JP4180369B2 - 素材シートの移動を測定する方法及びこの方法を実行するための光学センサー - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は少なくとも１つの測定軸に沿って相互に関連し合う、シートセンサー及び素材シートの移動を測定する方法に関し、この方法は：
各測定軸において測定レーザービームを用いてシートを照射するステップ；及び、
前記の測定軸に沿った移動を示す、シートによって反射された測定レーザービーム放射の選択された１部分を電子信号に変換するステップ；
から構成される。
【０００２】
本発明はさらにこの方法を実行するためのシートセンサー及びこのようなセンサーから構成されるシート処理装置に関する。
【０００３】
このような方法及びシートセンサーは、例えば用紙などの素材シートが、例えば情報の印刷や、シートに印刷された情報のスキャンなどの処理を施されるために送り込まれるような装置において用いられることができる。このような装置は、例えば(カラー)プリンター、コピー機、文書スキャナ、あるいはファックシミリ装置であってもよい。ここにおいてシートセンサーとは、例えばシートの移動の速度もしくはこのシートの特定の箇所の位置を測定する、あるいは印刷の質をモニターするために用いられる装置を意味すると解される。プリンター、コピー機、およびファックシミリ装置においては、用紙が装置を潜り抜けるように１つあるいは複数のローラーが用いられる。このような装置における用紙送り込み制御（paper feed control）とも称される用紙の動作制御は、現在においてはローラーの動作を制御することによって実行される。したがってローラーの動作は用紙の的確な動作を確定すると仮定される。しかしながら実際にはローラーとシートとの間のスリップなどが考えられ、必ずしもローラーの移動が常にシートの移動を表すとは限らない。むしろ用紙の送り込みを緻密に制御するために必要であるローラーの移動の緻密な制御には、ローラーを駆動するモーターの緻密な制御が要される。このような緻密な制御は非常に高価であり、大量生産には不向きである。例えば次世代のカラープリンターなど高解像度印刷では用紙の移動は、10μmの正確さで制御されなければならない。非常に正確な機械的用紙制御にとってもこれほど緻密な制御は不可能である。
【０００４】
そこでシートの移動を光学的放射ビームで測定することによって、用紙送り込み制御はより正確にされ、ローラーモーターに課される条件も相当軽減されることが可能になる。この光学的放射ビームを用いた測定法は非接触型測定法である。従来から知られている光学測定装置は、小規模なアプリケーションに用いられており、比較的高価である。
【０００５】
本発明の課題は、本明細書中の本発明の詳細な説明の第1段落に記載される方法を提供することであり、これは単純な手段で実行されることが可能であり、非常に正確かつ確実である。この方法においては、測定ビーム放射が選択され、シートの移動を示すレーザー空洞の動作の変化が測定される。ここにおける測定ビーム放射は、測定ビームが反射されたものであり、測定ビームを放射するレーザー空洞に再侵入する。またレーザー空洞の動作の変化は、レーザー空洞に再侵入する測定ビーム放射の干渉及びレーザー空洞内の光学によって生じる。
【０００６】
本発明の方法は、ダイオードレーザーにおけるいわゆる自己ミキシング効果（self-mixing effect）を用いる。これはダイオードレーザーによって放たれた放射であってダイオードレーザーの空洞に再侵入するものが、レーザーの利得の変化を誘発し、したがってレーザーによって放たれた放射の利得の変化をも誘発するという現象である。測定されるシート及びシートセンサーは、シートの移動の方向がレーザービームの方向にコンポーネントを有するような関係において配置される。シートセンサーに対応してシートが動く際、シートによって反射され散乱する放射は、ドップラー効果によってシートを照射する放射の周波数とは異なる周波数を得る。散乱する（放射）光の1部はオブジェクトの照射ビームにフォーカスするレンズと同様のレンズによってダイオードレーザーにフォーカスされる。散乱する放射のうちレーザー鏡を通じてレーザー空洞に入るものがあるため、レーザーにおいて光の干渉が生じる。これはレーザーのプロパティ及び放たれた放射の根本的な変化につながる。自己結合効果（self-coupling effect）によって変化するパラメータは、レーザー放射及びレーザー閾値利得のパワーと、周波数と、線幅とである。レーザー空洞内の干渉の結果これらのパラメータの価値は、２つの放射周波数の差と同等である周波数によって変動する。この差はシートの速度に比例する。したがってシートの速度及びシートの変位量はこれらのパラメータのうちの1つの価値を測定することによって確定されることが可能である。この方法はごく単純で小数のコンポーネントによって実行されることができ、さらにこれらのコンポーネントの緊密な連係を要さない。オブジェクトあるいは一般的な固体及び液体の速度を測定するために自己ミキシング効果を利用する方法は従来においても知られている技法である。この一例として以下の文献を参照する。
"Small laser Doppler velocimeter based on the self-mixing effect in a diode laser," Applied Optics, Vol. 27, No. 2, 15 January 1988, pp. 379-385;
"Laser Doppler velocimeter based on the self-mixing effect in a fibre-coupled semiconductor laser: theory," Applied Optics, Vol. 31, No. 8, 20 June 1992, pp.3401-3408.
しかしレーザービームと鋭角の方向に進むシートの移動を測定するために自己ミキシング効果を用いる方法は未だ提案されていない。本発明は、既存の機器や装置に容易にかつ安価で実装されることのできる小型でありかつ低価格な自己結合効果を用いるシートセンサーの発見に基づくものである。
【０００７】
例えばシートが測定軸に沿って前進しているのか後進しているのかなど、シートの移動の方向を検出するために、本発明の方法は、前記の少なくとも1つの測定軸に沿った移動の方向が、レーザー空洞の動作の変化を示す信号の形を確定することによって検出されることを特徴とする。
【０００８】
この信号は非対称な信号であり、前進の移動についての非対称と後進の移動についての非対称とは異なる。
【０００９】
自己ミキシング信号の非対称を確定するのが困難な状況においては、より好ましい方法が用いられる。この方法は、前記の少なくとも1つの測定軸に沿った移動の方向が、レーザー空洞に定期的に変化する電流を供給し、第1及び第2測定信号を相互に比較することによって確定されることを特徴とする。ここでの第1及び第2測定信号はそれぞれ交互に入れ替わる第1半期と第2半期に対応する時期に生成される。
【００１０】
温度が上昇することによってダイオードレーザーを通る電流は増大し、ダイオードレーザーによって放たれる放射の波長は増大し、よってこの放射周波数は減少する。ダイオードレーザーを通る定期的に変化する電流がシートからレーザー空洞に再侵入する放射と組み合わさることによって半期ごとに異なる放射パルス数が得られ、これは測定信号のパルス数に対応する。センサーに対応するシートの移動がみられらない場合、各半期は同等の信号パルス数を有する。装置とオブジェクトとが相対的に動く場合、移動の方向によって１方の半期の信号パルス数が他方の半期よりも大きくなるあるいは小さくなる。ある半期において測定された信号と次の半期において測定された信号とを比較することによって、シートの移動の速度だけでなくこの移動の方向をも確定することが可能になる。
【００１１】
この方法はさらに第1及び第2測定信号が相互に引き算されることを特徴とする。
【００１２】
レーザー空洞の動作の変化はいくつかの方法で確定されることが可能である。
【００１３】
本発明の一実施形態に従った方法は、ダイオードレーザー空洞のインピーダンスが測定されることを特徴とする。
【００１４】
ダイオードレーザーのインピーダンスは、干渉効果によって変化するパラメータの1つであり、シートとシートセンサーとの相対する移動の関数である。このインピーダンスは、ダイオードレーザーのボルトを測定し、測定されたボルト数を既知のダイオードレーザーを通して送信された電流のボルト数で割ることによって確定される。
【００１５】
より好ましい実施形態に従った方法は、レーザー放射の強度が測定されることを特徴とする。
【００１６】
レーザー放射の強度が測定することは、レーザー空洞の変化を測定するためのもっとも単純な方法である。それは前記の方法が単純なフォトダイオードによって実施されることが可能であるからである。
【００１７】
この方法の正確さと確実性を高めるために、この方法はさらにシートに対応する測定ビームのフォーカス状態を検出するステップを含むことを特徴としてもよい。
【００１８】
この改善された方法はさらにこのフォーカス状態がダイオードレーザー空洞の変化の振幅を確定することによって検出されることを特徴としてもよい。
【００１９】
あるいは別の実施例としてこの改善された方法はフォーカス状態が、シートによって反射された測定ビーム放射から構成されるフォーカス検出ビームに、フォーカス状態に従属する形を通告し、このフォーカス検出ビームの経路に配置された放射感応検出器の検出素子の出力信号を組み合わせることによってこの形を確定することを特徴としてもよい。
【００２０】
本発明の更なる実施形態においてフォーカス検出ビームを有するこの方法は、簡単にシートの厚さを測定する方法に適用されることができる。後者の方法は、シート移動手段の表面に対応する測定ビームの第1最適フォーカス状態及びシートに対応する第２最適フォーカス状態が確定され、シートの厚さは、第1最適フォーカスと第２最適フォーカスとの差によって確定されることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、シートの移動を含むシートの測定を実施するためのシートセンサーに関する。このセンサーは、測定ビームを生成するためのレーザー空洞を有する1つ以上のレーザー、この測定ビームをシートのプレート上の測定位置に収斂させるための光学手段、及びシートによって反射された測定ビーム放射を電子信号に変換するための変換手段から構成される。このシートセンサーは前記の変換手段が、レーザー空洞とその動作の変化を測定するための測定手段の組み合わせによって構成されることを特徴とする。ここでレーザー空洞の動作の変化は、反射されてレーザー空洞に再侵入する測定ビーム放射の干渉、及びこの空洞内の光学波によって生じる。
【００２２】
このシートセンサーは、自己ミキシング・シートセンサーと称されることができる。
【００２３】
本発明の一実施形態に従ったシートセンサーは、前記の測定手段が、レーザー空洞のインピーダンスの変異を測定する手段であることを特徴とする。
【００２４】
より好ましい実施形態に従ったこのシートセンサーは、前記の測定手段が、レーザーによって放たれる放射を測定するための放射検出器であることを特徴とする。
【００２５】
前記の放射検出器は、測定ビームの放射の1部を受信するように配置されることができる。
【００２６】
このシートセンサーの実施例はより好ましくは放射検出器が、レーザー空洞の側部で測定ビームが放射される側部とは反対側の位置に設置されることを特徴とする。
【００２７】
一般的にダイオードレーザーはその後部にモニターダイオードが備わっている。通常このようなモニターダイオードは、ダイオードレーザーの前面に放射されるレーザービームの強度を安定化するために用いられる。本発明に実施形態においてこのモニターダイオードは、測定ビーム放射がレーザー空洞に再侵入する際に発生するレーザー空洞における変化を検出するため用いられる。
【００２８】
光学設計に関していえば、測定軸に沿ったシートの移動の量と方向を確定するためのもっとも単純なシートセンサーの実施例は、1つのダイオードレーザー、及びダイオードレーザー空洞の変化を測定するための1つの測定手段から構成され、この測定手段が前記の量と方向を確定するための電子的手段から構成されることを特徴とする。
【００２９】
前記の電子的手段は、上記に記載の方法によって移動の方向を確定できるように設計されている。
【００３０】
測定軸に沿ったシートの移動の量と方向とを確定するためのシートセンサーであり、電子的手段によって簡素化されたシートセンサーは、それぞれ支部軸とダイオードレーザーとを有する2つのセンサー支部、及びレーザー空洞における変化を測定するための測定手段から構成され、この支部軸が通常のシートの移動のプレートからいえば反対の角度で、測定軸を通して第1プレートに配置されることを特徴とする。
【００３１】
シートの移動が前記の2つのレーザー空洞において逆効果をもたらすにしたがって移動の量は2つの支部からの検出信号を相互に差し引くことによって確定され、移動の方向はこれらの信号の非対称性を比較することによって確定されることができる。
【００３２】
このシートセンサーの実施例であって、シートの斜行進する移動を検出することが可能なシートセンサーは、それぞれ支部軸とダイオードレーザーとを有する2つのセンサー支部、及びレーザー空洞における変化を測定するための測定手段から構成され、これらの支部軸がシートの移動の所要の方向に垂直な方向ずらされることを特徴とする。
【００３３】
これら2つのセンサー支部によって、シートの左側と右側との移動の差異が検出されることが可能である。このような差異が生じる場合、シートの移動は本発明の実施形態に従ったシートセンサーによって供給される信号によって是正されることが可能である。
【００３４】
測定されるシートに対応する測定ビームのフォーカス状態を検出するのに適切なシートセンサーの一実施形態は、フォーカス状態を表す、レーザー空洞における変化の振幅を、確定するための電子的手段から構成されることを特徴とする。
【００３５】
このシートセンサーの実施形態は、測定ビームのフォーカス状態を測定するために付加的な光学手段を要さない。
【００３６】
あるいは測定されるシートに対応する測定ビームのフォーカス状態を検出するための別の実施形態におけるシートセンサーは、複数の素子からなる個別の検出器、及びフォーカスに従属するこの検出器に照射され、測定ビーム放射からなるフォーカス検出ビームの形における変化を通告するための光学手段から構成されることを特徴とする。
【００３７】
このシートセンサーの実施形態においてフォーカス状態は、単純な光学手段によって複雑なエレクトロニクスは使用せずに測定されることが可能である。
【００３８】
上記の2つのシートセンサーの実施形態はさらに、測定ビームの経路に配置されたフォーカスレンズの測定ビームの軸に沿った位置を設定するためのアクチュエータ、及び検出されたフォーカス状態に従って前記のアクチュエータを制御するためのフォーカス・コントローラから構成されることを特徴とする。
【００３９】
このような手段によってシートに対応する測定ビームのフォーカスは一定に保たれることが可能であり、これによって測定は改善される。
【００４０】
このシートセンサーは、印刷処理中に線状の印刷されたインクの点をモニターすることができるように改造されることが可能である。この改造されたシートセンサーは、それぞれがダイオードレーザーを有する３つのセンサー支部、及びダイオードレーザー空洞における変化を測定するための測定手段から構成され、これらの支部軸は印刷ラインに平行な線に沿って系列をなして配置されることを特徴とする。
【００４１】
このシートセンサーは個別の独立したコンポーネントから構成されることもでき、これによって既存の装置の空いたスペースにこのセンサーが適用されることが可能になる。製造の観点から見ると、このセンサーは好ましくは、透明なウィンドウを有し、1つ以上のダイオードレーザーとこれに連係するフォトダイオード、及びダイオードレーザーとウィンドウとの間に配置されるレンズを含むモジュールから構成され、このダイオードレーザーはレンズに関して偏心して配置されることを特徴とする。
【００４２】
このようなモジュールは容易に組み込まれることができるようにコンパクトサイズに設計されることができる。ここでレンズは回転式対称レンズあるいはその他の形をとってもよい。ここでレーザーがレンズ素子から偏心した位置にあることによって、測定ビームがモジュールのウィンドウに鋭角な角度で照射されることが保証され、これによってこのビームは測定軸に沿ったコンポーネントを有する。以下に続く説明において光学軸という用語が使用されるが、この用語はレンズの対称軸あるいはモジュールを意味し、この軸はモジュールのウィンドウに対して垂直である。
【００４３】
例えばシートの斜行進の移動を測定する、あるいはシートの移動を測定すると共に印刷品質をモニターするなどといった操作に適したシートセンサーは、2つのダイオードレーザー及び1つ以上のフォトダイオードから構成されることを特徴とする。
【００４４】
以後に説明されるようにこの装置あるいはこれ以外にも2つ以上の測定ビームを利用する装置には、各測定ビームにおいてそれぞれ別個の検出器が提供されることができる。しかしタイム・シェアリングを利用した場合すべての測定ビームに同一の検出器が用いられることも可能である。
【００４５】
このモジュールにおいてはＶＣＳＥＬ（vertical cavity surface emitting laser）タイプのダイオードレーザーが用いられることが可能である。このようなレーザーは放射を縦の方向に放ち、それゆえにこのタイプのダイオードレーザーは本モデルに適している。しかしこのようなレーザーは現在においては相当高価であり、大量生産商品には適さない。
