JP3982976B2

JP3982976B2 - Scanning position measuring device

Info

Publication number: JP3982976B2
Application number: JP2000122889A
Authority: JP
Inventors: 健上田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2020-04-24
Also published as: JP2001304810A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、プリンタ、複写機、スキャナ等に搭載され光源部からの光ビームを像面上へ走査することによる画像書込みや読取りを目的とした走査光学系を測定対象とし、該走査光学系で走査される走査光の像面上における走査位置を測定する走査位置測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、複写機やスキャナには、回転多面鏡とｆθレンズなどの組み合わせによる走査光学系が使用されている。これらは、光源部からのレーザ光束を回転多面鏡で反射させｆθレンズを介して感光体ドラム等に光スポット状に結像させ、この光スポットを偏向手段である回転多面鏡の回転によって角度走査する。この走査によって原稿画像を読取ったり、あるいは読取った画像情報に応じて光源部を発光制御し感光体上に原稿の静電画像を形成する。感光体上における偏向手段による光スポットの移動方向を主走査方向と呼び、これに直交する方向、つまり回転する感光体面の移動方向を副走査方向と呼んでいる。
【０００３】
このような走査光学系においては、例えばｆθレンズの形状が設計値からずれていると、最終的に形成される原稿の画像に歪みが生じることとなる。したがって、走査光学系を正確に評価することが必要である。
【０００４】
また、偏向手段においては、光束の像面上での走査位置が所定の位置を通っているかの測定、回転多面鏡により偏向される時の上下角の変動による像面上での走査位置のずれ、いわゆる面倒れ量等の測定がある。隣接面間の面倒れは走査線のピッチムラとなって画像品質を劣化させる。
【０００５】
従来、感光体ドラム面のような像面と等価な測定面上の副走査方向にＣＣＤセンサ等を設置し、回転多面鏡を回転させたときのＣＣＤセンサからの出力に基づいて走査線の走査位置を評価していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転多面鏡等の多角柱状の偏向手段において、その一面が一本の走査線形成に対応し、各面で走査される走査線位置は要求される画質の許容範囲になければならず、このような走査光学系の評価にあたっては、一走査毎の走査位置の正確な測定が要求される。従来のように複数の走査を重ねて測定してしまうと走査位置がぼけてしまい正しい測定がなされず、高画質化の進んだ走査光学系の評価としては不適切なものとなる。特にコンピュータを用いた自動測定であれば、測定精度の向上に応えるためには、その点に確実な制御が必要とされる。
【０００７】
また同時に、近年におけるプリンタや複写機のプリントスピードの向上、スキャナの読取りスピードの向上のために、回転多面鏡の回転数の高速化が図られている。この高速化に伴い、回転多面鏡等の偏向手段から発生する振動も増大し、この振動がレンズや光源部に伝わると、ｆθレンズの形状が設計値からずれていなくとも走査位置は設計値からずれ、レンズ系の評価が正しく行われないといった問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、走査光の走査位置を偏向手段による一走査ごとの測定を可能とした走査位置測定装置の提供を第１の課題とし、偏向手段の振動がレンズ系の評価に悪影響を与えない走査位置測定装置を提供を第２の課題とし、さらには、レンズ系の補正機能の能力からレンズ系の評価を行える測定装置の提供を第３の課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の走査位置測定装置は、光源部から出射された光束を偏向手段により偏向し像面に結像させて主走査方向に走査する走査光学系を測定対象とする測定装置であって、上記像面と等価な面近傍の所望の主走査位置に配置され上記走査光学系からの走査光を受光する受光手段と、該受光手段からの出力を読み出して走査光の副走査位置を演算する演算手段と、上記走査光の偏向角度内の所定位置で走査光を検知するセンサ手段と、を有し、上記演算手段が、上記光センサ手段からの検知信号を、上記受光手段の出力読み出しの開始信号に用いるとしたことを第１の特徴としている。
【００１０】
上記受光手段が、上記測定面の主走査方向に沿って移動可能な構成にするとよい。また、上記演算手段は、上記開始信号の発生後、上記光センサ手段からの信号を無視する抑制時間を設定する構成が望ましく、この場合に、上記演算手段は、上記抑制時間が可変な構成にするとよい。
【００１１】
また、本発明の測定装置は、光源部から出射された光束を偏向手段により偏向し像面に結像させて主走査方向に走査する走査光学系を測定対象とする測定装置であって、上記像面と等価な面近傍の所望の主走査位置に配置され上記走査光学系からの走査光を受光する受光手段と、該受光手段からの出力を読み出して走査光の副走査位置を演算する演算手段と、上記走査光の偏向角度内の所定位置で走査光を検知するセンサ手段と、を有し、また、上記偏向手段が、その走査光を結像するための光学系とは別体の支持構造に支持可能であることを第２の特徴としている。
【００１２】
また、本発明の測定装置は、光源部から出射された光束を偏向手段により偏向し像面に結像させて主走査方向に走査する走査光学系を測定対象とする測定装置であって、上記像面と等価な面近傍の所望の主走査位置に配置され上記走査光学系からの走査光を受光する受光手段と、該受光手段からの出力を読み出して走査光の副走査位置を演算する演算手段と、上記走査光の偏向角度内の所定位置で走査光を検知するセンサ手段と、を有し、また、上記偏向手段が回転多面鏡であり、上記受光手段が測定面上に設けられたラインセンサであって、該ラインセンサの画素ピッチをＰとし、該ラインセンサの受光素子の並び方向と副走査方向とのなす角度をθにし、上記回転多面鏡の光反射位置と像面との距離ｈＬとしたとき、上記回転多面鏡が、
１／２・tan^−１（（２０Ｐcosθ／ｈ）
以上の面倒れ量で設置されていることを第３の特徴としている。
なお、上記の特徴的な各構成は、測定対象（被験光学系）の特性や要求精度に合わせて任意に組み合わせることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を適用した測定装置の実施例を説明する。
