JP3050102B2 - 光ビーム焦点位置検出装置、光ビーム照射装置、および光ビーム記録装置 - Google Patents

光ビーム焦点位置検出装置、光ビーム照射装置、および光ビーム記録装置

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JP3050102B2
JP3050102B2 JP25230095A JP25230095A JP3050102B2 JP 3050102 B2 JP3050102 B2 JP 3050102B2 JP 25230095 A JP25230095 A JP 25230095A JP 25230095 A JP25230095 A JP 25230095A JP 3050102 B2 JP3050102 B2 JP 3050102B2
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昭治 山口
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光ビーム焦点位置検
出装置、光ビーム照射装置、および光ビーム記録装置に
関し、特に、温度変化、外部信号、感光体の偏心等に基
づく光ビームの焦点位置のずれを、検出応答性の高速化
を図ることなく、ずれの方向をも含めて検出できるよう
にした光ビーム焦点位置検出装置、光ビーム照射装置、
および光ビーム記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、レーザビームプリンタやディジタ
ル複写機等の光ビーム記録装置の画像品質の向上が要求
されている。このために、記録画像の精度を高くして解
像度の高い画像記録を実現する試みが繰り返されてい
る。この目的のためには、光ビームの焦点位置を高い精
度で制御することにより記録画素の径を所定の値以下に
維持することが必要になる。
【０００３】従来の光ビーム焦点位置検出装置をそなえ
た光ビーム記録装置として、例えば、特開平２−１４０
７１０号公報に示されるものがある。ここに示される光
ビーム焦点位置検出装置は、感光体の非画像形成領域の
直前に配置され、光検出器と、この光検出器を収容する
ハウジングの開口部に設けられ、光ビームの主走査方向
に規則的に並べられた複数のスリットを有したスリット
板とを有して構成されている。この光ビーム焦点位置検
出装置において、コリメータレンズによって集光作用を
受けた光ビームが主走査方向に走査されると、ビーム径
が所定の値のときは、光ビームがスリット板の個々のス
リットを介して光検出器によって検出される。その結
果、光検出器よりスリット数に等しい独立したパルスが
出力される。一方、ビーム径が所定の値より大になる
と、光検出器より出力される信号が独立したパルスでは
なくなり、連続した波形の信号になる。この光検出器の
出力に基づいて光ビームの焦点位置のずれを検出し、コ
リメータレンズを光軸方向に変位させることにより焦点
位置のずれを補正している。
【０００４】この光ビーム焦点位置検出装置の変形例と
して、スリット板に設けられた１つのスリットを介して
光ビームを受光する光検出器を有したものが、前述した
特開平２−１４０７１０号公報に示されている。この光
ビーム焦点位置検出装置によると、光ビームのビーム径
に応じて変化する光検出器の受光レベルに基づいてコリ
メータレンズを光軸方向に変位させ、これによって焦点
位置のずれを補正している。
【０００５】また、従来の光ビーム焦点位置検出装置を
備えた光ビーム記録装置として、例えば、特開昭和６０
−１００１１３号公報に示されるものがある。ここに示
される光ビーム焦点位置検出装置は、ドラム面上に配置
された鏡と、鏡によって反射された光ビームをシリンド
リカルレンズを介して受光する４分割光検出器とを有し
て構成されている。この光ビーム焦点位置検出装置によ
ると、光ビームの焦点位置がずれていないときは、４分
割光検出器の中心に円形のスポットが形成され、その結
果、４つの光検出素子から等しい出力が得られる。一
方、光ビームの焦点位置がずれると、４分割光検出器上
のスポットが楕円になり、その結果、４つの光検出素子
の出力に差が生じる。その出力に所定の演算を施すこと
によって焦点位置のずれ量と方向を算出し、そのずれ量
と方向に応じてコリメータレンズを光軸方向に変位さ
せ、これによって焦点位置のずれを補正する。
【０００６】更に、従来の光ビーム焦点位置検出装置を
備えた光ビーム記録装置として、例えば、特開平２−２
８９８１２号公報に示されるものがある。ここに示され
る光ビーム焦点位置検出装置は、感光体の非画像形成領
域に、例えば、凹部と非凹部を規則的に並べたオートフ
ォーカスパターンを形成し、この凹部と非凹部から反射
される光ビームを集光レンズを介して光検出器で検出す
る構成を有している。この光ビーム焦点位置検出装置に
よると、光検出器における凹部と非凹部の受光レベルの
差が所定の値より小さくなったとき、焦点位置にずれが
生じたと判断し、その差に応じてコリメータレンズを光
軸方向に変位させ、これによって焦点位置のずれを補正
している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光ビー
ム焦点位置検出装置によると、特開平２−１４０７１０
号公報に記載されたものでは、光ビームの主走査方向の
走査速度は１μｍ／ｎｓのオーダであり、光ビーム径を
２０μｍ以下としたとき、光検出器は１０ｎｓ〜数１０
ｎｓ程度の応答速度しか有していないので、光ビーム径
をμｍのオーダで精度良く測定することができない。ま
た、焦点位置のずれ量は算出することができるが、ずれ
方向に依存した出力が得られないので、ずれ方向を判断
することができない。このため、別途ずれ方向を検出す
る手段が必要になり、補正する方法が複雑化する。
【０００８】また、特開昭６０−１００１１３号公報に
記載されたものでは、感光体ドラムの偏心に基づく焦点
位置のずれは、反射スポットの光軸がずれてしまうの
で、４分割光検出器の中心に光ビームの反射スポットを
形成できないばかりか、反射スポットが４分割光検出器
からもずれてしまい、焦点位置の検出が全く不可能にな
る。
【０００９】更に、特開平２−２８９８１２号公報に記
載されたものでは、感光体ドラムにオートフォーカスパ
ターンを形成するため、製造工程が１つ増えてコストア
ップを招き、また、上述した理由によって感光体ドラム
の偏心に基づく焦点位置のずれの検出ができない。
【００１０】従って、本発明の目的は光検出器の応答速
度を上げることなく焦点位置のずれ量および方向を高精
度で、かつ、複雑化を招かずに検出することができる光
ビーム焦点位置検出装置、光ビーム照射装置、および光
ビーム記録装置を提供することにある。
【００１１】本発明の他の目的は温度変化、外部信号等
に基づく焦点位置のずれに限らず、感光体ドラム等の偏
心に基づく焦点位置のずれを検出することができる光ビ
ーム焦点位置検出装置、光ビーム照射装置、および光ビ
ーム記録装置を提供することにある。
【００１２】本発明の他の目的は感光体ドラムにオート
フォーカスパターン等の加工を施さないで焦点位置のず
れを検出することができる光ビーム焦点位置検出装置、
光ビーム照射装置、および光ビーム記録装置を提供する
ことにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
実現するため、第１の特徴によると、光源から出射さ
れ、集光光学系によって集光された光ビームの焦点位置
を検出する光ビーム焦点位置検出装置において、前記光
ビームの光路において前記光ビームが前記集光光学系か
ら前記焦点位置に向かって収束する収束側領域、あるい
は前記光ビームが前記焦点位置から拡散する拡散側領域
に設けられ、前記光ビームを受光してそのビーム径に応
じたビーム径信号を出力する光ビーム検出手段と、前記
ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を所定
のビーム径と比較し、その差に応じて前記光ビームの前
記焦点位置と所定の焦点位置との位置関係を表す焦点位
置信号を出力する焦点位置検出手段を備え、前記光ビー
ム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第１および第
２の所定の間隔を置いて配置され、前記光ビームの横断
面の中心領域を除く両側の外縁部を受光する第１および
第２の光ビーム検出部を有し、前記第１および第２の光
ビーム検出部は、前記第１および第２の所定の間隔を異
なった値にして配置された構成を有することを特徴とす
る光ビーム焦点位置検出装置を提供する。また、本発明
は、上記の目的を実現するため、第２の特徴によると、
光源から出射され、集光光学系によって集光された光ビ
ームの焦点位置を検出する光ビーム焦点位置検出装置に
