JP5262646B2 - 画像検出装置及び多色画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、中間転写ベルトや、搬送ベルトで搬送される記録媒体等の移動媒体の速度検出を行うとともに、該移動媒体上に形成された画像パターンの位置ずれ、あるいは画像濃度の検出を行う画像検出装置、該画像検出装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の多色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、いわゆるタンデム方式が主流になってきている。
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（定型の用紙、葉書、厚紙、連帳紙、ＯＨＰシート等）上で重ね合わせる必要があるが、重ね合わせの方式として、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、色ズレが発生してしまう。
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に記載されているように、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速度変動を検出し、それを駆動モータにフィードバックして高精度駆動を実現する方法が知られている。
特許文献２には、観測対象物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。

一方、このような画像形成装置により形成される画像は「トナー画像」であるが、よく知られたように、良好な画像を得るためには、静電潜像の現像に供されるトナー量が適正でなければならない。静電潜像が現像される現像部へ供給されるトナー量の多寡を「トナー濃度」と呼ぶことにする。トナー濃度が低すぎるときは、静電潜像に十分な量のトナーが供給されず、得られるトナー画像は画像濃度の不十分な画像となってしまう。
また、トナー濃度が高すぎるときは、トナー画像の画像濃度分布が「高濃度側」に偏りやはり見づらいトナー画像となってしまう。このように、適正なトナー画像が形成されるためには、トナー濃度が適正な範囲になければならない。

トナー濃度を適正な範囲に制御するため、従来からトナー濃度検出用のトナーパターンを形成し、これに検出光を照射して反射光の変化を検出する方法が広く行なわれている。
トナーパターンに検出光を照射し、反射光を受光する光学装置は「反射型光学センサ」と呼ばれる。反射型光学センサは古くから種々のものが提案されている（例えば特許文献３〜６）。
これら従来から知られた反射型光学センサは、１〜３個の発光部（ＬＥＤ）と反射光を受光するための１〜２個の受光部（フォトダイオード、あるいはフォトトランジスタ）から構成されている。

特開２００８−６５７４３号公報 特開２００３−２６６８２８号公報 特開昭６４−３５４６６号公報 特開２００４−２１１６４号公報 特開２００２−７２６１２号公報 特許第４１５４２７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、中間転写ベルトに直接マークを形成するのは非常に手間がかかるため、量産性が悪く、大きなコストアップの要因となっていた。また、特許文献１において、ベルトの速度変動を検出すると同時に画像濃度の検出を行う方法の開示はない。
特許文献２においてもベルトの速度変動を検出すると同時に画像濃度の検出を行う方法の開示はない。
特許文献３〜６においても画像濃度の検出を行うと同時にベルトの速度変動を検出する方法の開示はない。

本発明は、画像形成装置中の移動媒体の速度変動を簡便かつ高精度に検出することができる画像検出装置を提供することを、その目的とする。
ここで、移動媒体とは、中間転写ベルトや搬送ベルト、あるいは紙などの記録媒体などの移動部材の中で画像を担持する移動部材をいう。搬送ベルトは画像を直接に担持する移動部材ではないが、紙などの記録媒体の速度変動は、紙を搬送する搬送ベルトの速度を検出することにより把握することができる。
また、本発明は、画像検出装置で検出した移動部材の速度変動結果を用いて、移動部材の速度変動を補正することにより、色ずれが低減された高画質な多色画像を得ることができ、更にその画像検出装置を用いて移動部材上に形成された各色画像パターンの画像位置ずれ、及び／または画像濃度の検出も行い、移動部材の速度検出による補正に加え、形成された実画像における各色画像の位置ずれ補正、及び／または形成された画像の階調を検出して補正することができる多色画像形成装置の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、可干渉性光を発する光源からの出射光を画像パターンが形成される移動媒体に照射し、前記移動媒体からの反射光を結像レンズを介して１次元もしくは２次元の受光手段に結像する構成を備え、前記移動媒体の移動とともに時間的に異なる１次元もしくは２次元の画像信号を取得する画像信号取得手段を有し、前記画像信号取得手段で取得した時間的に異なる画像信号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媒体の移動速度を検出するとともに、前記相関ピークの値から前記移動媒体上に形成された画像パターンの位置ずれを検出することを特徴とする。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の画像検出装置において、前記画像信号取得手段で取得した画像信号から更に前記移動媒体上に形成された画像パターンの画像濃度を検出することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項２記載の画像検出装置において、前記移動媒体上に形成された画像パターンの位置ずれおよび画像濃度を、前記相互相関演算における相関ピーク値を用いて検出することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項２記載の画像検出装置において、前記移動媒体上に形成された画像パターンの位置ずれおよび画像濃度を、前記画像信号取得手段で取得した各時間の１次元または２次元画像信号を平滑化した平滑化画像信号を用いて検出することを特徴とする。

