(57)【要約】      （修正有）【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におけるピントずれ情報を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。【解決手段】光源手段１から偏向手段５により偏向された光束を用いて、画像情報の書き出し位置を検出する書き出し位置検出手段８と、該被走査面の画像形成領域外に入射する光束を用いて該被走査面に入射する光束の集光位置を検知する第３の光学系９１Ａは、入射光束を制限する光束制限手段９ａと結像光学素子９１ｂと光検知部９ｃを有し、光源手段１は該偏向手段５の駆動によって、偏向された光束が該結像光学素子９１ｂに入射するときのタイミングのうち少なくとも２回のタイミングで発光を行い、該光検知部９ｃは、該少なくとも２回のタイミングで該光源手段１が発光したときに入射されてくる光束の入射位置を検知し、被走査面に入射する光束の結像位置を求める。【選択図】図２
2012013762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、該光源手段から画像情報に基づいて変調され、出射された光束を偏向手段に導く第１の光学系と、
該偏向手段により主走査方向に偏向された光束を被走査面上に結像させる第２の光学系と、
該偏向手段により偏向された光束を用いて、被走査面の主走査方向に画像情報を形成するときの画像情報の書き出し位置を検出する書き出し位置検出手段と、該偏向手段により偏向された光束であって、該被走査面の画像形成領域外に入射する光束を用いて該被走査面に入射する光束の集光位置を検知する第３の光学系と、
該書き出し位置検出手段で得られた信号を用いて該被走査面の画像形成領域に画像情報を形成する走査光学装置であって、
該第３の光学系は、入射光束を制限する光束制限手段と、光束を集光する結像光学素子と、該結像光学素子により集光された光束を検知する複数の画素によって構成された光検知部を有し、該光源手段は、該偏向手段の駆動によって、偏向された光束が該結像光学素子に入射するときのタイミングのうち少なくとも２回のタイミングで発光を行い、該光検知部は、該少なくとも２回のタイミングで該光源手段が発光したときに入射されてくる光束の入射位置を検知し、該光検知部で検知した信号より求めた該光検知部に入射する光束の主走査方向の結像位置の間隔より被走査面に入射する光束の結像位置を演算する演算装置を有し、該演算装置で得られた結果を元に、該第１の光学系の少なくとも一部の光学素子を移動させる駆動装置を有することを特徴とする走査光学装置。
【請求項２】
前記光束制限手段は、前記結像光学素子の外径または絞りまたは遮光部材のうちいずれか、もしくはその組み合わせによって入射光束の一部を制限することを特徴とする請求項１の走査光学装置。
【請求項３】
前記光源手段の少なくとも２回の発光タイミングは、前記書き出し位置検出手段からの信号に基づいて制御されることを特徴とする請求項１又は２の走査光学装置。
【請求項４】
前記演算装置は、前記光検知部に入射する光束の主走査方向の結像位置の間隔を相関演算により求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項の走査光学装置。
【請求項５】
前記駆動装置は、前記演算装置で求めた被走査面に入射する光束の結像位置のうち、主走査断面内のピントずれを前記第１の光学系のコリメータレンズで調整し、このとき生じる副走査断面内のピントずれを該第１の光学系のシリンドリカルレンズを移動し調整す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】
請求項１乃至５のいずれか１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上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７】
請求項１乃至５のいずれか１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、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や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偏重され出射した光束（ビーム）を、回転多面鏡（ポリゴンミラー）より成る偏向手段により周期的に偏向させている。そして偏向された光束をｆθ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光させ、その面上を光走査して画像記録を行っている。
【０００３】
近年では、走査光学装置に用いる結像光学素子に樹脂材料が多用されている。樹脂材料を用いるとモールド成形ができて非球面化が容易となり高い光学性能が得やすくなる。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、より軽量化が実現でき、フレキシブルなレンズ配置が容易となる。
【０００４】
樹脂材料の光学素子を使用した場合、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が変化して被走査面に結像する光束がピントずれを起こす。被走査面に集光する光束のスポット径が小さくなるとそれに比例して焦点深度幅も減少するため、わずかなピントずれが発生してもスポットが肥大化してくる。また、軸上の光束の焦点深度幅に比べて軸外の光束の焦点深度幅は狭くなる。その為、軸外光束のピント変動を軽減することが画像形成を良好に行うために必要となってくる。被走査面に集光する光束のスポット径を良好に維持するためには被走査面に入射する光束のピントずれを検知し、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）装置を用いることが必要となる。また、このときピントずれの向きとピントずれの大きさを同時に検知することが、素早くピントずれの制御をし、高速かつ精度のよい制御を行うのに重要になってくる。
【０００５】
