JP2001221614A - 走査レーザビームのビーム径測定装置 - Google Patents
走査レーザビームのビーム径測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 走査レーザビームのビーム径を低コストで、
かつ効率よく測定する。 【解決手段】 照射制御手段がレーザビームの走査に同
期してレーザ光源をオン・オフ制御する結果、CCD1
8の撮像面20に光スポットが間隔をおいて形成され
る。光スポット34、36、38、40においては、隣
接する2つの光スポットは、列の方向30に対して、そ
れぞれ光センサ22の配列ピッチLPの1/4だけずれ
た状態で光センサ22上に位置していることになる。演
算装置は、これら4つの光スポットに対応する各光セン
サの画素値に基づいて光センサの配列ピッチが1/4と
なった場合に相当する画素値を演算し、これら演算され
た画素値に基づいて光スポットを合成し、この合成され
た光スポットの大きさを算出し、この算出結果を前記レ
ーザビームの径として出力する。
かつ効率よく測定する。 【解決手段】 照射制御手段がレーザビームの走査に同
期してレーザ光源をオン・オフ制御する結果、CCD1
8の撮像面20に光スポットが間隔をおいて形成され
る。光スポット34、36、38、40においては、隣
接する2つの光スポットは、列の方向30に対して、そ
れぞれ光センサ22の配列ピッチLPの1/4だけずれ
た状態で光センサ22上に位置していることになる。演
算装置は、これら4つの光スポットに対応する各光セン
サの画素値に基づいて光センサの配列ピッチが1/4と
なった場合に相当する画素値を演算し、これら演算され
た画素値に基づいて光スポットを合成し、この合成され
た光スポットの大きさを算出し、この算出結果を前記レ
ーザビームの径として出力する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビーム走査
装置などにより生成されたレーザビームのビーム径を測
定する装置に関するものである。
装置などにより生成されたレーザビームのビーム径を測
定する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザプリンタやファクシミリ装置は、
走査レーザビームを用いて文字や図形を形成しており、
そのためレーザビームの生成および走査を行うレーザビ
ーム走査装置を備えている。レーザビーム走査装置は一
般にレーザ光源やポリゴンミラーにより構成され、レー
ザ光源で発生させたレーザビームをポリゴンミラーによ
り偏向することでレーザビームを走査している。
走査レーザビームを用いて文字や図形を形成しており、
そのためレーザビームの生成および走査を行うレーザビ
ーム走査装置を備えている。レーザビーム走査装置は一
般にレーザ光源やポリゴンミラーにより構成され、レー
ザ光源で発生させたレーザビームをポリゴンミラーによ
り偏向することでレーザビームを走査している。
【0003】ところで、レーザプリンタやファクシミリ
装置で高精細に文字や図形を描画するためには、レーザ
ビームが十分に絞られている必要があり、したがって製
造時に、レーザビーム走査装置により生成されたレーザ
ビームの径を測定して、規定条件を満たしているか否か
が検査される。このレーザビームの径の測定は従来、機
械的な方法を用いて行われていた。すなわち、スリット
をレーザビームの光路の途中に配置し、スリットをレー
ザビームを横断する方向に一定速度で移動させる。そし
て、その際、スリットを通過したレーザビームの光量を
センサにより連続的に、あるいは十分に短い時間間隔で
測定する。その結果、レーザビームを横断する方向のレ
ーザビームの強度分布が得られ、強度分布より、決めら
れた定義にもとづいてレーザビームの径を算出すること
ができる。
装置で高精細に文字や図形を描画するためには、レーザ
ビームが十分に絞られている必要があり、したがって製
造時に、レーザビーム走査装置により生成されたレーザ
ビームの径を測定して、規定条件を満たしているか否か
が検査される。このレーザビームの径の測定は従来、機
械的な方法を用いて行われていた。すなわち、スリット
をレーザビームの光路の途中に配置し、スリットをレー
ザビームを横断する方向に一定速度で移動させる。そし
て、その際、スリットを通過したレーザビームの光量を
センサにより連続的に、あるいは十分に短い時間間隔で
測定する。その結果、レーザビームを横断する方向のレ
ーザビームの強度分布が得られ、強度分布より、決めら
れた定義にもとづいてレーザビームの径を算出すること
ができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の技術では、上記スリットはきわめて精密に移動させ
る必要があり、この方式の測定装置は非常に高価であっ
た。また、レーザビーム径の測定は走査範囲内の複数箇
所で行う必要があるが、装置が高価であるため、1台の
装置を順次位置を変えて測定するのが通常であり、一度
に複数箇所での測定を行えないことから測定に時間がか
かっていた。このような問題を解決する1つの方法とし
て、固体撮像素子(CCD)を用い、その撮像面にレー
ザビームによる光スポットを形成して、その光スポット
の径を測定するという方法を採ることができる。ところ
で、CCDを構成する光センサの画素サイズは通常、9
μm程度と大きく、したがって必要な測定精度を確保す
るためにはCCDの前方に顕微鏡レンズなどの拡大光学
系を配置し、拡大した光スポットがCCDの撮像面に形
成されるようにする必要がある。
来の技術では、上記スリットはきわめて精密に移動させ
る必要があり、この方式の測定装置は非常に高価であっ
た。また、レーザビーム径の測定は走査範囲内の複数箇
所で行う必要があるが、装置が高価であるため、1台の
装置を順次位置を変えて測定するのが通常であり、一度
に複数箇所での測定を行えないことから測定に時間がか
かっていた。このような問題を解決する1つの方法とし
て、固体撮像素子(CCD)を用い、その撮像面にレー
ザビームによる光スポットを形成して、その光スポット
の径を測定するという方法を採ることができる。ところ
で、CCDを構成する光センサの画素サイズは通常、9
μm程度と大きく、したがって必要な測定精度を確保す
るためにはCCDの前方に顕微鏡レンズなどの拡大光学
系を配置し、拡大した光スポットがCCDの撮像面に形
成されるようにする必要がある。
【0005】しかし、このような光学系を用いると、光
学系を構成するレンズなどにおける内面反射により撮像
面に干渉縞が形成されてしまい光ビーム径を高精度に測
定することは困難であった。また、拡大光学系を用いる
ことで測定装置全体が大型化すると共にコスト高になる
という問題があった。本発明はこのような問題を解決す
るためになされたもので、その目的は、走査レーザビー
ムのビーム径を低コストで、かつ効率よく測定できる走
査レーザビームのビーム径測定装置を提供することにあ
る。
学系を構成するレンズなどにおける内面反射により撮像
面に干渉縞が形成されてしまい光ビーム径を高精度に測
定することは困難であった。また、拡大光学系を用いる
ことで測定装置全体が大型化すると共にコスト高になる
という問題があった。本発明はこのような問題を解決す
るためになされたもので、その目的は、走査レーザビー
ムのビーム径を低コストで、かつ効率よく測定できる走
査レーザビームのビーム径測定装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、一定方向に走
査されるレーザビームのビーム径を測定する装置であっ
て、撮像面に多数の光センサを行および列を成してマト
リクス状に配列した撮像素子を含み、前記レーザビーム
が前記撮像素子の前記撮像面に入射して前記撮像面上に
光スポットを形成する撮像装置と、前記レーザビーム
の、前記撮像面に対する照射、非照射を制御する照射制
御手段とを備え、前記光センサの前記行の方向と前記レ
ーザビームの走査方向とは鋭角を成し、前記照射制御手
段は、前記レーザビームの走査に応じ前記レーザビーム
を間欠的に照射して前記撮像面上に複数の前記光スポッ
トを間隔をおいて形成するように前記レーザビーム照射
の時間間隔を制御するように構成され、前記照射制御手
段による前記時間間隔の制御は、前記光スポット間の距
離が前記光センサの前記行の方向において前記光センサ
の配列ピッチの非整数倍の長さとなり、かつ、前記列の
方向において前記光センサの配列ピッチの整数倍となる
ように前記レーザビーム照射における時間間隔を設定す
る第1の制御と、前記光スポット間の距離が前記光セン
サの前記列の方向において前記光センサの配列ピッチの
非整数倍の長さとなり、かつ、前記行の方向において前
記光センサの配列ピッチの整数倍となるように前記レー
ザビーム照射における時間間隔を設定する第2の制御と
を含むことを特徴とする。
査されるレーザビームのビーム径を測定する装置であっ
て、撮像面に多数の光センサを行および列を成してマト
リクス状に配列した撮像素子を含み、前記レーザビーム
が前記撮像素子の前記撮像面に入射して前記撮像面上に
光スポットを形成する撮像装置と、前記レーザビーム
の、前記撮像面に対する照射、非照射を制御する照射制
御手段とを備え、前記光センサの前記行の方向と前記レ
ーザビームの走査方向とは鋭角を成し、前記照射制御手
段は、前記レーザビームの走査に応じ前記レーザビーム
を間欠的に照射して前記撮像面上に複数の前記光スポッ
