JP5380824B2 - 駆動制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベルト状又はドラム状の無端状の走行体の駆動制御に用いられる光検出手段、それを備えた無端状の走行体の駆動制御装置、画像形成装置に関する。

近年、電子写真方式を使用した画像形成装置である例えば複写機やプリンタは、市場からの要求に伴い、フルカラーの画像を形成可能なものが多くなってきている。
このようなカラー画像の形成が可能なカラー画像形成装置には、１つの感光体のまわりに各色のトナーで現像を行う複数の現像装置を備え、それらの現像装置により感光体上の潜像にトナーを付着させてフルカラーの合成トナー画像を形成し、そのトナー画像を記録材であるシート上、あるいは転写ベルト上に順次重ねて転写してカラー画像を得るいわゆる１ドラム型のものがある。
また、感光体と現像装置等からなる各色用の作像ユニットを一直線上に配置し、その各作像ユニットによって形成される各色のトナー画像を、シート搬送ベルト上に担持されて搬送されるシート上に順次重ねて転写して、そのシート（用紙）上に直接フルカラーの画像を形成する直接転写方式と、上記各色用の作像ユニットによって形成される各色のトナー画像を、中間転写ベルト上に順次重ねて転写してフルカラーの画像を形成し、そのカラー画像を２次転写装置によりシート（用紙）上に一括転写する間接転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置もある。
このようなカラー画像形成装置では、いずれの場合も複数色（例えばイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色）のトナー画像を作成して、それをシート上あるいは転写ベルト（中間転写ベルトともいう）上に順次重ね合わせて転写してカラー画像を形成するため、その各色のトナー画像の重ね合わせ位置がずれると、色ズレや色合いに変化が生じて画像品質が低下してしまう。したがって、その各色のトナー画像の転写位置のずれ（色ズレ）を防ぐことが重要な課題であった。

その色ズレが発生する主な原因は、感光体ドラム（あるいは感光体ベルト）、シート搬送ベルト、転写ベルト（中間転写ベルト）などの移動速度ムラであることが解っている。
そこで、例えば特許文献１に見られるように、１ドラム型のカラー画像形成装置において、転写ベルト等の回転体の移動量を正確に検出できるようにし、それを回転体の移動速度の制御に用いることによって、色ズレなどの画像品質の低下を防ぐことが提案されている。
この特許文献１には、感光体ドラムの外周面に１回転ごとにシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のトナー画像を順次作成し、それを無端状の転写ベルトの表面に順次重ね合わせて転写していくことによりフルカラーの画像を形成する１ドラム型のカラー複写機が記載されている。
そして、その転写ベルトの内面にその移動方向に微細な所定間隔で連続するマーク（目盛）からなるスケールを設け、そのスケールを光学型の検出器で読み取って転写ベルトの移動量を直接正確に検知し、その検出した移動量をフィードバック制御系によりフィードバックして、転写ベルトの移動速度を正確に制御する。さらに、感光体ドラムや他の回転体の表面にもスケールを設けて、同様な移動量の検出とその移動速度の制御を行なうことも可能にしている。
この方式によれば、転写ベルト等の回転体の表面の移動量を直接検出するので、実際の回転体の表面の移動量を精度よく検出できるはずである。しかし、実際にはスケールのマークの間隔（ピッチ）にランダムなバラツキが存在するため、検出される移動量にはそれが含まれており、必ずしも高精度とはいえない。

そこで、例えば特許文献２には、この点を改善したベルト搬送装置が提案されている。
この特許文献２に記載されているベルト搬送装置は、用紙またはトナー像を担持する中間転写ベルト等の無端状ベルトからなる担持体に、その搬送方向に所定のピッチで複数のマークを繰り返し設け、そのマークを順次読み取る２個の光電型のセンサを担持体の搬送方向に互いに位置をずらして設け、担持体が駆動手段によって駆動されているときに、上記２個のセンサの出力に基づいて、その２個のセンサが同一のマークを検知する時間差を演算する。さらに、時間差の複数の演算結果について平均値を求め、制御手段がその平均値の算出結果と上記時間差の演算結果とに基づいて、上記駆動手段による担持体の駆動速度を制御する。
この場合、同一マークが２個のセンサを通過する時間差の平均値を、担持体を駆動する駆動ロ−ルの整数回転分に亘って求め、それを担持体の平均速度としている。この平均速度は駆動源の回転速度に略等しく、駆動源の回転速度はコンマ数％の変動に抑えられているという認識に基づく。したがって、この平均値は非常に精度の高い基準となり、この基準に基づいて駆動源の回転速度を制御すれば、中間転写ベルト等の担持体の速度を安定した一定の速度に制御できることになる。