おいて、前記光ビームの光路において前記光ビームが前
記集光光学系から前記焦点位置に向かって収束する収束
側領域、あるいは前記光ビームが前記焦点位置から拡散
する拡散側領域に設けられ、前記光ビームを受光してそ
のビーム径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム検
出手段と、前記ビーム径信号を入力して前記光ビームの
ビーム径を所定のビーム径と比較し、その差に応じて前
記光ビームの前記焦点位置と所定の焦点位置との位置関
係を表す焦点位置信号を出力する焦点位置検出手段を備
え、前記光ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線
と第１および第２の所定の間隔を置いて配置され、前記
光ビームの横断面の中心領域を除く両側の外縁部を受光
する第１および第２の光ビーム検出部を有し、前記第１
および第２の光ビーム検出部は、異なった受光感度を有
した構成を有することを特徴とする光ビーム焦点位置検
出装置を提供する。 また、本発明は、上記の目的を実現
するため、第３の特徴によると、光源から出射され、集
光光学系によって集光された光ビームの焦点位置を検出
する光ビーム焦点位置検出装置において、前記光ビーム
の光路において前記光ビームが前記集光光学系から前記
焦点位置に向かって収束する収束側領域、あるいは前記
光ビームが前記焦点位置から拡散する拡散側領域に設け
られ、前記光ビームを受光してそのビーム径に応じたビ
ーム径信号を出力する光ビーム検出手段と、前記ビーム
径信号を入力して前記光ビームのビーム径を所定のビー
ム径と比較し、その差に応じて前記光ビームの前記焦点
位置と所定の焦点位置との位置関係を表す焦点位置信号
を出力する焦点位置検出手段を備え、前記光ビーム検出
手段は、前記光ビームの主走査線と第１および第２の所
定の間隔を置いて配置され、前記光ビームの横断面の中
心領域を除く両側の外縁部を受光する第１および第２の
光ビーム検出部を有し、前記第１および第２の光ビーム
検出部は、その１つが受光量を減少させる光フィルタを
有した構成を有することを特徴とする光ビーム焦点位置
検出装置を提供する。
【００１４】また、本発明は、上記の目的を実現するた
め、第４の特徴によると、光ビームを出射する光源と、
前記光ビームを所定の焦点位置に集光する集光光学系
と、前記光ビームの光路において前記光ビームが前記集
光光学系から前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位
置に向かって収束する収束側領域、あるいは前記光ビー
ムが前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置から拡
散する拡散側領域に設けられ、前記光ビームを受光して
そのビーム径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム
検出手段と、前記ビーム径信号を入力して前記光ビーム
のビーム径を所定のビーム径と比較して前記光ビームの
焦点位置を検出し、その検出結果に基づいて前記光ビー
ムの焦点位置と前記所定の焦点位置との位置関係を表す
焦点位置信号を出力する焦点位置検出手段と、前記焦点
位置信号に基づいて前記集光光学系の焦点位置を調整し
て前記光ビームの前記焦点位置を前記所定の焦点位置に
一致させる焦点位置調整手段を備え、前記光ビーム検出
手段は、前記光ビームの主走査線と第１および第２の所
定の間隔を置いて配置され、前記光ビームの横断面の中
心領域を除く両側の外縁部を受光する第１および第２の
光ビーム検出部を有し、前記第１および第２の光ビーム
検出部は、前記第１および第２の所定の間隔を異なった
値にして配置された構成を有することを特徴とする光ビ
ーム照射装置を提供する。また、本発明は、上記の目的
を実現するため、第５の特徴によると、光ビームを出射
する光源と、前記光ビームを所定の焦点位置に集光する
集光光学系と、前記光ビームの光路において前記光ビー
ムが前記集光光学系から前記所定の焦点位置あるいはそ
の近傍の位置に向かって収束する収束側領域、あるいは
前記光ビームが前記所定の焦点位置あるいはその近傍の
位置から拡散する拡散側領域に設けられ、前記光ビーム
を受光してそのビーム径に応じたビーム径信号を出力す
る光ビーム検出手段と、前記ビーム径信号を入力して前
記光ビームのビーム径を所定のビーム径と比較して前記
光ビームの焦点位置を検出し、その検出結果に基づいて
前記光ビームの焦点位置と前記所定の焦点位置との位置
関係を表す焦点位置信号を出力する焦点位置検出手段
と、前記焦点位置信号に基づいて前記集光光学系の焦点
位置を調整して前記光ビームの前記焦点位置を前記所定
の焦点位置に一致 させる焦点位置調整手段を備え、前記
光ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第１お
よび第２の所定の間隔を置いて配置され、前記光ビーム
の横断面の中心領域を除く両側の外縁部を受光する第１
および第２の光ビーム検出部を有し、前記第１および第
２の光ビーム検出部は、異なった受光感度を有した構成
を有することを特徴とする光ビーム照射装置を提供す
る。 また、本発明は、上記の目的を実現するため、第６
の特徴によると、光ビームを出射する光源と、前記光ビ
ームを所定の焦点位置に集光する集光光学系と、前記光
ビームの光路において前記光ビームが前記集光光学系か
ら前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置に向かっ
て収束する収束側領域、あるいは前記光ビームが前記所
定の焦点位置あるいはその近傍の位置から拡散する拡散
側領域に設けられ、前記光ビームを受光してそのビーム
径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム検出手段
と、前記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム
径を所定のビーム径と比較して前記光ビームの焦点位置
を検出し、その検出結果に基づいて前記光ビームの焦点
位置と前記所定の焦点位置との位置関係を表す焦点位置
信号を出力する焦点位置検出手段と、前記焦点位置信号
に基づいて前記集光光学系の焦点位置を調整して前記光
ビームの前記焦点位置を前記所定の焦点位置に一致させ
る焦点位置調整手段を備え、前記光ビーム検出手段は、
前記光ビームの主走査線と第１および第２の所定の間隔
を置いて配置され、前記光ビームの横断面の中心領域を
除く両側の外縁部を受光する第１および第２の光ビーム
検出部を有し、前記第１および第２の光ビーム検出部
は、その１つが受光量を減少させる光フィルタを有した
構成を有することを特徴とする光ビーム照射装置を提供
する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】また、本発明は、上記の
目的を実現するため、第７の特徴によると、光ビームを
出射する光源と、前記光ビームを所定の焦点位置に集光
し、かつ、所定の主走査領域にわたって走査する光学系
と、前記所定の主走査領域に位置し、前記光ビームによ
って照射される照射領域を前記所定の焦点位置に有した
記録媒体と、前記光ビームの光路において前記光ビーム
が前記光学系から前記所定の焦点位置あるいはその近傍
の位置に向かって収束する収束側領域、あるいは前記光
ビームが前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置か
ら拡散する拡散側領域に設けられ、前記光ビームを受光
してそのビーム径に応じたビーム径信号を出力する光ビ
ーム検出手段と、前記ビーム径信号を入力して前記光ビ
ームのビーム径を所定のビーム径と比較して前記光ビー
ムの焦点位置を検出し、その検出結果に基づいて前記光
ビームの焦点位置と前記所定の焦点位置との位置関係を
表す焦点位置信号を出力する焦点位置検出手段と、前記
焦点位置信号に基づいて前記光学系の焦点位置を調整し
て前記光ビームの前記焦点位置を前記所定の焦点位置に
一致させる焦点位置調整手段を備え、前記光ビーム検出
手段は、前記光ビームの主走査線と第１および第２の所
定の間隔を置いて配置され、前記光ビームの横断面の中
心領域を除く両側の外縁部を受光する第１および第２の
光ビーム検出部を有し、前記第１および第２の光ビーム
検出部は、前記第１および第２の所定の間隔を異なった
値にして配置された構成を有することを特徴とする光ビ
ーム記録装置を提供する。また、本発明は、上記の目的
を実現するため、第８の特徴によると、光ビームを出射
する光源と、前記光ビームを所定の焦点位置に集光し、
かつ、所定の主走査領域にわたって走査する光学系と、
前記所定の主走査領域に位置し、前記光ビームによって
