JP3920027B2 - 走査ビーム測定装置および測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタなどに使用されている走査型の書込みユニットの検査、検証で、検査ビームを測定してビーム特性を取得する走査ビーム測定装置および測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機、プリンタなどに使用されている走査型の書込みユニットにおいて、走査光学系は電子写真方式を応用した画像製品などの主要機構であって、画像形成のための重要な構成ユニットである。特に、前述の書込みユニットを構成する個々の光学素子を透過、反射してくる光の走査面での光量、形状、挙動は、形成される画像の品質に大きな影響を与える。書込みユニットの走査光学系においては、多面鏡を回転して光源からの単一若しくは複数ビームを走査する走査形態が一般的である。前記走査光学系の走査面での結像状態は、走査光学系の焦点位置が直線状に並ぶことが理想的であるが、実際は像面湾曲や走査ビームの非点収差などが生じやすく、走査光学系中の光学素子の仕様、構成、ばらつきや組付け誤差などで走査線に曲りが生じる。走査線曲りが検出された場合には、画素ずれがあったり、あるいは像面湾曲が生じたりして、走査ビームのドット間距離測定精度がばらついてしまう。ここで、ドット間距離が大きくなるか、あるいは小さくなる場合は、画像のその部分に縦スジが生じる原因の一つとなり得る。
【0003】
このような走査光学系を検査、検証する際、検査および検証装置を主副両走査方向や走査光学径の光軸方向へ移動する機構は省くことのできないものであるが、検出対象の光学特性と検出光学系の光学特性は分離して把握する必要がある。例えば、走査ビームの走査線曲りと検出光学系の受光面との間に相対角度が生じると、主走査方向の隣接ビーム間隔、走査ビームのドット位置を正確に導出することができない。また、複数光源を有する場合あるいはカラープリンタなどでは、画素ずれへの影響が懸念される。さらに、隣接ドット間距離が正確に検出できなければ、縦スジ画像の原因の一つであるドット位置ばらつきが保証できない。
【0004】
このような問題に対処するため、走査線曲りが生じていてもその影響を受けないビーム径検出方法、走査ビーム位置を検出してその位置でビーム光量やビーム径を検出する方法、あるいは装置が提案されている。
【0005】
例えば、特開平5−346310号公報に開示された技術では、走査ビームを対象に副走査方向の間隔を調整可能とした1組のセンサとビーム全体の量を取得できるセンサとを備え、これらのセンサの検知情報から副走査の径を検出している。
【0006】
また、特開平9−43527号公報に開示された技術では、副走査方向のビーム位置を検出するビーム位置センサにより走査ビームの走査位置を検出し、その位置で光量センサ、ビーム径センサにより走査ビームの測定評価を実施している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平5−346310号公報に開示された技術では、副走査方向の幅を可変としたスリットを設定し、走査方向が曲がっていても、スリットを通過する際の光量比より副走査方向のビーム径を検出することを可能としているが、ビーム径は微小なものであり、ビーム径と同程度の間隔のスリットでは、走査線自体の曲りが大きい場合にビームを取得しきれない。また、スリット自体が角度を持つ場合には、検出精度の信頼性に支障を来すという問題がある。
【0008】
また、前記特開平9−43527号公報に開示された技術でも、ビーム径センサと検出対象光学系との相対角度がある場合、微小領域での走査線曲り、角度によって正確なドット間距離が検出できない。
【0009】
本発明の目的は、このような問題点を改善し、ドット点灯パターンの位置および間隔から走査ビームの特徴量を検出可能な走査ビーム測定装置および測定方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、ビーム走査によって走査光学系の検査、検証を行なう走査ビーム測定装置であって、走査ビームを入射して結像するための結像手段と、2次元の受光面を持ち、前記結像手段からの走査ビームを受光するビーム受光手段と、前記結像手段および前記ビーム受光手段を走査光学系の主走査方向に移動する主走査方向移動手段と、前記走査光学系、前記結像手段、前記ビーム受光手段および前記主走査方向移動手段を制御し、前記ビーム受光手段で取得した走査ビームの特徴量を導出する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記走査光学系に走査ビームを一定または可変のドットパターンで点滅させ、前記結像手段に前記走査ビームを結像させ、前記ビーム受光手段に前記走査ビームを受光させ、前記ビーム受光手段が受光した前記走査ビームの画像を格納し、格納した前記走査ビームの画像よりドット位置を検出し、前記ドット位置から第1の近似直線を導出し、前記走査ビームの走査線が持つ角度を検出し、前記ビーム受光手段を移動させながら、1ドットまたは複数ドットの副走査方向位置と前記ビーム受光手段の移動距離を検出し、前記ビーム受光手段の移動幅においてドットの副走査方向の位置を第2の直線に近似し、前記走査ビームの走査線が持つ角度から第2の近似直線がもつ角度を差し引くことにより、前記ビーム受光手段の傾きを検出することに特徴がある。
