JP2004284049A

JP2004284049A - 画像形成装置

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Publication number: JP2004284049A
Application number: JP2003075711A
Authority: JP
Inventors: Masao Ito; 昌夫伊藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP4151441B2

Abstract

【課題】偽造が困難なプリンタ固有のパターンを記録媒体に記録可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、装置固有の干渉縞を感光体ドラムに露光する固有パターン露光装置６０を備え、固有パターン露光装置６０は面発光レーザで構成されたレーザ光源６２、エタロンを構成する平行平面板６４、投影レンズ６６で構成される。レーザ光源６２から射出されたレーザ光は平行平面板６４に入射して多重反射を繰り返し、光路長の異なるレーザ光に分割されて投影レンズ６６側へ出射し、投影レンズ６６を透過したレーザ光は感光体ドラム１６上に収束し、干渉縞が形成される。平行平面板６４の厚さｄ、屈折率ｎ、投影レンズ６６の焦点距離ｆ、レーザ光の波長λ等のパラメータは、製造時のばらつき等により全く同一の値の組み合わせになるのは極めてまれとなるため、発生する干渉縞は装置固有となる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に係り、特に、画像に応じた光を潜像担持体に露光してトナー現像し、現像されたトナー像を記録用紙に転写することにより画像を形成するデジタル複写機、プリンタ等の画像形成装置や、画像に応じた光を露光することにより電子ペーパーに画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、画像に応じて変調された光ビームを感光体に走査露光してトナー現像し、現像されたトナー像を記録用紙に転写することにより画像を記録用紙上に形成するレーザビームプリンタが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
一方、コンピュータ等に保持された電子文書がレーザビームプリンタ等で印刷された場合、その出所、すなわちどのプリンタで印刷されたかを証明するために特定のパターン等を出力文書に記録することが要求されている。
【０００４】
このような場合、例えばプリンタのシリアル番号を表すバーコード等を出力文書に印刷することにより、その文書の出所を特定すること等が考えられる。
【０００５】
例えばバーコードを出力文書に記録する技術としては、特許文献２には、図２４（Ａ）に示すような預り証１００の印刷内容と対応付けられたコード番号を図２４（Ａ）、（Ｂ）に示すようなバーコード１０２として出力文書に印刷することが記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、図２５（Ａ）に示すような証券１０４の印刷内容を２次元コード化した図２５（Ａ）、（Ｂ）に示すような２次元バーコード１０６を証券１０４に印字することが記載されている。
【０００７】
また、特許文献４には、クレジットカード等に、カード番号などの情報を立体的に浮き上がるパターンとしてホログラフィにより作成することが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２１５４２３号公報
【特許文献２】
特開平６−１８７５２３号公報
【特許文献３】
特開平１１−１９５０７９号公報
【特許文献４】
特開２０００−１７２１５７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バーコードは所定のフォーマットにより電子画像として容易に作成可能であるため、同一パターンのデジタル情報をコンピュータ等で作成し、他のプリンタを用いて印刷することによって同じバーコードを容易に複製することができるため、全く原本と同一のものを複製することができる。従って、文書等の偽造が容易であり、これを文書を出力したプリンタを特定する目的に使用するのは困難である、という問題があった。
【００１０】
また、ホログラフィを生成するためのホログラム生成装置は複雑かつ高価であり、プリンタ毎にホログラム生成装置を備えることはコストが大幅に高くなる、という問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、偽造が困難なプリンタ固有のパターンを記録媒体に記録可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、画像に応じた光を露光面上に露光することにより画像を形成する画像形成装置において、干渉縞パターン用の光ビームを射出する干渉縞用光源と、前記光源から射出された光ビームを２以上の光ビームに分割させるビーム分割手段と、分割された光ビームを露光面上に投影させることにより干渉縞パターンを前記露光面上に露光する投影光学系と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
画像形成装置は、画像に応じた光を露光面上に露光することにより画像を形成する。
【００１４】
このように画像に応じた光を露光面に露光することにより画像を形成する画像形成装置としては、例えば潜像担持体と、画像に応じた光を前記潜像担持体上に走査露光させて前記潜像担持体上に潜像を形成する走査露光手段と、前記潜像担持体上に形成された潜像をトナー現像する現像手段と、前記現像手段により現像されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、を備えたものがある。この場合、露光面は潜像担持体の表面となる。このような画像形成装置は、複写機やプリンタ、ファクシミリ等に用いることができる。
【００１５】
