JPH11230858A - Scanning location measuring device of scanning optical system - Google Patents

Scanning location measuring device of scanning optical system

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JPH11230858A
JPH11230858A JP3314498A JP3314498A JPH11230858A JP H11230858 A JPH11230858 A JP H11230858A JP 3314498 A JP3314498 A JP 3314498A JP 3314498 A JP3314498 A JP 3314498A JP H11230858 A JPH11230858 A JP H11230858A
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JP
Japan
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scanning
ccd sensor
measurement
light
sub
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Application number
JP3314498A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Shimizu
研一 清水
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To implement a scanning location measuring device of a scanning optical device capable of measuring scanning locations with desired high accuracy. SOLUTION: A scanning optical system scans a surface to be scanned by converging a beam of laser light as a light spot on a surface to be scanned. A device measures the location of scanning in the direction of sub-scanning in any location of the main scanning of the scanning optical system on a surface to be scanned and comprises a CCD sensor 11 for measurement, a sensor displacing means 8 and an SM to displace the CCD sensor 11 so that its light receiving plane may be displaced along a measuring plane equivalent to the surface to be scanned in the direction of main scanning, and control computing means 6 and 7 to compute the center location of the light spot in the direction of sub-scanning on the basis of the light reception information signal of the CCD sensor 11. The CCD sensor 11 is a line sensor, its orientation of an array of light receiving elements is inclined with respect to the direction of sub-scanning on the measuring plane, and desired measurement resolution is set by regulating its angle of inclination.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は走査光学系の走査
位置測定装置に関する。
The present invention relates to a scanning position measuring device for a scanning optical system.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ光束(通常は半導体レーザからの
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
やデジタル複写装置といった各種の画像形成装置に関連
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、光スポット
による走査位置に「より高精度」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。ここに言う「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。主走査
ラインは正確な直線であることが理想であるが、実際に
は種々の要因で厳密な直線にはならず、僅かな曲がりが
生じる。また、レーザ光束の偏向を回転多面鏡により行
う場合には、回転多面鏡の各偏向反射面ごとの偏向によ
る主走査ラインが、「面倒れ」の影響で副走査方向に微
小距離変動することが考えられる。上記主走査ラインの
「曲がり」や「副走査方向の微小変動」は、所定の許容
幅内に納められる必要があるが、走査を高密度化する場
合やマルチビームで走査を行う場合の許容範囲はかなり
狭い。
2. Description of the Related Art A scanning optical system for converging a laser light beam (usually a laser light beam from a semiconductor laser) as a light spot on a surface to be scanned and scanning the surface to be scanned includes various types of laser printers and digital copiers. It is widely known in relation to an image forming apparatus. Recently, “higher density and multi-beam scanning” by a scanning optical system are intended, and “higher accuracy” is required for a scanning position by a light spot. The light spot moves on the surface to be scanned and scans the surface to be scanned. The ideal moving direction of the light spot on the surface to be scanned is called a main scanning direction, and is orthogonal to the main scanning direction on the surface to be scanned. It is well known that the direction is called a sub-scanning direction. The “scanned surface” referred to here is a virtual plane, and is actually a photosensitive surface of a photoconductive photoconductor. The movement locus of the light spot is called a “main scanning line”. Ideally, the main scanning line is an accurate straight line. However, in practice, the main scanning line is not an exact straight line due to various factors, and a slight bending occurs. When the laser beam is deflected by a rotating polygon mirror, the main scanning line due to the deflection of each deflection reflecting surface of the rotating polygon mirror may fluctuate a small distance in the sub-scanning direction due to the effect of “surface tilt”. Conceivable. The "bend" and "small fluctuation in the sub-scanning direction" of the main scanning line need to be within a predetermined allowable width. However, the allowable range in the case of high-density scanning or scanning with multiple beams Is quite narrow.

