JP7784293B2

JP7784293B2 - 光学装置

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Publication number: JP7784293B2
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Inventors: 昌泰寺村
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Description

本発明は、光学装置に関する。

従来、物体によって反射された光や散乱された光を受光することで当該物体に含まれている物質を検出する光学装置が知られている。
特許文献１は、光源から気体に光を照射した後、当該気体によって散乱された当該光を受光素子が受光することで、当該気体に含まれている粒子を検出する光学装置を開示している。

特開２０１７－２６５４５号公報

特許文献１に開示されている光学装置では、光源及び受光素子が気体の流路に対して互いに異なる側に設けられているため、装置が大型化している。
そこで本発明は、コンパクトな構成で物体に光を効率良く照射することができる光学装置を提供することを目的とする。

本発明に係る計測装置は、光源と、受光素子と、光源からの光を物体に向けて反射する第１の反射面と、第１の反射面とは異なる形状を備え、物体からの光の一部を物体に向けて反射する第２の反射面と、第２の反射面によって反射された後、物体によって反射された光の一部を受光素子に向けて反射する第３の反射面と、受光素子の出力に基づいて物体における少なくとも一種類の物質の含有量を算出する演算部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、コンパクトな構成で物体に光を効率良く照射することができる光学装置を提供することができる。

第一実施形態に係る光学装置の模式的断面図。第一実施形態に係る光学装置において物体によって光が反射される様子を示した模式図。第一実施形態に係る光学装置において物体によって光が反射される様子を示した模式図。第一実施形態に係る光学装置における反射光の相対光量を比較したグラフ。第一実施形態に係る光学装置において物体によって光が反射される様子を示した模式図。第一実施形態に係る光学装置における検知量を比較したグラフ。第二実施形態に係る光学装置の一部投影図、一部上面図及び断面図。第二実施形態に係る光学装置での受光光量における反射回数に応じた内訳を示したグラフ。第三実施形態に係る光学装置の一部投影図、一部上面図及び断面図。第四実施形態に係る光学装置の一部投影図、一部上面図及び断面図。第五実施形態に係る光学装置の一部投影図、一部上面図及び断面図。第六実施形態に係る光学装置の一部投影図、一部上面図及び断面図。第七実施形態に係る光学装置の一部投影図、一部上面図及び断面図。第八実施形態に係る光学装置の一部投影図及び断面図。第八実施形態に係る光学装置において光が反射及び透過される様子を示した模式図。第九実施形態に係る光学装置の一部投影図及び断面図。本実施形態に係る光学装置を備える計測装置の模式的断面図。実施形態に係る画像形成装置の要部副走査断面図。

以下に、本実施形態に係る光学装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。

［第一実施形態］
従来、球面状の反射面と回転楕円面状の反射面とを用いて照明した物体からの拡散光を受光素子に効率良く集光する光学装置が提案されている。
例えば、回転楕円面状の反射面の焦点と球面状の反射面の中心とが互いに同一の位置に有る光学系を用いて大気中に含まれる微粒子を検出する検出装置が知られている。
また、球面状の反射面を用いて光源からの光を物体に照射することで物体の表面を検査する検査装置が知られている。

上記に挙げたような従来の光学装置では、光源からの光を効率よく照明するために別の装置が必要となることで装置が大型化したり、球面状の反射面の内面で反射した光を用いているため光源からの光を物体に効率良く照射することが困難となる課題が発生する。
そこで本実施形態は、コンパクトな構成で光源からの光を物体に効率良く照射することができる光学装置を提供することを目的としている。

図１は、第一実施形態に係る光学装置１の模式的断面図を示している。
本実施形態に係る光学装置１は、光源１００、第１の反射面１０１及び第２の反射面１０２を備えている。

光源１００は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光手段であり、第１の反射面１０１に向けて光を射出する。
なお光源１００としては、発光ダイオードの代わりに、レーザー光源や分光光源等の発光素子や発光装置を用いても構わない。

第１の反射面１０１は、ミラー等の反射手段であり、物体１０３を効率よく照明するために、光源１００の中心を含むと共に、物体１０３に平行な基準面に垂直な断面内（紙面に平行な断面）内において凹の曲率、すなわち凸のパワー（屈折力）を有している。
第２の反射面１０２は、ミラー等の反射手段であり、光源１００の中心を含むと共に、物体１０３に平行な基準面に垂直な断面内（紙面に平行な断面）において直線形状を有している。

すなわち第１の反射面１０１及び第２の反射面１０２は、互いに異なる形状を有する。また第１の反射面１０１及び第２の反射面１０２は、互いに離間している。
受光素子１０４は、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光手段であり、第２の反射面１０２によって反射された光の一部を受光する。

図１に示されているように、本実施形態に係る光学装置１では、光源１００から出射した光が、第１の反射面１０１に入射する。
そして、第１の反射面１０１によって物体１０３に向けて反射された当該光は、物体１０３によって反射された後、一部が第２の反射面１０２に入射する。

次に、第２の反射面１０２によって反射された当該光は、再び物体１０３に入射する。
そして、再び物体１０３によって反射された当該光の一部は、再び第２の反射面１０２に入射する。
そして、再び第２の反射面１０２によって反射された当該光の一部は、受光素子１０４に入射する。

すなわち本実施形態に係る光学装置１において、第１の反射面１０１とは、光源１００からの光を物体１０３に向けて反射する反射領域と定義され、第２の反射面１０２とは、物体１０３からの光の一部を物体１０３に向けて反射する反射領域とも定義される。

図２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る光学装置１において物体１０３ａ及び１０３ｂによって光が反射される様子を示した模式図である。

本実施形態に係る光学装置１において照明される物体１０３は、例えば白色板等の光を反射する部材である。
なお物体１０３としては、白色板の代わりに、紙、粉末、液体状あるいは気体状の物体等を用いても構わない。

物体１０３には、一般的に物体１０３を主に構成する物質である主物質１０３１と、主物質１０３１以外の不純物１０３２とが含まれている。
ここで例えば、主物質１０３１としては硫酸バリウムのような反射率に応じて入射した光の一部を反射する物質が考えられると共に、不純物１０３２としては黒鉛のような吸収率に応じて入射した光の一部を吸収する物質が考えられる。

また、主物質１０３１としてはセルロースやフッ素系樹脂のような反射率に応じて入射した光の一部を反射する物質も考えることができ、不純物１０３２としては水のような吸収率に応じて入射した光の一部を吸収する物質も考えることができる。
本実施形態に係る光学装置１において照明される物体１０３は、反射率に応じて入射した光の一部を反射する主物質１０３１と、吸収率に応じて入射した光の一部を吸収する不純物１０３２とによって構成されていれば上記の組み合わせに限られず、多種多様な組み合わせが考えられる。

図２（ａ）に示されているように、物体１０３ａには、主物質１０３１のみが含まれており、不純物１０３２は含まれていないとする。
このとき、物体１０３ａに対して第１の反射面１０１によって反射された光Ａが入射すると、光Ａが物体１０３ａの内部で主物質１０３１と相互作用することで、光Ｂが物体１０３ａの表面から拡散反射される。

一方、図２（ｂ）に示されているように、物体１０３ｂには、主物質１０３１に加えて、不純物１０３２も含まれているとする。
このとき、物体１０３ｂに対して第１の反射面１０１によって反射された光Ａが入射すると、光Ａが物体１０３ｂの内部で主物質１０３１及び不純物１０３２と相互作用することで、光Ｃが物体１０３ｂの表面から拡散反射される。

そこで本実施形態に係る光学装置１では、物体１０３ａによって反射された光Ｂと物体１０３ｂによって反射された光Ｃとをそれぞれ受光素子１０４を用いて受光することで、それぞれの光量を互いに比較する。
これにより、物体１０３ｂにおける主物質１０３１に対する不純物１０３２の割合を検知することができる。

図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、本実施形態に係る光学装置１において物体１０３ｂによって反射された光が第２の反射面１０２を介して物体１０３ｂに再び入射する様子を示した模式図である。

まず図３（ａ）に示されているように、物体１０３ｂに対して第１の反射面１０１によって反射された光Ａが入射すると、光Ａが物体１０３ｂの内部で主物質１０３１及び不純物１０３２と相互作用することで、光Ｃが物体１０３ｂの表面から拡散反射される。
次に、物体１０３ｂの表面から拡散反射された光Ｃは、上記のように第２の反射面１０２によって反射されることで、図３（ｂ）に示されているように、再び物体１０３ｂに入射する。

