JP4083928B2

JP4083928B2 - 走査レーザビーム位置検出装置

Info

Publication number: JP4083928B2
Application number: JP18722199A
Authority: JP
Inventors: 裕 ▲高▼野
Original assignee: エーエルティー株式会社
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: JP2001012902A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査レーザビーム位置検出装置に関し、さらに詳しくはレーザプリンタ，デジタルＰＰＣ（ＰｌａｉｎＰａｐｅｒＣｏｐｙ）に使用される高速の機械スキャナやレーザ走査ユニットから出射される走査レーザビームの走査面からのずれ位置（反射面の面倒れ量に対応）を検出するための走査レーザビーム位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザプリンタ，デジタルＰＰＣにおいて高速化が進み、ポリゴンスキャナでの回転数が３００００ｒｐｍを超えるようになり、走査周波数も３ＫＨｚ以上となりつつある。また、解像度も上がっており、走査精度の向上も要求されている。
【０００３】
従来、この種のレーザビーム位置検出方法には、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）センサを用いるもの，ＰＳＤ（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｎｇＤｅｖｉｃｅ）素子を用いるもの，ナイフエッジを用いるもの，ナイフエッジプリズムを用いるものなどがあった。
【０００４】
従来のＣＣＤセンサおよびＰＳＤ素子を用いるレーザビーム位置検出方法では、ＣＣＤセンサおよびＰＳＤ素子の応答速度がμｓオーダであり、３００００ｒｐｍを超えるような高速スキャンには使用できなかった。
【０００５】
また、従来のナイフエッジを用いるレーザビーム位置検出方法では、反射面の反射率バラツキが誤差になるという不具合があった。
【０００６】
一方、ナイフエッジプリズムを用いるレーザビーム位置検出方法では、図１０に示すように、レーザビームの中心（最大レーザパワー分布位置）がナイフエッジプリズム１２の直角稜に一致していて、実線のようにレーザビームのビーム位置ずれがない場合には、上下の受光センサ１５ａ，１５ｂにレーザパワーが均等に分けられるが、ビーム位置ずれが生じた場合には、レーザビームが点線の状態となって、上の受光センサ１５ａヘのレーザパワーが増え、下の受光センサ１５ｂヘのレーザパワーが減るので、レーザビームの位置ずれに対する上下の受光センサ１５ａ，１５ｂのレーザパワーの差を解析することにより、レーザビームの位置検出を行うことができる。
【０００７】
詳しくは、ナイフエッジプリズム１２により上下に分けられたレーザビームの受光電流値をそれぞれＩ_ａ，Ｉ_ｂとすると、その差の正規化量をレーザパワー差Ｗ＝（Ｉ_ａ−Ｉ_ｂ）／（Ｉ_ａ＋Ｉ_ｂ）と定義する。レーザパワー差Ｗは、レーザビームのレーザパワー分布がガウス分布であるとすると、数１のように記述することができる。ただし、ｒはビーム半径である。
【０００８】
【数１】

【０００９】
レーザパワー差Ｗは、図１０に示すように、レーザビームの中心（最大レーザパワー分布位置）がナイフエッジプリズム１２の直角稜からずれた位置Ｌに応じて、図１１に示すように変化する。
【００１０】
このため、従来のナイフエッジプリズムを用いるレーザビーム位置検出方法では、図１１に示すような位置Ｌに対するレーザパワー差Ｗの特性曲線をあらかじめテーブル形式（以下、このテーブルを特性テーブルという）で作成し、位置検出対象のレーザビームの上下の受光センサ１５ａ，１５ｂでの受光電流値Ｉ_ａ，Ｉ_ｂを測定し、レーザパワー差Ｗを算出して、上記特性テーブルを参照することにより位置Ｌを検出するようにしていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のナイフエッジプリズムを用いるレーザビーム位置検出方法では、検出素子がＰＩＮフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードを使用していたので、応答速度を上げる場合には素子面積を小さくしなければならず、検出範囲が小さくなるという問題点やビーム径によって測定範囲が制限されるという問題点があった。特に、高速スキャンにおいて高精度な走査レーザビームの位置検出を行うためには、受光量が安定していることが必要であり、そのためには、高速応答の受光素子が必要で、かつデータの取込タイミングを立ち上がり後の安定した状況で行う必要がある。たとえば、走査レーザビームの走査速度を４０００ｍ／ｓとすると、受光エリアφ５ｍｍの場合でビーム径１ｍｍのとき、受光センサ１５ａ，１５ｂ上での受光時間は約１μｓとなり、応答速度の速いセンサが必要である。
