JP3414181B2 - 光ビーム測定装置 - Google Patents
光ビーム測定装置Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザによ
る画像露光装置等の光走査装置に適用され、2次元状に
配列された複数の光源から光学系を介して出射された光
ビームによって走査面に相当する面上に形成された複数
の光ビームのスポットの径,位置等を測定する光ビーム
測定装置に関する。
る画像露光装置等の光走査装置に適用され、2次元状に
配列された複数の光源から光学系を介して出射された光
ビームによって走査面に相当する面上に形成された複数
の光ビームのスポットの径,位置等を測定する光ビーム
測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図9は光ビーム測定装置が適用される画
像露光装置の一例を示し、同図(a) はその平面図、同図
(b) はその側面図である。この画像露光装置100は、
複数のレーザビームを出射する半導体レーザアレイ10
1を備えるレーザアレイパッケージ101Aと、半導体
レーザアレイ101から出射された複数のレーザビーム
を集光する集光レンズ102と、集光レンズ102によ
って集光された複数のレーザビームを拡大して回転可能
に支持された記録媒体103の周面(走査面)103a
上に結像させる結像レンズ系104とを備えている。
像露光装置の一例を示し、同図(a) はその平面図、同図
(b) はその側面図である。この画像露光装置100は、
複数のレーザビームを出射する半導体レーザアレイ10
1を備えるレーザアレイパッケージ101Aと、半導体
レーザアレイ101から出射された複数のレーザビーム
を集光する集光レンズ102と、集光レンズ102によ
って集光された複数のレーザビームを拡大して回転可能
に支持された記録媒体103の周面(走査面)103a
上に結像させる結像レンズ系104とを備えている。
【0003】図10はレーザアレイパッケージ101A
を示す。レーザアレイパッケージ101Aの半導体レー
ザアレイ101は、半導体レーザアレイ101の副走査
方向(Z方向)の数を画像幅分のドットより少ない数の
n個(例えば12個)、半導体レーザアレイ101の主
走査方向(X方向)の数を画像幅分のドットと同数のm
個(例えば1200個)とするn×m個の半導体レーザ
101aがアレイ状に配列されている。
を示す。レーザアレイパッケージ101Aの半導体レー
ザアレイ101は、半導体レーザアレイ101の副走査
方向(Z方向)の数を画像幅分のドットより少ない数の
n個(例えば12個)、半導体レーザアレイ101の主
走査方向(X方向)の数を画像幅分のドットと同数のm
個(例えば1200個)とするn×m個の半導体レーザ
101aがアレイ状に配列されている。
【0004】このように構成された画像露光装置100
において、画像信号に応じて半導体レーザアレイ101
を駆動すると、半導体レーザアレイ101から出射され
たレーザビームは、集光レンズ102によって集光さ
れ、結像レンズ系104によって拡大され、回転する記
録媒体103の走査面103a上に結像されることによ
り、2次元的に画像が露光される。
において、画像信号に応じて半導体レーザアレイ101
を駆動すると、半導体レーザアレイ101から出射され
たレーザビームは、集光レンズ102によって集光さ
れ、結像レンズ系104によって拡大され、回転する記
録媒体103の走査面103a上に結像されることによ
り、2次元的に画像が露光される。
【0005】ところで、高画質な画像露光を行うために
は、記録媒体103の走査面103a上の所定の位置に
所定の径のレーザビームを正確に照射する必要がある。
レーザビームのスポット径のばらつきやスポット位置ず
れは、画像のゆがみやぼけ等の不都合を生じ、高画質な
画像を得ることができない。このようなレーザビームの
スポット径のばらつきやスポット位置ずれには、レーザ
アレイパッケージ101Aの配置位置誤差、集光レンズ
102,結像レンズ系104のレンズアレイの配置位置
誤差や回転位置誤差等の種々な原因が考えられるが、特
に、半導体レーザアレイ101からのレーザビームを拡
大する画像露光装置においては、レーザアレイパッケー
ジ101Aとレンズアレイの配置位置誤差が大きな原因
となる。。従って、レーザビームのスポット径およびス
ポット位置を測定し、この測定結果を基に、レーザアレ
イパッケージ101Aの配置位置、レンズアレイの配置
位置等を調整することが重要となってくる。
は、記録媒体103の走査面103a上の所定の位置に
所定の径のレーザビームを正確に照射する必要がある。
レーザビームのスポット径のばらつきやスポット位置ず
れは、画像のゆがみやぼけ等の不都合を生じ、高画質な
画像を得ることができない。このようなレーザビームの
スポット径のばらつきやスポット位置ずれには、レーザ
アレイパッケージ101Aの配置位置誤差、集光レンズ
102,結像レンズ系104のレンズアレイの配置位置
誤差や回転位置誤差等の種々な原因が考えられるが、特
に、半導体レーザアレイ101からのレーザビームを拡
大する画像露光装置においては、レーザアレイパッケー
ジ101Aとレンズアレイの配置位置誤差が大きな原因
となる。。従って、レーザビームのスポット径およびス
ポット位置を測定し、この測定結果を基に、レーザアレ
イパッケージ101Aの配置位置、レンズアレイの配置
位置等を調整することが重要となってくる。
【0006】図11はレーザビームのスポット径および
スポット位置を測定する従来の光ビーム測定装置の一例
を示し、同図(a) はその平面図、同図(b) はその側面図
である。この光ビーム測定装置10は、半導体レーザア
レイ101から集光レンズ102および結像レンズ系1
04を介して出射されるレーザビームによって記録媒体
103の走査面103aに相当する所定の高さと、所定
の横幅を有するスポット形成面105上に形成される複
数のレーザビームのスポットの像を10倍の拡大率で拡
大する拡大光学系11と、拡大光学系11によって拡大
されたスポットの像を光量に応じた電気信号である光量
信号として取り込む2次元CCDセンサ12と、拡大光
学系11と2次元CCDセンサ12を半導体レーザアレ
イ101の主走査方向であるX方向に移動させるX軸ス