請求項５記載の発明では、複数の像担持体と、前記複数の像担持体上をビームスポットで光走査して静電潜像を形成する光走査装置と、前記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各色で顕像化する現像手段と、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の転写手段と、定着手段とを有し、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の転写手段により前記中間転写ベルトに転写して、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の記録媒体に転写し、該記録媒体に転写された各色トナー画像を前記定着手段により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１〜４のいずれか１つに記載の画像検出装置を設け、前記中間転写ベルトの速度、または前記中間転写ベルト上の各色トナー画像の位置ずれ、または画像濃度を検出することを特徴とする。

請求項６記載の発明では、複数の像担持体と、前記複数の像担持体上をビームスポットで光走査して静電潜像を形成する光走査装置と、前記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各色で顕像化する現像手段と、前記複数の像担持体に対向して移動可能に設けられたシート状の記録媒体を搬送する搬送ベルトと、転写手段と、定着手段とを有し、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、前記転写手段により前記搬送ベルトで搬送された記録媒体に直接転写して、該記録媒体上で各色トナー画像を重ね合わせ、前記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１〜４のいずれか１つに記載の画像検出装置を設け、前記搬送ベルトの速度、または前記搬送ベルトで搬送される記録媒体上の各色トナー画像の位置ずれ量、または画像濃度を検出することを特徴とする。

請求項７記載の発明では、請求項５または６に記載の多色画像形成装置において、前記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、または前記中間転写ベルトの送り速度を補正するベルト速度補正手段、または前記搬送ベルトの送り速度を補正するベルト速度補正手段を設けることを特徴とする。
請求項８記載の発明では、請求項５または６に記載の多色画像形成装置において、画像濃度を補正する手段を設けることを特徴とする。

本発明によれば、移動媒体の速度変動、画像位置ずれ、画像濃度を高精度に検出でき、高画質化を図ることができる。
具体的には、請求項１記載の発明によれば、画像形成装置中の移動部材（中間転写ベルトや搬送ベルト、あるいは紙などの記録媒体）の速度変動を簡便かつ高精度に検出することができ、更にその画像検出装置を用いて移動部材上に形成された各色画像パターンの画像位置ずれも検出できる画像検出装置を提供できる。
請求項２記載の発明によれば、移動部材上に形成された各色画像パターンの画像濃度の検出も行うことができる。
請求項３記載の発明によれば、移動部材に特定の目盛りパターンを形成することなしに、マークレスで移動部材の移動速度検出を行うことができ、かつ移動部材上のトナー画像の形成位置ずれ、および画像濃度分布まで検出することができ、一つの検出装置で３つの検出機能を持った画像検出装置を提供できる。

請求項４記載の発明によれば、移動部材上のトナー画像の形成位置ずれ、および画像濃度分布の検出がより微細なトナー画像パターンでも行うことができ、検出のためのトナーパターン、面積がより微細なものからも検出することができる。
請求項５記載の発明によれば、中間転写ベルトの速度変動、中間転写ベルト上のトナー画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度を検出することができる。
請求項６記載の発明によれば、紙等の媒体を搬送する搬送ベルトの速度変動、搬送ベルト上の紙媒体上に形成されたトナー画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度を検出することができる。
請求項７記載の発明によれば、搭載された画像検出装置で検出した移動部材の速度変動検出結果を用いて、移動部材の速度変動を補正することに加え、形成された実画像における各色画像の位置ずれを検出、補正をして色ずれが大きく低減された高画質な多色画像を得ることができる。
請求項８記載の発明によれば、搭載された画像検出装置で移動部材の速度変動、およびトナー画像位置ずれを検出することに加え、形成されたトナー画像の画像濃度を検出し、この検出結果を用いてトナー画像の画像濃度を補正することにより、多色画像の階調が適正に補正された高画質な多色画像を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１〜３に基づいて、本実施形態に係る多色画像形成装置及び光走査装置の基本的構成例を示すとともに、その概要を説明する。
図１に本発明に係る多色画像形成装置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（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。

