JP2001012902A

JP2001012902A - 走査レーザビーム位置検出装置

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Publication number: JP2001012902A
Application number: JP11187221A
Authority: JP
Inventors: 裕 ▲高▼野; Yutaka Takano
Original assignee: LINE DENSHI KK
Current assignee: LINE DENSHI KK
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2001-01-19
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: JP4083928B2

Abstract

(57)【要約】【課題】位置検出対象の走査レーザビームを使用して
走査レーザビーム位置とレーザパワー差との特性テーブ
ルを事前に作成することにより、正確な走査レーザビー
ム位置の検出を可能とする。【解決手段】ポリゴンスキャナ７で反射された走査レ
ーザビームは、シリンダレンズ１１で測定範囲に応じた
ビーム径に変換され、ナイフエッジプリズム１２の直角
稜を挟む２面で２つに分割され、拡散板１４ａ，１４ｂ
でビーム径を拡大されてから受光センサ１５ａ，１５ｂ
にそれぞれ入射される。受光センサ１５ａ，１５ｂを含
むセンサユニット１を電動ステージ２上に設置して所定
ピッチで受光センサ１５ａ，１５ｂの受光電流値Ｉ_ａ，
Ｉ_ｂを測定する。また、電動ステージ２に取り付けたリ
ニアスケール３により、センサユニット１の位置を測定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は走査レーザビーム位
置検出装置に関し、さらに詳しくはレーザプリンタ，デ
ジタルＰＰＣ（ＰｌａｉｎＰａｐｅｒＣｏｐｙ）に
使用される高速の機械スキャナやレーザ走査ユニットか
ら出射される走査レーザビームの走査面からのずれ位置
（反射面の面倒れ量に対応）を検出するための走査レー
ザビーム位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザプリンタ，デジタルＰＰＣ
において高速化が進み、ポリゴンスキャナでの回転数が
３００００ｒｐｍを超えるようになり、走査周波数も３
ＫＨｚ以上となりつつある。また、解像度も上がってお
り、走査精度の向上も要求されている。

【０００３】従来、この種のレーザビーム位置検出方法
には、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖ
ｉｃｅ）センサを用いるもの，ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏ
ｎＳｅｎｓｉｎｇＤｅｖｉｃｅ）素子を用いるも
の，ナイフエッジを用いるもの，ナイフエッジプリズム
を用いるものなどがあった。

【０００４】従来のＣＣＤセンサおよびＰＳＤ素子を用
いるレーザビーム位置検出方法では、ＣＣＤセンサおよ
びＰＳＤ素子の応答速度がμｓオーダであり、３０００
０ｒｐｍを超えるような高速スキャンには使用できなか
った。

【０００５】また、従来のナイフエッジを用いるレーザ
ビーム位置検出方法では、反射面の反射率バラツキが誤
差になるという不具合があった。

【０００６】一方、ナイフエッジプリズムを用いるレー
ザビーム位置検出方法では、図１０に示すように、レー
ザビームの中心（最大レーザパワー分布位置）がナイフ
エッジプリズム１２の直角稜に一致していて、実線のよ
うにレーザビームのビーム位置ずれがない場合には、上
下の受光センサ１５ａ，１５ｂにレーザパワーが均等に
分けられるが、ビーム位置ずれが生じた場合には、レー
ザビームが点線の状態となって、上の受光センサ１５ａ
ヘのレーザパワーが増え、下の受光センサ１５ｂヘのレ
ーザパワーが減るので、レーザビームの位置ずれに対す
る上下の受光センサ１５ａ，１５ｂのレーザパワーの差
を解析することにより、レーザビームの位置検出を行う
ことができる。

【０００７】詳しくは、ナイフエッジプリズム１２によ
り上下に分けられたレーザビームの受光電流値をそれぞ
れＩ_ａ，Ｉ_ｂとすると、その差の正規化量をレーザパワ
ー差Ｗ＝（Ｉ_ａ−Ｉ_ｂ）／（Ｉ_ａ＋Ｉ_ｂ）と定義する。
レーザパワー差Ｗは、レーザビームのレーザパワー分布
がガウス分布であるとすると、数１のように記述するこ
とができる。ただし、ｒはビーム半径である。

