JP2014178210A - 速度検出装置、移動部材搬送ユニット、画像形成装置、および速度検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動部材に特別な加工をすることなく、速度検出の際に検出される信号のＳ／Ｎ比を向上させること。
【解決手段】本発明の速度検出装置は、センサアレイ５２の偶数番目のフォトダイオード素子５２ｐと奇数番目のフォトダイオード素子５２ｎのそれぞれについての信号の和をとり、偶数番目の和信号と奇数番目の和信号との差動信号の周期から移動部材の移動速度を演算する信号処理回路５４とを備え、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅Ｌと、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎ間の空隙の幅Ｍと、移動部材の表面による可干渉光の散乱により生じたスペックルの平均径Ｓとが、条件式：Ｌ≦Ｓ≦Ｌ＋２Ｍを満たすことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、移動部材の速度を測定する速度検出装置、およびこれを用いる移動部材搬送ユニット、画像形成装置、ならびに速度検出方法に関する。

近年のカラー画像形成装置では、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。タンデム方式のカラー画像形成装置では、最終的に各色のトナー画像を紙等の記録媒体（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り、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、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。

直接転写方式および中間転写ベルト方式のいずれの場合でも、各色のトナー画像を紙等の記録媒体上に重ね合わせる際に、色ずれと呼ばれる問題が発生することがある。直接転写方式では、紙等の記録媒体を高精度で駆動しなければ色ずれが発生し、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。そこで、カラー画像形成装置では、紙等の記録媒体または中間転写ベルトの移動速度を高精度に検出する方法が重要となっている。

例えば、中間転写ベルトに直接マークを形成し、そのマークを読み取ることでベルトの移動速度を測定し、それを中間転写ベルトの駆動モータにフィードバックする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、紙等の記録媒体または中間転写ベルトにレーザー光を照射することにより観察されるスペックル像を用いて、紙等の記録媒体または中間転写ベルトの移動速度を測定する方法が知られている（例えば、特許文献２または特許文献３参照）。

しかしながら、従来技術による紙等の記録媒体または中間転写ベルトの移動速度の測定では、解決すべき様々な問題があった。例えば、中間転写ベルトに直接マークを形成する方法は、非常に手間がかかるため量産性が悪い。また、紙等の記録媒体に直接マークを形成することはできないので、紙等の記録媒体の移動速度の測定には適用することができないという問題があった。

また、スペックル像を用いた測定方法においても、観察されるスペックルの大きさとＣＣＤ等のフォトダイオード素子との関係を適切に設計しないと、適切なＳ／Ｎ比の信号を得ることができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、移動部材に特別な加工をすることなく、速度検出の際に検出される信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる速度検出装置、移動部材搬送ユニット、画像形成装置、および速度検出方法を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の速度検出装置は、移動部材の表面に可干渉光を照射する照明光学系を有する照明手段と、光を電気信号へ変換する感光素子が空隙を挟んで複数並んだ感光素子アレイを有する光検出手段と、前記移動部材の表面と前記光検出手段とを結像関係にする結像光学系を有する受光手段と、前記感光素子アレイの偶数番目と奇数番目の感光素子それぞれについての信号の和をとり、前記偶数番目の和信号と前記奇数番目の和信号との差動信号の周期から移動部材の移動速度を演算する演算手段とを備え、前記感光素子の幅Ｌと、前記感光素子間の空隙の幅Ｍと、前記移動部材の表面による可干渉光の散乱により生じたスペックルの平均径Ｓとが、条件式：Ｌ≦Ｓ≦Ｌ＋２Ｍを満たすことを特徴とする。ただし、前記スペックルの平均径Ｓは、前記感光素子アレイ上に結像したスペックル像の自己相関ピークの半値全幅とする。