そして、物体１０３ｂに対して第２の反射面１０２によって反射された光Ｃが入射すると、光Ｃが物体１０３ｂの内部で主物質１０３１及び不純物１０３２と相互作用することで、光Ｄが物体１０３ｂの表面から拡散反射される。
次に、物体１０３ｂの表面から拡散反射された光Ｄは、上記のように第２の反射面１０２によって反射されることで、図３（ｃ）に示されているように、再び物体１０３ｂに入射する。
そして、物体１０３ｂに対して第２の反射面１０２によって反射された光Ｄが入射すると、光Ｄが物体１０３ｂの内部で主物質１０３１及び不純物１０３２と相互作用することで、光Ｅが物体１０３ｂの表面から拡散反射される。

このように本実施形態に係る光学装置１では、第２の反射面１０２によって光を物体１０３に再び入射させることで、光と物体１０３に含まれる主物質１０３１や不純物１０３２との間の相互作用の回数を増やすことができる。
そして、上記のように不純物１０３２は入射した光の一部を吸収するため、物体１０３ｂによって反射される光の光量は、当該相互作用の回数が増大するにつれて、減少していく。

図４は、図２及び図３に示した例における各光の相対光量ＲＩを互いに比較したグラフを示している。

図４では、図２（ａ）に示されているように不純物１０３２が含まれていない物体１０３ａの表面から反射された光Ｂを受光素子１０４が受光したときの相対光量ＲＩを１としている。
そして図３（ａ）に示されているように、不純物１０３２が含まれている物体１０３ｂに対して第１の反射面１０１によって反射された光Ａが入射すると、光Ａが不純物１０３２と相互作用（一回目）することによって一部が吸収された後、光Ｃが物体１０３ｂの表面から拡散反射される。
このとき光Ｃの相対光量ＲＩは、０．９０に減少しているとする。

そして図３（ｂ）に示されているように、光Ｃが第２の反射面１０２によって反射されることで物体１０３ｂに再び入射すると、光Ｃが不純物１０３２と再び相互作用（二回目）することによって一部が吸収された後、光Ｄが物体１０３ｂの表面から拡散反射される。
このとき光Ｄの相対光量ＲＩは、０．８１に減少する。

次に、図３（ｃ）に示されているように、光Ｄが第２の反射面１０２によって反射されることで物体１０３ｂに再び入射すると、光Ｄが不純物１０３２と再び相互作用（三回目）することによって一部が吸収された後、光Ｅが物体１０３ｂの表面から拡散反射される。
これにより光Ｅの相対光量ＲＩは、０．７３に減少する。

図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、本実施形態に係る光学装置１において第１の反射面１０１によって反射された光Ａが物体１０３ｃ、１０３ｄ及び１０３ｂに入射する様子を示した模式図である。

図５（ａ）乃至（ｃ）に示されているように、物体１０３ｃ、１０３ｄ及び１０３ｂはそれぞれ、不純物１０３２の含有量が互いに異なっている。
具体的には、物体１０３ｃでは不純物１０３２の含有量が主物質１０３１に対して１％、物体１０３ｄでは不純物１０３２の含有量が主物質１０３１に対して２％、物体１０３ｂでは不純物１０３２の含有量が主物質１０３１に対して３％となっている。

そして図５（ａ）に示されているように、物体１０３ｃに対して第１の反射面１０１によって反射された光Ａが入射すると、光Ａが不純物１０３２と相互作用することによって一部が吸収された後、光Ｆが物体１０３ｃの表面から拡散反射されるとする。
また図５（ｂ）に示されているように、物体１０３ｄに対して第１の反射面１０１によって反射された光Ａが入射すると、光Ａが不純物１０３２と相互作用することによって一部が吸収された後、光Ｇが物体１０３ｄの表面から拡散反射されるとする。

また図５（ｃ）に示されているように、物体１０３ｂに対して第１の反射面１０１によって反射された光Ａが入射すると、光Ａが不純物１０３２と相互作用することによって一部が吸収された後、光Ｈが物体１０３ｂの表面から拡散反射されるとする。
すなわちこの場合、光Ｈは図３（ａ）に示されている光Ｃと同一である。

図６（ａ）は、図５に示されている物体１０３ｃ、物体１０３ｄ及び物体１０３ｂそれぞれにおける不純物１０３２の含有量に関する検知量Ｔを互いに比較したグラフを示している。
ここで、不純物１０３２の含有量に関する検知量Ｔは、図２（ａ）に示されている不純物１０３２が含まれていない物体１０３ａの表面から反射される光Ｂの相対光量ＲＩ（＝１）と、対応する物体の表面から反射される光の相対光量ＲＩとの間の差、すなわち以下の式（１）のように定義される。
Ｔ＝１－ＲＩ・・・（１）

まず、不純物１０３２の含有量が３％である物体１０３ｂの表面から反射される光Ｈ（すなわち、光Ｃ）の相対光量ＲＩは、図４に示されているように０．９０であることから、光Ｈを受光素子１０４が受光したときの検知量Ｔは、式（１）から０．１０と求まる。
また、不純物１０３２の含有量が１％である物体１０３ｃの表面から反射される光Ｆを受光素子１０４が受光したときの検知量Ｔは、０．１０×（１／３）＝０．０３と求まる。

また、不純物１０３２の含有量が２％である物体１０３ｄの表面から反射される光Ｇを受光素子１０４が受光したときの検知量Ｔは、０．１０×（２／３）＝０．０７と求まる。
すなわち、物体１０３ｃ、物体１０３ｄ及び物体１０３ｂそれぞれにおいて入射した光が不純物１０３２と一回だけ相互作用する場合に、図６（ａ）に示されているような検知量Ｔが得られる。

次に、図３（ｃ）に示したように物体１０３ｃ、物体１０３ｄ及び物体１０３ｂそれぞれに対して、既に当該物体に含まれる不純物１０３２と二回相互作用した光が再び入射する場合を考える。
この場合、不純物１０３２の含有量が３％である物体１０３ｂの表面から反射される光Ｈは図３（ｃ）に示されている光Ｅと同一となる。
そして、光Ｅの相対光量ＲＩは、図４に示されているように０．７３であることから、光Ｈを受光素子１０４が受光したときの検知量Ｔは、式（１）から０．２７と求まる。

また、不純物１０３２の含有量が１％である物体１０３ｃの表面から反射される光Ｆを受光素子１０４が受光したときの検知量Ｔは、０．２７×（１／３）＝０．０９と求まる。
また、不純物１０３２の含有量が２％である物体１０３ｄの表面から反射される光Ｇを受光素子１０４が受光したときの検知量Ｔは、０．２７×（２／３）＝０．１８と求まる。

図６（ｂ）は、このような場合における不純物１０３２の含有量に関する検知量Ｔを互いに比較したグラフを示している。
図６（ａ）及び（ｂ）に示されているように、物体１０３の内部において光と不純物１０３２との間の相互作用の回数を増やすことで、検知量Ｔを増大させることができる。
そして検知量Ｔが増大することで、物体１０３における不純物１０３２の含有量を精度良く決定することができる。

以上のように本実施形態に係る光学装置１では、第１の反射面１０１及び第２の反射面１０２を設けることで、光源１００からの光を効率良く物体１０３に照射することができる。
また、物体１０３からの光を第２の反射面１０２によって反射することで、物体１０３を複数回照明することができ、これにより光と物体１０３を構成する主物質１０３１や不純物１０３２との間の相互作用の回数を増やすことができる。

［第二実施形態］
図７（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、第二実施形態に係る光学装置２の一部投影図及び一部上面図を示している。
また図７（ｃ）は、第二実施形態に係る光学装置２の図７（ａ）中の７Ｃ－７Ｃ線で切断した断面図を示している。

本実施形態に係る光学装置２は、光源１００、反射素子２００及び基板１０５を備えている。

光源１００は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光手段であり、第１の反射面２０２に向けて光を射出する。
なお光源１００としては、発光ダイオードの代わりに、レーザー光源や分光光源等の発光素子や発光装置を用いても構わない。

受光素子１０４は、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光手段であり、第３の反射面２０３によって反射された光の一部を受光する。
基板１０５は、光源１００及び受光素子１０４を保持する部材であり、開口部１０５ａ（第１の開口部）が形成されている。

反射素子２００は、光源１００からの光や物体１０３からの光を反射する機能を有しており、材料としては樹脂が用いられる。
なお反射素子２００の材料としては、樹脂の代わりに金属等、種々の材料を用いても構わない。