テージ(不図示)と、同じく拡大光学系11と2次元C
CDセンサ12を半導体レーザアレイ101の光軸方向
であるY方向に移動させるY軸ステージ(不図示)と、
同じく拡大光学系11と2次元CCDセンサ12を半導
体レーザアレイ101の副走査方向であるZ方向に移動
させるZ軸ステージ(不図示)と、2次元CCDセンサ
12によって取り込まれた光量信号を処理する画像処理
部13とから構成されている。なお、図11において1
06は、半導体レーザアレイ101の中心と記録媒体1
03の中心とを結ぶ光軸である。
スポット位置を測定する従来の光ビーム測定装置の一例
を示し、同図(a) はその平面図、同図(b) はその側面図
である。この光ビーム測定装置10は、半導体レーザア
レイ101から集光レンズ102および結像レンズ系1
04を介して出射されるレーザビームによって記録媒体
103の走査面103aに相当する所定の高さと、所定
の横幅を有するスポット形成面105上に形成される複
数のレーザビームのスポットの像を10倍の拡大率で拡
大する拡大光学系11と、拡大光学系11によって拡大
されたスポットの像を光量に応じた電気信号である光量
信号として取り込む2次元CCDセンサ12と、拡大光
学系11と2次元CCDセンサ12を半導体レーザアレ
イ101の主走査方向であるX方向に移動させるX軸ス
テージ(不図示)と、同じく拡大光学系11と2次元C
CDセンサ12を半導体レーザアレイ101の光軸方向
であるY方向に移動させるY軸ステージ(不図示)と、
同じく拡大光学系11と2次元CCDセンサ12を半導
体レーザアレイ101の副走査方向であるZ方向に移動
させるZ軸ステージ(不図示)と、2次元CCDセンサ
12によって取り込まれた光量信号を処理する画像処理
部13とから構成されている。なお、図11において1
06は、半導体レーザアレイ101の中心と記録媒体1
03の中心とを結ぶ光軸である。
【0007】2次元CCDセンサ12は、画素ピッチ1
0μmの500×500個の画素からなる5000×5
000μmの視野を有している。分解能1μmで測定す
るため、拡大光学系11は拡大率10倍のものを用いて
いるので、スポット形成面105上に250μmピッチ
で径20μm程度のスポットが12×1200個形成さ
れ、2次元CCDセンサ12の視野には4つのスポット
の像が写る。
0μmの500×500個の画素からなる5000×5
000μmの視野を有している。分解能1μmで測定す
るため、拡大光学系11は拡大率10倍のものを用いて
いるので、スポット形成面105上に250μmピッチ
で径20μm程度のスポットが12×1200個形成さ
れ、2次元CCDセンサ12の視野には4つのスポット
の像が写る。
【0008】このように構成された光ビーム測定装置1
0によりスポット径の大きさの分布を得る場合は、Y方
向の基準位置でX軸ステージおよびZ軸ステージにより
拡大光学系11と2次元CCDセンサ12をX方向とZ
方向に移動させ、3600回光量検出を行い、12×1
200個のスポットの像データを取り込む。この像デー
タからY方向の基準位置における各スポット径を測定す
る。次に、Y軸ステージにより拡大光学系11と2次元
CCDセンサ12をY方向に所定ピッチ(例えば200
μm)ずらして同様に光量検出を行い、各スポット径を
測定する。このような光量検出およびスポット径の測定
を所定の回数(例えば5回)行い、Y方向の各位置にお
けるスポット径を測定してスポット径の大きさの分布を
得る。次に、このスポット径の大きさの分布を基に、例
えば、レンズアレイ(102,104)の光軸方向への
位置調整を行い、Y方向の基準位置から光軸方向に前後
したときのスポット径の大きさの分布が一定になるよう
にする。また、スポット位置間隔を測定する場合は、Y
方向の基準位置で、ある4つのスポットの画像データを
取り込み、4つのスポット位置間隔を測定後に隣の4つ
のスポットが2次元CCDセンサ12に写るまでX軸あ
るいはZ軸あるいは両軸のステージにより拡大光学系1
1と2次元CCDセンサ12を移動させ、その移動量を
基に4つのスポット位置間隔の関係を計算し、全てのス
ポット位置間隔を測定するまでステージの移動を繰り返
す。そしてスポット位置間隔の測定結果を基に、例え
ば、レーザアレイパッケージ101Aを光軸方向や光軸
方向に直交する方向の配置位置を調整したり、レンズア
レイ(102,104)の光軸回りの回転位置を調整し
てスポット位置間隔が望ましい値になるようにする。
0によりスポット径の大きさの分布を得る場合は、Y方
向の基準位置でX軸ステージおよびZ軸ステージにより
拡大光学系11と2次元CCDセンサ12をX方向とZ
方向に移動させ、3600回光量検出を行い、12×1
200個のスポットの像データを取り込む。この像デー
タからY方向の基準位置における各スポット径を測定す
る。次に、Y軸ステージにより拡大光学系11と2次元
CCDセンサ12をY方向に所定ピッチ(例えば200
μm)ずらして同様に光量検出を行い、各スポット径を
測定する。このような光量検出およびスポット径の測定
を所定の回数(例えば5回)行い、Y方向の各位置にお
けるスポット径を測定してスポット径の大きさの分布を
得る。次に、このスポット径の大きさの分布を基に、例
えば、レンズアレイ(102,104)の光軸方向への
位置調整を行い、Y方向の基準位置から光軸方向に前後
したときのスポット径の大きさの分布が一定になるよう
にする。また、スポット位置間隔を測定する場合は、Y
方向の基準位置で、ある4つのスポットの画像データを
取り込み、4つのスポット位置間隔を測定後に隣の4つ
のスポットが2次元CCDセンサ12に写るまでX軸あ
るいはZ軸あるいは両軸のステージにより拡大光学系1
1と2次元CCDセンサ12を移動させ、その移動量を
基に4つのスポット位置間隔の関係を計算し、全てのス
ポット位置間隔を測定するまでステージの移動を繰り返
す。そしてスポット位置間隔の測定結果を基に、例え
ば、レーザアレイパッケージ101Aを光軸方向や光軸
方向に直交する方向の配置位置を調整したり、レンズア
レイ(102,104)の光軸回りの回転位置を調整し
てスポット位置間隔が望ましい値になるようにする。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光ビー
