(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点光源ＬＥＤと、光源からの光を細ビームに整形する手段と、回転または振動する光反射部材を介して上記細ビームを原稿面に照射することによって原稿面を走査する手段と、原稿面から反射し照射経路を逆行する光を光路途中で分離する光アイソレータ手段と、この分離した光を集光し電気信号に変換する光／電気変換手段と、変換した電気信号と上記原稿面走査タイミングとに基づいて原稿エッジを検知することにより原稿サイズや原稿載置位置を検知する原稿エッジ検知手段と、を備えた原稿検知センサにおいて、
前記光／電気変換手段と原稿エッジ検知手段が、２分割フォトダイオードを用いたナイフエッジ法、または４分割フォトダイオードとウエッジあるいはシリンドリカルレンズとを用いた非点収差法のいずれかであることを特徴とする原稿検知センサ。
【請求項２】
原稿面から反射し照射経路を逆行する光を光路途中で分離する光アイソレータ手段が、透明部材の一部をミラー化したものであることを特徴とする請求項１に記載の原稿検知センサ。
【請求項３】
上記点光源ＬＥＤの発光部径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の原稿検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に使用される原稿検知センサに関し、詳しくは原稿位置または原稿サイズの読み取り精度を大幅に向上した原稿検知センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置、例えば複写機等においてはコンタクトガラス上に置かれた原稿のサイズを自動的に読み取って、同一サイズの記録紙を自動的に選択する機能を備えるのが一般的である。この際、原稿サイズを読み取る機構としては従来図１１に示す原稿検知センサが知られている。
図１１は、複写機のコンタクトガラス１の上に載置された原稿２と、その上を覆う圧板３と、上記原稿のエッジを検出して原稿載置位置と原稿サイズを検知する原稿検知センサ４との関係を示した図であって、この図は非点収差法光学系の原理を説明するものである。
図１２は上記原稿検知センサ４の部分を拡大して図示したものであり、この例に示す装置は、コンタクトガラス１の上の原稿２に照射され、原稿面から反射された光を光／電気変換器として使用されるフォトダイオード（以下「ＰＤ」と略称する）５に導くものである。先ず、光源ＬＥＤ１１から出力された光は光アイソレータとして用いるハーフミラー６によって図面右方向に反射され、レンズ７を経て回転ミラー８に至る。回転ミラー８は多面ミラーを備え、それに連結されたモータ９により所定の周期にて回転され、このミラーの回転によって上記レンズ７を介して導かれた光が走査ビーム１０として原稿２の面をスキャンするように構成されている。
このような原稿検知センサとしては従来から種々の技術が提案されており、例えば、特開平７ー７７７４６号公報「原稿位置センサ」には、回転するホログラムディスクとＬＥＤとを使用し、ノイズの影響を軽減し原稿位置読み取り精度を向上するために、原稿上のスポット径をある程度大きくするが、ＬＥＤの光を一旦絞り込んだ後回転するホログラムに入射し、且つ、回折させて走査する手段が提案されている。また、光／電気変換手段及び原稿エッジ部分検出手段としても、２分割ＰＤを用いたナイフエッジ法、４分割ＰＤとウエッジあるいはシリンドリカルレンズとを使用した非点収差法、日の丸形２分割ＰＤを用いたビームサイズ法等が存する。
図１３は従来の原稿検知センサの一例を示す図であって、この例ではＬＥＤ１１から出力した光をレンズ１２によって集光し、ミラー１３の中央に設けた孔を介して原稿２に照射すると共に、原稿面から反射した光を上記ミラー１３により集光レンズ１４方向に反射し、さらにＰＤ５に導くものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平７ー７７７４６号公報に開示された手段は、通常のＬＥＤでは発光波長がある程度の分布幅を有するため、波長によって大きく回折角度が変化するホログラムを使用した場合走査ビームが広がり、原稿上の埃やシミなどのノイズの影響は軽減できるものの、原稿位置や原稿サイズ検出精度が低下するという欠点があった。
