JPH10142546A - 焦点調節方法及びそれに使用する光ビーム光学装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、光源からの光ビームを光学系を介し
て感光体ドラム面上等に集光させる光ビーム光学装置に
関し、感光体ドラム等に画像形成のためのトナー等が付
着したとしても、また受光部の位置が温度等により変動
したとしても、それらに影響されることなく高精度で焦
点ずれを調整することができる光ビーム光学装置を提供
することにある。 【解決手段】光源１からの光ビームを感光体ドラム４上
に集光させる光学系３と、集光する光ビームが感光体ド
ラム４の前側、あるいは後側で焦点を結ぶかを検出する
受光部６と、検出結果に基づいて光ビームが感光体ドラ
ム４上で焦点を結ぶように光学系を制御する制御手段７
〜１１を備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光ビー
ムを光学系を介して感光体ドラム面上等に集光させる際
の焦点調節方法及びその実施に使用する光ビーム光学装
置及びそれを用いた画像形成装置に関する。特に、光源
に半導体レーザ等を用い、温度変化または経時変化等に
よる光学系の変動、組立て調整誤差等に起因する焦点ず
れを正確に検出し、高精度で補正することができる焦点
調節方法及びその実施に使用する光ビーム光学装置及び
それを用いた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査光学系を有するレーザビーム光学装
置では、半導体レーザから出射した光ビームはコリメー
トレンズ、ポリゴンミラー、ｆθレンズ等の光学系を通
り集光されて感光体ドラム上へ照射されるが、温度変化
または経時変化による光学系の変動、感光体ドラムの回
転偏心に伴う照射位置の変動、組立て調整誤差等により
感光体ドラム面上の集光位置が変動し、感光体ドラム面
上で所定の光ビーム径が得られないという問題がある。
この場合には、感光体ドラム面上あるいは所定の位置で
光ビームの集光状態を検出して、光路中の光学系の一部
を動かすことで光ビーム径の補正を行う、すなわち焦点
ずれの補正が必要になる。

【０００３】かかる問題を解決するものとして、結像光
学系を構成する１つの光学部品を光軸方向に移動させ、
光ビームの焦点ずれを補正できる光ビーム記録装置が、
特開平２−２８９８１２号に開示されている。

【０００４】この光ビーム記録装置の構成を図３４を用
いて説明する。図３４に示す光ビーム記録装置は、光ビ
ームを出射する半導体レーザ１０１と、半導体レーザ１
０１から出射された拡散する光ビームを平行ビームにす
るコリメートレンズ１０２とを有している。コリメート
レンズ１０２は、焦点調節機構１０３により光軸方向に
移動させられて焦点調節を行うことができるようになっ
ている。コリメートレンズ１０２を出射した平行ビーム
は光偏向器１０４で反射偏向させられる。光偏向器１０
４によって偏向された光ビーム１０５はｆθレンズ１０
６に入射して感光体ドラム１０７の面上に集光する。感
光体ドラム１０７はその表面にＡＦ（オートフォーカ
ス）パターン形成範囲１０７ａ、および画像形成範囲１
０７ｂを有している。モータ１０８は、感光体ドラム１
０７を回転させると共にエンコーダによって所定の周期
でパルス信号を出力するようになっている。

【０００５】ＡＦパターン形成範囲７ａで反射した光ビ
ームは、集光レンズ１０９を介してフォトダイオード１
１０に受光される。ＡＦ制御回路１１１は、フォトダイ
オード１１０からの出力、つまり、感光体ドラム１０７
の面上における集光ビーム径に基づいて焦点調節機構１
０３を作動させてコリメートレンズ１０２を光軸方向に
移動させると共に、モータ１０８から出力されるパルス
信号に基づいて感光体ドラム１０７の回転周期と焦点調
節機構１０３の作動タイミングを制御するようになって
いる。また、レーザドライバ１１２は、画像信号に基づ
いて半導体レーザ１０１から変調された光ビームを出射
させると共に、ＡＦ作動信号に基づいて半導体レーザ１
０１から一定光量の光ビームを出射させるために用いら
れる。

【０００６】ＡＦパターン形成範囲１０７ａは、感光体
ドラム１０７の面上を走査する光ビームをフォトダイオ
ード１１０へ所定の格子ピッチで反射する反射型グレー
ティングパターン等によって構成され、当該反射型グレ
ーティングパターンは感光体ドラム１０７の副走査方向
の全周にわたって形成されている。

【０００７】以上の構成において、ＡＦ作動信号により
半導体レーザ１０１から一定光量の光ビームが出射され
ると、その光ビームはコリメートレンズ１０２で平行ビ
ームとなった後、光偏向器１０４によって偏向され、ｆ
θレンズ１０６を介して感光体ドラム１０７の面上を走
査する。このとき、ＡＦパターン形成範囲１０７ａで反
射した光ビームが集光レンズ１０９を介してフォトダイ
オード１１０で受光され、フォトダイオード１１０から
感光体ドラム１０７の面上におけるビーム径に応じた信
号がＡＦ制御回路１１１に出力される。ＡＦ制御回路１
１１はモータ１０８から出力されるパルス信号に基づい
て所定のタイミングでフォトダイオード１１０からの信
号を入力し、入力した信号に基づいて焦点調節機構１０
３を作動させてコリメートレンズ１０２を光軸方向に移
動させ、感光体ドラム１０７の面上における集光ビーム
径の変動、つまり、光ビームの焦点ずれを補正する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光ビー
ム記録装置によると、感光体ドラムから反射される光ビ
ームの光量を検出して、これに基づいて焦点ずれの補正
を行っているために、感光体ドラム等に画像形成のため
のトナー等が付着した場合に反射光量の低下あるいは反
射光量の分布の不均一が発生し、これにより焦点ずれの
補正の精度が大幅に低下しあるいは補正不能となるとい
う大きな問題がある。トナー等が付着しこれによる反射
光量の低下あるいは反射光量の分布の不均一が発生し、
このため補正の精度が大幅に低下しあるいは補正不能と
なるという問題は、感光体ドラムから反射してきた光ビ
ームの反射光量を検出する方式がもつ本質的な欠点であ
る。これは、検出された光量変化が焦点ずれによるもの
かトナー等による汚れによるものか判別できないからで
ある。

【０００９】また、従来の光ビーム記録装置によると、
感光体ドラムから反射される光ビームの光量を初期設定
位置に配設された受光手段で検出するため、受光手段の
位置が温度等により変動した場合には、焦点ずれの補正
の精度が低下することとなる。これは、初期設定位置に
配設された受光手段を基準として光ビームの反射光量を
検出することから、受光手段と感光体ドラムとの位置関
係が変化すると検出光量も変化するからである。この位
置関係の変化による焦点ずれの補正精度低下という問題
は、初期設定位置に配設された受光手段を基準とする焦
点ずれ検出構成のもつ本質的な欠点である。これは、検
出された光量変化が焦点ずれによるものか受光手段と感
光体ドラムとの位置関係の変化によるものか判別できな
いからである。

【００１０】また、従来の光ビーム記録装置によると、
光ビームの焦点位置が感光体ドラムより光源側にずれて
も、あるいは光源とは反対側にずれても、そのずれ量が
同一であると、検出される集光ビーム径が同一になるた
め、焦点ずれの方向を判別することができず、光ビーム
の焦点ずれを補正するのに時間を要するという問題があ
る。

