(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光部を有する面発光レーザアレイと；
前記面発光レーザアレイから射出された複数の光束の光路上に配置され、該複数の光束を対象物の表面の複数箇所に導く光学系と；を備え、
前記光学系は、前記面発光レーザアレイから射出された複数の光束の光路上に配置され、平面である一側の光学面と平面である他側の光学面とが互いに非平行な非平行透明部材と、該非平行透明部材を介した複数の光束の光路上に配置された集光レンズとを含み、
前記面発光レーザアレイと前記集光レンズとの間の複数の光束の光路長は互いに異なる光学センサ。
【請求項２】
前記面発光レーザアレイは、前記集光レンズの光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光学センサ。
【請求項３】
前記一側及び他側の光学面のうち入射側の面は、前記光軸に対して、前記面発光レーザアレイの前記光軸に対する傾斜方向とは逆方向に傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の光学センサ。
【請求項４】
前記光学系は、前記対象物の表面で反射された複数の光束を前記複数の発光部に戻り光として導くことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学センサ。
【請求項５】
前記複数の発光部において、一定電圧を印加したときの電流変化に基づいて、前記対象物の相対位置を求める処理装置を備えることを特徴とする請求項４に記載の光学センサ。
【請求項６】
前記光学系は、前記面発光レーザアレイから射出された各光束をそれぞれ分岐させる分岐光学素子を含み、
前記分岐光学素子で分岐された各光束の光量をそれぞれ検出する光検出器を備えることを特徴とする請求項４に記載の光学センサ。
【請求項７】
前記非平行透明部材の表面は、前記面発光レーザアレイから射出された各光束の一部をそれぞれ反射し、
前記非平行透明部材で反射された各光束の光量をそれぞれ検出する光検出器を備えることを特徴とする請求項４に記載の光学センサ。
【請求項８】
前記複数の発光部に一定電圧を印加したときの、前記光検出器の検出結果に基づいて、前記対象物の相対位置を求める処理装置を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学センサ。
【請求項９】
前記光検出器に入射する光量を制限する開口部材を備えることを特徴とする請求項８に記載の光学センサ。
【請求項１０】
記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、
前記記録媒体を対象物とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学センサを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
前記光学センサの出力に基づいて前記記録媒体の平滑度を特定し、該特定された平滑度に応じて適切な画像形成条件を選択する選択装置を備えることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記光学センサの出力に基づいて前記記録紙の搬送状態を検出し、搬送異常と判断すると、異常処理を行う監視装置を備えていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記光学センサの出力に基づいて前記画像濃度を検出し、該検出結果に応じて画像形成条件を調整する調整装置を備えていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学センサ及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、面発光レーザアレイを有する光学センサ、及び該光学センサを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料表面の凹凸状態を検出する装置として、共焦点レーザ顕微鏡がある。一般的に普及している共焦点レーザ顕微鏡は、光源が１つで、試料表面上をレーザビームが走査することで、それぞれの位置での焦点位置を検出し、３次元情報として処理し、表面の凹凸を定量化している。
【０００３】
近年の光エレクトロニクスの著しい進歩に伴い、多数の光源や受光素子が集積化された光デバイスが開発されてきた。例えば、垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）アレイや受光素子アレイは、代表的な超並列光半導体デバイスである。これらの超並列光半導体デバイスを用いれば、多数の計測点を同時に計測できる共焦点レーザ顕微鏡が実現可能になり、単一の計測点を走査する共焦点レーザ顕微鏡に比べて、増加した計測点数分だけ、データの収集速度が向上する。また、超並列光半導体デバイスを用いれば、多数の点を同時に操作できる超並列レーザマニピュレータ等も実現可能になる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、一次元光源と一次元イメージセンサを備え、焦点検出光学系の光軸方向の位置を検出する焦点検出装置が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、光軸に対して角度を持った二次元光源と、二次元光源像の反射光又は透過光の強度を検出するセンサとを備え、物体の三次元形状を測定する三次元形状測定装置が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、複数個の光結合素子を共通の基板上に１次元配列又は２次元配列してなる光結合素子アレイを備えた共焦点顕微鏡が開示されている。
【０００７】
ところで、共焦点光学系は、一般的には照明光学系及び検出光学系の２系統の光学系を含んでいるが、特許文献４には、セルフミキシング（自己混合）効果を利用した光入力装置が開示されている。
【０００８】
セルフミキシング効果とは、被対象物からの反射光がレーザの共振器に入射し、一定の電流値に対して電圧値が変化する現象をいう。
【０００９】
このセルフミキシング効果を利用すると、照明光学系と検出光学系を同一の光学系で実現することができる。セルフミキシング効果を利用した光学系では、製造コスト及びアライメント精度向上による感度の向上などの利点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている焦点検出装置では、被対象物に対して多くの部品のアライメントを正確に取らないと、正しい定量化が困難であるという不都合があった。
【００１１】
また、特許文献２に開示されている三次元形状測定装置では、ランプ光を利用しているため、発光光量の安定化が図れないという不都合があった。また、光源としてＶＣＳＥＬアレイを用いたとしても、単に傾斜配置しただけでは、レーザビームの射出方向も傾斜してしまい、複数の発光部間の焦点位置制御が困難であるという不都合があった。
【００１２】
さらに、特許文献１及び特許文献２に開示されている各装置では、戻り光の検出位置での波面収差が大きく、セルフミキシング効果を利用するのは困難であった。
【００１３】
また、特許文献３に開示されている三次元形状測定装置では、セルフミキシング効果を利用するにはマイクロミラーを精度良く加工する必要がある。マイクロミラーが通常のドライエッチングで加工されていると、戻ってくる光の波面が乱れており、セルフミキシング信号の検出が困難であるという不都合があった。
【００１４】
また、特許文献４に開示されている光入力装置を共焦点顕微鏡に適用しようとすると、焦点位置を検出するために、試料もしくは光学系を光軸方向に走査するための駆動装置が必要となる。深さ方向の情報を得るための駆動装置は、大きな駆動電圧及び大きな光学系が必要となり、大型化を招くという不都合があった。
