JP5531458B2 - 速度検出装置及び多色画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル複写機、レーザプリンタ、レーザプロッタ、レーザファクシミリ、あるいはこれらの複合機等に用いられる多色画像形成装置に関し、特に、中間転写ベルトや搬送ベルトの速度検出を行う速度検出装置と、その速度検出装置を備えた中間転写方式あるいは直接転写方式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、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、例えば特許文献１（特開２００８−６５７４３号公報）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。
しかしながら、この特許文献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２（特開２００３−２６６８２８号公報）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。
しかしながら、この特許文献２に記載の従来技術では、光学系に関する記載がなく、また、検出誤差の補正方法についても記載がない。

特許文献３（特開２００７−２８３７２１号公報）には、レーザ光を照射して感光ドラムの反射光に生じるスペックルパターンから感光体ドラムの移動速度を算出して、感光体の回転速度を制御する画像形成装置が開示されている。
しかしながら、この特許文献３に記載の従来技術では、光学系に関する詳細な記載がなく、また、検出誤差の補正方法についても記載がない。また、画像形成装置として、感光体ドラムの検出に限定されている。

特許文献４（特表２００７−５１９９４４号公報）には、情報セキュリティのための暗号を数論アルゴリズムでなく、レーザ光を光散乱物体に照射して生じたスペックルパターンをピクセル化した光検出器で明暗を検出した信号から、物理的に再生不可能な暗号を生成させる方法に関して、スペックルパターンの明るいパッチ、暗いパッチの大きさと光検出器ピクセルの大きさの関係が明示されている。
しかしながら、この特許文献４に記載の従来技術は、スペックルパターンにより暗号信号発生のために最適化された検出条件であり、本願で記載しているスペックルパターンによる移動物体の速度検出における最適な検出条件とは目的が異なり、容易に類推もできない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、移動部材の速度変動を簡便な方法で、且つ高精度に測定することができる速度検出装置を提供することを目的とし、さらには、その速度検出装置を用いて、多色画像形成装置における移動部材（中間転写ベルトや搬送ベルト等）の速度変動を測定して、その測定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またはフルカラー画像を得ることができる多色画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第１の手段は、移動部材の速度や速度変動を検出する速度検出装置であって、レーザ光源と、１次元もしくは２次元画像を取得可能なエリアセンサとを有し、前記移動部材から前記エリアセンサに至る光路上にレンズを設け、前記レーザ光源から射出されたビームを前記移動部材に照射し、その散乱光を前記レンズで前記エリアセンサ上に結像し、一定時間間隔で画像パターンを取得する画像パターン取得手段と、前記画像パターン取得手段で取得した画像パターンを演算することにより、前記移動部材の速度を算出する速度算出手段と、を有し、前記レンズは、対象物を前記エリアセンサ上に縮小して投影する縮小光学系であり、前記移動部材上でのビームの該移動部材の進行方向の幅をｗｓ、前記移動部材の速度をｖ、前記画像パターンを取得する時間間隔をτとしたとき、
２ｖτ＜ｗｓ＜１０ｖτ
を満足するように、ｗｓおよびτを設定し、且つ、前記移動部材の表面において前記エリアセンサに結像可能な領域の該移動部材の進行方向の幅をｗａとすると、
ｗａ＜ｗｓ＜５ｗａ
を満たすことを特徴とする。

本発明の第２の手段は、第１の手段に記載の速度検出装置において、前記エリアセンサは、前記移動部材が移動する平面と略垂直方向に設けることを特徴とする。
本発明の第３の手段は、第１または第２の手段に記載の速度検出装置において、前記移動部材から前記エリアセンサに至る光路上にアパーチャを設けることを特徴とする。

本発明の第４の手段は、第１〜第３の手段のいずれか一つに記載の速度検出装置において、時間的に隣り合う２つの画像パターンを用いて、前記移動部材の速度を算出することを特徴とする。
本発明の第５の手段は、第１〜第４の手段のいずれか一つに記載の速度検出装置において、前記移動部材は無端移動部材であり、該移動部材のホームポジション検出手段を設けることを特徴とする。
本発明の第６の手段は、第５の手段に記載の速度検出装置において、前記ホームポジション検出手段は、ホームポジションに対応する位置における画像パターンを記憶する記憶手段を有し、前記画像パターン取得手段により取得した画像パターンとの演算により、ホームポジション検出を行うことを特徴とする。

本発明の第７の手段は、第１〜第６の手段のいずれか一つに記載の速度検出装置において、前記移動部材は無端移動部材であり、該移動部材上の複数の位置を検出する位置検出手段を有し、前記位置検出手段による検出結果を用いて、前記速度算出手段で算出した速度を補正する速度算出結果補正手段を有することを特徴とする。
本発明の第８の手段は、第７の手段に記載の速度検出装置において、前記位置検出手段は、前記移動部材上の複数の位置に対応した画像パターンを記憶する記憶手段を有し、前記画像パターン取得手段により取得した画像パターンとの演算により、位置を検出することを特徴とする。

本発明の第９の手段は、移動部材の速度や速度変動を検出する速度検出装置であって、レーザ光源と、１次元もしくは２次元画像を取得可能なエリアセンサとを有し、前記移動部材と前記エリアセンサの間にレンズを設け、前記レーザ光源から射出されたビームを前記移動部材に照射し、その散乱光を前記レンズで前記エリアセンサ上に結像し、前記移動部材の移動とともに一定時間間隔で画像パターンを取得する画像パターン取得手段と、前記移動部材上の複数の位置に対応した画像パターンをあらかじめ記憶する記憶手段を有し、前記移動部材は無端移動部材であり、前記記憶手段に記憶された画像パターンと、前記画像パターン取得手段で取得した画像パターンとを演算することにより、前記移動部材の速度を検出する速度検出装置において、前記レンズは、対象物を前記エリアセンサ上に縮小して投影する縮小光学系であり、前記移動部材上でのビームの該移動部材の進行方向の幅をｗｓ、前記移動部材の速度をｖ、前記画像パターンを取得する時間間隔をτとしたとき、
２ｖτ＜ｗｓ＜１０ｖτ
を満足するように、ｗｓおよびτを設定し、且つ、前記移動部材の表面において前記エリアセンサに結像可能な領域の該移動部材の進行方向の幅をｗａとすると、
ｗａ＜ｗｓ＜５ｗａ
を満たすことを特徴とする。

