CN101923299B - 速度检测装置及多色图像形成装置 - Google Patents

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Abstract

一种速度检测装置，所述速度检测装置检测移动构件的速度、速度变动，其特征在于，包括：图像图案取得单元，其包括：激光光源和取得1维或2维图像的面传感器，该图像图案取得单元在所述移动构件和所述面传感器之间设有透镜，将从所述激光光源射出的光束照射到所述移动构件，使所述移动构件的散射光从所述移动构件散射，与所述移动构件的移动相关联地以预定时间间隔取得所述面传感器上的图像图案，所述面传感器上的图像图案是通过所述透镜由所述散射光形成的；速度算出单元，通过对所述图像图案取得单元取得的多个图像图案进行运算，算出所述移动构件的速度，其中，所述透镜是使缩小的对象物投影在所述面传感器上的缩小光学系统。

Description

速度检测装置及多色图像形成装置
技术领域
本发明涉及数字复印机、激光打印机、激光绘图仪、激光传真机或者这些机器的复合机等所使用的多色图像形成装置，尤其涉及对中间转印带、传送带的速度进行检测的速度检测装置，和具有该速度检测装置的采用中间转印方式或者直接转印方式的多色图像形成装置。
背景技术
为了适应高速化的要求，近年的颜色图像形成装置主要采用，并列地排列4个与4种颜色(黑色、青绿色、洋红色、黄色)的色粉对应的感光体(像载持体)的方式，即所谓的串联方式。串联方式要将在各感光体上显影的各色色粉的图像最终叠加在纸等的记录介质(规定形状的用纸、明信片、厚纸、OHP薄片等)上，其方式包括如下2种：直接叠加在记录介质上的直接转印的方式；使用中间转印带，在中间转印带上叠加各色色粉图像，一起转印到记录介质上的中间转印带方式。并且，如果没有高精度地驱动传送直接转印方式中的纸等的记录介质的传送带、或中间转印带方式中的中间转印带，会导致发生颜色偏差。
为了高精度地驱动上述的中间转印带，例如，已知如专利文献1(特开2008-65743号公报)所述的方法，在带上直接形成标记，通过读取该标记检测带的速度变动，并将其反馈到驱动马达以实现高精度驱动。
但是，该专利文献1所记载的现有技术中，在中间转印带上直接形成标记是非常花费时间的，因此量产性不好，是造成成本升高的主要原因。
又，在专利文献2(特开2003-266828号公报)公开的实施例中，通过2维图像传感器检测观测对象物的激光光斑并进行驱动控制，以进行高精度的纸张传送。
但是，在该专利文献2中记载的现有技术中没有关于光学系统的记载，而且，也没有关于检测误差的校正方法的记载。
专利文献3(特开2007-283721号公报)公开了图像形成装置，其利用照射激光感光鼓的反射光所产生的光斑图案算出感光体鼓的移动速度，以控制感光体的旋转速度。
但是，在该专利文献3中记载的现有技术中没有关于光学系统的详细的记载，而且，也没有关于检测误差的校正方法的记载。又，作为图像形成装置，其限定于感光体鼓的检测。
专利文献4(特表2007-519944号公报)涉及如下方法，信息安全用的密码不是数理逻辑的算法，而是根据光检测器检测出的明暗信号生成物理上不能复制的密码，该光检测器使激光照射到光散射物体产生的光斑图案像素化，该方法明确示出光斑图案的亮块、暗块的大小和光检测器像素的大小的关系。
但是，该专利文献4记载的现有技术是为了根据光斑图案产生密码信号而被最佳化的检测条件，与本申请记载的最适用于利用光斑图案进行移动物体的速度检测的检测条件相比，其目的不同，不易类推。
发明内容
本发明的目的在于至少部分解决现有技术的问题。
本发明提供一种速度检测装置，所述速度检测装置检测移动构件的速度、速度变动，其特征在于，包括：图像图案取得单元，其包括：激光光源和取得1维或2维图像的面传感器，该图像图案取得单元在所述移动构件和所述面传感器之间设有透镜，将从所述激光光源射出的光束照射到所述移动构件，使所述移动构件的散射光从所述移动构件散射，与所述移动构件的移动相关联地以预定时间间隔取得所述面传感器上的图像图案，所述面传感器上的图像图案是通过所述透镜由所述散射光形成的；速度算出单元，通过对所述图像图案取得单元取得的多个图像图案进行运算，算出所述移动构件的速度，其中，所述透镜是使缩小的对象物投影在所述面传感器上的缩小光学系统。
本发明还提供权一种速度检测装置，所述速度检测装置检测移动构件的速度、速度变动，其特征在于，包括：图像图案取得单元，包括：激光光源；和取得1维或2维图像的面传感器；该图像图案取得单元在所述移动构件和所述面传感器之间设有透镜，将从所述激光光源射出的光束照射到所述移动构件，使所述移动构件的散射光从所述移动构件散射，与所述移动构件的移动相关联地以预定时间间隔取得所述面传感器上的图像图案，所述面传感器上的图像图案是通过所述透镜由所述散射光形成的；存储单元，预先存储与所述移动构件上的多个位置对应的图像图案，其中，所述移动构件是无端移动构件，所述移动构件的速度通过对存储于所述存储单元的图像图案和所述图像图案取得单元取得的图像图案进行运算来检测。
结合附图阅读下面提供的本发明的实施方式的详细描述，可以更好的理解本发明的上述几其他目标、特征、优点以及技术和工业上的重要性。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施形态的中间转印方式的多色图像形成装置的概略构成图。
图2是示出本发明的另一个实施形态的直接转印方式的多色图像形成装置的概略构成图。
图3是示出本发明的一个实施形态的速度检测装置的概略构成图。
图4是示出对带状构件照射激光时的光斑图案的一个实例的图。
图5是示出图3的速度检测装置的面传感器的能够成像区域的图。
图6是示出激光照到散射性介质上，通过CCD照相机摄影，进行互相相关运算的实验结果的图。
