(57)【要約】    【課題】  画像形成領域外において、被走査面に結像する光の主走査方向と副走査方向の双方においてピントずれ情報をそれぞれ独立に高精度に検出することができ、高精細な画像を形成することができる走査光学装置を得ること。    【解決手段】  光源手段から出射した光を集光する第１の光学系と第１の光学系からの光を偏向走査する偏向手段と、偏向手段により偏向走査された光束を被走査面に結像させる第２の光学系と、第１、第２の光学系を通過し、被走査面の有効走査領域以外に入射する光の瞳を複数の領域に分割する瞳分割手段を有する第３の光学系と、瞳分割手段を通過した光が結像する位置に配置された光検知部で、光束の主走査方向または副走査方向のうち少なくとも一方の結像位置の間隔を検出して、光束の集光位置情報を求める演算装置と、演算装置からの信号を用いて第１の光学系の少なくとも一部を移動させる駆動装置とを有すること。【選択図】    図１
2010096898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、該光源手段から出射した光を集光する第１の光学系と該第１の光学系からの光を偏向走査する偏向手段と、該偏向手段の偏向面により偏向走査された光束を被走査面に結像させる第２の光学系と、
該第１の光学系と該第２の光学系を通過し、該被走査面の有効走査領域以外に入射する光の瞳を複数の領域に分割するため、該被走査面よりも該偏向手段側に配置され、主走査方向または副走査方向の少なくとも一方に複数のレンズ部を配列した瞳分割手段を有する第３の光学系と、
該瞳分割手段を通過した光が結像する位置に複数の画素が配置された光検知部と、
該光検知部に結像した複数の光束の主走査方向または副走査方向のうち少なくとも一方の結像位置の間隔を検出し、これより該被走査面に結像される光束の集光位置情報を求める演算装置と、
該演算装置からの信号を用いて該第１の光学系の少なくとも一部の光学素子を光軸方向に移動させる駆動装置とを有することを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
前記瞳分割手段から前記第２の光学系の被走査面に最も近い光学素子までの光路長をＬ１、該第２の光学系の被走査面に最も近い光学素子から被走査面までの光路長をＬ、前記瞳分割手段から前記光検知部までの光路長をｓｋとするとき
Ｌ１＜ｓｋ＜Ｌ＋Ｌ１
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１の走査光学装置。
【請求項３】
前記光検知部の１画素の大きさをｂ、該光検知部に結像する光のスポットの画素の配列方向に対する幅をＤとするとき
Ｄ≧ｂ
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１又は２の走査光学装置。
但し幅Ｄはビーム強度分布のピーク光量の１／ｅ２でスライスした時の大きさである。
【請求項４】
前記演算装置は、前記光検知部の各画素における各出力データ列を前記瞳分割手段のレンズ部の数に応じて信号を分離する信号分離手段と、
該信号分離手段により分離された信号で、主走査方向の少なくとも２つの信号と副走査方向の少なくとも２つの信号の少なくとも一方を用いて、各出力データ列をシフトして両データ列の相関量を算出する相関量算出手段と、
該相関量算出手段により算出された相関量から極大の相関量となるシフト量を検出するシフト値検出手段と、
該シフト値検出手段より得られたシフト値に基づいて被走査面に結像する光の焦点位置情報の検出を行うことを特徴とする請求項１、２又は３の走査光学装置。
【請求項５】
前記光検知部の複数の画素は主走査方向または、副走査方向の少なくとも一方に１次元的に配列されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の走査光学装置。
【請求項６】
前記瞳分割手段の複数のレンズ部は主走査方向または、副走査方向の少なくとも一方に１次元的に配列されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項の走査光学装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の走査光学装置と、前記被走査面に配置した感光体と、前記走査光学装置で走査された光束によって前記感光体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像器と、前記現像されたトナー像を被転写材に転写する転写器と、転写されたトナー像を被転写材に定着させる定着器とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の走査光学装置と、外部機器から入力したコードデータを画像信号に変換して前記走査光学装置に入力せしめるプリンタコントローラとを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、例えば電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタやデジタル複写機、マルチファンクションプリンタ（多機能プリンタ）等の画像形成装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）等の走査光学装置においては、画像信号に応じて光源手段から光変調され出射した光束を、例えば回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る光偏向器により周期的に偏向させている。
【０００３】
そして偏向された光束を後述するｋθ特性を有する結像光学系によって感光性の記録媒体（感光ドラム）面上にスポット状に集束させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００４】
尚、以下の説明において、主走査方向とは偏向手段の回転軸（または揺動軸）及び結像光学系の光軸に垂直な方向（偏向手段で光束が反射偏向（偏向走査）される方向）である。副走査方向とは偏向手段の回転軸（または揺動軸）と平行な方向である。主走査断面とは結像光学系の光軸と主走査方向とを含む平面である。副走査断面とは結像光学系の光軸を含み主走査断面に垂直な断面である。副走査方向の露光分布の作成は、各主走査露光毎に、感光体（被走査体）を副走査方向に方向に移動（回転）させることによって達成している。
【０００５】
近年では、走査光学装置の高精度化、簡素化のため、この走査光学装置に用いる結像光学素子に樹脂材料を多用している。
【０００６】
このように、樹脂材料を用いる結像光学素子では、樹脂によるモールド成形が可能となるために、レンズ、ミラーの非球面化が容易である。そして、その形状を保持するための筐体も、樹脂モールド成形により構成すると、それまでの金属の切削、鋳造加工による筐体に比較して、より軽量、簡素化が実現でき、フレキシブルなレンズ配置が容易となる。
【０００７】
図２６は一般的な走査光学装置の要部概略図である。同図において光源手段９１から出射した発散光束はコリメータレンズ９２により略平行な光束に変換され、絞り９３によって該光束を制限し、副走査方向にのみ所定の屈折力を有するシリンドリカルレンズ９４に入射する。
【０００８】
そして、副走査断面内においては収束してポリゴンミラーから成る光偏向器９５の偏向面（反射面）９５ａに線像として結像している。そして、光偏向器９５の偏向面９５ａで偏向された光束がｆθ特性を有する結像光学系９６を介して被走査面としての感光ドラム面９７上を矢印Ｂ方向に走査して画像情報の記録を行っている。
【０００９】
樹脂製の光学素子を使用した場合、最も問題となるのが温度変化や吸湿などの環境変動によって材料の屈折率や形状の変化が生じ、被走査面でピントずれを起こすことである。光のスポット径が小さくなるとそれに比例して深度幅も減少するため、わずかなピントずれでもスポットの肥大化につながる。
【００１０】
また、主走査方向及び、副走査方向において軸上の光束の深度幅に比べて軸外の光束の深度幅は被走査面に入射する角度θに応じてｃｏｓ３θ倍だけ狭くなる。
【００１１】
その為、高精細な画像を得るには主走査方向の軸外光束のピント変動を詳細にモニターする必要がある。さらに、アナモフィックな光学系を用いた場合、主走査方向と副走査方向でピントのずれ方が違うので、主走査方向と副走査方向をそれぞれ独立にピント位置を検知する必要がある。
【００１２】
