JP2001305013A - 走査光学系の光学特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光センサに対するスポット位置のずれに起因
する測定ミスを検出して測定の自動化及び精度向上を図
った光学特性の測定装置を提供する。 【解決手段】 本発明の光学特性測定装置は、レーザＬ
の主走査方向Ｘにおける測定位置に配置される光センサ
６と、該光センサ６を変位させる光センサ変位手段７
と、上記光スポットを変位させる光スポット変位手段９
と、これら変位手段を駆動して設定された所望の測定位
置における光センサ６からの出力に基づいて光学特性を
測定する制御演算手段１１と、該制御演算手段１１によ
り光スポットを停止制御した光センサ６からの出力の有
無に基づいて駆動される警告発生手段１８と、を備えた
構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、走査光学系の走査
レーザを被走査面上に配置させた光センサにスポット状
に入射させ静止させた状態で、光スポットの光パワー、
熱量、ビームプロファイル、ビーム径、波長等の光学特
性を測定可能な走査光学系の光学特性測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光束を被走査面上に光スポットと
して集光させ、被走査面を走査する走査光学系は、レー
ザプリンタやデジタル複写機といった各種の画像形成装
置に関して広く知られている。近来、走査光学系による
走査の「高密度化やマルチビーム化」が意図され、光学
特性の計測には、より高精度・自動化が要求されるよう
になってきている。光スポットは被走査面上で移動して
被走査面を走査するが、被走査面上における光スポット
の理想的な移動方向を主走査方向とよび、被走査面上で
主走査方向に直交する方向を副走査方向と呼ぶことは周
知の通りである。ここで言う「被走査面」は仮想的な平面
であり、実体的には光導電性の感光体の感光面である。
光スポットの移動軌跡を「主走査ライン」と呼ぶ。

【０００３】この光スポットの光学特性を測定する場
合、光スポットを被走査面上の所望の主走査位置に配置
した光センサの受光素子へ、正確にビームを静止させる
必要がある。このために、ビーム位置を目視で確認しな
がら手作業等により回転多面鏡を回転させ目的の位置に
停止させるのでは、測定に時間がかかると共に、回転多
面鏡の停止位置精度のばらつきも大きく測定精度が低下
していた。また周囲を暗くして測定を行う必要があり、
測定に手間がかかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、測定の自動化による測定時間の短縮、操作性及び測
定精度の向上を図るとともに、特に、光センサに対して
光スポット位置を自動制御する場合において、光スポッ
ト位置と光センサ位置とが一致せずに生じる測定ミスを
回避して、測定精度の向上とともに測定の自動化を高め
た光学特性の測定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光学特性測定装置は、走査光学系により走
査可能なレーザ光束を被走査面上に光スポットとして集
光させ、上記被走査面に等価な測定面上の所望の主走査
位置における上記光スポットの光学特性を測定する装置
であって、上記光スポットの主走査方向の軌道上に配置
される光センサと、該光センサを変位させ、その受光面
を測定面上の任意の測定位置へ配置する光センサ変位手
段と、上記光スポットの位置を測定面上の任意の測定位
置へ変位させる光スポット変位手段と、上記光センサ変
位手段及び光スポット変位手段を駆動制御することによ
り所望の測定位置に設定された上記光センサからの出力
に基づいて光学特性を測定する制御演算手段と、該制御
演算手段により上記光スポットを停止制御した光センサ
からの出力の有無に基づいて駆動される警告発生手段
と、を備えたことを特徴としている。

【０００６】また、上記制御演算手段は、上記光スポッ
トを停止制御された光センサから出力が検出されないと
き、上記光スポット変位手段を駆動して光スポット位置
を往復変位させ、且つ上記出力が検出されるまでその変
位量を徐々に増加させるとした構成にすることができ
る。

