移動体の移動量を算出することにより、移動体の移動量を安定して検出することができる。

また、複数のマーク検出信号から画像形成装置の感光体ベルトや感光体ドラム、転写ベルト、用紙搬送ベルト又は転写ドラムの移動量を検出することにより、色ずれ等がない良質な画像を安定して形成することができる。

図１はこの発明の画像形成装置の構成を示す配置図である。図に示すように、画像形成装置１は、記録用紙２を搬送する搬送ベルト３に沿って、搬送ベルト３の回転方向（搬送方向）の上流側から順に配列された複数の画像形成ユニット４Ｋ，４Ｍ，４Ｙ，４Ｃと、搬送ベルト３を挟んで各画像形成ユニット４Ｋ，４Ｍ，４Ｙ，４Ｃと対向する位置に設けられた転写器５Ｋ，５Ｍ，５Ｙ，５Ｃ及び搬送ベルト３の下流側に設けられた定着器６を有する。

画像形成ユニット４Ｋはブラックの画像を形成し、画像形成ユニット４Ｍはマゼンタの画像を形成し、画像形成ユニット４Ｙはイエローの画像を形成し、画像形成ユニット４Ｃはシアンの画像を形成する。各画像形成ユニット４Ｋ，４Ｍ，４Ｙ，４Ｃは、像担持体としての感光体ドラム７と、感光体ドラム７の周囲に配置された帯電器８と露光器９と現像器１０と感光体クリーナ１１などを有する。露光器９はレーザスキャナが用いられ、レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミラーで反射させ、ｆθレンズや偏向ミラーなどを用いた光学系を介して出射する。

搬送ベルト３は、駆動回転させられる駆動ローラ１２と従動ローラ１３に巻き回された無端ベルトで形成され、矢印Ａ方向に回転する。搬送ベルト３の下方には、記録用紙２が収納された給紙トレイ１４を有する。この給紙トレイ１４に収納された記録用紙２のうち最上位置にある記録用紙２は、画像形成時に送り出されて搬送ベルト４に静電吸着して搬送され、各画像形成ユニット４Ｋ，４Ｍ，４Ｙ，４Ｃで形成された画像が転写される。

この画像形成装置１でカラー画像を形成するときは、まず、画像形成ユニット４Ｋの感光体ドラム７の表面を帯電器８一様に帯電した後、露光器９で黒画像に対応したレーザ光により露光して静電潜像を形成する。この感光体ドラム７に形成された静電潜像を現像器１０で黒トナーにより可視像化して感光体ドラム７に黒のトナー像を形成する。感光体ドラム７に形成されたトナー像は、搬送ベルト３で搬送されている記録用紙２が感光体ドラム７と接する転写位置で転写器５Ｋにより記録用紙２に転写されて記録用紙２に黒の画像を形成する。トナー像を記録用紙２に転写した感光体ドラム７に残留している不要なトナーは感光体クリーナ１１により除去され、次の画像形成に備える。

このようにして、画像形成ユニット４Ｋで黒のトナー像が転写された記録用紙２は搬送ベルト３によって次の画像形成ユニット４Ｍに搬送され、画像形成ユニット４Ｍで画像形成ユニット４Ｋと同様にして感光体ドラム７に形成されたマゼンタのトナー像が記録用紙２の黒のトナー像に重ね合わせて転写される。以下同様にして搬送ベルト３により搬送されている記録用紙２に画像形成ユニット４Ｙで形成したイエローのトナー像を重ね合わせて転写し、画像形成ユニット４Ｃで形成されたシアンのトナー像が重ね合わされて転写して記録用紙２にフルカラーのカラー画像を形成する。このフルカラーのカラー画像が形成された記録用紙２は画像形成ユニット４Ｃを通過した後、搬送ベルト３から剥離されて定着器６にて熱と圧力で定着されて排紙される。