【００１２】
また、レーザパワー差Ｗは走査レーザビームを２分割して測定するので、走査レーザビームのビーム径や走査位置よって受光面積が決まるため、受光センサ１５ａ，１５ｂを移動させて測定する場合には、さらに走査レーザビームの光学系への入射角度に応じた受光面積が必要となってくる。
【００１３】
さらに、従来のナイフエッジプリズムを用いたレーザビーム位置検出方法では、レーザビームの位置検出の基準となる特性テーブル（特性曲線）についてレーザビームを動かさない状態で受光電流値Ｉ_ａ，Ｉ_ｂを測定して作成していたが、走査ユニットではレーザビームの形状がビーム径や走査位置に応じて変化するので、各測定ポイントであらかじめ測定し、それぞれのレーザビーム位置とレーザパワー差との特性を記憶しておく必要があった。
【００１４】
本発明の目的は、上述の点に鑑み、位置検出対象である走査レーザビームを実際に使用して特性テーブル（特性曲線）を作成し、走査レーザビームの正確な位置を検出できるようにした走査レーザビーム位置検出装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の走査レーザビーム位置検出装置は、走査レーザビームを分割するナイフエッジプリズムと、このナイフエッジプリズムにより分割された２つの走査レーザビームをそれぞれ受光する２つの光電子増倍型受光素子とを有するセンサユニットが、リニアスケールを備える電動ステージ上に配置され、前記電動ステージを所定ピッチずつ移動した場合のリニアスケール位置と前記光電子増倍型受光素子で受光された走査レーザビームのレーザパワー差との特性テーブルを事前に作成し、位置検出時には前記光電子増倍型受光素子で受光された走査レーザビームのレーザパワー差により前記特性テーブルを検索して走査レーザビームの位置を検出することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の走査レーザビーム位置検出装置は、前記ナイフエッジプリズムの入射側に走査レーザビーム径を拡大するアナモルフィック光学素子を配置したことを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の走査レーザビーム位置検出装置は、前記ナイフエッジプリズムと前記光電子増倍型受光素子との間に光拡散素子を配置したことを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、本発明の走査レーザビーム位置検出装置は、前記ナイフエッジプリズムと前記光拡散素子との間に走査レーザビームの入射角度による位置変化を補償するアナモルフィック光学素子を配置したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の走査レーザビーム位置検出装置は、リニアスケール位置とレーザパワー差との特性テーブルの作成時にポリゴンスキャナにおいて１回転分の測定結果から最大値および最小値を除いた測定結果の平均値を所定ピッチずつ移動した場合の測定結果とすることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置を含む測定システムの構成を示す側面図および平面図である。
【００２２】
図１および図２において右手に配設されたテーブル５上には、本実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置による位置検出対象の走査レーザビームを出射する、レーザ光源ユニット６と、ポリゴンスキャナ７とが配設されている。
【００２３】
レーザ光源ユニット６は、テーブル５上にポリゴンスキャナ７に対して所定角をなすように配置されており、レーザ光源および集光レンズ系を含み、スポット状に絞られたレーザビームを出射する。
【００２４】
ポリゴンスキャナ７は、８角形板状に形成され周面が鏡面加工された多面鏡７１と、多面鏡７１を回転軸に枢着する電動モータ７２とから構成されており、多面鏡７１に入射されたレーザビームを多面鏡７１の回転に伴って走査レーザビームとして走査させる。なお、本実施の形態では、多面鏡７１を８角形板状としたが、多面鏡７１の鏡面の数は８つに限られるものではなく、６，１２，１６等のその他の数であってもよいものである。