その為には、どのような環境でも所望のスポット径を維持するため主走査方向と副走査方向の双方でのピントずれをそれぞれ独立に検知し、アクティブにピントのずれを補償するオートフォーカス（ＡＦ）装置を用いるのが良い。また、ピントずれの向きと大きさを同時に検知することは、素早いピントずれの制御ができ、高速かつ精度のよい制御が容易となる。
【００１３】
従来より、ピントずれを検出する装置（焦点検出装置）を用いた走査光学装置が種々開発されている（特許文献１〜３）。
【００１４】
特許文献１では像面と像面の前後のいずれか一方に配置した２枚のナイフエッジを用い、ピントずれの検出を行う方法を開示している。また、特許文献２では主走査方向と副走査方向にナイフエッジを配置し、ピントずれを検出する方法を開示している。
【００１５】
また、特許文献３では、画像形成領域外の光（画像形成に用いない光）を光学的に分割し位相差検出を行ってピントずれを検出する方法を開示している。
【００１６】
位相差検出を行う場合、像面より後方で光のスポットを分割する光学素子を配置している。
【００１７】
この他、カメラ等の撮像装置において、画像形成領域内の光を用いて、像面上でピントずれの検知を行うために、複数の方向に光を分離する手段を像面より手前（物体側）に配置した焦点検出装置が知られている（特許文献４）。
【特許文献１】特開平６−２３５８７３号公報
【特許文献２】特許第３４８０１７２号公報
【特許文献３】特開平３−１９４５６９号公報
【特許文献４】特開２００８−２６３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
走査光学装置を用いた画像形成装置において、高精細な画像を形成するには、被走査面に結像する光のピントずれ量とピントずれ方向の双方のピントずれ情報を精度良く検出することが重要になってくる。
【００１９】
更に走査光学装置では、アナモフィックな光学系を用いているため、被走査面における主走査方向と副走査方向の双方においてピントずれ情報を検出することが重要になってくる。
【００２０】
一般には、このような被走査面に結像する光のピントずれ情報を画像形成領域内の光、即ち有効走査範囲内の光を用いて行うことは、光検出器や検出用光学系の配置が光学的に難しく、構成上大変困難である。また、軸上の光束の深度幅に比べて軸外の光束の深度幅は被走査面に入射する角度θに応じてｃｏｓ３θ倍だけ狭くなるので、軸外になるべく近い場所で検知する必要がある。
【００２１】
このため、走査光学装置では、画像形成領域外でピントずれ情報検知を行う必要があり、最も深度幅の狭くなる軸外近傍でピント位置を補償する必要がある。
【００２２】
本発明は、画像形成領域外において、被走査面に結像する光の主走査方向と副走査方向の双方においてピントずれ情報をそれぞれ独立に高精度に検出することができ、高精細な画像を形成することができる走査光学装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の走査光学装置は、光源手段と、該光源手段から出射した光を集光する第１の光学系と該第１の光学系からの光を偏向走査する偏向手段と、該偏向手段の偏向面により偏向走査された光束を被走査面に結像させる第２の光学系と、
該第１の光学系と該第２の光学系を通過し、該被走査面の有効走査領域以外に入射する光の瞳を複数の領域に分割するため、該被走査面よりも該偏向手段側に配置され、主走査方向または副走査方向の少なくとも一方に複数のレンズ部を配列した瞳分割手段を有する第３の光学系と、
該瞳分割手段を通過した光が結像する位置に複数の画素が配置された光検知部と、
該光検知部に結像した複数の光束の主走査方向または副走査方向のうち少なくとも一方の結像位置の間隔を検出し、これより該被走査面に結像される光束の集光位置情報を求める演算装置と、
該演算装置からの信号を用いて該第１の光学系の少なくとも一部の光学素子を光軸方向に移動させる駆動装置とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、画像形成領域外において、被走査面に結像する光の主走査方向と副走査方向の双方においてピントずれ情報をそれぞれ独立に高精度に検出することができ、高精細な画像を形成することができる走査光学装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
本発明の走査光学装置は半導体レーザ等の光源手段とから出射した光を第１の光学系（入射光学系）でポリゴンミラー等の偏向手段の偏向面に集光する。
【００２７】
偏向手段により偏向された光束をｆθ特性を有する第２の光学系で被走査面上にスポットとして結像している。
【００２８】
第１の光学系と第２の光学系を通過し、被走査面の有効走査領域以外に入射する光の瞳を主走査方向または副走査方向の少なくとも一方に配列された複数のレンズ部を含む瞳分割手段を有する第３の光学系とで複数の領域に分割している。
【００２９】
ここで瞳分割手段は、被走査面よりも該偏向手段側に配置されている。
【００３０】
瞳分割手段を通過した光が結像する位置に複数の画素より成る光検知器を配置している。
【００３１】
演算装置は、光検知部に結像した複数の光束の主走査方向または副走査方向のうち少なくとも一方の結像位置の間隔を検出し、これより被走査面に結像される光束の集光位置情報を求めている。
【００３２】
駆動装置は、演算装置からの信号を用いて第１の光学系の少なくとも一部の光学素子を光軸方向に移動させている。
【００３３】
このようにして被走査面における光束の集光位置情報の検出及び被走査面に集光する光束の集光状態を調整している。
【実施例１】
【００３４】
図１から図８は本発明の実施例１の説明図である。
【００３５】
図１は本発明の実施例１の主走査断面内の概略図である。
【００３６】
図２は図１の瞳分割手段の形状を示した説明図である。
【００３７】
図３は図１の第２の光学系の最も被走査面に近い光学素子７より後に瞳分割手段より成る第３の光学系１８の位置関係を示した説明図である。
【００３８】
図４は本実施例における演算装置２０による相関演算の演算誤差とセンサピッチに対するスポット径の比の関係を示したグラフである。
【００３９】
図５は本実施例において合焦時及び、ピントずれが生じた時の光路と各パラメータを示した説明図である。
【００４０】
図６は本実施例において合焦時及び、ピントずれが生じた時の光検知部１９での信号波形を示した説明図である。
【００４１】
図７は本実施例における副走査方向の検知信号の説明図である。
【００４２】
図８は本実施例における主走査方向の検知信号の説明図である。
【００４３】
図中、１は光源手段であり、例えば半導体レーザにより成り立っている。２は集光レンズ（コリメータレンズ）であり、光源手段１より出射された光束を略平行な光束（もしくは発散光束もしくは収束光束）に変換している。
【００４４】
３は開口絞りであり、集光レンズ２から出射された光束を最適なビーム形状に成形している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向（副走査断面内）のみに有限のパワー（屈折力）を有している。
【００４５】
集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４は第１の光学系４Ａの一部を構成している。５は偏向手段としての光偏向器（ポリゴンミラー）であり、モーター等の駆動手段（不図示）により一定方向に一定速度で回転している。
【００４６】
第１の光学系４Ａは、入射光学系である。
【００４７】
７Ａは第２の光学系としての結像光学系であり、主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーを有する結像レンズ（アナモフィックレンズ）６、７を有している。１８は第３の光学系としての瞳分割手段であり、主走査方向に２つ（複数）、副走査方向に２つ（複数）のレンズ部を有した、４つのレンズ部１８Ａ〜１８Ｄを有している。
【００４８】
１９は光検知部であり、瞳分割手段１８より出射した光束が結像する位置又はその近傍に配置されている。光検知部１９は画素が主走査方向及び副走査方向に２次元的に配列したエリアセンサなどのから成っている。
【００４９】
