(57)【要約】  通常の光源として使用可能であるとともに、環境パラメータを算出可能な光学センサシステムを提供する。半導体レーザー（１０）のリア面（２１）から出射されるリア面出射光（３１）は、制御演算装置（６０）が環境パラメータを算出するために使用される一方、フロント面（２０）から出射されるフロント面出射光（３０）は、環境パラメータの算出とは異なる用途に使用される。
2015163074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の用途に使用される第１の発光を生成する発光デバイスを備えた光学センサシステムであって、
上記発光デバイスは、第２の発光をさらに生成し、
上記第２の発光を検出する発光検出部と、
上記発光検出部によって検出された上記第２の発光の検出値を用いて、上記発光デバイスの周囲の環境の指標である環境パラメータを算出する環境パラメータ算出部と、を備えたことを特徴とする光学センサシステム。
【請求項２】
上記発光デバイスが生成する発光の出力に影響する要因を発光条件と呼ぶとき、
上記環境パラメータ算出部が上記環境パラメータを算出する際における上記発光デバイスの発光条件と、外部に出射された上記第１の発光が上記所定の用途に使用される際における上記発光条件とが異なることを特徴とする請求項１に記載の光学センサシステム。
【請求項３】
上記環境パラメータ算出部が上記環境パラメータを算出する際における上記発光デバイスの発光の少なくとも一部が、上記第１の発光として、上記所定の用途に利用されることを特徴とする請求項１に記載の光学センサシステム。
【請求項４】
上記環境パラメータ算出部は、複数の上記環境パラメータを算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学センサシステム。
【請求項５】
上記環境パラメータ算出部は、上記発光デバイスに一定量の電流が注入されたとき、上記発光検出部によって検出される上記第２の発光の検出値に基づいて、上記環境パラメータを算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学センサシステム。
【請求項６】
上記発光デバイスはレーザー光源を含んでおり、
上記環境パラメータ算出部は、上記第２の発光の検出値と上記発光デバイスの発振閾値との間の対応関係を参照することによって、上記発光検出部によって検出される上記第２の発光の検出値から、上記レーザー光源の発振閾値を算出し、算出した上記発振閾値に基づいて、上記環境パラメータを算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学センサシステム。
【請求項７】
上記発光デバイスはレーザー光源を含んでおり、
上記環境パラメータ算出部は、上記第２の発光の検出値と上記発光デバイスの発振閾値との間の対応関係を参照することによって、上記発光検出部によって検出される上記第２の発光の検出値から、上記レーザー光源の微分効率を算出し、算出した上記微分効率に基づいて、上記環境パラメータを算出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学センサシステム。
【請求項８】
上記環境パラメータは、温度、湿度、およびガス濃度のうち、少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学センサシステム。
【請求項９】
第１の発光および第２の発光を生成する発光デバイスを備えた光学センサシステムであって、
上記第２の発光を検出する発光検出部と、
上記発光検出部によって検出された上記第２の発光の検出値を用いて、上記発光デバイスの周囲の環境の指標である環境パラメータを算出する環境パラメータ算出部と、を備えており、
上記発光デバイスは、上記第１の発光を出射する第１の発光面と、上記第２の発光を出射する第２の発光面とを備えており、
上記第１の発光面および上記第２の発光面は、上記環境パラメータが変化したとき、上記第１の発光の強度の変化率が、上記第２の発光の強度の変化率よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする光学センサシステム。
【請求項１０】
上記第１の発光面および上記第２の発光面は、上記環境パラメータが変化したとき、上記第１の発光の強度の変化率が、上記第２の発光の強度の変化率の１／２０以下となるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学センサシステム。
【請求項１１】
上記第１の発光面は、上記発光デバイスの内部側の反射率が８５％以上であることを特徴とする請求項９または１０に記載の光学センサシステム。
【請求項１２】
上記第１の発光を検出する第２の検出部をさらに備え、
上記環境パラメータ算出部は、上記第２の検出部による上記第１の発光の検出値に基づいて、上記環境パラメータの算出結果を補正することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学センサシステム。
【請求項１３】
上記環境パラメータ算出部は、上記第２の検出部によって検出される上記第１の発光の検出値が略一定となるように、上記発光デバイスの発光を制御することを特徴とする請求項１２に記載の光学センサシステム。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学センサシステムと、
上記第１の発光が照射される位置に配置され、特定の種類のガスに反応して光学特性が変化するガス反応体と、
上記ガス反応体を透過した上記第１の発光の透過光を検出する透過光検出部と、
上記透過光検出部によって検出される上記透過光の検出値から、上記ガス反応体の上記光学特性の変化を測定することにより、環境に含まれる上記ガスを検出するガス検出部と、を備えたことを特徴とする光学式ガスセンサシステム。
【請求項１５】
上記ガス検出部は、上記環境パラメータ算出部による上記環境パラメータの算出値に基づいて、上記ガスの検出結果を補正することを特徴とする請求項１４に記載の光学式ガスセンサシステム。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学センサシステムと、
上記第１の発光が微粒子に散乱されることにより発生した散乱光を検出する散乱光検出部と、
上記散乱光検出部による上記散乱光の検出値に基づいて、環境に含まれる上記微粒子を検出する微粒子検出部と、を備えたことを特徴とする微粒子センサシステム。
【請求項１７】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学センサシステムを備え、
上記発光デバイスが生成する発光の出力に影響する要因を発光条件と呼ぶとき、
上記環境パラメータ算出部による上記環境パラメータの算出値に基づいて、上記発光デバイスの発光条件を制御する発光条件制御部、をさらに備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項１８】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学センサシステムを備え、上記第１の発光を用いて静電潜像を形成し、形成された上記静電潜像を現像することによって得られる画像を印刷する画像印刷機能を有する画像印刷装置であって、
上記発光デバイスが生成する発光の出力に影響する要因を発光条件と呼び、上記画像を印刷する際における上記画像印刷装置の動作または状態を規定する条件を印刷条件と呼ぶとき、
上記環境パラメータ算出部による上記環境パラメータの算出値に基づいて、上記発光デバイスの発光条件および上記画像の上記印刷条件のうちの少なくとも一方を制御する条件制御部を備えたことを特徴とする画像印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学センサシステム、光学式ガスセンサシステム、微粒子センサシステム、発光装置、および画像印刷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザーは、コヒーレントで指向性が高いレーザー光を出射することが可能であり、かつ、小型で安価であることから、様々な応用用途に使用されている。【０００３】
半導体レーザーは、２枚の対向するミラー面と、２枚のミラー面の間に設置された導波路とから構成される。半導体レーザーに電流を注入すると、導波路内に光子が発生する。発生した光子は、２枚のミラー面に反射されることによって、繰り返し導波路内を往復しながら、連鎖的に光子数を増やし、共振状態に至る。２つのミラー面の反射率には差があり、反射率が低い（透過率が高い）ミラー面から、強いレーザー光が出射される。一般的に、この強いレーザー光が様々な応用用途に使用されている。【０００４】
一方、反射率が高い（透過率が低い）ミラー面からも、比較的弱い出力を有するレーザー光が出射されている。この弱いレーザー光は、一般的に、全く使用されないか、あるいは、反射率が低いミラー面から出射されるレーザー光の出力の参考情報として使用されるのみである。後者の場合、反射率が高いミラー面から出射されるレーザー光は、フォトダイオードによってモニタリングされる。【０００５】
半導体レーザーから出射されるレーザー光を様々な応用用途に使用するためには、半導体レーザーを取り巻く環境の状態を表す環境パラメータ（温度、湿度、ガス濃度など）を把握することが極めて重要である。【０００６】
例えば、特許文献１には、封止した半導体レーザーと同一の収納容器内に設置された湿度センサによって、収納容器内の湿度を継続的にモニタすることにより、半導体レーザーの劣化状況を予測したり、突発的な故障を回避したりする技術が開示されている。【０００７】
また、特許文献２〜４には、半導体レーザーの周辺、または、半導体レーザーが搭載された装置の周辺の温度および湿度を、温度センサおよび湿度センサによってモニタすることで、半導体レーザに結露が発生するか否かを判定したり、結露が発生することを回避したりする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特許公報「特開平１１−１７２３０号公報（１９９９年１月２２日公開）」
【特許文献２】日本国特許公報「特開昭６１−７９２８５号広報（１９８６年４月２２日公開）」
【特許文献３】日本国特許公報「特開２００９−２０４９３５号広報（２００９年９月１０日公開）」
【特許文献４】日本国特許公報「特開２０１３−１１７７３６号広報（２０１３年６月１３日公開）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜４に記載された上記の技術では、環境パラメータを測定するための各種センサが高コストであるという問題がある。また、半導体レーザーが搭載された装置内に、各種センサを設置するためのスペースが必要であるので、装置の小型化が困難であるという問題もある。【００１０】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、通常の光源として使用可能であるとともに、環境パラメータを算出可能な光学センサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光学センサシステムは、所定の用途に使用される第１の発光を生成する発光デバイスを備えた光学センサシステムであって、上記発光デバイスは、第２の発光をさらに生成し、上記第２の発光を検出する発光検出部と、上記発光検出部によって検出された上記第２の発光の検出値を用いて、上記発光デバイスの周囲の環境の指標である環境パラメータを算出する環境パラメータ算出部と、を備えている。【００１２】