本発明の第１０の手段は、第１〜第９の手段のいずれか一つに記載の速度検出装置において、エリアセンサ面上の最小スペックル径が、少なくとも前記エリアセンサのピクセルピッチの略１／２以上であることを特徴とする。
本発明の第１１の手段は、第１〜第１０の手段のいずれか一つに記載の速度検出装置において、前記レーザ光源から射出されたビームを前記移動部材に照射した照射領域を前記レンズによりエリアセンサ面に結像して生じるスペックルパターン形成領域が、前記エリアセンサの検出受光領域と略等しいことを特徴とする。

本発明の第１２の手段は、第１〜第１１の手段のいずれか一つに記載の速度検出装置において、前記移動部材は、表面が光透過性を有する媒質で覆われており、光透過性を有する媒質の表面よりも、光透過性を有する媒質とその下の媒質との境界面の方が面粗さが大きいことを特徴とする。
本発明の第１３の手段は、第１〜第１２の手段のいずれか一つに記載の速度検出装置において、前記演算は、相互相関演算であることを特徴とする。
本発明の第１４の手段は、第１３の手段に記載の速度検出装置において、前記演算は、最も急峻なピークを探す演算をさらに含むことを特徴とする。
本発明の第１５の手段は、第１３の手段に記載の速度検出装置において、前記相互相関演算は、位相情報のみを用いて相関を行う位相限定相関演算であることを特徴とする。

本発明の第１６の手段は、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トナー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、第１〜第１５の手段のいずれか一つに記載の速度検出装置を設け、前記中間転写ベルトの速度を検出することを特徴とする。

本発明の第１７の手段は、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トナー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、第１〜第１５の手段のいずれか一つに記載の速度検出装置を設け、前記搬送ベルトの速度を検出することを特徴とする。

本発明の第１８の手段は、第１６または第１７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か、前記中間転写ベルトまたは前記搬送ベルトの速度を補正するベルト速度補正手段の、少なくとも一方を設けることを特徴とする。

本発明の第１の手段の速度検出装置では、レーザ光源と、１次元もしくは２次元画像を取得可能なエリアセンサとを有し、前記移動部材から前記エリアセンサに至る光路上にレンズを設け、前記レーザ光源から射出されたビームを前記移動部材に照射し、その散乱光を前記レンズで前記エリアセンサ上に結像し、一定時間間隔で画像パターンを取得する画像パターン取得手段と、前記画像パターン取得手段で取得した画像パターンを演算することにより、前記移動部材の速度を算出する速度算出手段と、を有し、前記レンズは、対象物を前記エリアセンサ上に縮小して投影する縮小光学系であり、前記移動部材上でのビームの該移動部材の進行方向の幅をｗｓ、前記移動部材の速度をｖ、前記画像パターンを取得する時間間隔をτとしたとき、
２ｖτ＜ｗｓ＜１０ｖτ
を満足するように、ｗｓおよびτを設定し、且つ、前記移動部材の表面において前記エリアセンサに結像可能な領域の該移動部材の進行方向の幅をｗａとすると、
ｗａ＜ｗｓ＜５ｗａ
を満たすことを特徴とするので、速度検出装置の小型化が実現できる。また、電子回路の負担を軽減でき、電子回路の処理速度を低減することができ、低コスト化や低消費電力化が実現できる。また、光利用効率の低下を抑止しつつ、且つ演算処理速度を余り増大させることなく、高精度に移動部材の速度変動を検出できる。さらにエリアセンサに結像可能な領域（移動部材の進行方向）において、光源の強度分布が無視できるため、高精度な速度検出が可能になり、且つエリアセンサにおいて十分な光量を得ることができる。

第２の手段の速度検出装置では、第１の手段の構成に加え、前記エリアセンサは、前記移動部材が移動する平面と略垂直方向に設けることを特徴とするので、外乱に強く、安定した速度検出が可能になる。
第３の手段の速度検出装置では、第１または第２の手段の構成に加え、前記移動部材から前記エリアセンサに至る光路上にアパーチャを設けることを特徴とするので、速度変動検出における検出誤差を少なく抑えることができる。

第４の手段の速度検出装置では、第１〜第３の手段のいずれか一つの構成に加え、時間的に隣り合う２つの画像パターンを用いて、前記移動部材の速度を算出することを特徴とするので、速度変動検出における検出誤差を少なく抑えることができる。
第５、第６の手段の速度検出装置では、第１〜第４の手段のいずれか一つの構成に加え、前記移動部材は無端移動部材であり、該移動部材のホームポジション検出手段を設け、前記ホームポジション検出手段は、ホームポジションに対応する位置における画像パターンを記憶する記憶手段を有し、前記画像パターン取得手段により取得した画像パターンとの演算により、ホームポジション検出を行うことを特徴とするので、移動部材がベルト状のとき、１回の速度検出結果におけるわずかな誤差が積み上がったとしても、ベルト１周の積み上がり誤差を補正することができ、さらにベルト１周における途中の位置の検出結果における誤差も補正でき、より高精度に速度変動を検出できる。

第７、第８の手段の速度検出装置では、第１〜第６の手段のいずれか一つの構成に加え、前記移動部材は無端移動部材であり、該移動部材上の複数の位置を検出する位置検出手段を有し、前記位置検出手段による検出結果を用いて、前記速度算出手段で算出した速度を補正する速度算出結果補正手段を有することを特徴とし、さらに前記位置検出手段は、前記移動部材上の複数の位置に対応した画像パターンを記憶する記憶手段を有し、前記画像パターン取得手段により取得した画像パターンとの演算により、位置を検出することを特徴とするので、移動部材がベルト状のとき、ベルト状の複数の位置で、速度変動の検出誤差を補正できるため、より高精度に速度変動を検出できる。

第９の手段の速度検出装置では、レーザ光源と、１次元もしくは２次元画像を取得可能なエリアセンサとを有し、前記移動部材と前記エリアセンサの間にレンズを設け、前記レーザ光源から射出されたビームを前記移動部材に照射し、その散乱光を前記レンズで前記エリアセンサ上に結像し、前記移動部材の移動とともに一定時間間隔で画像パターンを取得する画像パターン取得手段と、前記移動部材上の複数の位置に対応した画像パターンをあらかじめ記憶する記憶手段を有し、前記移動部材は無端移動部材であり、前記記憶手段に記憶された画像パターンと、前記画像パターン取得手段で取得した画像パターンとを演算することにより、前記移動部材の速度を検出する速度検出装置において、前記レンズは、対象物を前記エリアセンサ上に縮小して投影する縮小光学系であり、前記移動部材上でのビームの該移動部材の進行方向の幅をｗｓ、前記移動部材の速度をｖ、前記画像パターンを取得する時間間隔をτとしたとき、
２ｖτ＜ｗｓ＜１０ｖτ
を満足するように、ｗｓおよびτを設定し、且つ、前記移動部材の表面において前記エリアセンサに結像可能な領域の該移動部材の進行方向の幅をｗａとすると、
ｗａ＜ｗｓ＜５ｗａ
を満たすことを特徴とするので、第１〜８の手段と同様の効果を得ることができる。