【００４６】
このような理由から、各ダイオードレ−ザーが横の方向に放射するレーザーであり、この装置がビームを各ダイオードレ−ザーからウィンドウへと反射する反射部材から構成されることを特徴とするモジュールの実施形態がより好ましいとされる。
【００４７】
水平放射ダイオードレ−ザーは最も普及しているレーザーであり、ＶＣＳＥＬよりもはるかに安価である。この装置に反射部材を付随することもこの装置全体のコストをそれほど上げることはない。
【００４８】
比較的に低価格で容易に生産することができるこのモジュールの実施形態は、１つ以上のダイオードレ−ザーとこれに連係する検出器が搭載されるベースプレート、このベースプレートに固定され、ウィンドウから構成されるキャップ部材、及び適応するレンズから構成されることを特徴とする。
【００４９】
この実施形態は3つの部分からのみ構成され、厳格な配置規格などはなく容易に組み立てられることが可能である。
【００５０】
より簡単な生産を実現するためのモジュールの実施形態は、レンズが、ベースプレートに向かってカーブする内部表面を有するキャップ部材に編入されることを特徴とする。
【００５１】
この実施形態は２つの部分からのみ構成される。
【００５２】
これらのモジュールのより好ましい実施形態はさらに、ベースプレート、キャップ部材、及びレンズがプラスチック素材で作られることを特徴とする。
【００５３】
このような素材で作られたコンポーネントは安価かつ軽量であり、したがって消費者製品に向いている。ただしレンズの素材だけは透明でありかつある程度の光学品質を有すべきである。
【００５４】
例えばレンズを有さないモジュールなど、前記のモジュールとは別の実施形態は、ダイオードレーザーが別個の光ガイドの入り口側に連係し、この出口側はセンサーのウィンドウに位置することを特徴とする。
【００５５】
この実施形態において照射ビームの放射は、その周囲から隔離されていて、異なる軸に沿った移動が混線を招くことはほぼないに等しい。
【００５６】
より好ましくはこの実施形態は、光ガイドが光ファイバであることを特徴とする。
【００５７】
光ファイバは柔軟であり、切断面が小さく、かつ増長による減衰をあまり見せないため、ダイオードレーザー及び検出器からのウィンドウの距離がより遠くなることを許容する。
【００５８】
また本発明は素材シートを処理するための装置であって、シート移動手段及びシートの移動を制御するためのシート移動測定手段から構成される装置に関する。この装置は、このシート移動測定手段が上述のシートセンサーから構成されることを特徴とする。
【００５９】
シートセンサーを装置に導入することによって、この装置に機能は改善され、この装置は他の一般的な装置から差別化される。以下において説明されるように、本明細書の中で使用される処理という用語は広く解釈されるべきである。この装置についての実施形態は請求項３１〜３４において記載される。
【００６０】
以下においては添付の図面を参照にしながら、本発明のさらに詳細な実施形態を非限定的な例示として説明をする。
【００６１】
図１は、本発明のもっとも単純な実施形態に従った自己ミキシング・シートセンサー１を示す。このセンサーは、例えばダイオードレーザー及びフォトダイオードという形をとる検出器から構成されるユニットなどのレーザー／ダイオードユニット２を部分的に形成することができる、ダイオードレーザーから構成される。このようなユニットの代わりにそれぞれ別個のダイオードレーザーとフォトダイオードとが使用されることも可能である。このセンサーはさらにレンズ６から構成され、これはダイオードレーザーによって放たれた放射を測定ビーム８として、移動が制御されなければならない例えば用紙などのシート１２の上に収斂する。レーザー／ダイオードユニット及びレンズは光学モジュールに実装されることもできて、このモジュールは測定ビームのためのウィンドウを有する。続いてシートはこのウィンドウの上を横切って動く。
【００６２】
例えば前記ウィンドウにおける箇所にある測定ビーム８の経路に用紙シートがある場合、このシートはビーム８を反射し、これを散乱させる。この散乱するビーム８の放射の１部分はもとの道をたどっていきレンズ６によってダイオードレーザーの放射表面上に収斂され再びこのレーザーの空洞に侵入する。以下に説明されるように、空洞に戻っていく放射はこの空洞内における変化をもたらす。この結果の１つとして、ダイオードレーザーによって放たれたレーザー放射の強度が変化する。これは放射の変化を電子信号に変換するフォトダイオード及びこの信号を処理する電子回路９によって検出されることが可能である。この電子回路９は用紙移動コントローラ１０の１部を形成する。この用紙移動コントローラはローラー１４の回転を制御し、したがってシート１２の移動をも制御することになる。
【００６３】
図２は本発明の実施形態に従ったシートセンサーの原理及び測定方法を示す。この図においてダイオードレーザー３は、空洞２０とこの前面及び後面にそれぞれ対応するレーザー鏡２１，２２によって図式的に示される。空洞は長さLを有する。シート１２と前面２１との間の空間は、長さＬ０を有する外部空洞を形成する。この前面を介して放射される、例えば照射ビームなどのレーザービームは参照番号２５によって示され、この前面の方向にシートによって反射される放射は参照番号２６によって示される。レーザー空洞で生成された放射の１部は後面を透りフォトダイオード４によって捉えられる。
【００６４】
シート１２が照射ビーム２５の方向に動く場合、反射された放射２６はドップラー偏移を被る。これはこの放射の周波数が変化すること、あるいは周波数偏移が起きることを意味する。この周波数偏移は、シートの動く速度によって左右され、およそ数ｋＨｚからＭＨｚである。レーザー空洞に再侵入する周波数が偏移した放射は、例えば空洞２０において生成された放射などのような光学波と干渉する。これは空洞の中で自己ミキシング効果が起きることを意味する。光学波と空洞に再侵入する放射との間の位相偏移量に左右されるこの干渉は構造的あるいは陰性になり、すなわちレーザー放射の強度は定期的に増減される。このように発生されたレーザー放射変調の周波数は、空洞内の光学波の周波数と空洞に再侵入するドップラー偏移された放射の周波数との差に等しい。この周波数の差はおよそ数ｋＨｚからＭＨｚであり、そのため容易に検出されることが可能である。この自己ミキシング効果とドップラー偏移との組み合わせが、特に利得や光振幅などのレーザー空洞の動作の変化をもたらす。
【００６５】
図３aは、シートの移動がレーザービームの主要な光線のダイオードレーザーへ向かう方向にコンポーネントを有する場合においての時間ｔの関数としてのレーザービームの強度ＬＩの変化を示す。ＬＩ及びｔは両方とも任意のユニットにある。レーザー強度の変化は、周波数の変化ｖによって確定されるレーザー利得ｇの変化に比例し、かつ時間軸はシートとダイオードレーザーとの間の距離Ｌ0を表す軸に設計し直されることができるため、図３aのグラフ３１は距離Ｌ0の関数としてのレーザー利得の変化を表すグラフと類似する。オブジェクトの速度の関数としてのレーザー利得の変化は、次のような関係式で表されることができる。
【００６６】
【数１】
ここにおいて
―Ｋは外部空洞についての結合係数であり、このレーザー空洞から放たれる放射量を示し；
―υはレーザー放射の周波数を表し；
―ｖは照射ビームの方向に動くシートの速度を表し；
―ｔは時間における瞬間を表し；さらに、
―ｃは光速度を表す。
【００６７】
この関係式は上記に挙げた２つの論文中にて開示される自己ミキシング効果の理論から導き出されることが可能である。ここにおいてシートは、図２の矢印１６によって示されるように、自らの平面において移動される。ドップラー偏移は、シートがビームの方向に沿って移動する場合においてのみ起こるため、この移動１６は、前記の方向におけるコンポーネント１６’を有するべきである。これによって例えば図２の平面などのＸＹ平面において移動を測定することが可能になる。この移動をＸ移動と呼ぶことにする。図２は、シートがその他のシステムに対してスキュー位置を有することを示す。本発明の実践においては通常、図２に示されるように、測定ビームはスキュービームであり、シートの移動はＸＹ平面において起きる。ここでＹ方向は図２の平面に対して垂直である。この方向への移動は、必要に応じて第２ダイオードレーザーによって放射される第２測定ビーム及びこの第２ダイオードレーザーに連係する第２フォトダイオードによって捕らえられる散乱された光によって測定されることができる。
【００６８】
この測定法で要されるドップラー偏移はほんのわずかなで済む。これは例えば波長でいえばおよそ１．５×１０−１６ｍの偏移、あるいはこれに対応する６８０ｎｍのレーザー波長に対しておよそ１００ｋＨｚのドップラー周波数偏移に相当する。
【００６９】
モニターダイオードを用いてレーザー後面で放射強度を測定することによってオブジェクトの移動により発生するレーザー空洞利得の変化を測定することが最も単純な測定法であり、したがって最も魅力的な方法である。一般的にはこのダイオードはレーザー放射の強度を一定に保つために用いられるが、ここではオブジェクトの移動を測定するためにも用いられる。
【００７０】
利得の変化すなわちシートの移動を測定する別の方法としては、レーザー放射の強度がレーザーの接合部における伝導バンド内の電子の数に比例するという要因を利用する方法がある。さらにこの数は、この接合部のレジスタンスに反比例する。このレジスタンスを測定することによってオブジェクトの移動を確定することが可能になる。この測定方法の実施形態は図4において示される。この図では、ダイオードレーザーの能動レイヤ３５、及びこのレーザーを供給するための電流供給源３６が示される。ダイオードレーザーをわたるボルトは、キャパシタ３８を介して電子回路４０に供給される。電流と共にレーザーを介してノーマライズされるこのボルトは、レーザー空洞のレジスタンスあるいはインピーダンスに比例する。ダイオードレーザーと連係するインダクタンス３７は、ダイオードレーザーをわたる信号のインピーダンスを高くする。
【００７１】
シートの移動の速度を測定するほかに例えばシートの位置などの移動量を測定することも可能である。これは測定された速度を時間に統合することによって実現される。このような統合のためには移動の方向についての情報が要される。すなわちシートが測定軸に沿って前進するか後進するかを確定する必要がある。図１のセンサーの実施形態から得られる信号３１の時間間隔における周期の数は、移動の速度についての情報を提供するが、移動の方向についての情報は提供しない。しかしこの実施形態においては、用紙移動コントローラ１０から移動の方向についての情報が得られる。つまり、移動方向についての情報は、ローラー１４を駆動するシート送り込みモーターを制御するこのコントローラにおいて入手されることができる。
【００７２】
本発明のさらなる様相においてこの移動方向は自己ミキシング効果から得られた信号の形を確定することによって検出されることが可能である。図３a中のグラフ３１に示されるようにこの信号は非対称信号である。グラフ３１は、シートの移動がレーザーへの方向のコンポーネントを有する状況を表す。グラフ３１の上向き傾斜３３’の勾配は下向きの傾斜３３“よりも急である。上記に上げられた論文Applied Optics, Vol. 31, No. 8, 20 June 1992, pp.3401-3408.で記載されるように、レーザーの方向とは逆に移動するオブジェクトについてはこの非対称性は反転させられる。この様子は図３bのシートの移動がレーザーの方向とは逆方向のコンポーネントを有する状況を表すグラフ３２に示される。グラフ３２における下向きの傾斜３４”は上向きの傾斜３４’の勾配よりも急である。例えばリファレンスとの比較をするなどして自己ミキシング信号の非対称性の種類を確定することによってシートの移動の方向は確認される。
【００７３】
例えばオブジェクトの反射係数が小さい場合や、ダイオードレーザーとオブジェクトとの間の距離が長い場合など、一定の状況においては、自己ミキシング信号の非対称性あるいは形を確定することが困難になる可能性がある。そこで移動方向を確定するより好ましい方法は、レーザー放射の波長λは、ダイオードレーザーの温度すなわちダイオードレーザーをとおる電流によって左右されることを利用する。例えばダイオードレーザーの温度が上昇した場合、レーザー空洞の長さが増大しかつ増幅された放射の波長が増大する。図５中のカーブ４５は、温度（Ｔｄ）と放射の波長λとの関係を示すグラフである。この図において横軸Ｔｄと縦軸λとは両方任意のユニットにある。
【００７４】
図６に示されるように、グラフ５０によって示される定期ドライブ電流Ｉｄが、ダイオードレーザーによって供給される場合、ダイオードレーザーの温度Ｔｄは、グラフ５２で示されるように定期的に上昇し低下する。この結果として定期的に周波数が変化するレーザー空洞における倒立する光学波が発生し、さらにこれによってシートから反射され一定の時差を伴い空洞に再侵入する放射の位相偏移が常に変化することになる。ここで空洞内の波と空洞に再侵入する反射された放射との位相関係によってドライブ電流の半周期ごとにダイオードレーザーの利得が高い時間セグメントと低い時間セグメントとが連鎖する。この結果図６のグラフ５４に示されるような時間に関する放射の強度の変化（I）が得られる。このグラフは、シートが固定され不動である状態を表す。ここでは第１半期１／２ｐ(a)におけるパルス数は、第２半期１／２ｐ(b)におけるパルス数と同等である。
【００７５】
シートの移動はレーザー空洞に再侵入する放射のドップラー偏移を起こし、すなわちこの周波数は移動方向によって増減する。前進方向へのオブジェクトの移動は再進入する放射の波長の減少を促し、これとは逆方向への移動はこの放射の波長の増大を促す。レーザー空洞における光学波の定期的な周波数の変調の効果としては、ドップラー偏移がレーザー空洞における周波数変調のサインと同一のものを有する場合におけるドップラー偏移された空洞に再進入する放射の効果は、ドップラー偏移のサインがレーザー空洞における周波数変調のサインと反対である場合におけるこの放射の効果とは異なるという点がある。この２つの周波数変調が同一のサインを有する場合、波と再侵入する放射との間の位相の差角は遅いレートで変化し、その結果レーザー放射の変調からの周波数も低くなる。この２つの周波数変調が相反するサインを有する場合、波と再侵入する放射との間の位相の差角は速いレートで変化し、その結果レーザー放射の変調からの周波数も高くなる。ドライブレーザー電流の第１半期１／２ｐ(a)において発生されるレーザー放射の波長は上昇する。ここでオブジェクトが後進移動する場合には、空洞内の波の周波数とこの空洞に再侵入する放射の周波数との差が低下するように、再侵入する放射の波長は上昇される。したがって再侵入する放射の波長が発生された放射の波長に適応される間の時間セグメントの数はレーザー放射が電子的に変調されない場合に比べて少なくなる。これはシートが後進方向に移動する場合この第１半期におけるパルス数は変調が施されなかった場合に比べて少なくなることを意味する。第２半期１／２ｐ(b)においては、レーザー温度と発生された放射の波長が減少し、再侵入する放射の波長が発生された放射に適応されるところの時間セグメントの数は増加する。したがって後進方向に移動シートにおいては、第１半期におけるパルス数が第２半期におけるパルス数よりも少ない。これは図７のシートが後進方向に移動した場合のレーザー放射の強度Ｉｂを表すグラフ５８に表される。このグラフを図６のグラフ５４と比べると、第１半期においてパルス数は減少し、第２半期においてパルス数は増大する。
【００７６】
上述の説明から明らかであるように、シートの移動が前進方向へのコンポーネントを有する場合であり、すなわちドップラー効果によってシートによって散乱されレーザー空洞に再侵入する放射の波長が低減された場合、第１半期においてのパルス数は第２半期においてのパルス数よりも大きくなる。これは図７のシートの移動が前進方向へのコンポーネントを有する場合の放射の強度Ｉｆを表すグラフ５６とシートの移動が後進方向へのコンポーネントを有する場合の放射の強度Ｉｂを表すグラフ５８を対比することによって確認できる。電子処理回路においては第１半期１／２ｐ(a)において数えられるフォトダイオード信号のパルス数から第２半期１／２ｐ(ｂ)においてのパルス数が引かれる。ここで得られた結果がゼロの場合シートは固定されている。この結果が正の数である場合、シートは前進方向に移動する。この結果が府の数であった場合、シートは後進方向に移動する。ここでのパルス数は、それぞれ前進及び後進の方向への移動の速度に比例する。
【００７７】
例えばレーザーとシートとの間の光学経路の長さが比較的短く、電子変調の周波数及び振幅が比較的小さく、これに対して検出する移動が比較的速い場合などある一定の状況の中では、ドップラー効果によって発生されたパルス数が電子変調によって発生されたパルス数よりも多くなる場合がある。このような場合でも移動方向は、第１半期においてのパルス数と第２半期においてのパルス数とを比較することによって検出されることが可能である。しかし移動の速度はこの２つの数値間の差に比例しなくなる。このような場合は、前記の２つの数値の平均を求めてある一定の定数をこの結果から引くことによって前記の速度を確定することができる。
【００７８】
図５及び図６を参照にして説明される本発明の実施形態において使用される三角の形をしたドライブ電流Ｉｄは、例えば長方形のドライブ電流などとほかの形をとることもできる。