図１は、本実施例の走査位置測定装置の概略構成を示す平面図である。図２は、図１の測定装置の側面図である。
まず、走査光学系の構成の概略を説明する。光源部１は、半導体レーザと、該半導体レーザからのレーザ光束を以後の光学系にカップリングするカップリングレンズとにより構成される。カップリングレンズは、該半導体レーザからの発散性のレーザ光束を「平行光束」とすることも「弱い発散性もしくは弱い集束性光束」とすることもできる。ここでは説明の具体性のため、カップリングレンズからは平行光束化されたレーザ光束が射出するものとする。カップリングレンズから射出した平行なレーザ光束は、シリンドリカルレンズ２により副走査対応方向（光源部から測定面に至る光路上で副走査方向に対応する方向；図1で図面に直交する方向である）にのみ集束され、偏向手段である回転多面鏡３の反射面３ａに主走査対応方向（光源部から測定面に至る光路上で主走査方向Ｘに対応する方向）に長い線像として結像する。
【００１４】
また、回転多面鏡３は支持台１３に固定し、ｆθレンズ４等の結像レンズ系を含む被験光学系は光学系台１４に固定している。図２でも明らかなように、支持台１３は、光学系台１４とは別体の支持構造とし、これにより被験光学系との縁を切って回転多面鏡３の振動が被験光学系に伝わらないようになっている。この構成によれば、回転多面鏡３の回転数が高速化されて大きな振動が発生する場合でも、被験光学系の不具合に起因した走査位置のずれを精度良く測定することができる。
【００１５】
回転多面鏡３の一の反射面３ａにより反射された走査光Ｌは、回転多面鏡３の回転により偏向されてｆθレンズ４等の結像レンズ系に入射し、測定面上に光スポットとして集光される。一つの反射面３ａによるレーザ光束の偏向により、測定面上の光スポットが主走査領域の一端から他端まで移動し、この光スポットの移動速度はｆθレンズ４によって等角速度的に調整される。
【００１６】
受光手段としての受光装置５は、ライン状のＣＣＤセンサ６を副走査方向（画素配列方向を紙面に対して略垂直方向）にして有している。ここで、受光装置５は１個でも複数でもよく、また、固定でも主走査方向Ｘに移動可能でも構わない。図１の実施の形態では、受光装置５は一個であり、これがガイド７に沿って主走査方向Ｘへ変位可能に設けられている。受光装置５が、図１における左端（実線部分）から右端（二点鎖線部分）に変位するとき、ＣＣＤセンサ６の受光面により掃引される平面が感光体面と等価な像面（測定面）に相当する。この像面へ光スポットの走査が行われるとＣＣＤセンサ６の各画素には受光した光量に比例した電荷が蓄積され、この蓄積電荷が画像入力ボードを介してコンピュータ１２へ受光情報信号として取り込まれるようになっている。
【００１７】
本実施例において、ガイド７は、螺子棒であって受光装置５と螺合されており、正逆回転可能なステッピングモータＳＭでガイド７を回転させることにより、受光装置５のＣＣＤセンサ６を「所望の主走査位置」に位置させることができる。
【００１８】
なお、ラインセンサであるＣＣＤセンサ６の各画素は略副走査方向に並び、その間隔は有限の値を持つ。各画素の並び方向を副走査方向からθ[deg］傾けて、その画素の間隔をＰ［mm］とすれば、副走査方向に投影した各画素間隔は、
P・cosθ[mm］である。このようにＣＣＤセンサ６を傾けると、各画素の副走査方向の間隔が狭まって走査位置測定の分解能を上げることができる。
【００１９】
一般に走査光学系は回転多面鏡に面倒れがあっても、これが走査位置のずれとして現れないことが望ましいため、被験光学系の結像レンズ系、特にシリドリカルレンズには面倒れが起こっても走査位置のずれを抑える補正機能が付加されており、走査位置のずれ量は小さな値となる。レンズが設計値通りに出来ていれば、上記補正機能が十分に働くが、レンズの形状や配置が設計値からずれていると補正機能が十分に働かない。よって、上記補正機能の能力からレンズ系の評価を行うことができる。この補正機能の能力からレンズ系の評価を行うためには、一般に、上記走査位置のずれ量の１／１０まで精度が欲しいところである。
しかし、ＣＣＤセンサの画素ピッチが有限の値をとるため、前記走査位置のずれ量の測定精度には限界がある。
【００２０】
そこで、上記補正機能の能力を評価するのに十分な走査位置のずれ量を得るために、面倒れを大きくすることが望ましい。このような面倒れ量を与える方法としてはモータ軸に回転多面鏡３を傾けて取り付けたり、予め回転多面鏡３の各面を垂直方向から傾けて製作する等の方法がある。
【００２１】
まず、回転多面鏡３上の光反射位置と像面との距離をｈ［mm］としたとき、回転多面鏡３から測定面までにレンズが無ければ、回転多面鏡３の正味の面倒れ量Ｔ［deg］と走査位置のずれδ[mm］の関係は、
δ=ｈ・tan（２Ｔ）である。
さらに、一般に上記補正機能には走査位置のずれ量を１／２０程度に抑える効果があり、これを加味すると、回転多面鏡３の面倒れ量Ｔ［deg］と、走査位置のずれδ[mm］の関係は、
δ=ｈ／２０・Tan（２Ｔ）となる。
【００２２】
また、受光装置５においてＣＣＤセンサ６の有する各画素からの出力された受光量を用いて、光スポットの重心計算を行ってもその走査位置の精度は上記P・cosθの１／１０程度であるため、δをδ／１０[mm]以上の精度で測定するためには、
δ≧P・cosθ
でなければならない。
したがって、上記δを１／１０以上の精度で測定するために必要な面倒れ量Ｔ［deg］は、
１／２・tan^−１（（２０Ｐcosθ／ｈ）
の値以上である。この条件を満たせば、上記補正機能の能力からレンズ系の評価を精度良く行うことができる。
【００２３】
同期センサ８は、走査光Ｌ（レーザ光束）を走査毎に検知するセンサ手段であり、ｆθレンズ４と像面との間にあって主走査方向Ｘの一端側（図中左端）に固定され、回転多面鏡３による最大偏向角内に一個設けられる。この同期センサ８からの信号は、アンプ９で増幅され、同期検知回路１０を介して画像入力ボード１１に送られる。
【００２４】
演算手段としてのコンピュータ１２には、走査位置測定に必要な各種動作（受光装置５の変位等）や演算処理内容がプログラムされ、画像入力ボード１１やステッピングモータＳＭの動作を制御するほか、測定に必要な他の制御を実行し、画像入力ボード１１を介して入力される受光情報信号に基づき走査位置を決定する。ここでコンピュータ１２は、受光情報信号を取り込む処理の開始信号として、上記同期センサ８の信号を用いるようにプログラムされている。
【００２５】
上記測定装置による測定のフローを説明する。