本発明の速度検出装置、移動部材搬送ユニット、画像形成装置、および速度検出方法によれば、移動部材に特別な加工をすることなく、速度検出の際に検出される信号のＳ／Ｎ比を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、中間転写ベルト方式の多色画像形成装置の概略構成図である。 図２は、直接転写方式の多色画像形成装置の概略構成図である。 図３は、移動部材搬送ユニットの模式図である。 図４は、速度検出装置の光学系の構成を示す模式図である。 図５は、センサアレイ上に結像するスペックル像の画像例である。 図６は、速度検出装置による移動部材の速度検出の仕組みを説明する模式図である。 図７は、オペアンプから出力される差動信号の例を示す図である。 図８Ａは、Ｓ＜Ｌである場合の差動信号を模式的に表した図である。 図８Ｂは、Ｓ＝Ｌである場合の差動信号を模式的に表した図である。 図８Ｃは、Ｓ＝Ｌ＋２Ｍ（＝３Ｌ）である場合の差動信号を模式的に表した図である。 図８Ｄは、Ｓ＞Ｌ＋２Ｍ（＝３Ｌ）である場合の差動信号を模式的に表した図である。 図９Ａは、Ｓ＜Ｌである場合の差動信号を模式的に表した図である。 図９Ｂは、Ｓ＝Ｌである場合の差動信号を模式的に表した図である。 図９Ｃは、Ｓ＝Ｌ＋２Ｍである場合の差動信号を模式的に表した図である。 図９Ｄは、Ｓ＞Ｌ＋２Ｍである場合の差動信号を模式的に表した図である。 図１０は、平均スペックル径を変化させた場合のＳ／Ｎ比の変化を調べた実験結果を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、速度検出装置、移動部材搬送ユニット、画像形成装置、および速度検出方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下では、本発明の画像形成装置を複写機、プリンタ、スキャナ装置、ファクシミリ装置等の画像形成装置であるとして実施形態の説明をするが、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能のうち少なくとも２つの機能を有する複合機に本発明を適用することも可能である。

〔画像形成装置〕
図１は、中間転写ベルト方式の多色画像形成装置１０の概略構成図である。図１に示されるように、中間転写ベルト方式の多色画像形成装置１０は、像担持体としての感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋと、中間転写ベルト２０と、潜像形成手段である光走査装置３０と、定着手段４０などその他必要な構成を備える。

図１に示す多色画像形成装置１０は、単色モード、２色モード、３色モード、およびフルカラーモードを有し、これらのモードを指定して画像形成を実行することで単色、多色、またはフルカラーの画像形成が可能である。なお、単色モードとは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、またはブラック（Ｋ）のいずれか１色の画像を形成するモードであり、２色モードとは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、またはブラック（Ｋ）のいずれか２色の画像を重ねて形成するモードであり、３色モードとは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、またはブラック（Ｋ）のいずれか３色の画像を重ねて形成するモードである。そして、フルカラーモードとは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、またはブラック（Ｋ）の４色の重ね画像を形成するモードである。

像担持体としての感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、図中の矢印方向に回転される。また、各感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの周囲には、帯電手段である帯電器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、現像手段である各色の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、一次転写手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋと、感光体クリーニング手段５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋなどが配備されている。

なお、図１では、帯電器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋとして帯電ローラによる接触式のものが示されているが、この他、帯電ブラシや、非接触式のコロナチャージャ等が用いられることもある。また、一次転写手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋの具体例として、転写チャージャ、転写ローラ、または転写ブラシ等が用いられる。

各感光体ドラム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３０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、各感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上に静電潜像が形成される。

各感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上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。

各感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上に顕像化されたトナー像は、一次転写手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋにより、中間転写ベルト２０上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２０上で重ね合わされた各色のトナー画像は、二次転写手段２１の位置に搬送された紙等の記録媒体に二次転写される。

トナー画像が転写された記録媒体は、搬送ベルト２３などの搬送手段により定着手段４０に搬送され、定着手段４０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。定着後の記録媒体は後処理工程等を経て多色画像形成装置１０から排紙される。

なお、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２０も、ベルトクリーニング手段２２によりクリーニングされて残留トナーが除去される。

図２は、直接転写方式の多色画像形成装置１０の概略構成図である。図２に示されるように、直接転写方式の多色画像形成装置１０は、像担持体としての感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋと、紙等の記録媒体を担持搬送する搬送ベルト２３と、潜像形成手段である光走査装置３０と、定着手段４０などその他必要な構成を備える。

図２に示されるように、直接転写方式の多色画像形成装置１０では、搬送ベルト２３により紙等の記録媒体が各感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに向けて搬送される。各感光体ドラム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３０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給紙部から紙等の記録媒体が給紙され、搬送ベルト２３に搬送される。搬送ベルト２３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、転写手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋにより、現像工程で顕像化された各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上のトナー像が記録媒体に順次重ね合わせて転写される。

