JP2013257187A - Movement information detection device and multicolor image forming device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a movement information detection device suitable for real-time detection while eliminating an estimated error of a peak position, and a multicolor image forming device using the same.SOLUTION: A movement information detection device comprises: a light source; a coupling lens for guiding a beam emitted from the light source to irradiate a moving member; an image sensor having a plurality of pixels and acquiring one- or two-dimensional image; an imaging lens for imaging a scattered beam scattered by the moving member on the image sensor; image pattern acquiring means for acquiring an image pattern on the image sensor in time series; and movement information calculation means for calculating a cross-correlation function between two image patterns P1, P2 adjacent to each other in acquisition time, and calculating a speed or displacement of the moving member. The movement information calculation means for calculating the cross-correlation function includes a step of executing discrete Fourier transform and a step of removing background in a frequency space.

Description

この発明は、移動情報検出装置および多色画像形成装置に関する。
この発明の「多色画像形成装置」は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザプロッタ、レーザファクシミリ、あるいはこれらの複合機等として実施できる。
The present invention relates to a movement information detection apparatus and a multicolor image forming apparatus.
The “multicolor image forming apparatus” of the present invention can be implemented as a digital copying machine, a laser printer, a laser plotter, a laser facsimile, or a complex machine thereof.

さらには、インクジェット方式よる多色画像形成装置として実施できる。   Furthermore, it can be implemented as a multicolor image forming apparatus using an inkjet method.

また「移動情報検出装置」は、例えば、これらの多色画像形成装置における移動部材である中間転写ベルトや搬送ベルト、シート状記録媒体の速度や変位を移動情報として検出する装置として実施することができる。   In addition, the “movement information detection apparatus” may be implemented as an apparatus that detects, as movement information, the speed and displacement of an intermediate transfer belt, a conveyance belt, and a sheet-like recording medium, which are movement members in these multicolor image forming apparatuses. it can.

近年の多色画像形成装置は、高速化への要求に応えるため、4色(ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー)のトナーに対応した感光体(像担持体)を4つ並列に並べた、所謂「タンデム方式」が主流となってきている。
タンデム方式では、各感光体上で現像された各色トナー画像を、最終的に紙等のシート状記録媒体(定形の用紙、葉書、厚紙、OHPシート等)上で重ね合わせる必要がある。
Recent multi-color image forming apparatuses are so-called four photoconductors (image carriers) corresponding to toners of four colors (black, cyan, magenta, yellow) arranged in parallel to meet the demand for higher speed. The “tandem method” has become mainstream.
In the tandem system, each color toner image developed on each photoconductor must be finally superimposed on a sheet-like recording medium such as paper (standard paper, postcard, cardboard, OHP sheet, etc.).

重ね合わせの方式としては、シート状記録媒体上で直接重ね合わせる「直接転写方式」がある。
また、中間転写ベルトを用いて、中間転写ベルト上で各色トナー画像を重ね合わせ、重ね合わせた各色トナー画像を、シート状記録媒体に一括転写する「中間転写ベルト方式」がある。
これらの方式では、搬送ベルトや中間転写ベルトの速度や変位を高精度で維持するように駆動しなければ、得られるカラー画像に「色ずれ」が発生してしまう。
また、インクジェット方式よる多色画像形成装置では、変位駆動されるシート状記録媒体にインクが直接に吐出されるので、シート状記録媒体の変位が高精度に維持されなければならない。
As a superimposing method, there is a “direct transfer method” in which superimposing directly on a sheet-like recording medium.
Further, there is an “intermediate transfer belt method” in which each color toner image is superimposed on the intermediate transfer belt using the intermediate transfer belt, and the superimposed color toner images are collectively transferred to a sheet-like recording medium.
In these methods, unless the speed and displacement of the transport belt and the intermediate transfer belt are driven with high accuracy, “color shift” occurs in the obtained color image.
Further, in a multicolor image forming apparatus using an ink jet method, ink is directly ejected to a sheet-like recording medium that is driven to be displaced, so that the displacement of the sheet-like recording medium must be maintained with high accuracy.

中間転写ベルトやシート状記録媒体などの対象物(移動部材)にレーザ光を照射し、その散乱光をイメージセンサによって画像パターンとして可視化し、前記対象物の変位量を算出することが知られている(特許文献1、2)。   It is known that an object (moving member) such as an intermediate transfer belt or a sheet-like recording medium is irradiated with laser light, the scattered light is visualized as an image pattern by an image sensor, and the amount of displacement of the object is calculated. (Patent Documents 1 and 2).

上記の中間転写ベルトを高精度で駆動するために、例えば、特許文献1には以下の方法が開示されている。   In order to drive the above intermediate transfer belt with high accuracy, for example, Patent Document 1 discloses the following method.

即ち、ベルトにレーザ光を照射し、ベルト面上に発生した粒子画像のパターンを読取る。そして、読取ったパターンを解析してベルトの移動に伴う粒子画像パターンの各粒子の位置の動きを速度ベクトルとして検出する。   That is, the belt is irradiated with laser light, and the pattern of the particle image generated on the belt surface is read. Then, the read pattern is analyzed, and the movement of the position of each particle in the particle image pattern accompanying the movement of the belt is detected as a velocity vector.

そして、検出結果に基づいて、ベルトの位置または動作を補正して、高精度駆動を実現する。
また、特許文献2には、インクジェットプリンターの用紙搬送量を、用紙からのレーザスペックルを2次元イメージセンサで検出し、駆動制御を行うことで、高精度な紙搬送を行う実施例が開示されている。
Then, based on the detection result, the position or operation of the belt is corrected to realize high-accuracy driving.
Patent Document 2 discloses an embodiment in which the paper conveyance amount of an ink jet printer is detected by a two-dimensional image sensor by detecting laser speckles from the paper, and drive control is performed to perform high-precision paper conveyance. ing.

画像パターンを用いて変位を測定する方法として「移動前後の画像パターンの一致度に関する評価値」を1画素ずつずらして計算し、一致度の一番高い位置(これを「ピーク位置」と称する。)を画像の変位とする方法が知られている(特許文献3、4)。   As a method for measuring displacement using an image pattern, the “evaluation value regarding the degree of coincidence of image patterns before and after movement” is calculated by shifting one pixel at a time, and the position having the highest degree of coincidence (this is referred to as “peak position”). ) Is known as an image displacement (Patent Documents 3 and 4).

「評価値」としては、「差の2乗和」、「差の絶対値」、「相互相関関数」などがあり、いずれも実空間で計算が実行される。
ピーク位置の「一般的な算出手順」は、画像パターンの取得、評価値の算出、ピーク位置の算出の順となる。
The “evaluation value” includes “sum of squares of difference”, “absolute value of difference”, “cross-correlation function”, etc., and all of them are calculated in real space.
The “general calculation procedure” for the peak position is in the order of image pattern acquisition, evaluation value calculation, and peak position calculation.

特許文献3では、イメージセンサに起因するショットノイズやアナログラインノイズの影響を除去し「変位の推定」を正確に行なうため、画像パターン取得後、評価値(差の絶対値)の算出前に、画像の平均化(リカーシブルフィルタ)による画像改善処理を施している。
即ち、特許文献3開示の方法では、ピーク位置の算出手順は、図23(a)に示すように、画像パターン取得、画質改善処理、評価値算出、ピーク位置算出となっており、上記「一般的な算出手順」に対して、評価値算出の前に「画質改善処理」が付加されている。
In Patent Document 3, in order to remove the influence of shot noise and analog line noise caused by an image sensor and accurately perform “estimation of displacement”, after obtaining an image pattern, before calculating an evaluation value (absolute value of difference), Image improvement processing by image averaging (recursive filter) is performed.
That is, in the method disclosed in Patent Document 3, the peak position calculation procedure is image pattern acquisition, image quality improvement processing, evaluation value calculation, and peak position calculation as shown in FIG. The “image quality improvement process” is added to the “standard calculation procedure” before the evaluation value calculation.

特許文献4では、図23(b)に示すように、画像パターン取得後、取得した画像パターンに「1回微分処理」を施してから「評価値(相互相関関数)算出」の演算を行う。   In Patent Document 4, as shown in FIG. 23 (b), after obtaining an image pattern, the obtained image pattern is subjected to “one-time differential processing” and then “evaluation value (cross-correlation function) calculation” is calculated.

そして、その後に「ピーク値算出」を行なうか、あるいは、図23(c)に示すように、取得した画像パターンにより評価値を算出し、算出された評価値に対して「2回微分処理」を施してから「ピーク値算出」を行なって、ピーク位置を求めている。
これらのピーク位置の算出手順では、前記の一般的な手順に対して、「画像改善処理」や「画像パターンの1回微分処理」あるいは「評価値(相互相関関数)の2回微分処理」が付加されている。
Then, “peak value calculation” is performed thereafter, or, as shown in FIG. 23C, an evaluation value is calculated based on the acquired image pattern, and “double differential processing” is performed on the calculated evaluation value. Then, “peak value calculation” is performed to obtain the peak position.
In these peak position calculation procedures, "image improvement processing", "image pattern one-time differentiation processing" or "evaluation value (cross-correlation function) two-time differentiation processing" is performed in contrast to the general procedure described above. It has been added.

即ち、特許文献3、4記載の「ピーク値算出」では「評価値算出が実空間で実行」される。
そして、「評価値算出の前または後に実空間での演算処理(画像改善処理・1回微分処理・2回微分処理)」を付加して、ピーク位置の推定誤差を除去している。
That is, in “peak value calculation” described in Patent Documents 3 and 4, “evaluation value calculation is executed in real space”.
Then, “calculation processing in real space (image improvement processing, one-time differentiation processing, two-time differentiation processing)” is added before or after evaluation value calculation, and the estimation error of the peak position is removed.

ここで、発明者らが「評価値としての相互相関関数」を実験的に求めた例を説明する。   Here, an example in which the inventors experimentally obtained a “cross-correlation function as an evaluation value” will be described.

白色の用紙を、100mm/秒で「用紙面に平行な方向」へ搬送しつつ、移動中の用紙に「赤色の半導体レーザ光源(波長:658nm)からのビーム」を照射した。
そして、用紙による散乱ビームを、結像レンズ(焦点距離:f=12.5mm、F値:6)を介して、504fps(flames per second)のイメージセンサ(128×32画素)で連続撮像することにより「画像パターン」を取得した。
While the white paper was being transported at 100 mm / second in a “direction parallel to the paper surface”, the moving paper was irradiated with “a beam from a red semiconductor laser light source (wavelength: 658 nm)”.
Then, the scattered beam from the paper is continuously imaged by an image sensor (128 × 32 pixels) of 504 fps (frames per second) through an imaging lens (focal length: f = 12.5 mm, F value: 6). The “image pattern” was obtained.

画像パターンは、時間的に隣接して取得された2つの画像パターンである。   The image patterns are two image patterns acquired adjacent in time.

「評価値としての相互相関関数」は、後述する離散フーリエ変換を用いる方法で行なった。   The “cross-correlation function as an evaluation value” was performed by a method using a discrete Fourier transform described later.

図1に示す相関相互関数は「ピーク部分PCPとバックグラウンド部分BGP」から構成されている。
この例においては「ピーク部分PCPに比して、バックグラウンド部分BGPが大きく発生」している。
そして、ピーク部分PCPに「傾斜したバックグラウンド部分BGP」が重畳しており、ピーク位置の推定に誤差が生じてしまう。
このため、誤差を除くため、相関相互関数から「重畳するバックグラウンド部分」を差し引いた状態で、ピーク位置算出を実行することが必要となる。
The correlation mutual function shown in FIG. 1 is composed of “peak part PCP and background part BGP”.
In this example, “the background portion BGP is larger than the peak portion PCP”.
Then, the “tilted background portion BGP” is superimposed on the peak portion PCP, and an error occurs in the estimation of the peak position.
For this reason, in order to eliminate an error, it is necessary to perform peak position calculation in a state where the “background portion to be superimposed” is subtracted from the correlation mutual function.