第１０の手段の速度検出装置では、第１〜第９の手段のいずれか一つの構成に加え、エリアセンサ面上の最小スペックル径が、少なくとも前記エリアセンサのピクセルピッチの略１／２以上であるので、移動部材をレンズによりエリアセンサ面に結像したときに、エリアセンサ面における最小スペックル径の大きさと、エリアセンサのピクセルピッチを最適化することにより、最大相関距離を長くすることができ、高精度な速度検出が可能となる。

第１１の手段の速度検出装置では、第１〜第１０の手段のいずれか一つの構成に加え、前記レーザ光源から射出されたビームを前記移動部材に照射した照射領域を前記レンズによりエリアセンサ面に結像して生じるスペックルパターン形成領域が、前記エリアセンサの検出受光領域と略等しいことにより、スペックルパターンの濃淡情報量を最大限に検出できる。すなわち、移動部材上のレーザ光照明領域がレンズにより、エリアセンサ面に結像され、エリアセンサ面では、スペックルパターンが生じている照明領域像として結像されるが、この照明領域像の大きさと、エリアセンサの検出領域の大きさを略等しくすることで、スペックルパターンの濃淡情報量を最大限に検出でき、高精度な速度検出が可能となる。

第１２の手段の速度検出装置では、第１〜第１１の手段のいずれか一つの構成に加え、前記移動部材は、表面が光透過性を有する媒質で覆われており、光透過性を有する媒質の表面よりも、光透過性を有する媒質とその下の媒質との境界面の方が面粗さが大きいことを特徴とするので、経時的に速度検出精度が劣化することを抑制できる。また、多色画像形成装置への適用を考えた際に、ベルト表面を光透過性があり且つ平坦な面とすることで、転写時の画質劣化を抑制することができ、且つベルト内部に設けたベルト表面よりも面粗さが大きい面により強い散乱光を発生させることができる。従って、画質劣化を引き起こすことなく、強い散乱光を得ることができる。

第１３、第１４の手段の速度検出装置では、第１〜第１２の手段のいずれか一つの構成に加え、前記演算は、相互相関演算であることを特徴とし、さらに前記演算は、最も急峻なピークを探す演算をさらに含むことを特徴とするので、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の位置ずれ量を検出できる。
また、第１３、第１５の手段の速度検出装置では、第１〜第１２の手段のいずれか一つの構成に加え、前記演算は、相互相関演算であることを特徴とし、さらに前記相互相関演算は、位相情報のみを用いて相関を行う位相限定相関演算であることを特徴とするので、より高精度に２つのスペックルパターンの位置ずれを計算できる。

第１６〜１８の手段の多色画像形成装置は、第１〜第１５の手段のいずれか一つに記載の速度検出装置を設け、中間転写ベルトの速度を検出する、または搬送ベルトの速度を検出することを特徴とし、さらには、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か、中間転写ベルトまたは搬送ベルトの速度を補正するベルト速度補正手段の、少なくとも一方を設けることを特徴とするので、画像の伸び縮みや色ずれが小さく抑制された高画質な多色またはフルカラー画像を得ることができる。

本発明の一実施形態を示す中間転写方式の多色画像形成装置の概略構成図である。 本発明の別の実施形態を示す直接転写方式の多色画像形成装置の概略構成図である。 本発明の一実施例を示す速度検出装置の概略構成図である。 ベルト状部材にレーザ光を照射したときのスペックルパターンの一例を示す図である。 図３の速度検出装置のエリアセンサに結像可能な領域を示す図である。 散乱性媒質にレーザ光を当て、それをＣＣＤカメラで撮影して相互相関演算を行った実験結果を示す図である。 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。 液晶偏向素子の構造例を示す模式図である。 照明光で照明された移動部材をレンズを用いてエリアセンサ上に結像した状態を示す図である。 エリアセンサの受光領域と、エリアセンサ上に結像された照明領域の像の一例を示す平面図である。 エリアセンサの受光領域と、エリアセンサ上に結像された照明領域の像の別の例を示す平面図である。 エリアセンサの受光領域と、エリアセンサ上に結像された照明領域の像の別の例を示す平面図である。 速度検出実験において、最大相関距離が５００μｍのときの速度検出結果を示すグラフである。 速度検出実験において、最大相関距離が２５０μｍのときの速度検出結果を示すグラフである。 速度検出実験において、最大相関距離が２００μｍのときの速度検出結果を示すグラフである。

以下、本発明の構成、動作および作用効果を図面を参照して詳細に説明する。
まず、多色画像形成装置の基本的な構成例について説明する。
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。

ここで、図１や図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、またコストの面からも、現実的には実現困難である。
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装置が重要になってくる。

ベルトの速度変動を検出するために、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の速度変動を検出する方法および装置を提供するものである。
以下、具体的な実施例について説明する。

本発明の速度検出装置の基本的な構成例を図３に示す。この速度検出装置は、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）５３の速度や速度変動を検出するものであり、レーザ光（レーザビーム）を出射するレーザ光源５１と、レーザ光源５１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の間に設けられたレンズ５５及びアパーチャ５４を有している。
そしてレーザ光源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で撮影する。移動部材５３は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り、レーザ光を照射すると、図４に示すようなスペックル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。そのため、移動部材５３が移動すると、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の間にレンズは必要ない。しかし、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の間に正のパワーを有するレンズ５５を少なくとも１枚設けるのがよい。また、レンズ５５を複数枚設けてレンズ系としても良い。このように正のパワーのレンズ５５を設けることで、移動部材５３が移動平面に対して傾きが発生しても、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、エリアセンサ５６と移動部材５３は、共役にするのが最も望ましく、速度検出誤差も小さくなるが、かならずしも共役関係にする必要はなく、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、前記レンズ５５は、対象物をエリアセンサ５６上に縮小して投影する縮小光学系とするのがよい。そうすることで、移動部材上の広い範囲をエリアセンサ上で縮小することができるため、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、エリアセンサ上でのスペックルパターンの移動速度は小さくなる。移動速度が小さいと、スペックルパターンを取得して時間間隔を長くすることができ、その結果、演算処理等の時間が稼げるため、電子回路の負担を軽減でき、電子回路の処理速度を低減することができ、低コスト化や低消費電力化が実現できる。