また、本発明の他の態様に係る光学センサシステムは、第１の発光および第２の発光を生成する発光デバイスを備えた光学センサシステムであって、上記第２の発光を検出する発光検出部と、上記発光検出部によって検出された上記第２の発光の検出値を用いて、上記発光デバイスの周囲の環境の指標である環境パラメータを算出する環境パラメータ算出部と、を備えており、上記発光デバイスは、上記第１の発光を出射する第１の発光面と、上記第２の発光を出射する第２の発光面とを備えており、上記第１の発光面および上記第２の発光面は、上記環境パラメータが変化したとき、上記第１の発光の強度の変化率が、上記第２の発光の強度の変化率よりも小さくなるように構成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、通常の光源として使用可能であるとともに、環境パラメータを算出可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る光学センサシステムの概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る光学センサシステムが備えた半導体レーザーから出射されるフロント面出射光およびリア面出射光の各強度と、湿度との関係を示す実験データである。
【図３】本発明の実施形態２に係る光学センサシステムの概略構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る光学センサシステムの概略構成を示す模式図である。
【図５】典型的な半導体レーザーの発振特性を示す模式図であり、半導体レーザーに対する注入電流の電流値と、半導体レーザーの発光強度との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態３に係る光学センサシステムが備えた半導体レーザーから出射されるリア面出射光の発振閾値と、温度および湿度との関係を示す実験データであり、（ｃ）および（ｄ）は、同じリア面出射光の微分効率と、温度および湿度との関係を示す実験データである。
【図７】本発明の実施形態５に係る光学式ガスセンサシステムの概略構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態６に係る微粒子センサシステムの概略構成を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態６に係る微粒子センサシステムを備えた空気清浄機の概略構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施形態７に係る発光装置の概略構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施形態８に係る画像印刷装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
〔実施形態１〕
本発明の一実施形態に係る光学センサシステム１に関して、図１、図２を参照して説明する。光学センサシステム１は、半導体レーザー１０（発光デバイス）を備え、様々な応用用途に使用することが可能なレーザー光を出射する。また、光学センサシステム１は、環境パラメータを検出することができる。環境パラメータとは、光学センサシステム１の環境の指標となるパラメータのことである。環境パラメータは、例えば、光学センサシステム１の周囲の環境における温度、湿度、またはガス濃度である。
【００１７】
本実施形態では、光学センサシステム１は、環境パラメータとして、湿度を検出する。換言すれば、本実施形態では、湿度が、光学センサシステム１によるセンシングの対象となる。
【００１８】
［光学センサシステム１の構成］
図１は、光学センサシステム１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、光学センサシステム１は、半導体レーザー１０、フォトダイオード４０（発光検出部）、サブマウント５０、および制御演算装置６０（環境パラメータ算出部）を備えている。
【００１９】
半導体レーザー１０は、電流を注入されることによって、レーザー光を出射する素子である。一般的に、半導体レーザーは、小型かつ安価であるため、本発明の光学センサシステム１の光源として好適である。図１に示すように、半導体レーザー１０は、フロント面２０（第２の発光面）およびリア面２１（第１の発光面）を備えている。フロント面２０およびリア面２１は、どちらもミラー面である。フロント面２０とリア面２１との間には、導波路（図示せず）が形成されている。
【００２０】
フロント面２０は、リア面２１と比較して、反射率がより低く、透過率がより高い。そのため、フロント面２０から出射されるフロント面出射光３０（第１の発光）は、リア面２１から出射されるリア面出射光３１（第２の発光）よりも強度が大きい。フロント面３０から出射される強いフロント面出射光３０は、様々な応用用途に使用される。なお、光学センサシステム１は、半導体レーザー１０の代わりに、別の光源（例えば、蛍光灯、ＬＥＤ、ＨＩＤランプ）を備えていてもよい。この構成では、別の光源は、１つの発光面から２種類の光（フロント面出射光３０、リア面出射光３１）を順に出射してもよい。あるいは、別の光源は、１つの発光面から出射された１本の光を２種類の光に分岐させてもよい。
【００２１】
半導体レーザー１０に注入された電流は、導波路内で光子を発生させる。発生した光子は、フロント面２０およびリア面２１で反射することによって、導波路内を繰り返し往復しながら、連鎖的に、導波路内の光子数を増大させ、共振状態に至る。導波路内の光子が共振状態になったとき、フロント面２０およびリア面２１から、フロント面出射光３０およびリア面出射光３１が出射される。
【００２２】
フロント面２０から出射されたフロント面出射光３０は、レーザー光源として、様々な用途に使用される。また、リア面２１から出射されたリア面出射光３１は、フォトダイオード４０に入射する。
【００２３】
フォトダイオード４０は、入射したリア面出射光３１を検出して、その検出値を電気信号（電流信号または電圧信号）に変換する素子である。フォトダイオード４０は、リア面出射光３１から変換された電気信号を、制御演算装置６０に送信する。なお、光学センサシステム１では、フォトダイオード４０を、リア面出射光３１の強度を評価可能な別の手段で代用することができる。
【００２４】
サブマウント５０は、半導体レーザー１０を固定するとともに、半導体レーザー１０が発生させる熱を外部に逃がす役割を持つ。サブマウント５０の材料として、一般的に、窒化アルミニウムなどの熱伝導性の高いセラミックス材料が使用される。一般的に、半導体レーザー１０は、Ａｕ−Ｓｎ合金ハンダなどのハンダ材料を介して、サブマウント５０に接合される。
【００２５】
制御演算装置６０は、半導体レーザー１０を制御する。また、フォトダイオード４０から受信した電気信号の振幅（リア面出射光３１の強度）から、環境パラメータ（湿度）を算出する。制御演算装置６０は、例えば、記憶装置（図示せず）に予め記憶された湿度と光強度との関係に基づいて、湿度を算出してもよい。制御演算装置６０は、複数のチップおよびマイコンで構成することができる。制御演算装置６０として、パソコンなどの汎用演算装置が使用されてもよい。制御演算装置６０による環境パラメータの算出方法の一例を、以下で説明する。
【００２６】
［環境パラメータの算出方法１］
制御演算装置６０による環境パラメータ（湿度）の算出方法の一例を説明する。まず、制御演算装置６０は、半導体レーザー１０に定電流（ＡＣＣ）を注入することによって、半導体レーザー１０を発光させる。半導体レーザー１０の発光の強度が安定した後、フォトダイオード４０から受信した電気信号に基づいて、リア面出射光３１の強度を評価する。制御演算装置６０は、リア面出射光３１の強度を評価した後、すぐに半導体レーザー１０を消灯する。そして、得られた評価値から、記憶装置（図示せず）に予め記憶された湿度と光強度との関係（例えば、図２に示す実験データ）に基づいて、湿度を算出する。
【００２７】
ここで、半導体レーザー１０は、発光時間が長いほど、発熱量が増大し、寿命が短くなる。そのため、環境パラメータの算出方法において、半導体レーザー１０の発光時間は短いことが好ましい。
【００２８】
また、環境パラメータの算出方法において、制御演算装置６０は、半導体レーザー１０を定電流（ＡＣＣ）で駆動する必要はない。制御演算装置６０は、リア面出射光３１の強度が一定となるように、半導体レーザー１０を定出力（ＡＰＣ）で駆動してもよい。この構成では、制御演算装置６０は、リア面出射光３１の強度が略一定となったとき、半導体レーザー１０への注入電流の電流値に基づいて、湿度を算出する。
【００２９】
以上のように、光学センサシステム１の構成によれば、フロント面出射光３０を、通常のレーザー光源として、様々な用途に使用することができるだけでなく、フロント面出射光３０とともに出射されるリア出射光３１の強度に基づいて、環境パラメータを算出することができる。
【００３０】
［湿度とレーザー光の強度との関係］
ここでは、実験結果を用いて、半導体レーザー１０の周辺の湿度と、半導体レーザー１０から出力されるフロント面出射光３０およびリア面出射光３１の各強度とが、どのような関係を持つのかを説明する。
【００３１】
実験では、光記録装置用の半導体レーザー１０を使用した。この半導体レーザー１０は、発振波長６６０ｎｍ、最大出力１５０ｍＷを有する。この半導体レーザー１０のフロント面２０の導波路側における反射率、リア面２１の導波路側における反射率は、それぞれ、約６％（透過率は約９４％）、約９０％（透過率は約１０％）に設計されている。
【００３２】
半導体レーザー１０の各端面における反射率は、端面に成膜される多層膜ミラーの多層構造によって規定される。多層構造を構成する材料の屈折率や層数によって、端面の反射率が異なる。
【００３３】
反射率が低く、透過率が高いフロント面２０から出射するフロント面出射光３０は、反射率が高く、透過率が低いリア面２１から出射するリア面出射光３１よりも強度が高い。光記録装置において、フロント面出射光３０は、光記憶媒体に情報を記録したり、光記憶媒体から情報を再生したりするために使用される。
【００３４】
図２は、湿度の変化に対するフロント面出射光３０およびリア面出射光３１の各強度の変化を表す実験データである。
【００３５】
図２に示すように、湿度とリア面出射光３１の強度とは、ほぼ比例関係を有している。湿度が２３％から６２％に増加したとき、リア面出射光３１の強度は、約８．７％増加する。前述の制御演算装置６０は、リア面出射光３１の強度と湿度との間の比例関係を利用することで、リア面出射光３１の強度から、湿度を算出することができる。
【００３６】
一方、図２に示すように、フロント面出射光３０の強度は、湿度によらず略一定（強度の最大値と最小値との差は約０．３５％）である。フロント面出射光３０の強度の変化量（０．３５％）は、リア面出射光３１の強度の変化量（８．７％）の１／２０以下である。そのため、フロント面出射光３０は、湿度の変化による影響を考慮することなく、光記録媒体に対する情報の記録または再生などの様々な用途に活用することができる。
【００３７】
ここで、湿度の変化に対して、フロント面出射光３０およびリア面出射光３１が上記のような応答を示す原理は、以下のように説明される。
