(57)【要約】  例えば、レーザダイオードのいわゆる"自己混合"効果を使用する相対運動センサ（１０８）を採用する、シート材料を処理する装置又は光学入力デバイスにおいて、電気信号の測定に起因する電気信号をフィルタリングする帯域通過フィルタ（１００）が設けられ、このような信号に存在する低周波搬送波信号及び高周波ノイズの両方の効果を減少、又は実質的に除去する。結果として、レーザ自己混合平行移動測定の精度が大幅に向上される。
2007534959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対運動センサであって、対象及び前記センサの互いに対する運動を測定するセンサにおいて、前記センサが、レーザキャビティを持つ少なくとも１つのレーザであって、測定ビームを生成し、前記測定ビームで前記対象を照射する当該少なくとも１つのレーザを有し、前記対象により反射された前記測定ビーム放射線の少なくとも一部が前記レーザキャビティに再び入り、前記センサが、前記レーザキャビティに再び入る反射された測定ビーム放射線及び前記レーザキャビティ内の光波の干渉により生じた前記レーザキャビティの動作の変化を測定する測定手段と、前記変化を表す第１の電気信号を供給する手段と、前記対象及び前記センサの相対運動を決定するのに使用する前記変化を表す第２の電気信号を生成するために低周波ノイズ及び高周波ノイズによる前記第１の電気信号に対する寄与を少なくとも減少するように前記第１の電気信号をフィルタリングする帯域通過フィルタ手段とを更に有するセンサ。
【請求項２】
前記帯域通過フィルタ手段が、前記第１の電気信号の少なくとも１つの高調波が通過することを可能にするように配置及び構成される、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記帯域通過フィルタの通過帯域が、前記第１の電気信号の波形の予測された又は実際の周波数により決定され、前記第１の電気信号の主要な依存パラメータが、検出されるのに必要とされる相対運動の最高速度である、請求項１又は２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記帯域通過フィルタの通過帯域が固定されている、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項５】
前記帯域通過フィルタ手段の通過帯域が制御可能である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項６】
前記相対運動を生じるためにモータが採用され、前記帯域通過フィルタの通過帯域が、前記モータの速度によって設定され、動的に変更され、制御される、請求項５に記載のセンサ。
【請求項７】
前記帯域通過フィルタの通過帯域の低域成分及び高域成分が、ランプジェネレータにより作られる、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項８】
前記ランプジェネレータが、モータを制御するモータコントローラからの１つ以上の制御信号を受信するように構成され、前記ランプジェネレータにより生成されたランプの傾斜、ひいては前記帯域通過フィルタの通過帯域が、前記モータの速度に依存して制御される、請求項７に記載のセンサ。
【請求項９】
パルスカウンタが、前記対象と前記センサとの間の相対運動の少なくとも範囲を前記第２の電気信号から決定するために使用され、フィードバックループが、前記モータを介して前記パルスカウンタから前記モータ及び前記センサまで設けられる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
モータ速度センサが設けられ、前記モータの速度を感知し、前記帯域通過フィルタの低域成分及び高域成分を生成するレベルジェネレータ手段に制御信号を供給する、請求項７ないし９のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項１１】
