JP2015094629A - Detection apparatus, image forming apparatus, and image forming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動している検出対象物の状態を検出する検知装置と、これを備えた画像形成装置及び画像形成方法に関する。 The present invention relates to a detection device that detects the state of a moving detection object, and an image forming apparatus and an image forming method including the detection device.
移動している検出対象物にレーザなどの検知光を照射して、検出対象物の状態を検出する検出装置が知られている。例えば、光源から照射されて検出対象物で反射された反射光の干渉によって発生するスペックルパターンを用いて、表面粗さ、ひずみあるいは位置等を検出する検出手段が知られている。一般にこのような検出手段はスペックルセンサと称されている。スペックルセンサでは、検出するスペックルパターンを、例えば、光源から検出対象物に検出光を照射し、検出対象物からの反射光をCMOSセンサなどの受光手段に光学素子を介して結像することで得ている。このような検出手段では、スペックルパターンを時間的に追跡することで、検出対象物の変動を算出することができることから、その結果をフィードバック制御に用いることが知られている。
このようなスペックルパターンを用いる検出手段を画像形成装置に適用する1つの形態として、像担持体や中間転写ベルトあるいは搬送手段を構成する搬送ベルトを検出対象物とし、当該検出対象物の速度を精度よく検出することで、画像形成位置や給紙タイミングの制御に用いることが考えられる。
例えば、特許文献1(特開2010−134190号公報)では、検出対象物となる移動媒体の速度変動を簡便かつ高精度に検出するために、スペックルセンサの構成、及び、得られた時間的に異なる画像信号間で相互相関演算を行い、相関ピークの生じる位置のずれを求めることにより移動媒体の移動速度を検出する手法、及び、取得した画像信号から移動媒体上に形成された画像の位置ずれを検出する手法並びに、検出装置と画像形成装置の構成が開示されている。
2. Description of the Related Art Detection devices that detect a state of a detection target by irradiating a detection light such as a laser onto a moving detection target are known. For example, detection means for detecting surface roughness, distortion, position, or the like using a speckle pattern generated by interference of reflected light that is irradiated from a light source and reflected by a detection target is known. Such a detection means is generally called a speckle sensor. In a speckle sensor, for example, a speckle pattern to be detected is irradiated with detection light from a light source to a detection object, and reflected light from the detection object is imaged on a light receiving means such as a CMOS sensor via an optical element. It is gained in. In such a detection means, it is known that the fluctuation of the detection target can be calculated by tracking the speckle pattern in time, and the result is used for feedback control.
As one form of applying such a speckle pattern detection means to an image forming apparatus, an image carrier, an intermediate transfer belt, or a conveyance belt constituting the conveyance means is a detection object, and the speed of the detection object is determined. It can be considered that the detection is performed with high accuracy to control the image forming position and the paper feed timing.
For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-134190), the configuration of the speckle sensor and the obtained temporal time are detected in order to easily and accurately detect the speed fluctuation of the moving medium that is the detection target. A method of detecting the moving speed of the moving medium by performing a cross-correlation operation between different image signals and obtaining a shift of a position where a correlation peak occurs, and a position of an image formed on the moving medium from the acquired image signal A method for detecting a shift and a configuration of a detection apparatus and an image forming apparatus are disclosed.
このような検出装置では、検出装置の内部発熱によって検出精度にばらつきが発生するという課題がある。すなわち、検出装置が駆動すると、検出装置が備えている複数の熱源(ICチップなど)が発熱する。この発熱による熱が検出手段のハウジングに伝わり、ハウジングによって支持されている光学素子を偏芯・変位させ、検出装置全体の光学性能に影響を与えてしまう。また、発熱による熱が光学素子に伝わることで、光学素子自体の屈折率が変化するため、この点も光学性能に影響を与えてしまう。このため、これらの熱による影響によって所望の精度による検出結果を得られなくなってしまう。
本発明は、光学素子の温度上昇を簡素な構成で調節可能とすることで、熱による検出精度のバラツキを抑制して検出精度の向上を図ることを、その目的とする。
In such a detection device, there is a problem that variation occurs in detection accuracy due to internal heat generation of the detection device. That is, when the detection device is driven, a plurality of heat sources (such as IC chips) provided in the detection device generate heat. The heat generated by this heat generation is transmitted to the housing of the detection means, and the optical element supported by the housing is decentered and displaced, which affects the optical performance of the entire detection device. In addition, since heat generated by heat generation is transmitted to the optical element, the refractive index of the optical element itself changes, which also affects the optical performance. For this reason, the detection result with desired accuracy cannot be obtained due to the influence of heat.
An object of the present invention is to improve detection accuracy by suppressing variations in detection accuracy due to heat by making it possible to adjust the temperature rise of an optical element with a simple configuration.
上記目的を達成するため、本発明に係る検出装置は、光源と、光源からの出射光を検出対象物に照射し、検出対象物からの反射光を検出する受光手段と、受光手段に反射光の画像を撮像する光学素子と、光学素子を支持する支持部と、光源、受光手段、光学素子、支持部を保持するハウジングとを備え、支持部が、光学素子の光軸回りに回転可能であって、光軸に対し非対称な形状を有し、当該光軸回りに回転させることでハウジングの内部と外部とを連通する熱流路を選択的に形成可能とされていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a detection apparatus according to the present invention includes a light source, a light receiving unit that irradiates the detection target with light emitted from the light source, and detects reflected light from the detection target. An optical element for picking up an image of the optical element, a support part for supporting the optical element, a light source, a light receiving means, an optical element, and a housing for holding the support part. The support part is rotatable about the optical axis of the optical element. The heat flow path has an asymmetric shape with respect to the optical axis, and can be selectively formed as a heat flow path that communicates the inside and the outside of the housing by rotating around the optical axis.
本発明によれば、光学素子の支持部を回転させることで、熱流路の有無を選択することきるので、光学素子や支持部を保持するハウジングの放熱量を変化させることができ、光学素子の上昇温度を簡素な構成で調節することができる。このため、熱による検出精度のバラツキを抑制して検出精度の向上を図ることができる。 According to the present invention, since the presence or absence of the heat flow path can be selected by rotating the support portion of the optical element, the heat radiation amount of the housing holding the optical element and the support portion can be changed. The rising temperature can be adjusted with a simple configuration. For this reason, variation in detection accuracy due to heat can be suppressed and detection accuracy can be improved.
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係る検出装置の特徴は、光学素子を支持する支持部を光学素子の光軸に沿って回転可能に構成するとともに、当該支持部を光軸に対して非対称な形状とし、当該光軸回りに支持部を回転させることで支持部を保持するハウジングの内部と外部とを連通する熱流路を選択的に形成可能にした点にある。
要するに、支持部を回転させることで、ハウジング内部での熱流路を形成するか否かを選択することができる。それにより検出装置自体において、光源やICなどの発熱源からハウジングや光学素子に伝わる熱の空気中へ放熱する量を調節することができる。それにより光学素子の温度上昇による性能変化と、ハウジングなどの熱膨張に起因する光学素子の移動量とを最大限相殺することができる。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
The feature of the detection apparatus according to the present invention is that the support portion that supports the optical element is configured to be rotatable along the optical axis of the optical element, and the support portion has an asymmetric shape with respect to the optical axis. By rotating the support portion around, a heat flow path that communicates the inside and the outside of the housing holding the support portion can be selectively formed.
In short, it is possible to select whether or not to form a heat flow path inside the housing by rotating the support portion. Thereby, in the detection apparatus itself, the amount of heat radiated from the heat source such as the light source or IC to the housing or the optical element can be adjusted. Thereby, the performance change due to the temperature rise of the optical element and the movement amount of the optical element due to the thermal expansion of the housing or the like can be offset as much as possible.