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。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。

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１１４Ｙ、マゼンタ（Ｍ）現像器１１４Ｍ、シアン（Ｃ）現像器１１４Ｃ、ブラック（Ｋ）現像器１１４Ｋ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。
図１に示す多色画像形成装置は、中間転写ベルト方式の多色画像形成装置であり、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１に示す多色画像形成装置では、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１に示す構成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２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記録媒体を担持搬送する搬送ベルト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多色画像形成装置では、図２に示すように、紙等の記録媒体の進入経路が図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。

図２に示す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１１４Ｙ、マゼンタ（Ｍ）現像器１１４Ｍ、シアン（Ｃ）現像器１１４Ｃ、ブラック（Ｋ）現像器１１４Ｋ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。

光走査装置２０について説明する。図３は、上記各多色画像形成装置に展開した光走査装置の一例を示す概略構成図である。
図３においては、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１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光偏向器（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、２段の構造としている。

より具体的に述べると、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とを有しており、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。また、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。

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。通常は、光偏向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実施例を示したが、２枚もしくはそれ以上の走査レンズを用いても良い。

ここで、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、２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を、直接転写方式のときは搬送ベルト１０６を高精度で駆動し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、コストの面からも現実的には実現が困難である。
そこでベルトの速度変動を検出する検出手段を設け、その検出結果をベルトの駆動モーターにフィードバックするのが良い。そのためには、ベルト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。
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（特許文献１）、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いた。

そこで、本発明では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（移動媒体）の速度変動を検出し、かつ、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新規な画像検出装置を提供するものである。
本発明の画像検出装置の基本的構成例を図４に示す。画像検出装置１００は移動部材の移動速度検出と並行して、移動部材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持っている。図４では示していないが、画像検出装置１００は後述する画像信号取得手段等を有している。
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り、可干渉光であるレーザ光を出射するレーザ光源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５６と、移動部材５３とエリアセンサ５６の間に設けられた結像レンズ（以下、単に「レンズ」ともいう）５４及び開口絞り５５を有している。

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５６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５７で示す分布の拡散反射光が反射する。このような拡散反射光の一部をレンズ５４に取り込んで、エリアセンサ５６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。

移動部材５３が移動すると、そ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、非常に安定に移動部材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画像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５６と移動部材５３間のレンズは必要ではない。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５６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。
そこで、上記の問題を回避するために、エリアセンサ５６と移動部材５３の間に結像レンズ５４を配置して、移動部材５３とエリアセンサ５６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５６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。

なお、結像レンズ５４は移動部材５３とエリアセンサ５６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。
さらに結像レンズ５４は、移動部材５３をエリアセンサ５６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５６上で縮小することができ、エリアセンサ５６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５６上でのスペックルパターンの移動速度は小さくすることができる。エリアセンサ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。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、低コスト化が実現できる。
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。

図４における開口絞り５５はエリアセンサ５６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における検出のとき、エリアセンサ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、結像レンズの瞳を見込む角度に逆比例する。
開口絞りにより結像レンズ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５６の１画素の大きさと適正化させる。

エリアセンサ５６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。
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では移動部材５３の移動方向は図の５８方向、すなわち紙面に垂直方向である場合を示している。本発明はこれに限定されず、移動部材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。

図８に、移動部材上に形成されたトナー画像パターンの形成位置ずれを検出するトナーパターンの形状例を示す。ｘ方向に移動する移動部材上に４色のトナーパターン群が形成されている。
図中のｘ方向、ｙ方向は画像形成装置の主走査方法がｙ方向、副走査方向がｘ方向に対応している。
４色のトナーパターンとは、それぞれシアン（ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂ）のトナーパターンである。
図８のトナーパターンＡ群は長辺がｙ軸に平行に形成された矩形パターンであり、副走査方向のトナー形成位置ずれを検出するパターン群となる。トナーパターンＢ群は長辺がｙ軸に対し４５°方向に形成された矩形パターンであり、主走査方向のトナー形成位置ずれを検出するパターン群となる。
以上のＡ群、Ｂ群を用いて、副走査および主走査方向のトナー形成位置ずれを検出するには次のようにする。各色矩形トナーパターンの長辺両側のエッジ位置からその中央を、各トナーの形成位置とする。