また本実施形態に係る光学装置２では、反射素子２００には、いずれも金属蒸着が施されたミラー面であると共に、互いに接続されている第２の反射面２０１、第１の反射面２０２及び第３の反射面２０３が形成されている。
なお第２の反射面２０１、第１の反射面２０２及び第３の反射面２０３には、金属蒸着を施す代わりに、全反射や光沢コーティング等の種々の反射手段を設けても構わない。

第２の反射面２０１、第１の反射面２０２及び第３の反射面２０３はそれぞれ、光軸との交点を原点、光軸に平行な軸をＸ軸、光軸に垂直な断面をＹＺ断面としたとき、以下の式（２）のように定義される曲面を有している。

ここで、Ｒは曲率半径、Ｋはコーニック係数である。

そして第１の反射面２０２及び第３の反射面２０３はそれぞれ、図７（ａ）において斜線部で示されているように、コーニック係数Ｋに関して－１．０≦Ｋ＜０．０なる条件を満たす非球面である。
具体的に第１の反射面２０２及び第３の反射面２０３は、曲率半径Ｒが７．５ｍｍ、コーニック係数Ｋが－０．４４４である回転楕円面の一部となっている。

また、第１の反射面２０２を形成する回転楕円面の光源１００側の面頂点と焦点とを通る（含む）光軸Ｏ１は、基準面ＲＰに対してθ＝２０．９６４°だけ傾いている。
また、第３の反射面２０３を形成する回転楕円面の受光素子１０４側の面頂点と焦点とを通る（含む）光軸Ｏ２は、基準面ＲＰに対してθ＝２０．９６４°だけ傾いている。
換言すると、光軸Ｏ１及びＯ２はそれぞれ、基板１０５の表面（基板面）に対して非平行である。

なおここで、光軸Ｏ１は第１の反射面２０２を形成する回転楕円面の長軸に平行であり、光軸Ｏ２は第３の反射面２０３を形成する回転楕円面の長軸に平行である。
また第２の反射面２０１は、曲率半径Ｒが１８ｍｍ、コーニック係数Ｋが０である球面の一部となっている。
すなわち第１の反射面２０２及び第２の反射面２０１は、互いに異なる形状を有する。具体的に第１の反射面２０２及び第２の反射面２０１は、互いに異なる曲率を有する。

図７（ｃ）に示されているように、光源１００は、第１の反射面２０２の一方の焦点（第１の焦点）を含むように配置されている。
また受光素子１０４は、第３の反射面２０３の一方の焦点（第１の焦点）を含むように配置されている。

また、第１の反射面２０２及び第３の反射面２０３それぞれの他方の焦点（第２の焦点）が第２の反射面２０１の中心近傍に配置されるように、反射素子２００において第２の反射面２０１、第１の反射面２０２及び第３の反射面２０３が形成されている。
なお第１の反射面２０２及び第３の反射面２０３それぞれの他方の焦点は、第２の反射面２０１の中心と同一の位置に有ることが好ましい。
そして物体１０３は、第１の反射面２０２及び第３の反射面２０３それぞれの他方の焦点の少なくとも一方を含むように配置される。

図７（ｃ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置２では、光源１００から出射した光の一部が、第１の反射面２０２に入射する。
そして第１の反射面２０２によって物体１０３に向けて反射された当該光が、物体１０３によって反射された後、一部が第２の反射面２０１及び第３の反射面２０３に入射する。

次に、第２の反射面２０１に入射した当該光は、第２の反射面２０１によって反射されることで、再び物体１０３に入射する。
そして、物体１０３によって再び反射された当該光の一部は、第２の反射面２０１及び第３の反射面２０３に入射する。
そして、第３の反射面２０３によって反射された光の一部は、受光素子１０４に入射する。

すなわち本実施形態に係る光学装置２において、第１の反射面２０２とは、光源１００からの光を物体１０３に向けて反射する反射領域と定義され、第２の反射面２０１とは、物体１０３からの光の一部を物体１０３に向けて反射する反射領域と定義される。
また第３の反射面２０３とは、物体１０３からの光の一部を受光素子１０４に向けて反射する反射領域と定義される。

図８（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る光学装置２での受光素子１０４によって受光された光の受光光量における物体１０３によって反射された回数に応じた内訳を示したグラフである。
なおここで、受光素子１０４によって受光された光の受光光量の総量を１００％としている。

図８（ａ）及び（ｂ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置２では、物体１０３と第２の反射面２０１との間で１０回以上往復した光、すなわち物体１０３によって１０回以上反射された光も当該受光光量に含まれていることがわかる。
換言すると、本実施形態に係る光学装置２では上記の構成を採ることで、物体１０３と第２の反射面２０１との間で１０回以上往復した光、すなわち物体１０３によって１０回以上反射された光を受光素子１０４に導光することが可能となる。

これにより、第一実施形態に係る光学装置１に比べて、物体１０３による反射回数が増大することで、図６を用いて説明したように、物体１０３における不純物１０３２の含有量に関する検知量Ｔを更に増大させることができる。
そして検知量Ｔが更に増大することで、物体１０３における不純物１０３２の含有量を更に精度良く決定することができる。

以上のように本実施形態に係る光学装置２では、第１の反射面２０２及び第２の反射面２０１を設けることで、光源１００からの光を効率良く物体１０３に照射することができる。
また、反射素子２００の外部に配置されている物体１０３を効率良く照明することが可能である。
そして、上記の構成を採ることにより、物体１０３と第２の反射面２０１との間で光が往復する回数、すなわち光が物体１０３によって反射される回数を更に増やすことができる。

［第三実施形態］
図９（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、第三実施形態に係る光学装置３の一部投影図及び一部上面図を示している。
また図９（ｃ）は、第三実施形態に係る光学装置３の図９（ａ）中の９Ｃ－９Ｃ線で切断した断面図を示している。
なお本実施形態に係る光学装置３は、反射素子２００の代わりに反射素子３００を設けていること以外は、第二実施形態に係る光学装置２と同一の構成であるため、同一の部材には同一の符番を付して説明を省略する。

本実施形態に係る光学装置３は、光源１００、反射素子３００及び基板１０５を備えている。

反射素子３００は、光源１００から射出された光や物体１０３によって反射された光を反射する機能を有しており、材料としては樹脂が用いられる。
なお反射素子３００の材料としては、樹脂の代わりに金属等、種々の材料を用いても構わない。

また本実施形態に係る光学装置３では、反射素子３００には、いずれも金属蒸着が施されたミラー面である、第２の反射面３０１、第１の反射面３０２及び第３の反射面３０３が形成されている。
なお第２の反射面３０１、第１の反射面３０２及び第３の反射面３０３には、金属蒸着を施す代わりに、全反射や光沢コーティング等の種々の反射手段を設けても構わない。

第１の反射面３０２及び第３の反射面３０３はそれぞれ、光軸との交点を原点、光軸に平行な軸をＸ軸、光軸に垂直な断面をＹＺ断面としたとき、上記の式（２）のように定義される曲面を有している。
具体的に第１の反射面３０２及び第３の反射面３０３はそれぞれ、図９（ａ）において斜線部で示されているように、コーニック係数Ｋが－１．０≦Ｋ＜０．０の範囲にある非球面である。
より具体的に第１の反射面３０２及び第３の反射面３０３は、曲率半径Ｒが７．５ｍｍ、コーニック係数Ｋが－０．４４４である回転楕円面の一部となっている。

また、第１の反射面３０２及び第３の反射面３０３それぞれの面頂点及び焦点を通る光軸は、基準面に対して２０．９６４°だけ傾いている。

また第２の反射面３０１は、再帰反射機能を有する、すなわち再帰反射面であり、具体的には多数の微細なコーナーキューブが配置されている形状を有している。
なお第２の反射面３０１としては、多数の微細なコーナーキューブの代わりに、多数の微細な球体が配置されている等、再帰反射機能を有する種々の形状を有する再帰反射面を用いてもよい。

図９（ｃ）に示されているように、光源１００は、第１の反射面３０２の一方の焦点を含むように配置されている。
また受光素子１０４は、第３の反射面３０３の一方の焦点を含むように配置されている。

また、第１の反射面３０２及び第３の反射面３０３それぞれの他方の焦点が互いに近接して配置されるように、反射素子３００において第１の反射面３０２及び第３の反射面３０３が形成されている。
そして物体１０３は、第１の反射面３０２及び第３の反射面３０３それぞれの他方の焦点の少なくとも一方を含むように配置される。

図９（ｃ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置３では、光源１００から出射した光の一部が、第１の反射面３０２に入射する。
そして第１の反射面３０２によって物体１０３に向けて反射された当該光が、物体１０３によって反射された後、一部が第２の反射面３０１及び第３の反射面３０３に入射する。

