特開 2023-183315 発光装置、光測距装置、及び、画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023183315

(43)【公開日】2023-12-27

(54)【発明の名称】発光装置、光測距装置、及び、画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20231220BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01C3/06 120Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096859

(22)【出願日】2022-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000005496

【氏名又は名称】富士フイルムビジネスイノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 滋年

(72)【発明者】

【氏名】逆井 一宏

(72)【発明者】

【氏名】堀田 宏之

(72)【発明者】

【氏名】竹山 慶

(72)【発明者】

【氏名】山本 喜博

(72)【発明者】

【氏名】早川 純一朗

【テーマコード（参考）】

2F112

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AD01

2F112BA03

2F112DA06

2F112DA25

2F112GA03

5J084AA05

5J084AB07

5J084AC07

5J084BA07

5J084BA16

5J084BA36

5J084BB07

5J084BB10

5J084DA01

5J084EA07

(57)【要約】

【課題】第１の方向と第２の方向における光の出射角が同じ光学系を用いる場合と比較して、第２の方向に拡散する光の量を抑えることが可能な発光装置、及び、この発光装置を備えた光測距装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】第１の方向に沿って配列された複数の発光領域を有する発光手段と、発光手段の光出射方向に配置され、複数の発光領域の各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する光学系であって、第１の方向における光の出射角よりも、第１の方向と交差する第２の方向における光の出射角が狭くなるように構成された光学系と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に沿って配列された複数の発光領域を有する発光手段と、
前記発光手段の光出射方向に配置され、前記複数の発光領域の各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する光学系であって、前記第１の方向における光の出射角よりも、前記第１の方向と交差する第２の方向における光の出射角が狭くなるように構成された光学系と、
を備えた発光装置。

【請求項2】

前記発光手段は、１つの発光領域内に複数の発光素子を有し、かつ、１つの発光領域内において前記第１の方向の発光素子の数よりも前記第２の方向における発光素子の数が多い
請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記発光領域は、前記第１の方向の長さよりも前記第２の方向の長さが長い
請求項２に記載の発光装置。

【請求項4】

前記発光手段が有する前記複数の発光領域全体では、前記第２の方向の長さよりも前記第１の方向の長さが長い
請求項３に記載の発光装置。

【請求項5】

前記光学系は、前記第１の方向及び前記第２の方向において互いに異なる曲率を有し、かつ、前記第１の方向の曲率半径よりも前記第２の方向の曲率半径が小さいトロイダル形状の面を有するレンズを備える
請求項１に記載の発光装置。

【請求項6】

前記光学系は、前記第１の方向において曲率を有し前記第２の方向において曲率を有しないシリンドリカル形状の面を有するレンズを備える
請求項１に記載の発光装置。

【請求項7】

前記光学系は、
光の出射側から光の入射側へ順に、第１のレンズ群と、第２のレンズ群とからなり、
前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間は最も大きい空気間隔を有し、
前記第１のレンズ群は、全体として、前記第１の方向において負の屈折力を有し、前記第２の方向において正の屈折力を有する又は屈折力を有しない
請求項１に記載の発光装置。

【請求項8】

前記第１のレンズ群は、１枚のレンズからなり、
前記第１のレンズ群のレンズの前記出射側の面はトロイダル形状であり、前記入射側の面はシリンドリカル形状である
請求項７に記載の発光装置。

【請求項9】

前記第１のレンズ群は、１枚のレンズからなり、
前記第１のレンズ群のレンズの前記出射側の面及び前記入射側の面はトロイダル形状である
請求項７に記載の発光装置。

【請求項10】

前記第２のレンズ群は、全体として、前記第１の方向において負の屈折力を有し、前記第２の方向において正の屈折力を有する又は屈折力を有しない
請求項７に記載の発光装置。

【請求項11】

前記第２のレンズ群は、全体として、前記第１の方向の屈折力と前記第２の方向の屈折力が同じである
請求項７に記載の発光装置。

【請求項12】

前記第１のレンズ群は、１枚のレンズからなり、
前記第２のレンズ群は、２枚のレンズからなる
請求項７に記載の発光装置。

【請求項13】

請求項１から１２のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記発光装置から出射した光の反射光を検出する検出手段と、
を備えた光測距装置。

【請求項14】

請求項１３に記載の光測距装置を備え、
前記発光装置は、前記第１の方向が水平方向になり、前記第２の方向が垂直方向になるように配置されている
画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光装置、光測距装置、及び、画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、複数のレーザダイオードが二次元状に配置されたＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）アレイに対向して投光レンズが配置され、被監視対象に対して二次元走査を行う監視装置が記載されている。

【0003】

特許文献２には、レーザアレイ光源と、レーザ光を集光する集光レンズと、集光されたレーザ光を反射して被走査面に照射する可動ミラーとを備え、レーザ光により被走査面の走査を行う光走査装置が記載されている。

【0004】

特許文献３には、光源と、マイクロミラーを備えた光走査部とを備え、光ビームによる走査を行う距離測定装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４４２７９５４号公報

【特許文献2】特許第５２５７０５３号公報

【特許文献3】特許第６９６５７８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

第１の方向に沿って配列された複数の発光領域を有する発光手段と、複数の発光領域の各々から発光された光を各々異なる方向に偏向する光学系とを備えた発光装置から出射した光により第１の方向を走査し、光の反射光を検出することにより、走査範囲内に存在する物体までの距離を測定する光測距装置が実用化されている。