【０００８】

【数１】

【０００９】レーザパワー差Ｗは、図１０に示すよう
に、レーザビームの中心（最大レーザパワー分布位置）
がナイフエッジプリズム１２の直角稜からずれた位置Ｌ
に応じて、図１１に示すように変化する。

【００１０】このため、従来のナイフエッジプリズムを
用いるレーザビーム位置検出方法では、図１１に示すよ
うな位置Ｌに対するレーザパワー差Ｗの特性曲線をあら
かじめテーブル形式（以下、このテーブルを特性テーブ
ルという）で作成し、位置検出対象のレーザビームの上
下の受光センサ１５ａ，１５ｂでの受光電流値Ｉ_ａ，Ｉ
_ｂを測定し、レーザパワー差Ｗを算出して、上記特性テ
ーブルを参照することにより位置Ｌを検出するようにし
ていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のナイフエッジプリズムを用いるレーザビーム位
置検出方法では、検出素子がＰＩＮフォトダイオードや
アバランシェフォトダイオードを使用していたので、応
答速度を上げる場合には素子面積を小さくしなければな
らず、検出範囲が小さくなるという問題点やビーム径に
よって測定範囲が制限されるという問題点があった。特
に、高速スキャンにおいて高精度な走査レーザビームの
位置検出を行うためには、受光量が安定していることが
必要であり、そのためには、高速応答の受光素子が必要
で、かつデータの取込タイミングを立ち上がり後の安定
した状況で行う必要がある。たとえば、走査レーザビー
ムの走査速度を４０００ｍ／ｓとすると、受光エリアφ
５ｍｍの場合でビーム径１ｍｍのとき、受光センサ１５
ａ，１５ｂ上での受光時間は約１μｓとなり、応答速度
の速いセンサが必要である。

【００１２】また、レーザパワー差Ｗは走査レーザビー
ムを２分割して測定するので、走査レーザビームのビー
ム径や走査位置よって受光面積が決まるため、受光セン
サ１５ａ，１５ｂを移動させて測定する場合には、さら
に走査レーザビームの光学系への入射角度に応じた受光
面積が必要となってくる。

【００１３】さらに、従来のナイフエッジプリズムを用
いたレーザビーム位置検出方法では、レーザビームの位
置検出の基準となる特性テーブル（特性曲線）について
レーザビームを動かさない状態で受光電流値Ｉ_ａ，Ｉ_ｂ
を測定して作成していたが、走査ユニットではレーザビ
ームの形状がビーム径や走査位置に応じて変化するの
で、各測定ポイントであらかじめ測定し、それぞれのレ
ーザビーム位置とレーザパワー差との特性を記憶してお
く必要があった。

【００１４】本発明の目的は、上述の点に鑑み、位置検
出対象である走査レーザビームを実際に使用して特性テ
ーブル（特性曲線）を作成し、走査レーザビームの正確
な位置を検出できるようにした走査レーザビーム位置検
出装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の走査レーザビー
ム位置検出装置は、走査レーザビームを分割するナイフ
エッジプリズムと、このナイフエッジプリズムにより分
割された２つの走査レーザビームをそれぞれ受光する２
つの光電子増倍型受光素子とを有するセンサユニット
が、リニアスケールを備える電動ステージ上に配置さ
れ、前記電動ステージを所定ピッチずつ移動した場合の
リニアスケール位置と前記光電子増倍型受光素子で受光
された走査レーザビームのレーザパワー差との特性テー
ブルを事前に作成し、位置検出時には前記光電子増倍型
受光素子で受光された走査レーザビームのレーザパワー
差により前記特性テーブルを検索して走査レーザビーム
の位置を検出することを特徴とする。

【００１６】また、本発明の走査レーザビーム位置検出
装置は、前記ナイフエッジプリズムの入射側に走査レー
ザビーム径を拡大するアナモルフィック光学素子を配置
したことを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明の走査レーザビーム位置検
出装置は、前記ナイフエッジプリズムと前記光電子増倍
型受光素子との間に光拡散素子を配置したことを特徴と
する。

【００１８】さらにまた、本発明の走査レーザビーム位
置検出装置は、前記ナイフエッジプリズムと前記光拡散
素子との間に走査レーザビームの入射角度による位置変
化を補償するアナモルフィック光学素子を配置したこと
を特徴とする。