【0003】走査光学系を実際に組み立てる際や組み立
て後、上記主走査ラインの曲がりや副走査方向の変動を
調整したり、これらが設計通りの許容幅内に納まってい
るかを検査したりするため、被走査面上の所望の主走査
位置における副走査方向の走査位置を測定する必要が生
じる。近来、実施が意図されている高密度記録やマルチ
ビーム走査において要請される狭い許容範囲を実現する
めには、走査位置の測定にも高い精度が要求される。
When actually assembling or after assembling the scanning optical system, the bending of the main scanning line and the fluctuation in the sub-scanning direction are adjusted, and it is checked whether or not these are within an allowable width as designed. In addition, it is necessary to measure the scanning position in the sub-scanning direction at a desired main scanning position on the surface to be scanned. In recent years, in order to realize a narrow allowable range required for high-density recording or multi-beam scanning, which is intended to be implemented, high accuracy is also required for measuring a scanning position.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、走査位置
を所望の高精度で測定できる、走査光学系の走査位置測
定装置の実現を課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to realize a scanning position measuring apparatus for a scanning optical system capable of measuring a scanning position with a desired high accuracy.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明の走査光学系の
走査位置測定装置は「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
の、被走査面上の所望の主走査位置における副走査方向
の走査位置を測定する装置」である。即ち「走査光学
系」は、光スポットによる走査で「情報の書込みや読み
取り」を行うが、この発明の走査位置測定装置による走
査位置測定の対象である。レーザ光束はレーザ光源から
放射される光束で、光偏向器により偏向され、走査結像
光学系により被走査面上に光スポットとして集光され
る。レーザ光束用の光源は各種レーザ光源であり得る
が、「半導体レーザ」が一般的、且つ実用的である。
「所望の主走査位置」は、主走査ラインを理想的な直線
と考えたとき、主走査ライン上の所望の位置(副走査方
向の走査位置の測定を意図する位置)を言う。実際に
は、上記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」として測定が行われる。測定ポイントの数は適宜に
設定でき、例えば、主走査ライン上の20点くらいが選
択される。この発明の走査位置測定装置は、測定用のC
CDセンサと、センサ変位手段と、制御演算手段とを有
する。「測定用のCCDセンサ」は、走査光学系による
光スポットを受像する。「センサ変位手段」は、測定用
のCCDセンサを、その受光面が被走査面に等価な測定
面に沿って主走査方向へ変位するように変位させる手段
である。「測定面」は、測定装置による測定を行う「測
定空間」に設定された仮想的な平面で、測定空間に設置
された走査光学系による光スポットにより走査される面
である。即ち、装置空間における測定面は、現実の画像
形成装置に走査光学系を組み込んだときの被走査面と等
価な面である。センサ変位手段によりCCDセンサが変
位させられるとき、CCDセンサの受光面は、この仮想
的な測定面に合致して「測定面をなぞるように」変位す
る。測定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、測定面上で主走査方向に直交する方向を副
走査方向とする。「制御演算手段」は、光スポットの走
査によるCCDセンサの受光情報信号に基づき、光スポ
ットの副走査方向の中心位置を演算する機能を持つ。制
御演算手段はまた、走査位置測定装置の各部を制御して
測定プロセスを実行させる機能を有することができる。
SUMMARY OF THE INVENTION A scanning position measuring apparatus for a scanning optical system according to the present invention comprises a scanning optical system for converging a laser beam as a light spot on a surface to be scanned and scanning the surface to be scanned. Device for measuring a scanning position in a sub-scanning direction at a desired main scanning position on a surface. " That is, the “scanning optical system” performs “writing and reading of information” by scanning with a light spot, and is a target of scanning position measurement by the scanning position measuring device of the present invention. The laser beam is a beam emitted from a laser light source, is deflected by an optical deflector, and is condensed as a light spot on a surface to be scanned by a scanning image forming optical system. The light source for the laser beam can be various laser light sources, but a “semiconductor laser” is generally and practical.
The “desired main scanning position” refers to a desired position on the main scanning line (a position intended to measure the scanning position in the sub-scanning direction) when the main scanning line is considered as an ideal straight line. Actually, a plurality of measurement points are appropriately selected from the entire area of the main scanning line, and the measurement is performed with these measurement points as “desired main scanning positions”. The number of measurement points can be set as appropriate. For example, about 20 points on the main scanning line are selected. The scanning position measuring apparatus according to the present invention provides a measuring C
It has a CD sensor, sensor displacement means, and control calculation means. The "CCD sensor for measurement" receives a light spot by the scanning optical system. "Sensor displacement means" is means for displacing the CCD sensor for measurement such that its light receiving surface is displaced in the main scanning direction along a measurement surface equivalent to the surface to be scanned. The “measurement surface” is a virtual plane set in a “measurement space” where measurement is performed by a measurement device, and is a surface scanned by a light spot by a scanning optical system installed in the measurement space. That is, the measurement surface in the device space is a surface equivalent to the surface to be scanned when the scanning optical system is incorporated in an actual image forming apparatus. When the CCD sensor is displaced by the sensor displacing means, the light receiving surface of the CCD sensor is displaced "to trace the measurement surface" in conformity with the virtual measurement surface. The ideal moving direction of the light spot on the measurement surface is defined as the main scanning direction, and the direction orthogonal to the main scanning direction on the measurement surface is defined as the sub-scanning direction. The "control calculation means" has a function of calculating the center position of the light spot in the sub-scanning direction based on the light receiving information signal of the CCD sensor by scanning the light spot. The control operation means can also have a function of controlling each part of the scanning position measuring device to execute the measuring process.

