JP6069974B2 - 速度検出装置、移動体搬送ユニット、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、速度検出装置、移動体搬送ユニット、及び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。タンデム方式には、感光体から記録媒体に画像を直接転写する直接転写方式や、感光体から中間転写ベルトに画像を転写した後に記録媒体に転写する中間転写ベルト方式がある。ここで、中間転写ベルト方式を用いた場合、色ずれを抑制するためには、中間転写ベルトを高精度で駆動する必要があった。

このため、中間転写ベルトを高精度で駆動する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、画像形成装置に設けられた転写ベルトのベルト面に対してレーザ光を照射するレーザ発光装置を備えた構成が開示されている。特許文献１では、読み取りカメラにより、転写ベルト上のレーザ光の照射箇所をスペックル画像パターンとして周期的に読み取る。そして、特許文献１には、時刻Ｔ０で撮影した第１スペックル画像と、当該時刻Ｔ０から転写ベルトが撮影範囲の約半分程度移動した後の時点である時刻Ｔ１で撮影した第２スペックル画像と、に対してフーリエ変換等の演算を行って得た実速度（速度ベクトル）に基づいて、補正量を求めることが開示されている。

しかしながら、従来では、撮影した各スペックル画像の全体に対して演算を行っている。また、第１スペックル画像と第２スペックル画像とは約半分程度しか画像が一致していない。このため、従来では、転写ベルト等の移動部材の実速度を短時間で精度よく検出することは困難であった。

本発明は、移動体の実速度を短時間で精度良く検出できる速度検出装置、移動体搬送ユニット、及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の速度検出装置は、光源と、撮像部と、第１部分データ抽出手段と、第２部分データ抽出手段と、速度検出手段と、生成手段と、を備える。光源は、移動体に光を照射する。光源は、移動体に光を照射する。撮像部は、前記移動体における前記光の照射箇所を、所定の撮影周期で撮影し、該照射箇所の画像データを出力する。生成手段は、前記移動体の目標速度に基づいて、前記撮影周期、および、前記画像データにおける第１部分領域と前記第１部分領域より前記移動体の移動方向下流側にある第２部分領域との距離、を生成する。第１部分データ抽出手段は、前記撮像部により第１撮影タイミングにて撮影された第１画像データから、前記第１部分領域に対応する第１部分データを抽出する。第２部分データ抽出手段は、前記生成手段で生成された前記撮影周期で撮影された画像データのうち、前記第１撮影タイミングよりも後のタイミングである第２撮影タイミングで撮影された第２画像データから、前記第２部分領域に対応する第２部分データを抽出する。速度検出手段は、前記生成手段で生成された前記距離と、前記撮影周期と、前記第１部分データ及び前記第２部分データの相関距離と、を用いて前記移動体の速度を検出する。

本発明の移動体搬送ユニットは、移動体を移動させるモータと、前記移動体の速度を検出する速度検出装置と、前記速度検出装置によって検出された前記速度に基づいて前記モータを制御する速度制御装置と、を有する移動体搬送ユニットであって、前記速度検出手段が、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の速度検出装置である。

本発明の画像形成装置は、無端ベルト状の移動体と、前記移動体を周回りに移動させる移動体搬送ユニットと、を有する画像形成装置において、前記移動体搬送ユニットが、請求項８に記載の移動体搬送ユニットである。

本発明によれば、移動体の実速度を短時間で精度良く検出できる速度検出装置、移動体搬送ユニット、及び画像形成装置を提供することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態の移動部材搬送ユニットを示す模式図である。 図２は、スペックルパターンの一例を示す図である。 図３は、一部分領域及び他部分領域の説明図である。 図４は、信号出力を示す模式図である。 図５は、速度検出部の構成図である。 図６は、サブピクセル処理の説明図である。 図７は、一部分領域及び他部分領域の説明図である。 図８は、速度検出処理の手順を示すフローチャートである。 図９は、エリアセンサの受光面とスペックルパターンとの重なり状態、及び相関画像データを示す模式図である。 図１０は、従来装置における、スペックル画像の説明図である。 図１１は、本実施の形態の画像形成装置の概略構成図である。 図１２は、本実施の形態の画像形成装置の概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、速度検出装置、移動体搬送ユニット、及び画像形成装置の一の実施の形態を詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、移動部材搬送ユニット１００の模式図である。

移動部材搬送ユニット１００は、速度検出装置５０と、移動方向に移動する移動部材Ｅと、モータ８１と、モータ制御部８２と、を備える。

移動部材Ｅは、本実施の形態では、無端ベルト状の部材である。移動部材Ｅは、速度検出装置５０による移動速度検出対象の部材である。移動部材Ｅは、駆動ローラＲ１、従動ローラＲ２、及び従動ローラＲ３によって張架されており、駆動ローラＲ１の駆動によって、移動方向Ｘに移動（回転移動）する。

モータ８１は、駆動ローラＲ１を駆動する。モータ８１は、モータ制御部８２に電気的に接続されている。モータ８１は、例えば、周知のステッピングモータなどで構成され、駆動ローラＲ１に回転駆動力を伝達可能に配設されている。モータ８１が回転することにより駆動ローラＲ１が回転されて、駆動ローラＲ１に張架された移動部材Ｅも移動方向Ｘに回転する。

モータ制御部８２は、モータ８１の回転速度等の制御を行う。モータ制御部８２は、マイクロコンピュータや電子回路などで構成されている。モータ制御部８２には、上位コントローラ９０から移動部材Ｅの目標速度Ｖｔが入力される。また、モータ制御部８２には、速度検出装置５０で検出された、移動部材Ｅの実速度Ｖｒ（詳細後述）と、速度偏差ΔＶ（詳細後述）が入力される。

モータ制御部８２は、これら入力された各種情報に基づいて、実速度Ｖｒが目標速度Ｖｔに近づくように、モータ８１の回転速度をフィートバック制御する。なお、モータ制御部８２は、速度制御装置の一例である。

速度検出装置５０は、移動部材Ｅの速度を検出する装置である。本実施の形態の速度検出装置５０は、例えば、多色画像形成装置に適用する。具体的には、本実施の形態の速度検出装置５０は、中間転写方式の画像形成装置における中間転写ベルトや、直接転写方式の画像形成装置における搬送ベルト等の移動部材の、実速度の検出に適用する。

図１に示すように、速度検出装置５０は、レーザ光源５１と、エリアセンサ５２と、画像データ取得部６１と、第１部分データ抽出部６２と、第２部分データ抽出部６３と、生成部６４と、速度検出部７０と、を含む。

レーザ光源５１は、レーザ光（以下、レーザビームと称する場合がある）を出射する発光素子と、当該発光素子から出射されたレーザビームを略平行光であるレーザ光Ｌにするコリメートレンズと、を有する。レーザ光源５１は、移動部材Ｅにレーザ光Ｌを照射する。レーザ光源５１は、後述の移動部材Ｅの外側の表面に斜め方向からレーザ光Ｌを照射するように配置されている。なお、レーザ光源５１は、レーザ光を出射する光源であればよく、上記構成に限られない。

移動部材Ｅは、本実施の形態では、その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る。このため、移動部材Ｅにレーザ光Ｌが照射されると、該レーザ光Ｌが移動部材Ｅによって拡散反射する。拡散反射した反射光Ｌｄを撮影することで、スペックルと呼ばれる斑点を含む画像（スペックルパターン）の画像データが得られる。

