JP2023183316A - 光測距装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出手段が備える検出素子の検出方向が第１の方向に対して一律の場合と比較して、走査範囲における検出感度の差を抑えることが可能な光測距装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】第１の方向に沿って配列された複数の発光領域を有する発光手段と、発光手段の光出射方向に配置され、複数の発光領域の各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する光学系と、光学系から出射された光の反射光を検出する複数の検出素子を備え、複数の検出素子のうち一部の検出素子の検出方向が、第１の方向において他の検出素子の検出方向と異なるように配置された検出手段と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、光測距装置及び画像形成装置に関する。

特許文献１には、複数のレーザダイオードが二次元状に配置されたＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）アレイに対向して投光レンズが配置され、被監視対象に対して二次元走査を行う監視装置が記載されている。

特許文献２には、レーザアレイ光源と、レーザ光を集光する集光レンズと、集光されたレーザ光を反射して被走査面に照射する可動ミラーとを備え、レーザ光により被走査面の走査を行う光走査装置が記載されている。

特許文献３には、光源と、マイクロミラーを備えた光走査部とを備え、光ビームによる走査を行う距離測定装置が記載されている。

特許第４４２７９５４号公報 特許第５２５７０５３号公報 特許第６９６５７８４号公報

第１の方向に沿って配列された複数の発光領域を有する発光手段と、複数の発光領域の各々から発光された光を各々異なる方向に偏向する光学系と、光学系から出射された光の反射光を検出する複数の検出素子を備えた検出手段とを備え、発光手段から出射された光により第１の方向を走査し、光の反射光を検出することにより、走査範囲内に存在する物体までの距離を測定する光測距装置が実用化されている。

しかしながら、検出素子の検出感度には角度依存性があるため、走査範囲における検出感度に差が生じていた。

本発明の目的は、検出手段が備える検出素子の検出方向が第１の方向に対して一律の場合と比較して、走査範囲における検出感度の差を抑えることが可能な光測距装置及び画像形成装置を提供することである。

第１態様の光測距装置は、第１の方向に沿って配列された複数の発光領域を有する発光手段と、前記発光手段の光出射方向に配置され、前記複数の発光領域の各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する光学系と、前記光学系から出射された光の反射光を検出する複数の検出素子を備え、複数の検出素子のうち一部の検出素子の検出方向が、前記第１の方向において他の検出素子の検出方向と異なるように配置された検出手段と、を備える。

第２態様の光測距装置は、第１態様の光測距装置において、前記検出手段は、前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子を備える。

第３態様の光測距装置は、第２態様の光測距装置において、前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の各々の検出方向は、前記第１の方向において前記発光手段を中心として内側に傾いている。

第４態様の光測距装置は、第３態様の光測距装置において、前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の各々は、前記第１の方向と交差する第２の方向において異なる位置に配置されている。

第５態様の光測距装置は、第２態様の光測距装置において、前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の各々の検出方向は、前記第１の方向において前記発光手段を中心として外側に傾いている。

第６態様の光測距装置は、第２態様の光測距装置において、前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の配線の取り出し方向は、前記第１の方向において前記発光手段を中心として内側に傾いている。

第７態様の光測距装置は、第１態様の光測距装置において、前記検出手段は、前記第１の方向と交差する第２の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子を備える。

第８態様の光測距装置は、第１態様の光測距装置において、前記検出手段は、前記第１の方向において、前記光学系の光軸に対する傾きの角度の絶対値が４２．５°以上６２．５°以下であり、互いに逆方向に傾いている２つの検出素子を備える。

第９態様の画像形成装置は、第１態様から第８態様のいずれかの光測距装置を備え、前記発光手段は、前記第１の方向が水平方向になり、前記第１の方向と交差する第２の方向が垂直方向になるように配置されている。

第１態様の光測距装置によれば、検出手段が備える検出素子の検出方向が第１の方向に対して一律の場合と比較して、第１の方向の検出範囲における検出感度の差を抑えることができる。

第２態様の光測距装置によれば、検出手段の全ての検出素子が第１の方向において発光手段の一方の側のみに配置されている場合と比較して、測定精度を高くすることができる。

第３態様の光測距装置によれば、第１の方向において発光手段の両側に配置された検出素子の各々の検出方向が発光手段を中心として外側に傾いている場合と比較して、測定精度を高くすることができる。

第４態様の光測距装置によれば、第１の方向において発光手段の両側に配置された検出素子が第２の方向において同じ位置に配置されている場合と比較して、測定精度を高くすることができる。

第５態様の光測距装置によれば、第１の方向において発光手段の両側に配置された検出素子の各々の検出方向が発光手段を中心として内側に傾いている場合と比較して、広範囲の反射光を検出することができる。

第６態様の光測距装置によれば、第１の方向において、発光手段の両側に配置された検出素子の配線の取り出し方向が発光手段を中心として外側に傾いている場合と比較して、検出素子の配線長を短くすることができる。

第７態様の光測距装置によれば、検出手段の全ての検出素子が第２の方向において発光手段の一方の側のみに配置されている場合と比較して、測定精度を高くすることができる。

第８態様の光測距装置によれば、発光手段から発光された光の光学系透過後の第１の方向における照射角度が８０°以上である場合に、検出手段の全ての検出素子の傾きを４２．５°よりも小さいか６２．５°よりも大きくした場合と比較して、測定精度を高くすることができる。