従来より被走査面に集光する光束のピントずれを検出するＡＦ装置（焦点検出装置）を用いた走査光学装置が知られている（特許文献１、２）。特許文献１では、被走査面に対して所定の角度をもって走査方向に沿って設けられた複数の開口を持つ部材を用い、主走査断面のピントずれの方向とピントずれの大きさを検知する方法を開示している。特許文献２では、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に配置して、ピントずれを検出する構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２２７０４７号公報
【特許文献２】特開２００８−２６３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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束のピントずれ量とピントずれ方向等のピントずれ情報を精度良く検出することが重要となる。被走査面に結像する光束のピントずれ情報を画像形成領域内の光束、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。
【０００８】
一般に、軸上の光束の焦点深度幅に比べて軸外の光束の焦点深度幅は狭くなるので、なるべく軸外における場所でピント情報の検知をするのが良い。このため、走査光学装置では、画像形成領域外の光束を用いてピントずれ情報を検知し、最も焦点深度幅の狭くなる軸外領域でピント位置を補償するのが良い。
【０００９】
特許文献１では、ピントずれを検知できる範囲が複数の開口を持つ部材の配置する角度によって制限を受けることと、ピントずれの大きさを時間差で検知することから精度の良い検知が難しい。特許文献２では、主走査方向において、光束が移動していく方向で検知しているため、高精度な検知が困難である。
【００１０】
本発明は、被走査面に結像する光束のピントずれ情報を高精度に検出することができ、高精細な画像を容易に形成することができる走査光学装置及びそれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の走査光学装置は、光源手段と、該光源手段から画像情報に基づいて変調され、出射された光束を偏向手段に導く第１の光学系と、
該偏向手段により主走査方向に偏向された光束を被走査面上に結像させる第２の光学系と、
該偏向手段により偏向された光束を用いて、被走査面の主走査方向に画像情報を形成するときの画像情報の書き出し位置を検出する書き出し位置検出手段と、該偏向手段により偏向された光束であって、該被走査面の画像形成領域外に入射する光束を用いて該被走査面に入射する光束の集光位置を検知する第３の光学系と、
該書き出し位置検出手段で得られた信号を用いて該被走査面の画像形成領域に画像情報を形成する走査光学装置であって、
該第３の光学系は、入射光束を制限する光束制限手段と、光束を集光する結像光学素子と、該結像光学素子により集光された光束を検知する複数の画素によって構成された光検知部を有し、該光源手段は、該偏向手段の駆動によって、偏向された光束が該結像光学素子に入射するときのタイミングのうち少なくとも２回のタイミングで発光を行い、該光検知部は、該少なくとも２回のタイミングで該光源手段が発光したときに入射されてくる光束の入射位置を検知し、該光検知部で検知した信号より求めた該光検知部に入射する光束の主走査方向の結像位置の間隔より被走査面に入射する光束の結像位置を演算する演算装置を有し、該演算装置で得られた結果を元に、該第１の光学系の少なくとも一部の光学素子を移動させる駆動装置を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
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におけるピントずれ情報を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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るＡＦ検知部によるピントずれ情報の検知の原理を示した図である。
【図２】本発明の実施例１の要部断面図である。
【図３】図２の実施例１における一部分の第３の光学系を示した説明図である。
【図４】図２の実施例１における発光の様子を示した説明図である。
【図５】実施例１における検知信号（ＬＳＦ信号）説明図である。
【図６】本発明に係る相関演算のフローチャートである。
【図７】本発明に係るＡＦ制御のフローチャートである。
【図８】図２の光検知部９ｃ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９】実施例１におけるピントずれと間隔の変化量との関係である。
【図１０】図２の集光レンズ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１１】図２の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１２】本発明の実施例２の要部概略図である。
【図１３】図１２の実施例２における一部分の第３の光学系を示した説明図である。
【図１４】実施例２における発光の様子を示した説明図である。
【図１５】実施例２における検知信号（ＬＳＦ信号）である。
【図１６】実施例２におけるピントずれと間隔の変化量との関係である。
【図１７】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１８】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の走査光学装置は、光源手段と、光源手段から画像情報に基づいて光変調され、出射した光を偏向手段に導くコリメータレンズとシリンドリカルレンズを有する第１の光学系とを有する。また、該偏向手段により主走査方向に偏向された光束を被走査面上に結像する、ｆθ特性を有する第２の光学系とを有する。更に偏向手段により偏向された光束を用いて、被走査面の主走査方向に画像情報を形成するときの画像情報の書き出し位置を検出する書き出し位置検出手段とを有し、書き出し位置検出手段で得られた信号を用いて被走査面の画像形成領域に画像情報を形成する。偏向手段により偏向された光束であって、被走査面の画像形成領域外に入射する光束を用いて被走査面に入射する光束の集光位置（ピントずれ情報）を検知する第３の光学系を備えている。