この記録用紙２を搬送する搬送ベルト３を回転する駆動ローラ１２は、図２の斜視図に示すように、減速機１５を介して駆動モータ１６に接続されており、駆動モータ１６による駆動力によって回転駆動される。この駆動ベルト３の端部にはスケール１７を有する。スケール１７は、図３の概略構成図に示すように、搬送ベルト３の回転方向、すなわち搬送ベルト３の外周面の移動方向に交互に並ぶ複数の反射マーク１８と複数のスリット１９とが所定のマーク周期で設けられている。そして反射光を検出する場合は反射マーク１８が基準マークとして機能し、透過光を検出する場合はスリット１９が基準マークとして機能する。すなわち、反射マーク１８とスリット１９は反射率と透過率が変化すれば良く、反射光を検出する場合は例えば白や黒などの色の違う印刷パターンでも良いし、アルミ蒸着膜などのような全反射パターンでも良い。このような反射マーク１８とスリット１９はその数に応じて単一又は連続した反射率変化を生じさせる。

このスケール１７の反射マーク１８又はスリット１９を検出するマーク検出装置２１は、スケール１７と対向して搬送ベルト３から所定の距離だけ離れた位置に設けられている。このマーク検出装置２１は、図３及び図４に示すように、複数、例えば２組の光ヘッド部２２ａ，２２ｂを有する。各光ヘッド部２２ａ，２２ｂは投光部２３ａ，２３ｂと受光部２４ａ，２４ｂを有する。

投光部２３ａ，２３ｂは、それぞれ光ビームを出射する光源２５ａ，２５ｂと光整形手段２６ａ，２６ｂを有する。光源２３ａは波長がλ１の光ビームを出射し、光源２３ｂは光源２３ａと異なる波長λ２の光ビームを出射する。各光源２３ａ，２３ｂは、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用するが、半導体レーザや電球などを用いても良い。特に平行度が良い光ビームを用いることが望ましいので、半導体レーザや点光源ＬＥＤなどのように発光面積の小さいものを使用すると良い。光整形手段２６ａ，２６ｂは光源２５ａ，２５ｂから出射した光ビームを集光して所望の形状に整形する。この光整形手段２６ａ，２６ｂとしては、例えば図４に示すように、コリメートレンズ２７と、図５（ａ）に示すように、光を通過するスリット２８を有する固定マスク２９を有し、光源２５ａ，２５ｂから出射された光ビームをコリメートレンズ２７で平行ビームにして固定マスク２９でビーム整形して、例えば図５（ｂ）に示すように、スケール１７にライン状ビーム３０ａ，３０ｂを照射する。

各受光部２４ａ，２４ｂは、それぞれ波長フィルタ３１ａ，３１ｂと受光素子３２ａ，３２ｂを有する。波長フィルタ３１ａは光源２５ａから出射した波長λ１の光ビームを選択して透過し、波長フィルタ３１ｂは光源２５ｂから出射した波長λ２の光ビームを選択して透過する。受光素子３２ａ，３２ｂは、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタなどを有し、受光素子３２ａは、スケール１７のスリット１９と波長フィルタ３１ａを透過した光、または、スケール１７の反射マーク１８で反射してと波長フィルタ３１ａを透過した光を受光して光電変換を行い、受光素子３２ｂは、スケール１７のスリット１９と波長フィルタ３１ｂを透過した光、または、スケール１７の反射マーク１８で反射してと波長フィルタ３１ｂを透過した光を受光して光電変換を行う。この受光素子３２ａ，３２ｂは、図６のブロック図に示すように、駆動モータ１７の制御部３３の増幅器やコンパレータなどの比較器３４に接続されている。なお、受光部２４ａ，２４ｂにスケール１７のスリット１９を透過した光や反射マーク１８で反射した光を集光するレンズを設けても良い。

このマーク検出装置２１の投光部２３ａ，２３ｂは光軸を搬送ベルト３の表面に対して傾けて、かつ搬送ベルト３の移動方向（回転方向）に対して直交する面内に設けることが望ましい。このように投光部２３ａ，２３ｂの光軸を搬送ベルト３の移動方向に対して直交する面内に設けることにより、投光部２３ａ，２３ｂからスケール１７に照射する光ビームは搬送ベルト３の移動方向に対して角度を持たず、搬送ベルト３とのギャップ変動が有っても観測位置が変化せずに高精度なマーク検出を行うことができる。

この２組の光ヘッド部２２ａ，２２ｂの投光部２３ａ，２３ｂでスケール１７に照射するビーム３０ａ，３０ｂの照射位置はスケール１７の移動方向、すなわち駆動ベルト３の移動方向でスケール１７のマーク周期の１／２周期だけずれた位置に照射するように、光ヘッド部２２ａ，２２ｂがスケール１７に対してそれぞれ配置されている。

