JP3040882B2 - ビーム径検査装置 - Google Patents

ビーム径検査装置

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JP3040882B2
JP3040882B2 JP4179093A JP17909392A JP3040882B2 JP 3040882 B2 JP3040882 B2 JP 3040882B2 JP 4179093 A JP4179093 A JP 4179093A JP 17909392 A JP17909392 A JP 17909392A JP 3040882 B2 JP3040882 B2 JP 3040882B2
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元治 前田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザープリンタ、複
写機、ファクシミリ装置など光ビームを走査して必要な
情報を読み書きする光学走査系を有する装置に関し、特
に光ビームの径を検査するビーム径検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】このような光学走査系では、光ビームの
径が設定値からずれると、記録された画像のエッジがぼ
けたり、走査線われが生じたりして出力画像が乱れ、画
質が低下することが知られている。従って、光ビームの
径を正確に検査することが必要であり、従来、次のよう
な手法が提案されている。
【0003】第1に、ポリゴンの回転を止め、静止ビー
ムに対してスリットやピンホールを横切るように動か
し、スリットやピンホールを通過した光の強度分布を検
出し、この光強度分布に基づいてビーム径を検査する手
法が知られている。この手法では、スリットやピンホー
ルを動かす方向を制御することにより、ビーム走査方向
およびビーム走査直角方向のビーム径を求めることがで
きる。
【0004】第2に、走査状態の光ビームの径を検査す
る手法として、光ビームの走査方向に対して傾斜した第
1のスリットと、ビーム走査方向と直交する第2のスリ
ットとを設け、光ビームが各スリットを横切るのに要す
る時間に基づいて、各スリットに対して直交する方向の
ビーム径を求める手法が知られている(特開昭64−1
3514号公報)。
【0005】また、光ビームの走査方向に対してそれぞ
れ異なる角度で傾斜した3つのスリットを使用し、楕円
状強度分布をもつ光ビームの傾斜角と長径と短径とを求
める手法が知られている(特開平3−160329号公
報)。
【0006】さらに、ビーム走査方向に対して45度傾
斜した第1のスリットと、ビーム走査方向に対して垂直
な第2のスリットとを設け、ビーム走査直角方向に長軸
をもち、かつ楕円状強度分布をもつ光ビームに対して、
ビーム走査方向およびビーム走査直角方向のビーム径を
求める手法も知られている(特開平3−120426号
公報)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、静止状態のビ
ーム径を検査する手法では、ポリゴンを任意の位置に静
止させるのが困難である、ビーム走査全幅に渡って連続
的に検査するのが困難である、実際に装置として駆動す
る場合のビーム走査状態におけるビーム径の評価が得ら
れないなどといった多くの問題があった。
【0008】また、走査状態のビーム径を検査する手法
においては、次のような問題があった。すなわち、像を
形成するための走査光学系においては、ビーム走査直角
方向(副走査方向)に画像ムラを生じやすいため、特に
ビーム走査直角方向のビーム径を詳しく検査して管理す
る必要がある。
【0009】しかし、特開昭64−13514号公報で
は、スリットに対して直角な方向のビーム径が得られ、
ビーム走査方向に対して直角な方向(副走査方向)のビ
ーム径が得られないという問題があった。
【0010】また、特開平3−160329号公報、特
開平3−120426号公報とも、ビーム走査方向のビ
ーム径については、その透過光信号に基づいて簡単に検
査することができるが、ビーム走査垂直方向のビーム径
については、ビーム径を検査するために複雑な演算手段
を設ける必要があるため、高価となり、さらに演算時間
もかかるので応答性の速い検査ができないという問題が
あった。
【0011】本発明は、このような事情の下になされた
もので、その目的は、ビーム走査直角方向のビーム径
を、ビーム走査状態で簡単な構成で正確に検査し得るビ
ーム径検査装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、楕円状ビームの短軸の向きがビーム走査
方向とほぼ一致し、長軸の長さ2y、短軸の長さ2xの
仕様の楕円状のビームの径を検査するビーム径検査装置
において、 1/tanθ={(y2 −x2 )/y21/2 なる角度
θでビーム走査方向と交差する1つの直線状のエッジを
有するマスクパターンが形成されてなるマスクパターン
形成体と、ビーム走査時に前記マスクパターン形成体を
透過した光信号に基づいてビームが前記エッジを通過す
る際のビームの移動距離を計測し、この移動距離をビー
ム走査直角方向のビーム径の検査値として出力する検査
手段を備えている。
【0013】
【作用】今、ビームの短軸の向きがビーム走査方向とほ
ぼ一致し、長軸の長さ2y、短軸の長さ2xの仕様の楕
円状のビームの径を検査するために、マスクパターン形
成体には、直線状のエッジを有するマスクパターンとし
て、 1/tanθ={(y2 −x2 )/y21/2 なる角度