【００１１】本発明の目的は、感光体ドラム等に画像形
成のためのトナー等が付着したとしても、それに影響を
受けることなく高精度で焦点ずれを調整することができ
る焦点調整方法を提供することにある。また、本発明の
目的は、受光部の位置が温度等により変動した場合で
も、それに影響を受けることなく高精度で焦点ずれを調
整することができる焦点調整方法を提供することにあ
る。さらに、本発明の目的は、焦点ずれの方向も判別で
きる高精度な焦点検出方法を提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、上記焦点検出方法を実施する
際に使用する光ビーム光学装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、上記光ビーム光学装置を
搭載した画像形成装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、回転する像
形成体上に光ビームを集光させ、光ビームの像形成体上
での反射光を受光しつつ、光ビームが像形成体の前側、
後側のいずれで焦点を結んでいるかを判断し、判断に基
づいて光ビームの焦点位置を移動させて、像形成体上に
光ビームの焦点を結ばせることを特徴とする焦点調節方
法によって達成される。さらに、回転する像形成体の円
周方向に設けられた明暗のパターンに光ビームを集光
し、明暗のパターンにより変調された光ビームの反射光
を複数の受光領域に分割して受光し、複数の受光領域の
受光強度の差の時間的変化から光ビームが像形成体の前
側、後側のいずれで焦点を結んでいるかを判断し、判断
に基づいて光ビームの焦点位置を移動させて、像形成体
上に光ビームの焦点を結ばせることを特徴とする焦点調
節方法によっても上記目的は達成される。ここで像形成
体とは、電子印刷方式の画像形成装置などに用いられる
感光体ドラムである。また、光ビームには半導体レーザ
等の光源からの出射光が用いられる。

【００１３】このように本発明の焦点調節方法によれ
ば、感光体ドラム上に形成した明暗のパターンにより影
響を受けた反射レーザビームを受光し、光ビームの反射
光量ではなく反射光の状態、すなわちレーザビームが感
光体ドラムの前側で焦点を結んでいるか後側で焦点を結
んでいるかの状態を検出し、これに基づいて焦点調節動
作を行うこととしたため、感光体ドラム等に画像形成の
ためのトナー等が付着して、反射レーザビームの光量が
減少あるいは光量分布が不均一となった場合でも、反射
レーザビームの光量変動等には影響を受けず、レーザビ
ームの状態を検出している限りにおいて焦点調節動作は
影響を受けず、高精度な焦点ずれ補正ができる。

【００１４】また、本発明の焦点調節方法によれば、上
記したように、レーザビームが感光体ドラムの前側で焦
点を結んでいるか後側で焦点を結んでいるかの状態を検
出しているので、受光手段の位置が温度等により変動し
た場合でも、レーザビームの状態を検出している限りに
おいて焦点調節動作は影響を受けず、光ビームの反射光
量および受光手段と感光体ドラムとの位置関係に依存し
ない高精度な焦点ずれ補正ができる。

【００１５】さらに、本発明の焦点調節方法によれば、
上記したように、レーザビームが感光体ドラムの前側で
焦点を結んでいるか後側で焦点を結んでいるかの状態を
検出しているので、焦点ずれの方向も判別可能であり、
簡単な構成で焦点調節動作が可能となる。

【００１６】さらに上記目的は、光ビームを出射する光
源と、光ビームを像形成体上に集光させる光学手段と、
光ビームの像形成体上での集光状態を検出する集光状態
検出手段とを有することを特徴とする光ビーム光学装置
によって達成される。この光ビーム光学装置において、
集光状態検出手段は、光ビームが像形成体の前側で焦点
を結ぶ第１の集光状態と、光ビームが像形成体の後側で
焦点を結ぶ第２の集光状態とを検出する。

【００１７】また、集光状態検出手段は、像形成体上の
一部に反射率の異なる領域を設けた反射部と、反射部で
反射した光ビームの反射光から第１又は第２の集光状態
を検出する検出部とを有している。反射部は、像形成体
の回転方向に周期的に反射率が異なるように形成された
パターンを有している。

【００１８】検出部は、反射光を複数領域に分割して受
光する複数の受光面を備えた受光部を有している。ま
た、検出部は、反射光を第１の反射光と第２の反射光に
分割する光学素子と、第１の反射光を複数領域に分割し
て受光する複数の受光面を備えた第１の受光部と、第２
の反射光を複数領域に分割して受光する複数の受光面を
備えた第２の受光部とを有している。

【００１９】さらに、集光状態検出手段は、反射光を集
光し、反射光の集束光が常に受光部の前側又は後側のい
ずれかで焦点を結ぶように反射部と受光部との間に配置
される集光光学系を有するようにしてもよい。

【００２０】また、光源は、画像信号に応じて変調され
た光ビーム以外に、光ビームの集光状態を検出する検出
用光ビームを出射するようにしてもよい。例えば、光源
は、複数の画像書込用光ビームを出射するアレイ状の画
像書込用発光部と画像書込用発光部に隣接して配置され
た検出用光ビームを出射する検出用発光部とを有するよ
うにしてもよい。

【００２１】さらに光ビーム光学装置において、検出さ
れた集光状態に基づいて、光ビームが像形成体上に焦点
を結ぶように光源、光学手段、及び像形成体の相対的な
位置を制御する制御手段をさらに備えてもよい。制御手
段は、集光状態検出手段により離散的に検出された光ビ
ームの反射光から連続的な制御信号を生成する演算部
と、制御信号に基づいて光学手段を駆動する駆動部を有
するようにしてもよい。

【００２２】このように本発明の光ビーム光学装置によ
れば、感光体ドラム上に形成した明暗のパターンにより
影響を受けた反射レーザビームを受光し、レーザビーム
が感光体ドラムの前側で焦点を結んでいるか後側で焦点
を結んでいるかの状態を検出し、これに基づいて焦点調
節動作を行うこととしたため、感光体ドラム等に画像形
成のためのトナー等が付着し、反射レーザビームの光量
が減少あるいは光量分布が不均一となった場合でも、反
射レーザビームの光量等には影響を受けず、レーザビー
ムの状態を検出している限りにおいて焦点調節動作は影
響を受けず、高精度な焦点ずれ補正ができる。

【００２３】また、本発明の本発明の光ビーム光学装置
によれば、上記したように、レーザビームが感光体ドラ
ムの前側で焦点を結んでいるか後側で焦点を結んでいる
かの状態を検出しているので、受光手段の位置が温度等
により変動した場合でも、レーザビームの状態を検出し
ている限りにおいて焦点調節動作は影響を受けず、高精
度な焦点ずれ補正ができる。

【００２４】さらに、本発明の本発明の光ビーム光学装
置によれば、上記したように、レーザビームが感光体ド
ラムの前側で焦点を結んでいるか後側で焦点を結んでい
るかの状態を検出しているので、焦点ずれの方向も判別
可能であり、簡単な構成で焦点調節動作が可能となる。

【００２５】また、上記目的は、画像信号に応じて変調
された光ビームが照射される回転感光体ドラムと、回転
感光体ドラムに形成された静電潜像にトナーを付着させ
て現像する現像手段と、トナーを用紙に転写する転写手
段と、トナーを用紙に定着させる定着手段とを有する画
像形成装置において、上記いずれかに記載の光ビーム光
学装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置によっ
て達成される。

【００２６】また、上記目的は、画像信号に応じて変調
された光ビームを出射する光源と、光ビームを回転感光
体ドラム上に集光させる光学手段と、光ビームの像形成
体上での集光状態を検出する集光状態検出手段と、検出
された集光状態に基づいて、光ビームが回転感光体ドラ
ム上に焦点を結ぶように光源、光学手段、及び回転感光
体ドラムの相対的な位置を制御する制御手段と、回転感
光体ドラムに形成された静電潜像にトナーを付着させて
現像する現像手段と、トナーを用紙に転写する転写手段
と、トナーを用紙に定着させる定着手段とを有すること
を特徴とする画像形成装置によって達成される。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による
レーザビーム光学装置を図１乃至図１８を用いて説明す
る。図１は本実施の形態によるレーザビーム光学装置の
構成の概略を示している。図１において、本実施の形態
によるレーザビーム光学装置は、画像情報に応じたレー
ザビームを出射する半導体レーザアレイ１を有し、半導
体レーザアレイ１から出射されたレーザビームを第１の
方向に集束させるフィールドレンズ２を有している。そ
して、半導体レーザアレイ１から出射されたレーザビー
ムを所定のビーム径に集光させるフォーカスレンズ３が
フィールドレンズ２の出射側の光路上に設けられてい
る。

