JPH1090623A - レーザビーム走査光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焦点ずれの検出能力が高く、かつ、極めて短
時間で合焦調整が可能なレーザビーム走査光学装置を得
る。 【解決手段】 レーザダイオード１、フォーカシングレ
ンズ３、ポリゴンミラー６、ｆθレンズ７を主たる構成
要素とし、感光体ドラム３０へ画像を印字するレーザビ
ーム走査光学装置。感光体ドラム３０の表面と光学的に
略等価位置近傍にビーム検出器１００が設置されてい
る。この検出器１００は、レーザビーム走査方向ｂに対
して平行な空間格子を有する第１のフィルタ１０１と、
レーザビーム走査方向ｂに対して微小角度傾いている空
間格子を有する第２のフィルタ１０２と、微小光学系を
構成するシリンドリカルレンズ１０３，１０４と、フィ
ルタ１０１，１０２を透過したレーザビームを受光する
光電変換素子１０５とで構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビーム走査
光学装置、特に、レーザプリンタやデジタル複写機に画
像印字手段として組み込まれるレーザビーム走査光学装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザプリンタやデジタル複写機
に画像印字手段として組み込まれるレーザビーム走査光
学装置は、画質向上のために高密度での印字を可能とさ
れている。このため、被走査面（感光体）上でのレーザ
ビームのスポット径は小さくなり、焦点の許容深度が浅
くなってきている。そして、環境の変化、特に、使用中
に光学装置が発熱して光学素子やそのホルダが熱膨張を
生じると、集光位置が被走査面の前後方向にずれ、その
ずれは高画質を維持するうえで許容できなくなってき
た。

【０００３】このような問題点に対処するため、特開平
２−５１１１９号公報に記載の装置では、単一の格子フ
ィルタを備えた検出素子でレーザビームの集光状態を検
出し、レンズを最適位置に移動させている。また、特開
平４−１５５３０４号公報に記載の装置では、被走査面
の前後に配置されたナイフエッジと光電変換素子とで構
成した検出器でレーザビームの集光状態を検出し、レン
ズを最適位置へ移動させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者（特開
平２−５１１１９号公報）では、単一の格子フィルタを
用いているため、集光位置が前ピント状態か後ピント状
態かの判別ができず、レンズを前又は後に移動させて合
焦調整を行う必要があり、迅速な調整ができない。特
に、印字ページ間の短い時間（数百ミリ秒）で合焦調整
を行うことは困難であり、連続ページ印字時に焦点が微
妙にずれてしまう不都合がある。

【０００５】また、後者（特開平４−１５５３０４号公
報）では、ナイフエッジを用いているため、集光位置の
ずれが前か後かは判別できるものの、レーザビームの検
出波形が単発であり、検出値が不安定である。このた
め、検出能力が低いという不都合を有している。そこ
で、本発明の目的は、焦点ずれの検出能力が高く、か
つ、極めて短時間で合焦調整が可能なレーザビーム走査
光学装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】以上の目的を達
成するため、本発明に係るレーザビーム走査光学装置
は、被走査面と光学的等価位置の近傍に配置され、前記
レーザ光源から放射されたレーザビームを変調してモア
レ縞パターンを発生させるモアレ縞発生手段と、前記モ
アレ縞発生手段により発生したモアレ縞パターンを受光
する受光素子とを備えている。例えば、前記モアレ縞発
生手段は、レーザ光源側から順に、縞状の空間格子を有
する第１のフィルタと、該第１のフィルタの空間格子の
方向に対して微小角度傾いている縞状の空間格子を有す
る第２のフィルタとを配置して構成されている。

【０００７】また、前記第１のフィルタの縞状の空間格
子は、レーザビームの主走査方向に対して平行であって
もよいし、あるいは、副走査方向に対して平行であって
もよい。また、受光素子は、複数の受光面を有している
ことが好ましく、例えば多分割フォトダイオード、複数
のフォトダイオード、複数のラインセンサを組み合わせ
て構成したもの、エリアＣＣＤ、４分割センサ等が採用
される。

【０００８】以上の構成において、レーザ光源から放射
されたレーザビームは、モアレ縞発生手段を介して受光
素子の受光面上にモアレ縞を形成する。そして、レーザ
ビームの集光位置が受光面上の前又は後にずれると、モ
アレ縞の形状、詳しくはモアレ縞の傾きが変化する。こ
のモアレ縞の傾きの変化は、レーザビームの集光位置が
受光面の前にずれたときと、後にずれたときとでは逆に
なる。従って、モアレ縞の傾きの変化を受光素子にて検
出することで、集光位置のずれ量の測定と、集光位置の
ずれが受光面の前方か後方かを判別することができる。
従って、ビーム集光位置を調整するための調整手段を前
後いずれかの方向に駆動すれば合焦調整が完了する。

【０００９】また、本発明に係るレーザビーム走査光学
装置は、モアレ縞発生手段と受光素子との間に、縮小光
学系を配設した。ここに、縮小光学系は、例えば２枚の
シリンドリカルレンズを組み合わせて構成したものや１
枚の正レンズにて構成したものである。以上の構成によ
り、縮小化されたモアレ縞が受光面に投影される。

【００１０】また、本発明に係るレーザビーム走査光学
装置は、受光素子が、複数の受光面を有し、該受光面の
それぞれに入射したレーザビームに応じた電気信号を出
力する光電変換素子であり、この光電変換素子から出力
される各電気信号の位相差を検出する位相差検出手段を
備えている。以上の構成により、複数の受光面の出力信
号の波形の位相差によってモアレ縞の傾きの変化が検出
され、ビーム集光位置が判別される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザビーム
走査光学装置の実施形態について添付図面を参照して説
明する。

【００１２】［第１実施形態、図１〜図３９］ （レーザビーム走査光学装置の全体構成）図１におい
て、レーザビーム走査光学装置は、レーザダイオード１
と、コリメータレンズ２と、フォーカシングレンズ３
と、シリンドリカルレンズ４と、平面ミラー５とポリゴ
ンミラー６と、ｆθレンズ７（レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ
から構成されている）と平面ミラー８と、Ｓ０Ｓ用シリ
ンドリカルレンズ１６と、ＳＯＳ用光センサ１７と、ビ
ーム検出器１００とで構成されている。

【００１３】レーザダイオード１は図示しない駆動回路
に入力された印字データに基づいて変調（オン、オフ）
制御され、オン時にレーザビームを放射する。このレー
ザビームはコリメータレンズ２で略平行に収束され、フ
ォーカシングレンズ３で集光位置を調整され（以下に詳
述する）、シリンドリカルレンズ４から平面ミラー５を
介してポリゴンミラー６に到達する。

【００１４】ポリゴンミラー６は回転軸６ａを中心とし
て矢印ａ方向に一定速度で回転駆動される。レーザビー
ムはポリゴンミラー６の回転に基づいて各偏向面で等角
速度に偏向され、ｆθレンズ７に入射する。ｆθレンズ
７を透過したレーザビームは平面ミラー８で反射された
後、感光体ドラム３０上に集光され、感光体ドラム３０
上を矢印ｂ方向に走査する。ｆθレンズ７は主に前記ポ
リゴンミラー６で等角速度で偏向されたレーザビームを
被走査面（感光体ドラム３０）上での主走査速度を等速
に補正、即ち、歪曲収差を補正する機能を有している。

【００１５】感光体ドラム３０は矢印ｃ方向に一定速度
で回転駆動され、ポリゴンミラー６による矢印ｂ方向へ
の主走査とドラム３０の矢印ｃ方向への副走査によって
ドラム３０上に画像（静電潜像）が形成される。また、
レーザビームの主走査方向先端部のレーザビームはミラ
ー１５で反射され、ＳＯＳ用シリンドリカルレンズ１６
を透過してＳＯＳ用光センサ１７へ入射する。ＳＯＳ用
光センサ１７から出力されるビーム検出信号は、１走査
ラインごとに印字開始位置を決めるための垂直同期信号
を発生させる。

【００１６】フォーカシングレンズ３はベース板２０上
に取り付けられ、ベース板２０の側面に形成したラック
２０ａにはステッピングモータ２１の出力ピニオン２２
が噛合している。信号処理回路２４，制御回路２５及び
フォーカシングレンズ駆動制御部２６によってステッピ
ングモータ２１を正転あるいは逆転させることにより、
レンズ３は光軸上で前後方向に移動可能であり、この移
動によってレーザビームの感光体ドラム３０上での集光
位置が調整される。

【００１７】（ビーム検出器の説明）ビーム検出器１０
０は、被走査面と光学的に略等価位置近傍の画像エリア
外に設置され、被走査面上でのレーザビームの集光状態
を検出する。詳しくは、図１及び図２に示すように、光
軸方向に配列された格子フィルタ１０１，１０２とシリ
ンドリカルレンズ１０３，１０４と光電変換素子１０５
とで構成されている。格子フィルタ１０１，１０２はそ
れぞれ縞状の空間格子Ａ，Ｂを有し、レーザビームＬの
主走査方向ｂに対して、空間格子Ａは平行であり、空間
格子Ｂは微小角度傾いている。

【００１８】ここで、仮に、図３に示すように、格子フ
ィルタ１０１の空間格子Ａを主走査方向ｂと直角な方向
すなわち副走査方向に平行に配置した場合を考える。レ
ーザビームＬが走査されると、空間格子Ａによってレー
ザビームＬが順次遮ぎられ、一回の走査で受光面１０５
ａ，１０５ｂに入射するレーザビームＬの光量が低下す
る。そのため、モアレ縞のコントラストが低下し、光電
変換素子１０５がモアレ縞を検出することができないと
いう不具合が発生する。さらに、図４に示すように、レ
ーザビームがＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃と順次走査されていくと
（格子フィルタ１０２及びシリンドリカルレンズ１０
３，１０４は省略）、レーザビームのシフトに合わせて
モアレ縞が主走査方向ｂに微小シフトし、レーザビーム
Ｌ₁は光電変換素子１０５のＲ₁の部分を照射し、レーザ
ビームＬ₂はＲ₂の部分を照射し、レーザビームＬ₃はＲ₃
の部分を照射する。そのため、例えばｐ点は、レーザビ
ームＬ₁は照射し、レーザビームＬ₂は照射せず、レーザ
ビームＬ₃は照射するため、明減されることとなる。こ
の現象は極めて短時間内に起きるので、モアレ縞の形状
特定が困難になり、モアレ縞を検出することができな
い。

【００１９】一方、第１実施形態は図２に示すように、
格子フィルタ１０１の空間格子Ａを主走査方向ｂと平行
に配置しているので、一定の光量が常に入射し、モアレ
縞３５を精度良く検出することができる。光電変換素子
１０５は、レーザビームを受光する上下２分割された受
光面１０５ａ及び１０５ｂを有する２分割フォトダイオ
ードであり、それぞれの受光面１０５ａ，１０５ｂは受
光光量に比例した電流を出力する。

【００２０】（モアレ縞の説明）ところで、モアレ縞３
５は、以下の１次式（１）によって表示することができ
る。ここに、ｘは主走査方向ｂの座標、ｙは副走査方向
の座標、αは空間格子Ｂの微小傾き角度、ｆは受光面１
０５ａ，１０５ｂに投影された空間格子Ａのピッチ寸
法、ｇは受光面１０５ａ，１０５ｂに投影された空間格
子Ｂのピッチ寸法である。

【００２１】

【数１】

【００２２】１次式（１）において、係数｛ｃｏｓα−
（ｇ／ｆ）｝／ｓｉｎαがモアレ縞３５の傾きを意味す
る。この係数は以下のようにして導出される。図５に示
すように、受光面１０５ａ，１０５ｂに投影された空間
格子Ａ及びＢとモアレ縞の交点を原点とするｘｙ座標を
設定する。次に、空間格子Ｂの線像４１を表示する１次
式を求める。

【００２３】線像４１とｙ軸の交点のｙ座標をｈとする
と、ｇ＝ｈｓｉｎ（（π／２）−α）の関係から、ｇ＝
ｈｃｏｓαとなるので、ｈ＝ｇ／ｃｏｓαとなる。線像
４１の傾きは、図５よりｔａｎαであるから、線像４１
は以下の１次式（２）にて表示される。 ｙ＝（ｔａｎα）×ｘ＋（ｇ／ｃｏｓα） ……（２） 次に、空間格子Ａの線像４２を表示する式ｙ＝ｆと１次
式（２）の交点のｘ座標を求めると、 ｆ＝（ｔａｎα）×ｘ＋（ｇ／ｃｏｓα） ｘ＝｛ｆ−（ｇ／ｃｏｓα）｝／ｔａｎα そこで、モアレ縞３５の中心を表示する直線４３は、以
下の１次式（３）にて表示される。

【００２４】

【数２】

【００２５】従って、モアレ縞３５の傾きは｛ｃｏｓα
−（ｇ／ｆ）｝／ｓｉｎαとなる。ところで、空間格子
Ａ，Ｂのピッチ寸法をそれぞれｄ₁，ｄ₂、合焦位置から
空間格子Ａ，Ｂまでの距離をそれぞれｌ₁，ｌ₂とする
と、以下の関係式（４）が得られる。 ｆ／ｇ＝（ｌ₂ｄ₁）／（ｌ₁ｄ₂） ……（４） 式（１）と式（２）より、モアレ縞３５の傾きは、

【００２６】

【数３】

【００２７】となる。また、モアレ縞３５のピッチ寸法
をＰ、副走査方向に対してモアレ縞３５がなす角度をφ
とすると、以下の関係式（６）が得られる。 Ｐ＝（ｆ／ｓｉｎα）×ｃｏｓ（φ−α） ……（６） 図６に示すように、合焦位置Ｚ１がΔｌずれてＺ２に移
動すると、前ピントの状態となり、そのときのモアレ縞
３５の傾きは、

【００２８】

【数４】

【００２９】となる。後ピント状態のモアレ縞３５の傾
きは、

【００３０】

【数５】

【００３１】となる。（７），（８）は、ビーム検出器
１００をレーザビームＬの合焦位置（光学的等価位置）
より後方に配置した際のモアレ縞３５の傾きである。ビ
ーム検出器１００をレーザビームＬの合焦位置より前方
に配置した際には、（７），（８）において、Δｌの前
の正負の記号が逆になる。（５），（７），（８）よ
り、デフォーカスによってモアレ縞３５の傾きが変化す
ることがわかる。すなわち、合焦状態のモアレ縞３５の
明部は主走査方向ｂに対して直交し（図１２参照）、前
ピント状態のモアレ縞３５は右回転して右方に傾き（図
１３参照）、後ピント状態のモアレ縞３５は左回転して
左方に傾いている（図１４参照）。

【００３２】（レーザビームのスポット径）ここに、モ
アレ縞３５の傾き変化を精度良く検出するためのレーザ
ビームのスポット径を検討した。図７に示すように、主
走査方向（空間格子Ａの方向）において、格子フィルタ
１０１上のレーザビームＬのスポット径Ｄ_Lがモアレ縞
３５の間隔Ｑより小さくなるように設定すると、スポッ
トＬｂが二つのモアレ縞３５の間に位置した際（（ａ）
及び（ｃ）参照）、スポットＬｂとモアレ縞３５が重な
る部分は狭面積となる。従って、光電変換素子１０５の
受光光量は大きくなり、出力電流は大きくなる。一方、
スポットＬｂがモアレ縞３５の中心に位置した際
（（ｂ）参照）、スポットＬｂとモアレ縞３５が重なる
部分は広面積となる。従って、光電変換素子１０５の受
光光量は小さくなり、出力電流は小さくなる。

【００３３】図８は、受光面１０５ａ（あるいは１０５
ｂ）の出力電流を電圧に変換した出力波形を表示したグ
ラフである。図８中、（ａ），（ｃ）のポイントが、ス
ポットＬｂが二つのモアレ縞３５の間に位置した際の出
力、（ｂ）のポイントがモアレ縞３５の中心に位置した
際の出力である。これとは逆に、図９に示すように、格
子フィルタ１０１上のレーザビームＬのスポット径Ｄ_L
がモアレ縞３５の間隔Ｑより大きくなるように設定する
と、スポットＬｂが二つのモアレ縞３５の間に位置した
際（（ａ）及び（ｃ）参照）、スポットＬｂとモアレ縞
３５が重なる部分の方が広くなるが、光電変換素子１０
５の受光光量はあまり小さくならない。一方、スポット
Ｌｂがモアレ縞３５の中心に位置した際（（ｂ）参
照）、スポットＬｂとモアレ縞３５が重ならない部分の
方が広くなるが、光電変換素子１０５の受光光量はあま
り大きくならない。

【００３４】図１０は、受光面１０５ａ（あるいは１０
５ｂ）の出力電流を電圧に変換した出力波形を表示した
グラフである。図１０中、（ａ），（ｃ）のポイント
が、スポットＬｂが二つのモアレ縞３５の間に位置した
際の出力、（ｂ）のポイントがモアレ縞３５の中心に位
置した際の出力である。図８と図１０のグラフを比較す
ると、主走査方向（空間格子Ａの方向）のモアレ縞３５
の間隔Ｑが、格子フィルタ１０１上のレーザビームＬの
スポット径Ｄ_Lより大きく設定されている方が、出力波
形のコントラストがよく、モアレ縞３５の傾き変化を精
度良く検出できることがわかる。

【００３５】さらに、具体的数値を用いて詳説する。前
記図５において、モアレ縞３５のピッチ寸法Ｐが前記関
係式（６）にて得られるので、主走査方向（空間格子Ａ
の方向）のモアレ縞３５の間隔Ｑは、 Ｑ＝Ｐ／ｃｏｓφ ＝（ｆ／ｃｏｓφ・ｓｉｎα）×ｃｏｓ（φ−α） となる。従って、モアレ縞３５の間隔Ｑを格子フィルタ
１０１上のレーザビームＬのスポット径Ｄ_Lより大きく
するには、以下の関係式（９）を満足すればよいことに
なる。

【００３６】 Ｄ_L＜（ｆ／ｃｏｓφ・ｓｉｎα）×ｃｏｓ（φ−α）…（９） 以上の結果より、格子フィルタ１０１上の主走査方向の
スポット径Ｄ_Lを、関係式（９）が満足するように設定
すれば、出力波形のコントラストが向上し、モアレ縞３
５の傾き変化を精度良く検出することができる。 （空間格子のピッチ誤差について）また、モアレ縞３５
は、レーザビームの合焦状態が変化する場合の他に、格
子フィルタ１０１，１０２の空間格子Ａ、Ｂのピッチ誤
差によっても傾きが変化してしまう。すなわち、空間格
子Ａ，Ｂのピッチ誤差Δｄ₁，Δｄ₂によるモアレ縞３５
の傾き変化への影響を実験したところ、空間格子Ａのピ
ッチ誤差Δｄ₁が小さくても、空間格子Ｂのピッチ誤差
Δｄ₂が大きいと、モアレ縞３５の傾き変化に大きな影
響を与えることがわかった。この実験結果から、焦点ず
れを安定して検出するためには、空間格子Ｂのピッチ誤
差Δｄ₂が以下の関係式（１０）を満足していることが
必要である。ここに、Δｌ₁はビーム合焦位置から格子
フィルタ１０１までの間隔のずれ、Δｌ₂はビーム合焦
位置から格子フィルタ１０２までの間隔のずれである。

【００３７】 ｄ₂−｛（ｌ₂−Δｌ₂）／（ｌ₁−Δｌ₁）｝・ｄ₁＜Δｄ₂…（１０） 関係式（１０）は、モアレ縞３５の傾き変化に対する合
焦位置ずれΔｌによる寄与と空間格子Ｂのピッチ誤差Δ
ｄ₂による寄与とを比較した結果から導出された式であ
る。この関係式（１０）を満足するピッチ誤差Δｄ₂で
あれば、合焦位置ずれΔｌによるモアレ縞３５の傾き変
化が、ピッチ誤差Δｄ₂によるモアレ縞３５の傾き変化
より大きくなり、焦点ずれを精度良く検出することがで
きる。

【００３８】また、関係式（１１）は、光電変換素子１
０５の受光面１０５ａ，１０５ｂに検出可能なモアレ縞
３５を形成するための条件である。 Δｄ₂＜ｄ₂−（ｌ₂／ｌ₁）・ｄ₁…（１１） この関係式（１１）を満足するピッチ誤差Δｄ₂であれ
ば、ピッチ誤差Δｄ₂によるモアレ縞３５の傾き変化が
大きくなり過ぎて焦点ずれが検出不可能になる心配がな
く、安定して焦点ずれを検出することができる。

