JP4292621B2 - 走査光学系測定方法および走査光学系測定装置および走査光学系測定記録媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査光学系の面倒れ量測定方法に関し、特に走査光学系を構成する複数の偏向面を有する光偏向器の各々の反射面（偏向面）の製造誤差等によって被走査面を光走査する際のレーザービーム（光ビーム）の副走査方向の走査位置のバラツキ（間隔ムラ）の原因である面倒れ量とジッター成分を高精度に測定（評価）するようにした、例えばレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）等の装置に用いられる走査光学系の面倒れ量測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザービームを利用して例えば記録媒体である感光体ドラム面上を該レーザービームで光走査して画像の記録を行なうレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）等の画像記録装置が広く使用されている。光走査は、回転させた複数の偏向面を有する光偏向器（ポリゴンミラー）にレーザービームを照射してその反射光を用いて行っている。
【０００３】
面倒れ量を測定する方法としては、例えば感光体ドラムの代わりに結像位置に受光手段として複数の画素（検出ビット）を配列した１次元ラインセンサー（ＣＣＤ）をレーザービームの走査方向（主走査方向）と直交する方向（副走査方向）に１ケ所或いは数カ所に配置して回転多面鏡の各反射面で反射されたレーザービームをラインセンサー面に入射させている。
【０００４】
そしてラインセンサーに入射するレーザービームの走査位置を検出することにより各反射面毎の面倒れの影響による副走査方向の走査線の間隔ムラ（バラツキ）を測定している。
【０００５】
また、ジッターはレーザービームの走査方向のある２点のラインセンサーを通過するレーザービームの時間間隔の変動量から算出していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１次元ラインセンサー（ＣＣＤ、ＰＳＤ）を測定用の受光手段として用いて面倒れ量を測定する従来の測定方法では、１反射面当たりの面倒れ量を測定するには１回の位置検出について５００個前後のデータをラインセンサーから出力させ、そのデータを用いて副走査方向のレーザービームの走査位置を算出し測定していた。ＣＣＤやＰＳＤを用いるため測定装置も高価なものとなり、設備投資の点で問題であった。
【０００７】
そして、１反射面当たりの面倒れ量を測定するのに要する時間は１００ｍsec前後もかかり、測定時間の短縮が出来ないという点が問題であった。
【０００８】
また、従来のジッターの測定では、ラインセンサーからの出力波形から時間情報を抽出する際の出力波形のトリガーレベルを振幅の５０％にしていたために、各反射面毎の面倒れの影響で波形の振幅の変動や波形の立ち上がり・立ち下がり時間の変動がありジッターの測定に正確さが欠けるという問題点があった。
【０００９】
また、従来の測定方法、測定装置ではポリゴンミラー検査装置やポリゴンミラースキャナーモータやレーザービームプリンタのコスト低減、品質の向上に限界があるという問題点があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の面倒れ量の走査光学系測定は、複数の偏向面を有する光偏向器を回転させながら光偏向器の回転軸に対して略垂直な方向から光束を前記偏向面に照射して、前記光束が前記偏向面ごとに反射されて前記光偏向器の回転方向に走査される反射光を遮光手段の窓を通過させ、前記遮光手段の窓を通過した反射光の光走査の幅に基づく時間情報を１つのみの受光手段で偏向面ごとに算出してその最大時間幅Ｗ _ｍａｘ と最小時間幅Ｗ _ｍｉｎ を求め、前記最大時間幅Ｗ _ｍａｘ と前記最小時間幅Ｗ _ｍｉｎ と反射光が回転方向に走査される走査角速度とをもとに前記光偏向器の傾き量を算出させるようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、複数の偏向面を有する光偏向器を回転させながら光偏向器の回転軸に対して略垂直な方向から光束を前記偏向面に照射して、前記光束が前記偏向面ごとに反射されて前記光偏向器の回転方向に走査される反射光を遮光手段の窓を通過させ、前記遮光手段の窓を通過した反射光の光走査の幅に基づく時間情報を１つのみの受光手段で偏向面ごとに算出してその最大時間幅Ｗ _ｍａｘ と最小時間幅Ｗ _ｍｉｎ を求め、前記最大時間幅Ｗ _ｍａｘ と前記最小時間幅Ｗ _ｍｉｎ と反射光が回転方向に走査される走査角速度とをもとに前記光偏向器の傾き量を算出することを特徴とする走査光学系測定方法である。