【0007】

しかしながら、発光装置から第１の方向だけでなく第２の方向にも光が広がると、この発光装置を備えた光測距装置では、ある走査位置において、第２の方向にも拡散した光が出射してしまい、物体までの距離の測定に影響を及ぼすことがある。

【0008】

本開示の目的は、第２の方向に拡散する光の量を抑えることが可能な発光装置、及び、この発光装置を備えた光測距装置及び画像形成装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１態様の発光装置は、第１の方向に沿って配列された複数の発光領域を有する発光手段と、前記発光手段の光出射方向に配置され、前記複数の発光領域の各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する光学系であって、前記第１の方向における光の出射角よりも、前記第１の方向と交差する第２の方向における光の出射角が狭くなるように構成された光学系と、を備える。

【0010】

第２態様の発光装置は、第１態様の発光装置において、前記発光手段は、１つの発光領域内に複数の発光素子を有し、かつ、１つの発光領域内において前記第１の方向の発光素子の数よりも前記第２の方向における発光素子の数が多い。

【0011】

第３態様の発光装置は、第２態様の発光装置において、前記発光領域は、前記第１の方向の長さよりも前記第２の方向の長さが長い。

【0012】

第４態様の発光装置は、第３態様の発光装置において、前記発光手段が有する前記複数の発光領域全体では、前記第２の方向の長さよりも前記第１の方向の長さが長い。

【0013】

第５態様の発光装置は、第１態様の発光装置において、前記光学系は、前記第１の方向及び前記第２の方向において互いに異なる曲率を有し、かつ、前記第１の方向の曲率半径よりも前記第２の方向の曲率半径が小さいトロイダル形状の面を有するレンズを備える。

【0014】

第６態様の発光装置は、第１態様の発光装置において、前記光学系は、前記第１の方向において曲率を有し前記第２の方向において曲率を有しないシリンドリカル形状の面を有するレンズを備える。

【0015】

第７態様の発光装置は、第１態様の発光装置において、前記光学系は、光の出射側から光の入射側へ順に、第１のレンズ群と、第２のレンズ群とからなり、前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間は最も大きい空気間隔を有し、前記第１のレンズ群は、全体として、前記第１の方向において負の屈折力を有し、前記第２の方向において正の屈折力を有する又は屈折力を有しない。

【0016】

第８態様の発光装置は、第７態様の発光装置において、前記第１のレンズ群は、１枚のレンズからなり、
前記第１のレンズ群のレンズの前記出射側の面はトロイダル形状であり、前記入射側の面はシリンドリカル形状である。

【0017】

第９態様の発光装置は、第７態様の発光装置において、前記第１のレンズ群は、１枚のレンズからなり、前記第１のレンズ群のレンズの前記出射側の面及び前記入射側の面はトロイダル形状である。

【0018】

第１０態様の発光装置は、第７態様の発光装置において、前記第２のレンズ群は、全体として、前記第１の方向において負の屈折力を有し、前記第２の方向において正の屈折力を有する又は屈折力を有しない。

【0019】

第１１態様の発光装置は、第７態様の発光装置において、前記第２のレンズ群は、全体として、前記第１の方向の屈折力と前記第２の方向の屈折力が同じである。

【0020】

第１２態様の発光装置は、第７態様の発光装置において、前記第１のレンズ群は、１枚のレンズからなり、前記第２のレンズ群は、２枚のレンズからなる。

【0021】

第１３態様の光測距装置は、第１態様から第１２態様のいずれか１項に記載の発光装置と、前記発光装置から出射した光の反射光を検出する検出手段と、を備える。

【0022】

第１４態様の画像形成装置は、第１３態様に記載の光測距装置を備え、前記発光装置は、前記第１の方向が水平方向になり、前記第２の方向が垂直方向になるように配置されている。

【発明の効果】

【0023】

第１態様の発光装置によれば、第１の方向と第２の方向における光の出射角が同じ光学系を用いる場合と比較して、第２の方向に拡散する光の量を抑えることができる。

【0024】

第２態様の発光装置によれば、第１の方向の発光素子の数と第２の方向における発光素子の数が同じ場合と比較して、１つの発光領域から出射する光の光強度を高めることができる。

【0025】

第３態様の発光装置によれば、第１の方向の発光領域の長さと第２の方向の発光領域の長さが同じ場合と比較して、発光領域の第１の方向の長さを抑制することができる。

【0026】

第４態様の発光装置によれば、第１の方向の複数の発光領域全体の長さと第２の方向における発光素子の長さが同じ場合と比較して、複数の発光領域全体の第２の方向の長さを抑制することができる。

【0027】

第５態様の発光装置によれば、光学系におけるレンズの形状の変更のみで、第２の方向に拡散する光の量を抑えることができる。

【0028】

第６態様の発光装置によれば、２次元状に曲率半径を有するレンズ面を有するレンズを形成する場合と比較して、容易にレンズを形成できる。

【0029】

第７態様の発光装置によれば、第２のレンズ群により集光された光を、第１のレンズ群により第１の方向と第２の方向で拡散範囲に異方性を持たせて拡散させることができる。

【0030】

第８態様の発光装置によれば、最小のレンズ枚数により第１のレンズ群を構成することができ、かつ、第１のレンズ群のレンズの両側の面をトロイダル形状とする場合と比較して、レンズの成形を容易にすることができる。

【0031】

第９態様の発光装置によれば、最小のレンズ枚数により第１のレンズ群を構成することができ、かつ、第１のレンズ群のレンズの出射側の面をトロイダル形状、入射側の面をシリンドリカル形状とする場合と比較して、光学設計の自由度を高めることができる。

