專利名稱：多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以非接觸來(lái)測(cè)量在激光打印機(jī)或者彩色復(fù)寫機(jī)等內(nèi)所使用的多角鏡馬達(dá)(polygon mirror motor)的偏心以及表面出入(面出入り)的裝置。
背景技術(shù)：
一般在馬達(dá)內(nèi)會(huì)發(fā)生由軸的偏斜而引起的偏心。在各種盤驅(qū)動(dòng)用的主軸馬達(dá)等中，必須全力防止該偏心的發(fā)生。通常，由于作為被檢測(cè)部分的轉(zhuǎn)軸大致呈圓筒狀，所以該偏心的測(cè)量是在被檢測(cè)部分中使用接觸型的度盤式指示器或者電測(cè)微器、非接觸型的靜電電容移位計(jì)或者激光移位計(jì)等來(lái)進(jìn)行。
對(duì)于該偏心的具體測(cè)量方法，例如在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平5-227710號(hào)公報(bào)中有所揭示。揭示有下述方法，即，除了設(shè)置檢測(cè)移位計(jì)輸出峰值的第一峰值檢測(cè)器之外，還設(shè)置有第二峰值檢測(cè)器，通過(guò)測(cè)定兩峰值檢測(cè)器的峰值差來(lái)測(cè)量偏心。
另一方面，在多角鏡馬達(dá)的情況下，被檢測(cè)部呈非圓筒狀，此外，由于不允許接觸進(jìn)行測(cè)量，使得測(cè)量方法變得完全不同。因此，是不能夠使用接觸型的傳感器。此外，對(duì)于非接觸型的靜電電容移位計(jì)來(lái)說(shuō)，因?yàn)橐蠼咏鼣?shù)10μm程度來(lái)設(shè)置，所以在具有角部分的多角鏡中，存在多角鏡沖撞等的問(wèn)題，使得難以進(jìn)行測(cè)量。此外，由于通常在市售的激光移位計(jì)的響應(yīng)速度為微秒量級(jí)，可測(cè)量范圍最多只能達(dá)到每分鐘數(shù)百轉(zhuǎn)，因此，如多角鏡馬達(dá)那樣，在每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下的偏心測(cè)量中是不可能使用的。
多角鏡馬達(dá)用于激光打印機(jī)或者彩色復(fù)寫機(jī)等，由于與這些機(jī)器的印字質(zhì)量有直接關(guān)系，所以要求極高的精度。多角鏡與無(wú)電刷DC馬達(dá)的輸出軸直接連接，以每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。作為在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)偏心以及表面出入的測(cè)量方法，例如在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平2-204713中有所揭示。
圖6表示的是該現(xiàn)有技術(shù)的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置的構(gòu)成圖。固定于馬達(dá)轉(zhuǎn)軸80上的多角鏡81以高速旋轉(zhuǎn)。從第一激光光源82射出的激光束L1以一定角度入射到該多角鏡81。其反射的激光束L2通過(guò)圓柱形透鏡87而入射到用于檢測(cè)通過(guò)后的激光束位置的位置檢測(cè)器83。另一方面，從第二激光光源84射出的激光束L3通過(guò)半透明反射鏡85，該通過(guò)的激光束L4入射到多角鏡81。該反射的激光束L5入射到半透明反射鏡85，其反射光L6入射到觸發(fā)發(fā)生器86。
這里，如同一附圖所示，在多角鏡81的反射面和入射激光束L4相互垂直時(shí)，反射激光束L5入射到半透明反射鏡85，其反射光L6入射到觸發(fā)發(fā)生器86。因此，在多角鏡81成為如同一附圖所示的狀態(tài)時(shí)，從觸發(fā)發(fā)生器86發(fā)生觸發(fā)信號(hào)，若觀測(cè)此時(shí)的位置檢測(cè)器83的輸出信號(hào)，則可以測(cè)量偏心或者表面出入。
該位置檢測(cè)器83使用的是一維PSD(Position Sensitive Detector(位置探測(cè)器))。PSD是利用光電二極管的表面電阻的點(diǎn)光位置傳感器，因?yàn)槟艿玫竭B續(xù)模擬信號(hào)以及響應(yīng)性良好，因此最適于這類測(cè)量。然而，另一方面，由于這種位置檢測(cè)器是模擬輸出，因此有可能因環(huán)境變化或者經(jīng)時(shí)變化而使輸出值發(fā)生變化，所以存在所謂的成為測(cè)量誤差的主要因素的問(wèn)題。此外，還存在價(jià)格昂貴而使裝置成本上升的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的多角鏡的測(cè)量裝置包括以下構(gòu)成。