【００１９】また、本発明の走査レーザビーム位置検出
装置は、リニアスケール位置とレーザパワー差との特性
テーブルの作成時にポリゴンスキャナにおいて１回転分
の測定結果から最大値および最小値を除いた測定結果の
平均値を所定ピッチずつ移動した場合の測定結果とする
ことを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２１】図１および図２は、本発明の第１の実施の
形態に係る走査レーザビーム位置検出装置を含む測定シ
ステムの構成を示す側面図および平面図である。

【００２２】図１および図２において右手に配設された
テーブル５上には、本実施の形態に係る走査レーザビー
ム位置検出装置による位置検出対象の走査レーザビーム
を出射する、レーザ光源ユニット６と、ポリゴンスキャ
ナ７とが配設されている。

【００２３】レーザ光源ユニット６は、テーブル５上に
ポリゴンスキャナ７に対して所定角をなすように配置さ
れており、レーザ光源および集光レンズ系を含み、スポ
ット状に絞られたレーザビームを出射する。

【００２４】ポリゴンスキャナ７は、８角形板状に形成
され周面が鏡面加工された多面鏡７１と、多面鏡７１を
回転軸に枢着する電動モータ７２とから構成されてお
り、多面鏡７１に入射されたレーザビームを多面鏡７１
の回転に伴って走査レーザビームとして走査させる。な
お、本実施の形態では、多面鏡７１を８角形板状とした
が、多面鏡７１の鏡面の数は８つに限られるものではな
く、６，１２，１６等のその他の数であってもよいもの
である。

【００２５】第１の実施の形態に係る走査レーザビーム
位置検出装置は、センサユニット１と、センサユニット
１を搭載し上下方向に移動させる電動ステージ２と、電
動ステージ２に取り付けられリニアスケールセンサ３ａ
によりセンサユニット１の移動位置を計測するリニアス
ケール３とから、その主要部が構成されている。

【００２６】センサユニット１は、シリンダレンズ１１
と、ナイフエッジプリズム１２と、拡散板１４ａ，１４
ｂと、受光センサ１５ａ，１５ｂとから、その主要部が
構成されている。

【００２７】シリンダレンズ１１は、ナイフエッジプリ
ズム１２の直角稜と長手方向が一致するようにナイフエ
ッジプリズム１２の入射側に配置されており、ナイフエ
ッジプリズム１２に入射する走査レーザビームを直角稜
と直交する方向にのみ折曲させるアナモルフィック光学
素子である。このシリンダレンズ１１の存在により、走
査レーザビームのビーム径が拡大され、走査レーザビー
ムのビーム径によって測定範囲が制限されるという問題
が解消される。

【００２８】ナイフエッジプリズム１２は、断面が直角
二等辺三角形であるガラスプリズムの直角稜を挟む２面
にアルミニュームコーティングを施したもので形成さ
れ、その直角稜がナイフエッジとしての役目をするよう
に走査レーザビームの入射側に水平方向に配置されてい
る。

【００２９】拡散板１４ａ，１４ｂは、すりガラス，ピ
トロガラス，マイクロレンズアレイ等で形成された光拡
散素子であり、ナイフエッジプリズム１２で上下方向に
分割された２つの走査レーザビームのビーム径を拡大す
るために、ナイフエッジプリズム１２の上位および下位
にそれぞれ配置されている。拡散板１４ａ，１４ｂの存
在により、受光センサ１５ａ，１５ｂとして用いられる
光電子増倍型受光素子があまり小さなビームが入射する
と応答特性が悪くなるという問題が解消される。

【００３０】受光センサ１５ａ，１５ｂは、受光面積が
大きく高感度でかつ高速応答性を有するメタルパッケー
ジ光電子増倍管等の光電子増倍型受光素子で形成されて
いて、拡散板１４ａ，１４ｂでビーム径が拡大された２
つの走査レーザビームを受光するように、拡散板１４
ａ，１４ｂの上位および下位にそれぞれ配置されてい
る。

【００３１】電動ステージ２は、ステッピングモータ，
リニアモータ等により上下方向に移動するステージであ
る。

【００３２】リニアスケール３は、センサユニット１を
電動ステージ２上に設置して所定ピッチで２つの受光セ
ンサ１５ａ，１５ｂの受光電流値Ｉ_ａ，Ｉ_ｂを測定する
際に上記所定ピッチがμｍ単位となり、電動ステージ２
だけでは精度が出ないので、実際の移動ピッチを読み取
るために電動ステージ２に取り付けられている。