しかしながら、ベルト状やドラム状の無端移動部材に上記スケールやマークを高精度に形成するのは難しく、さらに環境の温度や湿度、ベルトの場合にはローラテンションによっても伸縮するため、マークの間隔（ピッチ）が変化する。また、２個のセンサの間隔も取付け誤差や温度による取付け部材の伸縮等の影響を受けるため、絶対位置で管理するのは困難である。
そのため、特許文献１に記載の方法では、前述のようにスケールのマークの間隔（ピッチ）のバラツキの影響を直接受けてしまうため、転写ベルト等の高精度な制御は難しい。また、特許文献２に記載の方法でも、同一マークが２個のセンサを通過する時間差は、やはりマークピッチや２個のセンサの間隔の変動の影響を受けるばかりか、転写ベルト等の移動速度によっても変化する。したがって、その平均値をとっても、正確な基準値とはいえず、それに基づいて転写ベルト等の駆動速度を制御しても高精度に速度又は位置を制御することは困難であり、カラー画像形成装置における色ズレや濃度ムラなどをなくし、常に高品質の画像が得られるようにすることはできなかった。
このような問題を解決するため特許文献３においては２つのセンサ信号の位相差からマーク間隔の誤差を演算し、目標速度あるいは目標位置を調整することで、問題を解消している。
特開平１１−２４５０７号公報 特許第３３４４６１４号 特開２００６−１６０５１２公報

しかしながら、２つのセンサを使って、十分距離を離すと計測感度が高くなるが、マークの不連続部分での補正計算が出来ない区間が長くなってしまい部分的に精度が落ちてしまったり、センサが別々であるため、センサ同士の特性の違いやセンサの間隔が熱などの影響で変化してしまい、補正精度を維持できなくなってしまう問題が生じてしまう。
本発明は、上記問題点解消すべくなされたものであり、画像形成装置における転写ベルトや感光体ドラムなどを含む各種のベルト状又はドラム状の無端状の走行体の駆動制御装置において、単一のセンサに複数の受光領域を設けた光検出手段を用いることで、センサ同士の特性の違いや熱の影響を避け、無端状の走行体の移動速度を高精度に制御できるようにすること、およびそれによって画像形成装置による高品質な画像形成（フルカラー画像に限らない）を常に保証できるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、走行方向に所定の周期パターンで複数のマークを備えた無端状の走行体と、該走行体を回動させるための駆動手段と、光源を備え、前記走行体に設けた複数のマークを、前記光源より出射した光ビームにより検出する光検出手段と、該光検出手段によって生成された電気信号に基づいて前記走行体の走行速度に対応したパルス信号を生成して前記駆動手段に供給する信号生成手段と、を備えた駆動制御装置であって、前記光検出手段は、前記光ビームの光路上に３つ以上のスリット又はスリット群を備えて前記光ビームを前記スリット又はスリット群の数に分割するスリットマスクと、分割された各光ビーム又は光ビーム群に対応する受光領域を有し、各マークにより反射された各光ビーム又は光ビーム群を受光し、当該光ビーム又は光ビーム群に基づく電気信号を生成する受光手段と、を備え、前記スリットマスクにおける当該スリット又はスリット群の間隔は、前記走行体に配設されたマークの周期をＰとしたときに、
Ｌ＝Ｐ（ｎ＋１／２）
ただし、ｎ＝１、２、３・・・
に設定され、前記信号生成手段は、前記受光手段によって生成される複数の電気信号における、前記スリットマスクにおける隣接するスリット又はスリット群に対応する電気信号間の差分を算出し、前記差分の信号を二値化した複数の前記パルス信号を前記駆動手段に供給する駆動制御装置を特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の駆動制御装置において、前記信号生成手段から得られた各パルス信号の立ち上がりもしくは立ち下がりエッジの時間差から、前記マークの周期誤差を演算するマーク周期補正手段と、前記パルス信号及び前記周期誤差に基づいて前記走行体の移動速度又は移動位置を算出し、前記移動速度又は移動位置に基づいて前記駆動手段による前記走行体の移動をフィードバック制御する制御手段と、を設けた駆動制御装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記信号生成手段又は前記マーク周期補正手段の機能は、前記制御手段によるソフトウェア処理によって実施されている請求項２に記載の駆動制御装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の駆動制御装置を備えた画像形成装置を特徴とする。

このように構成することにより、本発明では、２つのセンサの機能を一つのセンサで実現できるため、低コストや小型化に効果があるばかりではなく、２つのセンサの位置誤差、環境変化による間隔変動による、マーク周期補正の誤差や、２つのセンサの特性の違いによる計測誤差も除去でき、高精度な速度、位置計測を実現して、高精度な速度制御を実現することが出来る。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明において用いられる光検出手段（光学センサ）の概略構成を説明する図である。
図１において、光学センサ１は、対向するベルト状の無端状の走行体（ベルト部材）１０に対して光ビームを出射する光源２、光源２から出射された光ビームを集光してベルト部材１０上に設けた反射マーク１１に照射するレンズ３、レンズ３からの光ビームを所望の形状に整形するスリットを備えたスリットマスク４、反射マークにより反射・散乱した光を受光して光電変換を行う受光素子５から構成されている。
なお、図示していないが、反射マーク１１により反射・散乱された光を受光素子５に集光するレンズを設けるように構成しても良い。
光学センサ１は、光源２から反射マーク１１に光ビームを照射し、その反射光を受光素子５により検出することにより、反射マーク１１と光学センサ１との相対位置情報を得るセンサである。

