JPH10103926A - 多点光センサ及び電子複写装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサ本体の厚みを薄くし、電気的外乱の影
響を抑え、反射光ビームの受光効率の低下を防止する。 【解決手段】 複数の光ビーム１２ａ〜１２ｃを空間の
異なる方向に投光する発光素子５を備え、前記空間で反
射した光ビーム１３ａ〜１３ｃを複数の受光素子９ａ〜
９ｃによって個別に受光する多点光センサにおいて、前
記複数の光ビーム１３ａ〜１３ｃの光軸を一定方向に偏
向する受光プリズム２１ｂ、２１ｃと、当該受光プリズ
ム２１ｂ、２１ｃによって一定方向に変向された光ビー
ム１３ａ〜１３ｃを複数の受光素子９ａ〜９ｃに一対一
に結像する受光レンズ２０ａ〜２０ｃとを設け、少なく
とも前記光ビーム１２ａ〜１２ｃと同数の受光素子９ａ
〜９ｃを同一平面上に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多点光センサ及び電
子複写装置に関する。特に、複数の光ビームを対象物に
投光し、その反射光を受光して対象物の物理量を検出す
る多点光センサに関し、特に、原稿のサイズを検知する
ため電子複写機に搭載される多点光センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来において複写機等に搭載される多点
光センサは、図１（ａ）（ｂ）に示すように、矩形の本
体ケース１の上面に、大口径の投光レンズ２及び受光レ
ンズ３がスペーサ４を介して取り付けられている。投光
レンズ２側には、ＬＥＤ５とグレーティング６からなる
マルチビーム光源及びアンプ回路等の回路基板８が配設
されている。また、受光レンズ３の下方には、立体的に
配置された３つの受光素子９ａ、９ｂ、９ｃ及び受光素
子９ａ、９ｂ、９ｃの検出信号に基づいて原稿サイズ等
を判別する処理回路基板１０が内装されている。なお、
複写機等に接触する本体ケース１の底面は絶縁シート１
１によって絶縁されている。

【０００３】多点光センサの光学系は、図２に示すよう
に、ＬＥＤ５からの光ビーム１２を投光レンズ２によっ
てコリメートした後、グレーティング６によって３本の
回折光１２ａ、１２ｂ、１２ｃに分離して原稿等の検出
体に照射し、その反射光ビーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃ
を１つの受光レンズ３を介して個別に受光素子９ａ、９
ｂ、９ｃに結像するようになっている。

【０００４】マルチビーム光源は、図３（ａ）に示すよ
うに、ＬＥＤ５の光ビーム１２をグレーティング６によ
って０次の回折光１２ａおよび±１次の回折光１２ｂ、
１２ｃに分離するようになっており、検出体に照射され
た回折光１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、０次の回折光１２
ａの光強度が最も強くなっており、±１次の回折光１２
ｂ、１２ｃは０次の回折光１２ａに対して３７度傾いて
いる。

【０００５】受光素子９ａ、９ｂ、９ｃは、図３（ｂ）
に示すように、受光レンズ３によって各反射光ビーム１
３ａ、１３ｂ、１３ｃが結像される３つの集光位置にそ
れぞれ配置され、各反射光ビーム１３ａ、１３ｂ、１３
ｃの光軸方向に向けられている。このため、各受光素子
９ａ、９ｂ、９ｃが立体的配置となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
多点光センサには、以下のような問題があった。 検出体からの反射光ビーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃ
は、受光レンズ３へ光軸軸外から斜めに入射するため、
各反射光ビーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃの集光位置が光
軸方向にずれ、そのため受光素子９ａ、９ｂ、９ｃの配
置を立体的にする必要があり、そのためセンサ本体の厚
みを厚くしなければならなかった。 受光系と投光系で別々の回路基板８、１０が必要で
あり、かつ、立体的な基板配置（図１では、２枚の回路
基板８、１０は互いに直交するように配置されている）
が必要であり、組立性が悪かった。 受光素子９ａ、９ｂ、９ｃが立体的に配置されてい
るため、受光素子９ａ、９ｂ、９ｃからアンプ回路等の
回路基板１０までの配線が長くなり、そのため電磁ノイ
ズ等の電気的外乱に弱かった。 大口径受光レンズ３の光軸外から反射光ビーム１３
ｂ、１３ｃが入射するため、±１次の回折光１２ｂ、１
２ｃの受光スポットは軸外収差（非点収差）により受光
素子９ｂ、９ｃへ十分に集光できなかった。