【００１３】
このように、従来よりも測定方法が簡単である。また、簡単な設備で測定ができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、光束を照射する光照射手段と、光偏向器を回転させる回転手段と、透過と遮光とが光束の走査位置で異なる遮光手段と、受光した光束を時間情報に変換する受光手段と、光偏向器の偏向面ごとの回転軸方向の傾き量を算出するプログラムされたコンピュータとを備え、
前記光束を回転させた前記光偏向器に照射して、前記光偏向器の偏向面ごとに反射されて回転方向に走査される反射光の光路に前記遮光手段を備え、遮光手段の窓を通過させた反射光を１つのみの前記受光手段で受光させて前記遮光手段の窓を通過した反射光の光走査の幅に基づく時間情報を偏向面ごとに算出してその最大時間幅Ｗ _ｍａｘ と最小時間幅Ｗ _ｍｉｎ を求め、前記最大時間幅Ｗ _ｍａｘ と前記最小時間幅Ｗ _ｍｉｎ と反射光が回転方向に走査される走査角速度とをもとに前記光偏向器の傾き量を前記コンピュータで算出させることを特徴とする走査光学系測定装置である。
【００１５】
このように、従来よりも測定装置が簡単な構成である。また、簡単な測定装置で測定時間が短縮できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、コンピュータによって光偏向器の偏向面ごとの回転軸方向の傾き量を算出するための測定プログラムを記録した走査光学系測定記録媒体であって、
前記測定プログラムは光偏向器を回転させながら光束を照射させ、前記光偏向器の偏向面ごとに反射されて前記光偏向器の回転方向に走査される反射光を遮光手段の窓を通過させ、前記遮光手段の窓を通過した反射光の光走査の幅に基づく時間情報を１つのみの受光手段で偏向面ごとに算出してその最大時間幅Ｗ _ｍａｘ と最小時間幅Ｗ _ｍｉｎ を求め、前記最大時間幅Ｗ _ｍａｘ と前記最小時間幅Ｗ _ｍｉｎ と反射光が回転方向に走査される走査角速度とをもとに前記光偏向器の傾き量を算出させることを特徴とする測定プログラムを記録した走査光学系測定記録媒体である。
【００１７】
このように、走査光学系測定記録媒体に記録した測定プログラムは、測定プログラムの書き換えを行うことが容易であるため、測定プログラムの算出時に測定系の誤差要因を補正するように測定プログラムの書き換えもできる。測定プログラムのメンテナンスが容易にできる。
【００３０】
【実施例】
面倒れの測定は、図１に示すような測定系を構成し、回転させた複数の偏向面を有する光偏向器１（以下ポリゴンミラー１）に光束としてレーザービーム２を照射したときの受光手段としてのセンサーの出力信号をもとに算出することで行われる。
【００３１】
ポリゴンミラー１の回転軸６に対して垂直な方向より光束としてレーザービーム２を照射する。センサー３（フォトダイオード）の受光面の前に遮光手段４として図２に示すような逆三角形の窓５が設けられている。ポリゴンミラーに面倒れが生じているとミラー面７から反射される反射光の出射角度はポリゴンミラーの回転軸方向に変化する。出射角度の変化した反射光で逆三角形の窓５が設けられた遮光手段を光走査すると、その遮光手段の光走査される位置はポリゴンミラーの回転軸方向に変化することになる。図２に示すように遮光手段の逆三角形の窓５を通過するは光走査される幅が変わる。この光走査の幅が変化した反射光を受光手段のセンサー３（フォトダイオード）に照射すると、受光手段のセンサー３（フォトダイオード）からは時間軸方向の幅が変化した矩形波状信号が出力される。図３に受光手段のセンサー３（フォトダイオード）からの時間軸方向の幅が変化した矩形波状信号波形８を示す。そして、偏向面ごとの矩形波状信号の時間軸方向の幅と反射光の走査角速度を用いて面倒れ量（傾き角度）を算出する。
【００３２】
遮光手段の逆三角形の窓５の谷の開き角度は９０度で、形状は二等辺三角形とした方が算出の計算式が簡単にできる。遮光手段の形状を図４に示す。
【００３３】