微分器が、前記帯域通過フィルタと前記パルスカウンタとの間に設けられ、前記微分器の制御のためにレベルジェネレータ手段が設けられる、請求項１０に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記レベルジェネレータが、前記モータ速度センサから入力を受信する、請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記センサが複数の帯域通過フィルタを有し、前記複数の帯域通過フィルタの１つが、前記第１の電気信号の周波数に依存して選択される、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記帯域通過フィルタのそれぞれが、それぞれの整流器及び増幅器を備える、請求項１３に記載のセンサ。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の相対運動センサを含むシートセンサ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシートセンサを含むシート材料を処理する装置。
【請求項１７】
請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の相対運動センサを含む入力デバイス。
【請求項１８】
対象及びセンサの互いに対する運動を測定する方法において、前記センサが、レーザキャビティを持つ少なくとも１つのレーザであって、測定ビームを生成し、前記測定ビームで前記対象を照射する当該少なくとも１つのレーザを有し、前記対象により反射された前記測定ビーム放射線の少なくとも一部が前記レーザキャビティに再び入り、前記方法が、前記レーザキャビティに再び入る反射された測定ビーム放射線及び前記レーザキャビティ内の光波の干渉により生じた前記レーザキャビティの動作の変化を測定するステップと、前記変化を表す第１の電気信号を供給するステップと、前記対象及び前記センサの相対運動を決定するのに使用する前記変化を表す第２の電気信号を生成するために低周波ノイズ及び高周波ノイズによる前記第１の電気信号に対する寄与を少なくとも減少するように前記第１の電気信号をフィルタリングするステップとを更に有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象及びセンサの互いに対する運動を測定する相対運動センサにおいて、前記センサが、レーザキャビティを持つ少なくとも１つのレーザであって、測定ビームを生成し、前記測定ビームで対象を照射する当該少なくとも１つのレーザを有し、前記対象により反射された前記測定ビーム放射線の少なくとも一部が前記レーザキャビティに再び入り、前記センサが、前記レーザキャビティに再び入る反射された測定ビーム放射線及び前記レーザキャビティ内の光波の干渉により生じた前記レーザキャビティの動作の変化を測定する測定手段と、前記変化を表す電気信号を供給する手段とを更に有するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプの相対運動センサは、ダイオードレーザが集光される透明な窓を持つ光学入力デバイスを記載している国際特許出願第ＷＯ０２／３７４１０号に開示されている。対象、例えば、ユーザの指が前記窓を横切って移動すると、前記対象の運動によりドップラシフトを受けた周波数を持つ前記対象により散乱された放射線の一部は、前記レーザキャビティに再び入る。前記入力デバイス及び前記対象の相対運動は、ダイオードレーザにおいていわゆる自己混合効果を使用して測定される。これは、前記ダイオードにより放射された放射線及び前記ダイオードレーザのキャビティに再び入る放射線が前記レーザのゲインに、ひいては前記レーザにより放射される放射線に変化を引き起こす現象である。この変化は、前記放射線の変化を電気信号に変換するフォトダイオードにより検出されることができ、前記信号を処理する電気回路が設けられる。
【０００３】
上述のタイプの他の相対運動センサは、材料のシート及びシートセンサの互いに対する運動を測定する方法及び装置であって、ダイオードレーザからの放射線が、前記放射線を反射及び散乱する前記シート上に集光される方法及び装置を記載している国際特許出願第ＷＯ０２／３７１２４号に開示されている。前記放射線ビームの一部は、前記ビーム自体に沿って散乱され、この一部は、前記ダイオードレーザの放射面上にレンズにより集光され、このレーザのキャビティに再び入る。もう一度、前記シート材料及びセンサの相対運動の測定は、上で概説された前記ダイオードレーザにおけるいわゆる自己混合効果を使用して達成される。
【０００４】
