JP5999578B2 - 装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、移動体の移動速度及び変位量を検出する装置、及び該装置を備える画像形成装置に関する。

近年のカラー画像形成装置は、高速化への要求に応えるため、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）のトナーに対応した４つの感光体（像担持体）を並列に配置した、いわゆるタンデム方式が主流となってきている。

このタンデム方式のカラー画像形成装置では、各感光体上で現像された各色のトナー画像を重ね合わせる必要がある。

その重ね合わせる方式として、（１）紙等の記録媒体（定形の用紙、葉書、厚紙、プラスチックシート等）上で直接重ね合わせる直接転写方式と、（２）中間転写ベルト上で各色の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とがある。

ところで、直接転写方式では、記録媒体を搬送するための搬送ベルトを高精度で駆動しなければ、色ずれが発生するおそれがある。また、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、色ずれが発生するおそれがある。色ずれは、画像形成装置から出力される画像の品質（画像品質）を低下させる。

例えば、特許文献１には、像坦持単体上の現像画像を転写するベルト状の転写体のベルト面にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、レーザ照射手段によるレーザ光の照射により転写体のベルト面上に発生した粒子画像のパターンを読み取る読み取り手段と、読み取り手段の読み取り結果を解析して、転写体の移動に伴う粒子画像パターンにおける各粒子の位置の動きを速度ベクトルとして検出する解析手段と、解析手段による速度ベクトルの検出の結果に基づいて、転写体の位置または動作を補正する補正手段とを備えた転写体偏移補正装置が開示されている。

また、特許文献２には、用紙の搬送に伴って移動する面に対して可干渉性を有する光線を照射するとともに、光線の反射光を受光して用紙の位置に関する用紙位置信号を発する用紙位置信号検出手段と、用紙位置信号を時系列的に比較することにより、所定の単位駆動時間ごとに、それぞれの単位駆動時間内に用紙が搬送された距離に対応する用紙搬送量算出値を検出する用紙搬送量算出手段と、各単位駆動時間ごとに、用紙搬送量算出値が所定の正常範囲内にあるか否かを判定する用紙搬送量判定手段と、用紙搬送量判定手段にて、用紙搬送量算出値が正常範囲内にあると判定された場合には、用紙搬送量算出値を、対応する単位駆動時間における用紙搬送量制御値とし、移動量検出値が正常範囲外であると判定された場合には、予め設定された基準搬送量を、対応する単位駆動時間における用紙搬送量制御値とする用紙搬送量制御値設定手段と、時間区分を、用紙搬送量制御値の累積値を基にして設定する時間区分設定手段と、を備え、所定の時間区分ごとに、所定の駆動速度で駆動される駆動源を用いて用紙を搬送する画像形成装置が開示されている。

また、特許文献３には、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、移動部材とエリアセンサの間にレンズを設け、レーザ光源から射出されたビームを移動部材に照射し、その散乱光をレンズでエリアセンサ上に結像し、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、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、移動部材の速度を算出する速度算出手段と、を有し、レンズは、対象物をエリアセンサ上に縮小して投影する縮小光学系であることを特徴とする速度検出装置が開示されている。

画像形成装置における画像品質に対する要求は、年々高くなってきている。しかしながら、特許文献１に開示されている転写体偏移補正装置を備える画像形成装置、特許文献２に開示されている画像形成装置、及び特許文献３に開示されている速度検出装置を備える画像形成装置では、検出結果の精度が十分ではなく、その結果、要求されるレベルまで画像品質を向上させることは困難であった。

本発明は、光源と、前記光源から射出された光の光路上に配置され該光を発散させるカップリングレンズと、前記カップリングレンズから射出され移動体の表面で拡散反射された光の光路上に配置された結像レンズと、前記結像レンズを介した光を受光して前記移動体の表面状態により生じるスペックルパターンを撮像するイメージセンサと、前記イメージセンサからの撮像データに基づいて、前記移動体の移動速度及び変位量の少なくとも一方を求める処理部と、を備え、前記光源と前記カップリングレンズとの間隔は、前記結像レンズのデフォーカス量が０に設定された場合に求められた前記移動体の変位量と前記結像レンズのデフォーカス量が０以外に設定された場合に求められた前記移動体の変位量の差の最大値と、前記カップリングレンズからの発散光の前記移動体の表面での波面の曲率半径の逆数との関係が直線近似された結果に基づいて決定される前記曲率半径に応じて設定されることを特徴とする装置である。

本発明の装置によれば、移動体の移動速度及び変位量を高精度に検出することができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を説明するための図である。 図１における光走査装置を説明するための図（その１）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その２）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その３）である。 図１における光走査装置を説明するための図（その４）である。 速度・変位検出装置の構成を説明するための図である。 速度・変位検出装置の特性を検討するために用いた実験系を説明するための図である。 照明光が平行光である場合を説明するための図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれリニアステージの移動を説明するための図である。 実験の際のリニアステージの移動状態を説明するための図である。 スペックルパターンの累積移動量を説明するための図である。 マイナス方向のデフォーカスを説明するための図である。 プラス方向のデフォーカスを説明するための図である。 照明光が平行光であるときの変位量偏差とデフォーカス量との関係を説明するための図である。 図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は、それぞれ図１４の関係を説明するための図である。 照明光が平行光であるときの、速度・変位検出装置のデフォーカス特性を説明するための図である。 照明光が収束光である場合を説明するための図である。 照明光が収束光であるときの、速度・変位検出装置のデフォーカス特性を説明するための図である。 照明光が発散光である場合を説明するための図である。 照明光が発散光であるときの、速度・変位検出装置のデフォーカス特性を説明するための図である。 検出実験１において、ΔＬ＝５．０μｍのときの、速度・変位検出装置のデフォーカス特性を説明するための図である。 検出実験１において、ΔＬ＝１０．０μｍのときの、速度・変位検出装置のデフォーカス特性を説明するための図である。 検出実験１において、ΔＬ＝１５．０μｍのときの、速度・変位検出装置のデフォーカス特性を説明するための図である。 検出実験１において、ΔＬ＝１０．０μｍのときに、デフォーカス量を−２．０ｍｍ〜＋２．０ｍｍとしたときの、速度・変位検出装置のデフォーカス特性を説明するための図である。 検出実験１において、ΔＤｍａｘと１／Ｒとの関係を説明するための図である。 検出実験２において、ΔＬ＝３０μｍのときの、速度・変位検出装置のデフォーカス特性を説明するための図である。 検出実験２において、ΔＬ＝３５μｍのときの、速度・変位検出装置のデフォーカス特性を説明するための図である。 検出実験２において、ΔＬ＝４０μｍのときの、速度・変位検出装置のデフォーカス特性を説明するための図である。 検出実験２において、ΔＬ＝３５μｍのときに、デフォーカス量を−２．０ｍｍ〜＋２．０ｍｍとしたときの、速度・変位検出装置のデフォーカス特性を説明するための図である。 検出実験２において、ΔＤｍａｘと１／Ｒとの関係を説明するための図である。 図３１（Ａ）は、照明光が収束光であり、デフォーカス量が０のときのボイリング面Ｅｂ’及び共役結像面ＥＧを説明するための図であり、図３１（Ｂ）は、照明光が収束光であり、マイナス符号のデフォーカスがあるときのボイリング面Ｅｂ’及び共役結像面ＥＧを説明するための図である。 照明光が収束光のときの光学的等価光源点を説明するための図である。 図３３（Ａ）は、照明光が平行光であり、デフォーカス量が０のときのボイリング面Ｅｂ’及び共役結像面ＥＧを説明するための図であり、図３３（Ｂ）は、照明光が平行光であり、マイナス符号のデフォーカスがあるときのボイリング面Ｅｂ’及び共役結像面ＥＧを説明するための図である。 図３４（Ａ）は、照明光が発散光であり、デフォーカス量が０のときのボイリング面Ｅｂ’及び共役結像面ＥＧを説明するための図であり、図３４（Ｂ）は、照明光が発散光であり、マイナス符号のデフォーカスがあるときのボイリング面Ｅｂ’及び共役結像面ＥＧを説明するための図である。 照明光が発散光のときの光学的等価光源点を説明するための図である。 照明光が収束光であり、プラス符号のデフォーカスがあるときのボイリング面Ｅｂ’及び共役結像面ＥＧを説明するための図である。 照明光が平行光であり、プラス符号のデフォーカスがあるときのボイリング面Ｅｂ’及び共役結像面ＥＧを説明するための図である。 照明光が発散光であり、プラス符号のデフォーカスがあるときのボイリング面Ｅｂ’及び共役像面ＥＧを説明するための図である。 中間転写ベルトのバタツキを説明するための図である。 速度・変位検出装置の配置位置の変形例を説明するための図である。 図４１（Ａ）及び図４１（Ｂ）は、それぞれ光偏向素子の配置位置を説明するための図である。 光偏向素子の作用を説明するための図である。 光偏向素子としての液晶素子を説明するための図である。 直接転写方式の画像形成装置を説明するための図である。 印字ヘッドにより記録紙に印字記録する画像形成装置を説明するための図である。 図４６（Ａ）及び図４６（Ｂ）は、それぞれ図４５の画像形成装置における記録紙の搬送を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図３８に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせて多色のカラー画像を形成するタンデム方式のカラープリンタであり、４つの感光体ドラム（Ｋ１、Ｃ１、Ｍ１、Ｙ１）、４つのドラム帯電装置（Ｋ２、Ｃ２、Ｍ２、Ｙ２）、４つの現像装置（Ｋ４、Ｃ４、Ｍ４、Ｙ４）、４つのドラムクリーニング装置（Ｋ５、Ｃ５、Ｍ５、Ｙ５）、４つの転写装置（Ｋ６、Ｃ６、Ｍ６、Ｙ６）、光走査装置２０１０、中間転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、搬送装置２０４４、定着装置２０５０、給紙コロ２０５４、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、通信制御装置２０８０、速度・変位検出装置２２４５及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

