JP2014035197A - 移動部材検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化等によらず移動部材の実速度を短時間で精度良く検出できる移動部材検出装置、その移動部材検出装置を有する画像形成装置を提供する。
【解決手段】移動部材検出装置５０において、移動部材Ｅに対して所定の２箇所であるＡ位置とＢ位置を設定する。Ａ位置をレーザ光源１１Ａで照射する。Ｂ位置をレーザ光源１１Ｂで照射する。Ａ位置の画像をエリアセンサ１２Ａで取り込む。Ｂ位置の画像をエリアセンサ１２Ｂで取り込む。Ａ位置の画像とＢ位置の画像の取り込みタイミングに時差Δｔを設ける。Ａ位置の画像とＢ位置の画像の相関から移動部材Ｅの実速度を求める。２つのエリアセンサ１２Ａ，１２Ｂを固定部材１３で固定する。固定部材１３を線膨張係数が０のようなガラス材料とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動部材の実速度を検出する移動部材検出装置、その移動部材検出装置を有する画像形成装置に関する。

近年のカラー画像形成装置は、高速化への要求に応えるため、４色（ブラック、シアン、マゼンダ、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、いわゆる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が、その方式として、記録媒体上で直接重ね合わせる直接転写方式と、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たあとに記録媒体に一括して転写する中間転写ベルト方式の２方式がある。そして、直接転写方式では紙等の記録媒体を送る搬送ベルトを、中間転写ベルト方式では中間転写ベルトを高精度で駆動しなければ、色ずれが発生してしまう。

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、特許第４５４５５８０号公報（特許文献１）、特開２００９−１５２４０号公報（特許文献２）及び特開２０１０−５５０６４号公報（特許文献３）に開示されているように、中間転写ベルト等の移動部材の速度を検出する技術がある。

例えば、特開２００９−１５２４０に開示されているように、スペックルの速度ベクトルを検出して、その結果に基づき速度制御に利用する場合、微小区間の変位から速度を演算することや、カメラの画素サイズによって、演算される速度が離散化されるため、高精度な速度検出が難しく、速度を積算してベルト搬送位置を演算した場合に、誤差も積算され正確な位置決めが出来ない問題があった。また、温度特性や検出距離変化によってＣＭＯＳセンサと撮像レンズ間や、撮像レンズと物体（移動部材）間の距離が変化すると結像倍率が変化して、計測速度に計測誤差が発生するという問題があった。

本発明は、温度特性や検出距離変化によってエリアセンサのＣＭＯＳセンサ等と撮像レンズ間や、撮像レンズ等と移動部材との距離が変化しても、計測誤差を発生させずに高精度な移動速度を計測できる移動部材検出装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１の移動部材検出装置は、移動部材の移動速度を検出する移動部材検出装置であって、前記移動部材の検知位置に光ビームを照射する光源と、１次元画像または２次元画像の画像データを取得可能なエリアセンサと、外部からのトリガ信号により前記エリアセンサによる画像データを取得するエリアセンサ制御手段と、により構成される画像取得手段と、速度演算手段とを備え、前記画像取得手段は、前記移動体の移動方向の前位置とＢ位置の２箇所の位置で該移動体の画像データを取得し、前位置で前位置画像データを取得した後、前記移動部材がＢ位置に移動したときに、該Ｂ位置でＢ位置画像データを取得し、前記速度演算手段は、前記前位置画像データと前記Ｂ位置画像データから、前記移動部材の移動速度を算出することを特徴とする。

請求項２の移動部材検出装置は、請求項１に記載の移動部材検出装置であって、前記画像取得手段は複数のエリアセンサを備え、該複数のエリアセンサは前記前位置と前記Ｂ位置とにそれぞれ対応する位置で同一部材上に固定されていることを特徴とする。

請求項３の移動部材検出装置は、請求項１に記載の移動部材検出装置であって、前記画像取得手段は、前記移動部材に対して前記前位置と前記Ｂ位置に対応する複数の検知位置に光ビームを照射する光源と、１つの１次元画像または２次元画像の画像データを取得可能な１つのエリアセンサと、前記前位置と前記Ｂ位置とに対向配置された光学式の画像合成手段とを有し、該画像合成手段により、前記前位置画像データと前記Ｂ位置画像データとを前記１つのエリアセンサ上で取得できるようにしたことを特徴とする。

請求項４の移動部材検出装置は、請求項３に記載の移動部材検出装置であって、前記画像合成手段は、複数の検出位置の画像を、前記エリアセンサの同一位置に結像させるように構成され、前記光源は前記前位置にのみ光ビームを照射する前位置光源と前記Ｂ位置にのみ光ビームを照射するＢ位置光源とで構成され、前位置光源のみを発光させ、前記前位置画像データを取得し、Ｂ位置光源のみを発光させて前記Ｂ位置画像データを取得するようにしたことを特徴とする。