【0011】
走査ビームの点滅を制御して所定のドット点灯パターンを設定しながら、対物レンズなどの結像手段やCCDエリアセンサなどのビーム受光手段を主走査方向に移動させ、走査ビームの画像よりドット位置やドット間距離などを検出することで、走査光学系の走査ビームの特徴量を全走査面で検出できることとなる。
また、前記ドット位置に基づく第1の近似直線によって走査ビームの走査線がもつ第1の角度を求め、前記第2の直線によって検出光学系の傾き(水平方向の傾き)を示す第2の角度を求め、第1の角度から第2の角度を減算することで、CCDエリアセンサなどのビーム受光手段を含む検出光学系と走査光学系との相対角度を除去し、検出光学系の位置による傾きを補正する。こうして、走査光学系の主走査方向に対する走査ビームの走査線ばらつきを検出できることとなる。
【0014】
請求項2に記載の発明は、走査ビームを照射する走査光学系と、前記走査光学系からの走査ビームを入射して結像するための結像手段と、2次元の受光面を持ち、前記結像手段からの走査ビームを受光するビーム受光手段と、前記結像手段および前記ビーム受光手段を走査光学系の主走査方向に移動する主走査方向移動手段と、前記ビーム受光手段を高さ方向に移動する高さ方向移動手段と、前記走査光学系、前記結像手段、前記ビーム受光手段、前記主走査方向移動手段および前記高さ方向移動手段を制御する制御手段と、を有する走査ビーム測定装置を用いた走査ビーム測定方法であって、走査ビームを一定または可変のドットパターンで点滅させる点滅工程と、前記走査ビームを結像させる結像工程と、前記ビーム受光手段で前記走査ビームを受光する受光工程と、受光した前記走査ビームの画像を格納する格納工程と、格納した前記走査ビームの画像よりドット位置を検出する位置検出工程と、前記ドット位置から第1の近似直線を導出する第1近似直線導出工程と、前記走査ビームの走査線が持つ角度を検出する角度検出工程と、前記ビーム受光手段を移動しながら、1ドットまたは複数ドットの副走査方向位置と前記ビーム受光手段の移動距離を検出する位置/距離検出工程と、前記ビーム受光手段の移動幅においてドットの副走査方向の位置を第2の直線に近似する第2近似直線導出工程と、前記走査ビームの走査線が持つ角度から第2の近似直線がもつ角度を差し引く減算工程とを有することに特徴がある。
【0015】
走査光学系において、走査ビームの画像よりドット位置を検出し、さらに隣接するドット間距離を導出することで、縦スジ画像の原因の一つであるドット間距離のばらつきや画素ずれを生じる原因の一つである走査線ばらつきを検出できることとなる。
前記ドット位置に基づく第1の近似直線によって走査ビームの走査線がもつ第1の角度を求め、前記第2の直線によって検出光学系の傾き(水平方向の傾き)を示す第2の角度を求め、第1の角度から第2の角度を減算することで、CCDエリアセンサなどのビーム受光手段を含む検出光学系と走査光学系との相対角度を除去し、検出光学系の位置による傾きを補正する。こうして、走査光学系の主走査方向に対する走査ビームの走査線ばらつきを検出できることとなる。
走査ビームの走査線角度が大きく画面内から外れても、つなぎ位置を基準としてCCDエリアセンサなどのビーム受光手段を副走査方向に移動することで、走査ビームを受光し、その特徴量を検出できることとなる。
【0016】
請求項3に記載の発明は、請求項2において、前記ビーム受光手段の位置による高さを検出する高さ検出工程と、前記ビーム受光手段を走査ビームの走査方向に移動する移動工程とを有することに特徴がある。
【0017】
CCDエリアセンサなどのビーム受光手段の高さとともに、前記ビーム受光手段を含む検出光学系と走査光学系との相対角度を検出しながら、前記ビーム受光手段を走査ビームの走査方向に移動させることで、走査光学系の全走査幅で走査線ばらつきを検出できることとなる。
【0018】
請求項4に記載の発明は、請求項3において、前記ビーム受光手段の位置による高さを複数箇所で検出し、複数箇所の高さデータより前記ビーム受光手段の光軸周りの回転角度を検出し、前記ビーム受光手段の角度を差し引くことにより、前記ビーム受光手段と走査ビームを用いた走査光学系との相対角度を補正し、走査ビームの走査線ばらつきを検出することに特徴がある。
【0019】
CCDエリアセンサなどのビーム受光手段の光軸周りの回転角度(CCDエリアセンサを搭載した駆動ステージの水平方向の傾き)を検出し、全走査幅で前記ビーム受光手段の傾き角度を差し引くことにより、検出光学系と走査光学系の相対的傾きを除去し、本来の主走査方向の走査線ばらつきを検出できることとなる。
【0020】
請求項5に記載の発明は、請求項2〜4のいずれかにおいて、前記ビーム受光手段の角度が零となる方向を主走査方向として、各ドットの位置から主走査方向の距離を検出し、走査ビームの主走査方向の隣接ドット間距離を検出することに特徴がある。
【0021】
検出光学系の角度と走査ビームの近似直線の角度を差し引くことで、CCDエリアセンサなどのビーム受光手段と主走査方向の角度が零となるように設定し、各ドット位置から主走査方向の距離を検出することで、検出光学系と走査光学系の相対的傾きを除去し、縦スジ画像の発生原因の一つである、主走査方向における隣接ドット間距離を検出できることとなる。