図1〜図3に基づいて、本実施形態に係る画像形成装置の基本的構成を示すとともに、その概要を説明する。
図1は、本発明に係る中間転写方式の画像形成装置の基本的な構成例を示す。なお各図、各実施形態において同一部材あるいは同一機能を有する部材には、基本的には同一符号を付し、重複説明は適宜省略する。
この画像形成装置は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の現像剤を用いてフルカラーの画像と任意の単色画像と多色画像を形成可能とされている。以下、各色に対応する部材には、それぞれY、M、C、Kの添え字を付して区別する。
画像形成装置は、中間転写体としての中間転写ベルト105を含む転写装置20と、像担持体してのドラム状の感光体1Y、1M、1C、1Kと、光走査装置20と、定着手段30と、速度調整手段として機能する制御手段200を備えている。
感光体1Y、1M、1C、1Kは、図中の矢印方向(反時計回り方向)に図示しない駆動手段によって回転駆動される。感光体1Y、1M、1C、1Kは、中間転写ベルト105に沿って並設されていて、タンデム方式の画像形成部を構成している。感光体1Y、1M、1C、1Kの周囲には、帯電手段としての帯電器2Y、2M、2C、2K、現像装置としての現像器4Y、4M、4C、4K、一次転写手段6Y、6M、6C、6K、感光体クリーニング手段5Y、5M、5C、5K等がそれぞれ配備されている。
帯電器2Y、2M、2C、2Kとしては、図1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。一次転写手段6Y、6M、6C、6Kとしては、周知の転写チャージャ、転写ローラ、転写ブラシ等を用いることができる。図中の符号30は定着手段、40は二次転写手段、41は搬送手段をそれぞれ示している。
A basic configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described and an outline thereof will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a basic configuration example of an intermediate transfer type image forming apparatus according to the present invention. In addition, in each figure and each embodiment, the same member or a member having the same function is basically denoted by the same reference numeral, and redundant description is appropriately omitted.
This image forming apparatus is capable of forming full-color images, arbitrary single-color images, and multi-color images using yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) developers. . Hereinafter, the members corresponding to the respective colors will be distinguished by attaching Y, M, C, and K subscripts, respectively.
The image forming apparatus includes a
The photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K are rotationally driven by a driving unit (not shown) in the direction of the arrow (counterclockwise direction) in the drawing. The photoconductors 1Y, 1M, 1C, and 1K are juxtaposed along the
As the
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)が露光されて静電潜像が形成される。この露光工程を行う光走査装置20の基本的な構成については後述する。
感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kに形成された静電潜像は、現像器114Y、現像器114M、現像器114C、現像器114Kによってそれぞれ現像され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像として現像される。
上記の現像工程で顕像化された感光体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Sに一括して二次転写される。トナー画像が転写された記録媒体S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Sは、図示しない排紙部や後処理装置等に排紙される。
The photoconductors 1Y, 1M, 1C, and 1K are uniformly charged by the
The electrostatic latent images formed on the photoconductive drums 1Y, 1M, 1C, and 1K are developed by the developing unit 114Y, the developing unit 114M, the developing unit 114C, and the developing unit 114K, respectively, and each color of yellow, magenta, cyan, and black is developed. Developed as a toner image.
The toner images on the photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K that have been visualized in the above development process are sequentially superimposed and sequentially transferred onto the
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が除去される。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1に示す画像形成装置では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれか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、ブラックのいずれか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、ブラックのいずれか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とされている。
The photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K after the toner image transfer are cleaned by cleaning members (blades, brushes, and the like) of the
In the image forming apparatus shown in FIG. 1, a single color mode for forming an image of any one color of yellow, magenta, cyan, and black, and an image of any two colors of yellow, magenta, cyan, and black are formed in an overlapping manner. There are two-color mode, three-color mode in which images of three colors of yellow, magenta, cyan, and black are superimposed and a full-color mode in which four-color superimposed images are formed as described above. It is possible to form single-color, multi-color, and full-color images by specifying and executing them on the operation unit.
図1に示した画像形成装置は、フルカラー印刷の場合、中間転写ベルト105を用い、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Sに一括して二次転写する中間転写方式のものであるが、画像形成装置としては、このような中間転写方式のものに限定されるものではない。
例えば、図2に示すように、中間転写ベルトの代わりに紙等の記録媒体Sを担持搬送する搬送ベルト106を感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kと対向配置して、両者の間に転写部を形成し、感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kから記録媒体Sに直接転写する方式の画像形成装置であってもよい。本発明に係る検出手段はこれら画像形成装置に適用することができる。
In the case of full-color printing, the image forming apparatus shown in FIG. 1 uses an
For example, as shown in FIG. 2, instead of the intermediate transfer belt, a conveying belt 106 that carries and conveys a recording medium S such as paper is disposed opposite to the photosensitive drums 1Y, 1M, 1C, and 1K, and transferred between the two. The image forming apparatus may be of a type in which a portion is formed and transferred directly from the photosensitive drums 1Y, 1M, 1C, and 1K to the recording medium S. The detection means according to the present invention can be applied to these image forming apparatuses.
図2に示す直接転写方式の画像形成装置では、記録媒体Sの進入経路が図1とは異なっており、搬送ベルト106により記録媒体Sを感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kに向けて搬送するようになっている。
この画像形成装置でも上記と同様に、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。感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kに形成された静電潜像は、現像器114Y、現像器114M、現像器114C、現像器114Kによって現像され、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像として顕像化される。
In the direct transfer type image forming apparatus shown in FIG. 2, the approach path of the recording medium S is different from that in FIG. 1, and the recording medium S is conveyed toward the photosensitive drums 1Y, 1M, 1C, and 1K by the conveying belt 106. It is supposed to be.
In this image forming apparatus, similarly to the above, the photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K are uniformly charged by the
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記録媒体S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Sは、感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kに向けて搬送される。そして、上記の現像工程で現像して顕像化された感光体1Y、1M、1C、1K上のトナー像が、転写手段6Y、6M、6C、6Kにより記録媒体Sに順次重ね合わせて転写される。記録媒体S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S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。定着後の記録媒体S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。
Then, the recording medium S is fed from a paper feeding unit (not shown) at the same timing as the developing process, conveyed to the conveying belt 106 via a conveying means (not shown), and carried on the conveying belt 106. The recording medium S carried on the conveyance belt 106 is conveyed toward the photosensitive drums 1Y, 1M, 1C, and 1K. Then, the toner images on the photoreceptors 1Y, 1M, 1C, and 1K developed and visualized in the above developing process are sequentially superimposed and transferred onto the recording medium S by the
次に光走査装置20について説明する。
図3は、上記各画像形成装置が備えている光走査装置の一実施形態を示す概略構成図である。図3において、4つの感光体ドラム301、302、303、304(図1または図2の感光体1Y、1M、1C、1Kに相当する)を転写ベルト400(図の中間転写ベルト105または図2の搬送ベルト106に相当する)の移動方向に沿って配列し、順次異なる色のトナー像を転写することでカラー画像を形成する画像形成装置において、各光走査装置を一体的に構成し単一の回転光偏向手段(例えばポリゴンミラー)1050で全ての光ビームを走査する。ポリゴンミラー1050は6面とし、上下2段の構造としている。
より具体的に説明すると、光走査装置20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し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ドラム302の被走査面に結像する走査レンズ1061、1062とを有している。光走査装置20は、ここではポリゴンミラー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。なお、図3では、説明の簡略化のため、他の感光体ドラム301、303、304を走査するための3つの光源ユニットや走査レンズ以降の光学系は省略し、1ステーション分のみを図示している。
Next, the
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of an optical scanning device provided in each of the image forming apparatuses. 3, four photosensitive drums 301, 302, 303, and 304 (corresponding to the photosensitive members 1Y, 1M, 1C, and 1K in FIG. 1 or 2) are transferred to a transfer belt 400 (the
More specifically, the
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、アパーチャが搭載されている。光源ユニット1001の図示しない光源から射出された光束は、図示しないカップリングレンズによって略平行光化もしくは略発散光束化もしくは略収束光束化され、その後、図示しない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20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。
The light source unit 1001 includes a light source (for example, a semiconductor laser (LD), an LD array, etc.), a coupling lens, and an aperture. A light beam emitted from a light source (not shown) of the light source unit 1001 is converted into a substantially parallel light, a substantially divergent light beam, or a substantially convergent light beam by a coupling lens (not shown), and then cut into a desired light beam width by an aperture (not shown). A linear image forming lens (for example, a cylindrical lens) 1041 condenses once in the sub-scanning direction in the vicinity of the polygon mirror 1050, and a beam spot is formed on the image plane (scanned surface) 2001 by the scanning optical system including the scanning lenses L1: 1061. Form.