【００２８】フォーカスレンズ３により集光されたレー
ザビームの集光位置に感光体ドラム４が設けられてい
る。感光体ドラム４の円周表面上の端部には、反射率が
異なる明暗からなるドラムパターン部４ａが形成されて
いる。感光体ドラム４のドラムパターン部４ａ表面で反
射したレーザビームを所定の方向および位置に集光させ
る集光レンズ５が感光体ドラム４に対して所定の位置に
設けられている。また、集光レンズ５により集光された
レーザビームを受光する受光部６が集光レンズ５の光軸
上に設けられている。

【００２９】また、本実施の形態によるレーザビーム光
学装置は、その処理／制御系として、受光部６で受光し
たレーザビームの光強度または光照射量に基づいてレー
ザビームの焦点のずれに応じた信号を生成する差動回路
７と、感光体ドラム４の回転に伴いドラムパターン部４
ａの明暗周期に同期して発生する同期信号からドラムパ
ターン同期信号を生成するドラムパターン同期信号生成
回路８とを有している。さらに、差動回路７とドラムパ
ターン同期信号生成回路８からの出力信号からサンプリ
ングされた出力信号を生成するための演算回路９を有
し、演算回路９の出力信号をスムージングして制御信号
として使用できるようにするためのホールド回路１０を
有している。そして、ホールド回路１０からの出力信号
に基づいてフォーカスレンズ３を駆動させるためのフォ
ーカスレンズ駆動回路１１と、フォーカスレンズ駆動回
路１１からの出力信号に基づいてフォーカスレンズ３を
駆動するフォーカスアクチュエータ１２とを有してい
る。

【００３０】なお受光部６は、ほぼ感光体ドラム４の回
転軸方向（以下、主走査方向という）に境界線を有する
２つの受光領域に分割されている。

【００３１】次に、本実施の形態によるレーザビーム光
学装置に用いる半導体レーザアレイ１を図２を用いて説
明する。図２（ａ）は、半導体レーザアレイ１の一例を
示している。この半導体レーザアレイ１は、画像情報に
応じたレーザビームを主走査方向に配置した複数のレー
ザビーム発光部１Ａと、レーザビーム発光部１Ａに隣接
して配置され、レーザビームの焦点ずれを検出するため
の検出用レーザビームを出射するレーザビーム発光部１
Ｂを有している。

【００３２】また、図２（ｂ）は、半導体レーザアレイ
１の他の例を示している。この半導体レーザアレイ１
は、画像情報に応じたレーザビームを感光体ドラム４上
に２次元的に配置した複数のレーザビーム発光部１Ａ
と、レーザビーム発光部１Ａに隣接して配置され、レー
ザビームの焦点ずれを検出するための検出用レーザビー
ムを出射するレーザビーム発光部１Ｂを有している。

【００３３】レーザビーム発光部１Ｂは、隣接する複数
のレーザビーム発光部１Ａと所定の位置関係にあり、出
力特性についても同一の特性を有している。点灯タイミ
ングについては、複数のレーザビーム発光部１Ａから画
像情報に応じたレーザビームを出射するタイミングに同
期して検出用レーザビームを出射するか、焦点位置のず
れ補正動作を行うときに点灯させるか、あるいは、常時
点灯させておくようにしておいてもよい。

【００３４】次に、本実施の形態によるレーザビーム光
学装置を用いて焦点ずれ補正を行う焦点調節方法を図３
乃至図１８を用いて説明する。図３は、レーザビーム発
光部１Ｂから出射されたレーザビームが感光体ドラム４
の面上で合焦してほぼ所定の方向へ反射し、反射したレ
ーザビームが集光レンズ５により受光部６の受光面上に
集光されている状態を示す斜視図である。図４は、図３
における光路を光軸に沿って展開した光ビーム断面図で
ある。図５は、受光部６の受光面上でのレーザビームの
光スポットの光量（明暗）の時間的変化（図５（ａ））
と、それに対応する受光部６からの差動出力の時間的変
化（図５（ｂ））を示している。図６は、ドラムパター
ン部４ａの明暗パターンの感光体ドラム４の回転に伴う
時間的変化を表し（図６（ａ））、また、これと同期し
た、ドラムパターン同期信号生成回路８から出力される
ドラムパターン同期信号、および、これらの時間的関係
を表している（図６（ｂ））。

【００３５】図３及び図４において、集光レンズ５は、
感光体ドラム４からの反射レーザビームを効率よく受光
部６へ導くためであり、受光部６が感光体ドラム４の十
分近傍に配置されるか受光部６が反射レーザビームを十
分受光できる大きさであれば不要である。また、受光部
６は、集光レンズ５からの反射レーザビームの集光点付
近に配置されるが、本発明はドラムパターン部４ａの明
暗パターンによって影響を受けたレーザビームの明暗の
変化を検出することから、安定した検出を行うために
は、集光レンズ５によるレーザビームの集光点がその集
光条件によらず常に受光部６の前側または後側になるよ
うに、配置されることが望ましい。

【００３６】以下の説明においては、受光部６は、感光
体ドラム４の面上での集光状態、すなわち、レーザビー
ムが感光体ドラム４表面の前側で焦点を結ぶ（以下、前
側収束状態という）またはレーザビームが感光体ドラム
４表面の後側で焦点を結ぶ（以下、後側収束状態とい
う）かにかかわらず、常に感光体ドラム４からの反射レ
ーザビームが受光部６の後側で焦点を結ぶ位置関係で配
置されているものとする。

【００３７】図６において、ドラムパターン同期信号
は、ドラムパターン部４ａの明暗パターンの周期と一致
し、また、ドラムパターン同期信号の後側エッジはドラ
ムパターン部４ａの暗部パターンの中央に一致している
ことが、後の信号処理を容易にするために望ましい。ま
た、ドラムパターン同期信号は、上記明暗パターンと逆
に対応させたものであってもよい。

【００３８】図７は、レーザビーム発光部１Ｂから出射
されたレーザビームが前側収束状態、すなわち、感光体
ドラム４表面の前側で焦点を結び、ほぼ所定の方向へ反
射し、反射したレーザビームが集光レンズ５により受光
部６の受光面上へ集光されることを示す斜視図である。
図８は、図７における光路を光軸に沿って展開した光ビ
ーム断面図である。図９は、ドラムパターン部４ａが、
感光体ドラム４の面上に集光したレーザビームを横切る
ときのレーザビームの受光部６上での明暗の時間的変化
状態を表し（図９（ａ））、このときの受光部６から差
動回路７で得られる受光部差動出力の時間的変化を表す
（図９（ｂ））。なお、上記時間的変化は、図６で示し
たドラムパターン同期信号１パルスの区間内でのもので
ある。

【００３９】図１０は、レーザビーム発光部１Ｂから出
射されたレーザビームが後側収束状態、すなわち、感光
体ドラム４表面の後側で焦点を結び、ほぼ所定の方向へ
反射し、反射したレーザビームが集光レンズ５により受
光部６の受光面上へ集光されることを示す斜視図であ
る。図１１は、図１０における光路を光軸に沿って展開
した光ビーム断面図であり、図１２は、ドラムパターン
部４ａが、感光体ドラム４の面上に集光したレーザビー
ムを横切るときのレーザビームの受光部６上での明暗の
時間的変化状態を表し（図１２（ａ））、このときの受
光部６から差動回路７で得られる受光部差動出力の時間
的変化を表す（図１２（ｂ））。なお、上記時間的変化
は、図６で示したドラムパターン同期信号１パルスの区
間内でのものである。