図２は、スペックルパターンの一例を示す模式図である。図２に示すように、スペックルパターンは、スペックルと呼ばれる斑点を含む画像である。スペックルパターンは、移動部材Ｅの表面もしくは内部の凹凸形状に対応してレーザ光Ｌの干渉が生じることにより形成される。また、スペックルパターンは、移動部材Ｅが移動すると、スペックルパターンもパターン形状を維持したまま同様に移動する。

なお、移動部材Ｅ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、表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など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Ｅの微小な凹凸構造を保護するためには、移動部材Ｅの表面を光透過性媒質でコーティングするのがよい。

また、速度検出装置５０を、画像形成装置の中間転写ベルトの速度検出に用いる事を考えると、ベルト表面は平坦である方が、転写時のトナーの塵等が抑制できるため望ましい。従って、移動部材Ｅには、光透過性媒質の表面の面粗さより、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いものを用いることが好ましい。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。このような特性の移動部材Ｅを用いることで、高い精度で速度検出を行いつつ、且つ、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よい。

図１に戻り、エリアセンサ５２（撮像センサ）は、移動部材Ｅにおけるレーザ光Ｌの照射箇所を撮影して１次元又は２次元の画像データを出力する撮像センサである。エリアセンサ５２には、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ、フォトダイオードアレイ等がある。

本実施の形態では、エリアセンサ５２には、撮影周期Ｔを示すクロック信号Ｃが入力される。撮影周期Ｔとは、エリアセンサ５２がレーザ光Ｌの照射箇所を撮影する周期を示すと共に、エリアセンサ５２が撮影によって得た画像データを画像データ取得部６１へ出力する周期を示す。この撮影周期Ｔは、詳細を後述する生成部６４で生成され、エリアセンサ５２に入力される。

エリアセンサ５２は、生成部６４から入力された撮影周期Ｔで照射箇所の撮影を行い、該照射箇所の画像データを、該撮影周期Ｔで画像データ取得部６１へ出力する。

図３は、エリアセンサ５２の一例を示す模式図である。また、図３は、一部分領域及び他部分領域の説明図である。

エリアセンサ５２は、レーザ光Ｌを受光する受光面５２ａを備える。本実施の形態では、エリアセンサ５２の受光面５２ａは、正方形の画素を、移動部材Ｅの移動方向Ｘ（図３中、矢印Ｘ方向）に沿って１６個、移動方向Ｘに直交するスラスト方向Ｙ（図３中、矢印Ｙ方向）に沿って８個並べた、１６×８画素の長方形状である場合を説明する。

受光面５２ａに、上記スペックルパターンが入力されると、エリアセンサ５２は、このスペックルパターンを１６×８画素の大きさで画素毎に量子化した画像データＤを出力する。

詳細には、エリアセンサ５２は、生成部６４から入力された撮影周期Ｔを示すクロック信号Ｃに基づいて、該撮影周期Ｔのタイミング（周期）で、受光面５２ａに入力されたスペックルパターンを１６×８画素の大きさで画素毎に量子化する。そして、エリアセンサ５２は、照射箇所の画像データとしての、スペックルパターンの画像データ（以下、画像データＤと称する場合がある）と、画像有効信号ＦＶＡＬと、を画像データ取得部６１へ出力する。

この画像データＤには、各画素で検知した光の強さ（輝度）の大きさを表すデータ値が、当該画像データＤの示す画像Ｇ内の位置に対応したマトリックス状に格納されている。後述する第１部分データＤ１、第２部分データＤ２、及び、相関画像データＤｇにおいても同様である。

なお、エリアセンサ５２の画素数や形状などの構成、画像データＤに含まれるデータ値の種類は、本発明の目的に反しない限り任意である。

エリアセンサ５２の受光面５２ａで受光するスペックルパターンに含まれるスペックルの最小径は、エリアセンサ５２の画素ピッチ（画素サイズ）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５２の１画素に対して、少なくともスペックルが２つ以上生じないようにするためである。

ここで、スペックルは、速度検出対象の移動部材Ｅ上の仮想の刻印されたマークの役目を持つ。本実施の形態の速度検出装置５０では、この刻印マークであるスペックルのスペックルパターンの移動を検出することで、移動部材Ｅの速度を検出する。このため、エリアセンサ５２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、エリアセンサ５２では、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ってしまうため、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。このため、エリアセンサ５２の受光面５２ａで受光するスペックルパターンに含まれるスペックルの最小径は、エリアセンサ５２の画素ピッチ（画素サイズ）の１／２より大きいことが必要である。なお、スペックルの最小径は、画素ピッチと略同一であることが望ましい。

本実施の形態において、エリアセンサ５２は、２次元の画像データを出力するものを用いる。エリアセンサ５２は、その受光面５２ａを移動部材Ｅの外側の面と平行に間隔をあけて対向して設けられ、かつ、受光面５２ａの長手方向が移動部材Ｅの移動方向Ｘと平行に配置されている。これによりエリアセンサ５２には、移動部材Ｅで反射された反射光Ｌｄが入射する。そして、エリアセンサ５２は、入射した反射光Ｌｄによるスペックルパターンを示す２次元の画像データＤを出力する。

なお、エリアセンサ５２として、１次元の画像データＤを出力するエリアセンサを用いる場合、エリアセンサ５２の長手方向を移動部材Ｅの移動方向Ｘと平行に配置すればよい。また、本実施の形態において、移動部材Ｅとエリアセンサ５２とを直接対向させて配置しているが、これに限定されるものではなく、移動部材Ｅとエリアセンサ５２との間にレンズを設けた構成としてもよい。

上述のように、エリアセンサ５２は、照射箇所の画像データとしての、スペックルパターンの画像データＤと、画像有効信号ＦＶＡＬと、を画像データ取得部６１へ出力する。

図４は、エリアセンサ５２から画像データ取得部６１への信号出力を示す模式図である。

エリアセンサ５２は、撮影周期Ｔを示すクロック信号Ｃの立ち上がりを検出したときに、受光面５２ａで受光したスペックルパターンについて量子化を行い、所定の遅延後に画像データＤを出力する。このとき、画像データＤが有効であることを示すために、エリアセンサ５２は、画像有効信号ＦＶＡＬを“Ｈ”（Ｈｉｇｈ）の状態にして出力する。これを、撮影周期Ｔのクロック信号Ｃの立ち上がり毎に行うことにより、エリアセンサ５２は、画像データＤ及び画像有効信号ＦＶＡＬを、撮影周期Ｔの周期で画像データ取得部６１へ出力する。

画像データ取得部６１は、エリアセンサ５２が出力した画像データＤ及び画像有効信号ＦＶＡＬを、撮影周期Ｔの周期で周期的に取得する。具体的には、画像データ取得部６１は、エリアセンサ５２が出力する画像有効信号ＦＶＡＬが“Ｈ”の状態のときに画像データＤを取得する。エリアセンサ５２からは撮影周期Ｔの周期で画像データＤ及び画像有効信号ＦＶＡＬが出力されるので、画像データ取得部６１は、該撮影周期Ｔで画像データＤを周期的に取得することになる。

