(57)【要約】【課題】飛翔する粒子を撮影し、得られた静止画像から粒子の飛翔速度を計測する方法において、粒子の径が広い範囲に分布する場合、又は形態の異なる粒子を含む場合であっても粒子の飛翔速度を正確に計測する。【解決手段】飛翔するトナー粒子の撮影を所定の時間間隔をおいて２度行い、得られた二つの静止画像の一方から複数の形態の粒子と抽出し、それぞれに対応するマスクを作成する。このマスクは粒子部分と背景部分とが区別されたものであり、静止画像上にこのマスクを走査し、相関係数が大きくなる位置で、マスクの粒子部分と対応させて静止画像上の粒子部分を特定し、画像を２値化する。これらの静止画像から複数の粒子を含むパターンの相互相関により、双方の画像上の同一粒子を特定する。このとき相互相関を照査するときの検査領域の画像内に含まれる粒子数を適切なほぼ一定の値とする。【選択図】    図２
2004198333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔する粒子を同じ位置で所定の微小時間間隔をおいて撮像し、第１の静止画像と第２の静止画像とを得る工程と、
撮像した第１の静止画像又は第２の静止画像に撮影された粒子像から複数の異なる形態の粒子像を選択する工程と、
選択された粒子像について、粒子部分と背景部分とを区別する工程と、
前記粒子像のそれぞれをマスクとして前記第１の静止画像及び第２の静止画像上に走査し、各位置についてマスク画面の輝度分布と前記第１の静止画像又は第２の静止画像の輝度分布との相関値を演算する工程と、
該相関値に基づいて、粒子像の位置を特定し、前記粒子像において区別した粒子部分と背景部分とから、第１の静止画像及び第２の静止画像との各画素を２値化する工程と、
２値化された前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程と、
前記第１の静止画像と第２の静止画像とにおける前記着目粒子の位置と、前記第１の静止画像と第２の静止画像との撮像時間間隔である前記所定時間とから、前記着目粒子の飛翔速度を演算する工程と、を含むことを特徴とする飛翔粒子の速度計測方法。
【請求項２】
着目粒子の粒径を前記静止画像に基づいて演算する工程と、
前記着目粒子の粒径と該着目粒子が飛翔する領域における粒子速度に影響を及ぼす因子とに基づいて、該着目粒子の飛翔速度及び方向を演算により推定する工程とを有し、
前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程は、前記演算により推定された飛翔速度及び方向を利用するものであることを特徴とする請求項１に記載の飛翔粒子の速度計測方法。
【請求項３】
前記着目粒子の飛翔速度及び方向を演算により推定する工程は、
粒子の特性と、粒子の飛翔領域の各位置における速度に影響を与える因子と、飛翔速度及び方向との関係をあらかじめ演算して、データベース化されたルックアップテーブルを作成し、
演算された着目粒子の特性と着目粒子の位置とから、前記ルックアップテーブルを参照して各粒子の飛翔速度及び方向を推定することを特徴とする請求項２に記載の飛翔粒子の速度計測方法。
【請求項４】
前記粒子は電荷を有し、二つの物体間に印加されたバイアス電圧による電界内を飛翔するものであり、
前記着目粒子の飛翔速度及び方向を演算により推定する工程は、
前記二つの物体間における電界の強さの分布を演算し、
前記着目粒子の粒径から該着目粒子が有する電荷量及び質量を演算により推定し、
該電荷量、質量及び前記電界の分布に基づいて該着目粒子の飛翔速度及び方向を演算することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の飛翔粒子の速度計測方法。
【請求項５】
前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程は、
一方の静止画像で着目した粒子及びその周辺の１又は２以上の粒子を含む範囲を検査領域として取り出し、
該検査領域の画像を他方の静止画像上に走査して各位置にについて相関値を演算し、
該相関値に基づいて特定するものとし、
前記検査領域内に含まれる粒子数が所定の範囲内となるように、着目粒子付近に他の粒子が密にあるときは検査領域の範囲を狭く、着目粒子付近にある他の粒子が疎であるときは検査領域の範囲を広く設定することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の飛翔粒子の速度計測方法。
【請求項６】
前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程は、
一方の静止画像で着目した粒子及びその周辺の１又は２以上の粒子を含む範囲を検査領域として取り出し、
該検査領域の画像を他方の静止画像上に走査して各位置について相関値を演算し、
該相関値に基づいて特定するものとし、
第１の静止画像及び第２の静止画像には、画像内に分布する粒子がほぼ一様となるように疎な部分に仮想粒子を書き込み、
前記検査領域は、着目粒子を含む所定の大きさの範囲に設定することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の飛翔粒子の速度計測方法。
【請求項７】
飛翔する粒子を同じ位置で所定の微小時間間隔をおいて撮像し、第１の静止画像と第２の静止画像とを得る工程と、
前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程と、
前記第１の静止画像と第２の静止画像とにおける前記着目粒子の位置と、前記第１の静止画像と第２の静止画像との撮像時間間隔である前記所定の微小時間とから、前記着目粒子の飛翔速度を演算する工程と、を含み、
前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程は、
一方の静止画像で着目した粒子及びその周辺の１又は２以上の粒子を含む範囲を検査領域として取り出し、
該検査領域の画像を他方の静止画像上に走査して各位置にについて相関値を演算し、
該相関値に基づいて特定するものとし、
前記検査領域内に含まれる粒子数が所定の範囲内となるように、着目粒子付近に他の粒子が密にあるときは前記検査領域の範囲を狭く、着目粒子付近にある他の粒子が疎であるときは前記検査領域の範囲を広く設定すること、を特徴とする飛翔粒子の速度計測方法。
【請求項８】
飛翔する粒子を同じ位置で所定の微小時間間隔をおいて撮像し、第１の静止画像と第２の静止画像とを得る工程と、
前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程と、
前記第１の静止画像と第２の静止画像とにおける前記着目粒子の位置と、前記第１の静止画像と第２の静止画像との撮像時間間隔である前記所定の微小時間とから、前記着目粒子の飛翔速度を演算する工程と、を含み、