【０００７】さらに、上記制御演算手段は、少なくとも
第１，第２の２箇所の測定位置を設定し、第１の測定位
置で光スポットを検出した後、第２の測定位置へ変位さ
せた光センサに対し光スポットを停止制御した際に該光
センサの出力を検出できない場合、該光センサ及び光ス
ポットを上記第１の測定位置へ戻すように変位させて該
第１の測定位置における光センサの出力をも検出できな
いときに上記警告発生手段を駆動可能な構成にすること
もできる。

【０００８】また、上記制御演算手段は、上記第１の測
定位置へ戻した光センサの出力を検知した状態で、該光
センサを光スポット位置と共に第２の測定位置へ移動さ
せ、該移動される光センサに対して光スポットの位置補
正を複数回行うとした構成にするとよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を用
した測定装置の実施の形態例を説明する。図１は、本発
明を適用した光学測定装置の概略構成を示す平面図で、
図２は、図１の装置の全体構成を示す側面図である。

【００１０】図１の本測定装置は、測定対象ユニットと
しての走査光学系ユニット１と、走査光学系ユニット１
から出射されるレーザＬの光スポット位置を特定し受光
情報信号を出力する特性測定用の光センサ６と、光セン
サ６を主走査方向Ｘへ変位させる直動ステージ７を含む
光センサ変位手段と、レーザＬを偏向させる回転多面境
４を駆動して光スポットを主走査方向Ｘへ変位させる光
スポット変位手段と、パソコン１１を用いた制御演算手
段とにより構成されている。図２に示すように、測定対
象物である走査光学系ユニット１は専用台１３上に固定
される。

【００１１】走査光学系ユニット１内には、半導体レー
ザ２を用いた光源部が設置され、半導体レーザ２から放
出されたレーザＬは、コリメートレンズ及びシリンドリ
カルレンズ３によって、回転多面鏡４の鏡面に集光され
る。回転多面鏡４に集光されたレーザＬは、その一鏡面
で反射してｆθレンズ５を通過し、仮想的な平面である
被走査面上における光スポットの移動範囲（主走査領
域）内に配置された光センサ６の受光面６ａを照射す
る。光センサ６としてはスリットスキャニング方式また
はエリアＣＣＤ方式などによりスポット位置及びビーム
径の特定可能なセンサがある。光センサ６はレーザＬを
光スポットとして受像すると、この光センサ６からの出
力は、コントローラ１０を介してパソコン１１に取り込
まれ、光学特性及びスポット位置などが算出されるよう
になっている。

【００１２】上記光センサ６は、直動ステージ７、直動
ステージ８、及び垂直ステージ１２の３種類のステージ
により、測定時に必要とされるポジションに移動するこ
とができる。すなわち、光センサ６は、直動ステージ７
によりレーザＬの主走査方向Ｘで任意の像高に移動で
き、また、図２に示す垂直ステージ１２により副走査方
向Ｚへ移動できる。さらに、光軸方向の直動ステージ８
により、光センサ６の受光面６ａを被走査面上に設定す
ることができる。また、光センサ６を図示しない回転ス
テージ上に設置すれば、各測定位置に応じて入射するレ
ーザＬの光軸方向に受光面６ａを合わせることもでき
る。ただし、主として主走査方向Ｘに割り振られた複数
箇所での測定に関わる本実施例では、上記光センサ変位
手段として少なくとも直動ステージ７を有すればよい。
直動ステージ７を含む光センサ変位手段は、パソコン１
１により駆動制御される。

【００１３】光スポット変位手段は、つぎのように構成
することができる。ステッピングモータ９は、図２に示
すようにスタンド１７及びアーム１４により自由に位置
決めが可能となっており、その駆動軸を回転多面境４に
対向配置させている。ステッピングモータ９の駆動軸
は、板ばね等で構成されるクランプ部材１６にカップリ
ング１５によって接続され、クランプ部材１６が回転多
面鏡４を挟んでいる。こうしてステッピングモータ９と
回転多面境４とが遊びなく接続されている。図示を省略
したがステッピングモータ９はパソコン１１に接続され
ており、パソコン１１の操作によってステッピングモー
タ９を駆動して回転多面境４の回転及び停止が制御され
るようになっている。こうして、被走査面上に結像する
レーザＬの光スポットは、ステッピングモータ９へ繰り
出される駆動パルスによって望みの像高に設定されるよ
うになっている。

