JP2001056250A - 走査光学系の光学特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 走査光学系の光学特性の測定において、測定
時間の短縮、測定の自動化、及び測定精度の向上を図っ
た測定装置を提供する。 【解決手段】 本発明の走査光学系の光学特性測定装置
は、複数の受光部１ａ，１ｂの副走査方向の高さを揃え
た光センサ群１，２と、該光センサ群を任意の測定面上
へ変位させるセンサ位置変位手段３〜６と、上記回転多
面鏡７の回転角度を制御する光スポット位置変位手段８
と、上記光センサ群１，２の受光信号に基づいてセンサ
位置変位手段３〜６及び光スポット位置変位手段８を駆
動し、所定の測定位置にて任意の受光部に光スポットを
入射させ、該受光部の出力から光学特性を求める制御演
算手段と、を備えた構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転多面鏡でレー
ザ光束を走査可能な走査光学系から出射されるレーザ
を、被走査面に光スポットとして集光し、その光パワ
ー、熱量、ビームプロファイル、ビーム径、又は波長等
を測定する光学特性測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光束を被走査面上に光スポットと
して集光させ角度走査する走査光学系は、レーザプリン
タやデジタル複写機といった各種の画像形成装置に関し
て広く知られている。特に近年、走査光学系による走査
の「高密度化やマルチビーム化」が意図され、光スポッ
ト径の計測には、より高精度・自動化が要求されるよう
になってきている。

【０００３】上記光スポットは被走査面上で移動して被
走査面を走査するが、その被走査面上における光スポッ
トの理想的な移動方向を主走査方向と呼び、その主走査
方向に直交する方向を副走査方向と呼ぶことは周知の通
りである。また、光スポットの軌道を「主走査ライン」
と呼ぶ。また、ここで言う「被走査面」は仮想的な平面
であり、実体的には光導電性の感光体の感光面である。

【０００４】光スポット径は走査光学系を構成するレン
ズの特性などにより、主走査ラインの全てにわたって一
定とはなり得ない。したがって、主走査ラインを何点か
に分割し、各々の点での光スポット径等の光学特性を測
定することが一般に行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光スポット
径の測定はビームを静止させた状態で行われる。したが
って、回転多面鏡を用いてビームを走査する走査光学系
の場合、被走査面上の所望の測定位置に受光センサを移
動し、回転多面鏡の回転角度を調整して上記受光センサ
に光スポットを正確に集光させる必要がある。

【０００６】しかし、上記従来における走査光学系の光
学特性の測定では、ビーム位置を確認しながら手作業に
より回転多面鏡等を回転させ目的の測定面上にて受光処
理させていた。これでは測定に時間がかかるばかりか、
回転多面鏡の停止位置精度のばらつきも大きかった。

【０００７】そこで、本発明は、上記課題を解決するた
めに考えられたものであり、測定時間の短縮、測定の自
動化、及び測定精度を向上させた光学特性測定装置を提
供することを目的としている。

【０００８】

【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光学特性測定装置は、回転多面
鏡によりレーザ走査可能な走査光学系から出射するレー
ザ光束を、被走査面と等価な測定面上に光スポットとし
て集光させ、上記測定面上の所望の主走査位置等におけ
る光学特性を測定する装置であって、複数の受光部を有
し、且つ該複数の受光部の副走査方向の高さを揃えた光
センサ群と、該光センサ群を任意の測定面上へ変位させ
るセンサ位置変位手段と、上記回転多面鏡の回転角度を
制御し測定面上の光スポット位置を変位させる光スポッ
ト位置変位手段と、上記光センサ群からの受光情報信号
に基づいて上記センサ位置変位手段及び上記光スポット
位置変位手段を駆動し、所定の測定位置にて任意の受光
部に光スポットを入射させ、該受光部の出力から光学特
性を求める制御演算手段と、を備えたことを特徴として
いる。

【０００９】上記光センサ群が、光スポットの位置情報
を得るための光スポット位置特定センサを有する構成に
することができる。また、上記光センサ群が、光パワ
ー、熱量、ビームプロファイル、又は波長等の光学特性
を求めるための光学特性センサを有する構成にすること
ができる。また、上記光センサ群は、互いの受光部がそ
の主走査方向で所定距離離間している構成にするとよ
い。

