JP4014535B2 - 光学式移動量検出装置及び電子機器及び搬送処理システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、用紙等の表面が鏡面でない物体の移動量を物体にマーキング等を施さずに非接触で測定する光学式移動量検出装置、その移動量検出装置を備える電子機器、および、その移動量検出装置を用いて物体の移動量を検出しつつ物体を搬送して処理を行う搬送処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検出物である用紙を搬送しながら処理を行うプリンタや複写機等の電子機器においては、用紙の移動量を測定する装置としてローラ式の移動量測定装置が用いられている。この移動量測定装置は、挟み込みローラの回転によって被検出物を搬送するに際して、ローラの回転量と上記ローラの直径によって移動量を検出するものである。
【０００３】
しかしながら、上記ローラ式の移動量測定装置では、ローラと被検出物との間に滑りは全く無いことを前提にしている。そのために、搬送中にローラと被検出物との間で滑りが生じた場合には被検出物の搬送量に誤差が生じ、上記被検出物における所定位置に対して処理を行うことができない。プリンタを例に取ると、用紙の所定の位置に印刷されずに違った位置に印刷されてしまうことなる。
【０００４】
取り分け、写真等の画像を高解像度で印刷を行うプリンタにおいては、所定の位置に印刷するために、搬送される用紙の移動量を用紙の搬送を妨げずに測定して印刷処理を制御することが必要になる。そこで、被検出物の搬送手段とは独立して被検出物の移動量を測定する移動量測定装置がある。
【０００５】
そのような移動量測定装置として、スペックルパターンを利用して光学的に非接触で移動量を測定するペーパー状物体の移動量測定装置がある(特開平９‐３１８３２０号公報：特許文献１参照)。このペーパー状物体の移動量測定装置では、レーザのようなコヒーレント光を物体に照射するとその物体の表面の粗さによって反射光が散乱することで干渉を起こし、図１４に示すようなスペックルパターンという斑点状の模様が生じることを利用する。
【０００６】
図１５は、上記ペーパー状物体の移動量測定装置の構成を示す図である。少なくとも一面が粗面で且つ無透明なペーパー状物体としての紙幣９の粗面に、レーザダイオード等で成る光照射手段１によって、コヒーレント光２を照射する。そして、紙幣９の粗面からの反射光３を撮像デバイス４で受光して電気的な画像信号に変換する。そして、第１の時点における撮像デバイス４の出力を第１のメモリ５に記憶し、第１の時点から所定時間経過後の第２の時点における撮像デバイス４の出力を第２のメモリ６に記憶する。そして、画像処理部７の抽出部７aによって、第１のメモリ５の記憶画像と第２のメモリ６の記憶画像との合成画像から周波数スペクトルを抽出し、検出部７bによって、上記抽出された周波数スペクトルの周波数ピークを検出し、演算部７cによって、上記検出された周波数ピークの間隔Δｄxを演算して紙幣２の移動量とする。そして、制御部８によって、演算部７cからの移動量Δｄxに基づいて、紙幣９に対する処理が行われる。
【０００７】
この他に、移動量を検出する方法としては、移動物体にＬＥＤ(発光ダイオード)等の光源からの光を照射し、上記移動物体からの反射光から特定の空間周波数成分の信号を抽出する空間フィルタの出力波形信号に基づいて、上記移動物体の相対移動量を求める空間フィルタ法や、光マウスに利用されているイメージセンサ画像に基づくフレーム処理によって物体の移動量を検出する方法もある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９‐３１８３２０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された従来のペーパー状物体の移動量測定装置においては、以下のような問題がある。すなわち、上記スペックルパターンの画像を撮像デバイス４としてのイメージセンサで取り込み、画像処理部７によって種々の演算を行うので、情報量が膨大になると共に、演算は複雑になり、装置が大型で且つ高価なものになってしまう。また、上記ペーパー状物体として、表面が比較的滑らかなＯＨＰ(オーバーヘッドプロジェクタ)シート等の正反射が強い物体を用いた場合には、物体の検出が非常に困難であるという問題がある。
【００１０】
また、上記空間フィルタ法の場合には、空間周波数成分の演算等が複雑であるため、装置が高価なものになってしまう。それと同時に、表面が滑らかな物体の場合には出力が小さくなるために、画像信号の処理が難しくなってしまうという問題もある。また、上記光マウスの場合には、フレーム単位で画像信号の処理を行うために、信号の処理が複雑であると同時に、表面が滑らかな物体の場合には出力波形信号が小さいために移動量の検出が難しいという問題がある。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、表面が滑らかな被検出物であっても移動量を精度よく測定できる小型で安価な光学式移動量検出装置、および、それを備えた電子機器を提供することにある。
【００１２】
また、この発明の課題は、被検出物の位置を精度よく測定して、被検出物を所定の位置に搬送して所定の処理を行うことができる搬送処理システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の光学式移動検出装置は、発光部と、受光部と、上記発光部からの光を被検出物の移動方向に平行な線状ビームにして上記被検出物に照射する第１光学系と、上記被検出物から反射された上記線状ビームである線状反射ビームを上記受光部に入射させる第２光学系と、第１の時点において上記受光部が上記線状反射ビームを受けて出力する上記線状反射ビームの長さ方向に沿った出力分布を表す第１の出力波形信号と、第２の時点において上記受光部が上記線状反射ビームを受けて出力する上記線状反射ビームの長さ方向に沿った出力分布を表す第２の出力波形信号とを格納するメモリ部と、上記第１出力波形信号と上記第２出力波形信号との間の上記線状反射ビームの長さ方向のズレ量を検出して、このズレ量に基づいて上記被検出物の移動量を検出する移動量検出部とを備え、上記第１光学系は、コリメートレンズとシリンドリカルレンズとからなり、上記発光部からの光を、上記コリメートレンズにより平行光にし、さらに、上記シリンドリカルレンズを通過させた後に、上記被検出物の移動方向に平行な上記線状ビームにして、上記被検出物に照射し、上記受光部は、上記線状反射ビームの像に対応して線状に配列された複数の受光素子からなり、上記受光部は、この全領域の内、両端部の間に、上記受光素子を設けない部分を有することを特徴としている。
【００１４】
本発明の光学式移動検出装置によれば、第１の時点において、発光部からの光を被検出物の移動方向に平行な線状ビームにして被検出物に照射し、この被検出物から反射された線状反射ビームを受光部に入射させて、このときの受光部から出力される第１の出力波形信号をメモリ部に格納する。その後、第２の時点において、同様に、発光部からの光を線状ビームにして被検出物に照射し、この被検出物から反射された線状反射ビームを受光部に入射させて、このときの受光部から出力される第２の出力波形信号をメモリ部に格納する。そして、移動量検出部により、上記第１出力波形信号と上記第２出力波形信号との間の線状反射ビームの長さ方向のズレ量を検出して、このズレ量に基づいて被検出物の移動量を検出することができる。
【００１５】
このように、上記被検出物の表面状態(凸凹の状態)を表す上記受光部からの出力波形信号に基づいて上記被検出物の移動量が検出される。従って、比較的滑らかな表面を有する被検出物であってもその移動量が精度良く検出される。さらに、上記移動量検出部による信号の処理が簡単であり、部品点数も少ない。また、線状ビームにより、所定の範囲を測定することができ、照射光を移動させるための別途駆動機構を必要としない。従って、形状が小型で製造コストが安価な光学式移動量検出装置が得られる。
【００１６】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記発光部は、線状に配列された複数の半導体レーザ素子からなることを特徴としている。
