JPH0421477A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、直線移動における移動位置を検出する位置検
出装置に係り、詳しくは、ゴミ等の付着物や汚れ等によ
り誤検出を生じることの無い高信頼な位置検出装置に関
する。

［従来の技術］ 例えば、記録ヘッドを機械的に走査することにより画像
形成を行なう所謂シリアル型プリンタにおいては、印字
ドツトの形成位置を正確に制御する上で、記録ヘットの
走査位置に応じて印字タイミング信号を印加することか
要求される。それ故、これらプリンタには、記録ヘッド
の走査位置を検出すべく走査方向に沿って位置検出装置
（リニアエンコーダ）が配設されている。

従来、この種の用途に使用されるリニアエンコーダとし
ては、第８図に示す光学式リニアエンコーダか一般的で
ある。具体的には、ラダーパターンａが印刷された透明
フィルムｂと、このフィルムｂを介して対峙する発光素
子と受光素子とを有してフィルムｂの張設方向に移動す
るフォトセンサＣとから構成されており、受光素子に入
射する光量の変化、即ちフィルムｂのラダーパターンａ
に遮られる光量に応じて第９図に実線で示すような波形
の出力が上記フォトセンサＣから得られるものである。

［発明か解決しようとする課題］ しかし、上述した従来の光学式リニアエンコーダには、
以下に示すような欠点が存在する。

先ず、第一の問題点は、走査時におけるフォトセンサＣ
とフィルムｂとの位置ずれに起因している。フィルムｂ
が常にフォトセンサＣの発光素子と受光素子との間の中
央を通過しないと、第９図に破線で示すように、フォト
センサ出力か小さくなり且つ波形に乱れか生じる。この
ような出力の乱れは、ある一定のスレッショルドレベル
で比較した場合に、ゼロクロス点の時間すれとなって現
れるので、ラダーパターンａに対応した位置検出信号を
出力することができないという問題点が生じてしまう。

この問題点は、シリアル型プリンタにおいて、印字ドツ
トの形成位置のバラつきとなって現れ、画像品質を劣化
させる要因の−っである。

また、第二の問題点はフィルムｂに付着する埃や汚れ等
に起因している。第１０図に示すように、フィルムｂの
表面に埃や汚れ等ｄか付着すると、当該付着部分におい
ても発光素子からの光が遮られることとなり、ラダーパ
ターンａとは無関係に出力波形が変動し、スレッショル
ドレベルに達しない波形も生じてしまう。従って、当該
部分においては位置検出信号の出力か得られない、とい
う問題点か生じてしまう。それ故、シリアル型プリンタ
においては、記録ヘッドの移動位置に応じて出力される
べき印字タイミング信号が全く不規則に出力されること
となり、画像品質が劣化してしまう。

特にこの第二の問題点は、インク滴を吐出することによ
って画像形成を行なうインクジェットプリンタに顕著で
ある。インクジェットプリンタでは、その記録動作故に
、記録ヘッドの周辺雰囲気にインク飛沫が浮遊し、フィ
ルム表面にインクが付着し易いからである。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、
その目的とするところは、ラダーパターンに正確に対応
した位置検出を行なうことができるのは勿論のこと、埃
や微粉末等、汚れが比較的付着し易い環境にあっても精
度良く位置検出を行なうことか可能な位置検出装置を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の位置検出装置は、
光の反射率の異なる領域が交互に配列されたラダーパタ
ーンを有すると共に、当該パターン上に保護層が形成さ
れた反射板と、この反射板に沿って移動し、上記保護層
を透過してラダーパターン上に集光するよう反射板に対
して光を照射する光収束手段と、上記反射板により生じ
る反射光を光電変換するフォトセンサを有し、位置検出
信号を出力する検出手段とからなることを特徴とするも
のである。

このような技術的手段において、上記反射板としでは、
ラダーパターンの表面か光透過性を有する所定厚さの保
護層により被覆されているものでおれば、その構成を適
宜設計変更して差し支えなく、例えば、ラダーパターン
を有する基板上に保護層を設けても良いし、ガラス基板
からなる保護層の一面にラダーパターンを印刷するよう
にしても良い。

また、上記光収束手段としては、光を収束して上記反射
板に照射し、この収束光かラダーパターン上に集光する
一方、保護層上では収束光が比較的大きな径のスポット
光となるものであれば、その収束の度合い等適宜設計変
更して差し支えない。

この際、ラダーパターン上における収束光の径（以下、
ビーム径）は、読み取るラダーパターンのピッチによっ
て適宜選定して差し支えないが、保護層上での収束光の
径（以下、スポット径）は、保護層上に付着する汚れ等
を誤って読み取らないよう（するため、上記ビーム径に
対して数十倍程度の値を持っていることが必要であり、
例えば、ビーム径を１０μｍとしたときスポット径は５
００μ７７１〜２１Ｍ１程度である。尚、このビーム径
とスポット径との差は、収束光の収束率あるいは反射板
の保護層の厚さを適宜選定することによって任意に設定
される。