第９態様の画像形成装置によれば、発光手段を第１の方向が垂直方向になるように配置した場合と比較して、水平方向において画像形成装置の周囲の測定対象物を広範囲に亘って測定することができる。

第１実施形態の画像形成装置の概略構成を説明するための外観図である。 光測距装置により画像形成装置を利用しようとして接近してくる利用者を検知する様子を示す図である。 光測距装置の概略構成を示す正面図である。 光測距装置の概略構成を示す底面図である。 ＶＣＳＥＬアレイの概略構成図である。 ＶＣＳＥＬアレイから出射した光のＸ－Ｚ平面における光路図である。 ＰＤとＡＦＥとの接続回路図である。 ＰＤの概略構成図である。 ＰＤの内部の概略構成図である。 検出感度の角度特性を示す図面であり、（Ａ）は検出感度に角度依存性がある場合の状態を示す図、（Ｂ）は検出感度に角度依存性がない場合の状態を示す図である。 光測距装置における光の出射角を変化させた場合の、２つのＰＤのＸ軸方向における傾きの角度の絶対値と、検出光量との関係を示すグラフである。 光測距装置における光の出射角を変化させた場合の、２つのＰＤのＸ軸方向における傾きの角度の絶対値と、検出光量との関係を示すグラフである。 ２つのＰＤのＸ軸方向における傾きの角度の絶対値と、照射角度が１５０°の場合の検出感度のばらつきとの関係を示すグラフである。 変形例のＶＣＳＥＬアレイの概略構成図である。 変形例のＶＣＳＥＬアレイから出射した光のＸ－Ｚ平面における光路図である。 変形例のＶＣＳＥＬアレイから出射した光のＹ－Ｚ平面における光路図である。 変形例の光測距装置の概略構成を示す底面図である。 実施例１の光測距装置の概略構成を示す正面図である。 実施例２の光測距装置の概略構成を示す正面図である。 実施例３の光測距装置の概略構成を示す正面図である。 実施例４の光測距装置の概略構成を示す正面図である。 実施例５の光測距装置の概略構成を示す正面図である。 実施例６の光測距装置の概略構成を示す正面図である。 実施例７の光測距装置の概略構成を示す正面図である。 実施例８の光測距装置の概略構成を示す正面図である。 実施例９の光測距装置の概略構成を示す正面図である。 第２実施形態の人感ゲートの概略構成を説明するための外観図である。

［第１実施形態］
（画像形成装置の全体構成）
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図１７を用いて説明する。図１は本発明の第１実施形態の画像形成装置１０の概略構成を説明するための外観図である。図１におけるＷ軸、Ｈ軸、及び、Ｄ軸は、画像形成装置１０における座標軸を示している。Ｗ軸方向は水平方向であって装置幅方向を示し、Ｈ軸方向は垂直方向であって装置上下方向を示し、Ｄ軸方向は水平方向であって装置奥行方向を示している。

図１に示されるように、画像形成装置１０は、印刷機能、スキャン機能、コピー機能、ファクシミリ機能等の複数の機能を有するいわゆる複合機と呼ばれる装置である。画像形成装置１０の正面には、自装置を利用する利用者を検知する人感センサとして、光測距装置２０が設けられている。

この光測距装置２０により画像形成装置１０を利用しようとして接近してくる利用者を検知する様子を図２に示す。図２に示されるように、利用者は一般的に画像形成装置１０が設置されている位置に向かって近づいてくるため、光測距装置２０は、このような利用者を検知するように設定される。

本実施形態の画像形成装置１０では、例えば、この光測距装置２０を用いて自装置を利用する利用者を検知することにより、自装置を省電力状態から通常動作状態に復帰させるような制御が行われる。

（光測距装置の構成）
次に、本実施形態の光測距装置２０の概略構成を示す正面図を図３に示す。また、本実施形態の光測距装置２０の概略構成を示す底面図を図４に示す。図３及び図４におけるＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸は、光測距装置２０における座標を示している。Ｘ軸方向は、本開示の技術における第１の方向に相当する。また、Ｙ軸方向は、第１の方向と交差する第２の方向の一例であり、本開示の技術における第２の方向に相当する。

図３及び図４に示されるように、光測距装置２０は、複数の発光領域Ｂを有するＶＣＳＥＬアレイ３０と、複数の発光領域Ｂの各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する光学系４０と、光学系から出射された光の反射光を検出する検出部５０と、制御部７０と、を備える。ＶＣＳＥＬアレイ３０、光学系４０、及び、検出部５０は、基板２１上に配置されている。

ＶＣＳＥＬアレイ３０は、本開示の技術における発光手段の一例である。また、後述の「ＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃ」とは、ＶＣＳＥＬアレイ３０が有する複数の発光領域Ｂの全体の中心位置Ｃを意味する。

ＶＣＳＥＬアレイ３０の概略構成図を図５に示す。図５に示されるように、ＶＣＳＥＬアレイ３０は、基板３１上の一部の領域に、複数の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）方式の発光素子３２が千鳥状に配列された構成である。