トを間隔をおいて形成するように前記レーザビーム照射
の時間間隔を制御するように構成され、前記照射制御手
段による前記時間間隔の制御は、前記光スポット間の距
離が前記光センサの前記行の方向において前記光センサ
の配列ピッチの非整数倍の長さとなり、かつ、前記列の
方向において前記光センサの配列ピッチの整数倍となる
ように前記レーザビーム照射における時間間隔を設定す
る第1の制御と、前記光スポット間の距離が前記光セン
サの前記列の方向において前記光センサの配列ピッチの
非整数倍の長さとなり、かつ、前記行の方向において前
記光センサの配列ピッチの整数倍となるように前記レー
ザビーム照射における時間間隔を設定する第2の制御と
を含むことを特徴とする。
【0007】本発明の走査レーザビームのビーム径測定
装置では、照射制御手段がレーザビームの走査に応じレ
ーザビームを間欠的に照射して撮像面上に複数の光スポ
ットを間隔をおいて形成するようにレーザビーム照射の
時間間隔を制御する。そして、照射制御手段は、光スポ
ット間の距離が光センサの行の方向において光センサの
配列ピッチの非整数倍の長さとなり、かつ、列の方向に
おいて光センサの配列ピッチの整数倍となるようにレー
ザビーム照射における時間間隔を設定する第1の制御
と、光スポット間の距離が光センサの列の方向において
光センサの配列ピッチの非整数倍の長さとなり、かつ、
行の方向において前記光センサの配列ピッチの整数倍と
なるようにレーザビーム照射における時間間隔を設定す
る第2の制御とを行う。したがって、各光スポットの前
記光センサに対する相対的な位置は光センサの配列ピッ
チの1/N(但しNは1より大きな自然数)ずつずれる
ことになり、各光スポットのたとえば中心を位置の基準
とした場合、光スポット下の各光センサの位置は、光ス
ポットごとに光センサの配列ピッチより短い距離で変位
したものとなる。そのため、N個の光スポットに対応す
る各光センサの画素値に基づいて配列ピッチが光センサ
の配列ピッチの1/Nとなった場合に相当する画素値を
演算し、これら演算された画素値に基づいて光スポット
を合成し、この合成された光スポットの大きさを算出
し、この算出結果を前記レーザビームの径として出力す
ることが可能となる。つまり、光センサの実際の画素サ
イズより小さい画素サイズの光センサを配列した場合と
同等の検出結果が得られ、光スポットの大きさ、したが
ってレーザビームの径を高精度で測定することが可能と
なる。
装置では、照射制御手段がレーザビームの走査に応じレ
ーザビームを間欠的に照射して撮像面上に複数の光スポ
ットを間隔をおいて形成するようにレーザビーム照射の
時間間隔を制御する。そして、照射制御手段は、光スポ
ット間の距離が光センサの行の方向において光センサの
配列ピッチの非整数倍の長さとなり、かつ、列の方向に
おいて光センサの配列ピッチの整数倍となるようにレー
ザビーム照射における時間間隔を設定する第1の制御
と、光スポット間の距離が光センサの列の方向において
光センサの配列ピッチの非整数倍の長さとなり、かつ、
行の方向において前記光センサの配列ピッチの整数倍と
なるようにレーザビーム照射における時間間隔を設定す
る第2の制御とを行う。したがって、各光スポットの前
記光センサに対する相対的な位置は光センサの配列ピッ
チの1/N(但しNは1より大きな自然数)ずつずれる
ことになり、各光スポットのたとえば中心を位置の基準
とした場合、光スポット下の各光センサの位置は、光ス
ポットごとに光センサの配列ピッチより短い距離で変位
したものとなる。そのため、N個の光スポットに対応す
る各光センサの画素値に基づいて配列ピッチが光センサ
の配列ピッチの1/Nとなった場合に相当する画素値を
演算し、これら演算された画素値に基づいて光スポット
を合成し、この合成された光スポットの大きさを算出
し、この算出結果を前記レーザビームの径として出力す
ることが可能となる。つまり、光センサの実際の画素サ
イズより小さい画素サイズの光センサを配列した場合と
同等の検出結果が得られ、光スポットの大きさ、したが
ってレーザビームの径を高精度で測定することが可能と
なる。
【0008】また、前記撮像装置が出力する、前記光ス
ポットの撮像結果を表す電気信号にもとづき、各光スポ
ットごとに、各光スポットに対応する、各光センサの画
素の値を取得し、取得した画素値により各光スポットの
大きさを算出する第1の演算手段と、前記第1の演算手
段が算出した各光スポットの大きさの平均値を算出し、
算出結果を前記レーザビームの径として出力する第2の
演算手段とを備える構成とした場合には、各光スポット
ごとに求めた光スポットの大きさは、光スポットと光セ
ンサとの位置関係が光スポットごとに異なることから、
各光スポットごとに若干異なったものとなる。したがっ
て、各光スポットごとに算出された光スポットの大きさ
を平均化することで正確な光スポットの大きさを得るこ
とができる。
ポットの撮像結果を表す電気信号にもとづき、各光スポ
ットごとに、各光スポットに対応する、各光センサの画
素の値を取得し、取得した画素値により各光スポットの
大きさを算出する第1の演算手段と、前記第1の演算手
段が算出した各光スポットの大きさの平均値を算出し、
算出結果を前記レーザビームの径として出力する第2の
演算手段とを備える構成とした場合には、各光スポット
ごとに求めた光スポットの大きさは、光スポットと光セ
ンサとの位置関係が光スポットごとに異なることから、
各光スポットごとに若干異なったものとなる。したがっ
て、各光スポットごとに算出された光スポットの大きさ
を平均化することで正確な光スポットの大きさを得るこ
とができる。
【0009】また、本発明は、走査レーザビームのビー
ム径を測定する装置であって、撮像面に多数の光センサ
を配列した撮像素子を含み、レーザビームが前記撮像素
子の前記撮像面に入射して前記撮像面上に光スポットを
形成する撮像装置と、前記レーザビームの、前記撮像面
に対する照射、非照射を制御する照射制御手段とを備
え、前記照射制御手段は、前記レーザビームの走査に応
じて前記レーザビームを間欠的に照射して前記撮像面上
に複数の前記光スポットを形成することを特徴とする。
ム径を測定する装置であって、撮像面に多数の光センサ
を配列した撮像素子を含み、レーザビームが前記撮像素
子の前記撮像面に入射して前記撮像面上に光スポットを
形成する撮像装置と、前記レーザビームの、前記撮像面
に対する照射、非照射を制御する照射制御手段とを備
え、前記照射制御手段は、前記レーザビームの走査に応
じて前記レーザビームを間欠的に照射して前記撮像面上
に複数の前記光スポットを形成することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態例につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明による走査レ
ーザビームのビーム径測定装置の一例によりレーザビー
ム径を測定する原理を説明するためのCCD撮像面の一
部を拡大した状態を示す模式部分平面図、図2はレーザ
ビーム径を測定する原理を説明するためのCCD撮像面
の一部を図1よりも広い範囲で示した模式部分平面図、
図3は実施の形態例のビーム径測定装置を含む測定系全
体を示す構成図、図4は実施の形態例のビーム径測定装
置の構成を示すブロック図である。
て図面を参照して説明する。図1は本発明による走査レ
ーザビームのビーム径測定装置の一例によりレーザビー
ム径を測定する原理を説明するためのCCD撮像面の一
部を拡大した状態を示す模式部分平面図、図2はレーザ
ビーム径を測定する原理を説明するためのCCD撮像面
の一部を図1よりも広い範囲で示した模式部分平面図、
図3は実施の形態例のビーム径測定装置を含む測定系全
体を示す構成図、図4は実施の形態例のビーム径測定装
置の構成を示すブロック図である。
【0011】本実施の形態例の走査レーザビームのビー
ム径測定装置を用いた測定系では、図3に示したよう
に、架台2上にレーザビーム走査装置4が載置され、架
台2の下面部に実施の形態例の走査レーザビームのビー
ム径測定装置6を構成する撮像装置8が設置されてい
る。
ム径測定装置を用いた測定系では、図3に示したよう
に、架台2上にレーザビーム走査装置4が載置され、架
台2の下面部に実施の形態例の走査レーザビームのビー
ム径測定装置6を構成する撮像装置8が設置されてい
る。
【0012】レーザビーム走査装置4は、不図示のレー
ザ光源、ポリゴンミラー、撮像面にレーザビームを結像
させるためのfθレンズなどにより構成され、レーザ光
源で発生させたレーザビームをポリゴンミラーにより偏
向走査する。ポリゴンミラーで走査されたレーザビーム
10は、レーザビーム走査装置4の筐体下部より出射
し、架台2に形成された開口12を通じて撮像装置8に
入射する。なお、レーザビーム10は図3の紙面にほぼ
直交する一定方向に走査され、撮像装置8は架台2の下
面で支持台9を介して支持されている。
ザ光源、ポリゴンミラー、撮像面にレーザビームを結像
させるためのfθレンズなどにより構成され、レーザ光
源で発生させたレーザビームをポリゴンミラーにより偏
向走査する。ポリゴンミラーで走査されたレーザビーム
10は、レーザビーム走査装置4の筐体下部より出射
し、架台2に形成された開口12を通じて撮像装置8に
入射する。なお、レーザビーム10は図3の紙面にほぼ
直交する一定方向に走査され、撮像装置8は架台2の下
面で支持台9を介して支持されている。
【0013】走査レーザビームのビーム径測定装置6
