画像検出装置および画像形成装置
【課題】画像形成する移動媒体の速度を高精度に検出し、さらに形成された画像の各色の位置ずれ、画像濃度を検出して補正する。
【解決手段】第１光源５１からコリメートレンズ５２を経てレーザ光を移動媒体５３に斜め照射し、反射光のスペックルパターンを第１エリアセンサ５６で撮像する。このスペックルパターンで速度変化を検出する。また、第２光源６１から移動媒体５３への照明による反射光５から、第２結像レンズ６４を介し第２エリアセンサ６６に画像パターンを結像する。第２エリアセンサ６６に結像された移動媒体５３上の矩形状の各色画像パターンが光学像として光電変換され、画像パターンの長辺両側のエッジ位置を、しきい値を設定して検出し、その中央を形成位置とする。先頭色の形成位置を基準に、各色トナーの形成位置までの時間を計測して位置ずれを求める。また、同時に画像パターンの反射率を、しきい値を設定して検出し、画像濃度を求める。
【解決手段】第１光源５１からコリメートレンズ５２を経てレーザ光を移動媒体５３に斜め照射し、反射光のスペックルパターンを第１エリアセンサ５６で撮像する。このスペックルパターンで速度変化を検出する。また、第２光源６１から移動媒体５３への照明による反射光５から、第２結像レンズ６４を介し第２エリアセンサ６６に画像パターンを結像する。第２エリアセンサ６６に結像された移動媒体５３上の矩形状の各色画像パターンが光学像として光電変換され、画像パターンの長辺両側のエッジ位置を、しきい値を設定して検出し、その中央を形成位置とする。先頭色の形成位置を基準に、各色トナーの形成位置までの時間を計測して位置ずれを求める。また、同時に画像パターンの反射率を、しきい値を設定して検出し、画像濃度を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ走査による書き込み、あるいはインクジェット方式による書き込みによるデジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ等の多色画像を取り扱う装置に関し、特に中間転写ベルトや搬送ベルトの速度検出を行うとともに、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も行う画像検出装置と、その画像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画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のカラー画像形成装置においては、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。このようなタンデム方式では、各感光体上に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。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。
【０００３】
このような課題に対応し、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、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。また、特許文献２には、観測対象物からのレーザ光のスペックルを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。
【０００４】
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、よく知られているように、良好な画像を得るためには、静電潜像の現像に供給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。
【０００５】
これに対応して、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。（特許文献３〜６参照）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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した高精度な紙搬送の駆動制御を行うため、例えば特許文献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ために非常に手間がかかっているため、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、これとは別に、トナー濃度検出を行うために、トナー支持体の反射特性とトナーパターンの反射特性の差を複数の発光アレイと受光アレイによって行われていた。このように、画像形成に係る搬送速度変動の検出と、画像濃度の検出を同時に行う方法の開示はない。
【０００７】
本発明は、画像形成装置における移動媒体（中間転写ベルト、搬送ベルト、あるいは紙等の記録媒体）の速度変動を高精度に検出するとともに、画像濃度の検出も行って、形成された画像の各色の位置ずれを補正し、かつ画像の階調を補正することができる画像検出装置および画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る画像検出装置は、可干渉光を発する第１光源と、非干渉光を発する第２光源と、画像パターンが形成される移動媒体と、１次元もしくは２次元受光面を有する受光素子アレイと、移動媒体からの反射光を受光素子アレイに結像する結像手段とを有する画像検出装置において、第１光源が照射した移動媒体からの反射光を第１の結像手段を介して第１の受光素子アレイ上に結像し、移動媒体の移動に伴い時間的に異なる複数の画像信号を取得して、複数の画像信号の時間的に異なった２つの画像信号間で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で移動媒体の移動速度を検出する第１検出手段と、第２光源が照射した移動媒体からの反射光を第２の結像手段を介して第２の受光素子アレイ上に結像し、移動媒体の移動に伴い時間的に異なる画像信号を取得して、第２光源の照射により取得した画像信号の画像パターンから画像パターンの位置ずれ、および／または画像濃度を検出する第２検出手段とを備え、第１検出手段の処理と、第２検出手段の処理は異なる時間領域で行われることを特徴とする。
【０００９】
この構成によって、移動媒体の速度変動を簡便かつ高精度に検出でき、さらに移動媒体上に形成された各色画像パターンの位置ずれ、画像パターンの画像濃度の検出も行うことができる。
【００１０】
また、請求項２に記載した画像検出装置は、可干渉光を発する第１光源と、非干渉光を発する第２光源と、画像パターンが形成される移動媒体と、１次元もしくは２次元受光面を有する受光素子アレイと、移動媒体からの反射光を受光素子アレイに結像する結像手段とを有する画像検出装置において、第１光源の照射による移動媒体からの反射光、および第２光源の照射による移動媒体からの反射光のそれぞれを共通に１組配置した結像手段を介して受光素子アレイ上に結像し、移動媒体の移動速度を検出する第１検出手段の処理と、移動媒体の画像パターンの位置ずれ、および／または画像濃度を検出する第２検出手段の処理は異なる時間領域で行われることを特徴とする。
【００１１】
この構成よって、前記の効果に加え、さらに画像検出装置の簡易化、小型化、および低コスト化ができる。
【００１２】
また、請求項３に記載した発明は、請求項１，２の画像検出装置において、第１検出手段の処理に用いる第１光源が照射する時間と、第２検出手段の処理に用いる第２光源が照射する時間とは、受光素子アレイのフレーム読み出し時間に同期し、第１光源および第２光源の照射する時間が、１フレームを読み出すフレーム読み出し時間の間隔より短い間隔であることを特徴とする。
【００１３】
この構成によって、前記の効果に加え、高精度な速度変動、および画像パターンの位置ずれ検出ができる。
【００１４】
また、請求項４に記載した発明は、請求項１〜３の画像検出装置において、第２検出手段における移動媒体上に形成された画像パターンの位置ずれは、第１検出手段が検出した移動媒体の移動速度の値と、第２光源の照射により移動媒体の反射光を結像した受光素子アレイ上の画像パターンの結像位置とを基に検出することを特徴とする。
【００１５】
この構成によって、移動媒体のリアルタイムな速度変動も反映した高精度な画像パターンの位置ずれ量の検出ができる。
【００１６】
また、請求項５に記載した画像形成装置は、複数の像担持体と、複数の像担持体上に光ビームを走査して静電潜像を形成する光走査装置と、光走査装置が複数の像担持体上に形成した静電潜像を各色トナーで顕像化する現像手段と、複数の像担持体に対向配置した移動可能な中間転写ベルトと、像担持体上に顕像化された各色トナー画像を中間転写ベルトに転写する第１の転写手段と、中間転写ベルト上に重ね合わせて転写した各色トナー画像をシート状の記録媒体にさらに転写する第２の転写手段と、記録媒体に転写した各色トナー画像を定着する定着手段とを備え、多色またはカラー画像を形成する画像形成装置において、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像検出装置を設け、中間転写ベルトの移動速度の検出と、中間転写ベルト上の各色トナー画像の位置ずれ、および／または画像濃度を検出することを特徴とする。
【００１７】
この構成によって、中間転写ベルトの速度変動と、中間転写ベルト上の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ことが可能な画像形成装置を提供できる。
【００１８】
また、請求項６に記載した画像形成装置は、複数の像担持体と、複数の像担持体上に光ビームを走査して静電潜像を形成する光走査装置と、光走査装置が複数の像担持体上に形成した静電潜像を各色トナーで顕像化する現像手段と、複数の像担持体に対向配置したシート状の記録媒体を搬送する搬送転写ベルトと、搬送転写ベルトが搬送する記録媒体上に顕像化された各色トナー画像を重ね合わせて直接転写する転写手段と、記録媒体に転写した各色トナー画像を定着する定着手段とを備え、多色またはカラー画像を形成する画像形成装置において、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像検出装置を設け、搬送転写ベルトの移動速度の検出と、搬送転写ベルトが搬送する記録媒体上の各色トナー画像の位置ずれ、および／または画像濃度を検出することを特徴とする。
【００１９】
この構成によって、紙等の移動媒体を搬送する搬送転写ベルトの速度変動、移動媒体上に形成された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ことが可能な画像形成装置を提供できる。
【００２０】
また、請求項７に記載した発明は、請求項５，６の画像形成装置において、光走査装置の光ビームによる書込開始位置を補正する書き込み開始位置補正手段と、中間転写ベルトまたは搬送転写ベルトの送り駆動の速度を補正するベルト速度補正手段とのいずれか一方あるいは両方を設け、画像検出装置の検出に基づいた補正をすることを特徴とする。
【００２１】
この構成によって、画像検出装置で検出した結果を用いて、移動媒体の速度変動の補正に加え、形成された各色画像の位置ずれを検出補正して、色ずれを大きく低減した高画質な画像を得ることができる。
【００２２】
また、請求項８に記載した発明は、請求項５〜７の画像形成装置において、画像形成する画像濃度を補正する手段をさらに設け、画像検出装置の検出に基づいた補正をすることを特徴とする。
【００２３】
この構成によって、画像検出装置で検出した結果を用いて、画像濃度を補正して、画像階調が適正補正された高画質な画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、移動媒体の速度変動を簡便かつ高精度に検出し、さらに移動媒体上に形成された各色画像パターンの位置ずれ、画像パターンの画像濃度の検出を行って、移動媒体の速度変動の補正に加え、形成された各色画像の位置ずれを検出補正して、さらに画像濃度を補正して、色ずれを大きく低減し画像階調も適正補正された高画質な画像を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態における中間転写方式の画像形成装置の概略構成を示す図
【図２】本実施形態における直接転写方式の画像形成装置の概略構成を示す図
【図３】本実施形態における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
【図４】本実施形態における実施例１の画像検出装置の構成例を示す図
【図５】本実施例１のトナー画像パターンの位置ずれを検出するトナーパターンの形状例を示す図
【図６】本実施例１のエリアセンサに結像された（ａ）はトナーパターン像、（ｂ）はＡ画素行の画像信号を示す図
【図７】本実施例１のトナーパターンの画像濃度検出する（ａ）はトナー階調パターン、（ｂ）はｘ方向にプロットした画像反射率、（ｃ）は画像濃度を示す模式図
【図８】本実施形態における実施例２の画像検出装置の構成例を示す図
【図９】本実施形態における実施例３の画像検出装置の構成例を示す図
【図１０】本実施例３の画像検出装置の検出動作のタイミングチャート
【図１１】本実施例３のエリアセンサに結像された（ａ）はトナーパターン像、（ｂ）はＡ画素行の画像信号を示す図
【図１２】本実施例３の画像検出装置の別の検出動作のタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施形態における中間転写方式の画像形成装置の概略構成を示す図であり、また、図２は直接転写方式の画像形成装置の概略構成を示す図である。
【００２８】
図１に示すように中間転写方式の画像形成装置は、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であって、このタンデムカラー機は、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、および転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、および転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンタ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、および転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、および転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置２０と、中間転写ベルト１０５と、定着手段３０、転写ローラ４０、搬送ベルト４１などを備えている。
