JPS6262204A - 光ビ−ム偏向用走査ミラ−の面倒れを検出あるいは測定する装置 - 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、光ビームを揺動あるいは回転するミラーに投
射偏向させて、被走査面に走行させる光ビーム走査装置
に関し、特に上記ミラー面゛の揺動軸あるいは回転軸に
対する不平行、いわゆる面倒れを測定する装置に関する
。

［従来の技術］ 揺動あるいは回転するミラー面に、その軸に垂直な方向
から光ビームを投射し、被走査面に反射走行させて走査
をする光ビーム走査手段は公知であるが、かかる走査手
段においては、原則的にはミラー面が揺動軸あるいは回
転軸に平行に保持されていることが要求される。

もし、この平行度が不正確であると、光ビームの走行軌
跡が所望の走査線に一致しなくなって、複製された画像
に歪みを生じたり、また、特にポリゴンミラー、すなわ
ち回転多面鏡を使用する装置において、各ミラー面の回
転軸に対する角度がまちまちであると、走査ピッチにム
ラが生じて、複製画像に見苦しい縞模様が発生し、著し
く品質が低下する。

そこでこの種の光ビーム走査装置の製造に際しては、ミ
ラー自体を正確に製作することは云うまでもなく、かつ
、装置の組立時にも正確精密に施工し、調整をすること
により、上記要求に応じている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述従来技術によるミラーないし装置の製造時における
正確さは、もとより必要なものではあるが、光ビーム走
査装置としての精度維持には、それだけでは不充分であ
る。

それは、かかる光ビームを反射走行させるミラーは、相
当な高速度で揺動あるいは回転して、光ビームを偏向さ
せるものであるにもかかわらず、ミラーの面倒れの検出
あるいは測定は、ミラーが静止した状態でしか、行なわ
れていないということである。

すなわち、ミラーの面倒れの検出あるいは測定は、機械
的計測手段とか、あるいはミラー面に垂直な方向から光
ビームを投射して、その反射状態により面倒れを検出す
る光学的計測手段等が適用されているが、これらはすべ
てミラーを静止させた状態でしか適用できない。しかし
これらのミラーは、本質的に揺動あるいは回転しながら
、光ビ−ムを反射するものであり、駆動されている間に
おいて、ミラー面が軸に対する平行度を維持しているこ
とが必要である。

従来、かかる駆動状態にあるミラーの面倒れを適切に検
出あるいは測定する手段が知られていないために、平行
度保持のためには、ミラーを支持し駆動する機構部材等
の剛性を充分に大きくとることで、対処するのが一般的
な手法である。しかしこの手法は、ともすれば安全率を
必要以上に大きく設定する傾向が生じ、部材寸法が過大
となって過剰品質の傾向を生じ、重量増加やコスト高等
の不都合を、もたらすおそれがある。

本発明は、この問題点を解決するための、駆動状態にあ
る光ビーム偏向用走査ミラーの面倒れを、確実に測定す
ることができる装置を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明装置は、走査ミラーによる光ビーム投射面に、中
心軸が走査ミラーの揺動軸又は回転軸に平行で、かつ、
走査ミラーの光ビーム偏向点を通る円筒状の反射鏡を配
置し、走査ミラーの軸に直交する方向から光ビームを走
査ミラーに投射して、該円筒状反射鏡の内面に投射走行
させ、反射鏡の円筒面で反射した光ビームを、再度走査
ミラーで反射させて、もとの光源側光路に導くようにし
、その復路における光ビームの、往路に対する偏差に基
いて、走査ミラーの面倒れの有無を検出し、あるいは面
倒れの量を測定するものである。

［作用］ 走査ミラーに面倒れが存在しなければ、円筒状反射鏡が
走査ミラーの光ビーム偏向点を中心として配置しである
ために、その内面で反射した光ビームは、走査ミラーの
原偏向点に反射され、光源から走査ミラーに投射される
光ビームの光路に一致した光路を戻り、往復の光路間に
偏差は発生しない。

もし、走査ミラーに面倒れがあれば、円筒状反射鏡から
反射した光ビームの復路は、往路に一致せず、走査ミラ
ーの軸方向に偏差が生じる。この偏差の方向及び偏差量
を、適宜の手段により検出あるいは測定することにより
、駆動状態における走査ミラーの面倒れを検出あるいは
測定することができる。