【００３３】図３を参照すると、本実施の形態に係る走
査レーザビーム位置検出装置の回路系は、受光センサ１
５ａ，１５ｂと、電動ステージ２と、リニアスケール３
と、受光センサ１５ａ，１５ｂの出力電流を増幅するア
ンプ１６ａ，１６ｂと、アンプ１６ａ，１６ｂのアナロ
グ出力を高速にＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａ
ｌ）変換する高速Ａ／Ｄ変換器１７ａ，１７ｂと、電動
ステージ２を制御するコントローラ１８と、リニアスケ
ール３を制御するコントローラ１９と、高速Ａ／Ｄ変換
器１７ａ，１７ｂ，コントローラ１８，およびコントロ
ーラ１９に接続されたバス２０と、バス２０に接続され
たＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵ
ｎｉｔ）２１と、ＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴ
ｕｂｅ），ＫＢ（ＫｅｙＢｏａｒｄ）等からなる入出力
装置２２とから構成されている。

【００３４】図４を参照すると、ＣＰＵ２１内のメモリ
上に作成される特性テーブルは、リニアスケール位置Ｌ
およびレーザパワー差Ｗからなる複数（本実施の形態で
は３００）のエントリで構成されている。

【００３５】図５を参照すると、特性テーブル作成時の
処理は、センサユニットレーザビーム中心移動ステップ
Ｓ１０１と、センサユニット−１５０μｍ移動ステップ
Ｓ１０２と、カウンタｎインクリメントステップＳ１０
３と、受光電流値Ｉ_ａｎ，Ｉ_ｂ _ｎ収集ステップＳ１０５
と、リニアスケール位置Ｌ_ｎ収集ステップＳ１０６と、
特性テーブルへの転送ステップＳ１０７と、センサユニ
ット＋１μｍ移動ステップＳ１０８と、ｎ＝３００判定
ステップＳ１０９とからなる。

【００３６】図６を参照すると、走査レーザビーム位置
検出時の処理は、受光電流値Ｉ_ａ，Ｉ _ｂ収集ステップＳ
２０１と、レーザパワー差Ｗ算出ステップＳ２０２と、
特性テーブルエントリ検索ステップＳ２０３と、エント
リ内ウェイト値η計算ステップＳ２０４と、走査レーザ
ビーム位置Ｌ算出ステップＳ２０５とからなる。

【００３７】なお、ＣＰＵ２１は、図７に示すように、
受光センサ１５ａ，１５ｂからの出力電流値を、アンプ
１６ａ，１６ｂおよび高速Ａ／Ｄ変換器１７ａ，１７ｂ
を通じて、受光レベルＬｌを越えた時点より遅れｔｌが
経過した時点で取り込み、さらに受光レベルＬ１から大
きく低下したｔ２の時点でバックグラウンドの光量によ
る電流値として取り込み、前者から後者を差し引いて受
光電流値Ｉとする。

【００３８】ただし、実際の走査レーザビームは位置検
出対象でもあるために動いているので、レーザビーム位
置とレーザパワー差との特性を正確に測定することは難
しい。ポリゴンスキャナ７の場合に実際にレーザビーム
位置のずれの様子を観察してみると、その成分は１回転
ごとに生ずる成分と、長い時間にかかわる成分とがあ
る。１回転成分は多面鏡７１の加工精度によるもので、
通常はサインカーブのように１回転で極大，極小を持つ
形となっており、長期成分についてはベアリング軸受け
の場合にはボールの転がりやグリスの移動があり、空気
軸受けの場合には加工不均一による首振り運動が考えら
れる。上記の状況で１回転成分については、最大値およ
び最小値を除くことによって走査レーザビーム位置とレ
ーザパワー差との特性のバラツキは軽減され、さらにこ
の値を平均することで繰り返し特性の良いレーザビーム
位置とレーザパワー差との特性が得られるようになる。
詳しくは、ＣＰＵ２１は、多面鏡７１の回転に伴って多
面鏡７１の各周面により８回の走査が行われ、図８に示
すように、１回転につき８つの受光電流値が測定結果と
して得られるので、測定結果中の最大および最小の測定
結果を除いて平均した値を受光電流値Ｉとする。