图7是示出在多色图像形成装置展开的光扫描装置的一个实例的概略构成图。
图8是示出液晶偏转元件的结构实例的模式图。
图9是示出使用透镜使由照明光照明的移动构件在面传感器上成像的状态的图。
图10是示出面传感器的受光区域和成像于面传感器上的照明区域的像的一个实例的平面图。
图11是示出面传感器的受光区域和成像于面传感器上的照明区域的像的另一个实例的平面图。
图12是示出面传感器的受光区域和成像于面传感器上的照明区域的像的另一个实例的平面图。
图13是示出速度检测实验中，最大相关距离是500μm时的速度检测结果的图表。
图14是示出速度检测实验中，最大相关距离是250μm时的速度检测结果的图表。
图15是示出速度检测实验中，最大相关距离是200μm时的速度检测结果的图表。
符号说明
1Y，1M，1C，1K：感光体(像载持体)
2Y，2M，2C，2K：带电器(带电单元)
4Y，4M，4C，4K：显影器(显影单元)
5Y，5M，5C，5K：清洁单元
6Y，6M，6C，6K：转印单元
20：光扫描装置(潜像形成单元)
30：定影单元
40：二次转印单元(第2转印单元)
51：激光光源
52：准直透镜
53：移动构件
54：光阑
55：透镜(缩小光学系统)
56：面传感器
105：中间转印带
106：传送带
301，302，303，304：感光体鼓
400：转印带
1001：光源单元
1041：线像形成透镜(柱面透镜)
1061，1062，1063，1064：扫描透镜
1111，1121：镜
2001：像面(被扫描面)
在先技术文献
专利文献
【专利文献1】特开2008-65743号公报
【专利文献2】特开2003-266828号公报
【专利文献3】特开2007-283721号公报
【专利文献4】特表2007-519944号
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的构成、动作及作用效果详细地进行说明。
首先，对多色图像形成装置的基本的构成例进行说明。
图1示出本发明的多色图像形成装置的基本的构成例。图中的符号1Y、1M、1C、1K是沿着中间转印带105并列设置的像载持体，该像载持体是鼓状的感光体。各感光体1Y、1M、1C、1K在图中的箭头方向旋转，在其周围配置有作为带电单元的带电器2Y、2M、2C、2K(图中示出的是利用带电滚轮的接触式带电器，但此外也可以使用带电刷、非接触式的电晕充电器等)，作为显影单元的各色显影器4Y、4M、4C、4K，一次转印单元(转印充电、转印滚轮、转印刷子等)6Y、6M、6C、6K，感光体清洁单元5Y、5M、5C、5K等。又，图中的符号30表示定影单元，40表示二次转印单元，41表示传送单元。
各感光体1Y、1M、1C、1K通过带电器2Y、2M、2C、2K均匀地带上电，然后，通过作为潜像形成单元的光扫描装置20，以对应图像信息进行强度调制后的光束(例如激光)对其进行曝光，形成静电潜像。关于进行该曝光工序的光扫描装置20的基本的构成将在后文中描述。
形成于各感光体鼓1Y、1M、1C、1K的静电潜像通过黄色(Y)显影器114Y、洋红色(M)显影器114M、青绿色(C)显影器114C、黑色(K)显影器114K来显影，作为黄色(Y)、洋红色(M)、青绿色(C)、黑色(K)的各色的色粉像被显像化。
图1是中间转印带方式的多色图像形成装置，在上述显影工序中显像化的各感光体1Y、1M、1C、1K上的色粉像依次叠加在中间转印带105上被一次转印。然后，叠加于中间转印带105上的各色色粉图像，一起被二次转印到由图中未显示的给纸部给纸并通过图中未显示的传送单元传送到二次转印单元40的位置的由纸张等记录介质上。。然后，将转印有色粉图像的记录介质，通过传送带等传送单元41传送到定影单元30，利用定影单元30将色粉图像定影到记录介质上，由此得到多色图像或者全色彩图像。然后，定影后的记录介质由图中未显示的排纸部、后处理装置等进行排出。
又，利用清洁单元5Y、5M、5C、5K的清洁构件(刮板、刷子等)对色粉图像转印后的各感光体1Y、1M、1C、1K进行清洁，除去残留色粉。又，色粉图像转印后的中间转印带105也利用图中未示的带清洁单元进行清洁，除去残留色粉。
又，图1所示的多色图像形成装置具有形成黄色(Y)、洋红色(M)、青绿色(C)、黑色(K)的任意1种颜色图像的单色模式，黄色(Y)、洋红色(M)、青绿色(C)、黑色(K)的任意2种颜色的图像叠合形成的2色模式，，黄色(Y)、洋红色(M)、青绿色(C)、黑色(K)的任意3种颜色的图像叠合形成的3色模式，上述的4种颜色的图像叠合形成的全色彩模式，通过在图中未显示的操作部指定并执行这些模式，能够形成单色、多色、全色彩的图像。
又，图1所示结构的多色图像形成装置是中间转印方式的多色图像形成装置，其构成是使用中间转印带105，从各感光体1Y、1M、1C、1K在中间转印带105上进行一次转印，形成各色的叠加图像之后，再从中间转印带105一起二次转印到纸等的记录介质上，但也可以如图2所示的结构的多色图像形成装置，其使用载持传送纸等的记录介质的传送带106来代替中间转印带，直接从各感光体鼓1Y、1M、1C、1K转印到纸等的记录介质上。如图2所示，该直接转印方式的多色图像形成装置中，纸张等的记录介质的进入路径与图1不同，通过传送带106将记录介质向各感光体鼓1Y、1M、1C、1K传送。