θでビーム走査方向と交差する1つのスリットが形成さ
れているものとする。この場合、図9に示したように、
1/tanθ=aとし、ビームBがスリットSを横切る
のに要する移動距離を2wとすると、一般に、
【0014】
【数1】w2 =x2 +a22 なる関係式が成り立ち、a={(y2 −x2 )/y2
1/2 であるため、2w=2yとなる。これは、ビームB
がスリットSを横切るのに要する移動距離は、ビーム走
査直角方向のビーム径と等しくなることを意味する。
【0015】そこで、検査手段は、スリットをビームB
が横切るのに要する移動距離wを、たとえばビームBが
横切るのに要する時間に基づいて計測し、その移動距離
をビーム走査直角方向のビーム径の検査値として出力す
る。
【0016】このように、1つのスリットだけを用い
て、簡単にビーム走査直角方向のビーム径を検査するこ
とができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
【0018】図1は、本発明の実施例による光ビーム形
状測定装置の構成図である。本実施例は、平面走査式光
学装置に適用した例であるが、本発明は、回転走査式光
学装置にも適用できる。また、記録システム、読取シス
テムのいずれにも適用できる。
【0019】図1において、レーザ光源1から照射され
た光ビーム(レーザビーム)は、ポリゴン2の回転によ
り偏向され、fθレンズ3に入射される。fθレンズ3
は、ポリゴン2により偏向されたレーザービームを収束
し、走査面上で等速度となるようにして出射する。
【0020】走査面となるべき位置には、マスクパター
ン形成板4が設けられ、このマスクパターン形成板4の
裏側(ポリゴン2やfθレンズ3とは反対の側)には、
フォトダイオード5が密着されている。マスクパターン
形成板4は、図2に示したような1つのスリットSが形
成されており、スリットSの部分以外は光を透過しない
材質となっている。このスリットSについては後で詳細
に説明する。マスクパターン形成板4とフォトダイオー
ド5とはステージSt上に設けられ、ビーム走査方向お
よびビーム走査直角方向に移動可能に構成されている。
また、マスクパターン形成板4は、垂直面内で微小角度
だけ回転調整して固定できるようステージSt上に取付
けられている。fθレンズ3から出射されたレーザビー
ムは、スリット部分でのみ通過し、それ以外の部分では
遮光される。そして、スリット部分を通過したレーザビ
ームは、フォトダイオード5にて光電変換され、アンプ
6にて増幅され、A/D変換器7によりデジタル信号に
変換されてRAM8に光量データとして記憶される。C
PU9は、RAM8に記憶された光量データを読出し、
その光量データに基づいてビーム走査直角方向のレーザ
ビームの径を求め、表示器10に表示する。
【0021】エッジパターン形成板4に形成されたスリ
ットSは、図2のようになっている。すなわち、スリッ
トSのビーム走査方向に対する傾斜角θは、長軸の長さ
2y、短軸の長さ2xの仕様の楕円状のビームの径を検
査するために、その仕様に合わせて、1/tanθ=
{y2 −x2 )/y21/2 となるよう設定されてい
る。
【0022】次に、CPU9によるビーム走査方向、お
よびビーム走査直角方向のレーザビームの径の検査処理
について説明する。
【0023】今、図3に示したように、楕円状のレーザ
ビームBが、その短軸の方向がビーム走査方向Xと一致
するようにして走査されてスリットSを横切ったものと
する。この場合、フォトダイオード5は図4に示したよ
うなアナログ信号を出力する。なお、図4中のSSはス
リットSを通過したレーザビームBの光量を示し、これ
ら光量の分布は一般にガウス分布となっている。そし
て、図4に示したようなレーザビームBの光量データ
(アナログデータ)は、A/D変換器7によりデジタル
データに変換されてRAM8に記憶される。
【0024】そこで、CPU9は、RAM8に記憶され
た光量データについてピーク値を検出し、そのピーク値
に対して所定の割合となっている図4中に破線で示した
スライスレベルでスライスすることにより、スリットS
に対応する光量データSSを検出し、光量データSSの
出力時間t、すなわち、レーザビームBがスリットSを
横切るのに要した時間tを求める。
【0025】次に、CPU9は、レーザビームBがスリ
ットSを横切るのに要した時間tに、レーザビームBの
走査速度を乗算することにより、レーザビームBがスリ
ットSを横切るのに要した移動距離2wを算出する。そ
して、この移動距離2wは、上記のようにレーザビーム
Bのビーム走査直角方向のビーム径2yに等しいので、
算出した移動距離2wを、そのままビーム走査直角方向
のビーム径として表示器10に表示する。
【0026】このように、1つのスリットSを横切るの
に要した移動距離2wを計測するだけで簡単にビーム走
査直角方向のビーム径を検査することができる。なお、
ビーム走査方向のビーム径については、レーザビームB
が仕様からずれる場合は、相似形をなしずれることが多
いので、ビーム走査直角方向のビーム径から容易に推定
することができる。 [第2実施例]図5は、第2実施例におけるマスクパタ
ーン形成板4を示す図であり、第2実施例では、マスク
パターンとして、光を透過するナイフエッジKE1が形
成されている。ナイフエッジKE1のエッジE1の傾斜
角は、第1実施例におけるスリットSの傾斜角と同一に
設定されている。
【0027】このようなマスクパターンでは、フォトダ
イオード5からは、図6(a)に示したような光量デー
タが出力される。なお図6(a)中のdは、ナイフエッ
ジKE1のエッジE1に対応している。
