JPH08247732A

JPH08247732A - ビーム径測定装置

Info

Publication number: JPH08247732A
Application number: JP7834595A
Authority: JP
Inventors: Koji Haruyama; 弘司春山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】光学系の母線が傾いてピントが外れた状態で
も正確に簡便にビーム径を測定する。【構成】レーザー光源からのレーザービームは回転多
面鏡２１に入射され、回転多面鏡２１が回転することに
よって走査される。走査されたレーザービームは、集光
レンズ２２によって感光体面Ｋの集光位置Kaに合焦さ
れ、対物レンズ２３によって二次元センサ２４へ結像す
る。結像されたビーム像は二次元センサ２４によって光
電変換され、画像処理手段２５に出力される。画像処理
手段２５は二次元画像データを画素に分割し、画素毎に
輝度をメモリに記憶して、輝度の最大値と最小値から閾
値を求める。更に、画像処理手段２５はこの閾値と比較
して２値画像を作成し、２値画像の島領域毎に番号付け
をして、島領域の全ての最大値、最小値からビーム径を
算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザービームプリン
タ等の走査光学系におけるレーザービーム径測定装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の実施例の構成図であり、レ
ーザー光源１の出射方向の光路上には光学系２、回転可
能な回転多面鏡３が配列され、この回転多面鏡３の反射
方向の光路上には光学系４、感光体５が配列されてい
る。レーザー光源１からのレーザービームは光学系２を
通り、感光体５に合焦しかつ等速直線運動するように、
回転多面鏡３により感光体５の母線Ｚの方向に走査さ
れ、光学系４を通り感光体５に出射する。

【０００３】レーザービームの特性測定項目の１つとし
てビーム径測定があり、回転多面鏡３によって走査する
感光体５の母線Ｚの方向即ち主走査方向Ｘと、母線Ｚと
直交する方向即ち副走査方向Ｙとの測定を行う。ビーム
径を測定する目的の１つは合焦調整等の光学系の調整時
であり、この調整はビーム径を測定しながら光学系の機
械的な移動により行われる。

【０００４】主走査方向Ｘのビーム径測定時には、感光
体５に相当する位置に合焦するように対物レンズを配列
し、この対物レンズを介してレーザービームを図１０に
示す二次元センサ１１上に結像させる。図１０は二次元
センサ１１上に結像されたビーム像Ｐとその光量分布図
を示し、ビーム像Ｐの横軸は主走査方向Ｘを示し、縦軸
は副走査方向Ｙを示している。また、光量分布図の縦軸
Ｙは主走査方向Ｘに対応する位置での二次元センサ１１
上の光量を示している。

【０００５】ビーム径測定時には、先ずビーム像Ｐの光
量分布から最大光量Laと最小光量Lbを求め、これらから
閾値レベルLtを算出する。次に、レーザービームの光量
が最大値となる副走査位置Y1での主走査方向Ｘの光量の
プロフィールPXから、主走査方向Ｘの前後方向で最初に
閾値レベルLtを越える位置Xa、Xbを求め、その差をビー
ム径Ｌの測定値として決定する。なお、副走査方向Ｙの
ビーム径測定については、主走査方向Ｘと直交方向に同
様に行えばよい。

【０００６】また、光学調整の１つである合焦調整、即
ち光学系を移動させながらビーム径Ｌを測定し最適なピ
ント位置を求める場合には、ピント位置から外れた状態
でのビーム径Ｌも測定する必要がある。このピントが外
れた状態にして測定を続けると、単にピーク光量が下が
り徐々にビーム径Ｌが広がるのではなく、レーザー光学
系特有の回折現象によるビームの離散的な拡がりが起き
る。ピントが外れた状態では、最もピーク光量の大きな
主ビームの近傍にサイドローブと呼ばれる島状或いは尾
引き状のビームが現われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例においては、ビーム走査方向Ｘと光学系の母線Ｚが
完全に一致している場合には、サイドローブが発生して
も図１１に示すように正しくビーム径Ｌを測定できる
が、光軸と垂直な平面内で光学系の母線Ｚに傾きを持っ
てしまう場合には、図１２に示すように誤ったビーム径
Ｌを測定してしまう。