照射される照射領域を前記所定の焦点位置に有した記録
媒体と、前記光ビームの光路において前記光ビームが前
記光学系から前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位
置に向かって収束する収束側領域、あるいは前記光ビー
ムが前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置から拡
散する拡散側領域に設けられ、前記光ビームを受光して
そのビーム径に応じたビーム径信号を出力する光ビー ム
検出手段と、前記ビーム径信号を入力して前記光ビーム
のビーム径を所定のビーム径と比較して前記光ビームの
焦点位置を検出し、その検出結果に基づいて前記光ビー
ムの焦点位置と前記所定の焦点位置との位置関係を表す
焦点位置信号を出力する焦点位置検出手段と、前記焦点
位置信号に基づいて前記光学系の焦点位置を調整して前
記光ビームの前記焦点位置を前記所定の焦点位置に一致
させる焦点位置調整手段を備え、前記光ビーム検出手段
は、前記光ビームの主走査線と第１および第２の所定の
間隔を置いて配置され、前記光ビームの横断面の中心領
域を除く両側の外縁部を受光する第１および第２の光ビ
ーム検出部を有し、前記第１および第２の光ビーム検出
部は、異なった受光感度を有した構成を有することを特
徴とする光ビーム記録装置を提供する。 また、本発明
は、上記の目的を実現するため、第９の特徴によると、
光ビームを出射する光源と、前記光ビームを所定の焦点
位置に集光し、かつ、所定の主走査領域にわたって走査
する光学系と、前記所定の主走査領域に位置し、前記光
ビームによって照射される照射領域を前記所定の焦点位
置に有した記録媒体と、前記光ビームの光路において前
記光ビームが前記光学系から前記所定の焦点位置あるい
はその近傍の位置に向かって収束する収束側領域、ある
いは前記光ビームが前記所定の焦点位置あるいはその近
傍の位置から拡散する拡散側領域に設けられ、前記光ビ
ームを受光してそのビーム径に応じたビーム径信号を出
力する光ビーム検出手段と、前記ビーム径信号を入力し
て前記光ビームのビーム径を所定のビーム径と比較して
前記光ビームの焦点位置を検出し、その検出結果に基づ
いて前記光ビームの焦点位置と前記所定の焦点位置との
位置関係を表す焦点位置信号を出力する焦点位置検出手
段と、前記焦点位置信号に基づいて前記光学系の焦点位
置を調整して前記光ビームの前記焦点位置を前記所定の
焦点位置に一致させる焦点位置調整手段を備え、前記光
ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第１およ
び第２の所定の間隔を置いて配置され、前記光ビームの
横断面の中心領域を除く両側の外縁部を受光する第１お
よび第２の光ビーム検出部を有し、前記第１および第２
の光ビーム検出部は、その１つが受光量を減少させる光
フィルタを有した構成を有することを特徴とする光ビー
ム記録装置を提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】また、本発明は、上記の
目的を実現するため、第１０の特徴によると、光ビーム
を出射する光源と、前記光ビームを所定の焦点位置に集
光し、かつ、所定の主走査領域にわたって走査する光学
系と、前記所定の主走査領域に位置し、前記光ビームに
よって照射される照射領域を前記所定の焦点位置に有し
た記録媒体と、前記記録媒体によって反射される前記光
ビームの光路において前記光ビームが前記光学系から焦
点位置に収束した後拡散する拡散側領域に設けられ、前
記光ビームの主走査方向と直交する副走査方向にアレイ
状に並べられた所定の数の光ビーム検出素子を有して前
記光ビームを受光し、前記光ビームのビーム径に応じた
ビーム径信号を出力する多分割光ビーム検出手段と、前
記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を所
定のビーム径と比較して前記光ビームの焦点位置を検出
し、その検出結果に基づいて前記光ビームの焦点位置と
前記所定の焦点位置との位置関係を表す焦点位置信号を
出力する焦点位置検出手段と、前記焦点位置信号に基づ
いて前記光学系の焦点位置を調整して前記光ビームの前
記焦点位置を前記所定の焦点位置に一致させる焦点位置
調整手段を備えたことを特徴とする光ビーム記録装置を
提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
における光ビーム記録装置を示しており、画像信号によ
って強度変調された光ビーム（レーザビーム）を出射す
る半導体レーザ１と、光ビームをコリメート光に修正す
るコリメータレンズ２と、光ビームを所定の位置で副走
査方向に集光するシリンドリカルレンズ３と、シリンド
リカルレンズ３を透過した光ビームを反射する平面ミラ
ー４と、前述した所定の位置にミラー面を有したポリゴ
ンミラー５と、所定の主走査線上で走査速度が一定にな
るように光ビームを補正するｆθレンズ６，７と、光ビ
ームを前述した所定の主走査線上へ反射し、かつ、シリ
ンドリカルレンズ３とともにポリゴンミラー５のミラー
面の面倒れを補正するシリンドリカルミラー８と、画像
形成に寄与しない光ビームを取り出す平面ミラー９と、
平面ミラー９によって取り出された光ビームを検出する
光検出器１０と、前述した所定の主走査線上に光ビーム
による照射領域を位置させられた感光体ドラム１１と、
光検出器１０の出力信号を処理してビーム径信号を出力
する信号処理回路１２ａ，１２ｂと、基準のビーム径信
号の下限値Ｖ1 および上限値Ｖ2 を出力する基準電圧発
生回路１２ｃと、検出されたビーム径信号とビーム径信
号Ｖ1 およびＶ2 を比較するコンパレータ１３ａ，１３
ｂと、コンパレータ１３ａ，１３ｂから出力される比較
信号を入力して光ビームの焦点位置のずれおよびずれの
方向を算出し、その結果に基づいて制御信号を出力する
制御回路１４と、制御信号を入力して駆動信号を出力す
る駆動回路１５と、駆動信号によって駆動されるステッ
ピングモータ１６と、ステッピングモータ１６の駆動に
よってマウント１７上でコリメータレンズ２を光ビーム
の光軸方向に所定量ずつステップ状に変位させる変位部
材１８を有する。
【００１８】図２は光検出器１０を示し、中心Ｘ0 を通
る光ビームのビーム径がａ，ｂ，ｃに変化する光ビーム
の外縁を検出し、中心Ｘ0 を通る主走査線ＳからＲ1 お
よびＲ2 （Ｒ2 ＞Ｒ 1）の距離に対向する１辺を位置し
た第１および第２の光電変換素子１０ａ，１０ｂを有す
る。この第１および第２の光電変換素子１０ａ，１０ｂ
の対向する１辺はＸ軸上の座標位置Ｘ1 およびＸ2 に位
置する。従って、（Ｘ 0 −Ｘ1 ）＝Ｒ1 、および（Ｘ2
−Ｘ0 ）＝Ｒ2 となる。また、第１および第２の光電変
換素子１０ａ，１０ｂは主走査線Ｓと平行な辺が光ビー
ムの最大ビーム径より大になるようにサイズが決められ
ている。この光検出器１０は、光ビームの焦点位置がず
れたとしても、光ビームが焦点位置から拡散する拡散
側、即ち、シリンドリカルミラー８と感光体ドラム１１
の間の光路長より、シリンドリカルミラー８、平面ミラ
ー９および光検出器１０の間の光路長が、焦点位置のず
れ量に所定の値を加算した加算値だけ大になる位置に設
けられている。
【００１９】光検出器１０で受光される光ビームは、光
ビームの焦点位置に応じてビーム径がａ，ｂ，ｃと変化
する。これを、以下、簡単に光ビームａ，ｂ，ｃとい
う。光ビームｂは感光体ドラム１１上に焦点が結ばれて
いる場合（合焦）のビームプロファイルを、光ビームａ
は感光体ドラム１１上よりも光源とは反対側に焦点位置
がある場合（遠焦点）のビームプロファイルを、レーザ
ビームｃは感光体ドラム１１上よりも光源側に焦点位置
がある場合（近焦点）のビームプロファイルをそれぞれ
示している。図２から明らかなように、光電変換素子１
０ａはＸ1 よりも光ビームの中心に対して外側の光量を
検出し、光電変換素子１０ｂはＸ2 よりも光ビームの中
心に対して外側の光量を検出する。焦点位置にずれが生
じると、ビーム径が変わることによって光電変換素子１
０ａ，１０ｂに入射する光量が変化する。光強度Ｐｂの
グラフで示される光ビームｂの状態に対して、感光体ド
ラム１１上よりも光源とは反対側に焦点位置がずれて光
ビームａの状態になると、光強度Ｐａのグラフで示され
るように、光電変換素子１０ａ，１０ｂに入射する光量
はそれぞれ減少し、感光体ドラム１１上よりも光源側に
焦点位置がずれてレーザビームｃの状態になると、光強
度Ｐｃのグラフで示されるように、光電変換素子１０
ａ，１０ｂに入射する光量はそれぞれ増加する。ここ
で、光電変換素子１０ａ，１０ｂに入射する光量が異な
り、光電変換素子１０ａに入射する光量は常に光電変換
素子１０ｂよりも大きいことから、ビーム径が細くなっ