图2所示的多色图像形成装置也如上所述，各感光体1Y、1M、1C、1K通过带电器2Y、2M、2C、2K均匀地带上电，然后，通过作为潜像形成单元的光扫描装置20，以对应图像信息进行强度调制后的光束(例如激光)对其进行曝光，以形成静电潜像。形成于各感光体鼓1Y、1M、1C、1K的静电潜像通过黄色(Y)显影器114Y、洋红色(M)显影器114M、青绿色(C)显影器114C、黑色(K)显影器114K来显影，作为黄色(Y)、洋红色(M)、青绿色(C)、黑色(K)的各色的色粉像被显像化。然后，配合该显影工序中的时序通过从图中未显示的给纸部提供纸张等的记录介质，由图中未显示传送单元传送到传送带106并被载持到传送带106。载持于传送带106的记录介质向各感光体鼓1Y、1M、1C、1K传送，利用转印单元6Y、6M、6C、6K，将在上述显影工序中被显像化的各感光体1Y、1M、1C、1K的色粉像依次叠加转印。然后，将转印于记录介质上的4色叠加的色粉图像传送到定影单元30，利用定影单元30将色粉图像定影到记录介质上，由此得到多色图像或者全色彩图像。然后，定影后的记录介质由图中未显示的排纸部、后处理装置等进行排纸。
又，利用清洁单元5Y、5M、5C、5K的清洁构件(刮板、刷子等)对色粉图像转印后的各感光体1Y、1M、1C、1K进行清洁，除去残留色粉。
这里，图1、图2所示结构的多色图像形成装置，如果在中间转印方式中没有高精度地驱动中间转印带105，在直接转印方式中没有高精度地驱动传送带106，则会产生颜色偏差。为了带的高精度地驱动，考虑到高精度地加工全部的构成部品的方法，但因为构成部件较多，而且从成本的方面考虑，实际上很难实现。
因此，可以设置检测带速变动的检测单元，将其检测结果反馈到带驱动马达。因此，检测带速变动的速度检测装置是必要的。
为了检测带速变动，原来是在带上直接形成标记，但在带上进行加工比较困难，而且因加工花费时间而使得量产性不好，成为大幅成本提高的主要原因。
因此，本发明中提供一种不直接加工带，简便地检测带等的移动构件的速度变动的方法及装置。
下面，对具体的实施例进行说明。
图3示出本发明的速度检测装置的基本的构成例。该速度检测装置用于检测移动构件(中间转印带、传送带等的无端带状构件，或者鼓状部材)53的速度、速度变动，该速度检测装置包括：射出激光(激光束)的激光光源51；使激光光源51射出的激光成为略平行光的准直透镜52；能够取得1维或2维图像的面传感器56；设置于移动构件53和面传感器56之间的透镜55及光阑54。
然后，从激光光源51射出的通过准直透镜52被形成为略平行光的激光倾斜照射到移动构件53上，通过1维或2维的面传感器56从与移动构件53的移动平面垂直的方向上拍摄。移动构件53是表面或内部具有散射性的带状的构件，照射激光后，得到如图4所示称为光斑的随机的图像图案。
该光斑图案是与移动构件53的表面或内部的凹凸形状对应的图案，由激光的随机的干涉而形成。因此，如果移动构件53移动，光斑图案也会移动。作为光斑图案的特征，无论摄影位置是在光的行进方向的前还是后，都不会失去光斑图案，因此可以非常稳定地得到与移动构件53的表面或内部的凹凸形状对应的图像图案。因此，通常不需要面传感器56和移动构件53之间的透镜。但是，由于某些外因使得移动构件53相对于移动平面发生倾斜时，面传感器56上的光斑图案发生变化，则后述的进行速度变化检测时，会发生检测误差。
因此，为了避免上述的问题，可以在面传感器56和移动构件53之间设置至少1枚具有正光焦度的透镜55。而且，也可以设置多枚透镜55作为透镜系统。通过这样地设置正光焦度的透镜55，移动构件53即使相对于移动平面发生倾斜，也可以减小在面传感器56上的光斑模型的变化，抑制速度检测误差。
又，最好使面传感器56和移动构件53共轭，可以减小速度检测误差，但并不一定要满足共轭关系，即使稍偏离共轭关系，也具有降低由移动构件53的倾斜所产生的光斑图案的变化量的效果。因此，如果移动构件53所产生的倾斜不是很大，即使稍偏离共轭关系，在实际应用中也能够充分抑制速度检测误差。
进一步地，所述透镜55可以是使对象物在面传感器56上缩小投影的缩小光学系统。由此，可以使移动构件上的较大范围缩小在面传感器上，因此，可以使面传感器56小型化。而且，通过缩小光学系统，即使移动构件53的移动速度较快时，在面传感器上的光斑模式的移动速度也会减小。移动速度减小时，可以增加取得光斑图案的时间间隔，结果积累了运算处理等的时间，因此可以减轻电子电路的负担，降低电子电路的处理速度，进而可以实现低成本、低电力消耗。
又，如图3所示，面传感器56可以设置在与移动构件53移动的平面垂直的方向，这样，即使因为某些原因使得移动构件在与移动平面垂直的方向上移位，面传感器上的光斑图案在面传感器56的平面方向上也几乎没有偏移，因此，难以产生速度检测中的误差。如果面传感器56相对于移动平面倾斜地配置，移动构件53在与移动平面垂直的方向上移位时，面传感器上的光斑图案会相对于面传感器56的平面方向偏离，可能带来检测误差。因此，通过在与移动平面垂直的方向上设置面传感器56，能够抵抗外因影响，进行稳定的速度检测。
使用图3所示的透镜55时，面传感器上的光斑的大小取决于像侧的数值孔径(NA)。因此，在透镜55的附近设置光阑54，使光阑54的大小变化，则光斑的大小发生变化，如果光阑54变小则光斑变大，如果光阑54变大则光斑变小。光斑的大小如果比面传感器56的像素间距还小，则有可能增大检测误差，如果过度大于像素间距，则存在于面传感器上的光斑变少，有可能导致增大检测误差。由此，有必要相对于使用的面传感器56的像素间距确切地确定光斑的大小，因此，在移动构件53和面传感器56之间设置光阑54，可以确切地设定光斑的大小。又，光阑54的设置位置最好在透镜55的附近，但也可以在其它地方。
这里，对上述的光斑图案的大小进行进一步地说明。
图9是示出使用透镜55使由照明光照明的移动构件53在面传感器56上成像的状态的图。如图9所示，如果照明光60的波长为λ，透镜成像的集光角为α，则使用透镜55使移动构件53在面传感器56上成像时的成像面光斑的最小径d如下：
d＝λ/α…(1)
而且，如果成像倍率为M，光阑的孔径比为F，则，