請求項５の移動部材検出装置は、請求項３に記載の移動部材検出装置であって、前記画像取得手段は、一つの光源を有するとともに、該一つの光源の光ビームを前記前位置と前記Ｂ位置とにそれぞれ照射される光ビームに分割する光ビーム分割手段を備えたことを特徴とする。

請求項６の移動部材検出装置は、請求項５に記載の移動部材検出装置であって、前記画像合成手段が前記光ビーム分割手段を兼ねていることを特徴とする。

請求項７の移動部材検出装置は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の移動部材検出装置であって、前記光源には半導体レーザを用いることを特徴とする。

請求項８の移動部材検出装置は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の移動部材検出装置であって、前記エリアセンサは２次元画像を取得可能なエリアセンサであって、前記移動部材の移動速度とともに、前記移動部材の移動方向と直行する方向の移動を同時に算出すること特徴とする。

請求項９の画像形成装置は、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の移動部材検出装置を備え、前記移動部材が中間転写ベルトまたは搬送ベルトであることを特徴とする。

請求項１の移動部材検出装置によれば、移動部材に対して前位置と後位置の決まった２箇所のスペックル画像を取得して、その間の移動を計算するようにしたので、例えば画像形成装置における中間転写ベルトの表面速度の検出精度を向上させることができ、高精度なベルト搬送制御を実現し、色ずれや位置ズレの少ない、高品質な画像を出力する画像形成装置を提供することがさらに、演算処理の負荷低減による高速化、簡略化が図れ、計測装置の低コスト化ができる。

請求項２の移動部材検出装置によれば、請求項１の効果に加えて、線膨張係数の小さい同一の固定部材に固定することで、環境による画像取得手段の位置が変化しにくくなり、移動部材の撮像位置が変動しないため、高精度に検出できる。

請求項３の移動部材検出装置によれば、請求項１の効果に加えて、エリアセンサが１つでよいので、部品点数の削減と小型の構成となり、低コスト化が図れる。

請求項４の移動部材検出装置によれば、請求項３と同様な効果が得られる。

請求項５の移動部材検出装置によれば、請求項３の効果に加えて、光源が１つでよいので、さらに部品点数の削減と小型の構成となり、低コスト化が図れる。

請求項６の移動部材検出装置によれば、請求項５の効果に加えて、画像合成手段が前記光ビーム分割手段を兼ねているので、さらに部品点数の削減と小型の構成となり、低コスト化が図れる。

請求項７の移動部材検出装置によれば、請求項１乃至６の効果に加えて、半導体レーザにより光源が長寿命で安定したものとなる。

請求項８の移動部材検出装置によれば、請求項１乃至７の効果に加えて、例えばが画像形成装置の中間転写ベルトや搬送ベルトのベルトの寄り方向（移動方向と直交する方向）の位置制御も可能となる。

請求項９の画像形成装置によれば、色ずれや位置ズレの少ない、高品質な画像を出力することができる。

本発明の一実施形態の移動部材検出装置、画像取得手段の第１実施例及び移動部材を移動する部位の構成図である。 実施形態の移動部材検出装置、画像取得手段の第１実施例及び移動部材を移動する部位の概略平面図である。 実施形態の移動部材検出装置におけるＡ位置とＢ位置の間隔と時差及び移動側ぞの関係を説明する図である。 実施形態における画像取得手段の第２実施例及び第３実施例を示す概略構成図である。 第２実施例及び第３実施例におけるエリアセンサの撮像領域を説明する図である。 実施形態における画像取得手段の第４実施例を示す概略構成図である。 実施形態における画像取得手段の第５実施例及び第６実施例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態の中間転写方式の画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態の直接転写方式の画像形成装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態である移動部材検出装置について、図１〜図７を参照して説明する。

実施形態の移動部材検出装置５０は、例えば、多色画像形成装置に組み込まれて、中間転写方式の画像形成装置においては中間転写ベルト、又は、直接転写方式の画像形成装置において記録媒体を転写位置に搬送する搬送ベルトなどの移動部材の実速度を検出する。例えば、図１に示すように、駆動ローラＲ１、複数の従動ローラＲ２、Ｒ３に張架された無端ベルト状の移動部材Ｅを図中時計回りに搬送（回転移動）するものであって、上述した移動部材検出装置５０と、モータ８１とを有している。