前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程は、
一方の静止画像で着目した粒子及びその周辺の１又は２以上の粒子を含む範囲を検査領域として取り出し、
該検査領域の画像を他方の静止画像上に走査して各位置にについて相関値を演算し、
該相関値に基づいて特定するものとし、
第１の静止画像及び第２の静止画像には、画像内に分布する粒子がほぼ一様となるように疎な部分に仮想粒子を書き込み、
前記検査領域は、着目粒子を含む所定の大きさの範囲に設定することを特徴とする飛翔粒子の速度計測方法。
【請求項９】
飛翔する粒子を撮像して静止画像を得る工程と、
異なる粒子の形態に対応した複数のマスクを作成する工程と、
前記マスクを静止画像上に走査し、各位置についてマスク画面の輝度分布と前記静止画像の輝度分布との相関値を演算する工程と、
該相関値に基づいて、粒子像の位置及び形態を特定することを特徴とする飛翔粒子の判別方法。
【請求項１０】
前記マスクを作成する工程は、実際に飛翔する粒子を撮影した画像から、複数の粒子を選択してそれぞれ粒子毎に切り出すものであることを特徴とする請求項９に記載の飛翔粒子の判別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体等の挙動を調べるために、実際に飛翔する粉体粒子、特に複写機、ファクシミリ等の画像形成装置において現像に供される粉状トナーの飛翔速度を好適に計測することができる飛翔粒子の速度計測方法、及びこの方法に用いることができる飛翔粒子の判別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不可視現象である流体の挙動を可視化するために、流体中にトレーサ粒子等を導入し、レーザ光により照明された粒子画像をＣＣＤカメラ等で取得することで流れ場の流速分布を測定する方法は、ＰＩＶ(Particle Image Velocimetry)［非特許文献１参照］又は、ＰＴＶ(Particle Tracking Velocimetry)［非特許文献２参照］としてさまざまな分野で利用されている。
【０００３】
また、ＰＩＶ計測システムとしては、次のようなシステムが開示されている［非特許文献３］。
このシステムは、光源に2本のNd:YAGレーザ（ツインＹＡＧレーザ、出力20〜200mJ程度、波長532nm、最小パルス幅6ns、パルス間隔0.1s〜200ns）を用い、画像入力部に高解像度のＣＣＤカメラ（相関カメラ、1024×1024画素-2048×2048画素、モノクロ画像）を用いる。そして、光源及びカメラを同期させて動作させることにより、2時刻の瞬間の高解像度画像をコンピュータの画像メモリーに取り込み、これらの画像を相互相関ＰＩＶ又はＰＴＶにより解析して、ほぼ瞬間的に速度分布に変換するものである。
【０００４】
一方、電子写真方式、静電記録方式等、粉状トナーを用いて可視像を形成する方式の画像形成装置において、トナーの挙動や移動速度を観察することは、良好な画像を得るために非常に重要なことである。トナーを用いる画像形成装置では、像担持体上に形成された静電潜像に現像装置からトナーが転移し、像担持体上に可視化されたトナー像が形成される。このような過程において、像担持体と現像装置との間におけるトナーの挙動や移動速度を観察することにより、像担持体と現像装置との間で生じる種々の画質低下の原因を明らかにすることも可能である。
【０００５】
像担持体と現像装置との間におけるトナーの移動速度を観察する方法としては、次のような方法が開示されている［非特許文献４］。
この方法は、誘電体ドラムと現像装置との間隙部にプロセス上流側から垂直に平面光を照射する光源と、誘電体ドラムと現像装置との間隙部で光が照射された領域をほぼ垂直な方向から撮像するカメラと、撮像された画像の信号を解析する画像処理装置とを用いて、誘電体ドラムと現像装置との間隙を飛翔する粒子の挙動を観察するものである。
【０００６】
上記誘電体ドラム上には、帯電装置によって静電潜像が形成され、誘電体ドラムと現像装置との間には電界が形成されており、誘電体ドラム上の静電潜像が現像装置と対向する位置を通過するときに、現像装置から電荷を有するトナーが飛翔する。このとき、誘電体ドラムと現像装置との間隙部分には、プロセス方向の上流側から、該感光体ドラムの軸線と垂直な平面光が照射されている。そして、この平面光によって照射されたトナーがカメラによって撮影される。
【０００７】
撮影は、所定時間をおいて少なくとも２回行なわれ、これらによって得られる複数の画像は先に述べた相互相関ＰＩＶによって解析される。これにより、２つの画像にそれぞれ撮影された複数の粒子から同一の粒子が特定され、これら同一粒子の位置の差および撮影を行なう時間の間隔とからトナーの飛翔速度が計算される。
【０００８】
【非特許文献１】
加賀昭和、井上義雄、山口▲克▼人著「可視化情報Vol.14  No.53」1994年4月p.108〜p.115
【非特許文献２】
植村知正、山本富士夫、幸川光雄著「可視化情報Vol.10  No.38」1990年7月p.196〜p.202
【非特許文献３】
「日本機械学会論文集（Ｂ編）65巻第629号」1999年1月p.8〜p.14
【非特許文献４】
平林純、高橋通著「日本画像学会誌第３９巻第３号」2000年p.229〜p.240
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来から知られている方法では、次に述べる問題点がある。
流体が移動する領域にトレーサ粒子を供給し、これらの移動を観測して移動速度を計測する場合には、トレーサ粒子の粒径を均一にすることができ、粒子の移動をほぼ正確に追跡することができる。しかし、例えば、静電潜像の現像に供されるトナー粒子は粒径が均一ではなく、ある程度の範囲に粒度が分布している。そして、トナー粒子の粒径が異なると電荷量、質量、空気抵抗、付着力等が相違し、電界内での挙動もそれぞれの粒子で異なるものとなる。また、静電潜像の現像が行なわれる領域では位置によって電界の強さが異なっており、トナー粒子の挙動も異なる。
【００１０】
このような状況においては、前記ＰＩＶシステムを用いて２つの画像の相互相関を解析し、２つの画像間で対応する同一の粒子を特定するときに、誤った粒子と対応づける可能性が増大してしまう。このため、計測の精度が著しく低下するという問題点が生じている。
【００１１】
さらに、トナー粒子は、トレーサ粒子のようにそれぞれの粒子が単独で飛翔するものだけではなく、複数の粒子が付着して飛翔するものがある。このように複数が凝集した粒子は、単独で飛翔する粒子と著しく挙動が異なるものとなる。そして、相互相関ＰＩＶを用いるために画像を２値化したときに、上記のような粒子の状態が的確に反映されていないと、粒子の移動速度及び方向の予測が難しくなる。このため、上記のように２つの画像間における粒子の対応を特定する時の過誤を少なくするために、粒子の飛翔速度及び方向を予測しようとしても、改善効果が低減されてしまい、正確に２つの画像における着目粒子の対応を特定することができない。