コンピュータ１２からの命令により、ステッピングモータＳＭを駆動し、ガイド７を回転させ受光装置５を所望の像高位置へ移動する。一つの反射面１ａにより光スポットが像面の主走査方向の端から端へ走査されるが、このとき走査光Ｌがその偏向される角度内の所定の位置（本例では主走査方向の一端）で同期センサ８に入射する。
【００２６】
同期センサ８からの出力信号は、アンプ９で増幅される。増幅されたアンプ出力は、同期検知回路１０によって、図３（ａ）に示すように或る閾値以上の部分で同期検知信号をＯＮすることにより矩形波に変換される。コンピュータ１２は、この同期検知信号が確認されることを条件に、ＣＣＤセンサ６の各画素に蓄積された電荷の情報を画像入力ボード１１から受光情報信号として取り込む。取り込んだ各画素の受光量値から所定のバックグラウンド値を差し引いて、この値から光束の重心位置を計算し、これを走査位置とする。その後、未測定像高が残っていれば上記受光装置５の変位行程に戻り、未測定像高が残っていなければ測定を終了する。
【００２７】
上記構成の測定装置によれば、一の反射面３ａによる一走査で同期検知信号が必ず一回発生し、この同期検知信号をＣＣＤセンサ６による計測の開始信号とするので、確実に一走査毎の走査位置情報を得ることができる。
【００２８】
上記同期センサ８を介した開始信号の取り出し処理において、同期センサ８にセンサの許容光量以上の入射があるとアンプ９を介して過渡的な発振現象、いわゆるリンギングを起こすことがある。図３（ｂ）に示すように、リンギング現象が起こると、一回の走査にも拘わらず同期検知信号が複数発生してしまい、測定の誤動作の原因となる。
【００２９】
このリンギング対策として、上記開始信号の取り出し処理において、アンプ出力を同期検知信号に変換するための読取り時間を制限するとよい。
すなわち、図４に示されるように、アンプ出力が最初に閾値を超える検知時点から微小時間ｔ_１のタイムラグを設け、この微小時間ｔ_１で同期検知信号を発生させるとともに、この同期検知信号の検出後（開始信号の発生後）、微小時間ｔ_２の間は、アンプ出力の有無に拘わらず同期検知信号が常にＯＦＦされるようにプログラムする。以下、このように同期検知信号のＯＦＦを強制する時間を「抑制時間ｔ_２」と称する。
【００３０】
この構成によれば、制御信号として一定幅の適切な同期検知信号がつくられ、特に同期センサ８に許容光量以上の入射で発振現象が起こるような場合にも対応でき、誤動作を未然に防ぐことができる。この結果、制御の安定性が高まり測定精度の低下を防止できる。
【００３１】
さらに、アンプ９の発振現象等以外の外乱を除去する観点では、上記コンピュータ１２において抑制時間ｔ_２を調整可能な構成が望ましい。例えば、外光や光束が部材で反射して発生するフレア光などが同期センサ８に入射し、同期検知信号が不意に発生してしまうことがある。これを防ぐためには、図５に示すように、上記抑制時間ｔ_２を次の同期検知までの時間ぎりぎりに設定するとよい。もちろん、抑制時間ｔ_２が次の同期検知にかぶっては具合が悪いため、回転多面鏡３の回転速度等に応じて次回の検知直前の最適時間に調整する。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の走査位置測定装置は、像面と等価な面近傍の所望の主走査位置に配置され走査光学系からの走査光を受光する受光手段と、該受光手段からの出力を読み出して走査光の副走査位置を演算する演算手段と、上記走査光の偏向角度内の所定位置で走査光を検知するセンサ手段と、を有し、上記演算手段が、上記光センサ手段からの検知信号を、上記受光手段の出力読み出しの開始信号に用いるとした構成なので、上記偏向手段による主走査領域の一走査ごとの走査位置測定を行うことができる。
【００３３】
また、上記受光手段が、上記測定面の主走査方向Ｘに沿って移動可能な構成によれば、上記走査位置測定装置において、主走査方向Ｘにおける任意の像高で一走査ごとの走査位置測定を行うことができる。
【００３４】
また、上記演算手段は、上記開始信号の発生後、上記光センサ手段からの信号を無視する抑制時間を設定するとした構成によれば、例えば、センサ手段が許容範囲の光量を受光して出力が発振するなどの不具合があっても誤動作がなく、確実に一走査ごとの走査位置測定を行うことができる。
【００３５】
また、上記演算手段は、上記演算手段は、上記抑制時間が可変な構成によれば、例えば、上記所定時間を次の同期検知直前までの時間に調整することもでき、走査中の外乱に起因するような誤動作が防止され、さらに確実な一走査ごとの走査位置測定を行うことができる。
【００３６】
上記偏向手段が、その走査光を結像するための光学系とは別体の支持構造に支持可能である構成によれば、上記偏向手段の振動が被験光学系の測定に影響を与えず、走査位置を精度良く測定することができる。
【００３７】
また、上記偏向手段が回転多面鏡であり、上記受光手段が測定面上に設けられたラインセンサであって、該ラインセンサの画素ピッチをＰとし、該ラインセンサの受光素子の並び方向と副走査方向とのなす角度をθにし、上記回転多面鏡の光反射位置と像面との距離ｈとしたとき、
上記回転多面鏡が、
１／２・tan^−１（（２０Ｐcosθ／ｈ）
以上の面倒れ量で設置されている構成によれば、補正機能の能力からレンズ系の評価を精度良く行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる測定装置の第１実施例の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１の測定装置の側面図である。
【図３】同期センサからのアンプ出力と同期検知信号を示す波形図で、同図（ａ）は正常時、同図（ｂ）はリンギング時を示す図である。
【図４】抑制時間を設定した場合の波形図である。
【図５】効果的な抑制時間を設定した場合の波形図である。
【符号の説明】
１光源部
３回転多面鏡（偏向手段）
５受光装置（受光手段）
８同期センサ（センサ手段）
１２コンピュータ（演算手段）
１３支持台（別体の支持構造）
Ｌ走査光
Ｘ主走査方向
ｔ_２抑制時間[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention has a scanning optical system mounted on a printer, a copying machine, a scanner, or the like for the purpose of image writing or reading by scanning a light beam from a light source onto an image plane. The present invention relates to a scanning position measuring apparatus for measuring a scanning position on an image plane of scanning light to be scanned.