プリンタ制御装置２０９０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、増幅回路、アナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、上位装置からの画像情報を光走査装置２０１０に送る。

感光体ドラムＫ１、ドラム帯電装置Ｋ２、現像装置Ｋ４、ドラムクリーニング装置Ｋ５、及び転写装置Ｋ６は、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラムＣ１、ドラム帯電装置Ｃ２、現像装置Ｃ４、ドラムクリーニング装置Ｃ５、及び転写装置Ｃ６は、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラムＭ１、ドラム帯電装置Ｍ２、現像装置Ｍ４、ドラムクリーニング装置Ｍ５、及び転写装置Ｍ６は、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラムＹ１、ドラム帯電装置Ｙ２、現像装置Ｙ４、ドラムクリーニング装置Ｙ５、及び転写装置Ｙ６は、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転する。

各ドラム帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、プリンタ制御装置２０９０からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて色毎に変調された光により、対応する帯電された感光体ドラムの表面をそれぞれ走査する。これにより、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像装置の方向に移動する。なお、この光走査装置２０１０の構成については後述する。

現像装置Ｋ４は、感光体ドラムＫ１の表面に形成された潜像にブラックのトナーを付着させて顕像化させる。

現像装置Ｃ４は、感光体ドラムＣ１の表面に形成された潜像にシアンのトナーを付着させて顕像化させる。

現像装置Ｍ４は、感光体ドラムＭ１の表面に形成された潜像にマゼンタのトナーを付着させて顕像化させる。

現像装置Ｙ４は、感光体ドラムＹ１の表面に形成された潜像にイエローのトナーを付着させて顕像化させる。

各現像装置によってトナーが付着した像（以下、便宜上「トナー画像」という）は、感光体ドラムの回転に伴って対応する転写装置の方向に移動する。

各転写装置は、トナー画像を中間転写ベルト２０４０に転写する。

ここでは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで中間転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされてカラー画像が形成される。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出す。該記録紙は、所定のタイミングで中間転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出される。これにより、中間転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。カラー画像が転写された記録紙は、搬送装置２０４４を介して定着装置２０５０に送られる。

定着装置２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。トナーが定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイに送られ、排紙トレイ上に順次積み重ねられる。

各ドラムクリーニング装置は、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

速度・変位検出装置２２４５は、中間転写ベルト２０４０の近傍に設けられ、中間転写ベルト２０４０の移動速度及び変位量に関する情報を含むデータを出力する。速度・変位検出装置２２４５の出力データは、プリンタ制御装置２０９０に送られる。なお、この速度・変位検出装置２２４５の詳細については後述する。

次に、前記光走査装置２０１０の構成について説明する。

光走査装置２０１０は、一例として図２〜図５に示されるように、４つの光源（２２００ａ、２２００ｂ、２２００ｃ、２２００ｄ）、４つのカップリングレンズ（２２０１ａ、２２０１ｂ、２２０１ｃ、２２０１ｄ）、４つの開口板（２２０２ａ、２２０２ｂ、２２０２ｃ、２２０２ｄ）、４つのシリンドリカルレンズ（２２０４ａ、２２０４ｂ、２２０４ｃ、２２０４ｄ）、光偏向器２１０４、４つの走査レンズ（２１０５ａ、２１０５ｂ、２１０５ｃ、２１０５ｄ）、６枚の折り返しミラー（２１０６ａ、２１０６ｂ、２１０６ｃ、２１０６ｄ、２１０８ｂ、２１０８ｃ）、及び不図示の走査制御装置などを備えている。

ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向（回転軸方向）に沿った方向をＹ軸方向、光偏向器２１０４の回転軸に沿った方向をＺ軸方向として説明する。また、以下では、便宜上、各光学部材における主走査方向に対応する方向を「主走査対応方向」と略述し、副走査方向に対応する方向を「副走査対応方向」と略述する。

光源２２００ａとカップリングレンズ２２０１ａと開口板２２０２ａとシリンドリカルレンズ２２０４ａと走査レンズ２１０５ａと折り返しミラー２１０６ａは、感光体ドラムＫ１に潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｂとカップリングレンズ２２０１ｂと開口板２２０２ｂとシリンドリカルレンズ２２０４ｂと走査レンズ２１０５ｂと折り返しミラー２１０６ｂと折り返しミラー２１０８ｂは、感光体ドラムＣ１に潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｃとカップリングレンズ２２０１ｃと開口板２２０２ｃとシリンドリカルレンズ２２０４ｃと走査レンズ２１０５ｃと折り返しミラー２１０６ｃと折り返しミラー２１０８ｃは、感光体ドラムＭ１に潜像を形成するための光学部材である。

光源２２００ｄとカップリングレンズ２２０１ｄと開口板２２０２ｄとシリンドリカルレンズ２２０４ｄと走査レンズ２１０５ｄと折り返しミラー２１０６ｄは、感光体ドラムＹ１に潜像を形成するための光学部材である。

各カップリングレンズは、対応する光源から射出された光の光路上に配置され、該光を略平行光とする。

各開口板は、開口部を有し、対応するカップリングレンズを介した光を整形する。

各シリンドリカルレンズは、対応する開口板の開口部を通過した光を、光偏向器２１０４の偏向反射面近傍にＹ軸方向に関して結像する。

各光源と光偏向器２１０４との間に配置された光学系は、偏向器前光学系とも呼ばれている。

光偏向器２１０４は、２段構造の多面鏡を有している。各多面鏡は、４面の偏向反射面を有している。そして、１段目（下段）の多面鏡ではシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光及びシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光がそれぞれ偏向され、２段目（上段）の多面鏡ではシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光及びシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光がそれぞれ偏向されるように配置されている。なお、１段目の多面鏡及び２段目の多面鏡は、互いに位相が略４５°ずれて回転し、書き込み走査は１段目と２段目とで交互に行われる。

光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ａからの光は、走査レンズ２１０５ａ、及び折り返しミラー２１０６ａを介して、感光体ドラムＫ１に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、光偏向器２１０４の回転に伴って感光体ドラムＫ１の長手方向に移動する。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｂからの光は、走査レンズ２１０５ｂ、及び２枚の折り返しミラー（２１０６ｂ、２１０８ｂ）を介して、感光体ドラムＣ１に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、光偏向器２１０４の回転に伴って感光体ドラムＣ１の長手方向に移動する。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｃからの光は、走査レンズ２１０５ｃ、及び２枚の折り返しミラー（２１０６ｃ、２１０８ｃ）を介して、感光体ドラムＭ１に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、光偏向器２１０４の回転に伴って感光体ドラムＭ１の長手方向に移動する。

また、光偏向器２１０４で偏向されたシリンドリカルレンズ２２０４ｄからの光は、走査レンズ２１０５ｄ、及び折り返しミラー２１０６ｄを介して、感光体ドラムＹ１に照射され、光スポットが形成される。この光スポットは、光偏向器２１０４の回転に伴って感光体ドラムＹ１の長手方向に移動する。

各感光体ドラムにおける光スポットの移動方向が、「主走査方向」であり、感光体ドラムの回転方向が、「副走査方向」である。

光偏向器２１０４と各感光体ドラムとの間の光路上に配置される光学系は、走査光学系とも呼ばれている。

次に、前記速度・変位検出装置２２４５の詳細について説明する。

先ず、速度・変位検出装置２２４５の構成について説明する。この速度・変位検出装置２２４５は、一例として図６に示されるように、光源１０、コリメートレンズ１２、結像レンズ１４、イメージセンサ１６、制御装置１８を有している。そして、これらは、ケース１９の中に収容されている。

なお、ここでは、便宜上、中間転写ベルト２０４０のベルト面に直交する軸方向を「ａ軸方向」とし、中間転写ベルト２０４０の移動方向に平行な軸方向を「ｂ軸方向」とする。そして、ａ軸方向及びｂ軸方向のいずれにも直交する軸方向を「ｃ軸方向」とする。また、中間転写ベルト２０４０は、＋ｂ方向に向かって移動するものとする。

光源１０は、半導体レーザを有している。コリメートレンズ１２は、光源１０から射出された光の光路上に配置されている。コリメートレンズ１２を介した光は、ケース１９に形成されている開口部を通過して、中間転写ベルト２０４０のベルト面に照射される。一例として、図６における符号θ１は４５°である。なお、以下では、コリメートレンズ１２から射出される光を「照明光」ともいう。

結像レンズ１４は、中間転写ベルト２０４０のベルト面で拡散反射され、ケース１９に形成されている開口部を通過した光を集光する。一例として、図６における符号θ２は９０°である。

イメージセンサ１６は、結像レンズ１４を介した光を受光する。中間転写ベルト２０４０は表面に微細でランダムな凹凸があり、また、中間転写ベルト２０４０からの拡散反射光は干渉性があるので、イメージセンサ１６の受光面ではスペックルパターンが生じる。すなわち、イメージセンサ１６は、スペックルパターンを撮像する。

イメージセンサ１６は、一定の時間間隔Δｔでスペックルパターンを撮像し、その撮像データを出力する。イメージセンサ１６の撮像データは、制御装置１８に送られる。なお、イメージセンサ１６の撮像データは、「フレーム」とも呼ばれている。