【００１２】
また、現像ロールから静電潜像に向かって飛翔するトナー粒子の挙動を観測し、現像状態の改善を図るためには、トナー粒子の形態を分類し、これらの挙動、つまり、粗大粒子、微細粒子又は複数のトナー粒子が凝集したもの等の挙動やこれらが含まれる比率等を把握することが必要となる。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、計測対象領域で飛翔する粒子の径が広い範囲に分布している場合又は複数の粒子が付着して飛翔するものが含まれる場合であっても、粒子の飛翔速度を正確に計測すること、及び飛翔粒子の形態を的確に分類し、飛翔粒子の挙動の把握を容易にすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に係る発明は、  飛翔する粒子を同じ位置で所定の微小時間間隔をおいて撮像し、第１の静止画像と第２の静止画像とを得る工程と、  撮像した第１の静止画像又は第２の静止画像に撮影された粒子像から複数の異なる形態の粒子像を選択する工程と、  選択された粒子像について、粒子部分と背景部分とを区別する工程と、  前記粒子像のそれぞれをマスクとして前記第１の静止画像及び第２の静止画像上に走査し、各位置についてマスク画面の輝度分布と前記第１の静止画像又は第２の静止画像の輝度分布との相関値を演算する工程と、  該相関値に基づいて、粒子像の位置を特定し、前記粒子像において区別した粒子部分と背景部分とから、第１の静止画像及び第２の静止画像との各画素を２値化する工程と、  ２値化された前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程と、  前記第１の静止画像と第２の静止画像とにおける前記着目粒子の位置と、前記第１の静止画像と第２の静止画像との撮像時間間隔である前記所定時間とから、前記着目粒子の飛翔速度を演算する工程と、を含む飛翔粒子の速度計測方法を提供する。
【００１５】
この方法では、所定時間をおいて撮影された２つの静止画像の一方において、複数の異なる形態の粒子が選択され、これらの画像を含む部分がそれぞれ取り出されてマスクとされる。粒子の異なる形態とは、例えば単独で飛翔する粒子、粗大な粒子、２つの粒子が付着して飛翔する粒子、数個の粒子が付着して飛翔する粒子等である。そして、これらのマスクを２つの静止画像上に走査し、相関値を演算することによって、画像上に撮影されている粒子の位置及びその粒子がどのような形態であるかが判別される。
【００１６】
また、マスク画面を設定したときに、輝度分布やその他の方法で粒子の範囲が画面上で特定されていると、走査した静止画像上で粒子の部分と背景部分とに区別し、静止画像を２値化することができる。このとき、複数の粒子が付着して一体となって飛翔するものについては、一体に連続した形状に粒子の形状を設定しておくことによって、静止画像上にはマスク上で設定された形状の粒子がその位置に存在するように２値化される。したがって、複数の粒子が付着して飛翔するもの等を類別して取り扱うことができ、２つの画像間で同一粒子の対応を特定する操作が容易となる。
なお、マスク画面上における粒子の範囲は、画素毎に粒子の範囲と背景部分とを区別しても良いが、粒子部分の形状にマスクを設定するのが望ましい。つまり、マスク画面は方形ではなく、粒子の形状に設定することができる。
【００１７】
上記のように、２つの静止画像が２値化されると、従来から知られている相互相関ＰＩＶ等の手法により、２つの静止画像間で対応する同一の粒子を特定することができる。そして、２つの静止画像間で特定された同一粒子の位置間の距離と、２つの画像を撮影した時間間隔とから正確な飛翔速度を演算することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の飛翔粒子の速度計測方法において、着目粒子の粒径を前記静止画像に基づいて演算する工程と、  前記着目粒子の粒径と該着目粒子が飛翔する領域における粒子速度に影響を及ぼす因子とに基づいて、該着目粒子の飛翔速度及び方向を演算により推定する工程とを有し、  前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程は、前記演算により推定された飛翔速度及び方向を利用するものとする。
【００１９】
この方法では、所定時間をおいて撮影された２つの静止画像の一方において、着目粒子が選択され、その粒径が演算される。粒子径が異なると質量が異なり、また電荷量も異なるため、飛翔する時の速度等、挙動に強く影響する場合が多い。これに対し、飛翔する領域の電界の強さ、磁界の強さ等、粒子速度に影響する因子が推定されていると、上記粒子径に基づいてその飛翔速度、飛翔方向等が推定できる。
【００２０】
粒子の飛翔速度及び飛翔方向が推定されると、２つの画像の一方で選択した着目粒子について、他方の画像に現れている位置がほぼ限定される。これにより、限定された領域内で対応する同一の粒子を特定する方法は、推定された飛翔速度及び方向で演算される位置に最も近い粒子としてもよいし、領域を限定して上記ＰＩＶまたはＰＴＶによる解析を行なってもよい。また、推定された飛翔速度及び方向で演算される位置に基づいて重み関数を設定し、これをＰＩＶ又はＰＴＶによる解析結果に掛け合わせる等の操作を行うこともできる。つまり、相関値が高い位置について、推定された位置に近いものを優先して同一粒子の特定を行うことができる。
【００２１】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の飛翔粒子の速度計測方法において、前記着目粒子の飛翔速度及び方向を演算により推定する工程は、  粒子の特性と、粒子の飛翔領域の各位置における速度に影響を与える因子と、飛翔速度及び方向との関係をあらかじめ演算して、データベース化されたルックアップテーブルを作成し、  演算された着目粒子の特性と着目粒子の位置とから、前記ルックアップテーブルを参照して各粒子の飛翔速度及び方向を推定するものとする。
【００２２】
上記構成において、粒子の特性とは、粒子の粒径、質量、電荷量、粒子の形態つまり単独の粒子、もしくは複数が付着して飛翔する粒子等の区別等を含むものである。
上記のようにルックアップテーブルを用いることにより、粒子の飛翔速度及び方向を迅速に予測することができ、速度計測が効率よく行われる。
【００２３】