［実施例コ 第１図は、本発明の１実施例装置の構成を示す概略斜視
図である。

光源（１）から下方に照射される光束は、ピンホール板
（２）を通り、ハーフプリズム（３）の反射面で水平方
向に反射し、コリメータレンズ（４）を通って平行光線
となり、さらに柱状凸レンズ（５）によって、面倒れを
検定すべき走査ミラー（６）の面に、当該走査ミラーの
軸方向へ線状に結像するように投射される。

走査ミラー（６）で反射した光ビームは、円筒状反射鏡
（８）の内面に投射され、走査ミラー（６）の揺動によ
り、反射鏡（８）の周方向に走行する。反射鏡（８）は
、その中心軸が走査ミラー（６）の揺動軸に一致する位
置に配置してあり、したがって走査ミラー（６）の面が
、その揺動軸に一致するように正確に作られている場合
、すなわち面倒れがなければ、光ビームは、反射鏡（８
）の揺動軸に対して垂直に投射される。

反射鏡（８）の面で反射する復路の光ビームは。

反射鏡（８）の揺動軸に対して垂直に入射するため、往
路と同じ光路を経て、走査ミラー（６）の偏向点に線状
に結像して反射し、柱状凸レンズ（５）、コリメータレ
ンズ（４）を通ってハーフプリズム（３）に入射する。

そしてその光束の一部は、ハーフプリズム（３）を透過
して直進し、光ビームの投射位置の偏位を検出する二分
割光電変換素子（９）に元のピンホール像として結像す
る。

二分割光電変換素子（９）は、第２図に示すように、同
一性能の光電変換素子（９ａ）　（９ｂ）を上下に隣接
させてあり、かつ、光ビームがハーフプリズム（３）ま
で往路と同じ光路を通る場合、すなわち、走査ミラー（
６）に面倒れがない場合に、光ビームの中心が投射され
る位置に、２個の素子の境界線が位置するように配置し
である。

したがって、走査ミラー（６）に面倒れがない場合には
、第２図（Ａ）に示す如く光ビームは、境界線で上下に
等分されて、２個の光電変換素子（９ａ）（９ｂ）の受
光量は等しくなり、両者の出力レベルは同一となる。

一方、もし走査ミラー（６）に面倒れがあると、走査ミ
ラー（６）で反射した光ビームが反射鏡（８）の揺動軸
に対して垂直に入射しないため、走査ミラー（６）に反
射してくる光ビームの入射点は、最初の反射点から偏位
し、かつ、再度面倒れのある走査ミラー（６）で反射す
るため偏位量が倍加されて、光電変換素子（９）に投射
される光ビームは、面倒れの方向に応じて」１下いずれ
かの方向にずれる。

したがって第２図（Ｂ）に示すように、２個の光電変換
素子（９ａ）　（９ｂ）の受光量が異なり、両者の出力
レベルに差を生じる。この出力レベルの差を、適宜の手
段で測定し、上下のいずれにより高レベルの出力がある
かを検知することにより、走査ミラー（６）の面倒れの
有無及びその方向を知ることができる。

なお、光ビームの偏位量ないし偏位角度は、走査ミラー
（６）の揺動ストローク中の角度位置によって変動し、
ミラー面に対する光ビームの入射角（φ）が小であるほ
ど、偏位量が大きい。仮に、走査ミラーの面が入射する
光ビームに正対した場合（偏向角１８０度）を想定する
と、第３図の幾何学的考察より明らかな如く、光ビーム
の偏位角度は、走査ミラー（６）の面倒れ角度（θ）の
４倍になり、逆に走査ミラーの面が光ビームに平行な場
合（偏向角０度）には、偏位は生じない。したがって、
走査ミラー（６）に面倒れがあると、円筒状反射鏡（８
）を走査する光ビームの軌跡は、第１図に点線で示すよ
うにスパイラル状に傾斜し、光電変換素子（９）に対す
る光ビームの投射位置も、第２図（Ｂ）の如く、ミラー
の揺動周期に応じて上下に揺動することになる。