【００２５】
第１の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置は、センサユニット１と、センサユニット１を搭載し上下方向に移動させる電動ステージ２と、電動ステージ２に取り付けられリニアスケールセンサ３ａによりセンサユニット１の移動位置を計測するリニアスケール３とから、その主要部が構成されている。
【００２６】
センサユニット１は、シリンダレンズ１１と、ナイフエッジプリズム１２と、拡散板１４ａ，１４ｂと、受光センサ１５ａ，１５ｂとから、その主要部が構成されている。
【００２７】
シリンダレンズ１１は、ナイフエッジプリズム１２の直角稜と長手方向が一致するようにナイフエッジプリズム１２の入射側に配置されており、ナイフエッジプリズム１２に入射する走査レーザビームを直角稜と直交する方向にのみ折曲させるアナモルフィック光学素子である。このシリンダレンズ１１の存在により、走査レーザビームのビーム径が拡大され、走査レーザビームのビーム径によって測定範囲が制限されるという問題が解消される。
【００２８】
ナイフエッジプリズム１２は、断面が直角二等辺三角形であるガラスプリズムの直角稜を挟む２面にアルミニュームコーティングを施したもので形成され、その直角稜がナイフエッジとしての役目をするように走査レーザビームの入射側に水平方向に配置されている。
【００２９】
拡散板１４ａ，１４ｂは、すりガラス，ピトロガラス，マイクロレンズアレイ等で形成された光拡散素子であり、ナイフエッジプリズム１２で上下方向に分割された２つの走査レーザビームのビーム径を拡大するために、ナイフエッジプリズム１２の上位および下位にそれぞれ配置されている。拡散板１４ａ，１４ｂの存在により、受光センサ１５ａ，１５ｂとして用いられる光電子増倍型受光素子があまり小さなビームが入射すると応答特性が悪くなるという問題が解消される。
【００３０】
受光センサ１５ａ，１５ｂは、受光面積が大きく高感度でかつ高速応答性を有するメタルパッケージ光電子増倍管等の光電子増倍型受光素子で形成されていて、拡散板１４ａ，１４ｂでビーム径が拡大された２つの走査レーザビームを受光するように、拡散板１４ａ，１４ｂの上位および下位にそれぞれ配置されている。
【００３１】
電動ステージ２は、ステッピングモータ，リニアモータ等により上下方向に移動するステージである。
【００３２】
リニアスケール３は、センサユニット１を電動ステージ２上に設置して所定ピッチで２つの受光センサ１５ａ，１５ｂの受光電流値Ｉ_ａ，Ｉ_ｂを測定する際に上記所定ピッチがμｍ単位となり、電動ステージ２だけでは精度が出ないので、実際の移動ピッチを読み取るために電動ステージ２に取り付けられている。
【００３３】
図３を参照すると、本実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置の回路系は、受光センサ１５ａ，１５ｂと、電動ステージ２と、リニアスケール３と、受光センサ１５ａ，１５ｂの出力電流を増幅するアンプ１６ａ，１６ｂと、アンプ１６ａ，１６ｂのアナログ出力を高速にＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換する高速Ａ／Ｄ変換器１７ａ，１７ｂと、電動ステージ２を制御するコントローラ１８と、リニアスケール３を制御するコントローラ１９と、高速Ａ／Ｄ変換器１７ａ，１７ｂ，コントローラ１８，およびコントローラ１９に接続されたバス２０と、バス２０に接続されたＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２１と、ＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ），ＫＢ（ＫｅｙＢｏａｒｄ）等からなる入出力装置２２とから構成されている。
【００３４】
図４を参照すると、ＣＰＵ２１内のメモリ上に作成される特性テーブルは、リニアスケール位置Ｌおよびレーザパワー差Ｗからなる複数（本実施の形態では３００）のエントリで構成されている。
【００３５】
図５を参照すると、特性テーブル作成時の処理は、センサユニットレーザビーム中心移動ステップＳ１０１と、センサユニット−１５０μｍ移動ステップＳ１０２と、カウンタｎインクリメントステップＳ１０３と、受光電流値Ｉ_ａｎ，Ｉ_ｂｎ収集ステップＳ１０５と、リニアスケール位置Ｌ_ｎ収集ステップＳ１０６と、特性テーブルへの転送ステップＳ１０７と、センサユニット＋１μｍ移動ステップＳ１０８と、ｎ＝３００判定ステップＳ１０９とからなる。
【００３６】