【００１５】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、対象物の相対的な位置情報を短時間で精度良く検出することができる光学センサを提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第２の目的は、高品質の画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、第１の観点からすると、複数の発光部を有する面発光レーザアレイと；前記面発光レーザアレイから射出された複数の光束の光路上に配置され、該複数の光束を対象物の表面の複数箇所に導く光学系と；を備え、前記光学系は、前記面発光レーザアレイから射出された複数の光束の光路上に配置され、平面である一側の光学面と平面である他側の光学面とが互いに非平行な非平行透明部材と、該非平行透明部材を介した複数の光束の光路上に配置された集光レンズとを含み、前記面発光レーザアレイと前記集光レンズとの間の複数の光束の光路長は互いに異なる光学センサである。
【００１８】
これによれば、対象物の相対的な位置情報を短時間で精度良く検出することができる。
【００１９】
本発明は、第２の観点からすると、記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、前記記録媒体を対象物とする本発明の光学センサを備えることを特徴とする画像形成装置である。
【００２０】
これによれば、本発明の光学センサを備えているため、結果として、高品質の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を説明するための図である。
【図２】光学センサ２２４５の構成を説明するための図である。
【図３】面発光レーザアレイを説明するための図である。
【図４】面発光レーザアレイの発光部の構造を説明するための図である。
【図５】発光部の変形例を説明するための図（その１）である。
【図６】発光部の変形例を説明するための図（その２）である。
【図７】非平行透明部材を説明するための図（その１）である。
【図８】非平行透明部材を説明するための図（その２）である。
【図９】非平行透明部材と面発光レーザアレイとの関係を説明するための図である。
【図１０】非平行透明部材の比較例を説明するための図である。
【図１１】各発光部から射出された光束の集光位置を説明するための図である。
【図１２】処理装置１５を説明するための図である。
【図１３】光学センサ２２４５におけるセルフミキシング信号強度を説明するための図である。
【図１４】光学センサ２２４５の配置位置を説明するための図である。
【図１５】図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれ光学センサ２２４５による記録紙の搬送モニタを説明するための図である。
【図１６】変形例の光学センサ２２４５Ａを説明するための図である。
【図１７】光学センサ２２４５Ａにおける開口板を説明するための図である。
【図１８】光学センサ２２４５Ａにおける開口板の効果を説明するための図である。
【図１９】図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、それぞれ非平行透明部材をハーフミラーの代わりとする例を説明するための図である。
【図２０】光学センサ２２４６の構成を説明するための図である。
【図２１】光学センサ２２４６におけるセルフミキシング信号強度を説明するための図（その１）である。
【図２２】光学センサ２２４６におけるセルフミキシング信号強度を説明するための図（その２）である。
【図２３】光学センサ２２４７の構成を説明するための図である。
【図２４】光学センサ２２４７における複数の光束の集光位置を説明するための図である。
【図２５】トナーパターンを説明するための図である。
【図２６】各トナーパターンにおける４つの矩形パターンを説明するための図である。
【図２７】図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）は、それぞれ複数の光束の集光位置とトナー量との関係を説明するための図である。
【図２８】図２８（Ａ）及び図２８（Ｂ）は、それぞれ非平行透明部材の効果を説明するための図である。
【図２９】面発光レーザアレイの変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図２８（Ｂ）に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。
【００２３】
このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、４つのトナーカートリッジ（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着装置２０５０、給紙コロ２０５４、レジストローラ対２０５６、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、３つの光学センサ（２２４５、２２４６、２２４７）、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。
【００２４】
通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。
【００２５】
プリンタ制御装置２０９０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、上位装置からの要求に応じて各部を制御するとともに、上位装置からの画像情報を光走査装置２０１０に送る。
【００２６】
感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像ローラ２０３３ａ、トナーカートリッジ２０３４ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。
【００２７】
感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像ローラ２０３３ｂ、トナーカートリッジ２０３４ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。
【００２８】
感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像ローラ２０３３ｃ、トナーカートリッジ２０３４ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。
【００２９】
感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像ローラ２０３３ｄ、トナーカートリッジ２０３４ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。
【００３０】
各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。なお、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転するものとする。
【００３１】
各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。
【００３２】
光走査装置２０１０は、上位装置からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて、各色毎に変調された光束を、対応する帯電された感光体ドラムの表面にそれぞれ照射する。これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの方向に移動する。
【００３３】
ところで、各感光体ドラムにおいて、画像情報が書き込まれる領域は、「有効走査領域」、「画像形成領域」、「有効画像領域」などと呼ばれている。
【００３４】
トナーカートリッジ２０３４ａにはブラックトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ａに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｂにはシアントナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｂに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｃにはマゼンタトナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｃに供給される。トナーカートリッジ２０３４ｄにはイエロートナーが格納されており、該トナーは現像ローラ２０３３ｄに供給される。