【００１５】
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、感光体を副走査方向に移動（回転）させることによって達成している。
【００１６】
本発明の走査光学装置に用いるＡＦ装置では被走査面上の最軸外近傍においてピントずれ情報を検知している。そして光源手段からの発光を少なくとも２回行い、そのときの光束の集光状態より相関演算を用いて主走査断面のピントずれ情報を検知している。
【００１７】
図１を用いて主走査断面内のピント位置のずれの検知の原理を説明する。図１の９ａは光束制限手段としての遮光手段（遮光部材）で入射光束の一部を制限するための開口絞りより成っている。９１ｂは結像光学素子（レンズ）で後述する光検知部９ｃに入射光束を結像させる。９ｃは結像光学素子９１ｂの結像位置に配置された光検知部である。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように１つのレンズ９１ｂに対してあるタイミングで光束が入射する場合を考え、入射する領域による光束の振る舞いの変化を段階的に説明する。
【００１８】
まず、図１（ａ）のようにレンズ９１ｂの図中上部を光束が通過するとき、点線で示す如く光検知部９ｃにおけるピントずれがｘ軸の負の方向（前ピン）に発生したとする。このときレンズ９１ｂを通過する絞り９ａで制限された光束（点線で示す光束）の中心光線の光検知部９ｃにおける到達位置は光検知部９ｃ面上でｙ軸の正の方向にシフトする。
【００１９】
次に、図１（ｂ）の点線で示すように、光束が絞り９ａに制限されることなく入射するとき、ｘ軸方向にピントずれが生じても、レンズ９１ｂを通過する光束の中心光線の到達位置は光検知部９ｃ面上でｙ軸方向にシフトしない。
【００２０】
続いて、図１（ｃ）のように、レンズ９１ｂの図中下部を通過するとき、点線で示す如くピントずれがｘ軸の負の方向に発生すると、レンズ９１ｂを通過する絞り９ａで制限された光束の中心光線の到達位置は光検知部９ｃ面上でｙ軸の負の方向にシフトする。
【００２１】
つまり、図１（ａ）及び図１（ｃ）の状態であれば、ｘ軸方向にピント変動が生じた際にｙ軸方向に結像位置の変動が生じ、そのｙ軸方向の変動方向と変動量からピントずれの方向（ｘ軸方向）と大きさ（ピントずれ量）を検知することができる。これはレンズ９１ｂを通過する光束の中心光線のレンズ９１ｂに対する入射角度の変化を利用してピントずれを検知するため、絞り９ａで光束の一部を制限する必要がある。また、このｙ軸方向の変動量は通常の走査光学装置においてはｘ軸方向のピント変化１ｍｍに対して１〜３μｍ程度の変化であり、通常使用される光検出用の光検知部９ｃの１画素のサイズ（５〜１０μｍ）より小さな変動量となっている。
【００２２】
その為、主走査断面内のピントずれの検出原理としては１個のレンズで光源手段の１回の発光を行えば検知は可能である。しかしながら、実際に使用する検知系の分解能を考慮すると、図１（ａ）と図１（ｃ）の位置に相当する光源手段の２回の発光で、それぞれの結像位置のｙ方向の間隔を検知し、合焦時の間隔と比較するのが良い。これによって、光検知部９ｃ上の変動量を２倍にして検知することが望ましい。また、光検知部９ｃ上での結像位置の間隔の求め方も光検知部９ｃ上のスポット（光束）の重心から間隔を求めることもできる。しかしながら上記のようにして変動量を２倍にしても、光検知部９ｃの１画素のサイズと同程度かそれよりも小さいので、十分な検知分解能が望めない。ピントずれの検知分解能は０．１ｍｍ程度を必要としているため、光束の重心の位置からｙ軸方向の結像位置の間隔を求めるのはさらに困難となる。その為、本実施例では、光検知部９ｃ上における光束の結像位置の間隔を求めるために１画素以下の分解能を達成できる演算方法として相関演算を用いて間隔の検知を行う。
【００２３】
このように本実施例によれば、被走査面の画像形成領域外において、被走査面に結像する光束の主走査断面内におけるピントずれ情報を高精度に検出することができる。この結果、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。
【００２４】
以下に、本発明の走査光学装置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。本発明の走査光学装置は半導体レーザ等の光源手段から出射した光（光束）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。偏向手段により偏向された光束がｆθ特性を有する第２の光学系で被走査面にスポットとして結像している。第１の光学系と第２の光学系を通過し、少なくとも１個のレンズ部を有する結像光学素子と、該光束の一部を制限するための光束制限手段（絞り）（レンズの外径）を用いて被走査面の画像形成領域外に入射する光束を光検知器に結像している。光束制限手段、結像光学系、光検知部は第３の光学系を構成している。
【００２５】
ここで該結像光学素子は、光学的に被走査面よりも該偏向手段側に配置されている。偏向手段により偏向された画像形成領域外の光束が書き出し位置検出手段に入射する。そして被走査面の画像形成領域の書き出し位置と第３の光学系に入射する光束の位置との相対関係を検出し、画像形成領域内と第３の光学系に入射する光束のタイミングで光源手段の発光を行う。第３の光学系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部を配置している。演算装置は、光検知部に結像した複数の光束における主走査方向の結像位置のｙ軸方向の間隔を相関演算により検出し、これより被走査面に結像される光束の集光位置情報（ピントずれ情報）を求めている。駆動装置は、演算装置からの信号を用いて第１の光学系を構成するコリメータレンズ又はシリンドリカルレンズ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。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。