【００３９】さらに、具体的に数値を用いて詳説する。
空間格子Ａのピッチ寸法ｄ₁を１２５μｍ、空間格子Ｂ
のピッチ寸法ｄ₂を２５０μｍ、合焦位置から空間格子
Ａまでの距離ｌ₁を４０ｍｍ、合焦位置から空間格子Ｂ
までの距離ｌ₂を８０ｍｍとした場合、比較的低解像度
（例えば５００ｄｐｉ以下）の走査光学装置に使用され
る格子フィルタ１０２の空間格子Ｂのピッチ誤差Δｄ₂
は、合焦位置ずれΔｌが通常、この走査光学装置の焦点
深度、すなわち２．０ｍｍ程度を越えないように設定さ
れる。従って、ピッチ誤差Δｄ₂は関係式（１０）、
（１１）より、以下の条件を満足する必要がある。この
条件は、距離ｌ₁，ｌ₂が小さくなり過ぎないため、コン
トラストのはっきりしたモアレ縞３５を得ることができ
る条件でもある。

【００４０】−０．６３μｍ＜Δｄ₂＜０ また、ピッチ誤差Δｄ₂による合焦位置ずれΔｌが高解
像度（例えば６００ｄｐｉ）の走査光学位置の焦点深
度、すなわち０．２ｍｍ程度を越えないようにするに
は、ピッチ誤差Δｄ₂は関係式（１０），（１１）か
ら、 −６．５３μｍ＜Δｄ₂＜０ となる。さらに、信頼性を向上させるために、ピッチ誤
差Δｄ₂による合焦位置ずれΔｌを０．０２ｍｍ程度に
抑えるためには、ピッチ誤差Δｄ₂は関係式（１０），
（１１）から、 −０．０６μｍ＜Δｄ₂＜０ となる。ピッチ誤差Δｄ₂による合焦位置ずれΔｌを
０．０２ｍｍ程度に抑えることができれば、光電変換素
子１０５等の取付け許容誤差を大きくとることができ、
実用上有効である。

【００４１】（縮小光学系の説明）ところで、焦点ずれ
の検出精度を向上させるためには、デフォーカス量に対
するモアレ縞の傾き角度を大きくするとよい。そのため
には、第１のフィルタの空間格子に対して、第２のフィ
ルタの空間格子の傾き角度を小さく設定すればよい。し
かし、単に傾き角度を小さくしただけでは、モアレ縞の
ピッチが大きくなり、光電変換素子の受光面に形成され
るモアレ縞の本数が減少して光電変換素子への情報量の
低下を招き、誤検出を生じ易くなる。また、２枚の格子
フィルタによって発生するモアレ縞の大きさと比較して
光電変換素子の受光面が小さ過ぎることがある。この場
合、光量の損失が大きく、コントラストが出にくいとい
う不具合が生じる。そこで、これらの不具合を解消する
ために、第１実施形態では縮小光学系をなすシリンドリ
カルレンズ１０３と１０４を備えている。

【００４２】シリンドリカルレンズ１０３と１０４は、
シリンドリカルレンズ１０３が主走査方向ｂにのみ集光
作用をもち、シリンドリカルレンズ１０４が副走査方向
ｃにのみ集光作用をもつ。従って、二つの格子フィルタ
１０１，１０２を透過したレーザビームＬはシリンドリ
カルレンズ１０３，１０４によって集光された後、光電
変換素子１０５の受光面１０５ａ及び１０５ｂにモアレ
縞３５を形成する。そして、焦点ずれの検出精度を向上
させるために２枚の格子フィルタ１０１と１０２の空間
格子の傾き角度を小さくしても、モアレ縞がシリンドリ
カルレンズ１０３，１０４によって縮小化されて光電変
換素子１０５の受光面１０５ａ，１０５ｂに到達する。
従って、小型の光電変換素子１０５で、モアレ縞の光量
を損失させることなく、焦点ずれの検出精度を向上させ
ることができる。

【００４３】このように、縮小光学系を２枚のシリンド
リカルレンズ１０３，１０４で構成することにより、主
走査方向及び副走査方向のモアレ縞の縮小倍率を容易に
異ならせることができる。主走査方向及び副走査方向の
縮小倍率を異ならせることができると、光電変換素子１
０５の受光面１０５ａ，１０５ｂの大きさに応じて、適
切な本数、大きさのモアレ縞を投影することができ、望
ましい。このような縮小光学系は、主走査方向と副走査
方向とで倍率が異なるアナモフィックレンズで構成して
も同様の効果を得ることができるが、この場合、主走査
方向と副走査方向とを同時に調整しなければならないた
め、２枚のシリンドリカルレンズを使用する場合と比較
して、受光面１０５ａ，１０５ｂに対する位置決めが難
しくなる。なお、光電変換素子１０５の受光面１０５
ａ，１０５ｂに適切なモアレ縞が投影できるのであれ
ば、縮小光学系を１枚の正の屈折力を有するレンズで構
成してもよい。

【００４４】さらに、具体的に数値を用いて詳説する。
空間格子Ａのピッチ寸法ｄ₁を１２５μｍ、空間格子Ｂ
のピッチ寸法ｄ₂を２５０μｍ、空間格子Ｂの微小傾き
角度αを４度、合焦位置から空間格子Ａまでの距離ｌ₁
を４０ｍｍ、合焦位置から空間格子Ｂまでの距離ｌ₂を
８０ｍｍとした場合、モアレ縞３５の傾きは前記関係式
（５）から、以下の数値が得られる。

【００４５】［ｃｏｓα−｛（ｌ₁ｄ₂）／（ｌ
₂ｄ₁）｝］／ｓｉｎα＝−０．０３５ 従って、ｔａｎφ＝−０．０３５となり、φ＝−２
［度］となる。これにより、モアレ縞３５の傾きは、−
８８［度］となる。一方、合焦位置から光電変換素子１
０５までの距離をｌ₃とすると、モアレ縞３５のピッチ
寸法Ｐは、ｆ＝ｌ₃ｄ ₁／ｌ₁であるから、前記関係式
（６）より、以下の数値が得られる。

【００４６】Ｐ＝（ｆ／ｓｉｎα）×ｃｏｓ（φ−α）
＝３．５６［ｍｍ］ ここに、光電変換素子１０５として、幅が３ｍｍ、高さ
が１ｍｍの２分割フォトダイオードを用いた場合、仮に
レーザビーム走査光学装置がシリンドリカルレンズ１０
３，１０４を有さないと、ピッチ寸法Ｐが３．５６ｍｍ
のモアレ縞は１本しか光電変換素子１０５で受光するこ
とができない。また、前記条件で発生したモアレ縞は、
光電変換素子１０５の受光面位置で高さが約３ｍｍとな
る。ところが、光電変換素子１０５の高さは１ｍｍであ
るため、モアレ縞の高さの２／３が受光面から外れ、そ
の分だけ光量を損失することになる。さらにレーザビー
ムが光学系誤差または格子フィルタ、光電変換素子支持
部の製造誤差や経時変化等が原因となって副走査方向ｃ
にずれると、、格子フィルタ１０１が格子フィルタ１０
２に対して副走査方向ｃに移動することになるので、モ
アレ縞はピッチ寸法と傾き角度を維持したまま主走査方
向ｂに平行に移動し、１本のモアレ縞が受光面の端部や
中央部に移動し、検出能力が不安定となる。通常、焦点
ずれを安定して検出するためには、少なくとも３本以上
のモアレ縞が受光面に形成されることが好ましい。

【００４７】一方、レーザビーム走査光学装置が縮小光
学系のシリンドリカルレンズ１０３，１０４を有する場
合、シリンドリカルレンズ１０３の倍率は、少なくとも
３本以上のモアレ縞が光電変換素子１０５の受光面１０
５ａ，１０５ｂに投影されるように選択される。例え
ば、シリンドリカルレンズ１０３の倍率は３倍に設定さ
れる。通常、焦点ずれを安定して検出するためには、少
なくとも３本以上のモアレ縞が受光面に形成されること
が好ましいからである。また、シリンドリカルレンズ１
０４の倍率は、受光面位置のモアレ縞の高さが光電変換
素子の高さ以下になるように選択される。

【００４８】図１１は、ポリゴン回転数が約２万回転
で、受光面位置でのレーザパワーが約１ｍＷの場合の受
光面１０５ａ，１０５ｂに投影されたモアレ縞のコント
ラストを、光電変換素子１０５の出力電流を電圧に変換
して電圧差で表示したものである。図中、実線１０６ａ
が縮小光学系を有する場合、点線１０６ｂが縮小光学系
を有さない場合である。縮小光学系を有さない場合はモ
アレ縞のコントラストが電圧差として約０．２Ｖである
のに対して、縮小光学系を有する場合はモアレ縞のコン
トラストが０．５〜１．０Ｖ（図１１の場合は、約０．
５Ｖ）程度になる。

【００４９】（第１の位相差検出構成及びモアレ縞選択
手段）次に、縮小光学系によって縮小されたモアレ縞３
５のように、受光面１０５ａ，１０５ｂに複数本のモア
レ縞が存在している場合のモアレ縞３５の傾き検出方法
について図１２〜図２７を参照して説明する。レーザビ
ームの焦点位置が前ピント状態か、後ピント状態か、合
焦状態かは、モアレ縞３５が投影された受光面１０５ａ
の出力波形と受光面１０５ｂの出力波形のピーク値の位
相差から判定する。この判定結果から、フォーカシング
レンズ３の移動方向を決定し、制御信号をフォーカシン
グレンズ駆動制御部２６を介してステッピングモータ２
１に送信する。ステッピングモータ２１は正逆いずれか
の方向に回転し、フォーカシングレンズ３を光軸上で所
定量移動させる。レンズ３がレーザダイオード１から離
れる方向に移動するときは焦点が後方に調整され、近づ
く方向に移動するときは焦点が前方に調整される。レン
ズ３の１回の移動量は焦点が約０．０１ｍｍ移動する所
定の値に設定されており、このような移動を合焦状態に
達するまで繰り返す。

【００５０】前述のように、第１実施形態では合焦状態
のモアレ縞３５は主走査方向ｂに対して直交し（図１２
参照）、前ピント状態のモアレ縞３５は右方に傾き（図
１３参照）、後ピント状態のモアレ縞３５は左方に傾く
（図１４参照）ようにビーム検出器１００を設定してい
る。

【００５１】図１２〜図１４において、１０７ａ，１０
７ｂはそれぞれ受光面１０５ａ，１０５ｂの出力電流を
電圧に変換した出力波形を表示している。受光面１０５
ａ，１０５ｂに跨っているモアレ縞３５の暗部が出力波
形１０７ａ，１０７ｂの谷部に相当し、モアレ縞３５の
明部が出力波形１０７ａ，１０７ｂの山部に相当してい
る。そして、モアレ縞が前記いずれの状態であるかは、
受光面１０５ａ，１０５ｂに跨っているモアレ縞の明部
の位相差によって判別可能である。つまり、受光面１０
５ａの出力波形１０７ａと受光面１０５ｂの出力波形１
０７ｂのピーク値の位相差が０である場合（図１２参
照）は合焦状態、出力波形１０７ａが出力波形１０７ｂ
より位相差ΔＴ１だけ遅れている場合（図１３参照）は
前ピント状態、出力波形１０７ａが出力波形１０７ｂよ
り位相差ΔＴ２だけ進んでいる場合（図１４参照）は後
ピント状態と判別する。

【００５２】さらに、図１５に示した制御回路ブロック
図を参照して出力波形の処理方法を詳説する。図１５に
示した電気回路は可変増幅器２０２，２１１、遅延増幅
器２０３，２１２、比較器２０４，２１３、フリップフ
ロップ２０５，２１４、ＡＮＤ素子２０６，２０９，２
１５、タイマ２０７，２１６、ＯＲ素子２０８、プログ
ラマブルタイマ２１９、マイコン２２０、ピークホール
ド回路２２１，２２２、差分回路２２３、マイコン２２
４及びディレイ回路２２５，２２６にて構成されてい
る。比較器２０４，２１３とフリップフロップ２０５，
２１４にて受光面１０５ａ，１０５ｂからのアナログ出
力波形をデジタル信号に変え、さらにＡＮＤ素子２０
６，２０９，２１５を用いることにより、受光面１０５
ａ，１０５ｂからの出力波形をデジタル信号として処理
することができ、信頼性が高い制御系とすることができ
るからである。

【００５３】受光面１０５ａの出力波形Ｓ１は、可変増
幅器２０２及び遅延増幅器２０３により増幅された後、
それぞれの波形Ｓ２，Ｓ３は比較器２０４に入力され
る。比較器２０４は波形Ｓ２とＳ３を比較し、その出力
波形をデジタル信号Ｓ４として出力する。同様にして、
受光面１０５ｂの出力波形Ｓ５は、可変増幅器２１１及
び遅延増幅器２１２により増幅された後、それぞれの波
形Ｓ６，Ｓ７は比較器２１３に入力される。比較器２１
３は波形Ｓ６とＳ７を比較し、その出力波形をデジタル
信号Ｓ８として出力する。これらの処理により、アナロ
グ信号である出力波形Ｓ１，Ｓ５がデジタル化され、ア
ナログ波形の山や谷がデジタル信号Ｓ４，Ｓ８のＨレベ
ル（Ｈｉｇｈレベル）あるいはＬレベル（Ｌｏｗレベ
ル）の切替りポイントとなる（図２２参照）。信号Ｓ
４，Ｓ８は、それぞれディレイ回路２２５，２２６（後
述）を介してフリップフロップ２０５，２１４に入力さ
れる。

【００５４】ところで、図１６に示すように、レーザビ
ームＬのスポットＬｂは、その中心が通常光電変換素子
１０５の中心に合うように設定されている（図中Ｌｂ₁
参照）。この場合、図１７に示すように、出力波形１０
７ａ，１０７ｂのピーク値が略等しくなるため、位相差
ΔＴの検出が安定している。しかしながら、環境（温
度、湿度）の変化によって、図１６に示すように、レー
ザビームＬの光路が副走査方向にずれることがある（図
中Ｌｂ₂，Ｌｂ₃参照）_。そして、このような光路ずれが
発生すると、スポットがＬｂ₂の位置の場合には、図１
８に示すように出力波形１０７ｂのピーク値が低くな
り、スポットがＬｂ₃の位置の場合には、図１９に示す
ように出力波形１０７ａのピーク値が低くなるため、位
相差ΔＴの検出が不安定になる心配がある。

【００５５】そこで、第１実施形態では、レーザビーム
Ｌの光路が副走査方向にずれても、位相差ΔＴを常に安
定して検出するための機構を備えている。すなわち、可
変増幅器２０２，２１１の出力波形Ｓ２，Ｓ６はピーク
ホールド回路２２１，２２２に入力される。ピークホー
ルド回路２２１，２２２は、それぞれ出力波形Ｓ２，Ｓ
６のピーク値（最大電圧値）を保持し、そのピーク値を
信号Ｓ２５，Ｓ２６として出力する。信号Ｓ２５，Ｓ２
６は差分回路２２３に入力され、差分回路２２３は信号
Ｓ２５のピーク値と信号Ｓ２６のピーク値を差分し、そ
の出力信号Ｓ２７をマイコン２２４に入力する。

【００５６】マイコン２２４は、出力信号Ｓ２７に応じ
て可変増幅器２０２，２１１のそれぞれの増幅率を決定
する。このときの増幅率は、可変増幅器２０２，２１１
から出力される波形Ｓ２，Ｓ６のピーク値が略等しくな
る値である。この増幅率を信号Ｓ２８，Ｓ２９として出
力する。信号Ｓ２８，Ｓ２９はそれぞれ可変増幅器２０
２，２１１に入力され、可変増幅器２０２，２１１のゲ
イン調整が行なわる。

【００５７】これらの処理によって、たとえレーザビー
ムＬの光路が副走査方向にずれて出力波形１０７ａ，１
０７ｂのピーク値が異なっても、可変増幅器２０２，２
１１の出力波形Ｓ２，Ｓ６のピーク値は略等しくなるよ
うにすることができ、位相差ΔＴの検出を常に安定した
状態で行なうことができる。

【００５８】次に、受光面１０５ａ，１０５ｂに投影さ
れた複数本のモアレ縞の中から傾きを検出するためのモ
アレ縞を選択するモアレ縞選択手段について説明する。
モアレ縞選択手段は必ずしも必要なものではないが、仮
に、モアレ縞選択手段を有さなければ、レーザビームＬ
の光路が副走査方向にずれた場合、光電変換素子１０５
の受光面１０５ａ，１０５ｂに投影されるモアレ縞が主
走査方向に移動して、モアレ縞の一部が受光面から外れ
て出力信号の波形が歪み、モアレ縞の状態を安定して判
別することができない場合が生じる。そこで、モアレ縞
選択手段により、受光面１０５ａ，１０５ｂの所望の位
置に位置するモアレ縞を選択して、安定してモアレ縞の
状態を判別することができるようにする。

【００５９】図１５に示すように、レーザビームがＳＯ
Ｓ用光センサ１７へ入射されると、ＳＯＳ用光センサ１
７からビーム検出信号Ｓ１０が出力される。このビーム
検出信号Ｓ１０をプログラマブルタイマ２１９に入力す
る。このプログラマブルタイマ２１９は、マイコン２２
０のデータバスＳ１１によりカウント値をセットされて
いる。プログラマブルタイマ２１９は、前記ビーム検出
信号Ｓ１０の立ち上がりエッジでカウントを開始し、マ
イコン２２０からのセット値に基づいてカウントアップ
し、その出力信号Ｓ１２をフリップフロップ２０５，２
１４のクリア入力に入力することにより、各フリップフ
ロップをクリアし、Ｌレベルにする。クリアされたフリ
ップフロップ２０５，２１４は、それぞれのクロック入
力信号Ｓ４，Ｓ８の立ち下がりエッジにより、Ｌレベル
からＨレベルに変わるようにセットしておく。すなわ
ち、プログラマブルタイマ２１９のカウント値をマイコ
ン２２０によって自在にセットすることによって、出力
信号Ｓ１２のパルス幅を変え、複数本のモアレ縞の中か
ら所望の検出用モアレ縞を選択することができる。第１
実施形態では、受光面１０５ａに投影されたモアレ縞３
５の左から２番目の明部の縞の形を判別する例を示した
（図２２参照）。

【００６０】以上のように、ＳＯＳ用光センサ１７から
出力されるビーム検出信号Ｓ１０を、モアレ縞選択手段
のプログラマブルタイマ２１９のカウント開始信号とし
ても併用することで、装置の簡略化、低コスト化を図る
ことができる。また、ＳＯＳ用光センサ１７は光電変換
素子１０５に対してその位置が固定されており、レーザ
ビームの光路が副走査方向にずれても、Ｓ０Ｓ用光セン
サ１７から出力される検出信号Ｓ１０の立ち上がりエッ
ジの位置がばらつくことはない。従って、プログラマブ
ルタイマ２１９のカウント開始のタイミングがずれるこ
とはなく、選択精度の高いモアレ縞選択手段が得られ
る。

【００６１】なお、前述のモアレ縞選択手段は、ＳＯＳ
用光センサ１７を利用するものであるが、必ずしもこれ
に限定されるものではなく、図２０及び図２１に示すよ
うに、モアレ縞選択手段専用の光電変換素子１１３を用
いてもよい。光電変換素子１１３は、光電変換素子１０
５の近傍に配置され、縮小光学系であるシリンドリカル
レンズ１０３，１０４によって集光されたレーザビーム
Ｌが受光面１１３ａに入射する。特に、図２１に示した
光電変換素子１１３は、光電変換素子１０５と共に同一
基板１１５上に配設されている。

【００６２】さて、図１５において、出力信号Ｓ１２に
よりクリアされたフリップフロップ２０５は、クロック
入力信号Ｓ４の立ち下がりエッジにより、Ｑ出力から信
号Ｓ１３を出力する。同様に、フリップフロップ２１４
は、クロック入力信号Ｓ８の立ち下がりエッジにより、
Ｑ出力から信号Ｓ１４を出力する。この信号Ｓ１３と信
号Ｓ１４の立ち上がりの時間差ΔＴが正か、負か、また
は０かを判別することによって焦合状態を検出すること
ができる。従って、次に、時間差ΔＴが正か、負か、ま
たは０かを判別する方法について説明する。

【００６３】フリップフロップ２０５はＱ出力信号Ｓ１
３及びその反転出力信号Ｓ１５を出力し、フリップフロ
ップ２１４はＱ出力信号Ｓ１４及びその反転出力信号Ｓ
１６を出力する。そこで、フリップフロップ２０５の反
転出力信号Ｓ１５とフリップフロップ２１４のＱ出力信
号Ｓ１４をＡＮＤ素子２０６に入力し、論理積出力信号
Ｓ１７を出力させる。同様に、フリップフロップ２０５
のＱ出力信号Ｓ１３とフリップフロップ２１４の反転出
力信号Ｓ１６をＡＮＤ素子２１５に入力し、論理積出力
信号Ｓ１８を出力させる。