図1のピーク部分PCPを通り、イメージセンサ長手方向(128画素の方向)の断面図を図2に示す。
ピーク位置の検出は、一般的には、図2のように「ピーク部分PCPの近傍においてバックグラウンド部分BGPを直線補間(破線の部分)し、直線補完したバックグラウンド部分を推定して差し引く」ことにより行なわれる。
この場合、具体的な演算処理としては「何らかのアルゴリズムに基づき、直線補間を行う2点を決定し、その2点で直線補間を行い、バックグラウンド部分を差し引く」という3段階の演算処理(直線補完を行う2点を決定する演算、直線補完を行なう演算、バックグラウンド部分を差し引く演算)が行われることになる。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the image sensor in the longitudinal direction (128 pixel direction) through the peak portion PCP in FIG.
As shown in FIG. 2, the peak position is generally detected by “interpolating the background portion BGP in the vicinity of the peak portion PCP (the portion indicated by the broken line) and estimating and subtracting the background portion obtained by linear interpolation”. It is done by.
In this case, a specific calculation process is a three-stage calculation process (linear interpolation based on a certain algorithm, determining two points for linear interpolation, performing linear interpolation at the two points, and subtracting the background portion). Calculation for determining two points to be performed, calculation for linear interpolation, and calculation for subtracting the background portion).

特許文献4開示の方法では、バックグラウンド部分の影響を除去するための手法として、得られた相互相関関数を2回微分してからピーク位置を求めている。
即ち、得られた相互相関関数を1回微分し、さらにもう1回微分するという「2段階の演算処理」が必要となる。
別の手法として「画像パターンを1回微分してから相互相関関数の演算を行なう」方法もあるが、この手法でも、移動前の画像パターンを1回微分し、移動後の画像パターンを1回微分するという「2段階の演算処理」が必要になる。
In the method disclosed in Patent Document 4, the peak position is obtained after differentiating the obtained cross-correlation function twice as a method for removing the influence of the background portion.
That is, a “two-stage arithmetic process” is required in which the obtained cross-correlation function is differentiated once and further differentiated once more.
As another method, there is a method of “differentiating the image pattern once and then calculating the cross-correlation function”, but this method also differentiates the image pattern before movement once and the image pattern after movement once. A “two-stage arithmetic process” of differentiation is required.

特許文献4記載の方法では、上記の何れの場合においても「ピーク位置の一般的な算出手順」のほかに「相互相関関数算出の前後に、実空間での2段階の微分演算処理」が「余分に必要」となる。   In the method described in Patent Document 4, in any of the above cases, in addition to “general calculation procedure of peak position”, “two-stage differential calculation processing in real space before and after the cross-correlation function calculation” is “ "It is necessary extra."

このような「余分な演算処理」は、演算処理時間を増大させ、ピーク位置即ち変位のリアルタイム検出に対する大きな弊害となる。   Such “extra calculation processing” increases the calculation processing time, and is a serious detriment to real-time detection of the peak position, ie, displacement.

「相互相関関数の演算」に離散フーリエ変換を用いることが知られている(特許文献5)。離散フーリエ変換を用いると、周波数空間での演算が可能となる。   It is known to use discrete Fourier transform for “calculation of cross-correlation function” (Patent Document 5). When the discrete Fourier transform is used, calculation in the frequency space becomes possible.

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、評価値として離散フーリエ変換を用いる相互相関関数を採用し、相互相関関数算出の前後に「実空間での演算処理」を付加することなく、周波数空間での最小限の演算処理を付加するのみで、ピーク位置の推定誤差をなくし、リアルタイム検出に適した移動情報検出装置、およびこれを用いた多色画像形成装置の実現を課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, adopts a cross-correlation function using a discrete Fourier transform as an evaluation value, and adds “calculation processing in real space” before and after the calculation of the cross-correlation function. Therefore, it is possible to eliminate a peak position estimation error only by adding a minimum calculation process in a frequency space, and to realize a movement information detection apparatus suitable for real-time detection, and a multicolor image forming apparatus using the same. And

この発明の移動情報検出装置は、移動部材の速度や変位を移動情報として検出する移動情報検出装置であって、光源と、該光源から射出されたビームを導光して、移動部材に照射するためのカップリングレンズと、複数の画素を有し1次元もしくは2次元画像を取得可能なイメージセンサと、移動部材により散乱された散乱ビームを、イメージセンサ上に結像する結像レンズと、イメージセンサ上の画像パターンを時系列で取得する画像パターン取得手段と、取得時間の隣接した2つの画像パターンP1及びP2の相互相関関数を演算し、移動部材の速度や変位を算出する移動情報算出手段と、を有し、移動情報算出手段における相互相関関数の演算が、離散フーリエ変換を実行するステップと、周波数空間での背景除去処理を実行するステップと、逆離散フーリエ変換を実行するステップと、を含むことを特徴とする。   The movement information detection apparatus according to the present invention is a movement information detection apparatus that detects the speed and displacement of a movement member as movement information, guides a light source and a beam emitted from the light source, and irradiates the movement member. Coupling lens, an image sensor having a plurality of pixels and capable of acquiring a one-dimensional or two-dimensional image, an imaging lens that forms an image of the scattered beam scattered by the moving member on the image sensor, and an image Image pattern acquisition means for acquiring image patterns on the sensor in time series, and movement information calculation means for calculating the cross-correlation function of two image patterns P1 and P2 adjacent to each other in acquisition time to calculate the speed and displacement of the moving member The calculation of the cross-correlation function in the movement information calculation means includes a step of executing a discrete Fourier transform and a step of executing a background removal process in the frequency space. Characterized in that it comprises a flop, and performing an inverse discrete Fourier transform, a.

この発明の移動情報検出装置では、相互相関関数の演算が「正逆の離散フーリエ変換」を実行するステップと、周波数空間での背景除去処理を実行するステップを含むが、周波数空間での背景除去処理は「実空間での演算処理」に比して容易で、短時間に実現できるので、リアルタイム検出に適した移動情報検出装置、およびこれを用いた多色画像形成装置の実現が可能となる。   In the movement information detecting apparatus of the present invention, the calculation of the cross-correlation function includes a step of executing “forward / reverse discrete Fourier transform” and a step of executing background removal processing in the frequency space. Since the processing is easier and can be realized in a shorter time than "calculation processing in real space", it is possible to realize a movement information detection apparatus suitable for real-time detection and a multicolor image forming apparatus using the movement information detection apparatus. .

相関相互関数の1例を示す図である。It is a figure which shows one example of a correlation mutual function. 図1の相関相互関数の断面図である。It is sectional drawing of the correlation mutual function of FIG. 移動情報検出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating movement information detection. ピーク位置を算出する手順のフローチャートを示す。The flowchart of the procedure which calculates a peak position is shown. 時間的に連続して取得された2つの画像パターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of two image patterns acquired continuously in time. 変形した相互相関関数を演算する手順を示すフローチャートであるIt is a flowchart which shows the procedure which calculates the deformed cross correlation function. 低周波数除去パターンLCの1例を示す図である。It is a figure which shows one example of the low frequency removal pattern LC. 背景除去処理の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of a background removal process. 速度や変位を検出する前の予備動作として取得される2つの画像パターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of two image patterns acquired as preliminary operation | movement before detecting a speed and a displacement. 低周波数除去パターンLCの3例を示す図である。It is a figure which shows three examples of the low frequency removal pattern LC. 取得される2つの画像パターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the two image patterns acquired. 図10に示す低周波数除去パターンLC1、LC2、LC3を用いて演算算出した相関パターンPS1、PS2、PS3を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating correlation patterns PS1, PS2, and PS3 calculated and calculated using the low frequency removal patterns LC1, LC2, and LC3 illustrated in FIG. 低周波数除去パターンの別の2例を示す図である。It is a figure which shows another two examples of a low frequency removal pattern. サブピクセル処理に対してこの発明が有効であることを説明する図である。It is a figure explaining that this invention is effective with respect to a subpixel process. 背景除去処理を行なった場合に、隣接する2つの画像パターンに対してサブピクセル処理を施した相関ピーク位置PPのグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph of the correlation peak position PP which performed the sub pixel process with respect to two adjacent image patterns, when a background removal process is performed. 背景除去処理を行なわない場合の相関ピーク位置PPのグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph of correlation peak position PP when not performing a background removal process. 多色画像形成装置の実施の1形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one Embodiment of a multicolor image forming apparatus. 多色画像形成装置の実施の別形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating another form of implementation of a multi-color image forming apparatus. 光走査装置の構成の1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of a structure of an optical scanning device. 液晶偏向素子の構造の模式図を示す図である。It is a figure which shows the schematic diagram of the structure of a liquid-crystal deflection | deviation element. 移動情報検出装置を、多色画像形成装置の中間転写ベルトの速度変動の検出に適用したときの実施の形態例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment when the movement information detection device is applied to the detection of the speed fluctuation of the intermediate transfer belt of the multicolor image forming apparatus. インク吐出ヘッドにより画素を印字記録する方式の多色画像形成装置の実施の1形態を示す図である。1 is a diagram illustrating an embodiment of a multicolor image forming apparatus that prints and records pixels with an ink discharge head. FIG. 従来技術を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a prior art.

以下、実施の形態を説明する。
まず、図3を参照して、移動部材の移動情報検出の説明を行なう。
移動情報は、前述の如く「移動部材の変位や速度」である。
即ち、移動部材の変位・速度は、その一方のみを移動情報として検出することもできるし、双方を移動情報として検出することもできる。
Hereinafter, embodiments will be described.
First, the movement information detection of the moving member will be described with reference to FIG.
The movement information is “the displacement and speed of the moving member” as described above.
That is, only one of the displacement / velocity of the moving member can be detected as movement information, or both can be detected as movement information.

図3において、符号LSは「リニアステージ」、符号VCPは「エア吸着プレート」、符号Sは「用紙」、符号LTSは「半導体レーザ」、符号CLは「カップリングレンズ」を示している。
また、符号LNは「結像レンズ」、符号ISは「イメージセンサ」、符号PSNは「画像パターン取得手段」、符号CONは「速度、変位算出手段」を示している。
In FIG. 3, symbol LS indicates “linear stage”, symbol VCP indicates “air suction plate”, symbol S indicates “paper”, symbol LTS indicates “semiconductor laser”, and symbol CL indicates “coupling lens”.
Reference sign LN indicates “imaging lens”, reference sign IS indicates “image sensor”, reference sign PSN indicates “image pattern acquisition means”, and reference sign CON indicates “speed / displacement calculation means”.

用紙Sは、多色画像形成装置に用いられるシート状記録媒体、具体的には前述の「定形の用紙、葉書、厚紙、OHPシート等」であり、「移動情報を検出されるべき移動部材」である。   The sheet S is a sheet-like recording medium used in the multicolor image forming apparatus, specifically the above-described “standard sheet, postcard, cardboard, OHP sheet, etc.”, and “moving member whose movement information is to be detected” It is.

用紙S、リニアステージLS、エア吸着プレートVCPを除く部分が「移動情報検出装置」の実施の1形態を構成する。   The portions excluding the paper S, the linear stage LS, and the air suction plate VCP constitute one embodiment of the “movement information detection device”.

移動部材としての用紙Sは、エア吸着プレートVCPによりリニアステージLS上に平面的に吸着固定され、リニアステージLSにより図の右方(矢印方向)へ移動される。   The sheet S as the moving member is sucked and fixed in a plane on the linear stage LS by the air sucking plate VCP, and moved to the right (arrow direction) in the figure by the linear stage LS.

リニアステージLSによる用紙Sの「変位や速度」が移動情報である。
半導体レーザLTSは「光源」であり、具体的には発光波長:658nmの「赤色半導体レーザ」である。
カップリングレンズCLは、焦点距離:4mmの正レンズであり、半導体レーザLTSからのビームを集光して用紙S上に照射する。
「照射角」は用紙面に対して45度傾いている。
“Displacement and speed” of the paper S by the linear stage LS is movement information.
The semiconductor laser LTS is a “light source”, specifically a “red semiconductor laser” having an emission wavelength of 658 nm.
The coupling lens CL is a positive lens having a focal length of 4 mm, collects the beam from the semiconductor laser LTS, and irradiates the paper S.
The “irradiation angle” is inclined 45 degrees with respect to the paper surface.

結像レンズLNは、焦点距離:12.5mm、F値:6の正レンズであり、用紙Sで拡散反射した拡散光である「散乱ビーム」を、イメージセンサISの受光面に結像する。   The imaging lens LN is a positive lens having a focal length of 12.5 mm and an F value of 6, and forms an image of “scattered beam” that is diffused light diffusely reflected by the paper S on the light receiving surface of the image sensor IS.