光検知部１９に集光された光は電気変換され、画素毎に出力データが作成される。２０は演算装置であり、光検知部１９で作成された結果を用いて、後述する相関演算により被走査面上の集光位置を検出している。そして、検出された集光位置から被走査面１０に光束が合焦して入射するように、光束を合焦位置に戻すために集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４の少なくとも一方の駆動量を求めている。
【００５０】
３０は駆動装置であり、演算装置２０で演算されたピント情報の結果に基づいて第１の光学系４Ａを構成する集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４等の光学素子を光軸方向に駆動する。
【００５１】
本実施例において、光源手段１より出射した光束は集光レンズ２によって平行又は略平行な光束に変換され、絞り３により光束径が制限される。そして、制限された光束はシリンドリカルレンズ４によって副走査断面内で収束光束に変換され、偏向手段５の偏向面又はその近傍に集光する。
【００５２】
続いて、偏向手段５に偏向面により偏向走査された光束がアナモフィックレンズ６、７を通り、感光ドラムなどの被走査面１０を等速度で走査する。
【００５３】
（表１）に本実施例における第２の光学系７Ａの諸特性を示す。
各レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸とする。さらに主走査断面内において光軸と直交する軸をＹ軸、副走査断面内において光軸と直交する軸をＺ軸とする。アナモフィックレンズ６、アナモフィックレンズ７における各レンズ面の主走査断面の非球面形状は、
【００５４】
【数１】
2010096898.tif 000003
【００５５】
なる式で表わされる。
【００５６】
なお、Ｒは面の曲率半径、ｋは離心率、Ｂｉ（ｉ＝４、６、８、１０・・・）は非球面係数である。
【００５７】
ここで、Ｙのプラス側（図１の上側）とマイナス側（図１の下側）で係数が異なる場合は、プラス側の係数には添字ｕを附し、マイナス側終了側の係数には添字ｌを附している。
また、アナモフィックレンズ６の入射面と射出面、およびアナモフィックレンズ７の入射面の各レンズ面の副走査断面の非球面形状は、
【００５８】
【数２】
2010096898.tif 000004
【００５９】
なる式で表される。
【００６０】
Ｓは母線上の任意の点において母線の面法線を含み主走査断面と垂直な面内に定義される子線形状である。
【００６１】
ここで、副走査断面の曲率半径ｒ’は、レンズ面のＹ座標により連続的に変化し、
【００６２】
【数３】
2010096898.tif 000005
【００６３】
で表される。
【００６４】
アナモフィックレンズ７の出射面の副走査断面の非球面形状は、アナモフィックレンズ６と同様
【００６５】
【数４】
2010096898.tif 000006
【００６６】
なる式で表される。Ｓは母線上の任意の点において母線の面法線を含み主走査断面と垂直な面内に定義される子線形状である。
【００６７】
ここで、副走査断面の曲率半径ｒ’は、レンズ面のＹ座標により連続的に変化し、
【００６８】
【数５】
2010096898.tif 000007
【００６９】
で表される。
【００７０】
（４）式から（７）式においてｒは光軸上における副走査断面の曲率半径、Ｄｊ（ｊ＝２、４、６、８、１０・・・）は副走査断面の曲率半径の変化係数である。
【００７１】
ここで、Ｙのプラス側（図１の上側）とマイナス側（図１の下側）で係数が異なる場合は、プラス側の係数には添字ｕを附し、マイナス側終了側の係数には添字１を附している。
【００７２】
また、副走査断面は球面形状でありレンズ面のＹ座標により連続的に変化しており、Ｙの１０次関数で表される形状となっている。
【００７３】
ただし、表１において、「Ｅ−ｘ」は、「１０−ｘ」を意味している。
【００７４】
そして、第１の光学系４Ａ及び第２の光学系７Ａを通過してきた画像形成領域外の走査光が通る位置でアナモフィックレンズ６の後（被走査面側）に瞳分割手段１８が配置されている。
【００７５】
瞳分割手段１８を構成する複数のレンズ部は主走査方向又は副走査方向の少なくとも一方に１次元的に配列されている。
【００７６】
本実施例において瞳分割手段１８は、図２（ａ）に示すような主走査方向に２つ（１８Ｃ、１８Ｄ）、副走査方向に２つ（１８Ａ、１８Ｂ）、計４つのレンズ部１８Ａ〜１８Ｄを有している。
【００７７】
瞳分割手段１８から出射した光束の結像位置又は、その近傍に画素が主走査方向及び副走査方向に２次元的に配列したエリアセンサなどから成る光検知部１９が配置されている。
【００７８】
光検知部１９は複数の画素は主走査方向又は副走査方向の少なくとも一方に１次元的に配列されている。
【００７９】
瞳分割手段１８と光検知部１９によって構成された検出系１９Ａの諸特性は（表２）の通りである。
【００８０】
【表１】
2010096898.tif 000008
【００８１】
【表２】
2010096898.tif 000009
【００８２】
続いて本実施例の焦点検出装置（ＡＦ検出部）の構成を説明する。
【００８３】
ＡＦ検知部は瞳分割手段１８と光検知部１９を含んだ検出系１９Ａを有している。本実施例において、第２の光学系７Ａの中で最も被走査面１０に近い光学素子７はアナモフィックレンズである。
【００８４】
図３はアナモフィックレンズ７と瞳分割手段１８と光検知部１９と被走査面１０の主走査断面内又は副走査断面内における位置関係を示している。
【００８５】
図３において、Ｌ１は瞳分割手段１８からアナモフィックレンズ７までの光路長である。Ｌはアナモフィックレンズ７から被走査面１０までの光路長である。ｓｋは瞳分割手段１８から光検知部１９までの光路長である。光の進行方向を正の方向とすると、本実施例において、アナモフィックレンズ７より後に（被走査面側に）瞳分割手段１８があるので、Ｌ１＜０である。
【００８６】
また、瞳分割手段１８より後方の像面側に光検知部１９が位置し、かつ被走査面１０より前方（偏向手段５側）に光検知部１９が位置するためには
Ｌ１＜ｓｋ＜Ｌ＋Ｌ１        ・・・（１）
なる条件を満たす必要がある。
【００８７】
本実施例では、Ｌ＝１５９．８３ｍｍ、Ｌ１＝−１０．２９ｍｍ、ｓｋ＝６４．２３ｍｍであり、（１）式を満たす。
【００８８】
（１）式の下限を超える場合は、アナモフィックレンズ７より前方に光検知部１９が配置されることになり、アナモフィックレンズ７によって生じたピントのずれを検知することが不可能になる。
【００８９】
また、（１）式の上限を超える場合は、被走査面１０より後に光検知部１９が配置され、光検知部１９の構成が全系の光路長よりも長くなってしまう。
【００９０】
図５は第２の光学系（結像光学系）７Ａの合焦時及び、ピントがずれた時の主走査断面又は副走査断面の光路を示したものである。被走査面１０からのピントずれ量Δｘとセンサ１９上でのスポットの移動量Dｄの関係は（８）式のようになる。
【００９１】
【数６】
2010096898.tif 000010
【００９２】
図６は、ピントずれが生じたときの光検知部１９上でのスポットの移動を模式的に示した説明図である。
【００９３】
６２は合焦時に瞳分割手段１８の２つのレンズ部を通過した２つのスポットの光検知部１９上での距離（間隔）である。
【００９４】
（８）式よりピントが負の方向にずれると、図６の間隔６１のように、合焦時の間隔６２に比べて狭くなる。
【００９５】
同様に、ピントが正の方向にずれると、図６の間隔６３のように、合焦時の間隔に比べて広くなる。このときの間隔の変化を検出することで、ずれの方向とずれ量を検出している。
【００９６】
また、光のスポット径（直径）Ｄは（９）式で与えられる。
【００９７】
光のスポットの画素の配列方向に対する幅Ｄは、ビーム強度分布のピーク光量の１／ｅ２でスライスした時の大きさである。
【００９８】
（９）式において、Ｋは絞りの形状に依存する定数、λは光の波長である。
【００９９】
【数７】
2010096898.tif 000011
【０１００】
（８）式と（９）式より、光路長ｓｋを消去すると、
【０１０１】
【数８】
2010096898.tif 000012
【０１０２】
となる。
【０１０３】
（１０）式は誤差を考慮していない場合の関係式である。（１０）式に誤差を考慮すると、（１１）式になる。
【０１０４】
【数９】
2010096898.tif 000013
【０１０５】