次に、第２の反射面３０１に入射した当該光は、第２の反射面３０１によって再帰反射されることで、再び物体１０３に入射する。
そして、物体１０３によって再び反射された当該光の一部は、第２の反射面３０１及び第３の反射面３０３に入射する。
そして、第３の反射面３０３によって反射された光の一部は、受光素子１０４に入射する。

本実施形態に係る光学装置３では上記の構成を採ることで、物体１０３と第２の反射面３０１との間で１０回以上往復した光、すなわち物体１０３によって１０回以上反射された光を受光素子１０４に導光することが可能となる。

以上のように本実施形態に係る光学装置３では、第１の反射面３０２及び第２の反射面３０１を設けることで、光源１００からの光を効率良く物体１０３に照射することができる。
また、反射素子３００の外部に配置されている物体１０３を効率良く照明することが可能である。
加えて、再帰反射機能を有するように第２の反射面３０１を形成することで、第二実施形態に係る光学装置２に比べて、反射素子３００の厚みを薄くすることができる。

［第四実施形態］
図１０（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、第四実施形態に係る光学装置４の一部投影図及び一部上面図を示している。
また図１０（ｃ）は、第四実施形態に係る光学装置４の図１０（ａ）中の１０Ｃ－１０Ｃ線で切断した断面図を示している。
なお本実施形態に係る光学装置４は、反射素子２００の代わりに反射素子４００を設けていること以外は、第二実施形態に係る光学装置２と同一の構成であるため、同一の部材には同一の符番を付して説明を省略する。

本実施形態に係る光学装置４は、光源１００、反射素子４００及び基板１０５を備えている。

反射素子４００は、光源１００から射出された光や物体１０３によって反射された光を反射する機能を有しており、材料としては樹脂が用いられる。
なお反射素子４００の材料としては、樹脂の代わりに金属等、種々の材料を用いても構わない。

また本実施形態に係る光学装置４では、反射素子４００には、いずれも金属蒸着が施されたミラー面である、第２の反射面４０１、第１の反射面４０２及び第３の反射面４０３が形成されている。
なお第２の反射面４０１、第１の反射面４０２及び第３の反射面４０３には、金属蒸着を施す代わりに、全反射や光沢コーティング等の種々の反射手段を設けても構わない。

第１の反射面４０２及び第３の反射面４０３はそれぞれ、光軸との交点を原点、光軸に平行な軸をＸ軸、光軸に垂直な断面をＹＺ断面としたとき、上記の式（２）のように定義される曲面を有している。
具体的に第１の反射面４０２及び第３の反射面４０３はそれぞれ、図１０（ａ）において斜線部で示されているように、コーニック係数Ｋが－１．０≦Ｋ＜０．０の範囲にある非球面である。
より具体的に第１の反射面４０２及び第３の反射面４０３は、曲率半径Ｒが７．５ｍｍ、コーニック係数Ｋが－０．４４４である回転楕円面の一部となっている。

また、第１の反射面４０２及び第３の反射面４０３それぞれの面頂点及び焦点を通る光軸は、基準面に対して２０．９６４°だけ傾いている。

また第２の反射面４０１は、第１の部分反射面４０１１、第２の部分反射面４０１２及び第３の部分反射面４０１３から構成されている。
そして第１の部分反射面４０１１は、曲率半径Ｒが１５ｍｍ、コーニック係数Ｋが０である球面の一部となっている。

また第２の部分反射面４０１２は、曲率半径Ｒが１６．５ｍｍ、コーニック係数Ｋが０である球面の一部となっている。
また第３の部分反射面４０１３は、曲率半径Ｒが１８ｍｍ、コーニック係数Ｋが０である球面の一部となっている。
そして、第１の部分反射面４０１１、第２の部分反射面４０１２及び第３の部分反射面４０１３それぞれの中心は、互いに同一の位置に有る。

図１０（ｃ）に示されているように、光源１００は、第１の反射面４０２の一方の焦点を含むように配置されている。
また受光素子１０４は、第３の反射面４０３の一方の焦点を含むように配置されている。

また、第１の反射面４０２及び第３の反射面４０３それぞれの他方の焦点が第２の反射面４０１の中心、すなわち第１の部分反射面４０１１、第２の部分反射面４０１２及び第３の部分反射面４０１３それぞれの中心近傍に配置されるように、反射素子４００において第２の反射面４０１、第１の反射面４０２及び第３の反射面４０３が形成されている。
そして物体１０３は、第１の反射面４０２及び第３の反射面４０３それぞれの他方の焦点の少なくとも一方を含むように配置される。

図１０（ｃ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置４では、光源１００から出射した光の一部が、第１の反射面４０２に入射する。
そして第１の反射面４０２によって物体１０３に向けて反射された当該光が、物体１０３によって反射された後、一部が第２の反射面４０１及び第３の反射面４０３に入射する。

次に、第２の反射面４０１に入射した当該光は、第２の反射面４０１によって反射されることで、再び物体１０３に入射する。
そして、物体１０３によって再び反射された当該光の一部は、第２の反射面４０１及び第３の反射面４０３に入射する。
そして、第３の反射面４０３によって反射された光の一部は、受光素子１０４に入射する。

本実施形態に係る光学装置４では上記の構成を採ることで、物体１０３と第２の反射面４０１との間で１０回以上往復した光、すなわち物体１０３によって１０回以上反射された光を受光素子１０４に導光することが可能となる。

以上のように本実施形態に係る光学装置４では、第１の反射面４０２及び第２の反射面４０１を設けることで、光源１００からの光を効率良く物体１０３に照射することができる。
また、反射素子４００の外部に配置されている物体１０３を効率良く照明することが可能である。

加えて、第２の反射面４０１として互いに曲率半径Ｒが異なる球面の一部である第１の部分反射面４０１１、第２の部分反射面４０１２及び第３の部分反射面４０１３を設けることで、第二実施形態に係る光学装置２に比べて、反射素子４００の厚みを薄くすることができる。
なお、第１の部分反射面４０１１、第２の部分反射面４０１２及び第３の部分反射面４０１３それぞれの曲率半径Ｒを互いに同一にする、すなわち第２の反射面４０１をフレネル面の形状に設計しても本実施形態に係る光学装置４と同等の効果を得ることができる。

［第五実施形態］
図１１（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、第五実施形態に係る光学装置５の一部投影図及び一部上面図を示している。
また図１１（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）はそれぞれ、第五実施形態に係る光学装置５の図１１（ａ）中の１１Ｃ－１１Ｃ線、１１Ｄ－１１Ｄ線及び１１Ｅ－１１Ｅ線で切断した断面図を示している。

本実施形態に係る光学装置５は、第１の光源１００１、第２の光源１００２、反射素子５００及び基板１００５を備えている。

第１の光源１００１及び第２の光源１００２はそれぞれ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光手段である。なお第１の光源１００１及び第２の光源１００２としては、発光ダイオードの代わりに、レーザー光源や分光光源等の発光素子や発光装置を用いても構わない。
受光素子１００３は、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光手段である。
基板１００５は、第１の光源１００１、第２の光源１００２及び受光素子１００３を保持する部材であり、開口部１００５ａが形成されている。

反射素子５００は、第１の光源１００１及び第２の光源１００２からの光や物体１０３からの光を反射する機能を有しており、材料としては樹脂が用いられる。
なお反射素子５００の材料としては、樹脂の代わりに金属等、種々の材料を用いても構わない。

また本実施形態に係る光学装置５では、反射素子５００には、いずれも金属蒸着が施されたミラー面である、第２の反射面５０１、第１の反射面５０２、第４の反射面５０３（第１の反射面）及び第３の反射面５０４が形成されている。
なお第２の反射面５０１、第１の反射面５０２、第４の反射面５０３及び第３の反射面５０４には、金属蒸着を施す代わりに、全反射や光沢コーティング等の種々の反射手段を設けても構わない。

第２の反射面５０１、第１の反射面５０２、第４の反射面５０３及び第３の反射面５０４はそれぞれ、光軸との交点を原点、光軸に平行な軸をＸ軸、光軸に垂直な断面をＹＺ断面としたとき、上記の式（２）のように定義される曲面を有している。

そして第１の反射面５０２、第４の反射面５０３及び第３の反射面５０４はそれぞれ、図１１（ａ）において斜線部で示されているように、コーニック係数Ｋが－１．０≦Ｋ＜０．０の範囲にある非球面である。
具体的に第１の反射面５０２、第４の反射面５０３及び第３の反射面５０４は、曲率半径Ｒが７．５ｍｍ、コーニック係数Ｋが－０．４４４である回転楕円面の一部となっている。