【０００７】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、センサ本体
の厚みを薄くし、電気的外乱の影響を抑え、反射光ビー
ムの受光効率の低下を防止することにある。

【０００８】

【発明の開示】本発明の請求項１に記載の多点光センサ
は、複数の光ビームを空間の異なる方向へ出射する投光
部と、対象物により反射された各反射光ビームを個別に
受光する複数の受光素子とを備えた多点光センサであっ
て、対象物で反射された各反射光ビームの光軸を互いに
ほぼ平行となるように光軸変換する手段と、前記光軸変
換手段によってほぼ平行に揃えられた各反射光ビームの
光軸上に配置された結像用光学素子及び受光素子とを備
えたことを特徴としている。

【０００９】しかして、投光部より出射された複数の光
ビームは、対象物で反射された後、光軸変換手段によっ
て光軸が平行となるように光軸変換され、結像用光学素
子によって受光素子上に結像される。

【００１０】結像用光学素子及び受光素子に入射する反
射光ビームは、光軸変換手段によって平行に揃えられて
いるので、結像用光学素子全体及び受光素子全体を同一
平面上に配置することができ、多点光センサの薄型化を
図ることができる。

【００１１】また、全ての反射光ビームを各結像用光学
素子及び各受光素子に垂直に入射させることができるの
で、結像用光学素子の軸外収差等による受光効率の低下
を防止することができる。さらに、各受光素子に対向さ
せてそれぞれ結像用光学素子を設けているので、各結像
用光学素子の近軸光線を用いて受光素子に結像させるこ
とができ、より収差の影響を少なくできる。

【００１２】また、受光素子を立体的に配置する必要が
ないので各受光素子と投光部を同一の回路基板にまと
め、組立性を向上することができるとともに、受光素子
からアンプ回路までの回路配線を短くでき、電磁ノイズ
による電気的外乱の影響を低減することができる。

【００１３】請求項２に記載の実施態様は、請求項１記
載の多点光センサにおいて、前記光軸変換手段は、１又
は２以上のプリズムによって１つの反射光ビームの光軸
方向を変化させるものであることを特徴としている。

【００１４】光軸変換手段の光軸方向を変化させる必要
のある部分にはプリズムを用いることができる。特に、
１つの反射光ビームの光軸を２以上のプリズム（プリズ
ムアレイ）によって変化させるようにすれば、光軸変換
手段の厚みを小さくすることができ、多点光センサをさ
らに薄型化することができる。

【００１５】請求項３に記載の実施態様は、請求項１記
載の多点光センサにおいて、前記光軸変換手段と複数の
前記結像用光学素子とが一体に形成されていることを特
徴としている。

【００１６】このように、結像用光学素子と光軸変換手
段の一体化を図ることにより、部品コストの低減、組立
工程数の簡素化、センサ本体の薄型化を図ることができ
る。

【００１７】請求項４に記載の実施態様は、前記受光素
子を納めたケースに、前記光軸変換手段もしくは前記結
像用光学素子を形成したことを特徴としている。

【００１８】このように、ケースに光軸変換手段と結像
用光学素子を形成することにより、部品点数を減らすこ
とができ、組立の簡素化とコスト低減を図ることができ
る。

【００１９】請求項５に記載の電子複写装置は、原稿台
に向けて複数の光ビームを出射するように配置された、
請求項１〜４に記載の多点光センサと、前記多点光セン
サの各受光素子から出力される検知信号に基づいて、原
稿のサイズを判別する手段とを備えたことを特徴として
いる。

