JP5864977B2 - 走査光学系の製造方法および走査光学系の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査光学系全体、もしくは走査光学系を構成する光学素子を被検物として、その良否をビーム走査によって検査する装置および方法に関するものである。特に、走査光学装置を画像形成装置に組み込んだ際に、画像ムラ等、印字品位を劣化させることがある走査光学系全体、もしくは走査光学系を構成する光学素子の良否検査をするのに好適なものである。

これまで、光学素子若しくは光学ユニットの光学性能評価の一環として、スポット径の測定が行われてきた。一般にスポット径が肥大すると、ビームスポットのピーク光量が低下するため、印字された画像はスポット径が肥大した像高で濃度が薄くなる傾向にある。製品として濃度ムラが著しい画像品位の劣化した製品は出荷できないため、スポット径が局所的であれ、大きな値をとるような光学系や光学素子は、ユニットや部品の段階で廃棄若しくは再調整してきた。

スポット径を評価する方法としては、二次元エリア受光センサーを走査方向に移動させながらスポットの光量分布を解析する方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００２−０８６７９５号公報

しかしながら、スポット径と画像濃度は線形な関係ではなく、検査値を超えても印字画像としては特に問題の無いものや、逆に検査値を超えていなくても印字画像に濃度ムラが見られるものが時々発生していた。また、生産現場では原因の特定よりも良否検査こそが重要であり、その上で測定時間の短縮化や装置構成の簡易化が可能な評価装置の方が必要とされている。これに対してスポット径を測定する方法は、測定に時間がかかるといった問題もあった。

本発明の目的は、装置構成が簡易であり、容易に良否検査が可能な走査光学系の製造方法および走査光学系の検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る走査光学系の製造方法は、光束を偏向する偏向手段と、該偏向手段に光束を導光する入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光束を集光する結像光学系と、を備える走査光学系の製造方法であって、主走査方向の各像高位置において、前記結像光学系により集光される光束を、主走査方向の幅が該光束のスポット径よりも小さい受光領域で受光して、像高位置毎のピーク光量を取得する第１の工程と、前記第１の工程で得られるピーク光量の各像高位置に対する分布データを、主走査方向において評価幅毎に平滑化する第２の工程と、前記第２の工程で得られるデータに基づいて、前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査する第３の工程と、を有し、前記評価幅は、主走査方向において、前記偏向手段からの光束が前記結像光学系の光学面上で光束幅の分だけ移動したときの、前記光束の前記結像光学系の像面上での移動量よりも小さいことを特徴とする。

また、本発明に係る走査光学系の検査装置は、光束を偏向する偏向手段と、該偏向手段に光束を導光する入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光束を集光する結像光学系と、を備える走査光学系の検査装置であって、主走査方向の各像高位置において、前記結像光学系により集光される光束を、主走査方向の幅が該光束のスポット径よりも小さい受光領域で受光する受光部と、前記受光部の出力に基づいて、像高位置毎のピーク光量を取得する第１の処理と、該第１の処理で得られるピーク光量の各像高位置に対する分布データを、主走査方向において評価幅毎に平滑化する第２の処理と、該第２の処理で得られるデータに基づいて、前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査する第３の処理と、を行う演算部と、を有し、前記評価幅は、主走査方向において、前記偏向手段からの光束が前記結像光学系の光学面上で光束幅の分だけ移動したときの、前記光束の前記結像光学系の像面上での移動量よりも小さいことを特徴とする。

（作用）
本発明では、基本的にスポット径の替わりにピーク光量に基づいて、走査光学系全体もしくは走査光学系を構成する光学素子の良否を検査する。

本発明によれば、装置構成が簡易であり、容易に良否検査が可能な走査光学系の製造方法および走査光学系の検査装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係るビーム走査検査装置の要部断面図である。 良否検査の検査方法１のフローチャート図である。 良否検査の検査方法２のフローチャート図である。 良否検査の検査方法３のフローチャート図である。 良否検査の検査方法４のフローチャート図である。 良否検査の検査方法５のフローチャート図である。 良否検査の検査方法６のフローチャート図である。 良否検査の検査方法１に関し、各像高位置に対するピーク光量を示すグラフ図である。 良否検査の検査方法２に関し、各像高位置に対するピーク光量を示すグラフ図である。 良否検査の検査方法３に関し、各像高位置に対するピーク光量を示すグラフ図である。 良否検査の検査方法４に関し、各像高位置に対するピーク光量を示すグラフ図である。 良否検査の検査方法６に関し、各像高位置に対するピーク光量を示すグラフ図である。 デフォーカスに対するピーク光量の変化を示す図である。 スポットプロファイルを示す図である。 本発明の実施形態に係る走査光学系を搭載したカラー画像形成装置の要部概略図である。