そして、画像データ取得部６１は、エリアセンサ５２から最も新しく取得した画像データＤ｛Ｎ＋１｝（Ｎ＋１番目の画像データ）と、その直前に取得した画像データＤ｛Ｎ｝（Ｎ番目の画像データ）と、を保持する。そして、画像データ取得部６１は、画像データＤ｛Ｎ｝を後述の第１部分データ抽出部６２に出力し、画像データＤ｛Ｎ＋１｝を第２部分データ抽出部６３に出力する。なお、Ｎは、１以上の整数である。

第１部分データ抽出部６２は、画像データ取得部６１が出力したＮ番目の画像データＤ｛Ｎ｝から、当該画像データＤ｛Ｎ｝の画像Ｇ｛Ｎ｝における一部分領域Ａ１に対応する第１部分データＤ１を抽出する。つまり、第１部分データＤ１は、一部分領域Ａ１の部分画像Ｇ１のデータを示す。この一部分領域Ａ１は、例えば、５×３画素の長方形の領域である。

第２部分データ抽出部６３は、画像データ取得部６１が出力したＮ＋１番目の画像データＤ｛Ｎ＋１｝から、当該画像データＤ｛Ｎ＋１｝の画像Ｇ｛Ｎ＋１｝における他部分領域Ａ２に対応する第２部分データＤ２を抽出する。つまり、第２部分データＤ２は、他部分領域Ａ２の部分画像Ｇ２のデータである。この他部分領域Ａ２は、上記一部分領域Ａ１と同一形状の５×３画素の長方形の領域である。また、この他部分領域Ａ２は、一部分領域Ａ１に対して、移動画素数Ｋだけ、移動部材Ｅの移動方向Ｘ下流側に位置している。

一部分領域Ａ１と他部分領域Ａ２との移動距離Ｈは、エリアセンサ５２の画素ピッチをＬ[ｍｍ]とすると、以下の式（１）で示される。

移動距離Ｈ[ｍｍ]＝移動画素数Ｋ×画素ピッチＬ ・・・式（１）

移動距離Ｈとは、一部分領域Ａにおける移動方向Ｘ下流側端部と、他部分領域Ａ２における移動方向Ｘ下流側端部と、の距離である。移動画素数Ｋは、一部分領域Ａにおける移動方向Ｘ下流側端部と、他部分領域Ａ２における移動方向Ｘ下流側端部との、距離を、画像Ｇにおける画素数で示したものである。画素ピッチＬは、エリアセンサ５２の画素ピッチ（画素サイズ）を示す。

図３に示すように、Ｎ＋１番目の画像データＤ｛Ｎ＋１｝の画像Ｇ｛Ｎ＋１｝における他部分領域Ａ２は、Ｎ番目の画像データＤ｛Ｎ｝の画像Ｇ｛Ｎ｝における一部分領域Ａ１に対して、移動部材Ｅの移動方向Ｘ下流側に位置している。また、図３の例では、他部分領域Ａ２は、一部分領域Ａ１から移動方向Ｘ下流側に向かって１０画素分（移動画素数Ｋ＝１０である場合）移動した位置に位置している。つまり、図３の例では、一部分領域Ａ１と他部分領域Ａ２の移動距離Ｈは、画素ピッチ１０個分（移動画素数Ｋ＝１０）となっている。

第２部分データ抽出部６３は、画像データ取得部６１が出力したＮ＋１番目の画像データＤ｛Ｎ＋１｝の画像Ｇ｛Ｎ＋１｝から、生成部６４から入力された移動画素数Ｋ分、一部分領域Ａ１より移動方向Ｘ下流側に位置する、他部分領域Ａ２に対応する第２部分データＤ２を抽出する。

生成部６４は、上位コントローラ９０から入力される移動部材Ｅの目標速度Ｖｔに基づいて、移動距離Ｈを撮影周期Ｔで除した除算値と、移動部材Ｅの目標速度と、の差の絶対値が最小となるように、撮影周期Ｔ及び一部分領域Ａ１が次の撮影周期において他部分領域Ａ２として位置すると予想される位置までの予想移動距離を算出する。

ここで、撮影周期Ｔを示すクロック信号Ｃは、デジタル回路で生成する。このため、クロック信号Ｃによって示される撮影周期Ｔは、離散的な周期となる。クロック信号Ｃの最小ステップ幅をＴｓｔｅｐ［ｕｓ］とすると、撮影周期Ｔ［ｕｓ］は、下記式（２）で示される。

Ｔ＝Ｔｓｔｅｐ×Ｍ（Ｍは自然数） ・・・式（２）

まず、生成部６４は、移動部材Ｅの目標速度Ｖｔ［ｍｍ／ｓ］に基づいて、上記式（２）におけるＭの値、及び移動画素数Ｋを算出する。なお、目標速度Ｖｔは、予め上位コントローラ９０で設定され、生成部６４に入力される。生成部６４は、下記式（３）によって示されるＶｄｉｆｆの絶対値が最小となるように、Ｍ及び移動画素数Ｋを算出する。

上記式（３）中、Ｖｄｉｆｆは、移動距離Ｈを撮影周期Ｔで除した除算値と、移動部材Ｅの目標速度と、の差を示す。また、上記式（３）中、ｉは撮像倍率を表す。

そして、生成部６４は、算出した移動画素数Ｋと、上記式（１）と、を用いて、移動距離Ｈを算出する。なお、式（１）中の、画素ピッチＬであるエリアセンサ５２の画素ピッチは、生成部６４の図示を省略するメモリに予め記憶しておけばよい。そして、移動距離Ｈの算出時に、該メモリに記憶されている画素ピッチを画素ピッチＬとして読み取ればよい。

また、生成部６４は、算出したＭと、クロック信号Ｃの最小ステップ幅Ｔｓｔｅｐ［ｕｓ］と、から、上記式（２）を用いて、撮影周期Ｔを算出する。

ここで、移動部材Ｅとエリアセンサ５２との間にレンズが設けられた構成の場合、エリアセンサ５２の受光面５２ａ上での距離は、移動部材Ｅ上での実距離に撮像倍率を乗じたものとなる。例えば、撮像倍率が２［倍］の場合、移動部材Ｅ上での距離０．０１［ｍｍ］は、エリアセンサ５２の受光面５２ａ上では、その２倍の距離０．０２［ｍｍ］として認識される。そのため、移動距離Ｈを撮像倍率ｉで補正する必要がある。

さらに、生成部６４は、算出した撮影周期Ｔの周波数のクロック信号Ｃを生成し、画像データ取得部６１に出力する。画像データ取得部６１は、このクロック信号Ｃによって示される撮影周期Ｔで画像データＤを周期的に取得することとなる。また、生成部６４は、撮影周期Ｔと、移動距離Ｈと、を後述する速度検出部７０にも出力する。また、生成部６４は、移動画素数Ｋを、後述する第２部分データ抽出部６３へ出力する。

例えば、移動部材Ｅの目標速度Ｖｔが３００［ｍｍ／ｓ］、エリアセンサ５２の撮像倍率が１．０［倍］、エリアセンサ５２の画素ピッチが０．０１［ｍｍ］、クロック信号Ｃのステップ幅Ｔstepが１[ｕｓ]であったとする。