【0032】

第１０態様の発光装置によれば、第１のレンズ群のみに異方性の特性を持たせた場合と比較して、光学設計の自由度を高めることができる。

【0033】

第１１態様の発光装置によれば、第２のレンズ群が異方性の特性を有する場合と比較して、光学系の製造難度を抑えることができる。

【0034】

第１２態様の発光装置によれば、最小のレンズ枚数により第１のレンズ群を構成することができる。また、第２のレンズ群を１枚のレンズから構成する場合と比較して、光学性能を高め易く、第２のレンズ群を３枚以上のレンズから構成する場合と比較して、コストを抑えることができる。

【0035】

第１３態様の光測距装置によれば、第１の方向における測定精度を向上させることができる。

【0036】

第１４態様の画像形成装置によれば、発光装置を第１の方向が垂直方向になるように配置した場合と比較して、水平方向において画像形成装置の周囲の測定対象物を広範囲に亘って測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】第１実施形態の画像形成装置の概略構成を説明するための外観図である。

【図2】光測距装置により画像形成装置を利用しようとして接近してくる利用者を検知する様子を示す図である。

【図3】光測距装置の概略構成図である。

【図4】ＶＣＳＥＬアレイの概略構成図である。

【図5】光学系の構成を示すＸ－Ｚ面投影図である。

【図6】光学系の構成を示すＹ－Ｚ面投影図である。

【図7】Ｘ軸方向とＹ軸方向の屈折力が同じ光学系の構成を示すＸ－Ｚ面投影図である。

【図8】Ｘ軸方向とＹ軸方向の屈折力が同じ光学系の構成を示すＹ－Ｚ面投影図である。

【図9】光測距装置の効果を説明するための図である。

【図10】第２実施形態の人感ゲートの概略構成を説明するための外観図である。

【図11】実施例１の光学系の構成を示すＸ－Ｚ面投影図である。

【図12】実施例１の光学系の構成を示すＹ－Ｚ面投影図である。

【図13】実施例２の光学系の構成を示すＸ－Ｚ面投影図である。

【図14】実施例２の光学系の構成を示すＹ－Ｚ面投影図である。

【図15】実施例３の光学系の構成を示すＸ－Ｚ面投影図である。

【図16】実施例３の光学系の構成を示すＹ－Ｚ面投影図である。

【図17】実施例１から実施例３及び比較例における、発光領域毎の測定結果の平均値及び標準偏差を示す表である。

【図18】図１７の表の内容を示すグラフである。

【図19】実施例１における６つの発光領域の合計の光路長毎の光線数を示すグラフである。

【図20】実施例２における６つの発光領域の合計の光路長毎の光線数を示すグラフである。

【図21】実施例３における６つの発光領域の合計の光路長毎の光線数を示すグラフである。

【図22】比較例における６つの発光領域の合計の光路長毎の光線数を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0038】

［第１実施形態］
（画像形成装置の全体構成）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態の画像形成装置１０の概略構成を説明するための外観図である。図１におけるＷ軸、Ｈ軸、及び、Ｄ軸は、画像形成装置１０における座標軸を示している。Ｗ軸方向は水平方向であって装置幅方向を示し、Ｈ軸方向は垂直方向であって装置上下方向を示し、Ｄ軸方向は水平方向であって装置奥行方向を示している。

【0039】

図１に示されるように、画像形成装置１０は、印刷機能、スキャン機能、コピー機能、ファクシミリ機能等の複数の機能を有するいわゆる複合機と呼ばれる装置である。画像形成装置１０の正面には、自装置を利用する利用者を検知する人感センサとして、光測距装置２０が設けられている。

【0040】

この光測距装置２０により画像形成装置１０を利用しようとして接近してくる利用者を検知する様子を図２に示す。図２に示されるように、利用者は一般的に画像形成装置１０が設置されている位置に向かって近づいてくるため、光測距装置２０は、このような利用者を検知するように設定される。

【0041】

本実施形態の画像形成装置１０では、例えば、この光測距装置２０を用いて自装置を利用する利用者を検知することにより、自装置を省電力状態から通常動作状態に復帰させるような制御が行われる。

【0042】

（光測距装置の構成）
次に、本実施形態の光測距装置２０の概略構成図を図３に示す。図３におけるＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸は、互いに直交しており、光測距装置２０における座標を示している。Ｘ軸方向は、本開示の技術における第１の方向に相当する。また、Ｙ軸方向は、第１の方向と交差する第２の方向の一例であり、本開示の技術における第２の方向に相当する。

【0043】

図３に示されるように、光測距装置２０は、測定用の光を出射する発光装置２１と、発光装置から出射した光の反射光を検出するフォトディテクター（ＰＤ）２２と、制御部２３と、を備える。ＰＤ２２は、本開示の技術における検出手段の一例である。

【0044】

発光装置２１は、ＶＣＳＥＬアレイ３０と、光学系４０と、を備える。ＶＣＳＥＬアレイ３０は、本開示の技術における発光手段の一例である。

【0045】

ＶＣＳＥＬアレイ３０の概略構成図を図４に示す。図４に示されるように、ＶＣＳＥＬアレイ３０は、基板３１上に、複数の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）方式の発光素子３２が千鳥状に等間隔に配列された構成である。行列状に配置する場合と比較して、発光素子の配置密度が高くなっている。