制御装置１８は、プリンタ制御装置２０９０の指示に基づいて、光源１０の半導体レーザを点灯及び消灯させる。また、制御装置１８は、イメージセンサ１６から出力される撮像データ（フレーム）をプリンタ制御装置２０９０に送る。

このように、速度・変位検出装置２２４５の構成は、移動体からの拡散光を結像レンズを介して撮像する構成であり、いわゆる結像領域におけるスペックル運動を検出するものである。

次に、速度・変位検出装置２２４５の特性について説明する。

図７に示されるように、中間転写ベルト２０４０に代えて、ステッピングモータによってｂ軸方向に移動可能なリニアステージ上にエア吸着プレートを介して固定されている紙を検出対象（被検体）とし、プリンタ制御装置２０９０に代えて、実験用のプログラムを実行する処理装置（例えば、パソコン）を用いて、速度・変位検出装置２２４５の特性を調べるための種々の実験を行った。なお、以下では、被検体の表面（ここでは、紙の＋ａ側の面）を「被検面」ともいう。

ステッピングモータは、処理装置の指示に基づいて、リニアステージに一端が固定されているシャフトを回転させる。このシャフトが回転すると、リニアステージがｂ軸方向に移動し、紙も同様に移動する。

紙は表面に微細でランダムな凹凸があり、また、紙からの拡散反射光は干渉性があるため、イメージセンサ１６の受光面にはスペックルパターンが生じる。

イメージセンサ１６の撮像データ（フレーム）は、制御装置１８を介して処理装置に送られる。

先ず、速度・変位検出装置２２４５において、一例として図８に示されるように、照明光が平行光となるように、光源１０とコリメートレンズ１２の位置関係を設定した。また、結像レンズ１４は、紙面がイメージセンサ１６の受光面に共役結像するように設定した。以下では、便宜上、この場合を「デフォーカス量が０の場合」という。この場合、白色光で紙を照明し、イメージセンサ１６で撮像すると、紙の表面の凹凸が最もシャープに見える。

そして、処理装置は、一例として図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示されるように、ｂ軸方向に関して互いに異なる２地点（ｂ１とｂ２）間を、所定の移動速度でリニアステージを４往復させる。すなわち、リニアステージをｂ１とｂ２の間を８回移動させる。

なお、以下では、便宜上、リニアステージの移動について、図１０に示されるように、時刻ｔ１からｔ２での移動をステージ移動Ｍ１、時刻ｔ３からｔ４での移動をステージ移動Ｍ２、時刻ｔ５からｔ６での移動をステージ移動Ｍ３、時刻ｔ７からｔ８での移動をステージ移動Ｍ４、時刻ｔ９からｔ１０での移動をステージ移動Ｍ５、時刻ｔ１１からｔ１２での移動をステージ移動Ｍ６、時刻ｔ１３からｔ１４での移動をステージ移動Ｍ７、時刻ｔ１５からｔ１６での移動をステージ移動Ｍ８とする。

イメージセンサ１６は、リニアステージの移動中に、一定のフレームレートでスペックルパターンを連続撮像する。ここでは、イメージセンサ１６は、リニアステージの１回の移動中にｎ個のフレーム（Ｆ１〜Ｆｎ）を出力するものとする。

処理装置は、時間的に隣接するフレーム間で相関演算を行い、該隣接するフレーム間におけるスペックルパターンの移動量をそれぞれ算出する。なお、以下では、便宜上、フレームＦ１とＦ２間におけるスペックルパターンの移動量をＳ１、フレームＦ２とＦ３間におけるスペックルパターンの移動量をＳ２、・・・・、フレームＦ（ｎ−１）とＦｎ間におけるスペックルパターンの移動量をＳｍとする。そして、処理装置は、Ｓ１＋Ｓ２＋・・・・・＋Ｓｍから、リニアステージの１回の移動での、スペックルパターンの累積移動量を算出する。

ここでは、ステージ移動Ｍ１でのスペックルパターンの累積移動量をＤ１、ステージ移動Ｍ２でのスペックルパターンの累積移動量をＤ２、ステージ移動Ｍ３でのスペックルパターンの累積移動量をＤ３、ステージ移動Ｍ４でのスペックルパターンの累積移動量をＤ４、ステージ移動Ｍ５でのスペックルパターンの累積移動量をＤ５、ステージ移動Ｍ６でのスペックルパターンの累積移動量をＤ６、ステージ移動Ｍ７でのスペックルパターンの累積移動量をＤ７、ステージ移動Ｍ８でのスペックルパターンの累積移動量をＤ８とする（図１１参照）。

そして、処理装置は、（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５＋Ｄ６＋Ｄ７＋Ｄ８）÷８から、スペックルパターンの累積移動量の平均値を求める。該平均値が紙の変位量の検出結果である。

ところで、上記スペックルパターンの移動量（Ｓ１〜Ｓｍ）をΔｔで割った値は、隣接するフレーム間における紙の移動速度を示している。また、例えば、累積移動量Ｄ１を（ｔ２−ｔ１）で割った値は、ステージ移動Ｍ１での紙の移動速度を示している。このように、速度・変位検出装置２２４５の出力データから、紙の変位量と移動速度とを求めることができる。

次に、図１２に示されるように、速度・変位検出装置２２４５を−ａ方向に１ｍｍシフトさせる。以下では、便宜上、この場合を「デフォーカス量が−１ｍｍの場合」という。そして、上述した「デフォーカス量が０の場合」と同様にして紙の変位量を求める。

続いて、図１３に示されるように、速度・変位検出装置２２４５を＋ａ方向に１ｍｍシフトさせる。以下では、便宜上、この場合を「デフォーカス量が＋１ｍｍの場合」という。そして、上述した「デフォーカス量が０の場合」と同様にして紙の変位量を求める。

ここでは、デフォーカス量が０の場合に得られた紙の変位量（以下では、「基準変位量」ともいう）を１とし、デフォーカス量が０でない場合に得られた紙の変位量を上記基準変位量との差で表したものを「変位量偏差」という。

図１４には、デフォーカス量と上記変位量偏差との関係が示されている。なお、以下では、デフォーカス量と変位量偏差との関係を「デフォーカス特性」ともいう。

図１４からわかるように、デフォーカス特性は、若干右下がりの傾向を示している。この場合、リニアステージの移動量が同じであっても、速度・変位検出装置２２４５を用いて得られる紙の変位量は、デフォーカス量によって変化する。

ここで、デフォーカス特性が右下がりの傾向を示す理由について考察する。

イメージセンサ１６の受光面上のスペックルパターンは倒立結像しているので、例えば、紙が＋ｂ方向に移動すると、該スペックルパターンは紙の移動速度に結像倍率が乗算された速度で紙とは逆方向である−ｂ方向に移動する。図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）に模式図的に示されるように、「デフォーカス量が−１ｍｍの場合」の受光面位置でのスペックルパターンの移動速度をＶｐ−、「デフォーカス量が０の場合」の受光面位置でのスペックルパターンの移動速度をＶｐ０、「デフォーカス量が＋１ｍｍの場合」の受光面位置でのスペックルパターンの移動速度をＶｐ＋とすると、Ｖｐ−＞Ｖｐ０＞Ｖｐ＋、の関係にあることが幾何学的にわかる。

そして、受光面位置でのスペックルパターンの移動量は、「スペックルパターンの移動速度」×「スペックルパターンの移動時間」であり、スペックルパターンの移動時間は一定であるため、「デフォーカス量が−１ｍｍの場合」の受光面位置でのスペックルパターンの移動量＞「デフォーカス量が０の場合」の受光面位置でのスペックルパターンの移動量＞「デフォーカス量が＋１ｍｍの場合」の受光面位置でのスペックルパターンの移動量、の関係が成立する。

そして、検出される紙の変位量は、受光面位置でのスペックルパターンの移動量に比例していることから、「デフォーカス量が−１ｍｍの場合」に検出される紙の変位量＞「デフォーカス量が０の場合」に検出される紙の変位量＞「デフォーカス量が＋１ｍｍの場合」に検出される紙の変位量、の関係が成立する。すなわち、デフォーカス特性は、右下がりの傾向を示すこととなる。

ところで、デフォーカス量が０でない場合は、通常の結像では像がボケることになるが、スペックルパターンは３次元的に形成されているので、通常の意味のボケは生じない。

図１６には、照明光が平行光のときのデフォーカス特性の詳細が示されている。

次に、一例として図１７に示されるように、照明光が収束光となるように、光源１０とコリメートレンズ１２の位置関係を設定した。なお、図１７には、比較のため、照明光が平行光の場合が破線で示されている。このときのデフォーカス特性の詳細が図１８に示されている。デフォーカス特性は極端な右下がりの傾向を示している。

次に、一例として図１９に示されるように、照明光が発散光となるように、光源１０とコリメートレンズ１２の位置関係を設定した。なお、図１９には、比較のため、照明光が平行光の場合が破線で示されている。このときのデフォーカス特性の詳細が図２０に示されている。デフォーカス特性は右上がりの傾向を示している。

これらのことから、発明者らは、デフォーカス特性が、照明光のコリメート状態に大きく影響されていることを新規に見出した。そして、発明者らは、照明光のコリメート状態を調整することによって、デフォーカス特性を調整するという新規な方法を見出した。

図１６と図２０とから、図１６での照明光のコリメート状態と図２０での照明光のコリメート状態との間に、デフォーカス特性がフラットになる照明光のコリメート状態があるのではないかと考え、次に検証実験を行った。