イメージセンサISは、用紙Sの移動方向(図の左右方向)に128画素、図面に直交する方向に32画素を配列ピッチ:7.4μmで配列した2次元CMOSセンサである。   The image sensor IS is a two-dimensional CMOS sensor in which 128 pixels are arranged in the moving direction of the paper S (left-right direction in the drawing) and 32 pixels are arranged in a direction orthogonal to the drawing at an arrangement pitch of 7.4 μm.

結像レンズLNは、用紙Sの表面をイメージセンサISの受光面と共役関係にしており、結像倍率は0.82である。用紙Sによる散乱ビームには干渉性があるので、イメージセンサISの受光面には「スペックルパターン」が生じる。
図3の構成は、移動部材(用紙S)で拡散反射された散乱ビームを、結像レンズLNを介して撮像する構成であり、所謂「結像領域におけるスペックルパターンの運動」を検出するものである。
The imaging lens LN has a conjugate relationship between the surface of the paper S and the light receiving surface of the image sensor IS, and the imaging magnification is 0.82. Since the scattered beam from the paper S is coherent, a “speckle pattern” is generated on the light receiving surface of the image sensor IS.
The configuration of FIG. 3 is a configuration in which the scattered beam diffusely reflected by the moving member (paper S) is imaged through the imaging lens LN, and so-called “speckle pattern motion in the imaging region” is detected. It is.

「光源」としては、コントラストの高いスペックルパターンを生じ得るレーザ光源、特に、この例のように「小型で低コストの半導体レーザLTS」を用いることが好ましい。   As the “light source”, it is preferable to use a laser light source capable of producing a high-contrast speckle pattern, particularly a “small and low-cost semiconductor laser LTS” as in this example.

勿論、これに限らず、スペックルパターンのコントラストは低下するが「よりコストの低いLED光源」を用いることもできる。
リニアステージLSは「移動方向に、速度:100mm/秒の移動動作」を行なう。
イメージセンサISの受光面上のスペックルパターンは、倒立結像しているので、用紙Sの移動に伴い「用紙の移動速度に結像倍率をかけた速度」で、用紙Sとは逆方向に移動する。
この移動中にイメージセンサISは一定の時間間隔(フレームレート504fps)でスペックルパターンを連続撮像し、画像パターン取得手段PSNによって、スペックルパターンを取得する。
このように撮像して取得したスペックルパターンが「画像パターン」である。
Of course, the present invention is not limited to this, but the contrast of the speckle pattern is reduced, but a “lower cost LED light source” can also be used.
The linear stage LS performs “moving operation at a speed of 100 mm / second in the moving direction”.
Since the speckle pattern on the light receiving surface of the image sensor IS forms an inverted image, as the sheet S moves, “the moving speed of the sheet multiplied by the imaging magnification” is opposite to the sheet S. Moving.
During this movement, the image sensor IS continuously captures a speckle pattern at a constant time interval (frame rate 504 fps), and acquires the speckle pattern by the image pattern acquisition means PSN.
The speckle pattern acquired by imaging in this way is an “image pattern”.

速度、変位算出手段CONは、取得した画像パターンの「隣接フレーム間の相互相関演算」により、時間的に隣接するフレーム間のスペックルパターンの移動量を算出し、この隣接間の移動量を累積して「移動動作による累積変位量」を算出する。   The velocity / displacement calculating means CON calculates the movement amount of the speckle pattern between temporally adjacent frames by “cross-correlation calculation between adjacent frames” of the acquired image pattern, and accumulates the movement amount between the adjacent frames. Then, the “cumulative displacement amount due to the movement operation” is calculated.

変位量は累積値として「移動に伴う位置」を示すことになる。
「各撮像隣接フレーム間のスペックルパターン移動量をフレーム間の時間で割った商は、移動中の各時点での速度」を示す。
この方法により「速度と変位量の双方」が移動情報として検出できる。
The displacement amount indicates a “position accompanying movement” as an accumulated value.
“The quotient obtained by dividing the amount of speckle pattern movement between each adjacent image-captured frame by the time between frames is the speed at each point during movement”.
By this method, “both speed and displacement” can be detected as movement information.

次に、取得した画像パターンから「評価値としての相互相関関数」を計算し、そのピーク位置(「相関ピーク位置」とも言う。)を算出する手順を説明する。
相関ピーク位置から、結像倍率とイメージセンサISの画素ピッチを用いて、変位量に変換できる。
すなわち前述したように、時間的に連続して取得した2つの画像パターンから変位量を算出するプロセスにおいて、随時2つの画像パターンを更新して変位量を累積し、移動物体の「累積変位量」を算出できる。
Next, a procedure for calculating “a cross-correlation function as an evaluation value” from the acquired image pattern and calculating its peak position (also referred to as “correlation peak position”) will be described.
The correlation peak position can be converted into a displacement amount using the imaging magnification and the pixel pitch of the image sensor IS.
That is, as described above, in the process of calculating the displacement amount from two image patterns acquired sequentially in time, the two image patterns are updated as needed to accumulate the displacement amount, and the “cumulative displacement amount” of the moving object Can be calculated.

以下、図3の場合を例として、発明の実施の形態を説明する。
図4に「ピーク位置を算出する手順」のフローチャートを示す。
「画像パターン取得201」において、ある時点における時間的に連続した2つの画像パターン(2フレーム分のスペックルパターン)を取得する。
Hereinafter, the embodiment of the invention will be described by taking the case of FIG. 3 as an example.
FIG. 4 shows a flowchart of the “procedure for calculating the peak position”.
In “image pattern acquisition 201”, two temporally continuous image patterns (speckle patterns for two frames) at a certain time are acquired.

取得した2つの画像パターンを用い「評価値算出202」において、相互相関関数である「評価値」の演算の一部を行なう。
相互相関関数の演算方法として、以下の(2)式に従う「離散フーリエ変換」を用いて計算する方法が従来から知られている。
In the “evaluation value calculation 202” using the two acquired image patterns, a part of the calculation of the “evaluation value” which is a cross-correlation function is performed.
As a method of calculating a cross correlation function, a method of calculating using a “discrete Fourier transform” according to the following equation (2) is conventionally known.

f★g=F−1[F[f]・F[g]] ・・・(2)
ここに、fとgとは、連続して取得された2つの画像パターンである。
(2)式において「*」は「複素共役」、F[ ]は「離散フーリエ変換演算」を表し、F−1[ ]は「逆離散フーリエ変換」を表す。
f * g * = F −1 [F [f] · F [g] * ] (2)
Here, f and g are two image patterns acquired successively.
In Equation (2), “*” represents “complex conjugate”, F [] represents “discrete Fourier transform operation”, and F −1 [] represents “inverse discrete Fourier transform”.

また、「★」は「相互相関演算」を表す。   “★” represents “cross-correlation calculation”.

即ち、(2)式左辺の「f★g」は、画像パターンfと「画像パターンgの複素共役」との相互相関演算により演算される「相互相関関数」即ち「評価値」である。 That is, “f * g * ” on the left side of the equation (2) is a “cross-correlation function” or “evaluation value” calculated by a cross-correlation operation between the image pattern f and “complex conjugate of the image pattern g”.

この相互相関演算は、画像パターンfの離散フーリエ変換「F[f]」と、「画像パターンgの離散フーリエ変換「F[f]」の複素共役「F[f]」との積」に対する逆離散フーリエ変換演算を行なうことにより得られる。 This cross-correlation operation is performed on the product of the discrete Fourier transform “F [f]” of the image pattern f and the complex conjugate “F [f] * ” of the discrete Fourier transform “F [f]” of the image pattern g. It is obtained by performing an inverse discrete Fourier transform operation.

上に説明した(2)式の「離散フーリエ変換・逆離散フーリエ変換を用いる演算」で算出される「相互相関関数」は「背景除去処理」が施されていない。   The “cross-correlation function” calculated by the “calculation using discrete Fourier transform / inverse discrete Fourier transform” in the equation (2) described above is not subjected to “background removal processing”.

この発明においては、相互相関関数の算出演算に「背景除去処理」の演算ステップが含まれる。
即ち「連続して取得される2つの画像パターン」に対して、離散フーリエ変換を実行するステップと、背景除去処理の演算ステップが行われ、その結果に対して逆フーリエ変換が実行されて「相互相関関数」が算出される。
In the present invention, the calculation step of the cross correlation function includes a calculation step of “background removal processing”.
That is, a step of executing a discrete Fourier transform and a calculation step of a background removal process are performed on “two image patterns acquired in succession”, and an inverse Fourier transform is performed on the result to obtain a “reciprocal” A “correlation function” is calculated.

そこで、この発明で算出される「相互相関関数」を、上記の背景除去処理を行わないで得られる「相互相関関数」と、を区別するため、以下において「背景除去処理を行って得られる相互相関関数」を「変形した相互相関関数」と呼ぶことにする。   Therefore, in order to distinguish the “cross-correlation function” calculated in the present invention from the “cross-correlation function” obtained without performing the background removal process, the “cross correlation function obtained by performing the background removal process” will be described below. The “correlation function” will be referred to as a “modified cross-correlation function”.

この発明では、ピーク部分に重畳するバックグラウンド部分の影響を取り除くために、「周波数空間での背景除去処理」を付加して「変形した相互相関関数」を演算算出する。   In the present invention, in order to remove the influence of the background portion superimposed on the peak portion, the “background removal processing in the frequency space” is added and the “deformed cross-correlation function” is calculated.

この演算については後述する。   This calculation will be described later.

図4の「ピーク位置算出203」では、相関ピーク位置を計算する。   In “peak position calculation 203” in FIG. 4, the correlation peak position is calculated.

この発明の移動情報検出装置では、従来技術と異なり「評価値算出の前後に実空間での演算処理の付加」がない。そのため「演算処理時間」は殆ど増加しない。   In the movement information detecting apparatus of the present invention, unlike the prior art, there is no “addition of arithmetic processing in real space before and after evaluation value calculation”. Therefore, the “calculation processing time” hardly increases.

以下、各手順について説明する。
図4における「画像パターン取得201」の工程において、ある時点において時間的に連続して取得された2つの画像パターンを図5に示す。
図5の(a)は、時刻:t1での画像パターンP1(移動前)、(b)は時刻:t1に続く時刻:t2での画像パターンP2(移動後)を示す。
説明中の例では、時刻:t1とt2の間の時間差は、フレームレート(504fps)により「時間的に隣接するフレーム間時間(1秒/504):1.98ms」となる。
この2つの画像パターンP1、P2を用い「変形した相互相関関数」を演算する。
Hereinafter, each procedure will be described.
FIG. 5 shows two image patterns acquired successively in time at a certain point in the step of “image pattern acquisition 201” in FIG.
5A shows the image pattern P1 at time t1 (before movement), and FIG. 5B shows the image pattern P2 at time t2 subsequent to time t1 (after movement).
In the example in the description, the time difference between time: t1 and t2 is “time between adjacent frames (1 second / 504): 1.98 ms” according to the frame rate (504 fps).
A “deformed cross-correlation function” is calculated using the two image patterns P1 and P2.

図6は「変形した相互相関関数」を演算する手順を示すフローチャートである。
実空間において、画像パターンP1、P2を取得する。そして、画像パターンP1の離散フーリエ変換によりフーリエパターンF1を計算する。
同様にして、画像パターンP2の離散フーリエ変換によりフーリエパターンF2を計算する。
FIG. 6 is a flowchart showing the procedure for calculating the “modified cross-correlation function”.
Image patterns P1 and P2 are acquired in real space. Then, a Fourier pattern F1 is calculated by discrete Fourier transform of the image pattern P1.
Similarly, a Fourier pattern F2 is calculated by a discrete Fourier transform of the image pattern P2.