【００１４】パソコン１１には、警告発生手段１８が接
続されている。図３に制御演算手段のハードウエア構成
を例示する。制御演算手段としてのパソコン１１のＣＰ
Ｕは、光センサ６の受光情報信号に基づき、光スポット
の中心位置及び光スポットの光学特性を演算すると共
に、上記光センサ変位手段及び光スポット変位手段を制
御する機能を持つ。このため、ブロック図に示されるよ
うにＣＰＵには直動ステージ７、ステッピングモータ９
の各駆動回路、警告発生手段１８、及び記憶手段１９
（ROM・ＲＡＭ）等が接続されており、ＲＯＭには一連
の測定動作に必要とされるプログラムが格納されてい
る。ＣＰＵでは光センサ６から取り込まれた受光情報信
号に基づいて演算処理等が行われ、その結果は表示部２
０に出力されるようになっている。

【００１５】つぎに、上記測定装置における測定手順を
説明する。図４は、測定手順のフローチャートである。
測定位置に応じて同図（ａ）のメインフローからサブル
ーティンへ飛ぶようになっている。同図（ｂ）に第２の
測定位置におけるサブルーティンを示す。また、図５は
第１の測定位置、図６は第２の測定位置における受光状
態を示している。以下、第１の測定位置から第２の測定
位置へ測定ポイントを変更する際の制御フローを説明す
る。

【００１６】まず、図４（ａ）において第１の測定位置
での測定（Ｎ＝１）が指示されると、第１の測定位置で
の測定が行われる（Ｓ１０１）。第１の測定位置の測定
が終了すると、第２の測定位置での測定（Ｎ＝２）が指
示され、同図（ａ）のフローから同図（ｂ）のサブルー
ティンに飛ぶ（Ｓ１０２）。同図（ｂ）において、ＣＰ
Ｕは記憶手段１９から第２の測定位置に関する「位置情
報」を読み出し（Ｓ２０１）、その位置情報に基づいて
第１の測定位置から第２の測定位置までに必要とされる
変位量、すなわち、直動ステージ７及びステッピングモ
ータ９の各々の駆動量が算出される。そして図６に示す
ようにステッピングモータ９の駆動により回転多面鏡４
が回転し、光スポット位置が第２の測定位置近傍に変位
し静止するとともに（Ｓ２０２）、直動ステージ７の駆
動により、光センサ６が所望の主走査位置としての第２
の測定位置へ変位して停止する（Ｓ２０３）。

【００１７】理論上は、上記駆動制御により、図６に示
すように第２の測定位置に配置された光センサ６の受光
面６ａ上に光スポットが入射する。このときは、次の光
スポットの検出ステップ（Ｓ２０４）でＹｅｓとなり、
光学特性の測定（Ｓ２０５）が行われる。

【００１８】しかしながら、ステッピングモータ９の駆
動量は走査光学系の理論値として得られるところ、万が
一、カップリング１５やクランプ部材１６との結合部に
滑りが生じた場合や理論値と実際の移動量との間にずれ
がある場合、レーザＬの光スポット位置が光センサ６の
受光面６ａに入射せず、光センサ６からは受光情報信号
が得られない。受光情報信号が得られていないまま特性
値の演算が行われるなど、測定が続行されると少なくて
もパソコン１１では真値に基づかない誤った測定結果が
算出されてしまう。

【００１９】図７は、光スポットが受光部６ａから外れ
た状態を示している。同図に示すように、受光部６ａか
ら光スポットが外れた状態では、光スポットの検出ステ
ップ（Ｓ２０４）でＮｏと判定され、警告発生手段１８
が駆動される（Ｓ２０６）。警告発生手段１８による警
告が、音声や文字情報の出力により光スポットが外れた
旨を操作者に知らせる。警告を発して測定を中止するに
より、測定ミスが未然に防止される。

