JP2001050810A - 走査光学系のビーム測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 走査光学系のビーム測定において、測定の自
動化、測定時間の短縮等を図った測定方法及び装置を提
供する。 【解決手段】 本発明の走査光学系のビーム測定方法
は、走査光学系１の出射ビームＢ′を被走査面上に光ス
ポットとして結像させ光学特性を測定する方法であっ
て、移動自在な光学特性センサ１５，１６を、演算手段
により指定した所望の測定位置に移動して位置制御する
とともに、上記回転偏向手段５の回転角度を制御して上
記光学特性センサ１５，１６に上記光ビームｂ′を入射
させ、該光学特性センサ１５，１６の出力から上記演算
手段により走査光学系１の光学特性等を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多面鏡等の回転偏
向手段を用いる走査光学系を被測定物とし、該走査光学
系の光ビームを測定する方法及び装置に関し、特に走査
光学系から出射する光ビームを被測定面と等価な像面上
にて光スポットとして結像させ、結像する光ビームの光
量、ビーム径等の諸特性値を計測し、走査光学系の光学
特性を求めるためのビーム測定に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転多面鏡を用いた走査光学系は、レー
ザ光を発光するＬＤ光源と、回転多面鏡と、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、走査光の軌跡がず
れたり、平行でなくなったりすると画像不良の原因とな
る。このため、回転多面鏡の各面からの光ビームの光学
特性を測定し、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。

【０００５】従来、このような走査光学系におけるビー
ム特性の測定は、次のようにして行っていた。まず、走
査光学系の走査面（測定装置から見て被走査面と仮想さ
れるある像面）上に、受光センサを配置し、この受光セ
ンサに回転多面鏡の走査光を入射させる。受光センサと
しては、副走査方向に延びるラインセンサやその受光面
が像面に一致するように配置されるエリアセンサを使用
する。受光センサには、通常、ＣＣＤセンサが用いられ
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、例えばラインセンサ上に光像を結像さ
せる。ラインセンサには多数の画素が等間隔で並んでお
り、ビームは複数の画素の上に広がる光スポットとして
結像する。そこで、各画素の出力を検出すれば、光像が
ラインセンサ上のどの位置に結像したかは簡単に知るこ
とができ、その位置をラインセンサの長さ方向の座標等
で示すことができる。

【０００６】この操作を多面鏡の各反射面について行
い、各反射面に対する結像位置、ビーム形状等を測定す
れば、多面鏡の全ての反射面の面倒れや走査線の曲がり
を求めることができる。また、受光センサとして２次元
方向に画素を配したエリアセンサを用いれば、これに光
スポットとして結像させてビーム径等の光学特性を効率
的に計測することができる。以上のような計測は、受光
センサを上下左右や奥手前へ移動させることで任意の像
面、座標位置にて可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の測
定では、光学特性を計測する時、被測定ユニットの主走
査（像高）方向、副走査方向等により特定される像面上
の任意の座標点で受光処理を行うために、人手によって
受光センサの位置決め、および偏向器（回転多面鏡）の
位置決めが行われており、測定に時間がかかった。

【０００８】そこで、本発明は、このような不具合を解
消するために考えられたもので、受光センサ、偏向器等
の位置決め作業を自動化し、測定時間の短縮、操作性の
向上、測定の精度の向上等を図った測定方法及び装置を
提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の走査光学系のビーム測定方法は、回転偏向手
段により光ビームを走査する走査光学系からの出射ビー
ムを、被走査面と等価な像面上に光スポットとして結像
させ、光学特性を測定するビーム測定方法であって、移
動自在な光学特性センサを、該光学特性センサの出力を
取り込み可能な演算手段により指定した所望の測定位置
に移動して位置制御するとともに、上記回転偏向手段の
回転角度を制御して上記光学特性センサに上記光ビーム
を入射させ、該光学特性センサの出力から上記演算手段
により走査光学系の光学特性を測定することを特徴とし
ている。

【００１０】上記光学特性センサを主走査方向に駆動し
て上記光ビームの主走査領域から演算手段が割り出した
主走査位置へ位置制御し、また、上記光学特性センサを
デフォーカス方向に駆動して所定のデフォーカス領域か
ら演算手段が割り出したデフォーカス位置へ位置制御
し、また、上記光学特性センサを副走査方向に駆動して
所定の副走査領域から演算手段が割り出した副走査位置
へ位置制御することができる。