この光ヘッド部２２ａ，２２ｂの各投光部２３ａ，２３ｂからスケール１７に照射し、スケール１７のスリット１９を透過した光を２組の受光部２４ａ，２４ｂで受光したり、あるいはスケール１７の反射マーク１８で反射した光を２組の受光部２４ａ，２４ｂの受光素子３２ａ，３２ｂで受光して光電変換した電気信号（マーク検出信号）は、図７の波形図に示すように、受光素子３２ａから出力するマーク検出信号３５ａに対して１／２周期すなわち１８０度位相がずれたマーク検出信号３５ｂが受光素子３２ｂから出力される。この１８０度位相がずれたマーク検出信号３５ａ，３５ｂを比較器３４で２値化したデジタル信号を用いて駆動モータ１６を制御する。

このように２組の投光部２３ａ，２３ｂの光源２５ａ，２５ｂから異なる波長λ１，λ２の光ビーム３０ａ，３０ｂをスケール１７の移動方向でスケール１７のマーク周期の１／２周期だけずれた位置に照射し、スケール１７のスリット１９を透過した光を波長フィルタ３１ａ，３１ｂを介して受光素子３２ａ，３２ｂで受光したり、あるいはスケール１７の反射マーク１８で反射した光を波長フィルタ３１ａ，３１ｂを介して受光素子３２ａ，３２ｂで受光して１８０度位相がずれたマーク検出信号３５ａ，３５ｂを出力して２値化することにより、オフセット変動を除去することができとともに、スケール１７の隣接した位置に光ビーム３０ａ，３０ｂを照射しても、受光素子３２ａ，３２ｂは他方の光ビームの散乱光や迷光を受光することなく、Ｓ／Ｎの高いマーク検出信号３５ａ，３５ｂを出力することができる。また、１８０度位相がずれたマーク検出信号３５ａ，３５ｂをスケール１７の隣接する位置から得ることができるから、スケール１７の傷や汚れによって発生する短時間の変動に対してもずれが少なく、確実なオフセット除去が可能になる。さらに、マーク検出信号３５ａ，３５ｂを得るために２組の投光部２３ａ，２３ｂでスケール１７に照射する光ビームは異なるビーム入射角度でスケール１７に入射するから信号の干渉や混信も防ぐことができ、高精度にマークを検出することができる。

前記説明では１８０度位相がずれたマーク検出信号３５ａ，３５ｂによりオフセット除去をする場合について説明したが、複数ビームの位相差は１８０度である必要はなく、目的のよって必要な位相差、例えば９０度や１２０度を選んで良い。

また、前記説明では投光部２３ａ，２３ｂに設けた光整形手段２６ａ，２６ｂの固定マスク２９に１つのスリット２８を設けた場合について示したが、図８（ａ）に示すように、複数のスリット２８を固定マスク２９に設け、図８（ｂ）に示すように、複数ビーム３０ａ，３０ｂにより位相差のあるマーク検出信号３５ａ，３５ｂを得るようにしても良い。この場合も、投光部２３ａ，２３ｂからスケール１７に照射する２つのビームパターンはビームパターンの大きさだけずらす必要はなく、必要とする位相差の分だけずらせば良い。

さらに、投光部２３ａ，２３ｂの光整形手段２６ａ，２６ｂにそれぞれ固定マスク２９を設けた場合について説明したが、図９に示すように、固定マスク２９Ａに複数のスリット２８を有する光ビーム３０ａの通過領域３６ａと光ビーム３０ｂの通過領域３６ｂをそれぞれ設け、図１０に示すように、固定マスク２９Ａを投光部２３ａ，２３ｂの光整形手段２６ａ，２６ｂで共通に使用しても良い。このように固定マスク２９Ａを２組の投光部２３ａ，２３ｂの光整形手段２６ａ，２６ｂで共通に使用することにより、マーク検出装置２１の構成部品を削減するとともに組立時の位相調整を容易に行うことができる。

また、前記説明では、２組の光ヘッド部２２ａ，２２ｂの受光部２４ａ，２４ｂに受光素子３１ａ，３１ｂを設けた場合について説明したが、図１１に示すように、２つの受光領域３７ａ，３７ｂを有する受光素子３２を光ヘッド部２２ａ，２２ｂで共通に使用しても良い。