図７、図８は本実施例における光検知部１９での検知信号の概略図である。図７は副走査方向の検知信号であり、図８は主走査方向の検知信号である。ピントずれの大きさは図中の両矢印で示しているスポットのピークの間隔を後述する相関演算により求めることで検出する。
【０１０６】
相関演算を行う際には、図４のような演算誤差と光検知部１９の１画素の大きさに対するスポット径Ｄの割合であるＤ／ｂとの関係がある。
【０１０７】
ここでｂは光検知器１９を構成する１つの画素の大きさである。
【０１０８】
図４の結果はＤ／ｂが大きくなれば演算誤差も小さくなり検知精度が上がることを意味する。
【０１０９】
Ｄ≧ｂ      ‥‥‥（２）
を満たすときは図４より演算誤差がスポット径Ｄに対して３０％以下となる。誤差要因の一つとして相関演算による演算誤差が検知分解能ΔＸを越えないようにするためには、δｘ≦Δｘにする必要があるので、（１２）式を満たす必要がある。
【０１１０】
【数１０】
2010096898.tif 000014
【０１１１】
光学系の構成としてＤ＝ｂのとき、図４よりδ／Ｄ＝０．３となる。
【０１１２】
本実施例ではａ＝３．０２ｍｍ、Ｌ＝１５９．８３ｍｍ、Ｌ１＝−１０．２９ｍｍ、Ｋ＝１．６４、λ＝６７０ｎｍの光学系の場合、（１２）式より、ピントずれの検知分解能は１．６２ｍｍとなる。
【０１１３】
さらに、Ｄ≧ｂとすることで、ピントずれの検知分解能を１．６２ｍｍ以下にすることができ、より精度のよい検知が可能となる。
【０１１４】
例えば、演算誤差δ／Ｄを５％以下にする場合は図４よりＤ≧１．７１ｂとなる。この時、本実施例において、（１２）式より検知分解能は０．２６９ｍｍ以下となり、より精度よく検知可能となる。
【０１１５】
このように、必要検知分解能に応じて、センサピッチとスポット径のサイズを適宜決めることが可能である。また、（２）式の範囲を満たさない場合は演算による誤差が分解能を超えてしまう。
【０１１６】
次に、図９から図１５までを用いて本実施例のＡＦ（オートフォーカス）制御の方法を説明する。
【０１１７】
本実施例における演算装置２０は、光検知部１９の各画素における各出力データ列を瞳分割手段１８のレンズ部の数に応じて信号を分離する信号分離手段を有している。
【０１１８】
また、信号分離手段により分離された信号で、主走査方向の少なくとも２つの信号と副走査方向の少なくとも２つの信号の少なくとも一方を用いて、各出力データ列をシフトして両データ列の相関量を算出する相関量算出手段を有している。
【０１１９】
更に相関量算出手段により算出された相関量から極大の相関量となるシフト量を検出するシフト値検出手段を有している。
【０１２０】
そしてシフト値検出手段より得られたシフト値に基づいて被走査面に結像する光の焦点位置情報の検出を行っている。
【０１２１】
図９は相関演算のフローチャートである。図１０はＡＦのフローチャートである。図１１は光検知部１９における画素の配列と検知信号の関係を示した図である。図１２は副走査方向のピントずれと間隔の変化量との関係図である。
【０１２２】
図１３は主走査方向のピントずれと間隔の変換量との関係図である。図１４は集光レンズ２の光軸方向の移動量に対するピントの敏感度である。図１５はシリンドリカルレンズ４の光軸方向の移動量に対するピントの敏感度である。
【０１２３】
図９において、Ｓ１はＳＴＡＲＴであり、相関演算の開始を意味するステップである。Ｓ２は信号分離であり、光検知部１９で主走査方向と副走査方向に画素列ＡとＢ、画素列ＣとＤのそれぞれ２つの信号に分けるステップである（図１１参照）。
【０１２４】
Ｓ３は相関演算であり、相関演算を行い、相関量を求めるステップである。Ｓ４は相関量の差分であり、ステップＳ３で得られた相関量の差分を行い、相関量が極大となるシフト量を求めるステップである。Ｓ５はピントずれ検出であり、ステップＳ４で得られたシフト量からピントのずれ量と方向を検出するステップである。
【０１２５】
Ｓ６はＥＮＤであり、相関演算の終了を意味するステップである。図１０においてＳ７はＳＴＡＲＴであり、ＡＦの開始を意味するステップである。Ｓ８は駆動量決定であり、ステップＳ５で得られた結果から敏感度をもとに駆動量を決定するステップである。Ｓ９はレンズ駆動であり、ステップＳ８で得られた結果からレンズ２又は４を駆動するステップである。
【０１２６】
Ｓ１０は光検知であり、ピントが補正されたか否かを判断するために光検知を行うステップである。Ｓ１１は演算ルーチンであり、ステップＳ１からステップＳ６までの演算を行うステップである。Ｓ１２は合焦判断であり、ステップＳ４で得られた結果からピントずれがあるか否かを判断するステップである。Ｓ１３はＥＮＤであり、終了を意味するステップである。
【０１２７】
図１４において１４１は集光レンズ２の主走査方向の敏感度であり、集光レンズ２の光軸方向への移動量と主走査方向のピントのずれ量の関係を示している。１４２は集光レンズ２の副走査方向の敏感度であり、集光レンズ２の光軸方向への移動量と副走査方向のピントのずれ量の関係を示している。
【０１２８】
図１５において１５１はシリンドリカルレンズ４の主走査方向の敏感度であり、シリンドリカルレンズ４の光軸方向への移動量と主走査方向のピントのずれ量の関係を示している。１５２はシリンドリカルレンズ４の副走査方向の敏感度であり、シリンドリカルレンズ４の光軸方向への移動量と副走査方向のピントのずれ量の関係を示している。
【０１２９】
ステップＳ７より開始されたＡＦは初回の制御時、ステップＳ８とステップＳ９には０の値を返し、ステップＳ１０において最初の光検知部１９での光検知を実行する。ステップＳ１０で、画素ごとに出力データが作成される。
【０１３０】
続いて、ステップＳ１１の演算ルーチンに進む。ステップＳ１１ではステップＳ１からステップＳ７までのステップを行う。まず、ステップＳ２において、光検知部１９の主走査方向に１次元的に配列した総画素数を２Ｍ＋１画素、副走査方向に１次元的に配列した総画素数を２Ｎ＋１画素とする。
【０１３１】
図１１のように、副走査方向の正の方向にある光検知部で検知される信号波形をＡ、負の方向にある光検知部で検知される信号波形をＢという２つの信号に分離する。また、主走査方向の正の方向にある光検知部で検知される信号波形をＣ、負の方向にある光検知部で検知される信号波形をＤという２つの信号に分離する。
【０１３２】
ここで、ｉ番目の画素の出力データをそれぞれＡｉ、Ｂｉ、Ｃｊ、Ｄｊとする（ｉ＝１…Ｎ、ｊ＝１・・・Ｍ）。続いて、ステップＳ３において、出力データ列Ｂをｎ画素ずつシフトして（１３）式の演算により副走査方向の相関量Ｕｎ（ｎ＝０…Ｎ）、出力データ列Ｄをｍ画素ずつシフトして（１４）式の演算により主走査方向の相関量Ｖｍ（ｍ＝０…Ｍ）を求める。
【０１３３】
【数１１】
2010096898.tif 000015
【０１３４】
次にステップＳ４において、この演算により得られた相関量Ｕｎ、Ｖｍから、極大の相関量となるシフト値を検出するために、相関量を（１５）式及び、（１６）式で差分する。
【０１３５】
【数１２】
2010096898.tif 000016
【０１３６】
（１５）式の差分値Ｕ’ｎが０となるシフト量が光検知部１９に結像した主走査方向のスポットの間隔である。また（１６）式の差分値Ｖ’ｍが０となるシフト量が光検知部１９に結像した副走査方向のスポットの間隔である。
【０１３７】
ステップＳ５において、ステップＳ４で得られた光検知部１９上でのスポットの間隔をピントずれがないときの間隔と比較することで、ピントずれを判定する。
【０１３８】
本実施例において、副走査方向のピントずれ量と間隔の変化２Δｄは図１２のようになる。また、主走査方向のピントずれ量と間隔の変化２Δｄは図１３のようになる。
【０１３９】
その後、ステップＳ１２でステップＳ５により求められたピントずれ量Δｘが検知分解能ΔＸより小さい時（Δｘ≦ΔＸ）は合焦であると判断し、ステップＳ１３に進み、ＡＦ（オートフォーカス）を終了する。
【０１４０】
それに対し、ステップＳ１２でステップＳ５により求められたピントずれ量Δｘが検知分解能ΔＸより大きい時（Δｘ＞ΔＸ）はピントがずれていると判断し、ステップＳ８に戻り、ピントを補正するために第１の光学系のレンズの駆動量を求める。
【０１４１】
ステップＳ８では、第１の光学系４Ａの集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４の光軸方向の移動に対するピント位置の敏感度から集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４の駆動量を求める。