た場合は、光電変換素子１０ａに入射する光量が基準電
圧発生回路１２ｃの下限基準のビーム径信号Ｖ1 に相当
する光量より少なくなることによって、またビーム径が
太くなった場合は光電変換素子１０ｂに入射する光量が
基準電圧発生回路１２ｃの上限基準のビーム径信号Ｖ2
に相当する光量より多くなったことによってビーム径が
変動したことを検知する。
【００２０】光変換素子１０ａ，１０ｂは光量に応じた
電気信号を信号処理回路１２ａ，１２ｂに出力すると、
信号処理回路１２ａ，１２ｂはその光量に応じた第１お
よび第２のビーム径信号を出力する。第１のビーム径信
号はビーム径の減少を検出するために、第２のビーム径
信号はビーム径の増加を検出するために、それぞれ下限
および上限の基準のビーム径信号Ｖ1 ，Ｖ2 と比較され
る。
【００２１】図３は光電変換素子１０ａ，１０ｂの主走
査線Ｓからの距離Ｒ1 ，Ｒ2 に応じた入射光量を示して
いる。図２のＸ軸との関係で、Ｘ＝Ｘ0 では、Ｒ＝０
で、光電変換素子１０ａ，１０ｂの対向する辺は光ビー
ムの中心に位置し、光電変換素子１０ａ，１０ｂの入射
光量は光ビームの全光量Ｐ0 の半分の値Ｐ0 ／２とな
る。光電変換素子１０ａ，１０ｂの位置が光ビームの中
心位置から離れるに従い、その入射光量は減少する。ま
た、光電変換素子１０ａ，１０ｂの位置を一定に保った
状態で、図２で示したように、光ビームのビーム径がａ
→ｂ→ｃのように増加すると、対応する曲線ａ，ｂ，ｃ
によって示されているように、それぞれの光電変換素子
１０ａ，１０ｂに入射する光量は増加する。第１の光電
変換素子１０ａはＸ0 の位置を基準にして距離Ｒ1 の位
置に設けられていて光ビームｂに対する光ビームａ，ｃ
の光量差Ｐ2 ，Ｐ1 がＰ2 ＞Ｐ1 の関係になる。そのた
め、検出ビーム径が基準ビーム径の下限値から減少した
ことを精度良く検出することができる。また、光電変換
素子１０ｂはＸ0 の位置を基準にして距離Ｒ2 の位置に
設けられていて光ビームｂに対する光ビームａ，ｃの光
量差Ｐ4 ，Ｐ3 がＰ3 ＞Ｐ4 の関係になる。そのため、
検出ビーム径が基準ビーム径の上限値から増加したこと
を精度良く検出することができる。
【００２２】図４(a) は光ビームの光軸上の焦点位置０
からの距離に応じたビーム径の変化を示す。第１の実施
の形態では、光検出器１０は、光ビームが拡散する拡散
側領域、例えば、＋Ｚ0 の位置に設けられる。＋Ｚ0 の
位置は焦点位置０がずれたとしても、光ビームが焦点位
置０に向かって集束する集束領域にならない位置であ
る。この配置によって光ビームのビーム径を検出するこ
とにより焦点位置のずれとずれの方向を同時に検出する
ことができる。一方光検出器１０は、焦点位置がずれた
としても、拡散側領域とならない収束側領域、例えば、
−Ｚ0 の位置に設けられても良い。
【００２３】図４(b) ，(c) は光ビームａ，ｂ，ｃの焦
点位置０ａ，０ｂ，０ｃと光検出器１０の位置＋Ｚ0 に
おけるビーム径、およびその変化を示している。光検出
器１０を、例えば、光ビームｂの焦点位置０ｂ、即ち、
感光体ドラム１１と等価な位置に配置すると、ビーム径
の変化はｒ1 〜ｒ1'と小さく、しかも、焦点位置のずれ
とビーム径の変化が極小値を持つため、精度の高い検出
とずれの方向の検出ができない。しかし、この実施の形
態においては、＋Ｚ0 の位置に光検出器１０を配置した
ので、ビーム径の変化がｒ2 〜ｒ2'と大きく、しかも、
焦点位置のずれとビーム径の変化がリニアになるので、
焦点位置のずれとその方向を高い精度で検出することが
できる。
【００２４】以下、第１の実施の形態の動作を説明す
る。
【００２５】半導体レーザ１は図示しない駆動回路によ
って強度変調され、画像信号を乗せた光ビームを出射す
る。この光ビームは光軸方向の変位部材１８に設けられ
たコリメータレンズ２によってコリメート光に修正さ
れ、シリンドリカルレンズ３を透過し、平面ミラー４で
反射されてポリゴンミラー５に照射される。シリンドリ
カルレンズ３は、前述したように、副走査方向にパワー
を有し、コリメータレンズ２から出た光ビームをポリゴ
ンミラー５のミラー面上で副走査方向に集光する。ポリ
ゴンミラー５は図示しないモータによって支軸を中心に
一定速度で回転駆動される。従って、平面ミラー４で反
射された光ビームはポリゴンミラー５のミラー面で連続
的に反射され、等角速度で偏向される。偏向された光ビ
ームはｆθレンズ６，７を透過し、シリンドリカルミラ
ー８で反射され、感光体ドラム１１上に集光される。光
ビームはシリンドリカルレンズ３とシリンドリカルミラ
ー８の作用によってポリゴンミラー５の各ミラー面の面
倒れを補正する。また、ｆθレンズ６，７の作用によっ
て、感光体ドラム１１上での走査速度が一定になるよう
補正される。ポリゴンミラー５で偏向された光ビームの
うち、画像を書き込む領域外の主走査方向の始端もしく
は終端の光ビームは、シリンドリカルミラー８で反射さ
れた後、平面ミラー９で反射されてから光検出器１０へ
入射する。光検出器１０に光ビームが入射すると、光電
変換素子１０ａ，１０ｂは光電変換により入射光量に応
じた出力信号を信号処理回路１２ａ，１２ｂへ出力す
る。信号処理回路１２ａ，１２ｂは入力した信号を処理
してビーム径信号Ｖa ，Ｖb としてコンパレータ１３
ａ，１３ｂの正の入力端子へ出力する。
【００２６】光ビームが、図２に示したように、ビーム
径ａを有するとき、ビーム径信号Ｖ a ，Ｖb は、基準電
圧発生回路１２ｃよりコンパレータ１３ａ，１３ｂの負
の入力端子へ出力される下限および上限の基準のビーム
径信号Ｖ1 ，Ｖ2 と以下の関係を有する。 Ｖa ＜Ｖ1 ，Ｖb ＜Ｖ2
【００２７】従って、コンパレータ１３ａ，１３ｂはと
もに「０」の比較信号を出力する。この状態では、図５
に示すように、光ビームの焦点位置０ａが基準の焦点位
置の範囲に位置する光ビームｂの焦点位置０ｂに対して
光源と反対側に位置している（遠焦点状態）。コンパレ
ータ１３ａ，１３ｂよりともに「０」の比較信号が出力
されると、制御回路１４は駆動回路１５に遠焦点状態を
補正する制御信号を出力する。駆動回路１５はこの制御
信号によってステッピングモータ１６を１ステップある
いは所定のステップ数駆動し、変位部材１８を介してコ
リメータレンズ２を光軸上で半導体レーザ１の方向へ変
位させる。制御部１４はコンパレータ１３ａ，１３ｂの
出力が「１」、「０」になるまでこの動作をステップ状
に繰り返す。
【００２８】光ビームが、図２に示したように、ビーム
径ｂを有するとき、ビーム径信号Ｖ a ，Ｖb は次のよう
になる。 Ｖa ＞Ｖ1 ，Ｖb ＜Ｖ2
【００２９】従って、コンパレータ１３ａ，１３ｂより
「１」、「０」の比較信号が得られる。この状態では、
図５に示すように、光ビームｂが焦点位置０ｂに集光し
ている（合焦状態）。合焦状態では、制御部１４は制御
信号を駆動回路１５に出力しない。
【００３０】光ビームが、図２に示したように、ビーム
径ｃを有するとき、 Ｖa ＞Ｖ1 ，Ｖb ＞Ｖ2 となる。
【００３１】従って、コンパレータ１３ａ，１３ｂより
ともに「１」の比較信号が出力される。この状態では、
図５に示すように光ビームｃの焦点位置０ｃが基準の焦
点位置の範囲に含まれる光ビームｆの焦点位置Ｏｂに対
して光源側に位置している（近焦点状態）。
【００３２】制御部１４は「１」、「１」の比較信号を
入力すると、駆動回路１５に近焦点状態を補正する制御
信号を出力する。駆動回路１５はこの制御信号によって
ステッピングモータを１ステップあるいは所定のステッ
プ数駆動し、変位部材１８を介してコリメータレンズ２
を光軸上で半導体レーザ１の反対側の方向へ変位させ
る。制御部１４はコンパレータ１３ａ，１３ｂの出力が
「１」、「０」になるまでこの動作をステップ状に繰り
返す。
【００３３】コンパレータ１３ａ，１３ｂの比較信号を
整理すると、表１の通りである。
【表１】
【００３４】このようにして感光体ドラム１１に照射さ
れる光ビームのビーム径が基準のビーム径信号Ｖ1 ，Ｖ
2 によって定まる下限および上限のビーム径の範囲に入
るように制御される。この制御は、図５(b) ，(c) のフ
ローチャートによって説明される。
【００３５】図４(a) に示されるように、ビーム径が実
質的に変化しない範囲が焦点位置０の両側に存在する。
この範囲が大きいと、温度変化等によって生じる焦点位
置のずれの影響が小さい。本発明では、焦点位置はこの
範囲を含むものとして定義される。第１の実施の形態で
は、光検出器１０が設けられる位置＋Ｚ0 は焦点位置よ
り１ｍｍから１００ｍｍの範囲でガウスビーム形状がく
ずれない位置に設定することが好ましい。＋Ｚ0 が１ｍ
ｍより小さいと、ビーム径の変化が小さく、１００ｍｍ
より大きいと、ビーム形状がガウス型から大きくくず
れ、さらに光量が減少して正確な検出が困難になる。
【００３６】図６は本発明の第２の実施の形態の光ビー