また、画像の記録媒体として、透光性を有する一対の基板間に、少なくともメモリ性を有する表示層及び光導電層を積層してなり、且つ画像に応じた光を前記光導電層側から照射しながら所定電圧を前記一対の基板間に印加することにより画像表示が可能な記録媒体を用いた場合には、画像形成装置は、画像に応じた光を前記光導電層側から照射する光照射手段と、前記一対の基板間に所定電圧を印加する電圧印加手段と、で構成することができる。この場合、露光面は記録媒体の表面となる。このような記録媒体はメモリ性を有するため、画像に応じた光の照射や電圧の印加を停止した後も画像を保持することができ、電子ペーパーとして利用することができる。
【００１６】
このような画像形成装置において、干渉縞用光源は、干渉縞パターン用の光ビームを射出する。この光源には、例えば可干渉性に優れたレーザ光を射出するレーザ光源等が用いられる。
【００１７】
ビーム分割手段は、光源から射出された光ビームを２以上の光ビームに分割させる。ビーム分割手段としては、例えば多重反射手段を用いることができる。多重反射手段は、光源から射出された光ビームを多重反射させる。すなわち、干渉縞用光源から入射された光ビームを光路長の異なる複数の光ビームに分割して出射する。
【００１８】
この多重反射手段は、例えば光を透過すると共に反射面を有する２枚の平面状の基板を互いの反射面が対向するように平行に配置した所謂エタロンにより構成することができる。これにより、干渉縞用光源からの光ビームが２枚の基板間で多重反射し、光路長の異なる複数の光ビームに分割される。
【００１９】
投影光学系は、多重反射された光ビームを露光面上に投影させる、すなわち結像させることにより干渉縞パターンを露光面上に露光する。これにより、露光面上に干渉縞パターンが形成される。
【００２０】
このようにして露光面に形成される干渉縞パターンは、多重反射手段の光に対する屈折率や干渉縞用光源から射出された光ビームの多重反射手段への入射角、光ビームの波長、投影光学系の焦点距離などの各種パラメータによって異なる。
【００２１】
これらのパラメータは、同じ装置であれば一定の値となるべきものであるところ、製造時の誤差等により、同じ装置を複数製造した場合でも全ての装置において一定の値となるのは極めてまれである。
【００２２】
従って、露光面上に形成される干渉縞パターンは、それぞれの装置において固有のものとなるため、干渉縞パターンと装置とを予め対応付けておくことにより、干渉縞パターンが記録された記録媒体の出所、すなわち画像形成装置を特定することが可能となる。
【００２３】
また、このような干渉縞パターンは他の装置で複製するのは非常に困難であるため、文書の偽造等を効果的に防止することができる。
【００２４】
請求項２記載の発明は、前記干渉縞用光源を複数備え、前記露光面上に複数の干渉縞パターンを露光することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、複数の干渉縞パターンが露光面上に形成されるため、パターンの多様性が飛躍的に増大する。これにより、同一の干渉縞パターンを形成する装置が製造される確率を極めて低くすることができる。従って、同一の干渉縞パターンが偽造されるのを、より防止することができる。
【００２６】
請求項３記載の発明は、前記干渉縞用光源毎に前記投影光学系を備えたことを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、複数の干渉縞用光源毎に各々投影光学系が設けられる。干渉縞パターンは、投影光学系の焦点距離等によって変わり、また、投影光学系の製造誤差などによりその焦点距離は投影光学系固有のものとなる。従って、複数の干渉縞用光源毎に各々投影光学系が設けられることにより、パターンの多様性をさらに増大させることができる。
【００２８】
請求項４記載の発明は、前記干渉縞用光源を前記投影光学系の物体側焦点位置近傍に配置したことを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、干渉縞用光源を投影光学系の物体側焦点位置近傍に配置することにより、多重反射手段を透過した０次の透過光は投影光学系を透過した後、前記投影光学系の光軸と平行となり、露光面に対して略垂直に入射することとなる。このため、露光面の位置が光軸方向に変動しても０次の透過光の位置は変動せず、干渉縞パターンが変動するのを防ぐことができる。
【００３０】
請求項５記載の発明は、装置に予め付与された識別符号用の光ビームを射出する識別用光源と、前記識別符号用の光ビームを前記露光面上に投影させるための識別用投影光学系と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、識別用光源から射出された光ビームは識別用投影光学系を透過して露光面上を露光する。これにより、記録媒体に点が記録される。このため、例えば識別用光源を複数設け、装置に予め付与された識別符号に応じて複数の識別用光源のオンオフを制御することにより、識別符号に対応したパターンの点を記録媒体に形成することができ、識別符号を容易に確認することができる。
【００３２】
請求項６記載の発明は、前記干渉縞パターンが、装置に予め付与された識別符号に対応した配置で前記露光面上に形成されることを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、干渉縞パターンが、装置に予め付与された識別符号に対応した配置で露光面上に形成される。すなわち、干渉縞パターンの記録の有り無しによって識別符号が表される。これにより、識別符号用の光源や投影光学系を特に設ける必要がなく、装置を安価かつ簡略な構成とすることができる。
【００３４】
請求項７記載の発明は、前記干渉縞用光源が、分布ブラッグ反射型の共振器を備えた面発光レーザであることを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、干渉縞用光源が分布ブラッグ反射型の共振器を備えた面発光レーザで構成されるため、可干渉性に優れると共に、温度変化等が発生した場合でも光ビームの波長が変化しにくい。従って、干渉縞パターンが変動するのを防ぐことができる。
【００３６】