【００６４】図２２に示した前ピント状態の場合には、
ＡＮＤ素子２０６の論理積出力信号Ｓ１７は、パルス幅
がΔＴの短パルスとなる。一方、ＡＮＤ素子２１５の論
理積出力信号Ｓ１８はＬレベルの状態を維持する。すな
わち、（Ｓ１７，Ｓ１８）＝（Ｈ，Ｌ）の出力を得る。
また、後ピント状態の場合、出力信号Ｓ１７はＬレベル
の状態を維持し、出力信号Ｓ１８はパルス幅がΔＴの短
パルスとなる。すなわち、（Ｓ１７，Ｓ１８）＝（Ｌ，
Ｈ）の出力を得る。

【００６５】さらに、合焦状態の場合、ＡＮＤ素子２０
６，２１５のＩＣ特性（伝搬遅延時間）により、出力信
号Ｓ１７あるいはＳ１８のパルス幅ΔＴが短いため、Ａ
ＮＤ素子２０６，２１５のいずれの出力もＨレベルにな
らない。すなわち、（Ｓ１７，Ｓ１８）＝（Ｌ，Ｌ）の
出力を得る。ＡＮＤ素子２０６，２１５のそれぞれの論
理積出力信号Ｓ１７，Ｓ１８はタイマ２０７，２１６を
介して出力信号Ｓ１９，Ｓ２０とされた後、ＯＲ素子２
０８に入力して論理和信号Ｓ２１を出力させる。タイマ
２０７，２１６は、ＯＲ素子２０８での波形処理を容易
にするために、論理積出力信号Ｓ１７，Ｓ１８の短パル
ス信号のパルス幅ΔＴを長くするためのものである。

【００６６】論理和出力信号Ｓ２１はＡＮＤ素子２０９
の一方の入力端子に入力され、ＡＮＤ素子２０９の他方
の入力端子には、マイコン２２０のポートからの出力信
号Ｓ２２を入力させる。これにより、マイコン２２０に
よる制御を可能としている。ＡＮＤ素子２０９の論理積
出力信号Ｓ２３はモータＯＮ信号である。タイマ２１６
の出力信号Ｓ２０はモータ正転逆転信号である。

【００６７】以上のように、傾きを検出するためのモア
レ縞を選択するモアレ縞選択手段を備えることにより、
レーザビームが副走査方向にずれてモアレ縞が主走査方
向ｂに移動しても、モアレ縞選択手段によって常に受光
面の中央部に位置するモアレ縞の傾きを検出でき、安定
してモアレ縞の状態を判別することができる。

【００６８】以上の合焦動作は印字開始前と連続ページ
印字中のページ間非印字時間中に実行する。第１実施形
態によれば、前ピント状態か後ピント状態かを判別でき
るため、フォーカシングレンズ３を移動させる方向を予
め決めることができ、合焦動作は極めて短時間で済む。
また、ページ間で合焦動作を実行すると、合焦動作の時
間間隔が短いため、その間の環境変化等によるデフォー
カス量も少なく、１ステップ程度のレンズ移動でデフォ
ーカスを補正できる。このため、ページ間の非常に短い
時間でも合焦動作を確実に行うことができる。

【００６９】（ディレイ回路２２５，２２６の構成及び
機能）ところで、通常、初期状態（ベストフォーカス）
で、モアレ縞３５の傾きに合わせて光電変換素子１０５
の傾きをビーム検出器１００の構成部品１０１〜１０５
の寸法精度で最適の角度に合わせることは困難である。
また、初期状態で受光面１０５ａ，１０５ｂの出力波形
のピーク位置が等しくなるように設定できれば信号処理
が容易になる。

【００７０】そこで、第１実施形態では、図２３に示す
ように、初期状態で例えモアレ縞３５が右方に傾いて
も、ディレイ回路２２５，２２６を用いて受光面１０５
ａ，１０５ｂの出力波形のピーク位置が等しくなるよう
に電気的に処理して、合焦状態と見做すことができるよ
うにしている。すなわち、モアレ縞３５が右方に傾いて
いると、図２４に示すように、受光面１０５ａ，１０５
ｂの出力波形１０７ａ，１０７ｂの間にピーク位置のず
れが生じる。この時間差ΔＴ４をディレイ回路２２５，
２２６の遅延時間を調整して、出力波形１０７ｂのピー
ク位置を１０７ａのピーク位置にずらして信号Ｓ４，Ｓ
８がフリップフロップ２０５，２１４に時間差なく入力
されるようにする。これにより、フリップフロップ２０
５，２１４以降の信号は見掛け上合焦状態として処理す
ることができる。

【００７１】また、走査光学装置の構成部品の寸法精度
や取り付けによって、図２５に示すように、モアレ縞３
５の傾きにはバラツキが生じる。初期状態のモアレ縞３
５の目標の傾き（実線にて表示）に対して、実際のモア
レ縞３５が点線に表示された傾きを有しているとき、目
標の出力波形１０７ａ（一点鎖線にて表示）に対して実
際の出力波形１０７ａ’（点線にて表示）は時間差ΔＴ
５を生じる。従って、この時間差ΔＴ５を、ディレイ回
路２２５，２２６の遅延時間を調整することによって、
出力波形１０７ａ’のピーク位置を１０７ａのピーク位
置にずらせて０にすることができる。この結果、モアレ
縞３５の傾きを、より精度良く検出することができる。

【００７２】図２７は、ディレイ回路２２５，２２６の
具体的構成例を示したものである。インダクタＬ１，Ｌ
２，Ｌ３，…が直列に接続され、それぞれ分枝された線
に接続されたスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，Ｓ
Ｗ４，…のいずれかをマイコン２２０によってオン、オ
フ制御することによって、ディレイ回路２２５，２２６
の遅延時間を調整することができる。例えば、走査光学
装置を出荷する時に、受光面１０５ａ，１０５ｂの出力
波形１０７ａ，１０７ｂをオシロスコープでモニタし、
時間差ΔＴ４やΔＴ５が０になるように各ディレイ回路
２２５，２２６のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，…のオ
ン、オフを組み合わせる。

【００７３】以上のように、ディレイ回路２２５，２２
６を用いれば、出力波形１０７ａ，１０７ｂのピーク値
に大きな差がないので安定した制御が可能である。 （光電変換素子１０５の傾き調整）また、初期状態（ベ
ストフォーカス）で、受光面１０５ａ，１０５ｂのそれ
ぞれの出力波形のピーク位置が等しくなるようにする手
段としては、前記ディレイ回路２２５，２２６を用い
て、電気的に処理するものに限らない。例えば図２８に
示す構造の調整治具４００を用いて、モアレ縞３５の傾
きに合わせて光電変換素子１０５の傾きを最適な角度に
変えて、受光面１０５ａ，１０５ｂの出力波形のピーク
位置が等しくなるように設定してもよい。

【００７４】すなわち、光電変換素子１０５は、モアレ
縞の傾き回転方向に移動可能な状態で調整治具４００に
取付けられている。調整治具４００は、固定台４０１と
センサホルダ４０９にて構成されている。固定台４０１
はコ字形をしており、下部に一対の板ばね４０２，４０
３が対向して設けられ、中央部に軸穴４０４が設けら
れ、上部にねじ穴４０５，４０６が設けられている。ね
じ穴４０５，４０６に、それぞれねじ４０７，４０８が
螺着される。センサホルダ４０９は、背面中央部に軸４
１０が設けられており、この軸４１０が固定台４０１に
設けた軸穴４０４に嵌合する。センサホルダ４０９の正
面中央部には、光電変換素子１０５が、例えばねじ又は
接着剤等で固定されている。

【００７５】図２９に示すように、板ばね４０２，４０
３はそれぞれセンサホルダ４０９の下面に弾性的に接触
してセンサホルダ４０９を支持し、ねじ４０７，４０８
はその先端部がセンサホルダ４０９の上面を押圧してい
る。そして、ねじ４０７，４０８の送り量で、軸４１０
を支点にしてモアレ縞の傾きに合わせて光電変換素子１
０５の傾きを最適な角度に変えることができる。送り量
は、図示しないマイクロメータ等によって調整される。

【００７６】以上の構成により、図３０に示すようにビ
ーム検出器１００の構成部品１０１〜１０５の寸法精度
を厳しく制限しなくても、モアレ縞の傾きに合わせて光
電変換素子１０５の傾きを最適な角度に設定することが
でき、初期状態の設定が容易となる。また、初期状態で
受光面１０５ａ，１０５ｂのそれぞれの出力波形のピー
ク位置が等しくなるように設定できるので、信号処理も
容易になる。

【００７７】さらに、具体的に数値を用いて詳説する。
空間格子Ａのピッチ寸法ｄ₁を１２５μｍ、空間格子Ｂ
のピッチ寸法ｄ₂を２５０μｍ、空間格子Ｂの微小傾き
角度αを４度、合焦位置から空間格子Ａまでの距離ｌ₁
を４０ｍｍ、合焦位置から空間格子Ｂまでの距離ｌ₂を
８０ｍｍとした場合、モアレ縞の傾きは前記関係式
（５）から、 ［ｃｏｓα−｛（ｌ₁ｄ₂）／（ｌ₂ｄ₁）｝］／ｓｉｎα
＝−０．０３５ となる。従って、ｔａｎφ＝−０．０３５となり、φ＝
−２［度］となる。これにより、モアレ縞の傾きは、−
８８度となる。

【００７８】ここに、部品加工精度誤差により、空間格
子Ｂの微小傾き角度αが３．８度、合焦位置から空間格
子Ａまでの距離ｌ₁が４０．２ｍｍ、合焦位置から空間
格子Ｂまでの距離ｌ₂が７９．８ｍｍになったとする
と、モアレ縞の傾きは関係式（５）から、 ［ｃｏｓα−｛（ｌ₁ｄ₂）／（ｌ₂ｄ₁）｝］／ｓｉｎα
＝−０．１４７ となる。従って、ｔａｎφ＝−０．１４７となり、φ＝
−８．４［度］となる。設計値−２［度］に対して６．
４［度］も角度が変わることになり、仮に光電変換素子
１０５の傾きをモアレ縞の傾きに合わせて最適な角度に
変えることができなければ、受光面１０５ａ，１０５ｂ
のそれぞれの出力波形のピーク位置が異なったものにな
り、初期状態の設定や信号処理が煩雑となる。

【００７９】また、センサホルダ４０９の内部には、モ
アレ縞の位相差検出を行う出力信号処理回路の各電子部
品を載置した電装基板が保持されている。このように、
光電変換素子１０５と制御回路を載置した電装基板とを
一体で設けることにより、光電変換素子１０５から出力
される数多くの信号線を取り回す必要がなくなり、非常
に組み立て易いビーム検出器１００を構成することがで
きる。

【００８０】一方、光電変換素子１０５と、出力信号処
理回路の電装基板とを別体に構成してもよい。この場
合、光電変換素子１０５から出力する数多くの信号線を
センサホルダ４０９から取り回す必要があるが、光電変
換素子１０５の発熱から、電装基板上の電子部品を守る
ことができるというメリットがある。センサホルダ４０
９の構成を採用する場合、使用する光電変換素子１０５
の発熱量と電子部品の耐熱性を考慮して、上記いずれか
の構成を採用すればよい。

【００８１】（第２の位相差検出構成及びモアレ縞選択
手段）また、位相差検出構成及びモアレ縞選択手段は前
述のものに限定されるものではなく、図３１〜図３５に
示す第２の位相差検出構成及びモアレ縞選択手段であっ
てもよい。第２の位相差検出構成及びモアレ縞選択手段
において、レーザビームの焦点位置が前ピント状態か、
後ピント状態か、合焦状態かは、モアレ縞３５が投影さ
れた受光面１０５ａの出力波形と受光面１０５ｂの出力
波形の谷部（モアレ縞の暗部）の位相差から判定する。
合焦状態のモアレ縞３５は主走査方向ｂに対して直交し
（図３１参照）、前ピント状態のモアレ縞３５は右回転
して右方に傾き（図３２参照）、後ピント状態のモアレ
縞３５は左回転して左方に傾く（図３３参照）ようにビ
ーム検出器１００を設定している。

【００８２】図３１〜図３３において、モアレ縞が前記
いずれの状態であるかは、受光面１０５ａ，１０５ｂに
跨っているモアレ縞の暗部の位相差によって判別可能で
ある。つまり、受光面１０５ａの出力波形１０７ａと受
光面１０５ｂの出力波形１０７ｂの谷部の位相差が０で
ある場合（図３１参照）は合焦状態、出力波形１０７ｂ
が出力波形１０７ａより位相差ΔＴ１だけ進んでいる場
合（図３２参照）は前ピント状態、出力波形１０７ａが
出力波形１０７ｂより位相差ΔＴ２だけ進んでいる場合
（図３３参照）は後ピント状態と判別する。

【００８３】さらに、図３４に示した制御回路ブロック
図を参照して出力波形の処理方法を詳説する。図３４に
示した電気回路は増幅器２３０，２３１、遅延増幅器２
０３，２１２、比較器２０４，２１３、フリップフロッ
プ２０５，２１４，２１８、ＡＮＤ素子２０６，２０
９，２１５、タイマ２０７，２１６、ＯＲ素子２０８、
比較器２１７、プログラマブルタイマ２１９及びマイコ
ン２２０にて構成されている。

【００８４】受光面１０５ａの出力波形Ｓ１は、増幅器
２３０及び遅延増幅器２０３により増幅された後、それ
ぞれの波形Ｓ２，Ｓ３は比較器２０４に入力される。比
較器２０４は波形Ｓ２とＳ３を比較し、その出力波形を
デジタル信号Ｓ４として出力する。同様にして、受光面
１０５ｂの出力波形Ｓ５は、増幅器２３１及び遅延増幅
器２１２により増幅された後、それぞれの波形Ｓ６，Ｓ
７は比較器２１３に入力される。比較器２１３は波形Ｓ
６とＳ７を比較し、その出力波形をデジタル信号Ｓ８と
して出力する。

【００８５】次に、受光面１０５ａ，１０５ｂに投影さ
れた複数本のモアレ縞の中から傾きを検出するためのモ
アレ縞を選択するモアレ縞選択手段について説明する。
増幅器２３０から出力された増幅波形Ｓ２を、比較器２
１７へ入力する。比較器２１７は、波形Ｓ２の電圧が比
較器２１７の基準電圧Ｖ_refより大きくなると、Ｈレベ
ルとなるように設定されている。比較器２１７の出力波
形Ｓ９をフリップフロップ２１８に入力する。さらに、
フリップフロップ２１８の出力波形Ｓ１０は、プログラ
マブルタイマ２１９に入力される。このプログラマブル
タイマ２１９は、マイコン２２０のデータバスＳ１１に
よりカウント値をセットされている。

【００８６】プログラマブルタイマ２１９は、前記出力
波形Ｓ１０の立ち上がりエッジでカウントを開始し、マ
イコン２２０からのセット値に基づいてカウントアップ
し、その出力信号Ｓ１２をフリップフロップ２０５，２
１４，２１８のクリア入力に入力することにより、各フ
リップフロップをクリアし、Ｌレベルにする。クリアさ
れたフリップフロップ２０５，２１４，２１８は、それ
ぞれのクロック入力信号Ｓ４，Ｓ８，Ｓ９の立ち上がり
エッジにより、ＬレベルからＨレベルに変わるようにセ
ットしておく。すなわち、プログラマブルタイマ２１９
のカウント値をマイコン２２０によって自在にセットす
ることによって、出力信号Ｓ１２のパルス幅を変え、複
数本のモアレ縞の中から所望の検出用モアレ縞を選択す
ることができる。第１実施形態では、受光面１０５ａに
投影されたモアレ縞３５の左から２番目の暗部の縞の形
を判別する例を示した（図３５参照）。

【００８７】出力信号Ｓ１２によりクリアされたフリッ
プフロップ２０５は、クロック入力信号Ｓ４の立ち上が
りエッジにより、Ｑ出力から信号Ｓ１３を出力する。同
様に、フリップフロップ２１４は、クロック入力信号Ｓ
８の立ち上がりエッジにより、Ｑ出力から信号Ｓ１４を
出力する。この信号Ｓ１３と信号Ｓ１４の立ち上がりの
時間差ΔＴが正か、負か、または０かを判別することに
よって焦合状態を検出することができる。時間差ΔＴが
正か、負か、または０かを判別する方法については、前
記第１の位相差検出機構において詳説しているため省略
する。

【００８８】（光電変換素子及び縮小光学系の変形例）
なお、第１実施形態では光電変換素子として、受光面を
二つ有する２分割フォトダイオード１０５を用いたが、
必ずしもこれに限るものではなく、少なくとも２個の受
光面を確保することができれば、光電変換素子の数は任
意である。例えば、図３６に示すように、受光面をそれ
ぞれ一つしか有さないフォトダイオード１１６ａ，１１
６ｂ，１１６ｃを組み合わせて用いてもよい。

【００８９】また、図３７に示すように、光電変換素子
として、二つのリニアラインセンサ１１６ｄ，１１６ｅ
をそれぞれモアレ縞の回転中心から副走査方向ｃに上方
及び下方に離れた位置に主走査方向ｂと平行に設置した
ものを用いてもよい。この場合、二つの格子フィルタ１
０１，１０２を透過したレーザビームＬはシリンドリカ
ルレンズ１０３，１０４によって集光された後、リニア
ラインセンサ１１６ｄ，１１６ｅに跨っているモアレ縞
を形成する。そして、二つのリニアラインセンサ１１６
ｄ，１１６ｅの出力波形のそれぞれのピーク値の間の距
離を検出することで、モアレ縞の傾きの変化を知ること
ができる。あるいは、図３８に示すように、光電変換素
子として、エリアＣＣＤを用いることによって、情報量
を多くし、集光位置ずれの検出誤差を少なくしてもよ
い。複数ラインでモアレ縞の明部のピッチ間隔を測定
し、得られた測定値の平均を求めることができるからで
ある。

【００９０】また、縮小光学系としては、図３９に示す
ように、正レンズ１１７を用いてもよい。正レンズ１１
７は主走査方向ｂ及び副走査方向ｃに集光作用をもつの
で、二つの格子フィルタ１０１，１０２を透過したレー
ザビームＬは正レンズ１１７によって集光された後、光
電変換素子１０５の受光面１０５ａ，１０５ｂにモアレ
縞を形成する。正レンズ１１７は、主走査方向ｂと副走
査方向ｃで倍率が異なるアナモフィックレンズであって
もよい。

【００９１】［第２実施形態、図４０〜図４５］前記第
１実施形態において説明したように、環境（温度、湿
度）等の変化によって、レーザビームの光路が副走査方
向にずれると、光電変換素子からの二つの出力波形のピ
ーク値が異なったものになり（図１８、図１９参照）、
位相差ΔＴの検出が不安定になる心配がある。第１実施
形態では、可変増幅器とピークホールド回路と差分回路
等を用いることによって、二つの出力波形のピーク値を
略等しくする機構を採用している。

【００９２】第２実施形態では、第１実施形態とは異な
る機構を採用して、レーザビームの光路が副走査方向に
ずれても、位相差ΔＴを常に安定して検出することがで
きるレーザビーム走査光学装置について説明する。第２
実施形態のレーザビーム走査光学装置は、ビーム検出器
及び制御回路を残して前記第１実施形態の装置と同様の
構造を有しているので、その詳細な説明は省略する。

【００９３】図４０に示すように、ビーム検出器は４個
の光電変換素子１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃ，１１８
ｄを備えている。光電変換素子１１８ａ〜１１８ｄとし
ては、フォトダイオード等が用いられ、それぞれモアレ
縞の回転中心から副走査方向ｃに上方及び下方に離れた
位置に主走査方向ｂと平行に設置されている。このビー
ム検出器は、被走査面と光学的に略等価位置近傍に配置
され、レーザビームＬの主走査方向ｂに対して、空間格
子Ａは平行であり、空間格子Ｂは微小角度傾いている。
二つの格子フィルタ１０１，１０２を透過したレーザビ
ームＬはシリンドリカルレンズ１０３，１０４によって
集光された後、光電変換素子１１８ａ〜１１８ｄに跨っ
ているモアレ縞を形成する。

【００９４】図４１に示すように、通常、初期状態（ベ
ストフォーカス）では、レーザビームＬのビームスポッ
トＬｂは、その中心が光電変換素子１１８ｂと１１８ｃ
の間に位置するように設定されている（図中Ｌｂ₁参
照）。この場合、図４２に示すように、光電変換素子１
１８ｂ，１１８ｃのそれぞれの出力波形１１９ｂ，１１
９ｃのピーク値が高くかつ略等しい。一方、光電変換素
子１１８ａ，１１８ｄのそれぞれの出力波形１１９ａ，
１１９ｄのピーク値は低い。従って、ピーク値が高くか
つ略等しい出力波形１１９ｂと１１９ｃを選択すれば位
相差ΔＴを安定して検出することができる。

【００９５】そして、環境の変化によって、図４１に示
すように、レーザビームＬの光路が副走査方向にずれ、
ビームスポットがＬｂ₂の位置にずれたときには、図４
３に示すように、ピーク値が高くかつ略等しい出力波形
１１９ａと１１９ｂを選択すれば、位相差ΔＴを安定し
て検出することができる。また、図４１に示すように、
ビームスポットがＬｂ₃の位置にずれたときには、図４
４に示すように、ピーク値が高くかつ略等しい出力波形
１１９ｃと１１９ｄを選択すれば、位相差ΔＴを安定し
て検出することができる。