【００２６】
［実施例１］
本実施例は主走査方向の走査において光源手段で少なくとも２回の発光を行い、主走査断面内のピントずれ情報を検知する構成を有している。図２乃至図５は本発明の実施例１の説明図である。これらのうち図２は本発明の実施例１の走査光学装置の主走査断面の要部概略図、図３は図２の一部分の説明図である。図４は主走査方向の結像位置の検知時の光源手段の発光の様子を示した説明図である。図５は主走査断面内における光束の合焦時とピントずれが生じたときの光検知部９ｃ上での検知信号（ＬＳＦ信号）の説明図である。
【００２７】
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平行又は略平行な光束（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。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。集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４とを一体化したアナモフィックレンズより構成しても良い。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（図中Ａの方向）に一定速度で回転している。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。
【００２８】
８は書き出し位置検知手段であり、偏向手段（ミラー）８ａと入射光束をセンサ（光検知手段８ｃ）に結像させる結像手段８ｂと検知手段８ｃを有している。９１Ａは第３の光学系であり、偏向手段５で偏向され入射する光束の一部を制限する遮光部材（光制限手段）（絞り）９ａと、結像手段（結像光学素子）９１ｂと、結像手段９１ｂの結像位置又はその近傍に配置された光検知部９ｃを有している。光検知部９ｃ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。１０は感光ドラムなどの被走査面である。
【００２９】
２０は発光制御装置であり、書き出し位置検知手段８により検出された発光タイミングを元に画像情報の書き出し及び後述するＡＦ検出における２回の光源手段１の発光を制御する。３０は演算装置であり、光検知部９ｃ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に入射する光束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る。４０は駆動装置であり、演算装置３０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を駆動する。
【００３０】
図５は第３の光学系９１Ａの光検知部９ｃで検知するＬＳＦ信号であり、６１は合焦時の光源手段１の第１回目の発光による信号である。６２は合焦時の光源手段１の第２回目の発光による信号である。６３は前ピン時の光源手段１の第１回目の発光による信号である。６４は前ピン時の源手段１の第２回目の発光による信号である。
【００３１】
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、絞り３で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。これらは第１の光学系４Ａを構成している。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。これらは第２の光学系７Ａを構成している。偏向手段５はＡの方向に等速で回転しており、被走査面１０をＢ方向に光走査している。
【００３２】
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（Ｘ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軸としたときに、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、
【００３３】
【数１】
2012013762.tif 000003
なる式で表わされる。なお、Ｒは曲率半径、ｋは離心率、Ｂｉ（ｉ＝４，６，８，１０・・・）は非球面係数である。
【００３４】
ここで、Ｙのプラス側とマイナス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、
【００３５】
【数２】
2012013762.tif 000004
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。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、
【００３６】
【数３】
2012013762.tif 000005
で表される。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、
【００３７】
【数４】
2012013762.tif 000006
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。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、
【００３８】
【数５】
2012013762.tif 000007
で表される。（２）式から（５）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。
【００３９】
ここで、Ｙのプラス側とマイナス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。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。ただし、表１において、「Ｅ−ｘ」は、「１０−ｘ」を意味している。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アナモフィックレンズ７の後に、絞り９ａと結像光学素子９１ｂが配置されている。