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４０に搬送され、定着手段４０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後処理工程等を経て多色画像形成装置１０から排紙される。

図１または図２に示すような多色画像形成装置１０において、記録媒体上に４色のトナー画像が正確に重ね合わさらないという色ずれが発生することがある。この色ずれは、中間転写方式のときは中間転写ベルト２０を、直接転写方式のときは搬送ベルト２３上の紙等の記録媒体を高精度で駆動しなければ発生してしまう。

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、現実的には困難である。そこで、ベルトや紙の速度変動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。そのためには、ベルトや紙の速度変動を検出する速度検出装置５０が重要である。

図１に示されるように、中間転写ベルト方式の多色画像形成装置１０では、速度検出装置５０は、中間転写ベルト２０の近傍に配置され、中間転写ベルト２０の速度を検出する。そして、速度検出装置５０により検出された中間転写ベルト２０の速度は、中間転写ベルト２０を駆動するモータ２４の制御に用いられる。また、図２に示されるように、直接転写方式の多色画像形成装置１０では、速度検出装置５０は、搬送ベルト２３の近傍に配置され、搬送ベルト２３の速度を検出する。そして、速度検出装置５０により検出された搬送ベルト２３の速度は、搬送ベルト２３を駆動するモータ２４の制御に用いられる。

以下では、中間転写ベルト方式の多色画像形成装置１０の構成に基づいて、速度検出装置５０の説明を行うが、本発明の実施は、中間転写ベルト方式であるか直接転写方式であるかに拘らず、適切に実施可能である。

〔速度検出装置〕
図３は、中間転写ベルト方式の多色画像形成装置１０の移動部材搬送ユニット６０の模式図である。

図３に示されるように、移動部材搬送ユニット６０は、移動部材としての中間転写ベルト２０と、中間転写ベルト２０の速度を検出する速度検出装置５０と、速度検出装置５０により検出された速度に基づいて中間転写ベルト２０のモータ２４を制御する駆動制御部２５とを備える。

図３に示される実施形態では、移動部材が無端ベルト状の部材である。移動部材としての中間転写ベルト２０は、駆動ローラＲ１、従動ローラＲ２、従動ローラＲ３、および従動ローラＲ４によって張架されており、駆動ローラＲ１を駆動するモータ２４によって移動する。なお、直接転写方式の多色画像形成装置１０では、移動部材が紙等の記録媒体であり、搬送ベルト２３の速度が速度検出装置５０により検出される。

速度検出装置５０は、レーザ光源５１と、センサアレイ５２と、オペアンプ５３と、信号処理回路５４とを備える。レーザ光源５１は、移動部材としての中間転写ベルト２０に可干渉光を照射する光源である。センサアレイ５２は、可干渉光を照射された中間転写ベルト２０により散乱する光線を検出する撮像手段である。

後に詳述するように、センサアレイ５２が検出する検出信号は、２つに分割されてオペアンプ５３に送信される。オペアンプ５３は、２つに分割された検出信号の差分を増幅する差動増幅器として機能する。信号処理回路５４は、オペアンプ５３から出力された差動信号を信号処理することにより、中間転写ベルト２０の速度を演算する。

速度検出装置５０により検出された中間転写ベルト２０の速度の情報は、駆動制御部２５へ送られる。駆動制御部２５は、速度検出装置５０により検出された速度に基づいて中間転写ベルト２０のモータ２４を制御する。なお、駆動制御部２５は、図示しない上位の制御部から中間転写ベルト２０の目標速度が入力されている。駆動制御部２５は、速度検出装置５０により検出された中間転写ベルト２０の速度の実測値と、中間転写ベルト２０の目標速度とに基づいて、駆動ローラＲ１の回転速度のフィードバック制御を行う。

〔光学系〕
図４は、速度検出装置５０の光学系の構成を示す模式図である。図４に示されるように、速度検出装置５０の光学系は、照明光学系と結像光学系とからなり、レーザ光源５１と、センサアレイ５２と、コリメートレンズ５５と、アパーチャ（開口）５６と、結像レンズ５７とを備える。