ム測定装置10によると、スポット径の大きさの分布を
得る場合、3600回もの光量検出を繰り返す必要があ
り、1回の光量検出に2秒必要とすると、2秒×360
0回×5回=10時間かかり、多大の労力と時間を要す
るという問題がある。また、スポット位置間隔を測定す
る場合も、2秒×3600回=2時間を要し、同様に多
大な労力と時間を要するという問題がある。実際には、
レーザアレイパッケージ101Aの配置位置とレンズア
レイ(102,104)の配置位置や回転位置を適正な
位置に調整するためには、測定と調整を数回は繰り返す
必要があり、さらに、数倍の時間を要するため、調整作
業が困難となる。一方、12×1200個の全てのスポ
ットの像データを一度に受光し得る視野を備えたCCD
センサを用いれば、測定時間を大幅に短縮できるが、拡
大光学系も大型化してコスト高や精度低下等を招くとい
う不都合が生じる。
ム測定装置10によると、スポット径の大きさの分布を
得る場合、3600回もの光量検出を繰り返す必要があ
り、1回の光量検出に2秒必要とすると、2秒×360
0回×5回=10時間かかり、多大の労力と時間を要す
るという問題がある。また、スポット位置間隔を測定す
る場合も、2秒×3600回=2時間を要し、同様に多
大な労力と時間を要するという問題がある。実際には、
レーザアレイパッケージ101Aの配置位置とレンズア
レイ(102,104)の配置位置や回転位置を適正な
位置に調整するためには、測定と調整を数回は繰り返す
必要があり、さらに、数倍の時間を要するため、調整作
業が困難となる。一方、12×1200個の全てのスポ
ットの像データを一度に受光し得る視野を備えたCCD
センサを用いれば、測定時間を大幅に短縮できるが、拡
大光学系も大型化してコスト高や精度低下等を招くとい
う不都合が生じる。
【0010】従って、本発明の目的は、コスト高を招く
ことなく、複数の光ビームのスポットの径,位置等の測
定を高速かつ高精度に行うことができる光ビーム測定装
置を提供することにある。
ことなく、複数の光ビームのスポットの径,位置等の測
定を高速かつ高精度に行うことができる光ビーム測定装
置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、2次元状に所定のパターンで配置された複
数の光源を有する光源アレイから出射された複数の光ビ
ームにより、所定の高さと、所定の横幅を有する2次元
状の走査面を走査する光走査装置において、前記走査面
の高さ方向の前記複数の光ビームを同時に検出する高さ
の受光面を有した光検出手段と、前記光検出手段を前記
走査面の横方向に移動させる移動手段と、前記移動手段
を制御して前記光検出手段を前記横方向に移動させるこ
とにより、前記光検出手段に前記走査面の全領域の前記
複数の光ビームを検出させる制御手段と、前記光検出手
段から出力される検出信号に基づいて前記走査面上にお
ける前記複数の光ビームのビーム径,ビーム位置,ビー
ム位置間距離等の光ビームデータを演算する演算手段を
備えたことを特徴とする光ビーム測定装置を提供する。
上記構成によれば、検出手段を走査面の横方向(通常は
主走査方向)に1回移動させることにより、走査面の全
領域の複数のビームを検出することができる。
成するため、2次元状に所定のパターンで配置された複
数の光源を有する光源アレイから出射された複数の光ビ
ームにより、所定の高さと、所定の横幅を有する2次元
状の走査面を走査する光走査装置において、前記走査面
の高さ方向の前記複数の光ビームを同時に検出する高さ
の受光面を有した光検出手段と、前記光検出手段を前記
走査面の横方向に移動させる移動手段と、前記移動手段
を制御して前記光検出手段を前記横方向に移動させるこ
とにより、前記光検出手段に前記走査面の全領域の前記
複数の光ビームを検出させる制御手段と、前記光検出手
段から出力される検出信号に基づいて前記走査面上にお
ける前記複数の光ビームのビーム径,ビーム位置,ビー
ム位置間距離等の光ビームデータを演算する演算手段を
備えたことを特徴とする光ビーム測定装置を提供する。
上記構成によれば、検出手段を走査面の横方向(通常は
主走査方向)に1回移動させることにより、走査面の全
領域の複数のビームを検出することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施
の形態に係る光ビーム測定装置を示し、同図(a) はその
平面図、同図(b) はその側面図である。なお、従来の技
術で説明したのと同一のものには、同一の符号を用いて
その詳細な説明は省略する。この光ビーム測定装置1
は、半導体レーザアレイ101から集光レンズ102お
よび結像レンズ系104を介して出射されるレーザビー
ムによって記録媒体103の周面(走査面)103aに
相当する所定の高さと、所定の横幅を有するスポット形
成面105上に形成される複数のレーザビームのスポッ
トからなるスポット画像を所定の拡大率(例えば7倍)
で拡大する拡大光学系2と、拡大光学系2によって拡大
されたスポット画像を光量に応じた電気信号である光量
信号として取り込むCCDラインセンサ3と、拡大光学
系2とCCDラインセンサ3を半導体レーザアレイ10
1の主走査方向であるX方向に移動させるX軸ステージ
(後述する図2参照)5と、同じく拡大光学系2とCC
Dラインセンサ3を半導体レーザアレイ101の光軸方
向であるY方向に移動させるY軸ステージ(後述する図
2参照)6と、本装置1各部を制御してCCDラインセ
ンサ3によって光量信号を取り込み、その光量信号を処
理する制御部4とを有して概略構成されている。
を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施
の形態に係る光ビーム測定装置を示し、同図(a) はその
平面図、同図(b) はその側面図である。なお、従来の技
術で説明したのと同一のものには、同一の符号を用いて
その詳細な説明は省略する。この光ビーム測定装置1
は、半導体レーザアレイ101から集光レンズ102お
よび結像レンズ系104を介して出射されるレーザビー
ムによって記録媒体103の周面(走査面)103aに
相当する所定の高さと、所定の横幅を有するスポット形
成面105上に形成される複数のレーザビームのスポッ
トからなるスポット画像を所定の拡大率(例えば7倍)