【００７９】
上記に記載されるシートの移動の速度及び方向を測定する方法は、利得の変化がダイオードレーザー空洞のレジスタンスの変化を測定することによって確定される場合に利用されることができる。
【００８０】
図８はシートセンサー６０の実施形態を示す。この装置においては上記に記載される検出信号における非対称性の種類を検出する手段、あるいは連続する半期におけるパルス数を比較する手段を用いた移動方向測定法が利用される。この実施形態では、図１の実施形態における電子信号処理回路９の代わりにレーザードライブ及びシート位置検出回路６２が用いられることがこれら２つの実施例の相違である。回路６２は、矢印６４によって示されるように、ドライブパルスをダイオードレーザーに供給し、矢印６５で示されるように、検出器からの信号をシート位置信号に処理する。後者の信号は検出信号と時間に関する情報とを統合することによって得られ、この時間の情報は上述される２つの方法のいずれかによって得られた検出信号からの移動方向についての情報を用いて得られる。
【００８１】
シートセンサーに付加的なハードウェアを提供することによってシートの移動方向の検出はより単純なエレクトロニクスやソフトウェアによって実現されることが可能になる。図９の実施形態７０はこのようなシートセンサーを示す。このセンサーは第１測定ビーム８をシート１２の平面上に形成しかつ収斂する手段を有するレーザー／ダイオードユニット２及び第１レンズ６から構成される第１センサー支部に加えて、第２測定ビームをシート１２の平面上に形成しかつ収斂する手段を有するレーザー／ダイオードユニット７２及び第２レンズ７６から構成される第２センサー支部から構成される。測定ビーム８及び７８の主要光線はそれぞれ反対側に位置し、さらに例えば平面１２上の基準７７に対して等角な−αと＋αの角度に位置する。ここで例えばα＝４５度であってよい。ここで１つのセンサー支部にとって測定ビーム軸に沿ったシート移動コンポーネントが前進方向にあった場合、他方のセンサー支部にとってはこの移動コンポーネントは後進方向にあることは明らかである。これは１つのセンサー支部のレーザー空洞に再侵入する放射の周波数は増大し、他方のセンサー支部のレーザー空洞に再侵入する放射の周波数は低下することを意味する。この２つの支部の検出器からの信号は図３a及び図３bに示されるものに類似し、互いに反対の非対称性を有する。これらの信号は、ドライブ信号をレーザーに配信すると共に検出信号を処理する電子回路７４に供給される。検出信号の非対称を比較することによって、移動のサインとも呼ばれる測定軸に沿った移動の方向が確定されることができる。この２つのセンサー支部についてシートの移動は反対効果を有し、移動量は２つのセンサー支部の検出信号を挿画に引き算することによって確定される。これによって発生された移動量信号は１つのセンサー支部を用いて得られた信号の２倍になる。
プリンターやコピー機などにおいてローラーの上を進む用紙の非対称なスリップが起き、よってシートが装置を斜め方向に移動されてしまう可能性がある。これに対応してシートセンサーはある実施形態においてこのようなスリップを検出し是正するように設計されることができる。図１０はこのようなセンサー８０の実施例を示す。このセンサーは２つのセンサー支部８２及び８４と、これらにそれぞれ連係する電子回路８２及び８４から構成される。これらのセンサー支部の軸はシート状の基準に対して等角の位置にあることができ、これらの軸はシートのそれぞれ異なる側部を指す。各電子回路８２，８４は連係するダイオードレーザーにドライブ信号を供給し、それぞれの支部に対応する検出信号を、それぞれの支部に対応するシートの箇所の移動の方向及び量を表す信号に処理する。電子回路８２及び８４の信号は用紙／シート移動制御回路８７に供給される。この回路では信号が相互比較される。これらの信号が同一である場合、シートの左側と右側の部分（図１０においては上部と下部）は同じ速度でかつ同じ方向に移動する。これらの信号が同一でない場合、左部分の移動は右部分の移動とは異なることになる。このような望まれない移動を是正するためにローラー１４はサブローラー１４’及び１４”に分けられ、各サブローラーには、モーターから構成されるそれぞれ別々のアクチュエータ８８及び８９が提供される。これらのアクチュエータは、シート移動制御回路８７からの是正信号９０及び９１を含む信号によって制御される。
【００８２】
さらに本発明の実用において重要である様相として、図１０中の２つのセンサー支部を用いて得られる用紙の斜行進移動についての情報は、プリントヘッドの手段による是正において利用されることができる。続いて支部８２，８３及び８４，８５からの信号はプリントヘッドの電子回路に供給される。この電子回路はインクの点がどの瞬間に、すなわち移動する用紙のどの位置に、放出され投影されるかを確定する。プリントヘッドによるインクの点の放出の瞬間を、用紙の移動の斜格性の度合いに適応することは、用紙が斜めに移動する際にも用紙の横側に垂直な線をプリントすることを可能にする。
【００８３】
本発明の実施形態に従ったシートセンサーに使用されるダイオードレーザーは、同一の生産群からくるものであっても異なる波長で放射を行うことができる。むしろダイオードレーザーの波長は老化や温度の変化により偏移する。正確な測定を得るためにはセンサーのキャリブレーションが薦められる。また別の実施形態においてこのようなキャリブレーションは、単純に自動的に実行される。これは図１１に示されるように、センサーが用いられる装置のシートローラーにキャリブレーションマーク１００を提供し、かつシートセンサーを用いてこのマークをスキャンすることによって実現される。このキャリブレーションマークは、対等な間隔において位置され、ローラー表面の周囲以外における反射性をも有するいくつかのストリップ１０２から構成される。キャリブレーション測定を実行するために、ローラーはシートなしで、例えばあるシートを所定の速度で移動させるために要される回転速度などといった名目上の速度で回転され、センサーの電源が付けられる。ビームを横切るストリップ１０２はここでローラー表面によって反射されたビーム放射の振幅を変調する。この変調の期間は、回転速度と使用されるキャリブレーションマークのストリップ間の距離から測定されるべきリファレンス期間と対比される。測定された期間がリファレンス期間とは異なる場合、ダイオードレーザーはこの２つの期間が同等になるように例えばそのドライブ電流を調整することなどによって調整されることができる。
【００８４】
キャリブレーションの測定のためにシートセンサーには反射の差違を測定するための測定手段が提供されるべきである。この手段は別個のフォトダイオード１０４によって構成されてもよい。このフォトダイオードはダイオードレーザーへの方向とは異なる方向に反射される測定ビーム放射を受信する。またこの手段はレーザー／ダイオードユニットすなわち自己ミキシング信号からの信号における波動の振幅の差異を測定するための電子的手段から構成されてもよい。この波動はキャリブレーションマークのスキャン時に起こる。これは図３a及び図３bに示される例に類似するが、この振幅はストリップ１０２が測定ビームを通る際に変化する。
【００８５】
キャリブレーションはレーザー空洞のパラメータを使用することによって実行されてもよい。ダイオードレーザーの温度及び波長の様子は、その電流とボルトとの関係の特徴を測定することによって確定されることができる。またある一定の標準距離にある表面から反射された放射がレーザー空洞に再侵入する場合におけるこの波長の変化も把握される。したがってこのセンサーの手段によってこの標準距離を測定することによって、シートセンサーの偏差を確定することが可能である。例えばレーザー空洞を通る電流を調整することによってこの偏差をなくすことができる。しかしキャリブレーションマークをローラーに配置して実施されるキャリブレーションの手順の方が正確かつ確実であるためこの方法が好まれる。キャリブレーションの手順は規則的な時間間隔において実行されることが可能である。この手順は長時間を要さないため、例えばシートが移動されるたびにその前あるいは後に実施されることも可能であり、これによって非常に正確な用紙送り込み制御が実現される。
【００８６】
シートセンサーには測定ビームのシートへのフォーカスを一定に保つためのフォーカス制御手段が提供されてもよい。実際のフォーカス状態が要求されるフォーカス状態と対等であるかどうかを測定するためのフォーカス検出方法これ自他は周知の方法であり、これがここで用いられてもよい。このような方法は、例えばＣＤやこの派生物などの光学記録キャリアを読み取りこれに書き込むための光学ヘッドなどにおいて利用される。このような光学ヘッドは小型でかつ低価格であり、ここで用いられるフォーカス技法は、本発明のシートセンサーにおいても大いに活用されることができる。
【００８７】
このセンサーにおいて用いられることのできるフォーカス検出方法のうちの１つは、非点収差法と呼ばれる方法である。この方法に従ってシートによって反射されレンズ６に通される測定ビームの１部分は、例えばレンズ６とダイオードレーザーとの間に配置される分離器などによって分離され別の検出器に向けられる。例えばシリンダーレンズなどの手段によって分離されたビームは非点収差にされる。これはこのビームが焦点の代わりに２つの相互に垂直な焦線を有することを意味する。別個の検出器はこの焦線の中間に配置され、この検出器は異なる四分区間に配置される４つの検出素子から構成されることから四分検出器と呼ばれる。測定ビームがシート上に正確にフォーカスされた場合検出器に形成される放射スポットは円形であり、４つの検出素子は同じ分量の放射を受信する。フォーカスエラーが起きた場合前記のスポットは楕円形になり、ここでこの楕円の長軸は、フォーカスエラーのサインによって２つの相互に垂直な方向のうちの１つの方向にある。４つの検出素子の信号を適切に組み合わせることによって検出器の上に形成されたスポットの形、すなわちフォーカスエラーの量及びサイン、が検出されることができる。この非点収差フォーカスエラー検出方法についての詳細は、光学記憶キャリアを読み取る装置におけるこの方法の用途を説明するa/o US-A 4,023,003に記載される。
【００８８】
また別のフォーカスエラー検出方法として、(二重)フーコー法がある。この方法に従ってシートによって反射されレンズ６に通される測定ビームの１部分は、例えばレンズ６とダイオードレーザーとの間に配置される分離器などによって分離され別の検出器に向けられる。例えばプリズムあるいはウェッジなどの手段によって分離されたビームは、この別個の検出器の平面に２つのスポットを形成する２つのサブビームに分離される。この検出器は２対の検出素子の系列から構成され、測定ビームによるシートへの正確なフォーカスが得られた場合は、前記のスポットは対応する検出器の対について対称な位置に配置される。フォーカスが正確でない場合は、前記のスポットは対応する検出器の対においてずらされる。検出素子の出力信号の適切な組み合わせによってフォーカスエラー信号は得られる。フーコーフォーカスエラー検出法についての詳細は、光学記憶キャリアを読み取る装置におけるこの方法の用途を説明するa/o US-A 4,233,502に記載される。
【００８９】
またフォーカスエラー信号は、自己ミキシング信号の波動の振幅から推論されることもできる。測定ビームがシートに最適にフォーカスされた場合、前記の振幅は最高値に達する。最適フォーカスから逸脱した場合は、この振幅は縮小される。したがって実際の振幅を、最適フォーカスを表すリファレンスと対比することによってフォーカスエラーは確定される。
【００９０】
図１２はフォーカス検出能力の備わったシートセンサーであり、上記のいずれかの方法に従った、あるいは光学記録の分野などにおいて知られるその他のフォーカスエラー検出法に従った実施形態を示す。この図においてブロック１１２は、フォーカスエラー信号を発生する手段のコンポーネントから構成され、したがってこれは非点収差法においては、非点収差素子及び四分検出器であり、そしてフーコー法においては、プリズム及び系列配置された４つの検出素子である。このブロックからのフォーカスエラー情報はフォーカスを是正する手段であるフォーカスコントローラ１１４に供給されることができる。例えばレンズ６やじるし１１９にしめされるように上下に動かす手段としてのコイル１１６をとおる電流は例えば光学記録などの分野では周知の技法によって制御されることが可能である。フォーカスコントロールを有するシートセンサーは改善されたシートの移動の測定法を提供する。
【００９１】
フォーカスエラー検出能力を有するシートセンサーのまたべつの重要な効果は、シートあるいは用紙の厚さを確定する能力である。この手段においてセンサーの電源は用紙がローラー１２に入る前に入れられ、第１最適フォーカス、すなわち測定ビームのローラー表面に関して最適なフォーカスがフォーカス・サーボループ１１２，１１４，１１６の手段によって設定される。用紙がローラーに入れられこれが測定ビームに達すると、反射及び／又はローラーと用紙による散乱の差異によって自己ミキシング信号の振幅が変化する。そして次に第２最適フォーカス、すなわち測定ビームの用紙に関して最適なフォーカスがフォーカス・サーボループ１１２，１１４，１１６の手段によって設定される。ここで第１と第２最適フォーカスとの間の差は用紙の厚さを表す。この差は測定ビーム軸に沿ったレンズ６の異なる位置について具体的な形で用いられる。
【００９２】
印刷処理が実行される装置であり、印刷媒体の厚さを測定する能力を有するようなこの装置は、印刷過程を例えば用紙などの印刷媒体の厚さに自動的に適応することができ、ここではしたがって自動的な印刷過程の最適化が可能である。本発明の実施形態に従ったシートセンサーは、シートの厚さを測定することのみのために使用され、シートの移動の測定には別のセンサーあるいはその他の手段が使用されることができる。
【００９３】
本発明の実施形態に従ったシートセンサーは、印刷装置において例えば用紙などの印刷媒体に関するプリントヘッドの移動を測定するためにも利用されることができる。この応用例は図１３中に図式的に示される。この図において印刷される用紙１２は、矢印１２２の方向に移動する。プリントヘッド１２０は印刷処理中に矢印１２４の方向に移動する。上述のレーザー／ダイオードユニット２、レンズ６、及び測定ビーム８から構成されるシートセンサー１２６は、プリントヘッドに固定されるかあるいは統合される。このセンサーの手段によって用紙１２に関するプリントヘッド１２０の方向１２４への移動は上述の用紙の方向１２２への移動の測定法と同様に測定される。これはプリントヘッドのより正確な位置づけを可能にする。プリントヘッドの対向する末端に配置されるこのような２つのシートセンサーが利用される場合、プリントヘッドが実際に矢印１２４の方向に移動するのかあるいはこの方からある角度に移動するのかを確定することが可能になる。この測定は上述の図１０の説明において記載されるはシートの斜めの移動の測定に類似する。
【００９４】
またセンサー１２６はインク点１４０のようなプリントされたインク点の検出を可能にするため、これが印刷処理を制御するために使用されれてもよい。このような点の反射性はシートの反射性とは異なり、この点の境界線は回析を促す。これは矢印１２４の方向へのプリントヘッドの移動中反射された放射の振幅を測定することによってインク点の存在を確立し、そのサイズを確定することを可能にする。したがって例えば線をプリントする間にその前の点が正確な位置に印刷され正確なサイズを有するかが確定される。この手順は黒いカートリッジ及び／またはカラーカートリッジを有するプリントヘッドに実行されることができる。図１３はそれぞれ緑、赤、青のインク源１３０，１３２，１３４を有するカラーカ−トリッジと、これらの手段により印刷された緑の点１３６、赤の点１３９、及び青の点１４０を示す。カラーカートリッジの場合センサー１２０に類似する３つのシートセンサーで、それぞれ緑、赤、及び青の光線に感応なセンサーが使用されることが可能である。このような３本立てのセンサーの手段によって印刷されたスポットに要求される色が使用されたかが確定されることも可能である。
【００９５】
本発明の実用において重要である点測定センサーの実施形態としては、新しいインクカートリッジが取り付けられるたびに実行されるべきである厄介で時間を費やすキャリブレーションの手順が自動化されかつスピードアップされる。
【００９６】
上記の図面における実施形態ではシートセンサーのコンポーネントはそれぞれ別々の素子である。これは既存の装置における空いたスペースを利用してシートセンサーを組み込むことを可能にする。しかしこれらのセンサーコンポーネントを１つのモジュールに宿し、これを装置に組み込むことも可能である。このモジュールにおけるダイオード及び測定ビームの数とこれら相互の方向付けは、要求される測定機能によって左右される。このモジュールにおいては１つのレンズがすべての測定ビームに利用されることが可能である。これらのビームは共通ウィンドウを介してモジュールから出ていく。
【００９７】
光学的観点から言うと、光学モジュールの寸法は非常に小型なものでよい。この入力装置は主に装置に導入されなければならないエレクトロニクスの量、および簡易な生産法という様相によって確定される。実用的な実施形態においてこのウィンドウは数平方ｍｍの大きさを有する。この装置に用いられる測定原理ゆえにこのコンポーネントはそれほど正確に組み立てられる必要はなく、これは生産の面においての大きな利点である。
【００９８】