【００４０】
結像光学素子９１ｂ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次元的あるいは主走査方向に１次元的に画素が配列したエリアあるいはラインセンサなどの光検知部９ｃが配置されている。結像光学素子９１ｂと光検知部９ｃによって構成された第３の光学系９１Ａの諸特性は表２の通りである。
【００４１】
【表１】
2012013762.tif 000008
続いて、本件の特徴となる第３の光学系９１ＡにおけるＡＦ検知部（ピントずれ情報の検出）の説明を行う。ＡＦ検知部とは入射する光束の一部を制限している遮光手段９ａと結像手段（レンズ）９１ｂと結像手段９１ｂの結像位置又はその近傍に配置された光検知部９ｃを含んだ第３の光学系９１Ａに相当する。遮光手段（絞り）９ａは図３に示すように確実に入射光束の一部を制限できるように、結像手段９１ｂの光入射側に配置されている。さらに、図３（ｂ）のように入射光束よりも小さな開口の絞り９ａを配置すると、確実に入射光束の一部を制限できるのでより効果的である。光源手段１の発光のタイミングは書き出し位置検出手段８からの信号に基づいて発光制御装置２０で制御される。例えば図４のように結像手段９１ｂの異なった位置に２回入射するように発光させる。
【００４２】
図４の（ａ）は第１回目の発光、（ｂ）は第２回目の発光の様子を示している。光検知部９ｃでの主走査断面内においてピントずれが生じた時の信号は図５のようになる。図５において、実線は合焦時に作られる信号で、破線は前ピン時に作られる信号である。
【００４３】
次に、図６から図１１までを用いて主走査断面内において自動的にピント調整を行うＡＦ制御の方法を説明する。図６は演算装置３０で行う相関演算のフローチャートである。図７はＡＦ制御のフローチャートである。図８は光検知部９ｃ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９はピントずれと主走査方向の光束の間隔の変化量との関係である。図１０は集光レンズ２の光軸方向の移動量に対するピントずれ量を示すピントの敏感度の説明図である。図１１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ずれ量を示すピントの敏感度の説明図である。
【００４４】
図６のステップ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。ステップＳ２は信号分離であり、光検知部９ｃで主走査方向に信号Ａと信号Ｂのそれぞれ２つの信号に分けるステップである。ステップ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。ステップ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信号波形Ａ、Ｂのシフト量を求めるステップである。ステップ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ピントずれの方向を検出するステップである。ステップ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。
【００４５】
図７のステップＳ７はＳＴＡＲＴであり、ＡＦ（自動ピント調整）の開始を意味するステップである。ステップＳ８は駆動量決定であり、ステップＳ５で得られた結果からピント敏感度をもとに集光レンズ２又はシリンドリカルレンズ４の駆動量を決定するステップである。ステップ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を駆動するステップである。ステップ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部９ｃで光検知を行うステップである。ステップ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。ステップ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。ステップＳ１３はＥＮＤであり、終了を意味するステップである。
【００４６】
図１０の１４１は集光レンズ２の主走査断面内のピント敏感度であり、集光レンズ２の光軸方向への移動量と主走査断面内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の副走査断面内のピント敏感度であり、集光レンズ２の光軸方向への移動量と副走査断面内のピントのずれ量の関係を示している。
【００４７】
図１１の１５１はシリンドリカルレンズ４の主走査断面内の敏感度であり、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断面内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の副走査断面内の敏感度であり、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断面内のピントのずれ量の関係を示している。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には０の値を返し、ステップＳ１０において最初の光検知部９ｃ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。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。ステップＳ１で演算ルーチンを開始する。ステップＳ２において、図８のように、１回目の発光により光検知部９ｃで検知される信号波形をＡ、２回目の発光により光検知部９ｃ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。ここで、ｉ番目の画素の出力データをそれぞれＡｉ、Ｂｉ、とする（ｉ＝１…Ｎ）。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（６）式の演算により相関量Ｕｎ（ｎ＝０…Ｎ）を求める。