【００１７】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、半導体レーザ素子からのレーザ光が第１光学系や第２光学系を構成するレンズによって効率よく集光され、受光部によって光電変換するのに必要な光量が被検出物上からの反射光によって十分に得られる。さらに、発光部に半導体レーザ素子を用いることで一層小型化にできる。
【００１８】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記第１光学系と上記被検出物との間に、上記被検出物からの上記線状反射ビームを偏向させる偏向器を備えることを特徴としている。
【００１９】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、照射側と反射側のビームの光軸を同一にしても、発光部と受光部との重なりを防止できる。このように、出力が得られやすくなるとともに小型化にできる。さらに、その光軸を、被検出物に対して略垂直にすることが可能で、さらに出力が得られやすくなって、検出精度を向上させることができる。
【００２０】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記移動量検出部は、上記線状ビーム自体の長さ方向の光強度分布に応じた複数の係数を、上記第１出力波形信号と上記第２出力波形信号の各々の部分に乗算して、上記線状ビームの長さ方向の光強度分布を補正する波形補正部を備えることを特徴としている。
【００２１】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、照射光の強度を長さ方向に一定にしなくても、受光部側の移動量検出部で補正することができ、ズレ量の検出の精度を向上できる。また、発光部の構造を簡単にできる。
【００２２】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記移動量検出部は、上記第１の時点で上記受光部における上記線状反射ビームの像の長さ方向の一部に対応する第１部分領域から出力される第１出力波形部分信号と、上記第２の時点で上記受光部における上記線状反射ビームの像の複数の部分の夫々に対応する複数の部分領域から出力される複数の第２出力波形部分信号との相関係数を求めて、最も相関係数の高い第２の時点での第２部分領域を求めて、上記第１部分領域と上記第２部分領域とのズレ量によって、上記被検出物の移動量を演算する移動量演算部を備えることを特徴としている。
【００２３】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、上記第１出力波形信号と第２出力波形信号との相関係数に基づいてそのズレ量が得られるので、検出誤差のために、第１と第２出力波形信号の波形が全く同一でない場合でも、精度よく上記ズレ量が検出される。
【００２４】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記受光部の第１部分領域の大きさは、この第１部分領域から出力される上記第１出力波形部分信号が、上記第１の時点で上記第１部分領域以外の上記受光部の領域から出力される信号と判別できる大きさであり、上記受光部の全領域の大きさは、上記第１部分領域の大きさに、上記被検出物の予め定められた移動量に対応する上記線状反射ビームの像の移動量を加えた大きさ以上であることを特徴としている。なお、被検出物の予め定められた移動量とは、本発明の光学式移動検出装置をプリンタ等の被検出物(用紙）を搬送して処理を行う機器に用いる場合、被検出物の大きさや被検出物への処理位置に応じて、その機器の搬送部に予め設定されている被検出物の送り量である。
【００２５】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、相関係数算出に用いる第１出力波形部分信号を構成する出力値の数（比較データ数）は、ズレ量算出が相関係数により検出できる数としているため、相関計算に必要なデータ数が得られて、ズレ量検出精度があがる。即ち、比較データ数が少なすぎると、出力波形信号の波形の特徴を捉えきれずに、誤って検出する虞れがある。また、受光部の全領域（即ち、受光部出力を記録する範囲）が、被検出物の予め定められた移動量より大きいため、相関計算により移動量を検出することができる。しかも、受光部の大きさを最小限に設定することができる。
【００２６】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記受光部の全領域の大きさは、上記第１部分領域の大きさと、上記被検出物の予め定められた移動量に対応する上記線状反射ビームの像の移動量と、この移動量からの予測されている上記被検出物の位置ズレ量とを加えた大きさに等しいことを特徴としている。なお、被検出物の予め定められた移動量とは、本発明の光学式移動検出装置をプリンタ等の被検出物(用紙）を搬送して処理を行う機器に用いる場合、被検出物の大きさや被検出物への処理位置に応じて、その機器の搬送部に予め設定されている被検出物の送り量である。また、予測されている被検出物の位置ズレ量とは、上記機器の搬送部において通常生じる送り量の誤差の最大量に対応する線状反射ビームの像の最大量をいう。
【００２７】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、受光部の全領域の大きさを、最小限の大きさにすることができる。そして、ズレ量検出に、受光部の両端部位の受光素子を用いることが可能で、受光部の中途部位の受光素子を省くことができ、データ数が減って、データ処理がしやすくなり、かつ、受光素子数が減って、安価にすることができる。
【００２８】
また、本発明の電子機器は、上記発明の光学式移動量検出装置を備えることを特徴としている。
【００２９】
本発明の電子機器によれば、上記光学式移動量検出装置によって、本電子機器内外の物体（被検出物）の位置を精度よく測定することができる。
【００３０】
また、本発明の搬送処理システムは、上記発明の光学式移動量検出装置と、上記被検出物を搬送する搬送部と、上記被検出物に所定の処理をする処理部と、上記光学式移動量検出装置により検出された上記被検出物の移動量に基づいて、上記被検出物の搬送後の位置を目標位置に合わせるように上記搬送部を制御する制御部とを備えることを特徴としている。
【００３１】
本発明の搬送処理システムによれば、被検出物の位置が精度良く検出され、規定の位置になければ、被検出物の位置ズレが自動的に補正されて、被検出物の正しい位置に所定の処理を行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の光学式移動量検出装置の一実施形態である構成図を示している。この移動量検出装置は、被検出物１０が第１の時点から第２の時点まで移動するときの移動量を検出するものであり、発光部１１と、受光部１７と、上記発光部１１からの光を上記被検出物１０の移動方向に平行な線状ビームにして上記被検出物１０に照射する第１光学系３１と、上記被検出物１０から反射された上記線状ビームである線状反射ビームを上記受光部１７に入射させる第２光学系３２と、上記第１の時点における上記受光部１７からの第１出力波形信号、及び、上記第２の時点における上記受光部１７からの第２出力波形信号を格納するメモリ部３３と、上記第１出力波形信号と上記第２出力波形信号との間の上記線状反射ビームの長さ方向のズレ量を検出して、このズレ量に基づいて上記被検出物１０の移動量を検出する移動量検出部３４とを備える。
【００３４】
上記発光部１１は、線状に配列された複数の半導体レーザ素子からなるのが好ましく、発光部１１からの光を線状に形成することができる。
【００３５】
上記第１光学系３１は、コリメートレンズ１２とシリンドリカルレンズ１３とからなり、発光部１１からの光を、コリメートレンズ１２により平行光にし、さらに、シリンドリカルレンズ１３を通過させた後に、被検出物１０の移動方向に平行な線状ビームにして、被検出物１０に照射する。すると、被検出物１０表面に、所定の長さを有する線状ビームの像１８ａが、被検出物１０の移動方向に沿って形成される。なお、図１では、被検出物１０は、矢印αに示すように、紙面奥から手前方向に移動する。なお、コリメートレンズ１２の代りにシリンドリカルレンズを用いてもよく、その場合、発光部１１からの光は一方向のみ集光される。
【００３６】
上記第２光学系３２は、受光レンズ１４からなり、被検出物１０上の線状ビームの像１８ａからの反射光（の一部または全部）を、受光レンズ１４により、線状反射ビームとして、受光部１７に入射させる。