即，第一光源；第一光檢測(cè)元件，由多角鏡反射從該第一光源射出的第一測(cè)量光，并經(jīng)由第一縫隙來(lái)檢測(cè)反射的第一反射光；第二光源；第二光檢測(cè)元件，由多角鏡反射從該第二光源射出的第二測(cè)量光，并檢測(cè)反射的第二反射光；和演算器，基于所述第一光檢測(cè)元件的輸出信號(hào)和第二光檢測(cè)元件的輸出信號(hào)之間的時(shí)間差來(lái)進(jìn)行演算。
這里，該演算器構(gòu)成為輸出多角鏡的偏心和表面出入的至少一方。
通過(guò)該構(gòu)成，因?yàn)椴恍枰恢脵z測(cè)器一類的模擬輸出元件，并且全部都是通過(guò)數(shù)字處理，所以不產(chǎn)生因環(huán)境變化或者經(jīng)時(shí)變化而引起的誤差，從而能夠提供一種以極其簡(jiǎn)單的構(gòu)成來(lái)降低成本、并且高精度的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的偏心定義的說(shuō)明圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施方式的表面出入定義的說(shuō)明圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施方式的測(cè)量裝置的整體構(gòu)成圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施方式的測(cè)量裝置的原理說(shuō)明圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施方式的測(cè)量裝置的波形說(shuō)明圖。
圖6是現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量裝置的構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
以下，在參照附圖的同時(shí)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
多角鏡馬達(dá)用于激光打印機(jī)或者彩色復(fù)寫機(jī)等中，由于與這些機(jī)器的印字質(zhì)量有直接關(guān)系，所以要求極高的精度。多角鏡與無(wú)電刷DC馬達(dá)的輸出軸直接連接，以每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。對(duì)于該多角鏡的面數(shù)，是根據(jù)這些機(jī)器的光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而使用兩面、四面、六面、八面等各種方式，然而，為了更易于進(jìn)行本實(shí)施方式的說(shuō)明，以多角鏡面數(shù)為四面的情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的偏心定義說(shuō)明圖。假設(shè)有不存在偏心的理想狀態(tài)的多角鏡1和具有偏心E的多角鏡2，此時(shí)，將多角鏡2的旋轉(zhuǎn)中心相對(duì)于多角鏡1的旋轉(zhuǎn)中心O的偏移量E稱為偏心。在本發(fā)明中，分別測(cè)量偏心E的x方向成分Ex和y方向成分Ey，并由下式求得偏心E，E=Ex2+Ey2······]]>(式1)。
圖2是多角鏡的表面出入定義的說(shuō)明圖。與馬達(dá)4的轉(zhuǎn)軸5直接連接的多角鏡3以高速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在多角鏡3的偏心或者各鏡面的橫寬尺寸存在差異時(shí)，在多角鏡3旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下產(chǎn)生如圖2所示的鏡的表面出入D。因此，鏡的表面出入D以旋轉(zhuǎn)軸的直角方向的鏡面偏差、即最大位置和最小位置之差來(lái)表示。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施例的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置的整體構(gòu)成圖。多角鏡4與馬達(dá)(未圖示)的轉(zhuǎn)軸5直接連接，沿著轉(zhuǎn)軸方向R的方向高速旋轉(zhuǎn)。隨著該高速旋轉(zhuǎn)，多角鏡4產(chǎn)生偏心以及表面出入。
