JP2005106831A - 光ビーム診断デバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 １つ以上のコヒーレント光ファイバー束のセットを含む光ビーム診断デバイスを提供する。
【解決手段】 コヒーレント光ファイバー束の一方の端部はダイナミックに移動する又は静的な光ビームから光学的情報を受け入れるように配置され、コヒーレント光ファイバー束の他方の端部は、センサーアレイに光学的情報を伝送するように配置される。センサーアレイからのデータは、次いで分析システムによって同時に獲得され分析されて、光ビームの１つ以上の特性を決定することができる。
【選択図】 図１

Description

本出願は、本明細書にその全体が参考として組み込まれている２００３年１０月１日付の米国仮出願第６０／５０８，１７３号に対する優先権を主張するものである。
本発明は、光ビーム診断、特に動的（ダイナミックに）移動する又は静止した光ビームを特徴づけするべくコヒーレント光ファイバー束を利用する光ビーム診断デバイス及び方法に関する。

Ｃ．Ｋ．カミムラ及びＹ．アイコ著、「高解像度ＬＥＤプリンタヘッド」ＯＫＩ Technical Review, 第６４巻、Ｐ６１〜６４，１９９８年８月。
Gurdon R. Abell et al.に対する米国特許第４，３２３，９２５号。
Timothy J.Pryorに対する米国特許第４，４４１，８１７号。
Steven R. Sedlmayrに対する米国特許第４，６５０，２８０号。
Cherng-Jia Hwangに対する米国特許第５，１５５，７９０号。
Takeo Sugawara, et alに対する米国特許第５，５５０，３８０号。

例えば、レーザー又はＬＥＤプリンタ内のプリント平面上に入射する光ビームの空間的、時間的、焦点及び出力特性を特徴づけするために、ビームプロファイラ又はビーム診断計器が利用される。さらにビームプロファイラはまた、欠陥走査、バーコード走査又はその他の物理的測定のためのレーザースキャナの光ビームを特徴づけするためにも利用可能である。市販のビーム診断計器として、例えばレーザープリンタ内のものといったような動的又は移動光ビーム用の、共にPhoton, Inc.,製のBeamPro又はDynamic BeamProfilerといったものが存在する。これらの計器においては、レーザープリンタ内のレーザーヘッドの光ビームは、光学システムの焦点平面に位置づけされたＣＣＤ又はエリアセンサーを用いて直接測定される。

ビームプロファイラシステム内で利用可能な従来のビームプロファイルヘッド６４の一例が、ビームプロファイルヘッド６４の２つの図を示す図７で例示されている。図７に示されているように、ビームプロファイラヘッド６４は、１本のラインに沿って位置づけされた複数の個々の電荷結合素子（ＣＣＤ）又はその他のエリアアレイセンサー６０を含んでいる。個々のセンサー６０の各々は、例えばプリントヘッドの走査線から光を受け入れるように位置づけ可能なマウント６２の上に取付けられている。

図８は、画像平面２０内の走査線２１に沿ったビーム３０のラスター走査（スキャン）を例示している。かかるラスター走査は例えば、レーザープリントヘッドの光学的出力を表わす。標準的には、ビームは変調され、ビーム３０が走査線２１に沿ってラスター走査されるにつれて実際のビーム経路８２に沿って個々のパルス８０を結果としてもたらす。例示されているように、２つの問題が直ちに認められる。すなわち、湾曲（ｂｏｗ）と線形性である。ビーム３０の湾曲は、走査線２１からのビーム経路８２の発散を描写している。線形性は、走査線２１に沿った個々のパルス８０の間隔の変動を意味する。

図７に示されているように、現行のビームプロファイルヘッドには問題がある可能性がある。例えば、ビームプロファイルヘッド６４は、各々のアレイについての個々の読出し及び分析回路を各々が必要とする多数のエリアアレイ６０を含んでいる。さらに、１つのフレーム内に全てのエリアアレイ６０内のデータを獲得することは困難である。

さらに、各々のエリアアレイ６０は、それが隣接アレイ６０に対しどれほど近くにあり得るかを制限するホルダーの中に取付けられている。その結果、走査線２１のどの区分をプロファイルヘッド６４で監視できるかについて制限があることになる。さらに、各々の個々のアレイ６０は、基板６２上に取付けられている。かかる取付けのための正常な許容誤差は、基板６２との関係における各アレイ６０の高さの変動を結果としてもたらす。その結果、個々のアレイ６０の全てが画像平面２０内に存在するわけではなくなり、ビーム経路８２内のビーム３０の測定の変動がもたらされる結果となる。

動的ビームに加えて、ＬＥＤプリントヘッドなどにおいて静的ビームを測定するため、又はビームの静的位置づけにより欠陥スキャナといったような動的走査システム内でビームを特徴づけするためのその他の走査スリットシステムが存在する。各プロファイルは、光学的システムの焦点平面に位置づけされた走査スリットを用いて直接測定される。ＬＥＤプリンタヘッドを特徴づけするための走査スリットプロファイリング方法は、Ｃ．Ｋ．カミムラ及びＹ．アイコ著、「高解像度ＬＥＤプリントヘッド」ＯＫＩ Technical Review, 第６４巻、Ｐ６１〜６４、１９９８年８月の中で論述されている。「順序づけされた光ファイバアレイを伴う電子スキャナ又はプリンタ」という題の米国特許第５，１５５，７９０号は、複数の光導管を利用する電子スキャナ又はプリンタを開示している。さらに、光ファイバー又は光ファイバー束の応用例は、例えば、「画像センサモジュールを整列させるための方法及び装置」という題の米国特許第４，３２３，９２５号、「光ファイバー束を伴う電気−光センサー」という題の米国特許第４４１，８１７号、「光ファイバー光転送デバイス、モジュール式アセンブリ及びその製造方法」という題の米国特許第４，６５０，２８０号、及び「束になった光ファイバーを含む放射線画像検出装置」という題の米国特許第５，５５０，３８０号の中に見い出すことができる。

