JP2000304607A - 走査光学系におけるビーム形状の測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度の良い走査ビームの曲がり、多面鏡の面
倒れ量を求めることのできるビーム形状の測定方法およ
び装置を提供する。 【解決手段】 本発明の走査光学系におけるビーム形状
の測定方法は、多面鏡の回転によりビームが走査される
その像面上の主走査方向Ｘの任意の測定点で、その画素
列Ｘ′，Ｚ′を斜めに位置させた光センサ６上に、上記
ビームがスポット状に結像するように上記多面鏡を駆
動、停止制御し、上記光センサ６によりビームの光量を
計測してビーム形状を算出し、走査ビームの曲がり、多
面鏡の面倒れ量等を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多面鏡を回転させ
てビームを走査する走査光学系を被測定ユニットとし、
上記多面鏡の走査面から像面上にスポット状に結像させ
たビーム形状を測定する方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】多面鏡を使用してレーザ走査する走査光
学系は、レーザ光を発光するＬＤ光源と、回転する多面
鏡と、結像光学系等から構成されている。そして、結像
光学系としては、ｆθレンズを使用し、結像光学系の結
像面には、回転ドラム形状の感光体が置かれるのが一般
的である。

【０００３】ＬＤ光源からの光ビームは回転多面鏡の各
反射面から反射され、多面鏡の回転によって結像面、す
なわち、感光体面上を一方向に走査し、１本の走査線を
潜像として形成する。多面鏡が回転して次の反射面に移
ると、感光体が走査線の一ピッチ分回転し、前の走査線
の隣に次の走査線を描く。多面鏡が反射面を変えるごと
に一本づつ走査線が形成され、これが積層されて、原稿
画像ができあがることになる。この光ビームの移動する
走査方向を主走査方向と呼んでいる（像高方向ともい
う）。

【０００４】このような回転多面鏡を用いた走査光学系
では、積層された多数の走査線が、すべて平行で、かつ
等ピッチでなければならない。もし、回転多面鏡の各反
射面の面倒れ量が揃っていなかったりすると、結像面上
の走査光の軌跡が副走査方向（上記主走査方向と直交す
るピッチ方向）にずれたり、等間隔でなくなったり、平
行でなくなったりすることになり、画像不良の原因とな
る。

【０００５】そのため、測定面と等価な像面上に結像し
た光ビーム形状より、ビーム径、光重心、回転多面鏡の
各面の面倒れ等を求め、規格から外れた走査光学系は除
外する等の対策が必要となる。既にこのような走査光学
系の測定技術として、特開平４−３６６２９号に記載の
装置を提供している。

【０００６】従来、上記ビーム形状の測定は、次のよう
にして行っていた。通常、光ビーム形状の計測にはＣＣ
Ｄセンサが用いられ、走査光学系の結像面上にラインセ
ンサ又は２次元のエリアセンサを配置する。光センサに
は多数の画素が等間隔で並んでおり、複数の画素の上に
光像が結像する。そして多面鏡の１つの反射面でＬＤ光
源からの光ビームを反射させ、光センサ上にスポット像
を結像させる。そこで、各画素の出力を検出すれば、そ
の位置を画素列方向の座標等で示すことができる。この
操作を各主走査位置で行えば走査線の曲がりを、また、
多面鏡の各反射面について測定すれば、多面鏡の全ての
走査面の面倒れを求めることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記所望の主走査位置
（像高位置）で行われる上記従来のビーム形状の測定
は、主走査方向の測定ポイントとなる像高位置に多面鏡
を手動で動かしてエリアセンサ内にビームを設定してい
たため、精度良く光量を計測するのが難しく、測定に時
間がかかっていた。また、エリアセンサによる光量測定
の精度は、使用するエリアセンサの画素ピッチで決まっ
てしまっていた。