《検出実験１》
この検出実験１では、光源１０の半導体レーザとして、発振波長が６５５ｎｍ帯の赤色半導体レーザを用いた。また、カップリングレンズ１２の焦点距離を４ｍｍ、結像レンズ１４の焦点距離を２５ｍｍ、結像倍率を０．７９９とした。

また、半導体レーザとカップリングレンズ１２の間隔を、照明光が平行光のときの間隔よりもΔＬだけ短くして、デフォーカス特性を求めた。

ΔＬ＝５．０μｍの場合が図２１に示され、ΔＬ＝１０．０μｍの場合が図２２に示され、ΔＬ＝１５．０μｍの場合が図２３に示されている。

ΔＬ＝５．０μｍの場合は、デフォーカス特性はまだ若干の右下がり傾向を示している。ΔＬ＝１０．０μｍの場合は、デフォーカス特性はほぼフラットになっている。ΔＬ＝１５．０μｍの場合は、デフォーカス特性は若干の右上がり傾向を示している。そこで、半導体レーザとカップリングレンズ１２の間隔を、照明光が平行光のときの間隔よりも１０．０μｍ短くし、照明光を弱発散光とさせたときが、デフォーカス特性がフラットになるコリメート条件ということになる。

このときの照明光は、カップリングレンズ１２から紙の表面までの距離を９０ｍｍとすると、紙の表面での曲率半径が１６８６ｍｍの波面を持つ発散光である。

図２４には、ΔＬ＝１０．０μｍの場合に、デフォーカス量を、−２．０ｍｍ〜＋２．０ｍｍまで拡大したときのデフォーカス特性が示されている。±５μｍ程度のバラツキはあるが、デフォーカス量が−２．０ｍｍ〜＋２．０ｍｍの範囲内では、デフォーカス特性はほぼフラットである。この場合、リニアステージの移動量が同じであれば、速度・変位検出装置２２４５を用いて得られる紙の変位量は、デフォーカス量が異なってもほぼ同じである。すなわち、例えば、紙がａ軸方向に±２ｍｍ程度動いても、誤差が±５μｍ以下の高い精度で、紙の変位量の検出が可能となる。

図２５には、デフォーカス量が−１ｍｍ〜＋１ｍｍのときの変位量偏差の最大値ΔＤｍａｘと、紙の表面での照明光の波面の曲率半径Ｒの逆数との関係が示されている。なお、ΔＤｍａｘの符号は、デフォーカス特性が右下がり傾向を示す場合を負（−）、右上がり傾向を示す場合を正（＋）とした。また、照明光が平行光のときは（１／Ｒ）＝０であり、照明光が収束光のときは（１／Ｒ）＜０であり、照明光が発散光のときは（１／Ｒ）＞０である。

図２５から、ΔＤｍａｘと１／Ｒとの関係は、ほぼ線形であることがわかる。最小自乗法を用いて直線近似を行うと、次の（１）式が得られた。
ΔＤｍａｘ＝２７．９８１×（１／Ｒ）−１７．８６９ ……（１）

照明光が平行光のとき及び照明光が収束光のときは、いずれもΔＤｍａｘの符号は常に負（−）である。一方、照明光が発散光のときは、１／Ｒが大きくなるにつれて、ΔＤｍａｘの符号は負（−）から正（＋）に変化する。

上記（１）式から、１／Ｒ≒０．６３９ｍ^−１のとき、ΔＤｍａｘ＝０になる。すなわち、Ｒ≒１５６６ｍのときに、デフォーカス特性がフラットになる。なお、前記ΔＬ＝１０．０μｍのとき（図２２、図２４参照）は、Ｒ＝１６８６ｍｍであり、上記（１）式から得られたデフォーカス特性がフラットになるときのＲの値である１５６６ｍｍに近い。

《検出実験２》
この検出実験２では、光源１０の半導体レーザとして、発振波長が６５５ｎｍ帯の赤色半導体レーザを用いた。また、カップリングレンズ１２の焦点距離を４ｍｍ、結像レンズ１４の焦点距離を２４ｍｍ、結像倍率を１．０とした。

また、半導体レーザとカップリングレンズ１２の間隔を、照明光が平行光のときの間隔よりもΔＬだけ短くして、デフォーカス特性を求めた。

ΔＬ＝３０μｍの場合のデフォーカス特性が図２６に示され、ΔＬ＝３５μｍの場合のデフォーカス特性が図２７に示され、ΔＬ＝４０μｍの場合のデフォーカス特性が図２８に示されている。

ΔＬ＝３０μｍの場合は、デフォーカス特性はまだ若干の右下がり傾向を示している。ΔＬ＝３５μｍの場合は、デフォーカス特性はほぼフラットになっている。ΔＬ＝４０μｍの場合は、デフォーカス特性は若干の右上がり傾向を示している。そこで、半導体レーザとカップリングレンズ１２の間隔を、照明光が平行光のときの間隔よりも３５μｍ短くし、照明光を弱発散光とさせたときが、デフォーカス特性がフラットになるコリメート条件ということになる。

このときの照明光は、カップリングレンズ１２から紙の表面までの距離を９０ｍｍとすると、紙の表面での曲率半径が５４３ｍｍの波面を持つ発散光である。

図２９には、ΔＬ＝３５μｍの場合に、デフォーカス量を、−２．０ｍｍ〜＋２．０ｍｍまで拡大したときのデフォーカス特性が示されている。±５μｍ程度のバラツキはあるが、デフォーカス量が−２．０ｍｍ〜＋２．０ｍｍの範囲内では、デフォーカス特性はほぼフラットである。この場合、リニアステージの移動量が同じであれば、速度・変位検出装置２２４５を用いて得られる紙の変位量は、デフォーカス量が異なってもほぼ同じである。すなわち、例えば、紙がａ軸方向に±２ｍｍ程度動いても、誤差が±５μｍ以下の高い精度で、紙の変位量の検出が可能となる。

図３０には、デフォーカス量が−１ｍｍ〜＋１ｍｍのときの変位量偏差の最大値ΔＤｍａｘと、紙の表面での照明光の波面の曲率半径Ｒの逆数との関係が示されている。なお、ΔＤｍａｘの符号は、デフォーカス特性が右下がり傾向を示す場合を負（−）、右上がり傾向を示す場合を正（＋）とした。また、照明光が平行光のときは（１／Ｒ）＝０であり、収束光のときは（１／Ｒ）＜０であり、発散光のときは（１／Ｒ）＞０である。

図３０から、ΔＤｍａｘと１／Ｒとの関係は、ほぼ線形であることがわかる。最小自乗法を用いて直線近似を行うと、次の（２）式が得られた。
ΔＤｍａｘ＝５４．３５９×（１／Ｒ）−１０３．０６ ……（２）

上記（２）式から、１／Ｒ≒１．８９６ｍ^−１のとき、ΔＤｍａｘ＝０になる。すなわち、Ｒ≒５２７ｍのときに、デフォーカス特性がフラットになる。なお、前記ΔＬ＝３５μｍのとき（図２７、図２９参照）は、Ｒ＝５４３ｍｍであり、上記（２）式から得られたデフォーカス特性がフラットになるときのＲの値である５２７ｍｍに近い。

ところで、従来、照明光は平行光に設定されていた（例えば、特許文献３参照）。図３０では、照明光が平行光のとき、ΔＤｍａｘは−１００μｍである。

図３０では、１／Ｒ≒１．８９６ｍ⁻のときにデフォーカス特性はフラットとなるが、さらに１／Ｒを大きくしていく（Ｒを小さくしていく）と、ΔＤｍａｘは増大する。そして、１／Ｒ＝３．７３６ｍ^−１のとき（Ｒ＝２６８ｍｍのとき）に、ΔＤｍａｘは１００μｍとなり、ΔＤｍａｘの大きさ（絶対値）は、照明光が平行光のときと同じになる。そこで、０＜（１／Ｒ）＜３．７３６ｍ^−１となるようにすれば、従来よりもデフォーカス特性を改善することができる。

ここでは、２つの検出実験について説明したが、デフォーカス特性がフラットになる照明光のコリメート条件は、光源から射出される光の波長、結像レンズの焦点距離、及び結像倍率などによって異なる。

次に、デフォーカス量が０でない場合、照明光のコリメート条件が紙の変位量の検出結果に大きく影響し、コリメート条件を最適化するとデフォーカス特性がフラットになることの理由について検討する。ここでは、スペックルのボイリング面の関与で定性的に説明する。

結像領域のスペックルのボイリング面については、非特許文献１に、スペックル特性の一般論として記述されている。ボイリング面とは、光源からのレーザ光を拡散反射させる拡散面を持つ被検面が結像レンズで結像される像領域において、被検面が該被検面の面内で移動してもスペックルパターンが並進しない面のことであり、光源位置にある面の結像レンズによる結像共役面がこのボイリング面となる。なお、上記実験では、紙の表面が被検面である。

被検面が移動しても、ボイリング面では、スペックルの強度だけが変化し、スペックルパターンは並進せず、スペックルの移動速度はゼロである。スペックルパターンの動的な特性は、結像レンズの光軸方向に関して、このボイリング面からの距離が大きくなるに従って、被検面の移動によるスペックルパターンの並進速度が大きくなることである。

なお、この非特許文献１では、一般論の記述に留まり、デフォーカス特性についてまで言及した記述は全く見られない。そこで、デフォーカス量が０でない場合のスペックルの並進速度の変化について、具体的に考察する。

