JP2010008415A - エンコーダのホーム位置を感知する方法及びシステム - Google Patents

エンコーダのホーム位置を感知する方法及びシステム Download PDF

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Abstract

【課題】エンコーダのホーム位置を感知する改良された方法を提供する。
【解決手段】この方法では、エンコーダの１サイクルに対応する正弦波の１サイクルを伴って動くコード装置であって、コード装置に関連付けられた複数のパターンの厚さを、コード装置を通して正弦曲線の方式で変更し、直交エンコーダ読取機を利用してコード装置をモニタし、正弦波の振幅を減少させることによって、ホーム振幅信号を生成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、広く、レンダリング装置及び技法に関する。また、本発明は、相対値位置エンコーダにも関する。更に、本発明は、エンコーダホーム位置を感知する方法及びシステムにも関する。
レンダリング（ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）装置（例えば、プリンタ、コピー機など）は、相対値エンコーダ（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｅｎｃｏｄｅｒ）を使用することによって、動いている構成部品（例えば、印字ドラム、回転軸、印字ヘッド）の位置を追跡することができる。このような、動いている構成部品の位置又は角度は、一般的に、駆動機構によって制御され、エンコーダによって測定される。相対値エンコーダは、一般的に、透明バーと不透明バーとが交互に構成された光トラックを備えた、可動式のコードホイール（ｃｏｄｅ ｗｈｅｅｌ）又はコードストリップ（ｃｏｄｅ ｓｔｒｉｐ）を含む。このコードホイール又はコードストリップは、照明源（一般的には、発光ダイオード（ＬＥＤ））と、複数の感光素子（通常、フォトダイオード）から成るセンサアレイと、の間を通過し、これらの照明源及びセンサアレイに対して可動する。
米国特許第５，６０４，３４５号明細書 米国特許出願公開第２００４／０２６２５０２号明細書 米国特許第６，９７２，４０３号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２５３０５２号明細書
従って、本発明の一態様は、改良されたレンダリング装置を提供することである。
本発明の別の態様は、レンダリング装置に用いるように構成された、相対値エンコーダにおけるホーム位置を感知する、改良された方法及びシステムを提供することである。
本発明の更なる態様は、レンダリング装置に利用されるエンコーダ機構と関連して用いるための、環状リングパターンを備える、改良されたコードホイールを提供することである。
本発明の別の態様は、レンダリング装置に利用されるエンコーダ機構と関連して用いるための、運動方向に沿って配置された厚さ変調ラインを備える、改良された線形コードストリップを提供することである。
本発明の第１の態様は、エンコーダのホーム位置を感知する方法であって、エンコーダの１サイクルに対応する正弦波の１サイクルを伴って動くコード装置であって、コード装置に関連付けられた複数のパターンの厚さを、コード装置を通して正弦曲線の方式で変更し、直交エンコーダ読取機を利用してコード装置をモニタし、正弦波の振幅を減少させることによって、ホーム振幅信号を生成する。
本発明の第２の態様は、第１の態様において、コード装置は、複数の環状リングパターンと関連付けられたコードホイールを含む。
本発明の第３の態様は、第１の態様において、コード装置は、複数の長手方向ラインパターンと関連付けられたコードストリップを含む。
本発明の第４の態様は、第１の態様において、正弦波で変調された複数のパターンの厚さは、直交エンコーダ読取機の出力により歪みの少ない正弦波信号を生み、これにより、正確な位置補間及びホーム位置を示すデータを提供する。
本発明の第５の態様は、エンコーダのホーム位置を感知する方法であって、複数の環状リングパターンに関連付けられたコードホイールを含み、エンコーダの１サイクルに対応する正弦波の１サイクルを伴って動く、コード装置であって、コード装置に関連付けられた複数のパターンの厚さを、コード装置を通して正弦曲線の方式で変更し、直交エンコーダ読取機を利用してコード装置をモニタし、正弦波の振幅を減少させることによって、ホーム振幅信号を生成する。
本発明の第６の態様は、エンコーダのホーム位置を感知するシステムであって、複数のパターンと関連付けられ、複数のパターンの厚さを正弦曲線の方式で変更できると共に、エンコーダの１サイクルに対応する正弦波の１サイクルを伴って動く、コード装置と、コード装置をモニタし、正弦波の振幅を減少させることによってホーム振幅信号を生成する、直交エンコーダ読取機と、を備える。
上記態様並びにその他の目的及び利点は、本明細書中に説明するように達成することができる。