【００３５】
各現像ローラは、回転に伴って、対応するトナーカートリッジからのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像ローラの表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像ローラは、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。
【００３６】
イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされて多色のカラー画像が形成される。
【００３７】
給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出し、レジストローラ対２０５６に搬送する。ところで、給紙トレイ２０６０内の記録紙の束は、不図示のばね機構により、給紙コロ２０５４に接するように上方に付勢されている。
【００３８】
レジストローラ対２０５６は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出す。これにより、転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。ここで転写された記録紙は、定着装置２０５０に送られる。
【００３９】
定着装置２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。ここで定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次スタックされる。
【００４０】
各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。
【００４１】
光学センサ２２４５は、給紙トレイ２０６０から取り出された記録紙が正常に搬送されているか否かを検知するのに用いられる。ここでは、光学センサ２２４５は、一例として、レジストローラ対２０５６の近傍に配置されている。
【００４２】
光学センサ２２４６は、給紙トレイ２０６０内に収容されている記録紙の平滑度を検出するのに用いられる。
【００４３】
光学センサ２２４７は、一例として、転写ベルト２０４０の近傍に配置され、転写ベルト２０４０上に転写されたトナー画像におけるトナー量を検出するのに用いられる。
【００４４】
各光学センサの出力信号は、プリンタ制御装置２０９０に供給される。
【００４５】
従来の共焦点光学系を距離の検出に利用する場合、焦点位置が１つであるため、光軸方向に関して、その焦点位置周辺の情報しか収集できず、深さ方向の情報を収集するためには、光軸方向に光学系もしくは対象物を移動する必要がある。この場合、稼動部が必要となり、コストがかかるとともに、上記移動のために検出時間がかかり応答速度が悪いという不都合があった。
【００４６】
また、光源もしくは検出器を傾斜させる方法が開示されている。面発光レーザアレイから射出される各光束の進行方向は、構造上、基板に直交する方向となるため、単純に、面発光レーザアレイを傾けた方法では、光学系の光軸方向に関して各光束の集光位置を互いに異ならせることはできない。
【００４７】
面発光レーザアレイでは、発光部間の距離をできるだけ小さくしたほうが、アレイチップの大きさを小さくすることができ、製造コストが低下する。しかしながら、発光部間の距離が小さい状態で、各発光部から射出される光束の光路長を規定するには、高精度のマイクロプリズム光学部品などが必要であった。
【００４８】
紙の平滑度は、リサイクルペーパーや光沢紙など、紙の作製方法、及び紙の構成などによって異なっている。一般的には、紙の平滑度は、エアリーク試験などの方法で検出されているが、時間がかかるとともに装置も大型なため、画像形成装置内部に配置することはできない。
【００４９】
また、記録紙の搬送モニタリングの方法として、一般的なＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）などの３角法を利用した方法では、応答速度が十分ではなく、異常の際に記録紙の搬送を中断する処理が間に合わないという不都合があった。また、一般的なＰＳＤを用いた場合には、三角法を利用するため、光学系が大きくなり、小型化が難しいという不都合があった。
【００５０】
特に、記録紙の搬送に対して、高速にフィードバックをかけるには、記録紙の凹凸によるノイズのなかに埋もれている微小な変化を異常の予兆として検出する必要がある。これを満足するには、光スポットを絞るレンズと浅い角度で記録紙に入射させるレンズを有し、それらの光学系の焦点深度を深くする必要があり、これらを三角法で実現するには光学系の大型化は避けられない。ホログラムを利用することで、光学系の小型化を図ることも可能ではあるが、コストが上昇するという不都合があった。
【００５１】
また、従来、画像形成装置に利用されているトナー量を検出するセンサは、単にトナーパターンからの反射光の光量に基づいてトナー量を検出しており、転写ベルトが黒い場合やトナーが黒い場合は、反射光量が不足し、検出感度が低いという不都合があった。
【００５２】
ここで、光学センサ２２４５について説明する。
【００５３】
この光学センサ２２４５は、一例として図２に示されるように、光源１１、非平行透明部材１２、コリメートレンズ１３、対物レンズ１４、及び処理装置１５などを備えている。
【００５４】
なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、記録紙の表面に直交する方向をＺ軸方向、記録紙の表面に平行な面をＸＹ面として説明する。そして、光学センサ２２４５は、記録紙の−Ｚ側に配置されているものとする。
【００５５】
光源１１は、複数の発光部を有している。各発光部は、同一の基板上に形成された垂直共振器型の面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）である。すなわち、光源１１は、面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬアレイ）を含んでいる。各発光部の発振波長は、７８０ｎｍである。
【００５６】
ここでは、一例として図３に示されるように、６個の発光部（ｃｈ１〜ｃｈ６）がＸ軸方向に沿って等間隔で配置されている。隣接する２つの発光部の中心間距離（発光部間隔）は１００μｍである。
【００５７】
６個の発光部は、同一の基板上に形成されている。
【００５８】
各発光部は、一例として図４に示されるように、下部半導体ＤＢＲ１０３、下部スペーサ層１０４、活性層１０５、上部スペーサ層１０６、上部半導体ＤＢＲ１０７、コンタクト層１０９、ｐ側電極１１３などを有している。なお、ｎ側電極１１４は、基板１０１の−Ｚ側の面に形成されており、全ての発光部で共通となっている。
【００５９】
基板１０１は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶基板である。
【００６０】
下部半導体ＤＢＲ１０３は、バッファ層を介して基板１０１の＋Ｚ側の面上に積層され、低屈折率層と高屈折率層のペアを複数ペア有している。
【００６１】
下部スペーサ層１０４は、下部半導体ＤＢＲ１０３の＋Ｚ側に積層されている。
【００６２】
活性層１０５は、下部スペーサ層１０４の＋Ｚ側に積層されている。
【００６３】
上部スペーサ層１０６は、活性層１０５の＋Ｚ側に積層されている。
【００６４】
下部スペーサ層１０４と活性層１０５と上部スペーサ層１０６とからなる部分は、共振器構造体とも呼ばれている。
【００６５】
上部半導体ＤＢＲ１０７は、上部スペーサ層１０６の＋Ｚ側に積層され、低屈折率層と高屈折率層のペアを複数ペア有している。
【００６６】
上部半導体ＤＢＲ１０７における共振器構造体から光学的にλ／４離れた位置に、ｐ−ＡｌＡｓからなる被選択酸化層１０８が設けられている。この被選択酸化層１０８は、製造時の熱処理工程において、該被選択酸化層１０８中のＡｌ（アルミニウム）がメサの外周部から選択的に酸化され、メサの中央部に、Ａｌの酸化物１０８ａによって囲まれた酸化されていない領域１０８ｂが残留する。すなわち、発光部の駆動電流の経路をメサの中央部だけに制限する、いわゆる酸化狭窄構造体が形成される。上記酸化されていない領域１０８ｂが電流通過領域となる。