【００３９】次に、このように構成された第１の実施の
形態に係る走査レーザビーム位置検出装置の動作につい
て説明する。

【００４０】（１）特性テーブルの作成処理

【００４１】ここでは、センサユニット１を３００μｍ
の範囲で１μｍ単位で移動して特性テーブルを作成する
場合を例にとって説明する。

【００４２】レーザ光源ユニット６から出射されたレー
ザビームは、ポリゴンスキャナ７の多面鏡７１の１周面
にて反射され、多面鏡７１の電動モータ７２による回転
に伴って走査レーザビームとされる。

【００４３】走査レーザビームは、シリンダレンズ１１
にて測定範囲に応じたビーム径に変換され、ナイフエッ
ジプリズム１２に入射されて、ナイフエッジプリズム１
２の直角稜によって２つに分割される。分割された２つ
の走査レーザビームは、拡散板１４ａ，１４ｂで光電子
増倍型受光素子で影響の出ない約５０μｍ以上のビーム
径に拡大されてから受光センサ１５ａ，１５ｂにそれぞ
れ入射される。

【００４４】この状態から、ＣＰＵ２１は、コントロー
ラ１８を介して電動ステージ２を駆動して、センサユニ
ット１をレーザビーム中心に移動する（ステップＳ１０
１）。詳しくは、走査レーザビームの中心とナイフエッ
ジプリズム１２の直角稜とが一致して、受光センサ１５
ａから得られる受光電流値Ｉ_ａと受光センサ１５ｂから
得られる受光電流値Ｉ_ｂとが等しくなる位置にセンサユ
ニット１を移動する。

【００４５】次に、ＣＰＵ２１は、コントローラ１８を
介して電動ステージ２を再び駆動して、センサユニット
１を走査レーザビームの中心から下方に１５０μｍ（す
なわち、−１５０μｍ）移動する（ステップＳ１０
２）。

【００４６】続いて、ＣＰＵ２１は、カウンタｎ（初期
値０）を１つインクリメントし（ステップＳ１０３）、
受光センサ１５ａ，１５ｂからの受光電流値Ｉ_ａｎ，Ｉ
_ｂｎをアンプ１６ａ，１６ｂおよび高速Ａ／Ｄ変換器１
７ａ，１７ｂを通じて収集する（ステップＳ１０４）。

【００４７】次に、ＣＰＵ２１は、コントローラ１９を
介してリニアスケール３の位置Ｌ_ｎを収集する（ステッ
プＳ１０５）。

【００４８】続いて、ＣＰＵ２１は、リニアスケール３
の位置Ｌ_ｎと、レーザパワー差Ｗ_ｎ＝（Ｉ_ａｎ−
Ｉ_ｂｎ）／（Ｉ_ａｎ＋Ｉ_ｂｎ）とを特性テーブルのｎ番
目のエントリに転送する（ステップＳ１０６）。

【００４９】次に、ＣＰＵ２１は、コントローラ１８を
介して電動ステージ２を上方に１μｍ（＋１μｍ）移動
し（ステップＳ１０７）、ｎ＝３００かどうかを判定す
る（ステップＳ１０８）。カウンタｎが３００でなけれ
ば、ＣＰＵ２１は、ステップ１０３に制御を戻して、ス
テップＳ１０３〜Ｓ１０８を繰り返し、カウンタｎが３
００になると処理を終了する。

【００５０】以上の結果、ＣＰＵ２１内のメモリ上に
は、特性テーブルが完成する。この特性テーブルは、以
降の走査レーザビーム位置の検出処理に利用される。

【００５１】（２）走査レーザビーム位置の検出処理

【００５２】レーザ光源ユニット６から出射されたレー
ザビームがポリゴンスキャナ７で反射されて走査レーザ
ビームとして入射されている状態から、ＣＰＵ２１は、
受光センサ１５ａ，１５ｂからの受光電流値Ｉ_ａ，Ｉ_ｂ
をアンプ１６ａ，１６ｂおよび高速Ａ／Ｄ変換器１７
ａ，１７ｂを通じて収集し（ステップＳ２０１）、レー
ザパワー差Ｗ＝（Ｉ_ａ−Ｉ_ｂ）／（Ｉ_ａ＋Ｉ_ｂ）を算出
する（ステップＳ２０２）。

