(57)【要約】      （修正有）【課題】幅広い領域の高精度な検知が可能であり、安価で小型化可能な光走査型検知装置を提供する。【解決手段】本発明の光走査型検知装置のシートレンズは、第１の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換する第１のレンズ領域と、第２の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換する第２のレンズ領域とを有し、且つ、第１の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換すると同時に第２の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光から傾いた方向の光に変換する第３のレンズ領域と、第２の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換すると同時に第１の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光から傾いた方向の光に変換する第４のレンズ領域とを有し、第１のレンズ領域と第２のレンズ領域の間に、第３のレンズ領域と第４のレンズ領域が隣接して配置されていることを特徴とする。【選択図】図１
2019027851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の焦点を有する長尺のシートレンズと、
該シートレンズの焦点付近に配置された複数の光走査手段と、
該複数の振動素子による走査光を集光する光学系と、
該光学系の焦点近傍に配置された光検出器とを有し、
前記シートレンズは、第１の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換する第１のレンズ領域と、第２の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換する第２のレンズ領域とを有し、且つ、
第１の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換すると同時に第２の位置に配置された光走査手段からの走査光を前記平行光から傾いた方向の光に変換する第３のレンズ領域と、第２の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換すると同時に第１の位置に配置された光走査手段からの走査光を前記平行光から傾いた方向の光に変換する第４のレンズ領域とを有し、
前記第１のレンズ領域と前記第２のレンズ領域の間に、前記第３のレンズ領域と前記第４のレンズ領域が隣接して配置され、
前記複数の振動素子は夫々異なる位相で振動し、前記複数の振動素子による走査光が順次照射されることを特徴とする光走査型検知装置。
【請求項２】
前記複数の振動素子は夫々異なる位相で振動し、前記複数の振動素子による走査光が順次照射されることを特徴とする請求項１に記載の光走査型検知装置。
【請求項３】
一定間隔の遮光部が形成されたマスク部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光走査型検知装置。
【請求項４】
複数の焦点を有する長尺の第２のシートレンズと、
該第２のシートレンズの焦点付近に配置された複数の光検出器とを有し、
前記第２のシートレンズは、第３の位置に焦点を結ぶ第５のレンズ領域と、第４の位置に焦点を結ぶ第６のレンズ領域とを有し、且つ、前記第３の位置と前記第４の位置の両方に焦点を結ぶ第７の領域を前記第５のレンズ領域と前記第６のレンズ領域の間に有することを特徴とする請求項１乃至３に記載の光走査型検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査によって物体の形状寸法、及び、通過位置を検出する光走査型検知装置、並びに、それを用いた画像読み取り装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光学的な物体の検知装置として、ポリゴンミラーなどを用いて一定速度の光走査を行い、その走査域に被測定物を配置して走査光が遮られる時間から寸法を測定するものがある（特許文献１参照）。このような装置では、放射状の走査光をコリメータレンズで平行光にして被測定物に照射し、遮られずに通過した光をレンズで集光して光検出器で検出する。