[0002]
[Prior art]
A scanning optical system using a combination of a rotary polygon mirror and an fθ lens is used in printers, copiers, and scanners. These laser beams from the light source part are reflected by a rotating polygon mirror and imaged in the form of a light spot on a photosensitive drum via an fθ lens, and this light spot is angularly scanned by the rotation of a rotating polygon mirror as a deflecting means. To do. A document image is read by this scanning, or the light source is controlled to emit light according to the read image information, and an electrostatic image of the document is formed on the photosensitive member. The direction of movement of the light spot by the deflecting means on the photoconductor is called the main scanning direction, and the direction orthogonal to this, that is, the direction of movement of the rotating photoconductor surface is called the sub-scanning direction.
[0003]
In such a scanning optical system, for example, if the shape of the fθ lens deviates from the design value, the image of the original document that is finally formed is distorted. Therefore, it is necessary to accurately evaluate the scanning optical system.
[0004]
Further, in the deflecting means, it is measured whether the scanning position of the light beam on the image plane passes through a predetermined position, and the scanning position shifts on the image plane due to the fluctuation of the vertical angle when deflected by the rotary polygon mirror. There is a measurement of the so-called face down amount. Surface tilt between adjacent surfaces causes uneven pitch of the scanning lines and degrades image quality.
[0005]
Conventionally, when a CCD sensor or the like is installed in the sub-scanning direction on the measurement surface equivalent to the image surface such as the photosensitive drum surface, the scanning line is scanned based on the output from the CCD sensor when the rotary polygon mirror is rotated. I was evaluating the position.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a polygonal columnar deflection means such as a rotating polygon mirror, one surface corresponds to the formation of one scanning line, and the scanning line position scanned on each surface must be within an allowable range of required image quality, In evaluating such a scanning optical system, accurate measurement of the scanning position for each scanning is required. If a plurality of scans are overlapped and measured as in the prior art, the scanning position will be blurred and correct measurement will not be performed, which is inappropriate for evaluation of a scanning optical system with advanced image quality. In particular, in the case of automatic measurement using a computer, in order to meet the improvement in measurement accuracy, certain control is required at that point.