【００４０】以上説明した図面に基づいて本実施の形態
によるレーザビーム光学装置の動作を説明する。図３乃
至図６はレーザビームが感光体ドラム４の面上で合焦し
た場合で、このときの受光部６の受光面上の光スポット
の明暗の変化は、図５（ａ）に示したように光スポット
全体として明滅するので、受光部６の差動出力は図５
（ｂ）の下図に示すように常にゼロとなる。

【００４１】次に、図７乃至図９に示すように、感光体
ドラム４表面上の集光状態が、前側収束状態の場合につ
いて説明する。図７および図８に示すような感光体ドラ
ム４上の集光状態が前側収束状態の場合には、感光体ド
ラム４上のドラムパターン部４ａの明暗パターンがレー
ザビームを横切るとき、ドラムパターン同期信号１パル
スの区間内では、感光体ドラム４上のレーザビームのス
ポットが上方から暗部となっていき、順次暗部がレーザ
ビームのスポット全体を覆い、ドラムパターン部４ａの
明暗パターンの暗部がレーザビームを通過した後、感光
体ドラム４上のレーザビームのスポットが上方から明部
となっていく。

【００４２】このとき、図８に示されているように、ド
ラム反射面におけるレーザビームのスポットの上方が受
光部６の上方に対応する。従って、図９（ａ）に示す受
光部６の受光面で受光されるレーザビームの光スポット
は、上方から暗部となっていき、順次暗部が受光部６の
受光面でのレーザビームの光スポット全体を覆い、ドラ
ムパターン部４ａの明暗パターンの暗部がレーザビーム
を通過した後、受光部６の受光面上のレーザビームのス
ポットが上方から明部となっていく。このとき、図９
（ｂ）に示すように、受光部６の出力に基づく差動回路
７の受光部差動出力は、正の値から負の値に変化するほ
ぼ正弦波状の出力となる。

【００４３】次に、図１０乃至図１２に基づいて感光体
ドラム４上の集光状態が、後方収束状態の場合について
説明する。図１０および図１１に示すように、感光体ド
ラム４上の集光状態が後方収束状態の場合には、感光体
ドラム４上のドラムパターン部４ａの明暗パターンがレ
ーザビームを横切るとき、ドラムパターン同期信号１パ
ルスの区間内では、感光体ドラム４上のレーザビームの
スポットが上方から暗部となっていき、順次暗部がレー
ザビームのスポット全体を覆い、ドラムパターン部４ａ
の明暗パターンの暗部がレーザビームを通過した後、感
光体ドラム４上のレーザビームのスポットが上方から明
部となっていく。

【００４４】このとき、図１１に示されているように、
ドラム反射面におけるレーザビームのスポットの上方が
受光部６の下方側に対応する。従って、図１２（ａ）に
示す受光部６の受光面で受光されるレーザビームの光ス
ポットは、下方から暗部となっていき、順次暗部が受光
部６の受光面でのレーザビームの光スポット全体を覆
い、ドラムパターン部４ａの明暗パターンの暗部がレー
ザビームを通過した後、受光部６の受光面上のレーザビ
ームのスポットが下方から明部となっていく。このと
き、図１２（ｂ）に示すように、受光部６の出力に基づ
く差動回路７の受光部差動出力は、負の値から正の値に
変化するほぼ正弦波状の出力となる。

【００４５】このように、感光体ドラム４上の集光状態
が、前側収束状態と後側収束状態の場合で、差動回路７
から出力される出力値の極性変化が各状態により相違す
ることとなる。なお、正負の極性変化は、ドラムパター
ン同期信号または受光部６の配設位置あるいは差動回路
７の演算方式によって、上述の説明と逆の極性変化とな
ることがあるが、前側収束状態と後側収束状態とで逆の
極性変化となることは同様である。

【００４６】次に、図１３に基づいて、差動回路７とド
ラムパターン同期信号生成回路８から、オートフォーカ
ス制御信号を生成するホールド回路１０へ入力する信号
を生成する演算回路９の詳細および演算回路９の各構成
回路により生成される信号について、図１４及び図１５
を参照しつつ説明する。図１３において、差動回路７は
受光部６の分割された受光部分の各出力の差を演算して
出力するもので、具体的にはオペアンプ等により構成さ
れ、差動回路７からの受光部差動出力はサンプラ９ａに
入力される。差動回路７からの受光部差動出力は、前述
の図９および図１２で説明した感光体ドラム４上の集光
状態すなわち前側収束状態と後側収束状態とで逆の極性
変化となるほぼ正弦波状の出力であり、図１４（ｃ）に
示すような信号列となる。

【００４７】ドラムパターン同期信号生成回路８は、感
光体ドラム４の回転に同期して所定の周期で信号を発生
させる回路である。具体的には感光体ドラム４を回転駆
動するモータ軸等に装着されるロータリエンコーダ等か
らの信号出力であったり、あるいは感光体ドラム４上の
ドラムパターン部４ａの明暗パターン等を検出して明暗
パターン等に同期して信号を出力するようなものであ
る。図６に示したように、周期は感光体ドラム４上のド
ラムパターン部４ａの明暗パターンの周期に一致し、ま
た、ドラムパターン同期信号の後側エッジはドラムパタ
ーン部４ａの明暗パターンの暗部に一致しており、ドラ
ムパターン同期信号生成回路８からの出力信号は図１４
（ａ）に示すような信号列となる。

【００４８】サンプラ９ａは、差動回路７からの受光部
差動出力をドラムパターン同期信号生成回路８から出力
されるドラムパターン同期信号に同期してサンプリング
する回路であり、サンプラ９ａから出力されるサンプリ
ング信号は、図１４（ｄ）に示すような信号列となる。
なお、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）に示す受光部差動
信号とサンプリング信号は同様の波形となっているが、
サンプリング信号はサンプル期間以外は無信号すなわち
ゼロとなっているという相違がある。

【００４９】サンプル期間信号生成回路９ｂは、ドラム
パターン同期信号生成回路８からの出力に基づいて、差
動回路７からの出力を所定の期間においてサンプラ９ａ
でサンプリングするためのサンプリング期間を設定する
ための信号を生成する回路である。当該信号は図６に示
したように、ドラムパターン部４ａの明暗パターンの明
部と暗部を含み、感光体ドラム４上の集光状態を受光部
６からの出力値の極性変化として検出できる期間に設定
される。サンプル期間信号生成回路９ｂからの出力信号
は図１４（ｂ）に示すような信号列となる。

【００５０】ゼロクロス検出回路９ｃは、サンプラ９ａ
からの出力信号がほぼゼロレベルとなる期間でパルスを
発生させる回路である。具体的にはサンプラ９ａからの
出力信号を正負に各々分離してほぼゼロレベルとなる期
間でパルスを発生させ再び合成したものであり、ゼロク
ロス検出回路９ｃからの出力信号は図１４（ｅ）に示す
ような信号列となる。

【００５１】ＡＮＤ回路９ｄは、ゼロクロス検出回路９
ｃからの出力信号列から、各サンプリング期間における
先頭パルスを抽出するための回路である。具体的にはド
ラムパターン同期信号生成回路８からの出力信号とゼロ
クロス検出回路９ｃからの出力信号とのＡＮＤ演算を行
うものであり、ＡＮＤ回路９ｄからの出力信号は図１５
（ａ）に示すような信号列となる。

【００５２】積分ホールド回路９ｅは、ＡＮＤ回路９ｄ
からの出力信号を積分演算する回路である。具体的には
積分演算と共にドラムパターン同期信号生成回路８から
の出力信号の立ち下がりでゼロにリセットする回路を含
み、積分ホールド回路９ｅからの出力信号は図１５
（ｂ）に示すような信号列となる。