【００１１】上記光学特性センサに光ビームの入射位置
検知手段を設け、該入射位置検知手段から得られる受光
位置情報を上記演算手段に取り込ませ上記回転偏向手段
の回転角度を制御して、上記光学特性センサの受光部に
光ビームを入射させることができる。

【００１２】さらに、上記光学特性センサの少なくとも
１方向の変位量を検出し、該変位量に基づいて上記演算
手段により上記所望の測定位置に対する誤差を算出し、
位置補正することができる。

【００１３】上記請求項１から６のいずれかの方法で測
定を行い、上記演算手段により割り出された各主走査位
置又は各デフォーカス位置にて光学特性を測定し、それ
ぞれの方向における計測データを比較することができ
る。

【００１４】つぎに、本発明の走査光学系のビーム測定
装置は、回転偏向手段により光ビームを走査する走査光
学系からの出射ビームを、被走査面と等価な像面上に光
スポットとして結像させ、光学特性を求めるビーム測定
装置であって、移動自在な光学特性センサと、少なくと
も該光学特性センサを主走査方向に移動して所望の測定
位置へ移動させるセンサ移動手段と、上記回転偏向手段
の回転角度を制御して光スポットの結像位置を変位させ
る偏向器回転手段と、上記光学特性センサの可動方向で
割り出された任意の測定位置にてその光学特性センサの
受光部に光スポットが結像するように上記センサ移動手
段及び上記偏向器回転手段を駆動制御するとともに各測
定位置の光学特性センサの出力から光ビームの諸特性値
を計測し、走査光学系の光学特性を測定する演算手段
と、を有することを特徴としている。

【００１５】上記光学特性センサが、光ビームの入射位
置を検知するビームセンサを有し、また、上記光学特性
センサが、光量センサを有する構成とすることができ
る。

【００１６】

【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及び図２は、本発明の測定装置の
構成を示す図である。これらの図に示す被測定ユニット
の走査光学系１は、電源２から電気の供給を受けてレー
ザ光を出射するＬＤ光源３と、ＬＤ光源３のレーザが透
過するシリンダレンズ４と、ＬＤ光源３からのビームＢ
を反射しビームＢ′に偏向する偏向器としての回転多面
鏡５と、この回転多面鏡５の図示しない専用モータと、
結像光学系としてのｆθレンズ６と、からなり、これら
が測定台７上に組み込まれている。

【００１７】上記電源２はマイクロコンピュータ１０の
指示にしたがってＬＤ光源３をＯＮ、０ＦＦする。また
通常、回転多面鏡５は専用モータによって回転され、そ
の回転角度に応じて光ビームＢを偏向する。光ビーム
Ｂ′はｆθレンズ６を介して被走査面上に光スポットと
して結像するが、上記回転多面鏡５の回転により光スポ
ットの軌道は主走査方向Ｘに沿って走査線として書き込
まれる。ここで一の鏡面で偏向されるビームＢ′は、被
測定面と仮想されるある任意の像面上で主走査方向Ｘに
所定距離の軌道を描き、これを主走査領域とする。

【００１８】ビーム測定にあたり光スポットの結像位置
を変位制御するため、偏向器である回転多面鏡５の上部
には偏向器回転手段としての偏向器自動回転ステージ１
２が接続されている。偏向器自動回転ステージ１２は、
外部の回転ステージ支持台１１によって位置決めされ、
例えばステッピングモータを回転多面鏡５に対向するよ
うに配置しその間にカップリング等を設け、バックラッ
シュのないように結合したものである。そして、偏向器
自動回転ステージ１２にはコントローラ１３を介してマ
イクロコンピュータ１０から制御信号が入力され、回転
多面鏡５の回転角度量、すなわち光スポットの結像位置
が制御される。

【００１９】上記走査光学系から出射するビームＢ′を
測定する光学特性センサは、光ビームＢ′の光スポット
形状を計測可能なビームセンサ１４と、ビームＢ′の光
量を計測可能な光量センサ１５とからなり、互いに主走
査方向Ｘに距離Ｌで離間させて配置したものである。こ
れらビームセンサ１４及び光量センサ１５の受光部１４
ａ，１５ａにはエリアＣＣＤを用いている。また、ビー
ムセンサ１４は、ビーム形状を測定するだけでなく演算
手段に受光情報信号を送るビームの入射位置の検知手段
を兼ねている。この入射位置の検知手段としてはスリッ
トスキャニング方式、ラインＣＣＤ等を使用することが
できる。なお図２において、ビームセンサ１４の受光部
１４ａと被測定ユニットの前端基準との間は距離ｄとし
ている。これらビームセンサ１４及び光量センサ１５は
各々マイクロコンピュータ１０に接続している。各々の
受光部１４ａ，１５ａの画素からの出力がマイクロコン
ピュータ１０の演算手段（ＣＰＵ）に取り込まれ、駆動
手段等の制御及びデータ演算のために一時記憶される。