この場合に、生成部６４が、移動画素数Ｋ及びＭの値を算出する様子を表１に示す。

まず、生成部６４は、移動画素数Ｋを１〜１１に振ったときに、各移動画素数ＫにおいてＶｄｉｆｆが０となる理想的な撮影周期Ｔを求める。クロック信号Ｃのステップ幅Ｔｓｔｅｐは１［ｕｓ］なので、この理想的な周期を生成することはできず、実際に出力できる最も近い周期は表１に示す値となる。これにより各移動画素数Ｋに対するＭの値が求まる。

そして、生成部６４は、式（３）からＶｄｉｆｆを求める。そして、生成部６４は、最も絶対値の小さいＶｄｉｆｆに対応する移動画素数Ｋの値を、第２部分データ抽出部６３へ出力する。また、生成部６４は、最も絶対値の小さいＶｄｉｆｆに対応する、撮影周期Ｔ［ｕｓ］のクロック信号Ｃを、エリアセンサ５２へ出力する。また、生成部６４は、最も絶対値の小さいＶｄｉｆｆに対応する、撮影周期Ｔ［ｕｓ］のクロック信号Ｃ、及び算出した移動距離Ｈを、速度検出部７０へ出力する。

表１に示す例では、Ｖｄｉｆｆ＝“０”が、最も絶対値の小さいＶｄｉｆｆの値である。このため、生成部６４は、“移動画素数Ｋ＝３、撮影周期Ｔ＝１００［ｕｓ］”、“移動画素数Ｋ＝６、撮影周期Ｔ＝２００［ｕｓ］”、または“移動画素数Ｋ＝９、撮影周期Ｔ＝３００［ｕｓ］”の３パターンのいずれかを、エリアセンサ５２及び速度検出部７０へ出力する対象のデータとして選択する。

なお、撮影周期Ｔを短くするほど、速度検出部７０での速度検出回数が増える。このため、速度制御の精度を上げることが可能となる。しかしながら、画像取得、速度検出の動作が増えるので消費電力が増える。一方、撮影周期Ｔを長くするほど、速度検出部７０での速度検出回数は減る。このため、速度制御の精度は下がるが、画像取得、速度検出の動作が減り、消費電力は小さくなる。

以上のことを考慮して、生成部６４は、速度検出装置５０における予め定められた要求信号に応じて、上記３パターンのいずれかを選択して出力してもよい。すなわち、生成部６４は、上位コントローラ９０から、消費電力優先、または消費電力非優先、及び、速度制御の精度優先、または速度制御の精度非優先、を示す要求信号を受け付ける。そして、生成部６４は、最も絶対値の小さいＶｄｉｆｆに対応する、撮影周期Ｔ、移動画素数Ｋ、及びＭの組の内、受け付けた要求信号に対応する組を選択すればよい。

さらに、生成部６４は、上位コントローラ９０からの目標速度Ｖｔが変更されると、それに応じて撮影周期Ｔ、移動画素数Ｋ、及び移動距離Ｈを再計算する。そして、生成部６４は、再計算した移動画素数Ｋの値を、第２部分データ抽出部６３へ出力する。また、生成部６４は、再計算した、撮影周期Ｔ［ｕｓ］のクロック信号Ｃを、エリアセンサ５２へ出力する。また、生成部６４は、再計算した、撮影周期Ｔ［ｕｓ］のクロック信号Ｃ、及び移動距離Ｈを、速度検出部７０へ出力する。

このため、速度検出部７０では、目標速度Ｖｔが変更された場合でも、目標速度Ｖｔの変化に速やかに追従して、移動部材Ｅの実速度を検出することができる。

次に、速度検出部７０について説明する。

速度検出部７０は、移動部材Ｅの実速度Ｖｒを検出する。速度検出部７０は、第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２に対して相互相関演算を行うことにより得た相関画像データＤｇに基づいて、移動部材Ｅの実速度Ｖｒを検出する。

速度検出部７０により行われる相互相関演算は以下の式（４）で表される。ここで、第１部分データをＤ１、第２部分データをＤ２、フーリエ変換をＦ［］、逆フーリエ変換をＦ−１［］、複素共役を記号＊、相互相関演算を記号★とすると、下記式（４）の関係が成り立つ。

Ｄ１★Ｄ２＊＝Ｆ−１［Ｆ［Ｄ１］・Ｆ［Ｄ２］＊］・・・式（４）

第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２に対して相互相関演算Ｄ１★Ｄ２*を行うと、相関画像データＤｇが得られる。ここで、第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２が２次元画像データであれば、相関画像データＤｇについても２次元画像データとなる。また、第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２が１次元画像データであれば、相関画像データＤｇについても１次元画像データとなる。

または、相関画像データＤｇにおいてブロードな輝度分布が問題になる際は、位相限定相関を用いてもよい。この位相限定相関は以下の式（５）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。

Ｄ１★Ｄ２* ＝ Ｆ−１［Ｐ［Ｆ［Ｄ１］］・Ｐ［Ｆ［Ｄ２］*］ ・・・式（５）

このように位相限定相関を用いることで、ブロードな輝度分布の場合でも、より高精度に第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２の位置ずれ量（相関距離Ｊ）を計算できる。

この相関画像データＤｇは、第１部分データＤ１と第２部分データＤ２との相関関係を示すものであり、第１部分データＤ１の示す部分画像Ｇ１と第２部分データＤ２の示す部分画像Ｇ２との一致度合が高いほど、相関画像データＤｇの示す画像Ｇｇの中心位置Ｏに近い位置に急峻なピーク（相関ピーク）輝度が表れて、これら部分画像Ｇ１、Ｇ２が一致すると相関画像データＤｇの中心位置Ｏとピーク位置Ｐとが重なる。

なお、もし、ある一部分領域Ａ１と他部分領域Ａ２の移動距離Ｈに対する理想的な撮影周期Ｔが設定できれば、移動部材Ｅの目標速度Ｖｔと実速度Ｖｒとが一致しているときには、一部分領域Ａ１にある部分画像Ｇ１は、撮影周期Ｔを経過した後に他部分領域Ａ２に移動することになる。即ち、第１部分データＤ１の示す部分画像Ｇ１と第２部分データＤ２の示す部分画像Ｇ２とが一致する。つまり、相関画像データＤｇの中心位置Ｏとピーク位置Ｐとが重なり、このときのピークが最も大きくなる。

しかしながら、実際には、撮影周期Ｔは離散的な値となる。このため、理想的な撮影周期Ｔとはずれた周期となり、移動部材Ｅの目標速度Ｖｔと実速度Ｖｒとが一致しているときに、相関画像データＤｇの中心位置Ｏとピーク位置Ｐは重ならなくなり、ピークの大きさも小さくなってしまう。ピークが小さくなると、中心位置Ｏからピーク位置Ｐの距離を求める演算において精度が悪くなってしまう。

一方、本実施の形態においては、一部分領域Ａ１と他部分領域Ａ２の移動距離Ｈを実際に設定可能な撮影周期Ｔで除算した除算値と、移動部材Ｅの目標速度Ｖｔと、の差（Ｖｄｉｆｆ）の絶対値が最も小さくなるように、移動距離Ｈと撮影周期Ｔを設定している。

このため、移動部材Ｅの実速度Ｖｒと目標速度Ｖｔとが一致しているときには、第１部分データＤ１の示す部分画像Ｇ１と第２部分データＤ２の示す部分画像Ｇ２との差は最も小さくなっているので、相関ピークはより中心位置Ｏに近い位置に現れ、ピークの大きさも小さくなることはない。そのため、中心位置Ｏからピーク位置Ｐの距離を求める演算において精度が落ちることはない。