【０１４２】
本実施例では、図１４の敏感度１４１、１４２より集光レンズ２が光軸方向に１ｍｍ移動すると、敏感度１４１のように主走査方向のピントが−４２．３ｍｍ、敏感度１４２のように副走査方向のピントが−５．６７ｍｍ移動する。
【０１４３】
また、図１５の敏感度１５１、１５２よりシリンドリカルレンズ４が光軸方向に１ｍｍ移動すると、敏感度１５１のように主走査方向のピントが０ｍｍ、敏感度１５２のように副走査方向のピントが１．１７ｍｍ移動する。
【０１４４】
例えば、主走査方向に０．５  ｍｍ、副走査方向に０．３ｍｍピントがずれた時、主走査方向のピントずれを補正するためには図１４の敏感度１４１の直線から集光レンズ２を０．５／（−４２．３）＝−０．０１２（ｍｍ）移動させる。また、副走査方向のピントずれの補正は集光レンズ２の移動によるピントの移動分も含め、図１４の敏感度１４２と図１５の敏感度１５２の直線からシリンドリカルレンズ４を｛−５．６７×（−０．０１２）＋０．３｝／１．１７＝０．３１（ｍｍ）移動させる。
【０１４５】
そして、ステップＳ９に進み、ステップＳ８で求まった結果から駆動装置３０において集光レンズ２とシリンドリカルレンズ３を同時に駆動する（クレーム５）。続いて、ステップＳ１０に進み、上記のステップを繰り返す。ステップＳ１２において、合焦の判定がされると、ステップＳ１３に進み、ＡＦを終了する。
【０１４６】
以上では、本発明の最良の実施形態を説明した。本発明において、光偏向器５はポリゴンミラーに限定されず、ミラー揺動手段を用いても良い。また、瞳分割手段１８は片平の凸レンズを用いているが、目的は光検知部１９に集光することなので、その形状はこれに限定されず、両凸形状のレンズ、メニスカス形状のレンズ等も同等の効果が得られる。
【０１４７】
そして、瞳分割手段のレンズ面の形状も球面形状に限定されず、球面収差等の補正のために非球面レンズを採用しても同等の効果が得られる。
【０１４８】
瞳分割手段１８は図２（ａ）の変形として、図２（ｂ）、（ｃ）を使用しても同等の効果がある。図２（ｃ）を用いる場合、光検知部１９は画素が主走査方向または副走査方向に１次元的に配列したラインセンサなどを２個用いてもよい。
【０１４９】
また、演算装置２０の相関演算の方法は他にも画素毎に差分をとる方法やその他周知の相関演算を行ってもよい。
【０１５０】
そして、ＡＦ（オートフォーカス）の制御用の素子として主走査方向のピント調整用の主走査方向にのみパワー有するシリンドリカルレンズを第１の光学系の中に組み込んでも良い。これによって２枚のシリンドリカルレンズで主走査方向と副走査方向のピントずれの制御を行っても同様の効果が得られる。
【０１５１】
また、駆動する方向も光軸方向には限定されず、主走査方向や副走査方向に動かしてもよく、お辞儀や首振りといった偏心した動きを組み合わせてもよい。
【実施例２】
【０１５２】
図１６から図１８は、本発明の実施例２の説明図である。
【０１５３】
図１６は本発明の実施例２の主走査断面内の概略図である。図１７は図１６の瞳分割手段の形状を示した説明図である。図１８は実施例２の変形例である。
【０１５４】
図中、１は光源手段であり、例えば半導体レーザにより成り立っている。２は集光レンズ（コリメータレンズ）であり、光源手段１より出射された光束を略平行な光束（もしくは発散光束もしくは収束光束）に変換している。３は開口絞りであり、集光レンズ２から出射された光束を最適なビーム形状に成形している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向（副走査断面内）のみに有限のパワー（屈折力）を有している。
【０１５５】
集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４は第１の光学系４Ａの一部を構成している。５は偏向手段としての光偏向器であり、モーター等の駆動手段（不図示）により一定方向に一定速度で回転している。
【０１５６】
７Ａは第２の光学系としての結像光学系であり、主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーを有する結像レンズ（アナモフィックレンズ）６、７を有している。２８ａは瞳分割手段であり、主走査方向に２つのレンズ部を持つ瞳分割手段である。２８ｂは副走査方向に２つのレンズ部を持つ瞳分割手段である。瞳分割手段２８ａ、２８ｂは第３の光学系を構成している。２９ａ光検知部であり、瞳分割手段２８ａより出射した光束が結像する位置近傍に配置されている画素が主走査方向に１次元的に配列したラインセンサなどから成っている。
【０１５７】
２９ｂは光検知部であり、瞳分割手段２８ｂより出射した光束が結像する位置近傍に配置されている画素が副走査方向に１次元的に配列したラインセンサなどから成っている。光検知部２９ａ、２９ｂにおいて集光された光は電気変換され、画素毎に出力データが作成される。２０は演算装置であり、光検知部２９ａ、２９ｂで作成された結果を用いて、後述する相関演算により被走査面１０上の集光位置を検出している。そして、検出された集光位置から合焦位置に戻すために集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４の少なくとも一方の駆動量を求めている。
【０１５８】
３０は駆動装置であり、演算装置２０の結果に基づいて第１の光学系４Ａの集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４の少なくとも一方を光軸方向に駆動している。
【０１５９】
本実施例において、光源手段１より出射した光束は集光レンズ２によって略平行な光束に変換され、絞り３により光束径が制限される。
【０１６０】
そして、制限された光束はシリンドリカルレンズ４によって副走査断面内で収束光束に変換され、ポリゴンミラーなどの偏向手段５に入射する。続いて、偏向手段５の偏向面により偏向走査された光束がアナモフィックレンズ６、７を通り、感光ドラムなどの被走査面１０を等速度で走査する第２の光学系がある。表１に本実施例における第２の光学系７Ａの諸特性を示す。そして、第１及び第２の光学系４Ａ、７Ａを通過してきた画像形成領域外の走査光が通る位置に瞳分割手段２８ａ、２８ｂを配置している。
【０１６１】
即ち、アナモフィックレンズ７の後に、図１７（ａ）のような主走査方向に２つ（２８Ｃ、２８Ｄ）のレンズ部を持つ瞳分割手段２８ａと副走査方向に２つ（２８Ａ、２８Ｂ）のレンズ部を持つ瞳分割手段２８ｂが配置されている。
【０１６２】
瞳分割手段２８ａから出射した光束の結像位置又はその近傍に画素が主走査方向に１次元的に配列したラインセンサなどから成る光検知部２９ａが配置されている。また、瞳分割手段２８ｂから出射した光束の結像位置又は、その近傍に画素が副走査方向に１次元的に配列したラインセンサなどの光検知部２９ｂが配置されている。
【０１６３】
続いて、本件の特徴となる焦点検出装置（ＡＦ検知部）の詳細な説明を行う。
【０１６４】
本実施例では、パラメータＬ＝１５９．８３ｍｍ、Ｌ１＝−１０．２９ｍｍ、ｓｋ＝６４．２３ｍｍとなるので、（１）式を満たす。
【０１６５】
本実施例における光検知部２９での検知信号は、実施例１と同様図７と図８に示している。図７は副走査方向の検知信号であり、図８は主走査方向の検知信号である。ピントずれの大きさは図中の両矢印で示しているスポットのピークの間隔を相関演算により求めることで検出する。光学系の構成としてＤ＝ｂのとき、図４よりδ／Ｄ＝０．３となる。
【０１６６】
本実施例のａ＝３．０２ｍｍ、Ｌ＝１５９．８３ｍｍ、Ｌ１＝−１０．２９ｍｍ、Ｋ＝１．６４、λ＝６７０ｎｍの光学系の場合、（１２）式より、ピントずれの検知分解能は１．３８ｍｍとなる。
【０１６７】
さらに、Ｄ≧ｂとすることで、ピントずれの検知分解能を１．３８ｍｍ以下にすることができ、より精度のよい検知が可能となる。その為、必要検知分解能に応じて、センサピッチとスポット径のサイズを適宜決めることが可能である。
【０１６８】
ＡＦ（オートフォーカス）の方法は実施例１と同様にして行う。
【０１６９】
実施例２において、瞳分割手段２８ａ、２８ｂは図１８に示すように上下の画像形成領域外に配置しても同様の効果がある。
【０１７０】
また、瞳分割手段２８ａ、２８ｂは図１７（ａ）の変形として、図１７（ｂ）、（ｃ）を使用しても同等の効果がある。そして、図１７（ｃ）のレンズ部２８Ｃ、２８Ｄは主走査方向にのみパワーを有したシリンドリカルレンズ、レンズ部２８Ａ、２８Ｂは副走査方向にのみパワーを有したシリンドリカルレンズであっても良い。