図１に示すように、移動部材検出装置５０は、画像取得手段５０１と速度演算手段５０２とを備えている。また、移動部材検出装置５０は、移動部材Ｅに対する２箇所の所定の位置である「前位置」としてのＡ位置と「後位置」としてのＢ位置が決められている。
画像取得手段５０１は、Ａ位置に「光ビーム」としてのレーザ光を照射するレーザ光源１１Ａと、Ｂ位置に「光ビーム」としてのレーザ光を照射するレーザ光源１１Ｂと、Ａ位置に配置されたエリアセンサ１２Ａと、Ｂ位置に配置されたエリアセンサ１２Ｂと、画像取り込み部１４と、シャッタ制御部１５とを有している。エリアセンサ１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ２次元画像を取得可能なエリアセンサである。

速度演算手段５０１はマイクロコンピュータ等から構成されており、後述のように画像取り込み部１４からのＡ位置画像データＤＡとＢ位置画像データＤＢとに基づいて移動部材Ｅの実速度を演算し、シャッタ制御部１５にエリアセンサ１２Ａとエリアセンサ１２Ｂとのシャッタのタイミングを取るための時差Δｔのデータを出力する。また、速度演算手段と５０２は演算した実速度のデータを画像形成装置の全体制御を司る上位コントローラ６０に出力し、コントローラ６０はモータ８１の回転制御を行う。

レーザ光源１１Ａ，１１Ｂは、レーザ光を出射する発光素子と、当該発光素子から出射されたレーザビームを略平行光であるレーザ光にするコリメートレンズと、を有している。レーザ光源１１Ａ，１１Ｂは、移動部材Ｅにレーザ光を照射する。レーザ光源１１Ａ，１１Ｂは、移動部材Ｅの外側の表面に斜め方向からレーザ光Ｌを照射するように配置されている。

この移動部材Ｅは、その表面もしくは内部に散乱性を有するベルト状の部材である。そのため、移動部材Ｅにレーザ光が照射されると反射光として拡散反射して、スペックルと呼ばれる斑点を含む画像（スペックルパターン）が得られる。このスペックルパターンは、移動部材Ｅの表面もしくは内部の凹凸形状に対応してレーザ光の干渉が生じることにより形成され、移動部材Ｅが移動すると、スペックルパターンもパターン形状を維持したまま同様に移動する。このスペックルは対象となる移動部材Ｅ上の仮想の刻印されたマークの役目を持ち、この刻印マークであるスペックパターンの移動を検出して移動部材Ｅの速度を検出する。

エリアセンサ１２Ａ，１２Ｂは、移動部材Ｅにおけるレーザ光が照射された箇所を撮影して２次元の画像データを出力する。エリアセンサ１２Ａ，１２Ｂには、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ、フォトダイオードアレイ等を用いることができる。

本実施形態において、エリアセンサ１２Ａ，１２Ｂは、２次元の画像データを出力するものを用いており、それぞれ固定部材１３に固定されている。エリアセンサ１２Ａ，１２Ｂは、その受光面を移動部材Ｅの外側の面と平行に間隔をあけて対向して設けられ、かつ、エリアセンサ１２Ａとエリアセンサ１２Ｂは、移動部材Ｅの移動方向に離間してそれぞれ、Ａ位置とＢ位置とに配置されている。これによりエリアセンサ１２Ａ，１２Ｂには、移動部材Ｅで反射された反射光を含む画像（即ち、上記スペックルパターン）が入力される。そして、エリアセンサ１２Ａ，１２Ｂは、当該画像を示す２次元の画像データを出力する。なお、１次元の画像データを出力するエリアセンサを用いるときは、エリアセンサの長手方向を移動部材Ｅの移動方向Ｘと平行に配置する。また、本実施形態において、移動部材Ｅとエリアセンサ１２Ａ，１２Ｂとを直接対向させて配置しているが、これに限定されるものではなく、後述の実施形態のように移動部材Ｅとエリアセンサとの間に光学部材（光分離手段、画像合成手段）等を設けた構成としてもよい。

速度演算手段５０２は、画像取り込み部１４における画像データＤの取得タイミングの差である前記時差Δｔを生成する。具体的には、図３に示すように、移動部材Ｅの目標速度をｖ［ｍｍ／ｓ］、Ａ位置のエリアセンサ１２ＡとＢ位置のエリアセンサ１２Ｂの相対距離をＬ［ｍｍ］とすると、時差Δｔ［ｓ］は、次の（１）式、
Δｔ＝Ｌ／ｖ…（１）
によって算出される。