また、第１の反射面５０２、第４の反射面５０３及び第３の反射面５０４それぞれの面頂点及び焦点を通る光軸は、基準面に対して２０．９６４°だけ傾いている。
また第２の反射面５０１は、曲率半径Ｒが１８ｍｍ、コーニック係数Ｋが０である球面の一部となっている。

図１１（ｃ）に示されているように、第１の光源１００１は、第１の反射面５０２の一方の焦点を含むように配置されている。
また図１１（ｄ）に示されているように、第２の光源１００２は、第４の反射面５０３の一方の焦点を含むように配置されている。
また図１１（ｅ）に示されているように、受光素子１００３は、第３の反射面５０４の一方の焦点を含むように配置されている。

そして、第１の反射面５０２、第４の反射面５０３及び第３の反射面５０４それぞれの他方の焦点が第２の反射面５０１の中心近傍に配置されるように、反射素子５００において第２の反射面５０１、第１の反射面５０２、第４の反射面５０３及び第３の反射面５０４が形成されている。
また物体１０３は、第１の反射面５０２、第４の反射面５０３及び第３の反射面５０４それぞれの他方の焦点の少なくとも一つを含むように配置される。

図１１（ｃ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置５では、第１の光源１００１から出射した光の一部が、第１の反射面５０２に入射する。
そして第１の反射面５０２によって物体１０３に向けて反射された当該光が、物体１０３によって反射された後、一部が第２の反射面５０１及び第３の反射面５０４に入射する。

次に、第２の反射面５０１に入射した当該光は、第２の反射面５０１によって反射されることで、再び物体１０３に入射する。
そして、物体１０３によって再び反射された当該光の一部は、第２の反射面５０１及び第３の反射面５０４に入射する。
そして図１１（ｅ）に示されているように、第３の反射面５０４によって反射された光の一部は、受光素子１００３に入射する。

また図１１（ｄ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置５では、第２の光源１００２から出射した光の一部が、第４の反射面５０３に入射する。
そして第４の反射面５０３によって物体１０３に向けて反射された当該光が、物体１０３によって反射された後、一部が第２の反射面５０１及び第３の反射面５０４に入射する。

本実施形態に係る光学装置５では上記の構成を採ることで、物体１０３と第２の反射面５０１との間で１０回以上往復した光、すなわち物体１０３によって１０回以上反射された光を受光素子１００３に導光することが可能となる。

以上のように本実施形態に係る光学装置５では、第１の反射面５０２、第４の反射面５０３及び第２の反射面５０１を設けることで、光源１００からの光を効率良く物体１０３に照射することができる。
また、反射素子５００の外部に配置されている物体１０３を効率良く照明することが可能である。

加えて本実施形態に係る光学装置５では、第１の光源１００１及び第２の光源１００２それぞれから出射する光の波長を互いに異ならせることで、物体１０３内の種々の不純物１０３２と相互作用することができる。
またその場合には、複数の波長の光を受光することができるように複数の受光素子１００３を設けても構わない。
更に、受光素子１００３にフィルタを設けることで、受光する光の波長を選択することも可能である。

［第六実施形態］
図１２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、第六実施形態に係る光学装置６の一部投影図及び一部上面図を示している。
また図１２（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）はそれぞれ、第六実施形態に係る光学装置６の図１２（ａ）中の１２Ｃ－１２Ｃ線、１２Ｄ－１２Ｄ線及び１２Ｅ－１２Ｅ線で切断した断面図を示している。
なお本実施形態に係る光学装置６は、反射素子５００の代わりに反射素子６００を設けていること以外は、第五実施形態に係る光学装置５と同一の構成であるため、同一の部材には同一の符番を付して説明を省略する。

本実施形態に係る光学装置６は、第１の光源１００１、第２の光源１００２、反射素子６００及び基板１００５を備えている。

反射素子６００は、第１の光源１００１及び第２の光源１００２からの光や物体１０３からの光を反射する機能を有しており、材料としては樹脂が用いられる。
なお反射素子６００の材料としては、樹脂の代わりに金属等、種々の材料を用いても構わない。

また本実施形態に係る光学装置６では、反射素子６００には、いずれも金属蒸着が施されたミラー面である、第２の反射面６０１、第１の反射面６０２、第４の反射面６０３（第１の反射面）及び第３の反射面６０４が形成されている。
なお第２の反射面６０１、第１の反射面６０２、第４の反射面６０３及び第３の反射面６０４には、金属蒸着を施す代わりに、全反射や光沢コーティング等の種々の反射手段を設けても構わない。

第２の反射面６０１、第１の反射面６０２、第４の反射面６０３及び第３の反射面６０４はそれぞれ、光軸との交点を原点、光軸に平行な軸をＸ軸、光軸に垂直な断面をＹＺ断面としたとき、上記の式（２）のように定義される曲面を有している。

そして第１の反射面６０２、第４の反射面６０３及び第３の反射面６０４はそれぞれ、図１２（ａ）において斜線部で示されているように、コーニック係数Ｋが－１．０≦Ｋ＜０．０の範囲にある非球面である。
具体的に第１の反射面６０２、第４の反射面６０３及び第３の反射面６０４は、曲率半径Ｒが９ｍｍ、コーニック係数Ｋが－１である回転放物面の一部となっている。

また、第１の反射面６０２、第４の反射面６０３及び第３の反射面６０４それぞれの面頂点及び焦点を通る光軸は、基準面に対して２０°だけ傾いている。
また第２の反射面６０１は、曲率半径Ｒが１８ｍｍ、コーニック係数Ｋが０である球面の一部となっている。

図１２（ｃ）に示されているように、第１の光源１００１は、第１の反射面６０２の焦点（第１の焦点）を含むように配置されている。
また図１２（ｄ）に示されているように、第２の光源１００２は、第４の反射面６０３の焦点（第１の焦点）を含むように配置されている。

また図１２（ｅ）に示されているように、受光素子１００３は、第３の反射面６０４の焦点を含むように配置されている。
そして物体１０３は、第２の反射面６０１の中心近傍を含むように配置される。

図１２（ｃ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置６では、第１の光源１００１から出射した光の一部が、第１の反射面６０２に入射する。
そして第１の反射面６０２によって物体１０３に向けて反射された当該光が、物体１０３によって反射された後、一部が第２の反射面６０１及び第３の反射面６０４に入射する。

次に、第２の反射面６０１に入射した当該光は、第２の反射面６０１によって反射されることで、再び物体１０３に入射する。
そして、物体１０３によって再び反射された当該光の一部は、第２の反射面６０１及び第３の反射面６０４に入射する。
そして図１２（ｅ）に示されているように、第３の反射面６０４によって反射された光の一部は、受光素子１００３に入射する。

また図１２（ｄ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置６では、第２の光源１００２から出射した光の一部が、第４の反射面６０３に入射する。
そして第４の反射面６０３によって物体１０３に向けて反射された当該光が、物体１０３によって反射された後、一部が第２の反射面６０１及び第３の反射面６０４に入射する。

本実施形態に係る光学装置６では上記の構成を採ることで、物体１０３と第２の反射面６０１との間で１０回以上往復した光、すなわち物体１０３によって１０回以上反射された光を受光素子１００３に導光することが可能となる。

以上のように本実施形態に係る光学装置６では、第１の反射面６０２、第４の反射面６０３及び第２の反射面６０１を設けることで、光源１００からの光を効率良く物体１０３に照射することができる。
また、反射素子６００の外部に配置されている物体１０３を効率良く照明することが可能である。

加えて本実施形態に係る光学装置６では、第１の反射面６０２、第４の反射面６０３及び第３の反射面６０４を回転放物面の一部となるように設計することで、物体１０３を均一に照明することができる。
これにより、物体１０３の位置が変化しても受光素子１００３によって受光される光の光量、すなわち検知量Ｔの変化を小さくすることができる。

［第七実施形態］
図１３（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、第七実施形態に係る光学装置７の一部投影図及び一部上面図を示している。
また図１３（ｃ）は、第七実施形態に係る光学装置７の基準面に垂直な断面で切断した図を示している。

本実施形態に係る光学装置７は、光源ユニット７０３、反射素子７００及び基板１０５を備えている。

光源ユニット７０３は、光源７０３１及び照明レンズ７０３２から構成されている。
光源７０３１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光手段である。なお光源７０３１としては、発光ダイオードの代わりに、レーザー光源や分光光源等の発光素子や発光装置を用いても構わない。
また照明レンズ７０３２は、光源７０３１から出射した光に対して所定の屈折作用を施す。

