JP2689654B2 - マルチビーム光源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は複数の光ビームを異なる位置に投射するマ
ルチビーム光源に関する。

マルチビーム光源は異なる複数の位置または点におけ
る光情報を収集するシステムで好適に用いられる。マル
チビーム光源からの投射光ビームは対象物に投射され，
対象物によって強度変調されたのち（反射光または透過
光として）受光素子でそれぞれ受光される。マルチビー
ム光源を,1つの発光素子とその発光素子からの出射光を
複数の光ビームに分割しかつ異なる方向へ投射するレン
ズを含む光学系とによって構成した場合に，発光素子の
出射光の強度は均一ではなく場所によって異なるために
投射される複数の光ビームの強度が必ずしも等しくなら
ないことがある。そうすると，対象物から得られる強度
変調された光を受光する受光素子の出力が，対象物から
の光情報に加えて光源の強度不均一性をも含むことにな
り，受光信号の処理が困難となる。たとえば受光信号を
所定のしきい値で弁別する場合には，受光素子ごとに投
射光ビーム強度に応じてしきい値を変えなければならな
い。場合によってはしきい値の設定範囲が狭すぎてしき
い値の設定が不可能となることもありうる。

発明の概要 この発明は光強度が実質的に等しい複数の光ビームを
投射することのできるマルチビーム光源を提供するもの
である。

この発明によるマルチビーム光源は，発光素子と，こ
の発光素子の出射光を複数に分割しかつそれぞれ異なる
方向に偏向させる複数のオフアキシス・フレネル・レン
ズを含むオフアキシス・フレネル・レンズ・アレイとか
ら構成され，上記オフアキシス・フレネル・レンズから
出射する光の強度が実質的に等しくなるように各オフア
キシス・フレネル・レンズの回折効率が調整されている
ことを特徴とする。

ここで複数の投射光ビームの強度が実質的に等しいと
は，現実に出射される光の強度が等しいことと，使用さ
れる情況下で対象物から等しい強度変調を受けたときに
受光素子に受光される光量が等しいこととの両方を意味
する。後者は，とくに対象物までの距離が複数の出射光
ビーム間で異なる場合に有用である。

この発明によると，複数の出射光ビーム強度が実質的
に等しくなるようにオフアキシス・フレネル・レンズの
回折効率が調整されているので，受光側における処理，
構成が簡単となる。たとえば複数の受光素子の受光信号
のしきい値として１種類設定すれば足り，それにより回
路構成が簡単となり，軽量化，低廉化を図ることができ
る。また，対象物から得られる光情報が安定なものとな
る。

実施例の説明 以下この発明によるマルチビーム光源を複写機で用い
られる原稿サイズ判別装置に適用した実施例について詳
述する。

第１図において，複写機10の内部の適所に原稿サイズ
判別用フォトセンサ20が配置されている。複写機10はそ
の上面がガラス板11で覆われ，このガラス板11上の所定
位置に，種々のサイズの複写すべき原稿12が置かれる。
フォトセンサ20はガラス板11上の原稿12が置かれる場所
内の異なる位置P_a,P_b,P_c,P_dに向って複数（この実施例
では４個）の光ビームを投射し，そのガラス板11または
原稿12からの反射光を受光することによって，原稿サイ
ズを判別する，または判別のための検知信号を出力す
る。

原稿サイズ判別用フォトセンサ20の構成例が第２図に
示されている。フォトセンサ20はケース29を有し，この
ケース29内にマルチビーム光源21,結像レンズ22および
受光素子アレイ23が配置，固定されている。マルチビー
ム光源21は，発光素子，たとえば赤外光を含む光を発生
する発光ダイオード24と，その上方に配置され，発光ダ
イオード24の出射光を４つの光ビームに分け，これらの
光ビームをコリメートした上でそれぞれ異なる位置に向
けて投射するオフアキシス・マイクロ・フレネル・レン
ズ・アレイ25とから構成される。受光素子アレイ23は多
くの受光素子を備えている。この実施例では４個の受光
素子のみが用いられる。もちろん受光素子アレイ23には
使用する個数の受光素子のみを配列してもよいのはいう
までもない。結像レンズ22は，後述するように，上記投
射光ビームの主に原稿12からの拡散反射光（乱反射光）
を対応する受光素子上に結像させるためのものである。
ケース29の上面には，マルチビーム光源21および結像レ
ンズ22の上方の位置にそれぞれ可視光カットフィルタ2
6,27が設けられている。この実施例では原稿サイズ判別
のために赤外光が用いられる。