[0007]
At the same time, in order to improve the printing speed of printers and copiers in recent years and the reading speed of scanners, the rotational speed of rotating polygon mirrors has been increased. Along with this increase in speed, the vibration generated from the deflecting means such as a rotating polygon mirror also increases, and when this vibration is transmitted to the lens and the light source unit, the scanning position is from the design value even if the shape of the fθ lens is not deviated from the design value. There arises a problem that the lens system is not correctly evaluated.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a first object is to provide a scanning position measuring apparatus capable of measuring the scanning position of the scanning light for each scanning by the deflecting means. The second object is to provide a scanning position measuring device in which the vibration of the deflection means does not adversely affect the evaluation of the lens system, and further to provide a measuring device that can evaluate the lens system from the capability of the correction function of the lens system. This is the third issue.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a scanning position measuring apparatus of the present invention uses a scanning optical system that scans in a main scanning direction by deflecting a light beam emitted from a light source unit by a deflecting unit and forming an image on an image plane. A measuring device that is disposed at a desired main scanning position in the vicinity of a surface equivalent to the image plane and receives scanning light from the scanning optical system, and reads out the output from the light receiving means to scan light. Calculation means for calculating the sub-scanning position and sensor means for detecting the scanning light at a predetermined position within the deflection angle of the scanning light, and the calculation means outputs a detection signal from the optical sensor means, The first feature is that it is used as a start signal for output readout of the light receiving means.
[0010]
The light receiving means may be configured to be movable along the main scanning direction of the measurement surface. Further, it is desirable that the calculating means sets a suppression time for ignoring the signal from the optical sensor means after the start signal is generated. In this case, the calculating means has a configuration in which the suppression time is variable. Good.
[0011]
The measuring device of the present invention is a measuring device whose measuring object is a scanning optical system that deflects a light beam emitted from a light source unit by a deflecting unit, forms an image on an image plane, and scans in a main scanning direction. A light receiving means disposed at a desired main scanning position in the vicinity of the surface equivalent to the image plane and receiving the scanning light from the scanning optical system, and an operation for reading the output from the light receiving means and calculating the sub-scanning position of the scanning light And sensor means for detecting the scanning light at a predetermined position within the deflection angle of the scanning light, and the deflection means is separate from the optical system for imaging the scanning light. The second feature is that it can be supported by the support structure.
[0012]
The measuring device of the present invention is a measuring device whose measuring object is a scanning optical system that deflects a light beam emitted from a light source unit by a deflecting unit, forms an image on an image plane, and scans in a main scanning direction. A light receiving means disposed at a desired main scanning position in the vicinity of the surface equivalent to the image plane and receiving the scanning light from the scanning optical system, and an operation for reading the output from the light receiving means and calculating the sub-scanning position of the scanning light And sensor means for detecting the scanning light at a predetermined position within the deflection angle of the scanning light, the deflection means is a rotary polygon mirror, and the light receiving means is provided on the measurement surface. A line sensor, wherein the pixel pitch of the line sensor is P, the angle formed by the arrangement direction of the light receiving elements of the line sensor and the sub-scanning direction is θ, and the light reflection position of the rotary polygon mirror and the image plane When the distance hL is set, the rotating polygon mirror is
1/2 · tan ^-1 ((20Pcosθ / h)
The third feature is that it is installed with the above-mentioned amount of surface tilt.
In addition, each said characteristic structure can also be arbitrarily combined according to the characteristic and required precision of a measuring object (test optical system).
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a measuring apparatus to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the scanning position measuring apparatus of the present embodiment. FIG. 2 is a side view of the measuring apparatus of FIG.
First, an outline of the configuration of the scanning optical system will be described. The light source unit 1 includes a semiconductor laser and a coupling lens that couples a laser beam from the semiconductor laser to a subsequent optical system. In the coupling lens, a divergent laser beam from the semiconductor laser can be a “parallel beam” or a “weakly divergent or weakly focused beam”. Here, for the sake of concreteness of explanation, it is assumed that a parallel laser beam is emitted from the coupling lens. The parallel laser beam emitted from the coupling lens is subjected to the sub-scanning corresponding direction by the cylindrical lens 2 (the direction corresponding to the sub-scanning direction on the optical path from the light source unit to the measurement surface; the direction orthogonal to the drawing in FIG. 1). And is formed as a long line image in the main scanning corresponding direction (direction corresponding to the main scanning direction X on the optical path from the light source unit to the measurement surface) on the reflecting surface 3a of the rotary polygon mirror 3 serving as the deflecting means. .
[0014]
The rotating polygon mirror 3 is fixed to the support base 13, and the test optical system including the imaging lens system such as the fθ lens 4 is fixed to the optical system base 14. As is apparent from FIG. 2, the support base 13 has a support structure that is separate from the optical system base 14, so that the vibration of the rotary polygon mirror 3 is not transmitted to the test optical system by cutting the edge with the test optical system. It is like that. According to this configuration, even when the rotational speed of the rotary polygon mirror 3 is increased and large vibrations are generated, it is possible to accurately measure the deviation of the scanning position due to the malfunction of the test optical system.
[0015]
The scanning light L reflected by one reflecting surface 3a of the rotating polygon mirror 3 is deflected by the rotation of the rotating polygon mirror 3 and enters an imaging lens system such as the fθ lens 4 and is collected as a light spot on the measurement surface. Lighted. The light spot on the measurement surface is moved from one end to the other end of the main scanning region by the deflection of the laser beam by one reflecting surface 3a, and the moving speed of this light spot is adjusted by the fθ lens 4 at a constant angular velocity.