【００３７】
上記線状ビームの像１８ａは、図２に示すように、被検出物１０の矢印αにて示す移動方向に平行に形成され、長さが数ｍｍで、かつ、幅が数十μｍに設定されている。なお、線状ビーム自体の長さ方向の光強度分布は、一定であるのが望ましい。
【００３８】
上記受光部（ラインセンサ）１７は、図３に示すように、線状反射ビームの像に対応して線状に配列された複数の受光素子１７ａからなり、長さｄが数ｍｍで、かつ、幅ｅが数十μｍに設定されている。全ての受光素子１７ａは、各々が出力値を発し、フォトダイオード（ＰＤ）にて形成されるのが好ましく、１次元のＣＣＤやＣ−ＭＯＳにて形成されてもよい。
【００３９】
線状反射ビームを受けて出力する各受光素子１７ａの出力値は、例えば、図４に示すように、被検出物１０の表面状態（表面の凹凸）に応じたものとなる。この複数の出力値にて、線状反射ビームの長さ方向に沿った出力分布を表す第１出力波形信号及び第２出力波形信号を形成する。
【００４０】
上記第１出力波形信号は、第１の時点で（静止している）被検出物１０から、反射光を受光した各受光素子１７ａからの出力値にて形成される。上記第２出力波形信号は、第２の時点で（静止している）被検出物１０から、再度反射光を受光した各受光素子１７ａからの出力値にて形成される。なお、被検出物１０は、少なくとも第２の時点において、静止した状態で測定されるのが望ましく、被検出物１０を正確な位置にセットすることができる。そして、上記第２出力波形信号は、上記第１出力波形信号が被検出物１０の移動方向に沿ってズレた状態になっている。
【００４１】
具体的に述べると、図５（ａ）に示すように、第１の時点において、受光部１７における線状反射ビームの像に対応する全領域２２により、被検出物１０の所定エリア１０ａを受光している。そして、図５（ｂ）に示すように、被検出物１０が、第２の時点において、（仮想線にて示す）第１の時点から所定ピッチＰだけ移動したとき、その所定エリア１０ａも、仮想線にて示す状態から実線にて示す状態に所定ピッチＰだけ移動する。このとき、移動後の所定エリア１０ａは、受光部１７の全領域２２内にある。
【００４２】
図６は、被検出物１０の移動前後の受光部１７全領域２２における各受光素子１７ａの出力値を示した図である。即ち、図６（ａ）に示すように、第１の時点での上記所定エリア１０ａは、受光部１７の第１部分領域２２ａにて受光されている。他方、図６（ｂ）に示すように、第２の時点での上記所定エリア１０ａは、受光部１７の第２部分領域２２ｂにて受光されている。このように、上記第１部分領域２２ａからの出力値と略同一の出力値が、上記第２部分領域２２ｂに現れることになり、上記第１部分領域２２ａと上記第２部分領域２２ｂとのズレを受光素子１７ａの位置で算出することで移動量を検出する。
【００４３】
次に、図７に本発明の他の実施形態を示し、第１光学系３１と被検出物１０との間に、被検出物１０からの線状反射ビームを偏向させる偏向器１６を備える。具体的に述べると、偏向器であるビームスプリッタ１６をシリンドリカルレンズ１３と被検出物１０の間に配置することで、被検出物１０への照射光の光軸と被検出物１０からの反射光の光軸とを同一にしても、発光部１１と受光部１７とが重なることがない。このように、照射側と反射側の光軸が同一となるため、反射光の出力がえられやすくなる。なお、光軸を被検出物１０の移動方向に対して略垂直にした場合、反射光の出力がより向上して検出精度を上げることができ、さらに、装置を小型化することができる。また、偏向器１６としては、回折格子でもよい。
【００４４】
ここで、図１と図７に示すように、移動量検出部３４は、波形補正部３４ａを備える。この波形補正部３４ａは、例えば、図８に示すように、線状ビーム１８自体の長さｈ方向の光強度分布が一様でない場合に、その光強度分布に応じた複数の係数を、第１出力波形信号と第２出力波形信号の各々の部分に乗算して、線状ビームの長さ方向の光強度分布を補正するように構成されている。これにより、被検出物１０上の同じ位置に対応している移動前データ（第１出力波形信号）と移動後データ（第２出力波形信号）との差異が減り検出精度が向上する。なお、受光素子１７ａの増幅率を変える事で，出力の補正を行うようにしてもよい。
【００４５】
また、図１と図７に示すように、移動量検出部３４は、移動量演算部３４ｂを備える。この移動量演算部３４ｂは、第１の時点で受光部１７における線状反射ビームの像の長さ方向の一部に対応する第１部分領域２２ａから出力される第１出力波形部分信号と、第２の時点で受光部１７における線状反射ビームの像の複数の部分の夫々に対応する複数の部分領域から出力される複数の第２出力波形部分信号との相関係数を求めて、最も相関係数の高い第２の時点での第２部分領域２２ｂを求めて、第１部分領域２２ａと第２部分領域２２ｂとのズレ量によって、被検出物１０の移動量を演算するように構成されている。
【００４６】
この移動量演算部３４ｂによる移動量検出方法について図９にて説明する。
【００４７】
図９（ａ）に示すように、第１の時点で、受光部１７の第１部分領域２２ａの出力データを第１の比較データとしてメモリ部３３に格納する。この第１部分領域２２ａは、受光部１７の所定位置Ａから右端までの受光素子１７ａにて形成されている。なお、被検出物１０は、仮想線にて示す矢印α方向に移動するものとする。
【００４８】
そして、被検出物１０を所定ピッチＰ移動した第２の時点で、図９（ｂ）に示すように、上記第１の比較データは、受光部１７の第２部分領域２２ｂから検出される。即ち、所定位置Ａのデータは、所定位置Ｂの受光素子から得られる。具体的に述べると、移動量検出部３４によって、図９（ｂ）における各受光素子１７ａの出力値と第１の比較データとの相関計算をすることで、所定位置Ａのデータは、所定位置Ｂからのデータにて相関最大となる。要するに、第１の比較データと略同一の出力値を発する第２部分領域２２ｂを相関係数により求めることができる。そして、所定位置Ａ（第１部分領域２２ａ）と所定位置Ｂ（第２部分領域２２ｂ）とのズレ量、即ち、所定ピッチＰが、被検出物１０の移動量となる。
【００４９】
また、図９（ｂ）に示すように、相関計算とは別に所定位置Ａから右端までの第１部分領域２２ａのデータを第２の比較データとしてメモリ部３３に格納すれば、続けて移動量を検出することができる。例えば、図９（ｃ）に示すように、各受光素子１７ａの出力値と上記第２の比較データとの相関計算をすることで、所定位置Ａのデータは、所定位置Ｃの受光素子１７ａから得られることがわかる。なお、図９（ｃ）は、被検出物１０が上記所定ピッチＰの目標位置から位置ズレしている場合を示し、このときの実際の移動量Ｐ´は、上記所定ピッチＰから位置ズレ量Ｓを引いた値となる。
【００５０】
次に、図１０にて、相関計算を説明する。
【００５１】
ここで、相関係数ρ（−１≦ρ≦１）とは、ある標本群XiとYiの類似度を表す指標であり次式▲１▼で表される。
【００５２】
受光部１７の全領域２２における受光素子１７ａの出力データ列（1,2,・・・,e,f）の第１部分領域２２ａに相当する比較データ列（a,・・・,ｆ）を比較データ４１として第１メモリ３３ａに格納し、その比較データ４１と、被検出物１０の移動を終えた後の第２メモリ３３ｂに入れた受光部１７の全領域２２の出力データ列（1',2',・・・,v,vi）との、相関係数を、相関計算部３５にて求める。なお、第１メモリ３３ａ、第２メモリ３３ｂ、第３メモリ３３ｃは、メモリ部３３に含まれ、相関計算部３５は、移動量演算部３４ｂに含まれる。
【００５３】
即ち、比較データ４１を、受光部１７の長さ方向に、1個ずつずらしながら（ｋ＝0,1,2,・・・,n）相関係数を求めれば、最も類似性の高い所で最大となる。そして、この最大時におけるkの値（ずらした個数）に受光素子１７ａの大きさを乗算すると（受光素子ピッチ×k）、移動後の比較データ４１の位置がわかり移動量が検出できる。
【００５４】
なお、受光素子１７ａが大きくても受光レンズ１４の像倍率を変えることで、分解能を上げることが可能となる。
【００５５】
また、受光部１７の第１部分領域２２ａの大きさは、この第１部分領域２２ａから出力される第１出力波形部分信号が、第１の時点で第１部分領域２２ａ以外の受光部１７の領域から出力される信号と判別できる大きさである。即ち、第１部分領域２２ａからの出力値の数（比較データ数）は、相関係数により第２部分領域２２ｂを一つに確定できる数とする。
【００５６】