図３１（Ａ）及び図３１（Ｂ）には、半導体レーザＬＤから射出された光が、カップリングレンズＣＬにより収束光に変換されて被検面を照射している場合が示されている。なお、図３１（Ａ）及び図３１（Ｂ）では、分かりやすくするため、カップリングレンズＣＬの光軸と結像レンズの光軸とを同軸にしているが、実際は、カップリングレンズＣＬの光軸は、結像レンズの光軸に対して傾斜している（図６参照）。

図３１（Ａ）では、被検面が結像レンズにより観測面（＝撮像面）ＥＲ’に共役結像されている。すなわち、デフォーカス量が０である。ここでは、照明光が収束光であるため、図３２に示されるように、光学的に光源に等価な点（以下では、「光学的等価光源点」という）は観測面（＝撮像面）ＥＲ’の右側にある。この光学的等価光源点の結像レンズによる共役結像面は、結像レンズの後側主点と後側焦点面の中間位置となる。ここがボイリング面Ｅｂ’である。

また、デフォーカス量が０であるため、被検面の共役結像面ＥＧは、観測面（＝撮像面）ＥＲ’と一致している。ここで、共役結像面ＥＧから観測面（＝撮像面）ＥＲ’までの距離をＤ１、共役結像面ＥＧからボイリング面Ｅｂ’までの距離をＤｂ１とする。なお、共役結像面ＥＧから紙面右側に向かう方向をプラス（＋）とする。デフォーカス量が０の場合は、Ｄ１＝０である。

図３１（Ｂ）は、被検面が結像レンズに近づく方向にシフト（デフォーカス）したときの状態である。デフォーカス量の符号はマイナスである。この場合、被検面の共役結像面ＥＧは観測面（＝撮像面）ＥＲ’の右側にある。また、光学的等価光源点の共役結像面であるボイリング面Ｅｂ’は、図３１（Ａ）の場合から右側にずれて形成される。但し、ボイリング面Ｅｂ’の形成位置は、結像レンズの後側主点と後側焦点面の間にある。ここで、共役結像面ＥＧから観測面（＝撮像面）ＥＲ’までの距離をＤ１’、共役結像面ＥＧからボイリング面Ｅｂ’までの距離をＤｂ１’とする。なお、共役結像面ＥＧから紙面右側に向かう方向をプラス（＋）とする。

図３３（Ａ）及び図３３（Ｂ）には、半導体レーザＬＤから射出された光が、カップリングレンズＣＬにより平行光に変換されて被検面を照射している場合が示されている。なお、図３３（Ａ）及び図３３（Ｂ）では、分かりやすくするため、カップリングレンズＣＬの光軸と結像レンズの光軸とを同軸にしているが、実際は、カップリングレンズＣＬの光軸は、結像レンズの光軸に対して傾斜している（図６参照）。

図３３（Ａ）では、被検面が結像レンズにより観測面（＝撮像面）ＥＲ’に共役結像されている。すなわち、デフォーカス量が０である。ここでは、照明光が平行光であるため、光学的等価光源点は紙面左側の無限遠位置にある。この光学的等価光源点の結像レンズによる共役結像面は、結像レンズの後側主点から焦点距離だけ後方の結像レンズの後側焦点面上に形成される。ここがボイリング面Ｅｂ’である。

また、デフォーカス量が０であるため、被検面の共役結像面ＥＧは、観測面（＝撮像面）ＥＲ’と一致している。ここで、共役結像面ＥＧから観測面（＝撮像面）ＥＲ’までの距離をＤ２、共役結像面ＥＧからボイリング面Ｅｂ’までの距離をＤｂ２とする。なお、共役結像面ＥＧから紙面右側に向かう方向をプラス（＋）とする。デフォーカス量が０の場合は、Ｄ２＝０である。

図３３（Ｂ）は、被検面が結像レンズに近づく方向にシフト（デフォーカス）したときの状態である。デフォーカス量の符号はマイナスである。この場合、被検面の共役結像面ＥＧは、観測面（＝撮像面）ＥＲ’の右側になる。また、光学的等価光源点の共役結像面であるボイリング面Ｅｂ’は、依然として結像レンズの後側焦点面上に形成され、観測面（＝撮像面）ＥＲ’との距離は不変である。ここで、共役結像面ＥＧから観測面（＝撮像面）ＥＲ’までの距離をＤ２’、共役結像面ＥＧからボイリング面Ｅｂ’までの距離をＤｂ２’とする。なお、共役結像面ＥＧから紙面右側に向かう方向をプラス（＋）とする。

図３４（Ａ）及び図３４（Ｂ）には、半導体レーザＬＤから射出された光が、カップリングレンズＣＬにより発散光に変換されて被検面を照射している場合が示されている。なお、図３４（Ａ）及び図３４（Ｂ）では、分かりやすくするため、カップリングレンズＣＬの光軸と結像レンズの光軸とを同軸にしているが、実際は、カップリングレンズＣＬの光軸は、結像レンズの光軸に対して傾斜している（図６参照）。

図３４（Ａ）では、被検面が結像レンズにより観測面（＝撮像面）ＥＲ’に共役結像されている。すなわち、デフォーカス量が０である。ここでは、照明光が発散光であるため、図３５に示されるように、光学的等価光源点は被検面より左側にある。この光学的等価光源点の結像レンズによる共役結像面は、結像レンズの後側焦点面と観測面（＝撮像面）ＥＲ’の中間位置に形成される。ここがボイリング面Ｅｂ’である。

またデフォーカス量が０であるため、被検面の共役結像面ＥＧは、観測面（＝撮像面）ＥＲ’と一致している。共役結像面ＥＧから観測面（＝撮像面）ＥＲ’までの距離をＤ３、共役結像面ＥＧからボイリング面Ｅｂ’までの距離をＤｂ３とする。なお、共役結像面ＥＧから紙面右側に向かう方向をプラス（＋）とする。デフォーカス量が０の場合は、Ｄ３＝０である。

図３４（Ｂ）は、被検面が結像レンズに近づく方向にシフト（デフォーカス）したときの状態である。デフォーカス量の符号はマイナスである。この場合、被検面の共役結像面ＥＧは観測面ＥＲ’（＝撮像面）の右側になる。また、光学的等価光源点の共役結像面であるボイリング面Ｅｂ’は、図３４（Ａ）の場合よりも観測面（＝撮像面）ＥＲ’に近づいて形成される。しかし、ボイリング面Ｅｂ’は、依然として結像レンズの後側焦点面と観測面（＝撮像面）ＥＲ’の間に形成される。ここで、共役結像面ＥＧから観測面（＝撮像面）ＥＲ’までの距離をＤ３’、共役結像面ＥＧからボイリング面Ｅｂ’までの距離をＤｂ３’とする。なお、共役結像面ＥＧから紙面右側に向かう方向をプラス（＋）とする。

非特許文献１には、「３．像領域におけるスペックルの運動」で、被検面の面内移動の結像レンズによる結像領域でのスペックルの並進運動について論じられている。そして、観測面ＥＲ’における並進スペックルの速度Ｖｔ’の一般式として、次の（３）式が示されている。なお、以下では、Ｍを右辺第１項、（Ｄ／Ｄｂ−１）を右辺第２項ともいう。この右辺第２項は、ボイリング面に関する項である。
Ｖｔ’＝Ｍ（Ｄ／Ｄｂ−１）ｖ ……（３）

ここで、Ｍは結像レンズの結像倍率であり、ｖは被検面の移動速度である。また、Ｄは被検面の共役結像面ＥＧから観測面（＝撮像面）ＥＲ’までの距離であり、Ｄｂは被検面の共役結像面ＥＧからボイリング面Ｅｂ’までの距離である。

上記（３）式は、あくまで被検面への照明光の光路が結像レンズの光軸と同軸の場合の定式化であり、速度・変位検出装置２２４５のように照明光の光路が結像レンズの光軸に対して傾斜している場合に厳密には適用はできない。しかしながら、上記（３）式は、結像領域におけるスペックルの運動の特性を知る上では有用な式であり、この（３）式を使ってデフォーカス特性を以下に説明する。

図３１（Ａ）の場合、観測面（＝撮像面）ＥＲ’でのスペックル並進速度Ｖ１は、次の（４）式で示される。
Ｖ１＝Ｍ（Ｄ１／Ｄｂ１−１）ｖ ……（４）

この場合、Ｄ１＝０なので、上記（４）式は、次の（５）式となる。すなわち、スペックルは、被検面の移動速度ｖに結像倍率Ｍが乗算された速度で、被検面とは逆方向に動く。
Ｖ１＝−Ｍｖ ……（５）

図３１（Ｂ）の場合、観測面（＝撮像面）ＥＲ’でのスペックル並進速度Ｖ１’は、次の（６）式で示される。
Ｖ１’＝Ｍ１’（Ｄ１’／Ｄｂ１’−１）ｖ ……（６）

この場合、Ｄ１’＜０、Ｄｂ１’＜０であるから、（Ｄ１’／Ｄｂ１’）＞０となる。また、｜Ｄｂ１’｜＞｜Ｄ１’｜であるから、（Ｄ１’／Ｄｂ１’）＜１、すなわち、（Ｄ１’／Ｄｂ１’−１）＜０となる。デフォーカス量が０のときの結像倍率Ｍと、マイナス符号のデフォーカスがあるときの結像倍率Ｍ１’との間には、｜Ｍ｜＜｜Ｍ１’｜の関係がある。

図３３（Ａ）の場合、観測面（＝撮像面）ＥＲ’でのスペックル並進速度Ｖ２は、次の（７）式で示される。
Ｖ２＝Ｍ（Ｄ２／Ｄｂ２−１）ｖ ……（７）

この場合、Ｄ２＝０なので、上記（７）式は、次の（８）式となる。すなわち、スペックルは、被検面の移動速度ｖに結像倍率Ｍが乗算された速度で、被検面とは逆方向に動く。
Ｖ２＝−Ｍｖ ……（８）