受光手段のセンサー３（フォトダイオード）からの矩形波状信号を周波数タイムインターバルアナライザ（ヒューレットパカード社製、ＨＰ５３７２Ａ）に入力して、矩形波状信号の時間軸方向の幅を測定する。この矩形波状信号の時間軸方向の幅を示すデータをＧＰ−ＩＢの自動計測手段でコンピュータの記憶領域に取り込み、面倒れ量をコンピュータのプログラムで算出する。周波数タイムインターバルアナライザの設定条件は、ファンクションがタイムインターバルで、測定チャンネルがＡ→Ｂで、入力チャンネルモードがコモンで、チャンネルＡ検出エッジが負で、その他の設定条件は、プリセット値のままとした。光束としてレーザービームはランダム偏向ヘリウムネオンレーザーを用いた。
【００３４】
図４の遮光手段を用いたときの面倒れ量の算出は、
反射光の光束が基準位置（逆三角形の窓のＷ₀の位置）から下側に
−Ｈ_minずれた箇所の水平方向に走査される幅Ｗ_minは、
Ｗ_min＝Ｗ₀−２Ｈ_min ……（１）
である。
【００３５】
このときの受光手段のセンサー（フォトダイオード）からの矩形波状信号の時間軸方向の幅（ｓｅｃ）がΔＴ_minで、反射光の逆三角形の窓を横切る速度がＶ（ｍ／ｓ）である。図５にミラー面と受光手段のセンサーの位置関係を示す。ミラー面と受光手段のセンサーの距離がＬ（ｍ）で、反射光の走査角速度がω（ｒａｄ／ｓｅｃ）で、ポリゴンミラーの回転角速度がω_m（ｒａｄ／ｓｅｃ）である。
【００３６】
したがって、Ｗ_minは、
Ｗ_min＝ＶΔＴ_min＝ＬωΔＴ_min ……（２）
である。
同様に、反射光の光束が基準位置（逆三角形の窓のＷ₀の位置）から上側に
＋Ｈ_maxずれた箇所の水平方向に走査される幅Ｗ_maxは、
Ｗ_max＝Ｗ₀＋２Ｈ_max ……（３）
である。
【００３７】
このときの受光手段のセンサー（フォトダイオード）からの矩形波状信号の時間軸方向の幅（ｓｅｃ）がΔＴ_maxであるので、
同様にＷ_maxは、
Ｗ_max＝ＶΔＴ_max＝ＬωΔＴ_max ……（４）
である。
【００３８】
反射光の走査角速度がω（ｒａｄ／ｓｅｃ）とポリゴンミラーの回転角速度がω_m（ｒａｄ／ｓｅｃ）には、
ω＝２ω_m ……（５）
の関係式があるので、Ｈ_minは、
Ｈ_min＝（Ｗ₀−Ｗ_min）／２ ……（６）
より、
Ｈ_min＝（Ｗ₀／２）−｛（Ｌω／２）ΔＴ_min｝ ……（７）
である。
Ｈ_maxは、
Ｈ_max＝（Ｗ_max−Ｗ₀）／２ ……（８）
より、
Ｈ_max＝[（Ｌω／２）ΔＴ_max]−（Ｗ₀／２） ……（９）
である。
【００３９】
そしてＨ_minとＨ_maxの和よりΔＨは、
ΔＨ＝Ｈ_min＋Ｈ_max ……（１０）
より、
ΔＨ＝（Ｌω／２）（ΔＴ_max−ΔＴ_min） ……（１１）
である。
【００４０】
そしてポリゴンミラーのミラー面が回転軸より上向きに傾いた角度をφ_maxとすると、
φ_max＝（１／２）ｔａｎ^-1（Ｈ_max／Ｌ） ……（１２）
である。
【００４１】
そしてポリゴンミラーのミラー面が回転軸より下向きに傾いた角度を−φ_minとすると、
−φ_min＝−（１／２）ｔａｎ^-1（Ｈ_min／Ｌ） ……（１３）
である。
【００４２】
面倒れ量Δφはφ_minとφ_maxの和より、
Δφ＝φ_min＋φ_max ……（１４）
Δφ＝（１／２）ｔａｎ^-1（Ｈ_min／Ｌ）＋（１／２）ｔａｎ^-1（Ｈ_max／Ｌ）
である。
【００４３】
φ＝０近傍の近似式で式を簡単にするとΔφは、
Δφ＝（１／２）ｔａｎ^-1｛（Ｈ_min＋Ｈ_max）／Ｌ｝ ……（１５）
であり、
Δφ＝（１／２）ｔａｎ^-1｛ω／２（ΔＴ_max−ΔＴ_min）｝ ……（１６）
となる。
【００４４】
さらに、ポリゴンミラーの回転軸に対して垂直な方向より光束として照射するレーザービームが、垂直な方向よりも角度θだけ傾いた方向より照射されるとき、そのときの反射光の回転軸に対して垂直な方向にたいする角度を２φ_Eとすれば、面倒れ量の真値Δφ_T（補正された面倒れ量）は、
Δφ_T＝（１／２）ｔａｎ^-1（ｔａｎ２φ_E／ｃｏｓθ） ……（１７）
であり、
Δφ_T＝（１／２）ｔａｎ^-1［｛ω／２（ΔＴ_max−ΔＴ_min）｝／ｃｏｓθ］
となる。以上のような面倒れ量の補正方法を走査光学系測定記録媒体に記録すれば走査光学系測定装置や測定プログラムのメンテナンスも容易にできる。
【００４５】
図６、図７に測定結果の一例を示す。
【００４６】