【００３８】
半導体レーザー１０の周辺の湿度が変化すると、フロント面２０およびリア面２１の表側（外部に露出している側の面）に吸着している水分量が変化する。その結果、フロント面２０およびリア面２１の屈折率が変化する。フロント面２０およびリア面２１の屈折率が変化したことによって、各面の透過率および反射率が変化する。
【００３９】
ところが、前述したように、フロント面２０は、透過率が高く（約９４％）なるように設計されている。そのため、湿度が変化することによって、フロント面２０の透過率が少しだけ変化したとき、フロント面出射光３０の強度はあまり変化しない。すなわち、湿度が変化したとき、リア面出射光３１の強度の変化率は小さい。一方、前述したように、リア面２１は、透過率が低く（約１０％）なるように設計されている。そのため、湿度が変化することによって、リア面２１の透過率が少しだけ変化したとき、リア面出射光３１の強度は大きく変化する。すなわち、湿度が変化したとき、リア面出射光３１の強度の変化率は大きい。
【００４０】
なお、湿度の変化に対するリア面出射光３１の強度の変化率を大きくするためには、リア面２１が、より高い反射率を有するように設計されていることが好ましい。しかしながら、あまりに高い反射率を有するリア面２１の設計は困難になる。また、そのような高い反射率を有するリア面２１を備えた半導体レーザー１０の製造コストも高騰する。従って、リア面２１は、リア面２１の設計の容易さや半導体レーザー１０のコストの低さの観点から、８５％以上の反射率を有していれば十分である。
【００４１】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図３を用いて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４２】
半導体レーザー１０の強度は、発熱または劣化などの要因に依存して変化する。半導体レーザー１０の強度が、これらの要因によって変化した場合、フロント面出射光３０およびリア面出射光３１の各強度も変化する。
【００４３】
前記実施形態１で説明した環境パラメータの算出方法１では、上記の要因に依存してリア面出射光３１の強度が変化することを考慮していない。そのため、上記の要因によって変化したリア面出射光３１の強度に基づいて湿度（環境パラメータ）が算出された場合、湿度の算出値に誤差が生じる可能性がある。
【００４４】
一方で、フロント面出射光３０の強度は、湿度には依存しない（図２参照）。そのため、フロント面出射光３０の強度は、上記の要因のみに依存すると考えられる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、フロント面出射光３０の強度を用いて、リア面出射光３１の強度を補正する構成を説明する。本構成によれば、発熱または劣化などの要因に起因するリア面出射光３１の強度変化が環境パラメータの算出精度に与える影響を低減し、環境パラメータの誤差を抑制することができる。
【００４６】
［光学センサシステム２の構成］
図３は、本実施形態に係る光学センサシステム２の概略構成を示す模式図である。図３に示すように、光学センサシステム２は、半導体レーザー１０、フォトダイオード４０、第２のフォトダイオード４１（第２の検出部）、サブマウント５０、および制御演算装置２６０を備えている。
【００４７】
第２のフォトダイオード４１は、前記実施形態１で説明したフォトダイオード４０と同様に、第２のフォトダイオード４１に入射したレーザー光を検出し、その検出値を電気信号に変換する。図３に示すように、第２のフォトダイオード４１には、半導体レーザー１０のフロント面２０から出射されたフロント面出射光３０が入射する。第２のフォトダイオード４１は、フロント面出射光３０の検出値を電気信号（電流信号または電圧信号）に変換して、その電気信号を制御演算装置２６０に送信する。
【００４８】
制御演算装置２６０は、半導体レーザー１０を制御する。また、フォトダイオード４０および第２のフォトダイオード４１から、それぞれ電気信号を受信する。制御演算装置２６０は、複数のチップおよびマイコンで構成することができる。制御演算装置２６０として、パソコンなどの汎用演算装置が使用されてもよい。
【００４９】
制御演算装置２６０は、第２のフォトダイオード４１で検出された電気信号の振幅から、フロント面出射光３０の強度を評価する。また、フォトダイオード４０で検出された電気信号の振幅から、リア面出射光３１の強度を評価する。その後、フロント面出射光３０の強度に基づいて、リア面出射光３１の強度を補正する。そして、制御演算装置２６０は、補正されたリア面出射光３１の強度に基づいて、環境パラメータ（湿度）を算出する。制御演算装置２６０による環境パラメータの算出方法の例を、以下で説明する。
【００５０】
［環境パラメータの算出方法２］
本方法では、フロント面出射光３０の強度で割ったリア面出射光３１の強度と湿度との間の関係が予め評価される。
【００５１】
制御演算装置２６０は、半導体レーザー１０に一定量の電流を注入することによって、半導体レーザー１０を発光させる。半導体レーザー１０の発光の強度が安定した後、制御演算装置２６０は、フォトダイオード４０から受信した電気信号に基づき、リア面出射光３１の強度を評価する。また、第２のフォトダイオード４１から受信した電流信号に基づき、フロント面出射光３０の強度を評価する。制御演算装置２６０は、フロント面出射光３０の強度を評価した後、半導体レーザー１０を消灯する。
【００５２】
次に、制御演算装置２６０は、リア面出射光３１の強度とフロント面出射光３０の強度との比を算出する。発熱または劣化などの要因に依存して、半導体レーザー１０の強度が変化したとき、フロント面出射光３０の強度、およびリア面出射光３１の強度は、同じ割合で変化する。従って、リア面出射光３１の強度をフロント面出射光３０の強度で割ることによって、リア面出射光３１の強度から、上記の要因に起因する変化が除去される。これにより、湿度のみに依存するリア面出射光３１の強度が得られる。
【００５３】
制御演算装置２６０は、上記の関係（フロント面出射光３０の強度で割ったリア面出射光３１の強度と湿度との間の関係）を参照して、フロント面出射光３０の強度で割られたリア面出射光３１の強度に基づいて、環境パラメータ（湿度）を算出する。
【００５４】
［環境パラメータの算出方法３］
制御演算装置２６０は、例えば、以下の方法で、環境パラメータ（湿度）を算出する。
【００５５】
本方法では、フロント面出射光３０の強度が所定値である場合におけるリア面出射光３１の強度と湿度との間の関係が予め評価される。
【００５６】
制御演算装置２６０は、半導体レーザー１０に電流を注入することによって、半導体レーザー１０を発光させ、第２のフォトダイオード４１から受信した電気信号から、フロント面出射光３０の強度を評価する。制御演算装置２６０は、フロント面出射光３０の強度が上記所定値になるように、半導体レーザー１０への注入電流の電流値を制御する。
【００５７】
制御演算装置２６０は、フロント面出射光３０の強度が所定値となったとき、フォトダイオード４０から受信した電気信号から、リア面出射光３１の強度を評価する。そして、リア面出射光３１の強度を評価した後、すぐに半導体レーザー１０を消灯する。
【００５８】
次に、制御演算装置２６０は、リア面出射光３１の強度と湿度との間の上記関係（フロント面出射光３０の強度が所定値である場合におけるリア面出射光３１の強度と湿度との間の関係）を参照して、リア面出射光３１の強度に基づいて、湿度を算出する。
【００５９】
上記の２つの方法によれば、環境パラメータ（湿度）以外の要因のみに依存するフロント面出射光３０の強度によって、リア面出射光３１の強度が補正される。これにより、リア面出射光３１の強度が、環境パラメータ（湿度）以外の要因（半導体レーザー１０の発熱や劣化）に依存しなくなる。従って、制御演算装置２６０は、環境パラメータのみに依存するリア面出射光３１の強度に基づいて、環境パラメータを精度よく算出することができる。
【００６０】
〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図４を用いて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００６１】
本実施形態では、光学センサシステム３が、環境パラメータとして、ガス濃度を算出する。すなわち、本実施形態では、ガス濃度がセンシングの対象となる。
【００６２】
図４は、本実施形態に係る光学センサシステム３の概略構成を示す模式図である。図４に示すように、光学センサシステム３は、半導体レーザー１０、フォトダイオード４０、サブマウント５０、制御演算装置３６０、およびガス感応膜７０を備えている。
【００６３】
ガス感応膜７０は、特定の種類のガス濃度に依存して変化する光学特性（レーザー光の屈折率または透過率）を有する薄膜である。図４に示すように、ガス感応膜７０は、半導体レーザー１０のリア面２１上に配置されている。特定のガス濃度に依存して、ガス感応膜７０の屈折率または透過率が変化する。そのため、特定のガス濃度に依存して、ガス感応膜７０を透過するリア面出射光３１の強度が増減する。
【００６４】
ガス感応膜７０の材料として、例えば、空気中のＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）ガスを吸収することによって膨張（膨潤）し、屈折率が変化する各種高分子材料を使用することができる。あるいは、特定のガスと酸化還元反応または触媒反応を生じ、屈折率や透過率が変化する各種酸化物材料または触媒材料を使用してもよい。
【００６５】
ガス感応膜７０は、特定のガス濃度に依存して、ガス感応膜７０を透過するリア出射光３１の強度を変化させることができるならば、その材料および形状は制限されない。
【００６６】
なお、湿度の変化に伴うリア出射光３１の強度の変化を抑制するために、リア面２１とガス感応膜７０との間には、水分を遮断する水分遮断膜が設けられることが好ましい。水分遮断膜として、例えば、ＳｉＮ薄膜やＡｌＮ薄膜などの窒化物薄膜を使用することができる。
【００６７】
制御演算装置３６０は、半導体レーザー１０を制御する。また、フォトダイオード４０から、リア面出射光３１の強度を表す電気信号を受信し、受信した電気信号から、環境パラメータ（ガス濃度）を算出する。制御演算装置３６０は、複数のチップおよびマイコンで構成することができる。制御演算装置３６０として、パソコンなどの汎用演算装置が使用されてもよい。制御演算装置３６０は、例えば、記憶装置（図示せず）に予め記憶されたガス濃度と光強度との関係に基づいて、湿度を算出してもよい。
【００６８】
上記の構成によれば、環境パラメータとして、特定のガス濃度を算出することができる。
【００６９】
〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について、図５〜図６を用いて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７０】
前記実施形態１〜３では、１つの環境パラメータ（湿度またはガス濃度）が算出される例を説明した。本実施形態では、リア面出射光３１の強度から算出される発振閾値および微分効率に基づいて、複数の環境パラメータ（温度および湿度）が算出される例を説明する。なお、本実施形態に係る光学センサシステム１は、実施形態１で説明した光学センサシステム１（図１参照）と同じ構成を有する。
【００７１】
［発振効率８０と微分効率８１］