（本明細書における技術用語の定義）
以下、本発明の実施形態を説明するにあたり、本明細書における技術用語を予め定義しておく。本明細書において、「主走査方向」とは、走査光学系から射出された光束が走査する方向であり、「副走査方向」とは、主走査方向と直交する方向である。また、「像面」とは、走査光学系が用いられる走査光学装置における像担持体が配置される平面のことであり、像面湾曲を含んだ概念ではない。

また、走査光学系を構成する光学素子を被検物とする場合の「光学素子」とは、結像光学系に係る走査光学素子（ｆθレンズ）である。

また、本発明において、「スポット径」とは、２次元スポットプロファイルもしくはこれに基づくプロファイルの最大値の１／ｅ＾２以上の領域の径であり、ＰＳＦスポット径、ＬＳＦスポット径を含む。ここで、ＰＳＦスポット径は、２次源スポットプロファイルの最大値の１／ｅ＾２で規定された径である。またＬＳＦスポット径は、２次源スポットプロファイルを走査方向若しくは走査方向と直交する方向に積和したプロファイルにおける最大値の１／ｅ＾２で規定された径である。

また、「ピーク光量」とは、最大光量に近い光量値の平均値（例えば最大光量の９７％以上の光量値の平均値）、あるいは最大光量を意味する。また、ピーク光量に関して「算出」とは、抽出する場合、演算する場合を含むものとする。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図１５は本実施形態に係る走査光学系を搭載したカラー画像形成装置の要部概略図である。即ち、走査光学系により４ビームを走査して各々並行して像担持体である感光体上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図１５において、６０はカラー画像形成装置、１００は走査光学系を備える走査光学装置である。２１、２２、２３、２４は各々互いに異なった色のトナー画像を形成する像担持体として被走査面に設けられる感光ドラムであり、３１、３２、３３、３４は各々現像器、５１は記録材を搬送する搬送ベルトである。

図１５において、カラー画像形成装置６０には、パーソナルコンピュータ等の外部機器５２からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ５３（外部機器５２から入力したコードデータをビーム走査用の画像信号に変換）によって、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、走査光学装置１００に入力される。

そして、走査光学装置１００からは、各画像データに応じて変調された光ビーム４１、４２、４３、４４が出射され、これらの光ビームによって感光ドラム２１、２２、２３、２４の感光面が主走査方向に走査される。

図１５で、カラー画像形成装置は走査光学装置１００により４ビームを走査し、各々がＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂ（ブラック）の各色に対応している。そして各々平行して感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、各色のトナーによるカラー画像を高速に印字している。

図１５で、カラー画像形成装置は、上述の如く走査光学装置１００により各々の画像データに基づいた光ビームを用いて各色に対応した静電潜像を各々対応する感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に形成している。その後、被転写材としての記録材（記録紙）に多重転写する転写器、更にトナー像を記録材に定着させる定着器を介して１枚のフルカラー画像を形成している。

外部機器５２としては、例えばＣＣＤセンサを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置６０とで、カラーデジタル複写機が構成される。

（走査光学系のスポットプロファイル）
電子写真は、光ビームで感光体上に潜像を作り、そこにトナーを付け、紙などに転写して印字している。このため、走査光学系には正確に潜像を作ることが要求されている。特に、印字画像に濃度ムラを作らないようにするためには、潜像を作る際のビームスポットの全光量よりもビームスポットのピーク光量が重要なパラメータとなる。

仮に、ピント位置が大きくずれたり、スポットの形状がいびつになっていたりする場合を考える。このときビームスポットの全光量は変わらないが、スポットプロファイルは図１４の２のように山が潰れたかのような分布を示す。図１４の１は本来のスポットプロファイルを、２はピント位置がずれた場合のスポットプロファイルを示しており、横軸が像面上におけるスポット径方向の座標を、縦軸が光量を示している。このようにスポットプロファイルが変形してしまうと、感光体上の電位は余り下がらなくなる。

これに対して、感光体の電位はある一定以上に下がっていないとトナーは転写しないため、結果として転写しないか、わずかにしか転写しなくなる。

そこで、本発明では、以下に実施形態を示すように、ピーク光量を基に走査光学系や走査光学系に用いられている光学素子の良否を検査するビーム走査検査装置およびビーム走査検査方法を提供する。

（ビーム走査検査装置）
図１は、本実施形態における走査光学系の検査装置（ビーム走査検査装置）の概略図である。図１において、１は走査光学系であり、走査光学系内に設けられた回転多面鏡によってスポット走査している。本実施形態で走査光学系１とは、ポリゴンミラー、光源からポリゴンミラーに至る入射光学系、ポリゴンミラーから像面である感光ドラム面に至る結像光学系を含む。本実施形態では走査光学系全体を被検物とするが、走査光学系を構成する光学素子として、結像光学系を構成する結像光学素子（ｆθレンズ）を被検物としても良い。

また、被検物としての光学素子は単一の光学素子であっても良いし、ユニットなど複数の光学素子であっても良い。走査光学系を構成する光学素子を被検物とする場合には、被検物以外の走査光学系の構成要素については良品である工具用の構成要素が配置されることになる。