【0022】
請求項6に記載の発明は、請求項2〜4のいずれかにおいて、前記ドットパターンを一定値に固定して点灯し、前記ビーム受光手段の受光面両端の副走査方向の光量に関して最明位置を検出し、最後列の光量分布の最明位置が移動後の最前列の最明位置高さになるまで前記ビーム受光手段を移動することにより、全走査幅をつなぐことに特徴がある。
【0023】
ドット点灯パターンを一定として検出光学系を移動し、輝線のみの画像を取得して、前記最後列の光量分布の最明位置が移動後の最前列の最明位置高さになるまで前記ビーム受光手段を移動することで、前記ビーム受光手段の移動に伴う位置ずれを補正し、全走査幅での検出データをつなぐようにできることとなる。
【0024】
請求項7に記載の発明は、請求項2〜4のいずれかにおいて、前記ドットパターンを一定値に固定して点灯し、前記ビーム受光手段の受光面両端の副走査方向の光量に関して重心位置を検出し、最後列の光量分布の重心位置が移動後の最前列の重心位置高さになる位置まで前記ビーム受光手段を移動することにより、全走査幅をつなぐことに特徴がある。
【0025】
副走査方向の光量分布にばらつきがある場合には、前記最後列の光量分布の重心位置が移動後の最前列の重心位置高さになる位置まで前記ビーム受光手段を移動することで、前記ビーム受光手段の移動に伴う位置ずれを補正し、受光ばらつきを低減して全走査幅での検出データをつなぐようにできることとなる。
【0026】
また、参考として本発明は、前記最前列から最後列まで、各列の重心位置を主走査方向につないで重心位置曲線を求め、最後列の光量分布の重心位置高さを重心位置曲線が横切る回数を計数し、最後列の光量分布の重心位置が移動後の最前列の重心位置高さになる位置まで前記ビーム受光手段を移動することにより、全走査幅をつなぐことに特徴がある。
【0027】
全走査幅での検出データをつなぐために、この検出データの基準位置を決定する際、前記最後列の光量分布の重心位置が移動後の最前列の重心位置高さになる位置まで、CCDエリアセンサなどのビーム受光手段を移動することで、前記ビーム受光手段の位置データを同一高さの別のデータと誤認識することなく、正確に位置決めできることとなる。
【0028】
請求項8に記載の発明は、請求項2〜4のいずれかにおいて、前記ビーム受光手段の受光面内の最初のドットが最後尾となる距離だけ、前記ビーム受光手段を移動させ、重複したドット位置を基準にして検出データを全走査幅でつなぐことに特徴がある。
【0029】
全走査幅での検出データをつなぐ際、走査ミラーの回転むらなどで生じる移動前と移動後のビーム位置のオフセットや、CCDエリアセンサなどのビーム受光手段を移動する機構に位置決め精度ばらつきがあっても、ドット位置を基準としながら前記ビーム受光手段を移動することで、高精度のデータつなぎができることとなる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面を用いて説明する。
[第1の実施形態]
図1に、本発明の第1の実施の形態に係る走査ビーム測定装置の構成を示す。本実施形態は、請求項1に係る発明の一実施形態である。
【0033】
図1において、走査光学系1には、レーザビーム(走査ビーム)を照射するためのレーザ光源(LDユニット)2、回転可能な多面鏡(ポリゴンミラー)3、Fθ特性をもつ結像レンズ4などを備え、LDユニット2からのレーザビームをポリゴンミラー3で偏向し、結像レンズ4で収束したレーザビーム(走査ビーム)を走査面5に向けて射出するように構成されている。
【0034】
また、検出光学系25には、前記ポリゴンミラー3からの走査ビームをCCDエリアセンサ8に導光する対物レンズ7、前記走査ビームを受光して位置情報を検出可能なCCDエリアセンサ8、このCCDエリアセンサ8を主走査方向に移動するための駆動ステージ(主走査方向駆動ステージ)6、この駆動ステージ6を上下方向に移動するための昇降機構(図示せず)などを備え、前記CCDエリアセンサ8に入射された走査ビームを光電変換した後、光量信号として制御部20に出力するように構成されている。
【0035】
この制御部20は、例えばCPU、RAM、ROM、入出力装置、通信装置、走査光学系1および表示部30とのインタフェース装置、増幅用アンプなどで構成されたパーソナルコンピュータやワークステーションであって、CCDエリアセンサ8からの光量信号を増幅入力して、副走査方向の走査ビーム位置における光量とそのばらつき(走査ビームの特徴量)を求め、さらに表示部30に対して表示制御信号を出力して副走査方向の走査ビーム位置などを表示させるものである。また、制御部20は、LDユニット2のON/OFF(走査ビームの点滅)を制御するとともに、ビーム走査と同期をとりながらポリゴンミラー3用の駆動モータ(図示せず)を所定のタイミングで駆動し、ポリゴンミラー3を回転させる。
【0036】
このような構成により、焦点位置を走査面5に設定した対物レンズ7をCCDエリアセンサ8に固定し、駆動ステージ6により走査光学系1の主走査方向へ移動することにより、走査ビームを画像データとして取得し、走査光学系1の性能を全走査線で評価する。
【0037】