本発明の光学センサについて、より詳しく説明する。
反射マーク１１により反射される光ビームの反射率はベルト部材１０表面における反射率とは異なる。すなわち、反射マーク１１とベルト部材１０表面では、反射あるいは散乱する光ビームの光量が変化する。その光量の変化を受光素子５で検出することにより、反射マーク１１の位置を判断することになる。
また、光源２は、光ビームの光軸を中間転写ベルト部材１０の表面に対して傾けてベルト部材１０の移動方向に対する直交面内に設けられている。このようにすることにより、光源２は、ベルト部材１０の移動方向に対して角度を持たないように設けられているため、ベルト部材１０の上下動によって、検出距離が変化しても、観測位置に変化が無く、誤差の無いマーク検出を行うことができる。
光源２としては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられるが、これに限るものではなく、例えば半導体レーザや電球などが用いられても良い。しかし、平行度が良い光ビームを用いることがより好ましいので、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光源を、例えばコリメートレンズで平行光にして用いるのがよい。
また、受光素子５としては、光の強度を電気信号に変換できる素子であれば良く、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタなどが用いられる。
また、本発明の受光素子５は、後述するように複数の光ビームをそれぞれ受光する複数の受光領域を有している。
このような複数の受光領域によって光電変換された電気信号は、それぞれアンプやコンパレータなどの比較器に接続し、ノイズに強いパルス信号などに変換される。なお、本実施の形態では、１つの受光素子が２つの受光領域を有しているが、これに限るものではなく、例えば、受光素子を複数設け、光ビームを分離してそれぞれ独立の受光素子で受光するようにしても良い。

図２は図１におけるスリットマスク４を介したベルト部材１０への光ビームの照射を説明する図である。
（ａ）は、光ビームが通過するスリット１２を設けたスリットマスクを示す図、（ｂ）は、光ビームを照射されたベルト部材１０を示す図である。
（ｂ）に示すように、ベルト部材１０は、反射マーク１１を有している。各スリット１２から出射された光ビームは、（ｂ）に示すように、ベルト部材１０上に照射される。
なお、ここでは、スリットマスク４のスリット１２の数が２つの場合を示している。スリットマスクのスリット数は、２つに限るものではない。
また、スリットマスクにおけるスリットは、複数のスリットからなるスリット群１２’として構成しても良い。

図３はスリットマスク４の１つのスリット群のスリット数が３つの場合を示す図であり、（ａ）はスリットマスクの平面図、（ｂ）は光ビームがスリット群１２’を介して光ビームが照射されているベルト部材１０を示す図である。
図４は、ベルト部材１０上の反射マーク１１と反射マーク１１に照射される光ビームに対応する受光素子５上の受光領域を示す図である。
ここでは、スリット（すなわち光ビーム）及び受光領域がそれぞれ２つの場合を説明する。
本発明の光検出手段において、スリットマスク４に設けられたスリット１２またはスリット群１２’を介して照射された光ビームは、対応する受光領域Ａ、Ｂに受光され、光電変換されて、前述のように２つの電気信号が生成される。
ここで、受光領域Ａ、Ｂの間隔Ｌは、ベルト部材１０上の反射マーク１１の周期をＰとした時のＮ・Ｐ（Ｎ＝１、２、３…）で表される。

図５は、本発明の光検出装置を適用した中間転写ベルトを概略的に示す外観斜視図である。
図５に示す中間転写ベルトにおいて、ベルト部材１０は、駆動ローラ２０および従動ローラ２１、２２に掛け渡されており、ベルト部材１０の回転方向端部に複数の反射マーク１１が所定の周期パターン（マーク周期）で設けられている。
なお、本実施の形態では、反射マーク１１としては、反射率もしくは透過率が変化するマークであれば良く、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。このようなマークは、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。
この反射マーク１１を検出する光学センサ１は、反射マーク１１に対向してベルト部材１０から所定の距離（検出距離）だけ離反した位置に設けられている。
また、ベルト部材１０を駆動する駆動ローラ２０は、減速機２３を介して駆動モータ２４に接続されており、駆動モータ２４による駆動力によって回転駆動される。
制御装置２５は、駆動モータ２４を制御し、ベルト部材１０の速度制御を行う制御手段である。

図６は、図５における制御装置を詳細に説明する図である。
図６に従い、本発明におけるベルト部材の駆動速度制御を説明する。
反射マーク１１はベルト部材１０表面あるいは裏面に形成される。光検出手段１の２つの受光領域Ａ、Ｂにより検出された信号をそれぞれ信号ａ、ｂとすると、信号ａ、ｂは信号処理部（信号生成手段）３０において、２値化信号に変換される。そして、２つの２値化信号はマーク周期補正部３１と、コントローラ３２に渡される。マーク周期補正部３１では、信号ａ、ｂの立ち上がりまたは立ち下がりエッジの時間差からマーク周期の誤差を演算し、これをマーク周期の補正情報として、コントローラ３２に入力する。コントローラ（制御手段）３２では２値化信号とマーク周期補正部３１からの補正データに基づいて、ベルト部材１０の駆動速度、位置情報が計算される。
さらに、コントローラ３２は、計算された駆動速度と、目標値のとの差から、モータ指令速度あるいはトルクを決定してドライバ３３にフィードバックする。
ドライバ３３ではコントローラ３２からの指令によって、モータ駆動速度あるいは駆動電流を駆動モータ２４に入力し、駆動モータ２４を作動させる。
このように、本発明においては、光ビームを複数のビームないしビーム群に分割するスリットマスクと、それぞれのビームないしはビーム群を受光して光電変換した信号の位相差によってマーク周期補正を行うようにしたので、マーク周期誤差が生じても実際のベルト部材１０の速度を正確に計測出来、さらに、得られた駆動速度に基づいて駆動速度を制御するフィードバック制御を行うので、高精度な速度制御を行なうことができる。