また、エリアセンサ５６は、図３のように、移動部材５３が移動する平面内と垂直方向に設けるのがよく、そうすることで、何らかの要因で、移動部材が移動平面と垂直方向にシフトしたとしても、エリアセンサ上のスペックルパターンが、エリアセンサ５６の平面方向にずれることはほとんどないので、速度検出において誤差が発生しにくくなる。エリアセンサ５６を移動平面に対して斜めに配置すると、移動部材５３が移動平面と垂直方向にシフトした際でも、エリアセンサ上のスペックルパターンがエリアセンサ５６の平面方向に対してずれてしまい、検出誤差を招く恐れがある。よって、移動平面と垂直方向にエリアセンサ５６を設けることで、外乱に強く、安定した速度検出が可能になる。

図３のようにレンズ５５を用いたとき、エリアセンサ上のスペックルの大きさは、像側の開口数（ＮＡ）に依存する。従って、レンズ５５の近傍にアパーチャ５４を設置し、アパーチャ５４の大きさを変化させると、スペックルの大きさが変化し、アパーチャ５４を小さくすればスペックルは粗くなり、アパーチャ５４を大きくすれば、スペックルは小さくなる。スペックルの大きさは、エリアセンサ５６のピクセルピッチよりも小さいと、検出誤差が増大する恐れがあり、ピクセルピッチよりも大きすぎると、エリアセンサ上に存在するスペックルが少なくなり、検出誤差が増大する恐れがある。このように、スペックルの大きさは、用いるエリアセンサ５６のピクセルピッチに対して適切に決める必要があるため、移動部材５３とエリアセンサ５６の間にアパーチャ５４を設け、スペックルの大きさを適切に設定するのが良い。なお、アパーチャ５４を設ける位置は、レンズ５５の近傍が最も望ましいが、それ以外の場所でも良い。

ここで、上記のスペックルパターンの大きさについて更に説明する。
図９は、照明光で照明された移動部材５３をレンズ５５を用いてエリアセンサ５６上に結像した状態を示す図である。図９に示すように、レンズ５５を用いて移動部材５３をエリアセンサ５６上に結像したときの結像面におけるスペックルの最小径ｄは照明光６０の波長をλ、レンズ結像の集光角をαとすると、
ｄ＝λ／α ・・・（１）
で与えられる。
また、結像倍率をＭ、アパーチャによる口径比をＦとすると、
ｄ＝(１＋Ｍ)λＦ ・・・（２）
で与えられる。
このようにレンズ５５による結像面での最小スペックル径は、結像倍率、波長、Ｆ値により一義的に決まる。

では、この最小スペックル径をエリアセンサ５６のピクセルピッチに対して、どのようなサイズに設定して良いかを以下に述べる。
まず、最小スペックル径がエリアセンサ５６のピクセルピッチより小さい場合は、最小スペックル径がエリアセンサ５６のピクセルピッチの１／２より大きいことが必要である。この理由は、エリアセンサ５６の１画素に対して、少なくともスペックルが２つ以上生じないという制限から出ていることである。スペックルは対象となる移動部材５３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５３の速度を検出するのであるが、エリアセンサ５６の１画素に対して２つ以上のスペックルが生じてしまうと、この刻印マークの２つ分の情報をまとめて加算して検出することになり、一個一個のスペックルパターンのもたらす情報量が削減されてしまい、高精度な移動検出が困難となる。
よって、最小スペックル径は少なくともエリアセンサ５６のピクセルピッチの１／２以上の大きさを持っていることが望ましい。

一方、最小スペックル径の大きさの上限については、下限の場合のような論理的基準の設定はできない。そこで、実験的にエリアセンサ５６のピクセルピッチに対する最小スペックル径の上限について調べた。
実験条件としては、移動部材５３に対して、光源波長λ＝８３０ｎｍ、結像倍率Ｍ＝０．４０倍の結像系にて、レンズ５５のＦ値をＦ＝８、１２、１６の３つの場合について検出実験を行った。このときのエリアセンサ５６のピクセルピッチは９．５μｍであり、また、検出画素数は８０×４０ピクセルである。また、移動部材５３への照明光は平行光とした。

この条件においてはＦ値がＦ＝８のときの最小スペックル径は、上述の（２）式から、ｄ＝９．３μｍとなる。また、Ｆ＝１２のときは、ｄ＝１３．９μｍ、Ｆ＝１６のときは、ｄ＝１８．６μｍとなる。
以上より、Ｆ＝８のときは、ほぼピクセルピッチ、Ｆ＝１２のときはピクセルピッチの約１．５倍、Ｆ＝１６のときはピクセルピッチの約２倍の最小スペックル径が生じていることになる。

以上の実験条件により移動部材５３を５０μｍずつ送って、エリアセンサ５６で検出したスペックルパターン画像を記憶していく。これら５０μｍピッチで取得したスペックルパターンの各画像と移動原点の初期画像との相互相関演算を行う。そして、相互相関ピークの生じる位置を算出し、スペックルパターンの位置ずれ量（相関距離）を算出していく。そして、移動初期画像に対して相関ピークが生じる最大の移動距離（検出できる最大のスペックルパターン位置ずれ量）である最大相関距離を求めた。
ここで、相互相関演算は定義通りの通常の相関処理を行った。また、
（最小スペックル径）／（ピクセルピッチ）＝ピクセルピッチ比
とした。
実験結果を下記の表１に示す。

表１より、レンズＦ値Ｆ＝８に対して、Ｆ＝１６の場合、最大相関距離が半減した。この結果より、ピクセルピッチ比＝１に対して、最大相関距離が半減するピクセルピッチは、およそピクセルピッチ比＝２であることがわかる。
以上より、スペックル速度検出におけるエリアセンサ面上の最小スペックル径は、少なくともエリアセンサ５６のピクセルピッチの略１／２以上であり、また大きくともピクセルピッチの略２倍以下であることが望ましいといえる。