次に、本実施形態の走査ビーム測定方法を説明する。 本実施形態の走査ビーム測定方法は、走査光学系1で、前記走査ビームを所定のドットパターン(一定あるいは可変)で点滅させる点滅工程と、結像レンズ4によって前記走査ビームを結像する結像工程と、前記走査ビームをCCDエリアセンサ8で受光する受光工程と、受光した前記走査ビームの画像を制御部20で格納する格納工程と、格納した前記走査ビームの画像に基づき、制御部20でドット位置を検出する位置検出工程と、制御部20で、隣接するドット間距離を導出する距離導出工程とを有する。
【0038】
具体的には、図2に示すように、制御部20で前述のLDユニット2をドットパターンで点灯させる。通常、ガウシアンビームの光量の定義は最明点の13.5%(=1/e2)以上の明るさ領域を基準とするが、ドットパターンや走査光学系の欠陥などでビーム位置にばらつきが生じることにより、隣接するビームと領域が重複したり、または隣接するビームのサイドローブが影響してビーム領域全域を抽出することが困難な場合があるため、ビーム領域をさらに明るい領域(例えば、最明点の50%〜80%の領域)を抽出して、その抽出した領域内で重心位置をドット位置とする(図中、▼で示す)。前記重心位置(ドット位置)は、次式で表される。
Xg=∫x×f(x、y)/f(x、y)dx
Yg=∫y×f(x、y)/f(x、y)dy
【0039】
こうしてドット位置を求め、ビーム位置として主走査方向のドット間隔S1〜S4を検出する。また、副走査方向のドット位置より平均座標9を検出し、この副走査方向の平均座標9からのばらつきを検出する。
【0040】
主走査方向の位置ずれについては、ドット点灯パターンの最短クロックと回転多面鏡3の角速度、走査光学系1の光学性能によって決まる走査面での走査スピードとビーム径などによって仕様値が決まる。この仕様値の公差をσ1とすると、
Sn(n=1、2,3,4)<σ1
を満たしていることが条件となる。なお、副走査方向の位置ずれについても、同様に前述の公差以下のばらつきであることが条件となる。
【0041】
[第2の実施形態]
図3および図4に、本発明の第2の実施の形態に係る検出光学系の傾きを検出する方法を示す。本実施形態は、請求項1、2に係る発明の一実施形態である。本実施形態の全体構成は、第1の実施形態と同様であるため、図1を用いるとともに同一構成には同一符号を付与して説明を省略する。
【0042】
本実施形態の走査ビーム測定方法は、走査光学系1で、前記走査ビームを所定のドットパターン(一定あるいは可変)で点滅させる点滅工程と、結像レンズ4によって前記走査ビームを結像する結像工程と、前記走査ビームをCCDエリアセンサ8で受光する受光工程と、受光した前記走査ビームの画像を制御部20で格納する格納工程と、格納した前記走査ビームの画像に基づき、制御部20でドット位置を検出する位置検出工程と、制御部20で、前記ドット位置から第1の近似直線9aを導出する第1近似直線導出工程と、制御部20で、前記走査ビームの走査線が持つ角度を検出する角度検出工程と、前記昇降機構あるいは駆動ステージ6で、CCDエリアセンサ8を移動しながら、制御部20で、1ドットまたは複数ドットの副走査方向位置とCCDエリアセンサ8の移動距離を検出する位置/距離検出工程と、制御部20で、CCDエリアセンサ8の移動幅において副走査方向のドット位置から第2の近似直線10を導出する第2近似直線導出工程と、前記走査ビームの走査線が持つ第1の角度から第2の近似直線10がもつ第2の角度を差し引く減算工程とを有する。
【0043】
例えば、第1の実施形態に準じ、図3に示すように、LDユニット2をドットパターンで点灯させ、前述のドット位置(前記重心位置)を検出する。さらに、主走査方向および副走査方向の各ドット位置の座標より、最小自乗法などの手法を用い、ドット位置近似直線9aを導出する。続いて、図4に示すように、ドットパターンの間隔を長く取り(S1、S2、S3、S4<L1、L2)、さらに、移動方向から一番遠いドットのみを点灯させる。ここで、駆動ステージ6を移動していく際、ドットの座標変化から走査光学系1の変動要因は無視して、受光面幅での検出光学系25の傾きを反映した近似直線(ステージ傾斜直線)10のみを取得する。さらに、複数ドット点灯時の近似直線9bの角度(第1の角度)から検出光学系25の傾き直線(ステージ傾斜直線)10の角度(第2の角度)を差し引くことにより、検出光学系25の傾きを検出する。
【0044】
[第3の実施形態]
図5に、本発明の第3の実施の形態に係る走査ビーム測定装置の要部構成を示す。本実施形態は、請求項3に係る発明の一実施形態である。なお、ミラー12、CCDエリアセンサホルダ13、ミラー固定フレーム11、距離センサ(測長器)15を除く構成は、第1の実施形態と概ね同様であるため、図1を用いるとともに同一構成には同一符号を付与して説明を省略する。
【0045】
図5に示すように、主走査方向に移動可能な駆動ステージ6上には、CCDエリアセンサホルダ13を設置し、このCCDエリアセンサホルダ13にはCCDエリアセンサ8および距離センサ15を設置する。また、駆動ステージ6の上方にはミラー12を設置し、このミラー12はミラー固定フレーム11に固設されている。
【0046】