フーリエパターンF2の複素共役F2を算出し、この複素共役F2とフーリエパターンF1との積を実行して、合成フーリエパターンF3を得る。
合成フーリエパターンF3に「周波数空間での背景除去処理(周波数空間でのバックグラウンド処理)」を施して、BG除去フーリエパターンF4を計算する。
このように「周波数空間において背景除去処理されたBG除去フーリエパターンF4」に対して「逆離散フーリエ変換」の演算を行なうことにより「変形した相互相関関数」が得られる。
A complex conjugate F2 * of the Fourier pattern F2 is calculated, and a product of the complex conjugate F2 * and the Fourier pattern F1 is executed to obtain a synthesized Fourier pattern F3.
The synthesized Fourier pattern F3 is subjected to “background removal processing in frequency space (background processing in frequency space)” to calculate a BG removal Fourier pattern F4.
As described above, the “deformed cross-correlation function” is obtained by performing the “inverse discrete Fourier transform” on the “BG-removed Fourier pattern F4 subjected to background removal processing in the frequency space”.

図6の例では「周波数空間での背景除去処理」として「低周波数除去パターンLC」の積演算が行なわれる。以下、これを説明する。   In the example of FIG. 6, product operation of “low frequency removal pattern LC” is performed as “background removal processing in frequency space”. This will be described below.

図7は、低周波数除去パターンLCの1例を示す図である。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the low frequency removal pattern LC.

図7に示すように、低周波数除去パターンLCは128×32画素で、その「中心画素近傍の3×3画素」を0、その他の画素を1とした簡単なパターンである。   As shown in FIG. 7, the low frequency removal pattern LC is 128 × 32 pixels, which is a simple pattern in which “3 × 3 pixels near the center pixel” is 0 and other pixels are 1.

この低周波数除去パターンLCと合成フーリエパターンF3との「画素ごとの積」を演算することによりBG除去フーリエパターンF4が得られる。
このように得られたBG除去フーリエパターンF4に対して逆離散フーリエ変換を行うことにより「変形した相互相関関数」が得られる。
この「変形した相互相関関数」を、相関パターンPSと称する。なお、ここに言う「変形した相互相関関数」が、この発明に言う「相関相互関数」である。
The BG removal Fourier pattern F4 is obtained by calculating the “product for each pixel” between the low frequency removal pattern LC and the synthesized Fourier pattern F3.
A “deformed cross-correlation function” is obtained by performing inverse discrete Fourier transform on the BG-removed Fourier pattern F4 thus obtained.
This “deformed cross-correlation function” is referred to as a correlation pattern PS. The “deformed cross-correlation function” referred to here is the “correlation cross-function” referred to in the present invention.

このように得られた相関パターンPSを図8(a)に示す。
この相関パターンPSを、図8(b)に示す「背景除去処理を行わない相互相関関数」と比較すれば明らかなように、相関パターンPSでは「背景部分の大きさ」が有効に低減され、ピーク部を際立たせている。
The correlation pattern PS obtained in this way is shown in FIG.
As apparent from comparing this correlation pattern PS with the “cross-correlation function without background removal processing” shown in FIG. 8B, the “background portion size” is effectively reduced in the correlation pattern PS, The peak part stands out.

この状態でピーク位置算出を行なうと、背景部分(バックグラウンド部分)の影響が除かれ、ピーク位置の推定誤差を除去でき、ピーク位置をより正確に特定できる。   When the peak position is calculated in this state, the influence of the background portion (background portion) is removed, the estimation error of the peak position can be removed, and the peak position can be specified more accurately.

低周波数除去パターンLCにおける「中心画素近傍を0とする領域」は、予め実験等により「背景部分の除去が良好に行なわれる」ように求め、設定しておくことができる。
「背景除去処理」は周波数空間において行われる。
「背景部分」は、図8(b)に示すように「緩やかな山」状で、離散フーリエ変換した周波数空間では、周波数の低い部分で、周波数空間における原点位置(上述の「128×32画素における中心画素の近傍」の領域になる。
従って「中心画素近傍のデータを0とする」ことにより、有効に除去できる。
The “region where the vicinity of the center pixel is 0” in the low-frequency removal pattern LC can be obtained and set in advance so that “the background portion can be removed satisfactorily” by experiments or the like.
The “background removal process” is performed in the frequency space.
As shown in FIG. 8B, the “background portion” has a “gradual mountain” shape. In the frequency space obtained by discrete Fourier transform, the low-frequency portion is the origin position in the frequency space (the above-mentioned “128 × 32 pixels”). In the vicinity of the central pixel at “.
Therefore, it can be effectively removed by “setting the data in the vicinity of the center pixel to 0”.

上記「変形した相互相関関数」は、前述の(2)式を変形して、以下の(3)式のように表すことができる。
f★g=F−1[B[F[f]・F[g]]] ・・・(3)
ここで、「B[ ]」が周波数空間での背景除去処理の演算であり、上に説明した「低周波数除去パターンLC」を用いる場合であれば、
f★g=F−1[LC・[F[f]・F[g]]] ・・(3A)
と表すことができる。
The “deformed cross-correlation function” can be expressed as the following equation (3) by modifying the above equation (2).
f * g * = F− 1 [B [F [f] · F [g] * ]] (3)
Here, “B []” is a calculation of the background removal processing in the frequency space, and if the “low frequency removal pattern LC” described above is used,
f * g * = F −1 [LC · [F [f] · F [g] * ]] (3A)
It can be expressed as.

変形した相互相関関数を得る上記の手順は、従来の(1)式による相互相関関数の算出演算に対して「周波数空間での低周波数除去パターンLCの積という演算処理」が1回付加されるのみである。即ち、付加される演算の回数は1回のみである。
そして、具体的な演算処理は「合成フーリエパターンF3の中心画素近傍を、0に置き換える」処理のみであるから演算処理時間をほとんど増加させない。
In the above procedure for obtaining a deformed cross-correlation function, “calculation process of product of low-frequency removal pattern LC in frequency space” is added once to the calculation calculation of the cross-correlation function according to the conventional equation (1). Only. That is, the number of operations added is only once.
Since the specific calculation process is only the process of “replace the vicinity of the center pixel of the synthetic Fourier pattern F3 with 0”, the calculation processing time is hardly increased.

「変形した相互相関関数を演算する別の例(周波数空間での背景除去処理)」として、背景除去パターンFBの差を行なう場合を説明する。   The case where the difference of the background removal pattern FB is performed will be described as “another example of calculating the deformed cross-correlation function (background removal processing in the frequency space)”.

「背景除去パターンFB」は、相互相関関数のピーク部分が生じないという条件、すなわち「2つの画像パターンの相関が無い」状態で、予め実験により取得できる。
例えば、図1において、ピーク部分PCPを除いた部分をバックグラウンド部分として、これに離散フーリエ変換演算を施し「背景除去パターンFB」とすることができる。
The “background removal pattern FB” can be obtained in advance by an experiment under the condition that the peak portion of the cross-correlation function does not occur, that is, “there is no correlation between the two image patterns”.
For example, in FIG. 1, a portion excluding the peak portion PCP can be used as a background portion, and this can be subjected to a discrete Fourier transform operation to obtain a “background removal pattern FB”.

前述の画像パターンP1およびP2に対して、この背景除去パターンFBを適用する場合を説明すると、前述の「合成フーリエパターンF3」と背景除去パターンFBとの差を画素ごとに演算することにより「BG除去フーリエパターンF4」を得る事ができる。   When the background removal pattern FB is applied to the image patterns P1 and P2, the difference between the “synthetic Fourier pattern F3” and the background removal pattern FB is calculated for each pixel by calculating “BG”. A removed Fourier pattern F4 "can be obtained.

この「BG除去フーリエパターンF4」に対し逆離散フーリエ変換を施すことにより、背景除去処理された相関パターンPSを得ることができる。   By applying inverse discrete Fourier transform to the “BG removal Fourier pattern F4”, a correlation pattern PS subjected to background removal processing can be obtained.

この場合においても、従来の(1)式による「相互相関関数の算出演算」の場合に比して、付加される演算処理の回数は「周波数空間での背景除去パターンFBの差」の1回のみである。   Even in this case, compared to the case of “calculation calculation of cross-correlation function” according to the conventional equation (1), the number of calculation processes added is one time of “difference in background removal pattern FB in frequency space”. Only.

そして、具体的な演算処理も「2つのパターンF4とFBの差」であり、上記「低周波数除去パターンLCを用いる場合よりは若干演算処理時間がかかる」が、処理時間の増加はわずかである。
また、実際の検出時の条件で背景除去パターンFBを生成できるため、確実にピーク位置の推定誤差をなくすことができる。
従来の式(1)を用いる場合に、背景除去を行なうには、相互相関関数算出の前後に、「実空間での複数回の演算処理」を付加することが必要であった。
この発明では「周波数空間での演算処理を1回付加」するのみですみ、演算処理時間の増大を有効に抑えることができる。
The specific calculation processing is also “difference between the two patterns F4 and FB”, and “the calculation processing time is slightly longer than in the case of using the low frequency removal pattern LC”, but the increase in the processing time is slight. .
In addition, since the background removal pattern FB can be generated under the actual detection conditions, the peak position estimation error can be reliably eliminated.
In the case of using the conventional equation (1), in order to remove the background, it is necessary to add “multiple arithmetic processes in real space” before and after the calculation of the cross-correlation function.
In the present invention, it is only necessary to “add the arithmetic processing in the frequency space once”, and the increase in the arithmetic processing time can be effectively suppressed.

実施の別の形態を説明する。   Another embodiment will be described.

この形態例では「低周波数除去パターンLCや背景除去パターンFBを予め1つに特定して設定」するのではなく、「低周波数除去パターンLCや背景除去パターンFBを複数種予め準備」しておく。   In this embodiment, “a plurality of low frequency removal patterns LC and background removal patterns FB are prepared in advance” instead of “specifying and setting one low frequency removal pattern LC and background removal pattern FB in advance”. .

そして、取得した画像パターンP1、P2に応じて「準備された複数の低周波数除去パターンFCや背景除去パターンFB」から最適なものを選択する。   Then, an optimum one is selected from “a plurality of prepared low-frequency removal patterns FC and background removal patterns FB” according to the acquired image patterns P1 and P2.

複数の低周波数除去パターンから選択して用いる場合を説明する。   A case where a plurality of low-frequency removal patterns are selected and used will be described.

「速度、変位算出手段CON(図3参照)」に、予め、複数の低周波数除去パターンLC1、LC2、・・・、LCn、・・・を記憶させて備えておく。   A plurality of low frequency removal patterns LC1, LC2,..., LCn,... Are stored in advance in the “speed / displacement calculating means CON (see FIG. 3)”.

図9に示すように「速度や変位を検出する前の予備動作」として、2つの画像パターン(Q1およびQ2とする。)を取得する(画像パターン取得301)。
取得した画像パターンQ1およびQ2に対して、低周波数除去パターンLC1、LC2、・・・、LCn、・・・を順次適用し、相関パターンPS1、PS2、・・・,PSn、・・・を演算する。
このように演算された各相関パターンPSnのうちで「バックグラウンド部分が良好に除去されている相関パターンPS(best)」を選択する。
そして、この相関パターンPS(best)の算出に用いた低周波数除去パターンLC(best)を選択し、これを「実際に速度や変位を検出する」ときに用いる。
As shown in FIG. 9, two image patterns (referred to as Q1 and Q2) are acquired (image pattern acquisition 301) as “preliminary operation before detecting speed and displacement”.
.., LCn,... Are sequentially applied to the acquired image patterns Q1 and Q2 to calculate correlation patterns PS1, PS2,..., PSn,. To do.
Of the correlation patterns PSn calculated in this way, the “correlation pattern PS (best) from which the background portion is well removed” is selected.
Then, the low frequency removal pattern LC (best) used for the calculation of the correlation pattern PS (best) is selected and used when “actually detecting speed and displacement”.

この予備動作は「移動部材が変更されたときや、速度、変位検出装置CONの動作条件等が変更されたとき」のように、スペックルサイズの変更が考えられる場合ごとに実行して、低周波数除去パターンの更新を行なうのが良い。
このようにすると、実際の検出時の条件に適した背景除去処理が可能となり「ピーク位置の推定誤差」をなくすことができる。
This preliminary operation is performed whenever the speckle size change is considered, such as when the moving member is changed, or when the speed, the operating condition of the displacement detection device CON, etc. are changed. It is preferable to update the frequency removal pattern.
In this way, the background removal process suitable for the actual detection conditions can be performed, and the “peak position estimation error” can be eliminated.