また、従来使用されていたＬＥＤでは発光面積が０．３ｍｍ  ×０．３ｍｍ  程度と比較的大きかったため、種々レンズやミラーを介して原稿面に照射し、且つ、ＰＤに導く過程でビーム幅が拡大し、結果的にこの光を検出するＰＤの受光面積も必然的に大きくならざるを得ず、外乱光の進入が増加するため、ＳＮが低下する等の欠点があった。さらに、同様にビーム径が大きくなると非点による分割ＰＤの出力差が小さくなり、あるいはナイフエッジによる出力差が小さくなるため、原稿位置検出精度向上に限界があった。
例えば図１３に示した原稿検知センサでは、ＬＥＤの発光ビームが大きくなると、上記ミラー１３の中央孔の面積が大きくなり、原稿からの反射光をＰＤに導くためのミラー面積部分が小さくなることから、反射光の利用効率が低下する欠点があった。反射ミラー部分を大きくするためにはミラー全体を大きくせざるを得ず、装置の大型化の原因となる。
本発明は上述した従来の原稿検知センサに関する種々の問題点を解決し、コスト上昇を伴うことなく原稿検知精度を向上した原稿検知センサを提供することを目的とし、さらには、部品点数を減少させてコスト低減を図った原稿検知センサを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の原稿検知センサは、請求項１の発明では、点光源ＬＥＤと、光源からの光を細ビームに整形する手段と、回転または振動する光反射部材を介して上記細ビームを原稿面に照射することによって原稿面を走査する手段と、原稿面から反射し照射経路を逆行する光を光路途中で分離する光アイソレータ手段と、この分離した光を集光し電気信号に変換する光／電気変換手段と、変換した電気信号と上記原稿面走査タイミングとに基づいて原稿エッジを検知することにより原稿サイズや原稿載置位置を検知する原稿エッジ検知手段と、を備えた原稿検知センサにおいて、前記光／電気変換手段と原稿エッジ検知手段が、２分割フォトダイオードを用いたナイフエッジ法、または４分割フォトダイオードとウエッジあるいはシリンドリカルレンズとを用いた非点収差法のいずれかであることを特徴とする。
請求項２記載の発明では、上記請求項１において、原稿面から反射し照射経路を逆行する光を光路途中で分離する光アイソレータ手段が、透明部材の一部をミラー化したものであることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１または２において、上記点光源ＬＥＤの発光部径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００５】
【作用】
本発明の請求項１記載の発明では、上記光／電気変換手段と原稿エッジ検知手段が、２分割フォトダイオードを用いたナイフエッジ法、または４分割フォトダイオードとウエッジあるいはシリンドリカルレンズとを用いた非点収差法のいずれかにおいて、発光源として微細発光面積もった点光源ＬＥＤを使用するので、光経路中のビームの広がりが小さくなり、且つ、ＰＤに集光するビーム径が小さくなるので、それぞれの方式の原稿検知センサの特徴が顕著に機能する。
請求項２記載の発明では、請求項１において、原稿面から反射し照射経路を逆行する光を光路途中で分離する光アイソレータ手段が、透明部材の一部をミラー化したものであるので、ビーム経路のロスが小さくなる。
請求項３記載の発明では、請求項１又は２において、上記点光源ＬＥＤの発光部径が０．１ｍｍ以下であるので、種々のサイズの原稿位置を検出する上で必要な小さな光ビームを発生することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の原稿検知センサの一形態例の原理図であり、上記図１３に示した従来の原稿検知センサを本発明に基づいて改良したものである。この例では、光源１１として発光面積が小さなＬＥＤを使用することが特徴であり、光源に近接して配置されるコリメートレンズの焦点距離は一例を示せば通常５  ｍｍ程度であるが、原稿面までの距離は２５０  ｍｍ程度となる。発光面が０  ．３  ｍｍ程度の従来のＬＥＤを使用した場合は原稿面のビームスポットが単純に幾何学計算すれば約１５ｍｍΦとなるが、Ａ、Ｂ系列やインチ系列の様々な原稿サイズを正確に検出するためには６  ｍｍの分解能が必要である。そこで本発明ではＬＥＤの発光面積が０．１  ｍｍ以下のものを使用する。実際には発光した光ビームは原稿面に導かれる過程のレンズやミラーの収差のため幾分大きくなるが、０．１  ｍｍ以下の発光面積であれば１５ｍｍΦのビーム径を得ることができる。