【００２０】本発明の多点光センサは薄型化することが
できるので、電子複写装置に搭載した時に搭載スペース
を取らず、電子複写装置の小型化にも寄与する。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）本実施の形態の多点光センサの投光
部は、図４に示すように、ＬＥＤ５からの光ビーム１２
を投光レンズ２によってコリメートした後、グレーティ
ング６によって３本の回折光１２ａ、１２ｂ、１２ｃに
分割して原稿等の検出体に照射するようになっている。
光ビームを分割する手段としては、後述の本願の受光部
で用いるプリズムまたはプリズムアレイを用いることも
できる。後述の他の実施の形態における投光部について
も同様である。

【００２２】この多点光センサは、図４に示すように、
３つの受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの上方に、２
つの反射光ビーム１３ｂ、１３ｃの光軸を一定方向に偏
向する光軸変換素子２１が配置されている点で従来の多
点光センサと異なっている。なお、従来の多点光センサ
と同じ部材には同符号を付してある。

【００２３】光軸変換素子２１は、屈折率が１よりも大
きな透光性材料によって形成されており、平板２１ａの
両側に左右上面が内側に向けて傾斜したプリズム２１
ｂ、２１ｃが形成されている。そして、プリズム２１
ｂ、２１ｃから±１次の回折光の反射光ビーム１３ｂ、
１３ｃを透過させるよう配置されている。

【００２４】図５（ａ）は、多点光センサの受光系を示
す図であって、受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃは光
軸が平行となるように配置され、フォトダイオードやフ
ォトトランジスタ等の各受光素子９ａ、９ｂ、９ｃは各
受光面が受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの光軸と垂
直になるようにして同一平面内に配置されている。マル
チビーム光源により対象物（以下、原稿面とする）に投
射された光ビーム１２ａ、１２ｂ、１２ｃの反射光ビー
ム１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、３つの受光レンズ２０
ａ、２０ｂ、２０ｃによって３つの受光素子９ａ、９
ｂ、９ｃに上に結像される。その時、斜めから入射する
±１次の回折光１２ｂ、１２ｃの反射光ビーム１３ｂ、
１３ｃは、受光レンズ２０ｂ、２０ｃの原稿側に配置さ
れたプリズム２１ｂ、２１ｃによって中央の反射光ビー
ム１３ａと平行となるように光路が変換され、全ての反
射光ビーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃが底面に設置された
受光素子９ａ、９ｂ、９ｃへほぼ垂直に入射する。すな
わち、各受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃによって集
光された受光スポットは同一平面に設置された受光素子
９ａ、９ｂ、９ｃに結像されるようになっている。

【００２５】これによって、受光素子９ａ、９ｂ、９ｃ
を同一平面上に配置することができ、センサ本体の薄型
化を図ることが可能となっている。

【００２６】図５（ｂ）は、プリズム２１ｃに反射光ビ
ーム１３ｃが入射する様子を示す図である。５０ｍｍ離
れた原稿面に０次光から３２．５ｍｍの間隔で投射され
ている±１次の回折光１２ｃの反射光ビーム１３ｃは、
受光レンズ２０の光軸に対して２７．５度傾いた角度で
プリズム２１ｃに入射する。このとき、光軸変換素子２
１の屈折率を１．５９とすると、プリズム２１ｃの傾き
角を３３度にすれば、反射光ビーム１３ｃがプリズム２
１ｃの底面から垂直に透過する。つまり、受光レンズ２
０ｃの光軸方向に光路を変換するので、軸外収差の影響
が無くなり、受光レンズ２０ｃに斜めに入射した光のよ
うに集光スポットが大きくなって受光素子９外へ漏れる
ことはなく、受光効率の向上を図ることができる。