実際に、3種類の低周波数除去パターンLC1、LC2、LC3を用いて、画像パターンQ1およびQ2に対して相関パターンPS1、PS2、PS3を計算した例を示す。   Actually, an example is shown in which correlation patterns PS1, PS2, and PS3 are calculated for image patterns Q1 and Q2 using three types of low frequency removal patterns LC1, LC2, and LC3.

3種類の低周波数除去パターンLC1、LC2、LC3として、図10(a)〜(c)に示すものを用いた。   As the three types of low frequency removal patterns LC1, LC2, and LC3, those shown in FIGS. 10A to 10C were used.

(a)に示す低周波数除去パターンLC1では「中心近傍の3×3画素のみが0、その他は1」である。
(b)に示す低周波数除去パターンLC2では「中心近傍の7×7画素のみが0、その他は1」である。
(c)に示す低周波数除去パターンLC3では「中心近傍の19×19画素のみが0、その他は1」である。
In the low frequency removal pattern LC1 shown in (a), “only 3 × 3 pixels near the center are 0, others are 1”.
In the low frequency removal pattern LC2 shown in (b), “only the 7 × 7 pixels in the vicinity of the center are 0, and the others are 1”.
In the low frequency removal pattern LC3 shown in (c), “only 19 × 19 pixels near the center are 0, and others are 1”.

画像パターンQ1およびQ2は、図11(a)、(b)に示す如きものである。   The image patterns Q1 and Q2 are as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b).

これら画像パターンQ1、Q2に対し、低周波数除去パターンLC1、LC2、LC3を用いて演算算出した相関パターンPS1、PS2、PS3を、図12(a)〜(c)に示す。   FIGS. 12A to 12C show correlation patterns PS1, PS2, and PS3 calculated and calculated for the image patterns Q1 and Q2 using the low-frequency removal patterns LC1, LC2, and LC3.

計算された3つの相関パターンPS1、PS2、PS3を比較すると以下のごとくになる。
相関パターンPS1とPS2を比較すると、これらにおける「ピーク部分」は略同じであるが、相関パターンPS2では、バックグラウンド部分がより良好に除去されている。
Comparison of the three calculated correlation patterns PS1, PS2, and PS3 is as follows.
When the correlation patterns PS1 and PS2 are compared, the “peak part” in these is substantially the same, but in the correlation pattern PS2, the background part is better removed.

相関パターンPS2とPS3を比較すると、これらにおいては「バックグラウンド部分は略同様に良好に除去されている」が、相関パターンPS2では、ピーク部分がより大きくなっている。これは、低周波数除去パターンの中心近傍の0画素の数が多くなると、波形がなまってくるためである。   When the correlation patterns PS2 and PS3 are compared, in these, “the background portion is removed as well in a similar manner”, but in the correlation pattern PS2, the peak portion is larger. This is because as the number of 0 pixels near the center of the low-frequency removal pattern increases, the waveform becomes distorted.

この結果から「バックグラウンド部分が良好に除去され、かつ、ピーク部分が大きい(すなわちコントラストが高い)相関パターンPS2を選択し、この相関パターンPS2を与える低周波数除去パターンLC2を選択する」ことができる。   From this result, it is possible to “select a correlation pattern PS2 in which the background portion is well removed and the peak portion is large (that is, the contrast is high) and select the low frequency removal pattern LC2 that gives this correlation pattern PS2”. .

この方法では、スペックルサイズに合わせて低周波数除去パターンを選択できるので、検出条件に応じ「バックグラウンド部分の影響」を受けずに、ピーク位置の推定誤差をなくすことができる。   In this method, since the low frequency removal pattern can be selected in accordance with the speckle size, the estimation error of the peak position can be eliminated without being influenced by “background effect” according to the detection condition.

低周波数除去パターンの例として、上には「中心近傍の正方画素のみを0」とするものを示したが、これに限らず「正方画素」でなくても良い。   As an example of the low-frequency removal pattern, the above example shows “only the square pixel in the vicinity of the center is set to 0”. However, the present invention is not limited to this and may not be a “square pixel”.

例えば、図13(a)に示す例では「中心近傍の7×3画素を0」としている。
また、上に説明した例では「中心近傍を0、その他を1として2値化」しているが、これに限らず「0と1の間の実数を用い、中心画素から周辺画素に行くに従って0から1へなだらかに変化させる」こともできる。
例えば、図13(b)に示す例では「中心近傍の3×3画素を0tpし、その周囲の5×5画素を0.5、その他を1」としている。
For example, in the example shown in FIG. 13A, “7 × 3 pixels near the center is 0”.
In the example described above, “binarization is performed by setting the vicinity of the center as 0 and the others as 1.” However, the present invention is not limited to this, and a “real number between 0 and 1 is used. It can also be changed gently from 0 to 1.
For example, in the example shown in FIG. 13B, “3 × 3 pixels in the vicinity of the center are set to 0 tp, 5 × 5 pixels in the vicinity thereof are set to 0.5, and the others are set to 1”.

他の実施の形態として「周波数空間で背景除去処理を行なう」ことが、イメージセンサの画素単位以下の分解能で、相関パターンPS上の相関ピーク位置PPを算出する所謂サブピクセル処理に対して有効に作用することを説明する。   As another embodiment, “performing background removal processing in a frequency space” is effective for so-called sub-pixel processing for calculating the correlation peak position PP on the correlation pattern PS with a resolution equal to or less than the pixel unit of the image sensor. Explain that it works.

前述した図8(a)の相関パターンPSに対し、その画素単位でのピーク位置を求め、そのピーク位置でのイメージセンサ長手方向(移動部材の移動方向)の断面での一次元分布を求め、その分布に対して「サブピクセル処理」を施す。
「サブピクセル処理」としては、公知の「等角関数フィッティング(非特許文献1)を用いた。
With respect to the correlation pattern PS of FIG. 8A described above, a peak position in the pixel unit is obtained, and a one-dimensional distribution in a cross section in the longitudinal direction of the image sensor (moving direction of the moving member) at the peak position is obtained. “Sub-pixel processing” is applied to the distribution.
As the “subpixel processing”, a known “conformal function fitting (Non-Patent Document 1)” was used.

図8(a)から得られた「断面の1次元分布」を図14(a)に示す。
この1次元分布にサブピクセル処理を施して得られた「画素単位以下」での相関ピーク位置PPは22.081画素となる。
FIG. 14A shows the “one-dimensional distribution of cross section” obtained from FIG.
The correlation peak position PP in “below the pixel unit” obtained by performing the sub-pixel processing on this one-dimensional distribution is 22.081 pixels.

同様にして、周波数空間での背景除去処理を行なっていない図8(b)の相関パターンPSから得られた断面の1次元分布を図14(b)に示す。
この1次元分布にサブピクセル処理を施して得られた相関ピーク位置PPは21.947画素となる。
これらの例では、相関ピーク位置PPは、背景除去処理を施した場合には22画素より大きくなっており、施さない場合は22画素より小さくなっている。
Similarly, FIG. 14B shows a one-dimensional distribution of a cross section obtained from the correlation pattern PS of FIG. 8B without performing background removal processing in the frequency space.
The correlation peak position PP obtained by subjecting this one-dimensional distribution to the sub-pixel processing is 21.947 pixels.
In these examples, the correlation peak position PP is larger than 22 pixels when the background removal process is performed, and smaller than 22 pixels when the background removal process is not performed.

上記両者の誤差は、0.134画素と小さい値ではあるが、これは隣接する2つの画像パターンに対する変位量であり、実際に移動部材の移動に対して累積変位量を求める場合には、この小さい誤差が累積して「累積変位量としては大きな値」となってしまう。   Although the error between the two is a small value of 0.134 pixels, this is a displacement amount for two adjacent image patterns. When actually obtaining the cumulative displacement amount with respect to the movement of the moving member, Small errors accumulate and become “a large value as the cumulative displacement amount”.

従って、この発明における「バックグラウンド部分の除去」は高精度測定には必要な手段である。
例えば「一定速度:100mm/秒で50mm移動させる場合」には、50mmの移動に0.5秒かかる。フレームレートを504fpsとすると、この移動時間に「252枚の画像パターン」が撮像され取得される。
即ち、単純に251回の累積となるとすると、累積誤差は「0.134×251=33.634画素」となり、累積変位量に対しては「約249μmの誤差」が発生する。
Therefore, “removal of background portion” in the present invention is a necessary means for high-accuracy measurement.
For example, in the case of “moving 50 mm at a constant speed of 100 mm / second”, it takes 0.5 seconds to move 50 mm. If the frame rate is 504 fps, “252 image patterns” are captured and acquired during this movement time.
That is, if the accumulation is simply performed 251 times, the accumulation error is “0.134 × 251 = 33.634 pixels”, and “an error of about 249 μm” occurs with respect to the accumulated displacement.

このような一定速度での移動は、例えば、後述する多色画像形成装置における中間転写ベルトや搬送ベルトの移動などに当たる。   Such movement at a constant speed corresponds to, for example, movement of an intermediate transfer belt or a conveyance belt in a multicolor image forming apparatus described later.

実際に、図3に即して説明した条件で、用紙Sが「停止状態から加速され、最大速度100mm/秒に到達した後、減速して停止するまでの移動距離:50mmの動作」において累積変位量を求めた結果を以下に示す。
このような「間欠移動」は、例えば、後述するインク吐出ヘッドを用いた画像形成装置における記録用紙の移動などに当る。
Actually, under the conditions described with reference to FIG. 3, the sheet S is accumulated in “movement distance: operation of 50 mm after decelerating and stopping after reaching the maximum speed of 100 mm / second after being accelerated from the stopped state”. The results of obtaining the displacement amount are shown below.
Such “intermittent movement” corresponds to, for example, movement of a recording sheet in an image forming apparatus using an ink discharge head described later.

背景除去処理を行なった場合に、隣接する2つの画像パターンに対してサブピクセル処理を施した相関ピーク位置PPのグラフを図15(a)に示す。
また、相関ピーク位置を変位量に変換し、順次画像パターンを累積した累積変位量のグラフを図15(b)に示す。
FIG. 15A shows a graph of the correlation peak position PP obtained by performing the sub-pixel process on two adjacent image patterns when the background removal process is performed.
Further, FIG. 15B shows a graph of the accumulated displacement amount obtained by converting the correlation peak position into the displacement amount and sequentially accumulating the image patterns.

比較例として、背景除去処理を行なわない場合の「上記と同様の結果」を図16(a)および(b)に示す。
背景除去処理を行なった場合の累積変位量は50.020mmであり、行なわない場合の累積変位量は49.736mmである。
移動距離50mmに対する誤差は、前者が20μm、後者が264μmであり、前者での誤差は後者での誤差の0.8%であり、高精度な検出に対して10倍以上の効果が見られた。
As a comparative example, FIGS. 16A and 16B show “results similar to the above” when the background removal process is not performed.
The cumulative displacement amount when the background removal process is performed is 50.020 mm, and the cumulative displacement amount when it is not performed is 49.736 mm.
The error with respect to the moving distance of 50 mm is 20 μm for the former and 264 μm for the latter. The error in the former is 0.8% of the error in the latter, and the effect of 10 times or more is seen for highly accurate detection. .

以下、多色画像形成装置の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the multicolor image forming apparatus will be described.

図17は「タンデム方式の多色画像形成装置」の実施の1形態を説明するための図である。
図中の符号1Y、1M、1C、1Kは、中間転写ベルト105に沿って並設された像担持体を示す。これらの像担持体は「ドラム状の感光体」である。
なお、図17および以後の図面において、符号中の「Y、M、C、K」はそれぞれ「イエロー、マゼンタ、シアン、黒」の各色に対応するものであることを表す。
FIG. 17 is a diagram for explaining one embodiment of a “tandem multicolor image forming apparatus”.
Reference numerals 1 </ b> Y, 1 </ b> M, 1 </ b> C, and 1 </ b> K in the figure indicate image carriers arranged side by side along the intermediate transfer belt 105. These image carriers are “drum-shaped photoreceptors”.
In FIG. 17 and the subsequent drawings, “Y, M, C, K” in the reference numerals correspond to “yellow, magenta, cyan, black”, respectively.

感光体1Y、1M、1C、1Kは、図の矢印方向に回転駆動される。   The photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K are driven to rotate in the direction of the arrows in the figure.