【００９６】さらに、図４５に示した制御回路ブロック
図を参照して出力波形１１９ａ〜１１９ｄの処理方法を
詳説する。図４５に示した電気回路は、増幅器２３２，
２３３、ピークホールド回路２３５ａ，２３５ｂ，２３
５ｃ，２３５ｄ及びスイッチ素子群ＳＷ（ＳＷ５〜ＳＷ
１０）等を備えている。

【００９７】光電変換素子１１８ａ〜１１８ｄからの出
力波形１１９ａ〜１１９ｄは、それぞれピークホールド
回路２３５ａ〜２３５ｄに入力される。ピークホールド
回路２３５ａ〜２３５ｄは、出力波形１１９ａ〜１１９
ｄのそれぞれのピーク値（最大電圧値）を保持し、その
ピーク値はマイコン２２０に入力される。マイコン２２
０は、ピーク値が高い隣接する光電変換素子を二つ選択
し、この二つの光電変換素子の出力波形のみが増幅器２
３２，２３３及び遅延増幅器２０３，２１２に入力され
るように、制御信号Ｓ３２を出力する。

【００９８】制御信号Ｓ３２はスイッチ素子群ＳＷに入
力され、個々のスイッチ素子ＳＷ５〜ＳＷ１０をオン、
オフ制御する。例えば、ビームスポットがＬｂ₂の位置
にずれたとき（図４１参照）には、出力波形１１９ａと
１１９ｂのピーク値が高い（図４３参照）ので、マイコ
ン２２０は光電変換素子１１８ａと１１８ｂを選択し、
制御信号Ｓ３２によってスイッチ素子ＳＷ５，ＳＷ７を
オン、スイッチ素子ＳＷ６，ＳＷ８，ＳＷ９，ＳＷ１０
をオフする。これによって、光電変換素子１１８ａから
の出力波形１１９ａが増幅器２３２及び遅延増幅器２０
３に入力され、光電変換素子１１８ｂからの出力波形１
１９ｂが増幅器２３３及び遅延増幅器２１２に入力され
る。その後、前記第１実施形態において説明したと同様
の処理によって、二つの出力波形１１９ａと１１９ｂの
ピーク値の位相差ΔＴが測定され、合焦ずれが検出され
る。

【００９９】以上のように、たとえレーザビームＬの光
路が副走査方向にずれても、光電変換素子１１８ａ〜１
１８ｄの出力波形１１９ａ〜１１９ｄのうち、ピーク値
が高い出力波形を二つ選択することで、位相差ΔＴの検
出を常に安定した状態で行うことができる。

【０１００】なお、第２実施形態では、４個の光電変換
素子を用いたが、必ずしもこれに限るものではなく、少
なくとも３個の受光面を確保することができれば光電変
換素子の数は任意である。例えば、図４６に示すよう
に、三つの受光面１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃを有し
た３分割フォトダイオード１２０を用いてもよい。ある
いは、図４７に示すように、４個のリニアラインセンサ
１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄを用いてもよ
い。この場合、４個のリニアラインセンサ１２１ａ〜１
２１ｄのそれぞれの出力波形のうち、ピーク値が高い出
力波形を二つ選択し、その二つの出力波形のピーク値間
の距離を検出することでモアレ縞の傾きの変化を知るこ
とができる。

【０１０１】［第３実施形態、図４８〜図５０］第３実
施形態は、レーザビームの副走査方向ｃの焦点ずれを検
出することができるレーザビーム走査光学装置について
説明する。第３実施形態のレーザビーム走査光学装置
は、ビーム検出器１５０及び光源制御部を残して、前記
第１実施形態の装置（特に、第２の位相差検出機構及び
モアレ縞選択手段を備えたもの）と同様の構造を有して
いるので、その詳細な説明は省略する。

【０１０２】図４８に示すように、ビーム検出器１５０
は被走査面と光学的に略等価位置近傍の画像エリア外に
設置され、光軸方向に配列された格子フィルタ１５１，
１５２とシリンドリカルレンズ１５３，１５４と光電変
換素子１５５とで構成されている。格子フィルタ１５
１，１５２はそれぞれ縞状の空間格子Ａ，Ｂを有し、副
走査方向ｃに対して、空間格子Ａは平行であり、空間格
子Ｂは微小角度傾いている。さらに、空間格子Ｂのピッ
チ誤差については、前記第１実施形態の関係式（１
０），（１１）を満足している。

【０１０３】縮小光学系をなすシリンドリカルレンズ１
５３と１５４は、シリンドリカルレンズ１５３が主走査
方向ｂにのみ集光作用をもち、シリンドリカルレンズ１
５４が副走査方向ｃにのみ集光作用をもつ。従って、二
つの格子フィルタ１５１，１５２を透過したレーザビー
ムＬはシリンドリカルレンズ１５３，１５４によって集
光された後、光電変換素子１５５の受光面１５５ａ及び
１５５ｂにモアレ縞を形成する。

【０１０４】光電変換素子１５５は、副走査方向ｃに対
して平行に２分割された受光面１５５ａ及び１５５ｂを
有する２分割フォトダイオードである。ここで、仮に主
走査方向ｂに走査されたレーザビームＬを連続して格子
フィルタ１５１，１５２に照射した場合を考える。レー
ザビームＬが走査されると、前記第１実施形態において
説明したように、レーザビームＬのシフトに合わせてモ
アレ縞が主走査方向ｂに微小シフトする（図４参照）。
このため、モアレ縞の傾きを精度良く検出するには、極
めて短時間のサンプリングが可能な光電変換素子１５５
が必要となる。しかしながら、このような機能を有する
光電変換素子１５５は高価な素子となり、レーザビーム
走査光学装置のコストアップを招く。

【０１０５】そこで、第３実施形態のレーザビーム走査
光学装置は、レーザダイオード１を１画素分だけ発光さ
せ、その１画素分のレーザビームＬのみを格子フィルタ
１５１，１５２に照射させる定点発光方式を採用した。
１画素分しかレーザビームＬを照射しないので、受光面
１５５ａ及び１５５ｂに形成されたモアレ縞は微小シフ
トせず、高価な光電変換素子を使用する必要がなくな
る。

【０１０６】さらに、図４９及び図５０を参照して定点
発光方式を詳説する。図４９に示すように、光源制御部
はＳＯＳ検出回路２７１とレーザダイオード（ＬＤ）駆
動回路２７２を備えている。なお、図４９に示した制御
回路ブロック図はＳＯＳ検出回路２７１とＬＤ駆動回路
２７２を残して、第１実施形態の図３４に示した制御回
路ブロック図と同様のものであるのでその詳細な説明は
省略する。ＳＯＳ用光センサ１７から出力されるビーム
検出信号（ＳＯＳ信号）がＳＯＳ検出回路２７１を介し
てマイコン２２０に入力される。さらに、マイコン２２
０からのＬＤ制御信号がＬＤ駆動回路２７２に入力され
る。ＬＤ駆動回路２７２のプログラマブルタイマ（図示
せず）は、前記ＬＤ制御信号によりカウントを開始す
る。このプログラマブルタイマは、ポリゴンミラー６の
回転速度を基にして導出された所定の発光タイミング時
間Ｔ１及び消灯タイミング時間Ｔ２がマイコンによりセ
ットされている。

【０１０７】ここに、発光タイミング時間Ｔ１と消灯タ
イミング時間Ｔ２の差は、１画素分のＬＤ点灯時間に相
当するように設定されている。図５０に示すように、プ
ログラマブルタイマがカウントアップして発光タイミン
グ時間Ｔ１になると、ＬＤ駆動回路２７２からオートフ
ォーカス用ＬＤＯＮ信号がレーザダイオード１に送ら
れ、レーザダイオード１を点灯させる。そして、１画素
分のＬＤ点灯時間経過後、すなわち消灯タイミング時間
Ｔ２になるとレーザダイオード１を消灯させる。すなわ
ち、レーザダイオード１はオートフォーカス用ＬＤＯＮ
信号により、画像エリア外で１画素に相当する時間で発
光し、１ドット分のレーザビームをビーム検出器１５０
に照射させる。なお、図５０において、画像エリア信号
は印字データに基づいてレーザダイオード１を変調（オ
ン、オフ）制御する信号であり、ＳＯＳ周期とは、ＳＯ
Ｓ信号の周期である。

【０１０８】以上の構成において、受光面１５５ａ，１
５５ｂは、それぞれ信号波形を出力する。この出力波形
から集光位置ずれの検出を行うことができる。すなわ
ち、出力波形のそれぞれのピーク値の位相差を検出する
ことで、モアレ縞の傾きの変化を知ることができ、その
結果、副走査方向ｃの集光位置のずれ量と集光位置のず
れが被走査面の前方か後方かを判別することができる。 ［第４実施形態、図５１〜図５７］レーザビーム走査光
学装置において、集光位置のずれが、常に、前ピント状
態か後ピント状態のいずれか一方の状態になる場合に
は、集光位置が前ピント状態か後ピント状態かの判別を
することは不必要である。

【０１０９】そこで、第４実施形態では、集光位置のず
れが、常に、前ピント状態か後ピント状態のいずれか一
方になるレーザビーム走査光学装置において、前記第１
実施形態より簡易な方法で、レーザビームの合焦状態を
検出する構成について説明する。第４実施形態では集光
位置のずれが、常に、前ピント状態になるものを例にし
て説明する。第４実施形態のレーザビーム走査光学装置
は、ビーム検出器及び制御回路を残して前記第１実施形
態の装置と同様の構造をしているので、その詳細な説明
は省略する。

【０１１０】図５１に示すように、ビーム検出器１６０
は、被走査面と光学的に略等価位置近傍に設置され、光
軸方向に配列された格子フィルタ１６１，１６２とシリ
ンドリカルレンズ１６３，１６４と光電変換素子１６５
とで構成されている。格子フィルタ１６１，１６２はそ
れぞれ縞状の空間格子Ａ，Ｂを有し、レーザビームＬの
主走査方向ｂに対して、空間格子Ａは平行であり、空間
格子Ｂは微小角度傾いている。

【０１１１】縮小光学系をなすシリンドリカルレンズ１
６３と１６４は、シリンドリカルレンズ１６３が主走査
方向ｂにのみ集光作用をもち、シリンドリカルレンズ１
６４が副走査方向ｃにのみ集光作用をもつ。従って、二
つの格子フィルタ１６１，１６２を透過したレーザビー
ムＬはシリンドリカルレンズ１６３，１６４によって集
光された後、光電変換素子１６５の受光面にモアレ縞を
形成する。光電変換素子１６５はエリアＣＣＤであり、
多くの情報量によって集光位置ずれの検出誤差を少なく
することができる。複数ラインでモアレ縞の主走査方向
の明部のピッチ間隔を測定し、得られた測定値の平均を
求めることができるからである。

【０１１２】図５２に示すように、合焦状態のモアレ縞
３５の明部は主走査方向ｂに対して直交し、図５３に示
すように、前ピント状態にデフォーカスすると、モアレ
縞３５は右回転して右方に傾くようにビーム検出器１６
０は設定される。デフォーカス状態のモアレ縞３５の明
部のピッチ間隔Ｑ₂は、合焦状態のモアレ縞３５の明部
のピッチ間隔Ｑ₁より大きくなるので、ピッチ間隔の差
Ｑ₂−Ｑ₁を求め、この差に応じてフォーカシングレンズ
３を光軸上で所定量移動させることにより、合焦状態に
することができる。そして、レーザビームが副走査方向
ｃにずれて、光電変換素子１６５の受光面に投影される
モアレ縞３５が主走査方向ｂに移動しても、モアレ縞３
５のピッチ寸法Ｑ₂は維持されるので、誤検出の心配が
ない。

【０１１３】さらに、図５４に示した制御回路ブロック
図を参照して処理方法を詳説する。図５４に示した電気
回路は、ＣＣＤドライバ２８０、Ａ／Ｄ変換器２８１、
信号処理回路２８２及びメモリ２８３にて構成されてい
る。ＣＣＤドライバ２８０及びＡ／Ｄ変換器２８１は周
知のものであり、その詳細な説明は省略する。光電変換
素子１６５の出力波形は、ＣＣＤドライバ２８０及びＡ
／Ｄ変換器２８１を介して、図５５に示すように信号出
力としてシリアルに信号処理回路２８２に入力される。
信号処理回路２８２は、信号出力の１番目のモアレ縞の
明部（山）に対し、スレッシュレベルを最初に越えた番
地（Ｍ₁番地）をメモリ２８３に格納する。次に、スレ
ッシュレベルを越えてから再びスレッシュレベルを下回
るまでの番地数ｍをカウントした後、１番目のモアレ縞
３５の明部のピーク番地｛Ｍ₁＋（ｍ／２）番地｝をメ
モリ２８３に格納する。

【０１１４】同様にして、２番目のモアレ縞３５の明部
（山）に対し、スレッシュレベルを越えた番地（Ｍ₂番
地）をメモリ２８３に格納すると共に、スレッシュレベ
ルを越えてから再びスレッシュレベルを下回るまでの番
地数ｎをカウントした後、２番目のモアレ縞３５の明部
のピーク番地｛Ｍ₂＋（ｎ／２）番地｝をメモリ２８３
に格納する。

【０１１５】次に、｛Ｍ₁＋（ｍ／２）｝−｛Ｍ₂＋（ｎ
／２）｝を算出し、モアレ縞３５の明部のピッチ間隔Ｑ
₂を求める。求めたピッチ間隔Ｑ₂と合焦状態のモアレ縞
３５の明部のピッチ間隔Ｑ₁とを比較し、その差（Ｑ₂−
Ｑ₁）を求める。算出した差（Ｑ₂−Ｑ₁）の正負に応じ
てステッピングモータ２１の正転逆転信号を生成すると
共に、差（Ｑ₂−Ｑ₁）の絶対値に応じてステッピングモ
ータ２１の回転量を決定する。次に、信号処理回路２８
２はモータ正転逆転信号及びモータ回転量信号をフォー
カシングレンズ駆動制御部２６を介してステッピングモ
ータ２１に送り、フォーカシングレンズ３を光軸上で所
定量移動させて合焦状態にする。

【０１１６】さらに、具体的に数値を用いて詳説する。
空間格子Ａのピッチ寸法ｄ₁を１２５μｍ、空間格子Ｂ
のピッチ寸法ｄ₂を２５０μｍ、空間格子Ｂの微小傾き
角度αを４度、合焦位置から空間格子Ａまでの距離ｌ₁
を４０ｍｍ、合焦位置から空間格子Ｂまでの距離ｌ₂を
８０ｍｍとした場合、モアレ縞３５の傾きは前記第１実
施形態で説明した関係式（５）から、以下の数値が得ら
れる。

【０１１７】［ｃｏｓα−｛（ｌ₁ｄ₂）／（ｌ
₂ｄ₁）｝］／ｓｉｎα＝−０．０３５ 従って、ｔａｎφ＝−０．０３５となり、φ＝−２度と
なる。これにより、モアレ縞３５の傾きは、−８８度と
なる。一方、合焦位置から光電変換素子１０５までの距
離ｌ₃を９０ｍｍとすると、モアレ縞のピッチ寸法Ｑ
₁は、ｆ＝ｌ₃ｄ₁／ｌ₁であるから、前記関係式（６）と
Ｑ₁＝Ｐ₁／ｃｏｓφより、以下の数値が得られる。

【０１１８】 Ｑ₁＝（ｆ／ｃｏｓφｓｉｎα）×ｃｏｓ（φ−α） ＝４．０１［ｍｍ］ ……（１２） 次に、環境の変化等により、合焦位置がΔｌ＝０．２ｍ
ｍずれたとすると、前記関係式（７）よりφ＝−４
［度］となるので、モアレ縞３５の傾きは−８６［度］
となる。そして、モアレ縞３５のピッチ寸法Ｑ₂は、前
記関係式（６）とＱ₂＝Ｐ₂／ｃｏｓφより、以下の数値
が得られる。

【０１１９】Ｑ₂＝３．９８［ｍｍ］ ……（１３） （１２）式と（１３）式より、合焦位置がΔｌ＝０．２
ｍｍずれたとすると、モアレ縞のピッチ寸法は０．０３
ｍｍ変化する。この変化を検知してモータの正転逆転信
号を生成し、変化量に応じてフォーカシングレンズ３を
光軸上でレーザダイオード１から離れる方向に所定量移
動させることによって前ピント状態にずれた焦点を後方
に移動させ、合焦状態にする。

【０１２０】なお、モアレ縞３５の明部のピッチ間隔Ｑ
₂を求める方法としては、ピークホールド回路を利用す
るものもある。すなわち、図５５に示した信号出力をシ
リアルにピークホールド回路に入力し、１番目のモアレ
縞３５の明部（山）のピーク値（最大電圧値）とその番
地を保持し、その番地（Ｍ₃番地）をメモリ２８３に格
納する。次に、２番目のモアレ縞３５の明部のピーク値
とその番地を保持し、その番地（Ｍ₄番地）をメモリ２
８３に格納する。次に、（Ｍ₄−Ｍ₃）を算出し、モアレ
縞３５の明部のピッチ間隔Ｑ₂を求めることができる。

【０１２１】また、第４実施形態では、光電変換素子と
してエリアＣＣＤ１６５を用いたが、必ずしもこれに限
るものではなく、例えば、図５６に示すように、リニア
ラインセンサ１６７であってもよい。この場合、リニア
ラインセンサ１６７の出力波形のピーク値間の距離を測
定して、合焦状態のときの出力波形のピーク値間の距離
との差を求め、この差に応じてフォーカシングレンズ３
を光軸上で所定量移動させて合焦状態にする。あるい
は、図５７に示すように、フォトダイオード１６８であ
ってもよい。この場合、フォトダイオード１６８の出力
波形のピークからピークまでの時間を測定して、合焦状
態のときの出力波形のピークからピークまでの時間との
差を求め、この差に応じてフォーカシングレンズ３を光
軸上で所定量移動させて合焦状態にする。

【０１２２】［第５実施形態、図５８〜図６１］第５実
施形態のレーザビーム走査光学装置は、ビーム検出器１
７０及び制御回路を残して前記第１実施形態の装置と同
様の構造を有しているので、その詳細な説明は省略す
る。

【０１２３】図５８に示すように、ビーム検出器１７０
は、被走査面と光学的に略等価位置近傍の画像エリア外
に設置され、光軸方向に配列された格子フィルタ１７
１，１７２と光電変換素子１７３とで構成されている。
格子フィルタ１７１，１７２はそれぞれ縞状の空間格子
Ａ，Ｂを有し、レーザビームＬの主走査方向ｂに対し
て、空間格子Ａは平行であり、空間格子Ｂは微小角度傾
いている。さらに、空間格子Ｂのピッチ誤差について
は、前記第１実施形態の関係式（１０），（１１）を満
足している。光電変換素子１７３は、４分割された受光
面１７３ａ〜１７３ｄを有する４分割センサであり、そ
れぞれの受光面１７３ａ〜１７３ｄは受光量に比例した
電流を出力する。

【０１２４】二つの格子フィルタ１７１，１７２を透過
したレーザビームＬは受光面１７３ａ〜１７３ｄに跨が
るモアレ縞３５を形成する。合焦状態のモアレ縞３５は
主走査方向ｂに対して直交し（図５９参照）、これに対
して前ピント状態のモアレ縞３５は右回転して右方に傾
き（図６０参照）、後ピント状態のモアレ縞３５は左回
転して左方に傾く（図６１参照）ように設定されてい
る。。

【０１２５】そして、四つの受光面１７３ａ〜１７３ｄ
のそれぞれの出力電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄは以下の
関係を有する。 合焦状態の場合、（Ｉａ＋Ｉｃ）−（Ｉｂ＋Ｉｄ）＝０ 前ピント状態の場合、（Ｉａ＋Ｉｃ）−（Ｉｂ＋Ｉｄ）
＜０ 後ピント状態の場合、（Ｉａ＋Ｉｃ）−（Ｉｂ＋Ｉｄ）
＞０ これらの出力電流Ｉａ〜Ｉｄは図１に示した信号処理回
路２４に転送され、それぞれに比例した電圧値Ｖａ，Ｖ
ｂ，Ｖｃ，Ｖｄに変換された後、（Ｖａ＋Ｖｃ）の値と
（Ｖｂ＋Ｖｄ）の値を信号処理回路２４の差分回路で処
理し、（Ｖａ＋Ｖｃ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ）の値を導出す
る。この結果は制御回路２５に転送され、制御回路２５
では転送された値に基づいてレーザビームの集光位置を
判定する。すなわち、（Ｖａ＋Ｖｃ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ）
が０であれば合焦状態と判定し、負であれば前ピント状
態と判定し、正であれば後ピント状態と判定する。