【００５３】ゲート信号生成回路９ｆは、ゲート回路９
ｇにおいて、積分ホールド回路９ｅからの出力信号の各
サンプリング期間における最終積分値を抽出するための
ゲート信号を生成するための回路である。ゲート信号は
具体的にはＡＮＤ回路９ｄからの出力信号の後側エッジ
とドラムパターン同期信号生成回路８からの出力信号の
後側エッジから生成され、ゲート信号生成回路９ｆから
の出力信号は図１５（ｃ）に示すような信号列となる。

【００５４】ゲート回路９ｇは、ゲート信号生成回路９
ｆからの出力信号に基づいて、積分ホールド回路９ｅか
らの出力信号の各サンプリング期間における最終積分値
を抽出するための回路である。ゲート回路９ｇからの出
力信号は図１５（ｄ）に示すような信号列となる。

【００５５】ホールド回路１０は、ゲート回路９ｇで得
られた出力信号、すなわち、感光体ドラム４上の集光状
態を表すパルス信号列により、フォーカスレンズ駆動回
路１１を介してフォーカスアクチュエータ１２を駆動し
焦点調節動作を行うことができるようにするために、ゲ
ート回路９ｇで得られた出力信号をスムージング演算す
るための回路である。具体的にはゲート回路９ｇからの
出力信号をホールド演算すると共にゲート回路９ｇから
の出力信号の立ち上がりでゼロにリセットする回路を含
んでいる。ホールド回路１０からの出力信号は図１５
（ｅ）に示すような連続信号となる。

【００５６】次に、上記得られた連続信号に基づく焦点
調節動作について説明する。まず、焦点調節動作開始時
に感光体ドラム４上の集光状態が前側収束状態であると
して、どのように焦点調節動作が行われるかを焦点調節
動作開始からの時間の経過とともに説明する。焦点調節
動作開始時に感光体ドラム４上の集光状態が前側収束状
態である場合には、前述の図９で説明したように、受光
部６に基づく差動回路７の出力は図９（ｂ）のように正
の値から負の値に変化するほぼ正弦波状の出力となり、
これに基づいて演算回路９を経て生成されたホールド回
路１０の出力は図１５（ｅ）に示すように正の値とな
る。上記ホールド回路１０の出力はフォーカスレンズ駆
動回路１１に入力され、フォーカスアクチュエータ１２
を駆動しフォーカスレンズ３を後側収束状態へ向かう方
向へ移動させる。

【００５７】次のサンプリング期間においては、感光体
ドラム４上の集光状態は前側収束状態ではあるが焦点調
節動作開始時に比べて感光体ドラム４上の集光状態は合
焦状態に近づいている。さらに次のサンプリング期間に
おいては、より合焦状態に近づいている。時間の経過と
共に、より合焦状態に近づき、ある時点で合焦状態に至
り、あるいは後側収束状態へ移行する。後側収束状態と
なった場合には、図１２で説明したように、受光部６に
基づく差動回路７の出力は図１２（ｂ）のように負の値
から正の値に変化するほぼ正弦波状の出力となり、これ
に基づいて演算回路９を経て生成されたホールド回路１
０の出力は図１５（ｅ）に示すように負の値となり、フ
ォーカスアクチュエータ１２は上記と逆の動作を行い、
再び合焦状態に近づき、ある時点で合焦状態に収束す
る。これらの一連の動作は、ドラムパターン部４ａの明
暗パターンの周期に基づくいわゆるサンプルサーボであ
るが、ドラムパターン部４ａの明暗パターンの周期を小
さく設定することで、より連続サーボに近づき、スムー
ズな焦点調節動作が可能となる。

【００５８】次に、図１６乃至図１８に基づいて、感光
体ドラム等に画像形成のためのトナー等が付着しあるい
は受光部の位置が温度等により変動して、差動回路７の
出力が全体に低下した場合と差動回路７の出力が非対称
となった場合について説明する。図１６（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は、感光体ドラム等に画像形成のための
トナー等が付着せずあるいは受光部の位置が温度等によ
り変動してない場合の受光部差動出力信号、出力信号、
制御信号であり、図１４（ｃ）、図１５（ｄ）、図１５
（ｅ）を再び図示したものである。

【００５９】これに対して、図１７（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は、感光体ドラム等に画像形成のためのトナー等
が付着しあるいは受光部の位置が温度等により変動し
て、差動回路７の出力が全体に低下した場合の受光部差
動出力信号、出力信号、制御信号を示す。図１７（ａ）
に示す受光部差動出力信号は全体に信号レベルが低下
し、これに伴い図１７（ｂ）に示す出力信号および図１
７（ｃ）に示す制御信号も全体に信号レベルが低下する
が、焦点調節制御のゲインが若干低下はするものの上述
の焦点調節動作は十分に可能であり、ゼロレベルを横切
る点は変化しないので高精度な焦点調節動作を維持する
ことができる。上記の信号レベル低下が生じても、図１
７（ｃ）に示す制御信号がノイズレベル以上であれば上
記した焦点調節動作は可能である。

【００６０】また、図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、
感光体ドラム等に画像形成のためのトナー等が付着しあ
るいは受光部の位置が温度等により変動して、差動回路
７の出力が非対称となった場合の受光部差動出力信号、
出力信号、制御信号を示す。図１８（ａ）に示す受光部
差動出力信号は、正側信号は影響を受けず負側信号がレ
ベル低下し非対称となった場合を示すものである。この
とき、図１８（ｂ）に示す出力信号は負側信号のレベル
が低下し、これに伴い図１８（ｃ）に示す制御信号も負
側信号のレベルが低下しゼロレベルに対して非対称な信
号となっている。この場合、制御信号の負側のゲインが
若干低下はするものの上記した焦点調節動作は十分に可
能であり、ゼロレベルを横切る点は変わらないので高精
度な焦点調節動作は維持される。また、正側あるいは負
側の信号レベル低下が生じても、図１８（ｃ）に示す制
御信号がノイズレベル以上であれば上記した焦点調節動
作は可能である。

【００６１】次に、本発明の第２の実施の形態によるレ
ーザビーム光学装置を図１９乃至図２６を用いて説明す
る。図１９は、本実施の形態によるレーザビーム光学装
置の構成の概略を示している。本実施の形態によるレー
ザビーム光学装置は、第１の実施の形態におけるレーザ
ビーム光学装置の集光レンズ５と受光部６との間に光学
素子１３と像逆転プリズム１４を挿入し、第２の受光部
６ｂを設けた点に特徴を有している。光学素子１３は、
感光体ドラム４からの反射レーザビームの一部を反射し
て残りのレーザビームを透過する光路分割に用いられ
る。また、像逆転プリズム１４は反射レーザビームの像
を上下逆転させるために用いられる。なお、図１９は感
光体ドラム４上の集光状態が前側収束状態となった場合
を示している。光学素子１３から等しい光学距離の位置
に受光部６ａおよび受光部６ｂを配設し、光学素子１３
を透過し、像逆転プリズム１４により像が上下逆転され
たレーザビームは受光部６ａに照射され、光学素子１３
で反射したレーザビームは受光部６ｂに照射される。光
学素子１３としては、ハーフミラーあるいは偏光ビーム
スプリッター等がある。

【００６２】また、像逆転プリズム１４としては、例え
ば、図２５に示すような正三角プリズム１４ａと底角が
３０度の直角プリズム１４ｂを接合したものがあり、図
２５中で示すように、正三角プリズム１４ａへの入射角
と直角プリズム１４ｂからの出射角が直角であるから、
本実施の形態における収束光においても正確に像が反転
し、また、光軸がずれることはない。

【００６３】このような構成において、感光体ドラム４
上に集光するレーザビームの位置あるいは方向または感
光体ドラム４からのレーザビームの反射方向が感光体ド
ラム４の回転方向にずれた場合には、受光部６ａおよび
受光部６ｂに照射されるレーザビームの位置もずれる。
図１９に示すＡ方向にレーザビームの位置がずれると、
受光部６ａおよび受光部６ｂに照射されるレーザビーム
は各々Ｂ、Ｃ方向にずれる。しかし、上記の構成にすれ
ば、受光部６ａと受光部６ｂにおけるレーザビームの位
置のずれは等しい。