図１４aはセンサーモジュールの第１実施形態の断面図である。このモジュールはその下部においてダイオードレーザーのキャリアである底平面１４２、この例においてはＶＣＳＥＬタイプのレーザー、及び検出器すなわちフォトダイオードから構成される。図１４aではダイオードレーザー１４４とこれに連係するフォトダイオード１４６が１つ示されるだけであるが、上から見たこのモジュールを描出する図１４bに示されるように第２ダイオードレーザー１４８及びこれに連係する第２フォトダイオード１５０が底平面に提供されることも可能である。ダイオードレーザー１４４及び１４８はそれぞれ測定ビーム１５２及び１５４を放射する。このモジュールの上部には透明なウィンドウ１５６が提供され用紙などのシート１５８はこの上を横切る。例えば平面コンベックスレンズなどのレンズ１６０はこのダイオードレーザーとウィンドウとの間に配置される。このレンズはウィンドウ１５６の上部あるいはこの付近で測定ビーム１５２及び１５４をフォーカスする。ダイオードレーザーはレンズに関して偏心する位置に配置されるため、ウィンドウを通るビームはシート１５８の移動する方向にコンポーネントを有するスキュービームである。フォトダイオード１４６及び１５０の信号を処理するための回路１６２及び１６４は一般的であり例証のために示される。
【００９９】
レンズ１６０はガラスあるいはポリカーボネ―ト（ＰＣ）あるいはポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などの透明なプラスチック素材から構成されることができる。このようなレンズはエポキシなどの透明グルーレイヤ１６６の手段によってダイオードレーザー、フォトダイオード、及び処理回路を有するサブストレートに固定されることができる。
【０１００】
ここでは、ＶＣＳＥＬタイプのダイオードレーザーが用いられることができるようにダイオードレーザー１４４及び１４８は縦の方向に照射することが仮定される。このようなダイオードレーザーはワイヤ接合技法の手段により容易に底平面に位置されることができる。
【０１０１】
現在においては側部に放射し横向きの空洞を有するダイオードレーザーがより安価であるため一般的に好まれる。ここで例えばこのダイオードレーザーを小型テーブルに搭載するなどして、ダイオードレーザーが縦の方向に放射するようにすることができる。また側部放射ダイオードレーザーが横方向に放射するように搭載されることも可能である。図１５aは本発明の第２実施形態１７０に従ったセンサーモジュールの縦の断面図を示す。これはダイオードレーザー１７２及び１７４から構成される。図１５bはこの実施形態を上から見たときのこの下部を示す。この実施形態はさらに底平面１４２から構成され、ここから接触ピン１７６が突き出る。この底平面は熱伝導作用を有するため、ダイオードレーザーのクーリング素子として機能することができる。ここで電子回路（図１５a及び図１５ｂには図示せず）はシリコンあるいはその他の素材からなるレイヤ１７８に搭載されることができ、このレイヤは回路板を形成する。また、図１４a及び図１４bの実施形態もこのようなレイヤから構成されることができる。各側部放射ダイオードレーザー１７２及び１７４には反射部材１８０が提供される。これは横方向に放射されるビーム１８２及び１８４を縦方向のダイオードレーザーからレンズ１６０を通してウィンドウ１５６に向かって反射する。好ましくはこの反射部材は光学パワーをも多少は有するよう球状の形をしていて、照射される異なるビーム１８２及び１８４をもっと似通ったあるいは多少収斂するビーム１８６及び１８８に変換する。レンズ１６０の光学パワーは図１４a及び図１４bの実施形態に従ったレンズ１のそれよりも小さくてすむ。さらに図１５a及び図１５bの実施形態においてレンズ１６０はガラスでもよいが好ましくはプレスチックでできている。このレンズには厳格な光学要件などが設定されないためプラスチックのレンズはよりや安価で軽量であり本発明の応用に適する。好ましくはプラスチック製であり、透明なウィンドウ１５６とともに提供されるキャップ１９０はハウジング平面１４２と一緒にモジュールのハウジングを形成する。２つの反射部材１８０は１つのプラスチックリングから構成されることができ、このリングは反射コーティングに覆われる。このリングは底平面１４２の重要な部分を構成することになりうる。すると入力装置はおもにプラスチック素材から構成され、簡単に組み立てられる３つの構造部分のみから構成される。これらの構造部分は、反射リングとともに提供される底平面１４２、接触ピン１７６並びにダイオードレーザーとこれに連係するフォトダイオード、及びウィンドウ１５６とともに提供されるキャップ１９０並びにレンズ１６０である。
【０１０２】
図１６は本発明におけるセンサーモジュールのより好ましい実施形態２００を示す。ここにおいては更なるパーツの統合が施される。図１５aにおける実施形態のキャップ１９０及びレンズ１６０は１つのプラスチック素子２０２に代用され、この下部は底平面に向かってカーブしている。このカーブされた表面は照射ビームに対して図１５aにおけるレンズ１６と同様の屈折効果を有する。この図１６の実施形態を上部からみた図式は図１５a及び図１５ｂと同様であるため図示されない。図１６の実施形態は２つだけの構造部分から構成され、図１５a及び図１５bの実施形態よりもされに簡単に組み立てられることが可能である。
【０１０３】
図１４a、図１５a、及び図１６において示される本発明の実施形態における測定ビームは、ウィンドウの外部表面で最低横断面を有さないように、好ましくはウィンドウの外部表面から遠ざかった平面においてフォーカスされる。これには、この表面上のホコリや引っかき傷などがこれらのビームに大きな影響を与えないようにするという利点がある。これらのビームは底平面の段階において異なる位置から発生するため、これらは動作平面すなわち測定ビームが測定されるシートにぶつかる平面における異なる位置に測定スポットを形成する。測定ビーム及びこれらが散乱する放射は充分空間的に分離されているため、本発明の実施形態に従ったシートセンサーにおいて異なる測定ビームの混線は問題にならない。必要に応じて残余混線は、微妙に波長が異なるダイオードレーザーを使用することによって下げられる。この目的において要される波長の差は数ｎｍで充分である。
【０１０４】
混線を防ぐまた別の方法として、ダイオードレーザーにコントロールドライブを使用するという方法がある。ここではどんな時であっても作動するレーザーは１つにとどまる。このようなコントロールドライブは異なるダイオードレーザーを交互に作動させる回路である、多重送信ドライブ回路から構成されることができる。このような多重送信ドライブ回路は、各ダイオードレーザーにとって利用可能であり、タイムシェアリングモードにおいて用いられる１つの検出器あるいはフォトダイオードによって２つのダイオードレーザーの測定ビームにおける変化がモニターされることを可能にする。このようなドライブ回路を伴う実施形態の更なる利点として、このような回路が要する場所及び装置が使用する電力消費量が下げられる。
【０１０５】
図１７a及び図１７ｂは、センサーモジュールの実施形態２１０を示す。ここにおいて測定ビームは光ファイバによってウィンドウ２１２に誘導される。さらにこれらの図は、必要に応じて測定ビームの数は増やされることができることを示す。図１７aは縦の断面図であり、図１７ｂは上部からみた装置の光景である。ファイバ２２４，２２６，２２８の入力末端部は周知の方法によって光学的にそれぞれダイオードレーザー１７２，１７４，１７６に結合される。ファイバの出力末端部はすべてモジュールのウィンドウに位置づけられる。これらのファイバは、固体素材からなる例えばエポキシあるいはその他の透明／非透明素材などのキャップ２３０に組み込まれることができる。これらの各ファイバは、このファイバによって誘導された放射すなわち連係するダイオードレーザーからの測定ビーム及びこのレーザーに戻る散乱された放射の両方のためのアイソレータを形成する。その結果、異なる測定ビーム軸のあいだに混線が起きる可能性は非常に低い。ファイバのその他に利点としては、これは柔軟であり、よってさまざまな設計に適用されることが可能であり、またこのファイバは任意の距離において放射を移送することができるため、ダイオードレーザー及びフォトダイオードはモジュールのウィンドウからかなり離れた距離に配置されることが可能である。図１７a及び図１７ｂの実施形態においてダイオードレーザー及びこれに連係するフォトダイオードは互いに近くに配置される。これらの素子は図１７aに示されるように別個のコンパートメント２３２に配置されることもできる。このコンパートメントはキャップと同じ素材から造られることもできるし、あるいは別の素材から造られることもできる。
【０１０６】
このファイバの代わりに例えば透明あるいは非透明素材からなるチャンネルなどの光ガイドが用いられることも可能である。さらに図１及び図８〜１３までのモジュールの実施形態のように別々のコンポーネントが使用される場合においてもファイバが測定ビームをウィンドウへ、及び散乱された放射をフォトダイオードへ誘導するために用いられることが可能である。
【０１０７】
上記において説明されたシートセンサーは低価格で製造されることができるため、これは大量消費者装置に実装されるのに適している。このシートセンサーは小型でかつ軽量であるため、既存の装置に容易に編入されることが可能であり、よってこのような装置のコストや重量を著しく上げることなく、またこれらの装置の基の設計を変えることなくこの能力を高めることができることになる。このシートセンサーは、シートが処理を施されるために装置をくぐって移動され、この移動が正確にモニターされるべきであるような装置のあらゆるものにおいて利用されることができる。このような処理は、シート上のデータグラフィックなどの情報を読み取る工程、シート上のこのような情報を書き込むあるいは印刷する工程、シートあるいははっきり定義された箇所の表面を正確に捉える工程、シートあるいはフィルムなどの上に小さなコンポーネントを位置づける工程、などを含む。ここで想定される装置は白黒、カラーインクジェット、あるいはレーザープリンタ、ファクシミリ装置、コピー機、フラットベッドスキャナ、コンポーネント位置づけ装置、機械的あるいは化学的処理装置、などである。このような装置自体は周知のものでありここにおいて説明する必要はない。本発明の実装されたこれらの装置は、シートの移動が多くのスペースを要さず比較的単純な手段によって正確にモニターされることができるというところで従来の同様の装置とは異なる。上記の説明より、このシートとは用紙であってもよいが、その他の素材でできたシートであってもよい。また上記の測定方法及びセンサーはこのようなシートに対して優れた反射性は要さない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 自己ミキシング・シートセンサーの第１実施例を示す図である。
【図２】 このセンサーの測定方法の原理を示す図である。
【図３】 シートの移動の関数としての光学周波数及びレーザー空洞の利得の変化を示す図である。
【図４】 この変化を測定する方法を示す図である。
【図５】 光学フィードバックを有するレーザーの温度の関数としてのレーザー波長の変化を示す図である。
【図６】 定期的に変化するレーザーのためのドライブ電流の利用による効果を示す図である。
【図７】 移動の方向を検出する方法を示す図である。
【図８】 この方法を用いるシートセンサーの実施例を示す図である。
【図９】 ２つのセンサー支部を有するシートセンサーを示す図である。
【図１０】 シートの斜進行の移動を検出するためのシートセンサーを示す図である。
【図１１】 自己キャリブレーションの備わったシートセンサーを示す図である。
【図１２】 フォーカス・コントロールの備わったシートセンサーを示す図である。
【図１３】 インクスポットをモニターするためのシートセンサーを示す図である。
【図１４】 シートセンサー・モジュールの第１実施例を示す図である。
【図１５】 このモジュールの第２実施例を示す図である。
【図１６】 このモジュールの第３実施例を示す図である。
【図１７】 このモジュールの第４実施例を示す図である。
本発明は少なくとも１つの測定軸に沿って相互に関連し合う、シートセンサー及び素材シートの移動を測定する方法に関し、この方法は：
各測定軸において測定レーザービームを用いてシートを照射するステップ；及び、
前記の測定軸に沿った移動を示す、シートによって反射された測定レーザービーム放射の選択された１部分を電子信号に変換するステップ；
から構成される。
【０００２】
本発明はさらにこの方法を実行するためのシートセンサー及びこのようなセンサーから構成されるシート処理装置に関する。
【０００３】
このような方法及びシートセンサーは、例えば用紙などの素材シートが、例えば情報の印刷や、シートに印刷された情報のスキャンなどの処理を施されるために送り込まれるような装置において用いられることができる。このような装置は、例えば(カラー)プリンター、コピー機、文書スキャナ、あるいはファックシミリ装置であってもよい。ここにおいてシートセンサーとは、例えばシートの移動の速度もしくはこのシートの特定の箇所の位置を測定する、あるいは印刷の質をモニターするために用いられる装置を意味すると解される。プリンター、コピー機、およびファックシミリ装置においては、用紙が装置を潜り抜けるように１つあるいは複数のローラーが用いられる。このような装置における用紙送り込み制御（paper feed control）とも称される用紙の動作制御は、現在においてはローラーの動作を制御することによって実行される。したがってローラーの動作は用紙の的確な動作を確定すると仮定される。しかしながら実際にはローラーとシートとの間のスリップなどが考えられ、必ずしもローラーの移動が常にシートの移動を表すとは限らない。むしろ用紙の送り込みを緻密に制御するために必要であるローラーの移動の緻密な制御には、ローラーを駆動するモーターの緻密な制御が要される。このような緻密な制御は非常に高価であり、大量生産には不向きである。例えば次世代のカラープリンターなど高解像度印刷では用紙の移動は、10μmの正確さで制御されなければならない。非常に正確な機械的用紙制御にとってもこれほど緻密な制御は不可能である。
【０００４】
そこでシートの移動を光学的放射ビームで測定することによって、用紙送り込み制御はより正確にされ、ローラーモーターに課される条件も相当軽減されることが可能になる。この光学的放射ビームを用いた測定法は非接触型測定法である。従来から知られている光学測定装置は、小規模なアプリケーションに用いられており、比較的高価である。
【０００５】
本発明の課題は、本明細書中の本発明の詳細な説明の第1段落に記載される方法を提供することであり、これは単純な手段で実行されることが可能であり、非常に正確かつ確実である。この方法においては、測定ビーム放射が選択され、シートの移動を示すレーザー空洞の動作の変化が測定される。ここにおける測定ビーム放射は、測定ビームが反射されたものであり、測定ビームを放射するレーザー空洞に再侵入する。またレーザー空洞の動作の変化は、レーザー空洞に再侵入する測定ビーム放射の干渉及びレーザー空洞内の光学によって生じる。
【０００６】
本発明の方法は、ダイオードレーザーにおけるいわゆる自己ミキシング効果（self-mixing effect）を用いる。これはダイオードレーザーによって放たれた放射であってダイオードレーザーの空洞に再侵入するものが、レーザーの利得の変化を誘発し、したがってレーザーによって放たれた放射の利得の変化をも誘発するという現象である。測定されるシート及びシートセンサーは、シートの移動の方向がレーザービームの方向にコンポーネントを有するような関係において配置される。シートセンサーに対応してシートが動く際、シートによって反射され散乱する放射は、ドップラー効果によってシートを照射する放射の周波数とは異なる周波数を得る。散乱する（放射）光の1部はオブジェクトの照射ビームにフォーカスするレンズと同様のレンズによってダイオードレーザーにフォーカスされる。散乱する放射のうちレーザー鏡を通じてレーザー空洞に入るものがあるため、レーザーにおいて光の干渉が生じる。これはレーザーのプロパティ及び放たれた放射の根本的な変化につながる。自己結合効果（self-coupling effect）によって変化するパラメータは、レーザー放射及びレーザー閾値利得のパワーと、周波数と、線幅とである。レーザー空洞内の干渉の結果これらのパラメータの価値は、２つの放射周波数の差と同等である周波数によって変動する。この差はシートの速度に比例する。したがってシートの速度及びシートの変位量はこれらのパラメータのうちの1つの価値を測定することによって確定されることが可能である。この方法はごく単純で小数のコンポーネントによって実行されることができ、さらにこれらのコンポーネントの緊密な連係を要さない。オブジェクトあるいは一般的な固体及び液体の速度を測定するために自己ミキシング効果を利用する方法は従来においても知られている技法である。この一例として以下の文献を参照する。
"Small laser Doppler velocimeter based on the self-mixing effect in a diode laser," Applied Optics, Vol. 27, No. 2, 15 January 1988, pp. 379-385;
"Laser Doppler velocimeter based on the self-mixing effect in a fibre-coupled semiconductor laser: theory," Applied Optics, Vol. 31, No. 8, 20 June 1992, pp.3401-3408.