【００２０】図８は、光スポット位置を自動制御するた
めのフローチャートである。上記警告の発動と共に或い
は警告に代えて、装置の自動化率を高める観点から、同
図の自動制御を行うとよい。図８では、図４（ｂ）中の
警告（Ｓ２０６）に代えて光スポットの往復変位のルー
プが示されている。光スポット検出のステップ（Ｓ２０
４）でＮｏと判定された場合に、ステッピングモータ９
を正逆転制御することにより、光スポットを所定の変位
量で往復変位させ（Ｓ２０７）、光センサ６の位置探索
を行わせる。

【００２１】通常、光スポットのずれがクランプ部材１
６等の滑りや理論値に対する誤差を原因とするなら、本
来の測定位置から光スポットが大きく外れることはあま
り考えにくい。このため、外れた光スポットは受光面６
ａの比較的近傍に位置すると想定でき、したがって、効
率的な受光位置探索という観点からは、上記光スポット
の往復変位量を、小さな値から大きな値へ増加処理する
ことが望ましい。すなわち、図８（ａ）の検知ステップ
（Ｓ２０４）で光スポットが検知されないとき、往復変
位を行う（Ｓ２０７）。このループは駆動量の加算又は
回数に応じた駆動量を読み出すなどの絶対変位量の増加
処理（Ｓ２０８）が含まれ、変位量の増加を行う度に検
知ステップ（Ｓ２０４）へ戻って再検知（Ｓ２０４）が
行われる。光センサ６により光スポットが検知され、Ｓ
２０４でＹｅｓと判定されるまでは、その前回よりも大
きな変位量で光スポットが往復することとなる。

【００２２】図７中には幾分誇張して、増加処理された
光スポットの変位量を矢印Ｘ１，Ｘ２及びＸ３で示して
いる。このようにレーザＬを主走査方向Ｘに沿って、そ
の検知が確認されるまで繰り返し変位させると、同図の
例ではＸ２の変位時に光スポットが検知されることとな
る。往復変位によってレーザＬが受光面６ａに入射する
と、Ｓ２０４ではＹｅｓと判定され、光センサ６の出力
をパソコン１１に取り込んで光学特性が測定される（Ｓ
２０５）。上記の自動制御によれば、光スポットの位置
が光センサ６から外れた場合でも、測定を中断すること
なく継続することができ、装置の自動化を高めることが
できる。

【００２３】さらには、図８（ｂ）に示すように、往復
変位のループ中に変位回数を計測するカウンタ（Ｓ２０
９）を設け、これが一定回数（図示の例ではＭ回）に達
したとき、故障判定を起動する構成をとることもできる
（Ｓ２１０）。つまり、所定の探索によっても光スポッ
ト位置が検知されないときは、例えば回転多面鏡４とク
ランプ部材１６との結合部が完全に外れてしまったなど
の装置故障であると考えられるから、制御演算手段は故
障判定を行うとしたものである。

【００２４】故障判定では、一旦光スポット位置及び光
センサ６位置の双方を、既に光スポット検出が確認され
ている第１の測定位置まで戻す。ここで光スポットを再
び検出できるかが判定される。他の測定位置で再検出を
行っても光センサ６からの出力信号が得られないとき
は、上記警告発生手段１８を駆動し、操作者に装置の異
常を知らせる。この警告により、機械故障等に起因する
測定ミスを未然に防止することができる。

【００２５】図９は、光スポットの位置補正を説明する
図である。前回の測定位置（上記の例では第１の測定位
置）まで戻して再検出を行った際に、この第１の測定位
置で光センサ６の出力が得られたときは、故障ではなく
測定を続行できる状態と想定される。このような場合、
故障等ではないから、第２の測定位置の誤差は、理論値
と実際の移動量のずれに起因するものと考えられる。