【００２０】センサ移動手段は次のように構成される。
すなわち、上記光学特性センサは主走査方向Ｘ（像高方
向）へ移動するためのＸ方向自動ステージ１８及びデフ
ォーカス方向Ｙへ移動するためのＹ方向自動ステージ１
７に載せてある。また、図２に示すようにＹ方向自動ス
テージ１７上では、ビームセンサ１４が副走査方向Ｚへ
移動するためのＺ方向自動ステージ１６上に載せてあ
り、光量センサ１５がＹ方向自動ステージ１７上にある
光量測定用のθ自動回転ステージ１９に載せている。こ
れにより受光部１５ａに入射する角度を調整可能であ
る。さらに、これらセンサ移動手段と、光学特性センサ
との間に、センサ変位量を検出するための位置センサを
取り付け、光学特性センサの実際の移動量を演算手段に
送ることができる。

【００２１】そして上記各自動ステージ１６，１７，１
８，１９も各々コントローラ１３を経由してマイクロコ
ンピュータ１０に連結されており、マイクロコンピュー
タ１０の演算手段が計算した測定位置データに基づいて
光学特性センサを各方向へ駆動制御する。このとき、ビ
ームセンサ１４と、光量センサ１５とが一緒のＹ方向自
動ステージ１７上に設けられ、Ｘ及びＹ方向への移動は
距離Ｌを維持したまま共に移動する。

【００２２】上記構成によりマイクロコンピュータ１０
は、上記ビームセンサ１４のビーム検知と、Ｘ方向自動
ステージ１８の変位量とから、ビームＢ′の光スポット
位置を主走査方向Ｘで特定する。またマイクロコンピュ
ータ１０の演算手段が、各センサ移動手段の可動領域等
の測定範囲を複数に分割し測定ポイントの座標等を演算
する。

【００２３】さらに光学特性センサの位置制御におい
て、各自動ステージ１６〜１８の位置センサから得られ
る移動量を目標値と比較し、センサ停止位置の誤差を検
出できる。これは制御の偏差としてフィードバックさせ
光学特性センサの位置を目標の座標に一致させる。また
誤差を残したまま計測し、光学特性の演算の際に位置デ
ータの補正に使用するため記憶させておいてもよい。

【００２４】つぎに、図を参照しながら上記構成の測定
装置を用いた測定方法の実施例を説明する。図３は、本
実施例の測定方法を示すフローチャートである。まず、
マイクロコンピュータ１０の演算手段は各自動ステージ
１６〜１８の可動領域あるいは必要な測定領域から必要
な測定箇所を割り出して各測定位置の座標を演算し一時
格納する（Ｓ１０１）。例えば、主走査方向Ｘの７箇所
を測定する場合、主走査領域が３００ｍｍであればその
中心位置を原点としその左右へ±１５０ｍｍの横座標を
割り当てる。これにより５０ｍｍ間隔で７箇所の主走査
位置が指定可能となる。

【００２５】測定位置の演算が終われば、測定位置デー
タを読み出してコントローラ１３を介してＸ方向自動ス
テージ１８を駆動操作する（Ｓ１０２，Ｓ１０３）。こ
こでＸ方向自動ステージ１８の位置センサからの位置デ
ータを測定位置の目標座標と比較して偏差量を求める。
この偏差を再びＸ方向自動ステージ１８の操作に変換
し、位置誤差が無くなるまでループさせれば位置補正が
行われる（Ｓ１０４）。

【００２６】ここで被測定物である走査光学系１のＬＤ
光源３を点灯すればレーザはシリンダレンズ４を透過
し、回転多面鏡５のある一の鏡面５ａで反射し、ｆθレ
ンズ６を経て光学特性センサ近傍のある像面に到達す
る。