は、図4に示したように、上記撮像装置8の他に、照射
制御手段14および演算装置16を含んで構成されてい
る。撮像装置8は、具体的には撮像素子としてCCD1
8を含み、CCD18の撮像面はレーザビーム10に対
向して配置されている(図3)。
は、図4に示したように、上記撮像装置8の他に、照射
制御手段14および演算装置16を含んで構成されてい
る。撮像装置8は、具体的には撮像素子としてCCD1
8を含み、CCD18の撮像面はレーザビーム10に対
向して配置されている(図3)。
【0014】図1に示したように、CCD18は、撮像
面20に多数の光センサ22を行および列を成してマト
リクス状に配列して構成され、CCD18にレーザビー
ム10が入射することでこの撮像面20に光スポット3
4、36、38、40、……が形成される。各行を構成
する光センサ22の数はたとえば640であり、一方、
各列を構成する光センサ22の数は480である。な
お、図1では撮像面20の一部のみが示されている。
面20に多数の光センサ22を行および列を成してマト
リクス状に配列して構成され、CCD18にレーザビー
ム10が入射することでこの撮像面20に光スポット3
4、36、38、40、……が形成される。各行を構成
する光センサ22の数はたとえば640であり、一方、
各列を構成する光センサ22の数は480である。な
お、図1では撮像面20の一部のみが示されている。
【0015】図1、図2において一点鎖線29は光セン
サ22の行の方向24と平行な直線を表している。すな
わち、光センサ22の行の方向24とレーザビーム10
の走査方向26とは鋭角を成し、詳しくは本実施の形態
例では、レーザビーム10の走査方向26と、光センサ
22の行の方向24とが成す角度28(以下、チルト角
度という)は、光スポット34、36、38、40、…
…の、列の方向30における配列ピッチが、列の方向3
0における光センサ22の配列ピッチの非整数倍の長さ
となるように設定されている。本実施の形態では、光ス
ポット34、36、38、40、……の、列の方向30
における配列ピッチが、列の方向30における光センサ
22の配列ピッチ(画素サイズに相当)の1/4ずつず
れるように(図1では1/4画素、2/4画素、3/4
画素と記載)チルト角度28が設定されている。なお、
本実施の形態例では、光スポット34、36、38、4
0、……の、列の方向30における配列ピッチが、列の
方向30における光センサ22の配列ピッチLPより小
さくなるように設定されているが、上記列の方向30に
おける配列ピッチLPより大きくなるように設定しても
かまわない。
サ22の行の方向24と平行な直線を表している。すな
わち、光センサ22の行の方向24とレーザビーム10
の走査方向26とは鋭角を成し、詳しくは本実施の形態
例では、レーザビーム10の走査方向26と、光センサ
22の行の方向24とが成す角度28(以下、チルト角
度という)は、光スポット34、36、38、40、…
…の、列の方向30における配列ピッチが、列の方向3
0における光センサ22の配列ピッチの非整数倍の長さ
となるように設定されている。本実施の形態では、光ス
ポット34、36、38、40、……の、列の方向30
における配列ピッチが、列の方向30における光センサ
22の配列ピッチ(画素サイズに相当)の1/4ずつず
れるように(図1では1/4画素、2/4画素、3/4
画素と記載)チルト角度28が設定されている。なお、
本実施の形態例では、光スポット34、36、38、4
0、……の、列の方向30における配列ピッチが、列の
方向30における光センサ22の配列ピッチLPより小
さくなるように設定されているが、上記列の方向30に
おける配列ピッチLPより大きくなるように設定しても
かまわない。
【0016】照射制御手段14は、図4に示したよう
に、レーザビーム走査装置4が内部で発生する同期信号
にもとづいて、レーザビーム走査装置4のレーザ光源3
2をオン・オフ制御する。そして、レーザビーム10の
走査に応じてレーザビーム10を間欠的に照射して、図
1、図2に示したように、撮像面20上に複数の光スポ
ット34、36、38、40、……などを間隔をおいて
形成する。
に、レーザビーム走査装置4が内部で発生する同期信号
にもとづいて、レーザビーム走査装置4のレーザ光源3
2をオン・オフ制御する。そして、レーザビーム10の
走査に応じてレーザビーム10を間欠的に照射して、図
1、図2に示したように、撮像面20上に複数の光スポ
ット34、36、38、40、……などを間隔をおいて
形成する。
【0017】照射制御手段14によるレーザビーム走査
装置4のレーザ光源32をオン・オフする時間間隔の制
御は次に示すように行なわれる。すなわち、照射制御手
段14は、光スポット間の距離が光センサ22の行の方
向24において光センサ22の配列ピッチの非整数倍の
長さとなり、かつ、列の方向30において光センサ22
の配列ピッチの整数倍となるようにレーザビーム照射に
おける時間間隔を設定する第1の制御と、光スポット間
の距離が光センサ22の列の方向30において光センサ
22の配列ピッチの非整数倍の長さとなり、かつ、行の
方向24において光センサ22の配列ピッチの整数倍と
なるようにレーザビーム照射における時間間隔を設定す
る第2の制御とを行う。
装置4のレーザ光源32をオン・オフする時間間隔の制
御は次に示すように行なわれる。すなわち、照射制御手
段14は、光スポット間の距離が光センサ22の行の方
向24において光センサ22の配列ピッチの非整数倍の
長さとなり、かつ、列の方向30において光センサ22
の配列ピッチの整数倍となるようにレーザビーム照射に
おける時間間隔を設定する第1の制御と、光スポット間
の距離が光センサ22の列の方向30において光センサ
22の配列ピッチの非整数倍の長さとなり、かつ、行の
方向24において光センサ22の配列ピッチの整数倍と
なるようにレーザビーム照射における時間間隔を設定す
る第2の制御とを行う。
【0018】すなわち、図1と図2における光スポット
34、36、38、40が上記第1の制御に対応してい
る。つまり、光スポット34、36、38、40のそれ
ぞれの間では、列の方30における配列ピッチが光セン
サ22の配列ピッチLPの1/4ずつずれている。この
際、光スポット34、36、38、40のそれぞれの間
では、行の方向24における配列ピッチはずれていな
い。一方、図1と図2における光スポット42、44、
……が上記第2の制御に対応している。なお、図2では
図示されていないが、光スポット44の後に2つの光ス
ポットが照射されるようになっており、これら2つの光
スポットを含む4つの光スポット42、44、……の行
の方向24における配列ピッチが光センサ22の配列ピ
ッチLPの1/4ずつずれている。この際、光スポット
42、44、……のそれぞれの間では、列の方向30に
おける配列ピッチはずれていない。また、光ビームの走
査毎に上記第1、第2の制御の双方が行なわれるように
なっている。
34、36、38、40が上記第1の制御に対応してい
る。つまり、光スポット34、36、38、40のそれ
ぞれの間では、列の方30における配列ピッチが光セン
サ22の配列ピッチLPの1/4ずつずれている。この
際、光スポット34、36、38、40のそれぞれの間
では、行の方向24における配列ピッチはずれていな
い。一方、図1と図2における光スポット42、44、
……が上記第2の制御に対応している。なお、図2では
図示されていないが、光スポット44の後に2つの光ス
ポットが照射されるようになっており、これら2つの光
スポットを含む4つの光スポット42、44、……の行
の方向24における配列ピッチが光センサ22の配列ピ
ッチLPの1/4ずつずれている。この際、光スポット
42、44、……のそれぞれの間では、列の方向30に
おける配列ピッチはずれていない。また、光ビームの走
査毎に上記第1、第2の制御の双方が行なわれるように
なっている。
【0019】なお、レーザビーム走査装置4は、レーザ
ビーム10が走査範囲の一方の端部に移動したことを検
出する同期センサ(図示せず)を備えており、上記同期
信号はこのセンサの出力信号にもとづいて生成される。
したがって、照射制御手段14はレーザビーム10が走
査範囲の一方の端部側に移動し、反対側の端部へと走査
を開始するタイミングを基準にして、レーザ光源32を
オン・オフ制御する。
ビーム10が走査範囲の一方の端部に移動したことを検
出する同期センサ(図示せず)を備えており、上記同期
信号はこのセンサの出力信号にもとづいて生成される。
したがって、照射制御手段14はレーザビーム10が走
査範囲の一方の端部側に移動し、反対側の端部へと走査
を開始するタイミングを基準にして、レーザ光源32を
オン・オフ制御する。
【0020】演算装置16は、撮像装置8が出力する、
光スポットの撮像結果を表す電気信号にもとづき、各光
スポットごとに、各光スポットに対応する、各光センサ
22の画素の値を取得し、後で詳述する原理に基づいて
各光スポットの画素値に基づいて1つの光スポットを合
成し、この合成された光スポットの大きさを算出し、算
出結果をレーザビーム10の径として出力する。なお、
その際、演算装置16は、光スポットの大きさとして、
レーザビーム10の走査方向26における大きさと、レ
ーザビーム10の走査方向26に直交する方向における
大きさを算出することができるが、算出される光スポッ
トの大きさはこれらの方向に限定されるものではなく、