図３３（Ｂ）の場合、観測面（＝撮像面）ＥＲ’でのスペックル並進速度Ｖ２’は、次の（９）式で示される。
Ｖ２’＝Ｍ２’（Ｄ２’／Ｄｂ２’−１）ｖ ……（９）

この場合、Ｄ２’＜０、Ｄｂ２’＜０であるから、（Ｄ２’／Ｄｂ２’）＞０となる。また、｜Ｄｂ２’｜＞｜Ｄ２’｜であるから、（Ｄ２’／Ｄｂ２’）＜１となり、すなわち、（Ｄ２’／Ｄｂ２’−１）＜０となる。また、デフォーカス量が０のときの結像倍率Ｍと、マイナス符号のデフォーカスがあるときの結像倍率Ｍ２’との間には、｜Ｍ｜＜｜Ｍ２’｜の関係がある。

図３４（Ａ）の場合、観測面（＝撮像面）ＥＲ’でのスペックル並進速度Ｖ３は、次の（１０）式で示される。
Ｖ３＝Ｍ（Ｄ３／Ｄｂ３−１）ｖ ……（１０）

この場合、Ｄ３＝０なので、上記（１０）式は、次の（１１）式となる。すなわち、スペックルは、被検面の移動速度ｖに結像倍率Ｍが乗算された速度で、被検面とは逆方向に動く。
Ｖ３＝−Ｍｖ ……（１１）

図３４（Ｂ）の場合、観測面（＝撮像面）ＥＲ’でのスペックル並進速度Ｖ３’は、次の（１２）式で示される。
Ｖ３’＝Ｍ３’（Ｄ３’／Ｄｂ３’−１）ｖ ……（１２）

この場合、Ｄ３’＜０、Ｄｂ３’＜０であるから、（Ｄ３’／Ｄｂ３’）＞０となる。また、｜Ｄｂ３’｜＞｜Ｄ３’｜であるから、（Ｄ３’／Ｄｂ３’）＜１となり、すなわち、（Ｄ３’／Ｄｂ３’−１）＜０となる。また、デフォーカス量が０のときの結像倍率Ｍと、マイナス符号のデフォーカスがあるときの結像倍率Ｍ３’との間には、｜Ｍ｜＜｜Ｍ３’｜の関係がある。

図３１（Ｂ）、図３３（Ｂ）及び図３４（Ｂ）におけるデフォーカス量が同じであれば、Ｄ１’＝Ｄ２’＝Ｄ３’、Ｍ１’＝Ｍ２’＝Ｍ３’である。

また、ボイリング面は、照明光が収束光のときは結像レンズの後側主点と後側焦点面の間にあり、照明光が平行光のときは結像レンズの後側焦点面上にあり、照明光が発散光のときは結像レンズの後側焦点面と撮像面の間にある。すなわち、｜Ｄｂ１’｜＞｜Ｄｂ２’｜＞｜Ｄｂ３’｜となる。

そこで、（Ｄ１’／Ｄｂ１’）＜（Ｄ２’／Ｄｂ２’）＜（Ｄ３’／Ｄｂ３’）となる。また、（Ｄ１’／Ｄｂ１’−１）＜０、（Ｄ２’／Ｄｂ２’−１）＜０、（Ｄ３’／Ｄｂ３’−１）＜０なので、｜（Ｄ１’／Ｄｂ１’−１）｜＞｜（Ｄ２’／Ｄｂ２’−１）｜＞｜（Ｄ３’／Ｄｂ３’−１）｜となり、その結果、｜Ｖ１’｜＞｜Ｖ２’｜＞｜Ｖ３’｜となる。

そこで、マイナス符号のデフォーカスがあるとき、観測面（＝撮像面）ＥＲ’でのスペックルの並進速度は、照明光が発散光のときが最も遅く、平行光、収束光の順に速くなる。

また、照明光が収束光、平行光、及び発散光のいずれであっても、デフォーカス量が０の場合は、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝０であり、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝−Ｍｖである。

図３６には、半導体レーザＬＤから射出された光が、カップリングレンズＣＬにより収束光に変換されて被検面を照射するとともに、被検面が結像レンズから遠ざかる方向にシフト（デフォーカス）したときの状態が示されている。デフォーカス量の符号はプラスである。なお、図３６では、分かりやすくするため、カップリングレンズＣＬの光軸と結像レンズの光軸とを同軸にしているが、実際は、カップリングレンズＣＬの光軸は、結像レンズの光軸に対して傾斜している（図６参照）。

この場合は、被検面の共役結像面ＥＧは観測面（＝撮像面）ＥＲ’の左側になる。また、光学的等価光源点の共役結像面であるボイリング面Ｅｂ’は、図３１（Ａ）の場合から左側にずれて形成される。但し、ボイリング面Ｅｂ’の形成位置は、結像レンズの後側主点と後側焦点面の間にある。ここで、共役結像面ＥＧから観測面までの距離をＤ１”、共役結像面ＥＧからボイリング面Ｅｂ’までの距離をＤｂ１”とする。なお、共役結像面ＥＧから紙面右側に向かう方向をプラス（＋）とする。

図３６の場合、観測面（＝撮像面）ＥＲ’でのスペックル並進速度Ｖ１”は、次の（１３）式で示される。
Ｖ１”＝Ｍ１”（Ｄ１”／Ｄｂ１”−１）ｖ ……（１３）

この場合、Ｄ１”＞０、Ｄｂ１”＜０であるから、（Ｄ１”／Ｄｂ１”）＜０となる。そこで、｜（Ｄ１”／Ｄｂ１”−１）｜＞１となる。また、デフォーカス量が０のときの結像倍率Ｍと、プラス符号のデフォーカスがあるときの結像倍率Ｍ１”との間には、｜Ｍ｜＞｜Ｍ１”｜の関係がある。

図３７には、半導体レーザＬＤから射出された光が、カップリングレンズＣＬにより平行光に変換されて被検面を照射するとともに、被検面が結像レンズから遠ざかる方向にシフト（デフォーカス）したときの状態が示されている。デフォーカス量の符号はプラスである。なお、図３７では、分かりやすくするため、カップリングレンズＣＬの光軸と結像レンズの光軸とを同軸にしているが、実際は、カップリングレンズＣＬの光軸は、結像レンズの光軸に対して傾斜している（図６参照）。

この場合は、被検面の共役結像面ＥＧは観測面（撮像面）ＥＲ’の左側になる。また、光学的等価光源点の共役結像面であるボイリング面Ｅｂ’は、依然として結像レンズの後側焦点面上に形成され、観測面（撮像面）ＥＲ’との距離は不変である。ここで、共役結像面ＥＧから観測面（撮像面）ＥＲ’までの距離をＤ２”、共役結像面ＥＧからボイリング面Ｅｂ’までの距離をＤｂ２”とする。なお、共役結像面ＥＧから紙面右側に向かう方向をプラス（＋）とする。

図３７の場合、観測面（＝撮像面）ＥＲ’でのスペックル並進速度Ｖ２”は、次の（１４）式で示される。
Ｖ２”＝Ｍ２”（Ｄ２”／Ｄｂ２”−１）ｖ ……（１４）

この場合、Ｄ２”＞０、Ｄｂ２”＜０であるから、（Ｄ２”／Ｄｂ２”）＜０となり、｜（Ｄ２”／Ｄｂ２”−１）｜＞１となる。また、デフォーカス量が０のときの結像倍率Ｍと、プラス符号のデフォーカスがあるときの結像倍率Ｍ２”との間には、｜Ｍ｜＞｜Ｍ２”｜の関係がある。

図３８には、半導体レーザＬＤから射出された光が、カップリングレンズＣＬにより発散光に変換されて被検面を照射するとともに、被検面が結像レンズから遠ざかる方向にシフト（デフォーカス）したときの状態が示されている。デフォーカス量の符号はプラスである。なお、図３８では、分かりやすくするため、カップリングレンズＣＬの光軸と結像レンズの光軸とを同軸にしているが、実際は、カップリングレンズＣＬの光軸は、結像レンズの光軸に対して傾斜している（図６参照）。

この場合は、被検面の共役結像面ＥＧは観測面（＝撮像面）ＥＲ’の左側になる。また、光学的等価光源点の共役結像面であるボイリング面Ｅｂ’は、観測面（＝撮像面）ＥＲ’から遠ざかって形成される。しかし、ボイリング面Ｅｂ’は、依然として結像レンズの後側焦点面と観測面（＝撮像面）ＥＲ’の間に形成される。ここで、共役結像面ＥＧから観測面（＝撮像面）ＥＲ’までの距離をＤ３”、共役結像面ＥＧからボイリング面Ｅｂ’までの距離をＤｂ３”とする。なお、共役結像面ＥＧから紙面右側に向かう方向をプラス（＋）とする。

図３８の場合、観測面（＝撮像面）ＥＲ’でのスペックル並進速度Ｖ３”は、次の（１５）式で示される。
Ｖ３”＝Ｍ”（Ｄ３”／Ｄｂ３”−１）ｖ ……（１５）

この場合、Ｄ３”＞０、Ｄｂ３”＜０であるから、（Ｄ３”／Ｄｂ３”）＜０となり、｜（Ｄ３”／Ｄｂ３”−１）｜＞１となる。また、デフォーカス量が０のときの結像倍率Ｍと、プラス符号のデフォーカスがあるときの結像倍率Ｍ３”との間には、｜Ｍ｜＞｜Ｍ３”｜の関係がある。