第一光源11的射出光通過(guò)光學(xué)透鏡13(例如物透鏡)之后，由多角鏡4反射，并通過(guò)縫隙14(第一縫隙)而入射到第一光檢測(cè)元件12。這里，第一檢測(cè)元件12在橫向設(shè)置，使得能夠在多角鏡的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向R進(jìn)行光檢測(cè)。將由多角鏡4反射前的光定義為第一測(cè)量光M1，將由多角鏡4反射后的光定義為第一反射光M2。
此外，為了檢測(cè)多角鏡4成為零度姿勢(shì)的情況，而如附圖所示那樣配置第二光源21、第二光檢測(cè)元件22、光學(xué)透鏡23(例如射速分裂器)、以及縫隙24(第二縫隙)。所謂該零度姿勢(shì)，被定義為多角鏡4的反射面相對(duì)于第二光源21正對(duì)的姿勢(shì)，即第二光源21的射出光相對(duì)于多角鏡4的反射面呈直角入射的姿勢(shì)。因此，在多角鏡4為四面的情況下，在馬達(dá)一次旋轉(zhuǎn)時(shí)存在四次零度姿勢(shì)。
第二光源21的射出光通過(guò)光學(xué)透鏡23而被多角鏡4反射，然后，再由光學(xué)透鏡23反射，并通過(guò)縫隙24而入射到第二光檢測(cè)元件22。將由多角鏡4反射前的光設(shè)定為第二測(cè)量光M3，將由多角鏡4反射后的光設(shè)定為第二反射光M4，此外，將由光學(xué)透鏡23反射的光設(shè)定為零度姿勢(shì)檢測(cè)光M5。
因此，在多角鏡4成為零度姿勢(shì)時(shí)，第二測(cè)量光M3和第二反射光M4處于同一直線，零度姿勢(shì)檢測(cè)光M5入射到第二光檢測(cè)元件22。
這里，設(shè)定第一測(cè)量光M1相對(duì)于第二測(cè)量光M3以角度θ入射。因此，在多角鏡4成為零度姿勢(shì)時(shí)，第一反射光M2也與由第二測(cè)量光M3和第二反射光M4構(gòu)成的同一直線呈角度θ。
這些第一光檢測(cè)元件12以及第二光檢測(cè)元件22使用的都是光電二極管。光電二極管是根據(jù)特定波長(zhǎng)范圍的光量來(lái)使輸出電流變化的元件。
第一光檢測(cè)元件12的輸出信號(hào)由放大電路31放大后，其信號(hào)33輸入到時(shí)間差檢測(cè)器35。同樣，第二光檢測(cè)元件22的輸出信號(hào)由放大電路32放大后，其信號(hào)34輸入到時(shí)間差檢測(cè)器35。時(shí)間差檢測(cè)器35的輸出被輸入到演算器36來(lái)演算偏心E以及表面出入D并進(jìn)行輸出。
圖4是本發(fā)明測(cè)量裝置的原理說(shuō)明圖。與上圖相同，以多角鏡4為四面的情況進(jìn)行說(shuō)明，但是，只表示出以馬達(dá)(未圖示)的旋轉(zhuǎn)中心O旋轉(zhuǎn)的多角鏡4的兩面之間的關(guān)系。在圖3中所說(shuō)明的第一反射光M2因?yàn)槎嘟晴R4的偏心或者表面出入而示出如第一反射光M41、M42、M43、M44那樣的描繪不同軌跡的形式。
在多角鏡4的第一面為零度姿勢(shì)41時(shí)(用虛線示出)，由第一面反射的光向著光檢測(cè)元件12而通過(guò)第一反射光M41(用虛線示出)的軌跡。當(dāng)相同的多角鏡4的第二面為零度姿勢(shì)42(用虛線示出)時(shí)，由第二面反射的光向著第一光檢測(cè)元件12而通過(guò)第一反射光M42(用虛線示出)的軌跡。
這里，第一反射光M4和第二反射光M42之間的移位F是與偏心或者表面出入成比例的量，反之，如果可以知道該移位F，則能夠算出偏心以及表面出入。第一光檢測(cè)元件12實(shí)際上不是檢測(cè)這些第一反射光M41、M42的元件，此外，該移位F也只是用于說(shuō)明的假設(shè)。
因此，下面對(duì)該移位F隨時(shí)間變化而檢測(cè)的測(cè)量方法進(jìn)行說(shuō)明。假設(shè)多角鏡4以旋轉(zhuǎn)方向R、旋轉(zhuǎn)角速度ω旋轉(zhuǎn)。在第一面位于零度姿勢(shì)41的正前位置43(用實(shí)線表示)時(shí)，第一反射光M43(用實(shí)線表示)通過(guò)縫隙14而入射到第一光檢測(cè)元件12。在時(shí)間t1后，多角鏡4成為零度姿勢(shì)41，成為所述第一反射光M41的軌跡。同樣地，在第二面位于零度姿勢(shì)42的正前位置44(用實(shí)線表示)時(shí)，第一反射光M44(用實(shí)線表示)通過(guò)縫隙14而入射到第一光檢測(cè)元件12。在時(shí)間t2后，多角鏡4成為零度姿勢(shì)42，成為所述第一反射光M42的軌跡。