請求項４に係る発明は、請求項２又は請求項３に記載の飛翔粒子の速度計測方法において、  前記粒子は電荷を有し、二つの物体間に印加されたバイアス電圧による電界内を飛翔するものであり、  前記着目粒子の飛翔速度及び方向を演算により推定する工程は、  前記二つの物体間における電界の強さの分布を演算し、  前記着目粒子の粒径から該着目粒子が有する電荷量及び質量を演算により推定し、  該電荷量、質量及び前記電界の分布に基づいて該着目粒子の飛翔速度及び方向を演算するものとする。
【００２４】
帯電した粉体粒子の電荷量は、ほぼ表面積に比例することが知られている。したがって、粒子径を画像から演算することによって電荷量及び質量が推定される。そして、電界内における帯電粒子の挙動は電荷量及び質量に強く影響を受け、電界の強さの分布がわかっていると、電界内での粒子の挙動が演算により推定できる。このとき、電界の強さの分布は、バイアス電圧を印加する電極の位置、電位等に基づいて演算することができ、有限要素法や有限差分法などを用いることにより二次元的又は三次元的に分布する電界の強さを得ることができる。
【００２５】
上記のようにして粒子の飛翔速度及び方向の概略が演算されることにより、２つの画像間で同一粒子の対応を高い精度で特定することが可能となる。そして、これによって、粒子の飛翔速度を正確に計測することができる。
【００２６】
請求項５に係る発明は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の飛翔粒子の速度計測方法において、  前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程は、  一方の静止画像で着目した粒子及びその周辺の１又は２以上の粒子を含む範囲を検査領域として取り出し、  該検査領域の画像を他方の静止画像上に走査して各位置について相関値を演算し、  該相関値に基づいて特定するものとし、前記検査領域内に含まれる粒子数が所定の範囲内となるように、着目粒子付近に他の粒子が密にあるときは検査領域の範囲を狭く、着目粒子付近にある他の粒子が疎であるときは検査領域の範囲を広く設定するものとする。
【００２７】
この方法では、一方の静止画像から取り出した検査領域の画像を他方の静止画像上に走査し、相関値を演算することにより、着目粒子及びその周辺の粒子の移動位置を特定することができる。したがって、双方の静止画像間で同一の着目粒子をそれぞれ特定することができる。このとき、検査領域に含まれる粒子の数によって、同一粒子の特定の精度に差が生じることが見出され、これに対して、検査領域の大きさを変化させても、含まれる粒子の数をほぼ一定にすることによって良好な精度で相関値が演算される。したがって、静止画像に撮影された粒子の分布が密なところと疎なところがあった場合に、着目粒子のそれぞれについて取り出した検査領域が、いずれも適切な数（ほぼ同数）の周辺粒子の含むように設定することによって高い精度で同一粒子の特定することができる。つまり、着目粒子が粒子密度の高いところにある場合には検査領域の大きさを小さくし、着目粒子が粒子密度の低いところにある場合には検査領域を大きく設定し、これを他方の静止画像上に走査することによって高い精度が得られるものである。
【００２８】
請求項６に係る発明は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の飛翔粒子の速度計測方法において、  前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程は、
一方の静止画像で着目した粒子及びその周辺の１又は２以上の粒子を含む範囲を検査領域として取り出し、  該検査領域の画像を他方の静止画像上に走査して各位置にについて相関値を演算し、  該相関値に基づいて特定するものとし、  第１の静止画像及び第２の静止画像には、画像内に分布する粒子がほぼ一様となるように疎な部分に仮想粒子を書き込み、  前記検査領域は、着目粒子を含む所定の大きさの範囲に設定するものとする。
【００２９】
この方法は、上記請求項５に係る発明と同様に、２つの静止画像から同一粒子の特定を行うときに、検査領域に含まれる粒子数が異なることによって特定の精度が低下するという点を改善するものであり、仮想粒子を設定して静止画像中の粒子の分布がほぼ一様となると、検査領域を同じ大きさに設定しても、検査領域に含まれる粒子数（仮想粒子も含む）はほぼ一定となる。これにより着目粒子の周辺に他の粒子が密にある場合であっても、周辺の粒子が疎である場合であっても、検査領域に含まれる粒子数を適切な数にすることができ、高い精度で同一粒子の特定を行うことが可能となる。
【００３０】
請求７に係る発明は、  飛翔する粒子を同じ位置で所定の微小時間間隔をおいて撮像し、第１の静止画像と第２の静止画像とを得る工程と、  前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程と、  前記第１の静止画像と第２の静止画像とにおける前記着目粒子の位置と、前記第１の静止画像と第２の静止画像との撮像時間間隔である前記所定の微小時間とから、前記着目粒子の飛翔速度を演算する工程と、を含み、  前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程は、  一方の静止画像で着目した粒子及びその周辺の１又は２以上の粒子を含む範囲を検査領域として取り出し、  該検査領域の画像を他方の静止画像上に走査して各位置にについて相関値を演算し、  該相関値に基づいて特定するものとし、  前記検査領域内に含まれる粒子数が所定の範囲内となるように、着目粒子付近に他の粒子が密にあるときは前記検査領域の範囲を狭く、着目粒子付近にある他の粒子が疎であるときは前記検査領域の範囲を広く設定する飛翔粒子の速度計測方法を提供するものである。
【００３１】
この方法では、請求項５に係る発明と同様に、２つの静止画像から同一粒子の特定を行うときに、走査する検査領域の画像に含まれる粒子数をほぼ一定とすることによって、特定の精度が改善される。このとき、２つの静止画像は２値化されていることが望ましく、２値化の方法は様々な手法を採用することができる。例えば、静止画像の各画素についてその輝度の閾値によって２値化する方法等を採用することができる。
【００３２】
請求項８に係る発明は、  飛翔する粒子を同じ位置で所定の微小時間間隔をおいて撮像し、第１の静止画像と第２の静止画像とを得る工程と、  前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程と、  前記第１の静止画像と第２の静止画像とにおける前記着目粒子の位置と、前記第１の静止画像と第２の静止画像との撮像時間間隔である前記所定の微小時間とから、前記着目粒子の飛翔速度を演算する工程と、を含み、  前記第１の静止画像又は第２の静止画像のいずれか一方で着目した粒子と同一の粒子を他方の静止画像中で特定する工程は、  一方の静止画像で着目した粒子及びその周辺の１又は２以上の粒子を含む範囲を検査領域として取り出し、  該検査領域の画像を他方の静止画像上に走査して各位置にについて相関値を演算し、  該相関値に基づいて特定するものとし、  第１の静止画像及び第２の静止画像には、画像内に分布する粒子がほぼ一様となるように疎な部分に仮想粒子を書き込み、  前記検査領域は、着目粒子を含む所定の大きさの範囲に設定する飛翔粒子の速度計測方法を提供するものである。