ＶＣＳＥＬアレイ３０は、Ｘ軸方向に沿って配列された複数の発光領域Ｂを有する。ＶＣＳＥＬアレイ３０は、１つの発光領域Ｂ内に複数の発光素子３２を有する。ＶＣＳＥＬアレイ３０は、発光領域Ｂ毎に、発光素子３２のオン又はオフが制御される。図５では、一例として、Ｘ軸方向に沿って８つの発光領域Ｂが配列された態様を示しており、８つの発光領域Ｂの各々について１番から８番の番号を付している。

光学系４０は、ＶＣＳＥＬアレイ３０の光出射方向に配置され、複数の発光領域Ｂの各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する光学系である。光学系４０は、光学系４０の光軸ＡがＶＣＳＥＬアレイ３０の基板３１の発光素子３２が配列された面に対して、中心位置Ｃにおいて直交するように配置されている。光学系４０は、例えば、レンズにより構成されている。光学系４０をレンズにより構成した場合、レンズの形状及び枚数については特に制限はなく、複数の発光領域Ｂの各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向可能な構成であればどのような構成としてもよい。

ＶＣＳＥＬアレイ３０から出射した光のＸ－Ｚ平面における光路図を図６に示す。図６に示されるように、本実施形態では、ＶＣＳＥＬアレイ３０はＸ軸方向に沿って配置された８つの発光領域Ｂを有する。

光学系４０は、１番から８番の発光領域Ｂの各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する。ここで、光測距装置２０の光の照射角度は、最も外側の発光領域Ｂから発光された２つの光の光学系４０からの出射方向がなす角度である。

本実施形態における光測距装置２０の光の照射角度は、最も外側の１番の発光領域Ｂから発光された光の光学系４０からの出射方向と、反対側において最も外側の８番の発光領域Ｂから発光された光の光学系４０からの出射方向との角度Ｒとなる。本実施形態における光測距装置２０の光の照射角度は、一例として１００°である。

検出部５０は、光学系４０から出射された光の反射光を検出する複数のフォトディテクター（ＰＤ）５１と、ＰＤ５１から出力されたアナログ信号を後段の回路で扱いやすい状態に調整するＡＦＥ（Analog Front End）５２と、を備える。ＰＤ５１は、本開示の技術における検出素子の一例である。

図３及び図４に示されるように、複数のＰＤ５１は、複数のＰＤ５１のうち一部のＰＤ５１の検出方向Ｓが、Ｘ軸方向において他のＰＤ５１の検出方向Ｓと異なるように配置されている。

なお、検出部５０は、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されたＰＤ５１を備えてもよい。

また、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されたＰＤ５１の各々の検出方向は、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いているようにしてもよい。この場合、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されたＰＤ５１の各々は、Ｙ軸方向において異なる位置に配置されているようにしてもよい。

また、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されたＰＤ５１の各々の検出方向は、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として外側に傾いているようにしてもよい。

また、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されたＰＤ５１の配線の取り出し方向は、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いているようにしてもよい。

また、検出部５０は、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されたＰＤ５１を備えてもよい。

また、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されたＰＤ５１の各々の検出方向は、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いているようにしてもよい。この場合、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されたＰＤ５１の各々は、Ｘ軸方向において異なる位置に配置されているようにしてもよい。

また、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されたＰＤ５１の各々の検出方向は、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として外側に傾いているようにしてもよい。

また、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されたＰＤ５１の配線の取り出し方向は、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いているようにしてもよい。

また、ＶＣＳＥＬアレイ３０から発光された光の光学系４０の透過後のＸ軸方向における照射角度が８０°以上の場合に、検出部５０は、Ｘ軸方向において光学系４０の光軸Ａに対する傾きの角度（図４における傾きＴ）の絶対値が４２．５°以上６２．５°以下であり、互いに逆方向に傾いている２つのＰＤ５１を備えるようにしてもよい。

本実施形態において、検出部５０は、一例として、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置された２つのＰＤ５１を備えている。また、ＡＦＥ５２は、Ｘ軸方向において２つのＰＤ５１の間の中心位置に配されている。

また、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置された２つのＰＤ５１の各々の検出方向Ｓは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いている。２つのＰＤ５１の傾きの角度の絶対値は、一例として４５°である。

また、ＰＤ５１は、一例として、円筒形状であり、側面から検出信号を出力するための２本の配線６０及び配線６１が取り出されている。

ＰＤ５１とＡＦＥ５２との接続回路図を図７に示す。図７に示されるように、２つのＰＤ５１は、ＡＦＥ５２に対して並列に接続される。ＰＤ５１から取り出された２本の配線のうちの一方の配線６０はＡＦＥ５２に接続される。ＰＤ５１から取り出された２本の配線のうちの他方の配線６１はグランドに接続される。

また、図３及び図４に示されるように、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置された２つのＰＤ５１の配線６０及び配線６１の取り出し方向は、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いている。

制御部７０は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等から構成されている。制御部７０は、ＶＣＳＥＬアレイ３０及び検出部５０の動作制御を行うとともに、ＰＤ５１において検出された信号に基づいて、光測距装置２０から測定対象物までの距離を算出する処理を行う。