【００６４】図２０及び図２１は、上記のように、受光
部６ａおよび受光部６ｂに照射されるレーザビームが各
々Ｂ、Ｃ方向にずれた場合の受光部６ａあるいは受光部
６ｂの受光面上でのレーザビームの明暗の変化と各受光
部の差動出力を示す。図２０では、受光部６ａの２分割
された受光部分のレーザビームの照射量の多い方から暗
部が進行し、図２１では、受光部６ｂの２分割された受
光部分のレーザビームの照射量の少ない方から暗部が進
行し、各々の受光部差動出力はオフセットをもつほぼ正
弦波状の出力信号となる。しかし、受光部６ａおよび受
光部６ｂからの差動出力の和をとった合成受光部出力
は、図２６（ａ）のように図９（ｂ）で示したと同様の
オフセットのないほぼ正弦波状の出力信号となる。これ
は、受光部６ａおよび受光部６ｂ上に照射されるレーザ
ビームの位置のずれ量が等しく、かつ、暗部の進行方向
を基準に逆方向にずれているからである。

【００６５】図２２乃至図２４は、本実施の形態におい
て感光体ドラム４上の集光状態が後側収束状態の場合を
示す。この場合は、第１の実施の形態において説明した
と同様に、受光部６ａおよび受光部６ｂの受光面上の暗
部の進行方向が前側収束状態の場合と逆になり、上記図
１９乃至図２１の前側収束状態の場合で説明したのと同
様の過程を経て図２６（ｂ）に示すようなオフセットの
ないほぼ正弦波状の出力信号を得る。本実施の形態にお
いて、演算回路９、ホールド回路１０、フォーカスレン
ズ駆動回路１１によりフォーカスアクチュエータ１２を
駆動して行う焦点調節動作は第１の実施の形態における
ものと同一であるので、説明は省略する。

【００６６】次に、本発明の第３の実施の形態によるレ
ーザビーム光学装置を図２７乃至図３２を用いて説明す
る。図２７は、本実施の形態によるレーザビーム光学装
置の構成の概略を示す図である。図２７に示すように本
実施の形態によるレーザビーム光学装置は、１または２
以上の発光部からなる半導体レーザ１５を有している。
また、回転により感光体ドラム４上にレーザビームを走
査するポリゴンミラー１６と、ポリゴンミラー１６で偏
向されたレーザビームに基づいて主走査方向の各周期の
走査開始の基準となるレーザビーム走査開始信号（以下
「ＳＯＳ信号」という）を発生させるＳＯＳセンサー１
７とを有している。そして、受光部６及び受光部６の２
分割された受光部分の和をとり、これに基づいて信号を
発生させるタイミング回路１８を有している。また、感
光体ドラム４の円周表面上の端部には、反射率が異なる
明暗パターンからなるドラムパターン部４ｂが形成され
ている。ドラムパターン部４ｂを構成する明暗縞は、主
走査方向あるいは副走査方向に対して所定の角度を有し
ており、その所定角度は感光体ドラム４上において一定
角度でもよく、また所定の規則に従って変化する角度す
なわち螺旋状の明暗縞となっていてもよい。

【００６７】本実施の形態におけるレーザビーム光学装
置のその他の構成は図１に示した第１の実施の形態にお
けるレーザビーム光学装置の構成と同一であるので重複
部分については説明を省略する。上記の構成において、
ポリゴンミラー１６は所定の回転数で回転しレーザビー
ムは感光体ドラム４上を走査するが、このときＳＯＳ信
号は一定の時間間隔で発生し、ＳＯＳ信号に基づいて半
導体レーザ１５がレーザビームを出射し、所定の画像情
報が感光体ドラム４上に形成される。

【００６８】図２８は、半導体レーザ１５から出射され
たレーザビームが前側収束状態で感光体ドラム４で反射
し、反射したレーザビームが受光部６の受光面上へ集光
された状態を示す。この場合において、レーザビームの
走査方向は図中に矢印で示す方向であり、レーザビーム
の走査に伴い受光部６の受光面上においても走査方向と
同じ方向にレーザビームは移動する。一般に、ポリゴン
ミラー１６による走査速度に対して、感光体ドラム４の
回転速度は遅く、主走査方向に移動するレーザビームが
ドラムパターン部４ｂを構成する明暗縞を横切る方向は
図中に矢印で示す主走査方向である。仮に、感光体ドラ
ム４の回転速度が早く、主走査方向に移動するレーザビ
ームがドラムパターン部４ｂを構成する明暗縞を横切る
方向がポリゴンミラー１６による走査速度との関係で決
まるような場合でも、図２８に示す角度θが０度から９
０度の範囲であれば必ず図２８中に矢印で示す主走査方
向である。

【００６９】図２９は、ドラムパターン部４ｂの面上に
集光したレーザビームのスポットを横切るときのレーザ
ビームの受光部６の受光面上での光スポットの明暗の時
間的変化状態を表し（図２９（ａ））、このときの受光
部６から差動回路７で得られる受光部差動出力の時間的
変化を表す（図２９（ｂ））。この場合、斜め方向から
順次暗部がレーザビームのスポット全体を覆い、ドラム
パターン部４ｂの明暗パターンの暗部がレーザビームの
スポットを通過した後、斜め方向に順次明部が出てく
る。上記の変化は図９に基づいて説明した第１の実施の
形態の動作と同様であり、受光部６の出力に基づく差動
回路７の受光部差動出力は、正の値から負の値に変化す
るほぼ正弦波状の出力となる。

【００７０】図３０は、半導体レーザ１５から出射され
たレーザビームが後側収束状態で感光体ドラム４で反射
し、反射したレーザビームが受光部６の受光面上へ集光
されることを示す。この場合は図１２に基づいて説明し
た第１の実施の形態での動作と同様であり、また、図２
９に基づいて説明したのと逆方向の変化となり、受光部
６の出力に基づく差動回路７の受光部差動出力は、負の
値から正の値に変化するほぼ正弦波状の出力となる。

【００７１】図３２は、半導体レーザ１５から出射され
たレーザビームが前側収束状態で感光体ドラム４で反射
し、反射したレーザビームが受光部６の受光面上へ集光
される場合であって、図３２（ａ）は、ドラムパターン
部４ｂ付近のレーザビームの走査軌跡を示している。図
３２（ｂ）は、受光部６の受光面上での光スポットの明
暗の時間的変化状態を表している。図３２（ｃ）は、差
動回路７からの出力であり、図３２（ｄ）は、タイミン
グ回路１８からの出力を示している。図３２（ｅ）は、
サンプル期間信号を示している。

【００７２】レーザビームの主走査方向への移動に伴い
受光部６上でのレーザビームの光スポットの明暗は図３
２（ｂ）に示すように時間的に変化するが、図２９で説
明したように、差動回路７からの出力は正の値から負の
値に変化するほぼ正弦波状の出力となり、また、タイミ
ング回路１８からの出力信号は、受光部６の２分割され
た受光部分の和をとり出力するので図３２（ｄ）に示す
ように差動回路７からの出力が正の値から負の値に変化
する位置でゼロとなる。また、受光部６の２分割された
受光部分の和信号であるから、レーザビームが感光体ド
ラム４上に焦点を完全に結んでいるときでも、常に出力
がゼロとなることはない。従って、タイミング回路１８
からの出力信号のゼロクロスを検出して、所定の期間ｔ
ｓ後に図３２（ｅ）に示すサンプル期間信号を発生させ
ることにより、図１４及び図１５で説明した信号処理と
同様に、サンプル期間信号に同期して感光体ドラム４の
面上での集光状態を検出できることになる。信号処理に
よって得られた連続信号に基づく焦点調節動作について
は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略す
る。