図７は、図５の制御装置の変形例を示す図である。
図６におけるマーク周期補正部３１や信号処理部３０の処理をＡ／Ｄ変換部３４で行い、検出信号ａ、ｂをＡ／Ｄ変換して得られたデジタル情報をコントローラ３２内部で計算するようにしてもよい。
以下に、本発明の駆動速度制御について、さらに詳細に説明する。
上述のように、本発明においては、（１）２値化信号とマーク周期補正部３１からの補正データに基づいて、ベルト部材１０の駆動速度、位置情報が計算され、（２）得られた駆動速度と目標値との差によってベルトの速度制御を行う構成である。
これらの処理について、それぞれ以下に説明する。
（１）まず、以下に、ベルト部材１０の駆動速度、位置情報の計算処理について説明する。
図８は図４の２つの受光領域Ａ、Ｂの検出信号ａ、ｂを信号処理部において２値化整形した波形とそれらの位相差を示す図である。
図８において、（ａ）は受光素子Ａによる検出信号ａの波形を示し、Ｃａ（１）、Ｃａ（２）、Ｃａ（ｎ）はその各周期であり、（ｂ）は受光素子Ｂによる検出信号ｂの波形を示し、Ｃｂ（１）、Ｃｂ（２）、Ｃｂ（ｎ）はその各周期を示している。（ｃ）は受光素子ＡとＢによる検出信号ａ、ｂの位相差の波形を示しており、Ｃａｂ（１）、Ｃａｂ（２）、Ｃａｂ（ｎ）はその位相差である。

マーク周期の変化率Ｒは、図４に示す受光領域Ａ、Ｂの間隔：Ｌ、Ｖ：ベルト線速として、位相差Ｃａｂによって下記のように計算できる。
Ｒ＝Ｃａｂ・Ｖ／Ｌ
スケールピッチ：ＲとＬはマーク周期Ｐの整数Ｎ倍に設定したとして、
Ｌ＝Ｎ・ＰとＶ＝Ｐ／Ｃａ（ｎ）を使うと
Ｒ＝Ｃａｂ・（Ｐ／Ｃａ）／（Ｎ・Ｐ）＝Ｃａｂ／（Ｎ・Ｃａ）
で求められる。
実際のベルト線速：Ｖｒｅａｌは、マーク周期の変化率Ｒをつかって表すと
Ｖｒｅａｌ＝Ｐ（１＋Ｒ）／Ｃａ
で計算される。
累積位置はセンサ信号のエッジカウント値「ｎ」にスケールピッチ「Ｐ」をかけて算出できるので、補正後の累積位置：Ｌｒｅａｌは、マークピッチごとのマーク周期誤差率をＲ（ｋ）とすると、
Ｌｒｅａｌ＝ｎ・Ｐ＋Σ（Ｐ・Ｒ（ｋ））
となり、ピッチ誤差の積分値を足した分が実際の累積移動距離になる。
以上の様なマークピッチ補正によって、マークピッチ誤差によらず高精度にベルト速度を計算できる。

（２）次に、以上の処理で得られたベルトの駆動速度、位置情報に基づいてベルト部材１０の速度制御を行うためのフィードバック制御について説明する。
マーク周期誤差を考えない制御であれば、図８における受光領域Ａのパルス間隔（クロックカウント値）Ｃａ（ｎ）と標準パルス間隔との差をフィードバック制御すればよい。
マーク周期誤差を考慮して補正を行う本発明の場合では、フィードバックされる目標速度と実速度の差ΔＶは、
ΔＶ＝Ｖｒｅｆ−Ｖｒｅａｌ＝ｆｃ・Ｐ０／Ｃ０−ｆｃ・Ｐａ（ｎ）／Ｃａ（ｎ）
（ｆｃ：カウンタクロック、Ｐ０：標準スケールピッチ、Ｃ０：標準カウント数、Ｐａ（ｎ）：誤差を加えたスケールピッチ、Ｃａ（ｎ）：受光領域Ａのパルス間カウント数）
Ｐａ（ｎ）を伸び率Ｒを使ってＰ０（１＋Ｒ）とおくと、
ΔＶ＝ｆｃ・Ｐ０（１／Ｃ０−（１＋Ｒ）／Ｃａ（ｎ））
伸び率ＲはＲ＝δｔ／Ｔｇａｐ＝δｔ・ｆｃ／Ｔｇａｐ・ｆｃ＝Ｃａｂ（ｎ）／Ｃｇａｐより、
ΔＶ＝ｆｃ・Ｐ０（１／Ｃ０−（１＋Ｃａｂ（ｎ）／Ｃｇａｐ）／Ｃａ（ｎ））
ただし、Ｔｇａｐはスリット群の間隔に相当する時間、ＣｇａｐはＴｇａｐでのクロックカウント数、
の様にパルス間隔のクロックカウント数のみをパラメータとして計算できる。