【０００８】また、光量を計測し、光重心を比較するこ
とによりビームの面倒れ量、曲がり量を測定している
が、従来の装置では、多面鏡を回転した状態での動的な
測定が行われていたため、振動や回転による誤差が含ま
れてしまっていた。また、多面鏡の走査方向である主走
査方向の面倒れは測定できなかった。そこで、本発明の
目的は、多面鏡を精度良く可動して光センサ内にビーム
を自動的に設定することで測定時間を短縮でき、センサ
の配置によりその分解能を向上させ画素ピッチより精度
の良い光量の計測を可能とし、また、振動や回転による
熱等の誤差が含まれずに精度の良い走査ビームの曲が
り、多面鏡の面倒れ量を求めることのできるビーム形状
の測定方法および装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の走査光学系におけるビーム形状の測定方法は、多面
鏡の回転により像面上をビーム走査する走査光学系にお
けるビーム形状を光センサにより測定する方法におい
て、上記像面上の主走査方向の任意の測定点に配置した
光センサ上に、上記ビームがスポット状に結像するよう
に上記多面鏡を駆動、停止制御し、上記光センサにより
ビームの光量を計測し、そのビーム形状を算出すること
を特徴としている。

【００１０】また、各画素を２次元に配した光センサに
より、その像面上の主走査方向及びこれに直交する副走
査方向の２方向よりビームのスポット形状を検出する測
定方法であって、上記光センサをその縦及び横方向に配
された各画素列の並び各々が主走査方向及び副走査方向
に一致しないよう傾けて配置し、上記各画素の出力を主
走査方向及び副走査方向へ積算することによりその主走
査方向及び副走査方向のビーム形状を求めることができ
る。

【００１１】また、上記主走査方向上の複数の測定点に
おける各画素の座標及び出力に基づいて、各主走査位置
での光重心位置を算出し、該各光重心位置を比較するこ
とにより主走査方向のビームの曲がり量及びその面倒れ
量を求めることができる。さらに、上記多面鏡の走査面
ごとに得られた測定値を比較することで多面鏡の面倒れ
量を求めることができる。また、上記光センサの移動、
上記多面鏡の駆動及び停止をマイクロコンピュータによ
り制御し、その測定を自動化することが望ましい。

【００１２】上記目的を達成する本発明の走査光学系に
おけるビーム形状の測定装置は、回転する多面鏡により
走査するビームを像面上にスポット状に結像させ、上記
像面上の所望の主走査位置にて上記ビーム形状を、各画
素を２次元に配した光センサにより測定する装置であっ
て、上記２次元の光センサは、その縦及び横方向に配さ
れた各画素列の並び各々が主走査方向及び副走査方向に
一致しないよう傾けて設置されたものであり、また、上
記多面鏡が回転制御手段により駆動可能に設置され、該
回転制御手段により光センサの受光エリア内に上記ビー
ムの光スポットを位置制御可能であることを特徴として
いる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は本発明の測定装置の構成を示す
平面図である。同図に示す被測定走査光学系５は、電源
１から電気の供給を受けてレーザ光を出射するＬＤ光源
２と、このＬＤ光源２からの光ビームＢを反射する回転
多面鏡３と、回転多面鏡３の停止位置を制御可能な回転
制御手段と、結像光学系としてのｆθレンズ４と、から
なり、これらが測定台１４上に組み込まれている。電源
１は、制御手段としてのマイクロコンピュータ７に連結
され、マイクロコンピュータ７の指示にしたがってＬＤ
光源２をＯＮ、０ＦＦすることができる。ＬＤ光源２よ
り出射したビームは、回転多面鏡３のいずれかの走査面
３ａで反射され、このビームＢはエリアセンサ６上に結
像する。エリアセンサ６は、画像入力ボード１３を介し
てマイクロコンピュータ７に接続され、マイクロコンピ
ュータ７によりエリアセンサ６の出力に基づいてビーム
形状が計測される。

【００１４】エリアセンサ６は、エリアセンサカメラ８
に取り付けられている。このエリアセンサカメラ８は、
主走査方向Ｘに駆動する像高方向ステージ９上に設置さ
れ、かつ、この像高方向ステージ９は、その像面と垂直
のデフォーカス方向に駆動する光軸方向ステージ１０上
に設置されている。また、多面鏡３の回転制御手段とし
ては、例えば、図示しないステッピングモータにより駆
動される回転ステージθ上に多面鏡３を設置して構成す
ることができ、この回転ステージθによりビームＢの結
像位置を変位させる。このような構成によりエリアセン
サ６を測定点に配置するとともにここにビームＢの結像
点を案内できる。この制御を行うために、いずれの自動
ステージ９，１０，θもコントローラ１２を経てマイク
ロコンピュータ７に連結されている。