【００６７】
コンタクト層１０９は、上部半導体ＤＢＲ１０７の＋Ｚ側に積層されている。
【００６８】
ｐ側電極１１３は、レーザ光の射出部となる開口を有し、コンタクト層１０９の＋Ｚ側に形成されている。ｐ側の電極材料としてはＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる多層膜、もしくはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる多層膜が用いられる。
【００６９】
各発光部は、それぞれ個別に配線部材によって対応する電極パッドと電気的に接続されている。そこで、６個の発光部は、それぞれ独立して点灯させることができ、セルフミキシング信号も個別に検出することができる。
【００７０】
各発光部は、最上面（＋Ｚ側の面）にｐ側電極１１３がいわゆるメタルアパーチャ部材のように存在しているが、発光面積は電流通過領域で規定される。今回用いられた面発光レーザアレイでは、各発光部のニヤ・フィールド・パターンを観察すると、全半値幅が数μｍ程度であった。
【００７１】
セルフミキシング効果を出現させるには、活性層において、戻り光と発光部からの射出光が干渉する必要がある。ここでは、活性層近傍の位置が戻り光の集光位置となり、強いセルフミキシング信号を検出することができる。
【００７２】
いわゆる共焦点光学系に必要なアパーチャ部材は、活性層近傍にある酸化狭窄構造体が担っている。また、発光点と検出点とがほぼ同一であることから、それぞれを高精度に実装する必要がない。
【００７３】
ところで、面発光レーザにおけるセルフミキシング効果を利用するには、発振したビーム品質として、シングルモードの方が好ましい。ここで、シングルモードとは、波長が単一の光のことを言う。そこで、一例として図５及び図６に示されるように、射出領域内の一部に透明な誘電体膜（１１５Ａ、１１５Ｂ）を形成し、相対的に反射率が高い部分と低い部分とが混在するようにして、高次横モードを抑制しても良い。なお、図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。
【００７４】
面発光レーザアレイは、セラミック製のパッケージ部材内に実装されている。
【００７５】
光源１１は、一例として図７に示されるように、ＸＹ面に対してＹ軸方向の軸まわりに反時計方向にわずかに傾斜している。この傾斜角をβとする。
【００７６】
非平行透明部材１２は、光源１１の＋Ｚ側に配置され、ＢＫ７を研磨加工したガラス部材である。非平行透明部材１２の＋Ｚ側の面はＸＹ面に平行であり、−Ｚ側の面はＸＹ面に対してＹ軸方向の軸まわりに時計方向に傾斜している。この傾斜角をαとする。
【００７７】
ここでは、非平行透明部材１２における−Ｚ側の面の傾斜角αを５°に設計し、非平行透明部材１２として利用したＢＫ７の屈折率１．５１を用いて、光源１１の傾斜角βを２．５１°とすることで、非平行透明部材１２から射出される光の方向をＺ軸に平行とした。これにより、対物レンズ及び対象物との軸ずれが解消され、焦点位置での収差が小さく、小さなスポットが形成でき、測定位置での面内方向の分解能及び測定精度が向上する。
【００７８】
ところで、光源１１のこの程度の傾斜では、戻り光の波面が乱れるおそれはない。なお、特許文献３に開示されている三次元形状測定装置のような傾斜配置では、波面乱れは許容しがたく、セルフミキシング効果の検出は不可能だと思われる。
【００７９】
非平行透明部材１２の＋Ｚ側の面及び−Ｚ側の面は、それぞれ表面粗さがλ／４程度となるように仕上げられている。なお、λは通過する光の波長（ここでは、７８０ｎｍ）である。ところで、セルフミキシング効果には、表面粗さとして、λ／１０以下であることが好ましいが、本実施例では、加工コストの面からλ／４とした。
【００８０】
ところで、特許文献３に開示されている三次元形状測定装置のように、ドライエッチングによってマイクロミラーのマイクロ加工を行っている場合は、マイクロミラーの表面精度が不十分であり、セルフミキシング信号の検出感度がきわめて低い。
【００８１】
非平行透明部材１２における厚さの薄い部分の長さｄは、約５００μｍである。
【００８２】
図８に示されるように、非平行透明部材１２における各発光部からの光束が通過する部分の厚さ（ｄ１〜ｄ６）は、（ｄ２−ｄ１）＝（ｄ３−ｄ２）＝（ｄ４−ｄ３）＝（ｄ５−ｄ４）＝（ｄ６−ｄ５）＝Δ、の関係がある。そして、ΔにＢＫ７の屈折率を掛けた値が、隣り合う２つの発光部から射出された光束の光路差となる。そこで、発光部毎に集光位置が異なることになる。ここでは、発光部間隔が１００μｍであるため、Δは約８．７μｍである。
【００８３】
非平行透明部材１２の＋Ｚ側の面及び−Ｚ側の面にはＡＲコートが施されている。
【００８４】
また、図９に示されるように、複数の発光部の配列方向と非平行透明部材１２の−Ｚ側の面とのなす角γは、７．５１°であり、非平行透明部材１２の−Ｚ側の面で反射された光が面発光レーザアレイに入射することを抑制することができる（特願２００９−２７０４９４号公報参照）。
【００８５】
ところで、発光部毎に集光位置を異ならせる光学部品として、一例として図１０に示されるようにマイクロ加工で形成された光学部品を用いることが考えられる。しかしながら、この光学部品は、非常に高い加工精度が要求されるため、高コスト化を招く。
【００８６】
コリメートレンズ１３は、非平行透明部材１２の＋Ｚ側に配置され、非平行透明部材１２を介した各光束を略平行光束とする。また、このコリメートレンズ１３は、戻り光の集光点が各発光部の活性層付近になるように設定されている。
【００８７】
各発光部から射出された光束は、非平行透明部材１２によって、いずれもコリメートレンズ１３に入射される。そこで、光利用効率を向上させることができる。
【００８８】
対物レンズ１４は、コリメートレンズ１３の＋Ｚ側に配置され、コリメートレンズ１３を介した各光束を集光する。一例として図１１に示されるように、Ｚ軸方向に関して、各光束の集光位置は、互いに異なっている。
【００８９】
そして、各光束の集光位置でのビーム強度の全半値幅は約１μｍであった。そこで、約１μｍの範囲の位置情報を検出することが可能である。ここで言う位置情報とは、対象物表面と検出部との間の距離をいう。本実施形態では、検出部は発光部に対応する。これにより、対象物の表面の凹凸や、対象物の有無を確認することができる。
【００９０】
対物レンズ１４は、ＮＡが０．５で、倍率が２０倍である。
【００９１】
処理装置１５は、一例として図１２に示されるように、各発光部に電圧を印加する電圧源、各発光部に対応して設けられた抵抗Ｒ、該抵抗Ｒの両端での電圧を検出する電圧検出装置などを有している。
【００９２】
電圧源は、セルフミキシング信号が大きくなるように、閾値と同程度の電圧を各発光部に印加する。ここでは、電圧源の電圧を一定電圧２．１Ｖとした。そして、戻り光がないときに各発光部に流れる電流は約０．７ｍＡであった。
【００９３】
抵抗Ｒは、電流値を電圧値にしてモニタするために、発光部と直列に入れられている。抵抗Ｒの抵抗値は、あまり大きいと発光部自身に電圧が印加されなくなり、また、あまり小さいと、電圧勾配が小さいため、モニタ電圧が小さくなりすぎる。ここでは、抵抗Ｒの抵抗値を１００Ωとした。
【００９４】
各電圧検出装置は電圧計を含み、該電圧計の値がモニタ電圧としてプリンタ制御装置２０９０に出力される。なお、以下では、戻り光があるときの電圧計の出力信号を「セルフミキシング信号」という。また、戻り光がないときのモニタ電圧に対する戻り光があるときのモニタ電圧の変化率を「セルフミキシング信号強度」という。ここでは、対象物をミラーなどの反射率の高い部材にすると、約２％のセルフミキシング信号強度を得ることができた。
【００９５】
このように、処理装置１５は、発光部毎にセルフミキシング信号をプリンタ制御装置２０９０に出力する。
【００９６】
そこで、発光部毎に、対象物からの反射光があるか否かを検知することが可能である。
【００９７】
図１３には、対象物として１０ｍｍ角で厚さ５００μｍのＳｉ基板にＡｕが蒸着されたミラーを用い、該ミラーを光学センサ２２４５に密着させた状態から徐々に＋Ｚ方向に移動させたときの、各発光部のセルフミキシング信号強度とミラーのＺ軸方向の位置との関係が示されている。なお、ここでは、セルフミキシング信号強度は、発光部毎に最大値が１となるように規格化されている。また、光学センサ２２４５に密着しているときのミラー位置を０としている。