しかしながら、心合せが容易でかつ光ビームの完全な特徴づけのための静的又は動的ビームの同時測定を提供するビーム診断デバイスを提供することが望まれている。

本発明に従うと、プリント平面のまわりの多数の任意の位置において、走査光ビーム又は複数の光ビームを同時に測定及び特徴づけするための方法及びデバイスが開示されている。本発明の実施形態は、全てのセンサーにおけるビームの空間的プロファイル、伝播方向でのビームウエスト位置、ビームパワー、ビームの時間的プロファイル及びビーム位置を測定することができる。

本発明のいくつかの実施形態に従った光ビーム診断デバイスは、各々が複数の個々の光ファイバー束を含む１つ以上の個別のコヒーレント光ファイバー束のセットを含み、各々の個々の光ファイバー束の第１の端部は、画像形成平面のまわりの１つ以上の光ビームから光学的情報を受け入れるように位置づけされており、コヒーレント光ファイバー束の第２の端部は、個々の光ファイバー束の各々の第２の端部から提供された光を同時に検出する能力をもつ光センサーまで光学的情報を伝送するように配置されている。いくつかの実施形態においては、１つ以上のコヒーレント光ファイバー束のセットの各々は、ビームの空間的プロファイル、ビーム位置、ビームウエスト、ビームパワー及びビームの時間的プロファイルのうちの少なくとも１つを決定できるように光学的情報を伝送する。いくつかの実施形態においては、光学的情報は画像データを含む。いくつかの実施形態においては、個々の光ファイバー束のうちの１つ以上は、拡大束であってよい。

いくつかの実施形態においては、コヒーレント光ファイバー束の各セットの個々の光ファイバー束は、１つ以上の光ビームの１つ以上の特性を決定するのに充分なデータを提供するように配置可能である。いくつかの実施形態においては、コヒーレント光ファイバー束の１つ以上のセットには、各々の個々の光ファイバー束の第１の端部が画像形成平面内の１つの経路に沿って位置づけされている状態で、１組のコヒーレント光ファイバー束を含んでいる。いくつかの実施形態においては、コヒーレント光ファイバー束の１つ以上のセットには、各々の個々の光ファイバー束の第１の端部が画像形成平面内の第２の経路に沿って連続的に位置づけされている状態で、１組のコヒーレント光ファイバー束を含んでいる。いくつかの実施形態においては、コヒーレント光ファイバー束の１つ以上のセットには、各々の個々の光ファイバー束の第１の端部が第３の経路に沿って連続的に位置づけされている状態で、１組のコヒーレント光ファイバー束を含んでおり、ここで第１の端部は画像形成平面に対して深さが千鳥状とされる（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）。いくつかの実施形態においては、ビームウエストを決定するためにコヒーレント光ファイバー束のセットからのデータを利用することができる。第１、第２及び第３の経路は、いくつかの実施形態においては、ビームの走査線であり得る。

いくつかの実施形態においては、光ファイバー束の１つ以上のセットの個々のコヒーレント光ファイバー束の各々の第２の面は、１つのアレイ内に配置されている。いくつかの実施形態においては、エリア又はエリアアレイセンサーは、個々の光ファイバ束のセットの各々からの光を同時に検出するように結合されたＣＣＤカメラである。いくつかの実施形態においては、エリア又はエリアアレイセンサーからデータを受け入れるように、データ獲得・制御システムを結合させることができる。

いくつかの実施形態においては、画像形成平面内の個々のコヒーレント光ファイバー束の第１の端部の近くで光を検出するように、１つ以上の個々の光センサーが位置づけされる。いくつかの実施形態においては、個々の光センサーは、ビームパワー及びビームの時間的プロファイルの測定を可能にするべく光学的情報を伝送するために、個々のコヒーレント光ファイバ束の第１の端部の平面に対して結合されている。

本発明のいくつかの実施形態に従ったビームの特徴づけ方法は、ビームから光学的情報を得るべくビームの画像形成平面の中又はそのまわりに第１の端部がくるように、個々のコヒーレント光ファイバー束の第１の端部を位置づけする段階、ビーム平面上で１つのアレイ内に個々のコヒーレント光ファイバー束の第２の端部を位置づけする段階、個々のコヒーレント光ファイバー束の第２の端部で提供された光学的情報を収集するべくエリア又はエリアアレイセンサーを具備する段階、エリア又はエリアアレイセンサーからデータ獲得・制御システム内へデータを受け入れる段階、及びビームの１つ以上の特性を提供するべくデータを分析する段階を含んでいる。いくつかの実施形態においては、ビームの１つ以上の特性には、ビームの空間的プロファイル、ビームウエスト、ビーム位置、ビームパワー及びビームの時間的プロファイルの測定のうちの少なくとも１つを含むことができる。いくつかの実施形態においては、第１の端部を位置づけする段階には、画像形成平面内の１つの経路に沿って個々のコヒーレント光ファイバー束の第１の端部を位置づけする段階が含まれる。いくつかの実施形態においては、第１の端部を位置づけする段階には、画像形成平面内の第２の経路に沿って個々のコヒーレント光ファイバー束の第１の端部を連続的に位置づけする段階が含まれる。いくつかの実施形態においては、第１の端部を位置づけする段階には、画像形成平面からさまざまな高さのところに個々のコヒーレント光ファイバー束の第１の端部を位置づけする段階が含まれる。第１の経路及び第２の経路は、いくつかの実施形態においては、各々が走査線であり得る。