【0046】

ＶＣＳＥＬアレイ３０は、Ｘ軸方向に沿って配列された複数の発光領域Ｂを有する。ＶＣＳＥＬアレイ３０は、１つの発光領域Ｂ内に複数の発光素子３２を有し、かつ、１つの発光領域Ｂ内においてＸ軸方向の発光素子３２の数よりもＹ軸方向における発光素子３２の数が多くなるように構成されている。なお、発光領域Ｂは、Ｘ軸方向の長さよりＹ軸方向の長さが長い長方形で構成されている。複数の発光領域はＸ軸方向に並んでいるので、ＶＣＳＥＬアレイ３０が有する複数の発光領域Ｂ全体としては、Ｙ軸方向の長さよりＸ軸方向の長さが長い長方形で構成されている。ＶＣＳＥＬアレイ３０は、発光領域Ｂ毎に、発光素子３２のオン又はオフが制御される。

【0047】

光学系４０の構成を示すＸ－Ｚ面投影図を図５に示す。また、光学系４０の構成を示すＹ－Ｚ面投影図を図６に示す。なお、図５及び図６においては、左側が光の出射側であり、右側が光の入射側である。また、図５及び図６において、ＶＣＳＥＬアレイ３０は光学系４０に対する位置を示したものである。また、図５及び図６では、ＶＣＳＥＬアレイ３０から出射した光線の光路も併せて表示している。

【0048】

図５及び図６に示されるように、光学系４０は、ＶＣＳＥＬアレイ３０の光出射方向に配置され、複数の発光領域Ｂの各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する光学系である。光学系４０は、Ｘ軸方向における光の出射角よりもＹ軸方向における光の出射角が狭くなるように構成されている。

【0049】

ここで、１点から出射され、拡散特性が等方性を有する拡散光が、光学系４０を通過して出射する際に、Ｘ軸方向における光の出射角よりもＹ軸方向における光の出射角が狭くなっている。また、ここでの拡散特性とは、ある点から出た光が広がって進むような、発散に相当する特性である。

【0050】

本実施形態では、光学系４０は、一例として、レンズＬ１１、レンズＬ２１、及び、レンズＬ２２の３枚のレンズで構成されている。

【0051】

本実施形態において、光学系４０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において曲率を有し、かつ、Ｘ軸方向の曲率半径よりもＹ軸方向の曲率半径が小さいトロイダル形状の面を有するレンズを備える構成としてもよい。図５及び図６の例では、レンズＬ１１の光の出射側の面が、Ｘ軸方向の曲率半径よりもＹ軸方向の曲率半径が小さいトロイダル形状となっている。なお、レンズの曲率の定義について、Ｘ軸方向の曲率はＹ軸を回転軸とした曲率であり、Ｙ軸方向の曲率はＸ軸を回転軸とした曲率である。なお、曲率が大きい程、小さな円弧、すなわち曲率半径が小さくなり、曲率が小さい程、大きな円弧、すなわち曲率半径が大きくなる。

【0052】

また、光学系４０は、Ｘ軸方向において曲率を有しＹ軸方向において曲率を有しないシリンドリカル形状の面を有するレンズを備える構成としてもよい。図５及び図６の例では、レンズＬ１１の光の入射側の面が、Ｘ軸方向において曲率半径を有しＹ軸方向において曲率を有しないシリンドリカル形状となっている。

【0053】

また、光学系４０は、光の出射側から光の入射側へ順に、第１のレンズ群と、第２のレンズ群とからなり、第１のレンズ群と第２のレンズ群との間は最も大きい空気間隔を有し、第１のレンズ群は、全体として、第１の方向において負の屈折力を有し、第２の方向において正の屈折力を有する又は屈折力を有しない構成とすることができる。図５及び図６の例では、光学系４０は、光の出射側から光の入射側へ順に、第１のレンズ群Ｇ１と、第２のレンズ群Ｇ２とから構成されている。この例は、レンズの屈折力を調整する事で、Ｘ軸方向における光の出射角よりも、Ｘ軸方向と交差するＹ軸方向における光の出射角が狭くなるようにしている。

【0054】

この場合、第１のレンズ群Ｇ１は、１枚のレンズＬ１１からなることが好ましい。第１のレンズ群Ｇ１を１枚のレンズＬ１１から構成した場合、レンズＬ１１の光の出射側の面はトロイダル形状であり、光の入射側の面はシリンドリカル形状としてもよい。また、レンズＬ１１の光の出射側の面及び光の入射側の面はトロイダル形状としてもよい。

【0055】

また、第２のレンズ群Ｇ２は、全体として、Ｘ軸方向において負の屈折力を有し、Ｙ軸方向において正の屈折力を有する又は屈折力を有しない構成としてもよい。また、第２のレンズ群Ｇ２は、全体として、Ｘ軸方向の屈折力とＹ軸方向の屈折力が同じ構成としてもよい。また、第２のレンズ群Ｇ２は、２枚のレンズからなることが好ましい。図５及び図６の例では、光学系４０は、第２のレンズ群Ｇ２は、レンズＬ２１及びレンズＬ２２の２枚のレンズからなり、Ｘ軸方向の屈折力とＹ軸方向の屈折力が同じ構成となっている。

【0056】

制御部２３は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等から構成されている。制御部２３は、発光装置２１及びＰＤ２２の動作制御を行うとともに、ＰＤ２２において検出された信号に基づいて、発光装置２１から測定対象物までの距離を算出する処理を行う。