そして、移動部材Ｅの目標速度Ｖｔと実速度Ｖｒとが異なれば、相関ピークＰのピーク位置は移動部材Ｅの目標速度Ｖｔと実速度Ｖｒとが一致しているときの中心位置Ｏ（距離Ｘ１の位置）からずれて、距離Ｘ２の位置にピークが現れる。このＸ１とＸ２との差が移動部材Ｅの目標速度Ｖｔと実速度Ｖｒとの速度偏差ΔＶを表している。

したがって、相関画像データＤｇに対して最も急峻なピークを探す演算を行うことで、移動部材Ｅの目標速度Ｖｔと実速度Ｖｒとの速度偏差ΔＶを算出できる。このような相互相関演算を用いた方法では、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、かつ高精度に速度偏差ΔＶ、即ち、移動部材の実速度Ｖｒを検出できる。

この速度検出部７０は、図５に示すように、第１の２次元フーリエ変換部７１と、第２の２次元フーリエ変換部７２と、相関画像データ生成部７３と、ピーク位置探索部７４と、実速度演算部７５と、変換結果記憶部７６と、を有している。

第１の２次元フーリエ変換部７１は、第１部分データＤ１についてスラスト方向Ｙに１次元フーリエ変換を行うフーリエ変換部７１ａと、フーリエ変換部７１ａの変換結果について移動方向Ｘに１次元フーリエ変換を行うフーリエ変換部７１ｂと、を有している。つまり、この第１の２次元フーリエ変換部７１は、第１部分データＤ１が入力されると、第１部分データＤ１についてスラスト方向Ｙ及び移動方向Ｘに順次フーリエ変換を行い、この変換結果を後段の相関画像データ生成部７３に出力する。

第２の２次元フーリエ変換部７２は、第２部分データＤ２についてスラスト方向Ｙに１次元フーリエ変換を行うフーリエ変換部７２ａと、フーリエ変換部７２ａの変換結果について移動方向Ｘに１次元フーリエ変換を行うフーリエ変換部７２ｂと、フーリエ変換部７２ｂの変換結果について複素共役を求める複素共役部７２ｃと、を有している。つまり、この第２の２次元フーリエ変換部７２は、第２部分データＤ２が入力されると、第２部分データＤ２についてスラスト方向Ｙ及び移動方向Ｘに順次フーリエ変換を行い、この変換結果の複素共役を後段の相関画像データ生成部７３に出力する。

相関画像データ生成部７３は、第１の２次元フーリエ変換部７１から出力された第１部分データＤ１の２次元フーリエ変換結果と、第２の２次元フーリエ変換部７２から出力された第２部分データＤ２の２次元フーリエ変換結果の複素共役と、を積算する積算部７３ａと、積算部７３ａでの算出結果に対して２次元逆フーリエ変換を行って相関画像データＤｇを生成する２次元逆フーリエ変換部７３ｂと、を有している。つまり、この相関画像データ生成部７３は、第１の２次元フーリエ変換部７１による変換結果及び第２の２次元フーリエ変換部７２による変換結果を積算したのち２次元逆フーリエ変換を行うことにより相関画像データＤｇを生成する。

ピーク位置探索部７４は、相関画像データ生成部７３によって生成された相関画像データＤｇの示す画像Ｇｇにおいて、最も急峻（立ち上がりが急）なピーク輝度（ピーク値）があるピーク位置Ｐを探索（検出）する。ここで、この相関画像データＤｇには、光の強さ（輝度）の大きさを表すデータ値が、当該相関画像データＤｇの示す画像Ｇｇ内の位置に対応したマトリックス状に格納されているところ、この位置がエリアセンサ５２の画素ピッチ間隔で並べられているので、ピーク位置Ｐが画素ピッチ単位で検出されてしまい、そのため、ピーク位置Ｐの探索精度が低くなってしまう。そこで、本実施の形態では、相関画像データＤｇについてサブピクセル処理を行って、画素ピッチ未満の位置の検出を行うことで、精度の高いピーク位置Ｐの検出が可能となり、精度良く実速度Ｖｒを検出することができる。

具体的には、図６に示すように、Ｘ軸を、相関画像データＤｇの示す画像Ｇｇにおける移動方向Ｘに沿う移動方向位置とし、Ｙ軸を、画像Ｇｇにおける輝度として、相関画像データＤｇのデータ値をコンピュータ上などで仮想的にプロットして、プロットした各点を滑らかに繋ぐ曲線Ｋ（図６において実線で示す）を求め、この曲線ｋのピークに対応する上記移動方向位置を、ピーク位置Ｐとして検出する。

または、相関画像データＤｇに含まれる複数のデータ値から、移動方向Ｘに互いに隣接するデータ値間の差分値が最も大きい（即ち、最も急峻な変化のある）１組の第１のデータ値ｑ１及び第２のデータ値ｑ２、及び、１組の第１のデータ値ｑ１及び第２のデータ値ｑ２のうち値の大きい方のデータ値（図６においてはｑ１）に対して移動方向Ｘに隣接する第３のデータ値ｑ３の３つのみを抽出して、これら３点を滑らかに繋ぐ曲線を求めて、この曲線から同様にしてピーク位置Ｐを検出してもよい。このようにすることで、サブピクセル処理の演算量を少なくして、より高速にピーク位置Ｐを検出できる。

勿論、サブピクセル処理は、これらに限定されるものではなく、拡大や縮小などの画像処理アルゴリズムを用いた種々の方法など、本発明の目的に反しない限り、サブピクセル処理の方法は任意である。なお、ピーク位置探索部でのサブピクセル処理は任意であって、サブピクセル処理を行わない構成であってもよい。

図５に戻り、実速度演算部７５は、相関画像データＤｇの示す画像Ｇｇの中心位置Ｏと、ピーク位置探索部７４で検出したピーク位置Ｐと、の間の距離である相関距離Ｊを求める。そして、実速度演算部７５は、この相関距離Ｊに基づいて、移動部材Ｅの実速度Ｖｒを算出する。

具体的には、実速度演算部７５は、下記式（６）を用いて、移動部材Ｅの実速度Ｖｒを算出する。

式（６）中、Ｖｒは、実速度Ｖｒ［ｍｍ／ｓ］を示す。Ｔは、撮影周期Ｔ［ｓ］を示す。Ｋは、移動画素数Ｋを示す。Ｌは、画素ピッチＬ［ｍｍ］を示す。Ｊは、相関距離Ｊを示す。ｉは、エリアセンサ５２の撮像倍率ｉ［倍］を示す。

変換結果記憶部７６は、第２の２次元フーリエ変換部７２において、第２部分データＤ２についてスラスト方向Ｙに１次元フーリエ変換を行うフーリエ変換部７２ａでの変換結果を記憶する。