這里，如果設(shè)多角鏡4的反射面和縫隙14之間的距離為L(zhǎng)，則移位F可以用下式來(lái)表示，F(xiàn)＝L(tanθ2-tanθ1)……(式2)。
這里，如果取tanθ1＜＜1以及tanθ2＜＜1來(lái)配置縫隙14，則因?yàn)榭梢钥闯蓆anθ1θ1以及tanθ2θ2，所以(式2)能夠如下式那樣進(jìn)行簡(jiǎn)化。為了使上述關(guān)系成立，角度θ1以及θ2優(yōu)選取小于10度。
F＝L(θ2-θ1)……(式3)此外，如果設(shè)多角鏡只旋轉(zhuǎn)角度θ1所需要的時(shí)間為t1，只旋轉(zhuǎn)角度θ2所需要的時(shí)間為t2，則(式3)可以如下式那樣地展開，
F＝Lω(t2-t1)……(式4)。
因此，如果從鏡反射面到縫隙14的距離L、旋轉(zhuǎn)角速度ω為已知，則通過(guò)測(cè)量t2、t1而能夠算出移位F。
這里，因?yàn)榻嵌圈?是從鏡姿勢(shì)43時(shí)的第一反射光M43入射的縫隙14的邊緣位置開始、直到第一反射光M41入射到光檢測(cè)元件12的假定位置為止的角度，所以，如果旋轉(zhuǎn)角速度ω一定，則時(shí)間t1可以通過(guò)從第一光檢測(cè)元件12檢測(cè)到第一反射光M43的時(shí)間開始、直到在鏡姿勢(shì)41時(shí)第二光檢測(cè)元件22檢測(cè)到零姿勢(shì)檢測(cè)光M5的時(shí)間為止的時(shí)間而測(cè)量的。
同樣，也可以對(duì)時(shí)間t2進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)榻嵌圈?是從鏡姿勢(shì)44時(shí)的第一反射光M44入射的縫隙14的邊緣位置開始、直到第一反射光M42入射到第一光檢測(cè)元件12的假定位置為止的角度，所以，時(shí)間t2是可以通過(guò)從第一光檢測(cè)元件12檢測(cè)到第一反射光M44的時(shí)間開始、直到鏡姿勢(shì)42時(shí)第二光檢測(cè)元件22檢測(cè)到零度姿勢(shì)檢測(cè)光M5的時(shí)間為止的時(shí)間而測(cè)量的。
其次，圖5是示出第一光檢測(cè)元件12和第二光檢測(cè)元件22的輸出波形圖像。上段信號(hào)33表示的是第一光檢測(cè)元件12的輸出信號(hào)，而下段信號(hào)34表示的是第二光檢測(cè)元件22的輸出信號(hào)。
時(shí)間t1可以使用時(shí)間差檢測(cè)器(例如時(shí)間間隔分析器)，在由鏡面第一面的反射而產(chǎn)生的光入射到第一光檢測(cè)元件12和第二光檢測(cè)元件22時(shí)，通過(guò)測(cè)量這兩個(gè)輸出的上升邊緣間的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)量。對(duì)于時(shí)間t2也可以同樣在鏡面第二面的反射光入射時(shí)來(lái)測(cè)量，如果在鏡第三面、第四面測(cè)量時(shí)間t3、時(shí)間t4，則可以得到一次旋轉(zhuǎn)(四面)的時(shí)間間隔。
因此，移位F的x方向成分Fx和移位F的y方向成分Fy可以用下式來(lái)表示，F(xiàn)x＝Lω(t3-t1)……(式5)Fy＝Lω(t4-t2)……(式6)。
由于偏心E的x成分Ex是第一面和第三面的出入差的1/2，y成分Ey是第二面和第四面的出入差的1/2，所以得到下式。夾角θ是如所述那樣的第一測(cè)量光M1和第二測(cè)量光M3的交叉角度。因?yàn)樵摻嵌圈冗^(guò)大或過(guò)小，測(cè)量誤差也變大，所以優(yōu)選以45度為中心的±15度的范圍。
Ex＝(Fx/2)cosθ……(式7)Ey＝(Fy/2)cosθ……(式8)因此，通過(guò)把(式5)、(式6)、(式7)、(式8)代入(式1)，而能夠以下式求出多角鏡的偏心E。
E=12Lωcosθ(t3-t1)2+(t4-t2)2······]]>(式9)其次，如果取時(shí)間t1、t2、t3、t4中的最大值為tmax、最小值為tmin，則移位F的最大值Fmax用下式表示，F(xiàn)max＝Lω(tmax-tmin)……(式10)。