次に、図９において、照明光６０で照明された移動部材５３上の照明領域は、レンズ５５により結像倍率Ｍ倍でエリアセンサ５６の受光面上に結像される。図１０は、エリアセンサ５６の受光面（受光領域）の平面図であり、エリアセンサ５６の受光面（受光領域）上に結像された照明領域の像６１を示す。照明領域像６１には式（１）、式（２）で示す最小スペックル径を持つスペックルパターンが形成されている。このとき、エリアセンサ５６の受光面の大きさとスペックルパターンが形成されている照明領域像６１の大きさは略等しいことが望ましい。理由は、エリアセンサ５６の受光面いっぱいに、スペックルパターンが形成されていることが、スペックルパターンの移動に関する情報を最大限に検出でき、高精度な速度検出が行なえるからである。

ここで、エリアセンサ５６の受光面の大きさと、スペックルパターンが形成されている照明領域像６１の大きさが略等しいとは、図１０の場合に限定されず、図１１に示すようにエリアセンサ５６の受光領域が照明領域像６１に略内接するような状態でも良い。また、図１２に示すように、エリアセンサ５６の受光領域が照明領域像６１に略外接するような状態でも良い。
このように、エリアセンサ５６の受光面上における照明領域像６１の大きさを適切に設定することで、スペックルパターンの移動に関する情報量を最大限に検出することができ、高精度な速度検出が可能となる。

なお、以上で説明した最小スペックル径の上限値に関する実験について、表１の結果から、最小スペックル径の上限について、ピクセルピッチの略２倍以下とした理由を以下に説明する。
表１の各ピクセルピッチ比において、媒体の移動速度が約３００ｍｍ／ｓのときの、スペックル相関検出による速度検出実験を行うと、次の結果が得られる。
ピクセルピッチ比が約１のとき（最大相関距離が５００μｍ）、速度検出結果は図１３に示すグラフのようになり、良好に速度検出ができている。ピクセルピッチ比が約２のとき（最大相関距離２５０μｍ）も、図１４に示すグラフのように、実用上問題ないレベルで速度を検出できる。
しかし、同様の実験条件下で求めた最大相関距離が２５０μｍよりも短い２００μｍとなるピクセルピッチ比、約２．８の場合では、速度検出結果は図１５に示すグラフのようになり、実質的に速度測定不能となってしまう。
したがって、最小スペックル径の上限は、最大相関距離が２５０μｍ以上、つまり、ピクセルピッチ比が約２以下（ピクセルピッチの略２倍以下）であることが望ましいといえる。

次に、本実施例の速度検出装置で移動部材５３の速度変化を検出するためには、一定時間間隔で画像パターン（スペックルパターン）を取得し続けるのがよい。一定時間間隔で取得したスペックルパターンより、移動部材５３の速度変動を検出する方法としては、まず時間的に近接した２つのスペックルパターンより、スペックルパターンの移動量を演算して求めることにより可能である。ここで、時間的に離れた２つのスペックルパターンは移動量が大きい。スペックルパターンの移動量が大きくなると、スペックルパターンの変形が発生しやすくなってしまい、速度変動を検出する際の誤差が大きくなる恐れがある。そのため、時間的に連続する２つのスペックルパターンにより演算してスペックルパターンの移動量を求める方が、速度変動検出における検出誤差が少なくなり、本発明に好適である。

ここで、２つのスペックルパターンの間の移動量をΔ、２つのスペックルパターンの時間間隔をτとすると、移動部材５３の部分的な速度ｖは、
ｖ＝ｋΔ／τ
として求められる。このｖの計算を、２つのスペックル画像を更新して繰り返し行うことで、移動部材５３の速度変動を検出できる。ここで、ｋは比例定数であり、レーザやレンズの位置等の光学的な条件により決まる。そのため、あらかじめｋを求めておく必要がある。

移動部材上でのレーザ光（ビーム）の移動部材５３の進行方向の幅をｗｓとしたとき、重要なのが、ｗｓとτの関係であり、
２ｖτ＜ｗｓ＜１０ｖτ
となるようにｗｓおよびτを設定することで、高精度にスペックルパターンの移動量、つまり移動部材５３の速度変動を求めることができる。なお、ビーム径ｗｓは、ピーク強度の１／ｅ^2の強度となる幅で定義する。ｗｓが２ｖτよりも小さくなると、ビームの大きさに対して、取り込み間隔が長くなりすぎて、２つのスペックルパターンにおける移動量が大きくなりすぎ、スペックルパターンが変形してしまい、移動量を演算で求める際の誤差が大きくなってしまう。ｗｓが１０ｖτよりも大きくなると、ビーム径が大きくなりすぎて、光利用効率が低下してしまい、高速な移動部材５３の速度変動が検出できなくなってしまう。また、取り込み時間が短くなりすぎ、スペックルパターン移動量の演算に、非常に高い高速性が求められてしまい、消費電力の増大や、コストアップや、演算が追いつかないといった弊害を引き起こしてしまう。

なお、エリアセンサ５６は、１次元もしくは２次元で画像パターンが検出できるものであれば何でもよい。例えば、ＣＣＤ（charge coupled device）やＣＭＯＳ（complementary metal-oxide semiconductor）センサ、フォトダイオード（ＰＤ）アレイ等を用いることができる。また、１次元のエリアセンサを用いるときは、エリアセンサ５６の長手方向を移動部材（ベルト等）５３の移動方向と略平行に設定する必要がある。

本実施例の速度検出装置を図１または図２に示したような多色画像形成装置に適用する際は、移動部材（中間転写ベルト１０５や搬送ベルト１０６）５３の進行方向の速度変動が問題になるため、エリアセンサ５６は１次元のエリアセンサとするのが良い。そうすることで、演算するデータ量を大きく低減できるため、高速な演算が可能となり、且つ消費電力も低く抑えることができる。

図５に示すように、移動部材表面において、エリアセンサ５６に結像可能な領域で、移動部材５３の進行方向（移動方向）の幅をｗａとすると、以下の式を満たすようにレンズ５５の倍率や、入射ビームの大きさの設定をするのがよい。
ｗａ＜ｗｓ＜５ｗａ

