JPH0534454A - 物体検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明では、発光素子側および受光素子側の少
なくともどちらか一方の開口部材の形状において、開口
部材の先端付近の口径を発光素子側、受光素子側周辺に
位置するもう一方の口径よりも小さくする等の手段を用
い、発光素子側で出射光中の拡散光の光量を抑え、受光
素子側でも入射光中の拡散光の量を抑える。 【効果】本発明により、出射光のうち発光素子の光軸よ
りはずれた拡散光の光量と、入射光のうち開口壁で反射
しながら受光素子に入る拡散光の光量を低減させ、検出
される反射光量の精度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機内の各種トナ−
濃度検出等に使用される物体検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の説明を図１２〜図１４を参照
して説明する。

【０００３】図１２に示すように、光センサ−外囲器40
1 内において、口径の大きさが一定である円柱状または
角柱状に成型された開口部材を発光素子402 の出射光路
と受光素子403 の入射光路に設ける方法が用いられてい
る。具体的には、図１３に示す様に、発光素子402 上に
口径の大きさが一定である円柱状または角柱状に成型さ
れた開口部材404 を、また図１４に示すように受光素子
403 上に、口径の大きさが一定である円柱状または角柱
状に成型された開口部材405 を設置する方法を用いてい
る。尚、発光素子402 の光軸と開口部材404 の重心40
6、受光素子403の光軸と開口部材405 の重心406 とは、
それぞれ同軸上に位置するように設置する。出射光408
は、発光素子402 から開口部材404 を通って出射され
（図１３図示）、入射光409 は開口部材405 を通り、受
光素子403 で受光される（図１４図示）。

【０００４】従来は、以上述べたように、口径の大きさ
が一定である円柱状または角柱状に成型された開口部材
を、発光素子の出射光路と受光素子の入射光路に設け、
応用分野としてＰＰＣに於ける感光ドラム面に付着した
トナ−の量を検出する光センサ−等に利用している。

【０００５】ＰＰＣに於ける感光ドラム面に付着したト
ナ−の量を検出する光センサ−としては、感光ドラム面
に付着したトナ−の量が多い場合は、対象物が濃い像と
して、また、トナ−の量が少ない場合は対象物が薄い像
として検出される反射型光センサ−が利用されている。
ここでは、感光ドラム面がクリア−な状態の反射光量を
基準として、トナ−の付着した面での光の反射量を検出
することにより感光ドラム面に付着したトナ−の量を検
出し、対象物の濃度を判定することになる。なお、反射
光量とトナ−濃度との間には比例関係がある。

【０００６】光センサ−内で、発光素子の出射光路と受
光素子の入射光路のそれぞれに対する開口部材は、口径
の大きさが一定の円柱状または角柱状に成型されてい
る。このために、出射光中には発光素子の光軸からはず
れた拡散光を含み、入射光中にも、受光素子に設置され
た開口部材の開口壁面を乱反射しながら入射する拡散光
を含むことになる。

【０００７】しかしながら、この従来技術においては以
下のような問題点がある。反射型光センサ−では、ドラ
ム面上に発光素子から出射した光が投影像を作るが、こ
の出射光中には拡散光が含まれているので、投影像を作
る際には対象物に正確な光量を照射できない。さらに、
拡散光を含む出射光がトナ−の付着した面で反射し、こ
の反射した光が受光素子上に設置された開口部材の開口
壁面で乱反射し、拡散光を含みながら受光素子に入射す
ることになる。このように出射光中および入射光中の拡
散光が原因となり、ある一定のトナ−量に達すると反射
光量との比例関係がなくなり、特にトナ−濃度が高くな
ると反射光量の検出精度が悪くなるという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来技術ではＰＰＣ等の濃度センサ−として用いると、あ
る一定のトナ−量に達すると反射光量との比例関係がな
くなり、特にトナ−濃度が高くなると反射光量の検出精
度が低下するという問題がある。従って、本発明の目的
は、拡散光の光量を可能な限り抑える光学設計を行い、
トナ−濃度が高い場合でも、精度良く反射光量を検出で
きるようにトナ−濃度の飽和量を高めることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、発光素子側
で出射光中の拡散光の光量を抑えるとともに、受光素子
側でも入射光中の拡散光の量を抑え、物体検出装置内で
の拡散光の検出光量をできる限り低く抑える必要があ
る。このために、発光素子側および受光素子側の少なく
ともどちらか一方の開口部材の形状において、開口部材
の先端付近の口径を、発光素子周辺側、受光素子周辺側
に位置するもう一方の口径よりも小さくする等の手段を
用いることにより、出射光中および入射光中の拡散光を
低減させるものである。

