JP4455961B2 - ダハ面特性測定方法及びダハ面特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリズム、ミラー等の被検物の１対のダハ面の精度を検査するために、ダハ面が形成するダハ角度及び交点位置を測定するダハ面特性測定方法及びダハ面特性測定装置に関する。

一般に、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、原稿を走査して画像を読み取るために２つの走行体が設けられている（例えば、特許文献１参照）。このような画像形成装置では、第１の走行体は、原稿が載置されるコンタクトガラスに対して４５°の角度で配置されたミラーを有し、原稿からの反射光はこのミラーによって９０°角度を変えて第２の走行体に向かって反射する。一方、第２の走行体は、互いに９０°の角度をもって配置された１対のダハミラーを有し、第１の走行体からの反射光はダハミラーによって１８０°折り返されて撮像素子であるＣＣＤに導かれ、ＣＣＤに結像されて読み取られる。この一連の処理を第１の走行体及び第２の走行体が走行して繰り返すことにより、原稿の画像が撮像される。

このような画像形成装置では、ダハミラーの光が反射する面（ダハ面）が互いに成す角度（ダハ角度）及びダハ面が互いに交わる稜線の位置（交点位置）の精度は画像の読み取りの精度に大きく影響する。すなわち、１対のダハミラーが垂直に組み合わされてダハ角度が正確に９０°となること、及びそれぞれのダハ面の延長面が交わる稜線が予め設定された水平面（基準面）上に正確に位置することが重要となる。

そこで、これらのダハ角度や交点位置を測定する技術が従来より考案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、従来の測定方法では、ダハ角度の測定と交点位置の測定とをそれぞれ別々に行ったり、あるいは両者を併せて測定するとしてもそのために様々な異なる計測を行う必要があったりして、測定のために多くの作業が求められ測定自体が非常に煩であるとともに、高コスト化を招来するものであった。
特開平８−７９４６３号公報 特開平６−４２９２８号公報

本発明は、上記の問題に鑑みて為されたもので、少ない作業で容易にダハ角度及び交点位置を測定することができ、コストの低減化を図ることが可能なダハ面特性測定方法及びダハ面特性測定装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、被検物の１対のダハ面に光を照射し、前記ダハ面で反射する光を平行光変換手段を用いてダハ面に照射した光と平行な平行光に変換して受光する場合と、前記ダハ面で反射する光を平行光に変換することなく受光する場合とのそれぞれで受光位置を検出し、検出した前記２つの受光位置の情報に基づいて前記ダハ面のダハ角度及び交点位置を測定するダハ面特性測定方法を特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のダハ面特性測定方法において、前記２つの受光位置の情報に基づいてまず前記ダハ角度を算出し、つぎに該ダハ角度の情報に基づいて前記交点位置を算出することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、被検物の１対のダハ面に光を照射する光源と、前記ダハ面で反射する前記光源の光を受光してその受光位置を検出する受光位置検出手段と、入射する光をダハ面に照射した光と平行な平行光とする平行光変換手段とを備え、前記ダハ面で反射してから前記受光位置検出手段で受光されるまでの光路上に、前記平行光変換手段が進退自在に設けられ、前記受光位置検出手段によって検出された前記平行光変換手段が前記光路上に介在する場合の受光位置の情報と、前記平行光変換手段が前記光路上に介在しない場合の受光位置の情報とに基づいて、前記ダハ面のダハ角度及び交点位置を測定するダハ面特性測定装置を特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のダハ面特性測定装置において、前記受光位置検出手段によって検出された前記２つの受光位置の情報に基づいてまず前記ダハ角度を算出し、つぎに該ダハ角度の情報に基づいて前記交点位置を算出することを特徴とする。

請求項１乃至請求項４のいずれかに係る発明によれば、平行光変換手段をダハ面で反射する光の光路上に進入・退出するように移動させるだけで（反射する光を平行光に変換するかしないかだけで）測定に必要な情報を得ることができ、従来に比べて測定の作業量が非常に少なく、また作業自体が極めて容易なため、誰でも簡単にダハ角度及び交点位置を測定することができる。また、これに加えて、ダハ角度と交点位置とで測定のための光学系を共通にできるため、コストの低減化を図ることができる。

本発明によれば、少ない作業で容易にダハ角度及び交点位置を測定することができ、コストの低減化を図ることが可能なダハ面特性測定方法及びダハ面特性測定装置を提供することができる。