で拡大する拡大光学系2と、拡大光学系2によって拡大
されたスポット画像を光量に応じた電気信号である光量
信号として取り込むCCDラインセンサ3と、拡大光学
系2とCCDラインセンサ3を半導体レーザアレイ10
1の主走査方向であるX方向に移動させるX軸ステージ
(後述する図2参照)5と、同じく拡大光学系2とCC
Dラインセンサ3を半導体レーザアレイ101の光軸方
向であるY方向に移動させるY軸ステージ(後述する図
2参照)6と、本装置1各部を制御してCCDラインセ
ンサ3によって光量信号を取り込み、その光量信号を処
理する制御部4とを有して概略構成されている。
【0013】CCDラインセンサ3は、スポット形成面
105の高さ方向、すなわち副走査方向(Z方向)の全
てのスポットの像が同時に写るような視野、例えば、画
素ピッチ7μmの5000個の画素からなる35000
μm長の視野を有している。すなわち、分解能1μmで
測定するため、拡大光学系2は、拡大率7倍のものを用
いているが、スポット形成面105上に250μmピッ
チで径20μm程度のスポットが12×1200個形成
されても、CCDラインセンサ3の視野には副走査方向
(Z方向)の全てのスポットの像が写る。
105の高さ方向、すなわち副走査方向(Z方向)の全
てのスポットの像が同時に写るような視野、例えば、画
素ピッチ7μmの5000個の画素からなる35000
μm長の視野を有している。すなわち、分解能1μmで
測定するため、拡大光学系2は、拡大率7倍のものを用
いているが、スポット形成面105上に250μmピッ
チで径20μm程度のスポットが12×1200個形成
されても、CCDラインセンサ3の視野には副走査方向
(Z方向)の全てのスポットの像が写る。
【0014】図2は光ビーム測定装置1の制御系を示す
ブロック図である。制御部4は、CCDラインセンサ3
が取り込んだ光量信号を記憶するラインメモリ40と、
ラインメモリ40に記憶された光量信号を2値信号に変
換する2値化部41と、2値化部41によって変換され
た2値信号を記憶するフレームメモリ42と、本装置1
の各部を制御するCPU43と、図4のフローチャート
に示すようなCPU43のプログラムが格納されたRO
M44と、各種の情報を記憶するRAM45とを備えて
いる。また、CPU43には、上記X軸ステージ5およ
びY軸ステージ6を接続するとともに、測定結果を出力
するプリンタ,ディスプレイ等の出力部7を接続してい
る。
ブロック図である。制御部4は、CCDラインセンサ3
が取り込んだ光量信号を記憶するラインメモリ40と、
ラインメモリ40に記憶された光量信号を2値信号に変
換する2値化部41と、2値化部41によって変換され
た2値信号を記憶するフレームメモリ42と、本装置1
の各部を制御するCPU43と、図4のフローチャート
に示すようなCPU43のプログラムが格納されたRO
M44と、各種の情報を記憶するRAM45とを備えて
いる。また、CPU43には、上記X軸ステージ5およ
びY軸ステージ6を接続するとともに、測定結果を出力
するプリンタ,ディスプレイ等の出力部7を接続してい
る。
【0015】X軸ステージ5は、拡大光学系2およびC
CDラインセンサ3をX方向に移動可能に支持するX方
向支持機構(不図示)と、X方向支持機構をX方向に移
動させるステッピングモータ(不図示)とを備えてお
り、副走査方向の移動誤差(真直度)は測定するスポッ
ト径の10分の1(2μm)以下となっている。X軸ス
テージ6は、拡大光学系2およびCCDラインセンサ3
をY方向に移動可能に支持するY方向支持機構(不図
示)と、Y方向支持機構をY方向に移動させるステッピ
ングモータ(不図示)とを備えている。
CDラインセンサ3をX方向に移動可能に支持するX方
向支持機構(不図示)と、X方向支持機構をX方向に移
動させるステッピングモータ(不図示)とを備えてお
り、副走査方向の移動誤差(真直度)は測定するスポッ
ト径の10分の1(2μm)以下となっている。X軸ス
テージ6は、拡大光学系2およびCCDラインセンサ3
をY方向に移動可能に支持するY方向支持機構(不図
示)と、Y方向支持機構をY方向に移動させるステッピ
ングモータ(不図示)とを備えている。
【0016】2値化部41は、ラインメモリ40に記憶
された光量信号を予め設定されている閾値で2値信号に
変換するものである。半導体レーザ101aを点灯しな
いで取り込んだ画像データのピーク値Pbを閾値として
もよく、あるいは半導体レーザ101aを点灯して取り
込んだ画像データのピーク値Paと半導体レーザ101
aを点灯しないで取り込んだ画像データのピーク値Pb
との差(Pa−Pb)の数%(例えば50%、13.5
%等)の値を閾値としてもよい。
された光量信号を予め設定されている閾値で2値信号に
変換するものである。半導体レーザ101aを点灯しな
いで取り込んだ画像データのピーク値Pbを閾値として
もよく、あるいは半導体レーザ101aを点灯して取り
込んだ画像データのピーク値Paと半導体レーザ101
aを点灯しないで取り込んだ画像データのピーク値Pb
との差(Pa−Pb)の数%(例えば50%、13.5
%等)の値を閾値としてもよい。
【0017】次に、この光ビーム測定装置1の動作を図
4に従って説明する。なお、CCDラインセンサ3は、
Y方向の基準位置より半導体レーザアレイ101側へ2
×ΔY(例えばΔY=200μm)移動した位置(ここ
をY=0とする。)にあり、図1(a) の想像線で示すよ
うに、レーザビームのX方向照射幅107の端部に位置
しているとする。図4は光ビーム測定装置1の動作を説
明するためのフローチャートである。オペレータが、半
導体レーザアレイ101の全ての半導体レーザ101a
を点灯させ、本装置1の電源を投入すると、CPU43
は、ROM44に記憶されているプログラムに従い、本
装置1の各部を制御してレーザビームのスポット径およ
びスポット位置の測定を以下に説明する如く実行する。
CPU43は、レジスタ内のYの値を0に初期化し(S
T1)、X軸ステージ5によって拡大光学系2とCCD
ラインセンサ3を半導体レーザアレイ101の主走査方
向であるX方向の一方にX方向照射幅107に対応する
ストロークを移動させながら、CCDラインセンサ3で
随時光量信号を拡大光学系2を介して取り込み、その光
量信号をラインメモリ40に記憶する(ST2)。2値