図１に示した原稿検知センサに上記の発光面積の小さなＬＥＤ１１を使用すれば、発光ビームの径が小さくなり、上述したように原稿面の光ビーム径が小さくなるので原稿検知精度が向上する。さらに、発光ビーム径が小さくなるので、このビームを通過させるために設けるミラー１３の中央部の孔の径も小さくすることができ、従って、同一寸法のミラー１３であってもミラー部分の面積が大きくなり、原稿からの反射光を効率よくＰＤ５に取り込むことができる。
なお、符号２は原稿、１３は光アイソレータ、１４は集光レンズである。
【０００７】
次に、本発明をナイフエッジ法による原稿検知センサに適用する場合を説明する。ナイフエッジ法は、原稿から反射した光を分離し、集光レンズを介して２分割ＰＤに導くが、一方のＰＤ側にナイフエッジを配置し、一方のＰＤに導かれる原稿反射光をナイフエッジにて回折させるように構成したものである。この構成によればＰＤに集光するビーム径の大小によって、分割された二つのＰＤから出力される信号電圧の大小関係が逆転し、この現象を利用して原稿面からの反射光と、それより遠くにある圧板からの反射光とを区別することによって原稿のエッジを検出し、もって原稿位置やサイズを検知するものである。
しかし、従来の発光面積の大きなＬＥＤを使用した場合は、分割された二つのＰＤ出力差が顕著に現れず、検出精度が低下するという欠点があった。すなわち、図２、図３は本発明をナイフエッジ法による原稿検知センサに適用した場合の作用と効果を説明するための図であって、図２は従来の発光面積の大きなＬＥＤを使用した場合のナイフエッジ法による原稿検知センサの動作原理を説明する図、図３は本発明によるナイフエッジ法の原稿検知センサの効果を説明するための図である。
【０００８】
図２に示すように、従来の発光面積の大きなＬＥＤを使用した場合は、遠くの物体から反射した光を受光した場合（図２（ａ）  ）と、近くの物体から反射した光を受光した場合（図２（ｂ）  ）とで、分割された二つのＰＤ１とＰＤ２の出力に差が顕著に現れず、検知精度が低下するのに対し、図３に示すように本発明の採用によって発光面積の小さなＬＥＤを使用すればＰＤに到達する光ビーム径がぼやけることがなくなるので、遠くの物体からの反射光（図３（ａ）  、圧板からの反射光）と近くの物体からの反射光（図３（ｂ）  、原稿からの反射光）に対する分割ＰＤのＰＤ１とＰＤ２との出力の大小関係が逆転し、明確に区別することが可能となって、高精度に原稿位置検出ができる。
【０００９】
また、原稿検知センサとして非点収差法があり、これに本発明を適用することも可能である。図４、図５は発明を非点収差法による原稿検知センサに適用した場合の効果を説明するための図であって、図４（ａ）、（ｂ）は従来のＬＥＤを使用した場合の、また図５（ａ）、（ｂ）は本発明を適用した場合の４分割ＰＤ上のビーム形状を図示したものである。非点収差法とは、原稿から反射された光を集光レンズとシリンドリカルレンズを介して４分割ＰＤに導くもので、原稿反射光をシリンドリカルレンズを通過させることによって非点収差をもたせ、反射物体の遠近差によって４分割ＰＤそれぞれに到達する光の形状が変化する現象を利用するものである。しかし、この方法においても、ＬＥＤ発光面積が大きいと、図４（ａ）（ｂ）に示すように、４分割ＰＤのＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に到達する集光ビームがぼやけ、スポット径が大きくなって、反射物体の遠近差に伴うＰＤ上の形状変化が顕著に現れず、結局原稿エッジ検知精度が低下する欠点があった。
【００１０】
これに対し、本発明ではＬＥＤの発光面積を小さくしたので４分割ＰＤに到達するビームのぼけがなく、図５（ａ）、（ｂ）に示すように反射物体の遠近差によって、ＰＤに集光するビーム形状が縦長と横長とに明確に現れるから、原稿エッジ検知精度が大幅に向上する。