図９のタイミングチャート及び図１０のフローチャートに基づいてさらに詳細に説明する。ここでは、コントローラ３２にフリーランカウンタを持ったＣＰＵを使った例について説明している。
図９は、制御周期、受光領域Ａにおける検出信号ａ、ｂの二値化信号（以下センサＡ信号及びセンサＢ信号という）の信号周期、フリーランカウンタのカウント値を説明する図である。
また、図１０は、本発明のベルト駆動速度制御の処理の流れを示すフローチャートである。
ＣＰＵの動作は制御周期タイマ、センサＡ信号立ち下がりエッジおよびセンサＢの立ち下がりエッジにて、割り込み処理が発生するように設定している。また、フリーランカウンタのカウント値は、クロック周期ごとにカウントアップするようになっている。
図１０（ａ）において、ＣＰＵは、センサＡの信号立ち下がりに割り込んで、フリーランカウンタのカウント値ＦＣａ（ｎ）を取り込む（Ｓ１０１）。次に周期（ｓ）を計算するために前回のセンサＡの信号立ち下がり時のカウント値ＦＣａ（ｎ−１）との差を計算し、フリーランカウンタのクロック周波数ｆｃで除算し、周期Ｃａ（ｎ）を計算する（Ｓ１０２）。求められた周期Ｃａ（ｎ）をメモリに保存して（Ｓ１０３）、割り込み処理を抜ける。

図１０（ｂ）において、ＣＰＵはセンサＢの信号立ち上がりに割り込みんで、同様にフリーランカウンタのカウントＦＣｂ（ｎ）を取り込む（Ｓ２０１）。次に、センサＡ信号との信号エッジの間隔を計算するために、センサＡで得られたカウント値ＦＣａ（ｎ）を呼び出して、ＦＣｂ（ｎ）−Ｆｃａ（ｎ）を計算する。これをｆｃで除算して時間に変換し（Ｓ２０２）、Ｃａｂ（ｎ）としてメモリに保存する（Ｓ２０３）。
図１０（ｃ）において、ＣＰＵは、制御周期に割り込んで、上記で得られたセンサＡの周期Ｃａ（ｎ）と信号エッジ間隔Ｃａｂ（ｎ）から速度を計算する。まず、Ｃａ（ｎ）、Ｃｂ（ｎ）をメモリから読み出し（Ｓ３０１）、速度Ｖとセンサ間隔Ｌを使って、マークピッチ変化率Ｒ（ｎ）＝Ｃａｂ（ｎ）・Ｖ／Ｌを計算する。このときＶは前回の計算で得られたＶｒｅａｌ（ｎ−１）を使うと正確であるが、ほぼ等速に制御されている場合には目標線速Ｖｒｅｆを使っても良い。次にマークピッチ変化率Ｒを用いて、マークピッチ補正後の速度Ｖｒｅａｌ（ｎ）を計算する（Ｓ３０３）。これは、マークピッチＰとセンサＡの周期Ｃａ（ｎ）を使って、
Ｖｒｅａｌ（ｎ）＝Ｐ（１＋Ｒ）／Ｃａ（ｎ）
によって計算できる。
そして、得られた速度Ｖｒｅａｌと目標線速Ｖｒｅｆからモータへの指令値を計算する。
すなわち、速度誤差Ｖｅｒｒ（ΔＶ）＝Ｖｒｅｆ−Ｖｒｅａｌを計算し（Ｓ３０４）、これにゲインＧを乗じ（Ｓ３０５）、さらに、モータ指令値変換定数Ｋを乗じて指令値ＭＣを計算する（Ｓ３０６）。モータ指令値はモータドライバによって、アナログ電圧や、ＰＷＭ、パルス周波数指令などがあるため、変換は必要に応じて行えばよい。
なお、上述したセンサＡ信号およびセンサＢ信号の周期を得る割り込み処理は、カウンタを用いたデジタル回路によっても構成できる。さらに、フィードバック制御部も電子回路によって構成すれば、ＣＰＵを使わない構成にも出来る。

次に、本発明に用いる光センサにおけるスリットマスクのその他の形態と、それぞれの受光領域で検出される信号の変化について説明する。
図１１はスリットマスクの第２の形態の概略図、図１２は受光素子により生成された電気信号を示す説明図である。
図１１は３つのスリットを持つスリット群が、４つ並んでいる例を示している。スリットマスクは、１２個のスリットを４つの領域Ｃ、Ｄ、＊Ｃ、＊Ｄに分け、それぞれの領域を他の領域に対してマーク周期の１／４周期だけずらして形成されている。すなわち、１２個のスリットは、３つのスリット毎にマーク周期の１／４周期だけずらして形成されている。
すなわち、スリット群の間隔Ｌは、マーク周期をＰとしたときに、
Ｌ＝Ｐ（ｎ＋１／４）（ただし、ｎ＝１、２、３・・・）
で表される。
これにより、光ビームはスリットマスクを通過して１２個のスポット（１２個の光ビーム）に分割されてスケールに到達する。これらのスポットの位置は、３つのスポット毎にマーク周期の１／４周期だけずれている。
受光素子は、光ビームの４つの領域Ｃ、Ｄ、＊Ｃ、＊Ｄに対応する４つの受光領域を有しているが、これに限るものではなく、例えば、光ビームを分離してそれぞれ独立の受光素子で受光するようにしても良い。