これらの及びその他の実施形態について、以下で次の図を参照しながらさらに後述する。

本発明は、動的に（ダイナミックに）移動する又は静的に静止した１つ以上の光ビームの情報又は特性を得るための方法及び装置に関する。本発明の実施形態は、エリア又はエリアアレイセンサーを用いてビームをプロファイルできるような形でビームの横断面の画像又はその他の光学的情報を転送するためにコヒーレント光ファイバー束を利用することができる。ビームは、静止した光ビームであってよい。さらに、ビームは走査経路を通って動的に（ダイナミックに）走査していてもよい。さらにビームは変調され得る。本発明のいくつかの実施形態に従ったビームプロファイラシステムを利用して、これらのビームを特徴づけすることができる。

かかるセンサーを利用すると、ビームを特徴づけするためのデータを同時に得ることができる。この開示では、データは、１つ以上のラスター走査（スキャン）内の、又は露光時間中のデータの全てが捕捉された時点で同時に得られ、エリア又はエリアアレイセンサーの１フレーム内でデータ獲得−分析計器に伝送される。フレームというのは、エリア又はアレイセンサーの１つの読出しサイクルにかかる時間である。ラスターというのは、ビームが一回ビーム経路を横断しその出発位置まで戻るのに必要な時間、すなわちラスタースキャンのラスター時間である。静止したビーム内では、露出時間は、ビームに対しセンサーが露出される時間である。特に、本書で開示されている方法及び装置は、欠陥走査、バーコード走査又は物理的測定といったような利用分野のためのレーザースキャナーの走査平面、及びレーザー及びＬＥＤプリンタ内のプリント平面に入射する光ビームの実時間での直接的な空間、時間、焦点及びパワーの特徴づけのために使用可能である。

本発明のいくつかの実施形態に従うと、光ファイバーの束は、物体からの光又は現在分析されつつあるビームが、例えば多数の点における１つ以上の光ビームの同時測定を可能にする電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラ、ＣＭＯＳ画像形成アレイ又はビジコンカメラといったようなセンサーの２次元アレイまで経路指定されるような形で配置されている。いくつかの実施形態においては、例えばプロファイル獲得のためのアレイ又はアレイセンサーに対しプリント平面において走査線に沿って分布した画像を転送するように、コヒーレント光ファイバー束アレイアセンブリが配置されている。こうして、エリア又はエリアアレイセンサー内で、プリント平面のまわりの多数の任意の場所からの１つ以上の光ビームの同時測定を行うことができる。かかるシステムにおいては、データは標準的にエリアアレイ内に統合され、データ獲得システムに対して（デジタル又はアナログのいずれかの形態で）逐次的に伝送される。コヒーレント光ファイバー束は画像平面内で任意の経路に沿って分布していてよい。

いくつかの実施形態においては、ビーム焦点位置を提供するべくビーム伝播火線（ｃａｕｓｔｉｃ）の測定を容易にし、プラテンセンサーを移動させることなくプリントプラテンについてＩＳＯ規格１１１４６で定義されている回数−回折−限界係数Ｍ²を測定するために、例えばプリンタのプリント平面に対する位置が千鳥状になった端面をもつ１組のコヒーレントファイバー束を利用することができる。

本発明のいくつかの実施形態を利用して、ビームプロファイルを測定することができる。ファイバー束の線形配置を、ビームの空間的プロファイル、ビーム位置、ビームの時間的プロファイル、伝播方向での集束されたビームウエストの位置及び絶対的及び相対的ビームパワーの測定のために利用することができる。さらに、本発明の実施形態を用いた光ビームの測定は、同時に、つまりエリア又はエリアアレイセンサーの１フレーム内で全ての位置を測定できることから、非常に高速である。さらに、光ファイバー束を保持するのに利用される光ファイバー要素の出力端上の域外コーティングが、光ファイバー束の場所を画定することができる。その上、いくつかの実施形態においては、いくつかの個々の光ファイバー束の端部にテーパをつけてそれらが拡大しているようにすることもできる。いくつかの実施形態においては、ファイバー束のセット内の個々のファイバー束を、１つ以上の光ビームを特徴づけする目的で焦点平面内又はそのまわりに任意の形態で配置することができる。いくつかの実施形態においては、ビームの１つ以上の特性についてのデータを提供するように配置された、各々が個々のコヒーレント光ファイバー束を含む複数のコヒーレントファイバ束のセットが提供される。測定可能ないくつかの特性としては、ビームプロファイル、ビーム位置、ビームパワー、ビームの時間的プロファイル及びビームウエストの測定が含まれる。ビームの特徴づけデバイスの心合せ又はその他の機能のためにいくつかの束のセットも利用可能である。

さらに、本発明のいくつかの実施形態において利用されるモノリシック構造のセンサー設計が、きわめて精確な測定技術を提供することができる。本発明のいくつかの実施形態は、可変的な積分時間及び利得制御を伴うエリア又はエリアアレイセンサーを、ビームプロファイルの画像獲得を最適化するために利用することができる。

図１は、本発明のいくつかの実施形態に従ったビームプロファイラ内で利用可能な個々のファイバー束のセット１を例示している。図１に示されたセット１は、各々が第１の端部２と第２の端部３をもつ複数の個々のコヒーレント光ファイバー束を含む。第１の端部２にあるセット１の各ファイバー束は、平面２０内で走査線２１に沿って光ビームを受け入れるように位置づけすることができる。第２の端部３にあるセット１の各ファイバー束は、平面２２内のエリアアレイ４に光を転送するように配置されうる。セット１の中には任意の数の個々のファイバー束が存在し得る。一般に、第１の端部２にある各ファイバー束１は、平面２０内又はそのまわりに任意のパターンで又は任意の経路に沿って位置づけ可能である。