また、被検出物１０が、予め定められた移動量搬送されるものとすると、受光部１７の全領域２２の大きさ（出力値を記録する範囲）は、第１部分領域２２ａの大きさ（比較データ数）に、被検出物１０の予め定められた移動量に対応する線状反射ビームの像の移動量（設定移動量）を加えた大きさ以上である｛記録範囲≧（設定移動量＋比較データ数）｝。詳しく述べると、受光部１７の全領域２２の大きさは、第１部分領域２２ａの大きさと、上記設定移動量と、この設定移動量からの予測されている被検出物１０の位置ズレ量（予測位置ズレ量）とを加えた大きさに等しい。なお、この予測位置ズレ量とは、被検出物１０の予め定められた移動量からの予測されている被検出物１０の位置ズレ量に対応する線状反射ビームの像の位置ズレ量をいう。
【００５７】
ここで、上記設定移動量、及び、第１部分領域２２ａの受光素子１７ａの数（比較データの出力値数）、及び、上記予測位置ズレ量がわかっていれば、図１１に示すように、受光部１７の下流（左）側端部２２ｃの大きさを、第１部分領域２２ａの大きさに、上記予測位置ズレ量を加えた大きさにすることができる。即ち、上記端部２２ｃにおける受光素子１７ａの数は、第１部分領域２２ａの受光素子１７ａの数に、上記予測位置ズレ量を受光素子１７ａの数に換算した値を加えたものとなる。そして、全領域２２の内、上記端部２２ｃと上流（右）側端部となる第１部分領域２２ａとの間を、受光素子１７ａを設けない不要部分２２ｄとできる。このように、受光素子１７ａの数を減らすことができコストダウンを図ることができる。
【００５８】
上述のように構成された本発明の光学式移動量検出装置によれば、比較的滑らかな表面であっても被検出物１０の移動量を精度よく検出することができる。また、部品点数が比較的少なく、信号処理が上述した各従来の移動量検出装置よりも簡単であるため、形状的に小型で且つ安価にできる。
【００５９】
次に、上記光学式移動量検出装置を備える電子機器によれば、この光学式移動量検出装置により、電子機器内外における物体の移動量を精度良く検出することができる。また、上記電子機器を、例えばプリンタなどの機器、即ち、（用紙等の）物体に対して順次、搬送、停止、処理をするといった工程を繰り返して行う機器とした場合、本発明の光学式移動量検出装置を用いることで、上記物体（被検出物）の正しい位置に所定の処理を行うことができる搬送処理システムを提供できる。
【００６０】
この搬送処理システムは、図１２に示すように、上述の光学式移動量検出装置５０と、被検出物１０を搬送する（ローラ等から成る）搬送部５１と、被検出物１０に所定の処理をする処理部５２と、上記光学式移動量検出装置５０により検出された被検出物１０の移動量に基づいて、被検出物１０の搬送後の位置を目標位置に合わせるように搬送部５１を制御する制御部５３とを備える。
【００６１】
図１３は、この搬送処理システムのフローチャートを示したものである。まず、図９（ａ）に示したように第１部分領域２２ａにおける比較データを取り込み（ステップＳ１）、次に、規定ピッチで被検出物１０を搬送する（ステップＳ２）。このとき、位置ズレがなければ、比較データを取った被検出物１０（搬送物）上の位置は、規定ピッチだけ進んだ位置に移動しているので、その付近のデータを受光部にて取得し（ステップＳ３、Ｓ４）、位置ズレを検出する（ステップＳ５）。
【００６２】
そして、位置ズレがなければ、図９（ｂ）に示したように次回の比較データ取り込みに移るが（ステップＳ６）、位置ズレがあった場合は、その位置ズレ量を搬送部にフィードバックして、被検出物１０を正しい位置に移動させる（ステップＳ８）。
【００６３】
その後、再度、規定ピッチ付近のデータを取り込み（ステップＳ９）、規定ピッチ移動したかを検出し（ステップＳ５）、位置ズレがなければ、次回比較データを取り込み（ステップＳ６）、被検出物１０へ処理を行う（ステップＳ７）。この処理とは、プリンタならば印刷することである。よって、プリンタ等の印刷を行う電子機器であれば所定の位置に所定の印刷処理が行えるようになり、高精細な印刷が可能になる。
【００６４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の光学式移動量検出装置は、被検出物の移動量を検出するものであって、表面が滑らかな被検出物であっても、その移動量を精度よく測定でき、しかも、小型でかつ低コストを実現することができる。
【００６５】
また、本発明の電子機器は、上記光学式移動量検出装置を備えるので、被検出物の位置を精度よく測定することができる。
【００６６】
また、本発明の搬送処理システムは、上記光学式移動量検出装置を用いているので、被検出物の位置を精度よく測定して、被検出物を所定の位置に搬送して所定の処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学式移動量検出装置の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】 被検出物上に形成された線状ビームの像を示す平面図である。
【図３】 複数の受光素子にて形成された受光部を示す平面図である。
【図４】 各受光素子からの出力データを示す説明図である。
【図５】 被検出物の移動量検出方法の説明図である。
【図６】 被検出物の移動前後の出力データを示す説明図である。
【図７】 本発明の光学式移動量検出装置の第２実施形態を示す構成図である。
【図８】 線状ビームの強度分布を示す説明図である。
【図９】 ズレ量を検出する原理を示す説明図である。
【図１０】 相関計算によるズレ量の検出を示す説明図である。
【図１１】 受光部の他の実施形態を示す平面図である。
【図１２】 本発明の搬送処理システムの第１実施形態を示す構成図である。
【図１３】 搬送処理システムの流れを示すフローチャート図である。
【図１４】 スペックルパターンを示す説明図である。
【図１５】 従来の移動量検出装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 被検出物
１１ 発光部
１２ コリメートレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
１４ 受光レンズ
１６ 偏向器（ビームスプリッタ）
１７ 受光部
１８ 線状ビーム
２２ 全領域
２２ａ 第１部分領域
２２ｂ 第２部分領域
３１ 第１光学系
３２ 第２光学系
３３ メモリ部
３４ 移動量検出部
３４ａ 波形補正部
３４ｂ 移動量演算部
５０ 光学式移動量検出装置
５１ 搬送部
５２ 処理部
５３ 制御部
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、用紙等の表面が鏡面でない物体の移動量を物体にマーキング等を施さずに非接触で測定する光学式移動量検出装置、その移動量検出装置を備える電子機器、および、その移動量検出装置を用いて物体の移動量を検出しつつ物体を搬送して処理を行う搬送処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検出物である用紙を搬送しながら処理を行うプリンタや複写機等の電子機器においては、用紙の移動量を測定する装置としてローラ式の移動量測定装置が用いられている。この移動量測定装置は、挟み込みローラの回転によって被検出物を搬送するに際して、ローラの回転量と上記ローラの直径によって移動量を検出するものである。
【０００３】
しかしながら、上記ローラ式の移動量測定装置では、ローラと被検出物との間に滑りは全く無いことを前提にしている。そのために、搬送中にローラと被検出物との間で滑りが生じた場合には被検出物の搬送量に誤差が生じ、上記被検出物における所定位置に対して処理を行うことができない。プリンタを例に取ると、用紙の所定の位置に印刷されずに違った位置に印刷されてしまうことなる。
【０００４】
取り分け、写真等の画像を高解像度で印刷を行うプリンタにおいては、所定の位置に印刷するために、搬送される用紙の移動量を用紙の搬送を妨げずに測定して印刷処理を制御することが必要になる。そこで、被検出物の搬送手段とは独立して被検出物の移動量を測定する移動量測定装置がある。
【０００５】
そのような移動量測定装置として、スペックルパターンを利用して光学的に非接触で移動量を測定するペーパー状物体の移動量測定装置がある(特開平９‐３１８３２０号公報：特許文献１参照)。このペーパー状物体の移動量測定装置では、レーザのようなコヒーレント光を物体に照射するとその物体の表面の粗さによって反射光が散乱することで干渉を起こし、図１４に示すようなスペックルパターンという斑点状の模様が生じることを利用する。