【００１０】上記光学特性センサは、その副走査方向を
軸に回動自在な回転手段に設置され、該回転手段の回転
中心が上記光スポット位置特定センサの受光部とほぼ同
一のデフォーカス位置にあるとよい。また、少なくとも
上記光学特性センサは、その受光部を前後に移動する駆
動手段が設けられた構成にするとよい。

【００１１】上記受光部の前方に配置され、該受光部に
対する入射角度に応じて入射する光パワーが変化する遮
光部材を備えた構成にすることができる。

【００１２】上記遮光部材が、上記受光部の前方に孔又
はスリット状の開口部を有する板状体であって、その開
口部により上記受光部に垂直に入射する光パワーが強ま
る構成にすることができ、また、上記遮光部材が、上記
受光部又は上記孔等の開口部をその基端部中央に収めて
その先端に開口部を延ばした囲い部材である構成にする
ことができができる。

【００１３】上記制御演算手段は、ある一の方向から入
射するレーザ光に対して上記光学特性センサを上記回動
手段により回動させたとき、検出された光パワー又はそ
のレーザの検出領域からレーザの入射方向を特定可能で
ある構成にすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を説明する。図１は、本発明の光学特性測定装
置の平面図である。図２は、光学特性測定装置の全体構
成を示す側面図である。この走査光学系の光学特性測定
装置の概略は、走査光学系２０と、この走査光学系２０
から出射され測定面に集光した光スポットを受光する光
センサ群１，２と、光センサ群１，２のセンサ位置変位
手段３，４，５，６と、走査光学系２０の回転多面鏡７
の回転角度を制御する光スポット位置変位手段（ステッ
ピングモータ８）と、該光スポット位置変位手段及び光
センサ位置変位手段３〜６を駆動制御して所望の測定位
置で受光処理を行い、走査光学系２０の光学特性を測定
する制御演算手段としてのパソコン１０等と、により構
成されている。

【００１５】測定対象物である走査光学系２０は、光源
としての半導体レーザ１１と、光スポットの位置を変位
させる手段としての回転多面鏡７と、光学レンズ１２，
１３と、からなり、専用台１４に載せられている。この
走査光学系２０において、半導体レーザ１１は、走査光
学系２０内に設置され、この半導体レーザー１１から放
出されたレーザービーム（図中において鎖線Ｂで示され
る）は、コリメータレンズ及びシリドリカルレンズ１２
によって、回転多面鏡７の鏡面に集光される。回転多面
鏡７に照射されたレーザービームは、その一の鏡面で反
射してｆθレンズ１３を通過し、被測定面に結像する。

【００１６】通常、走査光学系２０は回転多面鏡７を回
転させながら主走査領域に光スポットを移動させ走査線
を描くが、光学測定では、光スポット位置変位手段とし
てのステッピングモータ８によりレーザ角度を制御す
る。すなわち、図２に示すように専用台１４上に固定さ
れた走査光学系２０内の回転多面鏡７に対して、外部に
設置されたステッピングモータ８がカップリング１５及
びクランプ部材１６により遊びなく接続されている。ス
テッピングモータ８は支持アーム１７により自由に位置
決めが可能となっており、回転多面鏡７の上面に対向配
置されている。クランプ部材１６は板ばね等で構成さ
れ、回転多面鏡７を挟んで固定している。また上記ステ
ッピングモータ８は、コントローラ９を介してパソコン
１０の制御演算手段に接続され、この制御演算手段の制
御信号によって回転多面鏡７の停止位置を制御すること
ができ、望みの像高に光スポットの結像位置を設定する
ことができる。

【００１７】実際の測定では、主走査ライン（Ｘ方向）
全域から複数の測定ポイントが適宜に選択され、これら
測定ポイントを「所望の主走査位置」として測定が行わ
れる。そのためセンサ位置変位手段３〜６により光セン
サ群１，２を所望の測定位置へ設定する。すなわち、直
動Ｘステージ３は光センサ群１，２を主走査方向Ｘに駆
動し、主走査領域の任意の像高へ設定する。またこの直
動Ｘステージ３の上では直動Ｙステージ４が光センサ群
１，２をデフォーカス方向Ｙへ駆動し、レーザ光軸方向
の任意の位置に設定可能である。さらに直動Ｙステージ
４の上では直動Ｚステージ５によって上下の副走査方向
Ｚへ駆動され、光センサ群１，２の各受光部１ａ，２ａ
の副走査位置を調整可能である。そしてセンサ位置変位
手段３〜５はすべてコントローラ９を介してパソコン１
０に接続され、その制御演算手段により制御される。こ
の構成により、光センサ群１，２は測定時にその都度必
要とされるポジションに移動でき、任意の受光部１ａ，
２ａを被走査面に等価な測定面に設定することができ
る。