【００３３】
この方法は、請求項６に係る発明と同様に、２つの静止画像から同一粒子の特定を行うときに、双方の静止画像に仮想粒子を設定するものであり、着目粒子を含む検査領域を静止画像から取り出して設定したときに、この検査領域の大きさが一定であっても含まれる粒子数がほぼ一定となる。これにより、双方の静止画像で同一の粒子を特定する精度が改善される。なお、静止画像の２値化には様々な方法を採用することができる。
【００３４】
請求項９に係る発明は、  飛翔する粒子を撮像して静止画像を得る工程と、  異なる粒子の形態に対応した複数のマスクを作成する工程と、  前記マスクを静止画像上に走査し、各位置についてマスク画面の輝度分布と前記静止画像の輝度分布との相関値を演算する工程と、  該相関値に基づいて粒子像の位置及び形態を特定することを特徴とする飛翔粒子の判別方法を提供するものである。
【００３５】
この方法では、静止画像中に多くの粒子が撮影されている場合に、各粒子の形態を簡単に判別することが可能となる。つまり、粗大粒子、微小粒子、複数の粒子が付着して移動するもの等の像をあらかじめマスクとして準備し、これらを順次静止画像上に走査する。そして、各位置で相関値を演算すると、マスク画面にある粒子と形態が類似する粒子がある位置で高い相関値を示す。したがって、この相関値から、マスク画面にある粒子と形態が類似する粒子の位置を特定することができ、この操作を異なる形態の粒子毎に繰り返すことによって、形態毎に粒子を容易に分類することが可能となる。
【００３６】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の飛翔粒子の判別方法において、  前記マスクを作成する工程は、実際に飛翔する粒子を撮影した画像から、複数の粒子を選択してそれぞれ粒子毎に切り出すものとする。
【００３７】
この方法では、異なる粒子の形態毎にマスクを容易に作成することができる。また、同じ撮影条件で撮影された画像からマスクを作成しているので、静止画面上を走査したときに、良好な相関値が得られる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願発明に係る飛翔粒子の速度計測方法又は飛翔粒子の判別方法において用いられる装置の概略構成図である。
この装置は、二つの物体間に形成された微小空隙内を飛翔する粒子に、パルス発生器１から出力されたパルスに同期して微小時間のレーザー光照射を行うレーザー装置２と、該パルスに同期して粒子の静止画像を撮像するカメラ３と、該カメラ３の出力する画像信号から粒子の速度を演算する画像処理装置４とを備えており、像担持体５と現像ロール６とで形成された微小空隙内を飛翔するトナー粒子の速度を計測するものである。
【００３９】
上記レーザー装置２は、ＹＡＧレーザー、ルビーレーザー、色素レーザー等の、発光時間及び発光間隔が任意に調整可能である光源が用いられ、光を平面状に拡散させるシリンドリカルレンズが備えられている。Ｈｅ−Ｎｅレーザー、アルゴンイオンレーザー、半導体レーザー等のレーザーを使用したときには、発光時間及び発光間隔は機械的に調節が行われる。該レーザー装置２は、像担持体５と現像ロール６とが対向する位置のプロセス上流側から、粒子が飛翔する領域に光照射を行なうように設置されており、パルス発生器１から出力されるパルスに同期してレーザー光を出力する。レーザー光は、シリンドリカルレンズによって平面状に拡散され像担持体５と現像ロール６との間に形成された空隙に平面状のレーザー光を照射する。これによって、光を反射する粒子が限定され、所望の粒子を選択的に撮像することができるものとなっている。
【００４０】
上記カメラ３は、上記レーザー装置２によって照射された平面状の光とほぼ垂直な方向から撮像するよう設置されており、パルス発生器１から出力されるパルスに同期してレーザー装置２がレーザー光照射するのとほぼ同時に撮像を行う。このカメラ３は、ＣＣＤカメラ、写真フィルム、ホログラフィー乾板、デジタルスチルカメラ、撮像管ビデオカメラ、高速度カメラ、高速度フィルムカメラ、イメージコンバータ等を用いることができる。
【００４１】
上記像担持体５及び現像ロール６は、最表面に黒アルマイト層が形成されたものが望ましい。この黒アルマイト層が形成されていると、レーザー装置２によって照射されたレーザー光が、像担持体５及び現像ロール６で反射するのが抑えられる。このため、像担持体５あるいは現像ロール６に照射されたレーザー光が散乱し、計測者の眼を傷めるおそれが少ない。また、レーザー光が最表層の黒アルマイト層に照射されるため、誘電体が過剰なレーザー光のエネルギーによって破損してしまうのを防ぐことができる。
【００４２】
次に、本願に係る発明の一実施形態であって、上記像担持体５と現像ロール６との微小空隙内を飛翔するトナー粒子の速度を計測する方法について説明する。
図２は、この計測方法の概略を示すフロー図である。
トナー粒子の飛翔速度を計測するには、まず飛翔するトナー粒子の撮影を行う。撮影は、所定の時間間隔をおいて少なくとも２度以上行い（Ｓ１，Ｓ２）、その中から少なくとも第１の静止画像Ｐ１及び第２の静止画像Ｐ２を得る。
【００４３】
図３は、上記像担持体５と現像ロール６との間に形成された微小空隙部付近の拡大断面図であり、上記空隙内を飛翔するトナー粒子を撮影する。
像担持体５と現像ロール６とは、２００μｍから６００μｍまでの任意の距離を設けて対向するように配設されており、該像担持体５と現像ロール６との間には、交流電源７ａと直流電源７ｂとによってバイアス電圧が印加され、電界が形成されている。像担持体５は感光性を有しない誘電体からなり、図示しない帯電装置によって表面に静電潜像が形成される。
【００４４】
像担持体５と現像ロール６との間には、交流電源７ａによる２２００Ｖp-p（ピークツーピーク）の正弦波交流電圧と、直流電源７ｂからの−４００Ｖの直流電圧とが重畳されたバイアス電圧が印加される。現像ロール６の表面に担持されている粒子は、像担持体５と現像ロール６との間に形成された電界の作用によって、像担持体５の静電潜像に向かって飛翔する。このとき、バイアス電圧に交流成分が含まれているため、交流成分の周期にしたがって、像担持体５と現像ロール６との間に形成された電界の向きが変化する。このため、粒子の飛翔方向や飛翔速度は、図４（ａ）に示す▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼の各点で異なるものとなる。
【００４５】