【０００６】
図１５は、上記ペーパー状物体の移動量測定装置の構成を示す図である。少なくとも一面が粗面で且つ無透明なペーパー状物体としての紙幣９の粗面に、レーザダイオード等で成る光照射手段１によって、コヒーレント光２を照射する。そして、紙幣９の粗面からの反射光３を撮像デバイス４で受光して電気的な画像信号に変換する。そして、第１の時点における撮像デバイス４の出力を第１のメモリ５に記憶し、第１の時点から所定時間経過後の第２の時点における撮像デバイス４の出力を第２のメモリ６に記憶する。そして、画像処理部７の抽出部７aによって、第１のメモリ５の記憶画像と第２のメモリ６の記憶画像との合成画像から周波数スペクトルを抽出し、検出部７bによって、上記抽出された周波数スペクトルの周波数ピークを検出し、演算部７cによって、上記検出された周波数ピークの間隔Δｄxを演算して紙幣２の移動量とする。そして、制御部８によって、演算部７cからの移動量Δｄxに基づいて、紙幣９に対する処理が行われる。
【０００７】
この他に、移動量を検出する方法としては、移動物体にＬＥＤ(発光ダイオード)等の光源からの光を照射し、上記移動物体からの反射光から特定の空間周波数成分の信号を抽出する空間フィルタの出力波形信号に基づいて、上記移動物体の相対移動量を求める空間フィルタ法や、光マウスに利用されているイメージセンサ画像に基づくフレーム処理によって物体の移動量を検出する方法もある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９‐３１８３２０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された従来のペーパー状物体の移動量測定装置においては、以下のような問題がある。すなわち、上記スペックルパターンの画像を撮像デバイス４としてのイメージセンサで取り込み、画像処理部７によって種々の演算を行うので、情報量が膨大になると共に、演算は複雑になり、装置が大型で且つ高価なものになってしまう。また、上記ペーパー状物体として、表面が比較的滑らかなＯＨＰ(オーバーヘッドプロジェクタ)シート等の正反射が強い物体を用いた場合には、物体の検出が非常に困難であるという問題がある。
【００１０】
また、上記空間フィルタ法の場合には、空間周波数成分の演算等が複雑であるため、装置が高価なものになってしまう。それと同時に、表面が滑らかな物体の場合には出力が小さくなるために、画像信号の処理が難しくなってしまうという問題もある。また、上記光マウスの場合には、フレーム単位で画像信号の処理を行うために、信号の処理が複雑であると同時に、表面が滑らかな物体の場合には出力波形信号が小さいために移動量の検出が難しいという問題がある。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、表面が滑らかな被検出物であっても移動量を精度よく測定できる小型で安価な光学式移動量検出装置、および、それを備えた電子機器を提供することにある。
【００１２】
また、この発明の課題は、被検出物の位置を精度よく測定して、被検出物を所定の位置に搬送して所定の処理を行うことができる搬送処理システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の光学式移動検出装置は、発光部と、受光部と、上記発光部からの光を被検出物の移動方向に平行な線状ビームにして上記被検出物に照射する第１光学系と、上記被検出物から反射された上記線状ビームである線状反射ビームを上記受光部に入射させる第２光学系と、第１の時点において上記受光部が上記線状反射ビームを受けて出力する上記線状反射ビームの長さ方向に沿った出力分布を表す第１の出力波形信号と、第２の時点において上記受光部が上記線状反射ビームを受けて出力する上記線状反射ビームの長さ方向に沿った出力分布を表す第２の出力波形信号とを格納するメモリ部と、上記第１出力波形信号と上記第２出力波形信号との間の上記線状反射ビームの長さ方向のズレ量を検出して、このズレ量に基づいて上記被検出物の移動量を検出する移動量検出部とを備え、上記第１光学系は、コリメートレンズとシリンドリカルレンズとからなり、上記発光部からの光を、上記コリメートレンズにより平行光にし、さらに、上記シリンドリカルレンズを通過させた後に、上記被検出物の移動方向に平行な上記線状ビームにして、上記被検出物に照射し、上記受光部は、上記線状反射ビームの像に対応して線状に配列された複数の受光素子からなり、上記受光部は、この全領域の内、両端部の間に、上記受光素子を設けない部分を有することを特徴としている。
【００１４】
本発明の光学式移動検出装置によれば、第１の時点において、発光部からの光を被検出物の移動方向に平行な線状ビームにして被検出物に照射し、この被検出物から反射された線状反射ビームを受光部に入射させて、このときの受光部から出力される第１の出力波形信号をメモリ部に格納する。その後、第２の時点において、同様に、発光部からの光を線状ビームにして被検出物に照射し、この被検出物から反射された線状反射ビームを受光部に入射させて、このときの受光部から出力される第２の出力波形信号をメモリ部に格納する。そして、移動量検出部により、上記第１出力波形信号と上記第２出力波形信号との間の線状反射ビームの長さ方向のズレ量を検出して、このズレ量に基づいて被検出物の移動量を検出することができる。
【００１５】
このように、上記被検出物の表面状態(凸凹の状態)を表す上記受光部からの出力波形信号に基づいて上記被検出物の移動量が検出される。従って、比較的滑らかな表面を有する被検出物であってもその移動量が精度良く検出される。さらに、上記移動量検出部による信号の処理が簡単であり、部品点数も少ない。また、線状ビームにより、所定の範囲を測定することができ、照射光を移動させるための別途駆動機構を必要としない。従って、形状が小型で製造コストが安価な光学式移動量検出装置が得られる。
【００１６】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記発光部は、線状に配列された複数の半導体レーザ素子からなることを特徴としている。
【００１７】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、半導体レーザ素子からのレーザ光が第１光学系や第２光学系を構成するレンズによって効率よく集光され、受光部によって光電変換するのに必要な光量が被検出物上からの反射光によって十分に得られる。さらに、発光部に半導体レーザ素子を用いることで一層小型化にできる。
【００１８】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記第１光学系と上記被検出物との間に、上記被検出物からの上記線状反射ビームを偏向させる偏向器を備えることを特徴としている。
【００１９】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、照射側と反射側のビームの光軸を同一にしても、発光部と受光部との重なりを防止できる。このように、出力が得られやすくなるとともに小型化にできる。さらに、その光軸を、被検出物に対して略垂直にすることが可能で、さらに出力が得られやすくなって、検出精度を向上させることができる。
【００２０】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記移動量検出部は、上記線状ビーム自体の長さ方向の光強度分布に応じた複数の係数を、上記第１出力波形信号と上記第２出力波形信号の各々の部分に乗算して、上記線状ビームの長さ方向の光強度分布を補正する波形補正部を備えることを特徴としている。
【００２１】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、照射光の強度を長さ方向に一定にしなくても、受光部側の移動量検出部で補正することができ、ズレ量の検出の精度を向上できる。また、発光部の構造を簡単にできる。
【００２２】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記移動量検出部は、上記第１の時点で上記受光部における上記線状反射ビームの像の長さ方向の一部に対応する第１部分領域から出力される第１出力波形部分信号と、上記第２の時点で上記受光部における上記線状反射ビームの像の複数の部分の夫々に対応する複数の部分領域から出力される複数の第２出力波形部分信号との相関係数を求めて、最も相関係数の高い第２の時点での第２部分領域を求めて、上記第１部分領域と上記第２部分領域とのズレ量によって、上記被検出物の移動量を演算する移動量演算部を備えることを特徴としている。