【００１８】図３は、本実施例の測定装置の測定部を示
す斜視図である。本実施例の主要部を構成する光センサ
群１，２は、走査光学系２０による光スポットを受像
し、光スポット位置を特定する光スポット位置特定セン
サ１と、光学特性を測定するための光学特性センサ２と
により構成されている。光スポット位置特定センサ１と
しては、スリットスキャニング方式またはエリアＣＣＤ
方式などによりビーム径及び光スポット位置の特定可能
な測定機または位置検出素子（ＰＳＤ）等を用いること
ができる。また、光学特性センサ２は、半導体光センサ
方式の測定機等があり、光パワー、熱量、ビームプロフ
ァイル、波長等の諸特性値を測定可能なセンサである。
両センサ１，２の出力はパソコンの制御演算手段に取り
込まれる。そして光学特性センサ２の出力から光学特性
が演算され、また光スポット位置特定センサ１の受光情
報信号によりレーザービームの受光位置を特定できるの
で、受光処理の位置制御が容易となる。

【００１９】上記２種類のセンサ１，２は、受光位置制
御の効率をあげるためにその役割に応じて次のような構
成で設置されている。まず両センサ１，２とも直動Ｚス
テージ５上へ設置されている。この直動Ｚステージ５上
には光学特性センサ２が回転手段である回転ステージ６
上に設置され、その受光部２ａの副走査方向Ｚの高さが
変化しないような平面内で回転可能に保持されている。
また、光スポット位置特定センサ１は直動Ｚステージ５
上にスペーサ１８を介して設置されている。そして、図
３に示すように双方のセンサ１，２の間は主走査方向Ｘ
の所定の間隔Ｌで離間しており、また上記光スポット位
置特定センサ１に設けたスペーサ１８によって、上記光
スポット位置特定センサ１の受光部１ａの中心と、光学
特性センサ２の受光部２ａの中心位置とは副走査方向
（上下方向）の高さｈが一致するようになっている。

【００２０】上記光センサ群１，２の配置構成により、
光学特性センサ２への受光処理は、この光センサ群１，
２を距離Ｌだけ像高移動させればよい。つまり、両受光
部１ａ，２ａの高さを揃えて主走査方向Ｘに所定距離Ｌ
離間して配置したので、光スポット位置特定センサ１が
ビーム検知した状態から直動Ｘステージ３を駆動するだ
けで光学特性センサ２の受光部２ａにレーザビームが入
射しその位置制御が容易となる。また同時に上記回転ス
テージ６により任意の像高において光学特性センサ２の
受光部２ａをレーザビームに対して垂直に向けることが
できるため正確な測定が可能になる。

【００２１】また、上記光学特性センサ２は、その受光
部２ａの撮像面（画素等の光学素子の並ぶ平面）と垂直
な方向へ移動可能な図示しないデフォーカス手段を介し
て回動ステージ６上に設置されている。このデフォーカ
ス駆動の方向は回転ステージ６と共に回動する。図には
この受光部２ａのデフォーカス移動方向を矢印Ｙ′で示
した。

【００２２】図４は、上記直動Ｚステージ５上の光セン
サ群の平面図である。同図に示すように、光学特性セン
サ２において受光部２ａはその中心位置でデフォーカス
移動方向Ｙ′と垂直になり、且つこのＹ′方向上に回転
ステージ６の回転中心Ｏがある。さらに、この回転中心
Ｏは、隣の光スポット位置特定センサ１の受光部１ａと
同じデフォーカス位置（回転多面鏡７との光軸方向距
離）に設定している。この配置構成によりさらに簡易な
センサ位置制御が可能となった。例えば、上記光学特性
センサ２への受光処理は次のように行うことができる。