次に、飛翔する粒子にカメラ３の焦点を合わせ、図４（ａ）に示す正弦波との位相を調節して、パルス発生器１よりパルスを出力する。このパルスに同期して、レーザー装置２によって所望の領域に選択的に光を照射し、これとほぼ同時にカメラ３によって撮像を行う。例えば、図４（ａ）に示す交流電圧の周波数を１５Ｈｚとすると、位相差がない場合は▲１▼点、パルスの出力を１／６０ｓ遅くした場合は▲２▼点、同様に１／３０ｓ遅くした場合は▲３▼点、１／２０ｓ遅くした場合は▲４▼点の粒子に光が照射され、撮像される。撮像は、所定の時間間隔を設けて、少なくとも２回行なう。
【００４６】
撮像の間隔は、約２０μｓに設定した場合、トナー粒子の飛翔速度が３ｍ／ｓと仮定すると、６０μｍ移動後の粒子の画像を記録できる。また、レーザー装置２の発光時間を１０ｎｓ程度に短く設定することによって、非常に高速で飛翔する粒子でも、飛翔の軌跡ではなく、点に近い状態で記録することができる。これらの時間間隔及び発光時間は、トナー粒子の飛翔条件に合わせて適宜に設定することができる。
【００４７】
なお、上記撮像では、バイアス電圧として正弦波と直流電圧とを重畳したものを用いたが、図４（ｂ）に示すように変形した矩形波に直流電圧を重畳した場合、図４（ｃ）に示すように矩形波に直流電圧を重畳した場合についてもパルス発生器１によるパルスの出力のタイミングを調整して撮像を行なうことができる。また、像担持体５と現像ロール６との間に直流バイアス電圧のみを印加する場合についても計測可能である。バイアス電圧印加直後の過渡状態の観測は、バイアス電圧の印加と画像の撮影との時間間隔を適切に選択することによって行うことができる。
【００４８】
上記のような撮像により、図５に示すように像担持体５と現像ロール６との間隙を飛翔するトナー粒子の静止画像が得られる。そして、所定の時間間隔で得られた２つの静止画像（Ｐ１，Ｐ２）の画像信号は画像処理装置４に入力される。
【００４９】
画像処理装置４では、まず、画像処理によって静止物体画像が除去される。これには、例えば特開２００１−７４４１５号公報に記載されている方法を用いることができる。この方法は、同じ領域を撮影した複数の画像の同じ位置にある画素について、各々平均輝度又は最小輝度を求め、これを原画像から減算するものである。このような方法では、常に高い輝度で像に現われる静止物体が除去され、図６に示すように移動する粒子像だけの画像が得られる。
【００５０】
このようにして得られた画像を拡大すると、様々な形態のトナー粒子が存在しており、例えば図７に示すように、単独で飛翔する粒子、二つの粒子が付着して飛翔する粒子、粗大化した粒子、数個の粒子が付着して飛翔する粒子等がある。このような粒子の形態を静止画像上の各粒子について判別するとともに、画像の２値化を次のような方法で行う。
【００５１】
第１又は第２の静止画像上に撮影されている粒子から典型的な形態のものを抽出し、その画像を図７に示すように取り出す。そして、この取り出した画像から、図８（ａ）に示すように粒子部分と背景部分とを区別する。つまり、図中に示す枠内が粒子部分であり、枠外が背景部分である。この操作は、粒子画像の輝度に基づいて区別しても良いし、粒子の形状等から判断して区別してもよい。そして、粒子部分のみを、図８（ｂ）に示すように取り出し、これをマスクとする（図２、Ｓ３）。このマスクを、第１及び第２の静止画像上に走査するとともに、所定の間隔の位置で輝度分布の相関値を演算する（図２、Ｓ４）。相関値は静止画像上の各位置で演算され、この相関値が高い位置に、マスクにある粒子と同様の形態の粒子が存在することが分かる。したがって、この位置でマスクの領域を粒子部分とする。
【００５２】
このような走査を、粒子の形態が異なる複数のマスクについて行い、それぞれの走査で相関値が高くなった位置でマスクの範囲を粒子部分とする。このような操作により、異なる形態の粒子のある位置がそれぞれ特定されるとともに、粒子の形態が判別されることになる。そして、粒子部分とされた画素と、粒子部分とされなかった画素つまり背景部分である画素とが区分され、２つの静止画像を２値化することができる（図２、Ｓ５）。
【００５３】
なお、上記方法では、マスクを粒子の形状に合わせて切り出したが、図８（ａ）に示すように、粒子像を含む矩形の範囲をマスクとし、これを静止画像上に走査したときの相関値が高い位置で、あらかじめマスク内で粒子部分として区分された部分（図８（ａ）中に示す枠内の部分）のみを静止画像上の粒子部分と区分するものであってもよい。
【００５４】
上記のようにして、画像が２値化されることにより粒子像と背景部との境界が明確となり、これに基づいて粒子径を算出する。
【００５５】
トナー粒子径の演算（図２、Ｓ６）は、２値化された粒子像の径から、例えば「西野耕一、マイクロ流れの速度場計測、ながれ２０（２００１）８３−９１」に記載の方法を用いて行うことができる。
この方法は、次に示す（１）式及び（２）式によって算出される。
光の回折によるエリアディスク直径ｄａは、レンズ収差のない理想的な撮影光学系では次式で与えられる。
【数１】
2004198333.tif 000003
ここで、Ｍは撮影光学系の横倍率、Ｆは撮影光学系のＦ値、λは光の波長である。
【００５６】
撮影された画像における粒子像の径ｄeは、粒子の投影サイズと撮影光学系の回折限界によって定まり、実際の粒子の径ｄpと粒子像の径ｄeとの関係は次式のとおりとなる。
【数２】
2004198333.tif 000004
したがって、粒子像の径が２値化された画像から読み取られると実際の粒子径を演算することができる。
正確に粒径が測定されている金粒子を用いて検証の実験を行なった結果、理論値と計測値とがほぼ一致することが確認されている。
【００５７】
実際の粒子径が算定されると、これに基づいて粒子の質量、粒子が有する電荷量が計算される（図２、Ｓ７）。
混合される粉体の表面電荷密度はほぼ一定となることから、この表面電荷密度を適切に設定することによって径が異なる粒子のそれぞれについて電荷量を算出することができる。例えば、トナー粒子については、表面電荷密度を９．７５×１０-6[Ｃ／ｍ2]  と設定することができる。
【００５８】
なお、本実施形態のトナー粒子は様々な形態ものを含み、形状も一定ではない。これを球形と近似して、質量等を演算してもよいが、誤差が大きくなるときには、粒子の複数の位置の大きさ、例えば長径と短径とを上記方法によって演算し、粒子の質量等を計算することもできる。
【００５９】
一方、像担持体５と現像ロール６との間に生じる電界Ｅの強さの分布は、有限要素法または有限差分法などを用いて演算することができる（図２、Ｓ８）。このとき、像担持体５及び現像ロール６の位置、これらに印加されるバイアス電圧及び誘電率等は、実際の測定条件と同じ値に設定する。そして、トナー粒子の飛翔領域を複数の要素（メッシュ）に分割して演算を行なう。要素の分割はモデル化にともなう誤差が無視できる程度まで細かく設定するのが望ましい。
