JP2015045594A5

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Publication number: JP2015045594A5
Application number: JP2013177548A
Authority: JP
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2033-08-29

Description

本発明に係る位置検出装置は、所定方向に第１の周期で配列された第１のパターンと、前記所定方向に、前記第１の周期より長い第２の周期で配列された第２のパターンとを有するスケールと、前記所定方向に配列され、それぞれが前記第１のパターンおよび前記第２のパターンに基づくエネルギー強度を検出可能な複数の検出素子を有する検出素子アレイと、前記検出素子アレイから出力された検出信号に基づいて、前記第１のパターンに基づいて得られ、互いに位相の異なる複数の第１の信号と、前記第２のパターンに基づいて得られ、互いに位相の異なる複数の第２の信号と、を生成する生成部と、前記複数の第１の信号および前記複数の第２の信号に基づいて、前記スケールに対する前記検出素子アレイの位置を導出する導出部と、を有し、前記スケールは、前記検出素子アレイに対して前記所定方向に相対移動可能であり、前記導出部は、前記複数の第１の信号及び前記複数の第２の信号に基づいて、前記検出素子アレイの前記スケールに対する位置としての参照位置を導出した後、相対移動した前記検出素子アレイの前記参照位置に対する変位量を前記複数の第１の信号に基づいて導出することにより、前記検出素子アレイの前記スケールに対する位置を導出する第１の処理と、前記第１の処理により導出された位置に基づいて、前記検出素子アレイの前記スケールに対する位置を導出する第２の処理を行う、ことを特徴とする。

本発明の位置検出装置の実施例１および２の構成ブロック図実施例１及び２のセンサ１０４の断面図実施例１及び２のスケール２０２の平面図第１トラックパターン検出時の受光部２０４のａ〜ｄ相の配置図第２トラックパターン検出時の受光部２０４のａ〜ｄ相の配置図実施例１及び２のＣＰＵ１０１における全体処理のフローチャート実施例１及び２の位置検出処理１のフローチャート実施例１の位置検出処理２のフローチャート補正前及び補正後の第１トラックＡ相信号Ｓ１ａの一例を示す図補正前及び補正後の位相α１の一例を示す図実施例２の位置検出処理２のフローチャート本発明の位置検出装置の実施例３の構成ブロック図実施例３のセンサ１０４の断面図実施例３のスケール２０２の平面図実施例３のＣＰＵ１０１における全体処理のフローチャート

次にセンサ１０４の内部構成及び出力信号について説明する。図２はセンサ１０４の内部構成を示す断面図であり、可動要素２１の固定要素２２に対する可動方向をＸ方向、可動要素２１と固定要素２２が配置される方向をＺ方向、Ｘ方向とＺ方向に垂直な方向をＹ方向とするとき、（Ａ）はＹＺ断面図、（Ｂ）はＸＺ断面図である。図２（Ａ）において、可動要素２１は、紙面に垂直方向となるＸ軸方向に可動する可動部である。固定要素２２は、可動要素２１の位置の基準となる要素である。光源２０１は発光部であり、例えばＬＥＤである。スケール部２０２は可動方向の全長でスリット数の異なる等間隔の２つのトラックパターン（第１トラックパターン２０３ａ、第２トラックパターン２０３ｂ）を有するスケール部である。受光部２０４は、第１トラックパターン２０３ａ、第２トラックパターン２０３ｂで反射した光源２０１からの光を受光するための受光部であり、例えばフォトダイオードアレイで構成される。光源２０１と受光部２０４は、スケール部２０２と対向する平行な同一平面上に互いに対して不動に構成されている。信号処理回路（信号生成手段）２０５は、受光部２０４で受光した信号を処理し、スケール切替え部１０３の切替え信号に応じて、トラックパターン２０３ａ、２０３ｂの何れかに対応する信号を出力する信号処理回路である。なお、本実施例においては、可動要素２１にスケール部２０２が固定され、固定要素２２に光源２０１及び受光部２０４を備える構成を例示した。しかし、これに限定されることはなく、固定要素及び可動要素の内の一方にスケール部２０２を、他方に光源２０１及び受光部２０４を備える構成としてもよい。