次に、本実施形態の走査ビーム測定方法を説明する。 本実施形態の走査ビーム測定方法は、駆動ステージ6で、CCDエリアセンサ8を走査ビームの走査方向に移動する移動工程と、距離センサ15の検知情報から、CCDエリアセンサ8の位置による上下方向(高さ方向)の変動を検出する高さ検出工程とを有する。
【0047】
すなわち、第1の実施形態に準じ、制御部20でLDユニット2をドットパターンで点灯させ、駆動ステージ6によって検出光学系25を主走査方向に移動させながら、ドット位置(前記重心位置)を検出する。また、距離センサ15によって、駆動ステージ6により検出光学系25が主走査方向に移動した際に生じる高さ方向の変動を検出する。この距離センサ15の検知情報に基づき、制御部20は、CCDエリアセンサ8で取得したドット画像からの副走査方向の位置ばらつきを補正する。
【0048】
[第4の実施形態]
図6に、本発明の第4の実施の形態に係る走査ビーム測定装置の要部構成を示す。本実施形態は、請求項4に係る発明の一実施形態である。なお、ミラー12、CCDエリアセンサホルダ13、距離センサ(測長器)15a、15bを除く構成は、第1の実施形態と概ね同様であるため、図1を用いるとともに同一構成には同一符号を付与して説明を省略する。
【0049】
図6に示すように、主走査方向に移動可能な駆動ステージ6上には、CCDエリアセンサホルダ13を設置し、このCCDエリアセンサホルダ13にはCCDエリアセンサ8および2個の距離センサ15a、15b(水平方向に所定の間隔を持つように配置している)を設置する。また、駆動ステージ6の上方には、ミラー12を設置し、このミラー12はミラー固定フレーム(図示せず)に固設されている。
【0050】
次に、本実施形態の走査ビーム測定方法を説明する。 本実施形態の走査ビーム測定方法においては、第1の実施形態に準じ、LDユニット2をドットパターンで点灯させ、駆動ステージ6によって検出光学系25を主走査方向に移動させながら、ドット位置(前記重心位置)を検出する。また、第3の実施形態に準じ、複数(例えば、2個)の距離センサ15a、15bによって、CCDエリアセンサ8の高さを複数箇所で検出する。この距離センサ15a、15bの検知情報に基づき、制御部20は、CCDエリアセンサ8で取得したドット画像からの副走査方向の位置ばらつきを補正する。また、距離センサ15a、15bで取得した複数箇所の高さデータより、CCDエリアセンサ8の光軸周りの回転角度を検出し、予め設定したCCDエリアセンサ8の角度を差し引くことにより、CCDエリアセンサ8と走査ビームを用いた走査光学系1との相対角度を補正する。このように、距離センサ15a、15bの検出値よりCCDエリアセンサ8bを含む検出光学系1の高さ方向のばらつきと傾きを検出して、ドット位置の副走査方向の位置ずれと走査線の曲り角度を補正する。
【0051】
[第5の実施形態]
図7に、本発明の第5の実施の形態に係る走査ビーム測定方法を示す。本実施形態は、請求項5に係る発明の一実施形態である。なお、装置の全体構成は、第1の実施形態と概ね同様であるため、図1を用いるとともに同一構成には同一符号を付与して説明を省略する。
【0052】
本実施形態の走査ビーム測定方法においては、第1の実施形態に準じ、LDユニット2をドットパターンで点灯させ、駆動ステージ6によって検出光学系25を主走査方向に移動させながら、ドット位置(前記重心位置)を検出する。ここで、CCDエリアセンサ8の角度が零となる方向(水平方向)を主走査方向として、各ドット位置から主走査方向の距離を検出し、走査ビームの主走査方向の隣接ドット間距離を検出する。
【0053】
例えば、図7に示すように、検出光学系25の角度(駆動ステージ面が水平の場合は水平面と直線10aとの角度)と走査ビームの近似直線9cの角度(駆動ステージ面が水平の場合は水平面と近似直線9cとの角度)を差し引き、座標変換することで、主走査方向の隣接ドット間距離S10、S20、S30、S40を検出する。なお、本実施形態の走査ビーム測定方法を第3、第4の実施形態に適用してもよい。
【0054】
[第6の実施形態]
図8に、本発明の第6の実施の形態に係る走査ビーム測定方法を示す。本実施形態は、請求項6に係る発明の一実施形態である。なお、装置の全体構成は、第1の実施形態と概ね同様であるため、図1を用いるとともに同一構成には同一符号を付与して説明を省略する。
【0055】
本実施形態の走査ビーム測定方法においては、ドットパターンを一定値に固定してLDユニット2を点灯し、CCDエリアセンサ8の受光面両端の副走査方向の光量に関して最明位置を検出し、最後列の光量分布の最明位置が移動後の最前列の最明位置高さになるまで、駆動ステージ6によってCCDエリアセンサ8を含む検出光学系を主走査方向に移動させる。
【0056】
例えば、図8に示すように、検出光学系25の移動時に、制御部20でLD点灯のドットパターンを一定とし、輝線のみの画像を取得する。また、制御部20は、検出光学系25の移動方向から受光面内の最前端の最明点16を副走査方向の基準位置として記憶する。さらに、制御部20は、受光面内の最後端の最明点16a(図9に示す)が基準位置になるように検出光学系25を移動させることで、検出光学系25の移動前後で、受光面をつなぐことが可能となる。よって、全走査線で一連のドットデータを検出できることとなる。なお、本実施形態の走査ビーム測定方法を第3、第4、第5の実施形態に適用してもよい。