受光ユニット７０４は、受光素子７０４１及び結像レンズ７０４２から構成されている。
受光素子７０４１は、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光手段である。
また結像レンズ７０４２は、入射した光を受光素子７０４１上に集光する。

基板１０５は、光源ユニット７０３及び受光ユニット７０４を保持する部材であり、開口部１０５ａが形成されている。

反射素子７００は、光源ユニット７０３からの光や物体１０３からの光を反射する機能を有しており、材料としては樹脂が用いられる。
なお反射素子７００の材料としては、樹脂の代わりに金属等、種々の材料を用いても構わない。

また本実施形態に係る光学装置７では、反射素子７００には、いずれも金属蒸着が施されたミラー面である、第２の反射面７０１及び第１の反射面７０２が形成されている。
なお第２の反射面７０１及び第１の反射面７０２には、金属蒸着を施す代わりに、全反射や光沢コーティング等の種々の反射手段を設けても構わない。
以下に示すように、本実施形態に係る光学装置７では、第１の反射面７０２は、第一乃至第六実施形態に係る光学装置における第３の反射面の機能も担っている。

第２の反射面７０１及び第１の反射面７０２はそれぞれ、光軸との交点を原点、光軸に平行な軸をＸ軸、光軸に垂直な断面をＹＺ断面としたとき、上記の式（２）のように定義される曲面を有している。

そして第１の反射面７０２は、図１３（ａ）において斜線部で示されているように、コーニック係数Ｋが－１．０≦Ｋ＜０．０の範囲にある非球面である。
具体的に第１の反射面７０２は、曲率半径Ｒが２８．８ｍｍ、コーニック係数Ｋが－１である回転放物面の一部となっている。

また、第１の反射面７０２の面頂点及び焦点を通る光軸は、基準面に対して９０°だけ傾いている。
また第２の反射面７０１は、曲率半径Ｒが１８ｍｍ、コーニック係数Ｋが０である球面の一部となっている。

図１３（ｃ）に示されているように、光源ユニット７０３は、光源７０３１から射出される光が第１の反射面７０２を介して第２の反射面７０１の中心近傍に集光されるように配置されている。
また受光ユニット７０４は、第２の反射面７０１の中心近傍からの光（発散光）が第１の反射面７０２を介して受光素子７０４１上に集光されるように配置されている。

また、第２の反射面７０１の中心及び第１の反射面７０２の焦点が互いに近接するように、反射素子７００において第２の反射面７０１及び第１の反射面７０２が形成されている。
そして物体１０３は、第２の反射面７０１の中心及び第１の反射面７０２の焦点の少なくとも一方を含むように配置される。

図１３（ｃ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置７では、光源７０３１から出射した光が、照明レンズ７０３２を通過した後、第１の反射面７０２に入射する。
そして第１の反射面７０２によって物体１０３に向けて反射された当該光が、物体１０３によって反射された後、一部が第２の反射面７０１及び第１の反射面７０２に入射する。

次に、第２の反射面７０１に入射した当該光は、第２の反射面７０１によって反射されることで、再び物体１０３に入射する。
そして、物体１０３によって再び反射された当該光の一部は、第２の反射面７０１及び第１の反射面７０２に入射する。
そして、第１の反射面７０２によって反射された光の一部は、結像レンズ７０４２を通過した後、受光素子７０４１に入射する。

本実施形態に係る光学装置７では上記の構成を採ることで、物体１０３と第２の反射面７０１との間で１０回以上往復した光、すなわち物体１０３によって１０回以上反射された光を受光素子７０４１に導光することが可能となる。

以上のように本実施形態に係る光学装置７では、第１の反射面７０２及び第２の反射面７０１を設けることで、光源７０３１からの光を効率良く物体１０３に照射することができる。
また、反射素子７００の外部に配置されている物体１０３を効率良く照明することが可能である。

加えて本実施形態に係る光学装置７では、第１の反射面７０２を回転放物面の一部となるように設計すると共に、第１の反射面７０２の光軸を基準面に対して９０°だけ傾けることで、第１の反射面７０２の光が入射する領域（反射領域、有効領域）を増やすことができる。
これにより、光源７０３１及び受光素子７０４１を配置することができる領域を広げることが可能となる。

［第八実施形態］
図１４（ａ）は、第八実施形態に係る光学装置８の一部投影図を示している。
また図１４（ｂ）は、第八実施形態に係る光学装置８の図１４（ａ）中の１４Ｂ－１４Ｂ線で切断した断面図を示している。

本実施形態に係る光学装置８は、光源１００、第１の反射素子８００ａ、第２の反射素子８００ｂ及び第１の基板１０５１を備えている。

光源１００は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光手段である。なお光源１００としては、発光ダイオードの代わりに、レーザー光源や分光光源等の発光素子や発光装置を用いても構わない。
受光素子１０４は、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光手段である。
第１の基板１０５１及び第２の基板１０５２はそれぞれ、光源１００及び受光素子１０４を保持する部材である。

第１の反射素子８００ａは、光源１００から射出された光や物体１０３によって反射された光を反射する機能を有しており、材料としては樹脂が用いられる。
また第２の反射素子８００ｂは、物体１０３を通過した光を反射する機能を有しており、材料としては樹脂が用いられる。
なお第１の反射素子８００ａ及び第２の反射素子８００ｂの材料としては、樹脂の代わりに金属等、種々の材料を用いても構わない。

また本実施形態に係る光学装置８では、第１の反射素子８００ａには、いずれも金属蒸着が施されたミラー面である、第２の反射面８０１ａ及び第１の反射面８０２ａが形成されている。
また第２の反射素子８００ｂには、いずれも金属蒸着が施されたミラー面である、第４の反射面８０１ｂ（第２の反射面）及び第３の反射面８０２ｂが形成されている。
なお第２の反射面８０１ａ、第１の反射面８０２ａ、第４の反射面８０１ｂ及び第３の反射面８０２ｂには、金属蒸着を施す代わりに、全反射や光沢コーティング等の種々の反射手段を設けても構わない。

第２の反射面８０１ａ、第１の反射面８０２ａ、第４の反射面８０１ｂ及び第３の反射面８０２ｂはそれぞれ、光軸との交点を原点、光軸に平行な軸をＸ軸、光軸に垂直な断面をＹＺ断面としたとき、上記の式（２）のように定義される曲面を有している。

そして第１の反射面８０２ａ及び第３の反射面８０２ｂはそれぞれ、図１４（ａ）において斜線部で示されているように、コーニック係数Ｋが－１．０≦Ｋ＜０．０の範囲にある非球面である。
具体的に第１の反射面８０２ａ及び第３の反射面８０２ｂは、曲率半径Ｒが７．５ｍｍ、コーニック係数Ｋが－０．４４４である回転楕円面の一部となっている。

また、第１の反射面８０２ａ及び第３の反射面８０２ｂそれぞれの面頂点及び焦点を通る光軸は、基準面に対して２０．９６４°だけ傾いている。
また第２の反射面８０１ａ及び第４の反射面８０１ｂは、曲率半径Ｒが１８ｍｍ、コーニック係数Ｋが０である球面の一部となっている。

図１４（ｂ）に示されているように、光源１００は、第１の反射面８０２ａの一方の焦点を含むように配置されている。
また受光素子１０４は、第３の反射面８０２ｂの一方の焦点を含むように配置されている。

また、第１の反射面８０２ａ及び第３の反射面８０２ｂそれぞれの他方の焦点が第２の反射面８０１ａ及び第４の反射面８０１ｂの中心近傍に配置されるように、第１の反射素子８００ａにおいて第１の反射面８０２ａ及び第２の反射面８０１ａが形成されていると共に、第２の反射素子８００ｂにおいて第３の反射面８０２ｂ及び第４の反射面８０１ｂが形成されている。
そして物体１０３は、第１の反射面８０２ａ及び第３の反射面８０２ｂそれぞれの他方の焦点の少なくとも一方を含むように配置される。

図１４（ｂ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置８では、光源１００から出射した光の一部が、第１の反射面８０２ａに入射する。
そして第１の反射面８０２ａによって物体１０３に向けて反射された当該光が、物体１０３によって反射されるか、若しくは物体１０３を透過する。