上記の式においてｗｓがｗａよりも小さくなると、エリアセンサ５６に結像可能な領域（移動部材の進行方向）において、光源の強度分布が、無視できない程度に発生するため、速度検出において誤差が発生しやすくなってしまう。また、ｗｓがｗａよりも大きくなると、光源の強度分布は、エリアセンサ５６に結像可能な領域（移動部材５３の進行方向）において無視できるようになっていくが、ｗｓが５ｗａよりも大きくなると、エリアセンサ５６に入る光量が少なくなってしまい、好ましくない。よって、
ｗａ＜ｗｓ＜５ｗａ
を満たすように設定することで、エリアセンサ５６に結像可能な領域（移動部材５３の進行方向）において、光源の強度分布が無視できるため、高精度な速度検出が可能になり、且つエリアセンサ５６において十分な光量を得ることができる。

移動部材５３が、無端ベルト状（両端と両端が継ぎ合わされ輪になっているもの）やドラム状のように、端部が存在せず、移動部材表面が輪になっている（本発明では、総称して無端移動部材と呼ぶ）のときを考える。以下ではベルト状移動部材を例として説明するが、ドラム状のように、端部が存在しない無端移動部材でも同様に考えることができる。

移動部材５３がベルト状のときは、ホームポジションを検出することが必要である。特に画像形成装置において、図１や図２に示す中間転写ベルト１０５や搬送ベルト１０６の速度変動の検出に、本発明の速度検出装置を適用する際は特に重要である。なぜなら、ベルトの厚みムラや回転ムラの周期性によって色ずれが発生する可能性があるためである。ホームポジションを検出できれば、ベルト１周の検出誤差を補正できるため、より高精度にベルトの速度変動を検出できる。

ホームポジションを検出する方法として、ベルト上にマークをつけ、それを検出する方式でもよいが、本発明で最も良いのは、ホームポジションに対応する位置であらかじめ取得しておいた画像パターン（スペックルパターン）と、新たに取得した画像パターンとの演算を行うことで、ホームポジション検出を行う方法である。この方法は、ホームポジションに対応したスペックルパターンを記憶しておく記憶手段（例えば不揮発メモリ等）のみを設けるだけでよく、非常に簡便である。また、ベルトを加工してマークをつける必要もないため、低コストで実現可能である。

ホームポジションを検出する具体的な方法としては、まずホームポジションと予想される位置でスペックルパターンを取得する。この取得位置をx0'とする。次に、あらかじめ記憶しておいたホームポジションに対応したスペックルパターンと、取得したスペックルパターンとを演算することで取得したスペックルパターンの、ホームポジションに対応したスペックルパターンに対するずれ量Δx0を求める。よって、ホームポジションの位置x0は、
x0＝x0'＋Δx0
として求めることができる。

また、別の方法として、時間で考えることもできる。ホームポジションと予想される位置でスペックルパターンを取得した時間をt0'とする。次にΔx0を求める。ホームポジション予想される位置で取得したスペックルパターンと時間的に連続した、もしくは時間的に近いスペックルパターンより、前述の方法で、ベルトの部分的な移動速度ｖを求める。よって、ホームポジションの時間t0は、
t0＝t0'＋Δx0／ｖ
で求めることができる。

前述のようにベルトの部分的な移動速度ｖを連続して求め続けることで、ベルト１周の長さや時間を求めることが可能であるが、ベルトの１周が長い場合、部分的な移動速度ｖを求める際のわずかな誤差が積みあがって、ベルト１周の長さや時間に、無視できない量の誤差が発生してしまう恐れがあるが、ホームポジションを検出すれば、その誤差が補正できる。あらかじめ記憶しておいたホームポジションの位置x0と、予想されるホームポジションの位置x0'とのずれΔx0が、ベルト１周で積み上がった誤差である。また、ベルト１周の誤差が分かれば、それを用いて比例換算することで、部分的な移動速度ｖやベルト１周における途中の位置の検出結果の誤差も補正できるため、より高精度にベルトの速度変動を検出できる。

なお、あらかじめ記憶しておく、ホームポジションに対応したスペックルパターンは、工場出荷時に記憶しておくのが最も良いが、電源投入時のキャリブレーション時に記憶することも可能である。

さらに高精度にベルトやドラム等の無端移動部材の速度変動を検出するためには、前述のように、ホームポジションのように１点でなく、無端移動部材上の複数の位置を検出するのがよく、そうすることで、速度変動の検出誤差を、無端移動部材上の複数の位置で順次補正できるため、より高精度に無端移動部材の速度変動が検出できる。

無端移動部材（例えばベルト）の複数の位置を検出する方法として、ベルト上にマークをつけ、それを検出することでも良いが、本発明で最も望ましいのは、ベルトの複数の位置に対応したスペックルパターンをあらかじめ取得しておき、それを記憶手段に記憶しておく方法がよい。ベルト上の進行方向の複数の位置x1，x2，・・・，xnに対応したスペックルパターンを記憶しておき、x1，x2，・・・，xnと予想される位置で取得したスペックルパターンの位置x1'，x2'，・・・，xn'とのずれΔx1，Δx2，・・・，Δxnを、前述した方法と同じ方法で検出することで、ベルト１周の誤差だけでなく、ベルトの途中の位置x1，x2，・・・，xnでも誤差を検出できるので、ベルトの速度変動を高精度に補正できる。

上記では、基本的には一定時間間隔で取得したスペックルパターンのうち、時間的に連続した、もしくは時間的に近接した２つの画像パターンを用いてベルトの速度変動を検出する方法について説明したが、別の方法として、以下の方法でも可能である。

移動部材の進行方向において、一定間隔（必ずしも一定間隔である必要はない）の位置において、移動部材のスペックルパターンをあらかじめ記憶しておく。そして、取得したスペックルパターンとの移動量を演算することで、スペックルパターンを取得した位置と、記憶しておいた位置とのずれが算出できる。例えば、移動部材上の位置x1において記憶しておいたスペックルパターンと、スペックルパターンを記憶しておいた位置x1だと予想される位置x1'で取得したスペックルパターンの間の移動量を演算し、その移動量がΔx1であったとき、
x1＝x1'＋Δx1
となる。この演算を、スペックルパターンを記憶しておいた位置x1，x2，・・・，xnにおいて繰り返して行うことで、ずれΔx1，Δx2，・・・，Δxnを求めることができ、移動部材の速度変動を検出することができる。