【００９８】
図１３によると、ミラー位置が光学センサ２２４５から遠ざかるにつれて、セルフミキシング信号強度が、ｃｈ１〜ｃｈ５の順に大きくなることがわかる。セルフミキシング信号強度のピークに対応するＺ軸方向の各位置が、各光束の集光位置である。ここでは、図１３から判るように、各発光部の集光位置はＺ軸方向に関して、約６μｍずつ異なっている。
【００９９】
各発光部における規格化した際の数値は、補正用データとしてプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納されている。そして、対象物が記録紙のときに、補正用データを参照して計測結果を補正している。セルフミキシング信号強度は、発光部の個体差によって異なるため、上記補正を行うことにより、検出精度を向上させることが可能となる。
【０１００】
ここでは、記録紙が正常に搬送されているときに、ｃｈ１からの光束の集光位置を記録紙が通過するように光学センサ２２４５が取り付けられている（図１４参照）。
【０１０１】
プリンタ制御装置２０９０は、給紙コロ２０５４が動作して所定の時間が経過すると、記録紙が光学センサ２２４５の近傍に位置していると判断し、６個の発光部すべてを点灯させる。そして、プリンタ制御装置２０９０は、処理装置１５の出力信号から、各発光部のセルフミキシング信号強度を求める。なお、ここでは、ｃｈ６は、ダミーｃｈとし、データ補正などに利用する。
【０１０２】
プリンタ制御装置２０９０は、ｃｈ１のセルフミキシング信号強度が大きく、ｃｈ２〜ｃｈ５のセルフミキシング信号強度が小さい場合には、一例として図１５（Ａ）に示されるように、記録紙は正常に搬送されていると判断し、印刷ジョブをそのまま継続する。
【０１０３】
一方、プリンタ制御装置２０９０は、ｃｈ１のセルフミキシング信号強度が小さく、ｃｈ２〜ｃｈ５のいずれかのセルフミキシング信号強度が大きい場合には、一例として図１５（Ｂ）に示されるように、記録紙が正常に搬送されていないと判断し、不図示のディスプレイに「記録紙の搬送異常」を表示するとともに、印刷ジョブを一時的に停止させる。これにより、記録紙の異常搬送を予知し、記録紙が絡まり取れなくなる不具合を未然に防ぐことができる。
【０１０４】
光学センサ２２４５では、検出器としてＰＤアレイ、及び各発光部からの光束を該ＰＤアレイの方向に分岐させるためのハーフミラーなどの分岐光学素子が不要である。すなわち、部品点数が少なくなるとともに、ＰＤアレイを高精度に配置する工程が不要となる。そこで、小型化を促進できるとともに、実装コスト及び部品費の低下を図ることができる。
【０１０５】
一般的なＰＳＤは検出エリアが数ｍｍオーダーとなるため、電気容量が大きく、ＡＤ変換も含めて、検出に数１０μｓｅｃ程度の時間がかかる。また、記録紙の凹凸から発生するノイズやレーザ光を利用するため発生するスペックルノイズなどを低減するために、一般的には積算などを行う時間が必要で、最終的に紙搬送モニタとしては応答速度が不足する。光学センサ２２４５では、検出を発光部で行うため、電気容量が小さく、閾値電流も低いため、応答速度が早い。このため、一般的なＰＳＤに比べ、応答速度が速いセンシングが可能となる。
【０１０６】
ところで、さらに高い検出精度が要求される場合には、光学センサ２２４５に代えて、一例として図１６に示される光学センサ２２４５Ａを用いても良い。この光学センサ２２４５Ａは、セルフミキシング効果を電流変化で検出するのではなく、各発光部から射出される光束の光量変化で検出する。ここでは、対象物からの反射光が発光部に戻り、セルミキシング効果が現れた場合には、該発光部から射出される光束の光量が変化することを利用している。
【０１０７】
この光学センサ２２４５Ａは、光源１１、非平行透明部材１２、コリメートレンズ１３、対物レンズ１４、ハーフミラー１６、開口板１７、及び受光器１８などを備えている。
【０１０８】
ハーフミラー１６は、反射率が１０％であり、コリメートレンズ１３と対物レンズ１４の間の光路上に配置され、コリメートレンズ１３を通過した各光束を分岐させる。
【０１０９】
開口板１７は、開口部を有し、ハーフミラー１６で反射された光束の光路上に配置されている。開口板１７の開口部は、一例として図１７に示されるように、６個の発光部の配列方向に対応する方向（Ｚ軸方向）を長手方向とする長方形状であり、６個の発光部からの各光束がほぼ均等に入り、長手方向には光束がけられないようにしている。ここでは、開口板１７によって光量が約１／５となるように設定されている。
【０１１０】
受光器１８は、開口板１７の開口部を通過した光束の光路上に配置され、１０ｍｍφのＳｉ製のＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）を含み、受光光量に応じた信号をプリンタ制御装置２０９０に出力する。なお、ＰＤには、６個の発光部からの各光束がほぼ均等に入射する。
【０１１１】
発光部に一定電圧を印加すると、通常は一定の光量となるが、戻り光がある場合には、その光量が微量に変化する。これは、セルフミキシング効果によって、利得が上がり、発振状態が変化することによる。すなわち、光学センサ２２４５Ａは、電流変化で検出した光学センサ２２４５と、原理的には同じである。しかしながら、電流変化で検出するのに比べて、発光部から射出される光束の光量変化で検出する場合は、セルフミキシング効果の検出感度が向上することが判った。
【０１１２】
ところで、光学センサ２２４５Ａでは、６個の発光部を同時に点灯させるのではなく、１個ずつ順に点灯・消灯させることを前提としている。
【０１１３】
図１８には、開口板１７がある場合とない場合とを比較するために行った実験の結果が示されている。開口板１７がある場合の変化比は０．０６９であり、開口板１７がない場合の変化比０．０５に比べ、１．４倍程度大きい。これはセルフミキシング効果によって、ファーフィールドパターンが敏感に変化することに起因すると考えている。
【０１１４】
光学センサ２２４５Ａのように受光器を別に設ける場合であっても、受光器は発光部の発光強度をモニタするためのものであるため、従来の共焦点光学系に利用される検出器及びアパーチャ部材のように高い精度の実装は必要ない。ちなみに、この場合も、あくまでもセルフミキシング効果で変化する光量をモニタしているので、共焦点光学系におけるアパーチャ部材は、発光部の酸化狭窄構造が担う。光学センサ２２４５Ａでの共焦点光学系は、対象物の表面と発光部の酸化狭窄構造とで、それぞれ焦点を結ぶ光学系である。そして、発光部の発光光量をモニタすることで、電流や電圧をモニタするよりも、セルフミキシング効果の感度を高くすることができる。
【０１１５】
ところで、非平行透明部材１２の−Ｚ側の面に反射率１０％のコーティングを行い、一例として図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示されるように、非平行透明部材１２をハーフミラー１６の代替に利用しても良い。
【０１１６】
この場合、受光器１８は、非平行透明部材１２で反射された光束の光路上に配置されている。受光器１８は、Ｙ軸方向に関して、受光面の大きさが非平行透明部材１２で反射された光束のビーム径より小さいＰＤを含んでいる。すなわち、ＰＤは、非平行透明部材１２で反射された光束に対して、上記開口板１７の役割も有している。
【０１１７】
なお、非平行透明部材１２をパッケージ部材のキャップとすることで、面発光レーザアレイとともにＰＤもパッケージ部材に内蔵することが可能である。これにより、高感度な小型化された光学センサを提供することができる。
【０１１８】
次に、光学センサ２２４６について説明する。
【０１１９】
この光学センサ２２４６は、一例として図２０に示されるように、光源２１、レンズ２３、対物レンズ２４、処理装置２５及び筐体２６などを備えている。
【０１２０】
光源２１は、上記光源１１と同様な光源であり、レンズ２３は、上記非平行透明部材１２とコリメートレンズ１３とが一体化された樹脂製のレンズである。対物レンズ２４は、上記対物レンズ１４と同様な対物レンズである。さらに、処理装置２５も、上記処理装置１５と同様な処理装置である。
【０１２１】