【００２９】
光走査装置２０は、ブラック用の発光部、シアン用の発光部、マゼンタ用の発光部、イエロー用の発光部を備えている。そして、ブラック用の発光部からの光はブラック用の走査光学系を介して感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の発光部からの光はシアン用の走査光学系を介して感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンタ用の発光部からの光はマゼンタ用の走査光学系を介して感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の発光部からの光はイエロー用の走査光学系を介して感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。なお、色毎に光走査装置２０を備えていても良い。
【００３０】
各感光体ドラム１は、図１中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器２、現像器４、転写用帯電器６、クリーニング手段５が配置されている。各帯電器２は、対応する感光体ドラム１の表面を均一に帯電する。この帯電器２によって帯電された感光体ドラム１表面に光走査装置２０により光が照射され、感光体ドラム１に静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器４により感光体ドラム１表面に各色のトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電器６により、中間転写ベルト１０５に各色のトナー像が順次転写され、最終的に転写ローラ４０により、中間転写ベルト１０５から紙媒体に転写された後、搬送ベルト４１で搬送されて定着手段３０で紙媒体に画像が定着される。
【００３１】
また、図２に示す直接転写方式の画像形成装置においても、略同様の処理により、各帯電器２によって感光体ドラム１の表面を均一に帯電され、感光体ドラム１表面に光走査装置２０からの光照射で、静電潜像が形成される。そして、対応する現像器４により感光体ドラム１表面に各色のトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電器６により、搬送転写ベルト１０６上を搬送される紙媒体に各色のトナー像が順次転写され、最終的に定着手段３０で紙媒体に画像が定着される。
【００３２】
ここで、図１，図２に示すような構成の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転写ベルト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。
【００３３】
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方法が考えられる。このベルトの速度変動を検出するための検出手段として、前述の特許文献１では、ベルトに直接マークを形成する方法が行われていたが、このようなベルトに直接加工を行うことは難しく、また加工に時間を要することから量産性が悪く、大きなコストアップの要因でもあった。
【００３４】
本発明は、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ようにした画像検出装置を提供するものである。
【００３５】
図３は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を参照しながら光走査装置２０について説明する。図３に示すように、４つの感光体ドラム３０１，３０２，３０３，３０４（図１または図２の感光体１（Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ）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の搬送転写ベルト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。
【００３６】
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により走査された光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。
【００３７】
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。
【００３８】
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つまたは複数を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き込み開始位置を補正する書き込み開始位置補正手段（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（線像形成レンズ１０４１）の間に設けるのが良い。
【００３９】
図４は本実施形態における実施例１の画像検出装置の基本的な構成例を示す図である。画像検出装置は第１検出手段として移動媒体の移動速度の検出と、それと平行し第２検出手段として、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、および画像濃度も検出する機能を持っている。
【００４０】
図４に示すように、速度検出に関しては、移動媒体（中間転写ベルトや搬送転写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発する第１光源５１と、第１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受光素子アレイからなる第１エリアセンサ５６と、移動媒体５３と第１エリアセンサ５６の間に設けられた第１結像レンズ５４および開口絞り５５を有している。
【００４１】
そして、第１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媒体５３に対して斜めから照射し、移動媒体５３の移動平面に対し垂直方向から１次元もしくは２次元の第１エリアセンサ５６で撮像する。移動媒体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、図４に示す分布の拡散反射光５７を反射する。
【００４２】
本実施例１の画像検出装置においては、光源としてもうひとつ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの非干渉光を発する第２光源６１と、１次元もしくは２次元画像を取得可能な受光素子アレイの第２エリアセンサ６６と、移動媒体５３と第２エリアセンサ６６の間に設けられた第２結像レンズ６４を有している。
【００４３】
拡散反射光５７の一部を第１結像レンズ５４に取り込んで、第１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。
【００４４】
このスペックルパターンは、移動媒体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。そのため、移動媒体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、非常に安定に移動媒体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、通常は第１エリアセンサ５６と移動媒体５３間のレンズは必要ではない。しかし、何らかの外乱により、移動媒体５３が移動平面に対して傾きが発生してしまったとき、第１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。
【００４５】
そこで、前記の問題を回避するために、第１エリアセンサ５６と移動媒体５３の間に第１結像レンズ５４を配置して、移動媒体５３と第１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、移動媒体５３が移動平面に対して傾きが発生してしまっても、第１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。
【００４６】
なお、第１結像レンズ５４は、移動媒体５３と第１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、移動媒体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。したがって、移動媒体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。
【００４７】
さらに、第１結像レンズ５４は、移動媒体５３を第１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、移動媒体５３上の広い範囲を第１エリアセンサ５６上で縮小することができ、第１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、移動媒体５３の移動速度が速いときでも、第１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。第１エリアセンサ５６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媒体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。
【００４８】
なお、本実施例１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媒体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媒体５３を照明しても良い。
【００４９】
また、図４に示す開口絞り５５は、第１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の検出時、第１エリアセンサ５６上のスペックルパターンの最小径は、第１エリアセンサ５６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。第１エリアセンサ５６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、第１結像レンズ５４の瞳径を見込む角度に逆比例する。開口絞り５５により第１結像レンズ５４の瞳径を最適化させて、スペックルパターンの最小径を第１エリアセンサ５６の１画素の大きさと適正化させる。
【００５０】
第１エリアセンサ５６で取得した１次元もしくは２次元画像から移動媒体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。
【００５１】
以上の時間間隔τ、およびピーク位置ずれ量Δより、移動媒体５３の移動速度ｖは、（数１）として求められる。
【００５２】
【数１】
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。
【００５３】
前記した２つのスペックル画像間の相互相関関数の演算は（数２）により行う。
【００５４】
【数２】
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。
【００５５】
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。したがって、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。
【００５６】
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、移動媒体５３の移動速度ｖを算出することができる。
【００５７】
また、非干渉光による移動媒体５３上に形成された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方法について説明する。非干渉光を発する第２光源６１の出射光は移動媒体５３を照明し、移動媒体５３で拡散反射した拡散反射光５７は、第２結像レンズ６４により１次元または２次元の第２エリアセンサ６６に結像される。このとき、移動媒体５３と第２エリアセンサ６６は結像の共役関係となっている。このことにより移動媒体５３上に形成された画像パターンは１次元または２次元の第２エリアセンサ６６で光学像として光電変換される。
【００５８】
なお、図４において移動媒体５３の移動は、移動方向５８に示す方向、すなわち紙面に垂直方向である場合を示している。しかし、本発明はこれに限定されず、移動媒体５３が面内の任意の方向に移動する場合にも同様に適用できる。
【００５９】
また、図５に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トナーパターンの形状例を示す。ｘ方向に移動する移動媒体上に４色のトナーパターン群が形成されている。図５中のｘ方向、ｙ方向は画像形成装置の主走査方向が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（Ｋ）のトナーパターンである。
【００６０】
図５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。
【００６１】
以上のトナーパターン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。これらトナーパターン群を非干渉光を発する第２光源６１のＬＥＤ光で照明する。図５で示した楕円状の光分布がそれである。照明するＬＥＤ光は固定であるが移動媒体５３の移動に伴い、順次位置ずれ検出パターンをＬＥＤ光がスキャンしていくことになる。１次元もしくは２次元の第２エリアセンサ６６に結像されたトナーパターン像は光電変換され、その光電変換信号から各色矩形トナーパターンの長辺両側のエッジ位置を、しきい値を設定して検出し、その両側エッジ位置からその中央を、各トナーの形成位置とする。