なお、本実施の形態では、４つの領域Ｃ、Ｄ、＊Ｃ、＊Ｄをマーク周期の１／４周期だけずらしているが、これに限るものではなく、例えばマーク周期の（ｎ＋１／４）の周期だけずらしても良い。ここで、ｎは０を含まない自然数（非負整数）であり、ｎ＝１、２、…となる。
＊Ｃ相信号は、Ｃ相信号に対して同相でオフセット変化する反転信号である。本実施の形態では、これらの信号から２値化信号（パルス信号）が生成される。すなわち、オフセット・信号振幅変化に対しても精度が高い２値化信号を得るため、Ｃ相信号と＊Ｃ相信号との比較により２値化信号が得られる。
Ｃ相信号と＊Ｃ相信号とのクロスポイント（引き算が０になる位置）をしきい値としてそれらの信号を矩形化することによって、信号変動があっても精度が高いエッジを抽出することができる。すなわち、ここでは、Ｃ相信号と＊Ｃ相信号とのクロスポイントをしきい値として、それらの信号から２値化信号を生成する（信号生成手段）。なお、これに限るものではなく、例えばＣ相信号と＊Ｃ相信号との差信号を求め、その差信号から２値化信号を生成するようにしても良い。このとき、差信号は、同相オフセットが除去されて振幅が元の２倍である信号となる。

ここで、Ｃ相信号と＊Ｃ相信号との差動出力は、マークによる反射光量のオフセット成分となるため、これらの信号を用いてマークの汚れ具合を検査したり、光源の発光光量調整をしたり、増幅器（図示せず）の増幅率を調整したりするなどの利用が可能である。
同様にしてＤ相信号と＊Ｄ信号からもオフセットが除去された精度の高い信号を得ることが出来る。
Ｃ相信号とＤ相信号とは９０°位相がずれた信号になる。このため、エンコーダで使われるＣ相信号およびＤ相信号と同じ扱いができ、信号の組み合わせにより４逓倍カウントなどを行うことができる。
なお、ここでは４つの領域を用いて、Ｃ相、Ｄ相信号を得ると共に、オフセット成分を除去する例を示したが、オフセット信号の変化が少ない環境においては、２つの領域のみを使っても同様の効果が得られる。

図１３は第３の形態のスリットマスクの概略図、図１４は受光素子により生成された電気信号および２値化された信号を示す説明図である。
スリットマスク４には、図１３に示すように、マーク周期を（ｎ＋１／２）倍した間隔で、スリットもしくはスリット群を配設する。
すなわち、スリット群の間隔をＬ、マーク周期をＰとしたときに、
Ｌ＝Ｐ（ｎ＋１／２）（ただし、ｎ＝１、２、３・・・）
で表される。
図１３では、３つのスリットを持つスリット群が３つ並んでいる例を示している。
それぞれのスリット群をＥ、Ｆ、Ｇとする。ここでは図示しないが、受光素子は、スリット群Ｅ、Ｆ、Ｇに対応する受光領域を有しており、それぞれに対応した受光信号ｅ、ｆ、ｇを光電変換する。

図１４において、（ａ）は受光領域で得られた信号ｅ、ｆ、ｇの波形を示している。ここでは、マーク周期が少しだけ長くなって、信号が遅れている例を示している。このように信号ｆは信号ｅに対して約１８０°位相のずれた信号になり、信号ｇは信号ｅと３６０°位相が異なるので、同位相に近い信号が得られる。
また、（ｂ）は、信号ｅ−信号ｆ、信号ｇ−信号ｆを演算した後に２値化した信号を示す図である。
図１４（ｂ）に示すように、位相のずれた２つの矩形信号が得られるが、この２つの信号は、信号ｅ−信号ｆと信号ｇ−信号ｆから得られており、ｅ−ｆは位置Ｅと位置Ｆの中間の位置の信号位相、ｇ−ｆは位置Ｇと位置Ｆの中間位置での信号位相となるため、ｅ−ｆとｇ−ｆでは、スリット群の間隔（ｎ＋１／２）周期の位相差を持つ信号が得られる。
すなわち、間隔（ｎ＋１／２）に相当する位置で観測される、マークピッチ誤差を反映した位相差が得られることになる。
さらに、上記の構成にすることによって、１８０°位相が異なる信号との差演算を行うことで、信号のオフセット除去も同時に行えるため、簡単な構成で高精度な信号および、マーク周期誤差の検出が可能となる。

図１５は、本発明の光検出手段、駆動制御装置を用いた画像形成装置を示す図である。 このカラー画像形成装置は、図１６に示すように給紙テーブル１０２上に装置本体１００を載置している。その装置本体１００の上にはスキャナ１０３を取り付けると共に、その上に自動原稿給送装置（ＡＤＦ）１０４を取り付けている。
装置本体１００内には、その略中央にベルト状の無端状の走行体である中間転写ベルト１１０を有する転写装置１２０を設けており、中間転写ベルト部材１０は駆動ローラ１０９と２つの従動ローラ１１５、１１６の間に張架されて図１６で時計回り方向に回動するようになっている。
また、この中間転写ベルト１１０は、従動ローラ１１５の左方に設けられているクリーニング装置１１７により、その表面に画像転写後に残留する残留トナーが除去されるようになっている。その中間転写ベルト１１０の駆動ローラ１９と従動ローラ１１５の間に架け渡された直線部分の上方には、その中間転写ベルト１１０の移動方向に沿って、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４つのドラム状の感光体１４０Ｙ、１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｋ（以下、特定しない場合には単に感光体４０と呼ぶ）が所定の間隔を置いて配設されている。そして、中間転写ベルト１１０の内側に各感光体１４０に対向して中間転写ベルト１１０を挟むように、４個の１次転写ローラ１６２が設けられている。
４個の各感光体１４０は、それぞれ図３で反時計回り方向に回転可能であり、その各感光体１４０の回りには、それぞれ帯電装置１６０、現像装置１６１、上述した１次転写ローラ１６２、感光体クリーニング装置１６３、除電装置１６４を設けており、それぞれ作像ユニット１１８を構成している。そして、その４個の作像ユニット１１８の上方に、共用の露光装置１２１を設けている。
そして、その各感光体上に形成された各画像（トナー画像）が、中間転写ベルト１１０上に直接重ね合わせて順次転写されていくようになっている。