速度演算手段５０２は、移動部材Ｅの目標速度ｖを、例えば、画像形成装置の全体制御を司る上位コントローラ６０などから取得するとともに、この目標速度ｖを上記相対距離Ｌで除して時差Δｔを算出する。そして、速度演算手段５０２は、時差Δｔを生成して、シャッタ制御部１５に出力する。

画像取り込み部１４は、Ａ位置に配置されたエリアセンサ１２Ａが出力したＡ位置画像データＤ１と、Ｂ位置に配置されたエリアセンサ１２Ｂが出力したＢ位置画像データＤ２とを周期的に取得する。具体的には、シャッタ制御部１５がエリアセンサ１２Ａのシャッタタイミングを制御し、さらに速度演算手段５０１から入力される時差Δｔによりエリアセンサ１２Ｂのシャッタタイミングを制御する。このシャッタタイミングの制御により、、画像取り込み部６１はＡ位置画像データＤ１を時刻ｔ０において取得し、その後、時差Δｔによっり、Ｂ位置画像データＤ２を時刻ｔ０＋Δｔにおいて取得する。そして、これらのＡ位置画像データＤ１とＢ位置画像データＤ２は速度演算手段５０１に入力される。

速度演算手段５０２は、Ａ位置画像データＤ１及びＢ位置画像データＤ２に対して相互相関演算を行うことにより得た相関画像データＤｇに基づいて、移動部材Ｅの実速度Ｖｒを検出する。速度演算手段５０２により行われる相互相関演算は以下の（２）式で表される。ここで、Ａ位置画像データをＤ１、Ｂ位置画像データをＤ２、フーリエ変換をＦ［］、逆フーリエ変換をＦ^-1［］、複素共役を記号＊、相互相関演算を記号★とすると、
Ｄ１★Ｄ２^* ＝Ｆ^-1［Ｆ［Ｄ１］・Ｆ［Ｄ２］^* ］…（２）
となる。

Ａ位置画像データＤ１及びＢ位置画像データＤ２に対して相互相関演算Ｄ１★Ｄ２^* を行うと、相関画像データＤｇが得られる。ここで、Ａ位置画像データＤ１及びＢ位置画像データＤ２が２次元画像データであるので、相関画像データＤｇについても２次元画像データとなる。また、Ａ位置画像データＤ１及びＢ位置画像データＤ２が１次元画像データであれば、相関画像データＤｇについても１次元画像データとなる。

または、相関画像データＤｇにおいてブロードな輝度分布が問題になる際は、位相限定相関を用いてもよい。この位相限定相関は以下の式で表される。ここで、Ｐ［］とは、複素振幅において、位相のみを取り出す（振幅は全て１にする）ことを示す。
Ｄ１★Ｄ２^* ＝Ｆ^-1［Ｐ［Ｆ［Ｄ１］］・Ｐ［Ｆ［Ｄ２］^* ］

このように位相限定相関を用いることで、ブロードな輝度分布の場合でも、より高精度に第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２の位置ずれ量（相関距離Ｊ）を計算できる。

この相関画像データＤｇは、Ａ位置画像データＤ１とＢ位置画像データＤ２との相関関係を示すものであり、Ａ位置画像データＤ１の示すＡ画像Ｇ１とＢ位置画像データＤ２の示すＢ画像Ｇ２との一致度合が高いほど、相関画像データＤｇの示す画像Ｇｇの中心位置Ｏに近い位置に急峻なピーク（相関ピーク）輝度が表れて、これらＡ画像Ｇ１、Ｂ画像Ｇ２が一致すると相関画像データＤｇの中心位置Ｏとピーク位置Ｐとが重なる。

そして、本実施形態においては、時差Δｔが、移動部材Ｅの目標速度ｖをＡ位置とＢ位置の相対距離Ｌで除した値に設定されているので、移動部材Ｅの実速度と目標速度ｖとが一致していれば、Ａ位置にあるＡ画像は、時差Δｔを経過した後にＢ位置に移動することになり、即ち、Ａ位置画像データＤ１の示すＡ画像とＢ位置画像データＤ２の示すＢ画像とが一致する。

つまり、移動部材Ｅの目標速度ｖと実速度とが一致していれば、相関画像データＤｇの中心位置とピーク位置とが重なり、移動部材Ｅの目標速度ｖと実速度とが異なれば、それらの差異に応じて相関画像データＤｇの中心位置とピーク位置とがずれる。このことから、上記相関画像データＤｇにおいて、当該相関画像データＤｇが示す画像Ｇｇの中心位置から最も急峻なピーク位置までの距離（相関距離Ｊ）が、移動部材Ｅの目標速度ｖと実速度との速度偏差ΔＶを表している。