【００６２】
この点について詳述する。図４の画像検出装置では、移動媒体５３を第２結像レンズ６４で第２エリアセンサ６６に結像している。そこで、移動媒体５３上にトナーパターンを形成すると、そのパターンは第２結像レンズ６４により第２エリアセンサ６６上に結像される。
【００６３】
図６（ａ）には第２エリアセンサ６６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２次元受光面の第２エリアセンサ６６上に、移動媒体５３上のＬＥＤ光照明領域に対応した領域が結像され、その領域の中に移動媒体５３上に形成されたトナーパターン像がある。第２エリアセンサ６６の出力信号のうち、Ａ画素行の画像信号を図６（ｂ）に示す。これは、トナーパターン像の強度分布波形となっている。このトナーパターン像の画像信号から、適切に設定されたエッジ検出しきい値７１を元にその前端、後端のエッジ位置７２，７３を検出し、このエッジ位置からトナーパターン中央位置７４を特定して、トナーパターンの形成位置が特定できる。これにより図５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を検出することができる。
【００６４】
なお、図６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。
【００６５】
また、副走査方向の各色トナーパターンの形成位置ずれは、図５でいえば、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。
【００６６】
一方、主走査方向の形成位置ずれは、トナーパターン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。
【００６７】
以上の方法によって、移動媒体上に形成されたトナーパターンの形成位置ずれを検出することができる。
【００６８】
図７は前記に加えて、移動媒体上のトナーパターンの画像濃度も検出する場合を示す図である。図７（ａ）では移動媒体である、例えば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ＬＥＤ照明光が入射しており、ベルト基体のｘ方向移動とともにＬＥＤ照明光はトナー階調パターンをなぞっていく。ＬＥＤ照明光がトナー階調パターンをなぞっていったときの、光電変換信号をベルト基体のｘ方向に対してプロットした模式図を図７（ｂ）に示す。
【００６９】
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光電変換信号がプロットされる。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。
【００７０】
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、非干渉光であるＬＥＤ光の照明、および結像により、移動媒体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が提供できる。
【００７１】
ただし、本実施例１のように検出する被検出面が同一領域の場合、可干渉光によるスペックルパターンを用いた移動媒体の速度検出と、非干渉光による移動媒体上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出を時間的に同時に行うことは互いにノイズとして影響するため好ましくない。これを回避するため、可干渉光によるスペックルパターンを用いた移動媒体の速度検出と、非干渉光による移動媒体上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出を時間的に重ならない独立した時間領域で行うようにする。可干渉光を発する第１光源と非干渉光を発する第２光源は、各々独立して排他的に点灯させて、可干渉光と非干渉光が同時に被検出面に照射されないようにする。
【００７２】
図８は本実施形態における実施例２の画像検出装置であり、図４に示した第１エリアセンサ５６と第２エリアセンサ６６に対して、結像レンズを共通的に１個配置するように構成したものである。２つのエリアセンサに対して共通の結像レンズ４４で結像させるため、移動媒体５３上の被検出面の検出位置は、第１のエリアセンサ５６に対してはａ点、第２のエリアセンサ６６に対してはｂ点を各センサに結像して検出するようにする。前記ａ点からは拡散反射光５７−１が、ｂ点からは拡散反射光５７−２が生じ、これらを共通の結像レンズ４４の入射瞳径で取り込んで、それぞれのエリアセンサに結像する。この場合、移動媒体５３上の検出位置が異なっていても、その位置が予めわかっていれば、本発明の目的に対しては特に問題はない。この別の例に対しても画像検出装置の動作としては前述の図４に示した例と同様である。
【００７３】
図９は本実施形態における実施例３の画像検出装置を示す図である。本実施例３では、図４，図８の各実施例における可干渉光の第１光源５１と非干渉光の第２光源６１に対応した別々の第１，第２エリアセンサ５６，６６を１個の１次元もしくは２次元エリアセンサ４６とし、共用化したものである。可干渉光を発する第１光源５１と非干渉光を発する第２光源６１を用いるのは、図４，図８の実施例１，２と同じであるが、両光源からの照明光が移動媒体５３で拡散反射された反射光は共通の結像レンズ４４、開口絞り４５により、共通のエリアセンサ４６に結像する。この構成により画像検出装置の全体の大きさが小型化でき、また部品点数削減による簡易化、低コスト化を計ることができる。
【００７４】
ただし、このように結像系およびエリアセンサを共通化した場合も可干渉光によるスペックルパターンを用いた移動媒体５３の速度検出と、非干渉光による移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出を同時に行うことは困難となる。これを可能とするため、可干渉光によるスペックルパターンを用いた移動媒体５３の速度検出と、非干渉光による移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出を時間的に重ならない独立した時間領域で行うようにする。可干渉光を発する第１光源５１と非干渉光を発する第２光源６１は、各々独立して排他的に点灯させて、可干渉光によるスペックルパターンと非干渉光による画像パターンが同一のエリアセンサで重複して光電変換されないようにする必要がある。
【００７５】
前述した各実施例の画像検出装置において、可干渉光を発する第１光源５１と、非干渉光を発する第２光源６１は間欠的に点灯されるが、その点灯タイミングは１次元もしくは２次元のエリアセンサ４６の画像読み出しフレームの駆動タイミングと時間的に同期して点灯させる。特に、１フレーム当たり、１回の点灯を行うことが望ましい。これは移動媒体５３の移動で、エリアセンサ上の結像パターンは時々刻々移動しており、１フレーム当たり複数回の点灯は複数の移動位置の情報が１フレーム内に混在してしまい、高精度な検出が困難となってしまうからである。
【００７６】
また、１フレーム当たり１回の点灯のときの点灯時間は、１フレームの読み出し時間より短くすることが望ましい。これを数値例で示すと、移動媒体５３の移動速度が３００ｍｍ／ｓｅｃとする。これを結像レンズで０．５倍の結像倍率で縮小結像する。このときエリアセンサ上の像移動速度は１５０ｍｍ／ｓｅｃとなる。エリアセンサのフレーム周波数を１ＫＨｚとすると、１フレーム中の像移動距離は１５０μｍ／ｓｅｃとなる。
【００７７】
例えば、エリアセンサの１画素の大きさを１０μｍとすると、エリアセンサの１フレーム時間だけ光源が点灯していた場合、点灯時間中にエリアセンサ上の画像は１５０μｍ動いてしまい、これは１５画素分の動きに相当する。このような状況では、速度検出、位置ずれ検出のための位置分解能が１５０μｍ程度となってしまい、高精度な速度検出、位置ずれ検出はできない。そこで例えば、光源の点灯時間を１フレームの読み出し時間の１／１０の０．１ｍｓとすると、点灯している間の像移動量は１５μｍとなり、点灯時間中１．５画素分しか移動せず、位置分解能が１５μｍ程度の高精度な速度検出、位置ずれ検出が可能となる。
【００７８】
以上のように光源の点灯時間を１フレームの時間間隔より短い時間間隔で発光させることは、可干渉光によるスペックルパターンによる速度検出だけでなく、非干渉光による画像パターンの位置ずれ検出の場合にも適用される。光源の点灯時間を１フレームの時間間隔より短い時間間隔で発光させる方法は、可干渉光を発する第１光源として、半導体レーザを用いる場合、および非干渉光を発する第２光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる場合、ともに発光が短パルス化することになり、連続発光よりも高出力な発光が可能となり、また同一発光パワーのときは光源寿命が長くできる等の利点が得られる。
【００７９】
また、前述したものとは別の方法として、第１，第２光源は各フレーム時間だけ間欠的に点灯させておき、各光源からの結像光を光電変換するエリアセンサの露光蓄積時間を１フレームの時間間隔より短い時間間隔となるように、エリアセンサを読み出し駆動して実現する方法もある。
【００８０】
図１０は図９に示した実施例３の画像検出装置の検出動作のタイミングチャートである。図１０において、横軸が時間軸であり、（ａ）はエリアセンサ４６の動作タイミングを示し、１フレーム時間ＴＦ０の繰返しによる連続撮像動作である。１フレーム時間ＴＦ０はエリアセンサ４６の受光に伴うスペックルパターンの露光蓄積動作Ｓの露光蓄積時間ＴＳと、信号読み出し動作Ｒの読み出し時間ＴＲから成り立つ。本実施例３では、可干渉光を発する第１光源５１による移動媒体５３の移動速度検出と、非干渉光を発する第２光源６１による移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出をエリアセンサ４６の各フレームに同期して、１フレーム毎、交互に行っている。
【００８１】
図１０（ｂ）は図９の可干渉光を発する第１光源５１の発光タイミングチャートを示し、１フレームおきに発光パルスＣで示す、発光時間ＴＣで発光させる。このとき、ＴＣ＜ＴＦ０であり、第１光源５１の発光時間ＴＣが１フレーム時間ＴＦ０より小さく設定されている。また、第１光源５１の発光時間ＴＣが露光蓄積時間ＴＳより小さく設定され、ＴＣ＜ＴＳでもある。
【００８２】
図１０（ｃ）に相互相関処理のタイミングチャートを示す。第１光源５１の発光に伴うスペックルパターンの読み出し後、画像信号は破線矢印１で示されるタイミングで受け渡され、動作領域ＭＣで示される相関演算処理により、フレームメモリに記憶されている２フレーム前のスペックルパターン画像信号との間での相互相関演算が行われる。この相関演算により、相関ピーク位置のずれ量を検出して、２フレーム前と現フレーム間の移動媒体５３の移動量が検出でき、結果からこの間の移動速度が算出できる。
【００８３】
図１０（ｄ）は図９における非干渉光を発する第２光源６１の発光タイミングを示し、図１０（ｂ）とは１フレームおきに発光パルスＩで示す、発光時間ＴＩで発光させる。このとき、ＴＩ＜ＴＦ０であり、第２光源６１の発光時間が１フレーム時間ＴＦ０より小さく設定されている。また、第２光源６１の発光時間ＴＩが露光蓄積時間ＴＳより小さく設定され、ＴＩ＜ＴＳでもある。
【００８４】
図１０（ｅ）に第２光源６１による移動媒体５３上の画像パターンの形成位置ずれの検出タイミングチャートを示す。第２光源６１の発光に伴う形成画像パターンの読み出し後、画像信号は破線矢印３で示されるタイミングで受け渡され、また同時に相関演算処理により検出された移動媒体５３の速度情報も破線矢印２で示されるタイミングで受け渡され、これら信号を合わせて動作領域ＭＰで示される位置ずれ検出処理により、移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれが検出される。
【００８５】
この検出処理には２フレーム前の第２光源６１の発光で検出された画像形成位置と、第１光源５１の発光で検出された移動媒体５３の移動速度と、現フレームでの第２光源６１の発光で検出された画像形成位置の３つの情報から検出処理される。第２光源６１の発光で画像検出位置が検出される様子を図１１に示す。図１１（ａ）はエリアセンサ４６の２次元受光面上に結像された移動媒体５３上の第２光源６１によるＬＥＤ光照明領域、およびＬＥＤ光照明領域内にある位置ずれ検出用のトナーパターン像を示す。
【００８６】
図９の画像検出装置における移動媒体５３上のトナーパターン像を、結像レンズ４４を介してエリアセンサ４６に結像している。移動媒体５３上に形成したトナーパターン像のエリアセンサ４６から出力信号のうち、Ａ画素行の画像信号を図１１（ｂ）に示す。トナーパターンの強度分布波形となっている。このトナーパターン像の画像信号から、適切に設定されたエッジ検出しきい値７１を元に、その前端のエッジ位置７２、後端のエッジ位置７３を検出し、これらのエッジ位置からトナーパターン中央位置７４を算出して、トナーパターンの形成位置を特定している。
【００８７】
トナーパターン像の形成位置の数値化は図１１（ｂ）に示すように、エリアセンサ４６の列の原点となる画素Ｘ０を設定し、Ｘ０からトナーパターン中央位置７４までの距離Ｘ２が形成位置となる。エリアセンサ４６には画素が高精度に配列されているので、この画素間隔を目盛りとして形成位置を高精度に算出することができる。
【００８８】
なお、図１１（ａ）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。
【００８９】
また、エリアセンサ４６上の光学像は、結像レンズ４４の歪曲収差により、必ずしも移動媒体５３上の相似パターンとはなっていないが、結像レンズ４４の歪曲収差を数値的に逆補正することで、収差の影響を回避することができる。
【００９０】
以上の方法により、トナーパターン像の形成位置ずれを検出する場合、図５に示した位置ずれ検出のためのトナーパターン群全体がエリアセンサ４６に一度の撮像で取り込めれば、前述した方法で形成位置ずれを検出できるが、一度の撮像で全体を取り込めない場合は、図１０に示したタイミングチャートのように、２フレームに１回で取り込むように、非干渉光の第２光源６１の照射による画像信号の隣接する２画像から形成位置ずれを求める。
【００９１】