詳細には、制御部７０は、先ず、Ｘ軸方向に沿って配列された複数の発光領域Ｂの一方の端に位置する発光領域Ｂから光を出射させる。次に、制御部７０は、この発光領域Ｂにおいて出射させた光の反射光をＰＤ５１に検出させる。次に、制御部７０は、ＰＤ５１において検出された信号に基づいて、この発光領域Ｂにおいて光を照射したタイミングとＰＤ５１において反射光を検出したタイミングの時間差を算出する。次に、制御部７０は、算出した時間差に基づいて、この発光領域Ｂに対応する検出範囲における、光測距装置２０から測定対象物までの距離を算出する。次に、制御部７０は、この発光領域Ｂの隣に位置する発光領域Ｂから光を出射させ、先の発光領域Ｂの時と同様に測定対象物までの距離を算出する。このようにして、Ｘ軸方向に沿って配列された複数の発光領域ＢによりＸ軸方向を走査することで、全ての検出範囲における光測距装置２０から測定対象物までの距離を算出する。

光測距装置２０は、画像形成装置１０内において、Ｘ軸方向が画像形成装置１０の水平方向になり、Ｙ軸方向が画像形成装置１０の垂直方向になるように配置されている。

（光測距装置及び画像形成装置の作用）
ＰＤ５１の光に対する検出感度には角度依存性があり、入射角が０°の場合、すなわち検出方向Ｓに対して平行に光が入射した場合に検出感度が最も高く、検出方向Ｓを基準とする入射角が大きくなる程、検出感度が低下する。また、ＰＤ５１において発生するフレネル損失及びＰＤ５１の機械的要因により、検出方向Ｓを基準とする入射角が特定の角度よりも大きい領域では、物理的に光を検出することができなくなる。

ＰＤ５１の概略構成図を図８に示す。ＰＤ５１の内部の概略構成図を図９に示す。なお、図８及び図９では、配線６０及び配線６１は省略している。

一例として図８及び図９に示されるように、ＰＤ５１は、筐体６５の一面に入射窓６６を備え、筐体６５の内部に光を検出する受光部６７を備える。本例では、入射窓６６の直径は３ｍｍであり、受光部６７の受光領域の直径は１．２ｍｍである。また、入射窓６６の光入射側の面から受光部６７の受光面までの間隔Ｌは０．８ｍｍである。

このような構成の場合、入射角Ｉが６９．１°以上の光は、筐体６５に遮られて、物理的に検出することができない。また、入射窓６６及びＰＤ５１において発生するフレネル損失等の要因により、実際には入射角Ｉが６９．１°よりも小さい領域においても、入射角Ｉが０°の場合と比較して、検出感度が低下する。

このように、ＰＤ５１の光に対する検出感度は、入射角が０°において最高となり、入射角が大きくなるにつれて低下し、ＰＤ５１において検出可能な最大入射角において最低となる。

また、光測距装置２０の全体の検出感度の角度特性は、光測距装置２０が備える複数のＰＤ５１の検出感度の角度特性が合わさった角度特性となる。

仮に、光測距装置２０が備える２つのＰＤ５１の検出方向Ｓが共に光学系の光軸Ａと平行になるように、２つのＰＤ５１を配置したとする。この場合、２つのＰＤ５１の検出感度が最高となる方向が同じ方向となる。そのため、光測距装置２０における光の検出感度の角度特性は、光測距装置２０の正面に対して垂直に入射した光に対する検出感度が最高となり、検出方向を基準とする入射角が大きくなる程、検出感度が低下する。

これに対して、本実施形態の光測距装置２０では、光測距装置２０が備える２つのＰＤ５１の検出方向Ｓが互いに異なる方向を向くように、２つのＰＤ５１が配置されている。この場合、２つのＰＤ５１の検出感度が最高となる方向が異なる方向となる。

そのため、光測距装置２０における光の検出感度は、２つのＰＤ５１により平均化され、２つのＰＤ５１の検出方向ＳがＸ軸方向に対して一律の場合と比較して、Ｘ軸方向の検出範囲における検出感度の差を抑えることができる。

このような状態について、図１０を参照してより詳細に説明する。図１０は、検出感度の角度特性を示す図面であり、（Ａ）は検出感度に角度依存性がある場合の状態を示す図、（Ｂ）は検出感度に角度依存性がない場合の状態を示す図である。

図１０（Ａ）に示されるように、検出感度に角度依存性がある場合、角度に応じて検出感度の高さが異なる。そのため、光測距装置２０から測定対象物までの距離が同じでも、角度に応じて検出光量が変化してしまい、測定結果が安定しない。

これに対して、図１０（Ｂ）に示されるように、検出感度に角度依存性がない場合、どの角度でも検出感度の高さが同じになる。そのため、光測距装置２０から測定対象物までの距離が同じ場合には、どの角度でも検出光量が同じになるため、測定結果が安定する。そのため、なるべく検出感度に角度依存性がない状態とすることが望まれる。

また、図７に示されるように、２つのＰＤ５１とＡＦＥ５２とを含む回路では、同一の測定光の検出タイミングを２つのＰＤ５１で同じにするため、２つのＰＤ５１のＡＦＥ５２までの配線長及び２つのＰＤ５１のグランドまでの配線長はなるべく等しい長さにすることが望まれる。ここで、ＰＤ５１のＡＦＥ５２までの配線長とは、ＰＤ５１から取り出された配線６０、及び、回路基板における配線６０からＡＦＥ５２までの配線の合計の配線長を意味する。また、ＰＤ５１のグランドまでの配線長とは、ＰＤ５１から取り出された配線６１、及び、回路基板における配線６１からＡＦＥ５２のグランドまでの配線の合計の配線長を意味する。