図６を参照すると、走査レーザビーム位置検出時の処理は、受光電流値Ｉ_ａ，Ｉ_ｂ収集ステップＳ２０１と、レーザパワー差Ｗ算出ステップＳ２０２と、特性テーブルエントリ検索ステップＳ２０３と、エントリ内ウェイト値η計算ステップＳ２０４と、走査レーザビーム位置Ｌ算出ステップＳ２０５とからなる。
【００３７】
なお、ＣＰＵ２１は、図７に示すように、受光センサ１５ａ，１５ｂからの出力電流値を、アンプ１６ａ，１６ｂおよび高速Ａ／Ｄ変換器１７ａ，１７ｂを通じて、受光レベルＬｌを越えた時点より遅れｔｌが経過した時点で取り込み、さらに受光レベルＬ１から大きく低下したｔ２の時点でバックグラウンドの光量による電流値として取り込み、前者から後者を差し引いて受光電流値Ｉとする。
【００３８】
ただし、実際の走査レーザビームは位置検出対象でもあるために動いているので、レーザビーム位置とレーザパワー差との特性を正確に測定することは難しい。ポリゴンスキャナ７の場合に実際にレーザビーム位置のずれの様子を観察してみると、その成分は１回転ごとに生ずる成分と、長い時間にかかわる成分とがある。１回転成分は多面鏡７１の加工精度によるもので、通常はサインカーブのように１回転で極大，極小を持つ形となっており、長期成分についてはベアリング軸受けの場合にはボールの転がりやグリスの移動があり、空気軸受けの場合には加工不均一による首振り運動が考えられる。上記の状況で１回転成分については、最大値および最小値を除くことによって走査レーザビーム位置とレーザパワー差との特性のバラツキは軽減され、さらにこの値を平均することで繰り返し特性の良いレーザビーム位置とレーザパワー差との特性が得られるようになる。詳しくは、ＣＰＵ２１は、多面鏡７１の回転に伴って多面鏡７１の各周面により８回の走査が行われ、図８に示すように、１回転につき８つの受光電流値が測定結果として得られるので、測定結果中の最大および最小の測定結果を除いて平均した値を受光電流値Ｉとする。
【００３９】
次に、このように構成された第１の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置の動作について説明する。
【００４０】
（１）特性テーブルの作成処理
【００４１】
ここでは、センサユニット１を３００μｍの範囲で１μｍ単位で移動して特性テーブルを作成する場合を例にとって説明する。
【００４２】
レーザ光源ユニット６から出射されたレーザビームは、ポリゴンスキャナ７の多面鏡７１の１周面にて反射され、多面鏡７１の電動モータ７２による回転に伴って走査レーザビームとされる。
【００４３】
走査レーザビームは、シリンダレンズ１１にて測定範囲に応じたビーム径に変換され、ナイフエッジプリズム１２に入射されて、ナイフエッジプリズム１２の直角稜によって２つに分割される。分割された２つの走査レーザビームは、拡散板１４ａ，１４ｂで光電子増倍型受光素子で影響の出ない約５０μｍ以上のビーム径に拡大されてから受光センサ１５ａ，１５ｂにそれぞれ入射される。
【００４４】
この状態から、ＣＰＵ２１は、コントローラ１８を介して電動ステージ２を駆動して、センサユニット１をレーザビーム中心に移動する（ステップＳ１０１）。詳しくは、走査レーザビームの中心とナイフエッジプリズム１２の直角稜とが一致して、受光センサ１５ａから得られる受光電流値Ｉ_ａと受光センサ１５ｂから得られる受光電流値Ｉ_ｂとが等しくなる位置にセンサユニット１を移動する。
【００４５】
次に、ＣＰＵ２１は、コントローラ１８を介して電動ステージ２を再び駆動して、センサユニット１を走査レーザビームの中心から下方に１５０μｍ（すなわち、−１５０μｍ）移動する（ステップＳ１０２）。
【００４６】
続いて、ＣＰＵ２１は、カウンタｎ（初期値０）を１つインクリメントし（ステップＳ１０３）、受光センサ１５ａ，１５ｂからの受光電流値Ｉ_ａｎ，Ｉ_ｂｎをアンプ１６ａ，１６ｂおよび高速Ａ／Ｄ変換器１７ａ，１７ｂを通じて収集する（ステップＳ１０４）。
【００４７】
次に、ＣＰＵ２１は、コントローラ１９を介してリニアスケール３の位置Ｌ_ｎを収集する（ステップＳ１０５）。
【００４８】
続いて、ＣＰＵ２１は、リニアスケール３の位置Ｌ_ｎと、レーザパワー差Ｗ_ｎ＝（Ｉ_ａｎ−Ｉ_ｂｎ）／（Ｉ_ａｎ＋Ｉ_ｂｎ）とを特性テーブルのｎ番目のエントリに転送する（ステップＳ１０６）。
【００４９】
次に、ＣＰＵ２１は、コントローラ１８を介して電動ステージ２を上方に１μｍ（＋１μｍ）移動し（ステップＳ１０７）、ｎ＝３００かどうかを判定する（ステップＳ１０８）。カウンタｎが３００でなければ、ＣＰＵ２１は、ステップ１０３に制御を戻して、ステップＳ１０３〜Ｓ１０８を繰り返し、カウンタｎが３００になると処理を終了する。