更に、上記検出手段としては、）ｔトセンサによってラ
ダーパターンの反射光を受光し、これら基づいてパルス
状の位置検出信号を出力するものであれば、その構成を
適宜設計変更して差し支えない。但し、フォトセンサは
、反射板における収束光の正反射成分の入光しない位置
に配設されることが必要である。また、フォトセンサに
よって得られる波状信号を二値化してパルス信号とする
出力部としては、ある値に固定されたスレッショルドレ
ベルを基準とするものであっても良いが、フォトセンサ
出力の強弱に追従して正確なパルス信号を出力するとい
う観点からすれば、フォトセンサ出力の時間平均に基づ
いて変動するスレッショルドレベルを用いて二値化を行
なうのが好ましい。

［作　用］ 上記技術的手段は次のように作用する。

位置検出手段は、反射板に照射された収束光かラダーパ
ターンにおいて生じる拡散反射光を受光して位置検出信
号を出力する。この際、収束光はラダーパターンに集光
するよう収束しており、当該パターンを被覆する保護層
上では比較的広い範囲に照射されることとなる。それ故
、保護層ではラダーパターンに比して拡散反射光の発生
が少なく、保護層上に付着したゴミ、汚れ等が７４トセ
ンサに入射する光量に与える影響が小さくなる。

［実施例］ 以下、添付図面に基づいて本発明の位置検出装置を詳細
に説明する。

◎第一実施例 第１図は本発明の第一実施例の概略を示すものであり、
ラダーパターン１１を有する反射板１と、上記反射板１
に対して収束光を照射する光収束手段２と、反射板１に
よる反射光を受光して位置検出信号を出力する検出手段
３とから構成されている。

先ず、上記反射板１は、第２図に示すように、カラスか
らなる保護層１２の一面に６２．５μｍピッチ毎に幅３
１．２５μｍの黒色ラダーパターン１１を設けた物であ
る。その具体的製作方法としては、厚ざ３＃１の板カラ
ス（例えば、フォトマスク用あるいはコーニング７０５
９等）に感光性樹脂をコーティングし、フォトマスク作
成プロセスを用いて上記パターンに対応したラダーパタ
ーン１１を形成した後、ラダーパターン１１上に白色塗
料をコーティングして被覆層１３を形成し、これを５ｆ
ｆｉ幅にカットして製作されている。

一方、上記光収束手段２は、波長７８０ｎｍの赤色ＬＤ
からなる光源（例えば、松下電子工業製ＭＥＬ４７４３
　）　２１と、この光源２１から発した光を上記反射板
１のラダーパターン１１に集光するレンズ２２とから構
成されており、保護層１２を透過してラダーパターン１
１に収束光を照ｉｔするよう反射板１の一側に配設され
ている。

また、上記検出手段３は、中心感度が８００ｎｍのＰＩ
Ｎフｔトダイオードからなり、上記反射板１による拡散
反射光を受光して波状信号を出力するフォトセンサ（例
えば、松下電子工業製ＰＮ３００　）３１と、上記波状
信号を一定のスレッショルドレベルで二値化してパルス
状の位置検出信号を出力する出力部３２とから構成され
ている。

尚、本実施例では、収束光がラダーパターン１１を走査
するビーム径を１０μｍ、保護層１２上に形成するスポ
ット径を約５００μ而とした。そして、上記ビーム径の
変動を防止するために、光源２１、レンズ２２及びフォ
トセンサ３１を保持するセンサホルダ４を反射板１の保
護層１２と機械的に接触させ、光源２１と反射板１との
間隙の変動防止を図っている。

このような構成において、ラダーパターン１１の読み取
り動作は以下のようにして行われる。即ち、光源２１か
ら発せられた光はレンズ２２て集光されて収束光となり
ラダーパターン１１上に照射され、センサホルダ４の移
動に伴なって当該パターン１１を走査する。そして、上
記照射に伴ないラダーパターン１１て生じる拡散反射光
量は、白色ラダ一部で大きく黒色ラダ一部では小さいの
で、この拡散反射光をフｙｔ　ｔ−センサ３１て受光す
ることにより、ラダーパターン１１の読み取りが行われ
る。

このとき、本実施例の位置検出装置では、ラダーパター
ン１１を保護層１２て被覆すると共に、光源２１から発
せられた光を当該パターン１１上に集光しているので、
保護＠１２表面で生じる拡散反射光量はラダーパターン
１１で生じるそれよりも著しく小さく、フォトセンサ３
１の出力に与える影響は少ないものとなる。