また、２つのＰＤ５１とＡＦＥ５２とを含む回路では、測定に影響を及ぼす寄生容量及び寄生インダクタンスを小さくするため、２つのＰＤ５１のＡＦＥ５２までの配線長及び２つのＰＤ５１のＡＦＥ５２のグランドまでの配線長はなるべく短くすることが望まれる。

本実施形態の光測距装置２０では、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置された２つのＰＤ５１の配線６０及び配線６１の取り出し方向は、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いている。

この場合、２つのＰＤ５１の中間位置にＡＦＥ５２を配置することにより、２つのＰＤ５１の配線６０及び配線６１の取り出し方向が外側に傾いている場合と比較して、２つのＰＤ５１のＡＦＥ５２までの配線長及びグランドまでの配線長を、等しくかつ短くすることができる。

ここで、Ｘ軸方向において光学系の光軸に対する傾きの角度の絶対値が２つのＰＤで等しく、かつ、互いに逆方向に傾いている２つのＰＤを備えた光測距装置において、ＰＤの傾きを変化させた場合の各種の特性の変化について説明する。

先ず、光測距装置２０における光の出射角を変化させた場合の、２つのＰＤのＸ軸方向における傾きの角度の絶対値と、検出光量との関係を示すグラフを図１１に示す。図１１のグラフの横軸は２つのＰＤのＸ軸方向における傾きの角度の絶対値を示しており、縦軸は検出光量を示している。

ここで、「光測距装置２０における光の出射角」とは、ＶＣＳＥＬアレイ３０から発光され光学系４０を通過した後の光の、光学系４０の光軸Ａを基準とする出射角を意味する。

図１１のグラフでは、光の出射角を６．２５°、１８．７５°、３１．２５°、４３．７５°、５６．２５°、及び、６８．７５°とした場合の６種類のデータを表示している。また、光の出射角毎に、ＰＤ１とＰＤ２の２つのデータを表示している。ＰＤ１は、Ｘ軸方向に沿って配置された２つのＰＤのうちの一方のＰＤである。ＰＤ２は、Ｘ軸方向に沿って配置された２つのＰＤのうちの他方のＰＤであり、ＰＤ１とはＸ軸方向において逆方向に同じ角度（角度は絶対値）で傾いたＰＤである。

図１１に示されるように、光測距装置２０における光の出射角毎に比較した場合に、全ての照射角度において、ＰＤ１よりもＰＤ２の光線数が少ない結果となっており、さらに光線数が全く検出できない場合も生じている。これは、仮に光測距装置２０が備える複数のＰＤの全ての傾きを、ＰＤ２と同じ傾き角度で配置した場合に、ＰＤ１と同じ傾き角度で配置した場合と比較して、検出感度が低下することを意味する。すなわち、光測距装置２０が複数のＰＤを備える場合に、各々のＰＤの傾き角度を互いに異なる傾き角度とすることは有効である。

次に、２つのＰＤのＸ軸方向における傾きの角度の絶対値と、ＰＤ１とＰＤ２の出力を足した検出光量との関係を示すグラフを図１２に示す。図１２のグラフの横軸は２つのＰＤのＸ軸方向における傾きの角度の絶対値を示しており、縦軸はＰＤ１とＰＤ２の出力が足された検出光量を示している。

図１２に示されるように、２つのＰＤ５１のＸ軸方向における傾きの角度の絶対値が５０°付近で、光の出射角毎の検出感度のばらつきが抑えられていることが分かる。

次に、２つのＰＤのＸ軸方向における傾きの角度の絶対値と、照射角度が１５０°の場合の検出感度のばらつきとの関係を示すグラフを図１３に示す。図１３のグラフの横軸は２つのＰＤのＸ軸方向における傾きの角度の絶対値を示しており、縦軸は照射角度が１５０°の場合の検出感度のばらつきを示している。

図１３に示されるように、２つのＰＤ５１のＸ軸方向における傾きの角度の絶対値が４２．５°以上６２．５°以下の範囲で、検出感度のばらつきが抑えられていることが分かる。

本実施形態の光測距装置２０では、検出部５０は、２つのＰＤ５１が互いに逆方向に傾いており、かつ、２つのＰＤ５１のＸ軸方向における傾きの角度の絶対値が共に４５°であり、４２．５°以上６２．５°以下の構成となっている。そのため、検出手段の全ての検出素子の傾きを４２．５°よりも小さいか６２．５°よりも大きくした場合と比較して、測定精度を高くすることができる。

また、本実施形態の画像形成装置１０において、光測距装置２０は、画像形成装置１０内において、Ｘ軸方向が画像形成装置１０の水平方向になり、Ｙ軸方向が画像形成装置１０の垂直方向になるように配置されている。

そのため、光測距装置２０を、Ｘ軸方向が画像形成装置１０の垂直方向になるように配置した場合と比較して、水平方向において画像形成装置１０の周囲の測定対象物を広範囲に亘って測定することが可能となる。

（第１実施形態の変形例）
なお、本実施形態に係る光測距装置２０の構成は、上述の説明に限られない。

例えば、検出手段は、ＰＤ５１に限らず、例えばフォトマルチプライヤ等、光を検出可能なものであればどのようなものを用いてもよい。

また、ＶＣＳＥＬアレイ３０の基板３１における発光素子３２の配置態様は、上記の様に千鳥状に配列された態様に限らず、例えば行列状に配列された態様等、どのような態様としてもよい。