なお、本実施例では遮光手段５には逆三角形の窓を設けたが、時間情報を付与するための窓形状は多様なものが出来ることは言うまでもない。略Ｖ字型や、正三角形や、丸窓などでもよく、これらを任意に選択できるようにしてもよい。また透過型液晶で光の透過部、遮蔽部を任意の形状に選択出来るようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の走査光学系測定方法および走査光学系測定装置は従来よりも測定方法を簡単にでき、また簡単な設備で測定ができるのでコスト低減や品質の向上が図れて、産業的価値は大である。
【００４８】
また、本発明の走査光学系測定記録媒体は測定プログラムの書き換えを行うことが容易であるため、測定プログラムの算出時に測定系の誤差要因を補正するように測定プログラムの書き換えもでき、測定プログラムのメンテナンスも容易にできるので、産業的価値は大である。
【００４９】
また、本発明のポリゴンミラー検査装置を用いたポリゴンミラースキャナーモータは従来よりも検査のコストの低減ができ、ポリゴンミラースキャナーモータのジッターの品質も高められるので、産業的価値は大である。
【００５０】
また、本発明のポリゴンミラースキャナーモータをレーザービームプリンタに用いればレーザービームプリンタの直接材料費の低減や印字画質の向上が図れるので、産業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の測定系を示す平面図
【図２】本発明の実施例の測定系を示す斜視図
【図３】受光手段のセンサーの矩形波状信号波形図
【図４】遮光手段の形状図
【図５】ミラー面と受光手段のセンサーの位置関係を示す図
【図６】本発明の実施例の測定結果の一例を示す図
【図７】本発明の実施例の測定結果の一例を示す図
【符号の説明】
１ 光偏向器（ポリゴンミラー）
２ レーザービーム
３ センサー（フォトダイオード）
４ 遮光手段
５ 逆三角形の窓
６ 回転軸
７ ミラー面

Claims (3)

1. 複数の偏向面を有する光偏向器を回転させながら光偏向器の回転軸に対して略垂直な方向から光束を前記偏向面に照射して、前記光束が前記偏向面ごとに反射されて前記光偏向器の回転方向に走査される反射光を遮光手段の窓を通過させ、前記遮光手段の窓を通過した反射光の光走査の幅に基づく時間情報を１つのみの受光手段で偏向面ごとに算出してその最大時間幅Ｗ_ｍａｘと最小時間幅Ｗ_ｍｉｎを求め、前記最大時間幅Ｗ_ｍａｘと前記最小時間幅Ｗ_ｍｉｎと反射光が回転方向に走査される走査角速度とをもとに前記光偏向器の傾き量を算出することを特徴とする走査光学系測定方法。
2. 光束を照射する光照射手段と、光偏向器を回転させる回転手段と、透過と遮光とが光束の走査位置で異なる遮光手段と、受光した光束を時間情報に変換する受光手段と、光偏向器の偏向面ごとの回転軸方向の傾き量を算出するプログラムされたコンピュータとを備え、
   前記光束を回転させた前記光偏向器に照射して、前記光偏向器の偏向面ごとに反射されて回転方向に走査される反射光の光路に前記遮光手段を備え、遮光手段の窓を通過させた反射光を１つのみの前記受光手段で受光させて前記遮光手段の窓を通過した反射光の光走査の幅に基づく時間情報を偏向面ごとに算出してその最大時間幅Ｗ_ｍａｘと最小時間幅Ｗ_ｍｉｎを求め、前記最大時間幅Ｗ_ｍａｘと前記最小時間幅Ｗ_ｍｉｎと反射光が回転方向に走査される走査角速度とをもとに前記光偏向器の傾き量を前記コンピュータで算出させることを特徴とする走査光学系測定装置。
3. コンピュータによって光偏向器の偏向面ごとの回転軸方向の傾き量を算出するための測定プログラムを記録した走査光学系測定記録媒体であって、
   前記測定プログラムは光偏向器を回転させながら光束を照射させ、前記光偏向器の偏向面ごとに反射されて前記光偏向器の回転方向に走査される反射光を遮光手段の窓を通過させ、前記遮光手段の窓を通過した反射光の光走査の幅に基づく時間情報を１つのみの受光手段で偏向面ごとに算出してその最大時間幅Ｗ_ｍａｘと最小時間幅Ｗ_ｍｉｎを求め、前記最大時間幅Ｗ_ｍａｘと前記最小時間幅Ｗ_ｍｉｎと反射光が回転方向に走査される走査角速度とをもとに前記光偏向器の傾き量を算出させることを特徴とする測定プログラムを記録した走査光学系測定記録媒体。

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