感光体1Y、1M、1C、1Kの周囲にはそれぞれ、帯電手段である帯電器2Y、2M、2C、2K(図では帯電ローラによる接触式のものを示しているが、この他、帯電ブラシや、非接触式のコロナチャージャ等を用いることもできる。)、現像手段である現像器4Y、4M、4C、4K、1次転写手段(転写チャージャ、転写ローラ、転写ブラシ等)6Y、6M、6C、6K、感光体クリーニング手段5Y、5M、5C、5K等が配備されている。
図中の符号30は定着手段、40は2次転写手段、41は搬送手段を示している。
Around the photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K, chargers 2Y, 2M, 2C, and 2K as charging means (in the drawing, a contact type using a charging roller is shown. , Non-contact type corona charger etc. can also be used.) Developers 4Y, 4M, 4C, 4K as developing means, primary transfer means (transfer charger, transfer roller, transfer brush, etc.) 6Y, 6M, 6C , 6K, and photoconductor cleaning means 5Y, 5M, 5C, 5K, and the like.
In the figure, reference numeral 30 denotes a fixing unit, 40 denotes a secondary transfer unit, and 41 denotes a conveying unit.

感光体1Y、1M、1C、1Kは、帯電器2Y、2M、2C、2Kにより均一帯電され、その後、潜像形成手段である光走査装置20により画像情報に応じて強度変調された光ビーム(例えばレーザ光)で露光され、静電潜像を形成される。
露光を行う光走査装置20の基本的な構成については後述する。
The photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K are uniformly charged by the chargers 2Y, 2M, 2C, and 2K, and then light beams (intensity modulated in accordance with image information) by the optical scanning device 20 that is a latent image forming unit. For example, an electrostatic latent image is formed by exposure with a laser beam.
The basic configuration of the optical scanning device 20 that performs exposure will be described later.

感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kに形成された静電潜像は、現像器4Y、4M、4C、4Kによってそれぞれ現像され、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色トナー像として顕像化される。   The electrostatic latent images formed on the photosensitive drums 1Y, 1M, 1C, and 1K are developed by the developing devices 4Y, 4M, 4C, and 4K, respectively, and are visualized as toner images of yellow, magenta, cyan, and black. The

図17に示す多色画像形成装置は「中間転写ベルト方式」であり、感光体1Y、1M、1C、1K上に、顕像化された各色トナー像は、中間転写ベルト105上に順次重ね合わせて1次転写される。
中間転写ベルト105上で重ね合わされた各色のトナー画像は、図示されない給紙部から給紙され、図示されない搬送手段を経て2次転写手段40の位置に搬送された紙等のシート状記録媒体に一括して2次転写される。
トナー画像を転写されたシート状記録媒体は、搬送ベルト等の搬送手段41により定着手段30に搬送され、定着手段30によりトナー画像を定着される。
このようにして多色画像またはフルカラー画像が得られる。定着後のシート状記録媒体は図示されない排紙部や後処理装置等に排紙される。
The multicolor image forming apparatus shown in FIG. 17 is an “intermediate transfer belt type”, and each color toner image visualized on the photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K is sequentially superimposed on the intermediate transfer belt 105. Primary transfer.
The toner images of the respective colors superimposed on the intermediate transfer belt 105 are fed to a sheet-like recording medium such as paper fed from a paper feeding unit (not shown) and conveyed to the position of the secondary transfer unit 40 via a conveyance unit (not shown). Secondary transfer is performed at once.
The sheet-like recording medium to which the toner image is transferred is conveyed to the fixing unit 30 by a conveying unit 41 such as a conveying belt, and the toner image is fixed by the fixing unit 30.
In this way, a multicolor image or a full color image is obtained. The sheet-like recording medium after fixing is discharged to a paper discharge unit, a post-processing device, or the like (not shown).

トナー画像転写後の各感光体1Y、1M、1C、1Kは、クリーニング手段5Y、5M、5C、5Kのクリーニング部材(ブレード、ブラシ等)によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
また、トナー画像転写後の中間転写ベルト105も、図示されないベルトクリーニング手段によりクリーニングされ、残留トナーを除去される。
The photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K after the toner image transfer are cleaned by cleaning members (blades, brushes, and the like) of the cleaning units 5Y, 5M, 5C, and 5K, and residual toner and paper dust are removed.
Further, the intermediate transfer belt 105 after the toner image transfer is also cleaned by a belt cleaning unit (not shown) to remove residual toner.

なお、図17の多色画像形成装置では「イエロー、マゼンタ、シアン、黒のいずれか1色の画像を形成する単色モード」、「イエロー、マゼンタ、シアン、黒のいずれか2色の画像を重ねて形成する2色モード」、「イエロー、マゼンタ、シアン、黒のいずれか3色の画像を重ねて形成する3色モード」、「上記4色を重ねてフルカラー画像を形成するフルカラーモード」を有し、これらのモードを図示されない操作部において指定して実行することで単色、多色、フルカラーの画像形成が可能である。   In the multicolor image forming apparatus shown in FIG. 17, “a single color mode for forming an image of any one color of yellow, magenta, cyan, or black” or “an image of any two colors of yellow, magenta, cyan, or black is overlaid. Two-color mode to be formed ”,“ three-color mode to form an image of three colors of yellow, magenta, cyan, and black ”and“ full-color mode to form a full-color image by superimposing the above four colors ” By specifying and executing these modes in an operation unit (not shown), it is possible to form a single color, multicolor, or full color image.

図17の多色画像形成装置は、中間転写ベルト105を用い、各感光体1Y、1M、1C、1Kから中間転写ベルト105に1次転写して各色の重ね画像を形成した後、中間転写ベルト105から紙等のシート状記録媒体に一括して2次転写する構成の「中間転写方式」である。   The multi-color image forming apparatus of FIG. 17 uses an intermediate transfer belt 105 to primarily transfer images from the photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K to the intermediate transfer belt 105 to form superimposed images of the respective colors, and then the intermediate transfer belt. This is an “intermediate transfer system” in which secondary transfer is performed collectively from 105 to a sheet-like recording medium such as paper.

これに限らず、図18に示す構成の多色画像形成装置のように、中間転写ベルトの代わりに、紙等のシート状記録媒体を担持搬送する搬送ベルト106を用い、感光体1Y、1M、1C、1Kからシート状記録媒体に直接転写する直接転写方式としてもよい。   In addition to this, as in the multi-color image forming apparatus having the configuration shown in FIG. 18, instead of the intermediate transfer belt, a conveyance belt 106 that carries and conveys a sheet-like recording medium such as paper is used. A direct transfer system that directly transfers from 1C and 1K to a sheet-like recording medium may be used.

直接転写方式の多色画像形成装置では、図18に示すように、シート状記録媒体の進入経路が、図17に示す中間転写方式のものとは異なっており、搬送ベルト106により記録媒体を各感光体1Y、1M、1C、1Kに向けて搬送するようになっている。   In the multi-color image forming apparatus of the direct transfer method, as shown in FIG. 18, the approach path of the sheet-like recording medium is different from that of the intermediate transfer method shown in FIG. The photosensitive members 1Y, 1M, 1C, and 1K are conveyed.

図21の多色画像形成装置でも上記と同様に、各感光体1Y、1M、1C、1Kは帯電器2Y、2M、2C、2Kにより均一帯電される。   In the multicolor image forming apparatus of FIG. 21 as well, the photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K are uniformly charged by the chargers 2Y, 2M, 2C, and 2K.

そして、その後、潜像形成手段である光走査装置20により画像情報に応じて強度変調された光ビーム(例えばレーザ光)で露光され、静電潜像が形成される。
感光体1Y、1M、1C、1Kに形成された静電潜像は、現像器114Y、114M、114C、114Kによってそれぞれ現像され、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色のトナー像として顕像化される。
そして、現像工程にタイミングを合わせて、図示されない給紙部からシート状記録媒体が給紙され、図示されない搬送手段を経て、搬送ベルト106により搬送されて搬送ベルト106に担持される。
搬送ベルト106に担持されたシート状記録媒体は、感光体1Y、1M、1C、1Kに向けて搬送され、上記のように顕像化されている各色トナー像が、転写手段6Y、6M、6C、6Kによりシート状記録媒体に順次重ね合わせて転写される。
シート状記録媒体に転写された「4色重ね合わせのトナー画像」は、定着手段30に搬送され、定着手段30によりシート状記録媒体に定着されることで多色またはフルカラー画像が得られる。
Thereafter, exposure is performed with a light beam (for example, laser light) whose intensity is modulated in accordance with image information by the optical scanning device 20 serving as a latent image forming unit, and an electrostatic latent image is formed.
The electrostatic latent images formed on the photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K are respectively developed by the developing devices 114Y, 114M, 114C, and 114K, and are visualized as toner images of yellow, magenta, cyan, and black. The
A sheet-like recording medium is fed from a paper feed unit (not shown) in synchronization with the development process, and is conveyed by the conveyance belt 106 and carried on the conveyance belt 106 via a conveyance unit (not shown).
The sheet-like recording medium carried on the conveyance belt 106 is conveyed toward the photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K, and the color toner images visualized as described above are transferred to the transfer units 6Y, 6M, and 6C. , 6K and sequentially transferred onto a sheet-like recording medium.
The “4-color superimposed toner image” transferred to the sheet-like recording medium is conveyed to the fixing unit 30 and fixed on the sheet-like recording medium by the fixing unit 30 to obtain a multicolor or full-color image.

定着後のシート状記録媒体は、図示されない排紙部や後処理装置等に排紙される。   The sheet-like recording medium after fixing is discharged to a paper discharge unit (not shown) or a post-processing device.

トナー画像転写後の感光体1Y、1M、1C、1Kは、クリーニング手段5Y、5M、5C、5Kのクリーニング部材(ブレード、ブラシ等)によりクリーニングされて残留トナーや紙粉等が除去される。   The photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K after the toner image transfer are cleaned by cleaning members (blades, brushes, and the like) of the cleaning units 5Y, 5M, 5C, and 5K to remove residual toner, paper dust, and the like.

図17、図18に示すような構成の多色画像形成装置において、中間転写方式のときは中間転写ベルト105のベルト面の移動を、直接転写方式のときは搬送ベルト106のベルト面の移動を、高精度に行なわなければ色ずれが発生してしまう。
ベルトの高精度駆動のためには、全ての構成部品を高精度で作る方法も考えられるが、構成部品が多く、またコストの面からも、現実的には実現困難である。
In the multicolor image forming apparatus configured as shown in FIGS. 17 and 18, the movement of the belt surface of the intermediate transfer belt 105 is performed in the intermediate transfer system, and the belt surface of the transport belt 106 is moved in the direct transfer system. If not performed with high accuracy, color misregistration will occur.
In order to drive the belt with high accuracy, a method of making all the components with high accuracy can be considered, but there are many components and it is practically difficult to realize from the viewpoint of cost.

従って、中間転写ベルト105や搬送ベルト106の「速度変動や変位量を検出する検出手段」を設け、その検出結果をベルトの駆動モータにフィードバックするのが良い。   Therefore, it is preferable to provide a “detection means for detecting speed fluctuations and displacements” of the intermediate transfer belt 105 and the conveyance belt 106 and feed back the detection result to the belt drive motor.

このためには、これらのベルトの速度変動や変位量を移動情報として検出する移動情報検出装置が重要になる。   For this purpose, a movement information detection device that detects the speed fluctuation and displacement amount of these belts as movement information becomes important.

ベルトの速度変動を検出するために、従来は「ベルトに直接マークを形成」して検知していたが、ベルトに直接加工してマークを形成するのは難しく、また、加工に時間がかかるため量産性が悪く、大きなコストアップの要因となっていた。   In order to detect the speed fluctuation of the belt, it was previously detected by forming a mark directly on the belt. However, it is difficult to form a mark by processing directly on the belt, and processing takes time. Mass production was poor, which was a major factor in increasing costs.

この発明では、中間転写ベルトや搬送ベルトを直接加工することなく、簡便にベルト等の移動部材の速度変動を検出する。   In the present invention, the speed fluctuation of a moving member such as a belt is easily detected without directly processing the intermediate transfer belt or the conveyance belt.