【００５３】次に、ＣＰＵ２１は、レーザパワー差Ｗを
特性テーブルの各エントリのレーザパワー差Ｗ_１〜Ｗ
_３００と大小比較し、Ｗ_ｎ＜Ｗ＜Ｗ_ｎ＋１のエントリを
検索する（ステップＳ２０３）。

【００５４】Ｗ_ｎ＜Ｗ＜Ｗ_ｎ＋１のエントリが検索され
ると、ＣＰＵ２１は、エントリ内ウェイト値η＝（Ｗ−
Ｗ_ｎ）／（Ｗ_ｎ＋１―Ｗ_ｎ）を計算する（ステップＳ２
０４）。

【００５５】最後に、ＣＰＵ２１は、特性テーブル内の
リニアスケール位置Ｌ_ｎ，Ｌ_ｎ＋１に対してウェイト値
ηを加味（補間）した走査レーザビーム位置Ｌ＝Ｌ_ｎ＋
η（Ｌ _ｎ＋１−Ｌ_ｎ）を算出する（ステップＳ２０
５）。

【００５６】このように、第１の実施の形態によれば、
位置検出対象の走査レーザビームを実際に用いて特性テ
ーブルを事前に作成し、位置検出時には特性テーブルを
参照して走査レーザビーム位置を検出するようにしたの
で、走査レーザビームの位置を正確に検出することがで
きる。

【００５７】また、センサユニット１をリニアスケール
３を備える電動ステージ２上に配置するようにしたの
で、センサユニット位置とレーザパワー差との特性テー
ブルをμｍ単位で作成することができるとともに、走査
レーザビーム位置を特性テーブルを参照して補間するこ
とで算出するようにしたので、きわめて精度の高い走査
レーザビームの位置検出を行うことができる。

【００５８】さらに、ナイフエッジプリズム１２の入射
側にシリンダレンズ１１を配置したので、走査レーザビ
ームのビーム径が拡大され、走査レーザビームのビーム
径によって測定範囲が制限されるという問題が解消され
る。

【００５９】さらにまた、ナイフエッジプリズム１２と
受光センサ１５ａ，１５ｂとの間に拡散板１４ａ，１４
ｂを配置したので、受光センサ１５ａ，１５ｂとして用
いられる光電子増倍型受光素子があまり小さなビームが
入射すると応答特性が悪くなるという問題が解消され
る。

【００６０】また、リニアスケール位置とレーザパワー
差との特性テーブルの作成時にポリゴンスキャナにおい
て１回転分の測定結果から最大値および最小値を除いた
測定結果の平均値を所定ピッチずつ移動した場合の測定
結果とするようにしたので、走査レーザビーム位置とレ
ーザパワー差との特性のバラツキが軽減され、さらにこ
の値を平均することで繰り返し特性の良いレーザビーム
位置とレーザパワー差との特性が得られることになる。

【００６１】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。

【００６２】図９（ａ），（ｂ），および（ｃ）は、本
発明の第２の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検
出装置におけるセンサユニット１’の光学系を示す側面
図，正面図，および上面図である。このセンサユニット
１’の光学系は、第１の実施の形態に係る走査レーザビ
ーム位置検出装置におけるセンサユニット１の光学系に
対して、ナイフエッジプリズム１２と拡散板１４ａ，１
４ｂとの間に、シリンダレンズ１３ａ，１３ｂを追加す
るようにしたものである。

【００６３】シリンダレンズ１３ａ，１３ｂは、走査レ
ーザビームの光学系への入射角度による位置変化を補償
するために、図９（ｂ）に示すように、曲率面をナイフ
エッジプリズム１２側に向けて水平に配置されている。
これらシリンダレンズ１３ａ，１３ｂは、ロッドレンズ
等の他のアナモルフィック光学素子であってもよい。

【００６４】なお、特に言及しないその他の部材等は、
第１の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置
における対応する部材等と同様に構成されて同様に配置
されているので、それらの詳しい説明を割愛する。