本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係るダハ面特性測定装置を用いたダハ角度及び交点位置の測定方法を説明するための模式図である。このダハ面特性測定装置１は、計測部２と、制御部３とから構成される。計測部２は、光源としてのレーザ４と、受光位置検出手段としてのＣＣＤ５と、平行光変換手段としてのコリメータレンズ６とを筐体（図示略）の内部に備えている。

レーザ４は、筐体に形成された開口（図示略）から、外部に設置された被検物としての１対のダハミラー９ａ，９ｂ（厳密には一方のダハミラー、ここではダハミラー９ａ）に向けて、レーザ光を照射するようになっている。ＣＣＤ５は、ダハミラー９ａ，９ｂで反射したレーザ光を受光し、その受光位置Ｓを検出するようになっている。

コリメータレンズ６は、可動式であって、ＣＣＤ５の手前で、ダハミラー９ａ，９ｂで反射してからＣＣＤ５で受光されるまでのレーザ光の光路上に進退可能に設けられている。このコリメータレンズ６の進入及び退出の移動動作は制御部３によって制御され、進入した状態ではコリメータレンズ６はＣＣＤ５に対向する位置に配されるようになっている。コリメータレンズ６は、出射光が互いに平行となるように入射光を平行光束にするレンズであり、レーザ光の光路に進入しているときは、入射するダハミラー９ａ，９ｂで反射したレーザ光を(ダハミラー９ａに照射したレーザ光と平行な)平行光にしてＣＣＤ５に向けて出射するようになっている。逆に、コリメータレンズ６が光路から退出しているときは、ダハミラー９ａ，９ｂで反射したレーザ光は平行光となることなくそのままＣＣＤ５に向かう。なお、計測部２の筐体内に設けられたハーフミラー１１は、ダハミラー９ａ，９ｂで反射したレーザ光をＣＣＤ５に向けて折り返すためのものである。

制御部３は、計測部２に接続されて、計測部２全体の制御を行う。また、ＣＣＤ５が検出した受光位置の情報を記録し、この情報に基づいてダハミラー９ａ，９ｂが成すダハ角度θ及び交点位置Ｐを算出する。ここで、ダハ角度θとは、ダハミラー９ａ，９ｂの光が反射する面であるダハ面１２ａ，１２ｂが互いに成す角度である。また、交点位置Ｐとは、ダハ面１２ａ，１２ｂの延長面が互いに交わる稜線の位置である。一般に、ダハ角度は正確に９０°であること、また交点位置は予め決められた所定の水平面（基準面）上に存すること、すなわち上下方向で基準面と正確に一致することが求められる。

なお、このダハ面特性測定装置１を用いてダハ角度θ及び交点位置Ｐを測定する際には、計測部２の開口の手前で、レーザ光の光路上にアダプタ１３を設置する。このアダプタ１３は、ビームスプリッタ１４と、ハーフミラー１５とを備え、ダハミラー９ａ，９ｂで反射したレーザ光がハーフミラー１５、ビームスプリッタ１４でそれぞれ反射することにより、計測部２の開口から筐体内部に戻るようになっている。

ただし、レーザ４から照射されるレーザ光がビームスプリッタ１４を通ると、ダハミラー９ａに向かうはずのレーザ光が分岐されて一部ハーフミラー１５に向かってしまう（図１の矢印Ｄ参照）。そして、このハーフミラー１５に向かった光がダハミラー９ａ，９ｂで反射して計測部２に戻ってくると、ＣＣＤ５が不要な光を受光し測定不良が発生してしまう。そこで、こうした測定不良を防止するために、ハーフミラー１５とダハミラー９ｂとの間のレーザ光の光路上に１／２波長板（雲母板）１６及び偏光フィルタ１７が設けられている。この偏光フィルタ１７はハーフミラー１５からくるレーザ光を遮断するように角度調整されて設置されている。また、１／２波長板１６はダハミラー９ａ，９ｂからくるレーザ光が偏光フィルタ１７を通過可能なようにダハミラー９ａ，９ｂからの光の偏光方向（振動方向）を変えるようになっている。このようにしてダハミラー９ａ，９ｂからのレーザ光のみが計測部２に戻るようにすることによって、ダハ面特性測定装置１の測定不良の発生を防止している。