【0057】

詳細には、制御部２３は、Ｘ軸方向に沿って配列された複数の発光領域Ｂについて片側から順次光を出射させてＸ軸方向を走査するようにＶＣＳＥＬアレイ３０を制御する。次に、制御部２３は、各発光領域Ｂにおいて出射させた光の反射光をＰＤ２２に検出させる。次に、制御部２３は、ＰＤ２２において検出された信号に基づいて、各発光領域Ｂにおいて光を照射したタイミングとＰＤ２２において反射光を検出したタイミングの時間差を算出する。次に、制御部２３は、算出した時間差に基づいて、各発光領域Ｂに対応する検出範囲における、発光装置２１から測定対象物までの距離を算出する。

【0058】

光測距装置２０の発光装置２１は、画像形成装置１０内において、Ｘ軸方向が画像形成装置１０の水平方向になり、Ｙ軸方向が画像形成装置１０の垂直方向になるように配置されている。

【0059】

（発光装置、光測距装置、及び、画像形成装置の作用）
図５及び図６に示されるように、光学系４０は、Ｘ軸方向における光の出射角よりもＹ軸方向における光の出射角が狭くなるように構成されている。

【0060】

図５に示されるように、Ｘ軸方向では、ＶＣＳＥＬアレイ３０から出射し、光学系４０を通過して出射した光の出射角が広くなっている。これに対して、図６に示されるように、Ｙ軸方向では、ＶＣＳＥＬアレイ３０から出射し、光学系４０を通過して出射した光の出射角が狭くなっている。

【0061】

なお、ＶＣＳＥＬアレイ３０の光の出射範囲も、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向の方が狭くなっている。そのため、光学系４０の特性をより分かりやすく説明するために、図５及び図６に示す光学系４０のうち、第１のレンズ群Ｇ１のレンズＬ１１のみをＸ軸方向とＹ軸方向の屈折力が同じレンズＬ１１１に変更した例を、図７及び図８に示す。図７は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の屈折力が同じ光学系１４０の構成を示すＸ－Ｚ面投影図である。また、図８は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の屈折力が同じ光学系１４０の構成を示すＹ－Ｚ面投影図である。

【0062】

ＶＣＳＥＬアレイ３０の光の出射範囲は、元々Ｘ軸方向よりもＹ軸方向の方が狭くなっているが、１つ１つの発光領域ＢではＹ軸方向よりもＸ軸方向の方が狭くなっている。しかしながら、ＶＣＳＥＬアレイ３０の構成に関わらず、図５及び図６と、図７及び図８とを対比することにより、発光装置２１においては、Ｘ軸方向とＹ軸方向の屈折力が同じ光学系を用いる場合よりも、よりＹ軸方向に拡散する光の量が抑えられていることが分かる。

【0063】

次に、本実施形態の光測距装置２０の効果を説明するための図を図９に示す。光測距装置２０により光を用いて画像形成装置１０を利用する利用者を検知する場合、検知したい利用者の形状は垂直方向に長く水平方向に短いため、Ｙ軸方向において光が広範囲に広がってしまうと、同一の測定対象物に対して光路長が異なる複数の光路が発生する場合が生じる。光測距装置２０と測定対象物との間の光路長は、光の出射角が大きくなる程、換言すると、水平方向から傾く程、長くなる。また、利用者は画像形成装置１０が設置されている床面とほぼ同じ床面に立っているので、水平方向での存在が分かれば十分ということもある。

【0064】

例えば、図９の例では、水平方向に出射した光Ｍ１の光路長に対して、水平方向から斜めに出射した光Ｍ２及びＭ３の光路長は長くなる。このような現象が生じると、光測距装置において測定対象物までの距離を正確に測定することができなくなる。

【0065】

これに対して、本実施形態の光測距装置２０では、上記の発光装置２１を備え、Ｙ軸方向に拡散する光の量が抑えられているため、水平方向に近い出射角の光のみが出射される。そのため、本実施形態の光測距装置２０では、Ｘ軸方向とＹ軸方向における光の出射角が同じ光学系を備えた発光装置を備えた場合と比較して、測定精度を向上させることができる。

【0066】

また、本実施形態の画像形成装置１０においては、光測距装置２０の発光装置２１が、画像形成装置１０内において、Ｘ軸方向が画像形成装置１０の水平方向になり、Ｙ軸方向が画像形成装置１０の垂直方向になるように配置されている。

【0067】

そのため、光測距装置２０の発光装置２１を、Ｘ軸方向が画像形成装置１０の垂直方向になるように配置した場合と比較して、水平方向において画像形成装置１０の周囲の測定対象物を広範囲に亘って測定することが可能となる。

【0068】

（第１実施形態の変形例）
なお、本実施形態に係る光測距装置２０の構成は、上述の説明に限られない。

【0069】

例えば、検出手段は、ＰＤ２２に限らず、例えばフォトマルチプライヤ等、光を検出可能なものであればどのようなものを用いてもよい。

【0070】

また、ＶＣＳＥＬアレイ３０の基板３１における発光素子３２の配置態様は、上記の様に千鳥状に配列された態様に限らず、例えば行列状に配列された態様等、どのような態様としてもよい。

【0071】

また、１つの発光領域Ｂ内における複数の発光素子３２の配置態様についても、上記の様にＸ軸方向の発光素子３２の数よりもＹ軸方向における発光素子３２の数が多くなるように配置された態様に限らず、例えばＸ軸方向の発光素子３２の数とＹ軸方向における発光素子３２の数が同じ数となるように配列された態様等、どのような態様としてもよい。