【０１２６】［第６実施形態、図６２〜図６６］モアレ
縞を検出するビーム検出器は、レーザビームの副走査方
向の光路ずれが検出精度に大きく影響する。そこで第６
実施形態は、前記第５実施形態のレーザビーム走査光学
装置の作用効果に加え、さらに副走査方向の光路ずれを
原因とする焦点ずれ検出能力の低下を防止することがで
きるレーザビーム走査光学装置について説明する。第６
実施形態のレーザビーム走査光学装置は、ビーム検出器
１８０と光路ずれを補正するためのアクチュエータ等を
残して、前記第１実施形態の装置と同様の構造を有して
いるので、その詳細な説明は省略する。

【０１２７】図６２に示すように、ビーム検出器１８０
は、被走査面と光学的にほぼ等価位置に設置され、光軸
方向に配列された格子フィルタ１８１，１８２と光電変
換素子１８３とで構成されている。格子フィルタ１８
１，１８２はそれぞれ三角形状の縞状の空間格子Ａと四
角形状の縞状の空間格子Ｂを有し、レーザビームＬの主
走査方向ｂに対して、空間格子Ａは平行であり、空間格
子Ｂは微小角度傾いている。

【０１２８】二つの空間格子Ａ，Ｂを透過したレーザビ
ームＬは光電変換素子１８３の受光面１８３ａにモアレ
縞を形成する。光電変換素子１８３には、フォトダイオ
ードやＣＣＤ等が利用される。そして、レーザビームＬ
が副走査方向に光路ずれした場合には、空間格子Ａの幅
が異なる位置をレーザビームＬが走査するため、受光面
１８３ａに形成されるモアレ縞３５の本数が変化する。
このモアレ縞の本数変化を光電変換素子１８３にて検出
することで、レーザビームＬの光路のずれ量と、光路の
ずれが副走査方向の上方か下方かを判別することができ
る。そこで、アクチュエータ（図示せず）等でビーム検
出器１８０を副走査方向に移動させて位置補正した後
で、再びビーム検出器１８０にてモアレ縞の傾きを精度
良く検出する。あるいは、予め副走査方向の光路ずれに
対するモアレ縞の補正テーブルを信号処理回路にメモリ
しておき、光電変換素子１８３にて検出されたモアレ縞
の本数変化の情報と傾き変化情報を信号処理回路にて処
理することによりモアレ縞の傾きを導出してもよい。

【０１２９】なお、副走査方向の光路ずれを原因とする
焦点ずれ検出能力の低下を防止する対策としては、他に
も種々の構成がある。例えば、図６３に示すように、光
電変換素子として、二つのリニアセンサ１８４ａ，１８
４ｂを、それぞれモアレ縞の回転中心から副走査方向に
上方及び下方に離れた位置に主走査方向ｂと平行に設置
したものを用いる。格子フィルタ１７１，１７２を透過
したレーザビームはリニアセンサ１８４ａ，１８４ｂに
跨がっているモアレ縞３５を形成する。

【０１３０】以上の構成において、リニアセンサ１８４
ａ，１８４ｂは、それぞれ例えば、図６４に示す信号波
形１８５ａ，１８５ｂを出力する。この出力波形１８５
ａ，１８５ｂから、集光位置ずれ及び光路ずれの検出を
行なうことができる。すなわち、集光位置ずれの場合に
は、出力波形１８５ａ，１８５ｂのそれぞれのピーク間
の距離Δの変化を検出することで、モアレ縞３５の傾き
の変化を知ることができ、その結果、集光位置のずれ量
と集光位置のずれが被走査面の前方か後方かを判別する
ことができる。また、光路ずれの場合には、モアレ縞３
５の回転中心の位置から出力波形１８５ａのピーク位置
までの距離とモアレ縞３５の回転中心の位置から出力波
形１８５ｂのピーク位置までの距離を比較することで、
光路ずれが副走査方向の上方か下方かを判別することが
できると共に、そのずれ量を測定することができる。

【０１３１】また、図６５に示すように、ベース板１８
８上に格子フィルタ１７１，１７２、光電変換素子１８
６及び走査位置検出器１８７を配置してもよい。走査位
置検出器１８７には、位置検出素子やＣＣＤ等が使用さ
れる。ベース板１８８にはラックが形成され、このラッ
クにステッピングモータの出力ピニオンが噛合させるこ
とにより、ビーム検出器は副走査方向に移動可能であ
る。

【０１３２】以上の構成において、走査位置検出器１８
７によって、副走査方向のレーザビームＬの走査位置を
検出し、この走査位置検出器１８７から得られる副走査
方向の光路ずれ量の情報に基づいてビーム検出器の移動
方向を決定し、ステッピングモータを正逆いずれかの方
向に回転させてビーム検出器を副走査方向に所定量移動
させる。この移動によってビーム検出器の副走査方向の
光路ずれを補正した後、ビーム検出器にてモアレ縞を検
出する。

【０１３３】あるいは、図６６に示すように、光電変換
素子１８６の近傍に走査位置検出器１９０を配置し、走
査位置検出器１９０によって副走査方向のレーザビーム
Ｌの走査位置を検出し、この走査位置検出器１９０から
得られる副走査方向の光路ずれ量の情報に基づいて、予
めメモリしておいた副走査方向の光路ずれに対するモア
レ縞の補正テーブルによって、ビーム検出器にて検出さ
れたモアレ縞の角度を補正し、モアレ縞の角度検出を精
度アップすることができる。

【０１３４】［第７実施形態、図６７〜図８４］ （レーザビーム走査光学装置の全体構成）図６７に示す
ように、第７実施形態のレーザビーム走査光学装置は、
概略、レーザダイオード５０１と、コリメータレンズ５
０２と、シリンドリカルレンズ５０３と、ポリゴンミラ
ー５０４と、トロイダルレンズ５０６と、ｆθレンズ５
０７と、ビーム検出器６００とで構成されている。

【０１３５】レーザダイオード５０１はレーザドライバ
５２５によって変調（オン、オフ）制御され、オン時に
レーザビームを射出する。レーザドライバ５２５は、フ
ラッシュメモリ５２２からプリンタ本体制御部５２４を
介して送られてきた印字データに基づいて駆動される。
レーザダイオード５０１から射出されたレーザビームは
コリメータレンズ５０２で略平行に収束され、さらに、
シリンドリカルレンズ５０３によって副走査方向に絞ら
れた後、ポリゴンミラー５０４に到達する。

【０１３６】ポリゴンミラー５０４はモータ５０５によ
って回転軸５０４ａを中心として時計方向に一定速度で
回転駆動される。レーザビームはポリゴンミラー５０４
の回転に基づいて各偏向面で等角速度に偏向され、トロ
イダルレンズ５０６及びｆθレンズ５０７に入射する。
ポリゴンミラー５０４の面倒れ補正光学系は、シリンド
リカルレンズ５０３及びトロイダルレンズ５０６にて構
成されている。ｆθレンズ５０７から出射したレーザビ
ームは感光体ドラム５３０上に集光され、感光体ドラム
５３０上を矢印ｂ方向に走査する。ｆθレンズ５０７は
主に前記ポリゴンミラー５０４で等角速度で偏向された
レーザビームを被走査面（感光体ドラム５３０）上での
主走査速度を等速に補正、すなわち、歪曲収差を補正す
る機能を有している。

【０１３７】感光体ドラム５３０は矢印ｃ方向に一定速
度で回転駆動され、ポリゴンミラー５０４による矢印ｂ
方向への主走査とドラム５３０の矢印ｃ方向への副走査
によってドラム５３０上に画像（静電潜像）が形成され
る。さらに、第７実施形態のレーザビーム走査光学装置
は、副走査方向のレーザビームの集光位置ずれを調整す
るために、シリンドリカルレンズ５０３を光軸方向に移
動させることができる移動手段５０９を設けている。移
動手段５０９は、ステッピングモータ５１８、移動用プ
レート５１９、台座５２０にて構成されている。ステッ
ピングモータ５１８のモータ軸５１８ａはねじ軸であ
り、オートフォーカス（ＡＦ）制御部５２１によってモ
ータ軸５１８ａを正転あるいは逆転させることによって
シリンドリカルレンズ５０３を乗せた台座５２０が移動
用プレート５１９上を移動する。これによって、シリン
ドリカルレンズ５０３は光軸上で前後方向に移動可能で
あり、この移動によってレーザビームの感光体ドラム５
３０上での集光位置が調整される。

【０１３８】（第１のビーム検出器）合焦状態検出のた
めの第１のビーム検出器６００は、レーザビーム走査線
の下流に被走査面と光学的に略等価位置近傍の画像エリ
ア外に設置され、被走査面上でのレーザビームの合焦状
態を検出する。詳しくは、図６７及び図６８に示すよう
に、光軸方向に配列された格子フィルタ６０１，６０２
及び光電変換素子６０３と、格子フィルタ６０１の近傍
に配置された走査位置検出器６０４とこれらの部品６０
１〜６０４を収容したケース６０５と圧電アクチュエー
タ６０６とで構成されている。格子フィルタ６０１，６
０２はそれぞれ縞状の空間格子Ａ，Ｂを有し、レーザビ
ームＬの主走査方向ｂに対して、空間格子Ａは平行であ
り、空間格子Ｂは微小角度傾いている。

【０１３９】ここで、空間格子Ａのピッチ寸法ｄ₁と空
間格子Ｂのピッチ寸法ｄ₂とを相互に異ならせることに
より、受光面６０３ａ，６０３ｂに投影されるモアレ縞
の本数を制御することができる。第７実施形態では、ｄ
₁≠ｄ₂とすることにより、ビーム検出器６００にモアレ
縞の明部を一つ投影するようにしている。光電変換素子
６０３は、受光面６０３ａ，６０３ｂを有する２分割セ
ンサであり、それぞれの受光面６０３ａ，６０３ｂは受
光光量に比例した電流を出力する。受光面６０３ａ，６
０３ｂの分割ラインは、副走査方向ｃに対して略平行で
ある。

【０１４０】二つの格子フィルタ６０１，６０２を透過
したレーザビームＬは、受光面６０３ａ，６０３ｂにモ
アレ縞３５を形成する。モアレ縞３５はデフォーカスに
よって傾きが変化する。すなわち、前ピント状態のモア
レ縞３５の明部は右回転して右方に傾き（図６９参
照）、合焦状態のモアレ縞３５の明部は主走査方向ｂに
対して直交し（図７０参照）、後ピント状態のモアレ縞
３５の明部は左回転して左方に傾いている（図７１参
照）。

【０１４１】二つの受光面６０３ａ，６０３ｂから、入
射光量に比例してそれぞれの出力電流Ｉ_a，Ｉ_bが得られ
る。これらの出力電流Ｉ_a，Ｉ_bはオートフォーカス制御
部５２１に転送され、それぞれ電圧値Ｖ_a，Ｖ_bに変換さ
れた後、Ｖ_aの値とＶ_bの値を差分回路で処理し、（Ｖ_a
−Ｖ_b）の値を導出する。この結果に基づいてレーザビ
ームの集光位置を判定する。すなわち、（Ｖ_a−Ｖ_b）が
０であれば合焦状態と判定し（図７０参照）、負であれ
ば前ピント状態と判定し（図６９参照）、正であれば後
ピント状態と判定する（図７１参照）。

【０１４２】この判定結果から、シリンドリカルレンズ
５０３の移動方向を決定し、制御信号をステッピングモ
ータ５１８に送信する。ステッピングモータ５１８は正
逆いずれかの方向に回転し、シリンドリカルレンズ５０
３を光軸上で所定量移動させる。レンズ５０３がレーザ
ダイオード５０１から離れる方向に移動するときは焦点
が後方に調整され、近づく方向に移動するときは焦点が
前方に調整される。レンズ５０３の１回の移動量は焦点
が約０．０１ｍｍ移動する所定の値に設定されており、
このような移動を合焦状態に達するため、即ち、（Ｖ_a
−Ｖ_b）が０になるまで繰り返す。

【０１４３】さらに、図７２に示したオートフォーカス
制御部５２１の電気回路図を参照してレーザビームの集
光位置を調整する手順を詳説する。２分割光センサ６０
３の各受光面６０３ａ，６０３ｂからの出力は光電変換
され、入射光量に応じた電流として出力される。従っ
て、各受光面６０３ａ，６０３ｂにモアレ縞３５の明部
が投影されると、受光面６０３ａからの出力電流Ｉ_aは
Ｉ−Ｖ（電流−電圧）変換回路７０５により電圧に変換
され、電圧出力ｖ_aとして、増幅回路７０９に入力され
る。増幅回路７０９は、電圧出力ｖ_aを増幅しＶ_aとし、
ピークホールド回路７１５に出力する。

【０１４４】同様に、受光面６０３ｂからの出力電流Ｉ
_bはＩ−Ｖ（電流−電圧）変換回路７０７により電圧に
変換され、電圧出力ｖ_bとして、増幅回路７１１に入力
される。増幅回路７１１は、電圧出力ｖ_bを増幅しＶ_bと
し、ピークホールド回路７１６に出力する。ピークホー
ルド回路７１５は、入力電圧Ｖ_aのピークをホールド
し、差分回路７１７へ出力Ｖ（Ａ）する。また、ピーク
ホールド回路７１６は、入力電圧Ｖ_bのピークをホール
ドし、差分回路７１７へ出力Ｖ（Ｂ）する。差分回路７
１７は、入力Ｖ（Ａ）とＶ（Ｂ）の差分Ｖ（Ｃ）（Ｖ
（Ｃ）＝Ｖ（Ａ）−Ｖ（Ｂ））をウインドウコンパレー
タ回路７１８及びコンパレータ回路７１９へ出力する。
差分回路７１７は、２分割光センサ６０３の受光面６０
３ａに入射した光量と６０３ｂに入射した光量との差を
検出するものであって、この差により前記したようにモ
アレ縞の形状を知ることができる。

【０１４５】さらに、デジタル的な判定として、ウイン
ドウコンパレータ回路７１８及びコンパレータ回路７１
９を用いる。ウインドウコンパレータ回路７１８は、差
分回路７１７の出力Ｖ（Ｃ）が基準電圧Ｖ_ref1〜Ｖ_ref2
の範囲内であれば、モアレ縞が縦縞であり、合焦してい
ると判定し、モータＯＮ信号をインアクティブとする。
基準電圧Ｖ_ref1〜Ｖ_ref2外であれば、合焦していないと
判定して、モータＯＮ信号をアクティブとする。このモ
ータＯＮ信号はモータ制御回路７２１へ出力される。コ
ンパレータ回路７１９は、基準電圧Ｖ_ref3（主にＶ_ref1
とＶ_ref2の中間にセットされている）により、モアレ縞
の形状が右回転しているのか、左回転しているのかを、
Ｈｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルの信号として出力す
る。これをモータ正転逆転信号とし、モータ制御回路７
２１へ出力する。

【０１４６】モータ制御回路７２１はステッピングモー
タ５１８をモータＯＮ信号やモータ正転逆転信号に基づ
いて駆動し、シリンドリカルレンズ５０３を光軸上で前
後方向に移動させて、レーザビームの感光体ドラム５３
０上での集光位置を調整する。モータＯＮ信号は、プリ
ンタ本体制御部５２４へも信号ｑとして送信されるとと
もに、プリンタ本体制御部５２４からの信号ｒによりＡ
ＮＤ素子７２０を利用してゲートがかけられ、プリンタ
本体制御部５２４に設けられたオートフォーカス解除ス
イッチ５２６（図６７参照）のＯＮ−ＯＦＦによってオ
ートフォーカス制御を行なうかどうかがコントロールさ
れる。

【０１４７】さらに、オートフォーカス制御部５２１
は、感光体ドラム５３０に対するレーザビームスポット
の位置の同期取りのため、ビーム検出用フォトダイオー
ド５１２をレーザ走査上流側に配設している。そして、
フォトダイオード５１２からのビーム検出信号はビーム
検出回路５２３を介してプリンタ本体制御部５２４に送
られる。このビーム検出信号に基づいて、レーザビーム
が画像印字エリア外に配置されているビーム検出器６０
０にも入射するように、レーザダイオード５０１を発光
させるようになっている。

【０１４８】次に、走査位置検出器６０４について説明
する。レーザビームＬの光路が副走査方向にずれると、
受光面６０３ａ，６０３ｂに投影されるモアレ縞が主走
査方向に移動して、誤検出を招く。このために、光学ユ
ニットを熱変形に強いアルミニューム等の金属材料で構
成すること等が考えられるが、製造コストがアップする
という問題があった。

【０１４９】そこで、第１のビーム検出器６００は、走
査位置検出器６０４を設けると共に、常に、レーザビー
ムＬと格子フィルタ６０１，６０２と光電変換素子６０
３の位置関係が一定になるように、走査位置検出器６０
４の出力信号に応じて格子フィルタ６０１，６０２及び
光電変換素子６０３を副走査方向に上下に移動させる機
構を設けている。

【０１５０】走査位置検出器６０４は、受光面６０４
ａ，６０４ｂを有する２分割センサであり、それぞれの
受光面６０４ａ，６０４ｂは受光光量に比例した電流を
出力する。これらの出力電流Ｉ_a，Ｉ_bはオートフォーカ
ス制御部５２１に転送され、それぞれに電圧値Ｖ_a，Ｖ_b
に変換された後、Ｖ_aの値とＶ_bの値を差分回路で処理
し、（Ｖ_a−Ｖ_b）の値を算出する。

【０１５１】通常、初期状態では、図７３に示すよう
に、受光面６０４ａ，６０４ｂの分割ラインが、レーザ
ビームＬのスポットＬｂの中心に合うように設定されて
いる。この場合、受光面６０４ａ，６０４ｂへの入射光
量が等しいので、受光面６０４ａ，６０４ｂから等しい
値の出力電流Ｉ_a，Ｉ_bが得られる。従って、（Ｖ_a−
Ｖ_b）の値は０になる。しかしながら、環境の変化によ
って、図７４に示すように、レーザビームの光路が副走
査方向の上側にずれている場合は、（Ｖ_a−Ｖ_b）が正と
なる。逆に、図７５に示すように、レーザビームの光路
が副走査方向の下側にずれている場合は、（Ｖ_a−Ｖ_b）
が負となる。従って、この結果に基づいて、常に、（Ｖ
_a−Ｖ_b）の値が０になるように、圧電アクチュエータ６
０６を駆動してビーム検出器６００を副走査方向に上下
に移動させて、レーザビームＬと格子フィルタ６０１，
６０２と光電変換素子６０３の位置関係を一定に保つよ
うにする。

【０１５２】さらに、図７６に示した走査位置検出器制
御部の電気回路図を参照してレーザビームの走査位置を
調整する手順を詳説する。２分割光センサ６０４の各受
光面６０４ａ，６０４ｂからの出力は光電変換され、入
射光量に応じた電流として出力される。従って、各受光
面６０４ａ，６０４ｂにレーザビームＬが照射される
と、受光面６０４ａからの出力電流Ｉ_aはＩ−Ｖ（電流
−電圧）変換回路７３５により電圧に変換され、電圧出
力ｖ_aとして、増幅回路７３７に入力される。増幅回路
７３７は、電圧出力ｖ_aを増幅しＶ_aとし、ピークホール
ド回路７３９に出力する。

【０１５３】同様に、受光面６０４ｂからの出力電流Ｉ
_bはＩ−Ｖ（電流−電圧）変換回路７３６により電圧に
変換され、電圧出力ｖ_bとして、増幅回路７３８に入力
される。増幅回路７３８は、電圧出力ｖ_bを増幅しＶ_bと
し、ピークホールド回路７４０に出力する。ピークホー
ルド回路７３９，７４０は、それぞれ入力電圧Ｖ_a，Ｖ_b
のピークをホールドした後、出力信号ｓ，ｔとして、プ
リンタ本体制御部５２４内のマイコン（図示せず）の入
力ポートへ出力する。マイコンは、（Ｖ_a−Ｖ_b）の差を
算出し、その結果に基づいて光路ずれがあると判定した
場合は、圧電アクチュエータ駆動信号ｕを圧電アクチュ
エータ駆動用電源５２９に出力し、圧電アクチュエータ
６０６を駆動させてビーム検出器６００を副走査方向に
上下に移動させる。

【０１５４】さらに、図７７及び図７８に示したフロー
チャートを参照しながら、合焦状態検出と合焦調整の手
順を説明する。図７７は、プリンタ本体制御部５２４の
制御手順を示したメインフローチャートである。プリン
タの電源がオンされると、ステップＳ１０１で制御プロ
グラムの初期設定が行われ、ステップＳ１０２でオート
フォーカス制御（後述）が行われる。次に、ステップＳ
１０３で、図示しない画像コントローラからシリアルデ
ータを受信し、例えばプリンタ中の場合は画像信号やタ
イミング信号等が入力される。さらに、ステップＳ１０
４で、プリント要求がされているかがチェックされ、プ
リント要求がされていれば、ステップＳ１０５で画像信
号に基づいてレーザダイオード５０１が明滅され、プリ
ント処理が行われる。次に、ステップＳ１０６で、プリ
ント中及び待機中にかかわらず必要な各種フラグのチェ
ック等の通常処理が行われ、ステップＳ１０７で、プリ
ンタ本体制御部５２４のステータスを画像コントローラ
にシリアルデータとして送信する。そして、ステップＳ
１０８で、ルーチンタイマのカウントアップをチェック
して、カウントアップしていればステップＳ１０３に戻
る。