上記処理において、実速度Ｖｒの検出に用いられた最も新しい画像データＤ（即ち、Ｄ｛Ｎ＋１｝）は、その次に実行される実速度Ｖｒの検出において、最も新しい画像データＤの直前に取得された画像データＤ（即ち、Ｄ｛Ｎ｝）として用いられる。そして、例えば、図７に示すように、一部分領域Ａ１と他部分領域Ａ２との移動距離Ｈが、一部分領域Ａ１の移動方向Ｘの長さより短く設定されている場合、一部分領域Ａ１と他部分領域Ａ２とが部分的に互いに重なり、この互いに重なる重複部分Ａ３については、第１部分データＤ１についてのスラスト方向Ｙのフーリエ変換結果と、第２部分データＤ２についてのスラスト方向Ｙのフーリエ変換結果と、が等しくなる。

そこで、第２の２次元フーリエ変換部７２において行われた第２部分データＤ２についてのスラスト方向Ｙのフーリエ変換結果のうち、少なくとも重複部分Ａ３に係る変換結果を変換結果記憶部７６に一時的に記憶して、その次に実行される実速度Ｖｒの検出において、第１の２次元フーリエ変換部７１において、変換結果記憶部７６に記憶された上記変換結果を読み出して再利用する。このようにすることで、演算量が減少して、移動部材の実速度をより短時間で演算することができる。

上述した画像データ取得部６１、第１部分データ抽出部６２、第２部分データ抽出部６３、生成部６４、及び速度検出部７０は、各々、画像データ取得手段、第１部分データ抽出手段、第２部分データ抽出手段、生成手段、及び速度検出手段に相当する。また、上述した第１の２次元フーリエ変換部７１、第２の２次元フーリエ変換部７２、相関画像データ生成部７３、ピーク位置探索部７４、及び実速度演算部７５は、各々、第１の２次元フーリエ変換手段、第２の２次元フーリエ変換手段、相関画像データ生成手段、ピーク位置探索手段、及び実速度演算手段に相当する。

また、上述した画像データ取得部６１、第１部分データ抽出部６２、第２部分データ抽出部６３、生成部６４、及び速度検出部７０、は、それぞれ独立したマイクロコンピュータや電気回路などで構成してもよく、または、１つのマイクロコンピュータなどで構成してもよく、本発明の目的に反しない限り、これらの構成は任意である。

次に、上述した速度検出装置５０における本発明に係る動作の一例について、図８のフローチャート、及び、図９の各画像の模式図、を参照して説明する。

なお、図８は、速度検出処理の手順を示すフローチャートである。図９は、エリアセンサの受光面とスペックルパターンとの重なり状態、及び相関画像データを示す模式図である。詳細には、図９（ａ）は、時刻Ｔ０におけるエリアセンサ５２の受光面５２ａとスペックルパターンとの重なり状態を模式的に示す図である。図９（ｂ）は、時刻Ｔ０から撮影周期Ｔ経過後の時刻Ｔ１におけるエリアセンサ５２の受光面５２ａとスペックルパターンとの重なり状態を模式的に示す図である。図９（ｃ）は、時刻Ｔ０で取得した画像データＤ｛Ｎ｝の示す画像Ｇ｛Ｎ｝を模式的に示す図である。図９（ｄ）は、時刻Ｔ１で取得した画像データＤ｛Ｎ＋１｝の示す画像Ｇ｛Ｎ＋１｝を模式的に示す図である。図９（ｅ）は、第１部分データＤ１の示す部分画像Ｇ１を模式的に示す図である。図９（ｆ）は、第２部分データＤ２の示す部分画像Ｇ２を模式的に示す図である。図９（ｇ）は、相関画像データＤｇの示す画像Ｇｇ、その中心位置Ｏ、及び、そのピーク位置Ｐを模式的に示す図である。図９（ｈ）は、相関画像データＤｇの画像Ｇｇについて、Ｘ軸を移動方向Ｘ、Ｙ軸をスラスト方向Ｙ、Ｚ軸を輝度としたときのグラフである。

速度検出装置５０は、レーザ光源５１による移動部材Ｅの外側の面に対するレーザ光Ｌの照射を開始する（Ｓ１１０）。撮影周期Ｔ及び移動距離Ｈの生成及びクロック信号Ｃの出力、及び移動画素数Ｋの出力を行う（Ｓ１２０）。エリアセンサ５２は、撮影周期Ｔで移動部材Ｅにおけるレーザ光Ｌの照射箇所の撮影及び２次元の画像データＤの出力を開始する（Ｓ１３０）。

図９（ａ）に、時刻Ｔ０におけるエリアセンサ５２の受光面５２ａとスペックルパターンとの重なり状態を示し、図９（ｂ）に、時刻Ｔ０から撮影周期Ｔ経過後の時刻Ｔ１におけるエリアセンサ５２の受光面５２ａとスペックルパターンとの重なり状態を示す。

図８に戻り、そして、画像データ取得部６１によって、エリアセンサ５２の出力した画像データＤを撮影周期Ｔで取得して、画像データＤを取得する毎に、最も新しく取得した画像データＤ｛Ｎ＋１｝を第２部分データ抽出部６３に出力し、その直前に取得した画像データＤ｛Ｎ｝を第１部分データ抽出部６２に出力する（Ｓ１４０）。

図９（ｃ）に、時刻Ｔ０で取得した画像データＤ｛Ｎ｝の示す画像Ｇ｛Ｎ｝を示し、図９（ｄ）に、時刻Ｔ１で取得した画像データＤ｛Ｎ＋１｝の示す画像Ｇ｛Ｎ＋１｝を示す。

図８に戻り、そして、第１部分データ抽出部６２によって、画像データＤ｛Ｎ｝から、当該画像データＤ｛Ｎ｝の示す画像Ｇ｛Ｎ｝における一部分領域Ａ１に対応する第１部分データＤ１を抽出して、速度検出部７０に出力する（Ｓ１５０）。図９（ｅ）に、第１部分データＤ１の示す部分画像Ｇ１を示す。

また、第２部分データ抽出部６３によって、画像データＤ｛Ｎ＋１｝から、当該画像データＤ｛Ｎ＋１｝の示す画像Ｇ｛Ｎ＋１｝における、一部分領域Ａ１から移動画素数Ｋ分下流側にある他部分領域Ａ２に対応する第２部分データＤ２を抽出して、速度検出部７０に出力する（Ｓ１６０）。図９（ｆ）に、第２部分データＤ２の示す部分画像Ｇ２を示す。

図８に戻り、そして、速度検出部７０によって、第１部分データＤ１について２次元フーリエ変換を行い、第２部分データＤ２について２次元フーリエ変換を行い、さらに、第１部分データＤ１についての変換結果と第２部分データＤ２についての変換結果の複素共役とを積算して２次元逆フーリエ変換を行って、相関画像データＤｇを求める。そして、この相関画像データＤｇにおいてピーク位置Ｐを検出して、このピーク位置Ｐと、当該相関画像データＤｇの示す画像Ｇｇの中心位置Ｏと、の相関距離Ｊを求める。そして、この相関距離Ｊと移動距離Ｈを足し、その値を撮影周期Ｔで除して実速度Ｖｒを算出する（Ｓ１７０）。

図９（ｇ）に、相関画像データＤｇの示す画像Ｇｇの中心位置Ｏとピーク位置Ｐとを示す。また、図９（ｈ）に、相関画像データＤｇの示す画像Ｇｇについて、Ｘ軸を移動方向Ｘ、Ｙ軸をスラスト方向Ｙ、Ｚ軸を輝度（データ値の大きさ）としたときのグラフを示す。