【００２７】（第２の実施形態）本実施形態では、図６
に示すように、第１の実施形態の多点光センサにおい
て、受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの上方に、３つ
の反射光ビーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃの光軸を一定方
向に偏向する光軸変換素子２２が配設され、受光レンズ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃと受光素子９ａ、９ｂ、９ｃと
の間にピンホールマスク２３が配置されている。なお、
第１の実施形態の多点光センサと同じ部材には同符号を
付してある。なお、３つの光ビーム１２ａ、１２ｂ、１
２ｃを投光するため、単一のＬＥＤ５からの光束１２を
０次及び±１次の回折光１２ａ、１２ｂ、１２ｃに分離
して判別物体に投光するグレーティング６を設けている
が、図７に示すように、グレーティング６の代りにＬＥ
Ｄ５ａ、５ｂ、５ｃを３つにしてもよい。

【００２８】光軸変換素子２２は、平板２２ａの両側に
プリズムアレイ２２ｂ、２２ｃを形成したものであっ
て、アレイ状に複数のプリズムが配列される。アレイ分
割数をｎとしたとき、通常のプリズムの１／ｎの厚みに
縮小できる。これによって、センサ本体を薄型化するこ
とができる。プリズムアレイは、光の屈折によって光軸
を変換するもののほか、プリズムアレイを構成する単位
プリズムの大きさが数μｍ程度の大きさであって光の回
折によって光軸を変換するものであってもよい。

【００２９】ピンホールマスク２３は、図８に示すよう
に、他の外乱光や迷光によるノイズ光を防ぐための遮光
体２４に、反射光ビーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃの集光
スポットを通過させるための３つの孔２５ａ、２５ｂ、
２５ｃが穿設されたものである。遮光体２４は、底面が
開口された矩形の箱である。なお、ピンホールマスク２
３に代えて細長いスリット状のナイフエッジを用いても
同様の効果が得られる。

【００３０】（第３の実施形態）本実施形態では、第１
または第２の実施形態において、図９に示すように、平
板２２ａに、受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃとプリ
ズム２２ｂ、２２ｃが一体的に構成された一体素子３０
が設けられている。図１０（ａ）は、プリズムアレイ２
２ｂ、２２ｃと受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃが表
裏に一体化された一体素子３０を示す図であり、図１０
（ｂ）はプリズム２１ｂ、２１ｃと受光レンズ２０ａ、
２０ｂ、２０ｃが表裏に一体化された一体素子３１を示
す図である。このように、受光レンズ２０ａ、２０ｂ、
２０ｃとプリズム２１ｂ、２１ｃ等の一体化を図ること
により、受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ等の各部品
のローコスト化、組立工程数の簡素化、センサ本体の薄
型化を図ることができる。

【００３１】（第４の実施形態）本実施形態では、第２
の実施形態の多点光センサにおいて、投光レンズ（図示
せず）及び受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃがフレネ
ルレンズとされ、さらに薄型化が図られている。そし
て、図１１に示すように、フレネルレンズによって形成
された受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃがプリズムア
レイ２２ｂ、２２ｃと一体化された一体素子３３とされ
ており、大幅な薄型化を実現している。また、一体素子
３３の受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ部分をフレネ
ルレンズとすることにより、受光レンズ２０ａ、２０
ｂ、２０ｃの偏肉を少なくし、射出成形時の成形流動性
を高めて作製性の良さを確保している。

【００３２】（第５の実施形態）本実施形態では、第２
の実施形態の多点光センサにおいて、図１２に示すよう
に、本体ケース１の上面に光軸変換素子２２とグレーテ
ィング６が一体成形されている。このように、本体ケー
ス１に光軸変換素子２２とグレーティング６を一体化す
ることにより、組立の簡素化と省部品化を図っている。
さらに、受光素子９ａ、９ｂ、９ｃを立体的に配置する
必要がないので受光素子９ａ、９ｂ、９ｃや回路とＬＥ
Ｄ５や回路を１つの基板３５にまとめることができる。
これによって、組立性をさらに向上させることができる
とともに、受光素子９ａ、９ｂ、９ｃからアンプ回路ま
での回路配線３６を短くでき、電磁ノイズによる電気的
外乱の影響を低減することができる。なお、図中３７は
入出力コネクタであり、３８はＬＥＤ５を支持する支持
ケースであり、３９は受光レンズ２０ａ、２０ｂ、２０
ｃ及び投光レンズ２を支持する支持台である。また、光
軸変換素子２２と対向させて本体ケースの下面に受光レ
ンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを一体成形し、グレーティ
ング６と対向させて本体ケース１の下面に投光レンズ２
を一体成形すれば、支持台３９を不要にでき、多点光セ
ンサを軽量、小型化できる。