全ての方向における光スポットの大きさを算出できるこ
とはもちろんである。演算装置16は、たとえばCPU
やメモリを含むマイクロコンピュータにより構成するこ
とができ、メモリに所定のプログラムを格納し、前記C
PUを同プログラムにもとづいて動作させることで、上
記演算装置16の機能を実現できる。
光スポットの撮像結果を表す電気信号にもとづき、各光
スポットごとに、各光スポットに対応する、各光センサ
22の画素の値を取得し、後で詳述する原理に基づいて
各光スポットの画素値に基づいて1つの光スポットを合
成し、この合成された光スポットの大きさを算出し、算
出結果をレーザビーム10の径として出力する。なお、
その際、演算装置16は、光スポットの大きさとして、
レーザビーム10の走査方向26における大きさと、レ
ーザビーム10の走査方向26に直交する方向における
大きさを算出することができるが、算出される光スポッ
トの大きさはこれらの方向に限定されるものではなく、
全ての方向における光スポットの大きさを算出できるこ
とはもちろんである。演算装置16は、たとえばCPU
やメモリを含むマイクロコンピュータにより構成するこ
とができ、メモリに所定のプログラムを格納し、前記C
PUを同プログラムにもとづいて動作させることで、上
記演算装置16の機能を実現できる。
【0021】次に、このように構成された走査レーザビ
ームのビーム径測定装置6の動作について説明する。レ
ーザビーム走査装置4は、上記レーザ光源32で発生さ
せたレーザビーム10をポリゴンミラーにより偏向走査
する。ポリゴンミラーで走査されたレーザビーム10
は、レーザビーム走査装置4の筐体下部より出射し、架
台2に形成された開口12を通じて撮像装置8に入射す
る。
ームのビーム径測定装置6の動作について説明する。レ
ーザビーム走査装置4は、上記レーザ光源32で発生さ
せたレーザビーム10をポリゴンミラーにより偏向走査
する。ポリゴンミラーで走査されたレーザビーム10
は、レーザビーム走査装置4の筐体下部より出射し、架
台2に形成された開口12を通じて撮像装置8に入射す
る。
【0022】ここで照射制御手段14は、レーザビーム
走査装置4が内部で発生する同期信号をタイミングの基
準にし、レーザビーム走査速度にもとづき、レーザビー
ム走査装置4のレーザ光源32をオン・オフ制御して、
レーザビーム10を間欠的に照射する。その結果、図
1、図2に示したように、CCD18の撮像面20上に
は複数の光スポット34、36、38などが間隔をおい
て形成される。
走査装置4が内部で発生する同期信号をタイミングの基
準にし、レーザビーム走査速度にもとづき、レーザビー
ム走査装置4のレーザ光源32をオン・オフ制御して、
レーザビーム10を間欠的に照射する。その結果、図
1、図2に示したように、CCD18の撮像面20上に
は複数の光スポット34、36、38などが間隔をおい
て形成される。
【0023】本実施の形態例では、光スポット34、3
6、38、40下の各光センサ22の位置は、列の方向
30において光スポットごとに光センサ22の配列ピッ
チLPの1/4(画素サイズ1/4に相当)で変位した
ものとなる。また、光スポット42、44、……下の各
光センサ22の位置は、行の方向24において光スポッ
トごとに光センサ22の配列ピッチLPの1/4(画素
サイズ1/4に相当)で変位したものとなる。すなわ
ち、光スポット34、36、38、40においては、隣
接する2つの光スポットは、列の方向30に対して、そ
れぞれ光センサ22の配列ピッチLPの1/4だけずれ
た状態で光センサ22上に位置していることになる。一
方、光スポット42、44、……においては、隣接する
2つの光スポットは、行の方向24に対して、それぞれ
光センサ22の配列ピッチLPの1/4だけずれた状態
で光センサ22上に位置していることになる。つまり、
隣接する2つの光スポット間で光センサ22の位置が行
の方向または列の方向にそれぞれ光センサ22の配列ピ
ッチLPの1/4だけずれた状態で位置していることと
同じ状態となるようにしている。
6、38、40下の各光センサ22の位置は、列の方向
30において光スポットごとに光センサ22の配列ピッ
チLPの1/4(画素サイズ1/4に相当)で変位した
ものとなる。また、光スポット42、44、……下の各
光センサ22の位置は、行の方向24において光スポッ
トごとに光センサ22の配列ピッチLPの1/4(画素
サイズ1/4に相当)で変位したものとなる。すなわ
ち、光スポット34、36、38、40においては、隣
接する2つの光スポットは、列の方向30に対して、そ
れぞれ光センサ22の配列ピッチLPの1/4だけずれ
た状態で光センサ22上に位置していることになる。一
方、光スポット42、44、……においては、隣接する
2つの光スポットは、行の方向24に対して、それぞれ
光センサ22の配列ピッチLPの1/4だけずれた状態
で光センサ22上に位置していることになる。つまり、
隣接する2つの光スポット間で光センサ22の位置が行
の方向または列の方向にそれぞれ光センサ22の配列ピ
ッチLPの1/4だけずれた状態で位置していることと
同じ状態となるようにしている。
【0024】CCD18を構成する各光センサ22はレ
ーザビーム10が照射された場合にはその輝度に応じた
大きさの電気信号を出力し、撮像装置8は光センサ22
の出力信号をデジタル信号に変換して時系列的に演算装
置16に出力する。演算装置16は、撮像装置8の出力
信号にもとづき、各光スポットごとに、各光スポットに
対応する、各光センサ22の画素の値、すなわち輝度を
表す値を取得する。CCD18の撮像面20に形成され
る各光スポットの位置は、演算装置16によって上記各
光センサ22の画素の値(輝度を表す値)に基づく重心
計算が行なわれることで算出される。
ーザビーム10が照射された場合にはその輝度に応じた
大きさの電気信号を出力し、撮像装置8は光センサ22
の出力信号をデジタル信号に変換して時系列的に演算装
置16に出力する。演算装置16は、撮像装置8の出力
信号にもとづき、各光スポットごとに、各光スポットに
対応する、各光センサ22の画素の値、すなわち輝度を
表す値を取得する。CCD18の撮像面20に形成され
る各光スポットの位置は、演算装置16によって上記各
光センサ22の画素の値(輝度を表す値)に基づく重心
計算が行なわれることで算出される。
【0025】そして、演算装置16は、以下に示す原理
に基づいて各光スポットを表す画素値に基づいて1つの
光スポットを合成し、この合成された1つの光スポット
の大きさを算出し、算出結果をレーザビーム10の径と
して出力する。なお、その際、演算装置16は、たとえ
ば光スポットの、レーザビーム10の走査方向26にお
ける大きさと、レーザビーム10の走査方向26に直交
する方向における大きさを算出する。
に基づいて各光スポットを表す画素値に基づいて1つの
光スポットを合成し、この合成された1つの光スポット
の大きさを算出し、算出結果をレーザビーム10の径と
して出力する。なお、その際、演算装置16は、たとえ
ば光スポットの、レーザビーム10の走査方向26にお
ける大きさと、レーザビーム10の走査方向26に直交
する方向における大きさを算出する。
【0026】ここで、光センサ22の列の方向30を例
に、演算装置16によって光スポットの大きさを求める
原理について説明する。図5は測定対象となる光スポッ
トの輝度分布図、図6は以下に説明する原理で合成され
た光スポットの輝度分布図である。図7は光センサの境
界(画素の境界)にピークがある状態における各光セン
サの出力と図5に示されている光スポットの輝度分布を
比較して示す輝度分布図である。図8は光センサの境界
(画素の境界)から光センサの配列ピッチの1/4(図
中2.5μmと記載)ずれた位置にピークがある状態に
おける各光センサの出力と図5に示されている光スポッ
トの輝度分布を比較して示す輝度分布図である。図9は
光センサの境界(画素の境界)から光センサの配列ピッ
チの2/4(図中5μmと記載)ずれた位置にピークが
ある状態における各光センサの出力と図5に示されてい
る光スポットの輝度分布を比較して示す輝度分布図であ
る。図10は光センサの境界(画素の境界)から光セン
サの配列ピッチの3/4(図中7.5μmと記載)ずれ
た位置にピークがある状態における各光センサの出力と
図5に示されている光スポットの輝度分布を比較して示
す輝度分布図である。
に、演算装置16によって光スポットの大きさを求める
原理について説明する。図5は測定対象となる光スポッ
トの輝度分布図、図6は以下に説明する原理で合成され
た光スポットの輝度分布図である。図7は光センサの境
界(画素の境界)にピークがある状態における各光セン
サの出力と図5に示されている光スポットの輝度分布を
比較して示す輝度分布図である。図8は光センサの境界
(画素の境界)から光センサの配列ピッチの1/4(図
中2.5μmと記載)ずれた位置にピークがある状態に
おける各光センサの出力と図5に示されている光スポッ
トの輝度分布を比較して示す輝度分布図である。図9は
光センサの境界(画素の境界)から光センサの配列ピッ
チの2/4(図中5μmと記載)ずれた位置にピークが
ある状態における各光センサの出力と図5に示されてい
る光スポットの輝度分布を比較して示す輝度分布図であ
る。図10は光センサの境界(画素の境界)から光セン
サの配列ピッチの3/4(図中7.5μmと記載)ずれ
た位置にピークがある状態における各光センサの出力と
図5に示されている光スポットの輝度分布を比較して示