[0016]
The light receiving device 5 as a light receiving means has a linear CCD sensor 6 in the sub-scanning direction (the pixel arrangement direction is substantially perpendicular to the paper surface). Here, the light receiving device 5 may be one or plural, and may be fixed or movable in the main scanning direction X. In the embodiment of FIG. 1, there is one light receiving device 5, which is provided so as to be displaceable in the main scanning direction X along the guide 7. When the light receiving device 5 is displaced from the left end (solid line portion) in FIG. 1 to the right end (two-dot chain line portion), the plane swept by the light receiving surface of the CCD sensor 6 becomes an image surface (measurement surface) equivalent to the photoreceptor surface. Equivalent to. When the light spot is scanned on this image plane, charges proportional to the amount of light received are accumulated in each pixel of the CCD sensor 6, and the accumulated charges are taken into the computer 12 as a light reception information signal via the image input board. It is like that.
[0017]
In this embodiment, the guide 7 is a screw rod and is screwed with the light receiving device 5, and the CCD sensor 6 of the light receiving device 5 is moved by rotating the guide 7 with a stepping motor SM that can rotate forward and backward. It can be positioned at a “desired main scanning position”.
[0018]
Note that the pixels of the CCD sensor 6 that is a line sensor are arranged substantially in the sub-scanning direction, and the intervals have a finite value. If the pixel alignment direction is tilted by θ [deg] from the sub-scanning direction and the pixel interval is P [mm], the pixel interval projected in the sub-scanning direction is
P · cos θ [mm]. By tilting the CCD sensor 6 in this way, the interval in the sub-scanning direction of each pixel is narrowed, and the resolution of scanning position measurement can be increased.
[0019]
In general, it is desirable that the scanning optical system does not appear as a deviation of the scanning position even if the rotary polygon mirror is tilted. Therefore, the imaging lens system of the test optical system, especially the cylindrical lens, is tilted. In addition, a correction function for suppressing the deviation of the scanning position is added, and the amount of deviation of the scanning position becomes a small value. If the lens is designed according to the design value, the above-described correction function works sufficiently, but if the lens shape and arrangement deviate from the design value, the correction function does not work sufficiently. Therefore, the lens system can be evaluated from the capability of the correction function. In order to evaluate the lens system based on the capability of the correction function, it is generally desired that the accuracy be up to 1/10 of the deviation amount of the scanning position.
However, since the pixel pitch of the CCD sensor takes a finite value, there is a limit to the measurement accuracy of the scanning position deviation amount.
[0020]
Therefore, it is desirable to increase the tilt in order to obtain a scan position shift amount sufficient to evaluate the capability of the correction function. As a method of giving such a surface tilt amount, there are a method of tilting and attaching the rotary polygon mirror 3 to the motor shaft, or a method of inclining each surface of the rotary polygon mirror 3 from the vertical direction in advance.
[0021]
First, assuming that the distance between the light reflection position on the rotary polygon mirror 3 and the image plane is h [mm], if there is no lens from the rotary polygon mirror 3 to the measurement surface, the net surface tilt amount of the rotary polygon mirror 3 The relationship between T [deg] and scan position deviation δ [mm] is
δ = h · tan (2T).
Further, in general, the correction function has an effect of suppressing the scanning position deviation amount to about 1/20. In consideration of this, the surface tilt amount T [deg] of the rotary polygon mirror 3 and the scanning position deviation δ [mm]. ] Relationship is
δ = h / 20 · Tan (2T).
[0022]
Further, even if the center of gravity of the light spot is calculated using the received light amount output from each pixel of the CCD sensor 6 in the light receiving device 5, the accuracy of the scanning position is about 1/10 of the above P · cos θ. Therefore, in order to measure δ with an accuracy of δ / 10 [mm] or more,
δ ≧ P ・ cosθ
Must.
Therefore, the amount of surface tilt T [deg] necessary for measuring the above δ with an accuracy of 1/10 or more is
1/2 · tan ^-1 ((20Pcosθ / h)
Is greater than or equal to If this condition is satisfied, the lens system can be evaluated with high accuracy from the capability of the correction function.
[0023]
The synchronization sensor 8 is a sensor means for detecting the scanning light L (laser beam) for each scan, and is fixed to one end side (left end in the figure) in the main scanning direction X between the fθ lens 4 and the image plane and rotated. One is provided within the maximum deflection angle by the polygon mirror 3. The signal from the synchronization sensor 8 is amplified by the amplifier 9 and sent to the image input board 11 via the synchronization detection circuit 10.
[0024]
The computer 12 as the calculation means is programmed with various operations necessary for measuring the scanning position (displacement of the light receiving device 5 and the like) and calculation processing contents, and controls the operations of the image input board 11 and the stepping motor SM, as well as the measurement. Other necessary control is executed, and the scanning position is determined based on the received light information signal input via the image input board 11. Here, the computer 12 is programmed to use the signal of the synchronous sensor 8 as the start signal of the process for taking in the received light information signal.
[0025]
A flow of measurement by the measurement apparatus will be described.
In response to a command from the computer 12, the stepping motor SM is driven, the guide 7 is rotated, and the light receiving device 5 is moved to a desired image height position. The light spot is scanned from one end of the image plane to the end in the main scanning direction by one reflecting surface 1a. At this time, the scanning light L is scanned at a predetermined position within the angle at which it is deflected (in this example, one end in the main scanning direction). ) Enters the synchronous sensor 8.