また、ＶＣＳＥＬアレイ３０における複数の発光領域Ｂの配置態様は、上記のようにＸ軸方向に沿って一次元状に配列された態様に限らず、図１４から図１６に示されるＶＣＳＥＬアレイ３０Ａのように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って二次元状に配列された態様としてもよい。本例では、Ｘ軸方向において８行、Ｙ軸方向において３列の合計２４個の発光領域Ｂを備える。このような態様とすることにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って二次元状に光の走査を行うことができる。

また、発光手段は、ＶＣＳＥＬアレイ３０に限らず、例えばＬＥＤアレイ等、光を発するものであればどのようなものを用いてもよい。

また、検出部５０の２つのＰＤ５１の配線６０及び配線６１の取り出し方向は、側面から取り出す態様に限らず、底面から取り出す態様としてもよい。図１７に示されるように、２つのＰＤ５１の各々の検出方向ＳをＸ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として外側に傾けた場合、配線６０及び配線６１を底面から取り出す態様とすることにより、ＡＦＥ５２までの配線長を短くすることができる。

また、検出部５０の構成は、上記の構成に限らず、例えば以下の実施例１から実施例９の態様とする等、適宜変更することができる。

（検出部の実施例）
次に、本開示の光測距装置２０の検出部５０の実施例について説明する。以下の実施例は、検出部５０が備える複数のＰＤ５１の個数及び配置態様を変化させたものである。

まず、実施例１の光測距装置２０Ａについて説明する。実施例１の光測距装置２０Ａの概略構成を示す正面図を図１８に示す。なお、図１８では、複数のＰＤ５１の配置態様を分かりやすく示すために、ＶＣＳＥＬアレイ３０、光学系４０、検出部５０の複数のＰＤ５１、及び、基板２１のみ示しており、それ以外の要素は省略している。後述の実施例２から実施例９の構成を示す図１９から図２６についても同様である。

図１８に示されるように、実施例１の光測距装置２０Ａは、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂを備える。ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されている。また、ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの各々の検出方向Ｓは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いている。また、ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂは、Ｙ軸方向において異なる位置に配置されている。

２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂをＸ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾けることにより、外側に傾ける場合と比較して、光の伝搬距離差を小さくすることができるため、測距精度を向上させることができる。

また、ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂをＹ軸方向において異なる位置に配置しているため、一方のＰＤが他方のＰＤの測定光を遮蔽しないようにすることができる。

次に、実施例２の光測距装置２０Ｂについて説明する。実施例２の光測距装置２０Ｂの概略構成を示す正面図を図１９に示す。

図１９に示されるように、実施例２の光測距装置２０Ｂは、実施例１の光測距装置２０Ａと比較して、Ｘ軸方向において、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの間に、検出方向Ｓが光学系４０の光軸と平行となるように配置されたＰＤ５１ｃを追加した構成である。

このように、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの間に、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの検出方向Ｓとは異なる検出方向ＳのＰＤ５１ｃを追加することにより、実施例１の構成と比較して、検出感度のばらつきを抑えることができる。

次に、実施例３の光測距装置２０Ｃについて説明する。実施例３の光測距装置２０Ｃの概略構成を示す正面図を図２０に示す。

図２０に示されるように、実施例３の光測距装置２０Ｃは、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂを備える。ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されている。また、ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの各々の検出方向Ｓは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として外側に傾いている。

２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの配線を底面から取り出す態様とした場合、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂを外側に傾けることにより、内側に傾ける場合と比較して、ＡＦＥ５２までの配線長を短くすることができる。

次に、実施例４の光測距装置２０Ｄについて説明する。実施例４の光測距装置２０Ｄの概略構成を示す正面図を図２１に示す。

図２１に示されるように、実施例４の光測距装置２０Ｄは、実施例３の光測距装置２０Ｃと比較して、Ｘ軸方向において、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの間に、検出方向Ｓが光学系４０の光軸と平行となるように配置されたＰＤ５１ｃを追加した構成である。

このように、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの間に、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの検出方向Ｓとは異なる検出方向ＳのＰＤ５１ｃを追加することにより、実施例３の構成と比較して、検出感度のばらつきを抑えることができる。

次に、実施例５の光測距装置２０Ｅについて説明する。実施例５の光測距装置２０Ｅの概略構成を示す正面図を図２２に示す。

図２２に示されるように、実施例５の光測距装置２０Ｅは、４つのＰＤ５１ａからＰＤ５１ｄを備える。ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されている。ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの各々の検出方向Ｓは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いている。

また、ＰＤ５１ｃ及びＰＤ５１ｄは、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されている。ＰＤ５１ｃ及びＰＤ５１ｄの各々の検出方向Ｓは、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いている。

実施例５の光測距装置２０Ｅは、実施例１の光測距装置２０Ａと比較して、Ｙ軸方向において検出方向Ｓが互いに異なる方向に傾いたＰＤ５１ｃ及びＰＤ５１ｄが追加された構成となる。

このような構成とすることにより、光測距装置２０Ａの効果に加えて、測定対象物が垂直方向に対して傾いていた場合でも、反射特性の影響を受けにくくすることができる。

次に、実施例６の光測距装置２０Ｆについて説明する。実施例６の光測距装置２０Ｆの概略構成を示す正面図を図２３に示す。

図２３に示されるように、実施例６の光測距装置２０Ｆは、４つのＰＤ５１ａからＰＤ５１ｄを備える。ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されている。ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの各々の検出方向Ｓは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として外側に傾いている。