す輝度分布図である。
【0027】図5、図7乃至図10において、横軸は光
センサの配列を示し、縦軸方向に等間隔をおいて延在す
る縦線は各光センサの区分を示している。本例では光セ
ンサの配列ピッチが10μmとして示している。また、
縦軸は光センサの出力(画素値に相当)を%単位で示し
ており、ピーク値が100%となるように設定してい
る。また、図6において、横軸は光センサの配列を示
し、縦軸方向に等間隔をおいて延在する縦線は各光セン
サを1/4ずつ分割した区分を示している。縦軸は上記
図5、図6乃至図10と同じである。図7乃至図10に
示されている各光スポットは、前述したように例えば列
方向30において光センサの配列ピッチの1/4ずつず
れた状態を示している。
センサの配列を示し、縦軸方向に等間隔をおいて延在す
る縦線は各光センサの区分を示している。本例では光セ
ンサの配列ピッチが10μmとして示している。また、
縦軸は光センサの出力(画素値に相当)を%単位で示し
ており、ピーク値が100%となるように設定してい
る。また、図6において、横軸は光センサの配列を示
し、縦軸方向に等間隔をおいて延在する縦線は各光セン
サを1/4ずつ分割した区分を示している。縦軸は上記
図5、図6乃至図10と同じである。図7乃至図10に
示されている各光スポットは、前述したように例えば列
方向30において光センサの配列ピッチの1/4ずつず
れた状態を示している。
【0028】図6に示されているように、光センサ22
の配列ピッチを1/4ずつ区分した状態において、たと
えば、図7に示されているように、光スポットにおいて
列の方向30に配列される各光センサ22の出力値を順
次AP0、AP1、AP2、……、AP10とする。一
方、図5に示されているように、光スポットを列の方向
に上記光センサ22の配列ピッチの1/4で分割した場
合の出力値が0、0、0、0、X1、X2、X4、X
5、……であったとする。すると、各出力値AP0、A
P1、AP2(AP3以降は省略する)は次に示すよう
な式(1)乃至式(3)で示される。 AP0=0+0+0+0 (1−1) AP1=X1+X2+X3+X4 (1−2) AP2=X5+X6+X7+X8 (1−3)
の配列ピッチを1/4ずつ区分した状態において、たと
えば、図7に示されているように、光スポットにおいて
列の方向30に配列される各光センサ22の出力値を順
次AP0、AP1、AP2、……、AP10とする。一
方、図5に示されているように、光スポットを列の方向
に上記光センサ22の配列ピッチの1/4で分割した場
合の出力値が0、0、0、0、X1、X2、X4、X
5、……であったとする。すると、各出力値AP0、A
P1、AP2(AP3以降は省略する)は次に示すよう
な式(1)乃至式(3)で示される。 AP0=0+0+0+0 (1−1) AP1=X1+X2+X3+X4 (1−2) AP2=X5+X6+X7+X8 (1−3)
【0029】これと同様のことを図8の光スポットで考
える。図8の光スポットにおいて列の方向30に配列さ
れる各光センサ22の出力値を順次BP0、BP1、B
P2、……、BP10とする。すると、各出力値BP
0、BP1、BP2(BP3以降は省略する)は次に示
すような式(2−1)乃至式(2−3)で示される。 BP0=0+0+0+X1 (2−1) BP1=X2+X3+X4+X5 (2−2) BP2=X6+X7+X8+X9 (2−3)
える。図8の光スポットにおいて列の方向30に配列さ
れる各光センサ22の出力値を順次BP0、BP1、B
P2、……、BP10とする。すると、各出力値BP
0、BP1、BP2(BP3以降は省略する)は次に示
すような式(2−1)乃至式(2−3)で示される。 BP0=0+0+0+X1 (2−1) BP1=X2+X3+X4+X5 (2−2) BP2=X6+X7+X8+X9 (2−3)
【0030】同様に図9の光スポットで考える。図9の
光スポットにおいて列の方向30に配列される各光セン
サ22の出力値を順次CP0、CP1、CP2、……、
CP10とする。すると、各出力値CP0、CP1、C
P2(CP3以降は省略する)は次に示すような式(3
−1)乃至式(3−3)で示される。 CP0=0+0+X1+X2 (3−1) CP1=X3+X4+X5+X6 (3−2) CP2=X7+X8+X9+X10 (3−3)
光スポットにおいて列の方向30に配列される各光セン
サ22の出力値を順次CP0、CP1、CP2、……、
CP10とする。すると、各出力値CP0、CP1、C
P2(CP3以降は省略する)は次に示すような式(3
−1)乃至式(3−3)で示される。 CP0=0+0+X1+X2 (3−1) CP1=X3+X4+X5+X6 (3−2) CP2=X7+X8+X9+X10 (3−3)
【0031】同様に図10の光スポットで考える。図1
0の光スポットにおいて列の方向30に配列される各光
センサ22の出力値を順次DP0、DP1、DP2、…
…、DP10とする。すると、各出力値DP0、DP
1、DP2(DP3以降は省略する)は次に示すような
式(4−1)乃至式(4−3)で示される。 DP0=0+X1+X2+X3 (4−1) DP1=X4+X5+X6+X7 (4−2) DP2=X8+X9+X10+X11 (4−3)
0の光スポットにおいて列の方向30に配列される各光
センサ22の出力値を順次DP0、DP1、DP2、…
…、DP10とする。すると、各出力値DP0、DP
1、DP2(DP3以降は省略する)は次に示すような
式(4−1)乃至式(4−3)で示される。 DP0=0+X1+X2+X3 (4−1) DP1=X4+X5+X6+X7 (4−2) DP2=X8+X9+X10+X11 (4−3)
【0032】上述した式(1−1)乃至(4−3)に基
づいて、図7乃至図10に示される各光スポットの各光
センサの出力値APn乃至DPnを表す一般式を求める
と、次に示す式(5)乃至式(8)となる。 APn=X(n-1)*4+1+X(n-1)*4+2+X(n-1)*4+3+X(n-1)*4+4 (5) BPn=X(n-1)*4+2+X(n-1)*4+3+X(n-1)*4+4+X(n-1)*4+5 (6) CPn=X(n-1)*4+3+X(n-1)*4+4+X(n-1)*4+5+X(n-1)*4+6 (7) DPn=X(n-1)*4+4+X(n-1)*4+5+X(n-1)*4+6+X(n-1)*4+7 (8) ただし、nは各光センサに付した画素番号であり、1以
上の自然数で示される。また、Xは1/4に分割した画
素値を示す。
づいて、図7乃至図10に示される各光スポットの各光
センサの出力値APn乃至DPnを表す一般式を求める
と、次に示す式(5)乃至式(8)となる。 APn=X(n-1)*4+1+X(n-1)*4+2+X(n-1)*4+3+X(n-1)*4+4 (5) BPn=X(n-1)*4+2+X(n-1)*4+3+X(n-1)*4+4+X(n-1)*4+5 (6) CPn=X(n-1)*4+3+X(n-1)*4+4+X(n-1)*4+5+X(n-1)*4+6 (7) DPn=X(n-1)*4+4+X(n-1)*4+5+X(n-1)*4+6+X(n-1)*4+7 (8) ただし、nは各光センサに付した画素番号であり、1以
上の自然数で示される。また、Xは1/4に分割した画
素値を示す。
【0033】したがって、上記式(5)乃至(8)に基
づいて光センサの配列ピッチの1/4に分割した画素値
を表す一般式を求めると、次に示す式(9)乃至式(1
2)となる。 X(n-1)*4+5=BPn−APn+X(n-1)*4+1 (9) X(n-1)*4+6=CPn−BPn+X(n-1)*4+2 (10) X(n-1)*4+7=DPn−CPn+X(n-1)*4+3 (11) X(n-1)*4+8=AP(n+1)−DPn+X(n-1)*4+4 (12)
づいて光センサの配列ピッチの1/4に分割した画素値
を表す一般式を求めると、次に示す式(9)乃至式(1
2)となる。 X(n-1)*4+5=BPn−APn+X(n-1)*4+1 (9) X(n-1)*4+6=CPn−BPn+X(n-1)*4+2 (10) X(n-1)*4+7=DPn−CPn+X(n-1)*4+3 (11) X(n-1)*4+8=AP(n+1)−DPn+X(n-1)*4+4 (12)
【0034】したがって、図7乃至図10に示されてい
る光センサの配列ピッチを1/4ずつずらした各光スポ
ットの画素値から上記式(9)乃至式(12)を用いて
光センサの配列ピッチの1/4に分割した画素値を求め
ることができ、これら画素値に基づいて図6に示されて
いる光スポットの輝度分布を合成することができる。表
1は、上記式(9)乃至式(12)を用いて求められた
光センサの配列ピッチの1/4に分割した画素値Xnの
計算例を示す。
る光センサの配列ピッチを1/4ずつずらした各光スポ
ットの画素値から上記式(9)乃至式(12)を用いて
光センサの配列ピッチの1/4に分割した画素値を求め
ることができ、これら画素値に基づいて図6に示されて
いる光スポットの輝度分布を合成することができる。表
1は、上記式(9)乃至式(12)を用いて求められた
光センサの配列ピッチの1/4に分割した画素値Xnの
計算例を示す。
【表1】 なお、表1において、画素値nは4N+Lで表され、N
は10個の光センサに対応して付された0乃至9までの
値を示し、Lは光スポットを光センサの配列ピッチの1
/4ずつずらしたことに対応した1から4までの値を示
す。
は10個の光センサに対応して付された0乃至9までの