このため、光ビームの偏位量を測定するには本実施例装
置は適切ではないが、実作業」二にでは、走査ミラーに
面倒れが存在するか否か、及び面倒れが存在する場合に
はその方向を知ることができれば、調整を遂行するには
充分であり、従来、作動中の走査ミラーについては、面
倒れの発生を検出する手段がなかったことを考慮すれば
、本発明は大きな意義を有するものである。

以上は１本発明を揺動型の走査ミラーの面倒れを検出す
る装置に適用した実施例について説明したが、上述手段
に若干の改造を加えることにより、走査ミラーに面倒れ
がある場合に、その量、すなわち面倒れの角度を測定す
る装置とすることができる。

第４図は、その１実施例装置の構成を示す概略斜視図で
、光源（１）、ピンホール板（２）、ハーフプリズム（
３）、コリメータレンズ（４）、柱状凸レンズ（５）、
被測定走査ミラー（６）及びガルバノメータ　（７）は
、第１図示実施例と全く同様である。

第４図示装置では、走査ミラー（６）で反射した光ビー
ムが投射される円筒状ミラー（１０）が、図示のように
細幅のものとしてあり、また、反射してきた光ビームの
投射位置を検出するための光電変換素子は、多数の小型
素子を上下方向に所要ピッチで列設したアレイ状センサ
ー（１１）としである。

すなわち、第４図示装置においては、走査ミラー（６）
で反射偏向される光ビームのうち、ある限定された偏向
範囲の光ビームだけが、円筒状ミラー　（１０）で反射
される。走査ミラー（６）に面倒れがあって光ビームが
斜めに走行するとしても、円筒状ミラー（１０）の幅が
小さいために、その両端における光ビームの投射点間の
高低差は、実質的に無視できる程度にすぎず、したがっ
て光ビームは、アレイ状センサー（１１）の特定位置に
投射されることになり、該センサーを構成する多数の光
電変換素子のうち、特定のものに出力が得られる。

そこで、これら多数の光電変換素子のどの位置のものに
出力があるかにより、光ビームの投射点の位置を知るこ
とができ、走査ミラー（６）に面倒れがない場合の投射
点からの偏差量を測定できる。

而して第４図示の如く、円筒状ミラー（１０）を、走査
ミラー（６）の面に対する入射角　φ＝４５°で直角（
９０度）に反射した光ビームを受ける位置に設置した場
合には、センサー（１１）に入射する光ビームの偏向角
度は、走査ミラー（６）の揺動軸に対する面倒れ角度を
「θ」とすれば、幾何学的に「、ｒｒ・θ」と求められ
るので、上記偏差量と光路長とから、走査ミラー（６）
の面倒れ角度は、下式の三角計算によって簡単に求める
ことができる。

ただし　　θ：面倒れ角度 ｄ：光ビーム検出点偏差量 ａ：走査ミラーと円筒状ミラー との距離 ｂ＝走査ミラーからセンサーま での距離 もし仮に、円筒状ミラー（１０）を走査ミラー（６）に
入射する光ビームに対して直角方向でなく、実質的に光
ビームと同一方向に配置、すなわち入射角　φ＝Ｏ°と
すれば、反射光ビームのセンサー（１１）への入射角度
は、前記第３図示の如く「４０」となるので、より簡単
な計算式を適用することができる。この場合、現実には
円筒状ミラーを光ビームの走査ミラーに対する入射光路
上に配置することは不可能であるため、やや側方に設置
することになるが、測定値に問題となるほどの誤差は生
じないので、実用上は充分である。

なお、上記実施例では、円筒状ミラー（１０）を細幅の
ものを使用するようにしたが、第１図示の広幅のミラー
の前面に、左右方向に所要幅のスリットを設けたマスク
を配置して、円筒状ミラーに沿って移動できるように構
成し、スリット部を所望の位置に設定できるようにして
もよい。

上述の測定に際して、走査ミラー（６）の面倒れの角度
が小さく、光ビームの投射点の偏差量が微小量にすぎな
い場合、それを測定するためには、アレイ状センサー（
１１）を構成する単位光電変換素子をきわめて小型にし
なければならず、実用上問題がある。