以上説明したように、本実施の形態では、速度検出装置５０が、レーザ光Ｌを移動部材Ｅに照射するとともに当該移動部材Ｅにおけるレーザ光Ｌの照射箇所を撮影した画像データＤを撮影周期Ｔ毎に取得する。そして、一の画像データＤ｛Ｎ｝から、当該画像データＤ｛Ｎ｝の示す画像Ｇ｛Ｎ｝における一部分領域Ａ１に対応する第１部分データＤ１を抽出する。また、一の画像データＤ｛Ｎ｝の直後に取得された他の画像データＤ｛Ｎ＋１｝から、当該画像データＤ｛Ｎ＋１｝の示す画像Ｇ｛Ｎ＋１｝における上記一部分領域Ａ１に対して移動部材Ｅの移動方向Ｘ下流側にありかつ上記一部分領域Ａ１が撮影周期Ｔ後に位置していると予想される上記一部分領域Ａ１と同一形状の他部分領域Ａ２に対応する第２部分データＤ２を抽出する。そして、これら第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２に基づいて移動部材Ｅの実速度Ｖｒを検出する。

このため、本実施の形態によれば、画像データＤの全体に対して演算を行うことなく、画像データＤの部分データ（第１部分データＤ１、第２部分データＤ２）のみ演算を行えばよい。従って、本実施の形態の速度検出装置５０では、演算量が減少し、移動部材Ｅの実速度Ｖｒを短時間で演算することができる。

また、本実施の形態の速度検出装置５０では、一部分領域Ａ１と他部分領域Ａ２の移動距離Ｈを実際に設定可能な撮影周期Ｔで除した値と、移動部材Ｅの目標速度Ｖｔと、の差（Ｖｄｉｆｆ）の絶対値が最も小さくなるように、移動距離Ｈと撮影周期Ｔを生成する。

このため、撮影周期Ｔ及び移動距離Ｈが離散的な値であっても、移動部材Ｅの目標速度Ｖｔと実速度Ｖｒとが一致している場合、上記一の画像データＤ｛Ｎ｝の示す画像Ｇ｛Ｎ｝における上記一部分領域Ａ１に対応する部分画像Ｇ１と、上記他部分領域Ａ２に対応する部分画像Ｇ２と、の差が小さくなる。このため、第１部分データＤ１と第２部分データＤ２との相関性が非常に高くなる。従って、本実施の形態の速度検出装置５０では、精度良く実速度Ｖｒを検出することができる。

ここで、従来では、図１０に示すように、時刻Ｔ０で撮影した第１スペックル画像と、時刻Ｔ０から移動部材Ｅが撮影範囲の約半分程度移動した後の時点である時刻Ｔ１で撮影した第２スペックル画像と、に対してフーリエ変換等の演算を行って実速度（速度ベクトル）を得ていた。このように、従来では、撮影した各スペックル画像の全体に対して演算を行っているので、移動部材Ｅの実速度を短時間で演算することができなかった。また、第１スペックル画像と第２スペックル画像とは約半分程度しか画像が一致していないので、これら画像の相関性が低く、実速度の測定精度が低かった。

一方、本実施の形態では、上述のように、精度よく且つ短時間で、移動部材Ｅの実速度Ｖｒを検出することができる。

また、本実施の形態の速度検出装置５０では、第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２に対して相互相関演算を行うことにより得た相関画像データＤｇに基づいて、移動部材Ｅの実速度Ｖｒを検出する。第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２は、目標速度Ｖｔと実速度Ｖｒとが一致しているときに相関性が非常に高くなり、相関画像データＤｇにおけるピーク値が非常に高くなる。このため、更に、精度良く実速度Ｖｒを検出することができる。

また、エリアセンサ５２は、２次元の画像データＤを出力する。また、速度検出部７０には、第１の２次元フーリエ変換部７１と、第２の２次元フーリエ変換部７２と、相関画像データ生成部７３と、ピーク位置探索部７４と、実速度演算部７５と、が設けられている。このため、精度良く実速度Ｖｒを検出することができる。

また、移動距離Ｈが、一部分領域Ａ１と他部分領域Ａ２とが部分的に重なるように設定されているときは、第１の２次元フーリエ変換部７１が、直前の実速度Ｖｒの検出において第２の２次元フーリエ変換部７２により行われた第２部分データＤ２についてのスラスト方向Ｙのフーリエ変換の変換結果のうち、一部分領域Ａ１と他部分領域Ａ２との重複部分Ａ３についての変換結果を再利用するように構成されている。このため、演算量がさらに減少して、移動部材Ｅの実速度Ｖｒをより短時間で演算することができる。

上述した本実施の形態では、第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２に対してフーリエ変換を用いた相互相関演算を行うことにより得た相関画像データＤｇに基づいて、移動部材Ｅの実速度Ｖｒを検出するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２に含まれる輝度について、この輝度が所定のしきい値以下の場合は「０」、当該しきい値より大きいときは「１」として２値化して、第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２を直接比較して相関距離Ｊを求めるなど、本発明の目的に反しない限り、第１部分データＤ１及び第２部分データＤ２に基づいて移動部材Ｅの実速度Ｖｒを検出する方法は任意である。

また、本実施の形態の移動部材搬送ユニット１００は、速度検出装置５０を有しているので、移動部材Ｅの実速度Ｖｒを短時間で演算することができ、また、精度良く実速度Ｖｒを検出することができ、そのため、移動部材Ｅを高精度で搬送することができる。

＜実施の形態２＞
以下、本発明の一実施の形態である画像形成装置について、図１１、図１２を参照して説明する。

図１１に本発明の一実施の形態の多色対応の画像形成装置（図中、符号２００で示す）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（各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。

また、画像形成装置２００は、中間転写ベルト方式の多色画像形成装置であり、中間転写ベルト１０５を搬送する上述の移動部材搬送ユニット１００を有している。この移動部材搬送ユニット１００において、移動部材Ｅとしての中間転写ベルト１０５は、駆動ローラＲ１、従動ローラＲ２、Ｒ３、Ｒ４に張架されており、モータ８１が、この中間転写ベルト１０５（駆動ローラＲ１）を図中反時計回り（移動方向Ｘ）に回転駆動する。また、上述した速度検出装置５０が、中間転写ベルト１０５についての上記速度偏差ΔＶ及び実速度Ｖｒなどの実速度情報を検出して、モータ制御部８２が、この実速度情報に基づいて中間転写ベルト１０５が目標速度Ｖｔで回転するようにモータ８１を制御する。図１１において、モータ制御部８２及び画像形成装置の上位コントローラ９０は記載を省略している。

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。

各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに形成された静電潜像は、イエロー（Ｙ）現像器４Ｙ、マゼンタ（Ｍ）現像器４Ｍ、シアン（Ｃ）現像器４Ｃ、ブラック（Ｋ）現像器４Ｋによって現像され、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像として顕像化される。

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１１に示す画像形成装置２００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１１に示す構成の画像形成装置２００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１２に示す構成の多色対応の画像形成装置（図中、符号２００Ａで示す）のように、中間転写ベルトの代わりに紙等の媒体を担持搬送する移動部材Ｅとしての搬送ベルト１０６を用い、各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋから紙等の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画像形成装置２００Ａでは、図１２に示すように、紙等の媒体の進入経路が図１１とは異なっており、搬送ベルト１０６により媒体を各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに向けて搬送するようになっている。