レーザ光源５１は、中間転写ベルト２０に照射するための可干渉光を放射する光源である。コリメートレンズ５５は、レーザ光源５１と中間転写ベルト２０との間に配置され、レーザ光源５１から放射された可干渉光を略平行光に変換して中間転写ベルト２０に照射する光学素子である。コリメートレンズ５５を用いて中間転写ベルト２０に略平行光を照射することにより、安定なスペックル像が得られる。

中間転写ベルト２０に照射された可干渉光は、中間転写ベルト２０の表層の凹凸に対応して複雑に干渉し、アパーチャ（開口）５６および結像レンズ５７を介して、センサアレイ５２により検出される。アパーチャ（開口）５６は、結像光学系の開口数を定める絞りであり、結像レンズ５７は、中間転写ベルト２０にて散乱した可干渉光をセンサアレイ５２上に結像させる光学素子である。なお、結像レンズ５７は、正の屈折力を有する光学素子を少なくとも１枚設ける複数の光学素子によるレンズ系としても良い。また、中間転写ベルト２０の表面とセンサアレイ５２の受光面とは、結像関係である。

図５は、上記構成の光学系によりセンサアレイ５２上に結像するスペックル像の画像例である。図５に示されるように、スペックル像では、ランダム状に輝点が配置された像である。この輝点はスペックルと呼ばれる。

このスペックルの配列パターンは、中間転写ベルト２０の表層の凹凸に対応した干渉により発生するので、中間転写ベルト２０の移動に応じてスペックルの配列パターンも移動する。また、スペックルパターンの特徴として、撮影位置が、光の進行方向に対して前後してもスペックルパターンが失われることがないということがある。よって、スペックルパターンを用いれば、非常に安定に、移動部材の表面もしくは内部の凹凸形状に対応した画像パターンを得ることができる。

〔移動検知〕
図６は、速度検出装置５０による移動部材の速度検出の仕組みを説明する模式図である。図６に示される模式図は、図３におけるセンサアレイ５２、オペアンプ５３、および信号処理回路５４を抜き出して模式化したものである。

中間転写ベルト２０が速度ｖで移動する場合、センサアレイ５２上のスペックル像は、速度ｖ´＝Ｍｖで移動する。ただし、結像レンズ５７の結像倍率をＭとしている。例えば、結像レンズ５７の結像倍率を０．８倍とし、中間転写ベルト２０の速度を５００ｍｍ／ｓとすると、センサアレイ５２上のスペックル像は速度４００ｍｍ／ｓで移動する。

センサアレイ５２の受光面を模式的に表すと、図６に示されるように、感光素子としてのフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎが空隙を隔てて配列され、感光素子アレイを構成している。なお、説明を容易ならしめるため、図６では、センサアレイ５２は、１次元方向にのみ着目して模式化されている。例えば、センサアレイ５２は、大きさ２００μｍｘ１５μｍのフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎが間隙１５μｍを隔てて配列される（Ｌ＝１５μｍ，Ｍ＝１５μｍ）。

フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの間の空隙は、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの間における信号の漏れこみ（クロストーク）抑制のために設けられている。一般に、この空隙は、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅と同程度以上が望ましい。一方、空隙が広すぎるとフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎが受光できる光量が減るので、本実施形態では、この空隙がフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅と同一の幅に設定されている。

図６に示されるように、奇数番目のフォトダイオード素子５２ｐの出力と偶数番目のフォトダイオード素子５２ｎの出力は、それぞれ並列に出力され、オペアンプ５３へ接続されている。奇数番目のフォトダイオード素子５２ｐの出力は、すべての出力が加算されたのち、オペアンプ５３の＋入力端子に入力される。一方、偶数番目のフォトダイオード素子５２ｎの出力は、すべての出力が加算されたのち、オペアンプ５３の−入力端子に入力される。

オペアンプ５３は、＋入力端子と−入力端子との間で信号の差分を増幅する差動増幅回路として用いられている。したがって、オペアンプ５３は、奇数番目のフォトダイオード素子５２ｐの出力と偶数番目のフォトダイオード素子５２ｎの出力との間の差分を増幅した差動信号を出力する。

信号処理回路５４は、オペアンプ５３から出力される差動信号から、中間転写ベルト２０の速度または変位を演算する演算手段である。

オペアンプ５３から出力される差動信号は、例えば図７に示されるような周期信号である。そして、信号処理回路５４は、オペアンプ５３から出力される差動信号の時間周期から、中間転写ベルト２０の速度または変位を演算する。差動信号の時間周期は、オペアンプ５３から出力される差動信号が０レベルをマイナスからプラスへ横断する時刻の間隔を計測することにより得られる。