ここでは、光学部品の占める部分が小さくなり、光学センサとして小型化を図ることができる。これにより、複写機などの狭い個所にも設置することが可能となる。
【０１２２】
筐体２６にはガイド２７がついている。このガイド２７は、記録紙に適当な力で押し付けられるように、不図示のばねによって＋Ｚ方向に付勢されている。これにより、ガイド２７の先端と記録紙の表面位置とが高い精度で常に一定になる。
【０１２３】
ここでは、Ｚ軸方向に関して、ガイド２７の先端とｃｈ１から射出された光束の集光位置とがほぼ同位置になるように設定されている。
【０１２４】
これにより、ｃｈ２〜ｃｈ６から射出された光束の各集光位置は、ｃｈ１から射出された光束の集光位置よりも＋Ｚ側になる。本実施形態では、隣接する２つの光束の集光位置は、Ｚ軸方向に関して約１０μｍずれるように設定されている。すなわち、ｃｈ１から射出された光束の集光位置とｃｈ５から射出された光束の集光位置とでは、Ｚ軸方向に関して約４０μｍの差がある。この集光位置の差は、レンズ２３の−Ｚ側の面の傾斜角と発光部間隔とによってほぼ決定される。
【０１２５】
対物レンズ２４は、ＮＡが０．４、倍率が２０倍である。この場合、集光位置でのスポット径は約１μｍであり、この領域内における対象物の有無を検知することができる。
【０１２６】
プリンタ制御装置２０９０は、電源スイッチがオンになったとき、及び給紙トレイ２０６０に記録紙が格納されたときに、記録紙の平滑度を検出する処理（平滑度検出処理）を行う。
【０１２７】
ここで、プリンタ制御装置２０９０によって行われる平滑度検出処理について説明する。
【０１２８】
（１）６個の発光部すべてを点灯させる。
【０１２９】
（２）処理装置２５の出力信号から、各発光部のセルフミキシング信号強度を求める。ここで得られたデータの一例が図２１及び図２２に示されている。縦軸はセルフミキシング信号強度で、横軸は記録紙の移動距離である。移動距離が約２０μｍから１９０μｍまでデータが示されている。なお、図２１はｃｈ１のデータであり、図２２はｃｈ５のデータである。
【０１３０】
（３）各発光部のセルフミキシング信号強度の平均値を求める。以下では、便宜上、ここで得られた平均値を「セルフミキシング信号平均強度」という。
【０１３１】
（４）各発光部のセルフミキシング信号平均強度を、最も高いセルフミキシング信号平均強度で規格化する。ここでは、規格化されたｃｈ１のセルフミキシング信号平均強度をＡｖ１、規格化されたｃｈ２のセルフミキシング信号平均強度をＡｖ２、規格化されたｃｈ３のセルフミキシング信号平均強度をＡｖ３、規格化されたｃｈ４のセルフミキシング信号平均強度をＡｖ４、規格化されたｃｈ５のセルフミキシング信号平均強度をＡｖ５とする。
【０１３２】
（５）次の（１）式から平滑度に対応したパラメータＳを算出する。
Ｓ＝｜ＡＶ１−ＡＶ２｜＋｜ＡＶ２−ＡＶ３｜＋｜ＡＶ３−ＡＶ４｜＋｜ＡＶ４−ＡＶ５｜  ……（１）
【０１３３】
（６）算出されたパラメータＳを、ＲＡＭに保存し、平滑度検出処理を終了する。
【０１３４】
ところで、カラープリンタ２０００が対応可能な複数の記録紙に関して、予め調整工程等の出荷前工程でパラメータＳを求め、パラメータＳ毎に各ステーションでの最適な現像条件及び転写条件を決定し、該決定結果を「現像・転写テーブル」としてプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納している。
【０１３５】
プリンタ制御装置２０９０は、ユーザからの印刷ジョブ要求を受け取ると、ＲＡＭに保存されているパラメータＳを読み出し、該パラメータＳに最適な現像条件及び転写条件を、現像・転写テーブルから求める。そして、該最適な現像条件及び転写条件に基づいて、例えば、転写電圧やトナー量を調整する。これにより、高品質な画像が形成される。
【０１３６】
ところで、対象物の表面の平滑度を検出するには、表面の凹凸情報だけを検出すれば良く、該凹凸情報を統計的に例えば標準偏差などに変換するだけで良い。絶対的な位置情報は不要である。光学センサ２２４６は、検出エリアが集光位置でのスポット径と同等で、１μｍ程度と小さいため、記録紙の平滑度を検出するには、十分な精度を有している。また、非平行透明部材によって、集光位置を数１０μｍずつ異ならせることができる。普通紙では凹凸の差が数１０μｍであるので、エアリーク式平滑度で、３０ｓｅｃから２００ｓｅｃ程度の範囲内の記録紙の種類判別に最適である。
【０１３７】
次に、光学センサ２２４７について説明する。
【０１３８】
この光学センサ２２４７は、一例として図２３に示されるように、光源３１、非平行透明部材３２、コリメートレンズ３３、偏光ホログラム３４、λ／４板３５、対物レンズ３６、開口板３８、受光器３９、及び電圧源などを備えている。
【０１３９】
光源３１は、上記光源１１と同様な光源であり、非平行透明部材３２は、上記非平行透明部材１２と同様な非平行透明部材である。また、コリメートレンズ３３及び対物レンズ３６も、上記コリメートレンズ１３及び対物レンズ１４と同様なレンズである。
【０１４０】
電圧源は、光源３１の各発光部に一定電圧を印加する。
【０１４１】
λ／４板３５は、対物レンズ３６の−Ｚ側に配置され、対物レンズ３６への光束及び対物レンズ３６からの光束に、λ／４の光学的位相差を付与する。
【０１４２】
例えば、光源３１から射出される直線偏光の偏光方向がＸ軸に平行であれば、対物レンズ３６に入射する光束は、λ／４板３５によって円偏光とされる。そして、記録紙表面で反射され対物レンズ３６を通過した光束は、上記円偏光とは反対方向の円偏光となる。そこで、記録紙表面で反射され対物レンズ３６を通過した光束は、λ／４板３５によって偏光方向がＹ軸に平行な直線偏光とされる。
【０１４３】
ここで、偏光ホログラム３４が、偏光方向がＹ軸に平行な直線偏光の一部を偏向するように設定されていれば、記録紙表面で反射された光束の一部は、光源３１とは異なる方向に進行することとなる。偏光ホログラム３４は、コリメートレンズ３３と対物レンズ３６の間の光路上に配置されている。
【０１４４】
開口板３８は、偏光ホログラム３４で偏向され、コリメートレンズ３３を通過した複数の光束の光路上に配置されている。開口板３８は、複数の光束に個別に対応した複数（６個）の開口部を有している。各開口部は、対応する光束の集光位置近傍に位置している。
【０１４５】
受光器３９は、開口板３８の複数の開口部に個別に対応した複数（６個）のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を有している。すなわち、複数のＡＰＤは、複数の発光部に個別に対応している。ここで、ｃｈ１に対応するＡＰＤをＡＰＤ１、ｃｈ２に対応するＡＰＤをＡＰＤ２、ｃｈ３に対応するＡＰＤをＡＰＤ３、ｃｈ４に対応するＡＰＤをＡＰＤ４、ｃｈ５に対応するＡＰＤをＡＰＤ５とする。各ＡＰＤは、受光光量に応じた信号をプリンタ制御装置２０９０に出力する。
【０１４６】
各発光部から射出された光束の集光位置は、Ｚ軸方向に関して互いに異なっている。ここでは、ｃｈ１〜ｃｈ５から射出された各光束のＺ軸方向に関する集光位置は、一例として図２４に示されるように、ｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３、ｃｈ４、ｃｈ５の順で光学センサ２２４７から遠方に位置している。そして、Ｚ軸方向に関して、ｃｈ５から射出された光束の集光位置が転写ベルト２０４０と同じ位置となるように配置されている。
【０１４７】
なお、１つのチップに複数のＡＰＤと面発光レーザアレイとが同時に形成されていても良い。この場合は、検出精度を更に向上させることができる。
【０１４８】
ここで、プリンタ制御装置２０９０が、トナー量の検出要求を受けたときの処理（トナー量検出処理）について説明する。
【０１４９】
なお、トナー量の検出要求は、電源投入時には、（１）感光体ドラムの停止時間が６時間以上のとき、（２）装置内の温度が１０℃以上変化しているとき、（３）装置内の相対湿度が５０％以上変化しているとき、印刷時には、（４）プリント枚数が所定の枚数に達したとき、（５）現像ローラの回転回数が所定の回数に達したとき、（６）転写ベルトの走行距離が所定の距離に達したときなどに発行される。
【０１５０】
（１）光走査装置２０１０に、一例として図２５に示されるようなトナーパターンＤＰ１〜ＤＰ４の形成を指示する。
【０１５１】