【０１７１】
また、演算装置２０の相関演算の方法は他にも画素毎に差分をとる方法やその他周知の相関演算を行ってもよい。
【０１７２】
そして、ＡＦの制御用の素子として主走査方向のピント調整用の主走査方向にのみパワー有するシリンドリカルレンズを第１の光学系４Ａの中に組み込んで２枚のシリンドリカルレンズで主走査方向と副走査方向のピントずれの制御を行っても同様の効果が得られる。
【０１７３】
また、駆動する方向も光軸方向には限定されず、主走査方向や副走査方向に動かしてもよく、お辞儀や首振りといった偏心した動きを組み合わせてもよい。
【実施例３】
【０１７４】
図１９から図２１は本発明の実施例３の説明図である。
【０１７５】
図１９は本発明の実施例３の主走査断面内の概略図である。
【０１７６】
図２０は第２の光学系７Ａの最も被走査面に近い光学素子７より前方（偏向手段５側）に瞳分割手段３８がある場合の検出系１９Ａの位置関係を示した説明図である。図２１は実施例３の変形例である。
【０１７７】
図中、１は光源手段であり、例えば半導体レーザにより成り立っている。２は集光レンズ（コリメータレンズ）であり、光源手段１より出射された光束を略平行な光束（もしくは発散光束もしくは収束光束）に変換している。３は開口絞りであり、集光レンズ２から出射された光束を最適なビーム形状に成形している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向（副走査断面内）のみに有限のパワー（屈折力）を有している。
【０１７８】
集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４は第１の光学系４Ａの一部を構成している。５は偏向手段としての光偏向器であり、モーター等の駆動手段（不図示）により一定方向に一定速度で回転している。
【０１７９】
７Ａは第２の光学系としての結像光学系であり、主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーを有する結像レンズ（アナモフィックレンズ）６、７を有している。３８は瞳分割手段であり、図２と同様に主走査方向に２つ、副走査方向に２つのレンズ部を有した、４つのレンズ部を持っている。１９は光検知部であり、瞳分割手段３８より出射した光束が結像する位置又はその近傍に配置されている画素が主走査方向及び副走査方向に２次元的に配列したエリアセンサなどから成っている。
【０１８０】
光検知部１９において集光された光は電気変換され、画素毎に出力データが作成される。２０は演算装置であり、光検知部１９で作成された結果を用いて、後述する相関演算により被走査面１０上の集光位置を検出し、検出された集光位置から合焦位置に戻すために集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４の少なくとも一方の駆動量を求めている。
【０１８１】
３０は駆動装置であり、演算装置２０の結果に基づいて第１の光学系４Ａの集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４の少なくとも一方を駆動している。
【０１８２】
本実施例において、光源手段１より出射した光束は集光レンズ２によって略平行な光束に変換され、絞り３により光束径が制限される。そして、制限された光束はシリンドリカルレンズ４によって副走査断面内で収束光束に変換され、ポリゴンミラーなどの偏向手段５に入射する。
【０１８３】
続いて、偏向手段５により偏向された光束がアナモフィックレンズ６、７を通り、感光ドラムなどの被走査面１０を等速度で走査する。表１に本実施例における第２の光学系７Ａの諸特性を示す。
【０１８４】
そして、第１及び第２の光学系４Ａ、７Ａを通過してきた画像形成領域外の走査光が通る位置でアナモフィックレンズ６の前に、図２で示すような主走査方向に２つ、副走査方向に２つ、計４つのレンズ部を有した瞳分割手段３８が配置されている。
【０１８５】
瞳分割手段３８から出射した光束の結像位置はその近傍に画素が主走査方向及び副走査方向に２次元的に配列したエリアセンサなどの光検知部１９が配置されている。
【０１８６】
続いて、本件の特徴となるＡＦ検知部の説明を行う。ＡＦ検知部は瞳分割手段３８と光検知部１９を含んだ検出系１９Ａを有している。
【０１８７】
本実施例において、第２光学系７Ａの中で最も被走査面１０に近い光学素子はアナモフィックレンズ７である。
【０１８８】
図２０はアナモフィックレンズ７と瞳分割手段３８と光検知部１９と被走査面１０の位置関係を示している。
【０１８９】
ここで、Ｌ１は瞳分割手段３８からアナモフィックレンズ７までの光路長である。Ｌはアナモフィックレンズ７から被走査面１０までの光路長である。ｓｋは瞳分割手段３８から光検知部１９までの光路長である。
【０１９０】
光の進行方向を正の方向とすると、本実施例において、アナモフィックレンズ７より前方に瞳分割手段１８があるので、Ｌ１＞０である。また、アナモフィックレンズ７より後方に光検知部１９があり、かつ被走査面１０より前方に光検知部１９があるためにはＬ１＜ｓｋ＜Ｌ＋Ｌ１である必要がある。
【０１９１】
本実施形例では、Ｌ＝１５９．８３ｍｍ、Ｌ１＝１０ｍｍ、ｓｋ＝６４．２３ｍｍとなるので、（１）式を満たす。
【０１９２】
光学系の構成としてＤ＝ｂのとき、図４よりδ／Ｄ＝０．３となる。
【０１９３】
本実施例のａ＝３．０２ｍｍ、Ｌ＝１５９．８３ｍｍ、Ｌ１＝１０ｍｍ、Ｋ＝１．６４、λ＝６７０ｎｍの光学系の場合、（１２）式より、ピントずれの検知分解能は２．０８ｍｍとなる。
【０１９４】
さらに、Ｄ≧ｂとすることで、ピントずれの検知分解能を２．０８ｍｍ以下にすることができ、より精度のよい検知が可能となる。その為、必要検知分解能に応じて、センサピッチとスポット径のサイズを適宜決めることが可能である。
【０１９５】
ＡＦの方法は実施例１と同様にして行う。
【０１９６】
本実施例において、瞳分割手段３８は図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）などの形状を用いてもよい。図２（ｃ）を用いる場合、光検知部１９は画素が主走査方向または副走査方向に１次元的に配列したラインセンサなどを２個用いてもよい。
【０１９７】
また、図２１に示すように瞳分割手段３８を第２の光学系７Ａの光軸を挟んで瞳分割手段３８ａ、３８ｂの２つに分けて配置しても同様の効果がある。
【０１９８】
また、演算装置２０の相関演算の方法は他にも画素毎に差分をとる方法やその他周知の相関演算を行ってもよい。
【０１９９】
そして、ＡＦの制御用の素子として主走査方向のピント調整用の主走査方向にのみパワー有するシリンドリカルレンズを第１の光学系４Ａの中に組み込んで２枚のシリンドリカルレンズで主走査方向と副走査方向のピントずれの制御を行っても同様の効果が得られる。
【０２００】
また、駆動する方向も光軸方向には限定されず、主走査方向や副走査方向に動かしてもよく、お辞儀や首振りといった偏心のある動きを組み合わせてもよい。
【実施例４】
【０２０１】
図２２と図２３は本発明の実施例４の説明図である。図２２は本発明の実施例４の主走査断面内の概略図である。
【０２０２】
図２３は図２２の瞳分割手段と光検知部の間に偏向部材がある場合の第３の光学系４８の位置関係を示した説明図である。
【０２０３】
図中、１は光源手段であり、例えば半導体レーザにより成り立っている。２は集光レンズ（コリメータレンズ）であり、光源手段１より出射された光束を略平行な光束（もしくは発散光束もしくは収束光束）に変換している。
【０２０４】
３は開口絞りであり、集光レンズ２から出射された光束を最適なビーム形状に成形している。４はシリンドリカルレンズであり、副走査方向（副走査断面内）のみに有限のパワー（屈折力）を有している。
【０２０５】
集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４は第１の光学系４Ａの一部を構成している。５は偏向手段としての光偏向器であり、モーター等の駆動手段（不図示）により一定方向に一定速度で回転している。
【０２０６】
７Ａは第２の光学系としての結像光学系であり、主走査断面内と副走査断面内とで異なるパワーを有する結像レンズ（アナモフィックレンズ）６、７を有している。４８は瞳分割手段であり、図２と同様に主走査方向に２つ、副走査方向に２つのレンズ部を有した、４つのレンズ部を持っている。
