JPH01314926A - 光ビームプロファイル測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光ビームプロファイル測定装置に関し、−層詳
細には、光ビームを偏向して被走査体を走査し画像の記
録あるいは読取を行う光ビーム走査装置において、当該
光ビームの走査中のビーム形状、所謂、動的ビームプロ
ファイルを測定することを可能とする光ビームプロファ
イル測定装置に関する。

［発明の背景］ 従来よりガルバノメータミラーや回転多面鏡、ホログラ
ムスキャナー等の光偏向手段によって一次元方向に偏向
された光ビームにより被走査体を主走査すると共に当該
被走査体を主走査方向と略直交する方向（副走査方向）
に相対的に移動し被走査体を二次元的に走査するよう構
成した光ビーム走査装置が各種記録装置並びに走査読取
装置に右いて広範に使用されている。

そこで、このように動作する機構を具備した光ビーム走
査記録装置を第１図に示す。この光ビーム走査記録装置
では記録用レーザダイオード２から出力されるレーザ光
Ｌ＋　がコリメータ４によって平行光束とされ、矢印方
向に揺動するガルバノメークミラー６およびｆθレンズ
８を介して回転するドラム１０上を矢印入方向に主走査
する。なお、このドラム１０には矢印Ｂ方向に副走査搬
送されるフィルムＦが一対のニップローラ１２ａ、１２
ｂで挟持された状態で摺接する。

一方、同期用レーザダイオード駆動回路１３によって駆
動されるレーザダイオード１４から出力されるレーザ光
Ｌ２はコリメータ１６によって平行光束とされ、ガルバ
ノメータミラー６およびｆθレンズ８を介してグリッド
Ｉ８に照射される。

この場合、グリッド１８には主走査方向（矢印Ａ方向）
に沿って透過部２０ａおよび非透過部２０ｂが交互に形
成されており、このグリッド１８の背面部には集光ロッ
ド２２が配置される。なお、前記集光ロッド２２の両端
部には光検出器２４ａおよび２４ｂが配設され、これら
の光検出器２４ａ、２４ｂからの出力信号は周波数逓倍
ＰＬＬ回路２６に供給される。当該周波数逓倍ＰＬＬ回
路２６の出力信号は原稿から読み取った画像情報を２値
化された網点画像信号に変換する画像信号生成回路２８
の同期信号として供給される。前記画像信号生成回路２
８からの網点画像信号に基づき記録用ＬＤ駆動回路３０
が駆動され、当該記録用ＬＤ駆動回路３０の出力信号に
よって前記記録用レーデダイオード２が駆動される。そ
こで、記録用レーザダイオード２から出力されるレーザ
光Ｌ１が前記のガルバノメータミラー６によって偏向さ
れフィルムＰ上を主走査することによって当該フィルム
Ｐ上の走査線Ｐの位置に所定の画像情報が記録される。

ところで、このように構成される光ビーム走査装置にお
いて、フィルムＰ上をガルバノメータミラー６の揺動動
作によって主走査するレーザ光Ｌ１　は前記フィルムＰ
上の走査線Ｐの全ての点で正確に集光され、従って、そ
のビーム径が走査線Ｐ上で同径になるように制御される
ことが望ましい。このように、光ビームとしてのレーザ
光Ｌ１のビーム径が走査線Ｐ上で同径に制御されること
によりフィルムＰ上で露光むらのない高品質の画像を形
成することが出来るからである。

ところが、光ビームを偏向させるガルバノメータミラー
６等の光偏向器はその反射面６ａの周面部において慣性
力によりミラー面が歪むという、所謂、動歪が発生する
。このように動歪の生じた反射面６ａにより反射されフ
ィルムＰ上に照射されるレーデ光り、は前記フィルムＦ
の主走査方向両端部側に近づくにつれて当該動歪の影響
を大きく受けることになる。すなわち、主走査方向両端
部側において、レーザ光り、のビーム径が太り、所謂、
集光ぼけが生じ、画像等が表された時、その集光ぼけの
ために画像品質が著しく低下するという不都合が指摘さ
れている。