【００２３】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、上記第１出力波形信号と第２出力波形信号との相関係数に基づいてそのズレ量が得られるので、検出誤差のために、第１と第２出力波形信号の波形が全く同一でない場合でも、精度よく上記ズレ量が検出される。
【００２４】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記受光部の第１部分領域の大きさは、この第１部分領域から出力される上記第１出力波形部分信号が、上記第１の時点で上記第１部分領域以外の上記受光部の領域から出力される信号と判別できる大きさであり、上記受光部の全領域の大きさは、上記第１部分領域の大きさに、上記被検出物の予め定められた移動量に対応する上記線状反射ビームの像の移動量を加えた大きさ以上であることを特徴としている。なお、被検出物の予め定められた移動量とは、本発明の光学式移動検出装置をプリンタ等の被検出物(用紙）を搬送して処理を行う機器に用いる場合、被検出物の大きさや被検出物への処理位置に応じて、その機器の搬送部に予め設定されている被検出物の送り量である。
【００２５】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、相関係数算出に用いる第１出力波形部分信号を構成する出力値の数（比較データ数）は、ズレ量算出が相関係数により検出できる数としているため、相関計算に必要なデータ数が得られて、ズレ量検出精度があがる。即ち、比較データ数が少なすぎると、出力波形信号の波形の特徴を捉えきれずに、誤って検出する虞れがある。また、受光部の全領域（即ち、受光部出力を記録する範囲）が、被検出物の予め定められた移動量より大きいため、相関計算により移動量を検出することができる。しかも、受光部の大きさを最小限に設定することができる。
【００２６】
また、一実施形態の光学式移動検出装置では、上記受光部の全領域の大きさは、上記第１部分領域の大きさと、上記被検出物の予め定められた移動量に対応する上記線状反射ビームの像の移動量と、この移動量からの予測されている上記被検出物の位置ズレ量とを加えた大きさに等しいことを特徴としている。なお、被検出物の予め定められた移動量とは、本発明の光学式移動検出装置をプリンタ等の被検出物(用紙）を搬送して処理を行う機器に用いる場合、被検出物の大きさや被検出物への処理位置に応じて、その機器の搬送部に予め設定されている被検出物の送り量である。また、予測されている被検出物の位置ズレ量とは、上記機器の搬送部において通常生じる送り量の誤差の最大量に対応する線状反射ビームの像の最大量をいう。
【００２７】
この一実施形態の光学式移動検出装置によれば、受光部の全領域の大きさを、最小限の大きさにすることができる。そして、ズレ量検出に、受光部の両端部位の受光素子を用いることが可能で、受光部の中途部位の受光素子を省くことができ、データ数が減って、データ処理がしやすくなり、かつ、受光素子数が減って、安価にすることができる。
【００２８】
また、本発明の電子機器は、上記発明の光学式移動量検出装置を備えることを特徴としている。
【００２９】
本発明の電子機器によれば、上記光学式移動量検出装置によって、本電子機器内外の物体（被検出物）の位置を精度よく測定することができる。
【００３０】
また、本発明の搬送処理システムは、上記発明の光学式移動量検出装置と、上記被検出物を搬送する搬送部と、上記被検出物に所定の処理をする処理部と、上記光学式移動量検出装置により検出された上記被検出物の移動量に基づいて、上記被検出物の搬送後の位置を目標位置に合わせるように上記搬送部を制御する制御部とを備えることを特徴としている。
【００３１】
本発明の搬送処理システムによれば、被検出物の位置が精度良く検出され、規定の位置になければ、被検出物の位置ズレが自動的に補正されて、被検出物の正しい位置に所定の処理を行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の光学式移動量検出装置の一実施形態である構成図を示している。この移動量検出装置は、被検出物１０が第１の時点から第２の時点まで移動するときの移動量を検出するものであり、発光部１１と、受光部１７と、上記発光部１１からの光を上記被検出物１０の移動方向に平行な線状ビームにして上記被検出物１０に照射する第１光学系３１と、上記被検出物１０から反射された上記線状ビームである線状反射ビームを上記受光部１７に入射させる第２光学系３２と、上記第１の時点における上記受光部１７からの第１出力波形信号、及び、上記第２の時点における上記受光部１７からの第２出力波形信号を格納するメモリ部３３と、上記第１出力波形信号と上記第２出力波形信号との間の上記線状反射ビームの長さ方向のズレ量を検出して、このズレ量に基づいて上記被検出物１０の移動量を検出する移動量検出部３４とを備える。
【００３４】
上記発光部１１は、線状に配列された複数の半導体レーザ素子からなるのが好ましく、発光部１１からの光を線状に形成することができる。
【００３５】
上記第１光学系３１は、コリメートレンズ１２とシリンドリカルレンズ１３とからなり、発光部１１からの光を、コリメートレンズ１２により平行光にし、さらに、シリンドリカルレンズ１３を通過させた後に、被検出物１０の移動方向に平行な線状ビームにして、被検出物１０に照射する。すると、被検出物１０表面に、所定の長さを有する線状ビームの像１８ａが、被検出物１０の移動方向に沿って形成される。なお、図１では、被検出物１０は、矢印αに示すように、紙面奥から手前方向に移動する。なお、コリメートレンズ１２の代りにシリンドリカルレンズを用いてもよく、その場合、発光部１１からの光は一方向のみ集光される。
【００３６】
上記第２光学系３２は、受光レンズ１４からなり、被検出物１０上の線状ビームの像１８ａからの反射光（の一部または全部）を、受光レンズ１４により、線状反射ビームとして、受光部１７に入射させる。
【００３７】
上記線状ビームの像１８ａは、図２に示すように、被検出物１０の矢印αにて示す移動方向に平行に形成され、長さが数ｍｍで、かつ、幅が数十μｍに設定されている。なお、線状ビーム自体の長さ方向の光強度分布は、一定であるのが望ましい。
【００３８】
上記受光部（ラインセンサ）１７は、図３に示すように、線状反射ビームの像に対応して線状に配列された複数の受光素子１７ａからなり、長さｄが数ｍｍで、かつ、幅ｅが数十μｍに設定されている。全ての受光素子１７ａは、各々が出力値を発し、フォトダイオード（ＰＤ）にて形成されるのが好ましく、１次元のＣＣＤやＣ−ＭＯＳにて形成されてもよい。
【００３９】
線状反射ビームを受けて出力する各受光素子１７ａの出力値は、例えば、図４に示すように、被検出物１０の表面状態（表面の凹凸）に応じたものとなる。この複数の出力値にて、線状反射ビームの長さ方向に沿った出力分布を表す第１出力波形信号及び第２出力波形信号を形成する。
【００４０】
上記第１出力波形信号は、第１の時点で（静止している）被検出物１０から、反射光を受光した各受光素子１７ａからの出力値にて形成される。上記第２出力波形信号は、第２の時点で（静止している）被検出物１０から、再度反射光を受光した各受光素子１７ａからの出力値にて形成される。なお、被検出物１０は、少なくとも第２の時点において、静止した状態で測定されるのが望ましく、被検出物１０を正確な位置にセットすることができる。そして、上記第２出力波形信号は、上記第１出力波形信号が被検出物１０の移動方向に沿ってズレた状態になっている。
【００４１】
具体的に述べると、図５（ａ）に示すように、第１の時点において、受光部１７における線状反射ビームの像に対応する全領域２２により、被検出物１０の所定エリア１０ａを受光している。そして、図５（ｂ）に示すように、被検出物１０が、第２の時点において、（仮想線にて示す）第１の時点から所定ピッチＰだけ移動したとき、その所定エリア１０ａも、仮想線にて示す状態から実線にて示す状態に所定ピッチＰだけ移動する。このとき、移動後の所定エリア１０ａは、受光部１７の全領域２２内にある。
【００４２】