化部41は、ラインメモリ40に記憶された光量信号を
予め設定されている閾値で2値信号に変換し、このライ
ン状の2値信号をフレームメモリ42上で主走査方向へ
面状に展開する。
4に従って説明する。なお、CCDラインセンサ3は、
Y方向の基準位置より半導体レーザアレイ101側へ2
×ΔY(例えばΔY=200μm)移動した位置(ここ
をY=0とする。)にあり、図1(a) の想像線で示すよ
うに、レーザビームのX方向照射幅107の端部に位置
しているとする。図4は光ビーム測定装置1の動作を説
明するためのフローチャートである。オペレータが、半
導体レーザアレイ101の全ての半導体レーザ101a
を点灯させ、本装置1の電源を投入すると、CPU43
は、ROM44に記憶されているプログラムに従い、本
装置1の各部を制御してレーザビームのスポット径およ
びスポット位置の測定を以下に説明する如く実行する。
CPU43は、レジスタ内のYの値を0に初期化し(S
T1)、X軸ステージ5によって拡大光学系2とCCD
ラインセンサ3を半導体レーザアレイ101の主走査方
向であるX方向の一方にX方向照射幅107に対応する
ストロークを移動させながら、CCDラインセンサ3で
随時光量信号を拡大光学系2を介して取り込み、その光
量信号をラインメモリ40に記憶する(ST2)。2値
化部41は、ラインメモリ40に記憶された光量信号を
予め設定されている閾値で2値信号に変換し、このライ
ン状の2値信号をフレームメモリ42上で主走査方向へ
面状に展開する。
【0018】Y=0でのデータ収集が終了すると、CP
U43は、レジスタが記憶するYの値が予め設定されて
いるN(例えば4)になっているか否かを判断する(S
T4)。ここでは、まだY=0であるので、CPU43
は、レジスタが記憶するYの値を+1インクリメントし
(ST5)、Y軸ステージ6によって拡大光学系2とC
CDラインセンサ3を半導体レーザアレイ101の光軸
方向であるY方向後方に所定の距離ΔL(200μm)
移動させる(ST6)。CPU43は、前述したのと同
様に、軸ステージ5によって拡大光学系2とCCDライ
ンセンサ3を半導体レーザアレイ101の主走査方向で
あるX方向の他方(前回と逆方向)に移動させながら、
CCDラインセンサ3で随時光量信号を拡大光学系2を
介して取り込み、その光量信号をラインメモリ40に記
憶し(ST2)、2値化部41により光量信号を2値信
号に変換してフレームメモリ42に記憶する(ST
3)。この動作をY=Nとなるまで繰り返す。フレーム
メモリ42には、5枚のスポット画像データが記憶され
る。
U43は、レジスタが記憶するYの値が予め設定されて
いるN(例えば4)になっているか否かを判断する(S
T4)。ここでは、まだY=0であるので、CPU43
は、レジスタが記憶するYの値を+1インクリメントし
(ST5)、Y軸ステージ6によって拡大光学系2とC
CDラインセンサ3を半導体レーザアレイ101の光軸
方向であるY方向後方に所定の距離ΔL(200μm)
移動させる(ST6)。CPU43は、前述したのと同
様に、軸ステージ5によって拡大光学系2とCCDライ
ンセンサ3を半導体レーザアレイ101の主走査方向で
あるX方向の他方(前回と逆方向)に移動させながら、
CCDラインセンサ3で随時光量信号を拡大光学系2を
介して取り込み、その光量信号をラインメモリ40に記
憶し(ST2)、2値化部41により光量信号を2値信
号に変換してフレームメモリ42に記憶する(ST
3)。この動作をY=Nとなるまで繰り返す。フレーム
メモリ42には、5枚のスポット画像データが記憶され
る。
【0019】図3(a) はフレームメモリ42に記憶され
たスポット画像データ8Aを示し、同図(b) は同図(a)
のA部拡大図である。CPU43は、フレームメモリ4
2に記憶されたスポット画像データ8Aのうち基準位置
(Y=2)のスポット画像データ8Aを基に、スポット
位置(座標)Pを測定し、測定したスポット位置Pから
主走査方向(X方向)および副走査方向(Y方向)のス
ポット位置間隔Lx,Lzを求める。また、Y=0,Y
=1,Y=2,Y=3,Y=4の各位置のスポット画像
データ8Aを基にスポット径Dを測定し、スポット径D
の大きさの分布を求める(ST7)。すなわち、CPU
43は、スポット8のスポット径Dは、最大径から求
め、スポット8の位置Pは、スポット8の重心で求め
る。また、スポット位置間隔Lx,Lzは、画素数から
求める。例えば、図3(b) において、左上のスポット8
と左下のスポット位置間隔Lzが、250画素あったと
すると、画素の分解能が1μmであるので、スポット位
置間隔Lzは、250μmと計算される。
たスポット画像データ8Aを示し、同図(b) は同図(a)
のA部拡大図である。CPU43は、フレームメモリ4
2に記憶されたスポット画像データ8Aのうち基準位置
(Y=2)のスポット画像データ8Aを基に、スポット
位置(座標)Pを測定し、測定したスポット位置Pから
主走査方向(X方向)および副走査方向(Y方向)のス
ポット位置間隔Lx,Lzを求める。また、Y=0,Y
=1,Y=2,Y=3,Y=4の各位置のスポット画像
データ8Aを基にスポット径Dを測定し、スポット径D
の大きさの分布を求める(ST7)。すなわち、CPU
43は、スポット8のスポット径Dは、最大径から求
め、スポット8の位置Pは、スポット8の重心で求め
る。また、スポット位置間隔Lx,Lzは、画素数から
求める。例えば、図3(b) において、左上のスポット8
と左下のスポット位置間隔Lzが、250画素あったと
すると、画素の分解能が1μmであるので、スポット位
置間隔Lzは、250μmと計算される。
【0020】CPU43は、スポット径Dの大きさの分
布およびスポット位置間隔Lの測定結果を出力部7から
出力する(ST7)。
布およびスポット位置間隔Lの測定結果を出力部7から
出力する(ST7)。
【0021】上述した光ビーム測定装置1によれば、以
下の効果が得られる。 (イ) スポット画像データ8Aを高精度で短時間に取り込
むことができる。例えば、CCDラインセンサ3の画像
取り込み速度が1kHであるとすると、主走査方向(X
方向)に移動する距離(X方向照射幅107)は、25
0μm×1200個=300mmであるから、Y方向の
ある位置でのスポットの画像データを取り込む時間は、