具体的には、隣接する２画像の最初の画像中で基準となるトナーパターン像のパターン形成位置のＸ１を、原点画素Ｘ０を基点に算出し、同様に２フレーム後の画像中で注目パターンのパターン形成位置のＸ２を、原点画素Ｘ０を基点に算出する。さらに図１０で示した、破線矢印２で示されるタイミングで受け渡された相関演算処理により検出された移動媒体の速度ｖ１から、２フレーム間の移動媒体の移動距離Ｌ１は（数３）により算出できる。
【００９２】
【数３】
ここで、ｔｆはフレーム繰返し時間である。
以上より、基準パターンに対する注目パターンの形成位置Ｘは（数４）より算出できる。
【００９３】
【数４】
【００９４】
このように、画像検出装置で検出された移動媒体の移動速度ｖ１も使って、形成トナーパターンの形成位置検出が高精度にできる。
【００９５】
図１２は図９に示した実施例３の画像検出装置の別の検出動作のタイミングチャートである。図１２において、横軸が時間軸であり、（ａ）はエリアセンサ４６の動作タイミングを示し、１フレーム時間ＴＦ０の繰返しによる連続撮像動作である。ここでいう１フレーム時間ＴＦ０は、図１０に示した１フレーム時間ＴＦ０をとってある。図１２も同様に可干渉光を発する第１光源５１による移動媒体５３の移動速度検出と、非干渉光を発する第２光源６１による移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出をエリアセンサ４６の各フレームに同期して、１フレーム毎、交互に行っている。
【００９６】
図１２（ｂ）は図９の可干渉光を発する第１光源５１の発光タイミングチャートを示し、１フレームおきに発光パルスＣで示す、発光時間ＴＣで発光させる。このとき、図１２（ａ）に示すエリアセンサ４６の受光に伴うスペックルパターンの露光蓄積動作Ｓの露光蓄積時間ＴＳが、ＴＳ＜ＴＦ０であり、露光蓄積時間ＴＳが１フレーム時間より小さく設定されている。ここでは、第１光源５１の発光時間ＴＣが露光蓄積時間ＴＳよりは大きく設定され、ＴＣ＞ＴＳである。
【００９７】
図１２（ｃ）に相互相関処理のタイミングチャートを示す。第１光源５１の発光に伴うスペックルパターンの読み出し後、画像信号は破線矢印１で示されるタイミングで受け渡され、動作領域ＭＣで示される相関演算処理により、フレームメモリに記憶されている２フレーム前のスペックルパターン画像信号との間での相互相関演算が行われる。この相関演算により、相関ピーク位置のずれ量を検出して、２フレーム前と現フレーム間の移動媒体５３の移動量が検出でき、結果からこの間の移動速度が算出できる。
【００９８】
図１２（ｄ）は図９における非干渉光を発する第２光源６１の発光タイミングを示し、図１２（ｂ）とは１フレームおきに発光パルスＩで示す、発光時間ＴＩで発光させる。このとき、ＴＳ＜ＴＦ０，ＴＳ＜ＴＩとなるように設定されている。
【００９９】
図１２（ｅ）に第２光源６１による移動媒体５３上の画像パターンの形成位置ずれの検出タイミングチャートを示す。第２光源６１の発光に伴う形成画像パターンの読み出し後、画像信号は破線矢印３で示されるタイミングで受け渡され、また同時に相関演算処理により検出された移動媒体５３の速度情報も破線矢印２で示されるタイミングで受け渡され、これら信号は合わせて動作領域ＭＰで示される位置ずれ検出処理により、移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれが検出される。これ以後のトナーパターンの形成位置算出は図１１で説明した方法で算出できる。
【０１００】
本発明の実施形態における実施例４の画像形成装置は、前述の実施例１〜３の画像検出装置を図１に示した中間転写タイプの画像形成装置に適用したものである。本実施例４の画像検出装置は、図１に示す中間転写ベルト１０５の最終感光体ドラムＫ１の位置より下流側に配置され、中間転写ベルト１０５自身の送り速度を常時検出する。これと平行して中間転写ベルト１０５に各感光体ドラムから転写されたトナー画像パターンのうち、図５に示すようなトナー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。
【０１０１】
また、図７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１０５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。
【０１０２】
また、本実施形態の実施例５は、前述の実施例４と同様に画像検出装置を図２に示した直接転写タイプの画像形成装置に適用したものである。本画像検出装置は、紙等の記録媒体を搬送する搬送転写ベルト１０６の最終感光体ドラムＫ１の位置より下流側に配置され、搬送転写ベルト１０６自身の送り速度を常時検出する。これと平行して、搬送転写ベルト１０６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。搬送転写ベルト１０６上を搬送される紙に各感光体ドラムから転写されたトナー画像パターンのうち、図５に示すようなトナー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、搬送転写ベルト１０６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。
【０１０３】
また、前述した実施例４，５における画像形成装置において、搭載した画像検出装置の検出信号に応じて、ベルト送り速度を一定に制御するためフィードバックにより転写ベルト送りのモータ駆動を制御する手段（ベルト速度補正手段）を備える。
【０１０４】
具体的には、前述した図１の画像形成装置に適用した場合は、画像検出装置で検出した中間転写ベルト１０５の速度変動を元に、転写ベルト送り手段のモータ駆動制御にフィードバックして、ベルト送り速度を一定にする。あるいは、図２の画像形成装置に適用した場合は、画像検出装置で検出した搬送転写ベルト１０６の速度変動を元に、転写ベルト送り手段のモータ駆動制御にフィードバックして、ベルト送り速度を一定にする。
【０１０５】
また、画像検出装置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、書き込み開始位置を補正する手段（書き込み開始位置補正手段）を備え、例えば、図１，２の画像形成装置ともに、位置ずれに応じて画像書き込み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。また、副走査線の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、書き込み光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。
【０１０６】
また、画像検出装置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き込み位置をずらす手段を設けて補正する。
【０１０７】
以上の画像形成装置において、光走査装置による書き込み開始位置を補正する書き込み開始位置補正手段、あるいは中間転写ベルトまたは搬送転写ベルトの送り速度を補正するベルト速度補正手段、あるいはその両方の手段を備えて構成しても良いが、少なくとも一方を設けることでも良い。
【０１０８】
さらに、前述の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、現像器の現像バイアスにフィードバックし制御する、あるいは感光体ドラムの帯電器の電圧にフィードバックし制御する、あるいは光走査装置のレーザ書き込みパワーを調整して露光量を調整して、各色が適正な階調を持つ画像濃度となるように制御を行う。
【０１０９】
以上に説明した各実施例では、本発明の画像検出装置として電子写真プロセスを用いた画像形成装置に適用した例を挙げ説明してきたが、本発明の画像検出装置はこれに限定されるものではなく、インクジェットプロセス等による多色カラーの画像形成装置における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。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明に係る画像検出装置および画像形成装置は、移動媒体の速度変動を簡便かつ高精度に検出し、さらに移動媒体上に形成された各色画像パターンの位置ずれ、画像パターンの画像濃度の検出を行って、移動媒体の速度変動の補正に加え、形成された各色画像の位置ずれを検出補正して、さらに画像濃度を補正し、色ずれを大きく低減し画像階調も適正補正された高画質な画像を得ることができ、デジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ等の多色画像を取り扱う装置として有用である。
【符号の説明】
【０１１１】
１，３０１〜３０４ 感光体ドラム
２ 帯電器
４ 現像器
５ クリーニング手段
６ 転写用帯電器
２０ 光走査装置
３０ 定着手段
４０ 転写ローラ
４１ 搬送ベルト
４４ 結像レンズ
４５，５５ 開口絞り
４６ エリアセンサ
４７ ２次元受光面
５１ 第１光源
５２ コリメートレンズ
５３ 移動媒体
５４ 第１結像レンズ
５６ 第１エリアセンサ
５７，５７−１，５７−２ 拡散反射光
５８ 移動方向
６１ 第２光源
６４ 第２結像レンズ
６６ 第２エリアセンサ
７１ エッジ検出しきい値
７２ 前端のエッジ位置
７３ 後端のエッジ位置
７４ トナーパターン中央位置
１０５ 中間転写ベルト
１０６ 搬送転写ベルト
４００ 転写ベルト
１００１ 光源ユニット
１０４１ 線像形成レンズ
１０５０ ポリゴンミラー
１０６１〜１０６４ 走査レンズ
１１１１，１１２１ 折り返しミラー
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１２】
【特許文献１】特開２００８−６５７４３号公報
【特許文献２】特開２００３−２６６６８２８号公報
【特許文献３】特開昭６４−３５４６６号公報
【特許文献４】特開２００４−３０９２９２号公報
【特許文献５】特開２００４−２１１６４号公報
【特許文献６】特開２００２−７２６１２号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ走査による書き込み、あるいはインクジェット方式による書き込みによるデジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ等の多色画像を取り扱う装置に関し、特に中間転写ベルトや搬送ベルトの速度検出を行うとともに、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も行う画像検出装置と、その画像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画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のカラー画像形成装置においては、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。このようなタンデム方式では、各感光体上に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。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。
【０００３】
このような課題に対応し、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、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。また、特許文献２には、観測対象物からのレーザ光のスペックルを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。
【０００４】
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、よく知られているように、良好な画像を得るためには、静電潜像の現像に供給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。
【０００５】
これに対応して、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。（特許文献３〜６参照）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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した高精度な紙搬送の駆動制御を行うため、例えば特許文献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ために非常に手間がかかっているため、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、これとは別に、トナー濃度検出を行うために、トナー支持体の反射特性とトナーパターンの反射特性の差を複数の発光アレイと受光アレイによって行われていた。このように、画像形成に係る搬送速度変動の検出と、画像濃度の検出を同時に行う方法の開示はない。
【０００７】
本発明は、画像形成装置における移動媒体（中間転写ベルト、搬送ベルト、あるいは紙等の記録媒体）の速度変動を高精度に検出するとともに、画像濃度の検出も行って、形成された画像の各色の位置ずれを補正し、かつ画像の階調を補正することができる画像検出装置および画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る画像検出装置は、可干渉光を発する第１光源と、非干渉光を発する第２光源と、画像パターンが形成される移動媒体と、１次元もしくは２次元受光面を有する受光素子アレイと、移動媒体からの反射光を受光素子アレイに結像する結像手段とを有する画像検出装置において、第１光源が照射した移動媒体からの反射光を第１の結像手段を介して第１の受光素子アレイ上に結像し、移動媒体の移動に伴い時間的に異なる複数の画像信号を取得して、複数の画像信号の時間的に異なった２つの画像信号間で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で移動媒体の移動速度を検出する第１検出手段と、第２光源が照射した移動媒体からの反射光を第２の結像手段を介して第２の受光素子アレイ上に結像し、移動媒体の移動に伴い時間的に異なる画像信号を取得して、第２光源の照射により取得した画像信号の画像パターンから画像パターンの位置ずれ、および／または画像濃度を検出する第２検出手段とを備え、第１検出手段の処理と、第２検出手段の処理は異なる時間領域で行われることを特徴とする。