【0072】

また、発光手段は、ＶＣＳＥＬアレイ３０に限らず、例えばＬＥＤアレイ等、光を発光するものであればどのようなものを用いてもよい。

【0073】

［第２実施形態］
次に、図１０は本発明の第２実施形態の人感ゲート１００の概略構成を説明するための外観図である。図１０におけるＷ軸、Ｈ軸、及び、Ｄ軸は、人感ゲート１００における座標軸を示している。Ｗ軸方向は水平方向であって装置幅方向を示し、Ｈ軸方向は垂直方向であって装置上下方向を示し、Ｄ軸方向は水平方向であって装置奥行方向を示している。

【0074】

図１０に示されるように、人感ゲート１００は、枠１０１内を人が通過したことを検知する装置である。枠１０１の内側面には、枠１０１内を通過した人を検知する人感センサとして、光測距装置２０が設けられている。

【0075】

本実施形態の人感ゲート１００では、例えば、この光測距装置２０を用いて枠１０１内を通過した人を検知することにより、人感ゲート１００が設けられた施設又は敷地に対する人の出入りを検知する。

【0076】

光測距装置２０の構成は、上記第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

【0077】

光測距装置２０は、人感ゲート１００の枠１０１内において、Ｘ軸方向が人感ゲート１００の垂直方向になり、Ｙ軸方向が人感ゲート１００の水平方向になるように、配置されている。

【0078】

これにより、光測距装置２０は、人感ゲート１００において、Ｘ軸方向が人感ゲート１００の水平方向になり、Ｙ軸方向が人感ゲート１００の垂直方向になるように配置した場合と比較して、枠１０１内の広範囲に測定光を照射することができるため、人感ゲート１００を通過した人の検知漏れを抑えることができる。

【0079】

［実施例］
次に、本開示の発光装置における光学系の実施例について説明する。まず、実施例１の光学系４０について説明する。図１１は実施例１の光学系４０の構成を示すＸ－Ｚ面投影図であり、図１２は実施例１の光学系４０の構成を示すＹ－Ｚ面投影図である。なお、図１１及び図１２においては、左側が光の出射側であり、右側が光の入射側である。また、図１１及び図１２において、ＶＣＳＥＬアレイ３０は光学系４０に対する位置を示したものであり、大きさや形状を正確に示したものではない。

【0080】

実施例１の光学系４０は、Ｚ軸方向と平行な光軸に沿って、光の出射側から光の入射側へ順に、第１のレンズ群Ｇ１と、第２のレンズ群Ｇ２とから構成される。第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズ群Ｇ２との間は、光学系において最も大きい空気間隔を有する。

【0081】

第１のレンズ群Ｇ１は、１枚のレンズＬ１１から構成される。レンズＬ１１の光の出射側の面はトロイダル形状であり、光の入射側の面はシリンドリカル形状である。レンズＬ１１は、Ｘ軸方向において負の屈折力を有し、Ｙ軸方向において正の屈折力を有する。すなわち、第１のレンズ群Ｇ１の光の通過特性は、異方性を有する。

【0082】

第２のレンズ群Ｇ２は、光の出射側から光の入射側へ順に、レンズＬ２１及びレンズＬ２２の２枚のレンズから構成される。第２のレンズ群Ｇ２は、全体として、Ｘ軸方向の屈折力とＹ軸方向の屈折力が同じとなるように構成されている。すなわち、第２のレンズ群Ｇ２の光の通過特性は、等方性を有する。

【0083】

次に、実施例２の光学系４０について説明する。図１３は実施例２の光学系４０の構成を示すＸ－Ｚ面投影図であり、図１４は実施例２の光学系４０の構成を示すＹ－Ｚ面投影図である。なお、図１３及び図１４においては、左側が光の出射側であり、右側が光の入射側である。また、図１３及び図１４において、ＶＣＳＥＬアレイ３０は光学系４０に対する位置を示したものであり、大きさや形状を正確に示したものではない。

【0084】

実施例２の光学系４０は、Ｚ軸方向と平行な光軸に沿って、光の出射側から光の入射側へ順に、第１のレンズ群Ｇ１と、第２のレンズ群Ｇ２とから構成される。第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズ群Ｇ２との間は、光学系において最も大きい空気間隔を有する。

【0085】

第１のレンズ群Ｇ１は、１枚のレンズＬ１１から構成される。レンズＬ１１の光の出射側の面及び光の入射側の面は、ともにトロイダル形状である。レンズＬ１１は、Ｘ軸方向において負の屈折力を有し、Ｙ軸方向において正の屈折力を有する。すなわち、第１のレンズ群Ｇ１の光の通過特性は、異方性を有する。

【0086】

第２のレンズ群Ｇ２は、光の出射側から光の入射側へ順に、レンズＬ２１及びレンズＬ２２の２枚のレンズから構成される。第２のレンズ群Ｇ２は、全体として、Ｘ軸方向の屈折力とＹ軸方向の屈折力が同じとなるように構成されている。すなわち、第２のレンズ群Ｇ２の光の通過特性は、等方性を有する。

【0087】

次に、実施例３の光学系４０について説明する。図１５は実施例３の光学系４０の構成を示すＸ－Ｚ面投影図であり、図１６は実施例３の光学系４０の構成を示すＹ－Ｚ面投影図である。なお、図１５及び図１６においては、左側が光の出射側であり、右側が光の入射側である。また、図１５及び図１６において、ＶＣＳＥＬアレイ３０は光学系４０に対する位置を示したものであり、大きさや形状を正確に示したものではない。