また、前記説明ではマーク検出装置２１の投光部２３ａ，２３ｂを光軸が異なるように配置した場合について説明したが、投光部２３ａ，２３ｂの光軸を同軸にしても良い。例えば図１２に示すように、波長λ１の光ビームを出射する投光部２３ａと波長λ２の光ビームを出射する投光部２３ｂを光軸が直交するように配置し、投光部２３ａ，２３ｂからそれぞれ出射した光ビームを、波長λ１の光ビームを透過し、波長λ２の光ビームを反射するハーフミラー等の波長選択ミラー３８で同軸に合成してスケール１７に照射する。そしてスケール１７のスリット１９を透過した光ビームを波長選択ミラー３９で波長λ１の光ビームと波長λ２の光ビームに分離して波長λ１の光ビームを受光素子３２ａで受光し、波長λ２の光ビームを受光素子３２ｂで受光する。この波長選択ミラー３８，３９としては、投光部２３ａ，２３ｂから出射した光ビームの偏光を変えて偏光ビームスプリッタを使用しても良い。

このように、スケール１７に波長λ１の光ビームと波長λ２の光ビームを同軸に照射することにより、スケール１７の高さ変動や傾きが生じても波長λ１の光ビームと波長λ２の光ビームをスケール１７の同じ位置に照射することができ、受光素子３２ａ，３２ｂで受光する光量はスケール１７の位置変動や角度変動による影響を受けずに、受光素子３２ａ，３２ｂから出力する位相差のあるマーク検出信号３５ａ，３５ｂはより同期しやすくなり、オフセット抑制の効果を高め、Ｓ／Ｎの高いマーク検出信号３５ａ，３５ｂを得ることができる。

前記説明ではマーク検出装置２１に２組の投光部２３ａ，２３ｂを設けた場合について説明したが、複数の波長の光ビームを出射する光源と、複数の波長の光ビームを分離する固定マスクを有する光整形手段を使用することにより１組の投光部を使用することもできる。例えばマーク検出装置２１の投光部２３ｃを、図１３に示すように、波長λ１と波長λ２の光ビームを出射する波長多重光源２５ｃと、波長λ１用のフィルタマスク４０と波長λ２用のフィルタマスク４１を有する光整形手段２６ｃとで構成すれば良い。このマーク検出装置２１の波長多重光源２５ｃは単一波長の光を合成しても良いし、波長分布を持つ光源を使用しても良い。例えば、通常のＬＥＤ光源であっても発光波長は10ｎｍ程度の波長広がりがあるため、フィルタマスク４０，４１と受光側で十分な分光分解能が有れば、ＬＥＤ光源を使用することができる。また、フィルタマスク４０は、図１４（ａ）に示すように、波長λ１の光ビームを遮断して波長λ２の光ビームを透過する波長選択領域４２と、波長λ１と波長λ２の光ビームを透過する透過領域４３とが所定の周期で設けられ、フィルタマスク４１は、図１４（ｂ）に示すように、フィルタマスク４０の波長選択領域４２に対応する位置に波長λ１と波長λ２の光ビームを透過する透過領域４４が設けられ、フィルタマスク４０の透過領域４３に対応する位置に波長λ２の光ビームを遮断して波長λ１の光ビームを透過する波長選択領域４５とが設けられている。そして波長多重光源２５ｃから出射した光ビームをフィルタマスク４０，４１で波長λ１の光ビームパターンと波長λ２の光ビームパターンに分離することにより、波長λ１の光ビームと波長λ２の光ビームのマルチラインビームをスケール１７に同軸で照射することができる。このスケール１７に照射されスリット１９を透過した光ビームを波長選択ミラー３９で波長λ１の光ビームと波長λ２の光ビームに分離して波長λ１の光ビームを受光素子３２ａで受光し、波長λ２の光ビームを受光素子３２ｂで受光する。ここで受光素子３２ａの前に波長λ１の光ビームを透過するフィルタ４６を設けることにより分光分解能を高めることができる。