d＝(1+M)λF  …(2)
这样地，透镜55的成像面上的最小光斑的直径由成像倍率、波长、F值唯一地确定。
下面描述相对于面传感器56的像素间距，设定怎样尺寸的最小光斑直径为好。
首先，当最小光斑的直径小于面传感器56的像素间距时，最小光斑的直径需要大于面传感器56的像素间距的1/2。其原因是有对与面传感器56的1个像素，不能产生2个以上光斑的限制。光斑的作用是作为对象的移动构件53上的假想的刻印的标记，检测作为该刻印标记的光斑图案的移动，以检测移动构件53的速度，但如果对应面传感器56的1个像素产生2个以上的光斑，则要汇集累加该刻印标记的2份的信息，再进行检测，这样各个光斑图案带来的信息量被削减，难以进行高精度地检测。
因此，希望最小光斑的直径至少大于面传感器56的像素间距的1/2。
另一方面，关于最小光斑直径的大小的上限，不能像下限那样进行理论的基准的设定。因此，通过实验调查面传感器56的像素间距所对应的最小光斑直径的上限。
作为实验条件，设定对于移动构件53，在光源波长λ＝830nm、成像倍率M＝040倍的成像系统中，透镜55的F值为F＝8、12、16的3种情况下，进行检测实验。此时的面传感器56的像素间距是9.5μm，又，检测像素数量是80×40像素。又，向移动构件53的照明光是平行光。
该条件下，F值是F＝8时，根据上述的(2)式，最小光斑直径d＝9.3μm。又，F＝12时，d＝13.9μm，F＝16时，d＝18.6μm。
由此，最小光斑直径在F＝8时，大致等于像素间距，在F＝12时，约是像素间距的1.5倍，在F＝16时，约是像素间距的2倍。
利用以上的实验条件，每隔50μm移动移动构件53，并存储面传感器56所检测的光斑图案图像。进行在这些50μm间距所取得的光斑图案的各图像和移动基点的初期图像的互相关运算。然后，算出互相关峰值的发生位置，算出光斑图案的位置偏离量(相关距离)。然后，求出最大相关距离，最大相关距离是产生移动初期图像所对应的相关峰值的最大的移动距离(可以检测的最大光斑图案位置偏离量)。
这里，互相关运算是进行如定义的通常的相关处理。又，(最小光斑直径))/(像素间距)＝像素间距比。
实验结果如下述的表1所示。
表1
  透镜F值   最小光斑直径(μm)   像素间距比   最大相关距离(μm)
  8   9.3   约1   500
  12   13.9   约1.5   450
  16   18.6   约2   250
表1中，与透镜F的值F＝8对应，F＝16时，最大相关距离减半。由上述结果可知，与像素间距比＝1对应，最大相关距离减半的像素间距中，大概是像素间距比＝2。
由此，希望光斑速度检测中的面传感器面上的最小光斑直径至少是面传感器56的像素间距的约1/2以上，又，最大是像素间距的约2倍以下。
然后，图9中，由照明光60照明的移动构件53上的照明区域利用透镜55以成像倍率M倍在面传感器56的受光面上成像。图10是面传感器56的受光面(受光区域)的平面图，示出在面传感器56的受光面(受光区域)上成像的照明区域的像61。照明区域像61由式(1)、式(2)所示的具有最小光斑直径的光斑图案形成。此时，希望面传感器56的受光面的大小与光斑图案所形成的照明区域像61的大小大约相等。原因是在面传感器56的受光面的整面形成光斑图案，能够在最大范围检测关于光斑图案的移动信息，以进行高精度的速度检测。
这里，面传感器56的受光面的大小与光斑图案所形成的照明区域像61的大小大约相等，并不限定于图10的情况，图11所示的面传感器56的受光区域大约内接于照明区域像61的情况也是可以的。又，如图12所示，面传感器56的受光区域大约外接于照明区域像61也是可以的。
通过这样地，通过确切地设定面传感器56的受光面上的照明区域像61的大小，能够在最大范围检测关于光斑图案的移动信息，可以进行高精度的速度检测。
又，以上说明的关于最小光斑直径的上限值的实验中，根据表1的结果，最小光斑直径的上限在像素间距的约2倍以下，下面对其理由进行说明。
表1的各像素间距比中，介质的移动速度约为300mm/s时，进行利用光斑相关检测的速度检测实验，得到如下结果。
像素间距比约为1(最大相关距离500μm)时，速度检测结果如图13所示的图表，可以进行良好地速度检测。像素间距比约为2(最大相关距离250μm)时，速度检测结果如图14所示的图表，可以在实用上没有问题的程度上检测速度。
但是，在同样的实验条件下，求出的最大相关距离短于250μm，即为200μm时，其像素间距比大约为2.8时，速度检测结果如图15所示的图表，不能进行实际地速度测定。
因此，理想的是，最小光斑直径的上限在最大相关距离250μm以上，即，像素间距比约为2以下(像素间距的约2倍以下)。
然后，为了通过本实施例的速度检测装置检测移动构件53的速度变化，可以在一定时间间隔持续取得图像图案(光斑图案)。通过在一定的时间间隔取得的光斑图案，作为检测移动构件53的速度变动的方法，首先能够通过在时间上临近的2个光斑图案，运算求出光斑图案的移动量。这里，在时间上分离的2个光斑图案的移动量较大。光斑图案的移动量较大时，容易发生光斑图案的变形，检测速度变动时的误差可能较大。因此，通过在时间上连续的2个光斑图案运算求出光斑模式的移动量的情况下，速度变动检测的检测误差较小，更适于本发明。
这里，2个光斑图案之间的移动量为Δ，2个光斑图案的时间间隔为τ，移动构件53的部分的速度v如下：
v＝kΔ/τ
通过更新2个光斑图像，反复进行v的计算，可以检测移动构件53的速度变动。这里，k是比例常数，通过激光、透镜的位置等的光学的条件来确定。因此，需要预先求出k。
在移动构件上的移动构件53的行进方向的激光(光束)宽度为ws时，重要的是，ws和τ的关系如下：
2vτ＜ws＜10vτ