【００１０】

【作用】本発明では、出射光のうち発光素子の光軸より
はずれた拡散光の光量と、入射光のうち開口壁で反射し
ながら受光素子に入る拡散光の光量を低減させる。この
ことから、同じトナ−面において比較した場合、従来技
術に比べて反射光量を必要以上に検出することはなく、
検出される反射光量の精度を向上させ、トナ−濃度の濃
淡を精度良く検出することができる。

【００１１】

【実施例】以下、第１の実施例について図１〜図４を、
第２の実施例について図５〜図７を、第３の実施例につ
いて図８〜図１０を参照して詳細に説明を行う。

【００１２】第１の実施例は、図１に示すように光セン
サ−外囲器101 内に発光素子102 を配置し、発光素子10
2 から出射した光によって対象物を照射してドラム面上
に投映像をつくり、ドラム面上に投映像を作る際に反射
した光を受ける受光素子103を入射光路に沿って配置す
る。さらに図２に示すように、出射光104 中の拡散光を
低減させるために発光素子102 の先端部に開口部材105
を、また、図３に示すように、入射光106 中の拡散光を
低減させるために受光素子103 の先端部に開口部材107
を設置する。ここで、図２に示す発光素子102 の先端部
に設置された開口部材105 と、図３に示す受光素子103
の先端部に設置された開口部材107 とは同様の形状を有
する。従って、第１の実施例では、受光素子103 と、受
光素子103 の先端部に設置された開口部材107 を参照し
て説明する。受光素子103 は、本実施例では図３に示す
ように、受光素子103 の先端部に設置した開口部材107
の形状を同軸を中心とし、かつ中間点から先端に至る口
径を小さくした円柱形状とする。さらに、開口部材105,
107 の重心108 が、それぞれ発光素子102 、受光素子10
3 の光軸と同軸上で重なるように設置する。受光素子10
3 の先端部に設置した開口部材の形状を詳細に説明すれ
ば、開口部材107 の全体の長さ（ここで開口部材107 の
全体の長さとは、開口部材107 内での重心108 の長さに
相当する）を2mm,受光素子103 との接点から中間点に至
る部分の第１の口径109 を1.4mm 、かつ中間点から先端
に至る部分の第２の口径110 を1mm としてそれぞれの口
径は一定値をとるようにする。ここで、中間点から先端
に至る長さ111 は、1mm である。この、中間点から先端
に至る長さ111 は、適当に変えることは可能である。図
３に示すように受光素子103 周辺部から先端周辺にかけ
て開口部材107 を真横から見た全体の形状は凸状に、開
口部材107 を真上から見た図４によれば第１の口径109
を1.4mm 、第２の口径110 を1mm とする同心円状の２つ
の円に表される。尚、ここでは開口部材105,107 の口径
は円形として設けてあるが多角形状に成型して設けても
同様の効果がある。さらに、第１の実施例では開口部材
は第１の口径、第２の口径というように２つの異なる口
径を有しているが、この異なる口径の数を３つ以上に増
やしても同様の効果が期待できる。また、第１の実施例
は、金型によるプラスチック成型の場合には、最も適し
た実施例である。

【００１３】このように第１の実施例を用い、発光素子
上の開口部材の形状において、開口部材の先端部付近の
形状を受光素子周辺部よりも狭め、出射光のうち光軸か
ら外れている拡散光を開口部材の中で遮断し、拡散光の
光量を低減させることができる。また受光素子上の開口
部材の形状において、開口部材の先端部付近の形状を受
光素子周辺部よりも狭め、入射光のうち開口部材の内壁
で反射しながら受光素子に入る拡散光を低減させること
ができる。