したがって、相関画像データＤｇに対して最も急峻なピークを探す演算を行うことで、移動部材Ｅの目標速度ｖと実速度との速度偏差ΔＶを算出できる。このような相互相関演算を用いた方法では、高速フーリエ変換が利用できるため、比較的少ない演算量で、かつ高精度に速度偏差ΔＶ、即ち、移動部材の実速度を検出できる。

なお、エリアセンサ１２Ａ，１２ＢとしてはＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサを用いた、カメラを利用できる。移動部材Ｅの移動速度が速い場合にはグローバルシャッター機能のあるセンサを用いると画像ズレの少ない画像を取得できる。また、エリアセンサ１２Ａ，１２Ｂは移動部材Ｅの移動方向に一定の相対距離Ｌを持たせるように固定部材１３によって保持しているが、この固定部材１３はエリアセンサ１２Ａ，１２Ｂの位置が変化しないように固定する部材で、なるべく環境によって変化しない材料で作られていることが望ましい。線膨張係数が０のようなガラス材料が利用できれば高精度な計測を行うことができる。一般的には鉄で作られた板金でも画像形成装置に置いては十分な精度が得られる。

なお、エリアセンサ１２Ａ，１２Ｂ間の撮像タイミングは上記時差Δｔで決まるが、ここの撮像タイミングは、必要とする分解能によって適宜決めれば良い。また、目標速度をｖ、速度誤差をｄｖ、相対距離をＬ、相関演算によって求められた位置ズレをｄＬ、時差をΔｔ（ｓ）とし、実速度を目標速度ｖに速度誤差ｄｖを加えたものとすると、
ｖ＋ｄｖ＝（Ｌ＋ｄＬ）／Δｔ
ｖ＝Ｌ／Δｔ
に設定しているので、目標速度からの偏差は
ｄｖ＝ｄＬ／Δｔ
で求められる。求められた速度偏差にもとづいてフィードバック制御を行えば、ベルト搬送速度を一定に制御することができる。

以上、二台のエリアセンサ１２Ａ，１２Ｂを使って、移動部材の実速度を精密に計測することができることを説明したが、この構成を用いれば、仮に環境温度変化でエリアセンサ１２Ａ，１２Ｂの撮像倍率が変化したとしても、相対距離Ｌが変化しなければ、速度がｖの時は、画像位置ずれは０として演算されるため、倍率変化の影響を受けない。また、速度誤差がある場合には、ｄＬが倍率変化の影響を受けるため、ｄＬには計測誤差が含まれるが、ｖに対してｄｖが小さければｄＬも小さくなるため偏差としては非常に小さい値になる。たとえはｄｖがｖに対して１％程度発生しているときに、温度変化によって倍率変化が１％生じたとしても、ｖに対する計測誤差は０．０１×０．０１＝０．０００１（０．０１％）にすぎない。以上のように、本発明を用いて画像相関を用いた速度計測を行えば、簡易に高精度な速度計測が実現され、高精度なベルト速度搬送装置を提供することができる。

なお、上述した実施形態では、Ａ位置画像データＤ１及びＢ位置画像データＤ２に対してフーリエ変換を用いた相互相関演算を行うことにより得た相関画像データＤｇに基づいて、移動部材Ｅの実速度を検出するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、Ａ位置画像データＤ１及びＢ位置画像データＤ２に含まれる輝度について、この輝度が所定のしきい値以下の場合は「０」、当該しきい値より大きいときは「１」として２値化して、Ａ位置画像データＤ１及びＢ位置画像データＤ２を直接比較して相関距離Ｊを求めるなど、本発明の目的に反しない限り、Ａ位置画像データＤ１及びＢ位置画像データＤ２に基づいて移動部材Ｅの実速度を検出する方法は任意である。

図４は画像取得手段の第２実施例（図４(A) ）及び第３実施例（図４(B) ）を示す概略構成図、図５は第２実施例及び第３実施例におけるエリアセンサの撮像領域を説明する図である。

図４(A) の第２実施例はプリズム５１を用いた画像形成手段の例であり、レーザ光源１１Ａは移動部材Ｅに対してＡ位置に向けてレーザ光を照射し、Ａ位置からの反射光をプリズム５１の片側で受光して、１つのエリアセンサ１２の片側の視野に入射させる。レーザ光源１１Ｂは移動部材Ｅに対してＢ位置に向けてレーザ光を照射し、Ｂ位置からの反射光をプリズム５１の反対側で受光して、１つのエリアセンサ１２の片側の視野に入射させる。なお、レーザ光源１１Ａ，１１Ｂは、移動部材Ｅの外側の表面に斜め方向からレーザ光Ｌを照射するように配置されている。