通过如上式设定ws及τ，可以高精度地求出光斑图案的移动量，即，移动构件53的速度变动。又，光束直径ws定义为强度是最大强度的1/e^2时的宽度。Ws小于2vτ时，对应光束的大小，其读入间隔过长，2个光斑图案的移动量过大，光斑图案变形，运算求出移动量时的误差变大。Ws大于10vτ时，光束直径变得过大，光利用效率降低，不能检测高速的移动构件53的速度变动。又，如果读入的时间过短，对于光斑图案移动量的运算要求有非常高的速度，从而引起消耗电力增大、成本提高、运算跟不上等弊病。
又，面传感器56只要可以1维或2维检测图像图案就可以。例如，可以使用CCD(电荷耦合装置)、CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器、光电二极管(PD光电)阵列等。又，使用1维面传感器时，需要设定面传感器56的长度方向与移动构件(带等)53的移动方向大致平行。
本实施例的速度检测装置应用于图1或者图2所示的多色图像形成装置时，问题在于移动构件(中间转印带105、传送带106)53的行进方向的速度变动，因此，面传感器56可以是1维的面传感器。由此，可以大幅降低运算的数据量，进行高速运算，并且可以抑制消耗电力。
如图5所示，在移动构件表面的移动构件53的行进方向(移动方向)上，面传感器56的能够成像区域宽度为wa，设定透镜55的倍率、入射光束的大小使其满足下式。
wa＜ws＜5wa
上述式中ws比wa小时，面传感器56的能够成像的区域(移动构件的行进方向)中，光源的强度分布发生到无法忽略的程度，因此，在速度检测中容易发生误差。又，ws比wa大时，虽然光源的强度分布在面传感器56的能够成像区域(移动构件53的行进方向)可以忽略，但ws比5wa大的话，进入到面传感器56的光量减少，并不是理想的情况。因此，通过设定为满足如下条件：
wa＜ws＜5wa
由于在面传感器56的能够成像区域(移动构件53的行进方向)中，光源的强度分布可以忽略，因此，能够进行高精度地速度检测，并且面传感器56可以得到充分的光量。
假设移动构件53是如无端带状(两端和两端接上成为环状)或鼓状的没有端部的，并且移动构件表面形成环状(本发明总称为无端移动构件)。下面以带状移动构件为例进行说明，鼓状的没有端部的无端移动构件也是一样的。
移动构件53是带状时，需要检测起始点。特别是在图像形成装置中，在进行图1、图2所示的中间转印带105、传送带106的速度变动的检测中，应用本发明的速度检测装置的情况下，该检测尤为重要。原因在于，由于带的厚度偏差、旋转偏差的周期性，有发生色彩偏差的可能性。如果可以检测起始点，因为可以校正带一周的检测误差，可以较高精度地检测带的速度变动。
作为检测起始点的方法，可以采用在带上做标记，并检测该标记的方式，但是本发明中最好的方法是，通过对在与起始点对应的位置预先取得的图像图案(光斑图案)和新取得的图像图案进行运算，以进行起始点检测。该方法只要设置存储起始点所对应的光斑图案的存储单元(例如不易失存储器等)即可，非常简便。且没有必要加工带以做出标记，从而能够实现低成本。
作为检测起始点的具体方法，首先在预想为起始点的位置取得光斑图案。该取得位置作为x0’。然后，通过预先存储的起始点所对应的光斑图案和取得的光斑图案的运算取得光斑图案，求出该取得的光斑图案相对于起始点所对应的光斑图案的偏差量Δx0。这样，起始点的位置x0可以通过下式求出：
x0＝x0’+Δx0
又，作为其它的方法，可以从时间来考虑。以在预想为起始点的位置取得光斑图案的时间为t0’。然后，求出Δx0。利用与在预想为起始点的位置取得的光斑图案在时间上连续、或时间上接近的光斑图案，通过上述的方法，求出带部分的移动速度v。
因此，起始点的时间t0可以通过下式求出：
t0＝t0’+Δx0/v
如上所述，通过连续地求出带部分的移动速度v，能够求出带一周的长度、时间，虽然带一周较长时，求出部分的移动速度v时的微小的误差被积累，在带一周的长度、时间上可能会产生不可忽视的量的误差，但是如果检测起始点，则可以校正该误差。预先存储的起始点位置x0和预想的起始点位置x0’的偏差Δx0是在带一周上积累来的误差。又，如果知道带一周的误差，通过使用该误差进行比例换算，可以校正部分的移动速度v、和带一周的途中位置的检测结果的误差，以更高的精度地检测带的速度变动。
又，预先存储的、与起始点对应的光斑图案，最好在出厂时存储，也能在电源投入时的校准时存储。
进一步地，为了高精度地检测带、鼓等的无端移动构件的速度变动，不仅检测起始点这一处，还可以检测无端移动构件上的多个位置，由此，可以在无端移动构件上的多个位置依次校正速度变动的检测误差，因此，可以高精度地检测无端移动构件的速度变动。
作为检测无端移动构件(例如带)的多个位置的方法，可以在带上做标记，并检测该标记，本发明最理想的方法是，预先取得带的多个位置所对应的光斑图案，将其存储到存储单元的方法。通过存储带上的行进方向的多个位置x1、x2、…、xn所对应的光斑图案，并以与上述方法相同的方法检测x1、x2、…、xn和在预想位置所取得的光斑图案的位置x1’、x2’、…、xn’的偏差Δx1、Δx2、…、Δxn，由此，不仅可以检测带一周的误差，而且由于能够检测到检测带的途中的位置x1、x2、…xn的误差，从而可高精度地校正带的速度变动。
上述中，说明了基本上在一定时间间隔取得的光斑图案中，使用时间上连续、或时间上临近的2个图像图案来检测带的速度变动的方法，也可采用如下的方法作为其它的方法。
在移动构件的行进方向中，在一定间隔(并不一定要一定间隔)的位置，预先存储移动构件的光斑图案。然后，通过运算取得的光斑图案的移动量，可以算出取得光斑图案的位置和存储着的位置的偏差。例如，对移动构件上的位置x1处存储着的光斑图案，与在被设想为存储光斑图案的位置x1的位置x1’取得的光斑图案之间的移动量进行计算，其移动量设为Δx1时，