そこで、これらの不都合の改善のために、ガルバノメー
タミラー６の背面部６ｂに補強部材を固着したり、ある
いはガルバノメータミラー６の材質そのものをヤング率
の小さい材料を使用して構成するようにしている。

ところで、従来技術に係る光ビームのプロファイル測定
装置は静止した光ビームを、例えば、画素に対応する充
電変換部が数十万個から構成されているＣＣＤ等の撮像
素子からなる二次元センサに照射し、この二次元センサ
から得られる光強度分布からビームプロファイルを測定
している。すなわち、光偏向器が静止している時に対応
するビームプロファイルのみしか測定出来ない。

然しなから、このような静止した光ビームのプロファイ
ルの測定のみによっては、前記した慣性力による動歪の
影響等の確認が不能であり、結局、逐一画像を再生しな
ければならないことから、光偏向器の改善とそれに伴う
確認作業が極めて煩雑なものとなっている。しかも、改
善度の定量的な数値を把握することが極必で困難であり
、これらのことから光ビーム走査装置において動的光ビ
ームプロファイルの測定は本分野における重要な技術的
課題となっている。

［発明の目的］ 本発明は前記の技術的課題を解決するためになされたも
のであって、偏向される光ビームの走査線上に少なくと
も１個の開口部、例えば、矩形状の開口を有する遮光プ
レートを配設し、当該遮光プレートの光ビーム走査面の
反対面側に光電変換器を配設して前記開口部を透過する
光ビームの光エネルギを光電変換した後微分処理し、当
該微分処理後の出力信号をオシロスコープ等の波形測定
器に導入し、当該波形測定器で観測される光強度分布に
対応する波形形状と前記開口部の開口長とから動的光ビ
ームのビーム径を正確に測定し、この測定結果により被
走査体を走査する光ビームの走査線上の動的ビームプロ
ファイルが最適形状となるように光偏向器等の走査光学
系を調整して高品質の画像を再生することを可能とする
光ビームプロファイル測定装置を提供することを目的と
する。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は光ビームの走査
線上に当該光ビームのビーム径よりも大なる開口長を有
する少なくとも１個の開口部を形成した遮光プレートと
、当該遮光プレートの光ビームが走査される面の反対側
の面に前記開口部に対面するよう配設した光電変換手段
と、当該光電変換手段の出力信号を微分する微分手段と
を具備することを特徴とする。

また、本発明において遮光プレートに画成される開口部
の走査線方向の断面切口形状は光ビームの走査される面
の開口長が当該走査面の反対側の面の開口長と比較して
短いナイフェツジ形状であることを特徴とする。

さらに、本発明は遮光プレートの開口部の開口長が光ビ
ームのビーム径の２倍以上であることを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係る光ビームプロファイル測定装置につ
いて好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照しながら
以下詳細に説明する。

第２図において、参照符号５０は本発明に係る光ビーム
プロファイル測定装置を含む光ビームプロファイル測定
システムを示す。なお、第２図において、第１図に示す
従来技術と同一の構成要素には同一の参照符号を付しそ
の構成を概略的に説明する。

そこで、この光ビームプロファイル測定システム５０は
基本的に走査光学系５２と、その中央部に矩形状に穿設
される開口部５４を有する遮光プレート５６と、前記開
口部５４を通過したレーザ光り、を光電変換する光電変
換部５８とを含むビームプロファイル測定装置６０とか
ら構成される。

この場合、走査光学系５２は、前記したように、記録用
ＬＤ駆動回路３０によって駆動される記録用レーザダイ
オード２と、当該記録用レーザダイオード２から出力さ
れるレーザ光Ｌ１を平行光束とするコリメータ４と、コ
リメータ４によって平行光束とされたレーザ光り、を反
射するガルバノメータミラー６と、このガルバノメータ
ミラー６で反射されたし：ザ光り、の走査速度を一定に
するｆθレンズ８とから構成されている。