ム記録装置に使用される光検出器１０を示す。光検出器
１０を除く他の構成は第１の実施の形態と同じにつき説
明を省略する。
【００３７】この光検出器１０は２つの光電変換素子１
０ａ，１０ｂからなり、中心位置Ｘ 0 が入射した光ビー
ムｂの中心に位置し、光軸上の位置は第１の実施の形態
と同様である。一方の光電変換素子１０ｂは光フィルタ
ーで覆われている。従って、光電変換素子１０ａと等し
い光量の光ビームが照射されても光量の一部が光フィル
ターに吸収されるために、実際に光電変換素子１０ｂに
入射する光量は減少する。このため、光電変換素子１０
ａに入射する光量は常に光電変換素子１０ｂに入射する
光量よりも大きくなる。従って、第１の実施の形態と同
様にビーム径が細くなった場合は、光電変換素子１０ａ
に入射する光量が特定の光量より少なくなり、ビーム径
が太くなった場合は光電変換素子１０ｂに入射する光量
が特定の光量より多くなる。よって、前述したビーム径
信号Ｖa ，Ｖb と下限および上限の基準のビーム径信号
Ｖ1 ，Ｖ2 の関係が成立する。
【００３８】第２の実施の形態において、光フィルター
の代わりに照射光量に対して実際に光電変換素子に入射
する光量を変化させることのできる反射膜等を形成して
もよい。
【００３９】また、第２の実施の形態において、光電変
換素子１０ｂに入射する光量を制御しない場合、光電変
換素子１０ａとは感度の異なる光電変換素子１０ｂを用
いることによっても、同様の効果を得ることができる。
【００４０】さらに、第２の実施の形態において、光電
変換素子１０ｂに入射する光量を制御せず、かつ、光電
変換素子１０ａと感度の等しい光電変換素子を用いた場
合、Ｖa ＝Ｖb となる。このとき、下限および上限の基
準のビーム径信号Ｖ1 ，Ｖ2を適切に設定することによ
って同様の効果を得ることができる。即ち、ビーム径が
許容範囲にあれば、光電変換素子１０ａ，１０ｂから信
号処理回路１２ａ，１２ｂを通して出力される電圧
Ｖa ，Ｖb はＶ１＜Ｖa ＝Ｖb ＜Ｖ２となり、ビーム径
が許容範囲よりも細ければＶa ＝Ｖb ＜Ｖ１＜Ｖ２とな
り、ビーム径が許容範囲よりも大きければＶ１＜Ｖ２＜
Ｖa ＝Ｖb となる。このため、コンパレータ１３ａ，１
３ｂから出た比較信号を、第１の実施の形態と同様に制
御回路１４で処理すればよい。
【００４１】第１および第２の実施の形態において、光
検出器は、ｆθレンズから直接光ビームが入射する位置
や、シリンドリカルミラーから直接光ビームが入射する
位置や、感光体ドラムから反射した光ビームが入射する
位置に配置してもよい。さらに、ビーム径の検出の感度
を上げるか、検出を容易にするため、レンズ、ミラーな
どの光学系を付加してもよい。また、光検出器１０をビ
ーム径信号を出力する単一の光電変換素子によって構成
しても良い。
【００４２】図７は本発明の第３の実施の形態における
光ビーム記録装置を示し、図１と同一の部分には同一の
引用数字を付したので重複する説明は省略するが、副走
査方向にアレイ状に並べられた複数の光電変換素子１０
ｋを有した多分割光検出器１０、光ビームの焦点位置の
ずれおよびその方向を算出する演算回路１３、およびモ
ータ回転同期信号を発生するモータ回転同期信号発生回
路１９を有する。
【００４３】図８(a) 、(b) は感光体ドラム１１で反射
したビーム径ａ，ｂ，ｃの光ビームが多分割光検出器１
０によって受光される状態を示している。
【００４４】以下、第３の実施の形態の動作を説明す
る。
【００４５】まず、温度変化等によって光ビームのビー
ム径が変動したとき、感光体ドラム１１面からの反射光
は多分割光検出器１０に取り込まれる。多分割光検出器
１０は受光した光電変換素子１０ｋの数に応じた信号を
出力する。この出力信号は信号処理回路１２においてビ
ーム径信号とされる。ビーム径信号は演算回路１３で基
準ビーム径信号と比較され、遠焦点、合焦、近焦点の判
断が行われる。この判断結果に基づき制御回路１４はモ
ータ回転同期信号をモータ回転同期信号発生回路１９か
ら入力してビーム径を補正する制御信号を駆動回路１５
に出力する。駆動回路１５は必要な駆動電流をステッピ
ングモータ１６に供給する。このモータ駆動によりコリ
メータレンズ２が光軸方向に移動して補正が行われる。
【００４６】ビーム径の検出方法について図８(a) 、
(b) をもとに説明する。 ドラム１１面に焦点位置が一致したとき、光ビームｂ
は多分光検出器１０のｌ個の光電変換素子１０ｋで検出
される。 焦点位置がドラム１１面から光源と反対側にずれたと
き、光ビームｃは多分割光検出器１０のｍ個の光電変換
素子１０ｋで検出される。 焦点位置が感光体ドラム１１面から光源側にずれたと
き、光ビームａは多分割光検出器１０のｋ個の光電変換
素子１０ｋで検出される。
【００４７】以上の光電変換素子１０ｋの受光素子数の
検出結果に基づき、第１の実施の形態と同じように、コ
リメータレンズ２が光軸方向に変位させられ、焦点位置
のずれが補正される。
【００４８】次に、感光体ドラム１１面が移動した場合
の検出を説明する。
【００４９】図９(a) 、(b) は感光体ドラム１１の移動
により光ビーム２０の反射光ビーム２０ａ，２０ｂ，２
０ｃが副走査方向に移動した場合を示したものであり、
感光体ドラム１１面の変動により反射光ビームが２０ｂ
と２０ｃの範囲で移動する。しかし、多分割光検出器１
０が副走査方向に配置した短冊状の複数の光電変換素子
１０ｋで構成されているので、ビーム径を検知すること
ができる。
【００５０】図１０はドラム偏心が３００μｍのとき、
感光体ドラム１１と多分割光検出器１０の間の距離Ｚｍ
ｍと、ビーム中心位置の移動量、およびビーム径の関係
を示すグラフである。検出ビーム径、および多分割光検
出器１０の配置を考慮すると、感光体ドラム１１と多分
割光検出器１０の間の距離は５０ｍｍ〜２００ｍｍが実
現しやすい距離となる。ここで感光体ドラム１１と多分
割光検出器１０の間の距離を１００ｍｍ以下としたと
き、図９(b) に示した多分割光検出器１０の副走査方向
の長さＬは、図１０で、ｌおよびｄで示されるように、
Ｌ＝４ｍｍ＋２ｍｍ＝６ｍｍとなる。即ち、ビーム径ｄ
は２ｍｍ以下であり、ビーム中心移動量ｌは４ｍｍ以下
となる。これにより必要な多分割光検出器１０の副走査
方向の長さＬはすくなくとも６ｍｍ以上は必要になる。
【００５１】図１１(a) 、(b) は感光体ドラム１１の移
動１１ｘ、１１ｙ、１１ｚにより反射光ビーム２０ｘ、
２０ｙ、２０ｚが主走査方向に移動した場合を示したも
のである。反射光ビームが主走査方向に移動することに
より、多分割光検出器１０への入射時間は変化するが、
副走査方向のビーム中心位置は変動しない。従って、主
走査方向の移動によっても、反射光ビームは多分割光検
出器１０に入射可能であり、ビーム径を検出できる。
【００５２】図１２は従来例および本発明における感光
体ドラム１１面の移動量と反射ビーム移動量の関係を示
している。通常の感光体ドラム１１面の移動量が３００
μｍ以下のとき、多分割光検出器１０に入射するビーム
の位置変動量は４ｍｍ以下になる。従来例では、検出可
能なビームの位置変動量は０．１ｍｍ以下であり、検出
不可能である。本発明では、短冊状の複数の光電変換素
子１０ｋを副走査方向に配置した多分割光検出器１０を
もちいているので、副走査方向の長さが６ｍｍ以上であ
れば、十分ビーム径検出可能となる。
【００５３】これらにより、熱等の環境変化による光ビ
ームの焦点位置のずれ、感光体ドラム１１の変動による
光ビームの焦点位置のずれを短冊状の複数の光電変換素
子１０ｋからなる１つの多分割光検出器１０で容易に検
出でき、感光体ドラム１１上でのビーム径を常に一定範
囲内に保持することが可能となる。従って、高品質な印
字を実現できる。特に、光ビームの小径化においても、
常にビーム径を一定の範囲内に保持することができる。
【００５４】次に、感光体ドラム１１面からの反射光ビ
ームを検出する時間間隔について説明する。
【００５５】図１３(a) は光ビーム２０のビーム径が５
０μｍ以上（画素密度が６００ｄｐｉ以下）の場合の許
容可能な焦点位置のずれ量（焦点深度）Ｆｄ1 と、感光
体ドラム１１面の偏心による焦点位置のずれ量ＤE と、
熱による焦点位置のづれ量Ｄ T を示している。この場
合、ＤE ≪Ｆｄ1 であるので、熱による焦点位置のずれ
量ＤT だけを補正すれば良い。ここで、ｔａは反射光ビ
ームを検出すべき時間間隔であり。ｔ3 は熱による焦点
位置のずれ量が焦点深度になる時間であり、ｔ4は感光
体ドラム１１の１回転の周期である。
【００５６】図１４(a) は熱による焦点位置のずれ量の
時間的変化を示しており、前述した時間ｔ3 と焦点深度
の関係が明確にされている。
【００５７】本発明の第３の実施の形態では、検出時間
ｔａを熱による焦点位置のずれ量が焦点深度に達する時