[0026]
An output signal from the synchronous sensor 8 is amplified by an amplifier 9. The amplified amplifier output is converted by the synchronization detection circuit 10 into a rectangular wave by turning on the synchronization detection signal at a portion equal to or greater than a certain threshold as shown in FIG. The computer 12 takes in the information on the charge accumulated in each pixel of the CCD sensor 6 from the image input board 11 as a light reception information signal on the condition that the synchronization detection signal is confirmed. A predetermined background value is subtracted from the received light amount value of each pixel, and the barycentric position of the light beam is calculated from this value, which is used as the scanning position. Thereafter, if the unmeasured image height remains, the process returns to the displacement process of the light receiving device 5, and if the unmeasured image height does not remain, the measurement ends.
[0027]
According to the measuring apparatus having the above configuration, the synchronization detection signal is always generated once in one scan by the one reflecting surface 3a, and this synchronization detection signal is used as the measurement start signal by the CCD sensor 6. Scanning position information can be obtained.
[0028]
In the extraction process of the start signal via the synchronous sensor 8, a transient oscillation phenomenon, so-called ringing, may occur via the amplifier 9 if the synchronous sensor 8 is incident more than the allowable light quantity of the sensor. As shown in FIG. 3B, when a ringing phenomenon occurs, a plurality of synchronization detection signals are generated in spite of one scanning, which causes a measurement malfunction.
[0029]
As a countermeasure against the ringing, it is preferable to limit the reading time for converting the amplifier output into the synchronization detection signal in the start signal extraction process.
That is, as shown in FIG. 4, a time lag of a minute time t ₁ is provided from the detection time point when the amplifier output first exceeds the threshold value, and a synchronization detection signal is generated at the minute time t ₁ , and the detection of the synchronization detection signal is performed. after (after the generation of the start signal), during the short time t _2, is programmed to synchronization detection signal regardless of the presence or absence of amplifier output is always OFF. Hereinafter, the time for which the synchronization detection signal is forced to be turned off is referred to as “suppression time t ₂ ”.
[0030]
According to this configuration, an appropriate synchronization detection signal having a certain width can be generated as a control signal, and in particular, it is possible to cope with an oscillation phenomenon that occurs when the synchronization sensor 8 is incident with an amount of light exceeding the allowable light amount, thereby preventing malfunction. Can do. As a result, the stability of the control is increased and the reduction in measurement accuracy can be prevented.
[0031]
Furthermore, from the viewpoint of removing disturbances other than the oscillation phenomenon or the like of the amplifier 9, adjustable constituting the suppression time t ₂ in the computer 12 is desirable. For example, flare light generated by reflection of external light or a light beam by a member may enter the synchronization sensor 8 and the synchronization detection signal may be unexpectedly generated. To prevent this, as shown in FIG. 5, it may be set to the suppression time t ₂ the very limit time until the next synchronization detection. Of course, suppression time t ₂ because sick is wearing the next synchronization detection is adjusted to the optimum time for the next detection immediately before in accordance with the rotational speed of the rotary polygon mirror 3.
[0032]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the scanning position measuring apparatus of the present invention includes a light receiving means that is disposed at a desired main scanning position in the vicinity of the surface equivalent to the image plane and receives scanning light from the scanning optical system, and the light receiving device. Reading means, and calculating means for calculating the sub-scanning position of the scanning light, and sensor means for detecting the scanning light at a predetermined position within the deflection angle of the scanning light, wherein the calculating means comprises the above Since the detection signal from the optical sensor means is used as the output readout start signal of the light receiving means, it is possible to measure the scanning position for each scanning of the main scanning region by the deflecting means.
[0033]
Further, according to the configuration in which the light receiving means is movable along the main scanning direction X of the measurement surface, in the scanning position measuring device, scanning position measurement for each scan at an arbitrary image height in the main scanning direction X. It can be performed.
[0034]
Further, according to the configuration in which the calculation means sets a suppression time for ignoring the signal from the optical sensor means after the start signal is generated, for example, the sensor means receives the light amount within an allowable range and outputs the light. Even if there is a problem such as oscillation, there is no malfunction and it is possible to reliably measure the scan position for each scan.
[0035]
In addition, according to the configuration in which the suppression time is variable, the calculation unit can adjust the predetermined time to a time immediately before the next synchronization detection, for example, due to disturbance during scanning. Such a malfunction is prevented, and the scanning position measurement for each scanning can be performed more reliably.
[0036]
According to the configuration in which the deflection unit can be supported by a support structure separate from the optical system for imaging the scanning light, the vibration of the deflection unit does not affect the measurement of the test optical system, The scanning position can be measured with high accuracy.
[0037]
The deflecting means is a rotary polygon mirror, and the light receiving means is a line sensor provided on the measurement surface, where the pixel pitch of the line sensor is P, and the alignment direction of the light receiving elements of the line sensor and the sub sensor When the angle formed with the scanning direction is θ and the distance h between the light reflection position of the rotary polygon mirror and the image plane is
The rotating polygon mirror is
1/2 · tan ^-1 ((20Pcosθ / h)
According to the configuration installed with the above-mentioned surface tilt amount, the lens system can be evaluated with high accuracy from the capability of the correction function.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a first embodiment of a measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a side view of the measuring apparatus of FIG.
3A and 3B are waveform diagrams showing an amplifier output and a synchronization detection signal from a synchronization sensor, where FIG. 3A is a normal state and FIG. 3B is a ringing diagram.
FIG. 4 is a waveform diagram when a suppression time is set.