オペアンプ５３から出力される差動信号の時間周期をＴとすると、中間転写ベルト２０の速度ｖは、ｖ＝２Ｐ／(Ｍ・Ｔ)で表される。ただし、Ｐは、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの周期（すなわち、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅Ｌ＋空隙の幅Ｍ）であり、Ｍは、結像レンズ５７の結像倍率である。また、この移動速度を時間積算すれば中間転写ベルト２０の変位量が得られる。

〔フォトダイオード素子の周期と平均スペックル径〕
上記のように、中間転写ベルト２０の速度ｖは、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの周期（以下、ＰＤ周期と呼ぶ）に依存して計算される。しかしながら、差動信号のＳ／Ｎ比という観点では、センサアレイ５２のＰＤ周期のみならず、平均スペックル径とセンサアレイ５２のＰＤ周期の関係が重要な役割を果たすことが見出された。

そこで、以下、平均スペックル径とＰＤ周期との関係について説明する。

なお、平均スペックル径は、スペックル像の自己相関ピークの幅（半値全幅）と定義する。また、スペックル像の自己相関の計算方法は、ＣＣＤカメラで撮影したスペックル像をＦＦＴでフーリエ変換し、それ自体とそれの複素共役の各対応要素毎に掛け合わせ、その結果をＦＦＴで逆フーリエ変換し、その結果の値から求める方法が用いられている。

平均スペックル径は、結像レンズ５７の開口数に比例し、レーザ光源５１から照射される可干渉光の波長に反比例する（山口一郎：“レーザスペックルとその応用”光技術コンタクト４６，Ｎｏ．６，２４５−２５２ （２００８）ｐ．２４６）。したがって、アパーチャ（開口）５６の設定またはレーザ光源５１の選択を変更することにより、平均スペックル径の変更が可能である。

ここでは、形状が矩形であるスペックルが１個のみに単純化したモデルによるシミュレーションにより、ＰＤ周期と平均スペックル径との関係を検討する。現実のスペックルは２次元に多数個分布し、各スペックルの形状も矩形ではないが、単純化したモデルの重ねあわせとして同様の性質を持つと考えられる。つまり、このモデルでＳ／Ｎ比が高い場合は、実際でも高いＳ／Ｎ比が得られると考えられる。

なお、以下では、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅をＬとし、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎ間の空隙幅をＭとし、平均スペックル径をＳとする。

図８Ａから図８Ｄは、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅Ｌとフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎ間の空隙幅Ｍとが同じ場合の差動信号を模式的に表した図である。それぞれ、図８ＡはＳ＜Ｌである場合、図８ＢはＳ＝Ｌである場合、図８ＣはＳ＝Ｌ＋２Ｍ（＝３Ｌ）である場合、図８ＤはＳ＞Ｌ＋２Ｍ（＝３Ｌ）である場合の差動信号を表した図である。

図８Ａから図８Ｄにおいて、フォトダイオード素子５２ｐは、オペアンプ５３の＋入力端子に接続された素子であり、フォトダイオード素子５２ｎは、オペアンプ５３の−入力端子に接続された素子である。形状が矩形であるというモデル化したスペックル像（以下、スペックルモデルＫと呼ぶ）は、中間転写ベルト２０が移動するに対応して紙面左から右へ進んで行くとしている。図８Ａから図８Ｃに示される差動信号のグラフは、スペックルモデルＫが紙面左から右へ進んで行くのに対応して、オペアンプ５３から出力される差動信号の出力を示している。

Ｓ＜Ｌである場合、図８Ａに示されるように、平均スペックル径Ｓがフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅Ｌよりも小さいので、モデルスペックルＫが、フォトダイオード素子５２ｐ上を移動している間、差動信号の出力はプラスの値で一定となる。その後、モデルスペックルＫが、フォトダイオード素子５２ｐから空隙へと移動するにつれて、差動信号の出力は減少し、モデルスペックルＫが、空隙を移動している間、差動信号の出力は零値で一定となる。さらに、モデルスペックルＫが、空隙からフォトダイオード素子５２ｎへと移動するにつれて、差動信号の出力は減少し、モデルスペックルＫが、フォトダイオード素子５２ｎ上を移動している間、差動信号の出力はマイナスの値で一定となる。