請求項８記載の発明は、前記ビーム分割手段が、平行平面板であることを特徴とする。
【００３７】
この発明によれば、ビーム分割手段を両面が平行な平行平面板とする。この場合、平行平面板の両面に反射面を形成する。このように、ビーム分割手段を１枚の平行平面板とすることにより、反射面の間隔が変動することがなく、干渉縞パターンが変動するのを防ぐことができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について詳細に説明する。
【００３９】
図１には、本実施形態に係る画像形成装置１０の概略的な構成を示した。図１に示すように、画像形成装置１０はケーシング１２によって被覆されている。
【００４０】
ケーシング１２内には、画像形成部１４が設けられている。画像形成部１４は、図１に示される矢印Ａ方向に定速回転する円筒状の感光体ドラム（潜像担持体）１６と、所望の画像データに基づいて光ビームを感光体ドラム１６に向けて（図１の矢印Ｂ方向）、主走査しながら照射する光走査装置１８と、を備えている。
【００４１】
感光体ドラム１６の周面近傍には帯電器２０が配設されている。帯電器２０は、感光体ドラム１６を一様に帯電させる。そして、感光体ドラム１６は、所定速度で矢印Ａ方向に回転することによって、光走査装置１８から照射された光ビームを副走査方向に走査する。これにより、感光体ドラム１６の周面上に潜像が形成される。
【００４２】
また、光走査装置１８による光ビームの照射位置よりも感光体ドラム１６の回転方向下流側には、感光体ドラム１６の周面に対向して、感光体ドラム１６にトナーを供給する現像器２２が配設されている。現像器２２から供給されたトナーは、光走査装置１８によって光ビームが照射された部分に付着される。これにより感光体ドラム１６の周面上にトナー像が形成される。
【００４３】
現像器２２の配設位置よりも感光体ドラム１６の回転方向下流側（感光体ドラム１６の軸芯垂下位置）には、感光体ドラム１６の周面に対向して、転写用帯電体２４が配設されている。転写用帯電体２４は、用紙トレイ２６又は手差しトレイ２８から、感光体ドラム１６と転写用帯電体２４の間に案内された用紙３０に、感光体ドラム１６の周面上に形成されたトナー像を転写する。
【００４４】
転写用帯電体２４の配設位置よりも感光体ドラム１６の回転方向下流側には、感光体ドラム１６に対向して、クリーナー３２が配設されている。クリーナー３２により、転写後に感光体ドラム１６の周面に残留しているトナーが除去される。
【００４５】
トナー像が転写された用紙３０は、矢印Ｃ方向に搬送される。感光体ドラム１６よりも用紙３０の搬送方向下流側には、加圧ローラ３４と加熱ローラ３６を含んで構成している定着器３８が配設されている。定着器３８では、搬送されてきたトナー像が転写された用紙３０を加熱及び加圧し、トナーを融解固定する。すなわち、定着器３８では所謂定着処理が施され、用紙３０上に所定の画像が記録される。定着処理が施され、画像が記録された用紙３０は排出トレイ４０に排出される。
【００４６】
図２には、光走査装置１８の概略構成を示した。
【００４７】
図２に示すように、光走査装置１８は、半導体レーザ５０と、側面に複数の反射面５２Ａが設けられた正多角形状に形成され、モータ５１によって矢印Ｄ方向に高速で回転されるポリゴンミラー（回転多面鏡）５２と、を備えている。
【００４８】
半導体レーザ５０は、図２に示すようにＬＤドライバ５４によって制御される。ＬＤドライバ５４が入力された画像信号（Ｖｉｄｅｏ信号）に基づいて半導体レーザ５０を駆動することにより、半導体レーザ５０からは、図２に示すように、所望の画像データに基づいて変調された光ビームＬＢが出射される。
【００４９】
半導体レーザ５０から出射された光ビームＬＢの進行方向下流側には、光ビームＬＢを発散光から略平行光に変換するコリメータレンズ５６が配置されている。半導体レーザ５０から出射された光ビームＬＢは、コリメータレンズ５６を介して、ポリゴンミラー５２の反射面５２Ａに到達するようになっている。
【００５０】
ポリゴンミラー５２に入射した光ビームＬＢは、当該ポリゴンミラー５２の回転によって、各反射面５２Ａに対する光ビームの入射角度が連続的に変化して偏向される。これにより、光ビームＬＢが、同時に感光体ドラム１６の表面を矢印Ｅ方向（主走査方向）に走査しながら照射される。
【００５１】
ポリゴンミラー５２の反射面５２Ａにより反射された光ビームＬＢの進行方向には、第１のレンズ５８Ａ及び第２のレンズ５８Ｂで構成されたｆθレンズ５８が配置されている。このｆθレンズ５８によって、光ビームＬＢが感光体ドラム１６を照射するときの主走査速度は等速度になる。
【００５２】
また、ポリゴンミラー５２により偏向された光ビームＬＢの走査面上での軌跡で、画像形成領域以外の軌跡上には、光ビームＬＢの位置を検出する同期タイミング検出センサとしてのＳＯＳセンサ５９が設けられている。
【００５３】
ＬＤドライバ５４は、ＳＯＳセンサ５９が光ビームＬＢを検出するタイミング、すなわちがＳＯＳセンサ５９上を光ビームが横切るタイミングに基づいて、感光体ドラム１６に対する書き込み開始タイミングを決定する。
【００５４】
また、感光体ドラム１６の周面上であって感光体ドラム１６上を走査する光ビームＬＢによる画像記録範囲内には、装置固有の固有パターンを感光体ドラム１６に露光するための固有パターン露光装置６０が設けられている。この固有パターン露光装置６０は、光ビームＬＢによって走査露光される画像の未露光部に、装置固有の固有パターンの潜像を感光体ドラム１６上に形成する。
【００５５】
固有パターン露光装置６０によって感光体ドラム１６上に形成された固有パターンの潜像は、用紙３０に記録される文書画像等と同様に、前述した画像形成プロセスによってトナー現像され、前記文書画像等が記録された画像情報が無い領域に転写されて記録される。
【００５６】
固有パターン露光装置６０はＬＤドライバ５４によって制御され、光ビームＬＢの走査と同期して制御される。
【００５７】
図３には、固有パターン露光装置６０の構成を示した。図３に示すように、固有パターン露光装置６０は、レーザ光源６２、平行平面板６４、投影レンズ６６で構成されている。投影レンズ６６の投影倍率βは、例えば∞（無限大）である。