【０００９】
この構成によって、移動媒体の速度変動を簡便かつ高精度に検出でき、さらに移動媒体上に形成された各色画像パターンの位置ずれ、画像パターンの画像濃度の検出も行うことができる。
【００１０】
また、請求項２に記載した画像検出装置は、可干渉光を発する第１光源と、非干渉光を発する第２光源と、画像パターンが形成される移動媒体と、１次元もしくは２次元受光面を有する受光素子アレイと、移動媒体からの反射光を受光素子アレイに結像する結像手段とを有する画像検出装置において、第１光源の照射による移動媒体からの反射光、および第２光源の照射による移動媒体からの反射光のそれぞれを共通に１組配置した結像手段を介して受光素子アレイ上に結像し、移動媒体の移動速度を検出する第１検出手段の処理と、移動媒体の画像パターンの位置ずれ、および／または画像濃度を検出する第２検出手段の処理は異なる時間領域で行われることを特徴とする。
【００１１】
この構成よって、前記の効果に加え、さらに画像検出装置の簡易化、小型化、および低コスト化ができる。
【００１２】
また、請求項３に記載した発明は、請求項１，２の画像検出装置において、第１検出手段の処理に用いる第１光源が照射する時間と、第２検出手段の処理に用いる第２光源が照射する時間とは、受光素子アレイのフレーム読み出し時間に同期し、第１光源および第２光源の照射する時間が、１フレームを読み出すフレーム読み出し時間の間隔より短い間隔であることを特徴とする。
【００１３】
この構成によって、前記の効果に加え、高精度な速度変動、および画像パターンの位置ずれ検出ができる。
【００１４】
また、請求項４に記載した発明は、請求項１〜３の画像検出装置において、第２検出手段における移動媒体上に形成された画像パターンの位置ずれは、第１検出手段が検出した移動媒体の移動速度の値と、第２光源の照射により移動媒体の反射光を結像した受光素子アレイ上の画像パターンの結像位置とを基に検出することを特徴とする。
【００１５】
この構成によって、移動媒体のリアルタイムな速度変動も反映した高精度な画像パターンの位置ずれ量の検出ができる。
【００１６】
また、請求項５に記載した画像形成装置は、複数の像担持体と、複数の像担持体上に光ビームを走査して静電潜像を形成する光走査装置と、光走査装置が複数の像担持体上に形成した静電潜像を各色トナーで顕像化する現像手段と、複数の像担持体に対向配置した移動可能な中間転写ベルトと、像担持体上に顕像化された各色トナー画像を中間転写ベルトに転写する第１の転写手段と、中間転写ベルト上に重ね合わせて転写した各色トナー画像をシート状の記録媒体にさらに転写する第２の転写手段と、記録媒体に転写した各色トナー画像を定着する定着手段とを備え、多色またはカラー画像を形成する画像形成装置において、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像検出装置を設け、中間転写ベルトの移動速度の検出と、中間転写ベルト上の各色トナー画像の位置ずれ、および／または画像濃度を検出することを特徴とする。
【００１７】
この構成によって、中間転写ベルトの速度変動と、中間転写ベルト上の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ことが可能な画像形成装置を提供できる。
【００１８】
また、請求項６に記載した画像形成装置は、複数の像担持体と、複数の像担持体上に光ビームを走査して静電潜像を形成する光走査装置と、光走査装置が複数の像担持体上に形成した静電潜像を各色トナーで顕像化する現像手段と、複数の像担持体に対向配置したシート状の記録媒体を搬送する搬送転写ベルトと、搬送転写ベルトが搬送する記録媒体上に顕像化された各色トナー画像を重ね合わせて直接転写する転写手段と、記録媒体に転写した各色トナー画像を定着する定着手段とを備え、多色またはカラー画像を形成する画像形成装置において、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像検出装置を設け、搬送転写ベルトの移動速度の検出と、搬送転写ベルトが搬送する記録媒体上の各色トナー画像の位置ずれ、および／または画像濃度を検出することを特徴とする。
【００１９】
この構成によって、紙等の移動媒体を搬送する搬送転写ベルトの速度変動、移動媒体上に形成された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ことが可能な画像形成装置を提供できる。
【００２０】
また、請求項７に記載した発明は、請求項５，６の画像形成装置において、光走査装置の光ビームによる書込開始位置を補正する書き込み開始位置補正手段と、中間転写ベルトまたは搬送転写ベルトの送り駆動の速度を補正するベルト速度補正手段とのいずれか一方あるいは両方を設け、画像検出装置の検出に基づいた補正をすることを特徴とする。
【００２１】
この構成によって、画像検出装置で検出した結果を用いて、移動媒体の速度変動の補正に加え、形成された各色画像の位置ずれを検出補正して、色ずれを大きく低減した高画質な画像を得ることができる。
【００２２】
また、請求項８に記載した発明は、請求項５〜７の画像形成装置において、画像形成する画像濃度を補正する手段をさらに設け、画像検出装置の検出に基づいた補正をすることを特徴とする。
【００２３】
この構成によって、画像検出装置で検出した結果を用いて、画像濃度を補正して、画像階調が適正補正された高画質な画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、移動媒体の速度変動を簡便かつ高精度に検出し、さらに移動媒体上に形成された各色画像パターンの位置ずれ、画像パターンの画像濃度の検出を行って、移動媒体の速度変動の補正に加え、形成された各色画像の位置ずれを検出補正して、さらに画像濃度を補正して、色ずれを大きく低減し画像階調も適正補正された高画質な画像を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態における中間転写方式の画像形成装置の概略構成を示す図
【図２】本実施形態における直接転写方式の画像形成装置の概略構成を示す図
【図３】本実施形態における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
【図４】本実施形態における実施例１の画像検出装置の構成例を示す図
【図５】本実施例１のトナー画像パターンの位置ずれを検出するトナーパターンの形状例を示す図
【図６】本実施例１のエリアセンサに結像された（ａ）はトナーパターン像、（ｂ）はＡ画素行の画像信号を示す図
【図７】本実施例１のトナーパターンの画像濃度検出する（ａ）はトナー階調パターン、（ｂ）はｘ方向にプロットした画像反射率、（ｃ）は画像濃度を示す模式図
【図８】本実施形態における実施例２の画像検出装置の構成例を示す図
【図９】本実施形態における実施例３の画像検出装置の構成例を示す図
【図１０】本実施例３の画像検出装置の検出動作のタイミングチャート
【図１１】本実施例３のエリアセンサに結像された（ａ）はトナーパターン像、（ｂ）はＡ画素行の画像信号を示す図
【図１２】本実施例３の画像検出装置の別の検出動作のタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施形態における中間転写方式の画像形成装置の概略構成を示す図であり、また、図２は直接転写方式の画像形成装置の概略構成を示す図である。
【００２８】
図１に示すように中間転写方式の画像形成装置は、カラー画像に対応し、複数の感光体ドラムを備えるタンデムカラー機であって、このタンデムカラー機は、ブラック（Ｋ）用の感光体ドラムＫ１、帯電器Ｋ２、現像器Ｋ４、クリーニング手段Ｋ５、および転写用帯電手段Ｋ６と、シアン（Ｃ）用の感光体ドラムＣ１、帯電器Ｃ２、現像器Ｃ４、クリーニング手段Ｃ５、および転写用帯電手段Ｃ６と、マゼンタ（Ｍ）用の感光体ドラムＭ１、帯電器Ｍ２、現像器Ｍ４、クリーニング手段Ｍ５、および転写用帯電手段Ｍ６と、イエロー（Ｙ）用の感光体ドラムＹ１、帯電器Ｙ２、現像器Ｙ４、クリーニング手段Ｙ５、および転写用帯電手段Ｙ６と、光走査装置２０と、中間転写ベルト１０５と、定着手段３０、転写ローラ４０、搬送ベルト４１などを備えている。
【００２９】
光走査装置２０は、ブラック用の発光部、シアン用の発光部、マゼンタ用の発光部、イエロー用の発光部を備えている。そして、ブラック用の発光部からの光はブラック用の走査光学系を介して感光体ドラムＫ１に照射され、シアン用の発光部からの光はシアン用の走査光学系を介して感光体ドラムＣ１に照射され、マゼンタ用の発光部からの光はマゼンタ用の走査光学系を介して感光体ドラムＭ１に照射され、イエロー用の発光部からの光はイエロー用の走査光学系を介して感光体ドラムＹ１に照射されるようになっている。なお、色毎に光走査装置２０を備えていても良い。
【００３０】
各感光体ドラム１は、図１中の矢印の方向に回転し、回転順にそれぞれ帯電器２、現像器４、転写用帯電器６、クリーニング手段５が配置されている。各帯電器２は、対応する感光体ドラム１の表面を均一に帯電する。この帯電器２によって帯電された感光体ドラム１表面に光走査装置２０により光が照射され、感光体ドラム１に静電潜像が形成されるようになっている。そして、対応する現像器４により感光体ドラム１表面に各色のトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電器６により、中間転写ベルト１０５に各色のトナー像が順次転写され、最終的に転写ローラ４０により、中間転写ベルト１０５から紙媒体に転写された後、搬送ベルト４１で搬送されて定着手段３０で紙媒体に画像が定着される。
【００３１】
また、図２に示す直接転写方式の画像形成装置においても、略同様の処理により、各帯電器２によって感光体ドラム１の表面を均一に帯電され、感光体ドラム１表面に光走査装置２０からの光照射で、静電潜像が形成される。そして、対応する現像器４により感光体ドラム１表面に各色のトナー像が形成される。さらに、対応する転写用帯電器６により、搬送転写ベルト１０６上を搬送される紙媒体に各色のトナー像が順次転写され、最終的に定着手段３０で紙媒体に画像が定着される。
【００３２】
ここで、図１，図２に示すような構成の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転写ベルト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。
【００３３】
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方法が考えられる。このベルトの速度変動を検出するための検出手段として、前述の特許文献１では、ベルトに直接マークを形成する方法が行われていたが、このようなベルトに直接加工を行うことは難しく、また加工に時間を要することから量産性が悪く、大きなコストアップの要因でもあった。
【００３４】
本発明は、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ようにした画像検出装置を提供するものである。
【００３５】
図３は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を参照しながら光走査装置２０について説明する。図３に示すように、４つの感光体ドラム３０１，３０２，３０３，３０４（図１または図２の感光体１（Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ）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の搬送転写ベルト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。
【００３６】
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により走査された光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。
【００３７】
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。
【００３８】
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つまたは複数を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き込み開始位置を補正する書き込み開始位置補正手段（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（線像形成レンズ１０４１）の間に設けるのが良い。
【００３９】
図４は本実施形態における実施例１の画像検出装置の基本的な構成例を示す図である。画像検出装置は第１検出手段として移動媒体の移動速度の検出と、それと平行し第２検出手段として、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、および画像濃度も検出する機能を持っている。
【００４０】
図４に示すように、速度検出に関しては、移動媒体（中間転写ベルトや搬送転写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発する第１光源５１と、第１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受光素子アレイからなる第１エリアセンサ５６と、移動媒体５３と第１エリアセンサ５６の間に設けられた第１結像レンズ５４および開口絞り５５を有している。
【００４１】
そして、第１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媒体５３に対して斜めから照射し、移動媒体５３の移動平面に対し垂直方向から１次元もしくは２次元の第１エリアセンサ５６で撮像する。移動媒体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、図４に示す分布の拡散反射光５７を反射する。
【００４２】