【００４８】
【数６】
2012013762.tif 000009
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、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（７）式で差分する。
【００４９】
【数７】
2012013762.tif 000010
（７）式の差分値Ｕ’ｎ'が０となるシフト量が光検知部９ｃに結像した主走査方向のスポットの間隔である。ステップＳ５において、ステップＳ４で得られた光検知部９ｃ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。本実施例において、ピントずれ量と光検知部９ｃにおけるスポットの結像位置の間隔変化量の関係は図９のようになる。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を終了する。
【００５０】
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４Ａにおけるレンズの駆動量を求める。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。
【００５１】
本実施形態では、図１０より集光レンズ２が光軸方向に１ｍｍ移動すると、主走査断面内のピントが−４２．３ｍｍ、副走査断面内のピントが−５．６７ｍｍ移動する。また、図１１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、主走査断面内のピントが０ｍｍ、副走査断面内のピントが１．１７ｍｍ移動する。例えば、主走査断面内で０．５ｍｍ、ピントがずれた時、主走査断面内のピントずれを補正するためには図１０の直線１４１から集光レンズ２を０．５／（−４２．３）＝−０．０１２（ｍｍ）移動させる。そうすると、集光レンズ２により副走査方向にピントずれが発生してしまう。そこで集光レンズ２を移動させたときに生じた副走査方向のピントずれの補正は、図１０の直線１４２と図１１の直線１５２からシリンドリカルレンズ４を｛−５．６７×（−０．０１２）｝／１．１７＝０．０６（ｍｍ）移動させて補正する。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。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。
【００５２】
走査光学装置で用いている第３の光学系９１Ａは入射光束を制限する光束制限手段（絞り）９ａと、光束を集光する結像光学素子９１ｂと、結像光学素子９１ｂにより集光された光束を検知する複数の画素によって構成された光検知部９ｃを有している。そして光源手段１は、偏向手段５の偏向駆動によって、偏向された光束が絞り９ａを介し、結像光学素子９１ｂに入射するときのタイミングのうち図１（ａ）と図１（ｃ）における少なくとも２回のタイミングで発光を行う。光検知部９ｃは、少なくとも２回のタイミングで光源手段１が発光したときに入射されてくる光束の入射位置を検知する。光検知部９ｃで検知した信号より求めた、光検知部９ｃに入射する光束の主走査方向の結像位置の間隔を演算装置３０で求める。演算装置３０は被走査面１０に入射する光束の結像位置を演算する。そして演算装置３０で得られた結果を元に、駆動装置４０は第１の光学系４Ａの少なくとも一部の光学素子を光軸方向に移動させて、被走査面３０に入射する光束のピント調整を行っている。
【００５３】
本実施例において、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、結像光学素子９１ｂは片平の凸レンズを用いているが、目的は光検知部９ｃに集光することなので、その形状はこれに限定されず、両凸レンズ、メニスカスレンズ等も同等の効果が得られる。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。
【００５４】
また、第２の光学系７Ａの一部が屈折のパワーを持たない時など、昇温等によるピント変動の影響を見る必要が無い時は、第３の光学系９１Ａでは第１の光学系４Ａのみ通過した光束を用いてＡＦ検知を行っても良い。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。
【００５５】
そして、ＡＦの制御用の光学素子として主走査断面内のピント調整用の主走査断面内にのみパワーを有するシリンドリカルレンズを第１の光学系４Ａの中に組み込んでも良い。そして２枚のシリンドリカルレンズで主走査断面内と副走査断面内のピントずれの制御を行っても同様の効果が得られる。また、集光レンズ２又はシリンドリカルレンズ４の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動きを組み合わせてもよい。
【００５６】
［実施例２］
本実施例は第３の光学系９２Ａの結像光学素子９２ｂに２つのレンズ９２ｂＡ、９２ｂＢを用いている。そしてレンズ２個で２回の各レンズにおいて光源手段で発光を行い、２回の発光においてピントずれを検知する構成である。
【００５７】
図１２から図１６までを用いて実施例２を説明する。図１２は本発明の実施例２の走査光学装置の主走査断面の要部断面図である。図１３は図１２の第３の光学系９２Ａを示した説明図である。図１４は第３の光学系９２Ａにおける光束の検知時の様子を示した説明図である。図１５は合焦時とピントずれが生じたときの検知信号（ＬＳＦ信号）の説明図である。図１６はピントずれと光検知部９ｃにおけるスポットの間隔の変化量との関係である。
【００５８】
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平行又は略平行な光束（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。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。集光レンズ２とシリンドリカルレンズ４とを一体化したアナモフィックレンズより構成しても良い。