いずれの場合にも、図面の図１を参照すると、平行移動測定中に生成された信号は、低周波変調搬送波Ａ、パルスの列の形式の情報信号Ｂ及び多少の高周波ノイズＣを有する。戻ってきた波状の信号の振幅の変化に影響を与えるのが、入射レーザのスペックルパターンであり、各パルスが、移動した距離に対応し、前記パルスの周波数が、運動の速度に対応することは、当業者により理解される。しかしながら、図面の図１により示されるように、これらのパルスは、しばしばノイズと混合され、これは、図面の図２に関してより明確に示されるように、移動によるパルスとノイズによるパルスとを前記電気回路が区別することを難しくする。特に、前記高周波ノイズは、デジタル化信号にジッタを生じ、この結果、パルスの数が正確に回復されず、前記情報信号に対する周波数決定の精度が低くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、改良された構成が考案されており、本発明の目的は、レーザ自己混合平行移動測定の精度が大幅に向上される相対運動センサ（及び相対運動を測定する方法）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、対象及びセンサの互いに対する運動を測定する相対運動センサであって、前記センサが、レーザキャビティを持つ少なくとも１つのレーザであって、測定ビームを生成し、前記測定ビームで対象を照射する当該少なくとも１つのレーザを有し、前記対象により反射された前記測定ビーム放射線の少なくとも一部が前記レーザキャビティに再び入り、前記センサが、前記レーザキャビティに再び入る反射された測定ビーム放射線及び前記レーザキャビティ内の光波の干渉により生じた前記レーザキャビティの動作の変化を測定する測定手段と、前記変化を表す第１の電気信号を供給する手段と、前記対象及び前記センサの相対運動を決定するのに使用する前記変化を表す第２の電気信号を生成するために、低周波ノイズ及び高周波ノイズによる前記第１の電気信号に対する寄与を少なくとも減少するように前記第１の電気信号をフィルタリングする帯域通過フィルタ手段とを更に有するセンサが提供される。
【０００７】
また、本発明によると、対象及びセンサの互いに対する運動を測定する方法であって、前記センサが、レーザキャビティを持つ少なくとも１つのレーザであって、測定ビームを生成し、前記測定ビームで対象を照射する当該少なくとも１つのレーザを有し、前記対象により反射された前記測定ビーム放射線の少なくとも一部が前記レーザキャビティに再び入り、前記方法が、前記レーザキャビティに再び入る反射された測定ビーム放射線及び前記レーザキャビティ内の光波の干渉により生じた前記レーザキャビティの動作の変化を測定するステップと、前記変化を表す第１の電気信号を供給するステップと、前記対象及び前記センサの相対運動を決定するのに使用する前記変化を表す第２の電気信号を生成するために、低周波ノイズ及び高周波ノイズによる前記第１の電気信号に対する寄与を少なくとも減少するように前記第１の電気信号をフィルタリングするステップとを更に有する方法が提供される。
【０００８】
本発明は、シートセンサ、及びこのようなシートセンサを含むシート材料を処理する装置、並びに上で規定された相対運動センサを含む入力デバイスにまで及ぶ。
【０００９】
したがって、本発明によると、帯域通過フィルタが設けられ、これは、所望の波状の情報信号だけを残すように、前記低周波搬送波及び前記高周波ノイズを少なくとも減少し、多くの場合には実質的に除去することを意図される。
【００１０】
前記帯域通過フィルタの通過帯域は、好ましくは、前記第１の電気信号の波形の予期される周波数により決定され、周波数は相対運動の速度に比例するので、前記電気信号の主要な依存パラメータは、検出されるために必要とされる運動の最高速度である。
【００１１】
一実施例において、前記帯域通過フィルタの通過帯域は、固定されることができる。代わりに、前記通過帯域は、有益には、動的に制御可能であってもよい。例えば、モータ又は同様な駆動機構が、上述の相対運動を生じるために採用される応用例において、前記帯域通過フィルタの通過帯域は、前記駆動機構の速度によって設定され、動的に変更され、制御されることができる。これは、例えば、プリンタ又はコピー機の応用例に適用可能であってもよい。
【００１２】