【０２０７】
４０は第３の光学系としての瞳分割手段４８より出射した光束を偏向する反射ミラーなどの偏向手段である。１９は光検知部であり、瞳分割手段４８より出射した光束が結像する位置と光学的に等価な位置又はその近傍に配置されている画素が主走査方向及び副走査方向に２次元的に配列したエリアセンサなどから成っている。
【０２０８】
光検知部１９において集光された光は電気変換され、画素毎に出力データが作成される。２０は演算装置であり、光検知部１９で作成された結果を用いて、後述する相関演算により被走査面１０上の集光位置を検出している。
【０２０９】
そして検出された集光位置から合焦位置に戻すために集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４の少なくとも一方の駆動量を求めている。
【０２１０】
３０は駆動装置であり、演算装置２０の結果に基づいて第１の光学系の集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４の少なくとも一方を駆動している。
【０２１１】
本実施例において、光源手段１より出射した光束は集光レンズ２によって略平行な光束に変換され、絞り３により光束径が制限される。そして、制限された光束はシリンドリカルレンズ４によって副走査断面内で収束光束に変換され、ポリゴンミラーなどの偏向手段５に入射する。
【０２１２】
続いて、偏向手段５により偏向された光束がアナモフィックレンズ６、７を通り、感光ドラムなどの被走査面１０を等速度で走査する。
【０２１３】
表１に本実施例における第２の光学系７Ａの諸特性を示す。そして、第１及び第２の光学系４Ａ、７Ａを通過してきた画像形成領域外の走査光が通る位置でアナモフィックレンズ６の後方に、主走査方向に２つ、副走査方向に２つ、計４つのレンズ部を有した瞳分割手段４８が配置されている。
【０２１４】
瞳分割手段４８から出射した光束は偏向手段４０によって偏向される。その後、瞳分割手段４８より出射した光束の結像位置と光学的に等価な位置又はその近傍に画素が主走査方向及び副走査方向に２次元的に配列したエリアセンサなどの光検知部１９が配置されている。
【０２１５】
続いて、本件の特徴となるＡＦ検知部の説明を行う。
【０２１６】
本実施例において、第２の光学系７Ａの中で最も被走査面１０に近い光学素子はアナモフィックレンズ７である。図２３はアナモフィックレンズ７と瞳分割手段４８と反射部材４０と光検知部１９と被走査面１０の位置関係を示している。
【０２１７】
ここで、Ｌ１は瞳分割手段１８からアナモフィックレンズ７までの光路長である。Ｌはアナモフィックレンズ７から被走査面１０までの光路長である。ｓｋは瞳分割手段１８から出射された光線が反射部材４０で折り返され、光検知部１９に到達するまでの光路長である。
【０２１８】
光の進行方向を正の方向とすると、本実施例において、アナモフィックレンズ７より後に瞳分割手段１８があるので、Ｌ１＜０である。また、瞳分割手段１８より後に光検知部１９があり、かつ被走査面１０より前に光検知部１９があるためにはＬ１＜ｓｋ＜Ｌ＋Ｌ１である必要がある。
【０２１９】
本実施例では、Ｌ＝１５９．８３ｍｍ、Ｌ１＝−１０．２９ｍｍ、ｓｋ＝６４．２３ｍｍとなるので、（１）式を満たす。
【０２２０】
本実施例における光検知部１９での検知信号は図７と図８と同様である。
【０２２１】
図７は副走査方向の検知信号であり、図８は主走査方向の検知信号である。ピントずれの大きさは図中の両矢印で示しているピークの間隔を相関演算により求めることで検出する。
【０２２２】
光学系の構成としてＤ＝ｂのとき、図４よりδ／Ｄ＝０．３となる。
【０２２３】
本実施形態のａ＝３．０２ｍｍ、Ｌ＝１５９．８３ｍｍ、Ｌ１＝−１０．２９ｍｍ、Ｋ＝１．６４、λ＝６７０ｎｍの光学系の場合、（１２）式より、ピントずれの検知分解能は１．３８ｍｍとなる。
【０２２４】
さらに、Ｄ≧ｂとすることで、ピントずれの検知分解能を１．３８ｍｍ以下にすることができ、より精度のよい検知が可能となる。その為、必要検知分解能に応じて、センサピッチとスポット径のサイズを適宜決めることが可能である。
【０２２５】
ＡＦの方法は実施例１と同様にして行う。
【０２２６】
本実施例において、瞳分割手段３８は図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）などの形状を用いてもよい。図２（ｃ）を用いる場合、光検知部１９は画素が主走査方向または副走査方向に１次元的に配列したラインセンサなどを２個用いてもよい。
【０２２７】
また、実施例２のように瞳分割手段を２つに分けても同様の効果がある。また、演算装置２０の相関演算の方法は他にも画素毎に差分をとる方法やその他周知の相関演算を行ってもよい。そして、ＡＦの制御用の素子として主走査方向のピント調整用の主走査方向にのみパワー有するシリンドリカルレンズを第１の光学系４Ａの中に組み込んで２枚のシリンドリカルレンズで主走査方向と副走査方向のピントずれの制御を行っても同様の効果が得られる。
【０２２８】
また、駆動する方向も光軸方向には限定されず、主走査方向や副走査方向に動かしてもよく、お辞儀や首振りといった偏心のある動きを組み合わせてもよい。
【０２２９】
［画像形成装置］
図２４は、本発明の画像形成装置の実施例を示す副走査方向の要部断面図である。図２４において、符号１０４は画像形成装置を示す。この画像形成装置１０４には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１１７からコードデータＤｃが入力する。このコードデータＤｃは、装置内のプリンタコントローラ１１１によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。
【０２３０】
この画像データＤｉは、実施例１から実施例４に示した構成を有する光走査ユニット１００に入力される。そして、この光走査ユニット１００からは、画像データＤｉに応じて変調された光ビーム１０３が出射され、この光ビーム１０３によって感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
【０２３１】
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モーター１１５によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム１０１の感光面が光ビーム１０３に対して、主走査方向と直交する副走査方向に移動する。感光ドラム１０１の上方には、感光ドラム１０１の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ１０２が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ１０２によって帯電された感光ドラム１０１の表面に、光走査ユニット１００によって走査される光ビーム１０３が照射されるようになっている。
【０２３２】
先に説明したように、光ビーム１０３は、画像データＤｉに基づいて変調されており、この光ビーム１０３を照射することによって感光ドラム１０１の表面に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、光ビーム１０３の照射位置よりもさらに感光ドラム１０１の回転方向の下流側で感光ドラム１０１に当接するように配設された現像器１０７によってトナー像として現像される。
【０２３３】
現像器１０７によって現像されたトナー像は、感光ドラム１０１の下方で、感光ドラム１０１に対向するように配設された転写ローラ（転写器）１０８によって被転写材たる用紙１１２上に転写される。用紙１１２は感光ドラム１０１の前方（図２４において右側）の用紙カセット１０９内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット１０９端部には、給紙ローラ１１０が配設されており、用紙カセット１０９内の用紙１１２を搬送路へ送り込む。
【０２３４】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１２はさらに感光ドラム１０１後方（図２４において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１１３とこの定着ローラ１１３に圧接するように配設された加圧ローラ１１４とで構成されている。定着器は転写部から搬送されてきた用紙１１２を定着ローラ１１３と加圧ローラ１１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１２上の未定着トナー像を定着せしめる。