好適な一実施形態により実施することのできる、印刷装置のブロック図である。 別の一実施形態による、コードホイール及びエンコーダ読取機を用いた、光学エンコーダを示す略図である。 別の一実施形態による、正弦波変調された厚さのライン（ｓｉｎｅ ｗａｖｅ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｌｉｎｅｓ）を含む線形コードストリップ光トラックの略図である。 好適な一実施形態による、正弦波変調環状リングパターンを有するコードホイール光トラックの略図である。 好適な一実施形態による、相対値直交エンコーダ読取機（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｅｎｃｏｄｅｒ ｒｅａｄｅｒ）の直交波形の略図である。
同じ参照番号が個々の図を通して同一の又は機能的に類似した要素を指すと共に、明細書に組み込まれてその一部を形成する添付の図面は、更に実施形態を図解し、詳細な記述と併せて、本明細書中に開示した実施形態を説明する役割を果たす。
印刷装置１００は、レンダリング装置又はシステム（例えば、コピー機、プリンタ、ファックスなど）の一部を形成していてもよい。図１に示されているように、マーキングシステム３７０を利用することによって、マーキング材料を印字ドラム３１０に付与し、印刷出力媒体に、転写される画像を形成することができる。このマーキングシステム３７０は、例えば、光学エンコーダシステムを利用する、インクジェットマーキングシステム又は電子写真マーキングシステムであってもよい。印刷装置１００は、通常、コードホイール３４０のようなコード装置を用いて、印字ドラム３１０の角度位置及び速度を感知する。また、印刷装置１００は、例えば線形コードストリップ３８０のようなコード装置を用いて、印字ヘッド３３５の線形位置及び速度を感知してもよい。コードホイール３４０は、本発明により実施することのできる一種のコード装置の例である、ということに留意されたい。コードストリップ３８０は、コードホイール３４０の代わりに、或いは、コードホイール３４０に加えて、利用することのできる、別の一種のコード装置の例を示している。
コードストリップ３８０は、不動であり、印字ヘッド３３５に取り付けられたアナログ直交エンコーダ読取機（ａｎａｌｏｇ ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｎｃｏｄｅｒ ｒｅａｄｅｒ）３３０に結合される。この線形コードストリップ３８０を、マーキングシステム３７０内の印字ヘッド３３５に、或いは、その他可能な何らかの線形移動装置（例えば、スキャナ又はコピー機内のスキャンバー）に利用することによって、線形位置及び速度を感知できる。このコードストリップ３８０を利用して、印字ヘッド３３５の動きを監視できる。これにより、プリンタ制御部３２０によって処理され、印字ヘッド３３５の線形位置を決定できる、位置関連データがもたらされる。印字ヘッド３３５は、ベルト及び滑車又は歯車又はその他の適切な構成部品を利用して、印字ヘッド駆動モータ３８５に、機械的に結合される。
１つの実例として、図１に示されているドラムに対する光学エンコーダシステムは、印字ドラム３１０の動きに応じ互いに対して動く、コードホイール３４０及びアナログ直交光学エンコーダ読取機３３０を用いるように、構成することがでる。これにより、プリンタ制御部３２０によって処理され、印字ドラム３１０の角度位置を決定できる、位置情報がもたらされる。コードホイール３４０は、破線３１２で示されているように、印字ドラム３１０に、且つ／或いは、破線３１３で示されているように任意でドラム駆動モータ３４５に、機械的に結合される。ドラム駆動モータ３４５は、ベルト及び滑車又は歯車又はその他の適切な機構を用いて、線３１１で示されているように、印字ドラム３１０に機械的に結合される。
コードホイール３４０及びコードストリップ３８０は、それぞれ印字ドラム３１０及び印字ヘッド３３５の所定位置を識別するために用いられる、ホーム位置領域が組み込まれた光トラック（ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｃｋ）を含む。この光トラックは、通常、明るい領域と暗い領域とから構成することができる。明るい領域は、光を反射又は透過し得る。透過システムでは、明るい領域が光を透過するのに対し、暗い領域は明るい領域よりも光を透過しない。反射システムでは、明るい領域が光を反射するのに対し、暗い領域は明るい領域よりも光を反射しない。
ここに開示する光トラックは、相対的に明るい領域又は暗い領域を含み得るため、便宜上、ある領域を他の領域よりも明るい領域として説明する場合、このより明るい領域は、透過システムでは光をより透過するように、或いは、反射システムでは光をより反射するように構成されている。同様に、ある領域を他の領域よりも暗い領域として説明する場合、このより暗い領域は、透過システムでは光をより透過しないように、或いは、反射システムでは光をより反射しないように構成されている。