第５図は、この問題に対処するための１手段を示すもの
で、第１図示装置と同様な二分割光電変換素子（１２）
をガイド（１３）に沿って昇降可能に支持し、素子（１
２）に固設したナツト（１４）にネジ軸（１５）を係合
したものである。ハンドル（１６）をもってネジ軸（１
５）を回動することにより、素子（１２）を上下に微動
させて、一対の光電変換素子が均等に光ビームを受ける
位置に移動させ、ハンドル（１６）に付設した目盛によ
りネジ軸（１５）の回動量を読取り、素子（１２）の移
動量を測定する。

これによれば、光ビームの投射点の偏差量が微小な場合
でも、きわめて正確に測定することができ、走査ミラー
の面倒れの状態を高精度に測定することができる。

上述説明は、本発明を往復揺動式走査ミラーの面倒れを
検出ないし測定する装置に適用した各実施例について記
載したが、本発明は、走査ミラーが一方向に連続的に回
転する形式のものにも、そのまま適用可能であることは
云うまでもない。

また、複数個のミラーを多角柱状に配置した、いわゆる
ポリゴンミラーについても、適用できる。

ただしポリゴンミラーの場合は、各面における面倒れの
状態が一定であるとは限らないため、所望のミラー面に
ついて、上述の検出ないし測定を行い得るような配慮が
必要となる。

第６図、第７図及び第８図は、それぞれ本発明をポリゴ
ンミラーに適用するための１実施例装置の要部を示す斜
視図である。

第６図は、モーター（１７）によりポリゴンミラー（１
８）を回転駆動する駆動軸（１９）に、傘歯車（２０）
を嵌着し、これに噛み合う傘歯車（２１）を介して水平
軸（２２）及び該軸（２２）に嵌着した円板状のシャッ
ター板（２３）を回動させる。シャッター板（２３）は
、その周縁の一部に切欠き部（２４）を設けてあり、こ
の切欠き部（２４）を通して、ポリゴンミラー（１８）
に光ビームを照射する。

傘歯車（２０）及び（２１）は、同歯数としであるので
、ポリゴンミラー（１８）とシャッター板（２３）は、
同期的に回転し、ポリゴンミラー（１８）の特定の反射
面が光ビームを反射する位置に来たときのみ、光ビーム
が切欠き部（２４）を通過し、その他の反射面に対して
は、光ビームはシャッター板（２３）により遮蔽される
。したがって第１図ないし第４図示装置の走査ミラー（
６）及びガルバノメータ（７）に代えて、第６図示手段
を使用すれば、当該特定反射面についてのみの、面倒れ
を検出あるいは測定することができる。なお、ポリゴン
ミラーの場合は、ミラー面の位置が回転軸に一致してい
ないので、光電変換素子への投射点が若干左右に振れる
が、面倒れの検出あるいは測定には支障がない。

シャッター板（２３）に設ける切欠き部（２４）は、ポ
リゴンミラー（１８）の反射面の数に対応して、その角
度範囲を定めるべきものであることは云うまでもなく、
かつ、面倒れを検出あるいは測定すべき反射面に応じて
、ポリゴンミラー（１８）とシャッター板（２３）との
回転位相関係を調節できるようにしておくべきことも、
また云うまでもない。これはたとえば、シャッター板（
２３）を軸（２２）に対して回動可能とし、かつ、所望
位置で固定できるようにしておけばよい。

次に第７図は、モーター（２５）により回転駆動される
ポリゴンミラー（２６）の軸（２７）に、シャッター板
（２８）を嵌着し、その周縁の一部に切欠き部（２９）
を設け、シャッター板（２８）の−上下に対設した光源
（３０）と光電素子（３１）により、切欠き部（２９）
を検出し、該検出信号に基づき、制御回路（３２）を介
して光ビームの光路に配置したシャッタ一手段（３３）
を制御するようにしたものである。

すなわち、光源（３０）からの光束が切欠き部（２９）
を通過する間のみ、光電素子（３１）から出力される検
出信号に基いて、シャッタ一手段（３３）が光ビームを
透過させるように制御すれば、前記第６図示装置と同様
に、特定反射面のみについて、面倒れを検出あるいは測
定することができる。