副走査方向の各色トナーパターンの形成位置ずれは、図８で言えば、先頭のシアントナー形成位置を基準に、各色トナーの形成位置までの時間を計測して求める。マゼンタトナーについては時間ｔ１を、イエロートナーについては時間ｔ２を、ブラックトナーについては時間ｔ３がシアントナーに対しての形成位置となる。
各時間が等差的であれば、各色のずれはないが、等差でない場合が形成位置ずれとなる。
一方、主走査方向の形成位置ずれは、Ａ群とＢ群の同色同士の時間差で検出する。すなわち、シアントナーについては時間ｔ４、マゼンタトナーについては時間ｔ５、イエロートナーについては時間ｔ６、ブラックトナーについては時間ｔ７である。ｔ４〜ｔ７が同じであれば、各色とも主走査方向への形成位置ずれはないが、これが等しくないときには、各色で主走査方向に位置ずれが生じていることが検出できる。
以上の方法により、移動部材上に形成されたトナーパターンの形成位置ずれが検出できる。

図４の画像検出装置においては、以上の移動媒体上に形成されたトナー画像パターンの画像パターン位置ずれも検出できる。図５、６に画像パターン位置ずれ検出の実施例を示す。
図５はベルト状基体の上に形成されたトナーパターンを図４の画像検出装置のレーザ光照明ビームを入射させて、その拡散反射光を結像レンズでエリアセンサ上に結像して取り込む状態を示す図である。取り込んだスペックル画像の相互相関演算を行い、その相関ピークの値を抽出する。
ベルト状基体を図５の矢印方向に移動させながら、相互相関演算、および相関ピーク値の抽出を順次行っていく。
図６に、横軸にベルト基体移動量を、縦軸に相関ピーク値を取った、実測値の例を示す。横軸の０点は、画像検出装置のレーザ光照明ビームがトナーパターン上にあるときを示している。相関ピークの値は、等価的にエリアセンサ上の結像パターンの積分値に等しく、エリアセンサに取り込んだ画像の光強度を表している。

画像検出装置のレーザ光照明ビームがトナーパターン上にあるときは、トナーパターンからの拡散光があり、相関ピーク値は高く、ベルト基体の移動によりレーザ光照明ビームがトナーエッジにかかってくると、相関ピーク値は減少していき、レーザ光照明ビームがトナーパターンのないベルト基体にあるときは、ほとんどが正反射光で、拡散反射光成分がなくなるので、相関ピーク値は低くなる。よって、図６のグラフはトナーパターンエッジ付近の拡散反射率分布を表していることになる。
以上より、図６のグラフの相関ピーク値に適当なしきい値を設定して、そのしきい値を横切るところの移動量から、トナーパターンのエッジ位置を検出することができる。

図７は別の実施形態を示している。本実施形態では、上記に加えて、移動部材上のトナーパターンの画像濃度も検出する画像検出装置を提供することを目的としている。
図７（ａ）では移動部材であるベルト基体上にトナー階調パターンが形成されている。ベルト基体上に図４の画像検出装置のレーザ光照明ビーム（図面上では単にレーザ光と表示）が入射しており、ベルト基体のｘ方向移動とともにレーザ光照明ビームはトナー階調パターンをなぞっていく。レーザ光照明ビームがトナー階調パターンをなぞっていったときの、相関ピーク値をベルト基体のｘ方向に対してプロットしたときの模式図を図７（ｂ）に示す。
図７（ｂ）では階調のあるトナーパターンに対して、その反射率に比例したものとして相関ピーク値がプロットされる。トナーパターンのないベルト基体の反射率の絶対値は既知であるので、図７（ｂ）の縦軸の絶対値は反射率Ｒとして特定できる。反射率Ｒより、トナーパターンの画像濃度Ｄが、定義式Ｄ＝−ｌｏｇＲで算出できる。図７（ｃ）は、図７（ｂ）の反射率分布を定義式により画像濃度分布に変換したときの模式図である。図７（ｃ）より、スペックル画像の相関演算から移動部材上のトナーパターンの画像濃度も検出することができる。

図１２に、以上の実施形態で示した、移動部材の移動速度検出、および移動部材上に形成されたトナー画像パターンの位置ずれと画像濃度を検出する処理の流れ図を示す。
イメージセンサとしてのエリアセンサで検出された移動部材のスペックルパターン画像はビデオ処理回路を経て、検出時刻が異なる複数の画像情報をフレームメモリに収納する。このフレームメモリから異なる時刻のスペックルパターンを読み出して、相関演算処理部で相互相関演算が実行されて、一つは相互相関のピークの位置ずれを検出して、それから移動部材の移動速度を算出する流れとなる。
ビデオ処理回路とフレームメモリは本実施形態における画像信号取得手段を構成している。
もう一つは相互相関ピーク値を検出して、それからトナー画像パターンの位置ずれと画像濃度を算出する流れとなり、一つの画像検出装置で移動部材の移動速度とトナー画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度を知ることができることになる。