図１で、２はスリットであり、走査光学系１から射出された光ビームの一部のみが受光センサー３に入射するように遮光している。受光センサー３は、スリット２を通過した光を受光し、受光した光量に応じた信号を出力している。スリット２は受光センサー３の受光面３ａの表面近傍に設けてあり、走査光学系１からの光ビームの入射角度によらずスリット２を通過した光ビームが受光面３ａから外れないようにしている。４はステージであり、スリット２と受光センサー３を載せており、スライダー５で主走査方向（図中Ｙ方向）に変位可能にしている。

６はステージ４の主走査方向の位置を測定するステージ位置測定手段であり、ステージ４の位置（像高位置に対応）を出力している。７は演算部であり、受光センサー３から送られてきた信号を基に、以下に詳述するようにピーク光量を算出し、複数の像高位置で算出されたピーク光量を基に走査光学系の良否検査をしている。なお、図１で、８は走査光学系を支持するステージであり、走査光学系の光軸方向（図中Ｘ方向）に移動可能している。

（ピーク光量の算出）
本実施形態において、ステージ８に固定された走査光学系１より射出された光ビームは、主走査方向（図１のＹ方向）にスポット走査する。これに対してスリット２及び受光センサー３が、スポット走査の走査速度に対して非常に遅い速度で、主走査方向にスライダー５によって送られていく。このため、１走査中のある時刻に、ビームスポットがスリット２を横切る。本実施形態における主走査方向のビームスポット径が７０μｍであるのに対して、スリット２の主走査方向の隙間（受光幅）は８μｍと狭くなっている。このため、スポットが主走査方向のある像高位置でスリット２を横切っている間、常にスポットの一部しかスリット２を通過できなくなっている。

よって受光センサー３は、副走査方向に折りたたまれたスポット光量分布、つまりＬＳＦ（Ｌｉｎｅ Ｓｐｒｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）スポットプロファイルを時間軸に対して出力することになる。演算部７は、受光センサー３から出力されたＬＳＦスポットプロファイルから、主走査方向の所定像高位置における１走査中の最大光量を算出（抽出あるいは演算）し、本実施形態ではこの最大光量をピーク光量としている。

また、走査光学系１の走査幅（印字領域）２１０ｍｍに対して測定領域は２５０ｍｍと広くしている。スライダー５はこの領域を約１０秒でステージ４を介して受光センサー３を移動させている。走査光学系が１秒間に２０００走査する場合、約２００００のＬＳＦスポットプロファイルデータが受光センサー３から出力されるが、あまりにもデータ数が多すぎるため、本実施形態では、ピーク光量の算出を５走査につき１回行っている。この場合、約４０００点のピーク光量データが抽出データとして得られる。

抽出データとはいっても、主走査方向の像高位置に対して約６０μｍ間隔と非常に狭い間隔のデータを取得しており、測定上の支障は無い。本実施形態ではデータを抽出したが、算出データとして抽出データの他、平均化したデータ等を用いても良い。また、５走査の管理の方法としては、一定以上の出力が受光センサーから出力されてから、５走査に相当する時間内に得られた出力を対象にしてもよいし、一定以上の出力が受光センサーから出力されてから一定以下の出力となる回数を管理してもよい。ここでは５走査としたが、必要なデータ数に応じて適宜変えてもよい。

また、本実施形態では、走査光学系の本来の像面位置に対して０ｍｍ及び±２ｍｍずらした位置に受光手段における受光領域としてのスリット２が配置されるように、ステージ８を移動させている。特にずらして配置しているのは、光学素子の光学面上において局所的な形状異常が発生し、結果としてピント位置がずれた場合に発見を容易にするためである。

通常、走査光学系の光軸方向に対するピーク光量の変化は、図１３のようになる。ここで図中の横軸は光軸方向の位置を表し、本来の像面の位置を０としている。縦軸はピーク光量を示している。図１３において、像面近傍における光量の微分値と、そこからずれた位置における光量の微分値の絶対値を比較すると、像面近傍における光量の微分値のほうが小さい。即ち、本来の像面位置で測定して場合、ピント移動が生じた場合の光量変化が小さいことを意味している。よって、本実施形態では、走査光学系の像面位置から±２ｍｍずらした個所（複数箇所）にスリット２を配置して、ピーク光量を評価している。

尚、設計上存在する走査光学系の像面湾曲のため、オフセットした位置にピント位置がある場合や、局所的なピント変動の結果、ピント位置がオフセットした位置に来ることもあり得るため、本実施形態のように光軸方向に対して複数個所で測定することが好ましい。その際、測定個所として本実施形態のように「０」の位置を含んでいても良い。尚、ピーク光量の算出方法であるが、ノイズ等の影響を受け、適切でない値がピーク光量として算出される場合がある。このような影響を軽減するために、例えば最大光量の９７％以上となるデータを用いて、平均値を算出し、ピーク光量として扱っても良い。

