JPS62210416A - 光走査システムにおける走査位置検出装置 - 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〕 本発明は、例えば物体表面における微少な傷や付着物の
位置を検出する装置とか、微少物体の大きさを検出する
装置とか、あるいは、レーザ一式のプリンターとかＰＰ
Ｃといった種々の装置の主要部分を構成している光走査
システムにおいて、走査される光ビームの刻々の走査ス
ポット（位置）を検出するための走査位置検出装置に係
り、更に詳しくは、光偏向器によって照射対象物を含む
目的範囲へ走査される主走査光ビームから分岐走査光ビ
ームを得るための分波器を設けると共に、周期性のある
多数のスリットを有する透過型グレーティングを前記分
岐走査光ビームの走査範囲に配設し、かつ、前記透過型
グレーティングのスリット群を透過した分岐走査光ビー
ムをパルス列として検出する光検出器を設け、その光検
出器から出力されるパルス列の検出結果に基いて前記主
走査光ビームの走査位置を検出するように構成されてい
る光走査システムにおける走査位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の光走査システムにおける走査位置検出装置は、
従来、第６図にその一例を示すように、単一の透過型グ
レーティング０３とそれに対応する単一の光検出器０４
を設けて構成されていた。

なお、この図において、０１は照射対象物（図示せず）
を含む目的範囲へ主走査光ビームＯＡを往復走査する光
偏向器であり、０２は前記主走査光ビームＯＡから分岐
走査光ビームＯＢを得るための分波器であり、０３はそ
の分岐走査光ビームＯＢの走査範囲に配設された透過型
グレーティングであって、この透過型グレーティング０
３には、図示のように、周期性のある多数のスリットか
ら成る一列のスリット群０３３・・・が形成されている
。

そして、０４はその透過型グレーティング０３における
スリット群０３ｓ・・・を透過して強度変化を生じた分
岐走査光ビームＯＢをパルス列として検出する光検出器
であり、また、０５はその光検出器０４から出力される
パルス列に対する信号処理部であり、そのパルス列のパ
ルス数を計数することによって前記主走査光ビームＯＡ
の走査位置をリアルタイムで検出するために、増幅器、
波形整形回路、パルスカウンタ等を含んでいる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

かかる光走査システムにおける走査位置検出装置におい
ては、分岐走査光ビームＯＢをパルス列に変換し、その
パルス列のパルス数を計数することによって、主走査光
ビームＯＡの走査位置を検出する、という言わばデジタ
ル的な測定方式を採用しているため、旧来のように、タ
イミング用受光素子によりトリガされる基準時点からの
走査時間を検出するとか、あるいは、光偏向器０１に付
設された角度センサーにより走査角度を検出する、とい
う、言わばアナログ的な測定方式を採用したものに比べ
て、光偏向器０１やそれを駆動するためのモーターなど
の非直線性や角度センサーの非直線性の影響を直接的に
は受は難い利点２があるが、なお次のような問題があっ
た。

即ち、上記のようなパルス計数方式による走査位置検出
装置の分解能は、それに使用される透過型グレーティン
グ０３における各スリットＱｓの幅によって定まるが、
そのスリットＯｓの幅は分岐走査光ビームＯＢのスポッ
ト幅との関係で一定以上には狭くすることができず、ま
た、その分岐走査光ビームＯＢのスポット幅の縮小にも
おのずから限界があるため、上記したように単一の透過
型グレーティング０３を用いる従来構成の走査位置検出
装置では、その分解能を、分岐走査光ビームＯＢのスポ
ット幅で規制される最小スリット幅により定まる限界分
解能以上に高めることは不可能であった。

また、この例のように、走査時間のとぎれや無駄をなく
すために、往復回転型の光偏向器０１を用いることによ
って光ビーム０Ａ（ＯＢ）を往復走査することがよく行
われるが、そのようにした場合において、上記従来構成
の走査位置検出装置では、それに用いられている単一の
光検出器０４からの出力パルス列が光ビーム０Ａ（ＯＢ
）の走査方向（往時および復時）に拘わらず常に一定の
形状となるため、その検出パルス列自体からは光ビーム
０Ａ（ＯＢ＞の走査方向を判定することができず、従っ
て、その光ビーム０Ａ（ＯＢ）の走査方向を検出するた
めには、例えば光偏向器０１の回転方向を検出するセン
サーなどの格別な手段を設けなければならなかった。