【０００３】
一方、スキャナなどの画像読み取り装置において、読み取った画像の枠の検知や斜行補正を正確に行うために紙葉類の形状寸法と読み取り時の斜行量の情報が必要であり、搬送中の紙葉類の幅と、紙葉類端部の画像読み取りセンサに対する通過位置の変化を精密に測定する要求がある。近年の画像読み取り装置の高速化、高機能化のために、搬送される紙葉類を光走査で検出するには高速走査が求められ、また、紙葉類のサイズは名刺や写真からＡ３用紙まで対応できるように幅広い走査域と、サイズの小さい紙葉類でも正確に斜行量が測定できる高い分解能が必要となる。
【０００４】
高速走査を可能にするものとして、ミラー部を捻り梁で支持した振動素子がある。振動素子はミラー部の慣性モーメントと捻り梁のばね定数で決まる共振周波数を持ち、この共振周波数で駆動することで高速走査と大きな走査角を得ることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６-００３１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
［小型化、並列化］
しかしながら、特許文献１の検知装置を画像読み取り装置に用いた場合、幅広い領域を検知するために投射距離が増大して大型化し、また、光学系に用いられるレンズなどの光学部品も長尺の高価なものが必要になるという課題がある。これに対して、複数の検知装置を並列に配置すれば、幅広い領域を分割して検知することが可能であり、投射距離の増大もなく低背化も可能になるが、２つの検知装置の隙間に検知できない領域が生じてしまう。複数の検知装置の検知範囲が一部重なるように物体の搬送方向にずらして配置すれば検知できない領域は生じないが、搬送方向に大きな設置スペースが必要となる。また、検知装置の数を増やした場合、光走査系の駆動制御手段や光検出系の信号処理手段が複数必要になり、これらを同時に高速で扱うには高価な駆動制御手段や信号処理手段が必要となるという課題も生じる。
【０００７】
［走査安定性、等速性］
また、遮光時間から寸法を検知する場合、光走査速度の安定性が課題となる。空気抵抗の変動が大きな要因である走査速度のジッタは、高速で回転振動する振動素子において特に影響が大きく、精密な駆動制御が必要となる。この制御は、複数の測定装置を並列に配置して検知する場合には制御手段の処理能力に対して大きな負荷となり、コストの増大にも繋がる。
【０００８】
また、遮光時間の計測データから寸法を算出する際には光走査の等速性が課題となる。光走査速度が走査域全域で一定であれば寸法は遮光時間に比例するが、光走査速度が一定でない場合には変換式等による演算が必要となる。この非等速性の課題は、高速走査のために振動素子を共振周波数で駆動する場合に特に顕著となる。振動素子の走査角は時間に対して正弦波状に変化し、非測定物への照射においてビームスポットの移動速度は大きく変化するため、計測された遮光時間からの寸法算出の演算の負荷が大きくなる。非等速性の影響は、振動ミラーの全走査角に対して検出に用いられる有効走査角の割合が大きい場合に顕著であり、測定装置の小型化のために投射距離を短くし、且つ、幅広い領域の走査を行う場合に、特に大きな課題となる。アークサインレンズなどを追加すれば等速性を得ることは可能であるが、装置が大きくなると共に、高価な長尺のレンズ数が増加することになる。
【０００９】
また、非等速性の課題については等角速度回転するポリゴンミラーを用いたとしても同様に生じ、等速性を確保するにはｆθレンズ等を用いる必要がある。装置の小型化や低背化のために走査中心から測定位置までの投射距離を短くして画角を大きくした場合には、ｆθレンズ等によるビームスポット移動速度の補正自体が難しくなるという課題も生じる。
【００１０】
このような状況を鑑みてなされた本発明の目的は、幅広い領域の高精度な検知が可能であり、安価で小型化可能な光走査型検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の光走査型検知装置は、複数の焦点を有する長尺のシートレンズと、