Ｓ＝Ｌである場合、図８Ｂに示されるように、平均スペックル径Ｓがフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅Ｌと等しい。従って、差動信号の出力が一定となる期間が存在せず、モデルスペックルＫが、フォトダイオード素子５２ｐからフォトダイオード素子５２ｎへと移動するにつれて、差動信号の出力は減少し、フォトダイオード素子５２ｎからフォトダイオード素子５２ｐへと移動するにつれて、差動信号の出力は増加する。

Ｓ＝Ｌ＋２Ｍ（＝３Ｌ）である場合、図８Ｃに示されるように、平均スペックル径Ｓがフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅Ｌに両側の空隙幅２Ｍを足した長さと等しい。従って、モデルスペックルＫが、フォトダイオード素子５２ｐとその幅Ｌに両サイドの空隙を覆うときに、差動信号の出力は最大となり、フォトダイオード素子５２ｎとその幅Ｌに両サイドの空隙を覆うときに、差動信号の出力は最小となる。

Ｓ＞Ｌ＋２Ｍ（＝３Ｌ）である場合、図８Ｄに示されるように、平均スペックル径Ｓがフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅Ｌに両側の空隙幅２Ｍを足した長さよりも大きい。従って、モデルスペックルＫが、２つのフォトダイオード素子５２ｐを跨いで移動している間、差動信号の出力はマイナスの値で一定となり、一方で、２つのフォトダイオード素子５２ｎを跨いで移動している間、差動信号の出力はプラスの値で一定となる。

以上のように、図８Ａから図８Ｄを比較して理解できるように、図８Ａに示されるＳ＜Ｌである場合および図８Ｄに示されるＳ＞Ｌ＋２Ｍ（＝３Ｌ）である場合は、差動信号の出力が一定となる期間が存在する。このことは、差動信号の出力が打ち止めとなり、最大値または最小値へ達することができないということなので、Ｓ／Ｎ比の低下が発生していることになる。

一方、Ｌ≦Ｓ≦Ｌ＋２Ｍである場合、差動信号の出力が一定となる期間が存在しないので、Ｓ／Ｎ比の低下が発生しない。

図９Ａから図９Ｄは、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅Ｌとフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎ間の空隙幅Ｍとが異なる場合の差動信号を模式的に表した図である。それぞれ、図９ＡはＳ＜Ｌである場合、図９ＢはＳ＝Ｌである場合、図９ＣはＳ＝Ｌ＋２Ｍである場合、図９ＤはＳ＞Ｌ＋２Ｍである場合の差動信号を表した図である。

この場合も同様に、図９Ａに示されるＳ＜Ｌである場合および図９Ｄに示されるＳ＞Ｌ＋２Ｍである場合は、差動信号の出力が一定となる期間が存在し、Ｓ／Ｎ比の低下が発生する。一方、Ｌ≦Ｓ≦Ｌ＋２Ｍである場合、差動信号の出力が一定となる期間が存在しないので、Ｓ／Ｎ比の低下が発生しない。

図１０は、平均スペックル径を変化させた場合のＳ／Ｎ比の変化を調べた実験結果を示すグラフである。図１０（ａ）は、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅Ｌ＝２５μｍかつフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎ間の空隙幅Ｍ＝２５μｍの場合（つまりＰＤ周期Ｐ＝５０μｍ）である。図１０（ｂ）は、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅Ｌ＝１５μｍかつフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎ間の空隙幅Ｍ＝１５μｍの場合（つまりＰＤ周期Ｐ＝３０μｍ）である。図１０（ｃ）は、フォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎの幅Ｌ＝１０μｍかつフォトダイオード素子５２ｐ，５２ｎ間の空隙幅Ｍ＝１０μｍの場合（つまりＰＤ周期Ｐ＝２０μｍ）である。また、アパーチャ（開口）５６の径を変更させることにより、平均スペックル径を変化させて実験を行った。なお、移動部材の移動速度は等速の５００ｍｍ／ｓである。

図１０に示されるグラフの横軸は平均スペックル径であり、縦軸は測定した差動信号の時間周期の標準偏差を平均値で割ったものである。この値が小さいほどばらつきが少なく、Ｓ／Ｎ比が高いといえる。