【００５８】
なお、レーザ光源６２は本発明の干渉縞用光源に相当し、平行平面板６４は本発明のビーム分割手段に相当し、投影レンズ６６は本発明の投影光学系に相当する。
【００５９】
レーザ光源６２は、可干渉性に優れたレーザ光を発生する面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒｄｉｏｄｅ）で構成されている。
【００６０】
図４（Ａ）にはレーザ光源６２の上面図を、図４（Ｂ）にはレーザ光源６２の断面図をそれぞれ示した。
【００６１】
図４（Ｂ）に示すように、レーザ光源６２は、半導体基板７０の水平面に対して垂直方向に共振器７１が設けられ、該共振器７１は、キャリアを閉じ込め光を発生させる活性層７２と、半導体多層膜反射ミラーとしての下部ＤＢＲ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ：分布ブラッグ反射器）層７３と、半導体多層膜反射ミラーとしての上部ＤＢＲ層７４と、活性層７２で発光した光の位相を前記上部・下部の両ＤＢＲ層の端部で整合させるスペーサ層７５とからなる。
【００６２】
共振器外の構成要素として、上部コンタクト層７６、レーザの出射口の機能を併せ持つ上部電極７７、層間絶縁膜７８、下部電極７９が設けられてなる。
【００６３】
なお、図４中の符号８０は、ＡｌＡｓ層であり、符号８０Ａで表される領域が酸化領域、符号８０Ｂで表される領域が非酸化領域である。そして、上部電極７７に開口部（発光点）８１が設けられ、レーザ出射口となる。
【００６４】
レーザ光源６２の発光点からは一定の拡がり角を持つレーザビームＬが射出される。レーザ光源６２から射出されたレーザビームＬは、その光軸ＬＣ上に設置された平行平面板６４に入射する。
【００６５】
平行平面板６４は光学ガラスの両端を平面に研磨した反射面６４Ａ、６４Ｂを有している。この反射面は一定の反射率を有しており、光学的な所謂エタロンを構成している。本実施形態では、平行平面板６４として、石英ガラスの両面を研磨し反射ミラーとしたものを用いている。
【００６６】
平行平面板６４に入射したレーザビームＬは平行平面板６４内で多重反射を繰り返し、光路長の異なるレーザビーム（透過光）Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２…、に分割されて投影レンズ６６側へ出射される。
【００６７】
平行平面板６４を射出した複数のレーザビームＬ０、Ｌ１、Ｌ２…、は、レーザビームＬの光軸上に設置された投影レンズ６６に入射する。
【００６８】
投影レンズ６６は、平行平面板６４によって分割されたレーザビームＬ０、Ｌ１、Ｌ２…、が感光体ドラム１６の表面に形成された電荷輸送層１６Ａの下層に形成された電荷発生層（受光面）１６Ｂ上に収束するように設置され、複数のレーザビームによる干渉が受光面にて発生する。
【００６９】
なお、レーザ光源６２は、投影レンズの物体側焦点位置近傍に配置されている。すなわち、レーザ光源６２の発光点から平行平面板６４の反射面６４Ａまでの距離Ｗｄと、平行平面板６４の厚さｄを光学屈折率ｎで除した距離と、平行平面板６４の反射面６４Ｂと、投影レンズ６６までの距離Ｌｅとの和が、投影レンズ６６の焦点距離ｆと略一致する位置にレーザ光源６２が配置されている。
【００７０】
平行平面板６４において発生する各レーザビームの光路長の差によって、受光面での干渉の光強度が決定される。すなわち、分割された各レーザビームの光路差が半波長の奇数倍の場合には、それらのレーザビーム（例えば図３において点線で示すレーザビーム）は打ち消しあって受光面での光強度が減少する。
【００７１】
一方、分割された各レーザビームの光路差が半波長の偶数倍の場合には、それらのレーザビーム（例えば図３において実線で示すレーザビーム）は強調しあって受光面での光強度は増加する。これにより、受光面での光強度は、例えば図３に示すような光強度分布６８となり、干渉縞の潜像が感光体ドラム１６上に形成される。
【００７２】
平行平面板６４で発生する隣り合う複数のレーザビームの位相差δは、下記（１）式で表される。
【００７３】
δ＝４π／λ・ｎ・ｄ・ｃｏｓ（ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ／ｎ）） …（１）
ここで、ｄは平行平面板６４の厚さ、ｎは平行平面板６４の光学屈折率、θはレーザ光源６２から射出されたレーザビームが平行平面板６４へ入射するときのビーム入射角、λはレーザビームの波長であり、レーザビームの光軸ＬＣが平行平面板６４の反射面６４Ａ及び６４Ｂに垂直な場合、θはレーザビームのビーム拡がり角に等しくなる。
【００７４】
上記（１）式より、位相差δは、ｄ、ｎ、λ が一定ならばビームの拡がり角θによって干渉の状態が変化し、受光面における干渉縞の光量が決定される。
【００７５】
このときの受光面での干渉縞の光強度Ｉｆ（θ）は、平行平面板６４で多重反射されたレーザビームの干渉の式を表す下記（２）式により表される。
【００７６】
Ｉｆ（θ）＝ｔ・ｔ’／（１＋（ｒ・ｒ’）^２−２ｒ・ｒ’ｃｏｓδ）・Ｉｇ（θ） …（２）
ここで、ｔは平行平面板６４へ入射したレーザビームの反射面６４Ａでの透過率、ｒは平行平面板６４へ入射したレーザビームの反射面６４Ａでの反射率であり、ｒ＝１−ｔの関係にある。また、ｔ’は平行平面板６４から射出されるレーザビームの反射面６４Ｂでの透過率、ｒ’は平行平面板６４から射出するレーザビームの反射面６４Ｂでの反射率であり、ｒ’＝１−ｔ’の関係にある。また、Ｉｇ（θ）は入射光の強度分布であり、次式で表される。
【００７７】
Ｉｇ（θ）＝ｅｘｐ（−２（θ／ｗ_０）^２） …（３）
ここで、ｗ_０は１／ｅ^２の強度となるビーム発散角であり、ｅは自然対数である。
【００７８】
Ｉｆ（θ）はθの関数であるから、ビームの拡がり角に従って干渉縞の強度が変動する。受光面の光の強度が高いところは、用紙３０に記録されたときの濃度が高くなり、干渉縞の高濃度部を形成する。
【００７９】
一方、干渉縞の受光面でのレーザビームの光軸ＬＣからの高さｈは、レーザ光源６２が投影レンズ６６の物体側焦点位置に配置されているため、次式で表される。