【００２７】光学特性センサが所定の主走査位置へ配置
されると、次にビームＢ′の光スポット位置を動かして
光学特性センサのビームセンサ１４に入射させる（Ｓ１
０５）。このため演算手段は、ビームセンサ１４の座標
位置とビームセンサ１４のレーザ検知とに基づいて回転
多面鏡５に必要な回転角度を演算し、偏向器自動回転ス
テージ１２を駆動制御して光スポットをビームセンサ１
４の受光部１４ａのＸ方向中心へ位置制御する。こうし
て測定箇所の像高位置が決まる。

【００２８】なお、上記像高位置と同様にして、Ｙ方向
自動ステージ１７を駆動制御することにより演算手段が
割り出した任意のデフォーカス位置に光学特性センサを
設定できる。

【００２９】次に、副走査方向Ｚの入射位置を補正する
（Ｓ１０６）。光スポットの全体を捉え受光部１４ａの
中央位置に入射するように、Ｚ方向自動ステージ１６を
駆動制御する。そして演算手段にビームセンサ１４の各
画素からの出力を取り込みビーム形状を計測する（Ｓ１
０７）。ここで、上記Ｚ方向自動ステージ１６の操作量
（センサ変位量）に、ビームセンサ１４での上下方向の
位置を加算しビーム入射位置の副走査位置とする。

【００３０】その後、光量等のビーム特性を計測するた
めに光量センサ１５にビームＢ′を入射させる（Ｓ１０
８）。ここで光量センサ１５はビームセンサ１４から像
高方向に所定距離Ｌだけ離間して配置されているので、
Ｘ方向自動ステージ１８を駆動し光量センサ１５を像高
方向に所定距離Ｌだけ変位させれば光量センサ１５にビ
ームが入射される。そして、演算手段は光量センサ１５
からの出力に基づいて光量を計測する（Ｓ１０９）。計
測された光量レベルからビーム強度や光重心位置等の特
性値を計算する（Ｓ１１０）。

【００３１】上記測定位置の読み取りから光量等の計測
までの工程は、カウンタＮ＝７となるまで順次繰り返し
主走査方向Ｘの７箇所を測定する。また、デフォーカス
方向Ｙも同様に計測し、複数のデフォーカス位置での計
測データが得られる。各方向で計測データを比較するこ
とにより被測定物である走査光学系の光学特性を知るこ
とができる。例えば主走査方向Ｘの副走査位置を比較す
ることにより走査線曲がりが求まり、これらを回転多面
鏡５の鏡面間で比較すれば面倒れ量等が求まる。以下、
本実施例の測定結果の数例を示す。

【００３２】図４は、被測定ユニットの最適像面位置を
示す線図である。同図では縦軸にビーム径をとり、光軸
方向に分割された各デフォーカス位置にて計測した各ビ
ーム径の比較している。ここで最適像面とはビーム径が
最小となる像面であり、この例では、デフォーカス方向
Ｙの中心原点から−ａｍｍの位置が最適像面を与えるデ
フォーカス位置である。

【００３３】図５は、被測定ユニットの主走査方向Ｘ
（像高方向）における傾き角度αを示す線図である。同
図では主走査領域３００ｍｍの範囲で７箇所の像高位置
に分割して光量を計測した結果である。ここで各像高位
置の計測光量を、幾つかの折点、特に左右両端の２値を
直線で結んで一定の傾きに近似することで、走査光学系
１の主走査方向Ｘにおける特性値の傾きαが求まる。ま
た、縦軸に光重心の副走査位置をとれば測定ユニットの
傾き角度を知ることができる。

【００３４】図６は、被測定ユニットのデフォーカス方
向Ｙ（光軸方向）における傾き角度βを示す線図であ
る。これはデフォーカス領域６ｍｍの範囲で７箇所を測
定した結果である。この例でも前後両端の２値を直線で
結び一定の傾きに近似し、走査光学系１のデフォーカス
方向Ｙの傾き角度βが求まる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転偏向手段により光ビームを走査する走査光学系から
の出射ビームを、被走査面と等価な像面上に光スポット
として結像させ、光学特性を測定する場合に、測定の自
動化、測定時間の短縮、操作性の向上、測定精度の向上
等を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の測定装置及び被測定ユニットの構成
を示す平面図である。