次に、物体１０３によって反射された当該光の一部は、第２の反射面８０１ａに入射する。
一方、物体１０３を透過した当該光の一部は、第４の反射面８０１ｂに入射する。

次に、第２の反射面８０１ａに入射した当該光は、第２の反射面８０１ａによって反射されることで再び物体１０３に入射した後、物体１０３によって反射されるか、若しくは物体１０３を透過する。
また、第４の反射面８０１ｂによって物体１０３に向けて反射された光は、物体１０３によって第４の反射面８０１ｂ又は第３の反射面８０２ｂに向けて反射されるか、若しくは物体１０３を透過する。
そして、第３の反射面８０２ｂによって反射された光の一部は、受光素子１０４に入射する。

図１５（ａ）は、本実施形態に係る光学装置８において光が物体１０３ａによって反射される、若しくは物体１０３ａを透過する様子を示した模式図である。
また図１５（ｂ）は、本実施形態に係る光学装置８において光が物体１０３ｂによって反射される、若しくは物体１０３ｂを透過する様子を示した模式図である。

図１５（ａ）に示されているように、物体１０３ａには、主物質１０３１のみが含まれており、不純物１０３２は含まれていないとする。
このとき、物体１０３ａに対して第１の反射面８０２ａによって反射された光Ａが入射すると、光Ａが物体１０３ａの内部で主物質１０３１と相互作用することで、光Ｂが物体１０３ａの表面から拡散反射されると共に、光Ｉが物体１０３ａの裏面から拡散透過する。
なおここで、物体１０３ａの表面及び裏面とはそれぞれ、物体１０３ａの第２の反射面８０１ａ及び第４の反射面８０１ｂに対向する面とする。

一方、図１５（ｂ）に示されているように、物体１０３ｂには、主物質１０３１に加えて、不純物１０３２も含まれているとする。
このとき、物体１０３ｂに対して第１の反射面８０２ａによって反射された光Ａが入射すると、光Ａが物体１０３ｂの内部で主物質１０３１及び不純物１０３２と相互作用することで、光Ｃが物体１０３ｂの表面から拡散反射されると共に、光Ｊが物体１０３ｂの裏面から拡散透過する。

そこで本実施形態に係る光学装置８では、物体１０３ａを透過した光Ｉと物体１０３ｂを透過した光Ｊとをそれぞれ受光素子１０４を用いて検知することで、それぞれの光量を互いに比較する。
これにより、物体１０３ｂにおける主物質１０３１に対する不純物１０３２の割合を検知することができる。

本実施形態に係る光学装置８では上記の構成を採ることで、物体１０３と第２の反射面８０１ａ及び第４の反射面８０１ｂとの間で１０回以上往復した光、すなわち物体１０３によって１０回以上反射された光を受光素子１０４に導光することが可能となる。

以上のように本実施形態に係る光学装置８では、第１の反射面８０２ａ、第２の反射面８０１ａ及び第４の反射面８０１ｂを設けることで、光源１００からの光を効率良く物体１０３に照射することができる。
また、第１の反射素子８００ａ及び第２の反射素子８００ｂの外部に配置されている物体１０３を効率良く照明することが可能である。
加えて本実施形態に係る光学装置８では、物体１０３を透過した光を検出することも可能である。

なお本実施形態に係る光学装置８では、第１の反射素子８００ａ及び第２の反射素子８００ｂを互いに別体として設けているが、これに限らず互いに一体として設けても構わない。
また本実施形態に係る光学装置８では、第１の基板１０５１及び第２の基板１０５２を互いに別体として設けているが、これに限らず互いに一体として設けても構わない。

［第九実施形態］
図１６（ａ）は、第九実施形態に係る光学装置９の一部投影図を示している。
また図１６（ｂ）は、第九実施形態に係る光学装置９の図１６（ａ）中の１６Ｂ－１６Ｂ線で切断した断面図を示している。

本実施形態に係る光学装置９は、光源１００、反射素子９００及び第１の基板１０５１を備えている。

反射素子９００は、光源１００から射出された光や物体１０３によって反射された光を反射する機能を有しており、材料としては樹脂が用いられる。
なお反射素子９００の材料としては、樹脂の代わりに金属等、種々の材料を用いても構わない。

また本実施形態に係る光学装置９では、反射素子９００には、いずれも金属蒸着が施されたミラー面である、第２の反射面９０１及び第１の反射面９０２が形成されている。
なお第２の反射面９０１及び第１の反射面９０２には、金属蒸着を施す代わりに、全反射や光沢コーティング等の種々の反射手段を設けても構わない。
また第２の反射面９０１を含む反射素子９００の一部には、図１６（ａ）及び（ｂ）に示されているように、物体１０３によって反射された光の一部が通過する開口部９０５（第２の開口部）が形成されている。

第２の反射面９０１及び第１の反射面９０２はそれぞれ、光軸との交点を原点、光軸に平行な軸をＸ軸、光軸に垂直な断面をＹＺ断面としたとき、上記の式（２）のように定義される曲面を有している。

そして第１の反射面９０２は、図１６（ａ）において斜線部で示されているように、コーニック係数Ｋが－１．０≦Ｋ＜０．０の範囲にある非球面である。
具体的に第１の反射面９０２は、曲率半径Ｒが７．５ｍｍ、コーニック係数Ｋが－０．４４４である回転楕円面の一部となっている。

また、第１の反射面９０２の面頂点及び焦点を通る光軸は、基準面に対して２０．９６４°だけ傾いている。
また第２の反射面９０１は、曲率半径Ｒが１８ｍｍ、コーニック係数Ｋが０である球面の一部となっている。

図１６（ｂ）に示されているように、光源１００は、第１の反射面９０２の一方の焦点を含むように配置されている。
一方、受光素子１０４は、反射素子９００の外部に配置されている。

また、第１の反射面９０２の他方の焦点が第２の反射面９０１の中心近傍に配置されるように、反射素子９００において第１の反射面９０２及び第２の反射面９０１が形成されている。
そして物体１０３は、第１の反射面９０２の他方の焦点を含むように配置される。

また本実施形態に係る光学装置９では、基準面内において、光源１００の中心と受光素子１０４の中心との間の距離は、第１の反射面９０２の焦点間の距離に等しくなっている。

図１６（ｂ）に示されているように、本実施形態に係る光学装置９では、光源１００から出射した光の一部が、第１の反射面９０２に入射する。
そして第１の反射面９０２によって物体１０３に向けて反射された当該光が、物体１０３によって反射された後、一部が第２の反射面９０１に入射するか、若しくは開口部９０５を通過した後に受光素子１０４に入射する。

次に、第２の反射面９０１に入射した当該光は、第２の反射面９０１によって反射されることで、再び物体１０３に入射する。
そして、物体１０３によって再び反射された当該光の一部は、第２の反射面９０１に再び入射するか、若しくは開口部９０５を通過した後に受光素子１０４に入射する。

本実施形態に係る光学装置９では上記の構成を採ることで、物体１０３と第２の反射面９０１との間で１０回以上往復した光、すなわち物体１０３によって１０回以上反射された光を受光素子１０４に導光することが可能となる。

以上のように本実施形態に係る光学装置９では、第１の反射面９０２及び第２の反射面９０１を設けることで、光源１００からの光を効率良く物体１０３に照射することができる。
また、反射素子９００の外部に配置されている物体１０３を効率良く照明することが可能である。
加えて本実施形態に係る光学装置９では、第２の基板１０５２及び物体１０３が互いに離間されていることで、双方の配置の自由度を高めることができる。

［計測装置］
図１７（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る計測装置５０の模式的断面図を示している。

本実施形態に係る計測装置５０は、光源１００、反射素子２００、受光素子１０４、基板１０５、発光制御装置１０００（発光制御部）、演算装置２０００（演算部）、記憶装置３０００（記憶部）及び出力装置４０００（出力部）を備えている。
なお、本実施形態に係る計測装置５０に設けられている光源１００、反射素子２００及び基板１０５の構成は、第二実施形態に係る光学装置２と同一であるため、説明を省略する。

発光制御装置１０００は、光源１００から出射する光の光量や発光タイミング等を制御する。
演算装置２０００は、受光素子１０４の出力、具体的には受光素子１０４によって受光された光の光量に基づいて、検知量Ｔ、ひいては物体１０３における不純物１０３２の含有量等を算出するための種々の演算を行う。

記憶装置３０００は、演算装置２０００の演算結果を記憶すると共に、記憶されている演算結果を演算装置２０００に出力する。
出力装置４０００は、例えばモニターや外部出力端末であり、演算装置２０００によって算出された種々の演算結果を出力する。

本実施形態に係る計測装置５０では、まず図１７（ａ）に示されているように、標準物体１１３に対して計測を行う。
ここで標準物体１１３としては、予め特性が分かっている、具体的には不純物の含有量が分かっている、例えば標準白色板を用いる。