【0057】
[第7の実施形態]
図10に、走査ビーム測定時、副走査方向で走査光学系の光量にばらつきがある場合を示す。本実施形態は、請求項7に係る発明の一実施形態である。なお、装置の全体構成は、第1の実施形態と概ね同様であるため、図1を用いるとともに同一構成には同一符号を付与して説明を省略する。
【0058】
本実施形態の走査ビーム測定方法においては、第6の実施形態に準じ、制御部20でドットパターンを一定値に固定して、輝線のみの画像を取得する。また、制御部20は、CCDエリアセンサ8の受光面両端の副走査方向の光量に関して前述のように重心位置を検出し、最後列の光量分布の重心位置が移動後の最前列の重心位置高さになる位置まで、CCDエリアセンサ8を移動させる。
【0059】
例えば、図10に示すように、CCDエリアセンサ8の受光面両端の副走査方向の光量分布17にばらつきがあると、受光面内の最明点の位置がずれる場合があるため、受光面内の最前端の副走査方向で光量に関する重心を次式により検出して、基準位置とする。
Yfront=∫y×f(xf、y)/f(xf、y)d
但し、xfは受光面内の主走査方向の最前端座標を示す。
【0060】
次いで、受光面内の最後端の副走査方向で光量に関する重心を次式により検出し、位置合せする。
Yback=∫y×f(xb、y)/f(xb、y)dy
但し、xbは受光面内の主走査方向の最後端座標を示す。
【0061】
こうして、画素ばらつきを低減しながら基準位置の検出および位置合わせができることとなる。
【0062】
[第8の実施形態]
図11に、CCDエリアセンサの受光面内の副走査方向における最明値または重心位置と走査の最先端での副走査座標との一致点が多数存在する場合を示す。なお、装置の全体構成は、第1の実施形態と概ね同様であるため、図1を用いるとともに同一構成には同一符号を付与して説明を省略する。
【0063】
本実施形態の走査ビーム測定方法においては、第6の実施形態に準じ、制御部20でドットパターンを一定値に固定して、輝線のみの画像を取得する。また、制御部20は、ビーム走査の各列の重心位置を主走査方向につないで重心位置曲線を求め、最後列の光量分布の重心位置高さを重心位置曲線が横切る回数を計数し、最後列の光量分布の重心位置が移動後の最前列の重心位置高さになる位置まで、CCDエリアセンサ8を移動させて全走査幅をつなぐ。
【0064】
例えば、図11のような最明値分布18と基準位置光量19が検出され、CCDエリアセンサ8の受光面内の副走査方向における最明値または重心の位置が、最前端での副走査方向の座標と一致する点が多数存在した場合は、基準位置を誤検出することが懸念される。
【0065】
そこで、次式により主走査方向の各座標で重心位置を検出する。
Yk=∫y×f(xk、y)/f(xk、y)dy
但し、k=1〜n;nは主走査方向の座標範囲を示す。
【0066】
次いで、最後端の重心位置における副走査方向での座標と、主走査方向の各座標で重心位置Ykとが交差する回数を、例えば両者を差し引きし、符号が変化する回数をカウントして、基準位置に位置決めする。なお、本実施形態の走査ビーム測定方法を第7の実施形態に適用してもよい。
【0067】
[第9の実施形態]
図12に、本発明の第9の実施の形態に係る走査ビーム測定方法を示す。本実施形態は、請求項8に係る発明の一実施形態である。なお、装置の全体構成は、第1の実施形態と概ね同様であるため、図1を用いるとともに同一構成には同一符号を付与して説明を省略する。
【0068】
本実施形態の走査ビーム測定方法は、第2の実施形態に準じ、制御部20でLDユニット2をドットパターンで点灯させ、駆動ステージ6によって検出光学系25を主走査方向に移動させながら、ドット位置(前記重心位置)を検出する。ここで、CCDエリアセンサ8の移動幅を、このCCDエリアセンサ8の受光面内の最初のドットが最後尾となる距離とし、重複したドット位置を基準にして検出データを全走査幅でつなぐ。
【0069】
例えば、図12に示すように、CCDエリアセンサ8の移動前は、ドットD1の位置を検出データの基準とし、移動方向に対して、ドットD2の副走査方向の座標を制御部20で保存する。次いで、主走査方向の座標を約Sだけ移動して、ドットD2の位置近傍に移動し、移動後の検出データの基準位置をドットD2の座標とする。このような動作を繰り返すことにより、全走査面での検出データをつなぐことが可能となる。
【0070】
[第10の実施形態]
図13に、本発明の第10の実施の形態に係る走査ビーム測定装置を示す。なお、装置の全体構成は、第1の実施形態と概ね同様であるため、図1を用いるとともに同一構成には同一符号を付与して説明を省略する。
【0071】
図13に示すように、CCDエリアセンサ8などを搭載して主走査方向に移動可能な駆動ステージ6は、上下方向(高さ方向)に移動可能な駆動ステージ(高さ方向駆動ステージ)40上に設置されている。この駆動ステージ40を適宜上下移動させることで、前述のように検出された検出光学系25の高さ変動(CCDエリアセンサ8の移動時)あるいは走査ビームの曲りを補正できることとなる。なお、本実施形態の構成を第3、第4の実施形態に適用してもよい。
【0072】