【００８０】
ｈ＝ｆ・ｓｉｎ（θ） …（４）
すなわち、レーザ光軸からの高さｈは、投影レンズの焦点距離ｆ、ビームの拡がり角θによって決定される。
【００８１】
干渉縞はビームの拡がり角θに依存するため、図５に示すようにレーザビームの光軸ＬＣを中心とした略円形の干渉縞６９となるが、その半径ｒｓは光軸ＬＣからの高さｈに等しい。なお、図５では説明の便宜上、投影レンズ６６を省略すると共に干渉縞６９を光軸方向から見た場合の平面図で示した。
【００８２】
上記（２）式、（４）式はともにθの関数であることから、平行平面板６４及び投影レンズ６６の光学パラメータである平行平面板６４の厚さｄ、平行平面板６４の光学屈折率ｎ、投影レンズ６６の焦点距離ｆとレーザビームの波長λが一定であれば、レーザ光源６２から射出するレーザビームの拡がり角θに依存して、干渉縞の位置と濃度が決定される。
【００８３】
ここで、光学パラメータである平行平面板６４の厚さｄ、平行平面板６４の光学屈折率ｎ、投影レンズ６６の焦点距離ｆ、レーザビームの波長λは、画像形成装置１０の設計時に一定の値に設計されるが、製造時には製作誤差等により、複数個製造した同一装置の上記光学パラメータが全く同一の値の組み合わせとなることは極めてまれとなる。
【００８４】
図６には、レーザビームの波長λが０．７８５μｍ（７８５ｎｍ）、平行平面板６４の厚さｄが１０００μｍ（１ｍｍ）、平行平面板６４の屈折率ｎが１．５１、投影レンズ６６の焦点距離ｆが１００００μｍ（１０ｍｍ）の場合の干渉縞半径ｒｓ（θ）と干渉縞の光強度Ｉｆ（θ）との関係を示した。
【００８５】
また、平行平面板６４の厚さｄが異なる以外は図６と同じ条件で、平行平面板６４の厚さｄを１０１０μｍ、１０５０μｍ、１２００μｍとした場合における干渉縞半径ｒｓ（θ）と干渉縞の光強度Ｉｆ（θ）との関係を図７〜９にそれぞれ示した。
【００８６】
図６に示すように、平行平面板６４の厚さｄが１０００μｍの場合、干渉縞半径が１３０μｍ付近の所で最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ（１０００μｍ）以内の領域に光量のピークが９カ所存在するのに対し、図７に示すように平行平面板６４の厚さｄが１０１０μｍの場合では、干渉縞半径が３７０μｍ付近の所に最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが８カ所存在する。
【００８７】
また、図８に示すように、平行平面板６４の厚さｄが１０５０μｍの場合では、干渉縞半径が２４０μｍ付近の所に最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが９カ所存在する。
【００８８】
また、図９に示すように、平行平面板６４の厚さｄが１２００μｍの場合では、干渉縞半径が２４０μｍ付近の所に最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが１０カ所存在する。
【００８９】
このように、平行平面板６４の厚さｄが異なることにより、干渉縞のパターンが各々異なることが判る。
【００９０】
また、レーザ光源６２の製造時における製造プロセス条件は一般に変動するため、レーザ光源が異なるとその発振波長も異なる。ＡｌＧａＡｓ系レーザの代表的なレーザ波長は７８５ｎｍであるが、レーザ波長の決定要因であるレーザ発振部量子井戸構造のＡｌの組成比や膜厚の変動は、製造条件中の結晶成長のためのガス圧やガスの流速、成長時間や成長温度等のパラメータ変化によって各レーザ毎に若干変化し、発振波長にして１０ｎｍ程度の変化は容易に発生する。
【００９１】
図１０、１１には、レーザの波長λが異なる以外は図６と同じ条件で、レーザの波長λが０．７９０μｍ、０．８００μｍとした場合における干渉縞半径ｒｓ（θ）と干渉縞の光強度Ｉｆ（θ）との関係をそれぞれ示した。
【００９２】
図６に示すように、レーザの波長λが０．７８５μｍの場合、干渉縞半径が１３０μｍ付近の所で最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが９カ所存在するのに対し、図１０に示すようにレーザの波長λが０．７９０μｍの場合では、干渉縞半径が３１０μｍ付近の所に最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが８カ所存在する。
【００９３】
また、図１１に示すように、レーザの波長λが０．８００μｍの場合では、干渉縞半径が０μｍ付近の所に最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが９カ所存在する。
【００９４】
このように、レーザの波長λが異なることにより、干渉縞のパターンが各々異なることが判る。
【００９５】
また、装置の光学系ユニットの組み立て時において使用する平行平面板６４の屈折率ｎが変化すると異なったパターンの干渉縞が得られる。
【００９６】
図１２、１３には、平行平面板６４の屈折率ｎが異なる以外は図６と同じ条件で、平行平面板６４の屈折率ｎが１．５０５、１．５００とした場合における干渉縞半径ｒｓ（θ）と干渉縞の光強度Ｉｆ（θ）との関係をそれぞれ示した。
【００９７】
図６に示すように、平行平面板６４の屈折率ｎが１．５１の場合、干渉縞半径が１３０μｍ付近の所で最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが９カ所存在するのに対し、図１２に示すように平行平面板６４の屈折率ｎが１．５０５の場合では、干渉縞半径が２２０μｍ付近の所に最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが９カ所存在する。
【００９８】
また、図１３に示すように、平行平面板６４の屈折率ｎが１．５００の場合では、干渉縞半径が２８０μｍ付近の所に最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが８カ所存在する。
【００９９】
このように、平行平面板６４の屈折率ｎが異なることにより、干渉縞のパターンが各々異なることが判る。