As described above, the normal
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。ポリゴンミラー1050と像面の間には、折り返しミラー1111、1121が挿入され、光路が折りたたまれる。走査光学系は1枚の走査レンズで構成される実施形態を示したが、2枚もしくはそれ以上の走査レンズを用いても良い。
ここで、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(例えば液晶偏向素子)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。
図1に示す中間転写方式の画像形成装置の場合には中間転写ベルト105を、図2に示す直接転写方式の画像形成装置の場合には搬送ベルト106を、それぞれ高精度で駆動しなければ色ずれが発生してしまう。
これらベルトを高精度駆動するためには、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、コストの面からも現実的には実現が困難である。そこで各ベルトの速度変動を検出する検出手段を設け、その検出結果を、各ベルトを回転駆動する駆動モータ90にフィードバックするのが良い。そのためには、中間転写ベルト105、搬送ベルト106の速度変動を検出する速度検出手段が必要になってくる。各ベルトの速度変動を検出するためには、従来ではベルトに直接マークを形成していたが、ベルトに直接加工を行うのは難しく、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しまう。
The scanning lens is made of resin, and the diffraction grating may be formed on one or a plurality of optical surfaces. Folding mirrors 1111 and 1121 are inserted between the polygon mirror 1050 and the image plane, and the optical path is folded. Although the embodiment in which the scanning optical system is composed of one scanning lens is shown, two or more scanning lenses may be used.
Here, a writing start position correcting unit (for example, a liquid crystal deflecting element) for correcting a writing start position by the
In the case of the intermediate transfer type image forming apparatus shown in FIG. 1, the
In order to drive these belts with high accuracy, a method of making all the component parts with high accuracy is conceivable, but there are many component parts, and it is difficult to realize in reality from the viewpoint of cost. Therefore, it is preferable to provide detection means for detecting the speed fluctuation of each belt, and feed back the detection result to the
そこで、本実施形態では、中間転写ベルト105、搬送ベルト106を直接加工することなく、簡便に検出対象部となる各ベルトの速度変動を検出し、かつ、各ベルト上に形成されたトナー画像パターンの位置ずれや画像濃度も同時に検出できる検出装置100を用いている。
すなわち、図1、図2に示す画像形成装置は、中間転写ベルト105、搬送ベルト106の移動情報を検出する検出手段100と、中間転写ベルト105や搬送ベルト106の移動速度を調整する速度調整手段として制御手段200を備えている。制御手段200は、コンピュータで構成されていて、検出手段100により検出された検出結果となる各ベルトの移動速度情報に基づいて、各ベルトを回転駆動する駆動モータ90の回転速度をフィートバック制御するものである。
Therefore, in this embodiment, without directly processing the
That is, the image forming apparatus shown in FIGS. 1 and 2 includes a
光走査装置20は、副走査方向において感光体ドラム301、302、303、304における光の入射位置を個別に調整する位置調整装置300を備えている。この位置調整装置300は、検出装置100の検出結果に基づいて、感光体ドラム301、302、303、304における光の入射位置を個別に調整するものである。このため、位置調整装置300は、制御手段200と信号線を介して接続されていて、検出装置100の検出結果に基づいて、感光体ドラム301、302、303、304における光の入射位置が制御手段200によってフィートバック制御される。
The
検出装置100の基本的構成例について図4を用いて説明する。検出装置100は、検出対象物となる移動部材53の移動速度の検出と並行して、移動部材53上に形成されたトナー画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度も検出する機能を有している。
A basic configuration example of the
速度検出に関しては、移動部材(中間転写ベルトや搬送ベルト等の無端ベルト状部材、またはドラム状部材、または紙などの記録媒体)53の速度や速度変動を検出するものである。
検出装置100は、可干渉光であるレーザ光を出射する光源としてのレーザ光源51と、レーザ光源から出射されたレーザ光を略平行光にする光学素子としてのコリメートレンズ52と、1次元、もしくは2次元画像を取得可能な受光手段(例えば受光素子アレイ)としてのエリアセンサ58と、開口絞り54、56及び移動部材53とエリアセンサ58の間に設けられた光学素子としての結像レンズ(以下、単に「レンズ」という)55、57を有している。レンズ55とレンズ57は、同一の光軸上に配置され、エリアセンサ58はその中心が光軸上に位置するように配設されている。
Regarding speed detection, the speed and speed fluctuation of the moving member 53 (endless belt-like member such as an intermediate transfer belt and a conveyance belt, or drum-like member, or a recording medium such as paper) 53 are detected.
The
検出装置100は、レーザ光源51から出射され、コリメートレンズ52で略平行光にされたレーザ光を移動部材53に対して斜めから照射し、移動部材53の移動平面に対して垂直方向から1次元もしくは2次元のエリアセンサ58で撮像する。移動部材53は表面もしくは内部に光拡散性を有する部材であり、レーザ光を照射すると、符号59で示す分布の拡散反射光を反射する。このような拡散反射光の一部をレンズ55から取り込んで、レンズ57を介してエリアセンサ58に結像すると、拡散レーザ光によるスペックルパターンと呼ばれるランダムな画像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53の表面もしくは内部の微細ランダムな凹凸形状に対応したパターンであり、レーザ光のランダムな干渉により形成される。
The
移動部材53が移動すると、このスペックルパターンも移動する。スペックルパターンの特徴として、撮像位置がレンズ55、57の光軸方向に前後してもスペックルパターンが失われることがないため、非常に安定して移動部材53の表面もしくは内部の凹凸形状に対応したスペックルパターンを得ることができる。そのため、通常はエリアセンサ58と移動部材53の間のレンズ55、57は必要ではない。しかしながら、何らかの外乱により、移動部材53が移動平面に対して傾きが発生してしまったとき、エリアセンサ58上でスペックルパターンが変化してしまい、後述する速度変化を検出する際に検出誤差が発生してしまうことがある。そこで、この問題を回避するために、エリアセンサ58と移動部材53の間にレンズ55、57を配置して、移動部材53とエリアセンサ58が結像の共役関係になるように設定することが望ましい。このことにより、移動部材53が移動平面に対して傾きが発生してしまっても、エリアセンサ58上でスペックルパターンの変化を小さくすることができ、速度検出誤差を小さく抑えることができる。
When the moving
なお、レンズ55及びレンズ57は移動部材53とエリアセンサ58が結像の共役関係になるように設定することが望ましいが、必ずしもこれに限定されず、結像の共役関係からずらしても、移動部材53の傾きによるスペックルパターンの変化量の低減効果はある。従って、移動部材53に発生する傾きがそれほど大きくなければ、共役関係からずらしても、実用上十分な速度検出誤差に抑えることが可能である。
さらにレンズ55及びレンズ57は、移動部材53をエリアセンサ58上に縮小結像する結像倍率で用いることが望ましい。そうすることで、移動部材53上の広い範囲をエリアセンサ58上で縮小することができ、エリアセンサ58を小型化することができる。また縮小光学系とすることで、移動部材53の移動速度が速いときでも、エリアセンサ58上でのスペックルパターンの移動速度を小さくすることができる。エリアセンサ58上の移動速度が小さいと、スペックルパターンを取得する時間間隔を長くすることができ、その結果、演算処理の時間を稼ぐことができて移動部材53の高速移動にも対処できるようになるからである。また電子回路の処理速度を低減することができ、低消費電力化、低コスト化にもつながるので好ましい。
本実施形態では、コリメートレンズ52でレーザ光を略平行光にして移動部材53を照明したが、これに限定されず、コリメートレンズの配置により、レーザ光を集束光、あるいは発散光にして移動部材53を照明しても良い。
The
Further, it is desirable that the
In this embodiment, the collimating
図4における開口絞り54及び56は、エリアセンサ58上におけるスペックルパターンの最小径の大きさに大きく影響する。スペックルパターンの検出のとき、エリアセンサ58上のスペックルパターンの最小径は、エリアセンサの1画素の大きさに対して適切な大きさにすることが望ましい。エリアセンサ58上のスペックルパターンの最小径は、光源波長に正比例し、レンズ55、57の瞳を見込む角度に逆比例する。本実施形態では、開口絞り54、56によりレンズ55、57の瞳径を最適化させてスペックルパターンの最小径をエリアセンサ58の1画素の大きさと適正化させている。
The aperture stops 54 and 56 in FIG. 4 greatly affect the size of the minimum diameter of the speckle pattern on the
エリアセンサ58で取得した1次元、もしくは2次元画像から移動部材53の移動速度を検出するためには、時間間隔τで取得した2つのスペックル画像(スペックルパターン)間の相互相関関数を演算して、その相互相関のピークの生じる位置から時間間隔τのときのスペックルパターンの位置ずれ量Δを求める。
以上の時間間隔τ、およびピーク位置ずれ量Δより、
移動部材53の移動速度vは、v=KΔ/τとして求められる。
ここでKは比例定数であり、レーザ光源やレンズの位置等の光学配置から決まり、このKは予め求めておく必要がある。
上記2つのスペックル画像間の相互相関関数の演算は以下の式により行う。
ここで2つのスペックル画像をf1、f2とする。
またフーリエ変換をF[]、逆フーリエ変換をF−1[]、記号★は相互相関演算を表し、*は位相共役を表す。
f1★f2*=F−1[F[f1]・F[f2]*]f1★f2*は相互相関演算後の画像データであり、f1、f2が2次元画像であれば2次元、f1、f2が1次元画像であれば1次元のデータである。
f1★f2*の画像データにおいて、最も急峻なピーク(相関ピーク)強度の位置が2つのスペックル画像間の位置ずれ量を表している。従って、最も急峻なピークを探すことによって、2つのスペックル画像間の移動量を算出できる。
In order to detect the moving speed of the moving
From the above time interval τ and peak position deviation amount Δ,
The moving speed v of the moving
Here, K is a proportional constant, which is determined from the optical arrangement such as the position of the laser light source and the lens, and this K needs to be obtained in advance.