【００１４】第２の実施例では、図５に示すように第１
の実施例と同様の配置方法で、光センサ−外囲器201 内
に発光素子202 を配置し、それに対して入射光路に沿っ
た受光素子203 を配置する。さらに出射光204 中の拡散
光を低減させるために発光素子202 の先端部に開口部材
205 を、入射光206 中の拡散光を低減させるために受光
素子203 の先端部に開口部材207 を第１の実施例とは異
なる形状にして設置する。図６は、発光素子202 の先端
部に開口部材205 を設置した状態を表す。図７は、受光
素子203 の先端部に開口部材207 を設置した状態を表
す。開口部材205,207 は第１の実施例とは異なる円錐台
形状に成型して設置する。ここでは、第１の実施例と同
様に、発光素子202 の先端部に設置した開口部材205 の
形状と、受光素子203 の先端部に設置された開口部材20
7 とを同じ形状に成型してあるという理由から、受光素
子203 の先端部に設置された開口部材207 を用いて第２
の実施例を説明する。図７に示すように、受光素子203
の開口部材205 を受光素子203 の周辺部から先端にかけ
て抜き、円錐台形に成型して開口部材205 の斜面の長さ
208 を2mm 、先端の口径209 を1mm となるようにする。
この開口部材205 は口径が先端に近付くに従って一定の
割合で小さくなる様な円錐台の形状に成型する。第１の
実施例と同様、開口部材205,207 の重心210 は、それぞ
れ発光素子202、受光素子203 の光軸と同軸上に重なる
ように設置する。受光素子203 に設置された開口部材20
7 を真上から見た図８では第１の実施例と同様に口径の
異なる同心円状で表される。第２の実施例では、受光素
子203 に設置された開口部材205を円錐台の形状に成型
したが、角錐台形状で、開口部材205 の口径が先端部に
近付くに従って一定の割合で小さくなる様な形状に成型
しても第１の実施例と同様の効果が得られる。

【００１５】第３の実施例は、図９に示すように第１、
第２の実施例と同様に光センサ−外囲器301 内に、発光
素子302 、受光素子303 を配置する。発光素子302 、受
光素子303 の先端部にはそれぞれ開口部材304,305 設け
るが、開口部材304,305 の重心306 はそれぞれ発光素子
302 、受光素子303 の光軸と同軸上に重なるように設置
する。発光素子302 、受光素子303の従来技術と同様に
口径が一定の円柱状に成型し、出射光を発する発光素子
302 上の開口部材304 、入射光を感光する受光素子303
上の開口部材305 の内壁面に荒目のヤスリ等で凹凸を多
数形成して光の反射率を低下させ、出射光および入射光
の拡散光を減少させるものである。通常の金型加工にお
いては、面仕上げで目の細かい研磨を行う。また、例え
ばここで、Ｐ802 シリカ（水沢化学製）をエポキシ樹脂
に溶かした散乱剤等を、受光素子103 の開口部材の内壁
面に塗布することによって同様の効果が得られる。さら
に、第３の実施例においては、第１の実施例、または第
２の実施例と合わせて実施すれば、更に有効である。

【００１６】また、第１の実施例から第３の実施例に至
まで、それぞれ設置された開口部材は、発光素子、受光
素子上において同様の形状を有するものとして述べた
が、開口部材の口径を変えるなどの手段を用いて、２つ
の開口部材を互いに異なる形状に成型して、それぞれ発
光素子、受光素子上に設置しても拡散光を低減させるこ
とは可能である。さらに発光素子、受光素子上の開口部
材の長さを長くするにつれて、出射光のうち光軸より外
れた拡散光の量、および入射光のうち開口壁で反射しな
がら受光素子に入る拡散光の量を低減させる効果が向上
する。ここで、発光素子、受光素子上の開口部材を互い
に長さが異なるように成型しても拡散光を低減させるこ
とは可能である。尚、本実施例（第１の実施例から第３
の実施例に至るまで）では、光センサ−外囲器の大きさ
をを考慮して開口部材の全体の長さを適当な長さに定め
た。

【００１７】本発明の第１の実施例から第３に至る実施
例を用いた結果、出射光中および入射光中に含まれる拡
散光を減少させることができる。これより、従来よりも
開口部材の内壁面を乱反射しながら入射する拡散光の光
量を低減させることができるので、特に第１の実施例で
の効果を述べれば、正反射光に対する乱反射光（＝拡散
光）の割合であるＳＮ比は、約１０％〜２０％程度減少
させることが可能となる。これより、本発明の第１〜第
３の実施例を用いれば、被検出面における反射光量とト
ナ−濃度の相関関係が高濃度において得られるようにな
り、光センサ−による高精度の物体検出装置（反射型フ
ォトインタラプタ）を、複写機内のＰＰＣドラム面の各
種トナ−濃度検出に用いることが可能となる。