【００２６】そこで、測定を続行するために、光センサ
６の出力を確認しながら、光スポット及び光センサ６を
共に、第１の測定位置から第２の測定位置方向へ徐々に
変位させる。例えば図９に示すように、第２の測定位置
までの距離を複数回に分けて徐々に移動させ、適宜な移
動位置で、光センサ６に対する光スポットの位置補正を
行う。

【００２７】通常、理論値と実際の移動量とのずれは、
制御対象や制御特性等に起因するものであって移動量に
相関したずれであるから、上記のように一回の変位量を
小さくすれば、光センサ６と光スポット間の位置ずれ量
もその補正が容易な小さな値にとどまる。こうして、光
スポットの光センサ６に対する小刻みな位置補正を繰り
返すことによって、第２の測定位置へ向かう光センサ６
の受光面６ａへ光スポット位置を追従させることがで
き、少なくとも最終的に到達する第２の測定位置におい
ても、光スポット位置は、特定可能な範囲に収まるので
ある。以上のようにして、当初は光スポットを検出でき
なかった第２の測定位置でも受光が可能となり測定を続
行できる。

【００２８】以上説明した実施の形態は、本発明に関わ
る測定装置の構成を概念的に例示したものであって、本
発明は上記の実施態様に限定されるものではない。本実
施の形態では、任意に選ばれた第１，第２の２箇所にお
ける測定を例示するもので、その測定位置数や主走査方
向Ｘにおける測定位置の割り振り等は任意な事項であ
る。実際には主走査ライン全域から複数の測定ポイント
が適宜に選択され、これら測定ポイントを「所望の主走
査位置」として測定を行うものである。また、例えば、
主走査ライン全域に対する一連の測定動作を回転多面境
４の鏡面ごとに繰り返したり、或いは、光パワー、ビー
ム径等の測定すべき光学特性に応じて、上記の制御構成
等を自由に組み合わせるなどして、好適な実施形式を選
択すればよい。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
光学特性測定装置は、走査光学系により走査可能なレー
ザ光束を被走査面上に光スポットとして集光させ、上記
被走査面に等価な測定面上の所望の主走査位置における
上記光スポットの光学特性を測定する装置であって、上
記光スポットの主走査方向の軌道上に配置される光セン
サと、該光センサを変位させ、その受光面を測定面上の
任意の測定位置へ配置する光センサ変位手段と、上記光
スポットの位置を測定面上の任意の測定位置へ変位させ
る光スポット変位手段と、上記光センサ変位手段及び光
スポット変位手段を駆動制御することにより所望の測定
位置に設定された上記光センサからの出力に基づいて光
学特性を測定する制御演算手段と、該制御演算手段によ
り上記光スポットを停止制御した光センサからの出力の
有無に基づいて駆動される警告発生手段と、を備えた構
成なので、光スポット位置と光センサ位置とが一致しな
いにも拘わらず測定が続行されるといった不具合が防止
され、装置の自動化、操作性及び測定精度の向上を図る
ことができる。

【００３０】また、上記制御演算手段は、上記光スポッ
トを停止制御された光センサから出力が検出されないと
き、上記光スポット変位手段を駆動して光スポット位置
を往復変位させ、且つ上記出力が検出されるまでその変
位量を徐々に増加させるとした構成によれば、もし測定
位置の光センサから光スポットが外れたとしても、自動
的に光スポット位置を特定して測定を中断することなく
続行でき、さらに装置の自動化及び操作性の向上を図る
ことができる。

【００３１】さらに、上記制御演算手段は、少なくとも
第１，第２の２箇所の測定位置を設定し、第１の測定位
置で光スポットを検出した後、第２の測定位置へ変位さ
せた光センサに対し光スポットを停止制御した際に該光
センサの出力を検出できない場合、該光センサ及び光ス
ポットを上記第１の測定位置へ戻すように変位させて該
第１の測定位置における光センサの出力をも検出できな
いときに上記警告発生手段を駆動するとした構成によれ
ば、上記光スポット変位手段に故障が生じた場合等の装
置の異常を自動的に知らせることができる。