因此，表面出入D用下式表示，D＝Lω(tmax-tmin)/cosθ……(式11)。
這樣一來(lái)，對(duì)于多角鏡的各反射面，測(cè)量第一光檢測(cè)元件12的輸出和第二光檢測(cè)元件22輸出之間的時(shí)間差，通過(guò)上述的(式9)和(式11)加以演算，而能夠求出偏心E和表面出入D。
在本實(shí)施例中，因?yàn)椴恍枰缥恢脵z測(cè)器一類的模擬輸出元件那樣，而是屬于完全數(shù)字的處理，所以不因環(huán)境變化或者經(jīng)時(shí)變化而產(chǎn)生測(cè)量誤差，從而能夠?qū)崿F(xiàn)一種以極其簡(jiǎn)單的構(gòu)成來(lái)降低成本、并且高精度的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置。
權(quán)利要求
1.一種多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置，其特征在于是將多角鏡固定在輸出軸上而旋轉(zhuǎn)的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置，其中，包括第一光源；第一光檢測(cè)元件，由所述多角鏡反射從所述第一光源射出的第一測(cè)量光，并經(jīng)由第一縫隙檢測(cè)反射的第一反射光；第二光源；第二光檢測(cè)元件，由所述多角鏡反射從所述第二光源射出的第二測(cè)量光，并檢測(cè)反射的第二反射光；和演算器，基于所述第一光檢測(cè)元件的輸出信號(hào)和第二光檢測(cè)元件的輸出信號(hào)之間的時(shí)間差來(lái)進(jìn)行演算，這里，所述演算器輸出多角鏡的偏心和表面出入的至少一方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置，其特征在于所述第二光檢測(cè)元件的輸出信號(hào)在所述第二測(cè)量光和所述第二反射光成為一條直線狀時(shí)而輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置，其特征在于還包含第二縫隙，所述第二反射光經(jīng)由所述第二縫隙而入射到所述第二光檢測(cè)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置，其特征在于所述第一測(cè)量光和所述第二測(cè)量光以規(guī)定角度θ交叉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置，其特征在于所述規(guī)定角度θ為45度±15度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置，其特征在于所述多角鏡的偏心和表面出入一起作為所述規(guī)定角度θ的函數(shù)而進(jìn)行演算。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置，其特征在于所述第一光檢測(cè)元件檢測(cè)所述第一反射光的所述多角鏡的角度位置、和所述第二光檢測(cè)元件檢測(cè)所述第二反射光的所述多角鏡的角度位置之間的偏差，在所述多角鏡的各反射面的每一個(gè)上為10度以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置，其特征在于所述第一光檢測(cè)元件和所述第二光檢測(cè)元件均為光電二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多角鏡馬達(dá)的測(cè)量裝置，包含第一光源；第一光檢測(cè)元件，由所述多角鏡反射從所述第一光源射出的第一測(cè)量光，并經(jīng)由第一縫隙檢測(cè)反射的第一反射光；第二光源；第二光檢測(cè)元件，由所述多角鏡反射從所述第二光源射出的第二測(cè)量光，并檢測(cè)反射的第二反射光；和演算器，基于所述第一光檢測(cè)元件的輸出信號(hào)和第二光檢測(cè)元件的輸出信號(hào)之間的時(shí)間差進(jìn)行演算。這里，所述演算器輸出多角鏡的偏心和表面出入的至少一方。
文檔編號(hào)H02K15/16GK1770604SQ20051011293
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者東秀治, 作村泰德 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社