図６は、被検出物１０の移動前後の受光部１７全領域２２における各受光素子１７ａの出力値を示した図である。即ち、図６（ａ）に示すように、第１の時点での上記所定エリア１０ａは、受光部１７の第１部分領域２２ａにて受光されている。他方、図６（ｂ）に示すように、第２の時点での上記所定エリア１０ａは、受光部１７の第２部分領域２２ｂにて受光されている。このように、上記第１部分領域２２ａからの出力値と略同一の出力値が、上記第２部分領域２２ｂに現れることになり、上記第１部分領域２２ａと上記第２部分領域２２ｂとのズレを受光素子１７ａの位置で算出することで移動量を検出する。
【００４３】
次に、図７に本発明の他の実施形態を示し、第１光学系３１と被検出物１０との間に、被検出物１０からの線状反射ビームを偏向させる偏向器１６を備える。具体的に述べると、偏向器であるビームスプリッタ１６をシリンドリカルレンズ１３と被検出物１０の間に配置することで、被検出物１０への照射光の光軸と被検出物１０からの反射光の光軸とを同一にしても、発光部１１と受光部１７とが重なることがない。このように、照射側と反射側の光軸が同一となるため、反射光の出力がえられやすくなる。なお、光軸を被検出物１０の移動方向に対して略垂直にした場合、反射光の出力がより向上して検出精度を上げることができ、さらに、装置を小型化することができる。また、偏向器１６としては、回折格子でもよい。
【００４４】
ここで、図１と図７に示すように、移動量検出部３４は、波形補正部３４ａを備える。この波形補正部３４ａは、例えば、図８に示すように、線状ビーム１８自体の長さｈ方向の光強度分布が一様でない場合に、その光強度分布に応じた複数の係数を、第１出力波形信号と第２出力波形信号の各々の部分に乗算して、線状ビームの長さ方向の光強度分布を補正するように構成されている。これにより、被検出物１０上の同じ位置に対応している移動前データ（第１出力波形信号）と移動後データ（第２出力波形信号）との差異が減り検出精度が向上する。なお、受光素子１７ａの増幅率を変える事で，出力の補正を行うようにしてもよい。
【００４５】
また、図１と図７に示すように、移動量検出部３４は、移動量演算部３４ｂを備える。この移動量演算部３４ｂは、第１の時点で受光部１７における線状反射ビームの像の長さ方向の一部に対応する第１部分領域２２ａから出力される第１出力波形部分信号と、第２の時点で受光部１７における線状反射ビームの像の複数の部分の夫々に対応する複数の部分領域から出力される複数の第２出力波形部分信号との相関係数を求めて、最も相関係数の高い第２の時点での第２部分領域２２ｂを求めて、第１部分領域２２ａと第２部分領域２２ｂとのズレ量によって、被検出物１０の移動量を演算するように構成されている。
【００４６】
この移動量演算部３４ｂによる移動量検出方法について図９にて説明する。
【００４７】
図９（ａ）に示すように、第１の時点で、受光部１７の第１部分領域２２ａの出力データを第１の比較データとしてメモリ部３３に格納する。この第１部分領域２２ａは、受光部１７の所定位置Ａから右端までの受光素子１７ａにて形成されている。なお、被検出物１０は、仮想線にて示す矢印α方向に移動するものとする。
【００４８】
そして、被検出物１０を所定ピッチＰ移動した第２の時点で、図９（ｂ）に示すように、上記第１の比較データは、受光部１７の第２部分領域２２ｂから検出される。即ち、所定位置Ａのデータは、所定位置Ｂの受光素子から得られる。具体的に述べると、移動量検出部３４によって、図９（ｂ）における各受光素子１７ａの出力値と第１の比較データとの相関計算をすることで、所定位置Ａのデータは、所定位置Ｂからのデータにて相関最大となる。要するに、第１の比較データと略同一の出力値を発する第２部分領域２２ｂを相関係数により求めることができる。そして、所定位置Ａ（第１部分領域２２ａ）と所定位置Ｂ（第２部分領域２２ｂ）とのズレ量、即ち、所定ピッチＰが、被検出物１０の移動量となる。
【００４９】
また、図９（ｂ）に示すように、相関計算とは別に所定位置Ａから右端までの第１部分領域２２ａのデータを第２の比較データとしてメモリ部３３に格納すれば、続けて移動量を検出することができる。例えば、図９（ｃ）に示すように、各受光素子１７ａの出力値と上記第２の比較データとの相関計算をすることで、所定位置Ａのデータは、所定位置Ｃの受光素子１７ａから得られることがわかる。なお、図９（ｃ）は、被検出物１０が上記所定ピッチＰの目標位置から位置ズレしている場合を示し、このときの実際の移動量Ｐ´は、上記所定ピッチＰから位置ズレ量Ｓを引いた値となる。
【００５０】
次に、図１０にて、相関計算を説明する。
【００５１】
ここで、相関係数ρ（−１≦ρ≦１）とは、ある標本群XiとYiの類似度を表す指標であり次式▲１▼で表される。
受光部１７の全領域２２における受光素子１７ａの出力データ列（1,2,・・・,e,f）の第１部分領域２２ａに相当する比較データ列（a,・・・,ｆ）を比較データ４１として第１メモリ３３ａに格納し、その比較データ４１と、被検出物１０の移動を終えた後の第２メモリ３３ｂに入れた受光部１７の全領域２２の出力データ列（1',2',・・・,v,vi）との、相関係数を、相関計算部３５にて求める。なお、第１メモリ３３ａ、第２メモリ３３ｂ、第３メモリ３３ｃは、メモリ部３３に含まれ、相関計算部３５は、移動量演算部３４ｂに含まれる。
【００５３】
即ち、比較データ４１を、受光部１７の長さ方向に、1個ずつずらしながら（ｋ＝0,1,2,・・・,n）相関係数を求めれば、最も類似性の高い所で最大となる。そして、この最大時におけるkの値（ずらした個数）に受光素子１７ａの大きさを乗算すると（受光素子ピッチ×k）、移動後の比較データ４１の位置がわかり移動量が検出できる。
【００５４】
なお、受光素子１７ａが大きくても受光レンズ１４の像倍率を変えることで、分解能を上げることが可能となる。
【００５５】
また、受光部１７の第１部分領域２２ａの大きさは、この第１部分領域２２ａから出力される第１出力波形部分信号が、第１の時点で第１部分領域２２ａ以外の受光部１７の領域から出力される信号と判別できる大きさである。即ち、第１部分領域２２ａからの出力値の数（比較データ数）は、相関係数により第２部分領域２２ｂを一つに確定できる数とする。
【００５６】
また、被検出物１０が、予め定められた移動量搬送されるものとすると、受光部１７の全領域２２の大きさ（出力値を記録する範囲）は、第１部分領域２２ａの大きさ（比較データ数）に、被検出物１０の予め定められた移動量に対応する線状反射ビームの像の移動量（設定移動量）を加えた大きさ以上である｛記録範囲≧（設定移動量＋比較データ数）｝。詳しく述べると、受光部１７の全領域２２の大きさは、第１部分領域２２ａの大きさと、上記設定移動量と、この設定移動量からの予測されている被検出物１０の位置ズレ量（予測位置ズレ量）とを加えた大きさに等しい。なお、この予測位置ズレ量とは、被検出物１０の予め定められた移動量からの予測されている被検出物１０の位置ズレ量に対応する線状反射ビームの像の位置ズレ量をいう。
【００５７】
ここで、上記設定移動量、及び、第１部分領域２２ａの受光素子１７ａの数（比較データの出力値数）、及び、上記予測位置ズレ量がわかっていれば、図１１に示すように、受光部１７の下流（左）側端部２２ｃの大きさを、第１部分領域２２ａの大きさに、上記予測位置ズレ量を加えた大きさにすることができる。即ち、上記端部２２ｃにおける受光素子１７ａの数は、第１部分領域２２ａの受光素子１７ａの数に、上記予測位置ズレ量を受光素子１７ａの数に換算した値を加えたものとなる。そして、全領域２２の内、上記端部２２ｃと上流（右）側端部となる第１部分領域２２ａとの間を、受光素子１７ａを設けない不要部分２２ｄとできる。このように、受光素子１７ａの数を減らすことができコストダウンを図ることができる。
【００５８】
上述のように構成された本発明の光学式移動量検出装置によれば、比較的滑らかな表面であっても被検出物１０の移動量を精度よく検出することができる。また、部品点数が比較的少なく、信号処理が上述した各従来の移動量検出装置よりも簡単であるため、形状的に小型で且つ安価にできる。
【００５９】
次に、上記光学式移動量検出装置を備える電子機器によれば、この光学式移動量検出装置により、電子機器内外における物体の移動量を精度良く検出することができる。また、上記電子機器を、例えばプリンタなどの機器、即ち、（用紙等の）物体に対して順次、搬送、停止、処理をするといった工程を繰り返して行う機器とした場合、本発明の光学式移動量検出装置を用いることで、上記物体（被検出物）の正しい位置に所定の処理を行うことができる搬送処理システムを提供できる。