本発明の第１の好適な実施例において、前記帯域通過フィルタの通過帯域の低域成分及び高域成分は、例えば、それぞれのランプジェネレータにより作られることができる。前記ランプジェネレータは、好ましくは、モータを制御するモータコントローラから１つ以上の制御信号を受信するように構成され、この結果、前記ランプジェネレータにより生成されるランプの傾斜、ひいては前記帯域通過フィルタの通過帯域は、前記モータの速度に依存して制御される。好ましくは、パルスカウンタが、前記対象と前記センサとの間の相対運動の少なくとも範囲（extent）を前記第２の電気信号から決定するために使用され、この構成は、有益には、前記モータコントローラを介して、前記パルスカウンタから前記モータ及び前記センサまでのフィードバックループを有する。
【００１３】
モータ速度センサは、前記モータの速度を感知し、前記帯域通過フィルタの通過帯域の低域成分及び高域成分を生成するレベルジェネレータ手段に制御信号を供給するために設けられる。微分器は、前記帯域通過フィルタと前記パルスカウンタとの間に設けられることができ、レベルジェネレータ手段は、前記微分器の制御のために設けられることもでき、前記レベルジェネレータは、好ましくは、前記モータ速度センサからの入力をも受信する。
【００１４】
代替実施例において、この構成は、複数の帯域通過フィルタを有することができ、前記複数の帯域通過フィルタの１つが、前記第１の電気信号の周波数に依存して選択される。前記帯域通過フィルタのそれぞれは、有益には、それぞれの整流器及び増幅器を備える。
【００１５】
本発明のこれら及び他の態様は、ここに記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【００１６】
本発明の実施例は、添付の図面を参照して、例としてのみここに記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図３は、国際特許出願第ＷＯ０２／３７１２４号に記載された自己混合型シートセンサ１の第１のかつ最も単純な実施例を示す。このセンサは、レーザ／ダイオードユニット２、即ちダイオードレーザ及びフォトダイオードの形式の検出器を有するユニットの一部を形成することができるダイオードレーザを有する。このようなユニットの代わりに、別のダイオードレーザ及び別のフォトダイオードが使用されてもよい。前記センサは、レンズ６を更に有し、レンズ６は、運動が制御されなければならないシート１２、例えば紙上に、測定ビーム８として前記ダイオードレーザにより放射される放射線を集光する。このシートは、ローラ１４を用いて運送される。前記レーザ／ダイオードユニット及び前記レンズは、光学モジュールに収容されてもよく、このハウジングは、前記測定ビームに対する窓を備える。前記シートは、この場合、この窓を横切って移動する。
【００１８】
紙シートが前記測定ビーム８の経路、例えば前記窓の位置に存在する場合、このシートは、ビーム８を反射及び散乱する。ビーム８の放射線の一部は、前記ビーム自体に沿って散乱され、この一部は、前記ダイオードレーザの放射面上にレンズ６により集光され、このレーザのキャビティに再び入る。以下に説明されるように、前記キャビティに戻る放射線は、このキャビティにおいて変化を引き起こし、結果として、特に前記ダイオードレーザにより放射されたレーザ放射線の強度の変化を生じる。この変化は、前記放射線の変化を電気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を用いて検出されることができる。回路９は、ローラ１４の回転、ひいてはシート１２の運動を制御する紙運送コントローラ１０の一部を形成する。
【００１９】
図４は、国際特許出願第ＷＯ０２／３７１２４号に記載された測定する方法およびシートセンサの原理を示す。この図において、ダイオードレーザ３は、キャビティ２０並びに前部ファセット（facet）及び後部ファセット、又はそれぞれレーザミラー２１及び２２により概略的に表される。前記キャビティは長さＬを持つ。シート１２と前部ファセット２１との間の空間は、長さＬ0を持つ外部キャビティを形成する。前記前部ファセットを通って放射されるレーザビーム、即ち照射ビームは、参照符号２５により示され、前記前部ファセットの方向における前記シートにより反射された放射線は、参照符号２６により示される。前記レーザキャビティ内で生成された放射線の一部は、前記後部ファセットを通過し、フォトダイオード４により捕獲される（captured）。
【００２０】