【0088】

実施例３の光学系４０は、Ｚ軸方向と平行な光軸に沿って、光の出射側から光の入射側へ順に、第１のレンズ群Ｇ１と、第２のレンズ群Ｇ２とから構成される。第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズ群Ｇ２との間は、光学系において最も大きい空気間隔を有する。

【0089】

第１のレンズ群Ｇ１は、１枚のレンズＬ１１から構成される。レンズＬ１１の光の出射側の面はトロイダル形状であり、光の入射側の面はシリンドリカル形状である。レンズＬ１１は、Ｘ軸方向において負の屈折力を有し、Ｙ軸方向において正の屈折力を有する。すなわち、第１のレンズ群Ｇ１の光の通過特性は、異方性を有する。

【0090】

第２のレンズ群Ｇ２は、光の出射側から光の入射側へ順に、レンズＬ２１及びレンズＬ２２の２枚のレンズから構成される。第２のレンズ群Ｇ２は、全体として、Ｘ軸方向において負の屈折力を有し、Ｙ軸方向において正の屈折力を有する。すなわち、第２のレンズ群Ｇ２の光の通過特性は、異方性を有する。

【0091】

次に、上記の実施例１から実施例３の光学系４０の光路長評価シミュレーションの結果について説明する。ここでは、実施例１から実施例３の比較対象として、従来の技術により構成された比較例の結果も併せて記載する。

【0092】

比較例の光学系は、実施例１の光学系４０のうち、第１のレンズ群Ｇ１のレンズＬ１１のみをＸ軸方向の屈折力とＹ軸方向の屈折力が同じレンズに変更したものである。

【0093】

ここで、光路長評価シミュレーションの内容について説明する。光路長評価シミュレーションでは、ＶＣＳＥＬアレイの特定の分割ブロックから出射した光線が、特定の位置に配置されたターゲット面で反射して受光用ＰＤに戻って来る時の往復の距離を、光路長として測定する。光路長評価シミュレーションにおける光線追跡シミュレーションは、数百万本から数億本の光線を、制約条件の範囲でランダムに光源から出射する、モンテカルロ法により行う。

【0094】

詳細には、ＶＣＳＥＬアレイにおいてＸ軸方向に沿って６つの発光領域Ｂ１からＢ６を設定し、各発光領域から出射し、ＶＣＳＥＬアレイの中心位置からの直線距離で１５０ｍｍの位置に配置されたターゲット面で反射して受光用ＰＤに戻って来た光線の計測を行っている。

【0095】

実施例１から実施例３及び比較例における、発光領域毎の測定結果の平均値及び標準偏差を示す表を図１７に示す。図１７の表の内容を示すグラフを図１８に示す。図１８のグラフの横軸は発光領域の位置を示しており、縦軸は光路長を示している。

【0096】

図１７及び図１８に示されるように、比較例の結果と比較して、実施例１から実施例３の結果は、いずれの発光領域においても設定された距離に近く、また標準偏差も抑えられていることが分かる。

【0097】

また、実施例１から実施例３及び比較例における、６つの発光領域Ｂ１からＢ６の合計の光路長毎の光線数を示すグラフを図１９から図２２に示す。図１９から図２２のグラフの横軸は光路長を示しており、縦軸は光線数を示している。図１９は実施例１のシミュレーション結果を示すグラフであり、図２０は実施例２のシミュレーション結果を示すグラフであり、図２１は実施例３のシミュレーション結果を示すグラフであり、図２２は比較例のシミュレーション結果を示すグラフである。

【0098】

図１９から図２２に示されるように、比較例の結果と比較して、実施例１から実施例３のいずれの結果においても、設定された距離に近い光路長に、光線が集中していることが分かる。

【0099】

［変形例］
上記実施形態では、画像形成装置１０及び人感ゲート１００に対して本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、ＡＴＭ（Automatic Teller Machine）装置又は券売機等のユーザが近づいてきて操作を行うような情報処理装置、あるいは、自走式の無人搬送車又はロボット掃除機等の障害物の検知を行う装置に対しても同様に本発明を適用することができるものである。

【0100】

［付記］
以下に、本開示の好ましい形態について付記する。

【0101】

（（（１）））
第１の方向に沿って配列された複数の発光領域を有する発光手段と、
前記発光手段の光出射方向に配置され、前記複数の発光領域の各々から発光された光を、各々異なる方向に偏向する光学系であって、前記第１の方向における光の出射角よりも、前記第１の方向と交差する第２の方向における光の出射角が狭くなるように構成された光学系と、
を備えた発光装置。

【0102】

（（（２）））
前記発光手段は、１つの発光領域内に複数の発光素子を有し、かつ、１つの発光領域内において前記第１の方向の発光素子の数よりも前記第２の方向における発光素子の数が多い
（（（１）））に記載の発光装置。

【0103】

（（（３）））
前記発光領域は、前記第１の方向の長さよりも前記第２の方向の長さが長い
（（（２）））に記載の発光装置。

【0104】

（（（４）））
前記発光手段が有する前記複数の発光領域全体では、前記第２の方向の長さよりも前記第１の方向の長さが長い
（（（３）））に記載の発光装置。

【0105】

（（（５）））
前記光学系は、前記第１の方向及び前記第２の方向において互いに異なる曲率を有し、かつ、前記第１の方向の曲率半径よりも前記第２の方向の曲率半径が小さいトロイダル形状の面を有するレンズを備える
（（（１）））から（（（４）））のいずれか１項に記載の発光装置。