【００３３】（第６の実施形態）本実施形態では、図１
３に示すように、電子複写装置４０のガラス板（原稿
台）４１の下方に、原稿サイズ判別手段の検出器として
多点光センサ４２が取り付けられている。多点光センサ
４２は、図１４に示すように、マルチビーム光源４３の
３つに分割された０次及び±１次の回折光１２ａ、１２
ｂ、１２ｃを原稿４４の各寸法サイズに対応した位置に
投光し、その反射光ビーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃを同
一平面に配置された３つの受光素子９ａ、９ｂ、９ｃに
よって個別に受光するようになっており、その検出信号
を処理回路で処理した後、電子複写装置４０の原稿サイ
ズ判別手段に出力するようになっている。なお、原稿サ
イズ判別手段は、多点光センサ４２の出力信号に基づい
て各投光位置における原稿の有無を判断し、ガラス板４
１上に置かれた原稿４４のサイズを判別するようになっ
ている。

【００３４】（第７の実施形態）図１５（ａ）は本発明
の多点光センサを利用した移動体検出装置の一例を示す
図であって、多点光センサを人体検知用センサとして用
いた入退室管理システムもしくは自動改札機を示してい
る。通路に面する、移動体検出装置５１の側面には複数
の多点光センサ５２が配設されており、各多点光センサ
５２の検知点５３ｂ、５３ａ、５３ｃが、人の通過方向
に沿ってほぼ一定の間隔で配列されている。その結果、
図１５（ｂ）に示すように、一列に配列された各検知点
５３ｂ、５３ａ、５３ｃに対応する多点光センサ５２の
各受光素子９ｂ、９ａ、９ｃからは、少しずつタイミン
グがずれた信号が出力される。

【００３５】しかして、このような移動体検出装置５１
にあっては、各多点光センサ５２の受光素子９ａ、９
ｂ、９ｃからの出力信号を監視することにより、通過す
る人の移動速度や移動方向を検出することができる。検
出点ごとに個別にセンサを設ける場合にくらべてセンサ
の数が少なくてよいので、自動改札機等のホスト装置の
内部配線が容易になる。また、センサを取り付けるため
のスペースが少なくてすむ。多点光センサは、１つのセ
ンサで多点の検出を行うから、１つのセンサでも通過す
る人の移動速度や移動方向を検出することが可能であ
る。そのような機能を実現するマイクロコンピュータシ
ステムを多点光センサに結合すれば、各多点光センサか
ら自動改札機等のホスト装置の信号処理部へ伝送すべき
情報量が少なくなるので、そのような信号伝送及びホス
ト装置の信号処理部における信号処理が簡単になる。ホ
スト装置は、必ずしも複数の多点光センサを用いる必要
はなく、検出範囲が広くない場合は１つの多点光センサ
を用いるだけで十分である。

【００３６】図１５では、人からの反射光を検出するよ
うにしているが、各ビームの投射される先に回帰反射部
材を設けて、人がいないときに回帰反射部材からの反射
光を検出し、人がいるときにはその反射光が遮蔽される
ようにしてもよい。この場合は、図１５（ｂ）の信号波
形における受光・非受光の状態が反転する。回帰反射部
材としては、反射面とその前に固定されたビーズとから
なる回帰反射性テープや小さなコーナーキューブを集合
させた回帰反射板が知られている。以上説明した移動体
検出装置の構成は、人体の検出に限らず、移動物体一般
の検出に適用することができる。