【００６５】このように構成された第２の実施の形態に
係る走査レーザビーム位置検出装置によれば、図９
（ｂ）および（ｃ）に示すように、シリンダレンズ１３
ａ，１３ｂが走査レーザビームの走査面内での光軸の振
れを補正して走査レーザビームを受光センサ１５ａ，１
５ｂに入射させるので、第１の実施の形態に係る走査レ
ーザビーム位置検出装置に比べて、さらに走査レーザビ
ームの入射角度による位置変化を補償することができる
という利点がある。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
位置検出対象の走査レーザビームを実際に用いて特性テ
ーブルを事前に作成し、位置検出時には特性テーブルを
参照して走査レーザビーム位置を検出するようにしたの
で、走査レーザビームの位置を正確に検出することがで
きる効果がある。

【００６７】また、光電子増倍型受光素子を含むセンサ
ユニットをリニアスケールを備える電動ステージ上に配
置するようにしたので、高速の走査レーザビームについ
てセンサユニット位置とレーザパワー差との特性テーブ
ルを精密に作成して、高速の走査レーザビームの位置を
正確に検出することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る走査レーザビ
ーム位置検出装置を含む測定システムの構成を示す側面
図である。

【図２】第１の実施の形態に係る走査レーザビーム位置
検出装置を含む測定システムの構成を示す平面図であ
る。

【図３】第１の実施の形態に係る走査レーザビーム位置
検出装置の回路系を示すブロック図である。

【図４】図３中のＣＰＵ内のメモリ上に作成される特性
テーブルを示す図である。

【図５】図４の特性テーブルの作成処理を示すフローチ
ャートである。

【図６】図４の特性テーブルを用いた走査レーザビーム
位置の検出処理を示すフローチャートである。

【図７】図１中の受光センサからの出力電流値の読み出
しタイミングを説明するタイムチャートである。

【図８】図１中のポリゴンスキャナの１回転での受光電
流値の変動を表すタイムチャートである。

【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第２の実施
の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置におけるセ
ンサユニットの光学系を示す側面図，正面図，上面図で
ある。

【図１０】ナイフエッジプリズムでの走査レーザビーム
の分割を説明する図である。

【図１１】レーザビーム位置とレーザパワー差との特性
曲線を表す図である。

【符号の説明】

１センサユニット２電動ステージ３リニアスケール３ａリニアスケールセンサ５テーブル６レーザ光源ユニット７ポリゴンスキャナ１１シリンダレンズ（アナモルフィック光学素子）１２ナイフエッジプリズム１３ａ，１３ｂシリンダレンズ（アナモルフィック光
学素子）１４ａ，１４ｂ拡散板（光拡散素子）１５ａ，１５ｂ受光センサ（光電子増倍型受光素子）１６ａ，１６ｂアンプ１７ａ，１７ｂ高速Ａ／Ｄ変換器１８，１９コントローラ２０バス２１ＣＰＵ２２入出力装置７１多面鏡７２電動モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走査レーザビームを分割するナイフエッジ
プリズムと、このナイフエッジプリズムにより分割され
た２つの走査レーザビームをそれぞれ受光する２つの光
電子増倍型受光素子とを有するセンサユニットが、リニ
アスケールを備える電動ステージ上に配置され、前記電
動ステージを所定ピッチずつ移動した場合のリニアスケ
ール位置と前記光電子増倍型受光素子で受光された走査
レーザビームのレーザパワー差との特性テーブルを事前
に作成し、位置検出時には前記光電子増倍型受光素子で
受光された走査レーザビームのレーザパワー差により前
記特性テーブルを検索して走査レーザビームの位置を検
出することを特徴とする走査レーザビーム位置検出装
置。
【請求項２】前記ナイフエッジプリズムの入射側に走査
レーザビーム径を拡大するアナモルフィック光学素子を
配置した請求項１記載の走査レーザビーム位置検出装
置。
【請求項３】前記ナイフエッジプリズムと前記光電子増
倍型受光素子との間に光拡散素子を配置した請求項１ま
たは２記載の走査レーザビーム位置検出装置。
【請求項４】前記ナイフエッジプリズムと前記光拡散素
子との間に走査レーザビームの入射角度による位置変化
を補償するアナモルフィック光学素子を配置した請求項
３記載の走査レーザビーム位置検出装置。
【請求項５】リニアスケール位置とレーザパワー差との
特性テーブルの作成時にポリゴンスキャナにおいて１回
転分の測定結果から最大値および最小値を除いた測定結
果の平均値を所定ピッチずつ移動した場合の測定結果と
する請求項１，２，３または４記載の走査レーザビーム
位置検出装置。