一方、中間転写ベルト１１０の下側には、その中間転写ベルト１１０上の画像を記録紙であるシートＰに転写する転写部となる２次転写装置１２２を設けている。その２次転写装置１２２は、２つのローラ１１６、１２３間に無端ベルトである２次転写ベルト１２４を掛け渡したものであり、その２次転写ベルト１２４が中間転写ベルト１１０を介して従動ローラ１１６に押し当たるようになっている。
この２次転写装置１２２は、２次転写ベルト１２４と中間転写ベルト１１０との間に送り込まれるシートＰに、中間転写ベルト１１０上のトナー画像を一括転写する。
そして、２次転写装置１２２のシート搬送方向下流側には、シートＰ上のトナー画像を定着する定着装置１２５があり、そこでは無端ベルトである定着ベルト１２６に加圧ローラ１２７が押し当てられている。
なお、２次転写装置１２２は、画像転写後のシートを定着装置１２５へ搬送する機能も果たす。また、この２次転写装置１２２は、転写ローラや非接触のチャ−ジャを使用した転写装置であってもよい。その２次転写装置１２２の下側には、シートの両面に画像を形成する際にシートを反転させるシート反転装置１２８を設けている。
このように、この装置本体１００は、間接転写方式のタンデム型カラー画像形成装置を構成している。

このカラー画像形成装置によってカラーコピーをとるときは、自動原稿給送装置１０４の原稿台１３０上に原稿をセットする。また、手動で原稿をセットする場合には、自動原稿給送装置１０４を開いてスキャナ１０３のコンタクトガラス１３２上に原稿をセットし、自動原稿給送装置１０４を閉じてそれを押える。
そして、図示していないスタートキーを押すと、自動原稿給送装置１０４に原稿をセットしたときは、その原稿がコンタクトガラス１３２上に給送される。また、手動で原稿をコンタクトガラス１３２上にセットしたときは、直ちにスキャナ１０３が駆動し、第１走行体１３３及び第２走行体１３４が走行を開始する。そして、第１走行体１３３の光源から光が原稿に向けて照射され、その原稿面からの反射光が第２走行体１３４に向かうと共に、その光が第２走行体１３４のミラ−で反射して結像レンズ１３５を通して読取りセンサ１３６に入射して、原稿の内容が読み取られる。
また、上述したスタートキーの押下により、中間転写ベルト１１０が回動を開始する。さらに、それと同時に各感光体１４０Ｙ、１４０Ｃ、１４０Ｍ、１４０Ｋが回転を開始して、その各感光体上にイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各単色トナー画像を形成する動作を開始する。そして、その各感光体上に形成された各色のトナー画像は、図２で時計回り方向に回動する中間転写ベルト１１０上に重ね合わせて順次転写されていき、そこにフルカラーの合成カラー画像が形成される。

一方、上述したスタートキーの押下により、給紙テーブル１０２内の選択された給紙段の給紙ローラ１４２が回転し、ペーパーバンク１４３の中の選択された１つの給紙カセット１４４からシートＰが繰り出され、それが分離ローラ１４５により１枚に分離されて給紙路１４６に搬送される。そのシートＰは、搬送ローラ１４７により装置本体１００内の給紙路１４８に搬送され、レジストローラ１４９に突き当たって一旦停止する。
また、手差し給紙の場合には、手差シートレイ１５１上にセットされたシートＰが給紙ローラ１５０の回転により繰り出され、それが分離ローラ１５２により１枚に分離されて手差し給紙路１５３に搬送され、レジストローラ１４９に突き当たって一旦停止状態になる。
そのレジストローラ１４９は、中間転写ベルト１１０上の合成カラー画像に合わせた正確なタイミングで回転を開始し、一旦停止状態にあったシートＰを中間転写ベルト１１０と２次転写装置１２２との間に送り込む。そして、そのシートＰ上に２次転写装置１２２でカラー画像が転写される。

そのカラー画像が転写されたシートＰは、搬送装置としての機能も有する２次転写装置１２２により定着装置１２５へ搬送され、そこで熱と加圧力が加えられることにより転写されたカラー画像が定着される。その後、そのシートＰは、切換爪１５５により排出側に案内され、排出ローラ１５６により排紙トレイ１５７上に排出されて、そこにスタックされる。
また、両面コピーモ−ドが選択されているときには、片面に画像を形成したシートＰを切換爪１５５によりシート反転装置２８側に搬送し、そこで反転させて再び転写位置へ導き、今度は裏面に画像を形成した後に、排出ローラ１５６により排紙トレイ１５７上に排出する。
以上、本発明の光検出手段、駆動制御装置を中間転写ベルトを例にして説明したが、その他の無端状のベルト部材、すなわち、転写ベルト、感光体ベルト、用紙搬送ベルトや、中間転写ドラム、感光体ドラム等にも適用可能であることはいうまでもない。