本実施例１の画像検出装置においては、光源としてもうひとつ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの非干渉光を発する第２光源６１と、１次元もしくは２次元画像を取得可能な受光素子アレイの第２エリアセンサ６６と、移動媒体５３と第２エリアセンサ６６の間に設けられた第２結像レンズ６４を有している。
【００４３】
拡散反射光５７の一部を第１結像レンズ５４に取り込んで、第１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。
【００４４】
このスペックルパターンは、移動媒体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。そのため、移動媒体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、非常に安定に移動媒体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、通常は第１エリアセンサ５６と移動媒体５３間のレンズは必要ではない。しかし、何らかの外乱により、移動媒体５３が移動平面に対して傾きが発生してしまったとき、第１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。
【００４５】
そこで、前記の問題を回避するために、第１エリアセンサ５６と移動媒体５３の間に第１結像レンズ５４を配置して、移動媒体５３と第１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、移動媒体５３が移動平面に対して傾きが発生してしまっても、第１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。
【００４６】
なお、第１結像レンズ５４は、移動媒体５３と第１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、移動媒体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。したがって、移動媒体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。
【００４７】
さらに、第１結像レンズ５４は、移動媒体５３を第１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、移動媒体５３上の広い範囲を第１エリアセンサ５６上で縮小することができ、第１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、移動媒体５３の移動速度が速いときでも、第１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。第１エリアセンサ５６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媒体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。
【００４８】
なお、本実施例１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媒体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媒体５３を照明しても良い。
【００４９】
また、図４に示す開口絞り５５は、第１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の検出時、第１エリアセンサ５６上のスペックルパターンの最小径は、第１エリアセンサ５６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。第１エリアセンサ５６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、第１結像レンズ５４の瞳径を見込む角度に逆比例する。開口絞り５５により第１結像レンズ５４の瞳径を最適化させて、スペックルパターンの最小径を第１エリアセンサ５６の１画素の大きさと適正化させる。
【００５０】
第１エリアセンサ５６で取得した１次元もしくは２次元画像から移動媒体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。
【００５１】
以上の時間間隔τ、およびピーク位置ずれ量Δより、移動媒体５３の移動速度ｖは、（数１）として求められる。
【００５２】
【数１】
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。
【００５３】
前記した２つのスペックル画像間の相互相関関数の演算は（数２）により行う。
【００５４】
【数２】
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。
【００５５】
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。したがって、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。
【００５６】
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、移動媒体５３の移動速度ｖを算出することができる。
【００５７】
また、非干渉光による移動媒体５３上に形成された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方法について説明する。非干渉光を発する第２光源６１の出射光は移動媒体５３を照明し、移動媒体５３で拡散反射した拡散反射光５７は、第２結像レンズ６４により１次元または２次元の第２エリアセンサ６６に結像される。このとき、移動媒体５３と第２エリアセンサ６６は結像の共役関係となっている。このことにより移動媒体５３上に形成された画像パターンは１次元または２次元の第２エリアセンサ６６で光学像として光電変換される。
【００５８】
なお、図４において移動媒体５３の移動は、移動方向５８に示す方向、すなわち紙面に垂直方向である場合を示している。しかし、本発明はこれに限定されず、移動媒体５３が面内の任意の方向に移動する場合にも同様に適用できる。
【００５９】
また、図５に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トナーパターンの形状例を示す。ｘ方向に移動する移動媒体上に４色のトナーパターン群が形成されている。図５中のｘ方向、ｙ方向は画像形成装置の主走査方向が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（Ｋ）のトナーパターンである。
【００６０】
図５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。
【００６１】
以上のトナーパターン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。これらトナーパターン群を非干渉光を発する第２光源６１のＬＥＤ光で照明する。図５で示した楕円状の光分布がそれである。照明するＬＥＤ光は固定であるが移動媒体５３の移動に伴い、順次位置ずれ検出パターンをＬＥＤ光がスキャンしていくことになる。１次元もしくは２次元の第２エリアセンサ６６に結像されたトナーパターン像は光電変換され、その光電変換信号から各色矩形トナーパターンの長辺両側のエッジ位置を、しきい値を設定して検出し、その両側エッジ位置からその中央を、各トナーの形成位置とする。
【００６２】
この点について詳述する。図４の画像検出装置では、移動媒体５３を第２結像レンズ６４で第２エリアセンサ６６に結像している。そこで、移動媒体５３上にトナーパターンを形成すると、そのパターンは第２結像レンズ６４により第２エリアセンサ６６上に結像される。
【００６３】
図６（ａ）には第２エリアセンサ６６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２次元受光面の第２エリアセンサ６６上に、移動媒体５３上のＬＥＤ光照明領域に対応した領域が結像され、その領域の中に移動媒体５３上に形成されたトナーパターン像がある。第２エリアセンサ６６の出力信号のうち、Ａ画素行の画像信号を図６（ｂ）に示す。これは、トナーパターン像の強度分布波形となっている。このトナーパターン像の画像信号から、適切に設定されたエッジ検出しきい値７１を元にその前端、後端のエッジ位置７２，７３を検出し、このエッジ位置からトナーパターン中央位置７４を特定して、トナーパターンの形成位置が特定できる。これにより図５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を検出することができる。
【００６４】
なお、図６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。
【００６５】
また、副走査方向の各色トナーパターンの形成位置ずれは、図５でいえば、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。
【００６６】
一方、主走査方向の形成位置ずれは、トナーパターン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。
【００６７】
以上の方法によって、移動媒体上に形成されたトナーパターンの形成位置ずれを検出することができる。
【００６８】
図７は前記に加えて、移動媒体上のトナーパターンの画像濃度も検出する場合を示す図である。図７（ａ）では移動媒体である、例えば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ＬＥＤ照明光が入射しており、ベルト基体のｘ方向移動とともにＬＥＤ照明光はトナー階調パターンをなぞっていく。ＬＥＤ照明光がトナー階調パターンをなぞっていったときの、光電変換信号をベルト基体のｘ方向に対してプロットした模式図を図７（ｂ）に示す。
【００６９】
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光電変換信号がプロットされる。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。
【００７０】
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、非干渉光であるＬＥＤ光の照明、および結像により、移動媒体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が提供できる。
【００７１】
ただし、本実施例１のように検出する被検出面が同一領域の場合、可干渉光によるスペックルパターンを用いた移動媒体の速度検出と、非干渉光による移動媒体上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出を時間的に同時に行うことは互いにノイズとして影響するため好ましくない。これを回避するため、可干渉光によるスペックルパターンを用いた移動媒体の速度検出と、非干渉光による移動媒体上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出を時間的に重ならない独立した時間領域で行うようにする。可干渉光を発する第１光源と非干渉光を発する第２光源は、各々独立して排他的に点灯させて、可干渉光と非干渉光が同時に被検出面に照射されないようにする。
【００７２】
図８は本実施形態における実施例２の画像検出装置であり、図４に示した第１エリアセンサ５６と第２エリアセンサ６６に対して、結像レンズを共通的に１個配置するように構成したものである。２つのエリアセンサに対して共通の結像レンズ４４で結像させるため、移動媒体５３上の被検出面の検出位置は、第１のエリアセンサ５６に対してはａ点、第２のエリアセンサ６６に対してはｂ点を各センサに結像して検出するようにする。前記ａ点からは拡散反射光５７−１が、ｂ点からは拡散反射光５７−２が生じ、これらを共通の結像レンズ４４の入射瞳径で取り込んで、それぞれのエリアセンサに結像する。この場合、移動媒体５３上の検出位置が異なっていても、その位置が予めわかっていれば、本発明の目的に対しては特に問題はない。この別の例に対しても画像検出装置の動作としては前述の図４に示した例と同様である。
【００７３】
図９は本実施形態における実施例３の画像検出装置を示す図である。本実施例３では、図４，図８の各実施例における可干渉光の第１光源５１と非干渉光の第２光源６１に対応した別々の第１，第２エリアセンサ５６，６６を１個の１次元もしくは２次元エリアセンサ４６とし、共用化したものである。可干渉光を発する第１光源５１と非干渉光を発する第２光源６１を用いるのは、図４，図８の実施例１，２と同じであるが、両光源からの照明光が移動媒体５３で拡散反射された反射光は共通の結像レンズ４４、開口絞り４５により、共通のエリアセンサ４６に結像する。この構成により画像検出装置の全体の大きさが小型化でき、また部品点数削減による簡易化、低コスト化を計ることができる。
【００７４】
ただし、このように結像系およびエリアセンサを共通化した場合も可干渉光によるスペックルパターンを用いた移動媒体５３の速度検出と、非干渉光による移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出を同時に行うことは困難となる。これを可能とするため、可干渉光によるスペックルパターンを用いた移動媒体５３の速度検出と、非干渉光による移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出を時間的に重ならない独立した時間領域で行うようにする。可干渉光を発する第１光源５１と非干渉光を発する第２光源６１は、各々独立して排他的に点灯させて、可干渉光によるスペックルパターンと非干渉光による画像パターンが同一のエリアセンサで重複して光電変換されないようにする必要がある。
【００７５】
前述した各実施例の画像検出装置において、可干渉光を発する第１光源５１と、非干渉光を発する第２光源６１は間欠的に点灯されるが、その点灯タイミングは１次元もしくは２次元のエリアセンサ４６の画像読み出しフレームの駆動タイミングと時間的に同期して点灯させる。特に、１フレーム当たり、１回の点灯を行うことが望ましい。これは移動媒体５３の移動で、エリアセンサ上の結像パターンは時々刻々移動しており、１フレーム当たり複数回の点灯は複数の移動位置の情報が１フレーム内に混在してしまい、高精度な検出が困難となってしまうからである。