該シートレンズの焦点付近に配置された複数の光走査手段と、該複数の振動素子による走査光を集光する光学系と、該光学系の焦点近傍に配置された光検出器とを有し、前記シートレンズは、第１の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換する第１のレンズ領域と、第２の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換する第２のレンズ領域とを有し、且つ、第１の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換すると同時に第２の位置に配置された光走査手段からの走査光を前記平行光から傾いた方向の光に変換する第３のレンズ領域と、第２の位置に配置された光走査手段からの走査光を平行光に変換すると同時に第１の位置に配置された光走査手段からの走査光を前記平行光から傾いた方向の光に変換する第４のレンズ領域とを有し、前記第１のレンズ領域と前記第２のレンズ領域の間に、前記第３のレンズ領域と前記第４のレンズ領域が隣接して配置され、前記複数の振動素子は夫々異なる位相で振動し、前記複数の振動素子による走査光が順次照射されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光走査型検知装置に依れば、複数の振動素子からの走査光を平行光に変換するシートレンズに、第１の振動素子からの走査光のみを平行光に変換して第２の振動素子からの走査光は検出されない方向に逸らす機能を持つ領域と、逆に第２の振動素子からの走査光のみを平行光に変換して第１の振動素子からの走査光は検出されない方向に逸らす機能を持つ領域とが隣接して配置されるため、夫々の振動素子の走査域が精密に分割される。これにより、複数の振動素子を用いて検知領域を分割走査した場合でも、同じ位置を重複して走査することがなく、隙間の無い高精度な検知が可能になる。
【００１３】
また、本発明の光走査型検知装置に依れば、複数の振動素子により検知領域を順次分割走査されるため、１つの信号処理手段で対応することが可能であり、信号処理の負荷を低減することができる。これにより、信号処理手段の小型化と低コスト化が可能になる。
【００１４】
また、本発明の光走査型測定装置に依れば、一定の間隔で遮光部が形成された長尺のマスク部材を用いているため、光走査に伴うビームスポットの移動に対して、一定の距離を移動する毎に光パルスが検出される。このため、パルス数をカウントすることでビームスポットの移動速度の変化または変動、即ち、非等速性やジッタの影響を受けずに物体の寸法及び位置測定が可能となる。これにより、共振周波数で駆動される振動ミラーを用いて高速、且つ、高精度な測定が可能となる。また、これにより、駆動制御手段や演算処理の負荷を減らすことができ、駆動制御手段や演算処理手段の小型化と低コスト化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態を説明するグラフ図である。
【図４】本発明の実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態による検出信号の例を示すグラフ図である。
【図６】本発明の実施形態を説明するグラフ図である。
【図７】本発明の実施形態を示す平面図である。
【図８】本発明の実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施形態を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施形態による検出信号の例を示すグラフ図である。
【図１４】本発明の実施形態を示す平面図である。
【図１５】本発明の実施形態を説明するグラフ図である。
【図１６】本発明の実施形態を示す平面図である。
【図１７】本発明の実施例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
（実施形態１）
［装置構成］
図１に本発明の実施形態である光走査型検知装置１を示す。複数の走査系を有し、レーザ光源２００から射出されたビームは射出光学系２１０を通過して振動素子１１〜１４で走査される。夫々の走査光は長尺のシートレンズ３０１により平行光に変換されて、カバー部材２３０を通して被測定物９００に照射される。カバー部材２３０を通して形成された走査線は被測定物９００により一部が遮られ、通過した走査光は長尺のマスク部材４００によりパルス化されてシートレンズ３００により収束光に変換され、導光体５１０を通してフォトセンサ５００で検出される。マスク部材４００の遮光部は、シートレンズ３０２の表面凹凸形状と同一のピッチで配置され、且つ、シートレンズ３０１の凸部に入射するビームを遮る位置に配置されている。フォトセンサ５００はシートレンズ３００の焦点位置よりも離れた位置に配置されている。測定に利用される範囲の走査角θｅｆｆよりも広い走査角の位置にはビームディテクタ（ＢＤ）２２０及び２２１が配置されている。