300mm÷7×10-3mm(CCDラインセンサ3の
画素ピッチ)÷7倍(光学倍率)÷1kH=428.6
秒=約7分となる。Y方向に5回測定すると、約7分×
5回=約35分で測定が終了し、従来の10時間と比べ
て格段と測定時間を短縮することができる。 (ロ) X軸ステージ5およびY軸ステージ6の移動は、自
動化されているので、オペレータの負担が軽減される。 (ハ) CCDラインセンサ3の視野を全てのスポットの像
の光量を一度に検出し得る大きさとせず、副走査方向の
全てのスポットの像が写る大きさとしているので、小型
な拡大光学系2を用いることができ、コスト高等を回避
することができる。
下の効果が得られる。 (イ) スポット画像データ8Aを高精度で短時間に取り込
むことができる。例えば、CCDラインセンサ3の画像
取り込み速度が1kHであるとすると、主走査方向(X
方向)に移動する距離(X方向照射幅107)は、25
0μm×1200個=300mmであるから、Y方向の
ある位置でのスポットの画像データを取り込む時間は、
300mm÷7×10-3mm(CCDラインセンサ3の
画素ピッチ)÷7倍(光学倍率)÷1kH=428.6
秒=約7分となる。Y方向に5回測定すると、約7分×
5回=約35分で測定が終了し、従来の10時間と比べ
て格段と測定時間を短縮することができる。 (ロ) X軸ステージ5およびY軸ステージ6の移動は、自
動化されているので、オペレータの負担が軽減される。 (ハ) CCDラインセンサ3の視野を全てのスポットの像
の光量を一度に検出し得る大きさとせず、副走査方向の
全てのスポットの像が写る大きさとしているので、小型
な拡大光学系2を用いることができ、コスト高等を回避
することができる。
【0022】図5は本発明の第2の実施の形態に係る光
ビーム測定装置を説明するための図である。この光ビー
ム測定装置は、第1の実施の形態とは、X軸ステージ5
およびCPU43が異なり、他は第1の実施の形態と同
様に構成されている。X軸ステージ5は、副走査方向
(Z方向)の移動誤差がビームスポット径の10分の1
を越える(例えば20μm程度)ような簡易な構成のも
のとし、CPU43は、X軸ステージ5の副走査方向の
移動誤差を補正するようになっている。すなわち、CP
U43は、図5(a) に示すように、スポット画像データ
8Aが得られると、基準となるスポット8aの位置と各
スポット8の位置との副走査方向のスポット位置間隔L
を測定し、その間隔Lを図5(b) に示すように、各行毎
に移動誤差ΔLとして求める。そして、各行毎の移動誤
差ΔLの平均値を求め、この平均値を基に図5(a) のス
ポット画像データ8Aを補正し、図5(c) に示すよう
に、副走査方向にゆがみのないスポット画像データ8A
とする。補正後のスポット画像データ8Aに基づいてス
ポット径の大きさの分布やスポット位置間隔を求める。
このような第2の実施の形態によれば、X軸ステージ5
の構成を簡易なものにでき、コスト低減を図ることがで
きる。また、X軸ステージ5に副走査方向の移動誤差が
ビームスポット径の10分の1以下の高精度なものを採
用した場合でも、副走査方向の移動誤差を補正できるの
で、より精度の高い測定を行うことができる。
ビーム測定装置を説明するための図である。この光ビー
ム測定装置は、第1の実施の形態とは、X軸ステージ5
およびCPU43が異なり、他は第1の実施の形態と同
様に構成されている。X軸ステージ5は、副走査方向
(Z方向)の移動誤差がビームスポット径の10分の1
を越える(例えば20μm程度)ような簡易な構成のも
のとし、CPU43は、X軸ステージ5の副走査方向の
移動誤差を補正するようになっている。すなわち、CP
U43は、図5(a) に示すように、スポット画像データ
8Aが得られると、基準となるスポット8aの位置と各
スポット8の位置との副走査方向のスポット位置間隔L
を測定し、その間隔Lを図5(b) に示すように、各行毎
に移動誤差ΔLとして求める。そして、各行毎の移動誤
差ΔLの平均値を求め、この平均値を基に図5(a) のス
ポット画像データ8Aを補正し、図5(c) に示すよう
に、副走査方向にゆがみのないスポット画像データ8A
とする。補正後のスポット画像データ8Aに基づいてス
ポット径の大きさの分布やスポット位置間隔を求める。
このような第2の実施の形態によれば、X軸ステージ5
の構成を簡易なものにでき、コスト低減を図ることがで
きる。また、X軸ステージ5に副走査方向の移動誤差が
ビームスポット径の10分の1以下の高精度なものを採
用した場合でも、副走査方向の移動誤差を補正できるの
で、より精度の高い測定を行うことができる。
【0023】図6は本発明の第3の実施の形態に係る光
ビーム測定装置を示し、同図(a) は平面図、同図(b) は
側面図である。この光ビーム測定装置は、第1の実施の
形態とは、スポット形成面105上にマーカ板9を配置
した点、およびX軸ステージ5およびCPU43が異な
り、他は第1の実施の形態と同様に構成されている。
ビーム測定装置を示し、同図(a) は平面図、同図(b) は
側面図である。この光ビーム測定装置は、第1の実施の
形態とは、スポット形成面105上にマーカ板9を配置
した点、およびX軸ステージ5およびCPU43が異な
り、他は第1の実施の形態と同様に構成されている。
【0024】図7はマーカ板9を示す。マーカ板9は、
透明あるいは半透明の板9aの所定の位置に光を反射す
る物質あるいは蛍光物質からなり、形状が既知のマー
カ、例えば、直線状のマーカ9bを主走査方向(X方
向)に沿って被着形成し、板9aの所定の位置にフィル
タ9cを貼り付けたものである。マーカ9bは、スポッ
トの径,位置の測定の妨げとならず、かつ、CCDライ
ンセンサ3の視野に入る位置に形成する。フィルタ9c
は、スポットの像が形成される位置に設けられ、スポッ
トの像とマーカ9bの像の双方がスポット画像データ8
A上で認識できる光量まで落とす光透過率を有してい
る。なお、マーカ9bは、直線状に限定されない。ま
た、フィルタ9cを貼り付けなくても、スポットの像と
マーカ9bの像の双方がスポット画像データ8A上で認
識できるなら、設けなくてもよい。
透明あるいは半透明の板9aの所定の位置に光を反射す
る物質あるいは蛍光物質からなり、形状が既知のマー
カ、例えば、直線状のマーカ9bを主走査方向(X方