このダハ面特性測定装置１の光学系は図２のように等価することができる。以下、等価した構成を示す図を用いて説明する。図２は、ダハ角度θが正確に９０°であり、かつ交点位置Ｐが上下方向で基準面Ｌと正確に一致する場合を示す。このときのダハ角度θをθｘ、交点位置ＰをＰｘ、反射ピッチＲをＲｘ、ダハミラー９ｂで反射する反射光ＯをＯｘ、ダハ面１２ａ，１２ｂにおけるレーザ光の反射点ＱをＱｘ，Ｑｘ、受光位置ＳをＳｘとする。

まず、レーザ４からダハミラー９ａに向けて水平方向に入射光Ｉが照射されると、この入射光Ｉはダハミラー９ａで反射してダハミラー９ｂへ向かい、さらにダハミラー９ｂで反射して折り返し、反射光Ｏｘとなる。反射光Ｏｘはコリメータレンズ６の進退状況により、コリメータレンズ６を介して又は介さずに、ＣＣＤ５で受光される。ここで、図２に示すように、ダハ角度θが正確に９０°のとき（すなわち、ダハ角度θ＝θｘのとき）は、反射光Ｏｘは入射光Ｉと平行となる。

一方、ダハ角度θや交点位置Ｐの精度が狂うと、反射光Ｏに影響が生じる。例えば、図３は、ダハ角度θが９０°よりも大きく、かつ交点位置Ｐが基準面Ｌよりも上方に位置する場合を示す。このときのダハ角度θをθｙ、交点位置ＰをＰｙ、反射ピッチＲをＲｙ、ダハミラー９ｂで反射する反射光ＯをＯｙ、ダハ面１２ａ，１２ｂにおけるレーザ光の反射点ＱをＱｙ，Ｑｙとする。図３に示すように、ダハ角度θが９０°よりも大きいとき（ダハ角度θ＝θｙのとき）、ダハ面１２ａからの光がダハ面１２ｂへ入射する入射角度は、ダハ角度θ＝９０°（＝θｘ）のときよりも大きくなるため、反射光Ｏｙは、入射光Ｉと平行にはならず、離間する方向に向かう。また、交点位置Ｐが基準面Ｌよりも上方に位置するとき（交点位置Ｐ＝Ｐｙのとき）、反射点Ｑｙ，Ｑｙは、交点位置Ｐ＝Ｐｘのときの反射点Ｑｘ，Ｑｘよりも手前（レーザ４寄り）になるため、反射ピッチＲｙは反射ピッチＲｘよりも大きくなる。なお、逆にダハ角度θが９０°よりも小さいとき、反射光Ｏは入射光Ｉに近接する方向に向かい、交点位置Ｐが基準面Ｌよりも下方に位置するとき、反射ピッチＲは反射ピッチＲｘよりも小さくなる。

また、図３（ａ）はコリメータレンズ６が反射光Ｏｙの光路に進入した状態を示し、図３（ｂ）はコリメータレンズ６が反射光Ｏｙの光路から退出した状態を示す。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、本来直進するはずの反射光Ｏｙは、コリメータレンズ６の介在により平行光に変換されてＣＣＤ５に向かう。したがって、コリメータレンズ６が介在した場合の反射光Ｏｙの受光位置Ｓｙ１と、コリメータレンズ６が介在しない場合の反射光Ｏｙの受光位置Ｓｙ２とは異なる。

以上より、ダハ角度θ及び交点位置Ｐの相違、加えてコリメータレンズ６の介在の有無によってＣＣＤ５による反射光Ｏの受光位置Ｓは異なってくる。このことを利用して、ダハ面特性測定装置１はダハミラー９ａ，９ｂのダハ角度θ及び交点位置Ｐの精度を測定する。

図４は、ダハ面特性測定装置１を用いてダハミラーのダハ角度及び交点位置を測定するときのフローを示す。

まず、水平方向に出射するレーザ４のレーザ光がダハミラー９ａに照射可能なようにダハミラー９ａ，９ｂを計測部２と対向するように配置した後、コリメータレンズ６を反射光Ｏの光路に進入する位置に移動させ、光路上にコリメータレンズ６を介在させる（Ｓ１）。そして、レーザ４からレーザ光をダハミラー９ａに向けて照射する（Ｓ２）。この入射光Ｉはダハミラー９ａ，９ｂでそれぞれ反射して折り返され、この反射光Ｏはコリメータレンズ６を通って平行光となった後ＣＣＤ５で受光される。ＣＣＤ５はこの平行光を受光した位置（受光位置）Ｓの情報を取得し（Ｓ３）、制御部３はこの受光位置Ｓの情報をＣＣＤ５から受けて記憶する（Ｓ４）。