x1＝x1’+Δx1
通过对存储光斑图案的位置x1、x2…xn反复进行该运算，可以求出偏差Δx1、Δx2、…Δxn，检测移动构件的速度变动。
为了增强散射光，希望所述移动构件53的表面的表面粗糙度大。又，希望面的微小的凹凸结构(表面粗糙度的形状)不会随时间变化。如果凹凸结构不会随时间变化，则光斑图案也不会变化。如果光斑图案变化，例如对存储的光斑图案进行运算处理时，误差可能会随时间增大。又，如果凹凸结构经磨耗变小，光散射强度也变弱，可能导致光量不足，这样一来，检测精度可能降低。因此，通过保护移动面的微小的凹凸结构，可以抑制随时间推移的速度检测精度的降低。为了保护移动构件53的微小的凹凸结构，可以在移动构件53的表面涂覆透光性介质。
又，如果考虑到对于图像形成装置的中间转印带等的应用，则为了抑制转印时的色粉的颗粒等，希望带表面平坦。因此，最好透光性介质的表面与透光性介质下的介质的界面的表面粗糙度比透光性介质的表面粗糙度大。这样可保持带表面的平坦性，且，由于被透光性介质覆盖，透光性介质的表面和透光性介质下的介质的界面处能产生较强的散射光，是理想的情况。如果带的最表面的表面粗糙度大，则会导致转印时的画质低下，不是希望得到的结果。如上所述，不会引起画质劣化，可以得到较强的散射光。
这里，透光性介质没有必要是光学地完全地透明，有一点儿吸收能力也可以。
上述的根据2个光斑图案算出移动量的运算可以通过互相关运算进行。互相关运算由下式来表示。这里，2个光斑模型表示为f1、f2，傅里叶变换表示为F[]，逆傅里叶变换表示为F-1[]，记号★表示互相关运算，*表示相位共轭。
f1★f2*＝F-1[F[f1]·F[f2]*]
f1★f2*是互相关运算后的图像数据，如果是2维图像则f1、f2是2维的数据，如果是1维图像则f1、f2是1维的数据。f1★f2*的图像数据中，最陡的峰值(相关峰值)的强度的位置(图像的中心是0)表示2个光斑模式的位置偏差量(相关距离)。因此，通过进行寻找最陡峰值的运算，可以算出2个光斑图案的移动量。这样地，使用互相关运算的方法，可以利用高速傅里叶变换，因此，可以通过比较少的运算量、高精度地检测光斑图案的位置偏差量(相关距离)。
图6示出实施例。图6是显示激光照到散射性介质上，通过CCD照相机摄影，进行互相关运算的实验结果的图，(a)是移动前的实施例，(b)是向右移动100μm的实施例。又，在CCD照相机的前面设置透镜，散射性介质表面和CCD表面大致为共轭关系，拍摄倍率约为1倍。由于拍摄倍率是1倍，因此，由相关峰值的位置算出的光斑图案的移动量与散射性介质的移动量一致。(c)是互相关运算后的图像图案，在广泛的强度分布中，产生较陡的相关峰值(由白色圆形包围)。又，图像数据的中心由白色虚线的圆包围。该相关峰值没有被埋在广泛的强度分布中，但是由于广泛的强度分布的峰值可能变高，因此，寻找最陡的峰值的位置是重要的。
上述的广泛的强度分布有问题时，可以使用相位限定相关。相位限定相关由下式来表示。这里，P[]表示在复数振幅中，只取出相位(振幅都设为1)。
f1★f2*＝F-1[P[F[f1]]·P[F[f2]*]]
相位限定相关的计算的实施例如图6(d)所示。由图6(d)可知，没有产生如同图(c)中所产生的广泛的强度分布，只产生相关峰值。这样地使用相位限定相关的方法，可以更高精度地计算2个光斑图案的位置偏差。
上述说明的速度检测装置可以使用于多色图像形成装置所使用的中间转印带(中间转印带方式)、传送带(直接转印方式时)的带一周内的速度变动的检测。由此，可以检测中间转印带、传送带的速度变动，作为对中间转印带或者传送带的速度进行校正的带速度校正单元，通过将其信息反馈到例如驱动马达，可以将速度变动控制到约为0，这样，可以提供抑制图像伸缩、色差的高画质的彩色图像。
又，作为定影装置所使用的带状构件、滚轮状构件，也能够使用上述中说明的速度检测装置检测速度变动，进行校正。
进一步地，能够将上述的中间转印带、传送带的速度变动的检测结果反馈到写入开始位置校正单元(例如，设置在光扫描装置内的液晶偏转元件)，该写入开始位置校正单元通过光扫描装置20校正写入开始位置。液晶偏转元件通过施加到液晶的电压，可以使到达感光体的光的位置移动到与感光体的旋转方向平行的方向。一旦带的速度变动，虽然各色图像的叠加发生偏差，各色图像自身发生伸长、缩短，但由于可通过使用液晶偏转元件校正带的速度变动，从而校正各色色粉图像的形成位置、图像的伸缩，得到没有颜色偏差、图像伸缩的高画质输出图像。
下面，对使用液晶偏转元件的光扫描装置进行说明。图7是示出在多色图像形成装置展开的光扫描装置的一个实例的概略构成图。
图7中，4个感光体鼓301、302、303、304(相当于图1或者图2的感光体1Y、1M、1C、1K)沿着转印带400(相当于图1的中间转印带105或者图2的传送带106)的移动方向排列，依次转印不同颜色的色粉像而形成彩色图像的图像形成装置中，各光扫描装置一体构成，并通过单一的光偏转器(例如，多面反射镜)1050扫描全部的光束。多面反射镜1050是6面2段的结构。
更具体地说，光扫描装置包括：光源单元1001；使光源单元1001发出的光束偏转并扫描的单个多面反射镜1050；使利用多面反射镜1050进行扫描的扫描光束成像在感光体鼓301、302、303、304的被扫描面的扫描透镜1061、1062、1063、1064，这里，在与多面反射镜1050相对方向上各进行两组扫描。又，在图7中为了说明的简略化，光源单元、扫描透镜以后的光学系统只示出1组。