【００６０】
この搬送処理システムは、図１２に示すように、上述の光学式移動量検出装置５０と、被検出物１０を搬送する（ローラ等から成る）搬送部５１と、被検出物１０に所定の処理をする処理部５２と、上記光学式移動量検出装置５０により検出された被検出物１０の移動量に基づいて、被検出物１０の搬送後の位置を目標位置に合わせるように搬送部５１を制御する制御部５３とを備える。
【００６１】
図１３は、この搬送処理システムのフローチャートを示したものである。まず、図９（ａ）に示したように第１部分領域２２ａにおける比較データを取り込み（ステップＳ１）、次に、規定ピッチで被検出物１０を搬送する（ステップＳ２）。このとき、位置ズレがなければ、比較データを取った被検出物１０（搬送物）上の位置は、規定ピッチだけ進んだ位置に移動しているので、その付近のデータを受光部にて取得し（ステップＳ３、Ｓ４）、位置ズレを検出する（ステップＳ５）。
【００６２】
そして、位置ズレがなければ、図９（ｂ）に示したように次回の比較データ取り込みに移るが（ステップＳ６）、位置ズレがあった場合は、その位置ズレ量を搬送部にフィードバックして、被検出物１０を正しい位置に移動させる（ステップＳ８）。
【００６３】
その後、再度、規定ピッチ付近のデータを取り込み（ステップＳ９）、規定ピッチ移動したかを検出し（ステップＳ５）、位置ズレがなければ、次回比較データを取り込み（ステップＳ６）、被検出物１０へ処理を行う（ステップＳ７）。この処理とは、プリンタならば印刷することである。よって、プリンタ等の印刷を行う電子機器であれば所定の位置に所定の印刷処理が行えるようになり、高精細な印刷が可能になる。
【００６４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の光学式移動量検出装置は、被検出物の移動量を検出するものであって、表面が滑らかな被検出物であっても、その移動量を精度よく測定でき、しかも、小型でかつ低コストを実現することができる。
【００６５】
また、本発明の電子機器は、上記光学式移動量検出装置を備えるので、被検出物の位置を精度よく測定することができる。
【００６６】
また、本発明の搬送処理システムは、上記光学式移動量検出装置を用いているので、被検出物の位置を精度よく測定して、被検出物を所定の位置に搬送して所定の処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学式移動量検出装置の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】 被検出物上に形成された線状ビームの像を示す平面図である。
【図３】 複数の受光素子にて形成された受光部を示す平面図である。
【図４】 各受光素子からの出力データを示す説明図である。
【図５】 被検出物の移動量検出方法の説明図である。
【図６】 被検出物の移動前後の出力データを示す説明図である。
【図７】 本発明の光学式移動量検出装置の第２実施形態を示す構成図である。
【図８】 線状ビームの強度分布を示す説明図である。
【図９】 ズレ量を検出する原理を示す説明図である。
【図１０】 相関計算によるズレ量の検出を示す説明図である。
【図１１】 受光部の他の実施形態を示す平面図である。
【図１２】 本発明の搬送処理システムの第１実施形態を示す構成図である。
【図１３】 搬送処理システムの流れを示すフローチャート図である。
【図１４】 スペックルパターンを示す説明図である。
【図１５】 従来の移動量検出装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 被検出物
１１ 発光部
１２ コリメートレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
１４ 受光レンズ
１６ 偏向器（ビームスプリッタ）
１７ 受光部
１８ 線状ビーム
２２ 全領域
２２ａ 第１部分領域
２２ｂ 第２部分領域
３１ 第１光学系
３２ 第２光学系
３３ メモリ部
３４ 移動量検出部
３４ａ 波形補正部
３４ｂ 移動量演算部
５０ 光学式移動量検出装置
５１ 搬送部
５２ 処理部
５３ 制御部
Claims (9)
- 発光部と、
受光部と、
上記発光部からの光を被検出物の移動方向に平行な線状ビームにして上記被検出物に照射する第１光学系と、
上記被検出物から反射された上記線状ビームである線状反射ビームを上記受光部に入射させる第２光学系と、
第１の時点において上記受光部が上記線状反射ビームを受けて出力する上記線状反射ビームの長さ方向に沿った出力分布を表す第１の出力波形信号と、第２の時点において上記受光部が上記線状反射ビームを受けて出力する上記線状反射ビームの長さ方向に沿った出力分布を表す第２の出力波形信号とを格納するメモリ部と、
上記第１出力波形信号と上記第２出力波形信号との間の上記線状反射ビームの長さ方向のズレ量を検出して、このズレ量に基づいて上記被検出物の移動量を検出する移動量検出部と
を備え、
上記第１光学系は、コリメートレンズとシリンドリカルレンズとからなり、上記発光部からの光を、上記コリメートレンズにより平行光にし、さらに、上記シリンドリカルレンズを通過させた後に、上記被検出物の移動方向に平行な上記線状ビームにして、上記被検出物に照射し、
上記受光部は、上記線状反射ビームの像に対応して線状に配列された複数の受光素子からなり、
上記受光部は、この全領域の内、両端部の間に、上記受光素子を設けない部分を有することを特徴とする光学式移動量検出装置。 - 請求項１に記載の光学式移動量検出装置において、
上記発光部は、線状に配列された複数の半導体レーザ素子からなることを特徴とする光学式移動量検出装置。 - 請求項１に記載の光学式移動量検出装置において、
上記第１光学系と上記被検出物との間に、上記被検出物からの上記線状反射ビームを偏向させる偏向器を備えることを特徴とする光学式移動量検出装置。 - 請求項１に記載の光学式移動量検出装置において、
上記移動量検出部は、上記線状ビーム自体の長さ方向の光強度分布に応じた複数の係数を、上記第１出力波形信号と上記第２出力波形信号の各々の部分に乗算して、上記線状ビームの長さ方向の光強度分布を補正する波形補正部を備えることを特徴とする光学式移動量検出装置。 - 請求項１に記載の光学式移動量検出装置において、
上記移動量検出部は、上記第１の時点で上記受光部における上記線状反射ビームの像の長さ方向の一部に対応する第１部分領域から出力される第１出力波形部分信号と、上記第２の時点で上記受光部における上記線状反射ビームの像の複数の部分の夫々に対応する複数の部分領域から出力される複数の第２出力波形部分信号との相関係数を求めて、最も相関係数の高い上記第２の時点での第２部分領域を求めて、上記第１部分領域と上記第２部分領域とのズレ量によって、上記被検出物の移動量を演算する移動量演算部を備えることを特徴とする光学式移動量検出装置。 - 請求項５に記載の光学式移動量検出装置において、
上記受光部の第１部分領域の大きさは、この第１部分領域から出力される上記第１出力波形部分信号が、上記第１の時点で上記第１部分領域以外の上記受光部の領域から出力される信号と判別できる大きさであり、上記受光部の全領域の大きさは、上記第１部分領域の大きさに、上記被検出物の予め定められた移動量に対応する上記線状反射ビームの像の移動量を加えた大きさ以上であることを特徴とする光学式移動量検出装置。 - 請求項５に記載の光学式移動量検出装置において、
上記受光部の全領域の大きさは、上記第１部分領域の大きさと、上記被検出物の予め定められた移動量に対応する上記線状反射ビームの像の移動量と、この移動量からの予測されている上記被検出物の位置ズレ量とを加えた大きさに等しいことを特徴とする光学式移動量検出装置。 - 請求項１に記載の光学式移動量検出装置を備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項１記載の光学式移動量検出装置と、
上記被検出物を搬送する搬送部と、
上記被検出物に所定の処理をする処理部と、
上記光学式移動量検出装置により検出された上記被検出物の移動量に基づいて、上記被検出物の搬送後の位置を目標位置に合わせるように上記搬送部を制御する制御部と
を備えることを特徴とする搬送処理システム。
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