しかしレーザービームと鋭角の方向に進むシートの移動を測定するために自己ミキシング効果を用いる方法は未だ提案されていない。本発明は、既存の機器や装置に容易にかつ安価で実装されることのできる小型でありかつ低価格な自己結合効果を用いるシートセンサーの発見に基づくものである。
【０００７】
例えばシートが測定軸に沿って前進しているのか後進しているのかなど、シートの移動の方向を検出するために、本発明の方法は、前記の少なくとも1つの測定軸に沿った移動の方向が、レーザー空洞の動作の変化を示す信号の形を確定することによって検出されることを特徴とする。
【０００８】
この信号は非対称な信号であり、前進の移動についての非対称と後進の移動についての非対称とは異なる。
【０００９】
自己ミキシング信号の非対称を確定するのが困難な状況においては、より好ましい方法が用いられる。この方法は、前記の少なくとも1つの測定軸に沿った移動の方向が、レーザー空洞に定期的に変化する電流を供給し、第1及び第2測定信号を相互に比較することによって確定されることを特徴とする。ここでの第1及び第2測定信号はそれぞれ交互に入れ替わる第1半期と第2半期に対応する時期に生成される。
【００１０】
温度が上昇することによってダイオードレーザーを通る電流は増大し、ダイオードレーザーによって放たれる放射の波長は増大し、よってこの放射周波数は減少する。ダイオードレーザーを通る定期的に変化する電流がシートからレーザー空洞に再侵入する放射と組み合わさることによって半期ごとに異なる放射パルス数が得られ、これは測定信号のパルス数に対応する。センサーに対応するシートの移動がみられらない場合、各半期は同等の信号パルス数を有する。装置とオブジェクトとが相対的に動く場合、移動の方向によって１方の半期の信号パルス数が他方の半期よりも大きくなるあるいは小さくなる。ある半期において測定された信号と次の半期において測定された信号とを比較することによって、シートの移動の速度だけでなくこの移動の方向をも確定することが可能になる。
【００１１】
この方法はさらに第1及び第2測定信号が相互に引き算されることを特徴とする。
【００１２】
レーザー空洞の動作の変化はいくつかの方法で確定されることが可能である。
【００１３】
本発明の一実施形態に従った方法は、ダイオードレーザー空洞のインピーダンスが測定されることを特徴とする。
【００１４】
ダイオードレーザーのインピーダンスは、干渉効果によって変化するパラメータの1つであり、シートとシートセンサーとの相対する移動の関数である。このインピーダンスは、ダイオードレーザーのボルトを測定し、測定されたボルト数を既知のダイオードレーザーを通して送信された電流のボルト数で割ることによって確定される。
【００１５】
より好ましい実施形態に従った方法は、レーザー放射の強度が測定されることを特徴とする。
【００１６】
レーザー放射の強度が測定することは、レーザー空洞の変化を測定するためのもっとも単純な方法である。それは前記の方法が単純なフォトダイオードによって実施されることが可能であるからである。
【００１７】
この方法の正確さと確実性を高めるために、この方法はさらにシートに対応する測定ビームのフォーカス状態を検出するステップを含むことを特徴としてもよい。
【００１８】
この改善された方法はさらにこのフォーカス状態がダイオードレーザー空洞の変化の振幅を確定することによって検出されることを特徴としてもよい。
【００１９】
あるいは別の実施例としてこの改善された方法はフォーカス状態が、シートによって反射された測定ビーム放射から構成されるフォーカス検出ビームに、フォーカス状態に従属する形を通告し、このフォーカス検出ビームの経路に配置された放射感応検出器の検出素子の出力信号を組み合わせることによってこの形を確定することを特徴としてもよい。
【００２０】
本発明の更なる実施形態においてフォーカス検出ビームを有するこの方法は、簡単にシートの厚さを測定する方法に適用されることができる。後者の方法は、シート移動手段の表面に対応する測定ビームの第1最適フォーカス状態及びシートに対応する第２最適フォーカス状態が確定され、シートの厚さは、第1最適フォーカスと第２最適フォーカスとの差によって確定されることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、シートの移動を含むシートの測定を実施するためのシートセンサーに関する。このセンサーは、測定ビームを生成するためのレーザー空洞を有する1つ以上のレーザー、この測定ビームをシートのプレート上の測定位置に収斂させるための光学手段、及びシートによって反射された測定ビーム放射を電子信号に変換するための変換手段から構成される。このシートセンサーは前記の変換手段が、レーザー空洞とその動作の変化を測定するための測定手段の組み合わせによって構成されることを特徴とする。ここでレーザー空洞の動作の変化は、反射されてレーザー空洞に再侵入する測定ビーム放射の干渉、及びこの空洞内の光学波によって生じる。
【００２２】
このシートセンサーは、自己ミキシング・シートセンサーと称されることができる。
【００２３】
本発明の一実施形態に従ったシートセンサーは、前記の測定手段が、レーザー空洞のインピーダンスの変異を測定する手段であることを特徴とする。
【００２４】
より好ましい実施形態に従ったこのシートセンサーは、前記の測定手段が、レーザーによって放たれる放射を測定するための放射検出器であることを特徴とする。
【００２５】
前記の放射検出器は、測定ビームの放射の1部を受信するように配置されることができる。
【００２６】
このシートセンサーの実施例はより好ましくは放射検出器が、レーザー空洞の側部で測定ビームが放射される側部とは反対側の位置に設置されることを特徴とする。
【００２７】
一般的にダイオードレーザーはその後部にモニターダイオードが備わっている。通常このようなモニターダイオードは、ダイオードレーザーの前面に放射されるレーザービームの強度を安定化するために用いられる。本発明に実施形態においてこのモニターダイオードは、測定ビーム放射がレーザー空洞に再侵入する際に発生するレーザー空洞における変化を検出するため用いられる。
【００２８】
光学設計に関していえば、測定軸に沿ったシートの移動の量と方向を確定するためのもっとも単純なシートセンサーの実施例は、1つのダイオードレーザー、及びダイオードレーザー空洞の変化を測定するための1つの測定手段から構成され、この測定手段が前記の量と方向を確定するための電子的手段から構成されることを特徴とする。
【００２９】
前記の電子的手段は、上記に記載の方法によって移動の方向を確定できるように設計されている。
【００３０】
測定軸に沿ったシートの移動の量と方向とを確定するためのシートセンサーであり、電子的手段によって簡素化されたシートセンサーは、それぞれ支部軸とダイオードレーザーとを有する2つのセンサー支部、及びレーザー空洞における変化を測定するための測定手段から構成され、この支部軸が通常のシートの移動のプレートからいえば反対の角度で、測定軸を通して第1プレートに配置されることを特徴とする。
【００３１】
シートの移動が前記の2つのレーザー空洞において逆効果をもたらすにしたがって移動の量は2つの支部からの検出信号を相互に差し引くことによって確定され、移動の方向はこれらの信号の非対称性を比較することによって確定されることができる。
【００３２】
このシートセンサーの実施例であって、シートの斜行進する移動を検出することが可能なシートセンサーは、それぞれ支部軸とダイオードレーザーとを有する2つのセンサー支部、及びレーザー空洞における変化を測定するための測定手段から構成され、これらの支部軸がシートの移動の所要の方向に垂直な方向ずらされることを特徴とする。
【００３３】
これら2つのセンサー支部によって、シートの左側と右側との移動の差異が検出されることが可能である。このような差異が生じる場合、シートの移動は本発明の実施形態に従ったシートセンサーによって供給される信号によって是正されることが可能である。
【００３４】
測定されるシートに対応する測定ビームのフォーカス状態を検出するのに適切なシートセンサーの一実施形態は、フォーカス状態を表す、レーザー空洞における変化の振幅を、確定するための電子的手段から構成されることを特徴とする。
【００３５】
このシートセンサーの実施形態は、測定ビームのフォーカス状態を測定するために付加的な光学手段を要さない。
【００３６】
あるいは測定されるシートに対応する測定ビームのフォーカス状態を検出するための別の実施形態におけるシートセンサーは、複数の素子からなる個別の検出器、及びフォーカスに従属するこの検出器に照射され、測定ビーム放射からなるフォーカス検出ビームの形における変化を通告するための光学手段から構成されることを特徴とする。
【００３７】
このシートセンサーの実施形態においてフォーカス状態は、単純な光学手段によって複雑なエレクトロニクスは使用せずに測定されることが可能である。
【００３８】
上記の2つのシートセンサーの実施形態はさらに、測定ビームの経路に配置されたフォーカスレンズの測定ビームの軸に沿った位置を設定するためのアクチュエータ、及び検出されたフォーカス状態に従って前記のアクチュエータを制御するためのフォーカス・コントローラから構成されることを特徴とする。
【００３９】
このような手段によってシートに対応する測定ビームのフォーカスは一定に保たれることが可能であり、これによって測定は改善される。
【００４０】
このシートセンサーは、印刷処理中に線状の印刷されたインクの点をモニターすることができるように改造されることが可能である。この改造されたシートセンサーは、それぞれがダイオードレーザーを有する３つのセンサー支部、及びダイオードレーザー空洞における変化を測定するための測定手段から構成され、これらの支部軸は印刷ラインに平行な線に沿って系列をなして配置されることを特徴とする。
【００４１】
このシートセンサーは個別の独立したコンポーネントから構成されることもでき、これによって既存の装置の空いたスペースにこのセンサーが適用されることが可能になる。製造の観点から見ると、このセンサーは好ましくは、透明なウィンドウを有し、1つ以上のダイオードレーザーとこれに連係するフォトダイオード、及びダイオードレーザーとウィンドウとの間に配置されるレンズを含むモジュールから構成され、このダイオードレーザーはレンズに関して偏心して配置されることを特徴とする。
【００４２】
このようなモジュールは容易に組み込まれることができるようにコンパクトサイズに設計されることができる。ここでレンズは回転式対称レンズあるいはその他の形をとってもよい。ここでレーザーがレンズ素子から偏心した位置にあることによって、測定ビームがモジュールのウィンドウに鋭角な角度で照射されることが保証され、これによってこのビームは測定軸に沿ったコンポーネントを有する。以下に続く説明において光学軸という用語が使用されるが、この用語はレンズの対称軸あるいはモジュールを意味し、この軸はモジュールのウィンドウに対して垂直である。
【００４３】
例えばシートの斜行進の移動を測定する、あるいはシートの移動を測定すると共に印刷品質をモニターするなどといった操作に適したシートセンサーは、2つのダイオードレーザー及び1つ以上のフォトダイオードから構成されることを特徴とする。
【００４４】
以後に説明されるようにこの装置あるいはこれ以外にも2つ以上の測定ビームを利用する装置には、各測定ビームにおいてそれぞれ別個の検出器が提供されることができる。しかしタイム・シェアリングを利用した場合すべての測定ビームに同一の検出器が用いられることも可能である。
【００４５】
このモジュールにおいてはＶＣＳＥＬ（vertical cavity surface emitting laser）タイプのダイオードレーザーが用いられることが可能である。このようなレーザーは放射を縦の方向に放ち、それゆえにこのタイプのダイオードレーザーは本モデルに適している。しかしこのようなレーザーは現在においては相当高価であり、大量生産商品には適さない。
【００４６】
このような理由から、各ダイオードレ−ザーが横の方向に放射するレーザーであり、この装置がビームを各ダイオードレ−ザーからウィンドウへと反射する反射部材から構成されることを特徴とするモジュールの実施形態がより好ましいとされる。
【００４７】
水平放射ダイオードレ−ザーは最も普及しているレーザーであり、ＶＣＳＥＬよりもはるかに安価である。この装置に反射部材を付随することもこの装置全体のコストをそれほど上げることはない。
【００４８】
比較的に低価格で容易に生産することができるこのモジュールの実施形態は、１つ以上のダイオードレ−ザーとこれに連係する検出器が搭載されるベースプレート、このベースプレートに固定され、ウィンドウから構成されるキャップ部材、及び適応するレンズから構成されることを特徴とする。
【００４９】
この実施形態は3つの部分からのみ構成され、厳格な配置規格などはなく容易に組み立てられることが可能である。
【００５０】
より簡単な生産を実現するためのモジュールの実施形態は、レンズが、ベースプレートに向かってカーブする内部表面を有するキャップ部材に編入されることを特徴とする。
【００５１】
この実施形態は２つの部分からのみ構成される。
【００５２】
これらのモジュールのより好ましい実施形態はさらに、ベースプレート、キャップ部材、及びレンズがプラスチック素材で作られることを特徴とする。
【００５３】
このような素材で作られたコンポーネントは安価かつ軽量であり、したがって消費者製品に向いている。ただしレンズの素材だけは透明でありかつある程度の光学品質を有すべきである。
【００５４】
例えばレンズを有さないモジュールなど、前記のモジュールとは別の実施形態は、ダイオードレーザーが別個の光ガイドの入り口側に連係し、この出口側はセンサーのウィンドウに位置することを特徴とする。
【００５５】
この実施形態において照射ビームの放射は、その周囲から隔離されていて、異なる軸に沿った移動が混線を招くことはほぼないに等しい。
【００５６】
より好ましくはこの実施形態は、光ガイドが光ファイバであることを特徴とする。
【００５７】
光ファイバは柔軟であり、切断面が小さく、かつ増長による減衰をあまり見せないため、ダイオードレーザー及び検出器からのウィンドウの距離がより遠くなることを許容する。
【００５８】
また本発明は素材シートを処理するための装置であって、シート移動手段及びシートの移動を制御するためのシート移動測定手段から構成される装置に関する。この装置は、このシート移動測定手段が上述のシートセンサーから構成されることを特徴とする。
【００５９】
シートセンサーを装置に導入することによって、この装置に機能は改善され、この装置は他の一般的な装置から差別化される。以下において説明されるように、本明細書の中で使用される処理という用語は広く解釈されるべきである。この装置についての実施形態は請求項３１〜３４において記載される。
【００６０】
以下においては添付の図面を参照にしながら、本発明のさらに詳細な実施形態を非限定的な例示として説明をする。
【００６１】