【００１８】
レーザ光源にはレーザダイオードが用いられ、ビーム波長としては可視光の他、赤外光を用いても良い。シートレンズにはフレネルレンズや回折レンズを用いることができ、アクリル樹脂等に型により表面凹凸形状を形成して作製される。限定されるものではないが、作製の容易性とコストの観点からシートレンズはシリンドリカルレンズであるのが好ましい。マスク部材はガラスやアクリル、ＰＥＴ等の透明樹脂基板に蒸着などにより一定間隔の遮光部を形成したものの他、金属板に開口部を形成したものなどであっても良い。高分解能を要求される用途でマスクの遮光部ピッチが細かい場合には、シートレンズの凹凸形状との精密な位置合せが必要となり、環境変化による位置ずれを防止するため、シートレンズとマスク部材の基板は同じ材料か熱膨張係数の近い材料を用いるのが好ましい。カバー部材には物体との接触により摩耗しにくい特性が求められ、硬度の高いガラス材等が好適に用いられる。
【００１９】
［信号処理］
図２に光走査型測定装置の信号処理手段を示す。光パルスを検出したフォトセンサの検出信号は、加算増幅されて２値化処理が施され、パルス数がカウンタで計測される。カウンタにはＢＤの検出信号に基づいてリセット、トリガが掛けられ、計測されたカウントは位置情報に変換されて物体端位置データとして出力される。また、夫々の走査系の２つのＢＤの検出信号は、信号処理回路により２つのＢＤ間の走査時間計測用２値化信号に変換され、それのパルス幅により走査時間が計測される。計測された走査時間から振動素子の振動振幅が計算され、駆動制御回路により振動振幅の測定値と目標値の差異に基づいて振動素子の駆動信号が生成されて、最大走査角θｍａｘが一定に制御される。また、夫々の振動素子の駆動信号は、複数の振動素子が順次走査を行うように位相制御される。さらに夫々の振動素子の走査と同期してレーザ光源が点灯される。
【００２０】
［動作原理］
図３に複数の振動素子の動作例を示す。横軸は時間で縦軸が走査角である。Ｍ１〜Ｍ４の走査角は４５度の位相ずれ状態で動作している。夫々の信号素子においてＡ１〜Ａ４で示す範囲を走査に用い、この時間範囲でレーザ光源が点灯される。
【００２１】
図４にシートレンズ３０１の拡大図を示す。図１の振動素子１１及び１２の走査範囲Ｓ１、Ｓ１”、Ｓ２’及びＳ２付近のものである。図中の実線の光線はＳ１側の振動素子で走査されたものであり、シートレンズのＳ１及びＳ１”の範囲を通過した光線はシートレンズから垂直方向に出射する光線となる。Ｓ１側の振動素子による走査光のうち、Ｓ２’を透過したものは、シートレンズの垂直方向から所定の角度傾いた方向に出射する。垂直方向に出射した光線とそれ以外の光線は検出の際に区別され、Ｓ１”とＳ２’の境界がＳ１側振動素子の有効走査域の端となる。Ｓ１側からの走査光は、Ｓ２’の領域に掛からないように遮光またはレーザ光源が消灯される。Ｓ２側からの走査光はＳ２及びＳ２’で垂直方向に出射し、Ｓ１”では傾いた方向に出射する。シートレンズのＳ１”及びＳ２’領域では２つの振動素子からの走査光が上述の如く変換されるようにレンズ表面の凸形状の両斜面が形成される。比較として図４（ｂ）にＳ１”及びＳ２’の領域が無く、Ｓ１とＳ２の領域が隣接している場合を示す。Ｓ１側及びＳ２側から入射する光線の角度が対称となる境界近傍では、両側からの走査光が共に平行光に変換される。このため、これらの光線は検出の際に区別されず、Ｓ１側振動素子の有効走査域とＳ２側振動素子の有効走査域とは一部が重なることになる。
【００２２】
図５にフォトセンサの光検出信号の一例を示す。横軸は時間、縦軸は信号の大きさを示し、一方の走査端から他方へ走査したときの検出信号である。光検出信号ＰＤはフォトセンサ５００の出力信号であり、走査光は一定間隔に遮光部の形成された長尺のマスクによりパルス化されるため、ビームスポットが所定の距離移動する毎に光検出信号にパルス状の波形が現れる。図中Ａ１の範囲では振動素子１１による走査が行われ、出力ＰＤに検出パルスが現れる。フォトセンサは検出に係るシートレンズ３００の焦点位置付近に配置されているため、平行光としてシートレンズに垂直に入射する光線以外は検出されない。このため、Ｓ１及びＳ１”の範囲をビームスポットが移動しているときには光パルスが検出されるが、平行光から傾いた光線が出射されるＳ２’の範囲では検出されない。