第３図の一部分解斜視図に示すように、前記光電変換部
５８の光受光面５９は遮光プレート５６の背面！５７　
ｂに取着され、光電変換部５８の他方の面は保持部材６
２に取着される。この場合、保持部材６２は矢印Ｃ方向
にスライドするスライド板６４の垂直面部６６に係着さ
れると共に、矢印り方向に回動自在に保持されている。

従って、遮光プレート５６は上下方向にスライド可能に
保持されると共に垂直面上時計方向ある゛いは反時計方
向に回動自在に保持されている。スライド板６４の下方
部にはキ一部６８が形成され、このキ一部６８が保持台
７０に形成されたキー溝７２に係着されている。

一方、前記保持台７０の垂直面側部７５には前記スライ
ド板６４の高さ調節ねじ７６が設けられ、これによって
遮光プレート５６の上下位置を調節し固定することが出
来る。前記保持台７０の基底部７８はステージ８０（第
２図参照）の溝部８２に挿入され、主走査方向Ａと同一
方向に当該保持台７０がスライド可能である。この場合
、遮光プレート５６は前記フィルムＦの表面と同一面上
に配置しておく。前記光電変換部５８の出力信号は電流
電圧変換回路９０に導入され電圧信号に変換された後、
増幅器９１、微分回路９２を介して波形測定器としての
、例えば、オシロスコープ９４の垂直軸入力端子に導入
される。

なお、前記遮光プレート５６上に形成される開口部５４
のレーザ光Ｌ１の走査側５７ａ（以下、前面部という）
の走査線Ｐ方向の開口長ＤＥ　　（第４図ａ’ｆ面図参
照）は走査用レーザ光Ｌ１の走査速度の変動に対して十
分率さな値、例えば、数−以下の値であってレーザ光り
、のビーム径ｄＢが後述するように相互に干渉しない長
さ、すなわち、ビーム径を超える長さに設定しておく必
要がある。

本実施態様においては、被測定レーザ光Ｌ１のビーム径
ｄＢが略３０μｍであるので、開口長Ｄ６は２００μｍ
に設定している。なお、開口部５４の切口形状は、第４
図すのＩ’Ｖ−ＩＶ線断面図に示すように、遮光プレー
ト５６の背面部５７ｂの開口長ＤＦの値がＤＦ＞ＤＥと
なるようにダブルナイフェツジ形状に加工しておく。こ
れは開口部に入射するビームの、広い範囲の入射角に対
して実質的な開口長が一定になるようにするためである
。

本実施態様に係る光ビームプロファイル測定装置を組み
込む光ビームプロファイル測定システムは基本的には以
上のように構成されるものであり、次にその作用並びに
効果について説明する。

そこで、先ず、記録用レーザダイオード２より出力され
たレーザ光Ｌ１はコリメータ４を介して矢印方向に揺動
するガルバノメータミラー６の反射面６ａによって反射
され、ｆθレンズ８を介して走査用レーザ光り、として
遮光プレート５６上の開口部５４の前面部５７Ｈに対し
て略直交するように照射される。開口部５４を通過した
レーザ光り、は光電変換部５８によって光電変換され、
レーザ光Ｌ１の強度に応じた電流信号が電流電圧変換回
路９０に導入される。電流電圧変換回路９０に導入され
電圧信号Ｖに変換された信号波形９８には、第５図に示
すように、レーザ光Ｌ１以外の外光によるオフセット分
Ｖ。４．が存在する。　次いで、当該信号波形９８に対
応する電圧信号Ｖを増幅器９１によって増幅処理した後
、微分回路９２により微分処理することにより、光ビー
ム形状に比例した波形信号をとり出すことが出来る。こ
の時、同時にオフセット分Ｖ。ＦＦは除去される。この
波形信号をオシロスコープ９４に導入する。従って、オ
シロスコープ９４の掃引時間を適当に設定することによ
りオシロスコープ９４の管面上に、第５図に示すように
、光ビーム形状に比例した波形信号１００と１０２が表
示される。このような状態において、前記スライド板６
４に係着する保持部材６２を矢印り方向（第３図参照）
に回動させることにより開口部５４を通過してオシロス
コープ９４の管面に表示されたビームプロファイルに対
応する波形信号１００．１０２の時間軸Ｔ方向の波形幅
を最小となるよう調整して保持部材６２をその位置に固
定する。このように調節することにより遮光プレート５
６に形成された開口部５４がレーザ光り、の走査線Ｐに
対して正確に直交する方向に配置される。