シート１２が照射ビーム２５の方向に移動する場合、反射された放射線２６はドップラシフトを受ける。これは、この放射線の周波数が変化する、又は周波数シフトが生じることを意味する。この周波数シフトは、前記シートが移動する速度に依存し、数ｋＨｚからＭＨｚのオーダである。前記レーザキャビティに再び入る周波数シフトを受けた放射線は、光波、即ちこのキャビティ２０内で生成された放射線と干渉する。これは、自己混合効果がこのキャビティ内で生じることを意味する。前記光波と前記キャビティに再び入る放射線との間の位相シフトの量の依存して、この干渉は、前向き（constructive）又は後向き（negative）であり、即ち前記レーザ放射線は周期的に増大又は減少される。このように生成されたレーザ放射線変調の周波数は、前記キャビティ内の前記光波の周波数と、前記キャビティに再び入るドップラシフトを受けた放射線の周波数との間の差と正確に等しい。この周波数差は、数ｋＨｚからＭＨｚのオーダであり、したがって検出するのが容易である。前記自己混合効果と前記ドップラシフトとの組み合わせは、前記レーザキャビティの動作に変化を起こし、即ち特にゲイン又は光増幅が変化する。
【００２１】
図５ａは、前記シートの運動が前記ダイオードレーザに向かう前記レーザビームの主光線の方向の成分を持つ場合に、時間ｔの関数としてレーザビーム強度ＬＩの変化を示す。ＬＩ及びｔは両方とも任意の単位である。前記レーザ強度の変化は、周波数νの変化により決定されるレーザゲインｇの変化に比例するので、及び時間軸は、前記シートと前記ダイオードレーザとの間の距離Ｌ0を表す軸において再スケーリングされる（rescaled）ことができるので、図５ａのグラフ３１は、距離Ｌ0の関数として前記レーザゲインの変化を表すグラフと同様である。前記対象の速度νの関数としてのゲイン変化Δｇは、以下の式により与えられる。
Δｇ＝Ｋcos{４πｖνｔ＋４πｖＬ0ｔ}
Ｌ        ｃ        ｃ
【００２２】
この式において、
−Ｋは、前記外部キャビティに対する結合係数であり、前記レーザキャビティの外に結合された放射線の量を示し、
−νは、前記レーザ放射線の周波数であり、
−ｖは、前記照射ビームの方向における前記シートの速度であり、
−ｔは、時刻であり、
−ｃは、光速である。
【００２３】
前記式は、上にここで述べられた２つの記事に開示された自己混合効果に関する理論から得られることができる。前記シートは、図４において矢印１６により示されるように、独自の面において移動される。ドップラシフトは、前記ビームの方向におけるシートの運動に対してのみ生じるので、この運動１６は、この方向の成分１６'を持つようになっているべきである。これにより、ＸＺ面、即ち図４の図面の面における運動を測定することが可能になり、この運動は、Ｘ運動と称されることができる。図４は、前記シートが、前記システムの残りの部分に対して斜めの位置を持つことを示す。実際に、図４に示されるように、通常は、前記測定ビームは斜めのビームであり、前記シートの運動は、ＸＹ面内の面を取る。Ｙ方向は、図４において図面の面に垂直である。必要であれば、この方向の運動は、第２のダイオードレーザにより放射された第２の測定ビームにより測定されることができ、その散乱光は、前記第２のダイオードレーザに関連した第２のフォトダイオードにより捕獲される。
【００２４】
この測定方法は、小さなドップラシフト、例えば、６８０ｎｍのレーザ波長に対する１００ｋＨｚのオーダのドップラ周波数シフトに対応する、波長に関して１．５×１０-16ｍのオーダのシフトのみを必要とする。
【００２５】
モニタダイオードにより後部レーザファセットにおける前記放射線の強度を測定することにより前記対象の運動により生じたレーザキャビティゲインの変化を測定することは、最も単純であり、したがって、最も魅力的な方法である。従来的には、このダイオードは、前記レーザ放射線の強度を一定に保つために使用されるが、ここでは、前記対象の運動を測定するためにも使用される。
【００２６】
前記ゲイン変化、ひいては前記シートの運動を測定する他の方法は、前記レーザ放射線の強度が、前記レーザの接合部における伝導帯における電子の数に比例するという事実を使用する。この数は、前記接合部の抵抗に反比例する。この抵抗を測定することにより、前記対象の運動は決定されることができる。この測定方法の実施例は、図６に図示される。この図において、前記ダイオードレーザの活性層は参照符号３５により示され、このレーザに電力供給する電流源は、参照符号３６により示される。前記ダイオードレーザにかかる電圧は、キャパシタ３８を介して電子回路４０に供給される。前記レーザを通る電流と共に正規化されたこの電圧は、前記レーザキャビティの抵抗、又はインピーダンスに比例する。前記ダイオードレーザと直列のインダクタンス３７は、前記ダイオードレーザにかかる信号に対して高いインピーダンスを形成する。