フォトセンサ上にはレンズ収差等による光線のずれで検出エラーが生じないように導光体が配置されているため、エラーの許容値以上に傾いた光線が出射されるようにＳ２’領域のレンズ表面形状を形成することで、振動素子１１による走査範囲を精密に制限することができる。振動素子１２〜１４による走査光も上述と同様に検出または排除される。これにより、夫々の振動素子の有効走査域は重なることがなく、物体の検出面の同じ位置を通過した光線が重複して検出されることはない。図中の信号Ｖ１及びＶ２は信号ＰＤを２値化したものであり、Ｖ１は物体の無いとき、Ｖ２は物体により走査光が遮光されたときのものである。物体の検出面の同じ位置を通過した光線が重複して検出されることはないため、図中Ａの区間のパルス数は一方の走査端から物体の一方の端部までの距離に比例し、その距離はマスク部材の遮光部の形成ピッチにパルス数を乗算したものとなる。また、Ｃの区間も同様にパルス数が物体の他方の端部から他方の走査端までの距離に対応する。物体が存在しない状態で検出されていたパルスのうち、物体の存在で現れなくなったＢの区間のパルス数は、物体の走査方向の幅に対応する。また、物体が一定速度で走査方向と直交する方向に搬送されていれば、これを連続的に走査してパルス計測することで、物体の２次元的な形状測定、及び、搬送時の斜行などの姿勢検知が可能となる。光パルス数の計測は、信号ＰＤに閾値を設定して２値化する他、信号ＰＤの微分波形を得て閾値を設定し、光検出信号の立ち上がり、または、立ち下りを検出する方法で行っても良い。
【００２３】
図６に振動素子の走査によるビームスポット移動速度の変化率を示す。横軸は走査角であり、縦軸は走査中央位置の移動速度を基準にした移動速度の変化率である。グラフ１から５は夫々、走査角の最大値θｍａｘが３５、４０、４５、５０、５５度のときのものであり、移動速度がゼロになって横軸と交わる角度θがそれらに相当する。走査角の最大値θｍａｘに対して測定に使用される角度範囲θｅｆｆが小さい場合を除いて、共振を利用して駆動される振動素子の等速性は良くない。例えばグラフ４の走査角の最大値θｍａｘが５０度のときを考えると、５０度のうち４５度を測定に使用する角度θｅｆｆとした場合、スポットの移動速度は中央から走査端への移動に伴って、一度＋８％程度まで増加して減少に転じ、測定範囲の端部では−１２％程度まで減少する。即ち、測定中に２０％程度の速度変化が生じる。このような速度変化の影響は、光検出信号のパルス周期変化に現れる。本発明では、パルス数の計測による測定を行うため、この周期変化の影響を受けずに、高精度な測定が可能となる。また、測定装置を低背化して小型化する場合には、測定に使用する走査角θｅｆｆを大きくする必要があるが、素子の耐久性に係わる振動素子への負荷を考えると、走査角の最大値θｍａｘはできるだけ小さく抑えるのが好ましい。このため、走査角の最大値θｍａｘのうち測定に使用する走査角θｅｆｆをできるだけ大きくするのが好ましいが、これはさらにスポット移動速度の等速性の低下を招く。例えばグラフ４の走査角の最大値θｍａｘが５０度のうち４９度を測定に使用する角度θｅｆｆとした場合、測定範囲端部での速度は−５０％まで低下する。このように小型化を行った場合にも、パルス数の計測による測定を行えば非等速性の影響を受けない。また、パルス数の計測のみで複雑な信号処理やデータ演算は不要であるため、共振駆動される振動素子の高速走査を利用して、物体の高速測定が可能となる。本発明により、小型で高速搬送時の高精度測定が可能な光走査型測定装置を実現できる。
【００２４】
［検出部］
図７に光検出部の構成を示す。平行光を収束光に変換するレンズの焦点位置Ｐよりも離れた位置にフォトセンサが配置され、その光検出面上に二等辺三角形形状の導光体が配置されている。レンズの収差によりビームの方向が焦点位置から外れた場合（図中のＬ１、及び、Ｌ２）であっても、導光体で集光されて検出される。二等辺三角形の角度は、導光体材料の屈折率に応じて、走査端部からのビームの入射角に対して導光体内部で全反射が起こるように設定される。装置の小型化のためにはレンズに焦点距離の短いものを用いるのが有利であるが、焦点距離が短くなるほど周辺部の収差は大きくなり、集光した光を検出するフォトセンサに受光面積の大きいものを用いる必要が生じる。しかし、受光面積の大きいフォトセンサは電気容量が大きく応答速度が遅いために高速走査での測定に対応できない。フォトセンサの受光面上に二等辺三角形形状の導光体を配置することで小型化と高速測定の両立が可能になる。導光体にはガラスや透明樹脂が用いられ、切削や成型により作製される。