【００５９】
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（図中Ａの方向）に一定速度で回転している。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。８は書き出し位置検知手段であり、偏向手段（ミラー）８ａと入射光束をセンサ（光検知手段８ｃ）に結像させる結像手段８ｂと検知手段８ｃを有している。９２Ａは第３の光学系であり、偏向手段５で偏向され入射する光束の一部を制限する遮光手段（絞り）９ａと、結像手段（結像光学系）９２ｂと、結像手段９２ｂの結像位置又はその近傍に配置された光検知部９ｃを有している。
【００６０】
光検知部９ｃ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。１０は感光ドラムなどの被走査面である。２０は発光制御装置であり、書き出し位置検知手段８により検出された発光タイミングを元に画像情報の書き出し及びＡＦ検知における２回の光源手段１の発光を制御する。３０は演算装置であり、光検知部９ｃ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に入射する光束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の駆動量を求めている。４０は駆動装置であり、演算装置３０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する。
【００６１】
図１５は光検知部９ｃで検知するＬＳＦ信号であり、７１は合焦時の光源手段１の第１回目の発光による信号である。７２は合焦時の光源手段１の第２回目の発光による信号である。７３は前ピン時の光源手段１の第１回目の発光による信号である。７４は前ピン時の光源手段１の第２回目の発光による信号である。
【００６２】
本実施形態において、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、絞り３で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。これらは第１の光学系４Ａを構成している。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第２の光学系７Ａを構成している。偏向手段５はＡの方向に回転しており、被走査面１０をＢ方向に走査している。
【００６３】
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７の後に絞り９ａと、主走査方向に２つのレンズ部９２ｂＡ、９２ｂＢが配列した結像光学素子９２ｂが配置されている。結像光学素子９２ｂ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次元的あるいは主走査方向に１次元的に画素が配列したエリアあるいはラインセンサなどの光検知部９２ｃ配置されている。結像光学素子９２ｂと光検知部９２ｃによって構成された第３の光学系９２Ａの諸特性は表２の通りである。
【００６４】
続いて、本件の特徴となる第３の光学系９２ＡにおけるＡＦ検知部（ピント位置の検出）の説明を行う。ＡＦ検知部とは入射する光束の一部を制限している遮光手段９ａと結像手段９２ｂと結像手段９２ｂの結像位置近傍に配置された光検知部９ｃを含んだ第３の光学系９２Ａに相当する。遮光手段（絞り）９ａは図１３に示すように確実に入射光束の一部を制限できるように、結像光学素子９２ｂの光入射側に配置されている。光源手段１の発光のタイミングは書き出し位置検出手段８からの信号に基づいて発光制御装置２０で制御される。例えば、図１４のようにレンズ部９２ｂＡとレンズ部９２Ｂに２回入射するように発光させる。図１４の（ａ）は第１回目の発光、（ｂ）は第２回目の発光の様子を示している。光検知部９２ｃでの主走査断面内でピントずれが生じた時の信号は図１５のようになる。図１５において、実線７１、７２は合焦時に作られる信号で、破線７３、７４は前ピン時に作られる信号である。ＡＦ制御は実施例１と同様にして行う。
【００６５】
本実施例において、主走査断面内のピントずれ量と光検知部９ｃにおけるスポットの結像位置の間隔変化量の関係は図１６のようになる。
【００６６】
以上では、本発明の実施例２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、結像光学素子９２ｂは片平の凸レンズを用いているが、目的は光検知部９２ｃに集光することなので、その形状はこれに限定されず、両凸レンズ、メニスカスレンズ等も同等の効果が得られる。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。また、第２の光学系９２Ａの一部が屈折のパワーを持たない時など、昇温等によるピント変動の影響を見る必要が無い時は、第１の光学系４Ａのみ通過した光束を用いてＡＦ検知を行っても良い。
【００６７】
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の制御用の光学素子として主走査断面内のピント調整用の主走査断面内にのみパワーを有するシリンドリカルレンズを第１の光学系４Ａの中に組み込んでも良い。そして２枚のシリンドリカルレンズで主走査断面内と副走査断面内のピントずれの制御を行っても同様の効果が得られる。また、レンズを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動きを組み合わせてもよい。
【００６８】
［画像形成装置］
図１７は、本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図において、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。この画像データＤｉは、実施形態１〜３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によって被走査面に配置された感光ドラム１０１の感光面が主走査方向に走査される。