オフアキシス・マイクロ・フレネル・レンズ・アレイ
25の構成例が第３図に示されている。このレンズ・アレ
イ25は複数個（この実施例では４個）のオフアキシス・
マイクロ・フレネル・レンズ（以下オフアキシスMFLと
略す）25a,25b,25c,25dを所定配置に配列したものであ
る。オフアキシスMFLは第６図に示すように，そこに形
成された不等間隔グレーティングの形状に応じて入射光
ビームを所望の方向に偏向するとともに，拡散光をコリ
メートする（コリメート光を集光することもできる）機
能をもつものである。このようなオフアキシスMFL25a〜
25dは，たとえば第５図に示すように，マイクロ・フレ
ネル・レンズの一部を切取ったグレーティング・パター
ンをもつ。第３図に示すオフアキシスMFLアレイ25を用
いて，発光素子24の出射光ビームを４つに分割しかつコ
リメートして，第４図に示すように，一列状に配列され
たビーム・スポットP_a,P_b,P_c,P_dをガラス板11上につく
ることができる。P₀は発光素子24の位置を示す。

第７図から第11図は上記のフォトセンサ20を用いて原
稿サイズを判別するための原理を示すものである。

上述したように，発光素子24から出射された広がる光
はオフアキシスMFLアレイ25によって４つの光ビームに
分割され，かつコリメートされて，適当な面積のビーム
・スポットP_a〜P_dをもってガラス板11または原稿12に照
射される。

原稿12に照射された光は，第８図に示すように，原稿
12によって拡散的に反射される。すなわち，原稿12上の
スポットの輝度はどの方向からみてもほぼ一定である。
これに対して，ガラス板11の表面および裏面における反
射は鏡面反射に近く，第９図に示すように，入射角αと
等しい反射角αをもつ反射光（正反射光）の成分が大き
くなる。

受光素子アレイ23は，ガラス面11からの正反射光を受
光しない位置に配置される。これにより，受光素子アレ
イ23の４個の受光素子PD_a〜PD_dは原稿12からの拡散光を
検出できることになる。

結像レンズ22は，原稿12からの微弱な拡散光を集光
し，各ビーム・スポットP_a,P_b,P_c,P_dからの拡散反射光
を受光素子アレイ23のそれぞれ対応する受光素子PD_a,PD
_b,PD_c,PD_d上に結像させる働きをする。

この実施例は４つの光ビーム・スポットP_a〜P_dからの
拡散反射光を用いて,A5,B5,B5R,A4,A4R,B4およびA3の７
種類の原稿サイズを判別するものである。B5RとA4Rは他
のA5〜A3とは縦と横の配置が逆になっている。ガラス板
11上において，これらの各サイズの原稿を置く位置はあ
らかじめ定められているので，原稿位置との関係で各ビ
ーム・スポットP_a〜P_dが第10図に示すような位置に形成
されるようにマルチビーム光源21が調整される。

第11図は置かれた原稿のサイズと，原稿からの拡散反
射光を受光する受光素子PD_a〜PD_dの出力との関係を示す
ものである。受光素子PD_a〜PD_dの受光信号は適当なしき
い値でレベル弁別され,LレベルまたはＨレベルの２値信
号に変換される。Ｌレベルは原稿を検知していない状態
を,Hレベルは原稿を検知している状態をそれぞれ表わ
す。４個の受光素子PD_a〜PD_dの出力信号のレベルの組合
せに応じてこれらの原稿サイズが判別されることが容易
に理解できよう。原稿の判別処理は論理回路またはCPU
によって行なうことができる。A5サイズの原稿は受光素
子PD_a〜PD_dの出力信号のみでは原稿なしの場合と識別で
きないが，原稿なしの場合には複写機の蓋が閉じられな
いこと，または原稿なしの場合にはコピー実行ボタンが
押されないことから，蓋の開閉検知信号またはコピー実
行ボタンの押下入力信号との組合せによってA5サイズの
判別が行なえる。

ビーム・スポットP_a〜P_dの位置を変更することによ
り,4つの光ビームで最大16種類の原稿サイズの判別が可
能である。ビーム・スポットの数を増加させることによ
り多くの種類の大きさ判別が可能となる。

上述したオフアキシスMFLアレイ25は種々の方法によ
って作製することができる。たとえば，電子ビーム描画
法により電子ビーム・レジスト上にオフアキシスMFLア
レイのパターンを描画し，電子ビーム・レジストを現像
する。このようにして得られた電子ビーム・レジスト残
膜によるオフアキシスMFLアレイ・パターンから電鋳
法，転写法等によりスタンパを作成する。このスタンパ
を用いて樹脂成形法等によりオフアキシスMFLアレイを
安価に多数複製することが可能となる。