多数の個々のファイバーから、個々の各ファイバー束を形成することができる。各々の個々のファイバーは、例えば約５又は６μｍの横断面を有することができる。個々の光ファイバー束は数ミリメートルの横断面を有することができる。個々の光ファイバー束が画像データを伝送する実施形態においては、個々のファイバー束内の個々のファイバーは、第１の端部２から第２の端部３まで適切に光を伝送するように束の中で配置されている。

セット１内の個々の光ファイバー束は、あらゆる横断面形状を有することができる。正方形又は矩形であり得る実施形態もあれば、円形又は卵形であり得る実施形態もある。いくつかの実施形態では、個々の光ファイバー束は拡大していてよい。拡大している個々の光ファイバー束の横断面は、第１の端部２で狭められる。いくつかの実施形態においては、個々のコヒーレント光ファイバー束は、平面２０上で近接集束され得る。

いくつかの実施形態においては、セット１内の個々の光ファイバー束は、その第１の端部２が平面２０内の走査線２１に沿った任意の位置に配置されるような形で、配置可能である。平面２２における第２の端部３での表面は、エリアアレイ４内に配置されている。図示されているファイバー束の数及び第１の端部２及び第２の端部３の配置は任意である。しかしながら、いくつかの実施形態においては、走査線２１上の第１の端部２における個々の光ファイバー束の位置と第２の端部３におけるアレイ内のその束の位置との間には既知の対応性が存在し、かくして、平面２０内の走査線２１上の位置との関係において入射ビームの分析を行なうことができるようになっている。いくつかの実施形態においては、走査線２１は、光ビームを走査できる平面２０内の任意の経路であり得る。

図１に示されているように、光ファイバー束１は、平面２０内のライン２１に沿って任意の間隔に置くことができる。いくつかの実施形態においては、第１の端部２での光ファイバー束１を、ライン２１に沿って均等に間隔どりすることができる。ライン２１に沿ってあらゆる間隔どりのパターンを利用することが可能である。また図１に示されているように、光ファイバー束１内の各々のファイバー束は第２の端部３で２次元アレイ内に位置づけされる。このとき、光ファイバー束１内の各々のファイバー束からの光を、平面２２で受光するように位置づけされたエリア又はエリアアレイセンサー（例えば電荷結合デバイスＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳアレイ又はビジコンカメラ）によって同時に読取ることができる。こうして、エリア又はエリアアレイセンサーに結合されたコンピュータ又は分析システムが、分析のために単一フレーム内で光ファイバー束１内の各光ファイバー束からのデータを受け入れることができる。

図２は、走査線２１に沿って連続的にカバーするように配置されたコヒーレント光ファイバー束のセット５を伴う実施形態を示している。セット５の個々の光ファイバー束の第１の端部２は、走査線２１を連続的にカバーするように整形され配置され得る。ここでも又、個々のファイバー束の第２の端部３は、光ファイバー束５の第２の端部３に近接したエリアアレイセンサーの位置に対して光学的画像を伝送するように配置されている。図２に示されている光ファイバー束５の配置においては、コヒーレント光ファイバー束の各々は矩形横断面をもち、第１の端部２での表面は平面２０内のライン２１に沿って連続的にカバーするように配置されており、平面２２における第２の端部３での表面は、エリアアレイ４内で任意に配置されている。いくつかの実施形態においては、コヒーレントファイバー束５内の各ファイバー束は、平面２２上の矩形領域に連続的に広がるように配置可能である。図示されているファイバー束の数及び各端面の配置は任意である。

図３（Ａ）は、本発明のいくつかの実施形態に従ったビーム分析装置６の一実施形態を示している。ビーム分析装置６は例えばプリントプラテンビーム診断ユニットであり得る。図３（Ａ）は、図１に示されたセット１の使用を例示しているが、ビーム分析装置６内で個々の光ファイバー束の任意の１つ以上のセットを利用することが可能である。コヒーレント光ファイバー束を収納し保持するコヒーレント光ファイバー画像形成モジュール８をプリント平面２０に沿って位置づけし、第２の端部３でのファイバー端面への入射ビーム３０からのビーム画像を平面２２に転送することが可能である。いくつかの実施形態においては、レーザープリンタ内のトナーカートリッジを交換して、平面２０を分析中のプリンタヘッドに対して適切に位置づけするように、ビーム分析装置を形成することができる。平面２２から、第２の端部３での個々の光ファイバー束の各々からのビームを、ファイバーフェースプレート１０内のレンズ又は近接集束光ファイバー要素を用いてエリア又はエリアアレイセンサー１１に結合させることができる。いくつかの実施形態においては、ファイバーフェースプレート１０は、ビーム増強装置を含むこともできる。エリア又はエリアアレイセンサー１１は、平面２２における各光ファイバー束から受け入れた光の強度に関する電気信号をデータ獲得−制御システム１２に提供する。データ獲得−制御システム１２は次に、プロファイル測定を得るためエリア又はエリアアレイセンサー１１から受け入れた電気データを編集し分析する。

図３（Ｂ）は、走査線２１に沿ったセット１の個々のファイバー束の第１の端部２の位置づけを例示する。図３（Ｂ）では１本のラインとして示されているものの、走査線２１は、任意の有利な走査であり得る。セット１の個々のファイバー束は、例えばエポキシによってホルダー５０内に固定可能である。いくつかの実施形態においては、第１の端部２が所定の場所に固定されているホルダー５０を研磨して平面２０を提供することができる。このようにすると、各々の個々のファイバー束の第１の端部２は平面２０内にある。