また本発明は、光／電気変換手段として図６に示す日の丸形２分割ＰＤ２１、２２を使用したビームサイズ法を用いた原稿検知センサに適用しても効果がある。すなわち、基本的にビームサイズ法では、ＬＥＤの発光面積が大きいと、日の丸形２分割ＰＤに形成されるビーム径が大きくなるので、その分ＰＤ自体の形状を大きくする必要があるから、原稿検知センサ全体としての形状が大きくならざるを得ない。さらに、受光面積が大きなＰＤでは外乱光の進入が大きくなりＳＮ低下の原因となる。それに対し、本発明では発光面積が小さなＬＥＤを光源とするので、上述した問題点を一挙に一掃することが可能となる。すなわち、ＰＤ形状を小さくすることができるのでセンサの全体形状を小型にでき、同時に外乱光の進入が減少するからＳＮ向上効果がある。
【００１１】
図７、図８はさらに本発明の他の形態例を示す図である。本発明は光源として発光面積が小さなＬＥＤを使用するが、原稿からの反射光を分離する光アイソレータを以下のように構成すれば本発明の利点を活かす上で効果がある。すなわち、図７に示す例では、（ａ）のように光アイソレータ２３として透明ガラス板の一部にアルミニューム等を部分蒸着することによってミラー部を形成したものとし、これを例えば（ｂ）に示すように、光源１１からの光ビームを上記アイソレータ２３の部分的ミラーにて原稿方向に反射すると共に、原稿から反射された光をミラー部以外の透明部分を通過させて集光レンズ１４及びＰＤ５方向に導くように使用する。この構成によれば、従来のハーフミラーをアイソレータとして使用する場合に比べて、大幅に光透過率が向上するから光のロスが少なくなる。光のロスが少なくなると、光源光量をその分小さくできるから、電力の省力化、光源の消耗度合の軽減、発熱に対する対策軽減等、大きな効果がある。また、上記図１に示したようにミラー中央に微細孔を設けたアイソレータでは、反射光または、照射光が孔のエッジ部分で回折したり乱反射することがあるが、本形態例ではその虞がなくより一層原稿検知精度向上に効果がある。  また図８に示すように、上記ミラー部と透過部を逆にしたアイソレータ２４としてもよい。すなわち、図８（ａ）に示すアイソレータ２４は、透明ガラスの中央部の一部を残して、残り全面にアルミ等を蒸着することによってミラー化したものである。この場合は、使用方法が上記形態例と異なり、例えば（ｂ）に示すように光源１１からの光を上記ガラス中央の未ミラー化部分を透過させて原稿方向に導き、原稿からの反射光をアイソレータ２４のミラー部分に反射させて集光レンズとＰＤ方向に導くことになる。
この例においても、本発明の発光面積の小さな点光源ＬＥＤを使用するメリットによって、光利用効率に優れた原稿検知センサが実現可能となる。
【００１２】
図９は本発明の他の形態例を示す図であり、単レンズとシリンドリカルレンズとを一体化したものである。すなわち、従来は図９（ａ）に示すように集光レンズ２６とシリンドリカルレンズ２７をそれそれ別々の部品として使用していたが、これらを図９（ｂ）に示すようにプラスチック等の材料によって一体成形すれば部品点数が少なくなり、センサ全体のサイズの小型化、取り付け工数の低減、部品コスト低減が得られる他、部品表面の反射による光ロスが減少する効果がある。
さらに本発明の利点を活かして図１０に示すような光学部品の使用も可能となる。この例は光アイソレータと集光レンズとを一体化したものであり、従来図１０（ａ）に示すように光アイソレータ２３と原稿反射光をＰＤに導くための集光レンズ２６及び必要があればシリンドリカルレンズ２７をそれぞれ個別部品として使用していた。これに対し、本発明では発光面積が小さなＬＥＤを使用することから、例えば図１０（ｂ）に示すように、上記光アイソレータ２３と集光レンズ２６と、必要があればさらにシリンドリカルレンズ２７とをプラスチック等により一体成形することができる。このとき、ＬＥＤ１１からの光ビームを原稿方向に反射するために、集光レンズの一部に突起部を形成し、のそ一部にアルミ等を蒸着してミラー化する。この構成によれば一つの部品によって光アイソレータと集光レンズとを、また必要があればさらにシリンドリカルレンズを含めた３つの部品を一体に構成した光学部品を使用可能となり、光ロス軽減効果、センサの小型化、コスト低減効果がさらに増進される。