まず、発振閾値８０および微分効率８１に関して、図５を参照して説明する。図５は、参考に係る半導体レーザーの発光特性（注入電流と発光強度との関係）を示す模式図である。本実施形態に係る光学センサシステム１が備えた半導体レーザー１０も、参考に係る半導体レーザーと同様の発光特性を有する。
【００７２】
図５に示すように、参考に係る半導体レーザーの発光特性は、概略的に、発振閾値８０を境界として、２つの領域に分類される。半導体レーザーへの注入電流が発振閾値８０よりも小さい場合、半導体レーザーの共振器（導波路および２枚のミラー面）内において、光子数が十分に増幅されないので、レーザー発振が生じない。そのため、半導体レーザーから、レーザー光は出射されず、ＬＥＤと同様の原理に基づいて生成された光のみが出射される。従って、注入電流が発振閾値８０よりも小さい場合、半導体レーザーの発光の強度は小さい。
【００７３】
一方、注入電流が発振閾値８０よりも大きい場合、共振器内において、光子数が十分に増幅され、レーザー発振が生じる。その結果、半導体レーザーから、レーザー光が出射される。注入電流が発振閾値８０よりも大きい場合、半導体レーザーの発光の強度は大きい。注入電流が発振閾値８０よりも大きい場合、半導体レーザーの発光の強度は、注入電流にほぼ比例する。すなわち、半導体レーザーの発光の強度と注入電流との関係は、直線式で表すことができる。その直線式の切片を発振閾値８０として定義するのが一般的である。また、同じ直線式の傾き（単位注入電流あたりの発光強度の増加量）は、微分効率８１と呼ばれる。
【００７４】
［発振効率８０および微分効率８１の算出方法］
ここでは、半導体レーザー１０から出射されるリア面出射光３１の発振効率８０および微分効率８１の算出方法を説明する。発振効率８０および微分効率８１は、制御演算装置３６０によって算出される。なお、制御演算装置３６０の代わりに、ユーザが、発振効率８０および微分効率８１を算出してもよい。
【００７５】
まず、制御演算装置３６０は、発振閾値８０よりも十分に大きな電流値（第１の電流値）の電流を半導体レーザー１０に注入することによって、半導体レーザー１０からレーザー光を出射させる。
【００７６】
制御演算装置３６０は、半導体レーザー１０の発光の強度が安定した後、フォトダイオード４０から受信した電気信号に基づき、リア面出射光３１の強度（第１の強度）を評価する。そして、第１の強度と、第１の電流値との対応関係を、記憶装置（図示せず）に記憶する。制御演算装置３６０は、リア面出射光３１の強度の評価が完了した後、すぐに、半導体レーザー１０を消灯する。
【００７７】
次に、制御演算装置６０は、発振閾値８０よりも十分に大きく、かつ、第１の電流値とは異なる電流値（第２の電流値）の電流を半導体レーザー１０に注入する。制御演算装置３６０は、半導体レーザー１０の発光の強度が安定した後、フォトダイオード４０から受信した電気信号に基づき、リア面出射光３１の強度（第２の強度）を評価する。そして、第２の強度と、第２の電流値との対応関係を、記憶装置に記憶する。
【００７８】
制御演算装置３６０は、以上の動作を繰り返すことによって、リア面出射光３１の強度（第１の強度、第２の強度、ｅｔｃ）と、半導体レーザー１への注入電流の電流値（第１の電流値、第２の電流値、ｅｔｃ）との対応関係を示す複数のデータを取得する。そして、制御演算装置３６０は、得られた複数のデータに対して、最小二乗フィッティング処理を行うことによって、リア面出射光３１の強度と、半導体レーザー１０への注入電流との関係を表す直線式を算出する。算出された直線式の切片が発振閾値８０であり、傾きが微分効率８１である。
【００７９】
なお、上記の算出方法は一例である。制御演算装置３６０は、別の算出方法によって、発振閾値８０および微分効率８１を算出してもよい。
【００８０】
制御演算装置３６０は、算出した発振閾値８０および微分効率８１を用いて、リア面出射光３１の強度に基づいて、環境パラメータ（温度および湿度）を算出する。
【００８１】
［環境パラメータの算出方法４］
制御演算装置３６０は、例えば、以下の方法で、環境パラメータ（温度および湿度）を算出する。
【００８２】
図６の（ａ）〜（ｄ）は、リア面出射光３１の発振閾値８０および微分効率８１の温度依存性および湿度依存性を示す実験データである。
【００８３】
図６の（ａ）、図６の（ｂ）は、ぞれぞれ、発振閾値８０の温度依存性、湿度依存性を示している。図６の（ａ）に示すように、温度が上昇するとともに、発振閾値８０は単調に上昇する。また、図６の（ｂ）に示すように、発振閾値８０は、湿度にほとんど依存しない。
【００８４】
制御演算装置３６０は、図６の（ａ）に示す発振閾値８０の温度依存性に基づいて、温度を算出する。
【００８５】
図６の（ｃ）、図６の（ｄ）は、それぞれ、微分効率８１の温度依存性、湿度依存性を示している。図６の（ｃ）に示すように、微分効率８１は、温度が上昇するとともに、ほぼ線形的に低下する。また、図６の（ｃ）に示すように、微分効率８１は、湿度が上昇するとともに、ほぼ線形的に低下する。
【００８６】
制御演算装置３６０は、先に算出された温度と、図６の（ｄ）（あるいは、図６の（ｃ））に示す微分効率８１の湿度依存性とに基づいて、湿度を算出する。
【００８７】
なお、制御演算装置３６０は、湿度を算出する際、光学センサシステム１に搭載された温度センサ（図示せず）によって検出される温度を利用してもよい。
【００８８】
上記の構成によれば、制御演算装置３６０は、複数の環境パラメータ（温度および湿度）を算出することができる。そのため、制御演算装置３６０を備えた光学センサシステム１は、前記実施形態１の制御演算装置６０を備えた光学センサシステム１と比較して、付加価値が向上する。
【００８９】
〔実施形態５〕
次に、本発明のさらに他の実施形態について、図７を用いて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００９０】
本実施形態では、前記実施形態１に係る光学センサシステム１を備えた光学式ガスセンサシステム１００に関して説明する。光学式ガスセンサシステム１００は、特定のガス濃度をセンシングする装置である。光学式ガスセンサシステム１００は、光学センサシステム１の代わりに、前記実施形態３に係る光学センサシステム３を備えていてもよい。
【００９１】
図７は、本実施形態に係る光学式ガスセンサシステム１００の概略構成を示す模式図である。図７に示すように、光学式ガスセンサシステム１００は、光学センサシステム１、ガス反応体１１０、レンズ１２０Ａ、１２０Ｂ、光検出器１３０（透過光検出部）、および制御演算装置１４０（ガス検出部）を備えている。
【００９２】
ガス反応体１１０は、光学式ガスセンサシステム１００の周辺に存在する特定のガス濃度に依存して変化する光学特性を有する構造体である。ガス反応体１１０は、例えば、ガス濃度の変化に応じて、屈折率または透過率が変化する構造体であってもよい。あるいは、ガス反応体１１０は、ガス濃度が変化したとき、反射率または複屈折率を変化させたり、ガス反応体１１０に入射する光（フロント出射光３０´）に波長シフトを生じさせたりする構造体であってもよい。
【００９３】
ガス反応体１１０の材料として、例えば、空気中のＶＯＣガスを吸収することによって膨張（膨潤）し、屈折率が変化する各種高分子材料を使用することができる。あるいは、特定のガスと酸化還元反応または触媒反応を生じ、屈折率や透過率が変化する各種酸化物材料または触媒材料を使用することができる。
【００９４】
ガス反応体１１０は、特定のガス濃度に依存して、ガス反応体１１０を透過するフロント出射光３０´の強度を変化させることができるならば、その材料および形状は制限されない。
【００９５】
レンズ１２０Ａは、光学センサシステム１から出射されるフロント出射光３０を平行化する。レンズ１２０Ａによって平行化されたフロント出射光３０´は、ガス反応体１１０に入射する。レンズ１２０Ｂは、ガス反応体１１０を透過した透過光１５０を、光検出器１３０に集光する。
【００９６】
光検出器１３０は、レンズ１２０Ｂにより集光された透過光１５０を検出するデバイスである。光検出器１３０として、例えば、フォトダイオードまたはＣｄＳセルなど、種々の光電変換デバイスを使用することができる。光検出器１３０は、透過光１５０の検出値を電気信号（電流信号または電圧信号）に変換して、制御演算装置１４０に送信する。
【００９７】
制御演算装置１４０は、光学センサシステム１を制御する。また、光検出器１３０から受信した電気信号に基づいて、特定のガス濃度を算出する。制御演算装置１４０は、複数のチップおよびマイコンで構成することができる。また、制御演算装置１４０として、パソコンなどの汎用演算装置を使用してもよい。あるいは、制御演算装置１４０は、光学センサシステム１の制御演算装置６０とともに、一つの装置を構成していてもよい。以下に、制御演算装置１４０の動作を説明する。
【００９８】
［制御演算装置１４０の動作］
制御演算装置１４０は、光学センサシステム１を制御することによって、半導体レーザー１０を発光させる。これにより、光学センサシステム１からフロント面出射光３０が出射される。光学センサシステム１から出射されたフロント面出射光３０は、レンズ１２０Ａによって平行化され、ガス反応体１１０に入射する。
【００９９】
ガス反応体１１０に入射したフロント面出射光３０´の一部（透過光１５０）は、ガス反応体１１０を透過する。ここで、ガス反応体１１０の光学特性（屈折率または透過率）は、特定のガス濃度によって変化するため、透過光１５０の強度は、特定のガス濃度に依存して変化する。透過光１５０は、レンズ１２０Ｂによって集光されて、光検出器１３０に入射する。
【０１００】
光検出器１３０は、入射した透過光１５０を検出し、透過光１５０の検出値を電気信号に変換する。そして、変換した電気信号を制御演算装置１４０に送信する。
【０１０１】
制御演算装置１４０は、光検出器１３０から受信した電気信号の振幅から、透過光１５０の強度を評価する。そして、透過光１５０の強度と、特定のガス濃度との関係を参照し、評価した透過光１５０の強度に基づいて、特定のガス濃度を算出する。
【０１０２】
一方、光学センサシステム１の制御演算装置６０は、前記実施形態１で説明したように、リア面出射光３１の強度から、温度、湿度、またはガス濃度などの環境パラメータを算出する。なお、前記実施形態３のように、制御演算装置６０がガス濃度を算出する構成では、ガス反応膜７０（図４参照）が反応するガスと、ガス反応体１１０が反応するガスとは、互いに異なるガスであってよい。
【０１０３】
ここで、ガス反応体１１０が、温度または湿度などに敏感に反応する光学特性を有する場合、温度または湿度が変化することによって、光検出器１３０に検出される透過光１５０の強度が変化する。すなわち、光検出器１３０に検出された透過光１５０の強度は、ガス濃度だけでなく、温度または湿度にも依存する。そのため、透過光１５０の強度に基づいて算出されるガス濃度に誤差（ノイズ）が生じる。
【０１０４】
そこで、制御演算装置１４０は、光学センサシステム１によって算出される温度または湿度に基づいて、透過光１５０の強度に基づいて算出されたガス濃度を補正してもよい。上記の構成では、制御演算装置１４０は、ガス濃度をより精度よく算出することができる。上記の構成では、予め、温度または湿度が所定値である場合におけるガス濃度と透過光１５０の強度との関係が求められる。
【０１０５】
制御演算装置１４０は、まず、ガス濃度が一定値のままで、温度または湿度が所定値から光学センサシステム１によって算出される温度または湿度に変化した場合における透過光１５０の強度の変化量を算出する。上記変化量は、光学センサシステム１によって算出される温度または湿度に依存する。