本実施形態では、以下に述べる複数の像高位置に対するピーク光量の分布データを基に、走査光学系全体もしくは走査光学系を構成する光学素子の良否検査を行なう。

（複数の像高位置に対するピーク光量に基づく良否の検査）
［良否の検査方法１］
以下、走査光学系の製造時における良否の検査方法１に関して詳細に記載する。本検査方法のフローチャートを図２に示す。本検査方法では、受光センサー３から送られてきた信号を基に、演算部７でピーク光量を算出する。同時にステージ位置測定手段から送られてくるステージの位置（像高位置）情報を基に、測定位置とピーク光量を関連付ける。尚、スリット２の位置が像面上からずらして配置されているときは、測定位置と実施の印字位置が異なるため、座標変換を行う。

ところで、この段階のデータは、図８の上方に示すように非常にノイズが多く、そのままでは良否検査は困難である。そこで、本実施形態では、以下のようにして良品検査を行った。

１）ピーク光量の分布データに対して５ｍｍ幅の移動平均（あらゆる像高位置に対し、主走査方向の手前側および奥側夫々２．５ｍｍの領域内の各データの平均）を求めることで、主走査方向５ｍｍ幅で平滑処理されたピーク光量を算出する。

２）更に、移動平均による平滑化で求めたピーク光量データを、移動平均による平滑化をする前の印字領域内のデータの平均値に対して規格化する。例えば、図８に示すような生データが得られた場合、移動平均と記載された値を算出することができる。尚、図８で横軸は像高位置、縦軸はピーク光量を示している。

３）規格化されたピーク光量の分布に対して、あらゆる像高位置に対し、主走査方向の手前側および奥側夫々２．５ｍｍの領域内の最大、最小の差分（ＰＶ値）を求め、差分（ＰＶ値）の最大値が所定範囲内か、この所定範囲を超えるかで、良否の検査を行った。なお、平滑化処理と規格化の順番は、逆であっても差し支えない。

ここで、上記１）の移動平均を算出する際に５ｍｍ幅（評価幅５ｍｍ）で評価したことに関して補足する。局所的な箇所のピーク光量を求めるに当たり、あまりに評価幅を広くすると他の場所の情報が大きく反映され、求めたい箇所での本来のピーク光量から逸脱する。よって、その意味では評価幅は狭くすることが好ましい。そこで本実施形態では、ある時刻における光学素子上の光束通過領域に対して、光束通過領域が重ならなくなる(光束幅の分だけ主走査方向に移動する）までに像面上で走査する距離を評価幅の上限とした。

これは光学面上にゴミや傷、局所的な形状異常等があった場合に、その箇所を光束通過領域が含んでいる間はピーク光量に影響を与え続けるため、その領域のデータを用いて平滑化してもデータの異常性を失うことは無いためである。これを超えて評価幅を広げていくと、ピーク光量データの異常性が希薄化し、不良箇所を発見できなくなる恐れがある。本実施形態においては軸上像高に向かう時のｆθレンズ光学面上での主走査方向の光束幅は２．２ｍｍある。また像面上で２１０ｍｍ走査する間にｆθレンズ光学面上では７０．２ｍｍ光束は移動する。よって６．６ｍｍ以下の評価幅で評価する必要がある。

これに対して評価領域を狭くしていくと、他の場所の影響は低減できる反面、本来の目的である平滑化が不十分になり、不良箇所を示すデータがノイズに埋もれてしまう恐れがある。ノイズを低減するにはノイズ成分の周期以上の幅で平滑化処理を行えばよい。とはいえ、ノイズ成分の周期を見積もることは容易ではなく、また測定環境の影響も受ける可能性があるため、初めから極力評価幅を広げておくことが好ましい。そこで本実施形態では、先程求めた評価幅の上限値の１／２である３．３ｍｍを評価幅の下限値とし、上下限のほぼ中心である５ｍｍを移動平均の評価幅とした。

次に、上記２）の平滑処理で求めたピーク光量データを平均値で規格化した事に関して補足する。製品によって像面上での光量は様々であるが、規格化することで機種によらず同一の尺度で評価することが可能となる。また、光量調整がずれていることがあっても、光量の平均値を基に規格化するため、光量調整のずれによる影響も無くすことが可能となる。平滑処理する前のデータの平均値を用いたのは、平滑処理後のデータを用いた場合、印字位置領域外の情報も含んでおり、その影響を防ぐためである。

よって、何らかの事情で平滑化後のデータを基に正規化する場合は、印字領域外の情報を含む端部像高のデータを除いて平均値を求めればよい。本実施形態の場合、仮に平滑処理後のデータで平均値を出す場合は評価幅を５ｍｍとしているので、本来の印字領域の−１０５ｍｍ〜＋１０５ｍｍに対して−１０２．５ｍｍ〜＋１０２．５ｍｍのデータを用いればよい。