図３６、図３７及び図３８におけるデフォーカス量が同じであれば、Ｄ１”＝Ｄ２”＝Ｄ３”、Ｍ１”＝Ｍ２”＝Ｍ３”である。

また、ボイリング面は、照明光が収束光のときは結像レンズの後側主点と後側焦点面の間にあり、照明光が平行光のときは結像レンズの後側焦点面上にあり、照明光が発散光のときは結像レンズの後側焦点面と撮像面の間にある。すなわち、｜Ｄｂ１”｜＞｜Ｄｂ２”｜＞｜Ｄｂ３”｜となる。

そこで、｜（Ｄ１”／Ｄｂ１”）｜＜｜（Ｄ２”／Ｄｂ２”）｜＜｜（Ｄ３”／Ｄｂ３”）｜となる。また、（Ｄ１”／Ｄｂ１”）＜０、（Ｄ２”／Ｄｂ２”）＜０、（Ｄ３”／Ｄｂ３”）＜０なので、｜（Ｄ１”／Ｄｂ１”−１）｜＜｜（Ｄ２”／Ｄｂ２”−１）｜＜｜（Ｄ３”／Ｄｂ３”−１）｜となり、その結果、｜Ｖ１”｜＜｜Ｖ２”｜＜｜Ｖ３”｜となる。

そこで、プラス符号のデフォーカスがあるとき、観測面（＝撮像面）ＥＲ’でのスペックルの並進速度は、照明光が発散光のときが最も速く、平行光、収束光の順に遅くなる。

続いて、デフォーカス量が０でないときについて、総合的に考察する。

デフォーカスの符号がマイナスで照明光が収束光の場合、上記（６）式では、右辺第１項は｜Ｍ１’｜＞｜Ｍ｜であり、右辺第２項は｜（Ｄ１’／Ｄｂ１’−１）｜＜１である。この場合は、デフォーカス量が０の場合より、右辺第１項は大きくなり、右辺第２項は小さくなる。

デフォーカスの符号がマイナスで照明光が平行光の場合、上記（９）式では、右辺第１項は｜Ｍ２’｜＞｜Ｍ｜であり、右辺第２項は｜（Ｄ２’／Ｄｂ２’−１）｜＜１である。この場合は、デフォーカス量が０の場合より、右辺第１項は大きくなり、右辺第２項は小さくなる。

デフォーカスの符号がマイナスで照明光が発散光の場合、上記（１２）式では、右辺第１項は｜Ｍ３’｜＞｜Ｍ｜であり、右辺第２項は｜（Ｄ３’／Ｄｂ３’−１）｜＜１である。この場合は、デフォーカス量が０の場合より、右辺第１項は大きくなり、右辺第２項は小さくなる。

すなわち、照明光が収束光、平行光、及び発散光のいずれであっても、デフォーカスの符号がマイナスのときは、デフォーカス量が０の場合よりも右辺第１項は大きくなり、右辺第２項は小さくなる。そして、デフォーカス量が同じならば、照明光が収束光、平行光、及び発散光のいずれであっても、右辺第１項は同じである。そして、右辺第２項は、（Ｄ１’／Ｄｂ１’）＜（Ｄ２’／Ｄｂ２’）＜（Ｄ３’／Ｄｂ３’）であり、かつ（Ｄ１’／Ｄｂ１’）＞０、（Ｄ２’／Ｄｂ２’）＞０、（Ｄ３’／Ｄｂ３’）＞０なので、右辺第２項の絶対値は、収束光での右辺第２項＞平行光での右辺第２項＞発散光での右辺第２項となり、発散光の場合が最も小さい。

そこで、デフォーカスの符号がマイナスの場合は、結像レンズ及び撮像素子が被検面に近づくことによる結像倍率の増大を補償（キャンセル）するには、右辺第２項の絶対値が最も小さくなる発散光を照明光に用いるのが好ましいことがわかる。

デフォーカスの符号がプラスで照明光が収束光の場合、上記（１３）式では、右辺第１項は｜Ｍ１”｜＜｜Ｍ｜であり、右辺第２項は｜（Ｄ１”／Ｄｂ１”−１）｜＞１である。この場合、デフォーカス量が０の場合より、右辺第１項は小さくなり、右辺第２項は大きくなる。

デフォーカスの符号がプラスで照明光が平行光の場合、上記（１４）式では、右辺第１項は｜Ｍ２”｜＜｜Ｍ｜であり、右辺第２項は｜（Ｄ２”／Ｄｂ２”−１）｜＞１である。この場合、デフォーカス量が０の場合より、右辺第１項は小さくなり、右辺第２項は大きくなる。

デフォーカスの符号がプラスで照明光が発散光の場合、上記（１５）式では、右辺第１項は｜Ｍ３”｜＜｜Ｍ｜となり、右辺第２項は｜（Ｄ３”／Ｄｂ３”−１）｜＞１となる。この場合、デフォーカス量が０の場合より、右辺第１項は小さくなり、右辺第２項は大きくなる。

すなわち、照明光が収束光、平行光、及び発散光のいずれであっても、デフォーカスの符号がプラスのときは、デフォーカス量が０の場合より右辺第１項は小さくなり、右辺第２項は大きくなる。そして、デフォーカス量が同じならば、照明光が収束光、平行光、及び発散光のいずれであっても、右辺第１項は同じである。そして、右辺第２項は、｜（Ｄ１”／Ｄｂ１”）｜＜｜（Ｄ２”／Ｄｂ２”）｜＜｜（Ｄ３”／Ｄｂ３”）｜であり、かつ（Ｄ１’／Ｄｂ１’）＜０、（Ｄ２’／Ｄｂ２’）＜０、（Ｄ３’／Ｄｂ３’）＜０なので、右辺第２項の絶対値は、収束光での右辺第２項＜平行光での右辺第２項＜発散光での右辺第２項となり、発散光の場合が最も大きい。

そこで、デフォーカスの符号がプラスの場合は、結像レンズ及び撮像素子が被検面から遠ざかることによる結像倍率の減少を補償（キャンセル）するには、右辺第２項の絶対値が最も大きくなる発散光を照明光に用いるのが好ましいことがわかる。

このように、デフォーカスの符号がマイナス及びプラスのいずれの場合でも、デフォーカス量が０の場合に対する被検面の移動速度及び変位量の検出値の変動を少なくするには、照明光を発散光とするのが最も適していることになる。

速度・変位検出装置２２４５を用いて中間転写ベルト２０４０の移動速度を求める際のデフォーカス特性のフラット化については、上述したようにスペックルのボイリング面も考慮することにより定性的に説明することができ、その妥当性を確認することができた。

速度・変位検出装置２２４５では、光源１０から射出される光の波長、結像レンズ１４の焦点距離、及び結像倍率など基づいて、デフォーカス特性がフラットになるような照明光のコリメート条件が決定され、該コリメート条件の照明光が得られるように、光源１０とコリメートレンズ１２の間隔が設定されている。

プリンタ制御装置２０９０は、印刷ジョブが要求されると、所定のタイミング毎に速度・変位検出装置２２４５を用いて中間転写ベルト２０４０の移動速度を求める。ここでは、プリンタ制御装置２０９０は、所定時間内での中間転写ベルト２０４０の変位量を上記処理装置と同様にして求め、中間転写ベルト２０４０の移動速度を得る。そして、プリンタ制御装置２０９０は、予め設定されている移動速度が維持されるように、中間転写ベルト２０４０の駆動ローラを制御する。

以上説明したように、本実施形態に係る速度・変位検出装置２２４５によると、光源１０、コリメートレンズ１２、結像レンズ１４、イメージセンサ１６、制御装置１８を有している。そして、光源１０から射出される光の波長、結像レンズ１４の焦点距離、及び結像倍率など基づいて、デフォーカス特性がフラットになるような照明光のコリメート条件が決定され、該コリメート条件の照明光が得られるように、光源１０とコリメートレンズ１２の間隔が設定されている。

この場合は、検出対象物である移動体が、移動平面に直交する方向にシフトしても、検出結果に影響するのを抑制することができる。そこで、移動体の移動速度及び変位量を高精度に検出することができる。

そして、カラープリンタ２０００は、速度・変位検出装置２２４５を備えているため、中間転写ベルト２０４０の移動速度の変動を抑制でき、結果として、色ずれが抑えられた高品質の画像を形成することができる。

ところで、一例として図３９に示されるように、中間転写ベルト２０４０は、２つのローラの中央部では、ベルト面に直交する方向へのベルトのバタツキが生じやすい。このような場所に従来の速度検出装置を設置すると、検出誤差が大きかった。しかしながら、速度・変位検出装置２２４５は、ベルトのバタツキが生じやすい場所に設置されても、検出誤差は非常に小さい。

なお、速度・変位検出装置２２４５の設置場所は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図４０に示されるように、速度・変位検出装置２２４５が、中間転写ベルト２０４０の駆動ローラ近傍に設置されても良い。

また、上記実施形態において、光走査装置２０１０の偏向器前光学系が、一例として図４１（Ａ）及び図４１（Ｂ）に示されるように、開口板とシリンドリカルレンズとの間の光路上に、光の入射方向とＺ軸方向とが含まれる面内で光の進行方向を変えることができる光偏向素子（２２０３ａ〜２２０３ｄ）を更に含んでいても良い。各光偏向素子での偏向角（図４２参照）は、プリンタ制御装置２０９０から指示される。