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように請求項１記載の発明では、上記光／電気変換手段と原稿エッジ検知手段が、２分割フォトダイオードを用いナイフエッジ法、または４分割フォトダイオードとウエッジあるいはシリンドリカルレンズとを用いた非点収差法のいずれかにおいて発光源として微細発光面積もった点光源ＬＥＤを使用するので、光経路中のビームの広がりが小さくなり、且つ、ＰＤに集光するビーム径が小さくなるので、それぞれの方式の原稿検知センサの特徴が顕著に機能し、正確な原稿位置検知が可能となる。
請求項２記載の発明では、請求項１において、原稿面から反射し照射経路を逆行する光を光路途中で分離する光アイソレータ手段を透明部材の一部をミラー化したものとしたので、ビーム経路のロスが小さくなり、発光源からの光を有効に利用することができる。
請求項３記載の発明では、請求項１又は２において、上記点光源ＬＥＤの発光部径が０．１ｍｍ以下であるので、種々のサイズの原稿位置を検出する上で必要な小さな光ビームを発生することができ、従来の原稿検知センサに比べて大幅に検知精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した原稿検知センサの一例を示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は共に従来のナイフエッジ方式原稿検知センサにおける不具合を説明する図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は共に本発明をナイフエッジ方式原稿センサに適用した場合の効果を説明するための図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は共に従来の４分割ＰＤを使用した非点収差法による原稿検知センサにおけるＰＤのビーム形状を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は共に本発明を適用した４分割ＰＤを使用した非点収差法による原稿検知センサにおけるＰＤのビーム形状を示す図である。
【図６】日の丸形２分割ＰＤを示す図である。
【図７】（ａ）は本発明による光アイソレータの一例を示す図、（ｂ）その使用方法例を示す図である。
【図８】（ａ）は本発明による光アイソレータの一例を示す図、（ｂ）その使用方法例を示す図である。
【図９】本発明による光学部品の一例を示す図であって、（ａ）は従来の光学部品、（ｂ）は本発明による光学部品の一例を示す図である。
【図１０】本発明による光学部品の一例を示す図であって、（ａ）は従来の光学部品、（ｂ）は本発明による光学部品の一例を示す図である。
【図１１】従来の非点収差法による原稿検知センサの光学系全図である。
【図１２】従来の非点収差法による原稿検知センサの拡大構成図である。
【図１３】従来のＬＥＤを使用した原稿検知センサを説明する図である。
【符号の説明】
１…コンタクトガラス、  ２…原稿、  ３…圧板、  ４…原稿検知センサ、  ５…ＰＤ、６、１３、２３、２４…光アイソレータ、  ７、１２、１４、２６…集光レンズ、  ８…回転ミラー、  ９…モータ、  １０…ビーム、  １１…ＬＥＤ、  １５…２分割ＰＤ、  １６…ナイフエッジ、  ２１、２２…日の丸形２分割ＰＤ、  ２５…４分割ＰＤ、  ２７…シリンドリカルレンズ、  ２９…複合光学部品。
【図１】
0003627123.tif 000002
【図２】
0003627123.tif 000003
【図３】
0003627123.tif 000004
【図４】
0003627123.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003627123.tif 000009
【図９】
0003627123.tif 000010
【図１０】
0003627123.tif 000011
【図１１】
0003627123.tif 000012
【図１２】
0003627123.tif 000013
【図１３】
0003627123.tif 000014