FIG. 5 is a waveform diagram when an effective suppression time is set.
[Explanation of symbols]
1 Light source 3 Rotating polygon mirror (deflection means)
5 Light receiving device (light receiving means)
8 Synchronous sensor (sensor means)
12 Computer (calculation means)
13 Support stand (separate support structure)
L scanning light X main scanning direction _{t 2} inhibition time

Claims

光源部から出射された光束を偏向手段により偏向し像面に結像させて主走査方向に走査する走査光学系を測定対象とする測定装置であって、上記像面と等価な面近傍の所望の主走査位置に配置され上記走査光学系からの走査光を受光する受光手段と、該受光手段からの出力を読み出して走査光の副走査位置を演算する演算手段と、上記走査光の偏向角度内の所定位置で走査光を検知するセンサ手段と、を有し、
上記演算手段が、上記光センサ手段からの検知信号を、上記受光手段の出力読み出しの開始信号に用いるとしたことを特徴とする走査位置測定装置。A measuring apparatus for measuring a scanning optical system in which a light beam emitted from a light source unit is deflected by a deflecting unit to form an image on an image plane and is scanned in a main scanning direction, and is desired in the vicinity of a plane equivalent to the image plane. A light receiving means for receiving the scanning light from the scanning optical system, a computing means for calculating the sub-scanning position of the scanning light by reading an output from the light receiving means, and a deflection angle of the scanning light Sensor means for detecting scanning light at a predetermined position within,
The scanning position measuring apparatus according to claim 1, wherein the arithmetic means uses the detection signal from the optical sensor means as a start signal for output readout of the light receiving means.

上記受光手段が、上記測定面の主走査方向に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１記載の走査位置測定装置。2. The scanning position measuring apparatus according to claim 1, wherein the light receiving means is movable along a main scanning direction of the measurement surface.

上記演算手段は、上記開始信号の発生後、上記光センサ手段からの信号を無視する抑制時間を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の走査位置測定装置。3. The scanning position measuring apparatus according to claim 1, wherein the calculation means sets a suppression time for ignoring the signal from the optical sensor means after the start signal is generated.

上記演算手段は、上記抑制時間が可変であることを特徴とする請求項３記載の走査位置測定装置。4. The scanning position measuring apparatus according to claim 3, wherein the calculation means has a variable suppression time.

光源部から出射された光束を偏向手段により偏向し像面に結像させて主走査方向に走査する走査光学系を測定対象とする測定装置であって、上記像面と等価な面近傍の所望の主走査位置に配置され上記走査光学系からの走査光を受光する受光手段と、該受光手段からの出力を読み出して走査光の副走査位置を演算する演算手段と、上記走査光の偏向角度内の所定位置で走査光を検知するセンサ手段と、を有し、
上記偏向手段が、その走査光を結像するための光学系とは別体の支持構造に支持可能であることを特徴とする走査位置測定装置。A measuring apparatus for measuring a scanning optical system in which a light beam emitted from a light source unit is deflected by a deflecting unit to form an image on an image plane and is scanned in a main scanning direction, and is desired in the vicinity of a plane equivalent to the image plane. A light receiving means for receiving the scanning light from the scanning optical system, a computing means for calculating the sub-scanning position of the scanning light by reading an output from the light receiving means, and a deflection angle of the scanning light Sensor means for detecting scanning light at a predetermined position within,
A scanning position measuring apparatus characterized in that the deflecting means can be supported by a support structure separate from an optical system for imaging the scanning light.

光源部から出射された光束を偏向手段により偏向し像面に結像させて主走査方向に走査する走査光学系を測定対象とする測定装置であって、上記像面と等価な面近傍の所望の主走査位置に配置され上記走査光学系からの走査光を受光する受光手段と、該受光手段からの出力を読み出して走査光の副走査位置を演算する演算手段と、上記走査光の偏向角度内の所定位置で走査光を検知するセンサ手段と、を有し、
上記偏向手段が回転多面鏡であり、上記受光手段が測定面上に設けられたラインセンサであって、
該ラインセンサの画素ピッチをＰとし、該ラインセンサの受光素子の並び方向と副走査方向とのなす角度をθとし、上記回転多面鏡の光反射位置と像面との距離ｈとしたとき、
上記回転多面鏡が、
１／２・tan^−１（（２０Ｐcosθ／ｈ）
以上の面倒れ量で設置されていることを特徴とする走査位置測定装置。A measuring apparatus for measuring a scanning optical system in which a light beam emitted from a light source unit is deflected by a deflecting unit to form an image on an image plane and is scanned in a main scanning direction, and is desired in the vicinity of a plane equivalent to the image plane. A light receiving means for receiving the scanning light from the scanning optical system, a computing means for calculating the sub-scanning position of the scanning light by reading an output from the light receiving means, and a deflection angle of the scanning light Sensor means for detecting scanning light at a predetermined position within,
The deflecting means is a rotating polygon mirror, and the light receiving means is a line sensor provided on a measurement surface,
When the pixel pitch of the line sensor is P, the angle between the alignment direction of the light receiving elements of the line sensor and the sub-scanning direction is θ, and the distance h between the light reflection position of the rotary polygon mirror and the image plane is
The rotating polygon mirror is
1/2 · tan ^-1 ((20Pcosθ / h)
A scanning position measuring apparatus, wherein the scanning position measuring apparatus is installed with the above-mentioned surface tilt amount.