次いで、オシロスコープの管面上の波形信号１００．１
０２からその波形間隔り、およびその波形の振幅値が、
例えば、１／ｅ２（ｅ　＝２．７２）に対応する点にお
けるビーム径ｄＢに対応する間隔り、を測定する。この
場合、レーザ光Ｌ１のビーム径ｄｉは次の第（１）式に
よって計算される。

ｄｉ　＝　（Ｌｄ　／ｌ、ａ　）　　・Ｄ６　　　　・
・・（１）ここで、波形間隔り、および間隔Ｌｄのデイ
メンジョンは夫々「時間／目盛」のデイメンジョンであ
るので、Ｌ　ｄ　／　Ｌ　Ｂの値はノンデイメンジョン
となる。結局、ビーム径ｄＢのディメンジョンは開口長
り、のデイメンジョン、この場合、μｍに等しいものと
なる。このようにしてビーム径ｄｌｌを、第２図に示す
ように、フィルムＦ上の全走査域において測定すること
によりビーム径ｄＢが所定の値になっているかどうかを
容易に確認することが出来る。

なお、遮光プレート５６に形成される開口部５４の開口
長ＤＥは、第６図ａに示すように、ビーム径ｄＢに比較
して当該ビーム径ｄＢを超える値に設定しておくことに
より、電流電圧変換回路９０の出力波形が、第６図すに
示すように、微分処理後に２波形に分離可能な波形１０
４となる。

若し、開口長ＤＥが、第６図Ｃに示すように、ビーム径
ｄＢよりも小さな値である場合には、電流電圧変換回路
９０の出力信号波形は、第６図ｄに示すように、微分処
理後に２波形に分離不可能な波形となり、この場合にお
いて、ビーム径の測定誤差は極めて大きなものとなる。

この関係を第７図の特性曲線に示す。すなわち、ビーム
径の測定誤差ε。を小さくするためには、ビーム径ｄ、
に対して開口長り、を十分大きく、少なくともビーム径
ｄＢを超えるように設定しておく必要があることが諒解
されよう。

このようにして、光ビームの動的ビームプロファイルを
容易に測定出来ることからガルバノメータミラー６に取
着した補強部材の動歪に対する効果や材質の変更がビー
ム径に与える影響を極めて簡単に測定することが出来、
光学系の設計、確認作業に要する時間が極めて短縮され
る。なお、光電変換部としてはフォトマルチプライヤ、
フォトダイオード、ビンフォトダイオード等の光電変換
素子のいずれを採用してもよいことは勿論である。

さらにまた、遮光プレート５６は、第８図ａに示すよう
に、開口部５４の両側部にアパーチャ１１０ａ、　１１
０ｂを設け、当該アパーチャ１１０ａ、１１０ｂを通過
するレーザ光Ｌ１　に対応する信号をオシロスコープの
トリガ信号として用いることにより開口部５４に係る波
形信号１００．１０２の立ち上がり部を正確に読み取る
ようにすることも出来ることは勿論である（第８図す参
照）。