図３（Ｃ）は、アレイセンサー１１上へのセット１の個々のファイバー束のマッピングを例示している。いくつかの実施形態においては、エリアアレイセンサー１１はＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳアレイ又はビジコンカメラであり得る。又、いくつかの実施形態においては、例えばＣＣＤアレイは約４又は５μｍの画素サイズを有することができる。図３（Ｃ）を見ればわかるように、アレイセンサー１１の表面を非常に効率良く使用することが可能である。

いくつかの実施形態においては、各々の個々の光ファイバー束の横断面は、走査線２１に沿ってラスター走査されるとき、ビーム３０の幅の約３倍以上である。さらに、個々の光ファイバー束内の各ファイバーは、例えば約４又は５μｍといったようにエリアセンサー１１内の画素サイズとほぼ一致したサイズを有する。いくつかの実施形態においては、各々の個々のファイバー束の開口数（ＮＡ）は、約０．５又は０．６以上であり得る。標準的には、プリンタヘッド内で、ビームは上死点で画像形成表面２０に対し垂直であり、走査内のその他の場所では画像形成表面２０に対して垂直でない入射角でファイバーに入る。各々の個々のファイバー束のＮＡは、ラスター走査内で垂直でない入射ビームを収集するのに充分高いものである。

図３（Ａ）で例示されているように、エリア又はエリアアレイセンサー１１は、利用されている光ファイバー束のアレイ内の各々の光ファイバー束から、いくつかの実施形態においては１つの画像でありうる光学的出力を同時に測定する。従って、エリアアレイセンサー１１からの各々の電気信号が個々の光ファイバー束のうちの１つからのデータに対応する。このとき、データ獲得−制御システム１２が、エリア又はエリアアレイセンサー１１からのデータを平面２０上の１つの位置と相関し、ビーム３０の正確かつきわめて高速の分析を可能にすることができる。

いくつかの実施形態においては、データ獲得−制御システム１２はコンピュータシステムであり得る。例えば、データ獲得−制御システム１２はエリア又はエリアアレイセンサー１１から受け入れたデータを分析するために１つのプログラムを動作させるＰＣベースのコンピュータシステムであり得る。制御システム１２内で実行される分析プログラムは、平面２０内の第１の端部２又は平面２２内の第２の端部３の心合せずれについてデータを補正するための補正ソフトウェアを含むことができ、結果としてエリアアレイ１１上への画像のスキューマッピングがもたらされる。このような回転及び並進運動は、既知の光ビーム又は既知のプリンタヘッドで各分析装置６を較正することによって決定できる。さらにデータを、各ファイバー束の個々のファイバー内の不一致について補正することも可能である。さらに、個々のファイバー束の各セットは、ビーム３０の１つ以上の特性の決定のためのデータを提供する。このような場合、分析装置１２はまた、エリアセンサー１１から受け入れたデータからのこれらの特性の決定のためのソフトウェアをも動作させる。

図４は、表面１５における転送済み画像及び第１の端部１４で異なる高さにおける個々のビームのためのセグメントを伴うセグメント化された個々のコヒーレント光ファイバー束要素１３を含んで成るビームウエスト位置センサーの１実施形態を例示する。回数−回折−限界係数Ｍ²又はビーム伝播係数ｋの測定には、標準的にビーム３０の伝播経路に沿ったさまざまな場所でのビーム幅の多数の測定が必要である。図４は、伝播方向に沿ったビーム３０の横断面を示している。いくつかの実施形態においては、セット１３の個々のファイバー束の第１の表面１４は、ビーム３０の伝播に沿った５回の測定を可能にする。いくつかの実施形態においては、セット１３にはさらに、第１の端部３４を伴う個々のファイバー束が含まれうる。ＩＳＯ規格１１１４６に従って、Ｍ²は、最小ビームウエストの約１レイリー長（Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｌｅｎｇｔｈ）以内でのビーム直径の５回の測定、及び最小ビームウエストから約２レイリー長以上の距離において行なわれたビーム直径のさらに５回の測定によって決定される。セット１３は、第１の端部１４における測定を可能にし、いくつかの実施形態においては、第１の端部３４における測定を可能にする。Ｍ²の精密な測定は、ビーム３０のウエストの測定による画像平面２０におけるビーム３０の焦点の決定を提供する。いくつかの実施形態においては、図４に示されているようなコヒーレント光ファイバー束１３を利用したＭ²の測定は、ＩＳＯ規格１１１４６の精神と適合している。

図５は、プリント平面２０に沿って位置づけされたコヒーレント光ファイバー画像形成モジュール８を含むプリントプラテンビーム診断ユニット６を伴う実施形態を示している。図５に示されたビーム診断ユニット６は個々のファイバー束のいくつかのセットを含む。前述したように、画像形成モジュール８は、本発明の実施形態に従って位置づけされた光ファイバー束のセットを含む。上述の通り、入射ビーム３０からのビーム画像は、平面２２において第２のファイバー端面３に転送され、ファイバーフェースプレート１０内のレンズ又は近接集束光ファイバー要素を用いてエリアアレイセンサー１１に結合される。エリアアレイセンサー１１からのデータは、データ獲得−センサー制御システム１２内で受け入れられ、このシステムが受け入れたデータに基づいてビームプロファイルを特徴づけする。