【００６０】
上記のように電界の強さの分布が演算されると、この電界内で飛翔する電荷を有する粒子の挙動をシミュレーションにより予測することができる（図２、Ｓ１１）。電界内における粒子の挙動は、粒子が持つ電荷量、質量等によって異なるものとなるが、先に説明したように粒子径が計測されており、電荷量及び質量が推定される。
【００６１】
電界内における粒子運動のシミュレーションにおいて、一般的に粒子の運動方程式は次に示す（３）式となる。
【数３】
2004198333.tif 000005
ここで、ｍ：粒子質量
ｕ：粒子速度
ｆt：粒子への作用力
である。
【００６２】
電界中を飛翔する粒子の衝突がない場合、各粒子への作用力ｆtは、
【数４】
2004198333.tif 000006
と考えることができる。
ここで、           ｆe：粒子に作用する静電気力
ｆa：空気抵抗力
ｆg：重力
である。
【００６３】
静電気力ｆeは、電界Ｅ中で電荷ｑを有する粒子に作用する力であり、（５）式で示される。
【数５】
2004198333.tif 000007
ここで電界Ｅは、先に説明したように、有限要素法等によって演算されたものを用いることができる。電荷ｑは、計測された粒径から表面電荷密度を推定して演算した結果を用いることができる。
【００６４】
空気抵抗力ｆaは、（６）式に示すストークスの式によって与えられる。
【数６】
2004198333.tif 000008
ここで、           η：空気の粘性係数
ｒ：粒子半径
である。
【００６５】
重力ｆgは、（７）式で与えられ、式中のｇは重力加速度である。
【数７】
2004198333.tif 000009
ただし、トナー粒子に作用する重力は、静電気力を比較すると数桁以上小さく、一般には無視することができる。
【００６６】
上記（４）式から（６）式までを用いて（３）式を解くことにより、粒子の速度ｕが計算される。
例えば、像担持体５と現像ロール６とが最接近する位置において、現像ロール表面を基準点とし、この基準点にあるトナー粒子が像担持体に向かって飛翔するときの移動量と飛翔速度との関係を計算した結果を図９に示す。
【００６７】
この計算に用いたパラメータは、次に示すとおりである。
粒子電荷 [C]：                     6.31E-16
粒子半径 [m]：              5.00E-06
粒子質量 [kg]：             5.88E-14
空気の粘性係数：            1.81E-05
粒子担持体の半径[m]：       8.00E-03
静電潜像保持体の半径[m]：   2.00E-02
ロール間最近接距離[m]：     3.00E-04
計算対象領域Lx [m]          1.00E-02
計算対象領域のけるメッシュ分割数： 60×20
粒子担持体への印加電圧[V]：        -1.40E+03
静電潜像保持体への印加電圧[V]：    0.00E+00
【００６８】
図９は、図５中に示すＸ方向の移動量と速度成分とを示すものであるが、Ｙ方向の成分も同様に算出できる。また、粒子の初期配置、つまり飛翔開始位置を変えても同様に算出することができる。
このように、計算パラメータが決まれば、各位置における粒子の飛翔速度が算出でき、Δｔ秒後の粒子位置を高精度に予測することが可能となる。
【００６９】
上記のような電界の分布の演算及びこの電界内で飛翔するトナー粒子のシミュレーションは、あらかじめ質量及び電荷が異なる粒子について行い、その結果をルックアップテーブルとして記憶装置に記憶させておくことができる（図２、Ｓ１０）。そして、一方の静止画像上で着目粒子が選択され、この着目粒子の位置、質量及び電荷量が特定されると、上記ルックアップテーブルを参照することによって、他の静止画像上における粒子の位置を迅速に予測することができる。
【００７０】
上記のようにして粒子の移動位置を予測した後は、例えば「植村知正、山本富士夫、幸川光雄、２値化相関法−粒子追跡法の高速画像解析アルゴリズム、可視化情報、Vol．10  No.38、1990年７月」に記載されている２値画像相関法（画像の中にランダムに散らばっている粒子の中で、周辺のマーカーとの相対的な位置座標を考慮して、個々の粒子を識別する方法）を用いて2つの画像間で同一の粒子を対応づける（図２、Ｓ１２）。
【００７１】
この方法は、図１０に示すように、静止画像の一方において着目粒子を選択する（Ｓ２１）と、その着目粒子及び周辺の複数の粒子を含む画像を取り出し、これを検査領域とする（Ｓ２２）。そして、他方の静止画像上にこの検査領域の画像を走査して、各位置において相関係数を演算し（Ｓ２３）、相関値の高い位置に着目粒子を含む粒子群が移動しているとして、着目粒子と同一の粒子を特定する（Ｓ２４）ものである。このとき、検査領域をどのように設定するかによって着目粒子と同一の粒子を特定する精度に大きな差が生じる。つまり特定のエラーが生じる確率が変動する。
【００７２】
これは、主に検査領域に含まれる粒子の数によって精度が変動するものであり、例えば、図１１（ａ）に示すように、静止画像上に撮影された粒子の分布が均一でない場合、各着目粒子について同じ大きさの検査領域を設定すると、着目粒子の周辺に他の粒子が密に存在している場合と他の粒子が疎である場合とで、検査領域に含まれる粒子の数が変動することになる。これに対し、本実施形態の方法では、図１１（ａ）に示すように、第１の静止画像上で着目粒子を選択し、検査領域を設定するときに、検査領域の大きさを粒子の密度によって変化させるものとし、検査領域の画像内に含まれる粒子の数をほぼ同じに設定する。つまり、着目粒子ａについては、周辺に粒子が密に存在しているので検査領域を小さく設定し、着目粒子ｂについては検査領域をやや大きく設定する。そして、着目粒子ｃについては、周辺の粒子が疎となっているので、検査領域を大きく設定するものである。
【００７３】
このように設定された検査領域の画像１０を、図１１（ｂ）に示すように第２の静止画面上に走査し、相関係数を演算することによって高い精度で同一粒子を特定することができる。
【００７４】
また、同一粒子の特定は、図１２及び図１３に示す方法を採用することもできる。
この方法では、第１の静止画像において、図１３（ａ）に示すように飛翔粒子の分布が一様でない場合に、図１３（ｂ）に示すように仮想粒子を書き込む（図１２、Ｓ３１）。そして、実際に撮影された粒子と仮想粒子とでほぼ一様に粒子が分布するようにする。また、第２の静止画像についても同様に仮想粒子を書き込む。このとき、仮想粒子は、第１の静止画像と同じ位置に書き込んでもよいし、全体的な粒子の移動方向の傾向が推定できる場合には、この推定値に基づいて第１の静止画像に書き込んだ仮想粒子と対応するように第２の静止画像に仮想粒子を書き込んでもよい。
【００７５】