この場合は、プリンタ制御装置２０９０は、速度・変位検出装置２２４５を用いて得られた中間転写ベルト２０４０の移動速度に基づいて、中間転写ベルト２０４０上に転写されたカラー画像における色ずれの程度を予測し、中間転写ベルト２０４０の駆動ローラを制御するのに代えて、あるいは駆動ローラを制御するとともに、少なくともいずれかの光偏向素子を制御し、中間転写ベルト２０４０上に転写されたカラー画像における色ずれが低減されるように、感光体ドラム表面への書き込み開始位置を補正することができる。

例えば、光偏向素子として、図４３に示されるような液晶素子を用いることができる。この液晶素子は、液晶層（不図示）を間に挟んで保持する２枚の透明基板と、抵抗部材と、透明基板上に形成され、抵抗部材を介して電気的に接続されている複数の透明電極（透明電極１〜透明電極ｎ）などを有している。図４３において、端子１と端子２との間に電位差を生じさせると、各透明電極における電位が、端子１から端子２に向かって階段状（実用的には直線状）に変化する。液晶は、電圧が印加されると、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に向かって階段状（実用的には直線状）に変化する。そこで、透明電極が存在する部分を透過した光は偏向される。また、端子１と端子２との間の電位差を変化させることで偏向角を変化させることができる。ここでは、偏向角を調整することで、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。

また、光偏向素子として、ＬｉＮｂＯ_３等の電気光学結晶を含む素子を用いても良い。

また、上記実施形態では、画像形成装置が、中間転写ベルト方式の画像形成装置である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、一例として図４４に示されるように、直接転写方式の画像形成装置２０００Ａであっても良い。

この画像形成装置２０００Ａでは、前記中間転写ベルト２０４０に代えて、搬送ベルト２０４０Ａを有しており、該搬送ベルト２０４０Ａ上の記録紙に、各感光体ドラム上のトナー画像が順次転写される。この場合は、搬送ベルト２０４０Ａの近傍に速度・変位検出装置２２４５が配置されている。

プリンタ制御装置２０９０は、印刷ジョブが要求されると、所定のタイミング毎に速度・変位検出装置２２４５を用いて搬送ベルト２０４０Ａの移動速度を求める。そして、プリンタ制御装置２０９０は、予め設定されている移動速度が維持されるように、搬送ベルト２０４０Ａの駆動ローラを制御する。これにより、画像形成装置２０００Ａでは、搬送ベルト２０４０Ａの移動速度の変動を抑制でき、結果として、色ずれが抑えられた高品質な画像を形成することができる。

また、画像形成装置が、一例として図４５に示されるように、インクを吐出する印字ヘッドにより、記録紙に画素を直接印字する画像形成装置２０００Ｂであっても良い。なお、図４５には、要部のみが示されている。印字ヘッドは、図４５の紙面に直交する方向に移動（走査）可能である。

用紙トレイに装填されている記録紙は、フィードローラによって１枚のみが取り出され、送りローラ対１に挟まれて、印字ヘッドに対向する位置に送られる（図４６（Ａ）参照）。記録紙はさらに送りローラ対２に挟まれて（図４６（Ｂ）参照）、間欠的に搬送される。

印字ヘッドは、上記移動（走査）しながら記録紙に画素を印字する。印字ヘッドによって印字されている間は、記録紙の送りは停止される。そして、印字ヘッドの１回の移動（走査）が終わると、記録紙は、各送りローラ対によって所定量送られる。この印字ヘッドによる印字と、記録紙の所定量の送りは、記録紙１枚分の印字が完了するまで、繰返し行われる。

速度・変位検出装置２２４５は、印字ヘッドの近傍に配置され、記録紙の移動速度及び（あるいは）変位量を直接検出する。そして、不図示の制御装置は、速度・変位検出装置２２４５の検出結果に基づいて、例えば、記録紙が所定の送り量で間欠的に搬送されるように、各送りローラ対を制御する。この場合は、記録紙を高い精度で送ることができ、その結果、画像品質を向上させることが可能となる。

ところで、図４６（Ｂ）に示されるように、記録紙が送りローラ対１と送りローラ対２の両方で搬送されているときは、記録紙の表面に直交する方向への記録紙のバタツキは小さい。

しかし、図４６（Ａ）に示されるように、記録紙が送りローラ対１のみで搬送されているときは、記録紙の先端がフリーな状態なので、記録紙の表面に直交する方向に、記録紙がバタツキながら搬送される。このような状態のときに、従来の速度検出装置を用いて記録紙の変位量を求めると、大きな誤差を生じていた。一方、速度・変位検出装置２２４５を用いると、記録紙の先端がフリーな状態であっても、記録紙の変位量を高精度で求めることができる。その結果、画像形成装置２０００Ｂは、画素ずれの少ない高精細な画像を形成することができる。

なお、上記実施形態において、中間転写ベルト２０４０の移動速度を求める際に、プリンタ制御装置２０９０で行われる処理の少なくとも一部が、速度・変位検出装置２２４５の制御装置１８で行われても良い。

１０…光源、１２…コリメートレンズ、１４…結像レンズ、１６…イメージセンサ、１８…制御装置、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、２０４０…中間転写ベルト、２０４０Ａ…搬送ベルト、２１０４…ポリゴンミラー（光偏向器）、２１０５ａ〜２１０５ｄ…走査レンズ、２１０６ａ〜２１０６ｄ…折り返しミラー、２１０８ｂ，２１０８ｃ…折り返しミラー、２２００ａ〜２２００ｄ…光源、２２０１ａ〜２２０１ｄ…カップリングレンズ、２２０２ａ〜２２０２ｄ…開口板、２２０４ａ〜２２０４ｄ…シリンドリカルレンズ、２２４５…速度・変位検出装置、Ｋ１，Ｃ１，Ｍ１，Ｙ１…感光体ドラム（像担持体）。

特開２００９−１５２４０号公報 特許第４０９６７４０号公報 特開２０１０−５５０６４号公報

高井信勝、朝倉利光「動的レーザースペックルの特性と速度測定への応用（Ｉ）」、レーザー研究、第８巻、第２号、Ｐ．３７−Ｐ．４５（昭和５５年３月）

Claims (10)

1. 光源と、
   前記光源から射出された光の光路上に配置され該光を発散させるカップリングレンズと、
   前記カップリングレンズから射出され移動体の表面で拡散反射された光の光路上に配置された結像レンズと、
   前記結像レンズを介した光を受光して前記移動体の表面状態により生じるスペックルパターンを撮像するイメージセンサと、
   前記イメージセンサからの撮像データに基づいて、前記移動体の移動速度及び変位量の少なくとも一方を求める処理部と、を備え、
   前記光源と前記カップリングレンズとの間隔は、
   前記結像レンズのデフォーカス量が０に設定された場合に求められた前記移動体の変位量と前記結像レンズのデフォーカス量が０以外に設定された場合に求められた前記移動体の変位量の差の最大値と、前記カップリングレンズからの発散光の前記移動体の表面での波面の曲率半径の逆数との関係が直線近似された結果に基づいて決定される前記曲率半径に応じて設定されることを特徴とする装置。
2. 前記光源と前記カップリングレンズとの間隔は、
   前記直線近似の式において前記最大値が０になる前記曲率半径に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記光源と前記カップリングレンズとの間隔は、
   前記直線近似の式において前記最大値の大きさが、前記移動体の表面に照射される光が平行光のときと同じになる場合の前記曲率半径に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記発散光は、
   前記移動体の表面に対する共役面から前記イメージセンサの撮像面までの距離をＤ、前記共役面からボイリング面までの距離をＤｂとしたとき、
   前記移動体の表面の移動によるデフォーカスの符号がマイナスの場合、（Ｄ／Ｄｂ−１）の絶対値が最も小さくなり、
   前記移動体の表面の移動によるデフォーカスの符号がプラスの場合、（Ｄ／Ｄｂ−１）の絶対値が最も大きくなる発散光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記光源と前記カップリングレンズとの間隔は、仮に前記カップリングレンズから射出される光が平行光である場合の間隔よりも短いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記移動体が前記結像レンズの合焦位置にあるときに前記イメージセンサの出力データから得られる前記移動体の移動情報と、前記移動体が前記結像レンズの合焦位置からシフトした位置にあるときに前記イメージセンサの出力データから得られる前記移動体の移動情報とが同じであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 複数の像担持体と、
   前記複数の像担持体上に静電潜像を形成する光走査装置と、
   前記複数の像担持体上に形成された静電潜像を顕像化しトナー画像とする現像装置と、
   前記現像装置によって顕像化された前記複数の像担持体上のトナー画像が重なり合うように転写される中間転写ベルトと、
   前記中間転写ベルトを駆動する駆動ローラと、
   前記中間転写ベルト上のトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、
   前記中間転写ベルトの移動速度及び変位量の少なくとも一方を検出するための請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置と、
   前記装置の検出結果に基づいて、前記駆動ローラを制御する制御装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
8. 記録媒体を搬送する搬送機構を備え、前記記録媒体の表面に画像を形成する画像形成装置において、
   前記記録媒体の移動速度及び変位量の少なくとも一方を検出するための請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
9. 前記装置の検出結果に基づいて、前記搬送機構を制御する制御装置を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 搬送ベルト及び該搬送ベルトを駆動する駆動ローラを有し、記録媒体を搬送する搬送機構を備え、前記記録媒体の表面に画像を形成する画像形成装置において、
    前記搬送ベルトの移動速度及び変位量の少なくとも一方を検出するための請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置と、
    前記装置の検出結果に基づいて、前記駆動ローラを制御する制御装置と、を更に備えることを特徴とする画像形成装置。

Images