図４(B) の第３実施例はミラー５２を用いた画像形成手段の例であり、レーザ光源１１Ａは移動部材Ｅに対してＡ位置に向けてレーザ光を照射し、Ａ位置からの反射光をミラー５２の片側の入射口で受光して、１つのエリアセンサ１２の片側の視野に入射させる。レーザ光源１１Ｂは移動部材Ｅに対してＢ位置に向けてレーザ光を照射し、Ｂ位置からの反射光をミラー５２の反対側の入射口で受光して、１つのエリアセンサ１２の片側の視野に入射させる。

以上の第２実施例及び第３実施例におけるエリアセンサ１２では、図５に示すように受光面１２ａの片側半分の受光領域１２ａ１にＡ位置の画像が受光され、他方の片側半分の受光領域１２ａ２にＢ位置の画像が受光される。このように、１つのエリアセンサ１２で画像取得手段を構成しているので、１つのエリアセンサ１２で２つの領域を同時に撮像することができるため、部品点数の削減と小型の構成となり、低コスト化が図れる。

図６は画像取得手段の第４実施例を示す概略構成図である。この第４実施例は、Ａ位置からの反射光とＢ位置がらの反射光をミラーを使って１つのエリアセンサ１２に同軸にに導く構成である。光源１１ＡでＡ位置にレーザ光が照射され、このＡ位置からの反射光は第１ミラー５３とハーフミラーである第２ミラー５４で反射されてエリアセンサ１２に入射する。光源１１ＢでＢ位置にレーザ光が照射され、このＢ位置からの反射光はハーフミラーである第２ミラー５４を透過してエリアセンサ１２に入射する。

すなわち、この第４実施例の画像取得手段はエリアセンサ１２の同一軸上に２つの撮像領域の画像を合成する機能を持つ手段である。Ａ位置とＢ位置の２つの撮像領域を同時に照明すると、２つの画像が重なって露光されてしまうため、図６(B) のように光源１１Ａ（光源Ａ）と光源１１Ｂ（光源Ｂ）の露光タイミングをずらして、Ａ位置の画像のメモリ領域（メモリＡ）とＢ位置の画像のメモリ領域（メモリＢ）の画像の取り込みタイミングを時差Δｔだけずらすように制御する。

前記第２実施例及び第３実施例では、画像取得手段によって、２つの領域の画像をエリアセンサ１２の別々の領域１２ａ１，１２ａ２に結像するように構成していた。しかし、この第４実施例では、２つ画像をエリアセンサ１２の光軸中心に結像させることで、レンズの結像倍率等が変化しても、中心の画像位置は変化しないので、倍率変化が発生しても高精度な検出が可能となる。

図７は画像取得手段の第５実施例（図７(A) ）及び第６実施例（図７(B) ）を示す概略構成図である。図７(A) の第５実施例は。光源１１のレーザをはハーフミラーである第２ミラー５４を透過して第１ミラー５２でＡ位置にレーザ光が照射される。このＡ位置からの反射光は第１ミラー５３とハーフミラーである第２ミラー５４で反射されてエリアセンサ１２に入射する。また、光源１１のレーザをはハーフミラーである第２ミラー５４で反射されてＢ位置にレーザ光が照射される。このＢ位置からの反射光はハーフミラーである第２ミラー５４を透過してエリアセンサ１２に入射する。

図７(B) の第６実施例は。光源１１のレーザをはハーフミラーである第３ミラー５５で反射されてＡ位置にレーザ光が照射される。このＡ位置からの反射光は第１ミラー５３とハーフミラーである第２ミラー５４で反射されてエリアセンサ１２に入射する。また、光源１１のレーザをはハーフミラーである第３ミラー５４を透過して第４ミラーで反射され、Ｂ位置にレーザ光が照射される。このＢ位置からの反射光はハーフミラーである第２ミラー５４を透過してエリアセンサ１２に入射する。

この第５実施例及び第６実施例は光源を共通にすることで、照明光源の削減と同時に照明パターンの一致性、相関性を向上させ、高精度な検出を提供するものである。なお、Ａ位置の画像とＢ位置の画像の取り込みタイミングは、図６(B) について説明した第４実施例と同様である。また、光源にレーザを用いるときには、同一コヒーレンシーとなるため、スペックルの一致性が向上し、高精度な計測が実現できる。また、画像合成手段に光入射口を持たせることで、同軸照射を１つの光源で実現できる。また、光源を斜入射させる光学系の適用で、表面粗さによるスペックル散乱光量を増加させることができる。