The calculation of the cross-correlation function between the two speckle images is performed by the following equation.
Here, let two speckle images be f1 and f2.
Further, Fourier transform is F [], inverse Fourier transform is F -1 [], symbol ★ indicates a cross-correlation operation, and * indicates phase conjugation.
f1 * f2 * = F −1 [F [f1] · F [f2] * ] f1 * f2 * is image data after the cross-correlation calculation. If f1 and f2 are two-dimensional images, two-dimensional, f1, If f2 is a one-dimensional image, it is one-dimensional data.
In the image data of f1 * f2 * , the position of the steepest peak (correlation peak) intensity represents the amount of displacement between the two speckle images. Therefore, the amount of movement between the two speckle images can be calculated by searching for the steepest peak.
以上の相互相関演算の方法は、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、かつ高精度にスペックルパターン間の位置ずれ量Δを検出できる。よって、位置ずれ量Δと2つのスペックル画像間の時間差τがわかったので、移動部材53の移動速度vを算出することができる。
なお、図4において、移動部材53の移動方向は、図4の左から右方向の場合を示しているが、本発明はこれに限定されず、移動部材53が面内の任意の方向に移動する場合にも同様に適用できる。
Since the above-described cross-correlation calculation method can use fast Fourier transform, the amount of positional deviation Δ between speckle patterns can be detected with a relatively small amount of calculation and with high accuracy. Therefore, since the positional deviation amount Δ and the time difference τ between the two speckle images are known, the moving speed v of the moving
In FIG. 4, the moving direction of the moving
図20(A)及び、図20(B)は、光散乱性を有する検出対象物(移動部材)にレーザ光を当て、それをCMOSカメラで撮影したものである。図20(A)は、検出対象物(移動部材)が移動する前、図20(B)は、検出対象物(移動部材)が100μmだけ右に移動した後である。なお、図20では、CMOSカメラの前にレンズを配置し、物体表面とCMOSの表面を略共役にしている。また、撮影倍率を1倍としているため、相関ピークの位置より算出した2つのスペックルパターンの位置ずれ量と、検出対象物(移動部材)の移動量とは一致する。
図20(C)は、相互相関演算後の画像パターンであり、ブロードな強度分布の中に急峻な相関ピークが存在している。この相関ピークが、ブロードな強度分布の中に埋もれてしまうことはないが、ブロードな強度分布のピークの方が高くなることがあるため、最も急峻なピークの位置を探すことが重要である。
20A and 20B are obtained by irradiating a detection target (moving member) having light scattering properties with a laser beam and photographing it with a CMOS camera. 20A is before the detection object (moving member) moves, and FIG. 20B is after the detection object (moving member) is moved to the right by 100 μm. In FIG. 20, a lens is disposed in front of the CMOS camera, and the object surface and the CMOS surface are substantially conjugated. In addition, since the photographing magnification is set to 1, the amount of displacement between the two speckle patterns calculated from the position of the correlation peak matches the amount of movement of the detection target (moving member).
FIG. 20C shows an image pattern after the cross-correlation calculation, and a steep correlation peak exists in the broad intensity distribution. Although this correlation peak is not buried in the broad intensity distribution, the peak of the broad intensity distribution may be higher, so it is important to search for the steepest peak position.
図5に検出装置100の光路図を示す。検出装置100の光路は、本来、移動部材53の被検面で折れ曲がっているが、ここでは展開したものとして記載している。この図5を元に、検出誤差を求める。
エリアセンサ(イメージセンサ)58の検知上の移動量Y、変位後のエリアセンサ(イメージセンサ)58上の移動量Y’は以下の式(1)から得られる。Vはエリアセンサ(イメージセンサ)58の結像面上での速度、V’は変位後の結像面上での速度、vは紙面(被検面)上での速度、tは測定時間、ΔYは検出誤差を示す。
Y’=V’× t = Y + ΔY、Y = V × t ・・・ 式(1)
式(1)から検出誤差ΔYは以下である。
ΔY = Y × ((V’/V)−1)・・・式(2)
Vは式(3)で求められる。Mはガウス像面―撮像面間での結像倍率、Dbはガウス像面−ボイリング面間の距離、Dはガウス像面−撮像面間の距離を示す。
V = M × ((D/Db)−1) × v ・・・式(3)
FIG. 5 shows an optical path diagram of the
The amount of movement Y on the detection of the area sensor (image sensor) 58 and the amount of movement Y ′ on the area sensor (image sensor) 58 after displacement are obtained from the following equation (1). V is the velocity on the imaging surface of the area sensor (image sensor) 58, V ′ is the velocity on the imaging surface after displacement, v is the velocity on the paper surface (test surface), t is the measurement time, ΔY indicates a detection error.
Y ′ = V ′ × t = Y + ΔY, Y = V × t Expression (1)
From equation (1), the detection error ΔY is:
ΔY = Y × ((V ′ / V) −1) (2)
V is obtained by equation (3). M is an imaging magnification between the Gaussian image plane and the imaging plane, Db is a distance between the Gaussian image plane and the boiling plane, and D is a distance between the Gaussian image plane and the imaging plane.