具体的には、発光制御装置１０００によって光源１００から所定の光量で射出されるように設定された光を用いて標準物体１１３を照明することで、第二実施形態において示したように、受光素子１０４によって所定の光量を有する光が検出される。
そして、演算装置２０００が当該検出された光量に対して平均化処理等を行うことで、光量Ｉ１が取得された後、当該光量Ｉ１を標準物体１１３における検出結果として記憶装置３０００に保存する。

次に本実施形態に係る計測装置５０では、図１７（ｂ）に示されているように、被検物体１２３に対して計測を行う。
ここで被検物体１２３とは、検査対象としての不純物が含まれている物体である。

具体的には、発光制御装置１０００によって光源１００から所定の光量で射出されるように設定された光を用いて被検物体１２３を照明することで、第二実施形態において示したように、受光素子１０４によって所定の光量を有する光が検出される。
次に、演算装置２０００が当該検出された光量に対して平均化処理等を行うことで、光量Ｉ２が取得される。

そして演算装置２０００が、記憶装置３０００から標準物体１１３における検出結果、すなわち光量Ｉ１を読み出した後、当該光量Ｉ１と当該光量Ｉ２との間の比から相対光量ＲＩひいては検知量Ｔを算出することで、被検物体１２３における不純物の含有量を算出することができる。
そして、演算装置２０００によって算出された結果が出力装置４０００によって出力される。

［画像形成装置］
図１８は、本実施形態に係る計測装置５０が搭載された画像形成装置６０の要部副走査断面図を示している。

画像形成装置６０は、光走査装置を四個並行して配置し、各々が像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。
画像形成装置６０は、光走査装置６１、６２、６３、６４、及び像担持体としての感光体ドラム８１、８２、８３、８４を備えている。
また画像形成装置６０は、現像器３１、３２、３３、３４、計測装置５０、搬送ベルト５１、プリンタコントローラ５３、定着器５４及び用紙カセット９５を備えている。

画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号（コードデータ）が入力される。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の各画像データに変換される。これらの画像データは、画像信号及び画像情報として、それぞれ光走査装置６１、６２、６３、６４に入力される。そして、これらの光走査装置６１、６２、６３、６４からは、各色の画像データに応じて変調された光束７１、７２、７３、７４が出射する。これらの光束によって感光体ドラム８１、８２、８３、８４の感光面（被走査面）が主走査方向に走査される。

画像形成装置６０では、例えば光走査装置６１にはＣ（シアン）、光走査装置６２にはＭ（マゼンタ）、光走査装置６３にはＹ（イエロー）、光走査装置６４にはＫ（ブラック）の画像信号が入力される。そして、各々並行して感光体ドラム８１、８２、８３、８４の感光面上に画像信号を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。

画像形成装置６０は、上述の如く４つの光走査装置６１、６２、６３、６４により各々の画像データに基づいた光束を用いて、各色の静電潜像を各々対応する感光体ドラム８１、８２、８３、８４の感光面上に形成している。
その後、各色の静電潜像が現像器３１、３２、３３、３４によって各色トナー像に現像され、現像された各色トナー像が搬送ベルト５１によって搬送された被転写材に転写器によって多重転写される。そして、転写されたトナー像が定着器５４によって定着され、１枚のフルカラー画像が形成される。

また画像形成装置６０では、用紙カセット９５の近傍に本実施形態に係る計測装置５０が設けられている。
そして、用紙カセット９５から給送された被転写材に含まれている水分量を本実施形態に係る計測装置５０を用いて計測することができ、当該計測結果に基づいて画像形成装置６０において種々の調整を行うことができる。

また外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられてもよい。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。
また画像形成装置６０は、それぞれ４個の光走査装置及び感光体ドラムの構成に限定されるものではない。例えば、光走査装置と感光体ドラムとがそれぞれ１個のみで構成されていても構わない。また、光走査装置と感光体ドラムとがそれぞれ２個、３個、若しくは５個以上で構成されていても構わない。

以上、好ましい実施形態について説明したが、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、第二乃至第九実施形態に係る光学装置では各反射面の形状を上記の式（２）のように定義しているが、これに限らず、光学収差を更に改善するために、高次の非球面形状を付加しても構わない。
また、第二乃至第九実施形態に係る光学装置では全ての非球面を回転楕円面のみ若しくは回転放物面のみで形成していたが、これに限られない。すなわち、一部の非球面を回転楕円面に形成すると共に残りの非球面を回転放物面に形成したり、一部の非球面に高次の非球面形状を付加しても、本実施形態と同等の効果を得ることができる。

また、第二乃至第九実施形態に係る光学装置において第１の反射面及び第２の反射面をそれぞれ球面の一部であると共に、互いに異なる曲率を有するように形成しても、本実施形態と同等の効果を得ることができる。
また、第二乃至第九実施形態に係る光学装置において第１の反射面を球面の一部になるように形成すると共に、第２の反射面を非球面の一部になるように形成しても、本実施形態と同等の効果を得ることができる。
また、第一乃至第九実施形態に係る光学装置において、光源や受光素子を配置する領域や個数等も本実施形態の要旨の範囲内で変更することが可能である。

また、第一乃至第九実施形態に係る光学装置において、互いに波長が異なる複数の光を射出する光源を用いることで、物体に含まれる複数の種類の物質、換言すると少なくとも一種類の物質の含有量を算出することもできる。
この場合には、受光素子についても互いに波長が異なる複数の光をそれぞれ独立して検知することができるように構成してもよい。

１光学装置
１００光源
１０１第１の反射面
１０２第２の反射面
１０３物体

Claims

光源と、
受光素子と、
前記光源からの光を物体に向けて反射する第１の反射面と、
前記第１の反射面とは異なる形状を備え、前記物体からの前記光の一部を前記物体に向けて反射する第２の反射面と、
前記第２の反射面によって反射された後、前記物体によって反射された前記光の一部を前記受光素子に向けて反射する第３の反射面と、
前記受光素子の出力に基づいて前記物体における少なくとも一種類の物質の含有量を算出する演算部とを有することを特徴とする計測装置。
前記第１及び第２の反射面は、互いに異なる曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
光軸との交点を原点、光軸に平行な軸をＸ軸、光軸に垂直な断面をＹＺ断面、曲率半径をＲ、コーニック係数をＫとし、前記第１、第２及び第３の反射面の形状を
と表したとき、前記第１、第２及び第３の反射面の少なくとも一つは、
－１．０≦Ｋ＜０．０
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
前記第１の反射面は、
－１．０≦Ｋ＜０．０
なる条件を満たすことを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
前記光源は、前記第１の反射面の第１の焦点を含むように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
前記第１の反射面は、回転楕円面の一部であることを特徴とする請求項４または５に記載の計測装置。
前記物体は、前記第１の反射面の第２の焦点を含むように配置されることを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
前記第２の反射面は、球面の一部であり、
前記第１の反射面の第２の焦点と前記第２の反射面の中心とは、互いに同一の位置にあることを特徴とする請求項６または７に記載の計測装置。
前記第１の反射面は、回転放物面の一部であることを特徴とする請求項４または５に記載の計測装置。
前記第１の反射面によって反射された前記光が通過する開口部が形成されている、前記光源を保持する基板を有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の計測装置。
前記第１の反射面の光軸は、前記基板の表面に対して非平行であることを特徴とする請求項１０に記載の計測装置。
前記第２の反射面は、球面の一部であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の計測装置。
前記第２の反射面は、多数の微細なコーナーキューブが配置されている形状を備えていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の計測装置。
前記第１及び第２の反射面は、互いに接続されていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の計測装置。
前記光源は、互いに波長が異なる複数の光を出射することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の計測装置。
前記第３の反射面は焦点を有する曲面の一部であり、前記受光素子は該焦点を含むように配置されていることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の計測装置。
前記受光素子は、互いに波長が異なる複数の光をそれぞれ検知することを特徴とする請求項１乃至１６の何れか一項に記載の計測装置。
被走査面を走査する光走査装置と、該光走査装置により前記被走査面に形成される静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された該トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された該トナー像を該被転写材に定着させる定着器と、該被転写材を前記物体として計測を行う請求項１乃至１７の何れか一項に記載の計測装置とを有することを特徴とする画像形成装置。
被走査面を走査する光走査装置と、外部機器から出力された信号を画像データに変換して該光走査装置に入力するプリンタコントローラと、被転写材を前記物体として計測を行う請求項１乃至１７の何れか一項に記載の計測装置とを有することを特徴とする画像形成装置。