【００５０】
以上の結果、ＣＰＵ２１内のメモリ上には、特性テーブルが完成する。この特性テーブルは、以降の走査レーザビーム位置の検出処理に利用される。
【００５１】
（２）走査レーザビーム位置の検出処理
【００５２】
レーザ光源ユニット６から出射されたレーザビームがポリゴンスキャナ７で反射されて走査レーザビームとして入射されている状態から、ＣＰＵ２１は、受光センサ１５ａ，１５ｂからの受光電流値Ｉ_ａ，Ｉ_ｂをアンプ１６ａ，１６ｂおよび高速Ａ／Ｄ変換器１７ａ，１７ｂを通じて収集し（ステップＳ２０１）、レーザパワー差Ｗ＝（Ｉ_ａ−Ｉ_ｂ）／（Ｉ_ａ＋Ｉ_ｂ）を算出する（ステップＳ２０２）。
【００５３】
次に、ＣＰＵ２１は、レーザパワー差Ｗを特性テーブルの各エントリのレーザパワー差Ｗ_１〜Ｗ_３００と大小比較し、Ｗ_ｎ＜Ｗ＜Ｗ_ｎ＋１のエントリを検索する（ステップＳ２０３）。
【００５４】
Ｗ_ｎ＜Ｗ＜Ｗ_ｎ＋１のエントリが検索されると、ＣＰＵ２１は、エントリ内ウェイト値η＝（Ｗ−Ｗ_ｎ）／（Ｗ_ｎ＋１―Ｗ_ｎ）を計算する（ステップＳ２０４）。
【００５５】
最後に、ＣＰＵ２１は、特性テーブル内のリニアスケール位置Ｌ_ｎ，Ｌ_ｎ＋１に対してウェイト値ηを加味（補間）した走査レーザビーム位置Ｌ＝Ｌ_ｎ＋η（Ｌ_ｎ＋１−Ｌ_ｎ）を算出する（ステップＳ２０５）。
【００５６】
このように、第１の実施の形態によれば、位置検出対象の走査レーザビームを実際に用いて特性テーブルを事前に作成し、位置検出時には特性テーブルを参照して走査レーザビーム位置を検出するようにしたので、走査レーザビームの位置を正確に検出することができる。
【００５７】
また、センサユニット１をリニアスケール３を備える電動ステージ２上に配置するようにしたので、センサユニット位置とレーザパワー差との特性テーブルをμｍ単位で作成することができるとともに、走査レーザビーム位置を特性テーブルを参照して補間することで算出するようにしたので、きわめて精度の高い走査レーザビームの位置検出を行うことができる。
【００５８】
さらに、ナイフエッジプリズム１２の入射側にシリンダレンズ１１を配置したので、走査レーザビームのビーム径が拡大され、走査レーザビームのビーム径によって測定範囲が制限されるという問題が解消される。
【００５９】
さらにまた、ナイフエッジプリズム１２と受光センサ１５ａ，１５ｂとの間に拡散板１４ａ，１４ｂを配置したので、受光センサ１５ａ，１５ｂとして用いられる光電子増倍型受光素子があまり小さなビームが入射すると応答特性が悪くなるという問題が解消される。
【００６０】
また、リニアスケール位置とレーザパワー差との特性テーブルの作成時にポリゴンスキャナにおいて１回転分の測定結果から最大値および最小値を除いた測定結果の平均値を所定ピッチずつ移動した場合の測定結果とするようにしたので、走査レーザビーム位置とレーザパワー差との特性のバラツキが軽減され、さらにこの値を平均することで繰り返し特性の良いレーザビーム位置とレーザパワー差との特性が得られることになる。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６２】
図９（ａ），（ｂ），および（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置におけるセンサユニット１’の光学系を示す側面図，正面図，および上面図である。このセンサユニット１’の光学系は、第１の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置におけるセンサユニット１の光学系に対して、ナイフエッジプリズム１２と拡散板１４ａ，１４ｂとの間に、シリンダレンズ１３ａ，１３ｂを追加するようにしたものである。
【００６３】
シリンダレンズ１３ａ，１３ｂは、走査レーザビームの光学系への入射角度による位置変化を補償するために、図９（ｂ）に示すように、曲率面をナイフエッジプリズム１２側に向けて水平に配置されている。これらシリンダレンズ１３ａ，１３ｂは、ロッドレンズ等の他のアナモルフィック光学素子であってもよい。
【００６４】
なお、特に言及しないその他の部材等は、第１の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置における対応する部材等と同様に構成されて同様に配置されているので、それらの詳しい説明を割愛する。
【００６５】