本発明は、かかる従来問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、走査光ビームのスポット幅で規制され
る最小スリット幅により定まる限界分解能よりも格段に
高い分解能を発揮できると共に、走査光ビームの走査方
向をも検出パルス列自体から容易に判定することが可能
な光走査システムにおける走査位置検出装置を提供せん
とすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる目的を達成するために、本発明による光走査シス
テムにおける走査位置検出装置は、冒頭に記載したよう
な基本的構成を有するものにおいて、前記透過型グレー
ティングとして、前記分波器からの分岐走査光ビームが
共に照射され得るように並設配置された第１および第２
のふたつのグレーティング部分から成り、かつ、その第
１グレーティング部分における第１スリット群と、第２
グレーティング部分における第２スリット群とが、互い
に位相的に９０度ずらせて形成されている２段構成のも
のを設け、しかも、前記光検出器として、前記第１グレ
ーティング部分の第１スリット群を透過した分岐走査光
ビームを第１パルス列として検出する第１光検出器と、
前記第２グレーティング部分の第２スリット群を透過し
た分岐走査光ビームを第２パルス列として検出する第２
光検出器とを設け、それら第１および第２光検出器から
夫々出力される第１および第２パルス列を合成して得ら
れるパルス列に基いて前記主走査光ビームの走査位置を
検出するように構成してある、という特徴を備えている
。

〔作用〕

上記特徴構成により発揮される作用は下記の通りである
。

即ち、上記本発明による光走査システムにおける走査位
置検出装置によれば、分岐走査光ビームが共に照射され
得るように並設配置された第１および第２のふたつのグ
レーティング部分から成り、かつ、その第１グレーティ
ング部分における第１スリット群と、第２グレーティン
グ部分における第２スリット群とが、互いに位相的に９
０度ずらせて形成されている２段構成の透過型グレーテ
ィングを設けると共に、前記第１グレーティング部分の
第１スリット群を透過した分岐走査光ビームを第１パル
ス列として検出する第１光検出器と、前記第２グレーテ
ィング部分の第２スリット群を透過した分岐走査光ビー
ムを第２パルス列として検出する第２光検出器とを設け
、それら第１および第２光検出器から夫々出力される第
１および第２パルス列を合成して得られるパルス列に基
いて前記主走査光ビームの走査位置を検出するように構
成したことにより、後述する実施例の説明からより一層
明らかとなるように、分岐走査光ビームひいては主走査
光ビームの走査位置の検出分解能としては、透過型グレ
ーティングにおける各スリット群の周期に対応する分解
能の４倍という高い分解能が得られるようになり、従っ
て、分岐走査光ビームのスポット幅で規制される最小ス
リット幅により定まる限界分解能よりも格段に高い（少
なくとも従来の場合の２倍以上の）分解能が発揮され、
更に、分岐走査光ビームを往復走査した場合にも、前記
第１および第２光検出器から夫々出力される第１および
第２パルス列を合成して得られる論理信号から走査方向
反転時にレベルが反転する信号が現れることから、主お
よび分岐走査光ビームの走査方向をもその検出パルス列
自体から容易に判定することが可能となった。

〔実施例〕

以下、本発明に係る光走査システムにおける走査位置検
出装置の具体的な一実施例を図面（第１図ないし第６図
）に基いて説明する。

即ち、第１図に示すように、例えば往復回転ミラーから
成り一般に光スキャナーと呼ばれている光偏向器１によ
って、被測定物あるいはＰＰＣ感光ドラム等の照射対象
物を含む目的範囲へ、例えばＨｅ−Ｎｅガスレーザーな
どの主走査光ビームＡを往復走査するように構成された
光走査システムにおいて、前記主走査光ビームＡから分
岐走査光ビームＢを得るために、例えばハーフミラ−か
ら成る分波器２をその主走査光ビームＡの光路上に設け
ると共に、第２図に拡大して示しているような２段構成
の透過型グレーティング（回折格子）３、つまり、前記
分波器２からの分岐走査光ビームＢが共に照射され得る
位置に並設配置された第１グレーティング部分３Ｉおよ
び第２グレーティング部分３■から成り、かつ、その第
１グレーティング部分３■に一列に形成された周期性の
ある多数のスリ・ノドから成る第１スリット群３１ｇ・
・・と、第２グレーティング部分に３■に一列に形成さ
れた周期性のある（前記第１スリット群３１ｓ・・・と
同じ周期）多数のスリットから成る第２スリット群３ｎ
ｓ・・・とが、互いに位相的に９０度（Ａ周期）ずらせ
た状態に配設されている一体型で２段構成の透過型グレ
ーティング３を設け、かつ、その透過型グレーティング
３の後方に、前記第１グレーティング部分３！の第１ス
リット群３１ｇ・・・を透過した分岐走査光ビームＢを
第１パルス列（第４図における信号■と関連）として検
出する第１光検出器４！と、前記第２グレーティング部
分３■の第２スリット群３１１ｇ・・・を透過した分岐
走査光ビームＢを第２パルス列（第４図における信号■
と関連）として検出する第２光検出器４■とを設け、そ
して、それら第１および第２光検出器４！、４■から夫
々出力される第１および第２パルス列を信号処理部５へ
入力し、その信号処理部５において、後で詳述するよう
に、それら第１および第２パルス列を合成して得られる
パルス列（第４図における信号■と関連）に基いて、前
記主走査光ビームＡの刻々の走査位置を検出するように
、光走査システムにおける走査位置検出装置が構成され
ている。