図１は、本発明のもっとも単純な実施形態に従った自己ミキシング・シートセンサー１を示す。このセンサーは、例えばダイオードレーザー及びフォトダイオードという形をとる検出器から構成されるユニットなどのレーザー／ダイオードユニット２を部分的に形成することができる、ダイオードレーザーから構成される。このようなユニットの代わりにそれぞれ別個のダイオードレーザーとフォトダイオードとが使用されることも可能である。このセンサーはさらにレンズ６から構成され、これはダイオードレーザーによって放たれた放射を測定ビーム８として、移動が制御されなければならない例えば用紙などのシート１２の上に収斂する。レーザー／ダイオードユニット及びレンズは光学モジュールに実装されることもできて、このモジュールは測定ビームのためのウィンドウを有する。続いてシートはこのウィンドウの上を横切って動く。
【００６２】
例えば前記ウィンドウにおける箇所にある測定ビーム８の経路に用紙シートがある場合、このシートはビーム８を反射し、これを散乱させる。この散乱するビーム８の放射の１部分はもとの道をたどっていきレンズ６によってダイオードレーザーの放射表面上に収斂され再びこのレーザーの空洞に侵入する。以下に説明されるように、空洞に戻っていく放射はこの空洞内における変化をもたらす。この結果の１つとして、ダイオードレーザーによって放たれたレーザー放射の強度が変化する。これは放射の変化を電子信号に変換するフォトダイオード及びこの信号を処理する電子回路９によって検出されることが可能である。この電子回路９は用紙移動コントローラ１０の１部を形成する。この用紙移動コントローラはローラー１４の回転を制御し、したがってシート１２の移動をも制御することになる。
【００６３】
図２は本発明の実施形態に従ったシートセンサーの原理及び測定方法を示す。この図においてダイオードレーザー３は、空洞２０とこの前面及び後面にそれぞれ対応するレーザー鏡２１，２２によって図式的に示される。空洞は長さLを有する。シート１２と前面２１との間の空間は、長さＬ０を有する外部空洞を形成する。この前面を介して放射される、例えば照射ビームなどのレーザービームは参照番号２５によって示され、この前面の方向にシートによって反射される放射は参照番号２６によって示される。レーザー空洞で生成された放射の１部は後面を透りフォトダイオード４によって捉えられる。
【００６４】
シート１２が照射ビーム２５の方向に動く場合、反射された放射２６はドップラー偏移を被る。これはこの放射の周波数が変化すること、あるいは周波数偏移が起きることを意味する。この周波数偏移は、シートの動く速度によって左右され、およそ数ｋＨｚからＭＨｚである。レーザー空洞に再侵入する周波数が偏移した放射は、例えば空洞２０において生成された放射などのような光学波と干渉する。これは空洞の中で自己ミキシング効果が起きることを意味する。光学波と空洞に再侵入する放射との間の位相偏移量に左右されるこの干渉は構造的あるいは陰性になり、すなわちレーザー放射の強度は定期的に増減される。このように発生されたレーザー放射変調の周波数は、空洞内の光学波の周波数と空洞に再侵入するドップラー偏移された放射の周波数との差に等しい。この周波数の差はおよそ数ｋＨｚからＭＨｚであり、そのため容易に検出されることが可能である。この自己ミキシング効果とドップラー偏移との組み合わせが、特に利得や光振幅などのレーザー空洞の動作の変化をもたらす。
【００６５】
図３aは、シートの移動がレーザービームの主要な光線のダイオードレーザーへ向かう方向にコンポーネントを有する場合においての時間ｔの関数としてのレーザービームの強度ＬＩの変化を示す。ＬＩ及びｔは両方とも任意のユニットにある。レーザー強度の変化は、周波数の変化ｖによって確定されるレーザー利得ｇの変化に比例し、かつ時間軸はシートとダイオードレーザーとの間の距離Ｌ0を表す軸に設計し直されることができるため、図３aのグラフ３１は距離Ｌ0の関数としてのレーザー利得の変化を表すグラフと類似する。オブジェクトの速度の関数としてのレーザー利得の変化は、次のような関係式で表されることができる。
【００６６】
【数１】
―Ｋは外部空洞についての結合係数であり、このレーザー空洞から放たれる放射量を示し；
―υはレーザー放射の周波数を表し；
―ｖは照射ビームの方向に動くシートの速度を表し；
―ｔは時間における瞬間を表し；さらに、
―ｃは光速度を表す。
【００６７】
この関係式は上記に挙げた２つの論文中にて開示される自己ミキシング効果の理論から導き出されることが可能である。ここにおいてシートは、図２の矢印１６によって示されるように、自らの平面において移動される。ドップラー偏移は、シートがビームの方向に沿って移動する場合においてのみ起こるため、この移動１６は、前記の方向におけるコンポーネント１６’を有するべきである。これによって例えば図２の平面などのＸＹ平面において移動を測定することが可能になる。この移動をＸ移動と呼ぶことにする。図２は、シートがその他のシステムに対してスキュー位置を有することを示す。本発明の実践においては通常、図２に示されるように、測定ビームはスキュービームであり、シートの移動はＸＹ平面において起きる。ここでＹ方向は図２の平面に対して垂直である。この方向への移動は、必要に応じて第２ダイオードレーザーによって放射される第２測定ビーム及びこの第２ダイオードレーザーに連係する第２フォトダイオードによって捕らえられる散乱された光によって測定されることができる。
【００６８】
この測定法で要されるドップラー偏移はほんのわずかなで済む。これは例えば波長でいえばおよそ１．５×１０−１６ｍの偏移、あるいはこれに対応する６８０ｎｍのレーザー波長に対しておよそ１００ｋＨｚのドップラー周波数偏移に相当する。
【００６９】
モニターダイオードを用いてレーザー後面で放射強度を測定することによってオブジェクトの移動により発生するレーザー空洞利得の変化を測定することが最も単純な測定法であり、したがって最も魅力的な方法である。一般的にはこのダイオードはレーザー放射の強度を一定に保つために用いられるが、ここではオブジェクトの移動を測定するためにも用いられる。
【００７０】
利得の変化すなわちシートの移動を測定する別の方法としては、レーザー放射の強度がレーザーの接合部における伝導バンド内の電子の数に比例するという要因を利用する方法がある。さらにこの数は、この接合部のレジスタンスに反比例する。このレジスタンスを測定することによってオブジェクトの移動を確定することが可能になる。この測定方法の実施形態は図4において示される。この図では、ダイオードレーザーの能動レイヤ３５、及びこのレーザーを供給するための電流供給源３６が示される。ダイオードレーザーをわたるボルトは、キャパシタ３８を介して電子回路４０に供給される。電流と共にレーザーを介してノーマライズされるこのボルトは、レーザー空洞のレジスタンスあるいはインピーダンスに比例する。ダイオードレーザーと連係するインダクタンス３７は、ダイオードレーザーをわたる信号のインピーダンスを高くする。
【００７１】
シートの移動の速度を測定するほかに例えばシートの位置などの移動量を測定することも可能である。これは測定された速度を時間に統合することによって実現される。このような統合のためには移動の方向についての情報が要される。すなわちシートが測定軸に沿って前進するか後進するかを確定する必要がある。図１のセンサーの実施形態から得られる信号３１の時間間隔における周期の数は、移動の速度についての情報を提供するが、移動の方向についての情報は提供しない。しかしこの実施形態においては、用紙移動コントローラ１０から移動の方向についての情報が得られる。つまり、移動方向についての情報は、ローラー１４を駆動するシート送り込みモーターを制御するこのコントローラにおいて入手されることができる。
【００７２】
本発明のさらなる様相においてこの移動方向は自己ミキシング効果から得られた信号の形を確定することによって検出されることが可能である。図３a中のグラフ３１に示されるようにこの信号は非対称信号である。グラフ３１は、シートの移動がレーザーへの方向のコンポーネントを有する状況を表す。グラフ３１の上向き傾斜３３’の勾配は下向きの傾斜３３“よりも急である。上記に上げられた論文Applied Optics, Vol. 31, No. 8, 20 June 1992, pp.3401-3408.で記載されるように、レーザーの方向とは逆に移動するオブジェクトについてはこの非対称性は反転させられる。この様子は図３bのシートの移動がレーザーの方向とは逆方向のコンポーネントを有する状況を表すグラフ３２に示される。グラフ３２における下向きの傾斜３４”は上向きの傾斜３４’の勾配よりも急である。例えばリファレンスとの比較をするなどして自己ミキシング信号の非対称性の種類を確定することによってシートの移動の方向は確認される。
【００７３】
例えばオブジェクトの反射係数が小さい場合や、ダイオードレーザーとオブジェクトとの間の距離が長い場合など、一定の状況においては、自己ミキシング信号の非対称性あるいは形を確定することが困難になる可能性がある。そこで移動方向を確定するより好ましい方法は、レーザー放射の波長λは、ダイオードレーザーの温度すなわちダイオードレーザーをとおる電流によって左右されることを利用する。例えばダイオードレーザーの温度が上昇した場合、レーザー空洞の長さが増大しかつ増幅された放射の波長が増大する。図５中のカーブ４５は、温度（Ｔｄ）と放射の波長λとの関係を示すグラフである。この図において横軸Ｔｄと縦軸λとは両方任意のユニットにある。
【００７４】
図６に示されるように、グラフ５０によって示される定期ドライブ電流Ｉｄが、ダイオードレーザーによって供給される場合、ダイオードレーザーの温度Ｔｄは、グラフ５２で示されるように定期的に上昇し低下する。この結果として定期的に周波数が変化するレーザー空洞における倒立する光学波が発生し、さらにこれによってシートから反射され一定の時差を伴い空洞に再侵入する放射の位相偏移が常に変化することになる。ここで空洞内の波と空洞に再侵入する反射された放射との位相関係によってドライブ電流の半周期ごとにダイオードレーザーの利得が高い時間セグメントと低い時間セグメントとが連鎖する。この結果図６のグラフ５４に示されるような時間に関する放射の強度の変化（I）が得られる。このグラフは、シートが固定され不動である状態を表す。ここでは第１半期１／２ｐ(a)におけるパルス数は、第２半期１／２ｐ(b)におけるパルス数と同等である。
【００７５】
シートの移動はレーザー空洞に再侵入する放射のドップラー偏移を起こし、すなわちこの周波数は移動方向によって増減する。前進方向へのオブジェクトの移動は再進入する放射の波長の減少を促し、これとは逆方向への移動はこの放射の波長の増大を促す。レーザー空洞における光学波の定期的な周波数の変調の効果としては、ドップラー偏移がレーザー空洞における周波数変調のサインと同一のものを有する場合におけるドップラー偏移された空洞に再進入する放射の効果は、ドップラー偏移のサインがレーザー空洞における周波数変調のサインと反対である場合におけるこの放射の効果とは異なるという点がある。この２つの周波数変調が同一のサインを有する場合、波と再侵入する放射との間の位相の差角は遅いレートで変化し、その結果レーザー放射の変調からの周波数も低くなる。この２つの周波数変調が相反するサインを有する場合、波と再侵入する放射との間の位相の差角は速いレートで変化し、その結果レーザー放射の変調からの周波数も高くなる。ドライブレーザー電流の第１半期１／２ｐ(a)において発生されるレーザー放射の波長は上昇する。ここでオブジェクトが後進移動する場合には、空洞内の波の周波数とこの空洞に再侵入する放射の周波数との差が低下するように、再侵入する放射の波長は上昇される。したがって再侵入する放射の波長が発生された放射の波長に適応される間の時間セグメントの数はレーザー放射が電子的に変調されない場合に比べて少なくなる。これはシートが後進方向に移動する場合この第１半期におけるパルス数は変調が施されなかった場合に比べて少なくなることを意味する。第２半期１／２ｐ(b)においては、レーザー温度と発生された放射の波長が減少し、再侵入する放射の波長が発生された放射に適応されるところの時間セグメントの数は増加する。したがって後進方向に移動シートにおいては、第１半期におけるパルス数が第２半期におけるパルス数よりも少ない。これは図７のシートが後進方向に移動した場合のレーザー放射の強度Ｉｂを表すグラフ５８に表される。このグラフを図６のグラフ５４と比べると、第１半期においてパルス数は減少し、第２半期においてパルス数は増大する。
【００７６】
上述の説明から明らかであるように、シートの移動が前進方向へのコンポーネントを有する場合であり、すなわちドップラー効果によってシートによって散乱されレーザー空洞に再侵入する放射の波長が低減された場合、第１半期においてのパルス数は第２半期においてのパルス数よりも大きくなる。これは図７のシートの移動が前進方向へのコンポーネントを有する場合の放射の強度Ｉｆを表すグラフ５６とシートの移動が後進方向へのコンポーネントを有する場合の放射の強度Ｉｂを表すグラフ５８を対比することによって確認できる。電子処理回路においては第１半期１／２ｐ(a)において数えられるフォトダイオード信号のパルス数から第２半期１／２ｐ(ｂ)においてのパルス数が引かれる。ここで得られた結果がゼロの場合シートは固定されている。この結果が正の数である場合、シートは前進方向に移動する。この結果が府の数であった場合、シートは後進方向に移動する。ここでのパルス数は、それぞれ前進及び後進の方向への移動の速度に比例する。
【００７７】
例えばレーザーとシートとの間の光学経路の長さが比較的短く、電子変調の周波数及び振幅が比較的小さく、これに対して検出する移動が比較的速い場合などある一定の状況の中では、ドップラー効果によって発生されたパルス数が電子変調によって発生されたパルス数よりも多くなる場合がある。このような場合でも移動方向は、第１半期においてのパルス数と第２半期においてのパルス数とを比較することによって検出されることが可能である。しかし移動の速度はこの２つの数値間の差に比例しなくなる。このような場合は、前記の２つの数値の平均を求めてある一定の定数をこの結果から引くことによって前記の速度を確定することができる。
【００７８】
図５及び図６を参照にして説明される本発明の実施形態において使用される三角の形をしたドライブ電流Ｉｄは、例えば長方形のドライブ電流などとほかの形をとることもできる。
【００７９】
上記に記載されるシートの移動の速度及び方向を測定する方法は、利得の変化がダイオードレーザー空洞のレジスタンスの変化を測定することによって確定される場合に利用されることができる。
【００８０】
図８はシートセンサー６０の実施形態を示す。この装置においては上記に記載される検出信号における非対称性の種類を検出する手段、あるいは連続する半期におけるパルス数を比較する手段を用いた移動方向測定法が利用される。この実施形態では、図１の実施形態における電子信号処理回路９の代わりにレーザードライブ及びシート位置検出回路６２が用いられることがこれら２つの実施例の相違である。回路６２は、矢印６４によって示されるように、ドライブパルスをダイオードレーザーに供給し、矢印６５で示されるように、検出器からの信号をシート位置信号に処理する。後者の信号は検出信号と時間に関する情報とを統合することによって得られ、この時間の情報は上述される２つの方法のいずれかによって得られた検出信号からの移動方向についての情報を用いて得られる。
【００８１】