シャッタ一手段（３３）としては、電気信号に応じて光
ビームを透過あるいは遮蔽するように制御可能なもの、
たとえば液晶素子等が適用でき、また第８図示のような
光ビームがコヒーレントなレーザビームである場合は、
音響光学光変調素子等が適用できる。なお第８図におい
て、（４１）はレーザビーム光源、（４２）はビームエ
キスパンダ、（４３）は音響光学光変調素子を示す。

［発明の効果］ （１）光ビームを偏向走査するミラーの面倒れの状態を
、作動状態で検出あるいは測定することができる。

（２）ミラー面に無接触で、検出あるいは測定できるの
で、ミラー面を損傷するおそれがない。

（３）往復揺動型ミラーあるいは回転ミラーのいずれに
も、また、一枚型ミラーあるいはポリゴンミラーのいず
れにも、適用できる。

（４）被測定ミラーの本来の動作以外に駆動部分がなく
、正確な検出あるいは測定を安定した状態で行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示す斜視図、第２図
は二分割光電変換素子を示す図、第３図は光ビームの反
射光路を示す図、第４図は本発明の他の１実施例の構成
をしめず斜視図、第５図は同実施例に適用する光電変換
素子の他の実施例を示す斜視図、第６図、第７図及び第
８図はそれぞれ本発明をポリゴンミラーに適用する場合
の要部を示す斜視図である。 （１）・・・光源、（２）・・・ピンホール板、（３）
・・・ハーフプリズム、（４）・・・コリメータレンズ
、（５）・・・柱状凸レンズ、（６）・・・（揺動型）
走査ミラー、（７）・・・ガルバノメータ、（８）・・
・円筒状ミラー、（９）・・・二分割光電変換素子、（
１０）・・・円筒状ミラー、　（１１）・・・アレイ状
センサー、（１２）・・・二分割光電変換素子、（１３
）・・・・ガイド、（１４）・・・ナツト、（１５）・
・・ネジ軸、（１６）・・・・ハンドル、（１７）・・
・モーター、（１８）・・・ポリゴンミラー、（１９）
・・・軸、（２０）　（２１）・・・傘歯車、（２２）
・・・・軸、（２３）・・・シャッター板、（２４）・
・・切欠き部、（２５）・・・モーター、　（２６）・
・・ポリゴンミラー、（２７）・・・・軸、（２８）・
・・シャッター板、（２９）・・・切欠き部、（３０）
・・・光源、（３１）・・・光電素子、（３２）・・・
制御回路、（３３）・・・シャッター、（４１）・・・
レーザービーム光源、（４２）・・・ビームエキスパン
ダ、（４３）・・・・音響光学光変調素子。 （以　　−ヒ） 輩２叫

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームを投射する光源と、 該光ビームを被走査面に反射させ走行させる揺動もしく
   は回転ミラーと、 上記ミラーの反射点を通り、かつ、その揺動軸もしくは
   回転軸に平行な軸を中心とする内面反射型の円筒状ミラ
   ーと、 上記円筒状ミラーで反射し、前記揺動もしくは回転ミラ
   ーで再反射した光ビーム光路の、投射側光ビーム光路に
   対する偏差を検出あるいは測定する光電手段とよりなる
   光ビーム偏向用走査ミラーの面倒れを検出あるいは測定
   する装置。
2. （２）光源からの光ビームをハーフプリズムあるいはハ
   ーフミラーを介して投射し、該ハーフプリズムあるいは
   ハーフミラーにより分岐される光路の一方に光源を、他
   方に光電手段を配置したことを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項に記載の装置。
3. （３）光電手段が、円筒状ミラーの中心軸に平行な方向
   に配列された複数個の光電変換素子で構成されることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項に
   記載の装置。
4. （４）光電手段が、二分割光電素子である特許請求の範
   囲第（３）項に記載の装置。
5. （５）光電手段が、多数の光電素子を列設したアレイ状
   センサーである特許請求の範囲第（３）項に記載の装置
   。
6. （６）円筒状ミラーの被走査方向の有効幅を、光電手段
   への光ビームの投射位置が実質的に定位置となる程度に
   、小さくしたことを特徴とする特許請求の範囲前各項の
   いずれかに記載の装置。