以下、本発明の一実施形態である画像形成装置について、図８及び図９を参照して説明する。図８に本発明の一実施形態の多色対応の画像形成装置（図中、符号２００で示す）の基本的な構成例を示す。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であり、この像担持体はドラム状の感光体である。各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは図中の矢印方向に回転され、その周囲には、帯電手段である帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ（各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）、現像手段である各色の現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、一次転写手段（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。また、図中の符号３０は定着手段、４０は二次転写手段、４１は搬送手段を示している。

また、画像形成装置２００は、中間転写ベルト方式の多色画像形成装置であり、中間転写ベルトを搬送する上述の移動部材搬送ユニット１００を有している。この移動部材搬送ユニット１００において、移動部材Ｅとしての中間転写ベルト１０５は、駆動ローラＲ１、従動ローラＲ２、Ｒ３、Ｒ４に張架されており、モータ８１が、この中間転写ベルト１０５（駆動ローラＲ１）を図中反時計回り（移動方向Ｘ）に回転駆動する。また、上述した移動部材検出装置５０が、中間転写ベルト１０５についての上記速度偏差ΔＶ及び実速度Ｖｒなどの実速度情報を検出して、モータ制御部８２が、この実速度情報に基づいて中間転写ベルト１０５が目標速度Ｖｔで回転するようにモータ８１を制御する。図８において、モータ制御部８２及び画像形成装置の上位コントローラ９０は記載を省略している。

各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋにより均一に帯電され、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）が露光され、静電潜像が形成される。

各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに形成された静電潜像は、イエロー（Ｙ）現像器４Ｙ、マゼンタ（Ｍ）現像器４Ｍ、シアン（Ｃ）現像器４Ｃ、ブラック（Ｋ）現像器４Ｋによって現像され、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像として顕像化される。

上記の現像工程で顕像化された各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上のトナー像は、中間転写ベルト１０５に順次重ね合わせて一次転写される。そして、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、図示しない給紙部から給紙され、図示しない搬送手段を経て二次転写手段４０の位置に搬送されて来た紙等の記録媒体に一括して二次転写される。そして、トナー画像が転写された記録媒体は搬送ベルト等の搬送手段４１で定着手段３０に搬送され、定着手段３０によりトナー画像が記録媒体に定着されることで多色画像またはフルカラー画像が得られる。そして、定着後の記録媒体は図示しない排紙部や後処理装置等に排紙される。

また、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て残留トナーが除去される。また、トナー画像転写後の中間転写ベルト１０５も、図示しないベルトクリーニング手段によりクリーニングされて残留トナーが除去される。

なお、図８に示す画像形成装置２００では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のいずれか１色の画像を形成する単色モード、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）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（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のいずれか３色の画像を重ねて形成する３色モード、上記のように４色の重ね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しない操作部に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。

また、図８に示す構成の画像形成装置２００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に一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から紙等の記録媒体に一括して二次転写する構成の、中間転写方式の多色画像形成装置であるが、図９に示す構成の多色対応の画像形成装置（図中、符号２００Ａで示す）のように、中間転写ベルトの代わりに紙等の記録媒体を担持搬送する移動部材Ｅとしての搬送ベルト１０６を用い、各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋから紙等の記録媒体に直接転写する方式の多色画像形成装置としてもよい。この直接転写方式の画像形成装置２００Ａでは、図９に示すように、紙等の記録媒体の進入経路が図８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ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに向けて搬送するようになっている。

また、画像形成装置２００Ａは、搬送ベルト１０６を搬送する上述の移動部材搬送ユニット１００を有している。この移動部材搬送ユニット１００において、移動部材Ｅとしての搬送ベルト１０６は、駆動ローラＲ１、従動ローラＲ２に張架されており、モータ８１が、この搬送ベルト１０６（駆動ローラＲ１）を図中反時計回り（移動方向Ｘ）に回転駆動する。また、上述した移動部材検出装置５０が、搬送ベルト１０６についての上記速度偏差ΔＶ及び実速度Ｖｒなどの実速度情報を検出して、モータ制御部８２が、この実速度情報に基づいて中間転写ベルト１０５が目標速度Ｖｔで回転するようにモータ８１を制御する。図９において、モータ制御部８２及び画像形成装置の上位コントローラ９０は記載を省略している。

図９に示す画像形成装置２００Ａでも上記と同様に、各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋにより均一に帯電され、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）が露光され、静電潜像が形成される。

各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに形成された静電潜像は、イエロー（Ｙ）現像器４Ｙ、マゼンタ（Ｍ）現像器４Ｍ、シアン（Ｃ）現像器４Ｃ、ブラック（Ｋ）現像器４Ｋによって現像され、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像として顕像化される。