ここで、CCDエリアセンサ8などが前記ビーム受光手段を構成し、結像レンズ4などが前記結像手段を構成し、駆動ステージ6などが前記主走査方向移動手段を構成し、制御部20などが前記制御手段を構成し、制御部20などが前記特徴量導出手段を構成し、駆動ステージ40などが前記高さ方向移動手段を構成する。
【0073】
なお、本発明は、複写機やプリンタに用いられる走査型の書込みユニットで、検査ビームのドットパターンが所定の位置、間隔で点灯しているか否かを検証する場合に限らず、例えば、LEDアレイの光源列の検査など、さらに広範囲に適用可能なものである。
【0074】
【発明の効果】
請求項1、2に記載の発明によれば、走査光学系の走査ビームの特徴量を全走査面で検出することが可能である。
【0075】
請求項2に記載の発明によれば、縦スジ画像の原因の一つであるドット間距離のばらつきや画素ずれを生じる原因の一つである走査線ばらつきを検出することが可能である。
【0076】
請求項1、2に記載の発明によれば、検出光学系の走査光学系に対する相対角度を除去して、本来の主走査方向の走査線ばらつきを検出することが可能である。
【0077】
請求項3に記載の発明によれば、さらに、走査光学系の全走査幅で走査線ばらつきを検出することが可能である。
【0078】
請求項4に記載の発明によれば、さらに、検出光学系の走査光学系に対する相対角度を除去して、本来の主走査方向の走査線ばらつきを検出することが可能である。
【0079】
請求項5に記載の発明によれば、さらに、縦スジ画像の発生原因の一つであるドット間距離のばらつきを検出することが可能である。
【0080】
請求項6に記載の発明によれば、さらに、ビーム受光手段の移動に伴う位置ずれを補正して、全走査幅での検出データをつなぐことが可能である。
【0081】
請求項7に記載の発明によれば、さらに、ビーム受光手段の移動に伴う位置ずれを補正し、前記ビーム受光手段の受光ばらつきを低減して全走査幅での検出データをつなぐことが可能である。
【0083】
請求項8に記載の発明によれば、走査ミラーの回転むら、ビーム受光手段の移動機構の位置決め精度にばらつきがあっても、高精度に検出データをつなぐことが可能である。
【0084】
請求項2に記載の発明によれば、走査ビームの走査線角度が大きく画面内から外れても、検出データのつなぎ位置を基準にビーム受光手段を副走査方向に移動し、走査ビームの受光が可能である。
【0085】
以上説明したように、本発明によれば、検出光学系と走査光学系の相対角度を補正して、走査線の曲りを検出し、走査ビームの点滅によるドットの主走査方向の距離を全走査線幅において検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る走査ビーム測定装置の構成を示す平面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る走査ビーム測定方法を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る走査ビーム測定方法(第1の近似直線の導出方法)を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る走査ビーム測定方法(第2の近似直線の導出方法)を示す図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態に係る走査ビーム測定装置の構成を示す側断面図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態に係る走査ビーム測定装置の構成を示す側断面図である。
【図7】本発明の第5の実施の形態に係る走査ビーム測定方法を示す図である。
【図8】本発明の第6の実施の形態に係る走査ビーム測定方法を示す図(最前端の最明点を示す)である。
【図9】本発明の第6の実施の形態に係る走査ビーム測定方法を示す図(最後端の最明点を示す)である。
【図10】本発明の第7の実施の形態に係る走査ビーム測定方法に関し、走査ビーム測定装置のCCDエリアセンサの受光面で走査ビームの光量にばらつきがある場合を示す図である。
【図11】本発明の第8の実施の形態に係る走査ビーム測定方法に関し、走査ビーム測定装置の走査面での検出データの基準位置が誤検出されやすい場合を示す図である。
【図12】本発明の第9の実施の形態に係る走査ビーム測定方法を示す図である。
【図13】本発明の第10の実施の形態に係る走査ビーム測定装置の構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
1 走査光学系(走査光学系ユニット)
2 LDユニット
3 回転多面鏡
4 走査ビーム結像レンズ
5 走査面
6 駆動ステージ(主走査方向駆動ステージ)
7 対物レンズ
8 CCDエリアセンサ
9 副走査方向位置平均座標
9a、9b、9c ドット位置近似直線
10、10a ステージ傾斜直線
11 ミラー固定フレーム
12 ミラー
13 CCDエリアセンサホルダ
15、15a、15b 距離センサ(測長器)
16、16a 走査ビーム基準位置
17 副走査方向の光量分布
18 最明値分布
19 基準位置光量
20 制御部
30 表示部
40 駆動ステージ(高さ方向駆動ステージ)
Claims (8)
- ビーム走査によって走査光学系の検査、検証を行なう走査ビーム測定装置であって、