【００７６】
また、１フレーム当たり１回の点灯のときの点灯時間は、１フレームの読み出し時間より短くすることが望ましい。これを数値例で示すと、移動媒体５３の移動速度が３００ｍｍ／ｓｅｃとする。これを結像レンズで０．５倍の結像倍率で縮小結像する。このときエリアセンサ上の像移動速度は１５０ｍｍ／ｓｅｃとなる。エリアセンサのフレーム周波数を１ＫＨｚとすると、１フレーム中の像移動距離は１５０μｍ／ｓｅｃとなる。
【００７７】
例えば、エリアセンサの１画素の大きさを１０μｍとすると、エリアセンサの１フレーム時間だけ光源が点灯していた場合、点灯時間中にエリアセンサ上の画像は１５０μｍ動いてしまい、これは１５画素分の動きに相当する。このような状況では、速度検出、位置ずれ検出のための位置分解能が１５０μｍ程度となってしまい、高精度な速度検出、位置ずれ検出はできない。そこで例えば、光源の点灯時間を１フレームの読み出し時間の１／１０の０．１ｍｓとすると、点灯している間の像移動量は１５μｍとなり、点灯時間中１．５画素分しか移動せず、位置分解能が１５μｍ程度の高精度な速度検出、位置ずれ検出が可能となる。
【００７８】
以上のように光源の点灯時間を１フレームの時間間隔より短い時間間隔で発光させることは、可干渉光によるスペックルパターンによる速度検出だけでなく、非干渉光による画像パターンの位置ずれ検出の場合にも適用される。光源の点灯時間を１フレームの時間間隔より短い時間間隔で発光させる方法は、可干渉光を発する第１光源として、半導体レーザを用いる場合、および非干渉光を発する第２光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる場合、ともに発光が短パルス化することになり、連続発光よりも高出力な発光が可能となり、また同一発光パワーのときは光源寿命が長くできる等の利点が得られる。
【００７９】
また、前述したものとは別の方法として、第１，第２光源は各フレーム時間だけ間欠的に点灯させておき、各光源からの結像光を光電変換するエリアセンサの露光蓄積時間を１フレームの時間間隔より短い時間間隔となるように、エリアセンサを読み出し駆動して実現する方法もある。
【００８０】
図１０は図９に示した実施例３の画像検出装置の検出動作のタイミングチャートである。図１０において、横軸が時間軸であり、（ａ）はエリアセンサ４６の動作タイミングを示し、１フレーム時間ＴＦ０の繰返しによる連続撮像動作である。１フレーム時間ＴＦ０はエリアセンサ４６の受光に伴うスペックルパターンの露光蓄積動作Ｓの露光蓄積時間ＴＳと、信号読み出し動作Ｒの読み出し時間ＴＲから成り立つ。本実施例３では、可干渉光を発する第１光源５１による移動媒体５３の移動速度検出と、非干渉光を発する第２光源６１による移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出をエリアセンサ４６の各フレームに同期して、１フレーム毎、交互に行っている。
【００８１】
図１０（ｂ）は図９の可干渉光を発する第１光源５１の発光タイミングチャートを示し、１フレームおきに発光パルスＣで示す、発光時間ＴＣで発光させる。このとき、ＴＣ＜ＴＦ０であり、第１光源５１の発光時間ＴＣが１フレーム時間ＴＦ０より小さく設定されている。また、第１光源５１の発光時間ＴＣが露光蓄積時間ＴＳより小さく設定され、ＴＣ＜ＴＳでもある。
【００８２】
図１０（ｃ）に相互相関処理のタイミングチャートを示す。第１光源５１の発光に伴うスペックルパターンの読み出し後、画像信号は破線矢印１で示されるタイミングで受け渡され、動作領域ＭＣで示される相関演算処理により、フレームメモリに記憶されている２フレーム前のスペックルパターン画像信号との間での相互相関演算が行われる。この相関演算により、相関ピーク位置のずれ量を検出して、２フレーム前と現フレーム間の移動媒体５３の移動量が検出でき、結果からこの間の移動速度が算出できる。
【００８３】
図１０（ｄ）は図９における非干渉光を発する第２光源６１の発光タイミングを示し、図１０（ｂ）とは１フレームおきに発光パルスＩで示す、発光時間ＴＩで発光させる。このとき、ＴＩ＜ＴＦ０であり、第２光源６１の発光時間が１フレーム時間ＴＦ０より小さく設定されている。また、第２光源６１の発光時間ＴＩが露光蓄積時間ＴＳより小さく設定され、ＴＩ＜ＴＳでもある。
【００８４】
図１０（ｅ）に第２光源６１による移動媒体５３上の画像パターンの形成位置ずれの検出タイミングチャートを示す。第２光源６１の発光に伴う形成画像パターンの読み出し後、画像信号は破線矢印３で示されるタイミングで受け渡され、また同時に相関演算処理により検出された移動媒体５３の速度情報も破線矢印２で示されるタイミングで受け渡され、これら信号を合わせて動作領域ＭＰで示される位置ずれ検出処理により、移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれが検出される。
【００８５】
この検出処理には２フレーム前の第２光源６１の発光で検出された画像形成位置と、第１光源５１の発光で検出された移動媒体５３の移動速度と、現フレームでの第２光源６１の発光で検出された画像形成位置の３つの情報から検出処理される。第２光源６１の発光で画像検出位置が検出される様子を図１１に示す。図１１（ａ）はエリアセンサ４６の２次元受光面上に結像された移動媒体５３上の第２光源６１によるＬＥＤ光照明領域、およびＬＥＤ光照明領域内にある位置ずれ検出用のトナーパターン像を示す。
【００８６】
図９の画像検出装置における移動媒体５３上のトナーパターン像を、結像レンズ４４を介してエリアセンサ４６に結像している。移動媒体５３上に形成したトナーパターン像のエリアセンサ４６から出力信号のうち、Ａ画素行の画像信号を図１１（ｂ）に示す。トナーパターンの強度分布波形となっている。このトナーパターン像の画像信号から、適切に設定されたエッジ検出しきい値７１を元に、その前端のエッジ位置７２、後端のエッジ位置７３を検出し、これらのエッジ位置からトナーパターン中央位置７４を算出して、トナーパターンの形成位置を特定している。
【００８７】
トナーパターン像の形成位置の数値化は図１１（ｂ）に示すように、エリアセンサ４６の列の原点となる画素Ｘ０を設定し、Ｘ０からトナーパターン中央位置７４までの距離Ｘ２が形成位置となる。エリアセンサ４６には画素が高精度に配列されているので、この画素間隔を目盛りとして形成位置を高精度に算出することができる。
【００８８】
なお、図１１（ａ）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。
【００８９】
また、エリアセンサ４６上の光学像は、結像レンズ４４の歪曲収差により、必ずしも移動媒体５３上の相似パターンとはなっていないが、結像レンズ４４の歪曲収差を数値的に逆補正することで、収差の影響を回避することができる。
【００９０】
以上の方法により、トナーパターン像の形成位置ずれを検出する場合、図５に示した位置ずれ検出のためのトナーパターン群全体がエリアセンサ４６に一度の撮像で取り込めれば、前述した方法で形成位置ずれを検出できるが、一度の撮像で全体を取り込めない場合は、図１０に示したタイミングチャートのように、２フレームに１回で取り込むように、非干渉光の第２光源６１の照射による画像信号の隣接する２画像から形成位置ずれを求める。
【００９１】
具体的には、隣接する２画像の最初の画像中で基準となるトナーパターン像のパターン形成位置のＸ１を、原点画素Ｘ０を基点に算出し、同様に２フレーム後の画像中で注目パターンのパターン形成位置のＸ２を、原点画素Ｘ０を基点に算出する。さらに図１０で示した、破線矢印２で示されるタイミングで受け渡された相関演算処理により検出された移動媒体の速度ｖ１から、２フレーム間の移動媒体の移動距離Ｌ１は（数３）により算出できる。
【００９２】
【数３】
ここで、ｔｆはフレーム繰返し時間である。
以上より、基準パターンに対する注目パターンの形成位置Ｘは（数４）より算出できる。
【００９３】
【数４】
【００９４】
このように、画像検出装置で検出された移動媒体の移動速度ｖ１も使って、形成トナーパターンの形成位置検出が高精度にできる。
【００９５】
図１２は図９に示した実施例３の画像検出装置の別の検出動作のタイミングチャートである。図１２において、横軸が時間軸であり、（ａ）はエリアセンサ４６の動作タイミングを示し、１フレーム時間ＴＦ０の繰返しによる連続撮像動作である。ここでいう１フレーム時間ＴＦ０は、図１０に示した１フレーム時間ＴＦ０をとってある。図１２も同様に可干渉光を発する第１光源５１による移動媒体５３の移動速度検出と、非干渉光を発する第２光源６１による移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれ、および画像濃度検出をエリアセンサ４６の各フレームに同期して、１フレーム毎、交互に行っている。
【００９６】
図１２（ｂ）は図９の可干渉光を発する第１光源５１の発光タイミングチャートを示し、１フレームおきに発光パルスＣで示す、発光時間ＴＣで発光させる。このとき、図１２（ａ）に示すエリアセンサ４６の受光に伴うスペックルパターンの露光蓄積動作Ｓの露光蓄積時間ＴＳが、ＴＳ＜ＴＦ０であり、露光蓄積時間ＴＳが１フレーム時間より小さく設定されている。ここでは、第１光源５１の発光時間ＴＣが露光蓄積時間ＴＳよりは大きく設定され、ＴＣ＞ＴＳである。
【００９７】
図１２（ｃ）に相互相関処理のタイミングチャートを示す。第１光源５１の発光に伴うスペックルパターンの読み出し後、画像信号は破線矢印１で示されるタイミングで受け渡され、動作領域ＭＣで示される相関演算処理により、フレームメモリに記憶されている２フレーム前のスペックルパターン画像信号との間での相互相関演算が行われる。この相関演算により、相関ピーク位置のずれ量を検出して、２フレーム前と現フレーム間の移動媒体５３の移動量が検出でき、結果からこの間の移動速度が算出できる。
【００９８】
図１２（ｄ）は図９における非干渉光を発する第２光源６１の発光タイミングを示し、図１２（ｂ）とは１フレームおきに発光パルスＩで示す、発光時間ＴＩで発光させる。このとき、ＴＳ＜ＴＦ０，ＴＳ＜ＴＩとなるように設定されている。
【００９９】
図１２（ｅ）に第２光源６１による移動媒体５３上の画像パターンの形成位置ずれの検出タイミングチャートを示す。第２光源６１の発光に伴う形成画像パターンの読み出し後、画像信号は破線矢印３で示されるタイミングで受け渡され、また同時に相関演算処理により検出された移動媒体５３の速度情報も破線矢印２で示されるタイミングで受け渡され、これら信号は合わせて動作領域ＭＰで示される位置ずれ検出処理により、移動媒体５３上に形成された画像パターンの形成位置ずれが検出される。これ以後のトナーパターンの形成位置算出は図１１で説明した方法で算出できる。
【０１００】
本発明の実施形態における実施例４の画像形成装置は、前述の実施例１〜３の画像検出装置を図１に示した中間転写タイプの画像形成装置に適用したものである。本実施例４の画像検出装置は、図１に示す中間転写ベルト１０５の最終感光体ドラムＫ１の位置より下流側に配置され、中間転写ベルト１０５自身の送り速度を常時検出する。これと平行して中間転写ベルト１０５に各感光体ドラムから転写されたトナー画像パターンのうち、図５に示すようなトナー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。
【０１０１】
また、図７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１０５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。
【０１０２】
また、本実施形態の実施例５は、前述の実施例４と同様に画像検出装置を図２に示した直接転写タイプの画像形成装置に適用したものである。本画像検出装置は、紙等の記録媒体を搬送する搬送転写ベルト１０６の最終感光体ドラムＫ１の位置より下流側に配置され、搬送転写ベルト１０６自身の送り速度を常時検出する。これと平行して、搬送転写ベルト１０６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。搬送転写ベルト１０６上を搬送される紙に各感光体ドラムから転写されたトナー画像パターンのうち、図５に示すようなトナー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、搬送転写ベルト１０６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。
【０１０３】
また、前述した実施例４，５における画像形成装置において、搭載した画像検出装置の検出信号に応じて、ベルト送り速度を一定に制御するためフィードバックにより転写ベルト送りのモータ駆動を制御する手段（ベルト速度補正手段）を備える。
【０１０４】
具体的には、前述した図１の画像形成装置に適用した場合は、画像検出装置で検出した中間転写ベルト１０５の速度変動を元に、転写ベルト送り手段のモータ駆動制御にフィードバックして、ベルト送り速度を一定にする。あるいは、図２の画像形成装置に適用した場合は、画像検出装置で検出した搬送転写ベルト１０６の速度変動を元に、転写ベルト送り手段のモータ駆動制御にフィードバックして、ベルト送り速度を一定にする。
【０１０５】
また、画像検出装置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、書き込み開始位置を補正する手段（書き込み開始位置補正手段）を備え、例えば、図１，２の画像形成装置ともに、位置ずれに応じて画像書き込み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。また、副走査線の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、書き込み光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。
【０１０６】
また、画像検出装置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き込み位置をずらす手段を設けて補正する。
【０１０７】