間ｔ3 以下になるように設定する（ｔａ≦ｔ3 ）。これ
によって、光ビーム２０のビーム径が５０μｍ以上の光
ビーム記録装置において、光ビーム２０の焦点位置がず
れても、画質が影響されるのを防ぐことができる。
【００５８】図１３(b) は光ビーム２０のビーム径が５
０μｍ以下（画素密度が６００ｄｐｉ以上）の場合の許
容可能な焦点位置のずれ量（焦点深度）Ｆｄ2 と、感光
体ドラム１１面の偏心による焦点位置のずれ量ＤE を示
している。これはビーム径が小になると、焦点深度が小
さくなって焦点位置の許容のずれ量が小になることを示
すものである。従って、偏心に基づく焦点位置のずれ量
ＤE が無視できなくなる。
【００５９】図１４(b) は感光体ドラム１１の偏心によ
る焦点位置のずれ量が焦点深度にほぼ等しくなる時間が
感光体ドラム１１の回転周期ｔ4 と等しいことを示すも
のである。感光体ドラム１１の１回転周期には、１回転
周期を図１４(b) のようにとったときは、極大値と極小
値が存在し得る。
【００６０】本発明の第３の実施の形態では、前述した
理由により、反射光ビームを検出する時間ｔｂを、感光
体ドラム１１の１回転周期の１／２以下に設定する（ｔ
ｂ≦ｔ4 ／２）。これによって、光ビーム２０のビーム
径が５０μｍ以下の光ビーム記録装置において、光ビー
ム２０の焦点位置がずれても、画質が影響されるのを防
ぐことができる。
【００６１】図１５は回転中の感光体ドラム１１を示
し、前述した検出時間ｔａ、ｔｂに対応した感光体ドラ
ム１１の回転角度が算出される。この演算はモータ回転
同期信号発生回路１９よりモ０タ回転同期信号を入力す
る制御回路１４で行われる。制御回路１４は、この演算
結果に基づいて多分割光検出器１０および信号処理回路
１２を制御バス（図示せず）を介して制御し、感光体ド
ラム１１の対応する検出点Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，・・・・
・で反射される光ビーム２０の反射光ビームに基づく出
力信号を多分割光検出器１０に出力させ、信号処理回路
１２にビーム径信号を出力させる。これ以降の動作は前
述した通りである。
【００６２】図１６(a) は本発明の第４の実施の形態の
光ビーム記録装置に用いられる多分割光検出器１０を示
す。多分割光検出器１０を除く他の構成は図７に示され
る光ビーム記録装置に同じにつき説明および図示は省略
する。
【００６３】この多分割光検出器１０は主走査線Ｓと直
交する方向（副走査方向）に所定の間隔を置いて配置さ
れた複数の光電変換素子１０ｋを有する。複数の光電変
換素子１０ｋはそれぞれアドレスＡ0 ，Ａ1 ．・・・Ａ
k ・・・を有する。
【００６４】以上の構成において、多分割光検出器１０
に反射光ビームａが入射すると、図１６(b) に示される
ように、反射光ビームａの中心に位置するアドレスＡk
の光電変換素子１０ｋによって光強度Ｐａが検出され
る。この光強度Ｐａは基準の光強度の上限値および下限
値と比較され、上限値より大であるという比較結果によ
りコリメータレンズ２が光源側に変位させられる。これ
は遠焦点状態を補正したことになる。
【００６５】一方、反射光ビームｂの光強度Ｐｂが検出
されると、基準の光強度の上限値および下限値と比較さ
れ、両者の範囲に入っているという比較結果によりコリ
メータレンズ２は変位させられない。これは合焦状態を
検出したことになる。
【００６６】また、反射光ビームｃの光強度Ｐｃが検出
されると、基準の光強度の上限値および下限値と比較さ
れ、下限値より小であるという比較結果によりコリメー
タレンズ２は光源の反対側へ変位させられる。これは近
焦点状態を補正したことになる。
【００６７】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の光ビーム焦
点位置検出装置、光ビーム照射装置、および光ビーム記
録装置によると、光ビームの焦点位置とは異なる拡散側
あるいは収束側に光検出器を配置したので、焦点位置の
ずれとともにその方向を検出することができ、また、光
ビームの拡散側あるいは収束側おいてビーム径の変化率
の大きい位置に光検出器を配置すれば、焦点位置のずれ
量を高い精度で検出することができ、更に、光検出器を
主走査方向に長く伸びた形状にすることができるので、
十分な入射光量を得ることができ、かつ、副走査方向の
ビーム径を検出するので、光検出器および制御回路に高
速応答性を有するものを使用する必要がない。同時に、
光ビームの最大強度の領域を除く外縁部を検出している
ので、光検出器に入射する光ビームの光量変化率を増幅
して検出することができる。従って、高精細画像の記録
においても品質の高い画像を提供することができる。ま
た、本発明の光ビーム焦点位置検出装置、光ビーム照射
装置、および光ビーム記録装置によると、副走査方向に
長く伸びた多分割光検出器を使用しているので、熱等の
環境変化による焦点位置のずれや、感光体ドラム面の偏
心による焦点位置のずれ等を的確に検出することがで
き、高精細画像の記録においても品質の高い画像を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光ビーム記
録装置を示す説明図。
【図２】第１の実施の形態における光検出器とその入射
光ビームの強度分布を示す説明図。
【図３】第１の実施の形態において、光検出器の光電変
換素子が配置される位置の中心からの距離と、入射光量
の関係を示すグラフ。
【図４】(a) は光検出器が配置される位置と、ビーム径
の関係を示すグラフ。(b) は光検出器の位置と、ビーム
径に応じて変化する光ビームの焦点位置と、ビーム径の
関係を示すグラフ。(c) は焦点位置のずれ量と、ビーム
径の変化率の関係を示すグラフ。
【図５】(a) は光ビームの焦点位置のずれと、光検出器
の位置の関係を示す説明図。(b) および(c) は焦点位置
のずれを補正する制御を示すフローチャート。
【図６】本発明の第２の実施の形態の光ビーム記録装置
に使用される光検出器と、その入射光ビームの強度分布
を示す説明図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の光ビーム記録装置
を示す説明図。
【図８】(a) および(b) は第３の実施の形態における多
分割光検出器と、そこに入射するビーム径の異なった光
ビームの関係を示す説明図。
【図９】(a) および(b) は偏心した感光体ドラム面によ
って反射される光ビームと、多分割光検出器の関係を示
す説明図。
【図１０】感光体ドラムと多分割光検出器の間の距離
と、光ビーム中心移動量およびビーム径の関係を示すグ
ラフ。
【図１１】(a) および(b) は移動した感光体ドラム面に
よって反射される光ビームと、多分割光検出器の関係を
示す説明図。
【図１２】感光体ドラム面の移動量と多分割光検出器に
入射する光ビームの位置変動量の関係を示すグラフ。
【図１３】(a) および(b) は発生する焦点位置のずれ量
と、許容可能な焦点位置のずれ量の関係を示す説明図。
【図１４】(a) および(b) は時間と、焦点位置のずれ量
との関係を示す説明図。
【図１５】反射光ビームを検出する多分割光検出器と、
感光体ドラムの検出点の関係を示す説明図。
【図１６】(a) は本発明の第４の実施の形態における光
ビーム記録装置に使用される多分割光検出器を示す説明
図。(b) は(a) の多分割光検出器に入射する光ビームの
強度分布を示す説明図。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ ２ コリメータレンズ ３ シリンドリカルレンズ ４ 反射ミラー ５ ポリゴンミラー ６，７ ｆθレンズ ８ シリンドリカルミラー ９ 反射ミラー １０ 光検出器 １０ａ，１０ｂ，１０ｋ 光電変換素子 １１ 感光体ドラム １２ 信号処理回路 １３ 演算回路 １３ａ，１３ｂ コンパレータ １４ 制御回路 １５ 駆動回路 １６ ステッピングモータ １７ マウント １８ 変位部材 １９ モータ回転同期信号発生回路 ２０ 光ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−36603（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−36312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−31911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−81873（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−65920（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 3/00 - 3/32 G02B 7/11 G03B 3/00 - 3/12 B41J 3/00 H01L 31/16