このように構成された第２の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置によれば、図９（ｂ）および（ｃ）に示すように、シリンダレンズ１３ａ，１３ｂが走査レーザビームの走査面内での光軸の振れを補正して走査レーザビームを受光センサ１５ａ，１５ｂに入射させるので、第１の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置に比べて、さらに走査レーザビームの入射角度による位置変化を補償することができるという利点がある。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、位置検出対象の走査レーザビームを実際に用いて特性テーブルを事前に作成し、位置検出時には特性テーブルを参照して走査レーザビーム位置を検出するようにしたので、走査レーザビームの位置を正確に検出することができる効果がある。
【００６７】
また、光電子増倍型受光素子を含むセンサユニットをリニアスケールを備える電動ステージ上に配置するようにしたので、高速の走査レーザビームについてセンサユニット位置とレーザパワー差との特性テーブルを精密に作成して、高速の走査レーザビームの位置を正確に検出することができるという効果がある。
【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レーザビーム位置検出装置を含む測定システムの構成を示す側面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置を含む測定システムの構成を示す平面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置の回路系を示すブロック図である。
【図４】図３中のＣＰＵ内のメモリ上に作成される特性テーブルを示す図である。
【図５】図４の特性テーブルの作成処理を示すフローチャートである。
【図６】図４の特性テーブルを用いた走査レーザビーム位置の検出処理を示すフローチャートである。
【図７】図１中の受光センサからの出力電流値の読み出しタイミングを説明するタイムチャートである。
【図８】図１中のポリゴンスキャナの１回転での受光電流値の変動を表すタイムチャートである。
【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第２の実施の形態に係る走査レーザビーム位置検出装置におけるセンサユニットの光学系を示す側面図，正面図，上面図である。
【図１０】ナイフエッジプリズムでの走査レーザビームの分割を説明する図である。
【図１１】レーザビーム位置とレーザパワー差との特性曲線を表す図である。
【符号の説明】
１センサユニット
２電動ステージ
３リニアスケール
３ａリニアスケールセンサ
５テーブル
６レーザ光源ユニット
７ポリゴンスキャナ
１１シリンダレンズ（アナモルフィック光学素子）
１２ナイフエッジプリズム
１３ａ，１３ｂシリンダレンズ（アナモルフィック光学素子）
１４ａ，１４ｂ拡散板（光拡散素子）
１５ａ，１５ｂ受光センサ（光電子増倍型受光素子）
１６ａ，１６ｂアンプ
１７ａ，１７ｂ高速Ａ／Ｄ変換器
１８，１９コントローラ
２０バス
２１ＣＰＵ
２２入出力装置
７１多面鏡
７２電動モータ

Claims

走査レーザビームを分割するナイフエッジプリズムと、このナイフエッジプリズムにより分割された２つの走査レーザビームをそれぞれ受光する２つの光電子増倍型受光素子とを有するセンサユニットが、リニアスケールを備える電動ステージ上に配置され、前記電動ステージを所定ピッチずつ移動した場合のリニアスケール位置と前記光電子増倍型受光素子で受光された走査レーザビームのレーザパワー差との特性テーブルを事前に作成し、位置検出時には前記光電子増倍型受光素子で受光された走査レーザビームのレーザパワー差により前記特性テーブルを検索して走査レーザビームの位置を検出することを特徴とする走査レーザビーム位置検出装置。
前記ナイフエッジプリズムの入射側に走査レーザビーム径を拡大するアナモルフィック光学素子を配置した請求項１記載の走査レーザビーム位置検出装置。
前記ナイフエッジプリズムと前記光電子増倍型受光素子との間に光拡散素子を配置した請求項１または２記載の走査レーザビーム位置検出装置。
前記ナイフエッジプリズムと前記光拡散素子との間に走査レーザビームの入射角度による位置変化を補償するアナモルフィック光学素子を配置した請求項３記載の走査レーザビーム位置検出装置。
リニアスケール位置とレーザパワー差との特性テーブルの作成時にポリゴンスキャナにおいて１回転分の測定結果から最大値および最小値を除いた測定結果の平均値を所定ピッチずつ移動した場合の測定結果とする請求項１，２，３または４記載の走査レーザビーム位置検出装置。