【０２３５】
更に定着ローラ１１３の後方には排紙ローラ１１６が配設されており、定着された用紙１１２を画像形成装置の外に排出せしめる。
【０２３６】
図２４においては図示していないが、プリントコントローラ１１１は、先に説明データの変換だけでなく、モーター１１５を始め画像形成装置内の各部や、後述する光走査ユニット内のポリゴンモーターなどの制御を行う。
【０２３７】
［カラー画像形成装置］
図２５は本発明の実施例のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施例は、走査光学装置を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。
【０２３８】
図２５において、６０はカラー画像形成装置である。６１、６２、６３、６４は各々実施例１から実施例４に示したいずれかの構成を有する走査光学装置である。７１、７２、７３、７４は各々像担持体としての感光ドラムである。３１、３２、３３、３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。
【０２３９】
図２５において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。
【０２４０】
これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３によって、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。
【０２４１】
これらの画像データは、それぞれ走査光学装置６１、６２、６３、６４に入力される。そして、これらの走査光学装置からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１、４２、４３、４４が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム７１、７２、７３、７４の感光面が主走査方向に走査される。
【０２４２】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は走査光学装置（６１、６２、６３、６４）を４個並べている。そして各々がＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々平行して感光ドラム７１、７２、７３、７４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０２４３】
本実施例におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの走査光学装置６１、６２、６３、６４により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム７１、７２、７３、７４面上に形成している。その後、記録材５１に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【０２４４】
前記外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。
【０２４５】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。また、本発明で使用される画像形成装置の記録密度は、特に限定されない。しかし、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、１２００ｄｐｉ以上の画像形成装置において本発明の実施例１から４の構成はより効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【０２４６】
【図１】本発明の実施例１を示した図である。
【図２】４つのレンズ部を有する瞳分割手段の形状を示した図である。
【図３】第２の光学系の最も被走査面に近い光学素子より後に瞳分割手段がある場合の第３の光学系の位置関係を示した図である。
【図４】相関演算の演算誤差とセンサピッチに対するスポット径の比の関係を示したグラフである。
【図５】合焦時及び、ピントずれが生じた時の光路と各パラメータを示した図である。
【図６】合焦時及び、ピントずれが生じた時の光検知部での信号波形を示した図である。
【図７】副走査方向の検知信号である。
【図８】主走査方向の検知信号である。
【図９】相関演算のフローチャートである。
【図１０】ＡＦのフローチャートである。
【図１１】光検知部における画素の配列と検知信号の関係を示した図である。
【図１２】副走査方向のピントずれと間隔の変化量との関係である。
【図１３】主走査方向のピントずれと間隔の変換量との関係である。
【図１４】集光レンズ２の光軸方向の移動量に対するピントの敏感度である。
【図１５】シリンドリカルレンズ４の光軸方向の移動量に対するピントの敏感度である
【図１６】本発明の実施例２を示した図である。
【図１７】図１６の２つのレンズ部を有する瞳分割手段の形状を示した図である。
【図１８】本発明の実施例２の一部の変形させた形態を示した図である。
【図１９】本発明の実施例３を示した図である。
【図２０】図１９の第２の光学系の最も被走査面に近い光学素子より前に瞳分割手段がある場合の第３の光学系の位置関係を示した図である。
【図２１】本発明の実施例３の一部を変形させた形態を示した図である。
【図２２】本発明の実施例４を示した図である。
【図２３】図２２の瞳分割手段と光検知部の間に偏向部材がある場合の第３の光学系の位置関係を示した図である。
【図２４】本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査断面図である。
【図２５】本発明の実施形態のカラー画像形成装置の要部概略図である。
【図２６】一般的な従来のレーザ走査光学装置ユニットの要部概略図である。
【符号の説明】
【０２４７】
１  光源
２  コリメータレンズ
３  開口絞り
４  シリンドリカルレンズ
５  偏向手段
６、７  トーリックレンズ
１０  被走査面
１８、３８、４８  瞳分割手段
１８Ａ、１８Ｂ  副走査方向の検知信号を作るレンズ部
１８Ｃ、１８Ｄ  主走査方向の検知信号を作るレンズ部
１９  光検知部
２０  演算装置
３０  駆動装置
２８ａ  レンズ部が主走査方向に配列した瞳分割手段
２８ｂ  レンズ部が副走査方向に配列した瞳分割手段
２８Ａ、２８Ｂ  副走査方向の検知信号を作るレンズ部
２８Ｃ、２８Ｄ  主走査方向の検知信号を作るレンズ部
２９ａ  主走査方向の信号を検知する光検知部
２９ｂ  副走査方向の信号を検知する光検知部
３８ａ  レンズ部が主走査方向に配列した瞳分割手段
３８ｂ  レンズ部が副走査方向に配列した瞳分割手段
４０  偏向手段（ミラー）
１１、１２、１３、１４  光走査光学装置
２１、２２、２３、２４  像担持体（感光ドラム）
３１、３２、３３、３４  現像器
４１、４２、４３、４４  光ビーム
５１  搬送ベルト
５２  外部機器
５３  プリンタコントローラ
６０  カラー画像形成装置
６１  光軸方向に対して負の方向にピントがずれた時の間隔
６２  合焦時の間隔
６３  光軸方向に対して正の方向にピントがずれた時の間隔
１００  光走査装置
１０１  感光ドラム
１０２  帯電ローラ
１０３  光ビーム
１０４  画像形成装置
１０７  現像装置
１０８  転写ローラ
１０９  用紙カセット
１１０  給紙ローラ
１１１  プリンタコントローラ
１１２  転写材（用紙）
１１３  定着ローラ
１１４  加圧ローラ
１１５  モーター
１１６    排紙ローラ
１１７    外部機器
１４１  集光レンズ２の主走査方向の敏感度
１４２  集光レンズ２の副走査方向の敏感度
１５１  シリンドリカルレンズ４の主走査方向の敏感度
１５２  シリンドリカルレンズ４の副走査方向の敏感度
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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