【００２５】
［振動素子］
図８に振動素子１１〜１４を示す。ミラー部ベース１２０を挟んで両側にミラー部１００が配置された振動体は、捻り梁１１０、１１１により回転振動可能に支持される。捻り梁はフレーム１３０に保持され、ミラー部ベース１２０と捻り梁１１０、１１１、フレーム１３０は一体に成形されている。捻り梁のミラー部ベース付近には磁石１４０、１４１、１４２及び１４３が配置され、駆動信号に基づいてコイル１６１及び１６２より発生する磁界の作用により振動体に回転振動が励起される。
【００２６】
捻り梁にはシリコンの他、金属や樹脂などの材料を用いることができ、半導体プロセスによるシリコンウエハの加工の他、プレス加工や射出成形等で形成される。金属材料を用いる場合には、材料特性の非線形性や振動減衰率が小さく疲労限界の高い時効硬化型のＣｏ−Ｎｉ基合金などが好適に用いられる。捻り梁とフレームは一体に成形されるのが好ましいが、これに限定されるものではなく、別部材で支持する構成としても良い。ミラー部は平坦性と反射率が確保できるものであれば良く、シリコンウエハの他、ミラー部ベースに金属反射膜を成膜したものであっても良い。磁石は小型で磁力の大きいものが好ましく、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石などが好適に用いられる。
振動素子の構成はミラー部の磁石に磁界を作用させるものの他、ミラー部にコイルパターンを形成して外部に磁石を配置するものであっても良い。また、電磁駆動に限定されるものではなく、圧電駆動や静電駆動方式の振動素子であっても良い。
【００２７】
（実施形態２）
以下では、上述した実施形態と同様の部材に関する説明は省略する。
【００２８】
［装置構成］
図９に本発明の実施形態である光走査型検知装置２を示す。光走査型検知装置１の検出系に対して、複数のフォトセンサ５０１〜５０４を用いて夫々の検出範囲が一部重なるように複数の検出系が配置されている。シートレンズ３０１は平行光を複数の焦点位置への収束光に変換する。走査系は上述した実施形態と同様である。
【００２９】
［信号処理］
図１０に光走査型測定装置の信号処理手段を示す。光パルスを検出した複数のフォトセンサの検出信号は、加算増幅されて２値化処理が施され、パルス数がカウンタで計測される。カウンタにはＢＤの検出信号に基づいてリセット、トリガが掛けられ、計測されたカウントは位置情報に変換されて物体端位置データとして出力される。また、夫々の走査系の２つのＢＤの検出信号は、信号処理回路により２つのＢＤ間の走査時間計測用２値化信号に変換され、それのパルス幅により走査時間が計測される。計測された走査時間から振動素子の振動振幅が計算され、駆動制御回路により振動振幅の測定値と目標値の差異に基づいて振動素子の駆動信号が生成されて、最大走査角θｍａｘが一定に制御される。また、夫々の振動素子の駆動信号は、複数の振動素子が順次走査を行うように位相制御される。さらに夫々の振動素子の走査と同期してレーザ光源が点灯される。
【００３０】
［動作原理］
図１１にシートレンズ３０２の拡大図を示す。図９のフォトセンサ５０１及び５０２の検出範囲Ｄ１、Ｄ１２、及びＤ２付近のものである。シートレンズのＤ１及びＤ１２の範囲を通過する実線で示した光線はＤ１側のフォトセンサに集光し、Ｄ２及びＤ１２の範囲を通過する点線で示した光線はＤ２側のフォトセンサに集光する。Ｄ１２の範囲ではレンズ表面の凸形状の一方の斜面がＤ１側に集光する角度に形成され、他方はＤ２側に集光するように形成されている。図１２にシートレンズの表面凹凸形状の違いによる光線の状態の違いを示す。図１２（ａ）は集光角が大きい位置でのものであり、実線で示された光線は焦点位置に集光してフォトセンサで検出されるが、点線で示された光線は蹴られて検出されない。このため集光角が大きくなるほど検出光量は低下する。これに対して図１２（ｂ）は図１１のＤ１２の範囲に相当するものであり、凸形状の２つの斜面で別の焦点に集光されるため、一方の焦点位置のフォトセンサで検出されなかった光線は、他方の焦点位置のフォトセンサで検出される。これにより、検出に掛かる光量を全体として見れば、蹴られが少なく検出光量の低下が抑えられる。
【００３１】