以上の画像形成装置において、光走査装置による書き込み開始位置を補正する書き込み開始位置補正手段、あるいは中間転写ベルトまたは搬送転写ベルトの送り速度を補正するベルト速度補正手段、あるいはその両方の手段を備えて構成しても良いが、少なくとも一方を設けることでも良い。
【０１０８】
さらに、前述の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、現像器の現像バイアスにフィードバックし制御する、あるいは感光体ドラムの帯電器の電圧にフィードバックし制御する、あるいは光走査装置のレーザ書き込みパワーを調整して露光量を調整して、各色が適正な階調を持つ画像濃度となるように制御を行う。
【０１０９】
以上に説明した各実施例では、本発明の画像検出装置として電子写真プロセスを用いた画像形成装置に適用した例を挙げ説明してきたが、本発明の画像検出装置はこれに限定されるものではなく、インクジェットプロセス等による多色カラーの画像形成装置における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。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明に係る画像検出装置および画像形成装置は、移動媒体の速度変動を簡便かつ高精度に検出し、さらに移動媒体上に形成された各色画像パターンの位置ずれ、画像パターンの画像濃度の検出を行って、移動媒体の速度変動の補正に加え、形成された各色画像の位置ずれを検出補正して、さらに画像濃度を補正し、色ずれを大きく低減し画像階調も適正補正された高画質な画像を得ることができ、デジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ等の多色画像を取り扱う装置として有用である。
【符号の説明】
【０１１１】
１，３０１〜３０４ 感光体ドラム
２ 帯電器
４ 現像器
５ クリーニング手段
６ 転写用帯電器
２０ 光走査装置
３０ 定着手段
４０ 転写ローラ
４１ 搬送ベルト
４４ 結像レンズ
４５，５５ 開口絞り
４６ エリアセンサ
４７ ２次元受光面
５１ 第１光源
５２ コリメートレンズ
５３ 移動媒体
５４ 第１結像レンズ
５６ 第１エリアセンサ
５７，５７−１，５７−２ 拡散反射光
５８ 移動方向
６１ 第２光源
６４ 第２結像レンズ
６６ 第２エリアセンサ
７１ エッジ検出しきい値
７２ 前端のエッジ位置
７３ 後端のエッジ位置
７４ トナーパターン中央位置
１０５ 中間転写ベルト
１０６ 搬送転写ベルト
４００ 転写ベルト
１００１ 光源ユニット
１０４１ 線像形成レンズ
１０５０ ポリゴンミラー
１０６１〜１０６４ 走査レンズ
１１１１，１１２１ 折り返しミラー
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１２】
【特許文献１】特開２００８−６５７４３号公報
【特許文献２】特開２００３−２６６６８２８号公報
【特許文献３】特開昭６４−３５４６６号公報
【特許文献４】特開２００４−３０９２９２号公報
【特許文献５】特開２００４−２１１６４号公報
【特許文献６】特開２００２−７２６１２号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉光を発する第１光源と、非干渉光を発する第２光源と、画像パターンが形成される移動媒体と、１次元もしくは２次元受光面を有する受光素子アレイと、前記移動媒体からの反射光を前記受光素子アレイに結像する結像手段とを有する画像検出装置において、
前記第１光源が照射した前記移動媒体からの反射光を第１の結像手段を介して第１の受光素子アレイ上に結像し、前記移動媒体の移動に伴い時間的に異なる複数の画像信号を取得して、前記複数の画像信号の時間的に異なった２つの画像信号間で相互相関演算を行い、前記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で前記移動媒体の移動速度を検出する第１検出手段と、
前記第２光源が照射した前記移動媒体からの反射光を第２の結像手段を介して第２の受光素子アレイ上に結像し、前記移動媒体の移動に伴い時間的に異なる画像信号を取得して、前記第２光源の照射により取得した画像信号の画像パターンから前記画像パターンの位置ずれ、および／または画像濃度を検出する第２検出手段とを備え、
前記第１検出手段の処理と、前記第２検出手段の処理は異なる時間領域で行われることを特徴とする画像検出装置。
【請求項２】
可干渉光を発する第１光源と、非干渉光を発する第２光源と、画像パターンが形成される移動媒体と、１次元もしくは２次元受光面を有する受光素子アレイと、前記移動媒体からの反射光を前記受光素子アレイに結像する結像手段とを有する画像検出装置において、
前記第１光源の照射による移動媒体からの反射光、および前記第２光源の照射による前記移動媒体からの反射光のそれぞれを共通に１組配置した結像手段を介して受光素子アレイ上に結像し、前記移動媒体の移動速度を検出する第１検出手段の処理と、前記移動媒体の画像パターンの位置ずれ、および／または画像濃度を検出する第２検出手段の処理は異なる時間領域で行われることを特徴とする画像検出装置。
【請求項３】
前記第１検出手段の処理に用いる第１光源が照射する時間と、前記第２検出手段の処理に用いる第２光源が照射する時間とは、前記受光素子アレイのフレーム読み出し時間に同期し、前記第１光源および第２光源の照射する時間が、１フレームを読み出す前記フレーム読み出し時間の間隔より短い間隔であることを特徴とする請求項１または２記載の画像検出装置。
【請求項４】
前記第２検出手段における移動媒体上に形成された画像パターンの位置ずれは、前記第１検出手段が検出した前記移動媒体の移動速度の値と、第２光源の照射により前記移動媒体の反射光を結像した受光素子アレイ上の画像パターンの結像位置とを基に検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の画像検出装置。
【請求項５】
複数の像担持体と、前記複数の像担持体上に光ビームを走査して静電潜像を形成する光走査装置と、前記光走査装置が前記複数の像担持体上に形成し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配置した移動可能な中間転写ベルトと、前記像担持体上に顕像化された各色トナー画像を前記中間転写ベルトに転写する第１の転写手段と、前記中間転写ベルト上に重ね合わせて転写した各色トナー画像をシート状の記録媒体にさらに転写する第２の転写手段と、前記記録媒体に転写した各色トナー画像を定着する定着手段とを備え、多色またはカラー画像を形成する画像形成装置において、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像検出装置を設け、前記中間転写ベルトの移動速度の検出と、中間転写ベルト上の各色トナー画像の位置ずれ、および／または画像濃度を検出することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
複数の像担持体と、前記複数の像担持体上に光ビームを走査して静電潜像を形成する光走査装置と、前記光走査装置が前記複数の像担持体上に形成し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配置したシート状の記録媒体を搬送する搬送転写ベルトと、前記搬送転写ベルトが搬送する記録媒体上に前記顕像化された各色トナー画像を重ね合わせて直接転写する転写手段と、前記記録媒体に転写した各色トナー画像を定着する定着手段とを備え、多色またはカラー画像を形成する画像形成装置において、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像検出装置を設け、前記搬送転写ベルトの移動速度の検出と、搬送転写ベルトが搬送する記録媒体上の各色トナー画像の位置ずれ、および／または画像濃度を検出することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記光走査装置の光ビームによる書き込み開始位置を補正する書き込み開始位置補正手段と、前記中間転写ベルトまたは前記搬送転写ベルトの送り駆動の速度を補正するベルト速度補正手段とのいずれか一方あるいは両方を設け、前記画像検出装置の検出に基づいた補正をすることを特徴とする請求項５または６記載の画像形成装置。
【請求項８】
画像形成する画像濃度を補正する手段をさらに設け、前記画像検出装置の検出に基づいた補正をすることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１】
可干渉光を発する第１光源と、非干渉光を発する第２光源と、画像パターンが形成される移動媒体と、１次元もしくは２次元受光面を有する受光素子アレイと、前記移動媒体からの反射光を前記受光素子アレイに結像する結像手段とを有する画像検出装置において、
前記第１光源が照射した前記移動媒体からの反射光を第１の結像手段を介して第１の受光素子アレイ上に結像し、前記移動媒体の移動に伴い時間的に異なる複数の画像信号を取得して、前記複数の画像信号の時間的に異なった２つの画像信号間で相互相関演算を行い、前記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で前記移動媒体の移動速度を検出する第１検出手段と、
前記第２光源が照射した前記移動媒体からの反射光を第２の結像手段を介して第２の受光素子アレイ上に結像し、前記移動媒体の移動に伴い時間的に異なる画像信号を取得して、前記第２光源の照射により取得した画像信号の画像パターンから前記画像パターンの位置ずれ、および／または画像濃度を検出する第２検出手段とを備え、
前記第１検出手段の処理と、前記第２検出手段の処理は異なる時間領域で行われることを特徴とする画像検出装置。
【請求項２】
可干渉光を発する第１光源と、非干渉光を発する第２光源と、画像パターンが形成される移動媒体と、１次元もしくは２次元受光面を有する受光素子アレイと、前記移動媒体からの反射光を前記受光素子アレイに結像する結像手段とを有する画像検出装置において、
前記第１光源の照射による移動媒体からの反射光、および前記第２光源の照射による前記移動媒体からの反射光のそれぞれを共通に１組配置した結像手段を介して受光素子アレイ上に結像し、前記移動媒体の移動速度を検出する第１検出手段の処理と、前記移動媒体の画像パターンの位置ずれ、および／または画像濃度を検出する第２検出手段の処理は異なる時間領域で行われることを特徴とする画像検出装置。
【請求項３】
前記第１検出手段の処理に用いる第１光源が照射する時間と、前記第２検出手段の処理に用いる第２光源が照射する時間とは、前記受光素子アレイのフレーム読み出し時間に同期し、前記第１光源および第２光源の照射する時間が、１フレームを読み出す前記フレーム読み出し時間の間隔より短い間隔であることを特徴とする請求項１または２記載の画像検出装置。
【請求項４】
前記第２検出手段における移動媒体上に形成された画像パターンの位置ずれは、前記第１検出手段が検出した前記移動媒体の移動速度の値と、第２光源の照射により前記移動媒体の反射光を結像した受光素子アレイ上の画像パターンの結像位置とを基に検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の画像検出装置。
【請求項５】
複数の像担持体と、前記複数の像担持体上に光ビームを走査して静電潜像を形成する光走査装置と、前記光走査装置が前記複数の像担持体上に形成し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配置した移動可能な中間転写ベルトと、前記像担持体上に顕像化された各色トナー画像を前記中間転写ベルトに転写する第１の転写手段と、前記中間転写ベルト上に重ね合わせて転写した各色トナー画像をシート状の記録媒体にさらに転写する第２の転写手段と、前記記録媒体に転写した各色トナー画像を定着する定着手段とを備え、多色またはカラー画像を形成する画像形成装置において、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像検出装置を設け、前記中間転写ベルトの移動速度の検出と、中間転写ベルト上の各色トナー画像の位置ずれ、および／または画像濃度を検出することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
複数の像担持体と、前記複数の像担持体上に光ビームを走査して静電潜像を形成する光走査装置と、前記光走査装置が前記複数の像担持体上に形成し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配置したシート状の記録媒体を搬送する搬送転写ベルトと、前記搬送転写ベルトが搬送する記録媒体上に前記顕像化された各色トナー画像を重ね合わせて直接転写する転写手段と、前記記録媒体に転写した各色トナー画像を定着する定着手段とを備え、多色またはカラー画像を形成する画像形成装置において、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像検出装置を設け、前記搬送転写ベルトの移動速度の検出と、搬送転写ベルトが搬送する記録媒体上の各色トナー画像の位置ずれ、および／または画像濃度を検出することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記光走査装置の光ビームによる書き込み開始位置を補正する書き込み開始位置補正手段と、前記中間転写ベルトまたは前記搬送転写ベルトの送り駆動の速度を補正するベルト速度補正手段とのいずれか一方あるいは両方を設け、前記画像検出装置の検出に基づいた補正をすることを特徴とする請求項５または６記載の画像形成装置。
【請求項８】
画像形成する画像濃度を補正する手段をさらに設け、前記画像検出装置の検出に基づいた補正をすることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２１１１１８（Ｐ２０１０−２１１１１８Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５９４６６（Ｐ２００９−５９４６６）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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