【００７３】本発明は、上記実施の形態に基づいて種々
の応用が可能である。例えば、図３３に示すような装置
に本発明のレーザビーム光学装置を組み込んで使用する
ことができる。図３３（ａ）は、電子写真方式の単色複
写機１０１に本発明のレーザビーム光学装置１００を組
み込んだ例を示している。例えば第１の実施の形態によ
るレーザビーム光学装置を走査光学系（ＲＯＳ）に用い
た場合、電気信号に変換された画像データが画像処理系
（ＩＰＳ）より入力され、レーザビーム光学装置の半導
体レーザアレイ１からレーザビームとして出力されて感
光体ドラム４上に照射する。レーザビームの照射により
感光体ドラム４に静電潜像が形成され、この静電潜像に
トナーを付着させて現像し、次いで感光体ドラム４上の
トナーを用紙に転写した後、定着器１０３によりトナー
を用紙に定着させる。この動作において、上記実施の形
態で説明したような焦点ずれの補正が行われる。

【００７４】図３３（ｂ）では、電子写真方式の４連ド
ラムカラ−複写機１０２に本発明のレーザビーム光学装
置１００を各色毎に４個組み込んだ例を示している。図
３３（ａ）の単色複写機と主として異なるのは、カラー
印刷を実現するために黒（Ｋ）、藍（Ｃ）、紅（Ｍ）、
黄（Ｙ）の各色用に感光体ドラム４が設けられている点
である。各色毎に組み込まれた本発明のレーザビーム光
学装置の動作は上述の図３３（ａ）の動作と同様である
ので説明は省略する。本発明のレーザビーム光学装置
は、複写機に限らずその他の電子写真方式の印刷装置に
も同様に適用することができる。

【００７５】

【発明の効果】以上の通り、本発明のレーザビーム光学
装置によれば、感光体ドラム上に形成した明暗のパター
ンにより影響を受けた反射レーザビームを受光し、レー
ザビームが感光体ドラムの前側で焦点を結んでいるか後
側で焦点を結んでいるかの状態を検出し、これに基づい
て焦点調節動作を行うこととしたため、感光体ドラム等
に画像形成のためのトナー等が付着し、反射レーザビー
ムの光量が減少あるいは光量分布が不均一となった場合
でも、反射レーザビームの光量変動等には影響を受け
ず、レーザビームの状態を検出している限りにおいて焦
点調節動作は影響を受けないので高精度な焦点ずれ補正
ができる。

【００７６】また、本発明のレーザビーム光学装置によ
ると、上記したように、レーザビームが感光体ドラムの
前側で焦点を結んでいるか後側で焦点を結んでいるかの
状態を検出しているので、受光手段の位置が温度等によ
り変動した場合でも、レーザビームの状態を検出してい
る限りにおいて焦点調節動作は影響を受けず、高精度な
焦点ずれ補正ができる。

【００７７】また、本発明のレーザビーム光学装置によ
ると、上記したように、レーザビームが感光体ドラムの
前側で焦点を結んでいるか後側で焦点を結んでいるかの
状態を検出しているので、焦点ずれの方向も判別可能で
あり、簡単な構成で焦点調節動作が可能となる。

【００７８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるレーザビーム
光学装置の構成の概略を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態によるレーザビーム
光学装置に用いる半導体レーザアレイを示す斜視図であ
る。

【図３】本発明の第１の実施の形態によるレーザビーム
光学装置のレーザビームの集光状態を示す斜視図であ
る。

【図４】図３に示したレーザビームの集光状態を光軸に
沿って展開した光ビーム断面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態によるレーザビーム
光学装置の受光部上のレーザビームの明暗と受光部差動
出力を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態によるレーザビーム
光学装置のドラムパターン部４ａの感光体ドラム４の回
転に伴う時間的変化と、これと同期して生成されるドラ
ムパターン同期信号を表す図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態によるレーザビーム
光学装置のレーザビームの前側収束状態での集光状態を
示す斜視図である。

【図８】図７に示したレーザビームの集光状態を光軸に
沿って展開した光ビーム断面図である。

【図９】ドラムパターン部４ａが、感光体ドラム４の表
面のレーザビームを横切るときのレーザビームの受光部
６上での明暗の時間的変化状態と、このときの受光部６
から差動回路７で得られる受光部差動出力の時間的変化
を表す図である。

【図１０】本発明の第１の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置のレーザビームの後側収束状態での集光状態
を示す斜視図である。

【図１１】図１０に示したレーザビームの集光状態を光
軸に沿って展開した光ビーム断面図である。

【図１２】ドラムパターン部４ａが、感光体ドラム４の
表面のレーザビームを横切るときのレーザビームの受光
部６上での明暗の時間的変化状態と、このときの受光部
６から差動回路７で得られる受光部差動出力の時間的変
化を表す図である。

【図１３】本発明の第１の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置における演算回路９の各構成を示すブロック
図である。

【図１４】本発明の第１の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置により得られる（ａ）ドラムパターン同期信
号、（ｂ）サンプル期間信号、（ｃ）受光部差動出力信
号、（ｄ）サンプリング信号、（ｅ）ゼロクロス信号を
示す図である。

【図１５】本発明の第１の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置により得られる（ａ）ＡＮＤ出力信号、
（ｂ）積分ホールド信号、（ｃ）ゲート信号、（ｄ）出
力信号、（ｅ）制御信号である。

【図１６】本発明の第１の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置において、感光体ドラム等へトナー等が付着
せず、あるいは受光部の位置が温度等により変動しない
場合の受光部差動出力信号、出力信号、制御信号を表す
図である。

【図１７】本発明の第１の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置において、感光体ドラム等へトナー等が付着
あるいは受光部の位置が温度等により変動した場合の受
光部差動出力信号、出力信号、制御信号を表す図であ
る。

【図１８】本発明の第１の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置において、感光体ドラム等へトナー等が付着
あるいは受光部の位置が温度等により変動した場合の受
光部差動出力信号、出力信号、制御信号を表す図であ
る。

【図１９】本発明の第２の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置におけるレーザビームの前側収束状態での集
光状態を示す斜視図である。

【図２０】本発明の第２の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置における前側収束状態でのドラムパターン部
４ａが、感光体ドラム４の表面のレーザビームを横切る
ときのレーザビームの受光部６ａ上での明暗の時間的変
化状態と受光部差動出力を表す図である。

【図２１】本発明の第２の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置における前側収束状態でのドラムパターン部
４ａが、感光体ドラム４の表面のレーザビームを横切る
ときのレーザビームの受光部６ｂ上での明暗の時間的変
化状態と受光部差動出力を表す図である。

【図２２】本発明の第２の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置におけるレーザビームの後側収束状態での集
光状態を示す斜視図である。

【図２３】本発明の第２の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置における後側収束状態でのドラムパターン部
４ａが、感光体ドラム４の表面のレーザビームを横切る
ときのレーザビームの受光部６ａ上での明暗の時間的変
化状態と受光部差動出力を表す図である。

【図２４】本発明の第２の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置における後側収束状態でのドラムパターン部
４ａが、感光体ドラム４の表面のレーザビームを横切る
ときのレーザビームの受光部６ｂ上での明暗の時間的変
化状態と受光部差動出力を表す図である。

【図２５】本発明の第２の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置で用いた像逆転プリズム１４を示す図であ
る。

【図２６】本発明の第２の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置におけるレーザビームの前側収束状態および
後側収束状態における各々の合成受光部出力を表す図で
ある。

【図２７】本発明の第３の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置の構成の概略を示す図である。

【図２８】本発明の第３の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置におけるレーザビームの前側収束状態での集
光状態を示す斜視図である。