【００２７】
前記シートの運動の速度の他に、運動の量、即ち前記シートの位置も、時間に関して前記測定された速度を積分することにより決定されることができる。このような積分に対して、運動の方向に関する情報が必要とされ、即ち、前記シートが、測定の軸に沿って前方に移動するのか、又は後方に移動するのかが決定されなければならない。図３のセンサ実施例により得られた信号３１の時間間隔内の周期の数は、前記運動の速度に関する情報を提供するが、運動の方向に関する情報を提供しない。しかしながら、この実施例を使用する場合、前記方向に関する情報は、紙運送コントローラ１０から得られることができる。ローラ１４を駆動するシート送りモータを制御するこのコントローラにおいて、方向情報は入手可能である。
【００２８】
本発明の他の態様によると、前記運動の方向は、前記自己混合効果から生じる信号の形状を決定することにより検出されることができる。図５ａにおけるグラフ３１に示されるように、この信号は非対称な信号である。グラフ３１は、前記シート運動が前記レーザに向かう成分を持つ状況を表す。グラフ３１の上昇傾斜３３'は、下降傾斜３３"より急勾配である。Applied Optics, Vol.31, No.8, １９９２年６月２０日、第３４０１−３４０８頁における上述の記事に記載されるように、この非対称性は、前記レーザから離れる前記対象の運動に対して逆になる。これは、図５ｂにおけるグラフ３２により図示され、前記シート運動が前記ダイオードレーザから離れる成分を持つ状況を表す。グラフ３２の下降傾斜３４"は、上昇傾斜３４'より急勾配である。例えば基準と比較することにより、前記自己混合信号の非対称性のタイプを決定することにより、前記シートの運動の方向は、確かめられることができる。
【００２９】
図７ａは、国際特許出願第ＷＯ０２／３７４１０号に記載されたような入力デバイスの概略的な断面である。前記デバイスは、前記デバイスの下側において、前記ダイオードレーザ、この実施例ではＶＣＳＥＬ型のレーザに対するキャリアであるベースプレート１と、前記検出器、例えばフォトダイオードとを有する。図７ａにおいて、唯一のダイオードレーザ３及び関連したフォトダイオード４が見えるが、通常は、図７ｂにおいて前記装置の上面図に示されるように、少なくとも第２のダイオードレーザ５及び関連した検出器６が前記ベースプレートに設けられる。ダイオードレーザ３及び５は、レーザ、又は測定ビーム１３及び１７をそれぞれ放射する。前記デバイスの上側において、前記デバイスは、透明な窓１２を備え、前記窓を横切って、対象１５、例えば人間の指が移動されるべきである。レンズ１０、例えば平凸レンズは、前記ダイオードレーザと前記窓との間に配置される。このレンズは、レーザビーム１３及び１７を前記透明な窓の上側に、又はその近くに集束する。対象１５がこの位置に存在する場合、対象１５はビーム１３を散乱する。ビーム１３の放射線の一部は、照射ビーム１３の方向に散乱され、この一部は、レンズ１０によりダイオードレーザ３の放射面に集光され、このレーザのキャビティに再び入る。以下に説明されるように、前記キャビティに戻る放射線は、このキャビティに変化を引き起こし、結果として、特に、前記ダイオードレーザにより放射される前記レーザ放射線の強度の変化を生じる。この変化は、前記放射線の変化を電気信号に変換するフォトダイオード４と、この信号を処理する電子回路１８とにより検出されることができる。照射ビーム１７も、前記対象に集束され、前記対象により散乱され、前記散乱された放射線の一部がダイオードレーザ５のキャビティに再び入る。図７ａ及び７ｂに示されるフォトダイオード６の信号に対する回路１８及び１９は、説明の目的のみを持ち、多少従来的であってもよい。図７ｂに示されるように、この回路は相互接続される。
【００３０】
図７ａ及び７ｂのデバイスのようなデバイスにおいて使用される測定方法の原理は、図４ないし６を参照して記載されたものと同様であり、ここでは繰り返されない。
【００３１】