次に図４の画像検出装置において、別の方法によるトナーパターン形成位置ずれと画像濃度の検出の実施例について述べる。図４の画像検出装置では、移動部材５３を結像レンズ５４でエリアセンサ５６に結像している。
そこで移動部材上にトナーパターンを形成すると、そのパターンは結像レンズによりエリアセンサ上に結像される。図９（ａ）にはエリアセンサ５４上に結像されたトナーパターンの像を示す。画素が正方状に配列されたエリアセンサ上に、移動部材上のレーザ照明領域に対応した領域にスペックルパターンが生じているスペックルパターン領域が結像され、その領域の中に移動部材上に形成されたトナーパターン像がある。
エリアセンサの出力信号のうち、Ａ画素行の画像信号を図９（ｂ）に示す。トナーパターンの強度分布にスペックルパターンが乗った波形となっている。この信号を平滑化処理を行ったものを図９（ｃ）に示す。

スペックルパターンはある空間周波数以上に分布しているので、ローパスフィルターを通せば、トナーパターンの強度分布が生成できる。この方法により、エリアセンサ上のスペックルパターンから移動部材上に形成されたトナーパターンの像を検出できる。平滑化処理をして得られたトナーパターン像から、その前端、後端エッジからトナーパターン中央位置を特定でき、トナーパターンの形成位置が特定できる。これにより図８に示したトナーパターン位置ずれ検出のためのトナー画像の位置ずれをスペックルパターンから検出することができる。
図９ではＡ画素行１行の画像信号を元にトナーパターン像を抽出していたが、これに限定されず、複数行の画像信号を列方向に加算してトナーパターン像を抽出するようにしても良い。

画像濃度の検出について図１１に示す。図１１（ａ）では移動部材であるベルト基体上にトナー階調パターンが形成されている。ベルト基体上に図４の画像検出装置のレーザ光照明ビームが入射しており、ベルト基体のｘ方向移動とともにレーザ光照明ビームはトナー階調パターンをなぞっていく。
レーザ光照明ビームがトナー階調パターンをなぞっていったときの、エリアセンサ上の１行、または複数行の加算信号を図１１（ｂ）に示す。
図ではトナーパターンの強度分布にスペックルパターンが乗った波形となっている。この信号に対し平滑化処理を行う。スペックルパターンはある空間周波数以上に分布しているので、ローパスフィルターを通せば、トナーパターンの強度分布が生成できる。
この方法により、エリアセンサ上のスペックルパターンから移動部材上に形成されたトナー階調パターンの強度分布を検出できる。平滑化処理により検出されたトナー階調パターンの強度分布から濃度変換した波形の模式図を図１１（ｃ）に示す。図１１（ｃ）より、スペックル画像信号の平滑化処理から移動部材上のトナーパターンの階調画像濃度も検出することができる。

図１３に以上の実施例で示した、移動部材の移動速度検出、および移動部材上に形成されたトナー画像パターンの位置ずれと画像濃度を検出する処理の流れ図を示す。
イメージセンサとしてのエリアセンサで検出された移動部材のスペックルパターン画像はビデオ処理回路を経て、検出時刻が異なる複数の画像情報をフレームメモリに収納する。一つはこのフレームメモリから異なる時刻のスペックルパターン信号を読み出して、相関演算処理部で相互相関演算が実行され、相互相関のピークの位置ずれを検出して、それから移動部材の移動速度を算出する流れとなる。
ビデオ処理回路とフレームメモリは本実施形態における画像信号取得手段を構成している。
もう一つはフレームメモリから特定の時刻のトナー画像パターンの１行、または複数行のビデオ信号を抽出して、このビデオ信号の平滑処理を行い、トナー画像パターンの位置ずれと画像濃度を算出する流れとなる。この両方の流れから、一つの画像検出装置で移動部材の移動速度とトナー画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度を知ることができることになる。