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源から出射され、集光光学系によって
    集光された光ビームの焦点位置を検出する光ビーム焦点
    位置検出装置において、 前記光ビームの光路において前記光ビームが前記集光光
    学系から前記焦点位置に向かって収束する収束側領域、
    あるいは前記光ビームが前記焦点位置から拡散する拡散
    側領域に設けられ、前記光ビームを受光してそのビーム
    径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム検出手段
    と、 前記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を
    所定のビーム径と比較し、その差に応じて前記光ビーム
    の前記焦点位置と所定の焦点位置との位置関係を表す焦
    点位置信号を出力する焦点位置検出手段を備え、 前記光ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第
    １および第２の所定の間隔を置いて配置され、前記光ビ
    ームの横断面の中心領域を除く両側の外縁部を受光する
    第１および第２の光ビーム検出部を有し、 前記第１および第２の光ビーム検出部は、前記第１およ
    び第２の所定の間隔を異なった値にして配置された構成
    を有することを 特徴とする光ビーム焦点位置検出装置。
  2. 【請求項２】 光源から出射され、集光光学系によって
    集光された光ビームの焦点位置を検出する光ビーム焦点
    位置検出装置において、 前記光ビームの光路において前記光ビームが前記集光光
    学系から前記焦点位置に向かって収束する収束側領域、
    あるいは前記光ビームが前記焦点位置から拡散する拡散
    側領域に設けられ、前記光ビームを受光してそのビーム
    径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム検出手段
    と、 前記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を
    所定のビーム径と比較し、その差に応じて前記光ビーム
    の前記焦点位置と所定の焦点位置との位置関係を表す焦
    点位置信号を出力する焦点位置検出手段を備え、 前記光ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第
    １および第２の所定の間隔を置いて配置され、前記光ビ
    ームの横断面の中心領域を除く両側の外縁部を受光する
    第１および第２の光ビーム検出部を有し、 前記第１および第２の光ビーム検出部は、異なった受光
    感度を有した構成を有 することを特徴とする 光ビーム焦
    点位置検出装置。
  3. 【請求項３】 光源から出射され、集光光学系によって
    集光された光ビームの焦点位置を検出する光ビーム焦点
    位置検出装置において、 前記光ビームの光路において前記光ビームが前記集光光
    学系から前記焦点位置に向かって収束する収束側領域、
    あるいは前記光ビームが前記焦点位置から拡散する拡散
    側領域に設けられ、前記光ビームを受光してそのビーム
    径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム検出手段
    と、 前記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を
    所定のビーム径と比較し、その差に応じて前記光ビーム
    の前記焦点位置と所定の焦点位置との位置関係を表す焦
    点位置信号を出力する焦点位置検出手段を備え、 前記光ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第
    １および第２の所定の間隔を置いて配置され、前記光ビ
    ームの横断面の中心領域を除く両側の外縁部を受光する
    第１および第２の光ビーム検出部を有し、 前記第１および第２の光ビーム検出部は、その１つが受
    光量を減少させる光フィルタを有した構成を有すること
    を特徴とする 光ビーム焦点位置検出装置。
  4. 【請求項４】 光ビームを出射する光源と、 前記光ビームを所定の焦点位置に集光する集光光学系
    と、 前記光ビームの光路において前記光ビームが前記集光光
    学系から前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置に
    向かって収束する収束側領域、あるいは前記光ビームが
    前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置から拡散す
    る拡散側領域に設けられ、前記光ビームを受光してその
    ビーム径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム検出
    手段と、 前記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を
    所定のビーム径と比較して前記光ビームの焦点位置を検
    出し、その検出結果に基づいて前記光ビームの焦点位置
    と前記所定の焦点位置との位置関係を表す焦点位置信号
    を出力する焦点位置検出手段と、 前記焦点位置信号に基づいて前記集光光学系の焦点位置
    を調整して前記光ビームの前記焦点位置を前記所定の焦
    点位置に一致させる焦点位置調整手段を備え、 前記光ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第
    １および第２の所定の 間隔を置いて配置され、前記光ビ
    ームの横断面の中心領域を除く両側の外縁部を受光する
    第１および第２の光ビーム検出部を有し、 前記第１および第２の光ビーム検出部は、前記第１およ
    び第２の所定の間隔を異なった値にして配置された構成
    を有することを特徴とする光ビーム照射装置。
  5. 【請求項５】 光ビームを出射する光源と、 前記光ビームを所定の焦点位置に集光する集光光学系
    と、 前記光ビームの光路において前記光ビームが前記集光光
    学系から前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置に
    向かって収束する収束側領域、あるいは前記光ビームが
    前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置から拡散す
    る拡散側領域に設けられ、前記光ビームを受光してその
    ビーム径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム検出
    手段と、 前記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を
    所定のビーム径と比較して前記光ビームの焦点位置を検
    出し、その検出結果に基づいて前記光ビームの焦点位置
    と前記所定の焦点位置との位置関係を表す焦点位置信号
    を出力する焦点位置検出手段と、 前記焦点位置信号に基づいて前記集光光学系の焦点位置
    を調整して前記光ビームの前記焦点位置を前記所定の焦
    点位置に一致させる焦点位置調整手段を備え、 前記光ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第
    １および第２の所定の間隔を置いて配置され、前記光ビ
    ームの横断面の中心領域を除く両側の外縁部を受光する
    第１および第２の光ビーム検出部を有し、 前記第１および第２の光ビーム検出部は、異なった受光
    感度を有した構成を有することを特徴とする光ビーム照
    射装置。
  6. 【請求項６】 光ビームを出射する光源と、 前記光ビームを所定の焦点位置に集光する集光光学系
    と、 前記光ビームの光路において前記光ビームが前記集光光
    学系から前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置に
    向かって収束する収束側領域、あるいは前記光ビームが
    前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置から拡散す
    る拡散側領域に設けられ、前記光ビームを受光してその