さて，発光素子24から出射される光は広がりをもちか
つその光軸に垂直な面内で光強度が均一ではない。した
がって，オフアキシスMFLアレイ25によって分割されか
つコリメートされる投射光ビームの光強度も相互に等し
いとは限らない。第３図に示すように４個のオフアキシ
スMFL25a〜25dによってオフアキシスMFLアレイ25が構成
されている場合には発光素子24のもつ光強度分布はスポ
ットP_a〜P_dの強度にあまり影響を与えないが，より多く
のオフアキシスMFLを用いた場合には，オフアキシスMFL
アレイの中央から出射する投射光ビームと周辺部から出
射する投射光ビームとではその強度にかなりの差が生じ
る。また，発光素子がレーザ・ダイオードのように軸方
向によって強度分布が異なるものの場合には上記の差は
著しいものとなる。

この発明では，マルチビーム光源21から出射される複
数の光ビームの光強度が等しくなるように，オフアキシ
スMFLアレイ25を構成するオフアキシスMFL25a〜25dの回
折効率があらかじめ調整されている。たとえば第13図に
示すようなブレーズド回折格子においては，第12図に示
すようにその格子厚Ｈに応じて回折効率が変わる。した
がって，オフアキシスMFL25a〜25dのフレネル・レンズ
・パターンを構成する格子の厚さをオフアキシスMFLご
とにそれぞれ異なる値に設定して相互に等しい投射光ビ
ーム強度を実現することができる。

必要に応じて，ガラス板11上に形成されるビーム・ス
ポットP_a〜P_dの光強度が等しくなるように設定してもよ
い。またビーム・スポットP_a〜P_dが同一の原稿によって
散乱反射して対応する受光素子PD_a〜PD_dによって受光さ
れたときにおける受光素子PD_a〜PD_dの受光信号のレベル
が等しくなるように，オフアキシスMFL25a〜25dの回折
効率を設定してもよい。

このようにして，受光素子PD_a〜PD_dの出力信号を同一
レベルのしきい値によってレベル弁別し，原稿サイズ判
別のための２値信号を作成できるので，回路構成が簡素
になるとともに，安定な原稿サイズ判別が行なえる。

各オフアキシスMFL25a〜25dの格子厚Ｈは，それらの
原盤を電子ビーム描画法によって作製するときに，電子
ビームのドーズ量を制御することによって任意に設定で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は複写機内に原稿サイズ判別用フォトセンサが内
蔵されている様子を示す一部切欠き斜視図である。 第２図は原稿サイズ判別用フォトセンサの構成を示す一
部切欠き拡大斜視図である。 第３図はオフアキシス・マイクロ・フレネル・レンズ・
アレイを示す平面図，第４図はそれによって形成される
投射光ビーム・スポットを示す図，第５図はオフアキシ
ス・マイクロ・フレネル・レンズがマイクロ・フレネル
・レンズから切り出される様子を示す図，第６図はオフ
アキシス・マイクロ・フレネル・レンズの作用を示す斜
視図である。 第７図から第11図は原稿サイズ判別原理を示すもので，
第７図は投光，受光光学系の構成図，第８図は原稿面か
らの拡散反射の様子を示す図，第９図はガラス面からの
正反射の様子を示す図，第10図はビーム・スポット位置
と各種原稿サイズとの関係を示す図，第11図は受光素子
の出力信号に基づく原稿サイズ判別論理を示すものであ
る。 第12図は格子厚と回折効率との関係を示すグラフ，第13
図はブレーズド・グレーティングの断面図である。 10……複写機， 11……ガラス板， 12……原稿， 20……原稿サイズ判別用フォトセンサ， 21……マルチビーム光源， 22……結像レンズ， 23……受光素子アレイ， 24……発光素子， 25……オフアキシス・マイクロ・フレネル・レンズ・ア
レイ， 25a〜25d……オフアキシス・マイクロ・フレネル・レン
ズ， PD_a〜PD_d……受光素子， P_a〜P_d……投射光ビーム・スポット。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子と，この発光素子の出射光を複数
   に分割しかつそれぞれ異なる方向に偏向させる複数のオ
   フアキシス・フレネル・レンズを含むオフアキシス・フ
   レネル・レンズ・アレイとから構成され，上記オフアキ
   シス・フレネル・レンズから出射する光の強度が実質的
   に等しくなるように各オフアキシス・フレネル・レンズ
   の回折効率が調整されていることを特徴とするマルチビ
   ーム光源。