上で説明されたように、これら及び他のタイプの従来の自己混合型デバイスの場合、測定の結果として生じる信号レベルが変化する振幅を持ち、レーザ及び電子ノイズは前記信号から完全に分離されることができないので、前記測定は必ずしも正確ではない。これに関して非常に高い精度を達成するために、パルスをカウントするのとは対照的に、スペクトルアナライザを使用して正確な周波数が測定される方法を採用することが既知である。しかしながら、この解決法は、大幅に高い電気的作用力のために高価であるのみならず、大きくもあり、相対的に低い応答速度を持つ。
【００３２】
自己混合型センサにおいて精度を向上する他の既知の方法は、レーザモードの安定化を伴う。例えば、米国特許第６２３３０４５号において、前記デバイスは、場合により所望のモード以外の全てのモードに対して比較的高い損失を与えることにより、モードホッピングを避けるように構成される。これは、ＤＦＢレーザのような、高度なサイドモード抑圧を持つレーザタイプを使用することにより、又は前記レーザに再び入ることを可能にされた光の量のアクティブ若しくはパッシブ制御により達成されることができる。しかしながら、この解決法も、前記レーザビームに対して位置合わせされる必要がある追加の光学素子の必要性のため高価であるという不利点を持つ。また、この解決法は、追加の空間をも消費し、これは、特にプリンタ及びコピー機の応用例において稀である（scarce）かもしれない。
【００３３】
本発明は、（信号処理の前に）図面の（例えば）図２のレーザ自己混合信号をフィルタリングし、前記信号の低周波成分及び高周波成分を少なくとも減少し、結果として、図面の図８に示されるようなフィルタリングされた信号を生じ、レーザ自己混合平行移動測定の精度が大幅に改良される帯域通過フィルタの提供を提案する。換言すると、情報信号Ｂ（及び前記信号と同じ周波数を偶然に持つノイズの非常に小さい部分）のみが通過することを可能にする帯域通過フィルタを使用して、前記信号は、上述のパルス数え上げ技術を可能にする良い状態に回復されることができる。
【００３４】
本発明の原理が、国際特許出願第ＷＯ０２／３７１２４号に記載されたタイプのシート材料を処理するシートセンサ及び装置、国際特許出願第ＷＯ０２／３７４１０号に記載されたタイプの入力デバイス、及び工業機械における正確な回転又は平行移動速度制御を含む、レーザキャビティにおける上述の自己混合効果に基づいて動作する相対運動センサを含む多くの異なるタイプの応用例で使用されることができることは理解される。
【００３５】
幾つかの応用例の場合、相対運動の速度は、比較的一定であることができ、又は、例えば、モータコントローラにより制御されることができ、この場合、前記モータコントローラは、モータ速度だけでなく、帯域通過フィルタの通過帯域を構成する低域成分及び高域成分をも制御するように配置及び構成されることができる。
【００３６】
図面の図９を参照すると、本発明の最も単純なあり得る実施例の１つは、例えば、コピー機又はプリンタのような機械においてモータコントローラ１０２により制御される制御可能な帯域通過フィルタ１００を採用する。モータ速度は、モータコントローラ１０２の制御信号より速い可能性があるので、プリンタの好適な設計は、モータ１０４が開始される前又は同じ瞬間に信号を与え、モータ１０４が停止された場合に信号を与えるモータコントローラ１０２からなる。電子信号処理回路１０６ａ及び１０６ｂは、帯域通過フィルタ１００を制御するモータ１０４の予測される機械的動作によってランプを生成する。したがって、フィードバックループが、モータ１０４及び相対運動センサ１０８からパルスカウンタ１１０を介して、モータ１０４を制御するモータコントローラ１０２に戻るように設けられ、図９の構成の様々なタイミング図が、図面の図１０にグラフで示される。
【００３７】
より複雑な他の実施例において、前記帯域通過フィルタの通過帯域は、モータ１０４の逆起電力又はモータ速度を表す他のパラメータにより制御されることができる。
【００３８】
図面の図１１を参照すると、本発明の他の模範的実施例において、情報信号をフィルタリングするのに使用される帯域通過フィルタ１００は、前記信号の周波数に依存する。前記情報信号が十分に良い品質を持つ場合、正しい帯域通過フィルタ１００が自動的に選択される。図示された例において、帯域通過フィルタ１００ａ−ｄのそれぞれは、それぞれの整流器１１２及び制御可能な増幅器１１４を関連付けている。（例えば）周波数によって正しい帯域通過フィルタ１００ａを通過した入力信号は、比較的大きく増幅され、結果として生じる信号は、他の帯域通過フィルタ１００ｂ−ｄを通過したより低く増幅された入力信号と混合される。