【００１８】

【発明の効果】本発明の物体検出装置においては、可能
な限り拡散光の光量を抑える様な光学設計を行っている
のでトナ−濃度の飽和量を高め、高濃度での反射光量の
検出精度を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、第１の実施例を表す全体図。

【図２】第１の実施例の発光素子102 および開口部材10
5 を表す拡大図。

【図３】第１の実施例の受光素子103 および開口部材10
7 を表す拡大図。

【図４】第１の実施例の開口部材105 、開口部材107 を
真上から見た拡大図。

【図５】本発明の、第２の実施例を表す全体図。

【図６】第２の実施例の発光素子202 および開口部材20
5 を表す拡大図。

【図７】第２の実施例の受光素子203 および開口部材20
7 を表す拡大図−。

【図８】第２の実施例の開口部材205 、開口部材207 を
真上から見た拡大図。

【図９】本発明の、第３の実施例を表す全体図。

【図１０】第３の実施例の発光素子202 および開口部材
205 を表す拡大図。

【図１１】第３の実施例の受光素子203 および開口部材
207 を表す拡大図。

【図１２】従来技術を表す全体図。

【図１３】従来技術の発光素子402 および開口部材404
を表す拡大図。

【図１４】従来技術の受光素子403 および開口部材405
を表す拡大図。

【符号の説明】

101,201,301,401 ……光センサ−外囲器、 102,202,302,402 ……発光素子、 103,203,303,403 ……受光素子、 104,204,407 ……出射光、 105,107,205,207,304,305,404,405 ……開口部材、 106,206,408 ……入射光、 108,210,306,406 ……重心（線）、 109 ……第１の口径、 110 ……第２の口径、 111 ……中間点から先端部に至る長さ、 208 ……先端部の口径、 209 ……開口部材の斜面の長さ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を感光材面に照射する発光素子と、 第１の口径と、この第１の口径よりも小さな第２の口径
   とを有し、前記発光素子の光軸上に重心が位置する第１
   の開口部材と、 前記感光材面で反射した前記発光素子の照射光を受光す
   る受光素子と、 第３の口径と、この第３の口径よりも小さい第４の口径
   とを有し、前記受光素子の光軸上に重心が位置する第２
   の開口部材とを具備することを特徴とする物体検出装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１の開口部材と前記第２の開口部
   材のうち、どちらか一方が、互いに異なる大きさの口径
   を、複数有することを特徴とする請求項１記載の物体検
   出装置。
3. 【請求項３】 前記第１の開口部材と、前記第２の開口
   部材とのうち、少なくともどちらか一方の形状が円錐台
   形であることを特徴とする請求項１記載の物体検出装
   置。
4. 【請求項４】 前記第１の開口部材は、前記発光素子の
   光軸に対し垂直方向の断面形状が多角形状であることを
   特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
5. 【請求項５】 前記第２の開口部材は、前記受光素子の
   光軸に対し垂直方向の断面形状が多角形状であることを
   特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
6. 【請求項６】 光を感光材面に照射する発光素子と、 前記発光素子の光軸上に重心が位置する第１の開口部材
   と、 前記感光材面で反射した前記発光素子の照射光を受光す
   る受光素子と、 前記受光素子の光軸上に重心が位置する第２の開口部材
   とを有し、 前記第１の開口部材と前記第２の開口部材とのうち、少
   なくともどちらか一方の内壁面に光散乱剤が塗布されて
   いることを特徴とする物体検出装置。
7. 【請求項７】 前記第１の開口部材と前記第２の開口部
   材のうち、少なくともどちらか一方が、互いに異なる大
   きさの口径を複数有することを特徴とする請求項５記載
   の物体検出装置。
8. 【請求項８】 前記第１の開口部材と前記第２の開口部
   材とのうち、少なくともどちらか一方の内壁面が凹凸を
   有することを特徴とする請求項５または６記載の物体検
   出装置。