つぎに、コリメータレンズ６を反射光Ｏの光路から退出する位置に移動させ、光路上にコリメータレンズ６を介在させないようにする（Ｓ５）。すると、反射光Ｏはコリメータレンズ６を通らずにそのままＣＣＤ５で受光される。ＣＣＤ５はこの光の受光位置Ｓの情報を取得し（Ｓ６）、制御部３はこの受光位置Ｓの情報をＣＣＤ５から受けて記憶する（Ｓ７）。

制御部３は、ステップＳ４及びステップＳ７において記憶した２つの受光位置Ｓの情報に基づいて、ダハミラー９ａ，９ｂのダハ角度θ及び交点位置Ｐを算出する（Ｓ８）。

このダハ角度θ及び交点位置Ｐの算出方法については、まず、２つの受光位置Ｓの情報に基づいてダハ角度θを算出し、つぎにダハ角度θの情報も加えて、交点位置Ｐを算出する。

具体的には、例えば以下の方法による。ここで、測定の対象となるダハミラー９ａ，９ｂは図３に示す状態と同様、すなわちダハ角度θｙ、交点位置Ｐｙであるとして説明する。図５は、ダハ角度θｙ及び交点位置Ｐｙの算出方法を説明するための図であり、測定対象となるダハ角度θｙ、交点位置Ｐｙのときのダハ面１２ａ，１２ｂを実線で示し、基準となるダハ角度θｘ、かつ交点位置Ｐｘのときのダハ面１２ａ，１２ｂを鎖線で示す。また、破線で示したダハ面１２ｂ’は交点位置Ｐｙでダハ角度θｘとしたときの仮定のダハ面であり、反射点Ｑｙ’はダハ面１２ｂ’における仮定の反射点である。

例えば、ダハ角度θｙの算出については、ダハ角度θｘとダハ角度θｙとの角度差（＝ダハ角度θｙ−ダハ角度θｘ）を角度差αとすると、この角度差αと、コリメータレンズ６からＣＣＤ５までの距離Ｗａ及び受光位置Ｓｙ１から受光位置Ｓｙ２までの距離Ｈａとの関係は以下の式で表される。

ここで、距離Ｗａは予め設定された定数であり、距離Ｈａは受光位置Ｓｙ１の情報及び受光位置Ｓｙ２の情報から求められるため、角度差αは式（１）より算出される。このようにして角度差αが求められれば、ダハ角度θｙはダハ角度θｘ（＝９０°）にこの角度差αを加えることにより算出される。

つぎに、例えば、交点位置Ｐｙの算出について、基準面Ｌを基準としたときの交点位置Ｐｘと交点位置Ｐｙとの距離差（すなわち、交点位置Ｐｘ（基準面Ｌ）から交点位置Ｐｙまでの距離）を距離差βとして、説明する。ダハ角度θｘ、かつ交点位置Ｐｘとしたときの受光位置Ｓｘから受光位置Ｓｙ２までの距離Ｈｂは、角度差αに起因するずれ分である距離Ｈｃ（レーザ光の入射角度が変化することによるずれ分）及び距離Ｈｄ（反射点Ｑが上下方向にシフトすることによるずれ分）と、距離差βに起因するずれ分である距離Ｈｅとからなる。

距離Ｈｃは、ダハ角度θｘ、かつ交点位置Ｐｘとしたときのダハ面１２ｂにおけるレーザ光の反射点ＱｘからＣＣＤ５までの距離を距離Ｗｂとすると、以下の式で表される。

また、距離Ｈｄについては、距離Ｈｄが反射点Ｑｙ’からダハ面１２ｂにおける反射点Ｑｙまでの距離と同じであるため、以下の関係が成り立つ。

また、距離Ｈｅについては、以下の関係が成り立つ。

したがって、距離差βは、式（２）、式（３）及び式（４）から次式で表される。

ここで、距離Ｗｂ及び反射ピッチＲｘは予め求められる基準の定数であり、距離Ｈｂは予め求められる基準の値である受光位置Ｓｘと、受光位置Ｓｙ２の情報とから求められ、さらに、角度差αは先に求められているため、距離差βは式（５）から算出される。このようにして距離差βが求められれば、交点位置Ｐｙは交点位置Ｐｘ、すなわち基準面Ｌの位置に、この距離差β分を加えることにより算出される。