【００３９】
前記信号（例えば、前記モータ速度を示すレーザドップラ周波数）の対称性が、前記信号処理に使用される場合、前記ドップラ周波数のより高次の調波が重要である。したがって、前記フィルタがこれらの周波数を除去しないように設計されることが好ましい。これは、少なくとも１つの高次の調波が通過することを可能にするように帯域通過を十分に広く保つことにより達成されることができる。代わりに、前記ドップラ周波数及び１つ以上のそれぞれの高次の調波が通過することを可能にする複雑な帯域通過フィルタが使用されることができる。
【００４０】
（レーザ自己混合により生成された）ドップラ信号の対称性の検出は、一般に微分により行われる。高周波信号は、微分された場合により大きな振幅を持つ。微分器１１５の出力を異なる周波数に対してより一定に保つために、近似の測定された速度又は周波数の情報は、前記微分器の前又は後に前記微分器の時定数、出力振幅又は可変増幅を制御するために使用されることができる。これは、前記微分器又は制御可能な増幅器を制御するために近似の予測されたモータ速度を表す傾斜を生成することにより図９のデバイスにおいて達成されることができる。近似のモータ速度に対する非常に単純なセンサ１１６は、例えば、逆起電力（逆ＥＭＦ）の測定に基づき、この原理に基づく高度なシステムは、図面の図１２に示される。
【００４１】
上述の実施例が本発明を限定するのではなく説明し、当業者が、添付の請求項により規定された本発明の範囲から外れることなく多くの代替実施例を設計することができることに注意すべきである。請求項において、括弧内に配置された参照符号は、前記請求項を限定するように解釈されるべきではない。単語"有する"及びその活用形は、請求項又は全体として明細書に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素の単数形表現は、このような要素の複数形表現を除外せず、逆も同様である。本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアを用いて、及び適切にプログラムされたコンピュータを用いて実施されることができる。幾つかの手段を列挙する装置請求項において、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの同一アイテムにより実施されてもよい。特定の方策が相互に異なる請求項に記載されるという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一定速度でのレーザ焦点内の対象の移動によるレーザ自己混合信号Ｂと、レーザ及び電子低周波ノイズＡと、高周波ノイズＣとを含む第１の電気信号の個別の成分を図示する。
【図２】図１の全ての成分が混合された場合の図１の結果として生じる第１の電気信号を概略的に図示する。
【図３】自己混合型シートセンサの概略図である。
【図４】図３のセンサの測定方法の原理を図示する。
【図５ａ】シートの運動の関数としてレーザキャビティのゲイン及び光周波数の変化を図示する。
【図５ｂ】シートの運動の関数としてレーザキャビティのゲイン及び光周波数の変化を図示する。
【図６】図５に関連して参照される変化を測定する方法を概略的に図示する。
【図７ａ】自己混合型光学入力デバイスの概略的な断面図である。
【図７ｂ】図７ａのデバイスの平面図である。
【図８】帯域通過フィルタ後のレーザ自己混合信号を図示する。
【図９】閉じたモータ制御ループの一部として本発明の模範的実施例による装置を図示する概略的なブロック図である。
【図１０】図９の装置に関する模範的な電圧及びモータ速度タイミングの説明図である。
【図１１】外部制御が必要でない本発明の第２の模範的実施例による装置の概略的なブロック図である。
【図１２】レーザ自己混合型給紙センサを使用するプリンタ又はコピー機の閉じたモータ制御ループの一部として本発明の第３の実施例による装置の概略的ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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