シートセンサーに付加的なハードウェアを提供することによってシートの移動方向の検出はより単純なエレクトロニクスやソフトウェアによって実現されることが可能になる。図９の実施形態７０はこのようなシートセンサーを示す。このセンサーは第１測定ビーム８をシート１２の平面上に形成しかつ収斂する手段を有するレーザー／ダイオードユニット２及び第１レンズ６から構成される第１センサー支部に加えて、第２測定ビームをシート１２の平面上に形成しかつ収斂する手段を有するレーザー／ダイオードユニット７２及び第２レンズ７６から構成される第２センサー支部から構成される。測定ビーム８及び７８の主要光線はそれぞれ反対側に位置し、さらに例えば平面１２上の基準７７に対して等角な−αと＋αの角度に位置する。ここで例えばα＝４５度であってよい。ここで１つのセンサー支部にとって測定ビーム軸に沿ったシート移動コンポーネントが前進方向にあった場合、他方のセンサー支部にとってはこの移動コンポーネントは後進方向にあることは明らかである。これは１つのセンサー支部のレーザー空洞に再侵入する放射の周波数は増大し、他方のセンサー支部のレーザー空洞に再侵入する放射の周波数は低下することを意味する。この２つの支部の検出器からの信号は図３a及び図３bに示されるものに類似し、互いに反対の非対称性を有する。これらの信号は、ドライブ信号をレーザーに配信すると共に検出信号を処理する電子回路７４に供給される。検出信号の非対称を比較することによって、移動のサインとも呼ばれる測定軸に沿った移動の方向が確定されることができる。この２つのセンサー支部についてシートの移動は反対効果を有し、移動量は２つのセンサー支部の検出信号を挿画に引き算することによって確定される。これによって発生された移動量信号は１つのセンサー支部を用いて得られた信号の２倍になる。
プリンターやコピー機などにおいてローラーの上を進む用紙の非対称なスリップが起き、よってシートが装置を斜め方向に移動されてしまう可能性がある。これに対応してシートセンサーはある実施形態においてこのようなスリップを検出し是正するように設計されることができる。図１０はこのようなセンサー８０の実施例を示す。このセンサーは２つのセンサー支部８２及び８４と、これらにそれぞれ連係する電子回路８２及び８４から構成される。これらのセンサー支部の軸はシート状の基準に対して等角の位置にあることができ、これらの軸はシートのそれぞれ異なる側部を指す。各電子回路８２，８４は連係するダイオードレーザーにドライブ信号を供給し、それぞれの支部に対応する検出信号を、それぞれの支部に対応するシートの箇所の移動の方向及び量を表す信号に処理する。電子回路８２及び８４の信号は用紙／シート移動制御回路８７に供給される。この回路では信号が相互比較される。これらの信号が同一である場合、シートの左側と右側の部分（図１０においては上部と下部）は同じ速度でかつ同じ方向に移動する。これらの信号が同一でない場合、左部分の移動は右部分の移動とは異なることになる。このような望まれない移動を是正するためにローラー１４はサブローラー１４’及び１４”に分けられ、各サブローラーには、モーターから構成されるそれぞれ別々のアクチュエータ８８及び８９が提供される。これらのアクチュエータは、シート移動制御回路８７からの是正信号９０及び９１を含む信号によって制御される。
【００８２】
さらに本発明の実用において重要である様相として、図１０中の２つのセンサー支部を用いて得られる用紙の斜行進移動についての情報は、プリントヘッドの手段による是正において利用されることができる。続いて支部８２，８３及び８４，８５からの信号はプリントヘッドの電子回路に供給される。この電子回路はインクの点がどの瞬間に、すなわち移動する用紙のどの位置に、放出され投影されるかを確定する。プリントヘッドによるインクの点の放出の瞬間を、用紙の移動の斜格性の度合いに適応することは、用紙が斜めに移動する際にも用紙の横側に垂直な線をプリントすることを可能にする。
【００８３】
本発明の実施形態に従ったシートセンサーに使用されるダイオードレーザーは、同一の生産群からくるものであっても異なる波長で放射を行うことができる。むしろダイオードレーザーの波長は老化や温度の変化により偏移する。正確な測定を得るためにはセンサーのキャリブレーションが薦められる。また別の実施形態においてこのようなキャリブレーションは、単純に自動的に実行される。これは図１１に示されるように、センサーが用いられる装置のシートローラーにキャリブレーションマーク１００を提供し、かつシートセンサーを用いてこのマークをスキャンすることによって実現される。このキャリブレーションマークは、対等な間隔において位置され、ローラー表面の周囲以外における反射性をも有するいくつかのストリップ１０２から構成される。キャリブレーション測定を実行するために、ローラーはシートなしで、例えばあるシートを所定の速度で移動させるために要される回転速度などといった名目上の速度で回転され、センサーの電源が付けられる。ビームを横切るストリップ１０２はここでローラー表面によって反射されたビーム放射の振幅を変調する。この変調の期間は、回転速度と使用されるキャリブレーションマークのストリップ間の距離から測定されるべきリファレンス期間と対比される。測定された期間がリファレンス期間とは異なる場合、ダイオードレーザーはこの２つの期間が同等になるように例えばそのドライブ電流を調整することなどによって調整されることができる。
【００８４】
キャリブレーションの測定のためにシートセンサーには反射の差違を測定するための測定手段が提供されるべきである。この手段は別個のフォトダイオード１０４によって構成されてもよい。このフォトダイオードはダイオードレーザーへの方向とは異なる方向に反射される測定ビーム放射を受信する。またこの手段はレーザー／ダイオードユニットすなわち自己ミキシング信号からの信号における波動の振幅の差異を測定するための電子的手段から構成されてもよい。この波動はキャリブレーションマークのスキャン時に起こる。これは図３a及び図３bに示される例に類似するが、この振幅はストリップ１０２が測定ビームを通る際に変化する。
【００８５】
キャリブレーションはレーザー空洞のパラメータを使用することによって実行されてもよい。ダイオードレーザーの温度及び波長の様子は、その電流とボルトとの関係の特徴を測定することによって確定されることができる。またある一定の標準距離にある表面から反射された放射がレーザー空洞に再侵入する場合におけるこの波長の変化も把握される。したがってこのセンサーの手段によってこの標準距離を測定することによって、シートセンサーの偏差を確定することが可能である。例えばレーザー空洞を通る電流を調整することによってこの偏差をなくすことができる。しかしキャリブレーションマークをローラーに配置して実施されるキャリブレーションの手順の方が正確かつ確実であるためこの方法が好まれる。キャリブレーションの手順は規則的な時間間隔において実行されることが可能である。この手順は長時間を要さないため、例えばシートが移動されるたびにその前あるいは後に実施されることも可能であり、これによって非常に正確な用紙送り込み制御が実現される。
【００８６】
シートセンサーには測定ビームのシートへのフォーカスを一定に保つためのフォーカス制御手段が提供されてもよい。実際のフォーカス状態が要求されるフォーカス状態と対等であるかどうかを測定するためのフォーカス検出方法これ自他は周知の方法であり、これがここで用いられてもよい。このような方法は、例えばＣＤやこの派生物などの光学記録キャリアを読み取りこれに書き込むための光学ヘッドなどにおいて利用される。このような光学ヘッドは小型でかつ低価格であり、ここで用いられるフォーカス技法は、本発明のシートセンサーにおいても大いに活用されることができる。
【００８７】
このセンサーにおいて用いられることのできるフォーカス検出方法のうちの１つは、非点収差法と呼ばれる方法である。この方法に従ってシートによって反射されレンズ６に通される測定ビームの１部分は、例えばレンズ６とダイオードレーザーとの間に配置される分離器などによって分離され別の検出器に向けられる。例えばシリンダーレンズなどの手段によって分離されたビームは非点収差にされる。これはこのビームが焦点の代わりに２つの相互に垂直な焦線を有することを意味する。別個の検出器はこの焦線の中間に配置され、この検出器は異なる四分区間に配置される４つの検出素子から構成されることから四分検出器と呼ばれる。測定ビームがシート上に正確にフォーカスされた場合検出器に形成される放射スポットは円形であり、４つの検出素子は同じ分量の放射を受信する。フォーカスエラーが起きた場合前記のスポットは楕円形になり、ここでこの楕円の長軸は、フォーカスエラーのサインによって２つの相互に垂直な方向のうちの１つの方向にある。４つの検出素子の信号を適切に組み合わせることによって検出器の上に形成されたスポットの形、すなわちフォーカスエラーの量及びサイン、が検出されることができる。この非点収差フォーカスエラー検出方法についての詳細は、光学記憶キャリアを読み取る装置におけるこの方法の用途を説明するa/o US-A 4,023,003に記載される。
【００８８】
また別のフォーカスエラー検出方法として、(二重)フーコー法がある。この方法に従ってシートによって反射されレンズ６に通される測定ビームの１部分は、例えばレンズ６とダイオードレーザーとの間に配置される分離器などによって分離され別の検出器に向けられる。例えばプリズムあるいはウェッジなどの手段によって分離されたビームは、この別個の検出器の平面に２つのスポットを形成する２つのサブビームに分離される。この検出器は２対の検出素子の系列から構成され、測定ビームによるシートへの正確なフォーカスが得られた場合は、前記のスポットは対応する検出器の対について対称な位置に配置される。フォーカスが正確でない場合は、前記のスポットは対応する検出器の対においてずらされる。検出素子の出力信号の適切な組み合わせによってフォーカスエラー信号は得られる。フーコーフォーカスエラー検出法についての詳細は、光学記憶キャリアを読み取る装置におけるこの方法の用途を説明するa/o US-A 4,233,502に記載される。
【００８９】
またフォーカスエラー信号は、自己ミキシング信号の波動の振幅から推論されることもできる。測定ビームがシートに最適にフォーカスされた場合、前記の振幅は最高値に達する。最適フォーカスから逸脱した場合は、この振幅は縮小される。したがって実際の振幅を、最適フォーカスを表すリファレンスと対比することによってフォーカスエラーは確定される。
【００９０】
図１２はフォーカス検出能力の備わったシートセンサーであり、上記のいずれかの方法に従った、あるいは光学記録の分野などにおいて知られるその他のフォーカスエラー検出法に従った実施形態を示す。この図においてブロック１１２は、フォーカスエラー信号を発生する手段のコンポーネントから構成され、したがってこれは非点収差法においては、非点収差素子及び四分検出器であり、そしてフーコー法においては、プリズム及び系列配置された４つの検出素子である。このブロックからのフォーカスエラー情報はフォーカスを是正する手段であるフォーカスコントローラ１１４に供給されることができる。例えばレンズ６やじるし１１９にしめされるように上下に動かす手段としてのコイル１１６をとおる電流は例えば光学記録などの分野では周知の技法によって制御されることが可能である。フォーカスコントロールを有するシートセンサーは改善されたシートの移動の測定法を提供する。
【００９１】
フォーカスエラー検出能力を有するシートセンサーのまたべつの重要な効果は、シートあるいは用紙の厚さを確定する能力である。この手段においてセンサーの電源は用紙がローラー１２に入る前に入れられ、第１最適フォーカス、すなわち測定ビームのローラー表面に関して最適なフォーカスがフォーカス・サーボループ１１２，１１４，１１６の手段によって設定される。用紙がローラーに入れられこれが測定ビームに達すると、反射及び／又はローラーと用紙による散乱の差異によって自己ミキシング信号の振幅が変化する。そして次に第２最適フォーカス、すなわち測定ビームの用紙に関して最適なフォーカスがフォーカス・サーボループ１１２，１１４，１１６の手段によって設定される。ここで第１と第２最適フォーカスとの間の差は用紙の厚さを表す。この差は測定ビーム軸に沿ったレンズ６の異なる位置について具体的な形で用いられる。
【００９２】
印刷処理が実行される装置であり、印刷媒体の厚さを測定する能力を有するようなこの装置は、印刷過程を例えば用紙などの印刷媒体の厚さに自動的に適応することができ、ここではしたがって自動的な印刷過程の最適化が可能である。本発明の実施形態に従ったシートセンサーは、シートの厚さを測定することのみのために使用され、シートの移動の測定には別のセンサーあるいはその他の手段が使用されることができる。
【００９３】
本発明の実施形態に従ったシートセンサーは、印刷装置において例えば用紙などの印刷媒体に関するプリントヘッドの移動を測定するためにも利用されることができる。この応用例は図１３中に図式的に示される。この図において印刷される用紙１２は、矢印１２２の方向に移動する。プリントヘッド１２０は印刷処理中に矢印１２４の方向に移動する。上述のレーザー／ダイオードユニット２、レンズ６、及び測定ビーム８から構成されるシートセンサー１２６は、プリントヘッドに固定されるかあるいは統合される。このセンサーの手段によって用紙１２に関するプリントヘッド１２０の方向１２４への移動は上述の用紙の方向１２２への移動の測定法と同様に測定される。これはプリントヘッドのより正確な位置づけを可能にする。プリントヘッドの対向する末端に配置されるこのような２つのシートセンサーが利用される場合、プリントヘッドが実際に矢印１２４の方向に移動するのかあるいはこの方からある角度に移動するのかを確定することが可能になる。この測定は上述の図１０の説明において記載されるはシートの斜めの移動の測定に類似する。
【００９４】
またセンサー１２６はインク点１４０のようなプリントされたインク点の検出を可能にするため、これが印刷処理を制御するために使用されれてもよい。このような点の反射性はシートの反射性とは異なり、この点の境界線は回析を促す。これは矢印１２４の方向へのプリントヘッドの移動中反射された放射の振幅を測定することによってインク点の存在を確立し、そのサイズを確定することを可能にする。したがって例えば線をプリントする間にその前の点が正確な位置に印刷され正確なサイズを有するかが確定される。この手順は黒いカートリッジ及び／またはカラーカートリッジを有するプリントヘッドに実行されることができる。図１３はそれぞれ緑、赤、青のインク源１３０，１３２，１３４を有するカラーカ−トリッジと、これらの手段により印刷された緑の点１３６、赤の点１３９、及び青の点１４０を示す。カラーカートリッジの場合センサー１２０に類似する３つのシートセンサーで、それぞれ緑、赤、及び青の光線に感応なセンサーが使用されることが可能である。このような３本立てのセンサーの手段によって印刷されたスポットに要求される色が使用されたかが確定されることも可能である。
【００９５】
本発明の実用において重要である点測定センサーの実施形態としては、新しいインクカートリッジが取り付けられるたびに実行されるべきである厄介で時間を費やすキャリブレーションの手順が自動化されかつスピードアップされる。