【００６９】
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム１０１は、モータ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、前記光走査ユニット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。
【００７０】
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（感光体上）に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記光ビーム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。
【００７１】
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８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。
【００７２】
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１７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。そして、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。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。
【００７３】
図１７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、先に説明した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などの制御を行う。
【００７４】
［カラー画像形成装置］
図１８は本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、光走査装置を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。図１８において、６０はカラー画像形成装置である。１１，１２，１３，１４は各々実施形態１、２に示したいずれかの構成を有する走査光学装置、２１，２２，２３，２４は各々像担持体としての感光ドラム、３１，３２，３３，３４は各々現像器、５１は搬送ベルトである。
【００７５】
図１８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。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。これらの画像データは、それぞれ走査光学装置１１，１２，１３，１４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２１，２２，２３，２４の感光面が主走査方向に走査される。
【００７６】
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（１１，１２，１３，１４）を４個並べ、各々がＣ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応している。そして各々平行して感光ドラム２１，２２，２３，２４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。
【００７７】
本実施態様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１１，１２，１３，１４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２１，２２，２３，２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【００７８】
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。
【符号の説明】
【００７９】
１、９１  光源手段    ２、９２  コリメータレンズ    ３、９３  開口絞り
４、９４  シリンドリカルレンズ    ４Ａ  第１の光学系    ５、９５  偏向手段
６，７，９６  トーリックレンズ    ７Ａ  第２の光学系    ８  書き出し位置検出手段
８ａ  折り返しミラー    ８ｂ  集光レンズ    ８ｃ  光センサ
９１Ａ、９２Ａ  第３の光学系    ９ａ  絞り    ９１ｂ、９２ｂ  結像光学素子
９ｃ  光検知部    １０  被走査面    ２０  発光制御装置    ３０  演算装置
４０  駆動装置    １１、１２、１３、１４  走査光学装置
【図１】
2012013762.tif 000011
【図２】
2012013762.tif 000012
【図３】
2012013762.tif 000013
【図４】
2012013762.tif 000014
【図５】
2012013762.tif 000015
【図６】
2012013762.tif 000016
【図７】
2012013762.tif 000017
【図８】
2012013762.tif 000018
【図９】
2012013762.tif 000019
【図１０】
2012013762.tif 000020
【図１１】
2012013762.tif 000021
【図１２】
2012013762.tif 000022
【図１３】
2012013762.tif 000023
【図１４】
2012013762.tif 000024
【図１５】
2012013762.tif 000025
【図１６】
2012013762.tif 000026
【図１７】
2012013762.tif 000027
【図１８】
2012013762.tif 000028