V = M * ((D / Db) -1) * v ... Formula (3)
(第1の実施形態)
次に、検出装置100の具体的な実施形態と冷却手段として機能する熱流路の調整動作について図6〜図14を用いて説明する。
図6は検出装置100の外観構成を示す斜視図、図7から図9は、検出装置100に熱流路が形成された時の断面図、図10から図12は、検出装置100に熱流路が形成されない時の断面図、図13、図14は検出装置100に部分的に熱流路が形成された時の断面図を示す。
検出装置100は、図6に示すように、その外観をなし、内部に構成部材を収納するハウジング50を備えている。ハウジング50は、樹脂製で、発光ブロック50Aと受光ブロック50Bとに区分されている。図6においてハウジング50の下方には、熱源となるICチップ70を備えた基板61が装着されている。ICチップ70は、基板61の一方の面61bに配置されている。レンズ57は、基板61の他方の面61a側に配置され、基板61を挟んでICチップ70と逆側に配置されている。基板61は、画像処理回路75を備えている。
(First embodiment)
Next, a specific embodiment of the
6 is a perspective view showing an external configuration of the
As shown in FIG. 6, the
発光ブロック50Aには、照射筒部50Cが形成されている。照射筒部50C内には、図7から図14に示すようにレーザ光源51とコリメートレンズ52が配設されている。受光ブロック50Bには、開口絞り54、56と、レンズ55、57及びエリアセンサ58が配置されている。
受光ブロック50Bには、受光ブロック50Bの高さ方向Hに延在するように筒状の収納部50Dが形成されている。収納部50Dにおける入射側となる端部には、開口部50Eが形成されている。開口部50Eと反対側の端部には、イメージセンサ58が基板61の面61aに装着されて収納部50D内に位置するように配設されている。この収納部50Dには、支持部60が回転可能に収納されている。支持部60は複数の部材となる、支持部材63、64と、筒状の回転部材65と、筒状のスペーサ66を有し、各部材が同軸上に配置されて構成されている。収納部50Dには、これら支持部材63、64、回転部材65、スペーサ66の収納後において、リング状のカバー62が開口部50Eに装着され、支持部60が収納部50Dから離脱しないように構成されている。なお、本実施形態において、高さ方向Hは光軸方向である。
An
In the
支持部材63は、高さ方向(光軸方向)Hに延在する略円筒形状であって、支持部材64の外側に被されるように装着される。支持部材63の一方の端部には突出部63Aが形成されている。この突出部63Aと支持部材63の内部には光路の一部を成す貫通孔63Bが形成されている。貫通孔63Bの端部となる突出部63Aの内部にはレンズ55が支持されて保持されている。レンズ55よりも突出部63Aの端部に位置する貫通孔63Bは開口絞り54として機能する。支持部材63の外径は、収納部50Dの内径とほぼ同寸法であって、収納部50Dに対して回転可能に装着される。
支持部材64は、高さ方向(光軸方向)Hに延在し、収納部50Dと同様の長さを有する。支持部材64は、筒状の大径部64Aと筒状の小径部64Bを備え、大径部64Aの内部に形成された空間部64A1内に開口絞り56が形成されている。開口絞り56とエリアセンサ58の間に位置する小径部64B内には、支持部材64を高さ方向(光軸方向)Hに貫通して光路の一部を構成する貫通孔64B1が形成されている。この貫通孔64の内部にはレンズ57が支持されて保持されている。支持部材63と支持部材64は、レンズ55とレンズ57の高さ方向(光軸方向)Hへの距離を調整可能にするために別部材として構成されていて、相対回転可能に設けられている。すなわち、支持部材63は支持部材64の外周面64aに被せられて回転可能とされている。なお、レンズ55とレンズ57の高さ方向(光軸方向)Hへの距離を調整可能にしない場合、両者は一体的に構成すればよい。
The
The
スペーサ66は、高さ方向(光軸方向)Hに延在する筒状部材であって、エリアセンサ58と支持部材63の間に介在するように収納部50D内に配置されている。スペーサ66は、その内部に回転部材65を回転可能に収納している。スペーサ66の内径は、回転部材65の外径及び支持部材64の大径部64Aと略同一寸法であって、回転部材65と支持部材64の大径部64Aを回転可能に支持している。スペーサ66の端部66bは、支持部材63の端部63bが載置可能とされている。このため、スペーサ66の、高さ方向(光軸方向)Hへの長さを変更することで、レンズ55とレンズ57及びレンズ55とエリアセンサ58との距離(焦点距離)を長短調整可能とされている。
スペーサ66内に収納される回転部材65は、高さ方向(光軸方向)Hに延在する筒状部材であって、支持部材64の小径部64Bの外径と、その内径の寸法が略同一寸法に形成されていて、小径部64Bを回転可能に支持している。回転部材65の端部65bには、支持部材64の大径部64Aの端部64Aaが載置可能とされている。このため、回転部材65の、高さ方向(光軸方向)Hへの長さを変更することで、レンズ55とレンズ57及びレンズ57とエリアセンサ58との距離を長短調整可能とされている。
The
The rotating
支持部材63、回転部材65、スペーサ66のそれぞれの外周面63a、65a、66aには、高さ方向(光軸方向)Hに延在するスリット67A、67B、67Cが形成されている。これらスリット67A、67B、67Cの円周方向への幅は、例えば同一幅に形成し、支持部材63、回転部材65、スペーサ66を一体あるいは個別に回転させることで、高さ方向(光軸方向)Hにおいて同一線(直線)上に連通して配列可能とされている。支持部材63、回転部材65、スペーサ66は互いに回転可能に構成されているため、全てのスリット67A、67B、67C、スリット67Aとスリット67B、スリット67Aとスリップ67C、あるいはスリット67Bとスリット67Cとが連通するように、回転させることでその連通状態を調整可能に構成されている。
収納部50Dには、収納部50D内(ハウジング内部)とハウジング外部とを連通する開口部71、72が高さ方向(光軸方向)Hに間隔を空けて形成されている。開口部71は支持部材63が回転されてスリット67Aが開口部71と対向する位置を占めるとスリット67Aと連通するように構成されている。開口部72はスペーサ66が回転されてスリット67Cが開口部72と対向する位置を占めると、スリット67Cと連通するように構成されている。
このように、開口部71と開口部72とを連通するようにスリット67A、67B、67Cが同一線(直線)上に配置されるように、支持部材63、回転部材65、スペーサ66を回転させることで、図7から図9に示すように熱流路73が収納部50Dに形成される。図10から図12は、スリット67A、67B、67Cが同一線(直線)上に配置されてはいるが、開口部71と開口部72とは反対側に配置しているため、熱流路73は形成されない。図13、図14では、スリット67B、67Cが同一線(直線)上に配置され、スリット67Cは開口部72と連通し、スリット67Aは開口部71と反対側に配されているので、スリット67B、67Cと開口部72によって熱流路73が形成される。
In the
As described above, the
収納部50D内には、スペーサ66、回転部材65、支持部材64及び支持部材63が、この順番で落とし込まれて収納され、回転可能に保持される。無論、予めこれら部材を組み付けた後、収納部50D内に収納して回転可能に保持してもよい。収納部50D内に収納されて保持された支持部材63の端部とカバー62の間には付勢手段としてのコイルバネ69が介装されていて、スペーサ66、回転部材65、支持部材64及び支持部材63をエリアセンサ58側に向かって付勢して、高さ方向(光軸方向)Hへの位置決めを行っている。
本実施形態において、エリアセンサ58には、収納部50Dの開口50E側から反射光が入射されるため、スペーサ66、回転部材65、支持部材64及び支持部材63の回転中心軸はレンズ55、57の光軸と平行で、かつ光軸と同軸上に位置するように構成されている。
In the
In the present embodiment, since the reflected light is incident on the
本実施形態に係るスペックルセンサとして構成された検出装置100は、可干渉光を発するレーザ光源51と、レーザ光源51からの出射光を移動部材53に照射し、移動部材53からの反射光を検出するエリアセンサ58と、エリアセンサ58に反射光のスペックルパターンの画像を撮像するレンズ55、57と、レンズ55、57を支持する支持部60と、移動部材53の移動とともに時間的に異なるスペックルパターンの画像を取得し、取得した時間的に異なるスペックルパターンの画像間の相互相関演算を行い、相互相関演算の相関ピークの生じる位置のずれを求めることにより前記移動部材53の移動速度を導出する画像処理回路75と、これら部材を保持するハウジン50とを備え、支持部60は、レンズ55の光軸周りに回転可能であって、光軸に対し非対称な形状に形成されていて、当該光軸回りに回転させることでハウジング50の内部と外部とを連通する熱流路73を選択的に形成可能に設けられている。
そして、支持部60は、光軸方向に配置された支持部材63、64、回転部材65、スペーサ66で構成されていて、少なくとも1つの部材が光軸まわりに回転可能であって熱流路73を形成するスリット67A、67B、67Cが形成されている。
つまり、本実施形態に係るスペックルセンサとして構成された検出装置100による検出方法は、可干渉光を発するレーザ光源51と、レーザ光源51からの出射光を移動部材53に照射し、移動部材53からの反射光を検出するエリアセンサ58と、エリアセンサ58に反射光のスペックルパターンの画像を撮像するレンズ55、57と、レンズ55、57を支持する支持部60と、移動部材53の移動とともに時間的に異なるスペックルパターンの画像を取得し、取得した時間的に異なるスペックルパターンの画像間の相互相関演算を行い、相互相関演算の相関ピークの生じる位置のずれを求めることにより前記移動部材53の移動速度を導出する画像処理回路75と、これら部材を保持するハウジン50とを備え、支持部60は、レンズ55の光軸周りに回転可能であって、光軸に対し非対称な形状に形成されていて、当該光軸回りに回転させることでハウジング50の内部と外部とを連通する熱流路73を選択的に形成するものである。
The
The
That is, the detection method by the
このような構成の検出装置100であると、支持部材63、回転部材65、スペーサ66を回転させて、図7から図9に示すように、全てのスリット67A〜67Cを同一線(直線)上に配置し、開口部71、72と連通させることで、熱流路73が形成される。ハウジング50の温度差により開口部71又は開口部72の何れか一方から外気が収納部50D内に吸い込まれ、スリット67A〜67Cを通過し開口部72又は開口部71の何れか他方から排出される。つまり、開口部71又は開口部72の何れか一方は吸入口となり、何れか他方は排出口となる。どちらが吸入口となるかは収納部50D(ハウジング50)の加熱状態によって異なる。