【００１５】図２は、ラインセンサ８へ設置した上記エ
リアセンサ６の正面図で、その隣に出力波形を示してい
る。図３は、本実施例の測定方法を説明するフローチャ
ートである。以下、これらの図に基づいて本実施例の測
定方法を説明する。図２に示すように、エリアセンサ６
は、直交するＸ′，Ｚ′の２方向に画素列を複数配した
２次元方向の光センサであり、エリアセンサカメラ８に
その画素列の平面が像面上に一致するよう配置する。そ
して、このエリアセンサ６は、エリアセンサカメラ８上
にてその各画素列の２方向Ｘ′，Ｚ′の各々が主走査方
向Ｘ及び副走査方向Ｚに対して傾くように配置されてお
り、図示の例では共に４５゜に傾けたものである。

【００１６】このようなエリアセンサ６の設置の仕方に
よって、従来から用いられている画素ピッチが一定のセ
ンサであっても、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｚの各々
の計測方向からみれば、各画素のピッチ間にはその同方
向に隣接する別の画素列の各画素が位置するよになるた
め事実上の画素ピッチは狭まり、後述する光量測定の精
度が向上する。本実施例のように４５゜に傾いている場
合、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｚの分解能は、その画
素列の並び方向の分解能に対して１／√２倍まで小さく
なる。

【００１７】図３に示すように、測定が開始されると、
コントローラ１２を介してマイクロコンピュータ７によ
りエリアセンサカメラ８を遠隔操作し、光軸方向ステー
ジ１０により光軸位置移動を、像高方向ステージ９によ
りその像高位置移動を行い、エリアセンサ６を所望の像
高位置及びデフォーカス位置の測定点に設定する（Ｓ
１）。

【００１８】ついで、ＬＤ光源２よりビームを出射する
とともに、図１に示されるように回転ステージθにより
回転多面鏡３の走査面３ａからのビームＢをその中心よ
りα゜回転させる（Ｓ２）。こうして、走査面３ａから
の反射ビームＢをエリアセンサ６の結像点Ｂｐに到達さ
せ、図２に示されるように、そのビームＢはエリアセン
サ６の受光エリア内にてスポット状に結像する。ここ
で、各画素の出力は画像入力ボード１３を経由してマイ
クロコンピュータ７に送られ、その光量が計測される。

【００１９】計測光量は、主走査方向Ｘ及び副走査方向
Ｚでのスポット形状（ビーム径等）を特定するために各
々の走査方向に沿う方向であって各画素列に対して斜め
の方向に積算される。こうして各々の走査方向における
ビーム径、各方向の光重心位置Ｓａ、Ｓｂが算出される
（Ｓ３）。なお、このビーム（幅）径は光量階調値のピ
ークに対する１３．５％（１／ｅ^２）のレベルでの幅と
して求め、ノイズを含まないようにする。

【００２０】上記光重心位置の算出は、主走査方向にお
ける複数の測定点で行われ、各測定点で得られた重心位
置Ｓｂをつなぐことで、ビームＢの像面上の走査線の曲
がりが測定できる（Ｓ４）。また、この操作を回転多面
鏡３の各測定面３ａについて行えば、それぞれの測定面
３ａでの走査線の曲がりを知ることができ、各走査面３
ａの測定値を比較すれば回転多面鏡３の面倒れ量が測定
できる（Ｓ４）。さらに、像高方向ステージ９による主
走査位置の変位を座標にとり各測定点における理論上の
結像位置と、計測した主走査方向Ｘの光重心位置Ｓａと
を比較すれば主走査方向Ｘの面倒れ量が測定できる。

【００２１】なお、主走査方向の走査範囲内の端部に図
示を省略した多面鏡の走査面３ａ（ビームの反射する
面）が入れ替わる度に新たなビームＢ′を受光すること
により走査面３ａを特定する検知手段が設置されてい
る。この検知手段からの検知信号に基づいて、例えば、
上記実施例の多面鏡は６面であるから、上記検知信号が
出される度に、第１面、第２面……第６面と順次判定
し、第６面の次は第１面に戻るようにして走査面３ａを
判定することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
その像面上の主走査方向の任意の測定点に配置した光セ
ンサ上に、上記ビームがスポット状に結像するように上
記多面鏡を駆動、停止制御し、上記光センサによりビー
ムの光量を計測し、そのビーム形状を算出するので、上
記ビーム設定を手動で行う必要が無くなり、精度良くか
つ短時間で測定できる。