【図２】本実施例の測定装置及び被測定ユニットの構成
を示す側面図である。

【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。

【図４】デフォーカス方向のビーム径を比較する線図で
ある。

【図５】主走査方向で割り出した計測結果を比較する線
図である。

【図６】デフォーカス方向で割り出した計測結果を比較
する線図である。

【符号の説明】

１ 走査光学系（被測定ユニット） ５ 回転偏向手段（回転多面鏡） １０ 演算手段（マイクロコンピュータ） １２ 偏向器回転手段 １４，１５ 光学特性センサ １４ａ，１５ａ 光学特性センサの受光部 １４ ビームセンサ １５ 光量センサ １６，１７，１８，１９ センサ移動手段 Ｂ′ 回転偏向手段からの光ビーム Ｘ 主走査方向 Ｙ デフォーカス方向 Ｚ 副走査方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA19 CC21 DD03 DD06 DD10 DD19 EE04 FF01 FF22 GG06 GG12 HH04 HH18 JJ02 JJ03 JJ25 JJ26 KK02 LL10 LL15 MM16 PP04 QQ23 QQ25 QQ28 RR02 RR08 SS04 UU03 UU06 2G065 AA04 AB09 BA04 BA34 BB07 BB49 BC13 BC17 BC19 BC35 DA01 DA05

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転偏向手段により光ビームを走査する
   走査光学系からの出射ビームを、被走査面と等価な像面
   上に光スポットとして結像させ、光学特性を測定するビ
   ーム測定方法であって、 移動自在な光学特性センサを、該光学特性センサの出力
   を取り込み可能な演算手段により指定した所望の測定位
   置に移動して位置制御するとともに、上記回転偏向手段
   の回転角度を制御して上記光学特性センサに上記光ビー
   ムを入射させ、該光学特性センサの出力から上記演算手
   段により走査光学系の光学特性を測定することを特徴と
   する走査光学系のビーム測定方法。
2. 【請求項２】 上記光学特性センサを主走査方向に駆動
   し、上記光ビームの主走査領域から演算手段が割り出し
   た主走査位置へ位置制御することを特徴とする請求項１
   記載の走査光学系のビーム測定方法。
3. 【請求項３】 上記光学特性センサをデフォーカス方向
   に駆動し、所定のデフォーカス領域から演算手段が割り
   出したデフォーカス位置へ位置制御することを特徴とす
   る請求項１又は２記載の走査光学系のビーム測定方法。
4. 【請求項４】 上記光学特性センサを副走査方向に駆動
   し、所定の副走査領域から演算手段が割り出した副走査
   位置へ位置制御す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のビーム測定方法。
5. 【請求項５】 上記光学特性センサに光ビームの入射位
   置検知手段を設け、該入射位置検知手段から得られる受
   光位置情報を上記演算手段に取り込ませ上記回転偏向手
   段の回転角度を制御して、上記光学特性センサの受光部
   に光ビームを入射させる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の光ビーム測定方法。
6. 【請求項６】 上記光学特性センサの少なくとも１方向
   の変位量を検出し、該変位量に基づいて上記演算手段に
   より上記所望の測定位置に対する誤差を算出し、位置補
   正することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記
   載の走査光学系の光ビーム測定方法。
7. 【請求項７】 上記請求項１から６のいずれかの方法で
   測定を行い、上記演算手段により割り出された各主走査
   位置又は各デフォーカス位置にて光学特性を測定し、そ
   れぞれの方向における計測データを比較することにより
   走査光学系の傾きを求めることを特徴とする請求項１か
   ら６のいずれかに記載の走査光学系のビーム測定方法。
8. 【請求項８】 回転偏向手段により光ビームを走査する
   走査光学系からの出射ビームを、被走査面と等価な像面
   上に光スポットとして結像させ、光学特性を求めるビー
   ム測定装置であって、 移動自在な光学特性センサと、少なくとも該光学特性セ
   ンサを主走査方向に移動して所望の測定位置へ移動させ
   るセンサ移動手段と、上記回転偏向手段の回転角度を制
   御して光スポットの結像位置を変位させる偏向器回転手
   段と、上記光学特性センサの可動方向で割り出された任
   意の測定位置にてその光学特性センサの受光部に光スポ
   ットが結像するように上記センサ移動手段及び上記偏向
   器回転手段を駆動制御するとともに各測定位置の光学特
   性センサの出力から光ビームの諸特性値を計測し、走査
   光学系の光学特性を測定する演算手段と、を有すること
   を特徴とする走査光学系のビーム測定装置。
9. 【請求項９】 上記光学特性センサが、光ビームの入射
   位置を検知するビームセンサを有することを特徴とする
   請求項８記載の走査光学系のビーム測定装置。
10. 【請求項１０】 上記光学特性センサが、光量センサを
    有することを特徴とする請求項８又は９記載の走査光学
    系のビーム測定装置。