このように熱流路73が形成されると、ハウジング50の高さ方向(光軸方向)Hにおける温度差による気流が発生して、ハウジング50の放熱性能、特に収納部50Dの放熱性能を高められ、収納部50Dの温度を低減することができる。この結果、レンズ55、57の温度が設計範囲を超えるような場合でも、熱流路73を形成すべく支持部60を回転操作することでレンズ55、57の温度上昇を抑制することができ、熱による検出精度のバラツキを抑えられ、検出精度を高めることができる。
また、ハウジング50やレンズ55,57の温度が設計範囲の場合には、特に冷却する必要は無いので、スリット67A〜67Cが、図10〜図12に示すように、開口部71、72と連通して熱流路73が形成されないように支持部材63、回転部材65、スペーサ66を回転させておけばよい。
In the
When the
Further, when the temperature of the
本実施形態では、スリット67A〜67Cの回転方向への位置は、支持部材63、回転部材65、スペーサ66の回転方向への位置を変更することで、任意に、その連通状態を変更することができる。このため、レンズ55、57の温度によっては、図13、図14に示すように、例えばスリット67B、67Cを連通状態として開口部72と対向させ、開口部71へ外気を逃がす中間状態としてもよい。
In the present embodiment, the positions of the
このように、検出手段100では、光学素子となるレンズ55、57の支持部60を回転させることで、熱流路73の有無を選択することきるので、放熱量を変化させることができ、レンズ55、57の上昇温度を簡素な構成で選択的に調節することができる。このため、光学性能を調節・最適化を検出装置100の製造後においても任意に行なえるので、使用環境や設置環境に対する対応力を高めることができ、使用範囲を拡大することにもつながる。
Thus, in the detection means 100, since the presence or absence of the
本実施形態では、支持部60を構成する支持部材63、回転部材65、スペーサ66をそれぞれ独立して回転させて回転位置(回転角度)を個別に調整することで、スリット67A〜67Cの連通状態、すなわち熱流路73の幅、数、箇所を変化させることができるため、ハウジング50(収納部50D)の放熱量をより細かく調整でき。この結果、レンズ55、57の温度変化をより詳細に調整することができる。
In this embodiment, the
図15(a)、図15(b)は、検出装置100における熱流路73の有無における温度シミュレーションの結果を示す図でする。図15(a)、図15(b)は、コンピュータのCADソフトを用いて検出装置100のモデルを作成し、当該モデルを、熱解析ソフトを用いて熱源を指定して温度分布をシュミレーションしたものである。図15(a)は熱流路73がある場合の温度分布を示し、図15(b)は熱流路73がない場合の温度分布を示し。
図15(b)では、熱流路73が形成されていないので、熱源で発生した熱により、支持部60を内部に収納したハウジング50の収納部50D近傍の温度は比較的高い温度を示している。これに対し、図15(a)では、支持部60を内部に収納したハウジング50の収納部50D近傍の温度は、図15(b)に比べて低い温度帯を示している。これは、熱流路73が形成されたことにより、その内部に外気が導入されて通過し、収納部50Dの放熱性が向上して温度が低下してものと推察される。すなわち、熱流路73が形成されたことで、外気への放熱を行う面積が増えたことが原因で温度が低減したものと推察される。
FIGS. 15A and 15B are diagrams showing the results of temperature simulation with and without the
In FIG. 15B, since the
図16は、検出装置100における熱流路73の有無におけるレンズ55、57の温度の計測結果を示す。計測結果は、コンピュータソフト上で計測したシミュレーション結果である。コンピュータソフトの温度条件としては、測定環境温度として基準温度を25℃とし、その時の各レンズ55、57の基準温度からの上昇温度を計測した。
図15(a)の状態は、図7から図9に示す全てのスリット67A〜67Cがつながり開口部71、72と連通させて熱流路73が形成された場合を示す。図15(b)の状態は、図10から図12に示す全てのスリット67A〜67Cが連通してはいるが開口部71、72と連通しておらず、熱流路73が形成されていない場合を示す。
計測結果から、熱流路73がある方が、熱流路73が無い場合に比べ、レンズ55、57の温度がおよそ3.7℃程度低減させることができた。レンズ57よりもレンズ55の温度帯が低いのは、レンズ55が収納部50Dの入射側に位置する開口50E寄りに位置するとともに、発熱部であるICチップ70から離れた位置にあるためである。
FIG. 16 shows the measurement results of the temperatures of the
The state of FIG. 15A shows a case where the
From the measurement results, the temperature of the
なお、図13、図14に示す一部のスリットが開口部71、72と連通した中間状態の場合、図7から図9に示すように熱流路73が形成されている場合よりも、レンズ55、57の温度低下は少ないと考えられるが、熱流路73がない場合よりもレンズ55、57の温度は低減されるものと推察され、熱流路73による効果は得られるものと思われる。すなわち、熱流路73がハウジング50に形成されていると、熱流路37の形成によって、外気への放熱を行う面積が増えたことが原因で、レンズ55、57の温度が低下したものと推察される。
このように、レンズ55、57の温度を調整することで、両者の焦点距離の変動を調整することが可能となり、図5から、焦点距離の変化はDbの変化に対応する。このため、上述した式(1)、(3)からDbの変化は速度V、移動量Yと関連する。つまり、レンズの温度を調整することは、検出装置(スペックルセンサ)100の光学性能を調整することと等価である。
In the intermediate state where some of the slits shown in FIGS. 13 and 14 communicate with the
Thus, by adjusting the temperature of the
本実施形態では、スリット67A〜67Cの幅を同一の幅として説明したが、回転方向に対する幅を異なる幅としてもよい。本実施形態においてスリット67A〜67Cは直線的に形成しているが、曲線あるいは螺旋、階段状に形成してもよい。
また、本実施形態では熱流路73の幅、数、箇所を変更できるように支持部材63、回転部材65、スペーサ66を設け、それぞれにスリット67A、67B、67Cを形成したが、例えば支持部材63とスペーサ66とを一体化して構成した場合、スリット67Aと67Cは1つのスリットとして形成される。このため、形成される熱流路73のバリエーションは支持部材63、回転部材65、スペーサ66を個別に回転させる場合よりも少なくなるが、レンズ55、57の温度を低減することはできるとともに、構成の簡素化も図ることができるので好ましい。
In the present embodiment, the widths of the
Further, in the present embodiment, the
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、収納部50D、支持部60は、断面円形状の筒状部材とし、円周方向に自由に回転可能としたが、振動などによって支持部60の各部材の円周方向での位置がずれてしまうことが想定される。
そこで、図17、図18、図19に示すように、第2の実施形態に係る検出装置100’は、レンズ55、57を支持する支持部60’を構成する支持部材63’、64’、回転部材65’、スペーサ66’を多角形形状の1つである直方体形状に形成している。収納部50Dは円筒形でも良いが、開口50E側からみた断面形状を四角形に形成してもよい。図17は検出装置100’の構成の分解斜視図、図18は熱流路73が形成された状態を示し、図19は、熱流路73が形成されていない状態を示す。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the
Therefore, as shown in FIGS. 17, 18, and 19, the
本実施形態の場合でも、支持部材63’、回転部材65’、スペーサ66’の少なくとも1つの面にスリット67A、67B、67Cをそれぞれ形成し、支持部60と同様に、光軸方向の回転に対して非対称な形状と成るように形成している。
多角形形状としては、直方体、すなわち光軸方向と直交する方向への断面形状が四面体に限定されるものではなく、三角柱のように断面が3つの三面体、五角柱のように断面が5つの五面体、六角柱のように断面が6つの六面体なども含まれる。無論7角柱や八角柱であってもよい。ハウジング50の大きさにもよるが、あまりに多角化しすぎると1つの面の幅が狭く、熱流路73を形成するスリットが形成しにくい、あるいは形成できてもその幅が狭く熱流路として機能しないこともあるため、八角柱、好ましくは六角柱以下の多角形形状とするのが好ましい。
Even in the case of this embodiment, slits 67A, 67B, 67C are formed on at least one surface of the
The polygonal shape is not limited to a rectangular parallelepiped, that is, a cross-sectional shape in a direction orthogonal to the optical axis direction, but is a three-sided cross-section such as a triangular prism, and a cross-section 5 such as a pentagonal prism. Also included are six pentahedrons and hexahedrons with six cross-sections such as hexagonal cylinders. Of course, it may be a hexagonal prism or an octagonal prism. Although it depends on the size of the