【0106】

（（（６）））
前記光学系は、前記第１の方向において曲率を有し前記第２の方向において曲率を有しないシリンドリカル形状の面を有するレンズを備える
（（（１）））から（（（５）））のいずれか１項に記載の発光装置。

【0107】

（（（７）））
前記光学系は、
光の出射側から光の入射側へ順に、第１のレンズ群と、第２のレンズ群とからなり、
前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間は最も大きい空気間隔を有し、
前記第１のレンズ群は、全体として、前記第１の方向において負の屈折力を有し、前記第２の方向において正の屈折力を有する又は屈折力を有しない
（（（１）））から（（（６）））のいずれか１項に記載の発光装置。

【0108】

（（（８）））
前記第１のレンズ群は、１枚のレンズからなり、
前記第１のレンズ群のレンズの前記出射側の面はトロイダル形状であり、前記入射側の面はシリンドリカル形状である
（（（７）））に記載の発光装置。

【0109】

（（（９）））
前記第１のレンズ群は、１枚のレンズからなり、
前記第１のレンズ群のレンズの前記出射側の面及び前記入射側の面はトロイダル形状である
（（（７）））に記載の発光装置。

【0110】

（（（１０）））
前記第２のレンズ群は、全体として、前記第１の方向において負の屈折力を有し、前記第２の方向において正の屈折力を有する又は屈折力を有しない
（（（７）））から（（（９）））のいずれか１項に記載の発光装置。

【0111】

（（（１１）））
前記第２のレンズ群は、全体として、前記第１の方向の屈折力と前記第２の方向の屈折力が同じである
（（（７）））から（（（９）））のいずれか１項に記載の発光装置。

【0112】

（（（１２）））
前記第１のレンズ群は、１枚のレンズからなり、
前記第２のレンズ群は、２枚のレンズからなる
（（（７）））から（（（１１）））のいずれか１項に記載の発光装置。

【0113】

（（（１３）））
（（（１）））から（（（１２）））のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記発光装置から出射した光の反射光を検出する検出手段と、
を備えた光測距装置。

【0114】

（（（１４）））
（（（１３）））に記載の光測距装置を備え、
前記発光装置は、前記第１の方向が水平方向になり、前記第２の方向が垂直方向になるように配置されている
画像形成装置。

【0115】

以下に、付記の構成による効果について記載する。

【0116】

（（（１）））の発光装置によれば、第１の方向と第２の方向における光の出射角が同じ光学系を用いる場合と比較して、第２の方向に拡散する光の量を抑えることができる。

【0117】

（（（２）））の発光装置によれば、第１の方向の発光素子の数と第２の方向における発光素子の数が同じ場合と比較して、１つの発光領域から出射する光の光強度を高めることができる。

【0118】

（（（３）））の発光装置によれば、第１の方向の発光領域の長さと第２の方向の発光領域の長さが同じ場合と比較して、発光領域の第１の方向の長さを抑制することができる。

【0119】

（（（４）））の発光装置によれば、第１の方向の複数の発光領域全体の長さと第２の方向における発光素子の長さが同じ場合と比較して、複数の発光領域全体の第２の方向の長さを抑制することができる。

【0120】

（（（５）））の発光装置によれば、光学系におけるレンズの形状の変更のみで、第２の方向に拡散する光の量を抑えることができる。

【0121】

（（（６）））の発光装置によれば、２次元状に曲率半径を有するレンズ面を有するレンズを形成する場合と比較して、容易にレンズを形成できる。

【0122】

（（（７）））の発光装置によれば、第２のレンズ群により集光された光を、第１のレンズ群により第１の方向と第２の方向で拡散範囲に異方性を持たせて拡散させることができる。

【0123】

（（（８）））の発光装置によれば、最小のレンズ枚数により第１のレンズ群を構成することができ、かつ、第１のレンズ群のレンズの両側の面をトロイダル形状とする場合と比較して、レンズの成形を容易にすることができる。

【0124】

（（（９）））の発光装置によれば、最小のレンズ枚数により第１のレンズ群を構成することができ、かつ、第１のレンズ群のレンズの出射側の面をトロイダル形状、入射側の面をシリンドリカル形状とする場合と比較して、光学設計の自由度を高めることができる。

【0125】

（（（１０）））の発光装置によれば、第１のレンズ群のみに異方性の特性を持たせた場合と比較して、光学設計の自由度を高めることができる。

【0126】

（（（１１）））の発光装置によれば、第２のレンズ群が異方性の特性を有する場合と比較して、光学系の製造難度を抑えることができる。

【0127】

（（（１２）））の発光装置によれば、最小のレンズ枚数により第１のレンズ群を構成することができる。また、第２のレンズ群を１枚のレンズから構成する場合と比較して、光学性能を高め易く、第２のレンズ群を３枚以上のレンズから構成する場合と比較して、コストを抑えることができる。

【0128】

（（（１３）））の光測距装置によれば、第１の方向と第２の方向における光の出射角が同じ光学系を備えた発光装置を備えた場合と比較して、測定精度を向上させることができる。

【0129】

（（（１４）））の画像形成装置によれば、発光装置を第１の方向が垂直方向になるように配置した場合と比較して、水平方向において画像形成装置の周囲の測定対象物を広範囲に亘って測定することができる。

【符号の説明】

【0130】

１０ 画像形成装置
２０ 光測距装置
２１ 発光装置
２２ フォトディテクター
２３ 制御部
３０ ＶＣＳＥＬアレイ
３１ 基板
３２ 発光素子
４０ 光学系
１００ 人感ゲート
１０１ 枠

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】