前記移動部材５３の表面は、面粗さが大きい方が散乱光が強くなるため望ましい。また、面の微小な凹凸構造（面粗さの形状）は、経時的に変化しない方が望ましい。経時的に凹凸構造が劣化しなければ、スペックルパターンも変化しない。スペックルパターンが変化してしまうと、例えば記憶しておいたスペックルパターンとの演算処理を行う際に誤差が経時的に増大してしまう恐れがある。また、凹凸構造が磨耗して小さくなってしまうと、光散乱強度が弱くなるため、光量不足に陥る恐れがあり、そうすると検出精度が劣化してしまう恐れがある。よって、移動面の微小な凹凸構造を保護することで、経時的に速度検出精度が劣化することを抑制できる。移動部材５３の微小な凹凸構造を保護するためには、移動部材５３の表面を光透過性媒質でコーティングするのが良い。

また、画像形成装置の中間転写ベルト等への適用を考えると、ベルト表面は平坦である方が、転写時のトナーのチリ等が抑制できるため望ましい。従って、光透過性媒質の表面の面粗さよりも、光透過性媒質の下の媒質との境界面の面粗さの方が大きくなるようにするのが良い。そうすると、ベルトの表面の平坦性を保つことができ、且つ、光透過性媒質で覆われているため、光透過性媒質の下の媒質との境界面で強い散乱光を発生させることができるため、望ましい。ベルトの最表面の面粗さを粗くしてしまうと、転写時の画質劣化が引き起こされ、望ましくない。上記のようにすることで、画質劣化を引き起こすことなく、強い散乱光を得ることができる。
ここで、光透過性媒質は、光学的に完全に透明である必要はなく、少し吸収があっても良い。

前述の、２つのスペックルパターンから移動量を算出する演算は、相互相関演算により行うのがよい。相互相関演算は以下の式で表される。ここで、２つのスペックルパターンをf1、f2、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（画像の中心が０）が、２つのスペックルパターンの位置ずれ量（相関距離）を表している。従って、最も急峻なピークを探す演算を行うことで、２つのスペックルパターンの移動量を算出できる。このような相互相関演算を用いた方法は、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の位置ずれ量（相関距離）を検出できる。

図６に実施例を示す。図６は、散乱性媒質にレーザ光を当て、それをＣＣＤカメラで撮影して相互相関演算を行った実験結果を示す図であり、（ａ）が移動前、（ｂ）が１００μｍだけ右に動かした実施例である。なお、ＣＣＤカメラの前にレンズを設置し、散乱性媒質表面とＣＣＤ表面を略共役にしており、撮影倍率は約１倍である。撮影倍率が１倍であるため、相関ピークの位置より算出したスペックルパターンの移動量と、散乱性媒質の移動量は一致する。（ｃ）が相互相関演算後の画像パターンで、ブロードな強度分布の中に急峻な相関ピーク（白丸で囲んでいる）が発生している。なお、画像データの中心は、白の点線の丸で囲んでいる。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はあるため、最も急峻なピークの位置を探すことが重要である。

上記のブロードな強度分布が問題になる際は、位相限定相関を用いればよい。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。
f1★f2^＊＝F^-1[P[F[f1]]・P[F[f2]^＊]]
位相限定相関で計算した実施例を図６（ｄ）に示す。図６（ｄ）を見れば分かるように、同図（ｃ）で発生しているようなブロード強度分布は発生しておらず、相関ピークのみが発生している。このように位相限定相関を用いた方法は、より高精度に２つのスペックルパターンの位置ずれを計算できる。

上記で説明した速度検出装置を、多色画像形成装置に用いられる中間転写ベルト（中間転写ベルト方式）や搬送ベルト（直接転写方式のとき）のベルト１周内の速度変動の検出に用いることができ、そうすることで、中間転写ベルトや搬送ベルトの速度変動が検出でき、中間転写ベルトまたは搬送ベルトの速度を補正するベルト速度補正手段として、その情報を例えば駆動モータにフィードバックすることで速度変動が略０になるように制御でき、その結果、画像の伸び縮みや色ずれが小さく抑制された高画質なカラー画像を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、上記で説明した速度検出装置を用いて速度変動を検出し、補正することも可能である。

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（例えば光走査装置内に設けた液晶偏向素子）にフィードバックすることも可能である。液晶偏向素子は、液晶に印加する電圧によって、感光体に到達する光の位置を、感光体の回転方向と平行方向にずらすことができる。ベルトの速度変動が発生すると、各色画像の重ね合わせがずれたり、各色画像自体が伸びたり縮んだりするが、液晶偏向素子を用いることで、ベルトの速度変動を補正するように、各色トナー画像の形成位置や画像の伸び縮みを補正できるため、結果として色ずれや画像伸び縮みのない高画質な出力画像を得ることができる。

次に液晶偏向素子を用いる光走査装置について説明する。図７は、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７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３０１，３０２，３０３，３０４の被走査面に結像する走査レンズ１０６１，１０６２，１０６３，１０６４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７では、説明の簡略化のため、光源ユニットや走査レンズ以降の光学系は、１ステーション分のみを図示している。

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、光偏光手段と像面の間に折り返しミラー１１１１，１１２１が挿入され、光路が折りたたまれる。また、走査光学系は１枚の走査レンズで構成される実施例を示したが、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。液晶偏向素子とは、電圧を印加するとある偏光方向を持った光に対する屈折率が変化することを利用して光を偏向させる素子であり、液晶に限らず、ＬｉＮｂＯ_３等の他の電気光学材料を用いても実現できる。以下では、電気光学材料として液晶を例にとって説明する。図８に液晶偏向素子の構造の模式図を示す。

液晶偏向素子の構造は、透明電極１，２，・・・，ｎが抵抗部材を介して電気的に接続されている。ここで、端子１と端子２に電位差を設けると、透明電極における電位が、端子１から端子２に向かうに従って、ほぼリニアに変化する。液晶は、電圧を印加すると、液晶の光学軸に沿った偏光の光に対する屈折率が変化するため、透明電極がある部分の屈折率は端子１から端子２に行くに従ってリニアに変化する。これは、プリズムと同等であるため、透明電極がある部分を透過した光は図のように偏向される。また、端子１と端子２の電位差を変化させることで偏向される量を変化させることができる。偏向される方向を、感光体の回転方向（副走査方向）に合わせることで、各色トナー画像の形成位置や画像の伸び縮みを補正することができる。