次に、上記３）の規格化されたピーク光量の印字領域内の最大、最小の差分を求め、この結果を元に良否検査を行った事に関して補足する。規格化されたピーク光量データでは１．１の値を持つ箇所では平均ピーク光量に対して１０％光量が高く、逆に０．９の値を持つ箇所では平均ピーク光量に対して１０％光量が低いことを意味している。ピーク光量と画像濃度は相関性が高いため、ピーク光量の大小に応じて濃度も変化する。よって、前もって許容できる所定範囲のピーク光量のＰＶ値（最大値と最小値との差）を決めておくことで、良否検査が可能となる。

［良否検査の検査方法２］
本検査方法のフローチャートを図３に示す。受光センサー３から送られてきた信号を基に演算部７でピーク光量算出する。同時にステージ位置測定手段から送られてくるステージの位置情報を基に、測定位置とピーク光量を関連付ける。尚、スリット２の位置が像面上からずらして配置されているときは、測定位置と実施の印字位置が異なるため、座標変換を行う。この段階のピーク光量の分布データは図８に示すように非常にノイズが多く、そのままでは良否検査は困難である。そこで本実施形態では、以下のステップを有する。

１）平均光量で正規化する。

２）その後、一定幅領域（５ｍｍ幅内の領域）におけるピーク光量の分布データを２次関数近似する。

用いたデータ群の平均座標を近似した２次関数に代入することで図９（ａ）に示すような平滑処理されたピーク光量を算出する。図の縦軸・横軸の意味は図８と同じである。

３）更に前記近似二次関数を測定座標で微分した一次微分関数に、前述の平均座標を代入して求めたピーク光量変化量を算出し、この結果を基に良否検査を行った。

図９（ｂ）に、図９（ａ）のデータを基に算出したピーク光量変化量を示す。横軸は図９（ａ）と同様の換算後座標、縦軸は一階微分値である。尚、平均光量とは測定直後の生データに対して印字領域内の測定値を基に算出した平均値であり、平均光量で正規化する理由及び、５ｍｍ幅で近似値を算出した理由は［良否検査の検査方法１］と同様のため記載を省略する。

ここで、ピーク光量変化量で良否検査を行ったことに関して補足する。印字画像が特に劣化して認識されやすい状態として、局所時に濃度ムラがある場合が挙げられる。これは狭い範囲において印字濃度差があると無意識のうちに比較してしまい、違和感を覚えるためである。よって印字濃度の変化を管理すればそのような違和感を覚えるような印字をする製品を軽減することができる。

但し、実際に印字結果で判断するためには、製品として完成された状態にする必要があり、実際にはもっと製造工程の上流で問題となりそうな走査光学系や光学素子を見つけ出すことが好ましい。これに対してピーク光量と画像濃度は相関性が高いため、ピーク光量の変化を管理することで走査光学系単体での評価が可能となる。

次にピーク光量データを２次関数近似した事に関して補足する。上述したようにピーク光量の変化量を管理することで、印字品位を判断することが可能である。これを実現する最も容易な方法は近似関数に一階微分できるだけの次数を持たせ、この近似式を微分する方法である。よって１次以上の次数を持つ関数で近似することが好ましい。本検査方法で２次関数を選択した理由であるが、１次関数で近似した場合、ピーク光量の波形を上手く表現できず近似誤差が大きくなること、３次以上の関数で近似した場合、ノイズの影響を受けやすくなり逆に影響を受けることが発生することに因る。よって、ノイズが軽微であれば３次以上の近似関数を用いても構わない。

尚、本検査方法では平滑処理を行ったピーク光量を算出し、大きな光量変化もチェックできるようにしたが、画像スジのような短い周期でのピーク光量の変化のみに着目する場合はこの工程は省いてもかまわない。

［良否検査の検査方法３］
本検査方法のフローチャートを図４に示す。受光センサー３から送られてきた信号を基に演算部７でピーク光量を算出する。同時にステージ位置測定手段から送られてくるステージの位置情報を基に、像高位置とピーク光量を関連付ける。但し、この段階のデータは図１０（ａ）に示すように非常にノイズが多く、そのままでは良否検査は困難である。縦軸・横軸の意味は図８と同じである。また印字濃度ムラの認識のし易さは、濃度ムラの空間周波数に大きく依存する。仮に極低周波で濃度が変化する場合、濃度の変化があるようには感じられなくなる。

逆に高周波で濃度が変化する場合、あまりにも濃淡の変化が細かすぎるため人の目には濃度ムラとして認識できなくなるためである。そこで、本実施形態では平均光量で正規化後、図１０（ｂ）に示すようにピーク光量の分布データを周波数分解する。そして、人の目に画像スジとして認識しやすい所定の周波数帯に対しては、規格（例えば最大振幅の規格）を厳しく、逆に認識し難い周波数帯に対しては、規格を緩和して運用している。図１０の横軸は、空間周波数［１／ｍｍ］を示し、縦軸は振幅を示している。尚、ノイズ成分と思われる周波数帯は、認識し難い領域の周波数帯であったこともあり、良否検査の範囲外とした。