また、ＰＤ５１ｃ及びＰＤ５１ｄは、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されている。ＰＤ５１ｃ及びＰＤ５１ｄの各々の検出方向Ｓは、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として外側に傾いている。

実施例６の光測距装置２０Ｆは、実施例３の光測距装置２０Ｃと比較して、Ｙ軸方向において検出方向Ｓが互いに異なる方向に傾いたＰＤ５１ｃ及びＰＤ５１ｄが追加された構成となる。

このような構成とすることにより、光測距装置２０Ｃの効果に加えて、測定対象物が垂直方向に対して傾いていた場合でも、反射特性の影響を受けにくくすることができる。

次に、実施例７の光測距装置２０Ｇについて説明する。実施例７の光測距装置２０Ｇの概略構成を示す正面図を図２４に示す。

図２４に示されるように、実施例７の光測距装置２０Ｇは、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂを備える。ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されている。また、ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの各々の検出方向Ｓは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いており、Ｙ軸方向においてもＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いている。

このような構成とすることにより、実施例５の光測距装置２０Ｅと同等の効果を得ることができ、さらに、光測距装置２０Ｅと比較してＰＤの数が少なくなるので、測定に影響を及ぼす寄生容量及び寄生インダクタンスを抑えることができる。

次に、実施例８の光測距装置２０Ｈについて説明する。実施例８の光測距装置２０Ｈの概略構成を示す正面図を図２５に示す。

図２５に示されるように、実施例８の光測距装置２０Ｈは、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂを備える。ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０の中心位置Ｃを基準として両側に配置されている。また、ＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂの各々の検出方向Ｓは、Ｘ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として外側に傾いており、Ｙ軸方向においてＶＣＳＥＬアレイ３０を中心として内側に傾いている。

このような構成とすることにより、実施例６の光測距装置２０Ｆと同等の効果を得ることができ、さらに、光測距装置２０Ｆと比較してＰＤの数が少なくなるので、測定に影響を及ぼす寄生容量及び寄生インダクタンスを抑えることができる。

次に、実施例９の光測距装置２０Ｉについて説明する。実施例９の光測距装置２０Ｉの概略構成を示す正面図を図２６に示す。

図２６に示されるように、実施例９の光測距装置２０Ｉは、実施例１の光測距装置２０Ａと比較して、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂのＸ軸方向における間隔を狭くしたものである。

このように、２つのＰＤ５１ａ及びＰＤ５１ｂのＸ軸方向における間隔をなるべく狭くすることにより、ＡＦＥ５２までの配線長を短くすることができる。

［第２実施形態］
次に、図２７は本発明の第２実施形態の人感ゲート１００の概略構成を説明するための外観図である。図２７におけるＷ軸、Ｈ軸、及び、Ｄ軸は、人感ゲート１００における座標軸を示している。Ｗ軸方向は水平方向であって装置幅方向を示し、Ｈ軸方向は垂直方向であって装置上下方向を示し、Ｄ軸方向は水平方向であって装置奥行方向を示している。

図２７に示されるように、人感ゲート１００は、枠１０１内を人が通過したことを検知する装置である。枠１０１の内側面には、枠１０１内を通過した人を検知する人感センサとして、光測距装置２０が設けられている。

本実施形態の人感ゲート１００では、例えば、この光測距装置２０を用いて枠１０１内を通過した人を検知することにより、人感ゲート１００が設けられた施設又は敷地に対する人の出入りを検知する。

光測距装置２０の構成は、上記第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

光測距装置２０は、人感ゲート１００の枠１０１内において、Ｘ軸方向が人感ゲート１００の垂直方向になり、Ｙ軸方向が人感ゲート１００の水平方向になるように、配置されている。

これにより、光測距装置２０は、人感ゲート１００において、Ｘ軸方向が人感ゲート１００の水平方向になり、Ｙ軸方向が人感ゲート１００の垂直方向になるように配置した場合と比較して、枠１０１内の広範囲に測定光を照射することができるため、人感ゲート１００を通過した人の検知漏れを抑えることができる。

［変形例］
上記実施形態では、画像形成装置１０及び人感ゲート１００に対して本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、ＡＴＭ（Automatic Teller Machine）装置又は券売機等のユーザが近づいてきて操作を行うような情報処理装置、あるいは、自走式の無人搬送車又はロボット掃除機等の障害物の検知を行う装置に対しても同様に本発明を適用することができるものである。

［付記］
以下に、本開示の好ましい形態について付記する。

（（（１）））
第１の方向に沿って配列された複数の発光領域を有する発光手段と、
前記発光手段の光出射方向に配置され、前記複数の発光領域の各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する光学系と、
前記光学系から出射された光の反射光を検出する複数の検出素子を備え、複数の検出素子のうち一部の検出素子の検出方向が、前記第１の方向において他の検出素子の検出方向と異なるように配置された検出手段と、
を備えた光測距装置。

（（（２）））
前記検出手段は、前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子を備える
（（（１）））に記載の光測距装置。

（（（３）））
前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の各々の検出方向は、前記第１の方向において前記発光手段を中心として内側に傾いている
（（（２）））に記載の光測距装置。