なお、前記透過型グレーティング３の第１スリット群３
１ｓ・・・を透過した分岐走査光ビームＢと、第２スリ
ット群３１１ｓ・・・を透過した分岐走査光ビームＢと
のクロストークを確実に防止するために、その第１グレ
ーティング部分３！および第１光検出器４■と、第２グ
レーティング部分３■および第２光検出器４■との間に
は、遮光板６が介装されている。

また、前記一体型２段構成の透過型グレーティング３は
、この例では、例えばガラス板の表面における、前記第
１および第２両スリット群３１ｓ・・・、３１１ｇ・・
・となる部分以外の遮蔽部分に金属等を蒸着することに
より製作されている。ただし、この透過型グレーティン
グ３は、必ずしも一体型２段構成とする必要は無く、第
１グレーティング部分３Ｉと第２グレーティング部分３
■とを各別に製作して、それらを組み合わせるようにし
ても差支え無い。

そして、この例では、第２図から明らかなように、前記
分岐走査光ビームＢの第１および第２グレーテイング部
分３１．３ｎ上におけるスポット形状は円形になるよう
にされ、また、第１スリット群３１ｓ・・・および第２
スリット群３ＩＩｓ・・・における各スリットの幅、な
らびに、隣り合うふたつのスリットの間の遮蔽部分の幅
は、共に、その円形スポットの半径と等しくされている
。ただし、それらスリットの幅および遮蔽部分の幅は、
パルス列の生成に支承のない範囲において、任意の幅に
設定することができるものである。

第３図は、前記信号処理部５の詳細を示すブロック回路
構成図であり、また、第４図はその各部における信号の
波形およびタイミングを示すチャートである。

即ち、前記第１光検出器４Ｉから出力された第１パルス
列は、第１アンプ７Ｉを通過した後、コンパレータ８Ｉ
で波形整形されて■のような信号となり、後述する第１
エクスクル−シブＯＲ回路９およびインバータ１１へ供
給され、一方、前記第２光検出器４■から出力された第
２パルス列は、第２アンプ７■を通過した後、コンパレ
ータ８■で波形整形されて■のような信号となり、前記
第１エクスクル−シブＯＲ回路９および後述する第２エ
クスクル−シブＯＲ回路１４へ供給される。

この場合、第４図から明らかなように、第１パルス列を
波形整形した信号■の位相は、第２パルス列を波形整形
した信号■の位相に比べて、往走査時においては９０度
（Ａ周期）進んでおり、逆に、復走査時においては９０
度（Ａ周期）後れている。

従って、前記第１エクスクル−シブＯＲ回路９からの出
力信号■、つまり、それら両信号■、■の排他的論理和
としての合成信号■は、全体として（つまり、往走査時
と復走査時との反転時において生じる特殊な波形を除い
て）、それら両信号■、■夫々に比べて半分の周期を存
するパルス列となる。そして、この第１エクスクル−シ
ブＯＲ回路９からの出力信号■は、単安定マルチバイブ
レーク１１へ人力されて、その立ち上がりおよび立ち下
がりでワンショットをトリガーし、その結果、単安定マ
ルチバイブレーク１１からの出力信号■は、第１パルス
列を波形整形した信号■および第２パルス列を波形整形
した信号■夫々に比べて、つまり、前記透過型グレーテ
ィング３における第１スリット群３１ｓ・・・および第
２スリット群３ｆｆｓ・・・夫々の周期に比べて、×の
周期のパルス列となる。この信号■はクロック信号とし
て後述するアップダウンカウンタＩＳおよびラッチ回路
１３へ入力される。

他方、前記インバータ１１へ入力された第１パルス列を
波形整形した信号■は、そこで反転された後、遅延回路
１２によってに周期遅らされてからラッチ回路■３へ人
力され、そこで前記単安定マルチバイブレーク１１から
のクロック信号■の立ち上がりによりラッチされ、従っ
て、ラッチ回路１３からの出力信号は■のような波形と
なる。