いくつかの実施形態においては、光ファイバー画像形成モジュール８は、第１の端部が画像平面２０の走査線２１に沿って位置づけされている個々のファイバー束のセット１、及び第１の端部１５が走査線２１に沿ってではあるものの平面２０のまわりに千鳥の状態で（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）位置づけされている個々のファイバー束を伴う第２のセット１３を含むことができる。個々のファイバー束のさらなるセットも含まれていてよい。セット１は、例えばビームプロファイル及びビーム位置の測定のために利用可能である。セット１３は、ビームウエスト及び焦点の測定のために利用可能である。いくつかの実施形態においては、走査線２１との関係において診断ユニット６を位置づけするために、個々のファイバー束のセットを利用することができる。エリア又はエリアアレイセンサー１１による検出のための平面２２において２次元アレイ上の予め定められた位置に、各々のファイバー束を固定することができる。さらに、個々のコヒーレント光ファイバー束の各々のセットは、第１の端部が平面２０内の１本のラインに沿っているような形で配置されるが、いくつかの実施形態においては、異なる実体（エンティティ）の測定に利用される光ファイバー束のセットを、平面２０内の異なるラインに沿って配置することが可能である。各セット内の個々のファイバー束の第２の端部は、エリアアレイ１１を利用するために配置されている。

いくつかの実施形態においては、ビームパワー及び時間プロファイルを測定するために平面２０内に光検出器１７を直接位置づけすることができる。いくつかの実施形態においては、光ファイバーを用いて、又一部のケースではコヒーレント光ファイバー束を用いて平面２０に光検出器１７を結合することができる。光検出器１７からの光検出器信号１８は、信号条件づけ電子機器１９に入力され得る。電子機器１９からの出力信号は、さらなる分析のためにデータ獲得システム１２によって受け入れ可能である。

図６は、レーザープリンタのためのセンサープラテン設計の一実施形態を示す。上述の通り、例えばプリンタヘッドに直接隣接して設置するためのトナーカートリッジのように、センサープラテンの設計を形づけることができる。図６に示されているように、個々のコヒーレント光ファイバー束のセットを複数の走査線５２に沿って配置することができる。一般に、各々の走査線５２は、プリンタヘッドからの１回のラスタ走査からの光を受け入れ、従ってプリンタヘッドが走査する個々のビームと同じだけの数の走査線５２が存在する。例えばカラープリンタは数多くの走査線を有する可能性がある。

図６に示されているように、個々のファイバー束の第１のセット６０は、プレンタヘッドとセンサープラテンを心合せする一助となる細長い個々のファイバー束を有することができる。個々のファイバー束の第２のセット１は、第１の端部２が走査線５２に沿って配置されている個々のファイバー束を含む。第３のセット１３もまた示されており、光ファイバー束は、平面２０のまわりに第１の端部１５がある状態で走査線５２に沿って配置されている。ライン２１に沿って個々の光ファイバー束の任意の数のセットを配置することができ、これは個々の光ファイバー束自体の物理的配置のみにより制限される。図６中で例示されているセンサープラテンはまた、絶対的ビームパワー及びビーム時間（ｔｅｍｐｏｒａｌ）プロファイルを測定するための光検出器１７（又は光検出器に結合された光ファイバ）をも含んでいる。

図６に示され、かつプラテン及び固定式光センサー内の個々のコヒーレントファイバー束のセットのレイアウトに例示されているように、ライン５２に結びつけられた走査線に沿って走査された光ビームの完全な特徴づけを提供するためのデータの収集を可能にする。このような配置では、ビームプロファイル、ビーム位置、ビームウエスト、時間的及びパワーデータを決定することができる。

以上で記述したように、本発明の実施形態に従ったセンサープラテンは、一平面上の１つの経路に沿って一方の端部が任意に位置づけされている状態で構成された任意の横断面の１つ以上の個々のコヒーレント光ファイバー束のセットを含んでいる。個々のファイバー束は、ファイバーＮＡの制限条件内で、その平面上に入射する光を収集するべく、その平面に対して垂直に取付けられている。全てのファイバーのもう一方の端部はまとめられ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ画像形成アレイ又はビジコンカメラといったようなエリア又はエリアアレイセンサー上に集束され得る。個々の束は、それぞれの画像の同時測定のため画像形成デバイスに対しセンサープラテンにおける入射ビームの画像を転送する（全てのセンサーは、同じ読出しサイクル中に画像形成デバイスから読出される）。付加的には、伝播方向に沿った異なる位置におけるビームの測定を容易にしかくして集束されたビームウエストの場所の測定を提供するべく、第１の端面の位置がプリント平面に対してわずかに千鳥になっているような形で、個々のコヒーレント光ファイバー束のセットを取付けることができる。ビームパワー及びビーム時間プロファイルの測定のためには、１つの又は多数の光検出器が、コヒーレントファイバー束の中でプリント平面内の走査経路に沿って位置づけされる。本発明に従ったプリンタプラテン全体が、単一のモノリシックデバイスを形成することができる。

本発明のいくつかの実施形態を、プリント平面に沿った数多くの位置におけるＣＷ又はパルスレーザービームの特性を測定するために設計されたＶＣＳＥＬＳ又はＬＥＤプリンタ診断計器内で利用することができる。本発明に従ったプリンタプラテン又は診断計器のいくつかの実施形態は、調整のためにプリンタヘッドの多角形走査ミラーを停止させる必要なく、走査用レーザープリントビーム内のビームを測定することができる。従って、転がり軸受又は空気軸受のいずれかのスピンドルを使用するプリンタヘッド内のｆ−シータレンズの実時間動的調整を、本発明に従った診断計器を用いて行なうことができる。さらに、本発明のいくつかの実施形態を利用して、プリントビームを含む多角形スキャナシステムの特性を測定することができる。

本発明に従った診断計器の実施形態は、独立型計器として動作させられてもよいし、又は自動試験及び測定システムの中に内蔵することも可能である。独立型計器としては、それは、デザインを構成し、テストしかつ検証するため、研究開発の利用分野で有用であると同時に、プリンタヘッド光学素子の調整のため製造及び生産においても有用である。自動システムとしては、それは、組立てられたプリンタヘッドの最終的調整及び品質保証のためのツールとして利用される。いずれの場合でも、フォトンのビームスキャン, ナノスキャン又はビームプロファイラシステムといったような標準的ビームプロファイラに比べて本発明の実施形態に従った診断計器がもつ利点には、より低コストのレーザー又はＬＥＤプリンタを生産するための鍵である、測定時間の多大な節減及び生産性スループットの改善が含まれる。