【０００８】図１１はビーム走査方向Ｘと光学系の母線
Ｚが完全に一致している場合、図１２は光軸と垂直な平
面内で光学系の母線Ｚに傾きを有する場合のビーム像と
その光量分布図を示しており、横軸、縦軸の諸元は図１
０と同様である。図１２においては、ピント位置が外れ
ていてサイドローブの光量が閾値レベルLtを越えなくな
り、ビーム径Ｌとしては図１２に示すビーム径L2としな
ければならないものを、実際にはビーム径Ｌを小さく図
１２に示すビーム径L1として測定してしまうことがあ
り、これによって合焦調整位置が正確に得られないとい
う問題点がある。

【０００９】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
光学系の母線の傾いた状態でピントが外れた状態でも正
確にビーム径の測定を行うことができ、二次元センサの
ノイズの影響を除去してより正確なビーム径を求め、画
像処理手段で２値画像により求めることなくビーム径を
より簡便に算出することができるビーム径測定装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係るビーム径測定装置は、レーザー光源、
回転多面鏡、光学系から成り感光体面上にレーザービー
ムを集光するレーザー走査光学系と、該レーザー走査光
学系からのレーザービームを前記感光体面の位置に焦点
を合わせるように配置した対物レンズと、該対物レンズ
の結像位置に配置した前記感光体の代りの二次元センサ
と、該二次元センサからの前記レーザービームの輝度分
布に従った映像信号を処理する画像処理手段とを有し、
該画像処理手段により前記二次元センサからのビーム像
輝度信号から輝度の閾値を求め、該閾値以上の輝度を持
つ前記ビーム像輝度信号の所定方向における最外位置か
らビーム径を算出することを特徴とする。

【００１１】

【作用】上述の構成を有するビーム径測定装置は、レー
ザー走査光学系からのレーザービームを対物レンズを介
して二次元センサに結像し、画像処理手段により二次元
センサからのレーザービームの輝度分布に従った映像信
号を処理して輝度の閾値を求め、閾値以上の輝度を持つ
ビーム輝度信号の所定方向における最外位置を求めてビ
ーム径として算出する。

【００１２】

【実施例】本発明を図１〜図８に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。図１は第１の実施例の構成図であ
り、回転多面鏡２１の反射方向の光路上には走査光学系
の一部である集光レンズ２２が配列され、更に円筒状の
感光体面Ｋを介して対物レンズ２３、二次元センサ２４
が順次に配列されている。この二次元センサ２４の出力
は画像処理手段２５に接続され、画像処理手段２５は図
示しない制御手段により制御されるようになっている。

【００１３】なお、走査光学系としてレーザープリンタ
等を構成する場合には、感光体面Ｋには感光体が配置さ
れ、ビーム径測定時には感光体の代りに測定系が配置さ
れる。

【００１４】図示しないレーザー光源からのレーザービ
ームは回転多面鏡２１に入射され、回転多面鏡２１が回
転することによって紙面の垂直方向に走査される。走査
されたレーザービームは、集光レンズ２２によって感光
体面Ｋの円筒の母線上で集光位置Kaに合焦され、対物レ
ンズ２３によって二次元センサ２４へ結像する。結像さ
れたビーム像は二次元センサ２４によって光電変換さ
れ、電気信号となって画像処理手段２５に出力される。

【００１５】図２は画像処理手段２５がビーム径を算出
する際のフローチャート図であり、先ずステップS1にお
いて、画像処理手段２５が二次元センサ２４からのビー
ム像の電気信号を入力し、二次元画像データを最小単位
である画素に分割をして、各画素毎に輝度をデジタルデ
ータとしてメモリに記憶する。

【００１６】図３は各画素毎に輝度をデジタルデータと
した際の二次元画像データの説明図であり、横軸は主走
査方向Ｘを示し、縦軸は副走査方向Ｙを示しており、輝
度の大きい領域ほど白く示されている。

【００１７】ステップS2において、ステップS1で記憶さ
れている二次元画像データの全領域に渡って、各画素の
うちの輝度の最大値と最小値を算出する。最小値は二次
元センサ２４の二次元画像データの背景の部分の輝度と
なり、最大値はビームの部分の最大輝度となる。