そして、このラッチ回路１３からの出力信号■と前記第
２パルス列を波形整形した信号■とが、第２エクスクル
−シブＯＲ回路１４へ入力され、その排他的論理和とし
ての信号■が得られる。その第２エクスクル−シブＯＲ
回路１４から出力される信号は、図示のように、往走査
時から復走査時に反転した時に、アップカウント信号か
らダウンカウント信号に反転するアップ／ダウン信号と
して、アップダウンカウンタ１５へ入力される。

よって、アップダウンカウンタ１５は、それに入力され
るところの、前記単安定マルチバイブレーク１１からの
出力クロック信号■および前記第２エクスクル−シブＯ
Ｒ回路１４からの出力アップ／ダウン信号に基く計数結
果から、前記分岐走査光ビームＢひいては主走査光ビー
ムＡの刻〜の走査位置座標を検出して出力するのである
。

そして、その際の走査位置座標の検出分解能は、前記ク
ロック信号■が元の周期（ｉ３過型グレーティング３に
おける第１スリット群３１ｓ・・・および第２スリット
群３Ｕｓ・・・夫々の周期）に比べて×の周期のもので
あるから、透過型グレーティング３に形成された各スリ
ット群３Ｉｓ・・・、３Ｕｓ・・・夫々の周期に対応す
る分解能の４倍の分解能が得られることになる。これは
、少なく見ても従来の場合の２倍の分解能に相当するも
のである。

ところで、上記した実施例においては、断面が円形の分
岐走査光ビームＢを用いると共に、一体型平面構成の透
過型グレーティング３をその分岐走査光ビームＢの光軸
に対して垂直に設けることによって、前記第１および第
２グレーテイング部分３１．３Ｉｌ上におけるスポット
形状が円形となるように構成したものを示したが、その
分岐走査光ビームＢの第１および第２グレーテイング部
分３Ｉ、３Ｔｌ上におけるスポット形状を、第５図に示
すように、それら両グレーティング部分３１゜３■上の
並設方向に長い楕円形状になるように構成すれば、ＳＮ
比が向上するという利点の他、透退壁グレーティング３
における第１グレーティング部分３Ｉと第２グレーティ
ング部分３■の境界中心線と分岐走査光ビームＢの走査
中心線との一致度の許容範囲の制限が緩くなるとか、あ
るいは、各スリット群３１ｓ・・・、３１１ｓ・・・の
欠陥に起因するミスカウントが生じ難いといった種々の
利点があって一層望ましい。そのための構成としては、
例えば、上記の実施例と同様に一体型平面構成の透過型
グレーティング３を分岐走査光ビームＢの光軸に対して
垂直に設けると共に、例えば前記分波器２（ハーフミラ
−）の後ろにシリンドリカルレンズを置くことにより、
分岐走査光ビームＢの断面を楕円形に変形させるとか、
あるいは、第１および第２グレーテイング部分３１，３
１１を、断面が円形の分岐走査光ビームＢの光軸に対し
て夫々傾斜させる、といった手段が考えられる。