【０１０６】
その後、制御演算装置１４０は、光検出器１３０に検出された透過光１５０の強度から、上記変化量を減算する。減算後の透過光１５０の強度は、ガス濃度のみに依存する。
【０１０７】
最後に、制御演算装置１４０は、上記関係（温度または湿度が所定値である場合におけるガス濃度と透過光１５０の強度との関係）を参照することによって、減算後の透過光１５０の強度に基づいて、ガス濃度を算出する。
【０１０８】
以上のように、光学式ガスセンサシステム１００は、特定のガス濃度をセンシングすることができるだけでなく、光学センサシステム１によって、温度、湿度、またはガス濃度などの環境パラメータをセンシングすることができる。すなわち、光学ガスセンサシステム１００は、マルチセンシングデバイスである。
【０１０９】
そのため、光学ガスセンサシステム１００は、特定のガス濃度をセンシングすることしかできない従来の光学式ガスセンサシステムに比べて、高い付加価値を有する。また、光学ガスセンサシステム１００は、環境パラメータをセンシングするためのセンサを追加で備える必要がある従来の光学式ガスセンサシステムと比較して、部品の数を減少させることができる。そのため、光学ガスセンサシステム１００は、部品のコスト、部品の輸送コスト、および部品の組立コストを低減することができる。
【０１１０】
なお、別の実施形態では、光学式ガスセンサシステム１００は、ガス反応体１１０の代わりに、任意のサンプルを設置可能なサンプルホルダを備えていてもよい。サンプルホルダは、図７におけるガス反応体１１０の位置に配置される。この構成では、光学式ガスセンサシステム１００を、サンプルの透過率を測定する透過率測定装置として利用することができる。
【０１１１】
〔実施形態６〕
本発明のさらに他の実施形態について、図８を用いて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１２】
本実施形態では、前記実施形態１に係る光学センサシステム１を備えた微粒子センサシステム２００に関して説明する。微粒子センサシステム２００は、空中に浮遊する微粒子（ホコリ）を検出する装置である。なお、微粒子センサシステム２００は、光学センサシステム１の代わりに、前記実施形態３に係る光学センサシステム３を備えていてもよい。
【０１１３】
［微粒子センサシステム２００の構成］
図８は、本実施形態に係る微粒子センサシステム２００の概略構成を示す模式図である。図８に示すように、微粒子センサシステム２００は、光学センサシステム１、レンズ２１０、光検出器２２０（散乱光検出部）、および制御演算装置２３０（微粒子検出部）を備えている。
【０１１４】
レンズ２１０は、光学センサシステム１から出射されるフロント出射光３０を平行化する。レンズ２１０によって平行化されたフロント出射光３０´は、検出領域２４０に入射する。
【０１１５】
検出領域２４０内に微粒子２５０が浮遊している場合、検出領域２４０に入射したフロント面出射光３０´の一部が、微粒子２５０によって散乱されることにより、散乱光２６０が発生する。発生した散乱光２６０の少なくとも一部は、光検出器２２０に入射する。
【０１１６】
光検出器２２０は、入射した散乱光２６０を検出する。そして、光検出器２２０は、散乱光２６０の検出値を電気信号（電流信号または電圧信号）に変換して、変換した電気信号を制御演算装置２３０に送信する。光検出器２２０として、例えば、フォトダイオードまたはＣｄＳセルなど、種々の光電変換デバイスを使用することができる。
【０１１７】
制御演算装置２３０は、制御演算装置２３０は、光学センサシステム１を制御する。また、光検出器２２０から受信した電気信号の振幅に基づいて、散乱光２６０の強度を評価する。そして、評価した散乱光２６０の強度に基づいて、検出領域２４０中に微粒子２５０が存在するか否かを判定する。制御演算装置２３０は、例えば、散乱光２６０の強度が所定値以上である場合に、検出領域２４０中に微粒子２５０が含まれると判定してもよい。
【０１１８】
制御演算装置２３０は、検出領域２４０中に微粒子２５０が存在する場合、散乱光２６０の強度に基づいて、検出領域２４０に含まれる微粒子２５０の含有量を算出（評価）する。
【０１１９】
制御演算装置２３０は、複数のチップおよびマイコンで構成することができる。また、制御演算装置２３０として、パソコンなどの汎用演算装置を使用してもよい。あるいは、制御演算装置２３０は、光学センサシステム１の制御演算装置６０とともに、一つの装置を構成していてもよい。
【０１２０】
光学センサシステム１の制御演算装置６０は、前記実施形態１で説明したように、リア面出射光３１の強度に基づいて、温度、湿度、またはガス濃度などの環境パラメータを算出する。制御演算装置６０が、環境パラメータを算出するために、半導体レーザー１０を発光させたとき、発光の一部または全てが、フロント面出射光３０´として、検出領域２４０に入射する。
【０１２１】
制御演算装置２３０は、検出領域２４０における微粒子２５０の含有量を評価する際、上記フロント面出射光３０´（すなわち、制御演算装置６０が、環境パラメータを算出するために、半導体レーザー１０を発光させたとき、検出領域２４０に入射するフロント面出射光３０´）を利用することが好ましい。この構成では、半導体レーザー１０が１度発光している間に、制御演算装置６０によって、環境パラメーが算出されるとともに、制御演算装置２３０によって、検出領域２４０における微粒子２５０の含有量が評価される。
【０１２２】
そのため、制御演算装置６０および制御演算装置２３０が、半導体レーザー１０を何度も発光させる必要がない。また、半導体レーザー１０の累積発光時間が抑制される。その結果、半導体レーザー１０、光学センサシステム１、および微粒子センサシステム２００の寿命が伸びる。また、微粒子センサシステム２００の消費電力が低減される。
【０１２３】
以上のように、微粒子センサシステム２００は、空中（検出領域２４０）に浮遊する微粒を検出することができるだけでなく、光学センサシステム１によって、温度、湿度、またはガス濃度などの環境パラメータを算出することができる。すなわち、微粒子センサシステム２００は、空気の質および安全に関する複数の対象をセンシングすることが可能なマルチセンシングデバイスである。
【０１２４】
そのため、微粒子センサシステム２００は、空中に浮遊する微粒子を検出することしかできない従来の微粒子センサシステムに比べて、高い付加価値を有する。また、微粒子センサシステム２００は、環境パラメータをセンシングするためのセンサを追加で備える必要がないので、従来の微粒子センサシステムに比べて、部品の点数を低減することができる。その結果、微粒子センサシステム２００は、部品のコスト、部品の輸送コスト、および部品の組立コストを低減することができる。
【０１２５】
なお、別の実施形態では、微粒子センサシステム２００は、検出領域２４０内に、任意のサンプルを設置可能なサンプルホルダを備えていてもよい。この構成では、微粒子センサシステム２００を、サンプルホルダに設置されたサンプルの透過率を測定する透過率測定装置として利用することができる。
【０１２６】
［空気清浄機２０１の構成］
図９を用いて、前述した微粒子センサシステム２００を備えた空気清浄機２０１の一例を説明する。図９は、空気清浄機２０１の概略構成を示す模式図である。
【０１２７】
図９に示すように、空気清浄機２０１は、微粒子センサシステム２００、空気清浄フィルタ２７０、空気取込口２８０、および空気吹出口２９０を備えている。
【０１２８】
空気清浄フィルタ２７０は、空気取込口２８０を通って空気清浄機２０１に流入した空気に含まれる微粒子およびガス等の汚染物質を取り除く。空気清浄フィルタ２７０は、例えば、ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）であってよい。空気清浄フィルタ２７０は、空気清浄機２０１に流入した空気に水を噴射したり、空気を水に潜らしたりすることによって、その空気を清浄化してもよい。空気清浄フィルタ２７０を通過することによって清浄化された空気は、空気吹出口２９０に送出される。
【０１２９】
空気取込口２８０は、周辺の空気を空気清浄機２０１内に取込み、取り込んだ空気を空気清浄フィルタ２７０に供給する。
【０１３０】
空気吹出口２９０は、空気清浄フィルタ２７０を通過することによって汚染物質を取り除かれた空気を、空気清浄機２０１の外部に吹き出す。
【０１３１】
なお、空気清浄機２０１は、加湿機能および除湿機能を有していてもよい。この構成では、空気清浄機２０１は、微粒子センサシステム２００に搭載された光学センサシステム１によって算出される湿度（環境パラメータ）に基づいて、加湿能力および除湿能力の高さを制御してもよい。
【０１３２】
また、空気清浄機２０１は、微粒子センサシステム２００によって検出された微粒子の量に基づいて、空気清浄能力の高さを制御してもよい。あるいは、空気清浄機２０１は、微粒子センサシステム２００によって検出された微粒子の量、または、光学センサシステム１によって算出された環境パラメータを表示部（図示せず）に表示することによって、空気の状態および安全性を利用者に通知してもよい。
【０１３３】
上記のいずれの構成においても、空気清浄機２０１は、微粒子センサシステム２００または光学センサシステム１によるセンシングの結果のみに基づいて動作する。そのため、微粒子センサシステム２００は、上記の動作を実現するために、複数のセンサを備える必要がない。従って、微粒子センサシステム２００は、複数のセンサを備えた従来の微粒子センサシステムに比べて、部品の点数を低減するとともに、部品のコスト、部品の輸送コスト、および部品の組立コストを低減することができる。
【０１３４】
〔実施形態７〕
本発明のさらに他の実施形態について、図１０を用いて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１３５】
本実施形態では、前記実施形態１に係る光学センサシステム１を備えた発光装置３００に関して説明する。発光装置３００は、光学センサシステム１が備えた半導体レーザー１０が生成したレーザー光を外部に出射する装置である。発光装置３００は、光学センサシステム１によって算出される環境パラメータの結果に基づいて、半導体レーザー１０の発光条件を制御する。なお、発光装置３００は、光学センサシステム１の代わりに、前記実施形態３に係る光学センサシステム３を備えていてもよい。
【０１３６】
図１０は、本実施形態に係る発光装置３００の概略構成を示す模式図である。図１０に示すように、発光装置３００は、光学センサシステム１、ケース３１０、温度調整器３２０、および制御演算装置３３０（発光条件制御部）を備えている。
【０１３７】
光学センサシステム１は、環境パラメータ（温度、湿度、ガス濃度）を算出して、算出した環境パラメータを制御演算装置３３０に送信する。
【０１３８】
ケース３１０は、光学センサシステム１全体を保護する。ケース３１０は、特に、光学センサシステム１が備えた半導体レーザー１０を保護する。ケース３１０は、一般的に、樹脂、金属、ガラス等で構成される。ケース３１０には、半導体レーザー１０から出射されるフロント面出射光３０をケース３１０の外部に引き出すための窓が設けられている。外部に引き出されたフロント面出射光３０は、様々な応用用途に使用される。
【０１３９】