上述した画像検出装置を図１の中間転写タイプの多色画像形成装置に適用する実施例を述べる。画像検出装置１００は中間転写ベルト１０５の最終感光体１Ｋ位置より下流側に配置され、中間転写ベルト自身の送り速度を常時検出する。これと並行して中間転写ベルトに各感光体から転写されたトナー画像パターンのうち、図８に示すようなトナーマークパターンを検知してトナー画像パターンの形成位置ずれを検出することができる。また、図７（ａ）に示すようなトナー階調パターンを検知してトナー画像パターンの画像濃度を検出することができる。このように１つの画像検出装置により、中間転写ベルトの速度変動、トナー画像パターン形成位置ずれ、および画像濃度の３つを検出することができる。

上述した画像検出装置を図２の直接転写タイプの多色画像形成装置に適用する実施例を述べる。画像検出装置１００は、紙等の記録媒体を搬送する搬送ベルト１０６の最終感光体１Ｋ位置より下流側に配置され、搬送ベルト自身の送り速度を常時検出する。これと並行して、搬送ベルト上を搬送される紙等の記録媒体に転写されたトナー画像パターンも検出する。
搬送ベルト上を搬送される紙に各感光体から転写されたトナー画像パターンのうち、図８に示すようなトナーマークパターンを検知してトナー画像パターンの形成位置ずれを検出することができる。また、図７（ａ）に示すようなトナー階調パターンを検知してトナー画像パターンの画像濃度を検出することができる。このように１つの画像検出装置により、搬送ベルトの速度変動とトナー画像パターン形成位置ずれ、および画像濃度の３つを検出することができる。

多色画像形成装置において、搭載した上記画像検出装置の検出信号に応じて、多色画像形成装置を制御することにより、色ずれのない、階調の良い良好なカラー画像を形成することができる。
具体的には図１の多色画像形成装置に適用した場合は、画像検出装置１００で検出した中間転写ベルトの速度変動を元に、中間転写ベルト送り手段のモーター駆動にフィードバックして、ベルト送り速度を一定に制御する。
図２の別の多色画像形成装置に適用した場合は、画像検出装置１００で検出した搬送ベルトの速度変動を元に、搬送ベルト送り手段のモーター駆動にフィードバックして、ベルト送り速度を一定に制御する。
画像検出装置１００で検出したトナー画像パターンの形成位置ずれ結果を元に、副走査方向の位置ずれに対しては、図１、２の多色画像形成装置とも、位置ずれに応じて画像書出し走査ラインの選択を変えて、副走査方向のトナー画像位置ずれを減少させる。
副走査線間隔以下のずれの補正に対しては、走査光学系中に液晶などで形成した可変光偏向素子を用いて、書き込みビームを副走査方向に微小偏向させて補正する方法などがある。

画像検出装置１００で検出したトナー画像パターンの主走査方向の位置ずれに対しては、各主走査の主走査書出し位置をずらして補正する。
以上の多色画像形成装置において、前記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、あるいは前記中間転写ベルトまたは前記搬送ベルトの送り速度を補正するベルト速度補正手段、の両方の手段を持っても良いが、少なくとも一方を設けることでも良い。
更に、画像検出装置で検出したトナー階調パターンの画像濃度値に対して、各色が適正な階調を持つ画像濃度となるように、トナー現像器の現像バイアスにフィードバックする、あるいは感光体帯電電圧にフィードバックする、あるいはレーザ書き込みパワーを調整して露光量を調整したりして、各色が適正な階調を持つ画像濃度となるように制御する。

以上、上記実施形態では、本発明に係る画像検出装置を電子写真プロセスを用いた多色画像形成装置に適用する例で説明してきたが、本発明に係る画像検出装置はこれに限定されず、インクジェットプロセスなどによる多色画像形成装置の記録紙の移動速度変動検出および記録紙上の各色インク画像パターンの位置ずれ、および画像濃度検出にも同様に適用できる。