この実施の形態に係るダハ面特性測定装置１では、被検物のダハミラー９ａ，９ｂにレーザ４からレーザ光を照射し、ダハミラー９ｂで反射した反射光Ｏの光路にコリメータレンズ６を進入させてＣＣＤ５で受光する場合と、この光路からコリメータレンズ６を退出させてＣＣＤ５で受光する場合とのそれぞれで受光位置Ｓを検出し、検出した２つの受光位置Ｓの情報に基づいてダハ角度θ及び交点位置Ｐを測定するので、コリメータレンズ６を反射光Ｏの光路上に進入・退出するように移動させるだけで（反射光Ｏを平行光に変換するかしないかだけで）測定のための情報を得ることができ、従来に比べて測定の作業量が非常に少なく、また作業自体が極めて容易なため、誰でも簡単にダハ角度θ及び交点位置Ｐの測定を行うことができる。また、これに加えて、ダハ角度θと交点位置Ｐとで測定のための光学系が共通するため、全体としてコストの低減化を図ることができる。

以上、本発明を実施するための形態を説明したが、本発明は上述した形態に限られるものではなく、例えば本実施の形態ではダハ面特性測定装置の光学系を図１に示すレイアウトとして説明したが、図２のように等価できれば、これに限定されるものではない。

本実施の形態に係るダハ面特性測定装置を用いたダハ角度及び交点位置の測定方法を説明するための模式図である。 図１のダハ面特性測定装置の等価した光学系を説明するための模式図である。 図２の等価した光学系において、ダハ角度が９０°より大きく交点位置が基準面より上方にある場合を説明するための模式図であって、（ａ）はコリメータレンズが光路に進入した状態を示し、（ｂ）はコリメータレンズが光路から退出した状態を示す。 ダハ面特性測定装置を用いてダハミラーのダハ角度及び交点位置を測定するときの流れを示すフローチャートである。 ダハ角度及び交点位置の算出方法を説明するための図である。

符号の説明

１ ダハ面特性測定装置
４ レーザ（光源）
５ ＣＣＤ（受光位置検出手段）
６ コリメータレンズ（平行光変換手段）
９ａ、９ｂ ダハミラー（被検物）
１２ａ、１２ｂ ダハ面
θ、θｘ、θｙ ダハ角度
Ｐ、Ｐｘ、Ｐｙ 交点位置
Ｓ、Ｓｘ、Ｓｙ１、Ｓｙ２ 受光位置
Ｉ 入射光（光）
Ｏ、Ｏｘ、Ｏｙ 反射光（光）

Claims (4)

1. 被検物の１対のダハ面に光を照射し、前記ダハ面で反射する光を平行光変換手段を用いてダハ面に照射した光と平行な平行光に変換して受光する場合と、前記ダハ面で反射する光を平行光に変換することなく受光する場合とのそれぞれで受光位置を検出し、検出した前記２つの受光位置の情報に基づいて前記ダハ面のダハ角度及び交点位置を測定することを特徴とするダハ面特性測定方法。
2. 請求項１に記載のダハ面特性測定方法において、
   前記２つの受光位置の情報に基づいてまず前記ダハ角度を算出し、つぎに該ダハ角度の情報に基づいて前記交点位置を算出することを特徴とするダハ面特性測定方法。
3. 被検物の１対のダハ面に光を照射する光源と、前記ダハ面で反射する前記光源の光を受光してその受光位置を検出する受光位置検出手段と、入射する光をダハ面に照射した光と平行な平行光とする平行光変換手段とを備え、
   前記ダハ面で反射してから前記受光位置検出手段で受光されるまでの光路上に、前記平行光変換手段が進退自在に設けられ、
   前記受光位置検出手段によって検出された前記平行光変換手段が前記光路上に介在する場合の受光位置の情報と、前記平行光変換手段が前記光路上に介在しない場合の受光位置の情報とに基づいて、前記ダハ面のダハ角度及び交点位置を測定することを特徴とするダハ面特性測定装置。
4. 請求項３に記載のダハ面特性測定装置において、
   前記受光位置検出手段によって検出された前記２つの受光位置の情報に基づいてまず前記ダハ角度を算出し、つぎに該ダハ角度の情報に基づいて前記交点位置を算出することを特徴とするダハ面特性測定装置。

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