従って、第３図に示すように、保護層１２に付着した埃
、汚れ等によって生じるセンサ３１出力の減衰は小さい
ものとなり、ラダーパターン１１の読み取りか確実に行
われるものである。

又、収束光によってラダーパターン１１を照明している
ので（本実施例ではパターン上で収束光の径が１０μｍ
）、高密度のラダーパターンく本実施例では６２．５μ
瓦ピツチ）１１を読取ることができその分解能が高いも
のとなっている。

◎第二実施例 上記第一実施例では、ある一定のスレッショルドレベル
に基づいてセンサ３１が出力する波状信号の二値化を行
なっているが、この場合、保護層１２が極度に汚れてセ
ンサ出力が大きく減衰すると、スレッショルドレベルに
達しない波形部が生じ、ラダーパターン１１に対応して
パルス状の位置検出信号を出力することができなくなっ
てしまう。

そこで、本実施例では、上記波状信号を時間平均し、そ
の値をスレッショルドレベルとして用いてセンサ出力の
二値化を行なっている。

具体的には、第４図に示すように、フォトセンサ出力を
積分回路３２ａに入力して時間平均し、この時間平均出
力を差分回路３２ｂによってセンサ出力から減じた後、
ゼロクロス検出３２ｃを行なってパルス状の位置検出信
号を出力するものである。

尚、このとき上記積分回路３２ａの時定数は、保護層１
２表面に収束光が形成するスポット光の半径と同一の距
離を、光収束手段２が走査する時間に設定している。又
、フォトセンサ出力の高周波振動によるゼロクロス点の
誤検出を防止するため、上記ゼロクロス検出３２ｃにお
いては、フォトセンサ出力がスレッショルドレベルから
所定値以上前れた後に次のゼロクロス点の検出が行われ
るようヒステリシスが付与されている。

従って、この第二実施例によれば、第５図に示すように
、保護層１２の汚れ等に起因してフォトセンサ３１の波
状信号が減衰すると、この波状信号の時間平均として与
えられるスレッショルドレベルも減衰することとなり、
波状信号を確実に二値化することかできるものである。

尚、上記した各実施例において、センサホルダ４に対す
るフォトセンサ３１の取り付は位置は、反射板１て生じ
た収束光の正反射成分が入射しない位置であればその配
設態様は制限されないが、好ましくは、第６図及び第７
図に示すように、位置検出手段３のフォトセンサ３１を
光収束手段２の光源２１と同心円状に配置するのか良い
。

このような配置を採ることにより、反射板１て生じた拡
散反射光は、収束光を形成するレンズ２２によって効率
良くフォトセンサ３１に入射することとなり、フォトセ
ンサ３１の波状出力を安定したものとすることができる
。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明の位置検出装置によれ
ば、ラダーパターンを保護層で被覆し反射板を形成する
と共に、この反射板の照明をラダーパターンに集光する
収束光によって行なうことにより、保護層ではラダーパ
ターンに比して拡散反射光の発生が少なく、保護層上に
付着したゴミ、汚れ等がフォトセンサの受光量に与える
影響を減じることができるので、ラダーパターンに正確
に対応した位置検出信号を出力することか可能となる。

又、フォトセンサの波状出力を当該出力の時間平均に基
づくスレッショルドレへルを用いて二値化することによ
り、ゴミ、汚れ等によるセンサ出力の変動に対処でき、
極めて安定した位置検出か可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の位置検出装置の第一実施例を示す概略
構成図、第２図は第一実施例に係る反射板を示す斜視図
、第３図は第一実施例におけるフォトセンサの出力例を
示すグラフ、第４図は本発明の第二実施例における検出
手段の構成を示すブロック線図、第５図は第二実施例に
おけるスレッショルドレベルの変化を説明するグラフ、
第６図はフォトセンサの配設態様の一例を示す平面図、
第７図は第６図のＩ−Ｉ断面図、第８図は従来のフｔト
センサを示す斜視図、第９図は従来のフォトセンサが有
する第１の問題点を説明するグラフ、第１０図は従来の
フｔトセンサが有する第２の問題点を説明するグラフで
ある。 ［符号説明］ １：反射板　　　　　２：光収束手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光の反射率の異なる領域が交互に配列されたラダーパタ
   ーンを有すると共に、当該パターン上に保護層が形成さ
   れた反射板と、この反射板に沿って移動し、上記保護層
   を透過してラダーパターン上に集光するよう反射板に対
   して光を照射する光収束手段と、上記反射板により生じ
   た反射光を光電変換するフォトセンサを有し、位置検出
   信号を出力する検出手段とからなることを特徴とする位
   置検出装置