向)に沿って被着形成し、板9aの所定の位置にフィル
タ9cを貼り付けたものである。マーカ9bは、スポッ
トの径,位置の測定の妨げとならず、かつ、CCDライ
ンセンサ3の視野に入る位置に形成する。フィルタ9c
は、スポットの像が形成される位置に設けられ、スポッ
トの像とマーカ9bの像の双方がスポット画像データ8
A上で認識できる光量まで落とす光透過率を有してい
る。なお、マーカ9bは、直線状に限定されない。ま
た、フィルタ9cを貼り付けなくても、スポットの像と
マーカ9bの像の双方がスポット画像データ8A上で認
識できるなら、設けなくてもよい。
【0025】図8(a) は補正前のスポット画像データ8
Aを示し、図8(b) は補正後のスポット画像データ8A
を示す。X軸ステージ5は、副走査方向の移動誤差がビ
ームスポット径の10分の1を越える(例えば20μm
程度)ような簡易な構成のものとし、CPU43は、X
軸ステージ5の副走査方向の移動誤差を補正するように
なっている。すなわち、CPU43は、図8(a) に示す
補正前のスポット画像データ8A中、マーカ9bの像9
b′が直線となるように図8(b) に示すように、副走査
方向にゆがみがないスポット画像データ8Aとする。そ
して補正後のスポット画像データ8Aに基づいてスポッ
ト径の大きさの分布やスポット位置間隔を求める。
Aを示し、図8(b) は補正後のスポット画像データ8A
を示す。X軸ステージ5は、副走査方向の移動誤差がビ
ームスポット径の10分の1を越える(例えば20μm
程度)ような簡易な構成のものとし、CPU43は、X
軸ステージ5の副走査方向の移動誤差を補正するように
なっている。すなわち、CPU43は、図8(a) に示す
補正前のスポット画像データ8A中、マーカ9bの像9
b′が直線となるように図8(b) に示すように、副走査
方向にゆがみがないスポット画像データ8Aとする。そ
して補正後のスポット画像データ8Aに基づいてスポッ
ト径の大きさの分布やスポット位置間隔を求める。
【0026】このような第3の実施の形態によれば、第
2の実施の形態と同様に、X軸ステージ5の構成を簡易
なものにでき、コスト低減を図ることができる。また、
X軸ステージ5に副走査方向の移動誤差がビームスポッ
ト径の10分の1以下の高精度なものを採用した場合で
も、副走査方向の移動誤差を補正できるので、より精度
の高い測定を行うことができる。さらに、マーカ9bの
像9b′に基づいて副走査方向の移動誤差を補正できる
ので、第2の実施の形態よりも高い精度で測定を行うこ
とができる。
2の実施の形態と同様に、X軸ステージ5の構成を簡易
なものにでき、コスト低減を図ることができる。また、
X軸ステージ5に副走査方向の移動誤差がビームスポッ
ト径の10分の1以下の高精度なものを採用した場合で
も、副走査方向の移動誤差を補正できるので、より精度
の高い測定を行うことができる。さらに、マーカ9bの
像9b′に基づいて副走査方向の移動誤差を補正できる
ので、第2の実施の形態よりも高い精度で測定を行うこ
とができる。
【0027】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、種々な実施の形態が可能である。例えば、上記実施
の形態では、光源として半導体レーザを用いた場合につ
いて説明したが、LED光源であってもよい。また、上
記実施の形態では、画像露光装置に適用した場合につい
て説明したが、記録媒体に記録された記録情報や物体の
形状等を読み取る光走査装置にも本発明は適用すること
ができる。また、上記実施の形態では、スポット径およ
びスポット位置を測定する場合について説明したが、ス
ポットの真円度等の他の値を測定してもよい。また、ス
ポット形成面105上で形状が既知のマーカをスポット
形成面105より半導体レーザアレイ101側に配置し
てもよい。また、上記実施の形態では、CCDラインセ
ンサは、スポット形成面の副走査方向より大なる視野を
有し、CCDラインセンサを主走査方向に移動させた
が、これとは逆に、CCDラインセンサは、スポット形
成面の主走査方向より大なる視野を有し、CCDライン
センサを副走査方向に移動させてもよい。これにより、
副走査方向の移動距離が短くて済むため、測定時間を短
縮することができる。また、X方向のスポット位置間隔
LX は、CCDラインセンサのX方向の移動距離に基づ
いて求めてもよい。
ず、種々な実施の形態が可能である。例えば、上記実施
の形態では、光源として半導体レーザを用いた場合につ
いて説明したが、LED光源であってもよい。また、上
記実施の形態では、画像露光装置に適用した場合につい
て説明したが、記録媒体に記録された記録情報や物体の
形状等を読み取る光走査装置にも本発明は適用すること
ができる。また、上記実施の形態では、スポット径およ
びスポット位置を測定する場合について説明したが、ス
ポットの真円度等の他の値を測定してもよい。また、ス
ポット形成面105上で形状が既知のマーカをスポット
形成面105より半導体レーザアレイ101側に配置し
てもよい。また、上記実施の形態では、CCDラインセ
ンサは、スポット形成面の副走査方向より大なる視野を
有し、CCDラインセンサを主走査方向に移動させた
が、これとは逆に、CCDラインセンサは、スポット形
成面の主走査方向より大なる視野を有し、CCDライン
センサを副走査方向に移動させてもよい。これにより、
副走査方向の移動距離が短くて済むため、測定時間を短
縮することができる。また、X方向のスポット位置間隔
LX は、CCDラインセンサのX方向の移動距離に基づ
いて求めてもよい。
【0028】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の光ビーム測
定装置によれば、移動手段によって検出手段を走査面の
横方向に1回移動させることにより、走査面の全領域の
複数のビームを検出することができるので、複数の光ビ
ームのスポットの径,位置等の測定を高速かつ高精度に
行うことができるが可能となる。また、検出手段の受光
面を全ての光ビームを同時に検出し得る大きさとせず、
走査面の高さ方向の複数の光ビームを同時に検出し得る
大きさとしているので、コスト高を回避することができ
る。
定装置によれば、移動手段によって検出手段を走査面の
横方向に1回移動させることにより、走査面の全領域の