上に説明した「移動情報検出装置」を、多色画像形成装置に用いられる中間転写ベルトや搬送ベルトのベルト1周内の速度変動の検出に用いることができ、これにより、中間転写ベルトや搬送ベルトの速度変動を検出できる。   The “movement information detection device” described above can be used to detect speed fluctuations in the circumference of the belt of the intermediate transfer belt or the conveyance belt used in the multicolor image forming apparatus. Belt speed fluctuation can be detected.

中間転写ベルトまたは搬送ベルトの速度を補正するベルト速度補正手段において、上記速度変動の情報を、例えばベルト駆動モータにフィードバックすることで、速度変動が略0になるように制御でき、その結果「画像の伸び縮みや色ずれ」が小さく抑制された高画質なカラー画像を実現できる。   In the belt speed correcting means for correcting the speed of the intermediate transfer belt or the conveying belt, the speed fluctuation information can be fed back to, for example, a belt drive motor, so that the speed fluctuation can be controlled to be substantially zero. It is possible to realize a high-quality color image in which “expansion / shrinkage and color misalignment” are suppressed to be small.

また、定着装置として用いられるベルト状部材やローラ状部材についても、上記移動情報検出装置を用いて速度変動を検出し、補正することも可能である。   Further, with respect to the belt-like member and the roller-like member used as the fixing device, it is also possible to detect and correct the speed fluctuation using the movement information detecting device.

さらに、中間転写ベルトや搬送ベルトの速度変動の検出結果を、光走査装置20による書込開始位置を補正する書込開始位置補正手段(例えば光走査装置内に設けた液晶偏向素子)にフィードバックすることも可能である。
液晶偏向素子は、液晶に印加する電圧によって、感光体に到達する光の位置を、感光体の回転方向と平行方向にずらすことができる。
ベルトの速度変動が発生すると、各色画像の重ね合わせがずれたり、各色画像自体が伸びたり縮んだりするが、液晶偏向素子を用いることで、ベルトの速度変動を補正するように、各色トナー画像の形成位置や画像の伸び縮みを補正できるため、結果として色ずれや画像伸び縮みのない高画質な出力画像を得ることができる。
Further, the detection result of the speed fluctuation of the intermediate transfer belt or the conveyance belt is fed back to a writing start position correcting means (for example, a liquid crystal deflecting element provided in the optical scanning apparatus) for correcting the writing start position by the optical scanning apparatus 20. It is also possible.
The liquid crystal deflecting element can shift the position of light reaching the photoconductor in a direction parallel to the rotation direction of the photoconductor by a voltage applied to the liquid crystal.
When the belt speed fluctuation occurs, the superposition of each color image shifts, or each color image itself expands or contracts. By using a liquid crystal deflecting element, each color toner image is corrected so as to correct the belt speed fluctuation. Since the formation position and the expansion / contraction of the image can be corrected, it is possible to obtain a high-quality output image with no color shift or image expansion / contraction as a result.

次に、液晶偏向素子を用いる光走査装置について説明する。
図19は、多色画像形成装置に用いる光走査装置の1例を示す概略構成図である。
Next, an optical scanning device using a liquid crystal deflection element will be described.
FIG. 19 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an optical scanning device used in a multicolor image forming apparatus.

図19の画像形成装置は、ドラム状の4つの感光体301、302、303、304(図17、図18の感光体1Y、1M、1C、1Kに相当する。)を、転写ベルト400(図17の中間転写ベルト105、図18の搬送ベルト106に相当する。)の移動方向に配列し、順次異なる色のトナー像を転写してカラー画像を形成する多色画像形成装置である。   The image forming apparatus in FIG. 19 has four drum-shaped photoreceptors 301, 302, 303, and 304 (corresponding to the photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K in FIGS. 17 and 18) and a transfer belt 400 (see FIG. 19). 17 is a multi-color image forming apparatus that forms a color image by sequentially transferring toner images of different colors.

光走査装置は一体的に構成され、単一の光偏向器(この例でポリゴンミラー)1050で全ての光ビームを走査する。
ポリゴンミラー1050は偏向反射面数を6面とし、2段構造としている。
The optical scanning device is integrally formed, and all light beams are scanned by a single optical deflector (polygon mirror in this example) 1050.
The polygon mirror 1050 has six deflection reflection surfaces and a two-stage structure.

即ち、光走査装置は、光源ユニット1001と、光源ユニット1001からの光ビームを偏向走査する単一のポリゴンミラー1050と、ポリゴンミラー1050により走査された走査ビームを感光体301、302、303、304の被走査面に結像する走査レンズ1061、1062、1063、1064を有している。   That is, the optical scanning device includes a light source unit 1001, a single polygon mirror 1050 that deflects and scans the light beam from the light source unit 1001, and a scanning beam scanned by the polygon mirror 1050 on the photosensitive members 301, 302, 303, and 304. Scanning lenses 1061, 1062, 1063, and 1064 that form an image on the surface to be scanned.

ポリゴンミラー1050に対して対向する方向に2ステーション分ずつ走査している。   Scanning is performed for two stations in a direction facing the polygon mirror 1050.

なお、説明の簡略化のため、光源ユニットや走査レンズ以降の光学系は1ステーション分のみを図示している。   For simplification of explanation, only one station is illustrated for the optical system after the light source unit and the scanning lens.

光源ユニット1001には、光源(例えば半導体レーザ(LD)、LDアレイ等)、カップリングレンズ、アパーチャ(図示されず)が搭載されている。
光源ユニット1001の、図示されない光源から放射された光束は、図示されないカップリングレンズによって、略平行光束、もしくは略発散光束、もしくは略収束光束に変換される。
A light source (for example, a semiconductor laser (LD), an LD array, etc.), a coupling lens, and an aperture (not shown) are mounted on the light source unit 1001.
A light beam emitted from a light source (not shown) of the light source unit 1001 is converted into a substantially parallel light beam, a substantially divergent light beam, or a substantially convergent light beam by a coupling lens (not shown).

光束は、その後、アパーチャにより所望の光束幅に切り取られ、線像形成レンズ(例えばシリンドリカルレンズ)1041により、ポリゴンミラー1050近傍で副走査方向に一度集光され、走査レンズL1:1061からなる走査光学系により像面(被走査面)2001上にビームスポットを形成する。
このように、通常の光走査装置では、ポリゴンミラー1050のミラー間の面倒れによる光学特性の劣化を低減するため、ポリゴンミラー近傍で一度副走査方向に集光する「面倒れ補正光学系」が採用されている。
走査レンズは樹脂製であり、回折格子を1つまたは複数の光学面上に形成しても良い。
Thereafter, the light beam is cut out to a desired light beam width by an aperture, and is once condensed in the sub-scanning direction in the vicinity of the polygon mirror 1050 by a line image forming lens (for example, a cylindrical lens) 1041, and the scanning optical system comprising the scanning lens L1: 1061. A beam spot is formed on the image plane (scanned surface) 2001 by the system.
As described above, in the normal optical scanning device, in order to reduce the deterioration of the optical characteristics due to the surface tilt between the mirrors of the polygon mirror 1050, the “surface tilt correction optical system” that collects light once in the sub-scanning direction in the vicinity of the polygon mirror. It has been adopted.
The scanning lens is made of resin, and the diffraction grating may be formed on one or a plurality of optical surfaces.

通常は、光偏光手段と像面の間に折り返しミラー1111、1121が挿入され、光路が折りたたまれる。また、走査光学系は1枚の走査レンズで構成される例を示したが、2枚もしくはそれ以上の走査レンズを用いても良い。   Usually, folding mirrors 1111 and 1121 are inserted between the light polarization means and the image plane, and the optical path is folded. Moreover, although the scanning optical system has been shown as an example constituted by a single scanning lens, two or more scanning lenses may be used.

光走査装置による書込開始位置を補正する書込開始位置補正手段(例えば液晶や偏向素子)は、光源ユニット1001のカップリングレンズとシリンドリカルレンズ1041の間に設けるのがよい。
液晶偏向素子は、電圧を印加するとある偏光方向を持った光に対する屈折率が変化することを利用して光を偏向させる素子であり、液晶に限らず、LiNbO等の他の電気光学材料を用いても実現できる。
Writing start position correction means (for example, a liquid crystal or a deflection element) for correcting the writing start position by the optical scanning device is preferably provided between the coupling lens of the light source unit 1001 and the cylindrical lens 1041.
The liquid crystal deflecting element is an element that deflects light by utilizing a change in refractive index with respect to light having a certain polarization direction when a voltage is applied. The liquid crystal deflecting element is not limited to liquid crystal, and other electro-optical materials such as LiNbO 3 can be used. It can be realized even if used.

以下では、電気光学材料として液晶を例にとって説明する。
図20に液晶偏向素子の構造の模式図を示す。
Hereinafter, a liquid crystal will be described as an example of the electro-optic material.
FIG. 20 shows a schematic diagram of the structure of the liquid crystal deflection element.

液晶偏向素子の構造は、複数の透明電極が、抵抗部材を介して電気的に接続された構造である。図中の端子1と2に電位差を与えると、透明電極における電位が、端子1から端子2に向かって略リニアに変化する。
液晶は、電圧を印加すると、液晶の光学軸に沿った偏光の光に対する屈折率が、略電圧に比例して変化するため、透明電極がある部分の屈折率は「端子1から2に向かってリニアに変化」する。
この屈折率分布はプリズムと同等であり、透明電極がある部分を透過した光は、図のように偏向される。
端子1と2の間の電位差を変化させて、光の偏向量を変化させることができる。偏向される方向を、感光体の回転方向(副走査方向)に合わせることで、各色トナー画像の形成位置や画像の伸び縮みを補正することができる。
The structure of the liquid crystal deflection element is a structure in which a plurality of transparent electrodes are electrically connected via a resistance member. When a potential difference is applied to the terminals 1 and 2 in the figure, the potential at the transparent electrode changes substantially linearly from the terminal 1 toward the terminal 2.
When a voltage is applied to the liquid crystal, the refractive index of polarized light along the optical axis of the liquid crystal changes in proportion to the voltage. Therefore, the refractive index of the portion where the transparent electrode exists is “from terminal 1 to 2”. Change linearly.
This refractive index distribution is equivalent to that of a prism, and the light transmitted through the portion where the transparent electrode is present is deflected as shown in the figure.
The amount of light deflection can be changed by changing the potential difference between the terminals 1 and 2. By aligning the deflected direction with the rotation direction (sub-scanning direction) of the photosensitive member, the formation position of each color toner image and the expansion / contraction of the image can be corrected.

図21に、移動情報検出装置を、多色画像形成装置の中間転写ベルトの速度変動の検出に適用したときの実施の形態例を示す。
図21は、図17の色画像形成装置の中間転写ベルト105の周囲の要部のみを示す。
FIG. 21 shows an embodiment in which the movement information detection device is applied to the detection of the speed fluctuation of the intermediate transfer belt of the multicolor image forming apparatus.
FIG. 21 shows only the main part around the intermediate transfer belt 105 of the color image forming apparatus of FIG.

図21中の移動情報検出装置Aは、中間転写ベルト105の駆動ローラ105Aの近傍に設置されている。   21 is installed in the vicinity of the driving roller 105A of the intermediate transfer belt 105.

この移動情報検出装置Aのように、設置位置が駆動ローラ105Aの近傍であると、ベルト駆動の際に「ベルト面は駆動ローラ105」で規制され、駆動時に「ベルト面に直交する方向へのバタツキ」を小さくできる。
このような位置に、移動情報検出装置Aを配置し、上述のごとくして中間転写ベルト105の移動速度を移動情報として検出し、その変動データを用いて、転写ベルト105の駆動を安定化させることができる。
When the installation position is in the vicinity of the driving roller 105A as in the movement information detecting device A, the “belt surface is regulated by the driving roller 105” when the belt is driven, and “the direction in the direction orthogonal to the belt surface is "Battery" can be reduced.
The movement information detection device A is arranged at such a position, and the movement speed of the intermediate transfer belt 105 is detected as movement information as described above, and the drive of the transfer belt 105 is stabilized using the fluctuation data. be able to.

移動情報検出装置Bのように、中間転写ベルト105の「張られた部分」に対応させて配置すると、上記のベルトのバタツキの影響を受けやすい。   As in the case of the movement information detection device B, if the belt is disposed so as to correspond to the “tensioned portion” of the intermediate transfer belt 105, it is easily affected by the above-described belt fluttering.