具体的には、１／５０ｍｍ〜１／５ｍｍの空間周期帯は、画像スジとして認識しやすい周波数帯ということで、上記の周波数帯のいずれかで０．００３を超えるものは不良品と判断し、他の周波数帯は特に検査値を設けなかった。上記検査値の０．００３とは、１周期の間に平均光量に対して±０．３％光量が変化するという意味である。尚、検査値をここでは０．００３としたが、光量に対する濃度の関係が敏感なときなどは、この値を適宜変える必要がある。また、上記の周波数帯においても高周波若しくは低周波に寄った領域では、認識が難しくなっていくので、段階的に検査値を変化させても良い。

尚、平均光量とは、測定直後の生データに対して印字領域内の測定値を基に算出した平均値であり、平均光量で正規化する理由及び、５ｍｍ幅で近似値を算出した理由は［良否検査の検査方法１］と同様のため記載を省略する。

なお、本検査方法では、スリットの移動範囲を両側で各々２５ｍｍずつ延長したが、スリットの稼動範囲を延長した事に関して記載する。スリットの稼動開始時には所望の速度になるまで加速を続け、逆に稼動終了位置に近い領域では減速を続けるため、この間スリットの移動速度は変化する。測定データは、走査光が横切るたびにデータを出力するため、測定位置の間隔は不揃いになる。これに対して周波数分解する最も容易で高速に処理する方法として、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）法が良く知られているが、この処理を行うにあたり、データを測定座標に対して等間隔で並べる必要がある。

よって、この方法を使うにはスリットは等速に移動していることが好ましい。そこでスリットの速度が変化している領域がデータ処理するために必要とする領域に重ならないようにするために、スリットの稼動範囲を延長した。

［良否検査の検査方法４］
本検査方法のフローチャートを図５に示す。ここで記載する方法は、ピーク光量の分布データを周波数分解するところまでは「良否検査の検査方法３」と同一のため記載を省略する。本検査方法では、画像スジとして認識しやすい周波数帯１／５０ｍｍ〜１／５ｍｍの成分のみをフーリエ逆変換する（図１１参照）。そして、ノイズが除去された逆変換後のデータに対して任意の５ｍｍ幅内でＰＶ値（最大値と最小値の差）が０．０３を超えるものを不良品と判断した。こうすることで、データ内のノイズの除去ならず、長周期の画像濃度変化による影響も取り除け、純粋に画像スジとして認識しやすい周波数帯のみの影響を見ることができるようになる。

尚、任意の５ｍｍ幅内としたのは、画像スジとして認識しやすい周波数帯の最大周波数１／５ｍｍの周期と同じにしたためである。そもそも画像スジとして認識しやすい周波数帯１／５０ｍｍ〜１／５ｍｍなので、５ｍｍ〜５０ｍｍの評価幅で評価することが好ましい。また認識のし易さは、上記の範囲内であれば狭い範囲内で大きく変化するほど画像スジは認識しやすくなるため、本検査方法では上記範囲のうち最も周期の短い５ｍｍ幅を評価範囲とした。

［良否検査の検査方法５］
本検査方法のフローチャートを図６に示す。ここで記載する方法は、フーリエ逆変換するところまでは［良否検査の検査方法４］と同一のため記載を省略する。逆変換したデータに対して、「良否検査の検査方法２」と同様に、任意の５ｍｍ幅内におけるピーク光量の分布データを２次関数近似し、用いたデータ群の平均座標を近似した２次関数に代入することで、平滑処理されたピーク光量を算出した。更に、前記近似二次関数を測定座標で微分した一次微分関数に前述の平均座標を代入して求めたピーク光量変化量を算出し、この結果を基に良否検査を行った。

このようにすることで、本当に必要な成分のみを取り出すことができ、且つピーク光量変化を評価することで濃度ムラとして認識されやすい箇所を確実に捉えることが可能となる。要所要所の手法の意味や諸数値の理由は［良否検査の検査方法２］や［良否検査の検査方法４］に記載した通りである。

［良否検査の検査方法６］
本検査方法のフローチャートを図７に示す。受光センサー３から送られてきた信号を基に演算部７でピーク光量算出する。同時にステージ位置測定手段から送られてくるステージの位置情報を基に、像高位置とピーク光量を関連付ける。但し、この段階のピーク光量の分布データは図８に示すように非常にノイズが多く、そのままでは良否検査は困難である。そこで本実施形態では、以下のステップを有する。

１）平均光量で正規化する。

２）その後、２０ｍｍ幅の移動平均を求める。

３）次に平均光量で正規化した直後のデータから前記２０ｍｍ移動平均の値を差し引く。

４）次にこのデータに対して任意の５ｍｍ幅で２次関数近似を行う。

用いたデータ群の平均座標を近似した２次関数に代入することで平滑処理されたピーク光量を算出した（図１２（ａ）参照）。

５）この結果に対して、主走査方向のあらゆる像高位置に対し、主走査方向の５ｍｍ幅内でのＰＶ値（最大値と最小値の差）を求め、左記差分（ＰＶ値）の最大値を基に、所定範囲内にあるか所定範囲を超えるかで、良否検査を行った。