【０１５５】図７８はオートフォーカス制御の手順を示
したフローチャートである。ステップＳ１０９で、ポリ
ゴンモータ５０５が駆動され、ステップＳ１１０でレー
ザダイオード５０１が発光状態にされる。次に、ステッ
プＳ１１１で、光路ずれが測定され、その結果、ステッ
プＳ１１２で光路ずれがあると判定された場合は、ステ
ップＳ１１３で圧電アクチュエータ６０６の駆動用電源
５２９の駆動電圧設定を行ない、再度、ステップＳ１１
１に戻り、光路ずれ測定を繰り返す。

【０１５６】ステップＳ１１２で光路ずれがないと判定
された場合は、ステップＳ１１４で焦点状態を検出し、
ステップＳ１１５で合焦状態であるかどうかの判定がさ
れる。ステップＳ１１５で、合焦状態であると判定され
た場合は、そのまま次のステップＳ１１９に進む。ステ
ップＳ１１５で、合焦状態でないと判定された場合は、
ステップＳ１１６で前ピント状態かどうかを判定し、前
ピント状態であれば、ステップＳ１１７でステッピング
モータ５１８を正転させてシリンドリカルレンズ５０３
をレーザダイオード５０１から離れる方向に移動させて
焦点を後方に調整する。ステップＳ１１６で前ピント状
態でない（すなわち後ピント状態である）と判定された
場合は、ステップＳ１１８でステッピングモータ５１８
を逆転させてシリンドリカルレンズ５０３をレーザダイ
オード５０１に近づける方向に移動させて焦点を前方に
調整する。

【０１５７】焦点位置の調整を行った後、ステップＳ１
１４に戻り、焦点状態を検出し、ステップＳ１１５で合
焦状態であるかどうかの判定がされる。合焦状態であれ
ば次のステップＳ１１９に進み、合焦状態でなければ、
再度、ステップＳ１１６からの処理を続ける。再び、ス
テップＳ１１５で、焦点状態検出を行ない、合焦状態で
あれば、直ちにステップＳ１１９でステッピングモータ
５１８が停止される。そして、ステップＳ１２０で、ポ
リゴンモータ５０５がオフされ、ステップＳ１２１で、
レーザダイオード５０１の発光が停止された後、図７７
に示したメインフローチャートへ戻る。

【０１５８】以上のように、第７実施形態によれば、装
置に電源が投入された直後に、たとえ光路ずれがあった
としても、安定して合焦状態が検出され、かつ、合焦調
整がされるので、常に適正な状態でレーザビーム走査光
学装置を使用することができる。なお、前記装置はビー
ム検出器６００全体を移動させているが、必ずしもこれ
に限る必要はなく、例えば、光電変換素子６０３のみを
圧電アクチュエータ等によって移動させてもよい。この
場合、レーザビームの光路が副走査方向の上側にずれた
とき（図７４参照）には、光電変換素子６０３を主走査
方向ｂに平行に図６８の左方向に移動させる。逆に、光
路が副走査方向の下側にずれたとき（図７５参照）に
は、光電変換素子６０３を主走査方向ｂに平行に図６８
の右方向に移動させる。

【０１５９】あるいは、格子フィルタ６０２のみを圧電
アクチュエータ等によって移動させてもよい。この場
合、光路が副走査方向の上側にずれたとき（図７４参
照）には、格子フィルタ６０２を主走査方向ｂに平行に
図６８の右方向に移動させる。逆に、光路が、副走査方
向の下側にずれたとき（図７５参照）には、格子フィル
タ６０２を主走査方向ｂに平行に図６８の左方向に移動
させる。

【０１６０】（第２のビーム検出器）また、ビーム検出
器は前述のものに限定されるものではなく、図７９〜図
８４に示す第２のビーム検出器であってもよい。なお、
第２のビーム検出器は、第１のビーム検出器６００と異
なり、格子フィルタ及び光電変換素子が副走査方向に上
下に移動する機構を設けていない。

【０１６１】図７９に示すように、ビーム検出器は光電
変換素子６１０を備え、この光電変換素子６１０は、４
分割された受光面６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃ，６１
０ｄを有する４分割センサであり、それぞれの受光面６
１０ａ〜６１０ｄは受光光量に比例した電流を出力す
る。受光面６１０ａと６１０ｂが１組、受光面６１０ｃ
と６１０ｄがさらに別の１組を構成している。そして、
受光面６１０ａと６１０ｂがライン６１１に対して線対
称に、受光面６１０ｃと６１０ｄがライン６１１に対し
て線対称に設計されている。さらに、レーザビームの光
軸ずれが発生すると、受光面６１０ａ〜６１０ｄに投影
されるモアレ縞３５の発生位置が主走査方向にずれるこ
とになるので、受光面６１０ａと６１０ｂ又は６１０ｃ
と６１０ｄの線対称の基準となるライン６１１を主走査
方向に略一致させて光電変換素子６１０を配設する。

【０１６２】二つの格子フィルタ６０１，６０２を透過
したレーザビームＬは、受光面６１０ａ〜６１０ｄに跨
って、モアレ縞３５の明部を一つ形成する。モアレ縞３
５はデフォーカスによって傾きが変化する。すなわち、
前ピント状態のモアレ縞３５の明部は右回転して右方に
傾き（図８０参照）、合焦状態のモアレ縞３５の明部は
主走査方向ｂに対して直交し（図８１参照）、後ピント
状態のモアレ縞３５の明部は左回転して左方に傾いてい
る（図８２参照）。

【０１６３】そして、四つの受光面６１０ａ〜６１０ｄ
から、入射光量に比例してそれぞれの出力電流Ｉ_a，
Ｉ_b，Ｉ_c，Ｉ_dが得られる。これらの出力電流Ｉ_a〜Ｉ_d
はオートフォーカス制御部５２１に転送され、それぞれ
に電圧値Ｖ_a，Ｖ_b，Ｖ_c，Ｖ_dに変換された後、（Ｖ_a＋
Ｖ_c）の値と（Ｖ_b＋Ｖ_d）の値を差分回路で処理し、
（Ｖ_a＋Ｖ_c）−（Ｖ_b＋Ｖ_d）の値を導出する。この結果
に基づいてレーザビームの集光位置を判定する。すなわ
ち、（Ｖ_a＋Ｖ_c）−（Ｖ_b＋Ｖ_d）が０であれば合焦状態
と判定し（図８１参照）、正であれば前ピント状態と判
定し（図８０参照）、負であれば後ピント状態と判定す
る（図８２参照）。この関係は、レーザビームの副走査
方向の光路ずれが発生して、モアレ縞が主走査方向にず
れて移動したとしても変わらない。

【０１６４】さらに、図８３に示したオートフォーカス
制御部５２１の電気回路図を参照してレーザビームの集
光位置を調整する手順を詳説する。４分割光センサ６１
０の各受光面６１０ａ〜６１０ｄからの出力は光電変換
され、入射光量に応じた電流として出力される。従っ
て、各受光面６１０ａ〜６１０ｄにモアレ縞３５の明部
が投影されると、受光面６１０ａからの出力電流Ｉ_aは
Ｉ−Ｖ（電流−電圧）変換回路７５０により電圧に変換
され、電圧出力ｖ_aとして、増幅回路７５４に入力され
る。増幅回路７５４は、電圧出力ｖ_aを増幅しＶ_aとし、
加算回路７５８に出力する。

【０１６５】同様に、受光面６１０ｃからの出力電流Ｉ
_cはＩ−Ｖ（電流−電圧）変換回路７５１により電圧に
変換され、電圧出力ｖ_cとして、増幅回路７５５に入力
される。増幅回路７５５は、電圧出力ｖ_cを増幅しＶ_cと
し、加算回路７５８に出力する。加算回路７５８は、電
圧出力Ｖ_aとＶ_cを加算し、ピークホールド回路７６０に
出力する。

【０１６６】同様に、受光面６１０ｂからの出力電流Ｉ
_bはＩ−Ｖ（電流−電圧）変換回路７５２により電圧に
変換され、電圧出力ｖ_bとして、増幅回路７５６に入力
される。増幅回路７５６は、電圧出力ｖ_bを増幅しＶ_bと
し、加算回路７５９に出力する。受光面６１０ｄからの
出力電流Ｉ_dはＩ−Ｖ（電流−電圧）変換回路７５３に
より電圧に変換され、電圧出力ｖ_dとして、増幅回路７
５２に入力される。増幅回路７５７は、電圧出力ｖ_dを
増幅しＶ_dとし、加算回路７５９に出力する。加算回路
７５９は、電圧出力Ｖ_bとＶ_dを加算し、ピークホールド
回路７６１に出力する。

【０１６７】ピークホールド回路７６０は、入力電圧Ｖ
_a＋Ｖ_cのピークをホールドし、差分回路７６２へ出力Ｖ
（Ａ）する。また、ピークホールド回路７６１は、入力
電圧Ｖ_b＋Ｖ_dのピークをホールドし、差分回路７６２へ
出力Ｖ（Ｂ）する。差分回路７６２は、入力Ｖ（Ａ）と
Ｖ（Ｂ）の差分Ｖ（Ｃ）（Ｖ（Ｃ）＝Ｖ（Ａ）−Ｖ
（Ｂ））をウインドウコンパレータ回路７６３及びコン
パレータ回路７６４へ出力する。差分回路７６２は、４
分割センサ６１０の受光面６１０ａと６１０ｃに入射し
た光量と、受光面６１０ｂと６１０ｄに入射した光量の
差を検出するものであって、この差によりモアレ縞の形
状を知ることが出来る。

【０１６８】さらに、デジタル的な判定として、ウイン
ドウコンパレータ回路７６３及びコンパレータ回路７６
４を用いる。ウインドウコンパレータ回路７６３は、差
分回路７６２の出力Ｖ（Ｃ）が基準電圧Ｖ_ref1〜Ｖ_ref2
の範囲内であれば、モアレ縞が縦縞であり、合焦してい
ると判定し、モータＯＮ信号をインアクティブとする。
基準電圧Ｖ_ref1〜Ｖ_ref2外であれば、合焦していないと
判定して、モータＯＮ信号をアクティブとする。このモ
ータＯＮ信号はモータ制御回路７６６へ出力される。コ
ンパレータ回路７６４は、基準電圧Ｖ_ref3（主にＶ_ref1
とＶ_ref2の中間にセットされている）により、モアレ縞
の形状が右回転しているのか、左回転しているのかを、
Ｈｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルの信号として出力す
る。これをモータ正転逆転信号とし、モータ制御回路７
６６へ出力する。

【０１６９】モータ制御回路７６６はステッピングモー
タ５１８をモータＯＮ信号やモータ正転逆転信号に基づ
いて駆動し、シリンドリカルレンズ５１３を光軸上で前
後方向に移動させてレーザビームの感光体ドラム５３０
上での集光位置を調整する。モータＯＮ信号は、プリン
タ本体制御部５２４へも信号ｑとして送信されるととも
に、プリンタ本体制御部５２４からの信号ｒによりＡＮ
Ｄ素子７６５を利用してゲートがかけられ、プリンタ本
体制御部５２４に設けられたオートフォーカス解除スイ
ッチ５２６（図６７参照）のＯＮ−ＯＦＦによってオー
トフォーカス制御を行なうかどうかがコントロールされ
る。

【０１７０】以上のように、、光電変換素子６１０の受
光面６１０ａ〜６１０ｄの形状を三角形に設計したの
で、レーザビームの副走査方向の光路ずれが発生して
も、モアレ縞が主走査方向へずれても、モアレ縞の傾き
を検出することができる。この結果、被走査面上におけ
る副走査方向の集光位置のずれの方向と量を安定して精
度良く検出することができる。

【０１７１】なお、光電変換素子６１０の受光面の形状
は三角形に限る必要はなく、図８４に示すように、台形
の受光面６１５ａ，６１５ｂ，６１５ｃ，６１５ｄを有
したものであってもよい。この受光面６１５ａと６１５
ｂが１組、さらに受光面６１５ｃと６１５ｄが別の１組
を構成している。そして、受光面６１５ａと６１５ｂ。
主走査方向に平行なライン６１６に対して線対称に設計
され、かつ、受光面６１５ｃと６１５ｄがライン６１６
に対して線対称に設計されている。

【０１７２】また、光電変換素子６１０は４分割光セン
サに限るものではなく、例えば受光面６１０ａと６１０
ｂを組み合わせた２分割センサ、あるいは受光面６１０
ｃと６１０ｄを組み合わせた２分割光センサであっても
よく、さらに、３分割光センサ、あるいは５分割以上の
光センサであってもよい。また、格子フィルタ６０１の
縞状の空間格子Ａは、前述のようにレーザビームの主走
査方向に対して平行であってもよいし、あるいは、副走
査方向に対して平行であってもよい。

【０１７３】［第８実施形態、図８５及び図８６］前記
第１実施形態ないし第７実施形態は、ビーム検出器をレ
ーザビームＬの合焦位置より後方に配置した装置を例に
して説明しているが、第８実施形態は、ビーム検出器を
レーザビームＬの合焦位置より前方に配置した場合につ
いて説明する。図８５及び図８６に示すように、ビーム
検出器は、被走査面と光学的に略等価位置近傍の画像エ
リア外に設置され、光軸方向に配列された格子フィルタ
６２１，６２２と光電変換素子６２５とで構成されてい
る。格子フィルタ６２１，６２２はそれぞれ縞状の空間
格子Ａ，Ｂを有し、レーザビームＬの主走査方向ｂに対
して、空間格子Ａは平行であり、空間格子Ｂは微小角度
傾いている。レーザビームＬの合焦位置Ｚ１はビーム検
出器の後方に配置されている。

【０１７４】二つの格子フィルタ６２１，６２２を透過
した収束光のレーザビームＬは、光電変換素子６２５の
受光面６２５ａ，６２５ｂにてモアレ縞を形成する。こ
のモアレ縞は、前記第１実施形態の１次式（１）と同様
の１次式によって表示することができる。従って、合焦
状態でのモアレ縞の傾きは、前記関係式（４）を用い
て、

【０１７５】

【数６】

【０１７６】となる。図８６に示すように、合焦位置Ｚ
１がΔｌずれてＺ２に移動すると（図８６中点線で表示
したレーザビームＬ’を参照）、前ピントの状態とな
り、そのときのモアレ縞の傾きは、

【０１７７】

【数７】

【０１７８】となる。後ピント状態のモアレ縞の傾き
は、

【０１７９】

【数８】

【０１８０】となる。（１４），（１５），（１６）よ
り、デフォーカスによってモアレ縞の傾きが変化するこ
とがわかる。すなわち、前ピント状態のモアレ縞は左回
転して左方に傾き、後ピント状態のモアレ縞は右回転し
て右方に傾くことになる。このレーザビーム走査光学装
置は、レーザビームＬを縮小光学系を用いなくても、集
束光の状態で受光面６２５ａ，６２５ｂに投影すること
ができ、モアレ縞の大きさが受光面６２５ａ，６２５ｂ
と略同様の大きさになるようにできる。この結果、受光
面６２５ａ，６２５ｂに形成されるモアレ縞の明部及び
暗部の本数が多くなり、誤検出が生じにくいものとな
る。

【０１８１】さらに、具体的に数値を用いて詳説する。
格子フィルタ６２１の空間格子Ａのピッチ寸法ｄ₁を１
２０μｍ、格子フィルタ６２２の空間格子Ｂのピッチ寸
法ｄ₂を６０μｍ、空間格子Ｂの微小傾き角度αを４
度、合焦位置Ｚ１から格子フィルタ６２１までの距離ｌ
₁を８０ｍｍ、合焦位置Ｚ１から格子フィルタ６２２ま
での距離ｌ₂を４０ｍｍ、合焦位置Ｚ１から光電変換素
子６２５までの距離ｌ₃を３０ｍｍとした場合、モアレ
縞３５の傾きは前記第１実施条件の関係式（５）から、
以下の数値が得られる。

【０１８２】［ｃｏｓα−｛（ｌ₁ｄ₂）／（ｌ
₂ｄ₁）｝］／ｓｉｎα＝−０．０３５ 従って、ｔａｎφ＝−０．０３５となり、φ＝−２
［度］となる。これにより、モアレ縞３５の傾きは、−
８８［度］となる。一方、モアレ縞３５のピッチ寸法Ｐ
は、ｆ＝ｌ₃ｄ₁／ｌ₁であるから、前記第１実施形態の
関係式（６）より、以下の数値が得られる。

【０１８３】Ｐ＝（ｆ／ｓｉｎα）×ｃｏｓ（φ−α）
＝０．６４［ｍｍ］ ここに、光電変換素子６２５として、幅が３ｍｍ、高さ
が１ｍｍの２分割フォトダイオードを用いた場合、それ
ぞれ約４本のモアレ縞３５の明部及び暗部を光電変換素
子６２５で受光することができる。こうして、受光面６
２５ａ，６２５ｂに複数本のモアレ縞３５が投影され、
前記第１実施形態のように、受光面６２５ａ，６２５ｂ
のそれぞれの出力波形のピーク値間の位相差ΔＴを検出
することで、モアレ縞３５の傾き変化を知ることができ
る。

【０１８４】以上のように、集束光のレーザビームＬが
光電変換素子６２５に投影されるので、前記実施形態で
使用した縮小光学系（例えば第１実施形態のシリンドリ
カルレンズ１０３，１０４）を省略することができ、装
置を小型化することができる。 ［第９実施形態、図８７及び図８８］焦点ずれの検出精
度を向上させるためには、デフォーカス量に対するモア
レ縞の傾き角度を大きくするとよい。ところが、合焦位
置が前記第１実施形態ないし第８実施形態のように、ビ
ーム検出器の２枚の格子フィルタの間の領域外に位置し
ていると、デフォーカスした際に受光面に投影される二
つの空間格子のそれぞれのピッチ寸法が両者拡大（又は
縮小）されるため、モアレ縞の傾き角度の変化量は少な
く、高い検出精度が得られない。

【０１８５】そこで、この不具合を解消するために、第
９実施形態では、ビーム検出器の２枚の格子フィルタの
間にレーザビームの合焦位置を配置している。図８７及
び図８８に示すように、ビーム検出器は、被走査面と光
学的に略等価位置近傍の画像エリア外に設置され、光軸
方向に配列された格子フィルタ６２１，６２２とシリン
ドリカルレンズ６２３，６２４と光電変換素子６２５と
で構成されている。レーザビームＬの合焦位置Ｚ１は格
子フィルタ６２１と６２２の中間に配置されている。

【０１８６】縮小光学系をなすシリンドリカルレンズ６
２３，６２４は、シリンドリカルレンズ６２３が主走査
方向ｂにのみ集光作用をもち、シリンドリカルレンズ６
２４が副走査方向ｃにのみ集光作用をもつ。従って、二
つの格子フィルタ６２１，６２２を透過したレーザビー
ムＬはシリンドリカルレンズ６２３，６２４によって集
光された後、光電変換素子６２５の受光面６２５ａ，６
２５ｂにモアレ縞を形成する。

【０１８７】このモアレ縞は、前記第１実施形態の１次
式（１）と同様の１次式によって表示することができ
る。従って、合焦状態でのモアレ縞の傾きは、前記関係
式（４）を用いて、

【０１８８】

【数９】

【０１８９】となる。ｆ＝ｌ₃ｄ₁／ｌ₁，ｇ＝ｌ₃ｄ₂／
ｌ₂であるから、図８８に示すように、合焦位置Ｚ１が
ΔｌずれてＺ２に移動すると（図８８中点線で表示した
レーザビームＬ’を参照）、前ピントの状態となり、ｆ
＝（ｌ₃＋Δｌ）ｄ₁／（ｌ₁−Δｌ），ｇ＝（ｌ₃＋Δ
ｌ）ｄ₂／（ｌ₂＋Δｌ）となるから、そのときのモアレ
縞の傾きは、

【０１９０】

【数１０】

【０１９１】となる。後ピント状態のモアレ縞の傾き
は、

【０１９２】

【数１１】

【０１９３】となる。（１７），（１８），（１９）よ
り、デフォーカスによってモアレ縞の傾きが変化するこ
とがわかる。このビーム検出器は、合焦位置Ｚ１を２枚
の格子フィルタ６２１と６２２の間に配置しているの
で、小型化できる。しかも、デフォーカス量に対するモ
アレ縞の傾き角度が大きくなり、焦点ずれの検出精度が
向上できる。