ここで、半導体レーザー１０は、大気開放された状態で使用される品種と、湿度を含まない純窒素または純空気中に封止された状態で使用される品種とに分類される。半導体レーザー１０が、大気開放された状態で使用される品種である場合、ケース３１０は封止される必要がない。上記の場合、ケース３１０の内部は大気開放される。
【０１４０】
一方、半導体レーザー１０が、封止された状態で使用される品種である場合、ケース３１０は厳密に封止される。上記の場合、ケース３１０の内部は、純窒素または純空気で充満される。
【０１４１】
温度調整器３２０は、光学センサシステム１の温度と、予め定められた設定温度とが一致するように、光学センサシステム１の温度を調整する。また、光学センサシステム１から発生する熱を外部に排出する。光学センサシステム１の設定温度は、使用者によって設定されてもよいし、制御演算装置３２０によって設定されてもよい。温度調整器３２０は、例えば、ペルチェ素子またはフィンで構成されていてもよい。温度調整器３２０は、ペルチェ素子で構成されている場合、光学センサシステム１の温度を厳密に制御することができる。温度調整器３２０は、光学センサシステム１の温度を、環境の温度以下に冷却することができる。光学センサシステム１の温度が環境の温度以下となったとき、光学センサシステム１に結露が発生する可能性がある。
【０１４２】
制御演算装置３３０は、光学センサシステム１を制御する。また、光学センサシステム１から受信した環境パラメータ（周辺パラメータ）に基づいて、温度調整器３２０の設定温度、および半導体レーザー１０の発光条件を制御する。制御演算装置３３０は、複数のチップおよびマイコンで構成することができる。また、制御演算装置３３０として、パソコンなどの汎用演算装置を使用してもよい。あるいは、制御演算装置３３０は、光学センサシステム１の制御演算装置６０とともに、一つの装置を構成していてもよい。
【０１４３】
通常、半導体レーザー１０は、高湿度な環境下で使用されることを想定して製造されていない。そのため、半導体レーザー１０は、高湿度な環境で使用された場合、故障する可能性が極めて高い。また、光学センサシステム１の温度が露点を下回った場合、光学センサシステム１に結露が発生する可能性がある。光学センサシステム１に結露が発生し、半導体レーザー１０に水滴が付着した場合、その水滴が、半導体レーザー１０を故障させる原因となる。制御演算装置３３０は、これらの問題を解決する様に動作する。以下に、制御演算装置３３０の動作を説明する。
【０１４４】
［制御演算装置３３０の動作］
制御演算装置３３０の動作は、半導体レーザー１０の品種、および、ケース３１０の封止の有無によって異なる。より詳細には、制御演算装置３３０の動作は、（１）半導体レーザー１０が、純窒素や純空気中に封止された状態で使用される品種であり、ケース３１０が封止されている場合と、（２）半導体レーザー１０が、大気開放された状態で使用される品種であり、ケース３１０が封止されていない場合との間で異なる。
【０１４５】
（（１）の場合における制御演算装置３３０の動作）
まず、上記（１）の場合における制御演算装置３３０の動作を説明する。この場合、制御演算装置３３０は、光センサシステム１によって検出される湿度の高さに基づいて、ケース３１０に封止破れがあるか否かを判定する。また、光センサシステム１によって算出される湿度が所定の上限値よりも大きい場合、半導体レーザー１０の発光を停止する。以下で、制御演算装置３３０の動作をより詳細に説明する。
【０１４６】
制御演算装置３３０は、光学センサシステム１を制御することによって、半導体レーザー１０を発光させる。制御演算装置３３０が半導体レーザー１０を発光させている間、光学センサシステム１は、光学センサシステム１の周辺における湿度（環境パラメータ）を検出する。光学センサシステム１は、検出した湿度を制御演算装置３３０に通知する。
【０１４７】
ここで、ケース３１０に封止破れが発生していないとき、ケース３１０の内部では、湿度が低い状態が保たれる。一方、ケース３１０に封止破れが発生しているとき、大気（ケース３１０の外部）に含まれる湿気がケース３１０の内部に流入する。そのため、ケース３１０に封止破れが発生しているとき、光学センサシステム１によって検出される湿度は高くなる。
【０１４８】
制御演算装置３３０は、光学センサシステム１から通知された湿度が所定の上限値以下である場合、半導体レーザー１０の発光を継続する。一方、制御演算装置３３０は、光学センサシステム１から通知された湿度が所定の上限値よりも高い場合、半導体レーザー１０の発光を停止する。
【０１４９】
これにより、制御演算装置３３０は、高湿度な環境で半導体レーザー１０が発光し続けることを防止することができる。その結果、半導体レーザー１０が故障する可能性が低減される。
【０１５０】
なお、発光装置３００は、表示装置を備え、ケース３１０に封止破れが発生した旨を表示装置に表示してもよい。この構成では、発光装置３００は、ケース３１０を再封止すること、および、ケース３１０の各部品を交換することなどを、使用者に促すことができる。
【０１５１】
（（２）の場合における制御演算装置３３０の動作）
次に、上記（２）の場合における制御演算装置３３０の動作を説明する。この場合、制御演算装置３３０は、光学センサシステム１に結露が発生することを防止する。以下で、制御演算装置３３０の動作をより詳細に説明する。なお、温度調整器３２０は、ペルチェ素子で構成されているとする。
【０１５２】
制御演算装置３３０は、光学センサシステム１を制御することによって、半導体レーザー１０を発光させる。制御演算装置３３０が半導体レーザー１０を発光させている間、光学センサシステム１は、リア面出射光３１を利用して、光学センサシステム１の周辺における湿度（環境パラメータ）を検出する。光学センサシステム１は、検出した湿度を制御演算装置３３０に通知する。
【０１５３】
制御演算装置３３０は、光学センサシステム１から通知された湿度と、温度調整器３２０の設定温度とに基づいて、光学センサシステム１に結露が発生する温度（露点）を算出する。制御演算装置３３０は、温度調整器３２０の設定温度が露点を上回っている場合、半導体レーザー１０の発光を継続する一方、温度調整器３２０の設定温度が露点を下回っている場合、半導体レーザー１０の発光を停止する。
【０１５４】
これにより、制御演算装置３３０は、光学センサシステム１に結露が発生することを防止することができる。その結果、半導体レーザー１０が故障する可能性が低減される。
【０１５５】
あるいは、制御演算装置３３０は、温度調整器３２０の設定温度が露点を下回っている場合、温度調整器３２０の設定温度を上昇させてもよい。これにより、光学センサシステム１の温度が上昇するので、光学センサシステム１に結露が発生し難くなる。
【０１５６】
以上のように、発光装置３００は、光学センサシステム１によって算出される環境パラメータに基づいて、半導体レーザー１０の発光条件を制御する。これにより、半導体レーザー１０が故障したり、光学センサシステム１に結露が発生したりすることを防止することができる。
【０１５７】
また、発光装置３００は、湿度を検出する湿度センサを備える必要がない。従って、発光装置３００は、湿度センサを備えた従来の発光装置に比べて、部品の点数を低減するとともに、部品のコスト、部品の輸送コスト、および部品の組立コストを低減することができる。
【０１５８】
なお、光学センサシステム１は、環境パラメータとして、湿度ではなく、半導体レーザー１０の故障の原因となる腐食性ガス（オゾンまたは塩素など）のガス濃度を検出してもよい。この構成では、演算制御装置３３０は、光学センサシステム１によって検出された腐食性ガスのガス濃度の高さに基づいて、半導体レーザー１０の発光条件を制御する。
【０１５９】
〔実施形態８〕
本発明のさらに他の実施形態について、図１１を用いて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１６０】
本実施形態では、前記実施形態１に係る光学センサシステム１を備えた画像印刷装置４００に関して説明する。画像印刷装置４００は、印刷用紙Ｐに画像を印刷する画像印刷機能を有する装置である。画像印刷装置４００は、光学センサシステム１によって算出される環境パラメータに基づいて、画像の印刷条件を制御する。ここで、印刷条件とは、画像を印刷する際における画像印刷装置４００の動作または状態を規定する条件のことである。印刷条件の具体例を後述する。なお、画像印刷装置４００は、光学センサシステム１の代わりに、前記実施形態３に係る光学センサシステム３を備えていてもよい。
【０１６１】
図１１は、本実施形態に係る画像印刷装置４００の概略構成を示す模式図である。図１１に示すように、画像印刷装置４００は、光学センサシステム１、感光ドラム４１０、帯電ユニット４２０、トナーユニット４３０、給紙ユニット４４０、定着ユニット４５０、レンズ４６０Ａ・４６０Ｂ、および制御演算装置４７０（条件制御部）を備えている。
【０１６２】
光学センサシステム１は、前記実施形態４で説明したように、半導体レーザー１０への注入電流の電流値とリア面出射光３１の強度との間の関係を用いて、複数の環境パラメータ（温度、湿度等）を算出する。
【０１６３】
感光ドラム４１０の表面には、帯電した感光シートが貼付されている。帯電した感光シートは、光学センサシステム１からフロント面出射光３０´を照射されることによって除電される。感光シートの材料として、光を照射されることによって電気伝導性が変化する物質（有機感光体（ＯＰＣ）またはセレンなど）が利用される。感光ドラム４１０の感光シートにフロント面出射光３０´が照射されたとき、感光シートの電気伝導性が上昇する。すると、感光シートの表面に蓄積した電荷は、感光シートの外部へと流出する。感光シートにおいて、光を照射されなかった領域は帯電したままである一方、光を照射された領域は非帯電の状態に変化する。その結果、感光シートにおいて、光を照射されなかった領域は、電荷で描かれた静電潜像を形成する。
【０１６４】
帯電ユニット４２０は、感光ドラム４１０の表面に貼付された感光シートを帯電させる。一般的に、感光シートを帯電させるために、コロナ放電方式が利用される。帯電ユニット４２０は、コロナ放電方式を利用する場合、針状電極に高電圧を印加することによって、コロナ放電を引き起こし、感光シートに添加する電荷を発生させる。
【０１６５】
トナーユニット４３０は、感光ドラム４１０の感光シートに形成された静電潜像を現像する。一般的に、静電潜像を現像するために、磁気ブラシ現像方式が利用される。トナーユニット４３０は、磁気ブラシ現像方式を利用する場合、トナー粒子と磁性体粉末（キャリア）とを混合することによって、トナー粒子をキャリアに付着させた後、磁力によって、トナー粒子が付着したキャリアをブラシ状に立たせる。そして、ブラシ状のキャリアで、感光ドラム４１０の感光シートを擦る。すると、キャリアに付着したトナー粒子は、感光シートに形成された静電潜像を構成する電荷と結合する。これにより、静電潜像が現像される。
【０１６６】
給紙ユニット４４０は、２つのローラーを備えており、ローラーを回転させることによって、ローラーの間に挟まれた印刷用紙Ｐを感光ドラム４１０に向けて送出する。休止ユニット４４０から感光ドラム４１０に向けて送出された印刷用紙Ｐは、感光ドラム４１０の感光シートと接触する。すると、感光ドラム４１０の感光シートに付着したトナー粒子が印刷用紙Ｐに移動する。これにより、感光ドラム４１０の感光シートに描かれた画像（現像された静電潜像）が印刷用紙Ｐに転写される。
【０１６７】
定着ユニット４５０は、ローラーおよびヒーターを備えており、ローラーによって印刷用紙Ｐを押さえつけながら、ヒーターによって印刷用紙Ｐを加熱することによって、トナー粒子を印刷用紙に固定（定着）させる。