そして、この現像工程にタイミングを合わせて図示しない給紙部から紙等の記録媒体が給紙され、図示しない搬送手段を経て搬送ベルト１０６に搬送されて搬送ベルト１０６に担持される。搬送ベルト１０６に担持された記録媒体は各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに向けて搬送され、上記の現像工程で顕像化された各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上のトナー像は、転写手段６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにより記録媒体に順次重ね合わせて転写される。そして、記録媒体上に転写された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によりトナー画像が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。そして、定着後の記録媒体は図示しない排紙部や後処理装置等に排紙される。

また、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て残留トナーが除去される。

以上説明したように、画像形成装置２００、２００Ａは、上述した移動部材搬送ユニット１００を有しているので、この移動部材搬送ユニット１００の移動部材検出装置５０によって、中間転写ベルト１０５又は搬送ベルト１０６の実速度Ｖｒを短時間で演算することができ、また、精度良く実速度Ｖｒを検出することができ、そのため、その実速度Ｖｒ等の情報をモータ８１にフィードバックすることでベルトの速度変動が略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提供することができる。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、上記で説明した移動部材検出装置５０を用いて速度変動を検出し、補正することも可能である。

さらに、上記の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２０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、ベルトの速度変動の補正と同様に、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。

上述した実施形態は、画像形成装置について説明するものであったが、本発明は、これに限定されるものではなく、一方向に移動する移動部材の速度検出が必要な装置、システムなどであれば、本発明を適用することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１１，１１Ａ，１１Ｂ レーザ光源
１２，１２Ａ，１２Ｂ エリアセンサ
１３ 固定部材
１４ 画像取り込み部
１５ シャッタ制御部
５０ 移動部材検出装置
５０１ 画像取得手段
５０２ 速度演算手段
Ｅ 移動部材

特許第４５４５５８０号公報 特開２００９−１５２４０号公報 特開２０１０−５５０６４号公報

Claims (9)

1. 移動部材の移動速度を検出する移動部材検出装置であって、
   前記移動部材の検知位置に光ビームを照射する光源と、１次元画像または２次元画像の画像データを取得可能なエリアセンサと、外部からのトリガ信号により前記エリアセンサによる画像データを取得するエリアセンサ制御手段と、により構成される画像取得手段と、速度演算手段とを備え、
   前記画像取得手段は、前記移動体の移動方向のＡ位置とＢ位置の２箇所の位置で該移動体の画像データを取得し、Ａ位置でＡ位置画像データを取得した後、前記移動部材がＢ位置に移動したときに、該Ｂ位置でＢ位置画像データを取得し、
   前記速度演算手段は、前記Ａ位置画像データと前記Ｂ位置画像データから、前記移動部材の移動速度を算出することを特徴とする移動部材検出装置。
2. 前記画像取得手段は複数のエリアセンサを備え、該複数のエリアセンサは前記Ａ位置と前記Ｂ位置とにそれぞれ対応する位置で同一部材上に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の移動部材検出装置。
3. 前記画像取得手段は、前記移動部材に対して前記Ａ位置と前記Ｂ位置に対応する複数の検知位置に光ビームを照射する光源と、１つの１次元画像または２次元画像の画像データを取得可能な１つのエリアセンサと、前記Ａ位置と前記Ｂ位置とに対向配置された光学式の画像合成手段とを有し、該画像合成手段により、前記Ａ位置画像データと前記Ｂ位置画像データとを前記１つのエリアセンサ上で取得できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の移動部材検出装置。
4. 前記画像合成手段は、複数の検出位置の画像を、前記エリアセンサの同一位置に結像させるように構成され、前記光源は前記Ａ位置にのみ光ビームを照射するＡ位置光源と前記Ｂ位置にのみ光ビームを照射するＢ位置光源とで構成され、Ａ位置光源のみを発光させ、前記Ａ位置画像データを取得し、Ｂ位置光源のみを発光させて前記Ｂ位置画像データを取得するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の移動部材検出装置。
5. 前記画像取得手段は、一つの光源を有するとともに、該一つの光源の光ビームを前記Ａ位置と前記Ｂ位置とにそれぞれ照射される光ビームに分割する光ビーム分割手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の移動部材検出装置。
6. 前記画像合成手段が前記光ビーム分割手段を兼ねていることを特徴とする請求項５に記載の移動部材検出装置。
7. 前記光源には半導体レーザを用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の移動部材検出装置。
8. 前記エリアセンサは２次元画像を取得可能なエリアセンサであって、前記移動部材の移動速度とともに、前記移動部材の搬送方向と直行する方向の移動を同時に算出すること特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の移動部材検出装置。
9. 前記移動部材が中間転写ベルトまたは搬送ベルトであって、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の移動部材検出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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