本発明に従った診断計器からの獲得した光ビーム画像データの分析は、ビーム幅、スポットサイズ、そして中心位置といったようなパラメータを提供することができる。例えば走査ビームのプリントスポットを見てみると、ビームは、実際のレーザープリンターの場合のように単一のドット時間又はプリントスポットについて「ＯＮ」変調される。ビームが連続的又は多数の個々のセンサーを横断して走査するにつれて適切な瞬間にビームを「ＯＮ」又は「ＯＦＦ」変調することにより、測定されたビームパラメータを個別に又は集合的に用いて、スポットサイズ、プロファイル、パワー、ファセット間傾斜、ファセット間反射率、走査間ジッター、走査線湾曲、走査線ひずみ、及び走査開始ジッターといったようなプリンタヘッドパラメータを決定することができる。パルスレーザービームについては、組合せ型電気／光学畳み込みも測定可能である。ＬＥＤプリンタアレイを分析することができ、これには、上述の尺度のうちの数多くのものならびに、ここでも適切なデバイスを「ＯＮ」又は「ＯＦＦ」に切換えることによる、隣接する又は間隔どりされた各デバイスの間のコントラストが含まれる。

要約すると、本発明のいくつかの実施形態は、その後詳細な分析のためコンピュータ内で捕捉される、ＣＣＤ又はビジコン又はＣＭＯＳ検出器といったような単一の又は少数の小さなエリアセンサーに、広い走査経路（反復する線形、円形又は任意の経路形状）をコラプス（ｃｏｌｌａｐｓｅ）する。

ここで論述した実施形態は、単なる一例であり、本発明を制限することを意図したものではない。当業者であれば、当該開示の精神及び範囲内に入ることが意図された多数の変形形態を認識することであろう。

本発明のいくつかの実施形態に従って配置された個々の光ファイバー束のセットの一実施形態を例示する図である。 本発明のいくつかの実施形態に従って配置された個々の光ファイバー束のセットの他の実施形態を例示する図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明のいくつかの実施形態に従ったプリントプラテンビーム診断ユニットの一実施形態を例示する図である。 本発明のいくつかの実施形態に従った、ビームウエスト位置及び回数−回折−限界係数Ｍ²を決定するためのビーム火線センサーの一実施形態を例示する図である。 本発明のいくつかの実施形態に従ったプリントプラテンビーム診断ユニットの他の実施形態を例示する図である。 本発明のいくつかの実施形態に従ったレーザープリンタのためのセンサープラテンデザインの一実施形態を例示する図である。 従来のビームプロファイラヘッドのためのカメラヘッドの一実施形態を示す図である。 プリンタヘッドからのラスタスキャンを例示する図である。

Claims (34)