このように仮想粒子が書き込まれた第１の静止画像上で着目粒子を選択し（図１２、Ｓ３２）、周辺の粒子を含む検査領域を設定する（図１２、Ｓ３３）と、複数の着目粒子ついて同じ大きさの検査領域を設定してもこれらに含まれる粒子数は、実際に撮影された粒子及び仮想粒子を含めるとほぼ同じとなる。そして、この数が適切な数となるように検査領域の画像を設定し、図１３（ｃ）に示すように第２の静止画像上に走査し、各位置で相関値を演算する（図１２、Ｓ３４）ことによって、同一粒子を高い精度で特定することができる。
【００７６】
上記のように第１の静止画像で設定された検査領域の画像を第２の静止画像上に走査するときに、上記シミュレーションによる粒子の飛翔速度及び方向の予測結果を利用することができる。つまり、第１の静止画像に基づいて粒子の飛翔速度及び方向が予測されているので、限定された範囲についてのみ走査することができ、効率が向上するとともに対応づけのエラー（過誤ベクトル）の発生が大幅に低減される。また、シミュレーション又はルックアップテーブルの参照によって各粒子の移動が予測された結果は、相関値に重み関数を掛け合わせることによって利用することもできる。つまり、予測された位置のに近い位置で算出された相関値には大きな重み係数を掛け合わせ、予測された位置から離れた位置では小さな係数を掛け合わせて、同一粒子の特定を行うものである。
【００７７】
このようにして、対応づけられた同一粒子のそれぞれの画像内における座標と2つの画像の撮影を行なった時間間隔とから飛翔粒子の速度及び方向を正確に計測することができる（図２、Ｓ１３）。
【００７８】
計測の結果である速度ベクトルの分布を模式的に表示すると、例えば図１４に示すようになり、トナー粒子は像担持体５と現像ロール６との間をほぼ電気力線に沿って飛翔することを視覚的に容易に理解することができる。また、飛翔速度も、像担持体と現像ロールとの距離が近づくほど、早くなっていることを視覚的に容易に理解することができる。
【００７９】
以上に説明した実施形態において、撮像された第１又は第２の静止画像から取り出した形態の異なる複数の粒子像を、粒子部分と背景部分とに区別してマスクとし、これを静止画像上に走査して、粒子の判別及び画像の２値化を行う場合には、シミュレーション等によって粒子の飛翔速度及び方向を予想することなく、２値化された静止画像の全体に、一様に相互相関ＰＩＶ又はＰＴＶの手法を適用して同一粒子を特定する工程を行ってもよい。また、相互相関ＰＩＶ又はＰＴＶを適用するときに、上記のように検査領域の大きさの変動、又は仮想粒子の書き込みを行うことなく、着目粒子と同一の粒子を特定する操作を行うこともできる。
【００８０】
なお、形態の異なる複数の粒子像を静止画像上に走査して粒子の判別を行う方法は、請求項９又は請求項１０に係る発明の一実施形態であり、飛翔粒子の速度計測に限らず、飛翔粒子の形態の分類、含有比率等の調査などに広く用いることができる。
【００８１】
また、静止画像の２値化は、各画像の輝度を閾値によって区分して行い、二つの静止画像から同一粒子を特定するときに、上記実施形態のように、検査領域の大きさを変動し、又は仮想粒子を書き込んで検査領域の画像を走査する方法を採用することもできる。また、シミュレーションによる粒子速度及び方向の予測  は、行わなくてもよいが、行うことによって特定の精度が向上するものである。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明に係る飛翔粒子の速度計測方法では、2つの静止画像に記録された同一粒子のそれぞれの位置と、2つの静止画像を撮影した時間間隔とから飛翔粒子の速度及び方向を得ることができる。そして、静止画像に撮影された飛翔粒子は、複数が付着して飛翔する粒子、粗大な粒子等、異なる形態のものを含む場合であってもこれらを分類して二つの静止画像間で対応を特定することができ、精度の高い計測が可能となる。
また、複数の粒子を含む検査領域の画像を走査して二つの静止画像から同一の粒子を特定するときに、検査領域の大きさを変動し又は仮想粒子書き込んで、検査領域内に含まれる粒子数を適切に設定することにより、精度の高い特定が可能となり、正確に飛翔粒子の速度を計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願に係る発明の速度計測方法に用いることができる装置の概略構成図である。
【図２】本願に係る発明の一実施形態である飛翔粒子の速度計測方法を示すフロー図である。
【図３】図１に示す装置によって計測領域にレーザー光を照射する状態を示す概略図である。
【図４】像担持体と現像ロールとの間に印加されるバイアス電圧の波形を示す図である。
【図５】像担持体と現像ロールとの間を飛翔するトナー粒子を撮影した静止画像の模式図である。
【図６】図５に示す静止画像から画像処理によって静止物体の像を消去した画像を示す模式図である。
【図７】静止画像に撮影された異なる形態のトナー粒子の拡大図である。
【図８】静止画像から取り出して作成した検査領域の画像の拡大図である。
【図９】像担持体と現像ロールとの間で飛翔するトナー粒子の、変位と速度との関係の演算値を示す概略図である。
【図１０】図２中に示す「二つの静止画像における同一粒子の対応づけ」を行う工程の詳細を示すフロー図である。
【図１１】図１０中に示す「検査領域の画像の作成」を行う工程及び「静止画像上に走査」する工程を説明する概略図である。
【図１２】図２中に示す「二つの静止画像における同一粒子の対応づけ」を行う工程の他の例を示すフロー図である。
【図１３】図１２中に示す「仮想粒子の書き込み」を行う工程、「検査領域の画像の作成」を行う工程及び「静止画像上に走査」する工程を説明する概略図である。
【図１４】像担持体と現像ロールとの間を飛翔するトナー粒子の、速度と方向とをベクトルで示す概略図である
【符号の説明】
１    パルス発生器
２    レーザー装置
３    カメラ
４    画像処理装置
５    像担持体
６    現像ロール
【図１】
2004198333.tif 000010
【図２】
2004198333.tif 000011
【図３】
2004198333.tif 000012
【図４】
2004198333.tif 000013
【図５】
2004198333.tif 000014
【図６】
2004198333.tif 000015
【図７】
2004198333.tif 000016
【図８】
2004198333.tif 000017
【図９】
2004198333.tif 000018
【図１０】
2004198333.tif 000019
【図１１】
2004198333.tif 000020
【図１２】
2004198333.tif 000021
【図１３】
2004198333.tif 000022
【図１４】
2004198333.tif 000023