【０１６８】
レンズ４６０Ａは、光学センサシステム１から出射されるフロント面出射光３０を平行化する。レンズ４６０Ｂは、レンズ４６０Ａによって平行化されたフロント面出射光３０´を集光をする。レンズ４６０Ｂによって集光されたフロント面出射光３０´は、感光ドラム４１０の感光シートに入射する。
【０１６９】
制御演算装置４７０は、画像印刷装置４００が備えた各ユニットおよび光学センサシステム１を制御する。また、外部から受信した画像データを処理したり、光学センサシステム１から環境パラメータを受信したりする。制御演算装置４７０は、複数のチップおよびマイコンで構成することができる。また、制御演算装置４７０として、パソコンなどの汎用演算装置を使用してもよい。あるいは、制御演算装置４７０は、光学センサシステム１の制御演算装置６０とともに、一つの装置を構成していてもよい。
【０１７０】
［制御演算装置４７０の動作］
制御演算装置４７０は、外部から画像データを受信したとき、以下の手順で、画像を印刷用紙Ｐに印刷する。
【０１７１】
まず、制御演算装置４７０は、感光ドラム４１０に向けて印刷用紙Ｐを送出するように、給紙ユニット４４０を制御する。また、帯電ユニット４２０に、感光ドラム４１０の感光シートを帯電させる。
【０１７２】
続いて、制御演算装置４７０は、光学センサシステム１に、フロント面出射光３０を出射させる。このとき、制御演算装置４７０は、受信した画像データに従って、フロント面出射光３０の出射方向を制御することにより、感光ドラム４１０の感光シートに静電潜像を描く。
【０１７３】
その後、制御演算装置４７０は、トナーユニット４３０に、感光ドラム４１０の感光シートに描かれた静電潜像を現像させる。給紙ユニット４４０によって送出された印刷用紙Ｐと感光ドラム４１０とが接触することによって、感光ドラム４１０の感光シートに描かれた画像は、印刷用紙Ｐに転写される。最後に、制御演算装置４７０は、印刷用紙Ｐに転写された画像を印刷用紙Ｐに定着させるように、定着ユニット４５０を制御する。
【０１７４】
上記の手順において、制御演算装置４７０は、光学センサシステム１によって算出された環境パラメータ（温度、湿度等）に基づいて、印刷条件を調整することができる。
【０１７５】
例えば、感応ドラム４１０の感光シートの材料として使用される有機感光体やセレンの最適な露光量は、湿度および温度によって異なる。そこで、制御演算装置４７０は、光学センサシステム１によって算出された温度および湿度の少なくとも一方に基づいて、感光シートの露光量を調整してもよい。
【０１７６】
その他にも、制御演算装置４７０は、光学センサシステム１によって算出される環境パラメータに基づいて、様々な印刷条件を調整してよい。制御演算装置４７０が調整することができる印刷条件には、（１）感光ドラム４１０の感光シートの帯電量、（２）感光シートから印刷用紙Ｐに転写された画像を印刷用紙Ｐに定着させる際における画像の加熱温度、および、（３）画像印刷装置４００が備えた各ローラーの回転速度などが含まれる。
【０１７７】
これにより、制御演算装置４７０は、印刷の品質を向上させるとともに、紙詰まり等の問題が発生する可能性を低減することができる。
【０１７８】
画像印刷装置４００は、環境パラメータ（温度、湿度）を検出するためのセンサを備える必要がない。従って、画像印刷装置４００は、環境パラメータ（温度、湿度）を検出するためのセンサを備えた従来の画像印刷装置と比べて、部品の点数を低減するとともに、部品のコスト、部品の輸送コスト、および部品の組立コストを低減することができる。
【０１７９】
なお、制御演算装置４７０は、画像の印刷濃度を調整することができるように構成されていてもよい。画像の印刷濃度は、感光ドラム４１０の感光シートの露光量に依存して変化する。半導体レーザー１０が、パルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Amplitude Modulation）法を用いて駆動される場合、制御演算装置４７０は、半導体レーザー１０に一定の注入電流を注入しながら、フロント面出射光３０のパルス幅を調整するように演算装置６０に制御することによって、感光ドラム４１０の感光シートの露光量を簡単に調整することができる。
【０１８０】
従って、フロント面出射光３０の応用用途の観点では、半導体レーザー１０から出射されるレーザー光は、パルス幅変調されることが好ましい。
【０１８１】
しかしながら、制御演算装置４７０が、パルス幅変調法を用いて、半導体レーザー１０を一定の注入電流で駆動する場合、制御演算装置６０は、半導体レーザー１０への注入電流とリア面出射光３１の強度との関係を求めることができない。
【０１８２】
従って、リア面出射光３１の用途（環境パラメータの算出）の観点では、半導体レーザー１０から出射されるレーザー光は、パルス振幅変調されない（すなわち、半導体レーザー１０はアナログ波を出射する）ことが好ましい。
【０１８３】
このように、フロント面出射光３０の用途と、リア面出射光３１の用途との間で、半導体レーザー１０の最適な駆動方法が異なる場合、用途ごとに最適な駆動方法が選択されることが好ましい。すなわち、制御演算装置４７０が、フロント面出射光３０を用いて、感光ドラム４１０の感光シートを感光させるとき、制御演算装置６０は、パルス幅変調法を用いて、半導体レーザー１０を駆動する。一方、制御演算装置６０が、リア面出射光３１を用いて、環境パラメータを算出するとき、制御演算装置６０は、アナログ変調法を用いて、半導体レーザー１０を駆動する。
【０１８４】
なお、フロント面出射光３０の用途と、リア面出射光３１の用途との間で、半導体レーザー１０の最適な発光条件が異なる場合も、用途ごとに最適な発光条件が選択されることが好ましい。ここで、発光条件には、発光デバイスが生成する発光の出力に影響する様々な要因が含まれる。選択可能な発光条件の具体例としては、制御温度、注入電流値、駆動方式（連続発振、パルス発振など）、変調方式（アナログ変調、ＰＷＭ変調、ＰＡＭ変調など）が挙げられる。
【０１８５】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光学センサシステム（１〜３）は、所定の用途に使用される第１の発光（フロント面出射光３０）を生成する発光デバイス（半導体レーザー１０）を備えた光学センサシステムであって、上記発光デバイスは、第２の発光（リア面出射光３１）をさらに生成し、上記第２の発光を検出する発光検出部（フォトダイオード４０）と、上記発光検出部によって検出された上記第２の発光の検出値を用いて、上記発光デバイスの周囲の環境の指標である環境パラメータを算出する環境パラメータ算出部（制御演算装置６０）と、を備えている。
【０１８６】
上記の構成によれば、第２の発光を検出する発光検出部の検出値から、環境パラメータが算出される。従って、環境パラメータを検出するためのセンサを追加で備える必要がないので、光学センサシステムの小型化および低コスト化を実現することができる。環境パラメータは、例えば、温度、湿度、およびガス濃度のうちの少なくとも１つであってよい。算出された環境パラメータは、光学センサシステムの様々な動作に活用される。
【０１８７】
一方、光学センサシステムから出射された第１の発光は、環境パラメータの算出とは異なる様々な用途に使用される。それゆえ、第１の発光を通常の光源として使用可能であるとともに、第２の発光で環境パラメータを算出可能な光学センサシステムを提供することができる。
【０１８８】
本発明の態様２に係る光学センサシステムは、上記態様１において、上記発光デバイスが生成する発光の出力に影響する要因を発光条件と呼ぶとき、上記環境パラメータ算出部が上記環境パラメータを算出する際における上記発光デバイスの発光条件と、外部に出射された上記第１の発光が上記所定の用途に使用される際における上記発光条件とが異なっていてもよい。
【０１８９】
上記の構成によれば、環境パラメータが算出されるときと、第１の発光が所定の用途に使用されるときとにおいて、それぞれ、最適な発光デバイスの発光条件を選択することができる。発光デバイスは半導体レーザーであってよい。半導体レーザーは、小型かつ安価であるため、本発明に係る光学センサシステムの光源として好適である。
【０１９０】
本発明の態様３に係る光学センサシステムは、上記態様１において、上記環境パラメータ算出部が上記環境パラメータを算出する際における上記発光デバイスの発光の少なくとも一部が、上記第１の発光として、上記所定の用途に利用されてもよい。
【０１９１】
上記の構成によれば、発光デバイスを１回発光させている間に、第２の発光を用いて、環境パラメータを算出するとともに、第１の発光を、所定の用途に利用することができる。そのため、発光デバイスを複数回発光させる構成と比較して、発光デバイスの累積発光時間を減少させるとともに、光学センサシステムの寿命を延ばすことができる。さらに、光学センサシステムの消費電力を低減することができる。
【０１９２】
本発明の態様４に係る光学センサシステムは、上記態様１〜３のいずれかにおいて、上記環境パラメータ算出部は、複数の上記環境パラメータを算出してもよい。
【０１９３】
上記の構成によれば、複数の環境パラメータを算出することができるため、１つの環境パラメータを算出する構成と比較して、光学センサシステムの付加価値を向上させることができる。
【０１９４】
本発明の態様５に係る光学センサシステムは、上記態様１〜４のいずれかにおいて、上記環境パラメータ算出部は、上記発光デバイスに一定量の電流が注入されたとき、上記発光検出部によって検出される上記第２の発光の検出値に基づいて、上記環境パラメータを算出してもよい。
【０１９５】
上記の構成によれば、一定量の電流が注入された発光デバイスから出射される第２の発光の強度に基づいて、環境パラメータが算出される。従って、簡素な構成を持つ安価な光学センサシステムを提供することができる。
【０１９６】
本発明の態様６に係る光学センサシステムは、上記態様１〜５のいずれかにおいて、上記発光デバイスはレーザー光源を含んでおり、上記環境パラメータ算出部は、上記第２の発光の検出値と上記レーザー光源の発振閾値との間の対応関係を参照することによって、上記発光検出部によって検出される上記第２の発光の検出値から、上記レーザー光源の発振閾値を算出し、算出した上記発振閾値に基づいて、上記環境パラメータを算出してもよい。
【０１９７】
上記の構成によれば、発光デバイスの発光の発振閾値に基づいて、環境パラメータが算出される。そのため、発振閾値（発振条件）が特異的に変化した場合であっても、変化後の発振閾値に基づいて、環境パラメータを高精度に算出することができる。
【０１９８】
本発明の態様７に係る光学センサシステムは、上記態様１〜６のいずれかにおいて、上記発光デバイスはレーザー光源を含んでおり、上記環境パラメータ算出部は、上記第２の発光の検出値と上記レーザー光源の発振閾値との間の対応関係を参照することによって、上記発光検出部によって検出される上記第２の発光の検出値から、上記レーザー光源の微分効率を算出し、算出した上記微分効率に基づいて、上記環境パラメータを算出してもよい。
【０１９９】
上記の構成によれば、発光デバイスの発光の微分効率に基づいて、環境パラメータが算出される。そのため、微分効率（発振条件）が特異的に変化した場合であっても、変化後の微分効率に基づいて、環境パラメータを高精度に算出することができる。
【０２００】
本発明の態様８に係る光学センサシステムは、上記態様１〜７のいずれかにおいて、上記環境パラメータは、温度、湿度、およびガス濃度のうち、少なくともいずれか１つであってもよい。