図１３にフォトセンサの光検出信号の一例を示す。横軸は時間、縦軸は信号の大きさを示し、一方の走査端から他方へ走査したときの検出信号である。ＰＤ１〜ＰＤ４はフォトセンサ５０１〜５０４の出力信号であり、ΣＰＤｉはそれらの和の信号である。走査光は一定間隔に遮光部の形成された長尺のマスクによりパルス化されるため、ビームスポットが所定の距離移動する毎に光検出信号にパルス状の波形が現れる。図中Ａ１の範囲では振動素子１１による走査が行われ、それの走査域と検出域が重なるフォトセンサ５０１及び５０２の出力ＰＤ１及びＰＤ２に検出パルスが現れる。フォトセンサは検出に係るシートレンズ３０２の焦点位置付近に配置されているため、平行光としてシートレンズに垂直に入射する光線以外は検出されない。このため、Ｓ１及びＳ１”の範囲をビームスポットが移動しているときには光パルスが検出されるが、平行光から傾いた光線が出射されるＳ２’の範囲ではどちらのフォトセンサにも検出されない。フォトセンサ上にはレンズ収差等による光線のずれで検出エラーが生じないように導光体が配置されてため、エラーの許容値以上に傾いた光線が出射されるようにＳ２’領域のレンズ表面形状を形成することで、振動素子１１による走査範囲を精密に制限することができる。振動素子１２〜１４による走査光も上述と同様に検出または排除される。これにより、夫々の振動素子の有効走査域は重なることがなく、物体の検出面の同じ位置を通過した光線が重複して検出されることはない。図中の区間Ｄ１２、Ｄ２３、Ｄ３４は２つのフォトセンサで同時に検出される領域にビームスポットがある区間であり、例えばＤ１２ではＰＤ１とＰＤ２の両方に検出信号が現れる。夫々のＰＤ出力で検出の始まりと終わりに光検出出力が低下するのはシートレンズの集光特性によるものであるが、複数のＰＤ出力の和をとることによりΣＰＤｉに示すような信号となり、その低下を補うことができる。図中の信号Ｖ１及びＶ２は和信号ΣＰＤｉを２値化したものであり、Ｖ１は物体の無いとき、Ｖ２は物体により走査光が遮光されたときのものである。物体の検出面の同じ位置を通過した光線が重複して検出されることはないため、図中Ａの区間のパルス数は一方の走査端から物体の一方の端部までの距離に比例し、その距離はマスク部材の遮光部の形成ピッチにパルス数を乗算したものとなる。また、Ｃの区間も同様にパルス数が物体の他方の端部から他方の走査端までの距離に対応する。物体が存在しない状態で検出されていたパルスのうち、物体の存在で現れなくなったＢの区間のパルス数は、物体の走査方向の幅に対応する。また、物体が一定速度で走査方向と直交する方向に搬送されていれば、これを連続的に走査してパルス計測することで、物体の２次元的な形状測定、及び、搬送時の斜行などの姿勢検知が可能となる。光パルス数の計測は、ΣＰＤｉの信号に閾値を設定して２値化する他、ΣＰＤｉの光検出信号の微分波形を得て閾値を設定し、光検出信号の立ち上がり、または、立ち下りを検出する方法で行っても良い。
【００３２】
図１４にシートレンズ表面の凹凸形状とマスク部材の遮光部位置との関係を示す。図１４（ａ）の集光角が小さい位置では、マスク部材が無い場合、走査光である平行光は全てフォトセンサの方向に曲げられて検出される。図１４（ｂ）の集光角が大きい位置では、マスク部材が無い場合、シートレンズの表面凹凸形状の起伏が大きいために図中の点線で示す光線のようにケラレが生じ、フォトセンサで検出される光量は減少する。図１４（ｃ）の２方向に集光するように凹凸形状が形成された場合には、凸部付近に入射する点線で示された光線が蹴られる場合がある。図１５は、マスクがある場合の光検出信号に対して、マスク部材が無い場合の光検出信号を曲線Ｔで示したものである。集光角が小さい位置からのビーム光量に対して、集光角が大きい位置からのビーム光量はケラレのために減少する。これに対して、シートレンズの凸部に入射する光を遮るようにマスク部材の遮光部を配置すると、集光角が小さい位置の図１４（ａ）では点線で示す光線が遮られ、集光角が大きい位置の図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）では点線で示したケラレが生じる光線が遮られる。その結果、フォトセンサで検出される光量の集光角が小さい位置と大きい位置での差異は減少する。この場合、光パルスの光検出信号の大きさは、図１５に示すように、マスク部材の遮光部のピッチに対する遮光部の割合に応じて信号レベルＭで頭打ちになり、検出光量の差が抑えられる。マスク部材の遮光部を適切に形成することにより、光検出信号の２値化の閾値設定や、立ち上がり／立ち下り検出の閾値設定などが容易になり、安定した検知が可能になる。