アナログ直交光学エンコーダ読取機３３０は、ＬＥＤのような光源又はエミッタ、光を平行にするためのレンズ、及び、コードホイール３４０又はコードストリップ３８０が感知領域を通過すると、その光トラックによって透過又は反射される光のパターンを検出する、フォトダイオードのような複数の感光検出器を含み得る。コードホイール３４０又はコードストリップ３８０の光トラックは、光源によって提供された光を変調する。直交光学エンコーダ読取機３３０は、この光トラックによって提供された変調光を検出することにより、光トラックの明るい領域及び暗い領域を感知する。このアナログ直交光学エンコーダ読取機３３０の出力は、制御部３２０に提供されることによって、印字ヘッド駆動モータ３８５及びドラム駆動モータ３４５の動作を制御することのできる、直交波形（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ）を含む。
図２は、コードホイール及びエンコーダ読取機を用いた、光学エンコーダを示す略図である。この図２は、エミッタ部２０２と検出部２０４とから成る、アナログ直交エンコーダ読取機３３０に対する、コードホイール３４０を示している。検出部２０４は、複数のフォトダイオード２０８から成る感光アレイと、これに関連付けられた電気部品２１０、並びに、増幅器２１２及び２１４から成る信号処理回路とを含む。コードホイール３４０は、通常、この検出部２０４と、レンズ２０３及びＬＥＤ２０５を含むエミッタ部２０２との間に配置される。図２に示されている構造において、コードホイールの回転軸４２０は、図２のページ平面に対して垂直方向に、即ち、図２を見ている人から離れる方向或いは図２を見ている人に近づく方向に延びる、ということに留意されたい。
図３は、別の一実施形態による、厚さ正弦波変調関数を有する、運動方向に沿った長手方向（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）ラインパターン４０８を含む、線形コードストリップ光トラック４００の略図である。（コードストリップ光トラック４００に配置されたこの長手方向ラインパターン４０８は、別の一実施形態によるコードホイール５００の環状リングパターン５０８の湾曲部が見えない拡大部分として見ることもできる、ということに留意されたい。）この長手方向ラインパターン４０８は、高さ４０２及び４０４のように厚さが異なるのが好ましく、異なる厚さが、コードストリップ４００に沿った距離に対して、正弦波関数となり得る。この正弦波関数の振幅は、線形コードストリップ光トラック４００のホーム感知領域４０６内において変化する。１つの実例として、光トラックにおけるホーム位置をコード化する１つの方法は、正弦波関数の振幅を、ある最小値まで滑らかに減少させた後に、元の振幅まで滑らかに増加させて戻す方法である。このように、コードストリップ光トラック４００は、正弦波変調された厚さのラインが運動方向に沿って配置され、正弦波の１サイクルがエンコーダ機構（例えば、レンダリング装置に関して利用される直交エンコーダ読取機３３０）と関連して、用いられるエンコーダの１サイクルに対応した、改良された線形コードストリップを構成する。
図４は、好適な一実施形態による、環状（ａｎｎｕｌａｒ）リングパターン５０８を有するコードホイール光トラック５００の略図である。環状リングパターン５０８の光学特性に関する前記概念は、コードホイール３４０と同様のエンコーダコードホイール、若しくは、ディスク５００において実施することができる。この光トラック５００を使用することによって、例えば、先に開示した回転可能な印字ドラム３１０の位置を検出することができる。アナログ直交エンコーダ読取機３３０から得られた信号の振幅は、印字ドラム３１０のホーム位置内において変化する。図４に示されている環状リングパターン５０８は、高さ５０２及び５０４のように厚さ（即ち、半径方向高さ）が異なるのが好ましく、異なる厚さが、コードホイール５００周囲の角度位置に対して正弦波関数となり得る。正弦波関数の振幅は、コードホイール光トラック５００の環状リングパターン５０８のホーム領域５０６内において変化する。
図５に示されている直交波形６００は、好適な一実施形態により、長手方向ラインパターン４０８又は環状リングパターン５０８を有する光トラックから生成できる。この直交波形６００は、長手方向ラインパターン４０８又は環状リングパターン５０８を有する光トラックが、アナログ光学エンコーダ読取機３３０のエミッタと検出器との間を移動すると生成される。コードストリップ４００の長手方向ラインパターン４０８のホーム領域４０６又はコードホイール５００の環状リングパターン５０８のホーム領域５０６が、アナログエンコーダ読取機３３０を通過すると、アナログエンコーダ読取機３３０によって生成される直交信号振幅の減少６１０が生じる。
１つの実例として、コードホイール５００は、印刷装置１００の一部として、ドラム駆動モータ３４５によって回転される印字ドラム３１０に結合される。プリンタ制御部３２０は、初期設定ルーチンの一部として、ドラム駆動モータに、印字ドラム及びコードホイールを回転させるよう命令する。コードホイールが回転して光トラックがエンコーダ読取機を通過すると、制御部３２０に入力される直交信号（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｓｉｇｎａｌ）が生成される。ホーム領域５０６が、エンコーダ読取機を通過すると、これに反応して直交信号振幅の減少６１０が生じる。制御部におけるアルゴリズムは、直交信号６００の振幅を追跡すると共に、最小信号振幅を検出する。制御部は、最小信号振幅が示すホーム位置を見つけた場合、印字ドラムの相対値位置変化を追跡することができ、ホーム位置に対する印字ドラム位置を追跡し続けることができる。