【０２０１】
上記の構成によれば、光学センサシステムの多くの動作に活用し得る温度や湿度を、環境パラメータとして算出することができる。また、発光デバイスの動作や信頼性に影響する特定のガス濃度を、環境パラメータとして算出することができる。
【０２０２】
本発明の態様９に係る光学センサシステムは、第１の発光および第２の発光を生成する発光デバイスを備えた光学センサシステムであって、上記第２の発光を検出する発光検出部と、上記発光検出部によって検出された上記第２の発光の検出値を用いて、上記発光デバイスの周囲の環境の指標である環境パラメータを算出する環境パラメータ算出部と、を備えており、上記発光デバイスは、上記第１の発光を出射する第１の発光面と、上記第２の発光を出射する第２の発光面とを備えており、上記第１の発光面および上記第２の発光面は、上記環境パラメータが変化したとき、上記第１の発光の強度の変化率が、上記第２の発光の強度の変化率よりも小さくなるように構成されている。
【０２０３】
上記の構成によれば、第２の発光は、環境パラメータの変化に起因する強度の変化率が比較的大きい。そのため、第２の発光の強度に基づいて、高感度に環境パラメータを評価することができる。一方、第１の発光は、環境パラメータの変化に起因する強度の変化率が比較的小さい。そのため、第１の発光は、通常の光源として、様々な用途に使用することができる。ゆえに、環境パラメータを算出可能であるとともに、光源としても使用可能である、付加価値の高い光学センサシステムを提供することができる。
【０２０４】
本発明の態様１０に係る光学センサシステムは、上記態様９において、上記第１の発光面および上記第２の発光面は、上記環境パラメータが変化したとき、上記第１の発光の強度の変化率が、上記第２の発光の強度の変化率の１／２０以下となるように構成されていてもよい。
【０２０５】
上記の構成によれば、環境パラメータが変化したとき、第２の発光の強度の変化率は、第１の発光の強度の変化率の１／２０以下である。よって、第２の発光は、環境パラメータの変化に高感度で応答する。そのため、第２の発光の強度に基づいて、環境パラメータを精度よく算出することができる。一方、第１の発光の強度は、環境パラメータの変化によらずほとんど一定である。そのため、第１の発光は、環境パラメータが変化した場合であっても、第２の用途に問題なく使用することができる。
【０２０６】
本発明の態様１１に係る光学センサシステムは、上記態様９または１０において、上記第１の発光面は、上記発光デバイスの内部側の反射率が８５％以上であってもよい。
【０２０７】
上記の構成によれば、第１の発光面の反射率が高いため、発光デバイスの発振閾値を低下させるとともに、システムの省電力化を実現することができる。
【０２０８】
また、環境パラメータが変化したとき、第２の発光の強度は大きく変化する。なぜならば、第１の発光面の反射率が大きいことは、第１の発光面の透過率が小さいことを意味する。そのため、環境パラメータが変化したとき、第１の発光面の透過率は大きく変化し、その結果、第２の発光の強度も大きく変化する。すなわち、第２の発光は、環境パラメータの変化に高感度で応答する。ゆえに、第２の発光の強度に基づいて、環境パラメータを精度よく算出することができる。
【０２０９】
本発明の態様１２に係る光学センサシステムは、上記態様１〜１１のいずれかにおいて、上記第１の発光を検出する第２の検出部をさらに備え、上記環境パラメータ算出部は、上記第２の検出部による上記第１の発光の検出値に基づいて、上記環境パラメータの算出結果を補正してもよい。
【０２１０】
上記の構成によれば、第１の発光の検出値に基づいて、環境パラメータの算出結果が補正される。ここで、第２の発光の強度は、環境パラメータだけでなく、発光デバイスの出力にも依存する。一方、前述のように、第１の発光の強度は、環境パラメータにほとんど依存しない。第１の発光の強度は、発光デバイスの出力にのみ依存する。
【０２１１】
発光デバイスの出力が変化することによって、第２の発光の強度が変化したとき、第２の発光の強度から算出される環境パラメータは、発光デバイスの出力の変化に起因する誤差を含む。しかしながら、上記の構成によれば、環境パラメータの算出結果から、発光デバイスの出力の変化に起因する誤差を除去するように、第１の発光の強度によって、環境パラメータの算出結果を補正することができる。ゆえに、補正された高精度な環境パラメータを得ることができる。
【０２１２】
本発明の態様１３に係る光学センサシステムは、上記態様１２において、上記環境パラメータ算出部は、上記第２の検出部によって検出される上記第１の発光の検出値が略一定となるように、上記発光デバイスの発光を制御してもよい。
【０２１３】
上記の構成によれば、第１の発光の検出値が略一定となるように、発光デバイスの発光が制御される。そのため、第１の発光を第２の用途に安定して使用することができる。また、第１の発光の検出値（すなわち強度）が略一定に保たれることによって、第２の発光の強度も略一定に保たれる。そのため、発光デバイスの出力が変化した場合であっても、第２の発光の強度が保たれるので、第２の発光の強度に基づいて、環境パラメータを高精度で算出することができる。
【０２１４】
本発明の態様１４に係る光学式ガスセンサシステム（１００）は、上記態様１〜１３のいずれかの光学センサシステムと、上記第１の発光が照射される位置に配置され、特定の種類のガスに反応して光学特性が変化するガス反応体（１１０）と、上記ガス反応体を透過した上記第１の発光の透過光を検出する透過光検出部（１３０）と、上記透過光検出部によって検出される上記透過光の検出値から、上記ガス反応体の上記光学特性の変化を測定することにより、環境に含まれる上記ガスを検出するガス検出部（１４０）と、を備えていてもよい。
【０２１５】
上記の構成によれば、特定の種類のガスを検出するとともに、環境パラメータを算出することもできる多機能な光学式ガスセンサシステムを提供することができる。
【０２１６】
本発明の態様１５に係る光学式ガスセンサシステムは、上記態様１４において、上記ガス検出部は、上記環境パラメータ算出部による上記環境パラメータの算出値に基づいて、上記ガスの検出結果を補正してもよい。
【０２１７】
上記の構成によれば、環境パラメータの算出値に基づいて、ガス反応体によるガスの検出結果が補正される。そのため、環境パラメータが変化することによって、ガス反応体の光学特性が変化した場合であっても、環境パラメータの変化による影響を除去するように、ガスの検出結果を補正することができる。従って、ガスを高精度で検出することができる。また、環境パラメータを測定するためのセンサを備える必要がないため、光学センサシステムのコストを抑制することができる。
【０２１８】
本発明の態様１６に係る微粒子センサシステム（２００）は、上記態様１〜１３のいずれかの光学センサシステムと、上記第１の発光が微粒子（２５０）に散乱されることにより発生した散乱光（２６０）を検出する散乱光検出部（２２０）と、上記散乱光検出部による上記散乱光の検出値に基づいて、環境に含まれる上記微粒子を検出する微粒子検出部（制御演算装置２３０）と、を備えている。
【０２１９】
上記の構成によれば、ほこり等の微粒子を検出するとともに、環境パラメータを算出することもできる多機能な微粒子センサシステムを提供することができる。
【０２２０】
本発明の態様１７に係る発光装置（３００）は、上記態様１〜１３のいずれかの光学センサシステムを備え、上記発光デバイスが生成する発光の出力に影響する要因を発光条件と呼ぶとき、上記環境パラメータ算出部による上記環境パラメータの算出値に基づいて、上記発光デバイスの発光条件を制御する発光条件制御部（３３０）をさらに備えている。
【０２２１】
上記の構成によれば、環境パラメータの算出値に基づいて、発光デバイスの故障の原因となる結露またはガスが発生したか（または発生する可能性があるか）否かを判定し、その判定結果に基づいて、発光デバイスの発光条件を変更することができる。発光デバイスの故障の原因となる結露またはガスが発生しているとき、発光デバイスは、故障の原因が解消されるまで発光しないように制御されてもよい。また、環境パラメータを測定するためのセンサを備える必要がないので、発光装置のコストを抑制することができる。
【０２２２】
本発明の態様１８に係る画像印刷装置（４００）は、上記態様１〜１３のいずれかの光学センサシステムを備え、上記第１の発光を用いて静電潜像を形成し、形成された上記静電潜像を現像することによって得られる画像を印刷する画像印刷機能を有する画像印刷装置であって、上記発光デバイスが生成する発光の出力に影響する要因を発光条件と呼び、上記画像を印刷する際における上記画像印刷装置の動作または状態を規定する条件を印刷条件と呼ぶとき、上記環境パラメータ算出部による上記環境パラメータの算出値に基づいて、上記発光デバイスの発光条件および上記画像の上記印刷条件のうちの少なくとも一方を制御する条件制御部（制御演算装置４７０）を備えている。
【０２２３】
上記の構成によれば、第１の発光を用いて、画像の静電潜像を形成するとともに、第２の発光を用いて、環境パラメータが算出される。また、環境パラメータの算出値に基づいて、発光条件および印刷条件のうちの少なくとも一方が制御される。そのため、環境パラメータに依存する発光条件および印刷条件を制御するために、環境パラメータを測定するためのセンサを備える必要がないので、画像印刷装置のコストを抑制することができる。環境パラメータに依存する印刷条件には、印刷用紙上における画像の印刷位置、印刷用紙の送り速度、および、印刷用紙にトナーを定着させる際の加熱温度などが含まれる。
【０２２４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２２５】
本発明は、光源を備えた光学センサシステムに利用することができる。
【符号の説明】
【０２２６】
１      光学センサシステム
２      光学センサシステム
３      光学センサシステム
１０    半導体レーザー（発光デバイス）
２０    フロント面（第２の発光面）
２１    リア面（第１の発光面）
３０    フロント面出射光（第１の発光）
３１    リア面出射光（第２の発光）
４０    フォトダイオード（発光検出部）
４１    第２のフォトダイオード（第２の検出部）
６０    制御演算装置（環境パラメータ算出部）
８０    発振閾値
８１    微分効率
１００  光学式ガスセンサシステム
１１０  ガス反応体
１３０  光検出器（透過光検出部）
１４０  制御演算装置（ガス検出部）
１５０  透過光
２００  微粒子センサシステム
２２０  光検出器（散乱光検出部）
２３０  制御演算装置（微粒子検出部）
２５０  微粒子
２６０  散乱光
３００  発光装置
３３０  制御演算装置（発光条件制御部）
４００  画像印刷装置
４７０  制御演算装置（条件制御部）
【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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【国際調査報告】
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2015163074.tif 000015
2015163074.tif 000016
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