【図２９】本発明の第３の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置における前側収束状態でのドラムパターン部
４ｂが、感光体ドラム４の表面のレーザビームを横切る
ときのレーザビームの受光部６上での明暗の時間的変化
状態と受光部差動出力を表す図である。

【図３０】本発明の第３の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置におけるレーザビームの後側収束状態での集
光状態を示す斜視図である。

【図３１】本発明の第３の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置における後側収束状態でのドラムパターン部
４ｂが、感光体ドラム４の表面のレーザビームを横切る
ときのレーザビームの受光部６上での明暗の時間的変化
状態と受光部差動出力を表す図である。

【図３２】本発明の第３の実施の形態によるレーザビー
ム光学装置におけるレーザビームが前側収束状態で集光
し、感光体ドラム４で反射して受光部６に照射される場
合であって、（ａ）明暗パターン部４ｂ付近のレーザビ
ームの走査軌跡、（ｂ）受光部６上での明暗の時間的変
化状態、（ｃ）差動回路７からの出力、（ｄ）タイミン
グ回路１８からの出力、（ｅ）サンプル期間信号を示す
図である。

【図３３】本発明のレーザビーム光学装置を、（ａ）単
色複写機に組み込んだ図であり、（ｂ）４連ドラムカラ
−複写機に組み込んだ図である。

【図３４】従来の光ビーム記録装置の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 半導体レーザアレイ １Ａ レーザビーム発光部 １Ｂ レーザビーム発光部 ２ フィールドレンズ ３ フォーカスレンズ ４ 感光体ドラム ４ａ ドラムパターン部 ４ｂ ドラムパターン部 ５ 集光レンズ ６ 受光部 ６ａ 受光部 ６ｂ 受光部 ７ 差動回路 ８ ドラムパターン同期信号生成回路 ９ 演算回路 ９ａ サンプラ ９ｂ サンプル期間信号生成回路 ９ｃ ゼロクロス検出回路 ９ｄ ＡＮＤ回路 ９ｅ 積分ホールド回路 ９ｆ ゲート信号生成回路 ９ｇ ゲート回路 １０ ホールド回路 １１ フォーカスレンズ駆動回路 １２ フォーカスアクチュエータ １３ 受光素子 １４ 像逆転プリズム１４ １４ａ 正三角プリズム１４ａ １４ｂ 直角プリズム１４ｂ １５ 半導体レーザ １６ ポリゴンミラー １７ ＳＯＳセンサー １８ タイミング回路 １００ レーザビーム光学装置 １０１ 単色複写機 １０２ ４連ドラムカラ−複写機 １０３ 定着器

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転する像形成体上に光ビームを集光さ
   せ、 前記光ビームの前記像形成体上での反射光を受光しつ
   つ、前記光ビームが前記像形成体の前側、後側のいずれ
   で焦点を結んでいるかを判断し、 前記判断に基づいて前記光ビームの焦点位置を移動させ
   て、前記像形成体上に前記光ビームの焦点を結ばせるこ
   とを特徴とする焦点調節方法。
2. 【請求項２】回転する像形成体の円周方向に設けられた
   明暗のパターンに光ビームを集光し、 前記明暗のパターンにより変調された前記光ビームの反
   射光を複数の受光領域に分割して受光し、 前記複数の受光領域の受光強度の差の時間的変化から前
   記光ビームが前記像形成体の前側、後側のいずれで焦点
   を結んでいるかを判断し、 前記判断に基づいて前記光ビームの焦点位置を移動させ
   て、前記像形成体上に前記光ビームの焦点を結ばせるこ
   とを特徴とする焦点調節方法。
3. 【請求項３】光ビームを出射する光源と、 前記光ビームを像形成体上に集光させる光学手段と、 前記光ビームの前記像形成体上での集光状態を検出する
   集光状態検出手段とを有することを特徴とする光ビーム
   光学装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の光ビーム光学装置におい
   て、 前記集光状態検出手段は、前記光ビームが前記像形成体
   の前側で焦点を結ぶ第１の集光状態と、前記光ビームが
   前記像形成体の後側で焦点を結ぶ第２の集光状態とを検
   出することを特徴とする光ビーム光学装置。
5. 【請求項５】請求項４記載の光ビーム光学装置におい
   て、 前記集光状態検出手段は、 前記像形成体上の一部に反射率の異なる領域を設けた反
   射部と、 前記反射部で反射した前記光ビームの反射光から前記第
   １又は第２の集光状態を検出する検出部とを有すること
   を特徴とする光ビーム光学装置。
6. 【請求項６】請求項５記載の光ビーム光学装置におい
   て、 前記反射部は、前記像形成体の回転方向に周期的に反射
   率が異なるように形成されたパターンを有していること
   を特徴とする光ビーム光学装置。
7. 【請求項７】請求項５又は６に記載の光ビーム光学装置
   において、 前記検出部は、前記反射光を複数領域に分割して受光す
   る複数の受光面を備えた受光部を有していることを特徴
   とする光ビーム光学装置。
8. 【請求項８】請求項５又は６に記載の光ビーム光学装置
   において、 前記検出部は、 前記反射光を第１の反射光と第２の反射光に分割する光
   学素子と、 前記第１の反射光を複数領域に分割して受光する複数の
   受光面を備えた第１の受光部と、前記第２の反射光を複
   数領域に分割して受光する複数の受光面を備えた第２の
   受光部とを有することを特徴とする光ビーム光学装置。
9. 【請求項９】請求項７又は８に記載の光ビーム光学装置
   において、 前記集光状態検出手段は、前記反射光を集光し、前記反
   射光の集束光が常に前記受光部の前側又は後側のいずれ
   かで焦点を結ぶように前記反射部と前記受光部との間に
   配置される集光光学系を有することを特徴とする光ビー
   ム光学装置。
10. 【請求項１０】請求項３乃至９のいずれかに記載の光ビ
    ーム光学装置において、 前記光源は、前記画像信号に応じて変調された光ビーム
    以外に、前記光ビームの集光状態を検出する検出用光ビ
    ームを出射することを特徴とする光ビーム光学装置。
11. 【請求項１１】請求項３乃至１０のいずれかに記載の光
    ビーム光学装置において、 検出された前記集光状態に基づいて、前記光ビームが前
    記像形成体上に焦点を結ぶように前記光源、前記光学手
    段、及び前記像形成体の相対的な位置を制御する制御手
    段をさらに備えたことを特徴とする光ビーム光学装置。
12. 【請求項１２】請求項１１記載の光ビーム光学装置にお
    いて、 前記制御手段は、前記集光状態検出手段により離散的に
    検出された前記光ビームの反射光から連続的な制御信号
    を生成する演算部と、 前記制御信号に基づいて前記光学手段を駆動する駆動部
    を有することを特徴とする光ビーム光学装置。
13. 【請求項１３】画像信号に応じて変調された光ビームが
    照射される回転感光体ドラムと、前記回転感光体ドラム
    に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像する現
    像手段と、前記トナーを用紙に転写する転写手段と、前
    記トナーを前記用紙に定着させる定着手段とを有する画
    像形成装置において、 請求項３乃至１２のいずれかに記載の光ビーム光学装置
    を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
14. 【請求項１４】画像信号に応じて変調された光ビームを
    出射する光源と、 前記光ビームを回転感光体ドラム上に集光させる光学手
    段と、 前記光ビームの前記像形成体上での集光状態を検出する
    集光状態検出手段と、 検出された前記集光状態に基づいて、前記光ビームが前
    記回転感光体ドラム上に焦点を結ぶように前記光源、前
    記光学手段、及び前記回転感光体ドラムの相対的な位置
    を制御する制御手段と、 前記回転感光体ドラムに形成された静電潜像にトナーを
    付着させて現像する現像手段と、 前記トナーを用紙に転写する転写手段と、 前記トナーを前記用紙に定着させる定着手段とを有する
    ことを特徴とする画像形成装置。