（（（４）））
前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の各々は、前記第１の方向と交差する第２の方向において異なる位置に配置されている
（（（３）））に記載の光測距装置。

（（（５）））
前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の各々の検出方向は、前記第１の方向において前記発光手段を中心として外側に傾いている
（（（２）））に記載の光測距装置。

（（（６）））
前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の配線の取り出し方向は、前記第１の方向において前記発光手段を中心として内側に傾いている
（（（２）））から（（（５）））のいずれか１項に記載の光測距装置。

（（（７）））
前記検出手段は、前記第１の方向と交差する第２の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子を備える
（（（１）））から（（（６）））のいずれか１項に記載の光測距装置。

（（（８）））
前記検出手段は、前記第１の方向において、前記光学系の光軸に対する傾きの角度の絶対値が４２．５°以上６２．５°以下であり、互いに逆方向に傾いている２つの検出素子を備える
（（（１）））から（（（７）））のいずれか１項に記載の光測距装置。

（（（９）））
（（（１）））から（（（８）））のいずれか１項に記載の光測距装置を備え、
前記発光手段は、前記第１の方向が水平方向になり、前記第１の方向と交差する第２の方向が垂直方向になるように配置されている
画像形成装置。

以下に、付記の構成による効果について記載する。

（（（１）））の光測距装置によれば、検出手段が備える検出素子の検出方向が第１の方向に対して一律の場合と比較して、第１の方向の検出範囲における検出感度の差を抑えることができる。

（（（２）））の光測距装置によれば、検出手段の全ての検出素子が第１の方向において発光手段の一方の側のみに配置されている場合と比較して、測定精度を高くすることができる。

（（（３）））の光測距装置によれば、第１の方向において発光手段の両側に配置された検出素子の各々の検出方向が発光手段を中心として外側に傾いている場合と比較して、測定精度を高くすることができる。

（（（４）））の光測距装置によれば、第１の方向において発光手段の両側に配置された検出素子が第２の方向において同じ位置に配置されている場合と比較して、測定精度を高くすることができる。

（（（５）））の光測距装置によれば、第１の方向において発光手段の両側に配置された検出素子の各々の検出方向が発光手段を中心として内側に傾いている場合と比較して、広範囲の反射光を検出することができる。

（（（６）））の光測距装置によれば、第１の方向において、発光手段の両側に配置された検出素子の配線の取り出し方向が発光手段を中心として外側に傾いている場合と比較して、検出素子の配線長を短くすることができる。

（（（７）））の光測距装置によれば、検出手段の全ての検出素子が第２の方向において発光手段の一方の側のみに配置されている場合と比較して、測定精度を高くすることができる。

（（（８）））の光測距装置によれば、発光手段から発光された光の光学系透過後の第１の方向における照射角度が８０°以上である場合に、検出手段の全ての検出素子の傾きを４２．５°よりも小さいか６２．５°よりも大きくした場合と比較して、測定精度を高くすることができる。

（（（９）））の画像形成装置によれば、発光手段を第１の方向が垂直方向になるように配置した場合と比較して、水平方向において画像形成装置の周囲の測定対象物を広範囲に亘って測定することができる。

１０ 画像形成装置
２０ 光測距装置
２１ 基板
３０ ＶＣＳＥＬアレイ
３１ 基板
３２ 発光素子
４０ 光学系
５０ 検出部
５１ ＰＤ
５２ ＡＦＥ
６０ 配線
６１ 配線
６５ 筐体
６６ 入射窓
６７ 受光部
７０ 制御部
１００ 人感ゲート
１０１ 枠

Claims (9)

1. 第１の方向に沿って配列された複数の発光領域を有する発光手段と、
   前記発光手段の光出射方向に配置され、前記複数の発光領域の各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する光学系と、
   前記光学系から出射された光の反射光を検出する複数の検出素子を備え、複数の検出素子のうち一部の検出素子の検出方向が、前記第１の方向において他の検出素子の検出方向と異なるように配置された検出手段と、
   を備えた光測距装置。
2. 前記検出手段は、前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子を備える
   請求項１に記載の光測距装置。
3. 前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の各々の検出方向は、前記第１の方向において前記発光手段を中心として内側に傾いている
   請求項２に記載の光測距装置。
4. 前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の各々は、前記第１の方向と交差する第２の方向において異なる位置に配置されている
   請求項３に記載の光測距装置。
5. 前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の各々の検出方向は、前記第１の方向において前記発光手段を中心として外側に傾いている
   請求項２に記載の光測距装置。
6. 前記第１の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子の配線の取り出し方向は、前記第１の方向において前記発光手段を中心として内側に傾いている
   請求項２に記載の光測距装置。
7. 前記検出手段は、前記第１の方向と交差する第２の方向において前記発光手段の中心位置を基準として両側に配置された検出素子を備える
   請求項１に記載の光測距装置。
8. 前記検出手段は、前記第１の方向において、前記光学系の光軸に対する傾きの角度の絶対値が４２．５°以上６２．５°以下であり、互いに逆方向に傾いている２つの検出素子を備える
   請求項１に記載の光測距装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の光測距装置を備え、
   前記発光手段は、前記第１の方向が水平方向になり、前記第１の方向と交差する第２の方向が垂直方向になるように配置されている
   画像形成装置。