本発明の実施形態に係る中間転写方式の多色画像形成装置の概要構成図である。 直接転写方式の多色画像形成装置の概要構成図である。 多色画像形成装置における光走査の構成を示す斜視図である。 画像検出装置の構成及び機能を示す図である。 画像検出装置によるトナーパターンの検出状態を示す平面図である。 相関ピークとトナーパターンの移動量との関係を示すグラフである。 トナーパターンの画像濃度の検出を示す図で、（ａ）はトナー諧調パターンを示す平面図、（ｂ）はトナー諧調パターンをなぞったときの相関ピーク値のプロット図、（ｃ）は（ｂ）の反射率分布を画像濃度分布に変換した模式図である。 移動媒体上に形成されたトナー画像パターンの形成位置ずれを検出する説明図である。 画像信号の平滑化処理を示す図で、（ａ）はエリアセンサ上に結像されたトナーパターンの像を示す図、（ｂ）はエリアセンサの出力信号のうち、Ａ画素行の画像信号の出力波形を示す図、（ｃ）は（ｂ）の信号を平滑化処理した信号の出力波形を示す図である。 エリアセンサ上に結像された傾斜したトナーパターンの像を示す図である。 平滑化処理によるトナーパターンの画像濃度の検出を示す図で、（ａ）はトナー諧調パターンを示す平面図、（ｂ）はトナー諧調パターンをなぞったときの出力図、（ｃ）は（ｂ）で得られたトナー諧調パターンの強度分布を画像濃度分布に変換した模式図である。 移動媒体の速度検出、トナー画像パターンの位置ずれおよび画像濃度を検出するフローチャートである。 移動媒体の速度検出、平滑化処理によるトナー画像パターンの位置ずれおよび画像濃度を検出するフローチャートである。

符号の説明

２０ 光走査装置
５１ 光源としてのレーザ光源
５３ 移動媒体としての移動部材
５４ 結像レンズ
５６ 受光手段としてのエリアセンサ

Claims (8)

1. 可干渉性光を発する光源からの出射光を画像パターンが形成される移動媒体に照射し、前記移動媒体からの反射光を結像レンズを介して１次元もしくは２次元の受光手段に結像する構成を備え、前記移動媒体の移動とともに時間的に異なる１次元もしくは２次元の画像信号を取得する画像信号取得手段を有し、
   前記画像信号取得手段で取得した時間的に異なる画像信号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媒体の移動速度を検出するとともに、前記相関ピークの値から前記移動媒体上に形成された画像パターンの位置ずれを検出することを特徴とする画像検出装置。
2. 請求項１記載の画像検出装置において、
   前記画像信号取得手段で取得した画像信号から更に前記移動媒体上に形成された画像パターンの画像濃度を検出することを特徴とする画像検出装置。
3. 請求項２記載の画像検出装置において、
   前記移動媒体上に形成された画像パターンの位置ずれおよび画像濃度を、前記相互相関演算における相関ピーク値を用いて検出することを特徴とする画像検出装置。
4. 請求項２記載の画像検出装置において、
   前記移動媒体上に形成された画像パターンの位置ずれおよび画像濃度を、前記画像信号取得手段で取得した各時間の１次元または２次元画像信号を平滑化した平滑化画像信号を用いて検出することを特徴とする画像検出装置。
5. 複数の像担持体と、前記複数の像担持体上をビームスポットで光走査して静電潜像を形成する光走査装置と、前記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各色で顕像化する現像手段と、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の転写手段と、定着手段とを有し、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の転写手段により前記中間転写ベルトに転写して、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の記録媒体に転写し、該記録媒体に転写された各色トナー画像を前記定着手段により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１〜４のいずれか１つに記載の画像検出装置を設け、前記中間転写ベルトの速度、または前記中間転写ベルト上の各色トナー画像の位置ずれ、または画像濃度を検出することを特徴とする多色画像形成装置。
6. 複数の像担持体と、前記複数の像担持体上をビームスポットで光走査して静電潜像を形成する光走査装置と、前記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各色で顕像化する現像手段と、前記複数の像担持体に対向して移動可能に設けられたシート状の記録媒体を搬送する搬送ベルトと、転写手段と、定着手段とを有し、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、前記転写手段により前記搬送ベルトで搬送された記録媒体に直接転写して、該記録媒体上で各色トナー画像を重ね合わせ、前記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１〜４のいずれか１つに記載の画像検出装置を設け、前記搬送ベルトの速度、または前記搬送ベルトで搬送される記録媒体上の各色トナー画像の位置ずれ量、または画像濃度を検出することを特徴とする多色画像形成装置。
7. 請求項５または６に記載の多色画像形成装置において、
   前記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、または前記中間転写ベルトの送り速度を補正するベルト速度補正手段、または前記搬送ベルトの送り速度を補正するベルト速度補正手段を設けることを特徴とする多色画像形成装置。
8. 請求項５または６に記載の多色画像形成装置において、
   画像濃度を補正する手段を設けることを特徴とする多色画像形成装置。

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