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ：感光体（像担持体）
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ：帯電器（帯電手段）
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ：現像器（現像手段）
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ：クリーニング手段
６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ：転写手段
２０：光走査装置（潜像形成手段）
３０：定着手段
４０：二次転写手段（第２の転写手段）
５１：レーザ光源
５２：コリメートレンズ
５３：移動部材
５４：アパーチャ
５５：レンズ（縮小光学系）
５６：エリアセンサ
１０５：中間転写ベルト
１０６：搬送ベルト
３０１，３０２，３０３，３０４：感光体ドラム
４００：転写ベルト
１００１：光源ユニット
１０４１：線像形成レンズ（シリンドリカルレンズ）
１０６１，１０６２，１０６３，１０６４：走査レンズ
１１１１，１１２１：ミラー
２００１：像面（被走査面）

特開２００８−６５７４３号公報 特開２００３−２６６８２８号公報 特開２００７−２８３７２１号公報 特表２００７−５１９９４４号

Claims (18)

1. 移動部材の速度や速度変動を検出する速度検出装置であって、
   レーザ光源と、１次元もしくは２次元画像を取得可能なエリアセンサとを有し、前記移動部材から前記エリアセンサに至る光路上にレンズを設け、前記レーザ光源から射出されたビームを前記移動部材に照射し、その散乱光を前記レンズで前記エリアセンサ上に結像し、一定時間間隔で画像パターンを取得する画像パターン取得手段と、
   前記画像パターン取得手段で取得した画像パターンを演算することにより、前記移動部材の速度を算出する速度算出手段と、を有し、
   前記レンズは、対象物を前記エリアセンサ上に縮小して投影する縮小光学系であり、前記移動部材上でのビームの該移動部材の進行方向の幅をｗｓ、前記移動部材の速度をｖ、前記画像パターンを取得する時間間隔をτとしたとき、
   ２ｖτ＜ｗｓ＜１０ｖτ
   を満足するように、ｗｓおよびτを設定し、且つ、前記移動部材の表面において前記エリアセンサに結像可能な領域の該移動部材の進行方向の幅をｗａとすると、
   ｗａ＜ｗｓ＜５ｗａ
   を満たすことを特徴とする速度検出装置。
2. 請求項１に記載の速度検出装置において、
   前記エリアセンサは、前記移動部材が移動する平面と略垂直方向に設けることを特徴とする速度検出装置。
3. 請求項１または２に記載の速度検出装置において、
   前記移動部材から前記エリアセンサに至る光路上にアパーチャを設けることを特徴とする速度検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の速度検出装置において、
   時間的に隣り合う２つの画像パターンを用いて、前記移動部材の速度を算出することを特徴とする速度検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の速度検出装置において、
   前記移動部材は無端移動部材であり、該移動部材のホームポジション検出手段を設けることを特徴とする速度検出装置。
6. 請求項５に記載の速度検出装置において、
   前記ホームポジション検出手段は、ホームポジションに対応する位置における画像パターンを記憶する記憶手段を有し、
   前記画像パターン取得手段により取得した画像パターンとの演算により、ホームポジション検出を行うことを特徴とする速度検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の速度検出装置において、
   前記移動部材は無端移動部材であり、該移動部材上の複数の位置を検出する位置検出手段を有し、
   前記位置検出手段による検出結果を用いて、前記速度算出手段で算出した速度を補正する速度算出結果補正手段を有することを特徴とする速度検出装置。
8. 請求項７に記載の速度検出装置において、
   前記位置検出手段は、前記移動部材上の複数の位置に対応した画像パターンを記憶する記憶手段を有し、
   前記画像パターン取得手段により取得した画像パターンとの演算により、位置を検出することを特徴とする速度検出装置。
9. 移動部材の速度や速度変動を検出する速度検出装置であって、
   レーザ光源と、１次元もしくは２次元画像を取得可能なエリアセンサとを有し、
   前記移動部材と前記エリアセンサの間にレンズを設け、
   前記レーザ光源から射出されたビームを前記移動部材に照射し、その散乱光を前記レンズで前記エリアセンサ上に結像し、前記移動部材の移動とともに一定時間間隔で画像パターンを取得する画像パターン取得手段と、
   前記移動部材上の複数の位置に対応した画像パターンをあらかじめ記憶する記憶手段を有し、
   前記移動部材は無端移動部材であり、
   前記記憶手段に記憶された画像パターンと、前記画像パターン取得手段で取得した画像パターンとを演算することにより、前記移動部材の速度を検出する速度検出装置において、
   前記レンズは、対象物を前記エリアセンサ上に縮小して投影する縮小光学系であり、
   前記移動部材上でのビームの該移動部材の進行方向の幅をｗｓ、前記移動部材の速度をｖ、前記画像パターンを取得する時間間隔をτとしたとき、
   ２ｖτ＜ｗｓ＜１０ｖτ
   を満足するように、ｗｓおよびτを設定し、且つ、前記移動部材の表面において前記エリアセンサに結像可能な領域の該移動部材の進行方向の幅をｗａとすると、
   ｗａ＜ｗｓ＜５ｗａ
   を満たすことを特徴とする速度検出装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一つに記載の速度検出装置において、
    エリアセンサ面上の最小スペックル径が、少なくとも前記エリアセンサのピクセルピッチの略１／２以上であることを特徴とする速度検出装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載の速度検出装置において、
    前記レーザ光源から射出されたビームを前記移動部材に照射した照射領域を前記レンズによりエリアセンサ面に結像して生じるスペックルパターン形成領域が、前記エリアセンサの検出受光領域と略等しいことを特徴とする速度検出装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一つに記載の速度検出装置において、
    前記移動部材は、表面が光透過性を有する媒質で覆われており、光透過性を有する媒質の表面よりも、光透過性を有する媒質とその下の媒質との境界面の方が面粗さが大きいことを特徴とする速度検出装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一つに記載の速度検出装置において、
    前記演算は、相互相関演算であることを特徴とする速度検出装置。
14. 請求項１３に記載の速度検出装置において、
    前記演算は、最も急峻なピークを探す演算をさらに含むことを特徴とする速度検出装置。
15. 請求項１３に記載の速度検出装置において、
    前記相互相関演算は、位相情報のみを用いて相関を行う位相限定相関演算であることを特徴とする速度検出装置。
16. 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トナー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１〜１５のいずれか一つに記載の速度検出装置を設け、前記中間転写ベルトの速度を検出することを特徴とする多色画像形成装置。
17. 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トナー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１〜１５のいずれか一つに記載の速度検出装置を設け、前記搬送ベルトの速度を検出することを特徴とする多色画像形成装置。
18. 請求項１６または１７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か、前記中間転写ベルトまたは前記搬送ベルトの速度を補正するベルト速度補正手段の、少なくとも一方を設けることを特徴とする多色画像形成装置。

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