ホーム領域５０６は、光トラック５００の環状リングパターン５０８の正弦波厚さ関数（ｓｉｎｅ ｗａｖｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の振幅を変更することによって、光トラックにおけるホーム位置をコード化している。１つの実例として、正弦波厚さ関数の振幅を、コードストリップ４００又はコードホイール５００のホーム領域４０６又は５０６内において減少させてもよい。振幅は、コードストリップ４００の長さ又はコードホイール３４０の外周の大部分に対して９０％であり、環状リングパターン５０８の最も薄い部分５０４を平均厚さの１０％とし、最も厚い部分５０２を平均厚さの１９０％とする（隣のリングとは１０％離す）。例えば、環状リングパターン５０８の平均厚さをＸとすると、コードホイール５００の環状リング５０８の大部分の瞬間厚さＴは、以下の式（１）で示されているように算出することができる。

Ｔ＝Ｘ×（１．０＋９０％×サイン(１回転あたりのサイクル×コードホイール周囲の角度) （１）
この９０％の振幅は、例えば、ホーム位置４０６及び５０６内において５４％まで滑らかに減少させた後に、９０％まで滑らかに増加させて戻される。このように９０％から５４％まで振幅を減少させることによって、３０を超える正弦波サイクルの後に、５４％の振幅が１４サイクル続き、その後９０％まで再び増加して戻った振幅が、３０サイクル続き得る。しかしながら、これらの９０％、５４％、３０サイクル、１４サイクルのような特定の値は、明瞭性及び特定性を目的としたものであって、このようなパラメータは、本発明の制限特性として解釈するべきではない。当業者には当然のことながら、本発明の範囲を逸脱しない限り、その他所望の詳細事項も可能である。
従来の不透明バー及び透明バーの代わりに、正弦波変調された厚さの環状リングパターン５０８をコードホイール５００に、或いは、正弦波変調された厚さのラインパターン４０８を、線形コードストリップ４００に利用することによって、エンコーダ読取機３３０の出力に、より純粋な（より歪みの少ない）正弦波信号をもたらすことができる。コードホイール５００における環状リングパターン５０８及びコードストリップ４００における長手方向ラインパターン４０８の、正弦波厚さ関数の振幅を変更することによって、エンコーダがホーム位置を感知すれば、エンコーダ読取機３３０への３つ目の感知チャネル及びそれに関連するケーブルの敷設費用を削減することができる、と考えられる。また、これらの環状リングパターン５０８及び長手方向ラインパターン４０８は、正弦波リーダの出力における歪みを軽減することにより、位置補間をより正確に行うことができ、リーダ内においてコードホイールの配置誤差があっても、振幅の一貫性を高めることができる。
１００ 印刷装置
２０２ エミッタ部
２０３ レンズ
２０４ 検出部
２１０ 電気部品
４００ コードストリップ光トラック
５００ コードホイール光トラック
６００ 直交波形

Claims (6)

  1. エンコーダの１サイクルに対応する正弦波の１サイクルを伴って動くコード装置であって、前記コード装置に関連付けられた複数のパターンの厚さを、前記コード装置を通して正弦曲線の方式で変更し、
    直交エンコーダ読取機を利用して前記コード装置をモニタし、前記正弦波の振幅を減少させることによって、ホーム振幅信号を生成する、
    エンコーダのホーム位置を感知する方法。
  2. 前記コード装置は、複数の環状リングパターンと関連付けられたコードホイールを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記コード装置は、複数の長手方向ラインパターンと関連付けられたコードストリップを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 正弦波で変調された前記複数のパターンの厚さは、前記直交エンコーダ読取機の出力により歪みの少ない正弦波信号を生み、これにより、正確な位置補間及びホーム位置を示すデータを提供する、請求項１に記載の方法。
  5. 複数の環状リングパターンに関連付けられたコードホイールを含み、エンコーダの１サイクルに対応する正弦波の１サイクルを伴って動く、コード装置であって、コード装置に関連付けられた複数のパターンの厚さを、前記コード装置を通して正弦曲線の方式で変更し、
    直交エンコーダ読取機を利用して前記コード装置をモニタし、前記正弦波の振幅を減少させることによって、ホーム振幅信号を生成する、
    エンコーダのホーム位置を感知する方法。
  6. 複数のパターンと関連付けられ、前記複数のパターンの厚さを正弦曲線の方式で変更できると共に、エンコーダの１サイクルに対応する正弦波の１サイクルを伴って動く、コード装置と、
    前記コード装置をモニタし、前記正弦波の振幅を減少させることによってホーム振幅信号を生成する、直交エンコーダ読取機と、
    を備える、エンコーダのホーム位置を感知するシステム。
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