【００２３】また、各画素を２次元に配した光センサに
より、その像面上の主走査方向及びこれに直交する副走
査方向の２方向よりビームのスポット形状を検出する測
定方法であって、上記光センサをその縦及び横方向に配
された各画素列の並び各々が主走査方向及び副走査方向
に一致しないよう傾けて配置し、上記各画素の出力を主
走査方向及び副走査方向へ積算することによりその主走
査方向及び副走査方向のビーム形状を求める方法によれ
ば、その光センサの画素ピッチの分解能以上の精度でス
ポット形状を測定することができる。

【００２４】上記測定位置とされた主走査方向上の複数
点における各画素の座標及び出力に基づいて、各主走査
位置での光重心位置を算出し、該各光重心位置を比較す
ることにより主走査方向のビームの走査曲がり量及びそ
の面倒れ量を求める方法によれば、多面鏡を静止した状
態で、誤差の少ない走査曲がりを測定でき、かつ、その
主走査方向の面倒れ量の測定も可能となる。

【００２５】さらに、上記多面鏡の走査面ごとに得られ
た測定値を比較することで多面鏡の面倒れ量を求める方
法によれば、多面鏡を静止した状態で、誤差の少ない面
倒れ量を測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の測定装置の構成を示す平面図であ
る。

【図２】本実施例に係るエリアセンサの設置方法と、そ
の出力波形を示す図である。

【図３】本実施例の測定方法を説明するフローチャート
である。

【符号の説明】

３ 多面鏡 ５ 走査光学系 ６ 光センサ（エリアセンサ） Ｂ ビーム Ｘ 主走査方向 Ｚ 副走査方向 Ｘ′，Ｚ′ 画素列の並び方向 Ｓａ，Ｓｂ 光重心位置 θ 回転制御手段（回転ステージ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多面鏡の回転により像面上をビーム走査
   する走査光学系におけるビーム形状を光センサにより測
   定する方法において、 上記像面上の主走査方向の任意の測定点に配置した光セ
   ンサ上に、上記ビームがスポット状に結像するように上
   記多面鏡を駆動、停止制御し、上記光センサによりビー
   ムの光量を計測し、そのビーム形状を算出することを特
   徴とする走査光学系におけるビーム形状の測定方法。
2. 【請求項２】 各画素を２次元に配した光センサによ
   り、その像面上の主走査方向及びこれに直交する副走査
   方向の２方向よりビームのスポット形状を検出する測定
   方法であって、 上記光センサをその縦及び横方向に配された各画素列の
   並び各々が主走査方向及び副走査方向に一致しないよう
   傾けて配置し、上記各画素の出力を主走査方向及び副走
   査方向へ積算することによりその主走査方向及び副走査
   方向のビーム形状を求めることを特徴とする請求項１記
   載の走査光学系におけるビーム形状の測定方法。
3. 【請求項３】 上記主走査方向上の複数の測定点におけ
   る各画素の座標及び出力に基づいて、各主走査位置での
   光重心位置を算出し、該各光重心位置を比較することに
   より主走査方向のビームの曲がり量及びその面倒れ量を
   求めることを特徴とする請求項１又は２記載の走査光学
   系におけるビーム形状の測定方法。
4. 【請求項４】 さらに、上記多面鏡の走査面ごとに得ら
   れた測定値を比較することで多面鏡の面倒れ量を求める
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の走
   査光学系におけるビーム形状の測定方法。
5. 【請求項５】 上記光センサの移動、上記多面鏡の駆動
   及び停止をマイクロコンピュータにより制御し、その測
   定を自動化したことを特徴とする請求項１から４のいず
   れかに記載の走査光学系におけるビーム形状の測定方
   法。
6. 【請求項６】 回転する多面鏡により走査するビームを
   像面上にスポット状に結像させ、上記像面上の所望の主
   走査位置にて上記ビーム形状を、各画素を２次元に配し
   た光センサにより測定する装置であって、 上記２次元の光センサは、その縦及び横方向に配された
   各画素列の並び各々が主走査方向及び副走査方向に一致
   しないよう傾けて設置されたものであり、また、上記多
   面鏡が回転制御手段により駆動可能に設置され、該回転
   制御手段により光センサの受光エリア内に上記ビームの
   光スポットを位置制御可能であることを特徴とする走査
   光学系におけるビーム形状の測定装置。