また、画像形成装置２００Ａは、搬送ベルト１０６を搬送する上述の移動部材搬送ユニット１００を有している。この移動部材搬送ユニット１００において、移動部材Ｅとしての搬送ベルト１０６は、駆動ローラＲ１、従動ローラＲ２に張架されており、モータ８１が、この搬送ベルト１０６（駆動ローラＲ１）を図中反時計回り（移動方向Ｘ）に回転駆動する。また、上述した速度検出装置５０が、搬送ベルト１０６についての上記速度偏差ΔＶ及び実速度Ｖｒなどの実速度情報を検出して、モータ制御部８２が、この実速度情報に基づいて中間転写ベルト１０５が目標速度Ｖｔで回転するようにモータ８１を制御する。図１２において、モータ制御部８２及び画像形成装置の上位コントローラ９０は記載を省略している。

図１２に示す画像形成装置２００Ａ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１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに形成された静電潜像は、イエロー（Ｙ）現像器４Ｙ、マゼンタ（Ｍ）現像器４Ｍ、シアン（Ｃ）現像器４Ｃ、ブラック（Ｋ）現像器４Ｋによって現像され、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像として顕像化される。

そして、この現像工程にタイミングを合わせて図示しない給紙部から紙等の媒体が給紙され、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に担持された媒体は各感光体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により媒体に順次重ね合わせて転写される。そして、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。

以上説明したように、画像形成装置２００、２００Ａは、上述した移動部材搬送ユニット１００を有しているので、この移動部材搬送ユニット１００の速度検出装置５０によって、中間転写ベルト１０５又は搬送ベルト１０６の実速度Ｖｒを短時間で演算することができ、また、精度良く実速度Ｖｒを検出することができ、そのため、その実速度Ｖｒ等の情報をモータ８１にフィードバックすることでベルトの速度変動が略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５０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１０５や搬送ベルト１０６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２０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、ベルトの速度変動の補正と同様に、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の伸び縮みのない高画質な出力画像を得ることができる。

上述した実施の形態は、画像形成装置について説明するものであったが、本発明は、これに限定されるものではなく、一方向に移動する移動部材の速度検出が必要な装置、システムなどであれば、本発明を適用することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

５０ 速度検出装置
５１ レーザ光源
５２ エリアセンサ
６１ 画像データ取得部
６２ 第１部分データ抽出部
６３ 第２部分データ抽出部
６４ 生成部
７０ 速度検出部
７１ 第１の２次元フーリエ変換部
７２ 第２の２次元フーリエ変換部
７３ 相関画像データ生成部
７４ ピーク位置探索部
７５ 実速度演算部
７６ 変換結果記憶部
８２ モータ制御部
１０５ 中間転写ベルト
１０６ 搬送ベルト
２００、２００Ａ 画像形成装置

特開２００９−１５２４０号公報

Claims (9)

1. 移動体に光を照射する光源と、
   前記移動体における前記光の照射箇所を、所定の撮影周期で撮影し、該照射箇所の画像データを出力する撮像部と、
   前記移動体の目標速度に基づいて、前記撮影周期、および、前記画像データにおける第１部分領域と前記第１部分領域より前記移動体の移動方向下流側にある第２部分領域との距離、を生成する生成手段と、
   前記撮像部により第１撮影タイミングにて撮影された第１画像データから、前記第１部分領域に対応する第１部分データを抽出する第１部分データ抽出手段と、
   前記生成手段で生成された前記撮影周期で撮影された画像データのうち、前記第１撮影タイミングよりも後のタイミングである第２撮影タイミングで撮影された第２画像データから、前記第２部分領域に対応する第２部分データを抽出する第２部分データ抽出手段と、
   前記生成手段で生成された前記距離と、前記撮影周期と、前記第１部分データ及び前記第２部分データの相関距離と、を用いて前記移動体の速度を検出する速度検出手段と、
   を備える速度検出装置。
2. 前記速度検出手段は、
   前記第１部分データ及び前記第２部分データに対して相互相関演算を行うことにより得た相関画像データの画像におけるピーク位置と前記相関画像データの画像における中心位置との前記相関距離と、前記生成手段で生成された前記距離と、の加算値を、前記撮影周期で除した除算値を、前記移動体の速度として検出する、
   請求項１に記載の速度検出装置。
3. 前記生成手段は、
   前記距離を前記撮影周期で除算した除算値と、前記目標速度と、の差の絶対値が最小となるように、前記撮影周期と前記距離とを生成する、請求項１または請求項２に記載の速度検出装置。
4. 前記撮像部は２次元の画像データを出力し、
   前記速度検出手段は、
   前記第１部分データについて、前記移動方向に直交する方向及び前記移動方向に順次フーリエ変換を行う第１の２次元フーリエ変換手段と、
   前記第２部分データについて、前記移動方向に直交する方向及び前記移動方向に順次フーリエ変換を行う第２の２次元フーリエ変換手段と、
   前記第１の２次元フーリエ変換手段による変換結果及び前記第２の２次元フーリエ変換手段による変換結果の積算した積算値について、２次元逆フーリエ変換を行うことにより、前記相関画像データを生成する相関画像データ生成手段と、
   前記相関画像データの画像における前記ピーク位置を探索するピーク位置探索手段と、
   前記ピーク位置と前記相関画像データの画像における前記中心位置との前記相関距離と、前記距離と、の加算値を、前記撮影周期から導出される前記第１撮影タイミングと前記第２撮影タイミングの時間差で除した除算値を、前記移動体の速度として演算する実速度演算手段と、
   を有する、請求項２に記載の速度検出装置。
5. 前記距離は、前記第１部分領域と前記第２部分領域とが部分的に重なるように設定され、
   前記第１の２次元フーリエ変換手段は、
   直前の速度の検出において前記第２の２次元フーリエ変換手段により行われた前記第２部分データについての前記移動方向に直交する方向のフーリエ変換の変換結果のうち、前記第１部分領域と前記第２部分領域とが重なる部分についての変換結果を再利用し、フーリエ変換を行う、請求項４に記載の速度検出装置。
6. 前記ピーク位置探索手段は、前記相関画像データについてサブピクセル処理を行う、請求項４または請求項５に記載の速度検出装置。
7. 前記ピーク位置探索手段は、
   前記相関画像データに含まれる複数のデータ値から、移動方向に互いに隣接するデータ値間の差分値が最も大きい１組の第１のデータ値及び第２のデータ値、並びに、前記１組の第１のデータ値及び第２のデータ値のうち値の大きい方のデータ値に対して移動方向に隣接する第３のデータ値を抽出し、
   前記第１のデータ値、前記第２のデータ値、及び前記第３のデータ値のみを用いて前記サブピクセル処理を行う、請求項６に記載の速度検出装置。
8. 移動体を移動させるモータと、前記移動体の速度を検出する速度検出装置と、前記速度検出装置によって検出された前記速度に基づいて前記モータを制御する速度制御装置と、を有する移動体搬送ユニットであって、
   前記速度検出装置が、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の速度検出装置である、移動体搬送ユニット。
9. 無端ベルト状の移動体と、前記移動体を周回りに移動させる移動体搬送ユニットと、を有する画像形成装置において、
   前記移動体搬送ユニットが、請求項８に記載の移動体搬送ユニットである画像形成装置。

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