【００２３】まず、図４（ａ）に示すように光スポット
位置特定センサ１でビームの検知し受光部１ａに受光さ
せる。その後、図４（ｂ）に示すように、それらの光セ
ンサ群１，２を主走査方向Ｘに距離Ｌで移動させると、
レーザ光軸上に回転ステージ６の回転中心Ｏが移動して
重なる。そして、光学特性センサ２を、照射角θ（方向
Ｙとレーザ光軸との成す角度）で回転ステージ６により
回動する。ここでその受光部２ａ中心にレーザビームが
垂直に入射するが、デフォーカス移動方向Ｙ′も回転ス
テージ６に連れて回動するので、レーザ光軸方向と、光
学特性センサ２のデフォーカス移動方向Ｙ′とが一致す
ることとなる。このため光学特性センサ２をＹ′方向に
デフォーカスさせた時にも像高方向の再調整を行わなく
て済むと共に、像面位置で光パワー密度が強すぎて測定
不能となった場合でも容易にデフォーカスさせ測定可能
なパワー密度に調整することができる。

【００２４】また、上記光学特性センサ２には、測定精
度を向上させるための下記のような遮光部材を取り付け
ている。図５は、上記光学特性センサ２に取り付け可能
な遮光部材１９の断面図である。同図（ａ）は遮光部材
１９の第１構成例を示し、同図（ｂ）は遮光部材１９の
第２構成例を示している。同図（ａ）の遮光部材１９
は、光学特性センサ２の受光部２ａ前方に小さな穿孔１
９ａあるいはスリットからなる開口部を有する遮光板で
ある。また、同図（ｂ）の遮光部材１９は、中空パイプ
状の基端部１９ｂで受光部２ａの周りを囲ってその先端
の開口部１９ｃを前方へ延ばした囲い部材である。

【００２５】図５に示すように、これらの遮光部材１９
は、比較的小さな開口部１９ａ，１９ｃを受光部２ａの
前方に置き、この受光部２ａの撮像面への入射角度が垂
直に近いビームほど入射しやすいように構成されてい
る。このような遮光部材１９によって外光の影響を除去
できるため正確な測定が可能となる。また、一般に光学
特性を測定する場合、外光の影響がないように周囲を暗
くする必要があるが、特に受光部周囲を囲うパイプ状の
遮光部材１９によれば、周囲を暗くせずに光学特性を測
定することが可能となる。

【００２６】また上記遮光部材には次のような作用もあ
る。例えば上記照射角θは像高位置と光学系の構成によ
り決定されるが、レーザの入射角度が不明な場合があ
る。照射角θが不明な光学系を測定する場合、回転ステ
ージ６に必要な回転角を正確に特定できずビームを受光
部２ａへ垂直に照射できないので、測定精度が悪化する
おそれがある。

【００２７】そこで、図５（ｃ）に示すように、上記構
成の測定装置であれば、光学特性センサ２の受光信号レ
ベルからその受光部２ａをレーザビームに対して垂直に
配置することができる。すなわち、センサ２を任意の像
高に移動すると光センサに対してレーザ光束の入射角度
が相対的に変化するが、ある像高で入射するビームに対
して光学特性センサ２を回転手段によって左右に回動さ
せながら一度測定を行う。このとき垂直なビームＢ′の
光パワーが最も強まるので、各角度での計測値の中から
その最大値を計測目的の光パワーとする。または、セン
サ２を左右へ同角度に回動させたとき、受光部１ａのビ
ーム検知領域の中央位置（あるいは中間位置）に受光し
たビームを、ほぼ垂直なレーザビームと特定し、任意の
像面位置での照射角θを知ることもできる。この結果、
回転多面鏡７に必要な回転角を特定することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の走査光学
系の光学特性測定装置は、複数の受光部を有し、且つ該
複数の受光部の副走査方向の高さを揃えた光センサ群
と、該光センサ群を任意の測定面上へ変位させるセンサ
位置変位手段と、上記回転多面鏡の回転角度を制御し測
定面上の光スポット位置を変位させる光スポット位置変
位手段と、上記光センサ群からの受光情報信号に基づい
て上記センサ位置変位手段及び上記光スポット位置変位
手段を駆動し、所定の測定位置にて任意の受光部に光ス
ポットを入射させ、該受光部の出力から光学特性を求め
る制御演算手段とを備えた構成なので、測定時間の短
縮、測定の自動化、操作性の向上、測定精度の向上が可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の光学特性測定装置の平面図である。