【０１００】
また、投影レンズ６６の焦点距離ｆが変動しても発生する干渉縞のパターンは変化する。
【０１０１】
図１４、１５には、投影レンズ６６の焦点距離ｆが異なる以外は図６と同じ条件で、投影レンズ６６の焦点距離ｆが１０５００μｍ、１１０００μｍとした場合における干渉縞半径ｒｓ（θ）と干渉縞の光強度Ｉｆ（θ）との関係をそれぞれ示した。
【０１０２】
図６に示すように、投影レンズ６６の焦点距離ｆが１００００μｍの場合、干渉縞半径が１３０μｍ付近の所で最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが９カ所存在するのに対し、図１４に示すように投影レンズ６６の焦点距離ｆが１０５００μｍの場合では、干渉縞半径が１３０μｍ付近の所に最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが８カ所存在する。
【０１０３】
また、図１５に示すように、投影レンズ６６の焦点距離ｆが１１０００μｍの場合では、干渉縞半径が１４０μｍ付近の所に最初の光量のピークがあると共に、半径１ｍｍ以内の領域に光量のピークが７カ所存在する。
【０１０４】
このように、投影レンズ６６の焦点距離ｆが異なることにより、干渉縞のパターンが各々異なることが判る。
【０１０５】
以上のように、固有パターン露光装置６０によって感光体ドラム１６に露光される固有パターンとしての干渉縞は、製造時における組み立て時のばらつきや部品のばらつき等により、固有パターン露光装置６０毎、すなわち、画像形成装置１０毎に異なる確率が非常に高い。
【０１０６】
従って、各々の画像形成装置により記録される固有パターンをその画像形成装置と関連付けて予めデータバンク等に登録しておき、文書画像等と同時に印刷された固有パターンを予め記録した固有パターンと比較することにより、文書を作成した画像形成装置を特定することが可能になると共に、文書の偽造を検出することが可能となる。
【０１０７】
ところで、感光体ドラム１６は偏芯している場合があり、感光体ドラム１６の回転に伴い投影レンズ６６との距離が変動する場合がある。一般に、投影光学系では、投影レンズと投影面との距離が変化すると結像関係が変わり、投影光学系の投影倍率が変化して像の大きさが変わってしまう。
【０１０８】
固有パターン露光装置６０によって感光体ドラム１６に露光される固有パターンは、その画像形成装置１０では変動しないことが求められるため、上記の距離が変動しても投影倍率が変わらないことが必要となる。
【０１０９】
ここで、本実施形態では、レーザ光源６２を投影レンズ６６の物体側焦点位置近傍に配置している。このため、平行平面板６４での０次の透過光Ｌ０は投影レンズ６６を透過後、光軸ＬＣと平行となり、感光体ドラム１６の受光面に対して略垂直に入射する。従って、感光体ドラム１６の受光面の位置が光軸ＬＣ方向に変動したとしても、０次の透過光Ｌ０の受光面内における位置は変動しない。レーザ光源６２と投影レンズ６６との間に設置された平行平面板６４により、レーザビームＬは平行光束に分割されるが、０次の透過光Ｌ０は最も光量が大きいため、受光面が光軸ＬＣ方向に変動した場合でも干渉縞の位置は変動せず、同一の干渉縞パターンが得られる。
【０１１０】
このように、レーザ光源６２が投影レンズ６６の物体側焦点位置近傍に配置されていることにより、感光体ドラム１６の受光面が光軸ＬＣ方向に変動した場合でも、同一の干渉縞のパターンを記録することができる。
【０１１１】
また、上記（２）式で示されるとおり、レーザ光源６２のレーザ波長によって干渉縞は変化するため、レーザ光源６２のレーザ波長は変化しないことが望ましい。通常、コンパクトディスクプレーヤー等に用いられる端面発光ファブリペロー型の半導体レーザでは、発振波長は下記（５）式で決定され、発振波長の縦モード間隔は下記（６）式で表される。
【０１１２】
ｍ／２・λ／ｎｅｆｆ＝Ｌ …（５）
Δλ＝λ＾２／（２・ｎｅｆｆ・Ｌ） …（６）
ここで、λはレーザ光源６２の発振波長、ｎｅｆｆは光導波路の実効屈折率、Ｌは光共振器長、Δλは縦モード間隔、ｍは任意の整数である。
【０１１３】
発振波長帯が７８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ半導体レーザでは、通常Ｌは３００μｍ位であるため、Δλは０．３ｎｍとなる。
【０１１４】
光共振器中の屈折率ｎｅｆｆは温度変化に対して変動するため、共振器の光路長が変化し、共振モードの波長の遷移、及び同一モード中での波長の変化が発生する。
【０１１５】
図１６には、発振波長帯が８００ｎｍのＡｌＧａＡｓ半導体レーザにおける温度と発振波長との関係を示した。図１６に示すように、温度が変化すると発振波長が大きく変化するのが判り、およそ＋０．２５ｎｍ／Ｋの変化となる。
【０１１６】
一方、本実施形態では、レーザ光源６２として面発光型レーザを採用している。面発光型レーザにおいては、端面発光型レーザと比べて異なった挙動を示す。面発光型レーザでは、図４（Ｂ）に示したように、活性層７２の上下をＤＢＲ、すなわち、分布ブラッグ反射器で挟み込んだ構造となっている。発振波長はＤＢＲの周期構造によって決定される縦モードによって一義的に決定され、端面発光型レーザにみられるようなモードの飛びは発生しない。
【０１１７】
図１７には、このような面発光型レーザにおける温度と発振波長との関係を示した。図１７に示すように、温度に対する発振波長の変化は、およそ＋０．０４ｎｍ／Ｋであり、端面発光型レーザよりもかなり小さいことが判る。
【０１１８】
従って、固有パターン露光装置６０のレーザ光源として分布ブラッグ反射型の共振器を備えた面発光型レーザを用いることにより、干渉縞の間隔変化を抑制することができる。
【０１１９】
なお、面発光型レーザの発振波長は、ＤＢＲ構造であり膜厚等によってはぼ支配的に決定されるが、レーザの製造時には製造パラメータの変動により膜厚は変化する。図１８に示すように、全体の膜厚がわずか１％変化しただけても、波長にして約６ｎｍの変化が発生する。しかし、レーザ使用時には膜厚の変化は発生しないため、個々のレーザ波長は変化せず、かつレーザ間の波長差は存在するため、固有パターン露光装置６０毎に発生する干渉縞のパターンは異なる。