前記説明では、光整形手段２６ｃに波長λ１用のフィルタマスク４０と波長λ２用のフィルタマスク４１を設けた場合について説明したが、図１５に示すように、波長λ１の光ビームを遮断し、波長λ２の光ビームを透過する第１の波長選択領域４７と、波長λ２の光ビームを遮断し、波長λ１の光ビームを透過する第２の波長選択領域４８とを有するフィルタマスク４９とを使用することにより、１つのフィルタマスク４９で波長λ１の光ビームと波長λ２の光ビームを分離して波長λ１の光ビームと波長λ２の光ビームのマルチラインビームをスケール１７に同軸で照射することができる。

このように波長λ１用のフィルタマスク４０と波長λ２用のフィルタマスク４１、またはフィルタマスク４９で波長λ１の光ビームと波長λ２の光ビームのマルチラインビームをスケール１７に同軸で照射することにより、波長λ１の光ビームのマルチラインビームと波長λ２の光ビームのマルチラインビームが１／２周期ずれて重なっているビームが形成でき、高精度にマークを検出することができる。また、第１の波長選択領域４７と第２の波長選択領域４８とを有するフィルタマスク４９を使用することにより、マーク検出装置２１の構成を簡略化するとともに複数のフィルタマスク４０，４１を使用した場合のようにフィルタマスク４０，４１に位置合わせも必要なく、マーク検出装置２１の調整を容易にすることができる。

図１２と図１３に示すマーク検出装置２１は、受光素子３２ａ，３２ｂで受光する光ビームを波長選択ミラー３９で波長λ１の光ビームと波長λ２の光ビームに分離する場合について説明したが、図１６に示すように、受光素子３２ａ，３２ｂで受光する光ビームを、波長により反射角度を変える分光用グレーティング５０を使用して分離しても良い。このように波長により反射角度を変える分光用グレーティング５０を用いることにより、受光素子３２ａ，３２ｂを一平面上に並べて配置することができ、マーク検出装置２１を小型かすることができる。この分光用グレーティング５０として透過型を使用しても良い。

また、図１２と図１３に示すマーク検出装置２１は、スケール１７を透過した光ビームを分離して受光素子３２ａ，３２ｂで受光する場合について説明したが、スケール１７で反射した光ビームを分離して受光素子３２ａ，３２ｂで受光するようにしても良い。

さらに、前記各説明ではマーク検出装置２１で記録用紙２を搬送する搬送ベルト３に設けたスケール１７のマークを検出して搬送ベルト３の回転量を制御する場合について説明したが、感光体ドラム７等の回転体に設けたスケールのマークも同様に検出して回転体の回転量を制御することができる。

また、各種測長機器や計測装置で移動体に移動量を検出するときも、各種スケールに設けたマークを精度良く検出して移動体の移動量を安定して測定することができる。

この発明の画像形成装置の構成を示す配置図である。 搬送ベルトの構成を示す斜視図である。 透過型のマーク検出装置とスケールの構成を示す斜視図である。 反射形のマーク検出装置の構成図である。 固定マスクとスケールに照射された光ビームを示す構成図である。 駆動モータの制御部の構成を示すブロック図である。 マーク検出信号と２値化信号を示す波形図である。 第２の固定マスクとスケールに照射された光ビームを示す構成図である。 第３の固定マスクの構成図である。 第３の固定マスクを使用した反射形マーク検出装置の構成図である。 ２つの受光領域を有する受光素子の構成図である。 波長の異なる光ビームを同軸でスケールに照射するマーク検出装置の構成図である。 波長の異なる光ビームを同軸でスケールに照射する他のマーク検出装置の構成図である。 フィルタマスクの構成図である。 他のフィルタマスクの構成図である。 分光用グレーティングを有する受光部の構成図である。 ベルトの速度変動による位置決め誤差の変化特性図である。 マークとセンサとの距離変動等が生じたときのセンサ出力信号と２値化信号の変化を示す波形図である。

符号の説明

１；画像形成装置、２；記録用紙、３；搬送ベルト、４；画像形成ユニット、
５；転写器、６；定着器、７；感光体ドラム、８；帯電器、９；露光器、
１０；現像器、１１；感光体クリーナ、１２；駆動ローラ、１３；従動ローラ、
１４；給紙トレイ、１６；駆動モータ、１７；スケール、１８；反射マーク、
１９；スリット、２１；マーク検出装置、２２；光ヘッド部、２３；投光部、
２４；受光部、２５；光源、２５ｃ；波長多重光源、２６；光整形手段、
２７；コリメートレンズ、２８；スリット、２９；固定マスク、３０；光ビーム、
３１；波長フィルタ、３２；受光素子、３３；制御部、３４；比較器、
３５；マーク検出信号、３７；受光領域、３８；波長選択ミラー、
３９；波長選択ミラー、４０，４１；フィルタマスク、４９；フィルタマスク、
５０；分光用グレーティング。