    ビーム径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム検出
    手段と、 前記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を
    所定のビーム径と比較して前記光ビームの焦点位置を検
    出し、その検出結果に基づいて前記光ビームの焦点位置
    と前記所定の焦点位置との位置関係を表す焦点位置信号
    を出力する焦点位置検出手段と、 前記焦点位置信号に基づいて前記集光光学系の焦点位置
    を調整して前記光ビームの前記焦点位置を前記所定の焦
    点位置に一致させる焦点位置調整手段を備え、 前記光ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第
    １および第２の所定の間隔を置いて配置され、前記光ビ
    ームの横断面の中心領域を除く両側の外縁部を受光する
    第１および第２の光ビーム検出部を有し、 前記第１および第２の光ビーム検出部は、その１つが受
    光量を減少させる光フィルタを有した構成を有すること
    を特徴とする光ビーム照射装置。
  7. 【請求項７】 光ビームを出射する光源と、 前記光ビームを所定の焦点位置に集光し、かつ、所定の
    主走査領域にわたって走査する光学系と、 前記所定の主走査領域に位置し、前記光ビームによって
    照射される照射領域を前記所定の焦点位置に有した記録
    媒体と、 前記光ビームの光路において前記光ビームが前記光学系
    から前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置に向か
    って収束する収束側領域、あるいは前記光ビームが前記
    所定の焦点位置あるいはその近傍の位置から拡散する拡
    散側領域に設けられ、前記光ビームを受光してそのビー
    ム径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム検出手段
    と、 前記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を
    所定のビーム径と比較して前記光ビームの焦点位置を検
    出し、その検出結果に基づいて前記光ビームの焦点位置
    と前記所定の焦点位置との位置関係を表す焦点位置信号
    を出力する焦点位置検出手段と、 前記焦点位置信号に基づいて前記光学系の焦点位置を調
    整して前記光ビームの前記焦点位置を前記所定の焦点位
    置に一致させる焦点位置調整手段を備え、 前記光ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第
    １および第２の所定の間隔を置いて配置され、前記光ビ
    ームの横断面の中心領域を除く両側の外縁部を 受光する
    第１および第２の光ビーム検出部を有し、 前記第１および第２の光ビーム検出部は、前記第１およ
    び第２の所定の間隔を異なった値にして配置された構成
    を有することを特徴とする光ビーム記録装置。
  8. 【請求項８】 光ビームを出射する光源と、 前記光ビームを所定の焦点位置に集光し、かつ、所定の
    主走査領域にわたって走査する光学系と、 前記所定の主走査領域に位置し、前記光ビームによって
    照射される照射領域を前記所定の焦点位置に有した記録
    媒体と、 前記光ビームの光路において前記光ビームが前記光学系
    から前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置に向か
    って収束する収束側領域、あるいは前記光ビームが前記
    所定の焦点位置あるいはその近傍の位置から拡散する拡
    散側領域に設けられ、前記光ビームを受光してそのビー
    ム径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム検出手段
    と、 前記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を
    所定のビーム径と比較して前記光ビームの焦点位置を検
    出し、その検出結果に基づいて前記光ビームの焦点位置
    と前記所定の焦点位置との位置関係を表す焦点位置信号
    を出力する焦点位置検出手段と、 前記焦点位置信号に基づいて前記光学系の焦点位置を調
    整して前記光ビームの前記焦点位置を前記所定の焦点位
    置に一致させる焦点位置調整手段を備え、 前記光ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第
    １および第２の所定の間隔を置いて配置され、前記光ビ
    ームの横断面の中心領域を除く両側の外縁部を受光する
    第１および第２の光ビーム検出部を有し、 前記第１および第２の光ビーム検出部は、異なった受光
    感度を有した構成を有することを特徴とする光ビーム記
    録装置。
  9. 【請求項９】 光ビームを出射する光源と、 前記光ビームを所定の焦点位置に集光し、かつ、所定の
    主走査領域にわたって走査する光学系と、 前記所定の主走査領域に位置し、前記光ビームによって
    照射される照射領域を前記所定の焦点位置に有した記録
    媒体と、 前記光ビームの光路において前記光ビームが前記光学系
    から前記所定の焦点位置あるいはその近傍の位置に向か
    って収束する収束側領域、あるいは前記光ビームが前記
    所定の焦点位置あるいはその近傍の位置から拡散する拡
    散側領域に設けられ、前記光ビームを受光してそのビー
    ム径に応じたビーム径信号を出力する光ビーム検出手段
    と、 前記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を
    所定のビーム径と比較して前記光ビームの焦点位置を検
    出し、その検出結果に基づいて前記光ビームの焦点位置
    と前記所定の焦点位置との位置関係を表す焦点位置信号
    を出力する焦点位置検出手段と、 前記焦点位置信号に基づいて前記光学系の焦点位置を調
    整して前記光ビームの前記焦点位置を前記所定の焦点位
    置に一致させる焦点位置調整手段を備え、 前記光ビーム検出手段は、前記光ビームの主走査線と第
    １および第２の所定の間隔を置いて配置され、前記光ビ
    ームの横断面の中心領域を除く両側の外縁部を受光する
    第１および第２の光ビーム検出部を有し、 前記第１および第２の光ビーム検出部は、その１つが受
    光量を減少させる光フィルタを有した構成を有すること
    を特徴とする光ビーム記録装置。
  10. 【請求項１０】 光ビームを出射する光源と、 前記光ビームを所定の焦点位置に集光し、かつ、所定の
    主走査領域にわたって走査する光学系と、 前記所定の主走査領域に位置し、前記光ビームによって
    照射される照射領域を前記所定の焦点位置に有した記録
    媒体と、 前記記録媒体によって反射される前記光ビームの光路に
    おいて前記光ビームが前記光学系から焦点位置に収束し
    た後拡散する拡散側領域に設けられ、前記光ビームの主
    走査方向と直交する副走査方向にアレイ状に並べられた
    所定の数の光ビーム検出素子を有して前記光ビームを受
    光し、前記光ビームのビーム径に応じたビーム径信号を
    出力する多分割光ビーム検出手段と、 前記ビーム径信号を入力して前記光ビームのビーム径を
    所定のビーム径と比較して前記光ビームの焦点位置を検
    出し、その検出結果に基づいて前記光ビームの焦点位置
    と前記所定の焦点位置との位置関係を表す焦点位置信号
    を出力する焦点位置検出手段と、 前記焦点位置信号に基づいて前記光学系の焦点位置を調
    整して前記光ビームの前記焦点位置を前記所定の焦点位
    置に一致させる焦点位置調整手段を備えたことを特徴と
    する光ビーム記録装置。
  11. 【請求項１１】 前記多分割光ビーム検出手段は、前記
    光ビームを受光する前記光ビーム検出素子の数に応じた
    前記ビーム径信号を出力する構成の請求項１０記載の光
    ビーム記録装置。
  12. 【請求項１２】 前記多分割光ビーム検出手段は、前記
    光ビームを受光する複数の前記光ビーム検出素子の出力
    信号から最大値の出力信号を選択し、前記最大値出力信
    号に応じた前記ビーム径信号を出力する構成の請求項１
    ０記載の光ビーム記録装置。
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