走査ビームを入射して結像するための結像手段と、2次元の受光面を持ち、前記結像手段からの走査ビームを受光するビーム受光手段と、前記結像手段および前記ビーム受光手段を走査光学系の主走査方向に移動する主走査方向移動手段と、前記走査光学系、前記結像手段、前記ビーム受光手段および前記主走査方向移動手段を制御し、前記ビーム受光手段で取得した走査ビームの特徴量を導出する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記走査光学系に走査ビームを一定または可変のドットパターンで点滅させ、前記結像手段に前記走査ビームを結像させ、前記ビーム受光手段に前記走査ビームを受光させ、前記ビーム受光手段が受光した前記走査ビームの画像を格納し、格納した前記走査ビームの画像よりドット位置を検出し、前記ドット位置から第1の近似直線を導出し、前記走査ビームの走査線が持つ角度を検出し、前記ビーム受光手段を移動させながら、1ドットまたは複数ドットの副走査方向位置と前記ビーム受光手段の移動距離を検出し、前記ビーム受光手段の移動幅においてドットの副走査方向の位置を第2の直線に近似し、前記走査ビームの走査線が持つ角度から第2の近似直線がもつ角度を差し引くことにより、前記ビーム受光手段の傾きを検出することを特徴とする走査ビーム測定装置。 - 走査ビームを照射する走査光学系と、前記走査光学系からの走査ビームを入射して結像するための結像手段と、2次元の受光面を持ち、前記結像手段からの走査ビームを受光するビーム受光手段と、前記結像手段および前記ビーム受光手段を走査光学系の主走査方向に移動する主走査方向移動手段と、前記ビーム受光手段を高さ方向に移動する高さ方向移動手段と、前記走査光学系、前記結像手段、前記ビーム受光手段、前記主走査方向移動手段および前記高さ方向移動手段を制御する制御手段と、を有する走査ビーム測定装置を用いた走査ビーム測定方法であって、
走査ビームを一定または可変のドットパターンで点滅させる点滅工程と、前記走査ビームを結像させる結像工程と、前記ビーム受光手段で前記走査ビームを受光する受光工程と、受光した前記走査ビームの画像を格納する格納工程と、格納した前記走査ビームの画像よりドット位置を検出する位置検出工程と、前記ドット位置から第1の近似直線を導出する第1近似直線導出工程と、前記走査ビームの走査線が持つ角度を検出する角度検出工程と、前記ビーム受光手段を移動しながら、1ドットまたは複数ドットの副走査方向位置と前記ビーム受光手段の移動距離を検出する位置/距離検出工程と、前記ビーム受光手段の移動幅においてドットの副走査方向の位置を第2の直線に近似する第2近似直線導出工程と、前記走査ビームの走査線が持つ角度から第2の近似直線がもつ角度を差し引く減算工程とを有することを特徴とする走査ビーム測定方法。 - 請求項2に記載の走査ビーム測定方法であって、
前記ビーム受光手段の位置による高さを検出する高さ検出工程と、前記ビーム受光手段を走査ビームの走査方向に移動する移動工程とを有することを特徴とする走査ビーム測定方法。 - 請求項3に記載の走査ビーム測定方法であって、
前記ビーム受光手段の位置による高さを複数箇所で検出し、複数箇所の高さデータより前記ビーム受光手段の光軸周りの回転角度を検出し、前記ビーム受光手段の角度を差し引くことにより、前記ビーム受光手段と走査ビームを用いた走査光学系との相対角度を補正し、走査ビームの走査線ばらつきを検出することを特徴とする走査ビーム測定方法。 - 請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の走査ビーム測定方法であって、
前記ビーム受光手段の角度が零となる方向を主走査方向として、各ドットの位置から主走査方向の距離を検出し、走査ビームの主走査方向の隣接ドット間距離を検出することを特徴とする走査ビーム測定方法。 - 請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の走査ビーム測定方法であって、
前記ドットパターンを一定値に固定して点灯し、前記ビーム受光手段の受光面両端の副走査方向の光量に関して最明位置を検出し、最後列の光量分布の最明位置が移動後の最前列の最明位置高さになるまで前記ビーム受光手段を移動することにより、全走査幅をつなぐことを特徴とする走査ビーム測定方法。 - 請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の走査ビーム測定方法であって、
前記ドットパターンを一定値に固定して点灯し、前記ビーム受光手段の受光面両端の副走査方向の光量に関して重心位置を検出し、最後列の光量分布の重心位置が移動後の最前列の重心位置高さになる位置まで前記ビーム受光手段を移動することにより、全走査幅をつなぐことを特徴とする走査ビーム測定方法。 - 請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の走査ビーム測定方法であって、
前記ビーム受光手段の受光面内の最初のドットが最後尾となる距離だけ、前記ビーム受光手段を移動させ、重複したドット位置を基準にして検出データを全走査幅でつなぐことを特徴とする走査ビーム測定方法。
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