トナーパターンＤＰ１はブラックトナーで形成され、トナーパターンＤＰ２はマゼンタトナーで形成される。また、トナーパターンＤＰ３はシアントナーで形成され、トナーパターンＤＰ４はイエロートナーで形成される。なお、以下では、トナーパターンＤＰ１〜ＤＰ４を区別する必要がない場合には、総称して「トナーパターンＤＰ」ともいう。
【０１５２】
トナーパターンＤＰは、一例として図２６に示されるように、４個の四角形状のパターン（ｐ１〜ｐ４、以下では、便宜上「矩形パターン」という）を有している。各矩形パターンは、転写ベルト２０４０の進行方向に沿って一列に並んでおり、それぞれ全体としてみたときにトナー量が異なっている。ここでは、トナー量の少ない矩形パターンから、ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４とする。すなわち、矩形パターンｐ１のトナー量が最も少なく、矩形パターンｐ４のトナー量が最も多い。
【０１５３】
（２）所定の時間が経過すると、転写ベルト２０４０の回転に伴って、転写ベルト２０４０上のトナーパターンＤＰが光学センサ２２４７の近くに移動してきたと判断し、６個の発光部すべてを点灯させる。
【０１５４】
（３）ＡＰＤ１〜ＡＰＤ５の出力信号を取得する。
【０１５５】
（４）各出力信号から色毎に各矩形パターンのトナー量を求める。ここでは、予め調整工程等の出荷前工程で、ＡＰＤ１〜ＡＰＤ５の出力信号とトナー量との関係が求められ、「トナー量テーブル」としてプリンタ制御装置２０９０のＲＯＭに格納されている。例えば、図２７（Ａ）に示されるように、付着しているトナー量が多い（Ｔ１）と、ＡＰＤ１の出力信号が非常に大きく、他の出力信号が小さくなる。また、図２７（Ｂ）に示されるように、付着しているトナー量がＴ１より少ないＴ３であると、ＡＰＤ３の出力信号が非常に大きく、他の出力信号が小さくなる。
【０１５６】
（５）各矩形パターンのトナー量が所望のトナー量と異なっていれば、光走査装置２０１０の光源から射出される光束のパワー、該光源に供給される駆動パルスにおけるデューティ、帯電バイアス、及び現像バイアスの少なくともいずれかを調整する。これにより、安定した高品質の画像形成が可能となる。
【０１５７】
このように、光学センサ２２４７では、反射光の光量を高さ情報に変換しているため、微弱反射光でも、トナー量の定量化が可能となる。
【０１５８】
従来は、単にトナーパターンからの反射光の光量からトナー量の検出を行っていた。この場合は、転写ベルトが黒い場合やトナーが黒い場合は反射光量が不足し、検出精度が十分でなかった。本実施形態では、光学センサ２２４７が高い感度を有しているため、黒いトナーなどの光吸収の高い物質に対しても十分な検出精度を得ることができる。
【０１５９】
以上説明したように、本実施形態に係るカラープリンタ２０００によると、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）と、各感光体ドラムに潜像を形成する光走査装置２０１０と、潜像にトナーを付着させトナー画像を生成する４つの現像ローラ（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）と、各感光体ドラムからトナー画像が転写される転写ベルト２０４０と、３つの光学センサ（２２４５、２２４６、２２４７）と、全体を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。
【０１６０】
各光学センサの光学系は、発光部の活性層付近と対象物のある位置とが共焦点関係になる共焦点光学系である。そして、共焦点位置に対象物が存在する場合には、強い反射光が発光部自身に戻るので、非常に強いセルフミキシング信号を検出することができる。
【０１６１】
検出する位置精度は、対物レンズの焦点深度によって、任意に設計することができる。
【０１６２】
そして、複数の発光部とコリメートレンズの間に非平行透明部材を配置し、発光部毎に対物レンズまでの光路長が異なることで、発光部毎に集光位置が異なることとなる。このように、各光学センサでは、複数の発光部から射出された各光束の集光位置を、互いに光軸方向（Ｚ軸方向）にずらしている。
【０１６３】
これにより、各光学センサでは、光軸方向に関して、複数の位置での情報を同時に検出することができる。例えば、対象物の表面に凹凸があっても、反射光が戻ってきた発光部を特定することにより、その位置までの距離を検出することができる。
【０１６４】
ところで、非平行透明部材がないと、一部のビームがレンズに入らなくなり、光利用効率が低下する（図２８（Ａ）及び図２８（Ｂ）参照）。そして、光利用効率が低下すると測定精度が低下する。
【０１６５】
また、非平行透明部材がないと、レンズに入る一部のビームのレンズへの入射角がレンズの光軸に対して大きくずれるため、焦点位置での収差が大きく、ビームを絞ることができなくなる（図２８（Ａ）及び図２８（Ｂ）参照）。そして、ビームを絞れないと、測定精度が低下する。
【０１６６】
なお、光束の集光位置は、非平行透明部材の形状や発光部間距離などによって調整することができる。また、セルフミキシング信号強度のピーク幅は、対物レンズの焦点深度によって調整することができる。
【０１６７】
また、各光学センサでは、従来の共焦点顕微鏡と異なり、集光位置を変化させるための駆動装置が不要であるとともに、駆動させる時間も不要である。そこで、低コスト化を図るとともに、応答速度の高速化を図ることができる。また、非平行透明部材は、表面を研磨加工することが容易で、ビーム品質の低下を最小限に抑えることができる。また、加工や実装に高いコストがかからないことから、低コストで高感度な光学センサを実現できる。
【０１６８】
一般的に半導体レーザでは、温度変化によって光量が変化するのを避けるため電流駆動されている。しかしながら、セルフミキシング効果を利用したセンサでは、光量を一定にする必要はない。ＭＯＳトランジスタは、原理的に電圧駆動の方が容易であり、ＩＣでは一般的に電圧駆動である。セルフミキシング効果の感度を上げるために、ＩＣでのノイズを低減できる電圧駆動の方が有利である。また、ドライバーＩＣは電圧駆動が主流であり、低コストで入手することが可能となる。各光学センサでは、面発光レーザアレイは電圧駆動であり、低コスト化、高感度化を図ることができる。
【０１６９】
光学センサ２２４５は、面発光レーザアレイを含む光源１１、非平行透明部材１２、コリメートレンズ１３、対物レンズ１４、及び処理装置１５などを備えている。
【０１７０】
面発光レーザアレイの複数の発光部から射出された複数の光束は、非平行透明部材１２、コリメートレンズ１３、及び対物レンズ１４を介して、Ｚ軸方向に関して互いに異なる位置に集光される。また、各発光部では、活性層付近と集光位置とが共焦点関係になるように設定されている。
【０１７１】
そして、処理装置１５は、面発光レーザアレイの複数の発光部に一定の電圧を印加するとともに、発光部毎にセルフミキシング信号をプリンタ制御装置２０９０に出力する。
【０１７２】
プリンタ制御装置２０９０は、処理装置１５からの各発光部のセルフミキシング信号に基づいて、Ｚ軸方向に関する記録紙との距離を求める。本実施形態では、戻り光の波面の乱れが非常に小さいため、高い精度で記録紙の進行方向に関して互いに異なる５地点での記録紙との距離をほぼ同時に求めることができる。すなわち、記録紙の相対位置を短時間で精度良く検出することができる。
【０１７３】
そして、プリンタ制御装置２０９０は、Ｚ軸方向に関する記録紙との距離に基づいて、該記録紙が正常な搬送路上にあるか否かを判断する。これにより、記録紙の搬送速度が速くても、記録紙の異常搬送を高い精度で予知し、記録紙が絡まり取れなくなる不具合を未然に防ぐことができる。
【０１７４】
また、光学センサ２２４５は、構成部品が少なく、しかも各構成部品が小さいため、小型化を図ることができる。
【０１７５】
光学センサ２２４６は、面発光レーザアレイを含む光源２１、レンズ２３、対物レンズ２４、及び処理装置２５などを備えている。
【０１７６】
レンズ２３は、光学センサ２２４５における非平行透明部材１２とコリメートレンズ１３とが一体化された樹脂製のレンズである。
【０１７７】
そこで、面発光レーザアレイの複数の発光部から射出された複数の光束は、レンズ２３及び対物レンズ２４を介して、Ｚ軸方向に関して互いに異なる位置に集光される。