このように支持部60’を多角形形状に形成すると、円筒形上の場合に比べて、振動などによって支持部60’の各部材の円周方向への位置ずれがなくなり、不用意な接触や振動による調整ミスを防止でき、より安定した検出を行なえ、検出精度の向上、検出装置100の光学性能を調整することにつながる。
When the
上記各実施形態において、検出手段100、100’は、検出対象物であり移動部材53として記載した中間転写ベルト105や搬送ベルト106の移動速度の検出に用いたが、例えば記録媒体Sの位置検出や移動速度の検出も可能である。また、変位量、すなわち移動量を検知することができるため、記録媒体を間欠的に移動させて記録する所謂インクジェットプリンタタイプの画像形成装置における紙送り精度の検知にも適用可能である。
本実施形態では、検出対象物の時間的に異なるスペックルパターンの画像を取得し、取得した時間的に異なるスペックルパターンの画像間の相互相関演算を行い、相互相関演算の相関ピークの生じる位置を求めることにより画像処理回路75で移動速度を導出しているが、画像処理回路75としてはこのような機能に限定するものではない。
検出対象物の時間的に異なるスペックルパターンの画像を取得し、取得した時間的に異なるスペックルパターンの画像間の相互相関演算を行い、相互相関演算の相関ピークの生じる位置を求めることにより検出対象物の変位を導出するようにしても良い。このように検出対象物の変位を導出する場合、移動している物体表面のひずみの検出に適用することもでき、適用範囲は画像形成装置に限定されるものではない。また、物体の振動も広い意味では物体の変位に含まれることから、物体の振動検出に用いることもできる。
つまり、本実施形態に係るスペックルセンサとして構成された検出装置100による検出方法は、可干渉光を発するレーザ光源51と、レーザ光源51からの出射光を移動部材53に照射し、移動部材53からの反射光を検出するエリアセンサ58と、エリアセンサ58に反射光のスペックルパターンの画像を撮像するレンズ55、57と、レンズ55、57を支持する支持部60と、移動部材53の移動とともに時間的に異なるスペックルパターンの画像を取得し、取得した時間的に異なるスペックルパターンの画像間の相互相関演算を行い、相互相関演算の相関ピークの生じる位置のずれを求めることにより前記移動部材53の変位を導出する画像処理回路75と、これら部材を保持するハウジン50とを備え、支持部60は、レンズ55の光軸周りに回転可能であって、光軸に対し非対称な形状に形成されていて、当該光軸回りに回転させることでハウジング50の内部と外部とを連通する熱流路73を選択的に形成するようにしても良い。
In each of the above embodiments, the detection means 100 and 100 ′ are detection objects and are used to detect the moving speed of the
In the present embodiment, images of speckle patterns that are different in time on the detection target are acquired, cross correlation calculation is performed between the acquired images of speckle patterns that are different in time, and a position where a correlation peak of the cross correlation calculation occurs However, the
Detection is performed by acquiring images of speckle patterns that differ in time from the object being detected, performing cross-correlation between the acquired images of speckle patterns that differ in time, and determining the position where the correlation peak of the cross-correlation occurs. You may make it derive | lead-out the displacement of a target object. When the displacement of the detection target is derived in this way, it can be applied to detection of distortion of the moving object surface, and the application range is not limited to the image forming apparatus. In addition, since the vibration of the object is included in the displacement of the object in a broad sense, it can be used for detecting the vibration of the object.
That is, the detection method by the
上記各実施形態において、検出手段としてスペックルセンサを例示して説明したが、検出手段の構成はスペックルセンサに限定されるものではなく、少なくともハウジングに発熱源と、受光素子と、支持部によって支持された光学素子を備えたものであってもよい。この場合においても、ハウジングに開口部71、72を形成し、支持部を回転可能に構成し、その一部にスリットを形成し、支持部を任意に回転操作して開口部71,72と連通状態にすることで熱流路を選択的に形成することができる。このため、ハウジングや支持部、それに支持された光学素子の温度上昇を抑制することができ、熱による検出精度のバラツキを抑えられ、検出精度を高めることができるとともに、検出精度の向上、検出装置の光学性能を調整することができる。
すなわち、検出装置の構成としては、光源51と、光源からの出射光を検出対象物に照射し記検出対象物からの反射光を検出する受光手段58と、受光手段に反射光の画像を撮像する光学素子レンズ55、57と、光学素子を支持する支持部60と、光源、受光手段、光学素子、支持部を保持するハウジング50とを備え、支持部60は、光学素子の光軸回りに回転可能であって、光軸に対し非対称な形状を有し、当該光軸回りに回転させることでハウジングの内部と外部とを連通する熱流路を選択的に形成可能としてもよい。
そして、検出方法としては、光源51と、光源からの出射光を検出対象物に照射し記検出対象物からの反射光を検出する受光手段58と、受光手段に反射光の画像を撮像する光学素子レンズ55、57と、光学素子を支持する支持部60と、光源、受光手段、光学素子、支持部を保持するハウジング50とを備え、支持部60は、光学素子の光軸回りに回転可能であって、光軸に対し非対称な形状を有し、当該光軸回りに回転させることでハウジングの内部と外部とを連通する熱流路を選択的に形成するようにしても良い。
In each of the above embodiments, the speckle sensor has been described as an example of the detection means. However, the configuration of the detection means is not limited to the speckle sensor, and at least the housing includes a heat source, a light receiving element, and a support portion. It may be provided with a supported optical element. Also in this case, the
That is, the configuration of the detection device includes a
As a detection method, a
1Y、1M、1C、1K 複数の像担持体
4Y、4M、4C、4K 現像装置
10 転写装置
20 光走査装置
50 ハウジング
51 光源
53 検出対象物
55、57 光学素子
58 受光手段
60、60’ 支持部
63A、64A 支持部材
63A’、64A’ 支持部材
65、65’ 回転部材
66、66’ スペーサ
73、73’ 熱流路
75 画像処理回路
100、100’ 検出装置
105 中間転写体
200 速度調整手段(制御手段)
300 位置調整装置
1Y, 1M, 1C, 1K Multiple image carriers 4Y, 4M, 4C,
300 Position adjustment device
Claims (13)
前記光源からの出射光を検出対象物に照射し、前記検出対象物からの反射光を検出する受光手段と、
前記受光手段に反射光の画像を撮像する光学素子と、
前記光学素子を支持する支持部と、
前記光源、受光手段、光学素子、支持部を保持するハウジングと、
を備え、
前記支持部は、前記光学素子の光軸回りに回転可能であって、前記光軸に対し非対称な形状を有し、当該光軸回りに回転させることで前記ハウジングの内部と外部とを連通する熱流路を選択的に形成可能とされていることを特徴とする検出装置。 A light source;
A light receiving means for irradiating the detection object with the emitted light from the light source, and detecting reflected light from the detection object;
An optical element that captures an image of reflected light on the light receiving means;
A support for supporting the optical element;
A housing for holding the light source, the light receiving means, the optical element, and the support;
With
The support portion is rotatable around the optical axis of the optical element, has an asymmetric shape with respect to the optical axis, and communicates the inside and the outside of the housing by rotating around the optical axis. A detection device characterized in that a heat flow path can be selectively formed.