【０１９４】さらに、具体的に数値を用いて詳説する。
空間格子Ａ，Ｂのピッチ寸法ｄ₁，ｄ₂をそれぞれ１２５
μｍ（Ａ，Ｂのピッチ寸法を必ずしも等しくする必要は
ないが、ピッチ寸法を等しくすることによって更に精度
が向上する。）、空間格子Ｂの微小傾き角度αを７度、
合焦位置Ｚ１から空間格子Ａまでの距離ｌ₁を２０ｍ
ｍ、合焦位置Ｚ１から空間格子Ｂまでの距離ｌ₂を２０
ｍｍとした場合、初期状態でのモアレ縞の傾きを、前記
関係式（１６）から、φ＝−３．５［度］となるように
設定した。次に、環境の変化等により、合焦位置がΔｌ
＝０．２ｍｍずれたとすると、前記関係式（１８）よ
り、φ＝５．８［度］となる。従って、−３．５−５．
８＝−９．３［度］となる。

【０１９５】一方、比較のために、前記第１実施形態の
ように、ビーム検出器をレーザビームの合焦位置より後
方に配置した装置についてデフォーカス量に対するモア
レ縞の傾き角度の変化量を算出した。空間格子Ａのピッ
チ寸法ｄ₁を１２５μｍ、空間格子Ｂのピッチ寸法ｄ₂を
２５０μｍ、空間格子Ｂの微小傾き角度αを７度、合焦
位置Ｚ１から空間格子Ａまでの距離ｌ₁を４０ｍｍ、合
焦位置Ｚ１から空間格子Ｂまでの距離ｌ₂を８０ｍｍと
した場合、初期状態でのモアレ縞の傾きを、前記関係式
（５）からφ＝−３．５［度］となるように設定した。
次に、合焦位置がΔｌ＝０．２ｍｍずれたとすると、前
記関係式（７）より、φ＝−２．３［度］となる。従っ
て、デフォーカス量に対するモアレ縞の傾き角度の変化
量は、−３．５−（−２．３）＝−１．２［度］とな
る。この値は、レーザビームの合焦位置を２枚の格子フ
ィルタ６２１，６２２の間に配置した場合と比較して、
極めて小さい。

【０１９６】［第１０実施形態、図８９〜図９７］デフ
ォーカスによるモアレ縞の回転変化を検出する場合、環
境の変化（特に温度変化）によって格子フィルタを保持
しているホルダが熱膨張、熱収縮すると、合焦位置から
格子フィルタまでの距離が変動し、モアレ縞の回転変化
を誤検出する心配がある。

【０１９７】そこで、第１０実施形態は環境（温度）変
化に対してモアレ縞の傾きが変動しにくい構造のレーザ
ビーム走査光学装置について説明する。（ビーム検出器
がレーザビームＬの合焦位置より後方に配置されている
場合）図８９に示すように、ビーム検出器６３０は、光
軸方向に配列された格子フィルタ６３１，６３２及び光
電変換素子６３３と、これら部品６３１〜６３３を保持
するためのホルダ６４１とで構成されている。ビーム検
出器６３０はレーザビームＬの合焦位置Ｚ１より後方に
配置されている。ホルダ６４１には、格子フィルタ６３
１近傍に貫通穴６４１ａが設けられている。一方、レー
ザビーム走査光学装置の本体フレーム６４５には、合焦
位置Ｚ１の近傍にネジ穴６４５ａが設けられている。ビ
ーム検出器６３０は、貫通穴６４１ａに挿通されたネジ
６４２をネジ穴６４５ａに螺着することによって、本体
フレーム６４５に固定されている。すなわち、ビーム検
出器６３０は格子フィルタ６３１近傍で本体フレーム６
４５に固定されることになる。

【０１９８】二つの格子フィルタ６３１，６３２を透過
したレーザビームＬは、光電変換素子６２３の受光面に
モアレ縞を形成する。このモアレ縞は前記第１実施形態
の１次式（１）と同様の１次式によって表示することが
できる。格子フィルタ６３１の空間格子Ａのピッチ寸法
ｄ₁を１２５μｍ、格子フィルタ６３２の空間格子Ｂの
ピッチ寸法ｄ₂を２５０μｍ、空間格子Ｂの微小傾き角
度αを４度、合焦位置Ｚ１からから格子フィルタ６３１
までの距離ｌ₁を４０ｍｍ、合焦位置Ｚ１から格子フィ
ルタ６３２までの距離ｌ₂を８０ｍｍとした場合、初期
状態のモアレ縞の傾きは、前記第１実施形態の関係式
（５）から、以下の数値となる。

【０１９９】

【数１２】

【０２００】そして、温度が２５度上昇した場合には、
ホルダ６４１がアルミニウム（線膨張係数：２．３×１
０^-5）からできているとすると、モアレ縞の傾きは、

【０２０１】

【数１３】

【０２０２】となる。比較のため、仮に、ホルダ６４１
の貫通穴６４１ａを格子フィルタ６３２近傍に設け、ビ
ーム検出器６３０を格子フィルタ６３２近傍で本体フレ
ーム６４５に固定した場合を考える。温度が２５度上昇
すると、モアレ縞の傾きは、

【０２０３】

【数１４】

【０２０４】となり、その変化量は、ビーム検出器６３
０を格子フィルタ６３１近傍で本体フレーム６４５に固
定した場合と比較して大きくなる。また、仮に、ホルダ
６４１の貫通穴６４１ａを格子フィルタ６３１と６３２
の中間に設け、ビーム検出器６３０を格子フィルタ６３
１と６３２の中間位置で本体フレーム６４５に固定した
場合を考える。温度が２５度上昇すると、モアレ縞の傾
きは、

【０２０５】

【数１５】

【０２０６】となり、その変化量は、ビーム検出器６３
０を格子フィルタ６３１近傍で本体フレーム６４５に固
定した場合と比較して大きくなる。以上のように、ビー
ム検出器６３０を格子フィルタ６３１近傍で本体フレー
ム６４５に固定する構造を採用することにより、温度変
化に対してモアレ縞の傾きの変動を少なくすることがで
き、合焦状態の検出精度が高い走査光学装置を得ること
ができる。

【０２０７】なお、ビーム検出器６３０を格子フィルタ
６３１近傍で本体フレーム６４５に固定する方法として
は、他にも種々ある。例えば、図９０に示すように、接
着剤６４６をホルダ６４１の格子フィルタ６３１近傍に
塗布して本体フレーム６４５に固定してもよい。また、
図９１に示すように、ネジ６４２にて本体フレーム６４
５に固定されたホルダ６４１の他端部を、本体フレーム
６４５にネジ６４８にて固定されている弾性部材６４７
で押圧して、熱膨張や熱収縮による内部応力をホルダ６
４１に発生させることなく、ホルダ６４１をより堅固に
本体フレーム６４５に固定してもよい。

【０２０８】（ビーム検出器がレーザビームＬの合焦位
置より前方に配置されている場合）図９２に示すよう
に、ビーム検出器６４９は、光軸方向に配列された格子
フィルタ６３１，６３２及び光電変換素子６３３と、こ
れら部品６３１〜６３３を保持するためのホルダ６５０
とで構成されている。ビーム検出器６４９はレーザビー
ムＬの合焦位置Ｚ１より前方に配置されている。ホルダ
６５０には、格子フィルタ６３２近傍に貫通穴６５０ａ
が設けられている。一方、レーザビーム走査光学装置の
本体フレーム６４５には、合焦位置Ｚ１の近傍にネジ穴
６４５ａが設けられている。ビーム検出器６４９は、貫
通穴６５０ａに挿通されたネジ６５１をネジ穴６４５ａ
に螺着することによって、本体フレーム６４５に固定さ
れている。すなわち、ビーム検出器６４９は格子フィル
タ６３２近傍で本体フレーム６４５に固定されることに
なる。

【０２０９】二つの格子フィルタ６３１，６３２を透過
したレーザビームＬは、光電変換素子６３３の受光面に
モアレ縞を形成する。このモアレ縞は前記第１実施形態
の１次式（１）と同様の１次式によって表示することが
できる。格子フィルタ６３１の空間格子Ａのピッチ寸法
ｄ₁を１２０μｍ、格子フィルタ６３２の空間格子Ｂの
ピッチ寸法ｄ₂を６０μｍ、空間格子Ｂの微小傾き角度
αを４度、合焦位置Ｚ１からから格子フィルタ６３１ま
での距離ｌ₁を８０ｍｍ、合焦位置Ｚ１から格子フィル
タ６３２までの距離ｌ₂を４０ｍｍとした場合、初期状
態のモアレ縞の傾きは、前記第１実施形態の関係式
（５）から、以下の数値となる。

【０２１０】

【数１６】

【０２１１】そして、温度が２５度上昇した場合には、
ホルダ６５０がアルミニウム（線膨張係数：２．３×１
０^-5）からできているとすると、モアレ縞の傾きは、

【０２１２】

【数１７】

【０２１３】となる。比較のため、仮に、ホルダ６５０
のネジ用貫通穴６５０ａを格子フィルタ６３１近傍に設
け、ビーム検出器６４９を格子フィルタ６３１近傍で本
体フレーム６４５に固定した場合を考える。温度が２５
度上昇すると、モアレ縞の傾きは、

【０２１４】

【数１８】

【０２１５】となり、その変化量は、ビーム検出器６４
９を格子フィルタ６３２近傍で本体フレーム６４５に固
定した場合と比較して大きくなる。また、仮に、ホルダ
６５０の貫通穴６５０ａを格子フィルタ６３１と６３２
の中間に設け、ビーム検出器６４９を格子フィルタ６３
１と６３２の中間位置で本体フレーム６４５に固定した
場合を考える。温度が２５度上昇すると、モアレ縞の傾
きは、

【０２１６】

【数１９】

【０２１７】となり、その変化量は、ビーム検出器６４
９を格子フィルタ６３２近傍で本体フレーム６４５に固
定した場合と比較して大きくなる。以上のように、ビー
ム検出器６４９を格子フィルタ６３２近傍で本体フレー
ム６４５に固定する構造を採用することにより、温度変
化に対してモアレ縞の傾きの変動を少なくすることがで
き、合焦状態の検出精度が高い走査光学装置を提供する
ことができる。

【０２１８】なお、ビーム検出器６４９を格子フィルタ
６３２近傍で本体フレーム６４５に固定する方法として
は、他にも種々ある。例えば、図９３に示すように、接
着剤６５５をホルダ６５０の格子フィルタ６３２近傍に
設けている貫通穴６５０ａを覆うように塗布して本体フ
レーム６４５に固定してもよい。また、図９４に示すよ
うに、ネジ６５１にて本体フレーム６４５に固定された
ホルダ６５０の他端部を、本体フレーム６４５にネジ６
５８にて固定されている弾性部材６５７で押圧して、熱
膨張や熱収縮による内部応力をホルダ６５０に発生させ
ることなく、ホルダ６５０をより堅固に本体フレーム６
４５に固定してもよい。

【０２１９】（ビーム検出器の格子フィルタ６３１と６
３２の間にレーザビームＬの合焦位置が配置されている
場合）図９５に示すように、ビーム検出器６６０は、光
軸方向に配列された格子フィルタ６３１，６３２及び光
電変換素子６３３と、これら部品６３１〜６３３を保持
するためのホルダ６６１とで構成されている。ビーム検
出器６６０は格子フィルタ６３１と６３２の間にレーザ
ビームＬの合焦位置Ｚ１が位置するように配置されてい
る。ホルダ６６１には、格子フィルタ６３１と６３２の
間に貫通穴６６１ａが設けられている。一方、レーザビ
ーム走査光学装置の本体フレーム６４５には、合焦位置
Ｚ１の近傍にネジ穴６４５ａが設けられている。ビーム
検出器６６０は、貫通穴６６１ａに挿通されたネジ６６
２をネジ穴６４５ａに螺着することによって、本体フレ
ーム６４５に固定されている。すなわち、ビーム検出器
６６０は格子フィルタ６３１と６３２の間の位置で本体
フレーム６４５に固定されることになる。

【０２２０】二つの格子フィルタ６３１，６３２を透過
したレーザビームＬは、光電変換素子６３３の受光面に
モアレ縞を形成する。このモアレ縞は前記第１実施形態
の１次式（１）と同様の１次式によって表示することが
できる。格子フィルタ６３１の空間格子Ａのピッチ寸法
ｄ₁を１２５μｍ、格子フィルタ６３２の空間格子Ｂの
ピッチ寸法ｄ₂を１２５μｍ、空間格子Ｂの微小傾き角
度αを４度、合焦位置Ｚ１からから格子フィルタ６３１
までの距離ｌ₁を４０ｍｍ、合焦位置Ｚ１から格子フィ
ルタ６３２までの距離ｌ₂を４０ｍｍとした場合、初期
状態のモアレ縞の傾きは、前記第１実施形態の関係式
（５）から、以下の数値となる。

【０２２１】

【数２０】

【０２２２】そして、温度が２５度上昇した場合には、
ホルダ６６１がアルミニウム（線膨張係数：２．３×１
０^-5）からできているとすると、モアレ縞の傾きは、

【０２２３】

【数２１】

【０２２４】となり、初期状態と変わらない。比較のた
め、仮に、ホルダ６６１の貫通穴６６１ａを格子フィル
タ６３１近傍に設け、ビーム検出器６６０を格子フィル
タ６３１近傍で本体フレーム６４５に固定した場合を考
える。温度が２５度上昇すると、モアレ縞の傾きは、

【０２２５】

【数２２】

【０２２６】となり、初期状態と変わる。また、仮に、
ホルダ６６１の貫通穴６６１ａを格子フィルタ６３２の
近傍に設け、ビーム検出器６６０を格子フィルタ６３２
近傍で本体フレーム６４５に固定した場合を考える。温
度が２５度上昇すると、モアレ縞の傾きは、

【０２２７】

【数２３】

【０２２８】となり、初期状態と変わる。以上のよう
に、ビーム検出器６６０を格子フィルタ６３１と６３２
の間の位置で本体フレーム６４５に固定する構造を採用
することにより、温度変化に対してモアレ縞の傾きの変
動を少なくすることができ、合焦状態の検出精度が高い
走査光学装置を提供することができる。特に、格子フィ
ルタ６３１と６３２の中間の位置で、ビーム検出器６６
０を本体フレーム６４５に固定する場合には、温度変化
による格子フィルタ６３１，６３２間の寸法変化量が相
殺されてモアレ縞の傾きに影響を及ぼさないようにする
ことができる。

【０２２９】なお、ビーム検出器６６０を格子フィルタ
６３１と６３２の間の位置で本体フレーム６４５に固定
する方法としては、他にも種々ある。例えば、図９６に
示すように、接着剤６６５をホルダ６６１の格子フィル
タ６３１と６３２の間に設けている貫通穴６６１ａを覆
うように塗布して本体フレーム６４５に固定してもよ
い。また、図９７に示すように、ネジ６６２にて本体フ
レーム６４５に固定されたホルダ６６１の他端部を、本
体フレーム６４５にネジ６６８にて固定されている弾性
部材６６７で押圧して、熱膨張や熱収縮による内部応力
をホルダ６６１に発生させることなく、ホルダ６６１を
より堅固にフレーム本体６４５に固定してもよい。

【０２３０】［第１１実施形態、図９８〜図１０１］前
記第１実施形態で記載したように、２枚の格子フィルタ
を用いてモアレ縞を発生させるビーム検出器の場合、格
子フィルタのそれぞれの空間格子Ａ，Ｂのピッチ誤差に
よってもモアレ縞の傾きが変化するため、誤検出の心配
がある。そのため、第１実施形態では、空間格子Ｂのピ
ッチ誤差Δｄ₂を規制することによってこの問題を回避
している。また、ビーム検出器は、被走査面と光学的に
略等価位置近傍の画像エリア外に設置されるため、スペ
ースが限られている。ところが、２枚の格子フィルタを
備えたビーム検出器の場合、２枚の格子フィルタを一定
の距離を保って配置する必要があるため、小型化に限界
がある。

【０２３１】そこで、第１１実施形態では、上記問題を
解決するために格子フィルタを１枚しか用いないビーム
検出器を備えたレーザビーム走査光学装置について説明
する。第１１実施形態のレーザビーム走査光学装置は、
ビーム検出器７００を残して前記第１実施形態の装置と
同様の構造を有しているので、その詳細な説明は省略す
る。

【０２３２】図９８に示すように、ビーム検出器７００
は、被走査面と光学的に略等価位置近傍の画像エリア外
に設置され光軸方向に配列されたハーフミラー７０１と
格子フィルタ７０２とミラー７０３並びに光電変換素子
７０４とで構成されている。格子フィルタ７０２は縞状
の空間格子Ａを有し、この空間格子ＡはレーザビームＬ
の主走査方向ｂに対して平行である。光電変換素子７０
４は、受光面７０４ａ，７０４ｂを有する２分割センサ
であり、それぞれの受光面７０４ａ，７０４ｂは光量に
比例した電流を出力する。ミラー７０３は、主走査方向
ｂに対して微小角度傾けて配置されている。

【０２３３】次に、以上の構成からなるビーム検出器７
００の作用効果について、図９９を参照して説明する。
ハーフミラー７０１に入射したレーザビームＬは、光量
の半分が透過して格子フィルタ７０２に達する。残りの
半分の光量はハーフミラー７０１で反射した後、例えば
ＳＯＳ用光センサ１７へ入射し、１走査ラインごとに印
字開始位置を決めるための垂直同期信号を発生させる。
格子フィルタ７０２に達したレーザビームＬはフィルタ
７０２を透過する際に空間格子Ａによってその一部が遮
られ、図１００に示すような走査方向ｂに平行な縞状パ
ターン７１０となり、ミラー７０３に入射する。

【０２３４】 ミラー７０３は、レーザビームＬを光軸に
対して微小角度回転させて（スキューさせて）、図１０
１に示すような走査方向ｂに対して微小角度傾いた縞状
パターン７１１とし、反射させる。反射したレーザビー
ムＬは、再び格子フィルタ７０２を透過し、このときモ
アレ縞を発生させる。格子フィルタ７０２を透過したレ
ーザビームＬは、ハーフミラー７０１で光量の半分が反
射して集光され、光電変換素子７０４の受光面７０４
ａ，７０４ｂにモアレ縞を形成する。

【０２３５】このモアレ縞は前記第１実施形態の１次式
（１）と同様の１次式によって表示することができる。
ただし、αはミラー７０３での反射前の縞状パターン７
１０に対する反射後の縞状パターン７１１の微小傾き角
度である。ｌ₁は光軸の上流側に位置する格子フィルタ
７０２から光路に沿って下流側に位置する合焦位置Ｚ１
までの距離、ｌ₂は光軸の上流側に位置する合焦位置Ｚ
１から光路に沿って下流側に位置する格子フィルタ７０
２までの距離、ｌ₃は光軸の上流側に位置する合焦位置
Ｚ１から光路に沿って下流側に位置する光電変換素子７
０４までの距離である。従って、合焦状態でのモアレ縞
の傾きは、前記関係式（４）を用いて、

【０２３６】

【数２４】

【０２３７】となる。ここで、ｄ₁＝ｄ₂であるから、モ
アレ縞の傾き変化は合焦位置から空間格子Ａまでの距離
の変化によって決まる。すなわち、ｆ＝ｌ₃ｄ₁／ｌ₁，
ｇ＝ｌ₃ｄ₂／ｌ₂であるから、図９９に示すように、合
焦位置Ｚ１がΔｌずれてＺ２に移動すると（図９９中点
線で表示したレーザビームＬ’を参照）、前ピントの状
態となり、ｆ＝（ｌ₃＋Δｌ）ｄ₁／（ｌ₁−Δｌ），ｇ
＝（ｌ₃＋Δｌ）ｄ₂／（ｌ₂＋Δｌ），ｄ₁＝ｄ₂となる
から、

【０２３８】

【数２５】

【０２３９】となる。後ピント状態のモアレ縞の傾き
は、

【０２４０】

【数２６】

【０２４１】となる。（２０），（２１），（２２）よ
り、デフォーカスによってモアレ縞の傾きが変化するこ
とがわかる。以上のように、このビーム検出器７００
は、１枚の格子フィルタ７０２でモアレ縞を発生させる
ことができるので、２枚の格子フィルタを用いたビーム
検出器で生じる２つの空間格子のピッチ誤差に起因する
モアレ縞の傾き変化を解消することができる。しかも、
格子フィルタが１枚であることから容易に小型化を図る
ことができる。

【０２４２】［第１２実施形態、図１０２及び図１０
３］２枚の格子フィルタを備えたビーム検出器の場合、
２枚の格子フィルタを一定の距離を保って配置する必要
があるため、小型化に限界がある。ところが、ビーム検
出器は、被走査面と光学的に略等価位置近傍の画像エリ
ア外に設置されるため、スペースが限られており、その
配置が困難な場合がある。