在光源单元1001，装载有光源(例如，半导体激光(LD)、LD阵列等)、耦合透镜、光阑。从光源单元1001的图中未显示的光源射出的光束，通过图中未显示的耦合透镜被大致平行光化或大致发散光束化或大致集中光束化，然后，利用图中未显示的光阑切取需要的光束宽度，利用线像形成透镜(柱面透镜)1041，在多面反射镜1050附近在副扫描方向上一次集光，利用扫描透镜L1：1061形成的扫描光学系统在像面(被扫描面)2001上形成光束点。这样，在通常的光扫描装置中，为由多面反射镜1050的镜间的反射偏差所引起的光学特性的劣化，采用在多面反射镜附近在副扫描方向上进行一次集光的反射偏差校正光学系统。扫描透镜是树脂制的，可以在1个或者多个光学面上形成衍射光栅。通常，在光偏振光单元和像面之间插入折回型镜1111、1121，使光路被折叠。又，虽然示出由1枚的扫描透镜构成扫描光学系统的实施例，但也可以使用2枚或2枚以上的扫描透镜。
这里，利用光扫描装置校正写入开始位置的写入开始位置校正单元(例如液晶偏转元件)可以设置在光源单元1001的耦合透镜和柱面透镜1041之间。施加电压后具有某偏光方向的光的折射率会变化，液晶偏转元件是利用这一点使光偏转的元件，并不限于液晶，也可以使用LiNbO3等的其他的电子光学材料来实现。下面，作为电子光学材料以液晶为例进行说明。图8是示出液晶偏转元件的构造的模式图。
液晶偏转元件的结构是透明电极1、2、…、n通过电阻元件电气连接。这里，在端子1和端子2设置电位差后，透明电极的电位从端子1向端子2呈大致线性变化。如果对液晶施加电压，相对于沿液晶的光学轴的偏振光的光的折射率发生变化，透明电极的某个部分的折射率从端子1到端子2呈线性变化。由于其与棱镜一样，透射过透明电极的某个部分的光如图所示发生偏转。又，可以通过使端子1和端子2的电位差发生变化，使得偏转的量发生变化。通过使偏转方向与感光体的旋转方向(副扫描方向)对应，可以对各色色粉图像的形成位置、图像伸缩进行校正。

Claims (29)

1.一种速度检测装置，所述速度检测装置检测移动构件的速度、速度变动，其特征在于，包括：
图像图案取得单元，其包括：激光光源和取得1维或2维图像的面传感器，该图像图案取得单元在所述移动构件和所述面传感器之间设有透镜，将从所述激光光源射出的光束照射到所述移动构件，使所述移动构件的散射光从所述移动构件散射，与所述移动构件的移动相关联地以预定时间间隔取得所述面传感器上的图像图案，所述面传感器上的图像图案是通过所述透镜由所述散射光形成的；所述图像图案是光斑图案，所述面传感器的面上的所述光斑图案的最小光斑直径是所述面传感器的像素间距的1/2以上；
速度算出单元，通过对所述图像图案取得单元取得的多个图像图案进行运算，算出所述移动构件的速度，
其中，所述透镜是使缩小的对象物投影在所述面传感器上的缩小光学系统，所述移动构件是无端的移动构件，该速度检测装置进一步包括用以检测所述移动构件的起始点的起始点检测器。
2.如权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，
所述面传感器设置在与所述移动构件移动的平面大约垂直的方向上。
3.如权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，
在从所述移动构件到所述面传感器的光路上设置光阑。
4.如权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，
设在所述移动构件的行进方向上、所述移动构件上的光束的宽度是ws，所述移动构件的速度是v，取得所述图像图案的时间间隔是τ时，ws及τ被设定为满足如下条件：
2vτ＜ws＜10vτ。
5.如权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，
设在所述移动构件的行进方向上、所述移动构件上的光束的宽度是ws，在所述移动构件的行进方向上、在所述移动构件的表面的能够成像于所述面传感器的区域的宽度为wa，其满足如下条件：
wa＜ws＜5wa。
6.如权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，
使用时间上相邻的2个图像图案，算出所述移动构件的速度。
7.如权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，
所述起始点检测器包括存储对应起始点位置的图像图案的存储单元，通过对所述图像图案取得单元所取得的图像图案进行运算，进行起始点检测。
8.如权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，
所述速度检测装置进一步包括：
检测该移动构件上的多个位置的位置检测器；
使用所述位置检测器的检测结果，对所述速度算出单元算出的速度进行校正的速度算出结果校正单元。
9.如权利要求8所述的速度检测装置，其特征在于，
所述位置检测器包括存储对应所述移动构件上的多个位置的图像图案的存储单元，通过对所存储的图像图案和所述图像图案取得单元所取得的图像图案进行运算，进行检测各个位置。
10.如权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，
所述图像图案是光斑图案，
所述光斑图案形成在其上的被照射区域的大小与所述面传感器的受光表面的大小大致相等。
11.如权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，
所述移动构件被表面具有透光性的介质覆盖，具有透光性的介质与其下面的介质之间的界面的表面粗糙度大于所述具有透光性的介质的表面的表面粗糙度。
12.如权利要求1所述的速度检测装置，其特征在于，
所述运算是互相关运算。
13.如权利要求12所述的速度检测装置，其特征在于，
所述运算进一步包括寻找最陡峰值的运算。
14.如权利要求12所述的速度检测装置，其特征在于，