値を示し、Lは光スポットを光センサの配列ピッチの1
/4ずつずらしたことに対応した1から4までの値を示
す。
【0035】表1のように計算された画素値から図6に
示されている光スポットが合成される。ただし、図6
は、表1の数値を換算して%単位で表示した数値で示さ
れている。この合成された光スポットの大きさからレー
ザビームのビーム径を算出するには、例えば光スポット
のピークにおける画素値の1/e2の値となる位置の
幅、すなわち光スポットのピークを100%としたとき
に約13.5%の値となる位置の幅として定義すること
ができる。実際に比較してみると、図5に示されている
ビーム径が24.4μmであり、図6に示されている合
成されたビーム径が25.5μmであり、両者はよく一
致しているといえる。
示されている光スポットが合成される。ただし、図6
は、表1の数値を換算して%単位で表示した数値で示さ
れている。この合成された光スポットの大きさからレー
ザビームのビーム径を算出するには、例えば光スポット
のピークにおける画素値の1/e2の値となる位置の
幅、すなわち光スポットのピークを100%としたとき
に約13.5%の値となる位置の幅として定義すること
ができる。実際に比較してみると、図5に示されている
ビーム径が24.4μmであり、図6に示されている合
成されたビーム径が25.5μmであり、両者はよく一
致しているといえる。
【0036】以上詳述したように、各光スポットの前記
光センサに対する相対的な位置は光センサの配列ピッチ
の1/N(但しNは1より大きな自然数)ずつずれるこ
とになり、各光スポットのたとえば中心を位置の基準と
した場合、光スポット下の各光センサの位置は、光スポ
ットごとに光センサの画素サイズより短い距離で変位し
たものとなる。そのため、N個の光スポットに対応する
各光センサの画素値に基づいて配列ピッチが光センサの
配列ピッチの1/Nとなった場合に相当する画素値を演
算し、これら演算された画素値に基づいて光スポットを
合成し、この合成された光スポットの大きさを算出し、
この算出結果を前記レーザビームの径として出力するこ
とが可能となる。つまり、光センサの実際の画素サイズ
より小さい画素サイズの光センサを配列した場合と同等
の検出結果が得られ、光スポットの大きさ、したがって
レーザビームの径を高精度で測定することが可能とな
る。よって、たとえばCCDを備えた撮像装置を用いて
低コストの走査レーザビームのビーム径測定装置を構成
することができ、しかも顕微鏡レンズなどの拡大光学系
は不要であるから小型に形成できる。さらに、低コスト
かつ小型であることから、レーザビームの走査範囲内に
複数台を配置して、複数箇所における測定を一度の走査
で完了することもでき、効率よく測定作業を行える。
光センサに対する相対的な位置は光センサの配列ピッチ
の1/N(但しNは1より大きな自然数)ずつずれるこ
とになり、各光スポットのたとえば中心を位置の基準と
した場合、光スポット下の各光センサの位置は、光スポ
ットごとに光センサの画素サイズより短い距離で変位し
たものとなる。そのため、N個の光スポットに対応する
各光センサの画素値に基づいて配列ピッチが光センサの
配列ピッチの1/Nとなった場合に相当する画素値を演
算し、これら演算された画素値に基づいて光スポットを
合成し、この合成された光スポットの大きさを算出し、
この算出結果を前記レーザビームの径として出力するこ
とが可能となる。つまり、光センサの実際の画素サイズ
より小さい画素サイズの光センサを配列した場合と同等
の検出結果が得られ、光スポットの大きさ、したがって
レーザビームの径を高精度で測定することが可能とな
る。よって、たとえばCCDを備えた撮像装置を用いて
低コストの走査レーザビームのビーム径測定装置を構成
することができ、しかも顕微鏡レンズなどの拡大光学系
は不要であるから小型に形成できる。さらに、低コスト
かつ小型であることから、レーザビームの走査範囲内に
複数台を配置して、複数箇所における測定を一度の走査
で完了することもでき、効率よく測定作業を行える。
【0037】また、上記の例では、光センサ22の列の
方向30に光スポットの配列ピッチをずらすことでレー
ザビームの走査方向と直交する方向におけるビーム径が
算出されることについて説明したが、光センサ22の行
の方向24についても同様の演算を行って光スポットを
合成することでレーザビームの走査方向におけるビーム
径が算出されることはもちろんである。また、光ビーム
の走査毎に上記第1、第2の制御の双方が行なわれるこ
とにより、レーザビームの走査方向と該走査方向と直交
する方向のビーム径を短時間に求めることができる。
方向30に光スポットの配列ピッチをずらすことでレー
ザビームの走査方向と直交する方向におけるビーム径が
算出されることについて説明したが、光センサ22の行
の方向24についても同様の演算を行って光スポットを
合成することでレーザビームの走査方向におけるビーム
径が算出されることはもちろんである。また、光ビーム
の走査毎に上記第1、第2の制御の双方が行なわれるこ
とにより、レーザビームの走査方向と該走査方向と直交
する方向のビーム径を短時間に求めることができる。
【0038】また、光センサ22の行の方向24とレー
ザビーム10の走査方向26との成すチルト角度28を
さらに小さく設定して光センサの列の方向30でもさら
に分解能を高め、光スポットの大きさの測定精度、した
がってレーザビーム径の測定精度をいっそう向上させる
ことができる。
ザビーム10の走査方向26との成すチルト角度28を
さらに小さく設定して光センサの列の方向30でもさら
に分解能を高め、光スポットの大きさの測定精度、した
がってレーザビーム径の測定精度をいっそう向上させる
ことができる。
【0039】次に、本発明の第2の実施の形態例につい
て説明する。第2の実施の形態例では、前述した実施の
形態例と同様に、レーザビームの走査に応じてレーザビ
ームを間欠的に照射して光センサの撮像面上に複数の光
スポットを形成するが、隣接する光スポット間の距離に
ついては特に設定しない。そして、第2の実施の形態例
の走査レーザビームのビーム径測定装置が上記走査レー
ザビームのビーム径測定装置6と異なるのは演算装置1
6における演算処理の内容の点においてである。すなわ
ち、第2の実施の形態例では、演算装置16は、まず本
発明に係わる第1の演算手段として動作して、撮像装置
8が出力する、光スポットの撮像結果を表す電気信号に
もとづき、各光スポットごとに、各光スポットに対応す
る、各光センサ22の画素の値を取得し、取得した画素
値により各光スポットの行および列の方向24、30に
おける大きさを算出する。つづいて、演算装置16は、
本発明に係わる第2の演算手段として動作し、上述のよ
うに算出した各光スポットの大きさの平均値を行および
列の方向24、30ごとに算出し、算出結果をレーザビ
ーム10の径として出力する。
て説明する。第2の実施の形態例では、前述した実施の
形態例と同様に、レーザビームの走査に応じてレーザビ
ームを間欠的に照射して光センサの撮像面上に複数の光
スポットを形成するが、隣接する光スポット間の距離に
ついては特に設定しない。そして、第2の実施の形態例
の走査レーザビームのビーム径測定装置が上記走査レー
ザビームのビーム径測定装置6と異なるのは演算装置1
6における演算処理の内容の点においてである。すなわ
ち、第2の実施の形態例では、演算装置16は、まず本
発明に係わる第1の演算手段として動作して、撮像装置
8が出力する、光スポットの撮像結果を表す電気信号に
もとづき、各光スポットごとに、各光スポットに対応す
る、各光センサ22の画素の値を取得し、取得した画素
値により各光スポットの行および列の方向24、30に
おける大きさを算出する。つづいて、演算装置16は、
本発明に係わる第2の演算手段として動作し、上述のよ
うに算出した各光スポットの大きさの平均値を行および
列の方向24、30ごとに算出し、算出結果をレーザビ
ーム10の径として出力する。
【0040】この場合、各光スポットごとに求めた光ス
ポットの大きさは、光スポットと光センサ22との位置
関係が光スポットごとに異なることから、各光スポット
ごとに若干異なったものとなる。したがって、各光スポ
ットごとに算出された光スポットの大きさを平均化する
ことで正確な光スポットの大きさを得ることができる。
そのため、この第2の実施の形態例においても、上記実
施の形態例の場合と同様の効果を得ることができる。
ポットの大きさは、光スポットと光センサ22との位置
関係が光スポットごとに異なることから、各光スポット
ごとに若干異なったものとなる。したがって、各光スポ
ットごとに算出された光スポットの大きさを平均化する
ことで正確な光スポットの大きさを得ることができる。
そのため、この第2の実施の形態例においても、上記実
施の形態例の場合と同様の効果を得ることができる。
【0041】さらに、第2の実施の形態例では、光スポ
ットが出力する電気信号にノイズが含まれており、その
ノイズが原因で各光スポットごとに求める光スポットの
大きさの精度が低下したとしても、上述のように複数の
値の加算平均を算出するので、ノイズの影響を緩和する
ことができる。
ットが出力する電気信号にノイズが含まれており、その
ノイズが原因で各光スポットごとに求める光スポットの
大きさの精度が低下したとしても、上述のように複数の
値の加算平均を算出するので、ノイズの影響を緩和する
ことができる。
【0042】なお、CCD18を、撮像面20に平行な