【０２４３】そこで、第１２実施形態では、上記問題を
解決するために、格子フィルタを用いないビーム検出器
を備えたレーザビーム走査光学装置について説明する。
第１２実施形態のレーザビーム走査光学装置は、ビーム
検出器７２０を残して前記第１実施形態の装置と同様の
構造を有しているので、その詳細な説明は省略する。図
１０２に示すように、ビーム検出器７２０は、被走査面
と光学的に略等価位置近傍の画像エリア外に設置され、
光軸方向に配列された折り返しミラー７２１，７２２と
光電変換素子７２３とで構成されている。折り返しミラ
ー７２１の反射面左側部には縞状の空間格子Ａが形成さ
れ、この空間格子ＡはレーザビームＬの主走査方向ｂに
対して平行である。同様に、折り返しミラー７２２の反
射面左側部には縞状の空間格子Ｂが形成され、この空間
格子Ｂは主走査方向ｂに対して微小角度傾いている。光
電変換素子７２３は、二つの受光面を有する２分割セン
サであり、それぞれの受光面は光量に比例した電流を出
力する。

【０２４４】次に、以上の構成からなるビーム検出器７
２０の作用効果について説明する。空間格子Ａが形成さ
れている部分の折り返しミラー７２１に入射したレーザ
ビームＬは、空間格子Ａによってその一部が遮られ、走
査方向ｂに平行な縞状パターンとされ、反射される。反
射されたレーザビームＬは、空間格子Ｂが形成されてい
る部分の折り返しミラー７２２に入射する。折り返しミ
ラー７２２は、レーザビームＬを、さらに空間格子Ｂに
よってその一部を遮り、このとき、レーザビームにモア
レ縞を発生させる。折り返しミラー７２２を反射したレ
ーザビームＬは、光電変換素子７２３の受光面にモアレ
縞を形成する。このモアレ縞は前記第１実施形態の１次
式（１）と同様の１次式によって表示することができ、
デフォーカスによってモアレ縞の傾きが変化する。

【０２４５】一方、空間格子Ａが形成されていない部分
の折り返しミラー７２１に入射したレーザビームＬは、
空間格子Ｂが形成されていない部分の折り返しミラー７
２２を介して、ＳＯＳ用光センサ１７へ入射し、１走査
ごとに印字開始位置を決めるための垂直同期信号を発生
させる。以上のように、このビーム検出器７２０は、格
子フィルタを用いず、ＳＯＳ用光センサのための折り返
しミラー７２１，７２２にそれぞれ空間格子Ａ，Ｂを形
成し、これら折り返しミラー７２１，７２２を格子フィ
ルタの代わりに兼用するので、配置が容易になり、部品
点数も削減することができる。

【０２４６】なお、格子フィルタを用いないビーム検出
器としては、他にも種々ある。例えば、図１０３に示す
ように、光軸方向に配列された折り返しミラー７４１と
ウインドウ７４２と光電変換素子７４３とで構成された
ビーム検出器７４０であってもよい。折り返しミラー７
４１の反射面左側部には縞状の空間格子Ａが形成され、
この空間格子ＡはレーザビームＬの主走査方向ｂに対し
て平行である。同様に、ウインドウ７４２の表面左側部
には縞状の空間格子Ｂが形成され、この空間格子Ｂは主
走査方向ｂに対して微小角度傾いている。ウインドウ７
４２には、透明なガラス板や透明フィルム等が用いられ
る。光電変換素子７４３は、二つの受光面７４３ａ，７
４３ｂを有する２分割センサであり、それぞれの受光面
７４３ａ，７４３ｂは光量に比例した電流を出力する。

【０２４７】空間格子Ａが形成されている部分の折り返
しミラー７４１に入射したレーザビームＬは、折り返し
ミラー７４１によって反射された後、空間格子Ｂが形成
されている部分のウインドウ７４２を透過し、光電変換
素子７４３の受光面にモアレ縞を形成する。一方、空間
格子Ａが形成されていない部分の折り返しミラー７４１
に入射したレーザビームＬは空間格子Ｂが形成されてい
ない部分のウインドウ７４２を介してＳＯＳ用光センサ
１７へ入射する。ただし、レーザビームＬが、まずウイ
ンドウ７４２に入射し、透過した後、折り返しミラー７
４１に到るような構成にしてもよいことは言うまでもな
い。 ［他の実施形態］なお、本発明に係るレーザビーム走査
光学装置は前記実施形態に限定するものではなく、その
要旨の範囲内で種々に変更可能である。

【０２４８】ｆθレンズ等の光学素子の種類や配置は任
意である。また、縞状の空間格子を有する２枚のフィル
タのうち、光源側に配置されたフィルタが必ず主走査方
向に平行であったり、副走査方向に平行である必要はな
く、感光体ドラム側に配置されたフィルタが主走査方向
に平行であったり、副走査方向に平行であってもよい。
ただし、この場合、光電変換素子の受光量は若干少なく
なる。

【０２４９】

【実施例】図１０４に本発明者らが製作したレーザビー
ム走査光学装置を示す。前記第１実施形態の図１と同一
部品及び同一部分には同じ符号を付している。モータ９
３には、駆動するとモータ軸が直線移動するリニアステ
ップアクチュエータを使用した。モータ軸に連結された
レンズホルダ９２を直接モータ軸にて移動させることに
より、レンズホルダ９２に取り付けられたフォーカシン
グレンズ３は光軸上で前後方向に移動可能であり、この
移動によってレーザビームの感光体ドラム３０上での集
光位置が調整される。なお、９１はハウジングである。

【０２５０】さらに、以下のような条件で実験した結
果、焦点ずれの検出能力が高く、かつ、極めて短時間で
合焦調整が実行できた。すなわち、 光電変換素子１０５： ２分割センサ 空間格子Ｂの微小傾き角度α： ４度 空間格子Ａのピッチ寸法ｄ₁： １２５μｍ 空間格子Ｂのピッチ寸法ｄ₂： ２５０μｍ 合焦位置から空間格子Ａまでの距離ｌ₁： 約４０ｍｍ 合焦位置から空間格子Ｂまでの距離ｌ₂： 約８０ｍｍ モータの１パルスのレンズ駆動距離： ２５μｍ 温度が２５度変化したときの合焦位置変化量： 約１．
５ｍｍ レンズ移動量：合焦位置移動量＝２：１ 以上の条件で、ページ間で温度が５度変化した場合に
は、図１０５に示すように、合焦動作が完了するまでに
モータ９３は約２０パルス駆動することを確認した。そ
して、このモータ駆動時間と、センシング及び信号処理
時間を合わせた時間、すなわち、オートフォーカス処理
時間は約７０ミリ秒であった。一般に、複写速度が３０
枚／分のデジタル複写機やプリンタのページ間非印字時
間は５００ミリ秒程度であるため、更に高速の機械にも
対応することができる。

【０２５１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、レーザ光源から放射されたレーザビームを変調
してモアレ縞パターンを発生させるモアレ縞発生手段
を、被走査面と光学的に略等価位置近傍に配置したの
で、被走査面上における集光位置のずれの方向と量が判
別でき、検出能力が極めて高く、短時間で合焦調整を行
なうことができる。

【０２５２】さらに、受光素子が、複数の受光面を有
し、この受光面のそれぞれに入射したレーザビームに応
じた電気信号を出力する光電変換素子であり、この光電
変換素子から出力される各電気信号の位相差を検出する
位相差検出手段を備えることにより、モアレ縞の傾きの
変化を容易に判別することができる。また、第１及び第
２のフィルタと光電変換素子との間に縮小光学系を配設
することにより、モアレ縞が縮小されて焦点ずれを安定
して検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の第１
実施形態を示す斜視図。

【図２】図１に示したビーム検出器の分解斜視図。

【図３】図２に示したビーム検出器の比較例を示す分解
斜視図。

【図４】図３に示した比較例の説明図。

【図５】図２に示したビーム検出器の被走査面上に形成
されるモアレ縞の傾きを導くための説明図。

【図６】レーザビームの合焦位置とビーム検出器の位置
関係を示す側面図。

【図７】レーザビームのスポット径とモアレ縞の間隔と
の関係を示す説明図。

【図８】図７に示した場合のビーム検出器の出力波形を
示すグラフ。

【図９】レーザビームのスポット径とモアレ縞の間隔と
の関係を示す説明図。

【図１０】図９に示した場合のビーム検出器の出力波形
を示すグラフ。

【図１１】図２に示したビーム検出器の具体的な出力波
形を示すグラフ。

【図１２】合焦状態のモアレ縞と光電変換素子の受光面
との関係を示す説明図。

【図１３】前ピント状態のモアレ縞と光電変換素子の受
光面との関係を示す説明図。

【図１４】後ピント状態のモアレ縞と光電変換素子の受
光面との関係を示す説明図。

【図１５】図２に示したビーム検出器の制御回路ブロッ
ク図を示す電気回路図。

【図１６】レーザビームのスポットと光電変換素子の受
光面の位置関係を示す説明図。

【図１７】スポットの位置がＬｂ₁の場合のビーム検出
器の出力波形を示すグラフ。

【図１８】スポットの位置がＬｂ₂の場合のビーム検出
器の出力波形を示すグラフ。

【図１９】スポットの位置がＬｂ₃の場合のビーム検出
器の出力波形を示すグラフ。

【図２０】第１のモアレ縞選択手段の変形例を示す分解
斜視図。

【図２１】第１のモアレ縞選択手段の別の変形例を示す
分解斜視図。

【図２２】図１５に示した制御回路ブロックのタイミン
グチャート。

【図２３】初期状態でモアレ縞が傾いているビーム検出
器の受光面を示す正面図。

【図２４】図２３に示したビーム検出器の出力波形を示
すグラフ。

【図２５】モアレ縞の傾きのバラツキを示す正面図。

【図２６】図２５に示したビーム検出器の出力波形を示
すグラフ。

【図２７】ディレイ回路を示す電気回路図。

【図２８】光電変換素子をモアレ縞の傾き回転方向に移
動させる移動手段を示す斜視図。

【図２９】図２８に示した移動手段の正面図。

【図３０】図２８に示した移動手段によって光電変換素
子をモアレ縞の傾き回転方向に移動させた状態を示すビ
ーム検出器の分解斜視図。

【図３１】合焦状態のモアレ縞と光電変換素子の受光面
との関係を示す説明図。

【図３２】前ピント状態のモアレ縞と光電変換素子の受
光面との関係を示す説明図。

【図３３】後ピント状態のモアレ縞と光電変換素子の受
光面との関係を示す説明図。

【図３４】図２に示したビーム検出器の制御回路ブロッ
ク図を示す電気回路図。

【図３５】図３４に示した制御回路ブロックのタイミン
グチャート。

【図３６】光電変換素子の変形例を示すビーム検出器の
分解斜視図。

【図３７】光電変換素子の別の変形例を示すビーム検出
器の分解斜視図。

【図３８】光電変換素子のさらに別の変形例を示すビー
ム検出器の分解斜視図。

【図３９】縮小光学系の変形例を示すビーム検出器の分
解斜視図。

【図４０】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の第
２実施形態を示すビーム検出器の分解斜視図。

【図４１】レーザビームのスポットと光電変換素子の受
光面の位置関係を示す説明図。

【図４２】スポットの位置がＬｂ₁の場合のビーム検出
器の出力波形を示すグラフ。

【図４３】スポットの位置がＬｂ₂の場合のビーム検出
器の出力波形を示すグラフ。

【図４４】スポットの位置がＬｂ₃の場合のビーム検出
器の出力波形を示すグラフ。

【図４５】図４０に示したビーム検出器の制御回路ブロ
ック図を示す電気回路図。

【図４６】光電変換素子の変形例を示すビーム検出器の
分解斜視図。

【図４７】光電変換素子の別の変形例を示すビーム検出
器の分解斜視図。

【図４８】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の第
３実施形態を示すビーム検出器の分解斜視図。

【図４９】図４８に示したビーム検出器の制御回路ブロ
ック図を示す電気回路図。

【図５０】図４９に示した制御回路ブロックのタイミン
グチャート。

【図５１】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の第
４実施形態を示すビーム検出器の分解斜視図。

【図５２】合焦状態のモアレ縞のピッチ間隔を示す説明
図。

【図５３】前ピント状態のモアレ縞のピッチ間隔を示す
説明図。

【図５４】図５１に示したビーム検出器の制御回路ブロ
ック図を示す電気回路図。

【図５５】ビーム検出器の信号出力を示すグラフ。

【図５６】光電変換素子の変形例を示すビーム検出器の
分解斜視図。

【図５７】光電変換素子の別の変形例を示すビーム検出
器の分解斜視図。

【図５８】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の第
５実施形態を示すビーム検出器の分解斜視図。

【図５９】合焦状態のモアレ縞と光電変換素子の受光面
との関係を示す説明図。

【図６０】前ピント状態のモアレ縞と光電変換素子の受
光面との関係を示す説明図。

【図６１】後ピント状態のモアレ縞と光電変換素子の受
光面との関係を示す説明図。

【図６２】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の第
６実施形態に使用されるビーム検出器の分解斜視図。

【図６３】光電変換素子の変形例を示すビーム検出器の
分解斜視図。

【図６４】図６３に示したビーム検出器の出力波形を示
すグラフ。

【図６５】ビーム検出器の変形例を示す斜視図。

【図６６】ビーム検出器の別の変形例を示す斜視図。

【図６７】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の第
７実施形態を示す斜視図。

【図６８】図６７に示したビーム検出器の斜視図。

【図６９】前ピント状態のモアレ縞と光電変換素子の受
光面との関係を示す説明図。

【図７０】合焦状態のモアレ縞と光電変換素子の受光面
との関係を示す説明図。

【図７１】後ピント状態のモアレ縞と光電変換素子の受
光面との関係を示す説明図。

【図７２】オートフォーカス制御回路ブロック図を示す
電気回路図。

【図７３】レーザビームのスポットと光電変換素子の受
光面の位置関係を示す説明図。

【図７４】レーザビームのスポットと光電変換素子の受
光面の位置関係を示す別の説明図。

【図７５】レーザビームのスポットと光電変換素子の受
光面の位置関係を示す、さらに別の説明図。

【図７６】走査位置検出器制御回路ブロック図を示す電
気回路図。

【図７７】プリンタ本体制御部の制御手順を示したフロ
ーチャート。

【図７８】オートフォーカス制御手順を示したフローチ
ャート。

【図７９】第２のビーム検出器を示す分解斜視図。

【図８０】前ピント状態のモアレ縞とビーム検出器の出
力波形の関係を示す説明図。

【図８１】合焦状態のモアレ縞とビーム検出器の出力波
形の関係を示す説明図。

【図８２】後ピント状態のモアレ縞とビーム検出器の出
力波形の関係を示す説明図。

【図８３】オートフォーカス制御回路ブロック図を示す
電気回路図。

【図８４】光電変換素子の変形例を示す正面図。

【図８５】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の第
８実施形態に使用されるビーム検出器の分解斜視図。

【図８６】レーザビームの合焦位置とビーム検出器の位
置関係を示す側面図。

【図８７】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の第
９実施形態に使用されるビーム検出器の分解斜視図。

【図８８】レーザビームの合焦位置とビーム検出器の位
置関係を示す側面図。

【図８９】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の第
１０実施形態に使用されるビーム検出器の取付け構造を
示す断面図。

【図９０】図８９に示した取付け構造の変形例を示す断
面図。

【図９１】図８９に示した取付け構造の別の変形例を示
す断面図。

【図９２】図８９と異なるレーザビームの合焦位置とビ
ーム検出器の位置関係の場合のビーム検出器の取付け構
造を示す断面図。

【図９３】図９２に示した取付け構造の変形例を示す断
面図。

【図９４】図９２に示した取付け構造の別の変形例を示
す断面図。

【図９５】さらに図８９と異なるレーザビームの合焦位
置とビーム検出器の位置関係の場合のビーム検出器の取
付け構造を示す断面図。

【図９６】図９５に示した取付け構造の変形例を示す断
面図。

【図９７】図９５に示した取付け構造の別の変形例を示
す断面図。

【図９８】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の第
１１実施形態に使用されるビーム検出器の分解斜視図。

【図９９】レーザビームの合焦位置とビーム検出器の位
置関係を示す側面図。

【図１００】ミラー反射前のレーザビームの縞状パター
ンを示す平面図。

【図１０１】ミラー反射後のレーザビームの縞状パター
ンを示す平面図。

【図１０２】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の
第１２実施形態に使用されるビーム検出器の分解斜視
図。

【図１０３】図１０２に示したビーム検出器の変形例を
示す分解斜視図。

【図１０４】本発明に係るレーザビーム走査光学装置の
具体的実施例を示す平面図。

【図１０５】オートフォーカス処理時間を示す説明図。

【符号の説明】

１，５０１…レーザダイオード ３，５０３…フォーカシングレンズ ６，５０４…ポリゴンミラー ７，５０７…ｆθレンズ ２４…信号処理回路 ２５…制御回路 ２６…フォーカシングレンズ駆動制御部 ３０，５３０…感光体ドラム １００，１５０，１６０，１８０，６００，６３０，６
４９，６６０…ビーム検出器 １０１，１３１，１４１，１５１，１６１，１７１，１
８１，６２１，６３１…格子フィルタ（第１のフィル
タ） １０２，１３２，１４２，１５２，１６２，１７２，１
８２，６２２，６３２…格子フィルタ（第２のフィル
タ） １０５，１１６ａ〜１１６ｆ，１１８ａ〜１１８ｄ，１
２０，１２１，１３５，１５５，１６５，１６７，１６
８，１７３，１８３，１８４，１８６，６０３，６２
５，６３３…光電変換素子 １０５ａ，１０５ｂ，１２０ａ〜１２０ｃ，１２１ａ〜
１２１ｄ，１５５ａ，１５５ｂ，１７３ａ〜１７３ｄ，
１８３ａ，１８４ａ，１８４ｂ，６０３ａ，６０３ｂ，
６２５ａ，６２５ｂ…受光面 １０３，１０４，１３３，１３４，１４３，１５３，１
５４，１６３，１６４，６２３，６２４…シリンドリカ
ルレンズ １１７…正レンズ ２０４，２１３，２１７…比較器 ２０５，２１４，２１８…フリップフロップ ２０６，２０９，２１５…ＡＮＤ素子 ２２０…マイコン ２１９…プログラマブルタイマ ５２１…ＡＦ制御部 ７００，７２０，７４０…ビーム検出器 ７０１…ハーフミラー ７０２…格子フィルタ ７０３…ミラー ７０４，７２３，７４３…光電変換素子 ７０４ａ，７０４ｂ，７４３ａ，７４３ｂ…受光面 ７２１，７２２，７４１…折り返しミラー ７４２…ウインドウ Ａ，Ｂ…空間格子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 伸夫 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 竹下 健司 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 小江 啓司 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 長坂 泰志 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源から放射されたレーザビーム
   を、偏向器、光学素子を介して、微小な点に集光すると
   共に被走査面上を略等速度でライン状に走査するレーザ
   ビーム走査光学装置において、 前記レーザ光源から放射されたレーザビームの集光位置
   を調整するための調整手段と、 被走査面と光学的等価位置の近傍に配置され、前記レー
   ザ光源から放射されたレーザビームを変調してモアレ縞
   パターンを発生させるモアレ縞発生手段と、 前記モアレ縞発生手段により発生したモアレ縞パターン
   を受光する受光素子と、 前記受光素子の出力に基づいて前記調整手段を動作さ
   せ、被走査面上でのレーザビームの集光位置を補正する
   制御手段と、 を備えたことを特徴とするレーザビーム走査光学装置。
2. 【請求項２】 前記モアレ縞発生手段が、前記レーザ光
   源側から順に、縞状の空間格子を有する第１のフィルタ
   と、該第１のフィルタの空間格子の方向に対して微小角
   度傾いている縞状の空間格子を有する第２のフィルタと
   を配置して構成されていることを特徴とする請求項１記
   載のレーザビーム走査光学装置。
3. 【請求項３】 前記第１のフィルタの縞状の空間格子が
   レーザビームの主走査方向に対して平行であることを特
   徴とする請求項２記載のレーザビーム走査光学装置。
4. 【請求項４】 前記レーザ光源を定点発光させる第２の
   制御手段を備えると共に、前記第１のフィルタの縞状の
   空間格子がレーザビームの副走査方向に対して平行であ
   ることを特徴とする請求項２記載のレーザビーム走査光
   学装置。
5. 【請求項５】 前記受光素子が、複数の受光面を有し、
   該受光面のそれぞれに入射したレーザビームに応じた電
   気信号を出力する光電変換素子であり、この光電変換素
   子から出力される各電気信号の位相差を検出する位相差
   検出手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の
   レーザビーム走査光学装置。
6. 【請求項６】 前記モアレ縞発生手段と前記受光素子と
   の間に、縮小光学系を配設したことを特徴とする請求項
   １記載のレーザビーム走査光学装置。