〔発明の効果〕

以上詳述したところから明らかなように、本発明に係る
光走査システムにおける走査位置検出装置によれば、分
岐走査光ビームが共に照射され得るように並設配置され
た第１および第２のふたつのグレーティング部分から成
り、かつ、その第１グレーティング部分における第１ス
リット群と、第１グレーティング部分における第２スリ
ット群とが、互いに位相的に９０度ずらせて形成されて
いる２段構成の透過型グレーティングを設けると共に、
前記第１グレーティング部分の第１スリット群を透過し
た分岐走査光ビームを第１パルス列として検出する第１
光検出器と、前記第２グレーティング部分の第２スリッ
ト群を透過した分岐走査光ビームを第２パルス列として
検出する第２光検出器とを設け、それら第１および第２
光検出器から夫々出力される第１および第２パルス列を
合成して得られるパルス列に基いて前記主走査光ビーム
の走査位置を検出するように構成したことにより、分岐
走査光ビームひいては主走査光ビームの走査位置の検出
分解能としては、透過型グレーティングにおける各スリ
ット群の周期に対応する分解能の４倍という高い分解能
が得られ、従って、分岐走査光ビームのスポット幅で規
制される最小スリット幅により定まる限界分解能よりも
格段に高い（少なくとも従来の場合の２倍以上の）分解
能が発揮されるようになり、更に、分岐走査光ビームを
往復走査した場合にも、前記第１および第２光検出器か
ら夫々出力される第１および第２パルス列を合成して得
られる論理信号から走査方向反転時にレベルが反転する
信号が現れることから、主および分岐走査光ビームの走
査方向をもその検出パルス列自体から容易に判定するこ
とが可能となり、従って、従来のように走査方向検出用
センサーなどの格別な手段を設ける必要が無くなると共
に、走査範囲内において分岐走査光ビームの走査方向や
走査量および走査速度を任意に変化させても正確な位置
検出を行うことができる、といった種々の優れた効果が
発揮されるに至った。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明に係る光走査システムにお
ける走査位置検出装置の具体的な一実施例を示し、第１
図は全体概略構成の斜視図、第２図はその要部である透
過型グレーティングの部分拡大正面図、第３図はその要
部である信号処理部の詳細ブロック回路構成図、第４図
はその各部における信号の波形およびタイミングのチャ
ート、そして、第５図は別実流側の要部である透過型グ
レーティングの部分拡大正面図である。 また、第６図は、本発明の技術的背景ならびに従来技術
の問題点を説明するためのものであって、従来構成の光
走査システムにおける走査位置検出装置の一例を示す全
体概略構成の斜視図である。 １・・・・・・・・・・・・光偏向器、Ａ・・・・・・
・・・・・・主走査光ビーム、Ｂ・・・・・・・・・・
・・分岐走査光ビーム、２・・・・・・・・・・・・分
波器、 ３・・・・・・・・・・・・２段構成の透過型グレーテ
ィング、３！・・・・・・・・・第１グレーティング部
分、３■・・・・・・・・・第２グレーティング部分、
３Ｋｓ・・・・・・第１スリツト（群）、３Ｉ［ｓ・・
・・・・第２スリツト（群）、４■・・・・・・・・・
第１光検出器、４■・・・・・・・・・第２光検出器、
５・・・・・・・・・・・・信号処理部、６・・・・・
・・・・・・・遮光板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕光偏向器によって照射対象物を含む目的範囲へ走
   査される主走査光ビームから分岐走査光ビームを得るた
   めの分波器を設けると共に、周期性のある多数のスリッ
   トを有する透過型グレーティングを前記分岐走査光ビー
   ムの走査範囲に配設し、かつ、前記透過型グレーティン
   グのスリット群を透過した分岐走査光ビームをパルス列
   として検出する光検出器を設け、その光検出器から出力
   されるパルス列の検出結果に基いて前記主走査光ビーム
   の走査位置を検出するように構成されている光走査シス
   テムにおける走査位置検出装置であって、前記透過型グ
   レーティングとして、前記分波器からの分岐走査光ビー
   ムが共に照射され得るように並設配置された第１および
   第２のふたつのグレーティング部分から成り、かつ、そ
   の第１グレーティング部分における第１スリット群と、
   第２グレーティング部分における第２スリット群とが、
   互いに位相的に９０度ずらせて形成されている２段構成
   のものを設け、しかも、前記光検出器として、前記第１
   グレーティング部分の第１スリット群を透過した分岐走
   査光ビームを第１パルス列として検出する第１光検出器
   と、前記第２グレーティング部分の第２スリット群を透
   過した分岐走査光ビームを第２パルス列として検出する
   第２光検出器とを設け、それら第１および第２光検出器
   から夫々出力される第１および第２パルス列を合成して
   得られるパルス列に基いて前記主走査光ビームの走査位
   置を検出するように構成してあることを特徴とする光走
   査システムにおける走査位置検出装置。 〔２〕前記第１グレーティング部分および第１光検出器
   と、第２グレーティング部分および第２光検出器との間
   に、遮光板を介装してある特許請求の範囲第〔１〕項に
   記載の光走査システムにおける走査位置検出装置。 〔３〕前記分岐走査光ビームの前記第１および第２グレ
   ーティング部分上におけるスポット形状を、それら両グ
   レーティング部分の並設方向に長い楕円形状になるよう
   に構成してある特許請求の範囲第〔１〕項または第〔２
   〕項に記載の光走査システムにおける走査位置検出装置
   。 〔４〕前記分岐走査光ビームの前記第１および第２グレ
   ーティング部分上におけるスポット形状を、それら両グ
   レーティング部分の並設方向に長い楕円形状になるよう
   にするために、それら両グレーティング部分を、断面が
   円形の分岐走査光ビームの光軸に対して夫々傾斜させて
   ある特許請求の範囲第〔３〕項に記載の光走査システム
   における走査位置検出装置。