面内で揺動可能に支持し、また同面内で揺動させる機構
を設けて、レーザビーム10の走査方向26と、光セン
サ22の行の方向24とが成すチルト角度28を調整で
きる構成とすることも有効である。そのような構成とし
た場合には撮像装置8の設置状態や、照射制御手段14
によるオン・オフ制御のタイミングに応じて上記チルト
角度28を容易に的確な角度に設定することができ、測
定作業の効率向上を図ることができる。また、上記実施
の形態例では、レーザビーム10の走査方向26がおお
むね光センサ22の行の方向24であるとしたが、マト
リクス状に配列された光センサ22の行および列をどの
ように決めるかは任意であり、行と列とを置き換えてレ
ーザビーム10の走査方向26がおおむね光センサ22
の列の方向30であるとしても何ら差し支えない。
面内で揺動可能に支持し、また同面内で揺動させる機構
を設けて、レーザビーム10の走査方向26と、光セン
サ22の行の方向24とが成すチルト角度28を調整で
きる構成とすることも有効である。そのような構成とし
た場合には撮像装置8の設置状態や、照射制御手段14
によるオン・オフ制御のタイミングに応じて上記チルト
角度28を容易に的確な角度に設定することができ、測
定作業の効率向上を図ることができる。また、上記実施
の形態例では、レーザビーム10の走査方向26がおお
むね光センサ22の行の方向24であるとしたが、マト
リクス状に配列された光センサ22の行および列をどの
ように決めるかは任意であり、行と列とを置き換えてレ
ーザビーム10の走査方向26がおおむね光センサ22
の列の方向30であるとしても何ら差し支えない。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、レーザビ
ームが撮像素子の撮像面に入射して撮像面上に光スポッ
トを形成する撮像装置と、レーザビームの、撮像面に対
する照射、非照射を制御する照射制御手段とを備え、光
センサの行の方向とレーザビームの走査方向とは鋭角を
成し、照射制御手段は、レーザビームの走査に応じレー
ザビームを間欠的に照射して撮像面上に複数の光スポッ
トを間隔をおいて形成するようにレーザビーム照射の時
間間隔を制御するように構成され、照射制御手段による
時間間隔の制御は、光スポット間の距離が光センサの行
の方向において光センサの配列ピッチの非整数倍の長さ
となり、かつ、列の方向において光センサの配列ピッチ
の整数倍となるようにレーザビーム照射における時間間
隔を設定する第1の制御と、光スポット間の距離が光セ
ンサの列の方向において光センサの配列ピッチの非整数
倍の長さとなり、かつ、行の方向において光センサの配
列ピッチの整数倍となるように前記レーザビーム照射に
おける時間間隔を設定する第2の制御とを含む構成とし
た。
ームが撮像素子の撮像面に入射して撮像面上に光スポッ
トを形成する撮像装置と、レーザビームの、撮像面に対
する照射、非照射を制御する照射制御手段とを備え、光
センサの行の方向とレーザビームの走査方向とは鋭角を
成し、照射制御手段は、レーザビームの走査に応じレー
ザビームを間欠的に照射して撮像面上に複数の光スポッ
トを間隔をおいて形成するようにレーザビーム照射の時
間間隔を制御するように構成され、照射制御手段による
時間間隔の制御は、光スポット間の距離が光センサの行
の方向において光センサの配列ピッチの非整数倍の長さ
となり、かつ、列の方向において光センサの配列ピッチ
の整数倍となるようにレーザビーム照射における時間間
隔を設定する第1の制御と、光スポット間の距離が光セ
ンサの列の方向において光センサの配列ピッチの非整数
倍の長さとなり、かつ、行の方向において光センサの配
列ピッチの整数倍となるように前記レーザビーム照射に
おける時間間隔を設定する第2の制御とを含む構成とし
た。
【0044】そのため、各光スポットの前記光センサに
対する相対的な位置は光センサの配列ピッチの1/N
(但しNは1より大きな自然数)ずつずれることにな
り、各光スポットのたとえば中心を位置の基準とした場
合、光スポット下の各光センサの位置は、光スポットご
とに光センサの配列ピッチより短い距離で変位したもの
となる。これにより、N個の光スポットに対応する各光
センサの画素値に基づいて配列ピッチが光センサの配列
ピッチの1/Nとなった場合に相当する画素値を演算
し、これら演算された画素値に基づいて光スポットを合
成し、この合成された光スポットの大きさを算出し、こ
の算出結果を前記レーザビームの径として出力すること
が可能となる。つまり、光センサの実際の画素サイズよ
り小さい画素サイズの光センサを配列した場合と同等の
検出結果が得られ、光スポットの大きさ、したがってレ
ーザビームの径を高精度で測定することが可能となる。
よって、たとえばCCDを備えた撮像装置を用いて低コ
ストの走査レーザビームのビーム径測定装置を構成する
ことができ、しかも顕微鏡レンズなどの拡大光学系は不
要であるから小型に形成できる。さらに、低コストかつ
小型であることから、レーザビームの走査範囲内に複数
台を配置して、複数箇所における測定を一度の走査で完
了することもでき、効率よく測定作業を行える。
対する相対的な位置は光センサの配列ピッチの1/N
(但しNは1より大きな自然数)ずつずれることにな
り、各光スポットのたとえば中心を位置の基準とした場
合、光スポット下の各光センサの位置は、光スポットご
とに光センサの配列ピッチより短い距離で変位したもの
となる。これにより、N個の光スポットに対応する各光
センサの画素値に基づいて配列ピッチが光センサの配列
ピッチの1/Nとなった場合に相当する画素値を演算
し、これら演算された画素値に基づいて光スポットを合
成し、この合成された光スポットの大きさを算出し、こ
の算出結果を前記レーザビームの径として出力すること
が可能となる。つまり、光センサの実際の画素サイズよ
り小さい画素サイズの光センサを配列した場合と同等の
検出結果が得られ、光スポットの大きさ、したがってレ
ーザビームの径を高精度で測定することが可能となる。
よって、たとえばCCDを備えた撮像装置を用いて低コ
ストの走査レーザビームのビーム径測定装置を構成する
ことができ、しかも顕微鏡レンズなどの拡大光学系は不
要であるから小型に形成できる。さらに、低コストかつ
小型であることから、レーザビームの走査範囲内に複数
台を配置して、複数箇所における測定を一度の走査で完
了することもでき、効率よく測定作業を行える。
【0045】また、前記撮像装置が出力する、前記光ス
ポットの撮像結果を表す電気信号にもとづき、各光スポ
ットごとに、各光スポットに対応する、各光センサの画
素の値を取得し、取得した画素値により各光スポットの
大きさを算出する第1の演算手段と、前記第1の演算手
段が算出した各光スポットの大きさの平均値を算出し、
算出結果を前記レーザビームの径として出力する第2の
演算手段とを備える構成とした場合には、各光スポット
ごとに求めた光スポットの大きさは、光スポットと光セ
ンサとの位置関係が光スポットごとに異なることから、
各光スポットごとに若干異なったものとなる。したがっ
て、各光スポットごとに算出された光スポットの大きさ
を平均化することで正確な光スポットの大きさを得るこ
とができ、上記と同様の効果を奏することができる。
ポットの撮像結果を表す電気信号にもとづき、各光スポ
ットごとに、各光スポットに対応する、各光センサの画
素の値を取得し、取得した画素値により各光スポットの
大きさを算出する第1の演算手段と、前記第1の演算手
段が算出した各光スポットの大きさの平均値を算出し、
算出結果を前記レーザビームの径として出力する第2の
演算手段とを備える構成とした場合には、各光スポット
ごとに求めた光スポットの大きさは、光スポットと光セ
ンサとの位置関係が光スポットごとに異なることから、
各光スポットごとに若干異なったものとなる。したがっ
て、各光スポットごとに算出された光スポットの大きさ
を平均化することで正確な光スポットの大きさを得るこ
とができ、上記と同様の効果を奏することができる。
【図1】本発明による走査レーザビームのビーム径測定
装置の一例によりレーザビーム径を測定する原理を説明
するためのCCD撮像面の一部を拡大した状態を示す模
式部分平面図である。
装置の一例によりレーザビーム径を測定する原理を説明
するためのCCD撮像面の一部を拡大した状態を示す模
式部分平面図である。
【図2】レーザビーム径を測定する原理を説明するため
のCCD撮像面の一部を図1よりも広い範囲で示した模
式部分平面図である。
のCCD撮像面の一部を図1よりも広い範囲で示した模
式部分平面図である。
【図3】実施の形態例を含む測定系全体を示す構成図で
ある。
ある。
【図4】実施の形態例の構成を示すブロック図である。
【図5】測定対象となる光スポットの輝度分布図であ
る。
る。
【図6】合成された光スポットの輝度分布図である。
【図7】光センサの境界(画素の境界)にピークがある
状態における各光センサの出力と図5に示されている光
スポットの輝度分布を比較して示す輝度分布図である。
状態における各光センサの出力と図5に示されている光
スポットの輝度分布を比較して示す輝度分布図である。
【図8】光センサの境界(画素の境界)から光センサの
配列ピッチの1/4ずれた位置にピークがある状態にお
ける各光センサの出力と図5に示されている光スポット
の輝度分布を比較して示す輝度分布図である。
配列ピッチの1/4ずれた位置にピークがある状態にお
ける各光センサの出力と図5に示されている光スポット