【００１８】ステップS3において、ステップS2で求めた
輝度の最大値と最小値から、二次元画像内でビーム径を
求めるための輝度の比較基準値として、閾値Ｔを算出す
る。閾値Ｔの値は輝度の最大値をＡ、最小値をＢ、或る
定数をＣとして、Ｔ＝（Ａ−Ｂ）×Ｃ＋Ｂにより算出される。ここで、Ｃは０〜１の間の定数であ
り、自然定数をｅとしてＣ＝１／ｅ² ≒０．１３５が用
いられる。これはレーザービームがガウス分布をしてい
るときの半値幅を求める値となり、レーザービームの分
布によっては他の値を用いてもよい。

【００１９】次にステップS4において、各画素値の輝度
を閾値Ｔと比較し、輝度の値をＤ、閾値の値をＴとし
て、Ｄ≧Ｔであれ画素データの値ＦはＦ＝１、Ｄ＜Ｔで
あれ画素データの値ＦはＦ＝０というように各画素を符
号化する。図４は各画素毎の画素データＦを示した二次
元画像データの説明図であり、白い部分はＦ＝１、色の
付いた部分はＦ＝０を示している。このように、画像を
２つの領域に分けて新たに作成し、各画素が閾値Ｔ以上
の輝度を持つか否かを示す２値画像として記憶する。

【００２０】ステップS5において、ステップS4で作成さ
れた２値画像を独立した島領域毎に分割し番号付けをす
る。２値画像の領域分割の方法として、ここでは主ビー
ムとサイドローブが離れて存在する場合に、それぞれの
島領域毎に番号付けをする方法を用いる。図５は島領域
毎に番号付けを行った二次元画像データの領域分割像を
示し、各画素は３つの領域T1、T2、T3に分割され、それ
ぞれに対応する番号N1、N2、N3を持っており、それぞれ
番号の同じ画素は同じ島領域に、異なる画素は異なる島
領域に属する。

【００２１】次にステップS6において、ステップS5で得
られた領域分割像から、主ビームの領域T2、２つのサイ
ドローブの領域T1とT3において、それぞれの島領域毎に
主走査方向Ｘの最大位置、最小位置を求める。

【００２２】図６において、主ビームの領域T2に対して
最大位置A2と最小位置B2が求められ、２つのサイドロー
ブの領域T1、T3に対してそれぞれ最大位置A1及びA3、最
小位置B1及びB3が求められる。

【００２３】ステップS7において、ステップS6で得られ
たそれぞれの島領域毎の最大位置A1、A2、A3の最大値Ａ
と、最小位置B1、B2、B3の最小値Ｂとを算出する。図６
において、最大値Ａは最大位置A1、最小値Ｂは最小位置
B3と算出される。

【００２４】ステップS8において、ステップS7で得られ
た最大値Ａ及び最小値Ｂからビーム径を算出する。主走
査方向Ｘの１画素の長さをＧとしたとき、ビーム径Ｌ
は、Ｌ＝（Ａ−Ｂ）×Ｇとして算出される。なお、島領域毎に面積を求めること
により、或る基準面積以下の島領域データを無視してビ
ーム径を求めれば、ノイズ等の影響を軽減することがで
きる。

【００２５】図７は射影データからビーム径を求める他
の実施例のフローチャート図であり、ステップS11 〜S1
4 は図２のステップS1〜S4と同様である。ステップS15
において、ステップS14 で得られた２値画像は２値画像
データとしてメモリに記憶することなく、図８に示すよ
うにビーム像Ｐから直接、主走査方向Ｘの座標軸への射
影データを求める。

【００２６】図８は２値画像とその射影データの説明図
であり、主走査方向Ｘでの或る主走査位置をｘ、副走査
方向Ｙでの副走査位置をｙ、２値画像内の各画素データ
をＦ（ｘ，ｙ）としたとき、射影データＤ（ｘ）は、或
る主走査位置ｘにおける画素データＦ（ｘ，ｙ）を副走
査方向Ｙに積算した値、即ち、Ｄ（ｘ）＝Σ_Y Ｆ（ｘ，ｙ）により一次元データとして得られる。なお、図８の二次
元画像データが２値画像であり、画素データＦ（ｘ，
ｙ）の値が第１の実施例の画素データＦのように１又は
０に符号化されている場合には、射影データＤ（ｘ）は
或る主走査位置ｘでの閾値Ｔ以上の画素数を示すことに
なる。