もちろん２次関数近似したデータに対して、測定座標で微分した一次微分関数に前述の平均座標を代入して求めたピーク光量変化量を算出し、この結果を基に良否検査を行っても良い（図１２（ｂ）参照）。

ここで、２）の２０ｍｍ幅の移動平均を求めた理由であるが、２０ｍｍ幅の移動平均には実質２０ｍｍ周期以下の空間周波数を持つ光量ムラ成分は存在できなくなる。よって、元データから２０ｍｍ幅の移動平均を差し引くことで、２０ｍｍ周期以下の空間周波数を持つ光量ムラ成分のみを取り出すことが可能となる。画像スジとして認識しやすい周波数帯１／５０ｍｍ〜１／５ｍｍの成分なので、本来は５０ｍｍ周期以下の空間周波数を持つ光量ムラ成分を取り出したいところではある。

しかし、実際に５０ｍｍ幅の移動平均を求めるには、測定幅として最終的に評価したい領域に対して両側で更に２５ｍｍの領域を必要とする。そこまで光線が走査光学系を通過することは稀であり、仮に光線が通ったとしても光学性能の劣化からピーク光量は低下していることが予想されるため、そのような領域を移動平均することは好ましくない。光学性能が劣化した領域を避けて評価すると、今度は評価できる領域が狭くなるため、端部の評価ができなくなることが懸念される。

これに対して、移動平均の幅を２０ｍｍとした場合、最終的に評価したい領域に対して両側で更に１０ｍｍ延長するだけで良く、この程度であれば影響を受けることはほぼ無くなる。仮に影響を受けて評価領域を狭めることになったとしても、評価できない領域は軽微にできる。但し、上記の方法ではノイズ成分はまだ取り除かれていないため、平滑化処理を行う必要がある。そこで本評価方法では任意の５ｍｍ幅で２次関数近似を行っている。５ｍｍ幅の２次関数近似を行った理由に関して「良否検査の検査方法２」と同じため、ここでは省略する。

２０ｍｍ幅の移動平均値を差し引くことで、低周波成分を取り除き、且つ任意の５ｍｍ幅で２次関数近似を行うことで、ノイズを含む高周波成分を取り除いている。よって必要な成分のみを取り出した状態でピーク光量を直接評価したり、ピーク光量の変化量を評価したりすることで、画像スジとして認識されやすい成分を抜き出すことが可能となる。

《第２の実施形態》
（ビーム走査検査装置）
本実施形態に係るビーム走査検査装置は、第１の実施形態に係るビーム走査検査装置に対して、以下の点が異なる。

１）主走査方向及び副走査方向のＬＳＦスポット径を測定していること
２）副走査方向のＬＳＦスポット径を測定するために、受光センサー３近傍に走査方向に対
して垂直な方向に長いラインＣＣＤを配置していること
３）良否検査をＬＳＦピーク光量だけではなくＬＳＦスポット径も考慮していること
受光センサー３は、第１の実施形態におけるものと同様に、副走査方向に折りたたまれたスポット光量分布、即ちＬＳＦ（Ｌｉｎｅ Ｓｐａｒｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）スポットプロファイルを時間軸に対して出力する。演算部７は受光センサー３から出力されたＬＳＦスポットプロファイルから１走査中の最大値を抽出し、ピーク光量としている。更に本実施形態では、同ＬＳＦスポットプロファイルを基にピーク光量の１／ｅ＾２以上の光量となる時間間隔を測定する。そして、この測定された時間間隔に走査光学系１から射出されたビームスポットの走査速度を掛けることで、主走査方向のスポット径を算出している。

また、副走査方向のスポット径に関しては、受光センサー３近傍に走査方向に対して垂直な方向に長いラインＣＣＤを配置し、測定に用いている。ラインＣＣＤの蓄積時間に対して、ビームスポットがラインＣＣＤを横切る時間の方が短いため、ラインＣＣＤから出力されるデータは、主走査方向に折りたたまれたスポット光量分布、つまりＬＳＦスポットプロファイルを位置座標軸に対して出力することになる。更に上記ＬＳＦスポットプロファイルを基にピーク光量の１／ｅ＾２以上の光量となる距離を求めることで、副走査スポット径を算出している。

尚、本実施形態では、スポット径のデータに関しては、スリットの位置が本来の像面上にあるときのデータを重視して良否検査を行っている。但し、データの出力はスリットがずれて配置されているときも行っており、不良の検査結果が出たときに、ピント位置がどの方向にずれているかなどの判断に用いることができるようにしている。

ピーク光量データ及びスポット径を基に走査光学系の良否検査を行っている本実施形態では、不良の検査結果が出た場合には、各像高位置におけるピーク光量およびＬＳＦスポット径を出力する。