【０１７８】
そして、処理装置２５は、面発光レーザアレイの複数の発光部に一定の電圧を印加するとともに、発光部毎にセルフミキシング信号をプリンタ制御装置２０９０に出力する。
【０１７９】
プリンタ制御装置２０９０は、処理装置１５からの各発光部のセルフミキシング信号に基づいて、記録紙の平滑度に対応したパラメータＳを求める。本実施形態では、戻り光の波面の乱れが非常に小さいため、高い精度で記録紙表面の互いに異なる５地点での相対位置をほぼ同時に求めることができる。すなわち、記録紙の平滑度を短時間で精度良く検出することができる。
【０１８０】
そして、プリンタ制御装置２０９０は、パラメータＳに応じて、転写条件及び現像条件の少なくとも一方を調整する。これにより、記録紙の搬送速度が速くても、高品質な画像を形成することができる。
【０１８１】
また、光学センサ２２４６は、構成部品が少なく、しかも各構成部品が小さいため、小型化を図ることができる。
【０１８２】
そこで、光学センサ２２４６は、小型で、記録紙の平滑度を短時間で精度良く検出することができる。
【０１８３】
光学センサ２２４７は、面発光レーザアレイを含む光源３１、非平行透明部材３２、コリメートレンズ３３、対物レンズ３６、偏光ホログラム３４、λ／４板３５、開口板３８、及び受光器３９などを備えている。
【０１８４】
面発光レーザアレイの複数の発光部から射出された複数の光束は、非平行透明部材３２、コリメートレンズ３３、偏光ホログラム３４、λ／４板３５、及び対物レンズ３６を介して、Ｚ軸方向に関して互いに異なる位置に集光される。
【０１８５】
記録紙表面で反射された複数の光束の一部は、偏光ホログラム３４で偏向され、開口板３８の開口部を通過して受光器３９で受光される。
【０１８６】
受光器３９は、複数の発光部に対応した複数のＡＰＤを有している。すなわち、受光器３９は、非常に高い感度を有している。各ＡＰＤは、受光光量に応じた信号をプリンタ制御装置２０９０に出力する。
【０１８７】
プリンタ制御装置２０９０は、光走査装置２０１０にトナーパターンの形成を指示するとともに、受光器３９の出力信号に基づいてトナーパターンのトナー量を求め、光走査装置２０１０の光源から射出される光束のパワー、該光源に供給される駆動パルスにおけるデューティ、帯電バイアス、及び現像バイアスの少なくともいずれかを調整する。本実施形態では、受光器３９が非常に高い感度を有しているため、ブラックトナーのように光を吸収しやすい物質に対してもトナー量の検出が容易である。また、トナーパターンのトナー量を短時間で精度良く検出することができる。そこで、印刷ジョブの中断時間を短くすることができ、ユーザの操作性を向上させることができる。
【０１８８】
また、光学センサ２２４７は、構成部品が少なく、しかも各構成部品が小さいため、小型化を図ることができる。
【０１８９】
そして、カラープリンタ２０００は、高品質の画像を安定して形成することができる。
【０１９０】
なお、上記実施形態では、面発光レーザアレイが６個の発光部を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【０１９１】
また、上記実施形態では、面発光レーザアレイにおける発光部間隔が１００μｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、記録紙における計測領域の大きさ（幅）に応じて設定しても良い。
【０１９２】
また、上記実施形態において、一例として図２９に示されるように、面発光レーザアレイの複数の発光部が２次元配列されていても良い。
【０１９３】
また、上記実施形態において、プリンタ制御装置２０９０での処理の少なくとも一部を、光学センサの処理装置が行っても良い。
【０１９４】
また、上記実施形態において、搬送中の記録紙の平滑度を求めても良い。この場合は、光学センサ２２４６は搬送路近傍に配置される。
【０１９５】
また、上記実施形態では、給紙トレイが１つの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、給紙トレイが複数あっても良い。この場合は、給紙トレイ毎に光学センサ２２４６を設けても良い。
【０１９６】
また、上記実施形態では、トナーパターンＤＰが４つの矩形パターンを有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【０１９７】
また、上記実施形態では、記録紙の平滑度に対応するデータとしてパラメータＳを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【０１９８】
また、上記実施形態では、光学センサ２２４７が、転写ベルト２０４０上のトナーパターンのトナー量を検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、感光体ドラム表面のトナーパターンのトナー量を検出しても良い。この場合は、感光体ドラム毎に光学センサ２２４７が設けられる。
【０１９９】
また、上記実施形態において、トナーパターンを記録紙に転写し、該記録紙上のトナーパターンのトナー量を光学センサ２２４７で検出しても良い。
【０２００】
また、上記実施形態では、画像形成装置として、カラープリンタ２０００の場合について説明したが、これに限らず、プリンタ以外の画像形成装置、例えば、複写機、ファクシミリ、又は、これらが集約された複合機であっても良い。
【０２０１】
また、光学センサ２２４５、光学センサ２２４５Ａ及び光学センサ２２４６は、記録紙にインクを吹き付けて画像を形成する画像形成装置にも適用可能である。
【０２０２】
また、光学センサ２２４５、光学センサ２２４５Ａ及び光学センサ２２４６は、対象物となるシート状部材が用いられる装置であれば、画像形成装置以外にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２０３】
以上説明したように、本発明の光学センサによれば、対象物の相対的な位置情報を短時間で精度良く検出するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高品質の画像を形成するのに適している。
【符号の説明】
【０２０４】
１１…光源、１２…非平行透明部材、１３…コリメートレンズ（光学系の一部）、１４…対物レンズ（光学系の一部）、１５…処理装置、１６…ハーフミラー（分岐光学素子）、１７…開口板（開口部材）、１８…受光器（光検出器）、２１…光源、２３…レンズ（光学系の一部）、２４…対物レンズ（光学系の一部）、３１…光源、３２…非平行透明部材、３３…コリメートレンズ（光学系の一部）、３４…偏光ホログラム（光学系の一部）、３５…λ／４板（光学系の一部）、３６…対物レンズ（光学系の一部）、３８…開口板（開口部材）、３９…受光器（光検出器）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０１０…光走査装置、２０３０ａ，２０３０ｂ，２０３０ｃ，２０３０ｄ…感光体ドラム（像担持体）、２０３２ａ，２０３２ｂ，２０３２ｃ，２０３２ｄ…帯電装置、２０３３ａ，２０３３ｂ，２０３３ｃ，２０３３ｄ…現像ローラ（現像装置の一部）、２０４０…転写ベルト、２０４２…転写ローラ（転写装置の一部）、２０５０…定着装置、２０９０…プリンタ制御装置（選択装置、監視装置、調整装置）、２２４５…光学センサ、２２４５Ａ…光学センサ、２２４６…光学センサ、２２４７…光学センサ、ｃｈ１〜ｃｈ６…発光部、ＤＰ１〜ＤＰ４…トナーパターン。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２０５】
【特許文献１】特許第３６８８１８５号公報
【特許文献２】特許第３７９８２１２号公報
【特許文献３】特開平８−９４９３８公報
【特許文献４】特表２００７−５２２５５７号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005729541.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図２５】
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【図２６】
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