【０１２０】
また、本実施形態では、平行平面板６４として、石英ガラスの両面を研磨し反射ミラーとした平行平面板を用いている。干渉縞の光強度と位置は上記（２）、（４）式により与えられるが、反射面の間隔ｄが変動すると干渉縞の位置は変動する。対策として１枚の平行平面板を用いることにより、反射面の間隔ｄが変動するのを押さえることができる。また、ガラスの材質を熱膨張しにくい材質である石英ガラスを用いることにより反射面の間隔ｄの変動をより押さえることができる。なお、本実施形態では平行平面板６４として石英ガラスを用いたが、これに限らず、熱膨張しにくく変形しにくい材質であれば他の材質の平行平面板を用いてもよい。
【０１２１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、固有パターン露光装置の他の形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１２２】
図１９には、本実施形態に係る固有パターン露光装置９０を示した。図１９に示すように、固有パターン露光装置９０は複数のレーザ光源６２を備えたレーザアレイ９２を備え、各々のレーザ光源６２に対応して投影レンズ６６が設けられている。
【０１２３】
レーザアレイ９２は、例えば２×３個のレーザ光源６２が設けられており、図２０に示すように、合計６個の干渉縞６９の潜像が感光体ドラム１６に露光される。なお、図２０では説明の便宜上、投影レンズ６６を省略すると共に干渉縞６９を平面的に示した。
【０１２４】
２×３個のレーザ光源６２から射出されたレーザビームは、平行平面板６４を透過後、各々のレーザ光源６２に対応した投影レンズ６６に各々入射する。レーザアレイ９２のレーザ光射出面は、投影レンズ６６の物体側焦点位置に設けられ、投影レンズ６６の像側焦点位置に感光体ドラム１６の受光面が配置される。
【０１２５】
レーザアレイ９２から射出したレーザビームの各々は平行平面板６４の両反射面にて多重反射を繰り返し、レーザビームを複数のコリメート光に分割する。このコリメート光の組は、レーザビームの発散角毎に存在する。一組のコリメート光は投影レンズ６６によって、像側焦点位置に置かれた受光面に集光する。
【０１２６】
このとき、レーザアレイ９２からの発散角θに従って干渉の状態が変化し、受光面上での強度が決定されて、干渉縞が発生する。この干渉縞の発生の仕組みは上記第１実施形態と同様であるが、本実施形態では、レーザ光源６２及び投影レンズ６６の組を複数組もうけ、複数の干渉縞パターンが同時に受光面に露光されるようにしている。
【０１２７】
また、固有パターンの干渉縞の位置は上記（２）、（４）式で与えられるが、投影レンズの焦点距離ｆ、または発光点と投影レンズとの間隔が変化すると、縞の間隔が変わる。従って、投影レンズ６６を個々のレーザ光源６２に対して設けることにより、焦点距離ｆ及び発光点と投影レンズとの間隔が製造ばらつきによって個別に与えられる。
【０１２８】
このため、レーザ光源６２や投影レンズ６６の製造時のパラメータ変動や製作誤差により、複数の干渉縞はほぼ全てが異なったパターンとなり、装置固有の固有パターンの多様性が飛躍的に増加する。これにより、同一の製造工程を用いて固有パターン露光装置を製作しても、同一の固有パターンを発生する装置が製造される確率は極めて低くなる。従って、文書を作成した画像形成装置をより確実に特定することが可能になると共に、文書の偽造をより正確に検出することが可能となる。
【０１２９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３０】
干渉縞による固有パターンを用いることにより、文書を印刷した画像形成装置を特定するためには、予めデータバンク等に登録された固有パターンと文書上に印刷された固有パターンとを照合して、使用された画像形成装置のシリアル番号（識別符号）等を割り出す必要があるが、そのためには固有パターン露光装置の数だけの固有パターンと照合する作業が必要となり、大変煩雑となる。
【０１３１】
このため、本実施形態では、複数のレーザ光源６２を備えたレーザアレイを用いて、その一部のレーザ光源を装置のシリアル番号を表示するための表示用光源（識別用光源）とし、その他のレーザ光源を干渉縞を発生させるための干渉縞用光源とした。
【０１３２】
以下では、説明の簡単のため、３×３のレーザ光源６２を備えたレーザアレイを用いた場合について説明する。
【０１３３】
３×３のレーザ光源６２のうち、図２１に示すように、２×３個のレーザ光源６２Ａを画像形成装置のシリアル番号を表示するための表示用光源とし、１×３個のレーザ光源６２Ｂを干渉縞を発生させるための干渉縞用光源とし、固有パターンを発生させる構成とする。
【０１３４】
この場合、図２１に示すように、表示用光源としてのレーザ光源６２Ａと投影レンズ６６Ａ（識別用投影光学系）との間には平行平面板６４を設けず、レーザ光源６２Ａから射出されたレーザビームは投影レンズ６６によって感光体ドラム１６上に投影される。このレーザ光源６２Ａの点灯を装置のシリアル番号に応じて適宜オンオフさせることにより、装置のシリアル番号に対応したパターンを記録することが可能になると共に、レーザ光源６２Ｂによる干渉縞パターンによって装置固有のパターンを記録することができる。
【０１３５】
図２１の場合、上段及び中段の２×３のレーザ光源６２Ａの点灯パターンによってシリアル番号が表示されるため、２^６個のシリアル番号に対応したパターンを表示可能である。すなわち、レーザ光源６２Ａの数をｎとした場合、２^ｎ個のシリアル番号に対応したパターンを記録することができる。
【０１３６】
このように、シリアル番号に対応したパターンを用紙３０に記録することができるため、文書を印刷した画像形成装置のシリアル番号を容易に知ることができ、固有パターンの照合を迅速に行うことが可能となる。
【０１３７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３８】