図１０に示されるグラフから読み取れるように、Ｌ≦Ｓ≦Ｌ＋２Ｍの間（図中の矢印の範囲）では、Ｓ／Ｎ比が高いことが示された。

上述した実施形態は、多色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。また、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。

１０ 多色画像形成装置
２０ 中間転写ベルト
２１ 二次転写手段
２２ ベルトクリーニング手段
２３ 搬送ベルト
２４ モータ
２５ 駆動制御部
３０ 光走査装置
４０ 定着手段
５０ 速度検出装置
６０ 移動部材搬送ユニット
５１ レーザ光源
５２ センサアレイ
５２ｐ，５２ｎ フォトダイオード素子
５３ オペアンプ
５４ 信号処理回路
５５ コリメートレンズ
５６ アパーチャ（開口）
５７ 結像レンズ

特開２００８−６５７４３号公報 特開２００３−２６６８２８号公報 特表２００８−５００５５７号公報

Claims (7)

1. 移動部材の表面に可干渉光を照射する照明光学系を有する照明手段と、
   光を電気信号へ変換する感光素子が空隙を挟んで複数並んだ感光素子アレイを有する光検出手段と、
   前記移動部材の表面と前記光検出手段とを結像関係にする結像光学系を有する受光手段と、
   前記感光素子アレイの偶数番目と奇数番目の感光素子それぞれについての信号の和をとり、前記偶数番目の和信号と前記奇数番目の和信号との差動信号の周期から移動部材の移動速度を演算する演算手段と、
   を備え、
   前記感光素子の幅Ｌと、前記感光素子間の空隙の幅Ｍと、前記移動部材の表面による可干渉光の散乱により生じたスペックルの平均径Ｓとが、下記条件式を満たすことを特徴とする速度検出装置。
   条件式：Ｌ≦Ｓ≦Ｌ＋２Ｍ
   ただし、前記スペックルの平均径Ｓは、前記感光素子アレイ上に結像したスペックル像の自己相関ピークの半値全幅とする。
2. 前記照明手段の可干渉光の波長および前記受光手段の結像光学系の開口数は、前記スペックルの平均径Ｓが前記条件式を満たすように選択されていることを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
3. 前記空隙の幅は前記感光素子の幅と略等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の速度検出装置。
4. 前記照明手段は、前記移動部材表面に略平行光を照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の速度検出装置。
5. 移動部材を移動させるモータと、前記移動部材の速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段によって検出された前記速度に基づいて前記モータを制御する駆動制御手段と、を有する移動部材搬送ユニットであって、
   前記速度検出手段が、請求項１〜４のいずれか一項に記載の速度検出装置であることを特徴とする移動部材搬送ユニット。
6. 無端ベルト状の移動部材と、前記移動部材を周回りに移動させる移動部材搬送手段と、を有する画像形成装置において、
   前記移動部材搬送手段が、請求項５に記載の移動部材搬送ユニットであることを特徴とする画像形成装置。
7. 移動部材の表面に可干渉光を照射する照明光学系を有する照明手段と、
   光を電気信号へ変換する感光素子が空隙を挟んで複数並んだ感光素子アレイを有する光検出手段と、
   前記移動部材の表面と前記光検出手段とを結像関係にする結像光学系を有する受光手段と、
   前記感光素子アレイの偶数番目と奇数番目の感光素子それぞれについての信号の和をとり、前記偶数番目の和信号と前記奇数番目の和信号との差動信号の周期から移動部材の移動速度を演算する演算手段と、
   を備える速度検出装置を用いる速度検出方法であって、
   前記前記移動部材表面による可干渉光の散乱により生じたスペックルの平均径Ｓとが、下記条件式を満たすように、前記照明手段の可干渉光の波長および前記受光手段の結像光学系の開口数を選択して、前記移動部材の表面に可干渉光を照射することを特徴とする速度検出方法。
   条件式：Ｌ≦Ｓ≦Ｌ＋２Ｍ
   ただし、前記感光素子の幅をＬとし、前記感光素子間の空隙の幅をＭとし、前記スペックルの平均径Ｓは、前記感光素子アレイ上に結像したスペックル像の自己相関ピークの半値全幅とする。