（変形例）
上述した実施形態では、スポット径としてＬＳＦスポット径を用いたが、ＰＳＦスポット径を用いても良い。

１・・走査光学系、２・・スリット、３・・受光センサー、４・・ステージ、５・・スライダー、６・・ステージ位置測定手段、７・・演算部、８・・ステージ

Claims (20)

1. 光束を偏向する偏向手段と、該偏向手段に光束を導光する入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光束を集光する結像光学系と、を備える走査光学系の製造方法であって、
   主走査方向の各像高位置において、前記結像光学系により集光される光束を、主走査方向の幅が該光束のスポット径よりも小さい受光領域で受光して、像高位置毎のピーク光量を取得する第１の工程と、
   前記第１の工程で得られるピーク光量の各像高位置に対する分布データを、主走査方向において評価幅毎に平滑化する第２の工程と、
   前記第２の工程で得られるデータに基づいて、前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査する第３の工程と、を有し、
   前記評価幅は、主走査方向において、前記偏向手段からの光束が前記結像光学系の光学面上で光束幅の分だけ移動したときの、前記光束の前記結像光学系の像面上での移動量よりも小さいことを特徴とする製造方法。
2. 前記評価幅は、主走査方向において、前記偏向手段からの光束が前記結像光学系の光学面上で光束幅の分だけ移動したときの、前記光束の前記結像光学系の像面上での移動量の半値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記評価幅は、３．３ｍｍ以上６．６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記第２の工程では、前記ピーク光量の分布データの前記評価幅毎の移動平均を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 前記第２の工程では、前記ピーク光量の分布データを前記評価幅毎に関数近似することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法。
6. 前記第３の工程では、前記第２の工程で得られるデータを微分して各像高位置に対するピーク光量の変化量を求め、該ピーク光量の変化量に基づいて前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の製造方法。
7. 前記第３の工程は、前記第２の工程で得られるデータに対して最大振幅の規格を設け、該最大振幅の規格に基づいて前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の製造方法。
8. 前記第３の工程では、前記第２の工程で得られるデータにおいて、所定の範囲から外れているデータの有無に基づいて前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の製造方法。
9. 前記第３の工程では、前記第２の工程で得られるデータにおいて、各像高位置に対する一定の評価幅での最大値と最小値との差分が所定範囲内に含まれるか否かに基づいて前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の製造方法。
10. 前記第１の工程では、前記結像光学系の像面位置に対して光軸方向にずれて配置された受光領域で、前記結像光学系により集光される光束を受光することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の製造方法。
11. 光束を偏向する偏向手段と、該偏向手段に光束を導光する入射光学系と、前記偏向手段により偏向された光束を集光する結像光学系と、を備える走査光学系の検査装置であって、
    主走査方向の各像高位置において、前記結像光学系により集光される光束を、主走査方向の幅が該光束のスポット径よりも小さい受光領域で受光する受光部と、
    前記受光部の出力に基づいて、像高位置毎のピーク光量を取得する第１の処理と、該第１の処理で得られるピーク光量の各像高位置に対する分布データを、主走査方向において評価幅毎に平滑化する第２の処理と、該第２の処理で得られるデータに基づいて、前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査する第３の処理と、を行う演算部と、を有し、前記評価幅は、主走査方向において、前記偏向手段からの光束が前記結像光学系の光学面上で光束幅の分だけ移動したときの、前記光束の前記結像光学系の像面上での移動量よりも小さいことを特徴とする検査装置。
12. 前記評価幅は、主走査方向において、前記偏向手段からの光束が前記結像光学系の光学面上で光束幅の分だけ移動したときの、前記光束の前記結像光学系の像面上での移動量の半値よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載の検査装置。
13. 前記評価幅は、３．３ｍｍ以上６．６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の検査装置。
14. 前記第２の処理では、前記ピーク光量の分布データの前記評価幅毎の移動平均を算出することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の検査装置。
15. 前記第２の処理では、前記ピーク光量の分布データを前記評価幅毎に関数近似することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の検査装置。
16. 前記第３の処理では、前記第２の処理で得られるデータを微分して各像高位置に対するピーク光量の変化量を求め、該ピーク光量の変化量に基づいて前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査することを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の検査装置。
17. 前記第３の処理は、前記第２の処理で得られるデータに対して最大振幅の規格を設け、該最大振幅の規格に基づいて前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の検査装置。
18. 前記第３の処理では、前記第２の処理で得られるデータにおいて、所定の範囲から外れているデータの有無に基づいて前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査することを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の検査装置。
19. 前記第３の処理では、前記第２の処理で得られるデータにおいて、各像高位置に対する一定の評価幅での最大値と最小値との差分が所定範囲内に含まれるか否かに基づいて前記走査光学系又は前記結像光学系の良否を検査することを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の検査装置。
20. 前記第１の処理では、前記結像光学系の像面位置に対して光軸方向にずれて配置された受光領域で、前記結像光学系により集光される光束を受光することを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の検査装置。