【００３３】
（他の実施形態）
図１６に、マスク部材の遮光部幅に対してシートレンズの溝が細かい場合の実施形態を示す。図１６（ａ）はシートレンズの集光角が小さい位置、図８（ｂ）は集光角が大きい位置の拡大図である。上述のマスク部材において、遮光部はシートレンズの表面凹凸形状と同一ピッチの構成としたが、これに限定されるものではなく、図１６のような構成であっても良い。図１６の構成において、図１６（ａ）の凹凸形状の起伏が小さくケラレが少ない領域ではマスク部材の遮光部ピッチに対する遮光部の割合を大きくし、図８（ｂ）の凹凸形状の起伏が大きくケラレが多い領域ではマスク部材の遮光部ピッチに対する遮光部の割合を小さく設定している。これにより、走査範囲全域からのビームの検出光量の差が小さくなり、安定した検知が可能となる。また、図１６（ｅ）のように遮光部の幅は一定にして透過部の光学濃度を変えたものであっても良い。図１６（ｃ）のケラレが少ない領域では透過部の光学濃度を高くし、図１６（ｄ）のケラレが多い領域では光学濃度を低く設定する。これによっても、走査範囲全域からのビームの検出光量の差が小さくなり、安定した測定が可能となる。ここで、一定の遮光部幅を持つマスク部材と位置により光学濃度を変えた光学フィルタを別部材で構成しても同様に良い。
また、上述の実施形態では検出に係るシートレンズとマスク部材を別部材として構成したが、これらを一体とした構成であっても良い。シートレンズの表面凹凸形状が形成された面と反対の面にマスクパターンを形成する他、表面凹凸形状の凸部先端を平坦面として遮光材を塗布または粗面にするなどしても良い。シートレンズとマスク部材が別部品である場合、特にシートレンズ凸部に入射する光を遮るようにマスク部材の遮光部の位置合せが必要な場合、調整に手間が掛かり、また、シートレンズとマスク部材の材質が異なり熱膨張係数が異なる場合には環境変化により位置ずれが生じることがある。シートレンズとマスク部材を一体化した構成であれば、環境変化に依らずに安定した検知が可能となる。
【００３４】
（実施例）
図１７に本発明の実施例である画像読み取り装置５を示す。光走査型測定装置１には上述した実施形態のいずれかが配置される。画像読み取り装置５において、紙葉類９１０は搬送ローラの回転により搬送路８２０を高速搬送され、光走査型測定装置により通過中の紙葉類の幅と搬送路の横幅に対する紙葉類両端部の通過位置とが連続的に測定されて、紙葉類の２次元的な形状寸法と、搬送時の姿勢、即ち、斜行量が検出される。光走査型測定装置を通過した紙葉類は画像読み取りセンサ８００、８０１により両面の画像が取り込まれる。画像の読み取りが完了した紙葉類は搬送ローラにより搬送されて画像読み取り装置上部に排出される。取り込まれた画像は、光走査型測定装置の形状、寸法測定結果に基づいて紙葉類以外の背景が写った部分が切り取られ、斜行量の検出結果に基づいて斜行補正がなされて記憶媒体等に保存される。
【００３５】
本実施例の画像読み取り装置は、本発明の光走査型測定装置を用いているため、安価で小型化が可能であり、また、幅の広い紙葉類に対しても高速で高精度な寸法測定が可能である。これにより、高速で搬送した際にも正確な画像切り取り、斜行補正ができる。本発明により、小型で安価であり、読み取り速度、及び、読み取り性能に優れた画像読み取り装置が実現できる。
【符号の説明】
【００３６】
１、２  光走査型測定装置
５  画像読み取り装置
１０、１１、１２、１３、１４  振動素子
１００  ミラー部
１１０、１１１  捻り梁
１２０  ミラー部ベース
１３０  フレーム
１４０  磁石
１５０  ヨーク
１６０  コイル
２００  レーザ光源
２１０  射出光学系
２２０、２２１  ビームディテクタ
２３０  カバー部材
３００、３０１、３０２  シートレンズ
４００  マスク部材
５００、５０１、５０２、５０３、５０４  フォトセンサ
５１０  導光体
７００、７０１  信号処理手段
８００、８０１  画像読み取りセンサ
８１０  搬送ローラ
８２０  搬送路
９００  物体
９１０  紙葉類
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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