【0028】そこで、CPU9は、図6(a)の光量デ
ータを図(b)に示したように微分し、その微分データ
に基づいて第1実施例と同様の処理を行い、レーザビー
ムBがナイフエッジKE1のエッジE1を横切るのに要
した移動距離2wを求め、その移動距離2wを、ビーム
走査直角方向のビーム径として表示器10に出力する。 [第3実施例]図7は、第3実施例におけるマスクパタ
ーン形成板4を示す図であり、第3実施例では、マスク
パターンとして、遮光型のナイフエッジKE2が形成さ
れている。ナイフエッジKE2のエッジE2の傾斜角
も、第1実施例におけるスリットSの傾斜角と同一に設
定されている。
【0029】このような、マスクパターンでは、フォト
ダイオード5からは、図8(a)に示したような光量デ
ータが出力される。なお図8(a)中のddは、ナイフ
エッジKE2のエッジE2に対応している。
【0030】そこで、CPU9は、図8(a)の光量デ
ータを図8(b)に示したように微分し、その微分デー
タに基づいて第1実施例と同様の処理を行い、レーザビ
ームBがナイフエッジKE2のエッジE2を横切るのに
要した移動距離2wを求め、その移動距離2wを、ビー
ム走査直角方向のビーム径として表示器10に出力す
る。
【0031】なお、本発明は、上記の各実施例に限定さ
れることなく、たとえば、ビーム走査方向と交差する角
度θのスリットのほかにビーム走査方向と交差する角度
−θのスリットも形成し、2つのスリットによる計測値
の平均を検査値として出力するようにしてもよい。また
ビーム走査速度が不明の場合は、ビーム走査方向に直交
するスリットを所定の間隔で2つ配置し、各スリットに
対応する光量データのピーク値を検出してそれらピーク
値の時間間隔を計測し、この計測した時間間隔でスリッ
ト間の一定な間隔を割ることにより光ビームのビーム走
査速度を求め、その速度データからビーム径の検査がで
きるようにしてもよい。また、ビームと被走査体とが相
対的に移動する他の装置にも適用できる。さらにマスク
パターン形成板は、レーザビームが反射してレーザ光源
に戻ったり、検査者の方向に反射したりしないよう、レ
ーザビームの光軸に対して微小量傾けてもよい。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のビーム径
検査装置によれば、ビーム走査方向と所定の角度で交差
するエッジを有するマスクパターンを用いており、この
エッジを通過する際のビームの移動距離がそのままビー
ム走査直角方向のビーム径となるので、ビーム走査直角
方向のビーム径を簡単な構成で正確に検査することがで
きる。また、複雑な演算手段が不要となるため、安価に
製作でき、かつ応答性の速いビーム径検査も可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるビーム径検査装置の
構成図である。
【図2】マスクパターン形成板に形成されたスリットを
示す図である。
【図3】ビームの向きとビーム走査方向との関係を示す
図である。
【図4】図2のスリットをビームが透過した場合のフォ
トダイオードからの信号を示す図である。
【図5】マスクパターン形成板に形成された光透過型の
ナイフエッジの例を示す図である。
【図6】図5のナイフエッジをビームが透過した場合の
フォトダイオードからの信号と、その処理の仕方を示す
図である。
【図7】マスクパターン形成板に形成された遮光型のナ
イフエッジの例を示す図である。
【図8】図7のナイフエッジでビームが遮光された場合
のフォトダイオードからの信号と、その処理の仕方を示
す図である。
【図9】本発明の原理を説明するための原理説明図であ
る。
【符号の説明】
1 レーザ光源 2 ポリゴン 3 fθレンズ 4 マスクパターン形成板 5 フォトダイオード 6 アンプ 7 A/D変換器 8 RAM 9 CPU 10 表示器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 光晴 東京都日野市さくら町1番地 コニカ株 式会社内 (56)参考文献 特開 平3−120426(JP,A) 特開 平3−160329(JP,A) 実開 昭58−114709(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01J 1/00 - 1/60 H04N 1/113

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 楕円状ビームの短軸の向きがビーム走査
    方向とほぼ一致し、長軸の長さ2y、短軸の長さ2xの
    仕様の楕円状のビームの径を検査するビーム径検査装置
    において、1/tanθ={(y2 −x2 )/y2
    1/2 なる角度θでビーム走査方向と交差する1つの直線
    状のエッジを有するマスクパターンが形成されてなるマ
    スクパターン形成体と、ビーム走査時に前記マスクパタ
    ーン形成体を透過した光信号に基づいてビームが前記エ
    ッジを通過する際のビームの移動距離を計測し、この移
    動距離をビーム走査直角方向のビーム径の検査値として
    出力する検査手段を備えたことを特徴とするビーム径検
    査装置。
  2. 【請求項2】 前記マスクパターンは、スリットである
    ことを特徴とする請求項1に記載のビーム径検査装置。
  3. 【請求項3】 前記マスクパターンは、ナイフエッジで
    あることを特徴とする請求項1に記載のビーム径検査装
    置。
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