図３は、本実施形態におけるスケール部２０２の平面図である。図３では反射型のスリットパターン（反射パターン列）を一例として示している。スケール部２０２は、第１トラックパターン２０３ａと第２トラックパターン２０３ｂの２つのトラックパターン（パターン列）を備えて構成されている。トラックパターン（２０３ａ、２０３ｂ）の反射部（黒塗り部）は光源２０１からの光を反射し、受光部２０４は反射光を受光するように構成されている。第１トラックパターン２０３ａの反射部は間隔（第１の変調周期）Ｐ１で、第２トラックパターン２０３ｂの反射部は間隔（第２の変調周期）Ｐ２で移動方向（Ｘ方向）に等間隔に形成されている。本実施例では、Ｐ１は１００μｍ、Ｐ２は２０１μｍ、スケールの全長Ｌｍａｘは２０１００μｍとする。そのため、第１トラックパターン２０３ａの反射部は全長Ｌｍａｘに対して２０１個、第２トラックパターン２０３ｂの反射部は１００個となるように構成されることになる。なお、本実施例で用いる第１トラックパターンと第２トラックパターンは、いずれも位置Ｘの基準位置となる片側の端位置から反射部が開始されている（位相が０になっている）ものとする。

位置検出処理１について説明する。図７は位置検出処理１を示したフローチャートである。はじめにＳ２０１で、スケール切替え部１０３に指令を出し、第２トラックＡ相、Ｂ相信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂが検出されるようにし、Ｓ２０２で切り替えた信号が安定するまでの時間待つ。待ち時間は不図示の信号入力回路のフィルタ構成により決まる固定値であり、本実施例では２０μｓとする。次に、Ｓ２０３でＡＤ変換器１０５から第２トラックＡ相、Ｂ相信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂを取得する。Ｓ２０４〜Ｓ２０６ではＳ２０１〜Ｓ２０３と同様に、第１トラックＡ相、Ｂ相信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを取得する。Ｓ２０７ではカウンタ１０６のカウンタ値Ｃを０にリセットする。

Ｓ２１２では、補正後の第２トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂを用いて、Ｓ２０８と同様の方法で、再び第２トラックの位相α２を算出、更新する。Ｓ２１３では、Ｓ２１０で算出した位相α１と、Ｓ２１２で算出した位相α２を用いて、位置Ｘを算出する。本実施例では、第１トラックの間隔Ｐ１を１００μｍ、第２トラックの間隔Ｐ２を２０１μｍとしているため、全長Ｌｍａｘ２０１００μｍ内では、位相α１と位相α２が特定の組み合わせになる位置は１つしか存在しない。そのため、位相α１と位相α２に基づいて、一般的なバーニア演算を行うことで位置Ｘを算出することができる。一般的には、第１トラックの間隔（周期）Ｐ１と第２トラックの間隔（周期）Ｐ２の最小公倍数（又は、最小公倍数以下）の長さを全長Ｌｍａｘとする組み合わせであれば、バーニア演算を行うことで位置Ｘを算出することができる。バーニア演算の詳細に関しては、一般的な演算方法のため省略する。なお、位置Ｘは基準位置からの長さをμｍ単位で示した値とする。

次に、位置検出処理２について説明する。図８は位置検出処理２を示したフローチャートである。はじめにＳ３０１で処理数Ｎを０にリセットする。Ｓ３０２ではＡＤ変換器１０５から第１トラックのＡ相、Ｂ相信号Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを取得する。位置検出処理２は、電源投入直後に実行される位置検出処理１の後に繰り返して実行される処理であり、位置検出処理１の終了時にはスケール切替え部１０３は第１トラックパターンに切り替えられており、以後説明するように位置検出処理２内ではトラックパターンを切替えないため、トラック切替処理を行うことなく、Ｓ１ａ、Ｓ１ｂを取得できる。

図１２は、本発明の位置検出装置の実施例３の構成ブロック図である。実施例１との差異は、スケール切換え部１０３がなくなったこと、及び、センサ１０４から後述する受光部２０７出力信号をＣＰＵ１０１に入力できる構成になったことである。

本実施例においては、光源２０１、パターン２０６、受光部２０７、信号処理回路２０５、ＣＰＵ１０１で、位置特定手段（位置決定手段）を構成する。これに対して、実施例１、２においては、第１トラックパターン２０３ａ、第２トラックパターン２０３ｂ、受光部２０４、信号処理回路２０５、ＣＰＵ１０１、スケール切替え部１０３で位置特定手段（位置決定手段）を構成していた。上記のように、実施例１や実施例２で構成されていたスケール切換え部１０３がなくても、光源２０１、パターン２０６、受光部２０７のような所定の位置を特定するための手段を用いることにより基準位置からの位置が特定できれば、本発明を適用することができる。