の輝度分布を比較して示す輝度分布図である。
【図9】光センサの境界(画素の境界)から光センサの
配列ピッチの2/4ずれた位置にピークがある状態にお
ける各光センサの出力と図5に示されている光スポット
の輝度分布を比較して示す輝度分布図である。
配列ピッチの2/4ずれた位置にピークがある状態にお
ける各光センサの出力と図5に示されている光スポット
の輝度分布を比較して示す輝度分布図である。
【図10】光センサの境界(画素の境界)から光センサ
の配列ピッチの3/4ずれた位置にピークがある状態に
おける各光センサの出力と図5に示されている光スポッ
トの輝度分布を比較して示す輝度分布図である。
の配列ピッチの3/4ずれた位置にピークがある状態に
おける各光センサの出力と図5に示されている光スポッ
トの輝度分布を比較して示す輝度分布図である。
2 架台 4 レーザビーム走査装置 6 走査レーザビームのビーム径測定装置 8 撮像装置 10 レーザビーム 12 開口 14 照射制御手段 16 演算装置 18 CCD 20 撮像面 22 光センサ 24 行の方向 26 走査方向 28 チルト角度 30 列の方向 32 レーザ光源 34、36、38、40、42、44 光スポット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2C362 AA20 2F065 AA17 AA19 AA26 AA51 BB29 CC00 DD02 DD06 FF04 GG04 GG08 HH04 JJ03 JJ08 JJ26 LL10 LL14 LL62 MM16 NN02 PP01 QQ03 QQ17 QQ21 QQ25 QQ27 QQ28 QQ34 QQ42 RR08 5B057 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CC01 CE08 DB02 DB09 DC03 DC06 DC23 5C051 BA03 CA07 DA06 DB01 DB02 DB30 DE02 DE29
Claims (9)
- 【請求項1】 一定方向に走査されるレーザビームのビ
ーム径を測定する装置であって、 撮像面に多数の光センサを行および列を成してマトリク
ス状に配列した撮像素子を含み、前記レーザビームが前
記撮像素子の前記撮像面に入射して前記撮像面上に光ス
ポットを形成する撮像装置と、 前記レーザビームの、前記撮像面に対する照射、非照射
を制御する照射制御手段とを備え、 前記光センサの前記行の方向と前記レーザビームの走査
方向とは鋭角を成し、 前記照射制御手段は、前記レーザビームの走査に応じ前
記レーザビームを間欠的に照射して前記撮像面上に複数
の前記光スポットを間隔をおいて形成するように前記レ
ーザビーム照射の時間間隔を制御するように構成され、 前記照射制御手段による前記時間間隔の制御は、前記光
スポット間の距離が前記光センサの前記行の方向におい
て前記光センサの配列ピッチの非整数倍の長さとなり、
かつ、前記列の方向において前記光センサの配列ピッチ
の整数倍となるように前記レーザビーム照射における時
間間隔を設定する第1の制御と、前記光スポット間の距
離が前記光センサの前記列の方向において前記光センサ
の配列ピッチの非整数倍の長さとなり、かつ、前記行の
方向において前記光センサの配列ピッチの整数倍となる
ように前記レーザビーム照射における時間間隔を設定す
る第2の制御とを含む、 ことを特徴とする走査レーザビームのビーム径測定装
置。 - 【請求項2】 前記撮像面に対する前記レーザビームの
走査が行なわれる毎に前記第1、第2の制御の双方が行
なわれるように構成されていることを特徴とする請求項
1記載の走査レーザビームのビーム径測定装置。 - 【請求項3】 前記レーザビームの走査方向と、前記光
センサの前記行の方向とが成す角度は、前記光スポット
の、前記列の方向における配列ピッチが、前記列の方向
における前記光センサの配列ピッチの非整数倍の長さと
なるように設定されていることを特徴とする請求項1ま
たは2記載の走査レーザビームのビーム径測定装置。 - 【請求項4】 前記行方向または列方向における前記光
スポット間の距離が前記光センサの配列ピッチの非整数
倍の長さとなることによって、前記各光スポットの前記
光センサに対する相対的な位置は前記光センサの配列ピ
ッチの1/N(但しNは1より大きな自然数)ずつずれ
ることを特徴とする請求項1、2または3記載の走査レ
ーザビームのビーム径測定装置。 - 【請求項5】 前記撮像装置が出力する前記光スポット
の撮像結果を表す電気信号にもとづき、前記光センサに
対する相対的位置が前記光センサの配列ピッチの1/N
ずつずれたN個の光スポットに対応する各光センサの画
素の値を取得し、前記N個の光スポットに対応する各光
センサの画素値に基づいて配列ピッチが前記光センサの
配列ピッチの1/Nとなった場合に相当する画素値を演
算し、これら演算された画素値に基づいて光スポットを
合成し、この合成された光スポットの大きさを算出し、
この算出結果を前記レーザビームの径として出力する演
算手段を備えたことを特徴とする請求項4記載の走査レ
ーザビームのビーム径測定装置。 - 【請求項6】 前記演算手段によって算出される前記光
スポットの大きさは、少なくとも前記レーザビームの走
査方向における前記光スポットの大きさと前記レーザビ
ームの走査方向に直交する方向における前記光スポット
の大きさを含むことを特徴とする請求項5記載の走査レ
ーザビームのビーム径測定装置。 - 【請求項7】 前記撮像装置が出力する、前記光スポッ
トの撮像結果を表す電気信号にもとづき、各光スポット
ごとに、各光スポットに対応する、各光センサの画素の
値を取得し、取得した画素値により各光スポットの大き
さを算出する第1の演算手段と、前記第1の演算手段が
算出した各光スポットの大きさの平均値を算出し、算出
結果を前記レーザビームの径として出力する第2の演算
手段とを備えたことを特徴とする請求項1乃至4に何れ
か1項記載の走査レーザビームのビーム径測定装置。 - 【請求項8】 前記撮像素子はCCDであることを特徴
とする請求項1乃至7に何れか1項記載の走査レーザビ
ームのビーム径測定装置。 - 【請求項9】 走査レーザビームのビーム径を測定する
装置であって、 撮像面に多数の光センサを配列した撮像素子を含み、レ
ーザビームが前記撮像素子の前記撮像面に入射して前記
撮像面上に光スポットを形成する撮像装置と、 前記レーザビームの、前記撮像面に対する照射、非照射
を制御する照射制御手段とを備え、 前記照射制御手段は、前記レーザビームの走査に応じて
前記レーザビームを間欠的に照射して前記撮像面上に複
数の前記光スポットを形成すること、 を特徴とする走査レーザビームのビーム径測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000032837A JP2001221614A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 走査レーザビームのビーム径測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000032837A JP2001221614A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 走査レーザビームのビーム径測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001221614A true JP2001221614A (ja) | 2001-08-17 |
Family
ID=18557389
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000032837A Pending JP2001221614A (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 走査レーザビームのビーム径測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001221614A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107462178A (zh) * | 2016-06-03 | 2017-12-12 | 北京林业大学 | 一种非接触单双向扫描式胸径测量方法 |
CN108088379A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-05-29 | 湖北工业大学 | 一种基于三标准棒法的双光路激光扫描测径***及方法 |
-
2000
- 2000-02-10 JP JP2000032837A patent/JP2001221614A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107462178A (zh) * | 2016-06-03 | 2017-12-12 | 北京林业大学 | 一种非接触单双向扫描式胸径测量方法 |
CN108088379A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-05-29 | 湖北工业大学 | 一种基于三标准棒法的双光路激光扫描测径***及方法 |
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