図22は、インク吐出ヘッドにより画素を印字記録する方式の多色画像形成装置の実施の1形態を示している。図は「記録用紙(シート状記録媒体)の搬送系」を要部のみを示している。
図22(a)に示すように、用紙トレイ251に装填された記録用紙Sは、フィードローラFRにより給紙され、搬送ローラ252により印字ヘッド253による印字部に送られる。
記録用紙Sはさらに、搬送ローラ254に挟持されて、図22(b)に示すように「安定した搬送状態」で間欠搬送される。
印字ヘッド253は、図面に直交する方向に走査しながら記録用紙Sに画素の印字を行なう。この印字走査時には「用紙送りを停止」して、印字の1走査が終わったら搬送ローラ252、254により「所定量を送る」という間欠送り動作を繰返し行なう。
FIG. 22 shows an embodiment of a multicolor image forming apparatus that prints and records pixels by an ink discharge head. The figure shows only the main part of the “recording paper (sheet-like recording medium) conveyance system”.
As shown in FIG. 22A, the recording paper S loaded in the paper tray 251 is fed by the feed roller FR and sent to the printing unit by the print head 253 by the transport roller 252.
The recording sheet S is further sandwiched between the conveyance rollers 254 and intermittently conveyed in a “stable conveyance state” as shown in FIG.
The print head 253 prints pixels on the recording paper S while scanning in a direction orthogonal to the drawing. During this printing scan, “sheet feeding is stopped”, and when one scanning of printing is completed, an intermittent feeding operation of “sending a predetermined amount” is repeatedly performed by the transport rollers 252 and 254.

移動情報検出装置255は、図示の位置に配置され、間欠送りの所定送り量を、実際の記録用紙Sそのものの移動を移動情報として検出し、搬送を制御して高精度な用紙送りを実現できる。   The movement information detection device 255 is arranged at the position shown in the figure, and can detect a predetermined feed amount of intermittent feeding as movement information of the actual recording paper S itself, and can control the conveyance to realize high-precision paper feeding.

S シート状記録媒体(移動部材)
LTS 光源
CL カップリングレンズ
LN 結像レンズ
IS イメージセンサ
PSN 画像パターン取得手段
CON 移動情報算出手段
S sheet recording medium (moving member)
LTS light source
CL coupling lens
LN imaging lens
IS image sensor
PSN image pattern acquisition means
CON movement information calculation means

特開2009− 15240号公報JP 2009-15240 A 特開2003−267591号公報JP 2003-267591 A 特開平 5− 18713号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-18713 特開平 8−261717号公報JP-A-8-261717 特表2007−520762号公報JP-T-2007-520762

ディジタル画像処理(CG−ARTS協会)、P.205)Digital image processing (CG-ARTS Association), p. 205)

Claims (9)

移動部材の速度や変位を移動情報として検出する移動情報検出装置であって、
光源と、
該光源から射出されたビームを導光して、移動部材に照射するためのカップリングレンズと、
複数の画素を有し、1次元もしくは2次元画像を取得可能なイメージセンサと、
前記移動部材により散乱された散乱ビームを、前記イメージセンサ上に結像する結像レンズと、
前記イメージセンサ上の画像パターンを時系列で取得する画像パターン取得手段と、
取得時間の隣接した2つの画像パターンP1及びP2の相互相関関数を演算し、前記移動部材の速度や変位を算出する移動情報算出手段と、を有し、
前記移動情報算出手段における前記相互相関関数の演算が、離散フーリエ変換を実行するステップと、周波数空間での背景除去処理を実行するステップと、逆離散フーリエ変換を実行するステップと、を含むことを特徴とする移動情報検出装置。
A movement information detection device for detecting the speed and displacement of a movement member as movement information,
A light source;
A coupling lens for guiding the beam emitted from the light source and irradiating the moving member;
An image sensor having a plurality of pixels and capable of acquiring a one-dimensional or two-dimensional image;
An imaging lens that forms an image of the scattered beam scattered by the moving member on the image sensor;
Image pattern acquisition means for acquiring the image pattern on the image sensor in time series;
Movement information calculation means for calculating a cross-correlation function between two image patterns P1 and P2 adjacent to each other in acquisition time and calculating a speed and displacement of the moving member;
The calculation of the cross-correlation function in the movement information calculation means includes a step of executing a discrete Fourier transform, a step of executing a background removal process in a frequency space, and a step of executing an inverse discrete Fourier transform. A moving information detecting apparatus characterized by the above.
請求項1記載の移動情報検出装置において、
移動情報算出手段における相互相関関数の演算が、
画像パターンP1の離散フーリエ変換を実行してフーリエパターンF1を算出するステップと、
画像パターンP2の離散フーリエ変換を実行してフーリエパターンF2を算出するステップと、
フーリエパターンF1と、フーリエパターンF2の複素共役との積を実行して、合成フーリエパターンF3を算出するステップと、
合成フーリエパターンF3に対し、周波数空間での背景除去処理を実行してBG除去フーリエパターンF4を算出するステップと、
前記BG除去フーリエパターンF4に対する逆離散フーリエ変換を実行して相関パターンPSを算出するステップと、からなることを特徴とする移動情報検出装置。
The movement information detection apparatus according to claim 1,
The calculation of the cross-correlation function in the movement information calculation means is
Performing a Fourier transform of the image pattern P1 to calculate a Fourier pattern F1;
Performing a discrete Fourier transform of the image pattern P2 to calculate a Fourier pattern F2, and
Performing a product of the Fourier pattern F1 and the complex conjugate of the Fourier pattern F2 to calculate a composite Fourier pattern F3;
Performing a background removal process in the frequency space on the synthesized Fourier pattern F3 to calculate a BG removal Fourier pattern F4;
And a step of calculating a correlation pattern PS by performing an inverse discrete Fourier transform on the BG-removed Fourier pattern F4.
請求項2記載の移動情報検出装置において、
背景除去処理として、合成フーリエパターンF3と低周波数除去パターンLCとの積の演算を実行することを特徴とする移動情報検出装置。
In the movement information detection device according to claim 2,
A movement information detecting apparatus that performs an operation of a product of a synthetic Fourier pattern F3 and a low frequency removal pattern LC as background removal processing.
請求項2記載の移動情報検出装置において、
背景除去処理として、合成フーリエパターンF3と背景除去パターンFBとの差の演算を実行することを特徴とする移動情報検出装置。
In the movement information detection device according to claim 2,
A movement information detection apparatus that performs a calculation of a difference between the synthesized Fourier pattern F3 and the background removal pattern FB as background removal processing.
請求項3または4記載の移動情報検出装置において、
低周波数除去パターンLCおよび背景除去パターンFBの少なくとも一方が、予め複数パターン用意され、
画像パターンP1およびP2の少なくとも一方に応じて、前記容易された複数の除去パターンの1つが選択して、背景除去処理を行うことを特徴とする移動情報検出装置。
In the movement information detection device according to claim 3 or 4,
A plurality of patterns are prepared in advance at least one of the low-frequency removal pattern LC and the background removal pattern FB,
A movement information detecting apparatus that performs background removal processing by selecting one of the plurality of facilitated removal patterns according to at least one of image patterns P1 and P2.
請求項3〜5の任意の1に記載の移動情報検出装置において、
移動情報算出手段による移動部材の速度や変位の算出が、イメージセンサの画素単位以下の分解能で相関パターンPS上の相関ピーク位置PPを算出するステップを含むことを特徴とする移動情報検出装置。
The movement information detection apparatus according to any one of claims 3 to 5,
The movement information detecting apparatus characterized in that the calculation of the speed and displacement of the moving member by the movement information calculating means includes a step of calculating a correlation peak position PP on the correlation pattern PS with a resolution equal to or less than a pixel unit of the image sensor.
複数の像担持体と、該複数の像担持体を均一帯電する帯電装置と、均一帯電された前記複数の像担持体をビームスポットにより光走査して静電潜像を形成する光走査装置と、該光走査装置により前記複数の像担持体上に形成された静電潜像を、それぞれ所定の色のトナーで顕像化する現像装置と、前記複数の像担持体に対向して移動可能に設けられた中間転写ベルトと、第1および第2の転写装置と、定着装置と、を有し、
前記複数の像担持体上に顕像化された各色トナー画像を、前記第1の転写装置により前記中間転写ベルト上に転写して、該中間転写ベルト上で各色トナー画像を重ね合わせ、重ね合わせられた各色トナー画像を、前記第2の転写手段によりシート状記録媒体に転写し、該シート状記録媒体に転写された各色トナー画像を、前記定着装置により前記シート状記録媒体に定着して多色またはカラー画像を形成する多色画像形成装置において、
請求項1〜6の任意の1に記載の移動状情報出装置を設け、前記中間転写ベルトの速度を検出することを特徴とする多色画像形成装置。
A plurality of image carriers, a charging device that uniformly charges the plurality of image carriers, and an optical scanning device that forms an electrostatic latent image by optically scanning the plurality of uniformly charged image carriers with a beam spot; The electrostatic scanning image formed on the plurality of image carriers by the optical scanning device is visualized with toner of a predetermined color, and can be moved to face the plurality of image carriers. An intermediate transfer belt, a first transfer device, a second transfer device, and a fixing device.
The color toner images visualized on the plurality of image carriers are transferred onto the intermediate transfer belt by the first transfer device, and the color toner images are superimposed on the intermediate transfer belt. The respective color toner images thus transferred are transferred onto a sheet-like recording medium by the second transfer means, and the respective color toner images transferred onto the sheet-like recording medium are fixed on the sheet-like recording medium by the fixing device. In a multicolor image forming apparatus for forming a color or color image,
7. A multi-color image forming apparatus comprising the movable information output device according to claim 1 and detecting a speed of the intermediate transfer belt.
複数の像担持体と、該複数の像担持体を均一帯電する帯電装置と、均一帯電された前記複数の像担持体をビームスポットにより光走査して静電潜像を形成する光走査装置と、該光走査装置により前記複数の像担持体上に形成された静電潜像を、それぞれ所定の色のトナーで顕像化する現像装置と、前記複数の像担持体に対向して移動可能に設けられシート状記録媒体を搬送する搬送ベルトと、転写装置と、定着装置と、を有し、
前記複数の像担持体上に顕像化された各色トナー画像を、前記転写装置により前記搬送ベルトで搬送されたシート状記録媒体に直接転写して、該シート状記録媒体上で各色トナー画像を重ね合わせ、前記シート状記録媒体上で重ね合わせられた各色トナー画像を、前記定着手段により前記シート状記録媒体に定着して多色またはカラー画像を形成する多色画像形成装置において、
請求項1〜6の任意の1に記載の移動情報検出装置を設け、前記搬送ベルトの速度を検出することを特徴とする多色画像形成装置。
A plurality of image carriers, a charging device that uniformly charges the plurality of image carriers, and an optical scanning device that forms an electrostatic latent image by optically scanning the plurality of uniformly charged image carriers with a beam spot; The electrostatic scanning image formed on the plurality of image carriers by the optical scanning device is visualized with toner of a predetermined color, and can be moved to face the plurality of image carriers. A conveyance belt that conveys a sheet-like recording medium, a transfer device, and a fixing device,
Each color toner image visualized on the plurality of image carriers is directly transferred to the sheet-like recording medium conveyed by the conveying belt by the transfer device, and each color toner image is transferred onto the sheet-like recording medium. In a multicolor image forming apparatus that forms a multicolor or color image by superimposing and fixing each color toner image superimposed on the sheet-like recording medium on the sheet-like recording medium by the fixing unit.
A multi-color image forming apparatus, comprising the movement information detecting device according to claim 1, wherein the moving information detecting device detects a speed of the conveying belt.
シート状記録媒体に、インク吐出ヘッドにより画素を印字記録する多色画像形成装置において、
請求項1〜6の任意の1に記載の移動情報検出装置を設け、前記シート状記録媒体の移動量を検出することを特徴とする多色画像形成装置。
In a multicolor image forming apparatus that prints and records pixels on a sheet-like recording medium with an ink ejection head,
A multi-color image forming apparatus comprising the movement information detection apparatus according to claim 1, wherein the movement information detection apparatus detects a movement amount of the sheet-like recording medium.
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