【００２７】次にステップS16 において、ステップS15
で求めた射影データＤ（ｘ）を主走査位置ｘの大きい値
から調べ、図８に示すように最初に射影データＤ（ｘ）
が０でなくなった位置を最大値Ａとし、主走査位置ｘの
小さな値から調べて最初に射影データＤ（ｘ）が０でな
くなった位置を最小値Ｂとする。主走査方向Ｘの１画素
の長さをＧとしたとき、ビーム径Ｌは、Ｌ＝（Ａ−Ｂ）×Ｇで算出される。このように、２値画像をメモリに記憶し
たり、画像処理手段２５により領域分割処理等を行う必
要がなく、処理を簡便化することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るビーム
径測定装置は、画像処理手段により二次元センサからの
レーザービームの輝度分布に従った映像信号を処理して
輝度の閾値を求め、閾値以上の輝度を持つビーム輝度信
号の所定方向における最外位置を求めてビーム径として
算出するため、光学系の母線の傾いた状態でピントが外
れた状態でも正確にビーム径を測定することが可能とな
る。

【００２９】また、閾値以上の輝度を持つビーム像輝度
信号を２値化して２値像を求め、分割された領域毎に所
定方向の最外位置を求め、全ての或いは一部の島領域毎
の最大位置と最小位置との差をビーム径として算出すれ
ば、二次元センサのノイズの影響を除去し、より正確な
ビーム径を求めることができる。

【００３０】更に、所定方向と直交する方向に２値化信
号を積算し、所定方向で最小位置、最大位置を求め、こ
れをビーム径として算出すれば、画像処理手段により２
値画像を求めたり、領域分割処理等の複雑な処理をする
ことなく、ビーム径をより簡便に算出することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成図である。

【図２】ビーム径を算出する際の画像処理のフローチャ
ート図である。

【図３】各画素の輝度をデジタルデータとして記憶する
際の二次元画像データの説明図である。

【図４】２値画像として画像処理した際の二次元画像デ
ータの説明図である。

【図５】島領域毎に番号付けを行った際の二次元画像デ
ータの説明図である。

【図６】島領域の最大値、最小値を求める際の二次元画
像データの説明図である。

【図７】他の実施例のビーム径を算出する際の画像処理
のフローチャート図である。

【図８】２値画像とその射影データの説明図である。

【図９】従来例の構成図である。

【図１０】二次元センサ上のビーム像とその光量分布の
説明図である。

【図１１】ピントが外れた状態でビーム走査方向と光学
系の母線が一致した場合のビーム像とその光量分布の説
明図である。

【図１２】ピントが外れた状態でビーム走査方向と光学
系の母線が傾いた場合のビーム像とその光量分布の説明
図である。

【符号の説明】

２１回転多面鏡２４二次元センサ２５画像処理手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光源、回転多面鏡、光学系から
成り感光体面上にレーザービームを集光するレーザー走
査光学系と、該レーザー走査光学系からのレーザービー
ムを前記感光体面の位置に焦点を合わせるように配置し
た対物レンズと、該対物レンズの結像位置に配置した前
記感光体の代りの二次元センサと、該二次元センサから
の前記レーザービームの輝度分布に従った映像信号を処
理する画像処理手段とを有し、該画像処理手段により前
記二次元センサからのビーム像輝度信号から輝度の閾値
を求め、該閾値以上の輝度を持つ前記ビーム像輝度信号
の所定方向における最外位置からビーム径を算出するこ
とを特徴とするビーム径測定装置。
【請求項２】前記画像処理手段は前記二次元センサか
らの前記ビーム像輝度信号から輝度の閾値を求めて、該
閾値以上の輝度を持つ前記ビーム像輝度信号を２値化し
て２値像を作成し、該２値像を前記ビーム像を形成する
島領域毎に分割し、分割した領域毎に所定方向の最外位
置を求め、更に全ての又は一部の前記島領域毎の最外位
置の最大位置、最小位置を求めて、最大位置と最小位置
の差をビーム径として算出する請求項１に記載のビーム
径測定装置。
【請求項３】前記画像処理手段は前記閾値以上の輝度
を持つ信号を２値化信号とし、所定方向と直交する方向
に前記２値化信号を積算して所定方向で最小位置、最大
位置を求め、これをビーム径として算出する請求項１に
記載のビーム径測定装置。