1. 各々が１つ以上の個々の光ファイバー束を含む１つ以上のコヒーレント光ファイバー束のセットを含んで成る光ビーム診断デバイスにおいて、
   各々の個々の光ファイバー束の第１の端部が、画像形成平面のまわりの１つ以上の光ビームから光学的情報を受け入れるように位置づけされており、
   コヒーレント光ファイバー束の第２の端部が、個々の光ファイバー束の各々の第２の端部から伝送された光を同時に検出する能力をもつ光センサーまで光学的情報を伝送するように配置されている、
   光ビーム診断デバイス。
2. 前記光学的情報には画像が含まれている、請求項１に記載の光ビーム診断デバイス。
3. 各々の個々の光ファイバー束の前記第１の端部がレーザープリンタヘッドの特徴づけを考慮に入れるべく適切に位置づけされている、請求項１に記載の光ビーム診断デバイス。
4. 各々の個々の光ファイバー束の前記第１の端部がＬＥＤプリンタヘッドの特徴づけを考慮に入れるべく適切に位置づけされている、請求項１に記載の光ビーム診断デバイス。
5. コヒーレント光ファイバー束の各セットの前記１つ以上の個々の光ファイバー束が、前記１つ以上の光ビームの１組の特性を決定するためのデータを提供するべく配置されている、請求項１に記載の光ビーム診断デバイス。
6. 前記１つ以上のコヒーレント光ファイバー束のセットには、各々の個々の光ファイバー束の前記第１の端部が画像形成平面内の１つの経路に沿って位置づけされた、コヒーレント光ファイバー束のセットが含まれている、請求項５に記載の光ビーム診断デバイス。
7. 前記経路が走査線である、請求項６に記載の光ビーム診断デバイス。
8. 前記１つ以上のコヒーレント光ファイバー束のセットには、各々の個々の光ファイバー束の前記第１の端部が画像形成平面内の第２の経路に沿って連続的に位置づけされた、コヒーレント光ファイバー束のセットが含まれている、請求項５に記載の光ビーム診断デバイス。
9. 前記第２の経路が走査線である、請求項８に記載の光ビーム診断デバイス。
10. 前記１つ以上のコヒーレント光ファイバー束のセットには、各々の個々の光ファイバー束の前記第１の端部が第３の経路に沿って連続的に位置づけされた、コヒーレント光ファイバー束のセットが含まれており、ここに前記第１の端部は画像形成平面に対して深さが千鳥状である、請求項５に記載の光ビーム診断デバイス。
11. 前記第３の経路が走査線である、請求項１０に記載の光ビーム診断デバイス。
12. ビームウエストを決定するために前記コヒーレント光ファイバー束のセットからのデータを利用することができる、請求項１０に記載の光ビーム診断デバイス。
13. 前記１つ以上の光ファイバー束のセットの個々のコヒーレント光ファイバー束の各々の第２の面が、１つのアレイ内に配置されている、請求項１に記載の光ビーム診断デバイス。
14. エリア又はエリアアレイセンサーが、個々の光束セットの各々からの光を同時に検出するように結合されたＣＣＤカメラである、請求項１３に記載の光ビーム診断デバイス。
15. 前記エリア又はエリアアレイセンサーが、個々の光束セットの各々からの光を同時に検出するように結合されたＣＭＯＳアレイである、請求項１３に記載の光ビーム診断デバイス。
16. 前記エリア又はエリアアレイセンサーが、個々の光束セットの各々からの光を同時に検出するべく結合されたビジコンカメラである、請求項１３に記載の光ビーム診断デバイス。
17. 前記エリア又はエリアアレイセンサーからデータを受け入れるように結合されたデータ獲得・制御システムをさらに含む、請求項１５に記載の光ビーム診断デバイス。
18. 前記画像形成平面内の個々のコヒーレント光ファイバー束の前記第１の端部の近くで光を検出するように位置づけされた１つ以上の個々の光センサーをさらに含む、請求項１に記載の光ビーム診断デバイス。
19. 前記個々の光センサーが、ビームパワー及びビームの時間的プロファイルの測定を可能にするべく前記光学的情報を伝送する、請求項１８に記載の光ビーム診断デバイス。
20. 前記１つ以上のコヒーレント光ファイバー束のセットの各々が、ビームの空間的プロファイル、ビームウエスト、ビーム位置、ビームパワー及びビームの時間的プロファイルの測定のうちの少なくとも１つを可能にするべく前記光学的情報を伝送する、請求項１に記載の光ビーム診断デバイス。
21. １つ以上のコヒーレント光ファイバー束のセットが、ビームから光学的情報を得るべく前記ビームの画像形成平面のまわりにくるように、個々のコヒーレント光ファイバー束の第１の端部を位置づけする段階、
    ビーム平面上で１つのアレイ内に個々のコヒーレント光ファイバー束の第２の端部を位置づけする段階、
    個々のコヒーレント光ファイバー束の第２の端部で提供された光学的情報を収集するべくエリア又はエリアアレイセンサーを具備する段階、
    前記エリア又はエリアアレイセンサーからデータ獲得・制御システム内へデータを受け入れる段階、及び
    前記ビームの１つ以上の特性を提供するべく前記データを分析する段階、
    を含んで成る、ビームを特徴づけする方法。
22. 前記ビームの１つ以上の特性が、ビームの空間的プロファイル、ビーム位置、ビームウエスト、ビームパワー及びビームの時間的プロファイルの測定のうちの少なくとも１つを含み得る、請求項２１に記載の方法。
23. 前記第１の端部を位置づけする段階が、画像形成平面内の１つのラインに沿って個々のコヒーレント光ファイバー束の第１の端部を位置づけする段階を含む、請求項２１に記載の方法。
24. 前記第１の端部を位置づけする段階が、画像形成平面内の第２のラインに沿って個々のコヒーレント光ファイバー束の第１の端部を連続的に位置づけする段階を含む、請求項２１に記載の方法。
25. 前記第１の端部を位置づけする段階が、画像形成平面からさまざまな高さのところで個々のコヒーレント光ファイバー束の第１の端部を位置づけする段階を含む、請求項２１に記載の方法。
26. 各々が１つ以上の個々の光ファイバー束を含む１つ以上のコヒーレント光ファイバー束のセットを含んで成るビームプロファイラを、プリンタヘッドに対して位置づけする段階、
    前記個々の光ファイバー束からのデータを同時に受け入れるように結合されたエリア又はエリアアレイセンサーからデータを獲得する段階、及び
    前記プリンタヘッドからのビームの少なくとも１つの特性を決定するべく前記データを分析する段階、
    を含んで成る、プリンタヘッドを特徴づけする方法。
27. １つ以上の光ファイバー束のセット内へビームからの光を捕捉するための手段、
    エリア又はエリアアレイセンサー内へ前記の光を受け入れるための手段、及び
    前記ビームの少なくとも１つの特性を提供するべく、前記エリア又はエリアアレイセンサーからのデータを分析するための手段、
    を含んで成るビームプロファイラ。
28. プリンタヘッドからの光学的情報をエリア又はエリアアレイセンサーに提供するように配置された各々が１つ以上の個々の光ファイバー束を含む１つ以上のコヒーレント光ファイバー束のセットを含んで成るビームプロファイラを、プリンタヘッドに対して位置づけする段階、
    前記エリア又はエリアアレイセンサーからの光学的情報に対応するデータを獲得する段階、
    前記プリンタヘッドの少なくとも１つの特性を提供するべく前記データを分析する段階、及び
    前記の少なくとも１つの特性に影響を及ぼすべく前記プリンタヘッドを調整する段階、
    を含んで成る、プリンタヘッドを適格化し調整する方法。
29. 前記プリンタヘッドの少なくとも１つの特性のうちの１つに基づいて前記プリンタヘッドを拒絶する段階をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
30. 前記プリンタヘッドがレーザープリンタヘッドである、請求項２８に記載の方法。
31. 前記プリンタヘッドがＬＥＤプリンタヘッドである、請求項２８に記載の方法。
32. 前記エリア又はエリアアレイセンサーがＣＣＤカメラを含む、請求項２８に記載の方法。
33. 前記エリア又はエリアアレイセンサーがＣＭＯＳアレイを含む、請求項２８に記載の方法。
34. 前記エリア又はエリアアレイセンサーがビジコンカメラを含む、請求項２８に記載の方法。