Claims

所定方向に第１の周期で配列された第１のパターンと、前記所定方向に、前記第１の周期より長い第２の周期で配列された第２のパターンとを有するスケールと、
前記所定方向に配列され、それぞれが前記第１のパターンおよび前記第２のパターンに基づくエネルギー強度を検出可能な複数の検出素子を有する検出素子アレイと、
前記検出素子アレイから出力された検出信号に基づいて、前記第１のパターンに基づいて得られ、互いに位相の異なる複数の第１の信号と、前記第２のパターンに基づいて得られ、互いに位相の異なる複数の第２の信号と、を生成する生成部と、
前記複数の第１の信号および前記複数の第２の信号に基づいて、前記スケールに対する前記検出素子アレイの位置を導出する導出部と、
を有し、
前記スケールは、前記検出素子アレイに対して前記所定方向に相対移動可能であり、
前記導出部は、前記複数の第１の信号及び前記複数の第２の信号に基づいて、前記検出素子アレイの前記スケールに対する位置としての参照位置を導出した後、相対移動した前記検出素子アレイの前記参照位置に対する変位量を前記複数の第１の信号に基づいて導出することにより、前記検出素子アレイの前記スケールに対する位置を導出する第１の処理と、前記第１の処理により導出された位置に基づいて、前記検出素子アレイの前記スケールに対する位置を導出する第２の処理を行う、
ことを特徴とする位置検出装置。
前記導出部は、前記第２の処理において、前記第１の処理により導出された位置に基づいて、前記第２のパターンが前記複数の第１の信号に与えた影響を低減し、前記影響の低減された複数の第１の信号に基づいて、前記検出素子アレイの前記参照位置に対する変位量を導出することにより、前記検出素子アレイの前記スケールに対する位置を導出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
前記導出部は、前記第２の処理において、前記第１の処理により導出された位置に基づいて、第２の周期における位相を導出し、前記導出された第２の周期における位相に基づいて、前記第２のパターンが前記複数の第１の信号に与える影響を低減し、前記影響の低減された複数の第１の信号に基づいて、前記検出素子アレイの前記参照位置に対する変位量を導出することにより、前記検出素子アレイの前記スケールに対する位置を導出する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
前記導出部は、前記第２の処理を繰り返すことを特徴とする請求項２または３に記載の位置検出装置。
前記導出部は、前記第２の処理において、前記第１の処理により導出された位置に基づいて、前記第２のパターンが前記複数の第１の信号に与えた影響を、前記第１の処理により導出された位置から低減することにより、前記検出素子アレイの前記スケールに対する位置を導出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
前記導出部は、前記第２の処理において、前記第１の処理により導出された位置に基づいて、第２の周期における位相を導出し、前記導出された第２の周期における位相に基づいて値を導出し、前記導出された値を用いて、前記第２のパターンが前記複数の第１の信号に与えた影響を、前記第１の処理により導出された位置から低減することにより、前記検出素子アレイの前記スケールに対する位置を導出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
前記スケールに対する前記検出素子アレイの参照位置を、前記第１の周期の複数の信号と第２の周期の複数の信号に基づいて決定する決定部を有し、
前記決定部は、前記複数の第１の信号が所定の周期内の信号であるか否かを判断し、前記所定の周期内の信号であると判断した場合に、前記参照位置を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンは、前記第１の周期で配列された反射型のスリットパターンおよび前記第２の周期で配列された反射型のスリットパターンであり、
前記検出素子アレイは、前記スリットパターンの面と対向する平行な面上に形成され、該検出素子アレイと同一平面上に形成され該検出素子アレイに対して不動な光源から出射し前記スリットパターンで反射した光を受光する、複数の受光素子が前記所定方向に配列した受光素子アレイである、
ことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位置検出装置。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の位置検出装置を備え、該位置検出装置により可動光学部材の位置を検出するレンズ装置。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の位置検出装置により可動光学部材の位置を検出する走査光学装置を含む、画像形成装置。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の位置検出装置により可動光学部材の位置を検出する走査光学装置を含む、画像読取装置。