前記検出対象物の時間的に異なるスペックルパターンの画像を取得し、前記取得した時間的に異なるスペックルパターンの画像間の相互相関演算を行い、相互相関演算の相関ピークの生じる位置を求めることにより前記検出対象物の変位を導出する画像処理回路を有することを特徴とする請求項1、2又は3に記載の検出装置。 The light source emits coherent light,
Obtaining images of speckle patterns that are different in time of the detection object, performing cross-correlation between the acquired images of speckle patterns that are different in time, and obtaining a position where a correlation peak of the cross-correlation operation occurs The detection apparatus according to claim 1, further comprising an image processing circuit for deriving a displacement of the detection target by the method.
前記検出対象物の時間的に異なるスペックルパターンの画像を取得し、前記取得した時間的に異なるスペックルパターンの画像間の相互相関演算を行い、相互相関演算の相関ピークの生じる位置を求めることにより前記検出対象物の移動速度を導出する画像処理回路を有することを特徴とする請求項1、2又は3に記載の検出装置。 The light source emits coherent light,
Obtaining images of speckle patterns that are different in time of the detection object, performing cross-correlation between the acquired images of speckle patterns that are different in time, and obtaining a position where a correlation peak of the cross-correlation operation occurs The detection apparatus according to claim 1, further comprising an image processing circuit for deriving a moving speed of the detection object.
前記複数の像担持体のそれぞれに対して、対応する色の画像情報に応じて変調された光束を走査し潜像を形成する光走査装置と、
前記複数の像担持体に形成された各潜像に、対応する色のトナーをそれぞれ付着させ複数のトナー像を生成する現像装置と、
中間転写体を含み、前記複数のトナー画像を重ね合わせてシート状の媒体に転写する転写装置と、
前記中間転写体の移動情報を検出する検出手段として、請求項1乃至6の何れか1項に記載の検出装置を備えることを特徴とする画像形成装置。 A plurality of image carriers corresponding to different colors;
An optical scanning device that scans each of the plurality of image carriers with a light beam modulated according to image information of a corresponding color to form a latent image;
A developing device for generating a plurality of toner images by attaching toners of corresponding colors to the latent images formed on the plurality of image carriers, respectively;
A transfer device that includes an intermediate transfer member and transfers the plurality of toner images to a sheet-like medium in an overlapping manner;
An image forming apparatus comprising the detection device according to claim 1 as detection means for detecting movement information of the intermediate transfer member.
前記シート状の媒体の移動情報を検出する検出手段として、請求項1乃至6の何れか1項に記載の検出装置を備えることを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus that forms an image on at least one surface of a sheet-like medium while moving the sheet-like medium,
An image forming apparatus comprising the detection device according to claim 1 as detection means for detecting movement information of the sheet-like medium.
前記光源からの出射光を検出対象物に照射し、前記検出対象物からの反射光を検出する受光手段と、
前記受光手段に反射光の画像を撮像する光学素子と、
前記光学素子を支持する支持部と、
前記光源、受光手段、光学素子、支持部を保持するハウジングと、
を備え、
前記支持部は、前記光学素子の光軸回りに回転可能であって、前記光軸に対し非対称な形状を有し、当該光軸回りに回転させることで前記ハウジングの内部と外部とを連通する熱流路を選択的に形成することを特徴とする検出方法。 A light source;
A light receiving means for irradiating the detection object with the emitted light from the light source, and detecting reflected light from the detection object;
An optical element that captures an image of reflected light on the light receiving means;
A support for supporting the optical element;
A housing for holding the light source, the light receiving means, the optical element, and the support;
With
The support portion is rotatable around the optical axis of the optical element, has an asymmetric shape with respect to the optical axis, and communicates the inside and the outside of the housing by rotating around the optical axis. A detection method comprising selectively forming a heat flow path.
前記光源からの出射光を検出対象物に照射し、前記検出対象物からの反射光を検出する受光手段と、
前記受光手段に反射光のスペックルパターンの画像を撮像する光学素子と、
前記光学素子を支持する支持部と、
前記検出対象物の時間的に異なるスペックルパターンの画像を取得し、前記取得した時間的に異なるスペックルパターンの画像間の相互相関演算を行い、相互相関演算の相関ピークの生じる位置を求めることにより前記検出対象物の変位を導出する画像処理回路と、
前記光源、受光手段、光学素子、支持部、画像処理回路を保持するハウジングと、
を備え、
前記支持部は、前記光学素子の光軸周りに回転可能であって、前記光軸に対し回転非対称な形状に形成されていて、当該光軸回りに回転させることで前記ハウジングの内部と外部とを連通する熱流路を選択的に形成することを特徴とする検出方法。 A light source that emits coherent light;
A light receiving means for irradiating the detection object with the emitted light from the light source, and detecting reflected light from the detection object;
An optical element that captures an image of a speckle pattern of reflected light on the light receiving means;
A support for supporting the optical element;
Obtaining images of speckle patterns that are different in time of the detection object, performing cross-correlation between the acquired images of speckle patterns that are different in time, and obtaining a position where a correlation peak of the cross-correlation operation occurs An image processing circuit for deriving the displacement of the detection object by:
A housing for holding the light source, light receiving means, optical element, support, and image processing circuit;
With
The support portion is rotatable around the optical axis of the optical element, and is formed in a rotationally asymmetric shape with respect to the optical axis. A detection method characterized by selectively forming a heat flow path communicating with each other.
前記光源からの出射光を検出対象物に照射し、前記検出対象物からの反射光を検出する受光手段と、
前記受光手段に反射光のスペックルパターンの画像を撮像する光学素子と、
前記光学素子を支持する支持部と、
前記検出対象物の時間的に異なるスペックルパターンの画像を取得し、前記取得した時間的に異なるスペックルパターンの画像間の相互相関演算を行い、相互相関演算の相関ピークの生じる位置を求めることにより前記検出対象物の移動速度を導出する画像処理回路と、
前記光源、受光手段、光学素子、支持部、画像処理回路を保持するハウジングと、
を備え、
前記支持部は、前記光学素子の光軸周りに回転可能であって、前記光軸に対し回転非対称な形状に形成されていて、当該光軸回りに回転させることで前記ハウジングの内部と外部とを連通する熱流路を選択的に形成することを特徴とする検出方法。 A light source that emits coherent light;
A light receiving means for irradiating the detection object with the emitted light from the light source, and detecting reflected light from the detection object;
An optical element that captures an image of a speckle pattern of reflected light on the light receiving means;
A support for supporting the optical element;
Obtaining images of speckle patterns that are different in time of the detection object, performing cross-correlation between the acquired images of speckle patterns that are different in time, and obtaining a position where a correlation peak of the cross-correlation operation occurs An image processing circuit for deriving the moving speed of the detection object by:
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The support portion is rotatable around the optical axis of the optical element, and is formed in a rotationally asymmetric shape with respect to the optical axis. A detection method characterized by selectively forming a heat flow path communicating with each other.
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