【００３２】また、上記制御演算手段は、上記第１の測
定位置へ戻した光センサの出力を検知した状態で、該光
センサを光スポット位置と共に第２の測定位置へ移動さ
せ、該移動される光センサに対して光スポットの位置補
正を複数回行うとした構成によれば、実際の変位量と理
論値とのずれがあっても光センサに光スポットを入射さ
せることができ、測定ミスの無い高精度な測定が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる測定装置の平面図である。

【図２】図１の測定装置の全体構成を示す側面図であ
る。

【図３】制御演算手段を説明するブロック図である。

【図４】図４は、測定手順のフローチャートで、同図
（ａ）は測定開始ルーティン、同図（ｂ）はサブルーテ
ィンを示す。

【図５】第１の測定位置で受光させた測定装置の平面図
である。

【図６】第２の測定位置で受光させた測定装置の平面図
である。

【図７】光スポットの往復変位を説明する平面図であ
る。

【図８】光スポットを往復変位させるフローチャート
で、同図（ａ）は光センサの探索フロー、同図（ｂ）
は、故障判定フローを説明する図である。

【図９】位置補正のための小刻みな変位を示す平面図で
ある。

【符号の説明】

１ 走査光学系ユニット ６ 光センサ ７ 直動ステージ（光センサ変位手段） ９ ステッピングモータ（光スポット変位手段） １１ パソコン（制御演算手段） １８ 警告発生手段 Ｘ 主走査方向 Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３ 変位量 Ｌ レーザ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査光学系により走査可能なレーザ光束
   を被走査面上に光スポットとして集光させ、上記被走査
   面に等価な測定面上の所望の主走査位置における上記光
   スポットの光学特性を測定する装置であって、上記光ス
   ポットの主走査方向の軌道上に配置される光センサと、
   該光センサを変位させ、その受光面を測定面上の任意の
   測定位置へ配置する光センサ変位手段と、上記光スポッ
   トの位置を測定面上の任意の測定位置へ変位させる光ス
   ポット変位手段と、上記光センサ変位手段及び光スポッ
   ト変位手段を駆動制御することにより所望の測定位置に
   設定された上記光センサからの出力に基づいて光学特性
   を測定する制御演算手段と、該制御演算手段により上記
   光スポットを停止制御した光センサからの出力の有無に
   基づいて駆動される警告発生手段と、を備えたことを特
   徴とする光学特性測定装置。
2. 【請求項２】 上記制御演算手段は、上記光スポットを
   停止制御された光センサから出力が検出されないとき、
   上記光スポット変位手段を駆動して光スポット位置を往
   復変位させ、且つ上記出力が検出されるまでその変位量
   を徐々に増加させるとしたことを特徴とする請求項１に
   記載の光学特性測定装置。
3. 【請求項３】 上記制御演算手段は、少なくとも第１，
   第２の２箇所の測定位置を設定し、第１の測定位置で光
   スポットを検出した後、第２の測定位置へ変位させた光
   センサに対し光スポットを停止制御した際に該光センサ
   の出力を検出できない場合、該光センサ及び光スポット
   を上記第１の測定位置へ戻すように変位させて該第１の
   測定位置における光センサの出力をも検出できないとき
   に上記警告発生手段を駆動するとしたことを特徴とする
   請求項１又は２に記載の光学特性測定装置。
4. 【請求項４】 上記制御演算手段は、上記第１の測定位
   置へ戻した光センサの出力を検知した状態で、該光セン
   サを光スポット位置と共に第２の測定位置へ移動させ、
   該移動される光センサに対して光スポットの位置補正を
   複数回行うとしたことを特徴とする請求項３に記載の光
   学特性測定装置。