所述互相关运算是只使用相位信息进行相关的相位限定相关运算。
15.一种多色图像形成设备，其特征在于，包括：
多个像载持体；
使用各光束点对所述多个像载持体进行光扫描以形成静电潜像的光扫描装置；
显影单元，其通过各色色粉对由所述光扫描装置在所述多个像载持体上形成的各静电潜像进行显像；
与所述多个像载持体相对的，能够移动地被设置的中间复印带；
第1及第2复印单元；
定影单元，其中通过所述第1复印单元将在所述多个像载持体上显像的各色色粉图像复印到所述中间复印带，并在该中间复印带上将各色色粉图像重叠，重叠之后的各色色粉图像通过所述第2复印单元复印到片状记录介质上，该定影单元将复印于所述记录介质上的各色色粉图像固定以形成多色或者彩色图像，
所述多色图像形成设备进一步包括权利要求1所述的速度检测装置，以检测所述中间复印带的速度。
16.如权利要求15所述的多色图像形成设备，其特征在于，进一步包括：
通过所述光扫描装置校正写入开始位置的写入开始位置校正单元，和
对所述中间复印带的速度进行校正的带速度校正单元中的至少一个。
17.一种多色图像形成设备，其特征在于，包括：
多个像载持体；
使用各光束点对所述多个像载持体进行光扫描以形成静电潜像的光扫描装置；
显影单元，通过各色色粉对由所述光扫描装置在所述多个像载持体上形成的各静电潜像进行显像；
与所述多个像载持体相对，能够移动地被设置并传送片状记录介质的传送带；
复印单元；
定影单元，其中通过所述复印单元将在所述多个像载持体上显像的各色色粉图像直接复印到所述传送带传送的记录介质上，所述各色色粉图像在该记录介质上重叠，该定影单元将在所述记录介质上重叠的各色色粉图像固定以形成多色或者彩色图像，
所述多色图像形成设备，进一步包括权利要求1所述的速度检测装置，以检测所述传送带的速度。
18.如权利要求17所述的多色图像形成设备，其特征在于，进一步包括：
通过所述光扫描装置较正写入开始位置的写入开始位置较正单元，和
对所述传送带的速度进行校正的带速度校正单元中的至少一个。
19.一种速度检测装置，所述速度检测装置检测移动构件的速度、速度变动，其特
征在于，包括：
图像图案取得单元，包括：激光光源；和取得1维或2维图像的面传感器；该图像图案取得单元在所述移动构件和所述面传感器之间设有透镜，将从所述激光光源射出的光束照射到所述移动构件，使所述移动构件的散射光从所述移动构件散射，与所述移动构件的移动相关联地以预定时间间隔取得所述面传感器上的图像图案，所述面传感器上的图像图案是通过所述透镜由所述散射光形成的；
存储单元，预先存储与所述移动构件上的多个位置对应的图像图案，
其中，所述移动构件是无端移动构件，所述移动构件的速度通过对存储于所述存储单元的图像图案和所述图像图案取得单元取得的图像图案进行运算来检测。
20.如权利要求19所述的速度检测装置，其特征在于，
所述图像图案是光斑图案，所述面传感器的面上的所述光斑图案的最小光斑直径是所述面传感器的像素间距的1/2以上。
21.如权利要求19所述的速度检测装置，其特征在于，
所述图像图案是光斑图案，
所述光斑图案形成在其上的被照射区域的大小与所述面传感器的受光表面的大小大致相等。
22.如权利要求19所述的速度检测装置，其特征在于，
所述移动构件被表面具有透光性的介质覆盖，具有透光性的介质与其下面的介质的之间的界面的表面粗糙度大于所述具有透光性的介质的表面的表面粗糙度。
23.如权利要求19所述的速度检测装置，其特征在于，
所述运算是互相关运算。
24.如权利要求23所述的速度检测装置，其特征在于，
所述运算进一步包括寻找最陡峰值的运算。
25.如权利要求23所述的速度检测装置，其特征在于，
所述互相关运算是只使用相位信息进行相关的相位限定相关运算。
26.一种多色图像形成设备，其特征在于，包括：
多个像载持体；
使用各光束点对所述多个像载持体进行光扫描以形成静电潜像的光扫描装置；
通过各色色粉对由所述光扫描装置在所述多个像载持体上形成的静电潜像进行显像的显影单元；
与所述多个像载持体相对的，能够移动地被设置的中间复印带；
第1及第2复印单元；
定影单元，其中通过所述第1复印单元将在所述多个像载持体上显像的各色色粉图像复印到所述中间复印带，并在该中间复印带上将各色色粉图像重叠，重叠之后的各色色粉图像通过所述第2复印单元复印到片状记录介质上，该定影单元将复印于所述记录介质上的各色色粉图像固定以形成多色或者彩色图像，
所述多色图像形成设备进一步包括权利要求19所述的速度检测装置，以检测所述中间复印带的速度。
27.如权利要求26所述的多色图像形成设备，其特征在于，
利用所述光扫描装置校正写入开始位置的写入开始位置校正单元，和
对所述中间复印带的速度进行校正的带速度校正单元中的至少一个。
28.一种多色图像形成设备，其特征在于，包括：
多个像载持体；
使用各光束点对所述多个像载持体进行光扫描以形成静电潜像的光扫描装置；
通过各色色粉对由所述光扫描装置在所述多个像载持体上形成的各静电潜像进行显像化的显影单元；
与所述多个像载持体相对，能够移动地被设置并传送片状记录介质的传送带；
复印单元；
定影单元，其中通过所述复印单元将在所述多个像载持体上显像的各色色粉图像直接复印到所述传送带传送的记录介质上，所述各色粉图像在该记录介质上重叠，该定影单元将在所述记录介质上重叠的各色色粉图像固定以形成多色或者彩色图像，
对于所述多色图像形成设备进一步包括权利要求19所述的速度检测装置，以检测所述传送带的速度。
29.如权利要求28所述的多色图像形成设备，其特征在于，包括利用所述光扫描装置校正写入开始位置的写入开始位置校正单元，和
对所述传送带的速度进行校正的带速度校正单元中的至少一个。
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