複数のビームを検出することができるので、複数の光ビ
ームのスポットの径,位置等の測定を高速かつ高精度に
行うことができるが可能となる。また、検出手段の受光
面を全ての光ビームを同時に検出し得る大きさとせず、
走査面の高さ方向の複数の光ビームを同時に検出し得る
大きさとしているので、コスト高を回避することができ
る。
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る光ビーム測定
装置を示し、同図(a) はその平面図、同図(b) はその側
面図
装置を示し、同図(a) はその平面図、同図(b) はその側
面図
【図2】本発明に係る光ビーム測定装置の制御系を示す
ブロック図
ブロック図
【図3】(a) は本発明に係るフレームメモリに記憶され
たスポット画像データを示し、同図(b) は同図(a) のA
部拡大図
たスポット画像データを示し、同図(b) は同図(a) のA
部拡大図
【図4】本発明の第1の実施の形態に係る光ビーム測定
装置の動作を説明するためのフローチャート
装置の動作を説明するためのフローチャート
【図5】本発明の第2の実施の形態に係る光ビーム測定
装置を説明するための図であり、同図(a) はフレームメ
モリに記憶された補正前のスポット画像データを示し、
同図(b) は副走査方向の移動誤差の測定結果を示す図、
同図(c) は補正後のスポット画像データを示す図
装置を説明するための図であり、同図(a) はフレームメ
モリに記憶された補正前のスポット画像データを示し、
同図(b) は副走査方向の移動誤差の測定結果を示す図、
同図(c) は補正後のスポット画像データを示す図
【図6】本発明の第3の実施の形態に係る光ビーム測定
装置を示し、同図(a) はその平面図、同図(b) はその側
面図
装置を示し、同図(a) はその平面図、同図(b) はその側
面図
【図7】第3の実施の形態に係るマーカ板を示す正面図
【図8】(a) は第3の実施の形態に係るフレームメモリ
に記憶された補正前のスポット画像データを示し、同図
(b) は補正後のスポット画像データを示す図
に記憶された補正前のスポット画像データを示し、同図
(b) は補正後のスポット画像データを示す図
【図9】光ビーム測定装置が適用される画像露光装置の
一例を示し、同図(a) はその平面図、同図(b) はその側
面図
一例を示し、同図(a) はその平面図、同図(b) はその側
面図
【図10】レーザアレイパッケージの正面図
【図11】従来の光ビーム測定装置の一例を示し、同図
(a) はその平面図、同図(b) はその側面図
(a) はその平面図、同図(b) はその側面図
1 光ビーム測定装置
2 拡大光学系
3 CCDラインセンサ
4 制御部
40 ラインメモリ
41 2値化部
42 フレームメモリ
43 CPU
44 ROM
45 RAM
5 X軸ステージ
6 Y軸ステージ
7 出力部
8 スポット
8A スポット画像データ
9 マーカ板
9a 板
9b マーカ
9c フィルタ
100 画像露光装置
101 半導体レーザアレイ
101a 半導体レーザ
101A レーザアレイパッケージ
102 集光レンズ
103 記録媒体
103a 記録媒体の周面(結像面)
104 結像レンズ系
105 スポット形成面
106 光軸
107 X方向照射幅
D スポット径
L,Lx,Lz スポット位置間隔
ΔL 移動誤差
P スポット位置
Claims (9)
- 【請求項1】2次元状に所定のパターンで配置された複
数の光源を有する光源アレイから出射された複数の光ビ
ームにより、所定の高さと、所定の横幅を有する2次元
状の走査面を走査する光走査装置において、 前記走査面の高さ方向の前記複数の光ビームを同時に検
出する高さの受光面を有した光検出手段と、 前記光検出手段を前記走査面の横方向に移動させる移動
手段と、 前記移動手段を制御して前記光検出手段を前記横方向に
移動させることにより、前記光検出手段に前記走査面の
全領域の前記複数の光ビームを検出させる制御手段と、 前記光検出手段から出力される検出信号に基づいて前記
走査面上における前記複数の光ビームのビーム径,ビー
ム位置,ビーム位置間距離等の光ビームデータを演算す
る演算手段を備えたことを特徴とする光ビーム測定装
置。 - 【請求項2】前記移動手段は、前記検出手段を前記複数
の光ビームの光軸方向に移動させる構成を備え、 前記制御手段は、前記検出手段を前記光軸方向および前
記横方向に移動させることにより、前記光軸方向の所定
の位置で前記検出手段に前記走査面の全領域の前記複数
のビームを検出させる構成の請求項1記載の光ビーム測
定装置。 - 【請求項3】前記演算手段は、前記移動手段による前記
検出手段の前記横方向への移動量に基づいて前記複数の
光ビームの前記位置間距離を演算する構成の請求項1記
載の光ビーム測定装置。 - 【請求項4】前記演算手段は、前記検出信号を所定の領
域の画面上に展開したときの画素数に基づいて前記複数
の光ビームの前記位置間距離を演算する構成の請求項1
記載の光ビーム測定装置。 - 【請求項5】前記演算手段は、前記複数の光ビームの前
記ビーム径を前記光軸方向の複数の前記所定の位置に対
応して演算する構成の請求項2記載の光ビーム測定装
置。 - 【請求項6】前記演算手段は、前記検出手段から出力さ
れる前記検出信号に基づいて前記移動手段の前記横方向
の移動における前記高さ方向の移動誤差を求め、前記移
動誤差に基づいて前記光ビームデータを補正する構成の
請求項1記載の光ビーム測定装置。 - 【請求項7】前記演算手段は、前記検出信号に基づいて
前記複数の光ビームの高さ方向の位置ずれを求め、前記
位置ずれを前記移動誤差とする構成の請求項6記載の光
ビーム測定装置。 - 【請求項8】前記光検出手段は、前記複数の光ビームの
光路上に配置された所定のマーカの像を検出し、 前記演算手段は、前記所定のマーカの像の検出信号に基
づいて前記マーカの像の高さ方向の位置ずれを求め、前
記位置ずれを前記移動誤差とする構成の請求項6記載の
光ビーム測定装置。 - 【請求項9】前記検出手段は、CCDラインセンサを備
える構成の請求項1記載の光ビーム測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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