第３実施形態では、干渉縞による固有パターンの発生とシリアル番号に対応したパターンの発生のためのレーザ光源及び投影レンズを別個に設けたが、この場合、シリアル番号の増加に従って必要とするレーザ光源及び投影レンズの数が多くなる。
【０１３９】
そこで、本実施形態では、複数のレーザ光源６２によって複数の干渉縞を発生させると共に、複数のレーザ光源６２の点灯を画像形成装置のシリアル番号に応じてオン又はオフさせることにより、シリアル番号に応じたパターンを記録する。すなわち、干渉縞用光源をシリアル番号表示用の表示用光源と兼用する。
【０１４０】
図２２には、説明の簡単のため、２×３個のレーザ光源６２を備えた場合について示した。なお、図２２では投影レンズ６６は省略している。
【０１４１】
図２２に示すように、レーザ光源６２を画像形成装置のシリアル番号に応じて選択的に点灯することにより、シリアル番号に応じたパターンが記録されると共に、装置固有の干渉縞パターンが記録される。すなわち、干渉縞パターンが、装置に予め付与されたシリアル番号に対応した配置で感光体ドラム１６上に形成される。
【０１４２】
なお、６個のレーザ光源６２のうち少なくとも１個は点灯している必要があるので、表現可能なシリアル番号の個数は、２^６−１個となる。同様に、図２３に示すように３×３個のレーザ光源６２を用いた場合には、表現可能なシリアル番号の個数は、２^９−１個となる。すなわち、レーザ光源６２の個数をｎとした場合、２^ｎ−１個のシリアル番号を表現可能である。
【０１４３】
この様に、干渉縞用光源をシリアル番号表示用の表示用光源と兼用することにより、レーザ光源及び投影レンズの個数を削減することができ、装置を簡単且つ安価に構成することが可能となる。
【０１４４】
【発明の効果】
本発明によれば、偽造が困難なプリンタ固有のパターンを記録媒体に記録することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の概略構成図である。
【図２】光走査装置の概略構成図である。
【図３】固有パターン露光装置の構成を示す図である。
【図４】（Ａ）は半導体レーザの上面図、（Ｂ）は半導体レーザの断面図である。
【図５】干渉縞について説明するための図である。
【図６】干渉縞の半径と干渉縞の光強度との関係を示す線図である。
【図７】干渉縞の半径と干渉縞の光強度との関係を示す線図である。
【図８】干渉縞の半径と干渉縞の光強度との関係を示す線図である。
【図９】干渉縞の半径と干渉縞の光強度との関係を示す線図である。
【図１０】干渉縞の半径と干渉縞の光強度との関係を示す線図である。
【図１１】干渉縞の半径と干渉縞の光強度との関係を示す線図である。
【図１２】干渉縞の半径と干渉縞の光強度との関係を示す線図である。
【図１３】干渉縞の半径と干渉縞の光強度との関係を示す線図である。
【図１４】干渉縞の半径と干渉縞の光強度との関係を示す線図である。
【図１５】干渉縞の半径と干渉縞の光強度との関係を示す線図である。
【図１６】端面発光型レーザの温度と波長との関係を示す線図である。
【図１７】面発光型レーザの温度と波長との関係を示す線図である。
【図１８】面発光型レーザのＤＢＲの膜厚と波長との関係を示す線図である。
【図１９】第２実施形態に係る固有パターン露光装置の構成を示す図である。
【図２０】第２実施形態に係る固有パターン露光装置によって発生する干渉縞パターンについて説明するための図である。
【図２１】第３実施形態に係る固有パターン露光装置によって発生する干渉縞パターンについて説明するための図である。
【図２２】第４実施形態に係る固有パターン露光装置によって発生する干渉縞パターンについて説明するため図である。
【図２３】第４実施形態に係る固有パターン露光装置によって発生する干渉縞パターンについて説明するため図である。
【図２４】（Ａ）は従来における印刷内容と対応したバーコードが印刷された預かり証の平面図、（Ｂ）はバーコードを示す図である。
【図２５】（Ａ）は従来における印刷内容と対応した２次元バーコードが印刷された証券の平面図、（Ｂ）は２次元バーコードを示す図である。
【符号の説明】
１０画像形成装置
１４画像形成部
１６感光体ドラム
１８光走査装置
６０、９０固有パターン露光装置
６２レーザ光源
６４平行平面板
６６投影レンズ

Claims

画像に応じた光を露光面上に露光することにより画像を形成する画像形成装置において、
干渉縞パターン用の光ビームを射出する干渉縞用光源と、
前記光源から射出された光ビームを２以上の光ビームに分割させるビーム分割手段と、
分割された光ビームを前記露光面上に投影させることにより干渉縞パターンを前記露光面上に露光する投影光学系と、
を備えた画像形成装置。
前記干渉縞用光源を複数備え、前記露光面上に複数の干渉縞パターンを露光することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記干渉縞用光源毎に前記投影光学系を備えたことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
前記干渉縞用光源を前記投影光学系の物体側焦点位置近傍に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の画像形成装置。
装置に予め付与された識別符号用の光ビームを射出する識別用光源と、前記識別符号用の光ビームを前記露光面上に投影させるための識別用投影光学系と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の画像形成装置。
前記干渉縞パターンが、装置に予め付与された識別符号に対応した配置で前記露光面上に形成されることを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の画像形成装置。
前記干渉縞用光源が、分布ブラッグ反射型の共振器を備えた面発光レーザであることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の画像形成装置。
前記ビーム分割手段が、平行平面板であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の画像形成装置。