さらには、開口部５４に係る開口長ＤＥを可変にするよ
うに構成し、光ビームのビーム径に対応して可撓性の高
いビーム径測定装置とすることも出来る。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、主走査方向に対応させ
てその開口長がビーム径を超え且つ切口部をナイフェツ
ジ形状に加工した開口部を有する遮光プレートと、当該
開口部に係着する光電変換手段および光電変換後の出力
信号を微分処理する微分手段とからビームプロファイル
測定装置を構成している。このため、当該開口部を有す
る遮光プレート上を光ビームで走査し光電変換後の微分
出力信号を、例えば、オシロスコープ等の波形測定器上
に表示することにより、光ビームの動的ビームプロファ
イルを簡単に測定することが出来る。しかも第１式から
諒解されるようにビーム径の算出方法がビームの走査速
度に依存していないので、走査速度が既知の光学系に対
しては勿論のこと、走査速度が未知の光学系あるいは走
査速度の変動する光学系に対してもビーム系の測定が可
能であるという利点が得られる。従って、ミラー振動型
光偏向器の実際の作動時、すなわち、振動時における、
例えば、ビーム径の変化を正確に測定することが出来、
これによりミラー振動型光偏向器を使用する光ビーム走
査装置の設計期間等を短縮することが可能となる。

また、光電変換後の出力信号を微分処理することによっ
て直流オフセット分を除去しているので、外光等の存在
する明るい場所においても当該装置を用いて光ビームの
ビームプロファイルを正確に測定することが出来る。

このように、本発明のビームプロファイル測定装置を用
いれば、画像記録装置や画像読取装置等に用いられる光
ビーム走査装置の動的なビーム形状を容易に測定可能と
なり、装置の組立時や工場出荷時のチエツク、あるいは
定期的なメンテナンス時に利用出来、非常に利用価値が
高い。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な光ビーム走査装置の概略構成図、 第２図は本発明に係る光ビームプロファイル測定装置を
組み込む光ビームプロファイル測定システムの概略構成
図、 第３図は第２図に示す光ビームプロファイル測定システ
ムの中、当該装置の要部構成説明図、第４図ａは第２図
並びに第３図に示す開口部を有する遮光プレートの正面
説明図、 第４図すは当該遮光プレートのＩＶ−ＩＶ線断面図、 第５図は第２図に示す光ビームプロファイル測定システ
ムの作用説明図、 第６図並びに第７図は遮光プレートに形成される開口部
の開口長とビーム径測定誤差との関係の説明図、 第８図は当該遮光プレートの他の実施態様の説明図であ
る。 ２・・・記録用レーザダイオード ４・・・コリメータ ６・・・ガルバノメータミラー ８・・・ｆθレンズ ５０・・・光ビームプロファイル測定システム５４・・
・開口部　　　　　　　５６・・・遮光プレート５８・
・・光電変換部 ６０・・・ビームプロファイル測定装置９０・・・電流
電圧変換回路　　９２・・・微分回路９４・・・オシロ
スコープ　　　Ａ・・・主走査方向Ｌ＋　、Ｌ２・・・
レーザ光 （Ｑ）　　　ｌ− ＦＩＧ、６ （Ｑ） （Ｃ） （ｂ） （ｄ） 手続補正書（自発） １．事件の表示　昭和６３年特許願第＋４９１７２号２
、発明の名称　光ビームプロファイル測定装置３、補正
をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームの走査線上に当該光ビームのビーム径よ
   りも大なる開口長を有する少なくとも１個の開口部を形
   成した遮光プレートと、当該遮光プレートの光ビームが
   走査される面の反対側の面に前記開口部に対面するよう
   配設した光電変換手段と、当該光電変換手段の出力信号
   を微分する微分手段とを具備することを特徴とする光ビ
   ームプロファイル測定装置。
2. （２）請求項１記載の装置において、遮光プレートに画
   成される開口部の走査線方向の断面切口形状は光ビーム
   の走査される面の開口長が当該走査面の反対側の面の開
   口長と比較して短いナイフエッジ形状であることを特徴
   とする光ビームプロファイル測定装置。
3. （３）請求項１または２記載の装置において、遮光プレ
   ートの開口部の開口長は光ビームのビーム径の２倍以上
   であることを特徴とする光ビームプロファイル測定装置
   。