【図２】本実施例の光学特性測定装置の全体構成を示す
側面図である。

【図３】本実施例の測定装置の測定部を示す斜視図であ
る。

【図４】本実施例にかかる光センサ群の配置構成を示す
平面図で、同図（ａ）は光スポット位置特定センサに入
射した状態、同図（ｂ）は光学特性センサに入射した状
態を示している。

【図５】本実施例にかかる光学特性センサに取り付け可
能な遮光部材を示す断面図で、同図（ａ）は第１構成
例、同図（ｂ）は第２構成例を示している。

【符号の説明】

１，２ 光センサ群 １ａ，２ａ 受光部 ｈ 受光部の副走査方向の高さ １ 光スポット位置特定センサ ２ 光学特性センサ Ｌ 主走査方向の所定距離 ３，４，５，６ センサ位置変位手段 ６ 回転手段 ７ 回転多面鏡 ８ 光スポット位置変位手段 １０ 制御演算手段 １９ 遮光部材 １９ａ，１９ｃ 遮光部材の開口部 ２０ 走査光学系

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転多面鏡によりレーザ走査可能な走査
   光学系から出射するレーザ光束を、被走査面と等価な測
   定面上に光スポットとして集光させ、上記測定面上の所
   望の主走査位置等における光学特性を測定する装置であ
   って、 複数の受光部を有し、且つ該複数の受光部の副走査方向
   の高さを揃えた光センサ群と、該光センサ群を任意の測
   定面上へ変位させるセンサ位置変位手段と、上記回転多
   面鏡の回転角度を制御し測定面上の光スポット位置を変
   位させる光スポット位置変位手段と、上記光センサ群か
   らの受光情報信号に基づいて上記センサ位置変位手段及
   び上記光スポット位置変位手段を駆動し、所定の測定位
   置にて任意の受光部に光スポットを入射させ、該受光部
   の出力から光学特性を求める制御演算手段と、を備えた
   ことを特徴とする走査光学系の光学特性測定装置。
2. 【請求項２】 上記光センサ群が、光スポットの位置情
   報を得るための光スポット位置特定センサを有すること
   を特徴とする請求項１記載の走査光学系の光学特性測定
   装置。
3. 【請求項３】 上記光センサ群が、光パワー、熱量、ビ
   ームプロファイル、又は波長等の光学特性を求めるため
   の光学特性センサを有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光学特性測定装置。
4. 【請求項４】 上記光センサ群は、互いの受光部がその
   主走査方向で所定距離離間してい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光学特性
   測定装置。
5. 【請求項５】 上記光学特性センサは、その副走査方向
   を軸に回動自在な回転手段に設置され、該回転手段の回
   転中心が上記光スポット位置特定センサの受光部とほぼ
   同一のデフォーカス位置にあること特徴とする請求項３
   又は４記載の走査光学系の光学特性測定装置。
6. 【請求項６】 少なくとも上記光学特性センサは、その
   受光部を前後に移動する駆動手段が設けられたことを特
   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
   の光学特性測定装置。
7. 【請求項７】 上記受光部の前方に配置され、該受光部
   に対する入射角度に応じて入射する光パワーが変化する
   遮光部材を備えた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光学特性測定装置。
8. 【請求項８】 上記遮光部材が、上記受光部の前方に孔
   又はスリット状の開口部を有する板状体であって、その
   開口部により上記受光部に垂直に入射する光パワーが強
   まることを特徴とする請求項７記載の走査光学系の光学
   特性測定装置。
9. 【請求項９】 上記遮光部材が、上記受光部又は上記孔
   等の開口部をその基端部中央に収めてその先端に開口部
   を延ばした囲い部材であることを特徴とする請求項７又
   は８記載の走査光学系の光学特性測定装置。
10. 【請求項１０】 上記制御演算手段は、ある一の方向か
    ら入射するレーザ光に対して上記光学特性センサを上記
    回動手段により回動させたとき、検出された光パワー又
    はそのレーザの検出領域からレーザの入射方向を特定可
    能であることを特徴とする請求項５から９のいずれかに
    記載の走査光学系の光学特性測定装置。