【００９６】
上記の図面における実施形態ではシートセンサーのコンポーネントはそれぞれ別々の素子である。これは既存の装置における空いたスペースを利用してシートセンサーを組み込むことを可能にする。しかしこれらのセンサーコンポーネントを１つのモジュールに宿し、これを装置に組み込むことも可能である。このモジュールにおけるダイオード及び測定ビームの数とこれら相互の方向付けは、要求される測定機能によって左右される。このモジュールにおいては１つのレンズがすべての測定ビームに利用されることが可能である。これらのビームは共通ウィンドウを介してモジュールから出ていく。
【００９７】
光学的観点から言うと、光学モジュールの寸法は非常に小型なものでよい。この入力装置は主に装置に導入されなければならないエレクトロニクスの量、および簡易な生産法という様相によって確定される。実用的な実施形態においてこのウィンドウは数平方ｍｍの大きさを有する。この装置に用いられる測定原理ゆえにこのコンポーネントはそれほど正確に組み立てられる必要はなく、これは生産の面においての大きな利点である。
【００９８】
図１４aはセンサーモジュールの第１実施形態の断面図である。このモジュールはその下部においてダイオードレーザーのキャリアである底平面１４２、この例においてはＶＣＳＥＬタイプのレーザー、及び検出器すなわちフォトダイオードから構成される。図１４aではダイオードレーザー１４４とこれに連係するフォトダイオード１４６が１つ示されるだけであるが、上から見たこのモジュールを描出する図１４bに示されるように第２ダイオードレーザー１４８及びこれに連係する第２フォトダイオード１５０が底平面に提供されることも可能である。ダイオードレーザー１４４及び１４８はそれぞれ測定ビーム１５２及び１５４を放射する。このモジュールの上部には透明なウィンドウ１５６が提供され用紙などのシート１５８はこの上を横切る。例えば平面コンベックスレンズなどのレンズ１６０はこのダイオードレーザーとウィンドウとの間に配置される。このレンズはウィンドウ１５６の上部あるいはこの付近で測定ビーム１５２及び１５４をフォーカスする。ダイオードレーザーはレンズに関して偏心する位置に配置されるため、ウィンドウを通るビームはシート１５８の移動する方向にコンポーネントを有するスキュービームである。フォトダイオード１４６及び１５０の信号を処理するための回路１６２及び１６４は一般的であり例証のために示される。
【００９９】
レンズ１６０はガラスあるいはポリカーボネ―ト（ＰＣ）あるいはポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などの透明なプラスチック素材から構成されることができる。このようなレンズはエポキシなどの透明グルーレイヤ１６６の手段によってダイオードレーザー、フォトダイオード、及び処理回路を有するサブストレートに固定されることができる。
【０１００】
ここでは、ＶＣＳＥＬタイプのダイオードレーザーが用いられることができるようにダイオードレーザー１４４及び１４８は縦の方向に照射することが仮定される。このようなダイオードレーザーはワイヤ接合技法の手段により容易に底平面に位置されることができる。
【０１０１】
現在においては側部に放射し横向きの空洞を有するダイオードレーザーがより安価であるため一般的に好まれる。ここで例えばこのダイオードレーザーを小型テーブルに搭載するなどして、ダイオードレーザーが縦の方向に放射するようにすることができる。また側部放射ダイオードレーザーが横方向に放射するように搭載されることも可能である。図１５aは本発明の第２実施形態１７０に従ったセンサーモジュールの縦の断面図を示す。これはダイオードレーザー１７２及び１７４から構成される。図１５bはこの実施形態を上から見たときのこの下部を示す。この実施形態はさらに底平面１４２から構成され、ここから接触ピン１７６が突き出る。この底平面は熱伝導作用を有するため、ダイオードレーザーのクーリング素子として機能することができる。ここで電子回路（図１５a及び図１５ｂには図示せず）はシリコンあるいはその他の素材からなるレイヤ１７８に搭載されることができ、このレイヤは回路板を形成する。また、図１４a及び図１４bの実施形態もこのようなレイヤから構成されることができる。各側部放射ダイオードレーザー１７２及び１７４には反射部材１８０が提供される。これは横方向に放射されるビーム１８２及び１８４を縦方向のダイオードレーザーからレンズ１６０を通してウィンドウ１５６に向かって反射する。好ましくはこの反射部材は光学パワーをも多少は有するよう球状の形をしていて、照射される異なるビーム１８２及び１８４をもっと似通ったあるいは多少収斂するビーム１８６及び１８８に変換する。レンズ１６０の光学パワーは図１４a及び図１４bの実施形態に従ったレンズ１のそれよりも小さくてすむ。さらに図１５a及び図１５bの実施形態においてレンズ１６０はガラスでもよいが好ましくはプレスチックでできている。このレンズには厳格な光学要件などが設定されないためプラスチックのレンズはよりや安価で軽量であり本発明の応用に適する。好ましくはプラスチック製であり、透明なウィンドウ１５６とともに提供されるキャップ１９０はハウジング平面１４２と一緒にモジュールのハウジングを形成する。２つの反射部材１８０は１つのプラスチックリングから構成されることができ、このリングは反射コーティングに覆われる。このリングは底平面１４２の重要な部分を構成することになりうる。すると入力装置はおもにプラスチック素材から構成され、簡単に組み立てられる３つの構造部分のみから構成される。これらの構造部分は、反射リングとともに提供される底平面１４２、接触ピン１７６並びにダイオードレーザーとこれに連係するフォトダイオード、及びウィンドウ１５６とともに提供されるキャップ１９０並びにレンズ１６０である。
【０１０２】
図１６は本発明におけるセンサーモジュールのより好ましい実施形態２００を示す。ここにおいては更なるパーツの統合が施される。図１５aにおける実施形態のキャップ１９０及びレンズ１６０は１つのプラスチック素子２０２に代用され、この下部は底平面に向かってカーブしている。このカーブされた表面は照射ビームに対して図１５aにおけるレンズ１６と同様の屈折効果を有する。この図１６の実施形態を上部からみた図式は図１５a及び図１５ｂと同様であるため図示されない。図１６の実施形態は２つだけの構造部分から構成され、図１５a及び図１５bの実施形態よりもされに簡単に組み立てられることが可能である。
【０１０３】
図１４a、図１５a、及び図１６において示される本発明の実施形態における測定ビームは、ウィンドウの外部表面で最低横断面を有さないように、好ましくはウィンドウの外部表面から遠ざかった平面においてフォーカスされる。これには、この表面上のホコリや引っかき傷などがこれらのビームに大きな影響を与えないようにするという利点がある。これらのビームは底平面の段階において異なる位置から発生するため、これらは動作平面すなわち測定ビームが測定されるシートにぶつかる平面における異なる位置に測定スポットを形成する。測定ビーム及びこれらが散乱する放射は充分空間的に分離されているため、本発明の実施形態に従ったシートセンサーにおいて異なる測定ビームの混線は問題にならない。必要に応じて残余混線は、微妙に波長が異なるダイオードレーザーを使用することによって下げられる。この目的において要される波長の差は数ｎｍで充分である。
【０１０４】
混線を防ぐまた別の方法として、ダイオードレーザーにコントロールドライブを使用するという方法がある。ここではどんな時であっても作動するレーザーは１つにとどまる。このようなコントロールドライブは異なるダイオードレーザーを交互に作動させる回路である、多重送信ドライブ回路から構成されることができる。このような多重送信ドライブ回路は、各ダイオードレーザーにとって利用可能であり、タイムシェアリングモードにおいて用いられる１つの検出器あるいはフォトダイオードによって２つのダイオードレーザーの測定ビームにおける変化がモニターされることを可能にする。このようなドライブ回路を伴う実施形態の更なる利点として、このような回路が要する場所及び装置が使用する電力消費量が下げられる。
【０１０５】
図１７a及び図１７ｂは、センサーモジュールの実施形態２１０を示す。ここにおいて測定ビームは光ファイバによってウィンドウ２１２に誘導される。さらにこれらの図は、必要に応じて測定ビームの数は増やされることができることを示す。図１７aは縦の断面図であり、図１７ｂは上部からみた装置の光景である。ファイバ２２４，２２６，２２８の入力末端部は周知の方法によって光学的にそれぞれダイオードレーザー１７２，１７４，１７６に結合される。ファイバの出力末端部はすべてモジュールのウィンドウに位置づけられる。これらのファイバは、固体素材からなる例えばエポキシあるいはその他の透明／非透明素材などのキャップ２３０に組み込まれることができる。これらの各ファイバは、このファイバによって誘導された放射すなわち連係するダイオードレーザーからの測定ビーム及びこのレーザーに戻る散乱された放射の両方のためのアイソレータを形成する。その結果、異なる測定ビーム軸のあいだに混線が起きる可能性は非常に低い。ファイバのその他に利点としては、これは柔軟であり、よってさまざまな設計に適用されることが可能であり、またこのファイバは任意の距離において放射を移送することができるため、ダイオードレーザー及びフォトダイオードはモジュールのウィンドウからかなり離れた距離に配置されることが可能である。図１７a及び図１７ｂの実施形態においてダイオードレーザー及びこれに連係するフォトダイオードは互いに近くに配置される。これらの素子は図１７aに示されるように別個のコンパートメント２３２に配置されることもできる。このコンパートメントはキャップと同じ素材から造られることもできるし、あるいは別の素材から造られることもできる。
【０１０６】
このファイバの代わりに例えば透明あるいは非透明素材からなるチャンネルなどの光ガイドが用いられることも可能である。さらに図１及び図８〜１３までのモジュールの実施形態のように別々のコンポーネントが使用される場合においてもファイバが測定ビームをウィンドウへ、及び散乱された放射をフォトダイオードへ誘導するために用いられることが可能である。
【０１０７】
上記において説明されたシートセンサーは低価格で製造されることができるため、これは大量消費者装置に実装されるのに適している。このシートセンサーは小型でかつ軽量であるため、既存の装置に容易に編入されることが可能であり、よってこのような装置のコストや重量を著しく上げることなく、またこれらの装置の基の設計を変えることなくこの能力を高めることができることになる。このシートセンサーは、シートが処理を施されるために装置をくぐって移動され、この移動が正確にモニターされるべきであるような装置のあらゆるものにおいて利用されることができる。このような処理は、シート上のデータグラフィックなどの情報を読み取る工程、シート上のこのような情報を書き込むあるいは印刷する工程、シートあるいははっきり定義された箇所の表面を正確に捉える工程、シートあるいはフィルムなどの上に小さなコンポーネントを位置づける工程、などを含む。ここで想定される装置は白黒、カラーインクジェット、あるいはレーザープリンタ、ファクシミリ装置、コピー機、フラットベッドスキャナ、コンポーネント位置づけ装置、機械的あるいは化学的処理装置、などである。このような装置自体は周知のものでありここにおいて説明する必要はない。本発明の実装されたこれらの装置は、シートの移動が多くのスペースを要さず比較的単純な手段によって正確にモニターされることができるというところで従来の同様の装置とは異なる。上記の説明より、このシートとは用紙であってもよいが、その他の素材でできたシートであってもよい。また上記の測定方法及びセンサーはこのようなシートに対して優れた反射性は要さない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 自己ミキシング・シートセンサーの第１実施例を示す図である。
【図２】 このセンサーの測定方法の原理を示す図である。
【図３】 シートの移動の関数としての光学周波数及びレーザー空洞の利得の変化を示す図である。
【図４】 この変化を測定する方法を示す図である。
【図５】 光学フィードバックを有するレーザーの温度の関数としてのレーザー波長の変化を示す図である。
【図６】 定期的に変化するレーザーのためのドライブ電流の利用による効果を示す図である。
【図７】 移動の方向を検出する方法を示す図である。
【図８】 この方法を用いるシートセンサーの実施例を示す図である。
【図９】 ２つのセンサー支部を有するシートセンサーを示す図である。
【図１０】 シートの斜進行の移動を検出するためのシートセンサーを示す図である。
【図１１】 自己キャリブレーションの備わったシートセンサーを示す図である。
【図１２】 フォーカス・コントロールの備わったシートセンサーを示す図である。
【図１３】 インクスポットをモニターするためのシートセンサーを示す図である。
【図１４】 シートセンサー・モジュールの第１実施例を示す図である。
【図１５】 このモジュールの第２実施例を示す図である。
【図１６】 このモジュールの第３実施例を示す図である。
【図１７】 このモジュールの第４実施例を示す図である。
Claims (6)
- ダイオードレーザーを有するシートセンサーに対する素材シートのシート移動方向における移動を測定する方法であって、
前記ダイオードレーザーのレーザー空洞から放射される測定レーザービームであって、前記素材シートの移動方向に対して鋭角な測定レーザービームを前記素材シートに照射し、
前記素材シートによって反射されて前記放射された測定レーザービームの方向に沿って戻る一部の測定レーザービームを前記レーザー空洞に再侵入させ、前記再侵入した測定レーザービームを前記レーザー空洞内のレーザー放射と干渉させて前記レーザー空洞の動作の変化を促し、
前記レーザー空洞の動作の変化を検出し、
前記検出されたレーザー空洞の動作の変化を前記素材シートの移動の測定を表す電気信号に変換する工程から構成されることを特徴とする方法。 - 前記素材シートの移動速度は、前記ダイオードレーザーにおけるレーザー放射のパワー、レーザー放射の周波数、レーザー放射の線幅、及びレーザー閾値利得を含むパラメータのうちの少なくとも１つのパラメータ値を測定することによって確定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記ダイオードレーザーのレーザー空洞のインピーダンスを測定することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
- 前記レーザー放射の強度を測定することを特徴とする請求項１乃至３記載の方法。
- 前記素材シートに対する前記測定ビームのフォーカス状態を検出する工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至４記載の方法。
- 前記フォーカス状態は、前記レーザー空洞の動作の変化の振幅を確定することによって検出されることを特徴とする請求項５記載の方法。
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