Claims (10)

1. 移動体の移動方向に所定の周期パターンで配列されて設けられた複数のマークによって構成されるスケールに光を照射し、スケールのマークから反射した光ビームあるいはスケールのマークを透過した光ビームを検出するマーク検出装置において、
   光ビームを出射する光源と、該光源から出射された光ビームを所定の形状に整形して前記スケールに照射する光整形手段を有する投光部と、該投光部から前記スケールに照射されて前記スケールのマークから反射した光ビームあるいは前記スケールのマークを透過した光ビームを受光して電気信号に変換する受光部とで構成される光ヘッドを複数有し、
   前記複数の光ヘッドの各投光部に設けられた光源は異なる波長の光ビームを出射し、各投光部から出射される複数の光ビームは、前記スケールに対する照射位置が前記スケールのマーク周期以内だけずれていることを特徴とするマーク検出装置。
2. 前記スケールに照射する複数の光ビームの位置は、前記スケールのマーク周期の１／２周期だけずれている請求項１記載のマーク検出装置。
3. 移動体の移動方向に所定の周期パターンで配列されて設けられた複数のマークによって構成されるスケールに光を照射し、スケールのマークから反射した光あるいはスケールのマークを透過した光を検出するマーク検出装置において、
   異なる波長の光ビームを出射する複数の光源と、該複数の光源から出射された光ビームを所定の形状に整形する光整形手段及び該光整形手段を出射した複数の光ビームを同一の光軸上に合成して前記スケールに照射するビーム合成手段とを有する投光部と、
   前記投光部から前記スケールに照射されて前記スケールのマークから反射した光ビームあるいは前記スケールのマークを透過した光ビームを波長毎に分離する分光手段及び該分光手段により分光された光ビームを受光して電気信号に変換する複数の受光素子とを有する受光部を備えたことを特徴とするマーク検出装置。
4. 前記光整形手段は、前記光源から出射した光ビームを略平行光束に光学補正するコリメートレンズと、該コリメートレンズで略平行光束にした光ビームのなかから所定のパターンの光ビームを透過する１又は複数のスリットが設けられた固定マスクを有する請求項１乃至３のいずれかに記載のマーク検出装置。
5. 前記固定マスクは、光ビームを透過する１又は複数のスリットを有する複数の領域を有し、前記スケールに照射する複数の光ビームを１つの固定マスクで所定の形状に整形する請求項４記載のマーク検出装置。
6. 移動体の移動方向に所定の周期パターンで配列されて設けられた複数のマークによって構成されるスケールに光を照射し、スケールのマークから反射した光あるいはスケールのマークを透過した光を検出するマーク検出装置において、
   異なる波長の複数の光ビームを出射する波長多重光源及び該波長多重光源から出射された波長の異なる複数の光ビームを分離して所定の形状に整形して前記スケールに照射する光分離整形手段とを有する投光部と、
   前記投光部から前記スケールに照射されて前記スケールのマークから反射した光ビームあるいは前記スケールのマークを透過した光ビームを波長毎に分離する分光手段及び該分光手段により分光された光ビームを受光して電気信号に変換する複数の受光素子とを有する受光部とを備えたことを特徴とするマーク検出装置。
7. 前記光分離整形手段は、透過波長の異なる複数の帯域フィルタからなる請求項６記載のマーク検出装置。
8. 前記分光手段は、波長により反射角度又は透過角度を変える分光用グレーティングからなる請求項６又は７記載のマーク検出装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のマーク検出装置を有し、前記受光部から出力する信号を２値化して前記移動体の移動量を算出することを特徴とする移動量検出装置。
10. 請求項９に記載の移動量検出装置を有し、前記移動体は、感光体ベルト、感光体ドラム、転写ベルト、用紙搬送ベルト又は転写ドラムのいずれかであることを特徴とする画像形成装置。

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