【００３７】また、本発明にかかる多点光センサは広視
野角の人体検出用センサとしても用いることができる。
本発明の多点光センサ５４を、例えば図１６に示すよう
に金融機関等で用いられているＡＴＭ（自動入出金装
置）５５に取り付けたり、図１７に示すようにパソコン
５６に取り付けたり、あるいは自動販売機などの自動
機、コピー機などのＯＡ機器などに取り付けたりすれ
ば、広い範囲（０次回折光及び±１次回折光の方向で最
大７０°）にわたって利用者の接近を検知することがで
きる人体検知用センサとに用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の多点光センサを示し、（ａ）は側面断面
図であり、（ｂ）は正面断面図である。

【図２】同上の多点光センサの光学系を示す斜視図であ
る。

【図３】（ａ）はマルチビーム光源を示す図であり、
（ｂ）は立体配置された受光素子に反射光ビームが集光
される様子を示す図である。

【図４】第１の実施形態の多点光センサの光学系を示す
斜視図である。

【図５】（ａ）は平面配置された受光レンズを示す図で
あり、（ｂ）はプリズム（光軸変換素子の一部）に反射
光ビームが入射する様子を示す図である。

【図６】第２の実施形態の多点光センサの光学系を示す
斜視図である。

【図７】グレーティングレスの多点光センサの光学系を
示す図である。

【図８】ピンホールマスクが設けられた多点光センサの
受光側の断面図である。

【図９】第３の実施形態の多点光センサの受光側の断面
図である。

【図１０】（ａ）は、プリズムアレイと受光レンズが一
体化された一体素子を示す斜視図であり、（ｂ）はプリ
ズムと受光レンズが一体化された一体素子を示す斜視図
である。

【図１１】第４の実施形態の多点光センサの受光側の断
面図である。

【図１２】第５の実施形態の多点光センサを示す分解斜
視図である。

【図１３】第６の実施形態の電子複写装置を示す一部破
断した斜視図である。

【図１４】マルチビーム光源を示す図である。

【図１５】第７の実施形態の移動体検出装置とその信号
波形を示す図である。

【図１６】第８の実施形態のＡＴＭを示す図である。

【図１７】第９の実施形態のパソコンを示す図である。

【符号の説明】

２ 投光レンズ ９ａ〜９ｃ 受光素子 ２０ａ〜２０ｃ 受光レンズ ２１ｂ，２１ｃ プリズム ２２ 光軸変換素子 ３０、３１、３３ 一体素子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光ビームを空間の異なる方向へ出
   射する投光部と、対象物により反射された各反射光ビー
   ムを個別に受光する複数の受光素子とを備えた多点光セ
   ンサであって、 対象物で反射された各反射光ビームの光軸を互いにほぼ
   平行となるように光軸変換する手段と、 前記光軸変換手段によってほぼ平行に揃えられた各反射
   光ビームの光軸上に配置された結像用光学素子及び受光
   素子と、を備えたことを特徴とする多点光センサ。
2. 【請求項２】 前記光軸変換手段は、１又は２以上のプ
   リズムによって１つの反射光ビームの光軸方向を変化さ
   せるものであることを特徴とする、請求項１に記載の多
   点光センサ。
3. 【請求項３】 前記光軸変換手段と複数の前記結像用光
   学素子とが一体に形成されていることを特徴とする、請
   求項１に記載の多点光センサ。
4. 【請求項４】 前記受光素子を納めたケースに、前記光
   軸変換手段もしくは前記結像用光学素子を形成したこと
   を特徴とする、請求項１に記載の多点光センサ。
5. 【請求項５】 原稿台に向けて複数の光ビームを出射す
   るように配置された、請求項１〜４に記載の多点光セン
   サと、 前記多点光センサの各受光素子から出力される検知信号
   に基づいて、原稿のサイズを判別する手段と、を備えた
   電子複写装置。