本発明において用いられる光検出手段（光学センサ）の概略構成を説明する図。 図１におけるスリットマスクを介したベルト部材への光ビームの照射を説明する図。 スリットマスクの１つのスリット群のスリット数が３つの場合を示す図。 ベルト部材上の反射マークと反射マークに照射される光ビームに対応する受光領域を示す図。 本発明の光検出装置を適用した中間転写ベルトを概略的に示す外観斜視図。 図５における制御装置を詳細に説明する図。 図５の制御装置の変形例を示す図。 図４の２つの受光領域Ａ、Ｂの検出信号を信号処理部において２値化整形した波形とそれらの位相差を示す図。 制御周期、受光領域における検出信号の二値化信号の信号周期及びフリーランカウンタのカウント値を説明する図。 本発明のベルト駆動速度制御の処理の流れを示すフローチャート。 スリットマスクの第２の形態の概略図。 受光素子により生成された電気信号を示す説明図。 第３の形態のスリットマスクの概略図。 受光素子により生成された電気信号および２値化された信号を示す説明図。 本発明の駆動制御装置を用いた画像形成装置を示す図。

符号の説明

１ 光学センサ、２ 光源、３ レンズ、４ スリットマスク、５ 受光素子、１０ ベルト、１１ 反射マーク、１２ スリット、１２’ スリット群、１９ 駆動ローラ、２０ 駆動ローラ、２１ 従動ローラ、２３ 減速機、２４ 駆動モータ、２５ 制御装置、２８ シート反転装置、３０ 信号処理部、３１ マーク周期補正部、３２ コントローラ、３３ ドライバ、３４ Ａ／Ｄ変換部、１００ 装置本体、１０２ 給紙テーブル、１０３ スキャナ、１０４ 自動原稿給送装置、１０９ 駆動ローラ、１１０ 中間転写ベルト、１１５ 従動ローラ、１１６ 従動ローラ、１１７ クリーニング装置、１１８ 作像ユニット、１２０ 転写装置、１２１ 露光装置、１２２ 次転写装置、１２４ 次転写ベルト、１２５ 定着装置、１２６ 定着ベルト、１２７ 加圧ローラ、１２８ シート反転装置、１３０ 原稿台、１３２ コンタクトガラス、１３３ 走行体、１３４ 走行体、１３５ 結像レンズ、１３６ センサ、１４０ 感光体、１４２ 給紙ローラ、１４３ ペーパーバンク、１４４ 給紙カセット、１４５ 分離ローラ、１４６ 給紙路、１４７ 搬送ローラ、１４８ 給紙路、１４９ レジストローラ、１５０ 給紙ローラ、１５１ 手差シートレイ、１５２ 分離ローラ、１５３ 給紙路、１５５ 切換爪、１５６ 排出ローラ、１５７ 排紙トレイ、１６０ 帯電装置、１６１ 現像装置、１６２ １次転写ローラ、１６３ 感光体クリーニング装置、１６４ 除電装置

Claims (4)

1. 走行方向に所定の周期パターンで複数のマークを備えた無端状の走行体と、
   該走行体を回動させるための駆動手段と、
   光源を備え、前記走行体に設けた複数のマークを、前記光源より出射した光ビームにより検出する光検出手段と、
   該光検出手段によって生成された電気信号に基づいて前記走行体の走行速度に対応したパルス信号を生成して前記駆動手段に供給する信号生成手段と、
   を備えた駆動制御装置であって、
   前記光検出手段は、前記光ビームの光路上に３つ以上のスリット又はスリット群を備えて前記光ビームを前記スリット又はスリット群の数に分割するスリットマスクと、分割された各光ビーム又は光ビーム群に対応する受光領域を有し、各マークにより反射された各光ビーム又は光ビーム群を受光し、当該光ビーム又は光ビーム群に基づく電気信号を生成する受光手段と、を備え、
   前記スリットマスクにおける当該スリット又はスリット群の間隔は、前記走行体に配設されたマークの周期をＰとしたときに、
   Ｌ＝Ｐ（ｎ＋１／２）
   ただし、ｎ＝１、２、３・・・
   に設定され、
   前記信号生成手段は、前記受光手段によって生成される複数の電気信号における、前記スリットマスクにおける隣接するスリット又はスリット群に対応する電気信号間の差分を算出し、前記差分の信号を二値化した複数の前記パルス信号を前記駆動手段に供給することを特徴とする駆動制御装置。
2. 請求項１に記載の駆動制御装置において、
   前記信号生成手段から得られた各パルス信号の立ち上がりもしくは立ち下がりエッジの時間差から、前記マークの周期誤差を演算するマーク周期補正手段と、
   前記パルス信号及び前記周期誤差に基づいて前記走行体の移動速度又は移動位置を算出し、前記移動速度又は移動位置に基づいて前記駆動手段による前記走行体の移動をフィードバック制御する制御手段と、
   を設けたことを特徴とする駆動制御装置。
3. 前記信号生成手段又は前記マーク周期補正手段の機能は前記制御手段によるソフトウェア処理によって実施されていることを特徴とする請求項２に記載の駆動制御装置。
4. 請求項２又は３に記載の駆動制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images