【0006】請求項1記載の走査光学系の走査位置測定
装置は、以下の点を特徴とする。即ち、CCDセンサが
「ラインセンサ」であって、その受光エレメント配列方
向は測定面上における副走査方向に対して傾けられ、そ
の傾き角の調整により所望の測定分解能が設定される。
「測定分解能が設定される」とは、予め傾き角が調整さ
れて所望の測定分解能が設定されている場合と、必要に
応じてあるいは所望により、上記傾き角を調整すること
により、上記測定分解能を変更できる場合とを含む。こ
の場合の「測定分解能」は、ラインセンサによる副走査
方向におけるサンプリングピッチである。請求項2記載
の発明の走査位置測定装置は、以下の点を特徴とする。
即ち、CCDセンサが「エリアセンサ」であって、受光
エレメントの2次元配列が測定面上における副走査方向
に対して45度傾けられ、受光エレメントの2次元配列
において、「副走査方向に千鳥状に並んだ2列の受光エ
レメント列」を測定用受光エレメント列として使用す
る。請求項3記載の走査光学系の走査位置測定装置は、
以下の点を特徴とする。即ち、即ち、センサ変位手段の
一部としてCCDセンサを保持し、CCDセンサを副走
査方向へ「測定受光エレメントのピッチよりも細かいス
テージピッチ」で変位させるステージを有する。そして
制御演算手段は、所望の主走査測定位置において、光ス
ポットによるCCDセンサの走査を「ステージによりC
CDセンサを副走査方向へ1ステージピッチ変位させる
ごと」に繰返して受像情報信号を得、副走査方向の各変
位位置における受光情報信号に基づき、光スポットの副
走査方向の中心位置を演算する。この請求項3記載の発
明におけるCCDセンサは「エリアセンサ」とすること
も「ラインセンサ」とすることもでき、所望に応じ、こ
れらCCDセンサを上述の如く傾けて配備することもで
きる。請求項3記載の走査光学系の走査位置測定装置に
おいて、CCDセンサをラインセンサとする場合には、
その受光エレメント配列方向を、測定面上における副走
査方向に設定してよい(請求項4)。
A scanning position measuring device for a scanning optical system according to the first aspect has the following features. That is, the CCD sensor is a "line sensor", and its light receiving element arrangement direction is inclined with respect to the sub-scanning direction on the measurement surface, and a desired measurement resolution is set by adjusting the inclination angle.
"The measurement resolution is set" means that the inclination angle is adjusted in advance and the desired measurement resolution is set, or that the measurement angle is adjusted as necessary or desired. Can be changed. The “measurement resolution” in this case is a sampling pitch in the sub-scanning direction by the line sensor. The scanning position measuring apparatus according to the second aspect of the invention is characterized by the following points.
That is, the CCD sensor is an “area sensor”, and the two-dimensional array of light receiving elements is inclined by 45 degrees with respect to the sub-scanning direction on the measurement surface. Are used as the measuring light receiving element row. A scanning position measuring device for a scanning optical system according to claim 3,
The features are as follows. That is, there is a stage which holds the CCD sensor as a part of the sensor displacement means and displaces the CCD sensor in the sub-scanning direction at a "stage pitch smaller than the pitch of the measurement light receiving elements". Then, the control operation means causes the scanning of the CCD sensor by the light spot at the desired main scanning measurement position
Each time the CD sensor is displaced by one stage in the sub-scanning direction, an image receiving information signal is obtained, and the center position of the light spot in the sub-scanning direction is calculated based on the light receiving information signal at each displacement position in the sub-scanning direction. The CCD sensor according to the third aspect of the present invention can be either an "area sensor" or a "line sensor". If desired, these CCD sensors can be arranged at an angle as described above. In the scanning position measuring device for a scanning optical system according to claim 3, when the CCD sensor is a line sensor,
The light receiving element arrangement direction may be set to the sub-scanning direction on the measurement surface.

【0007】請求項5記載の走査光学系の走査位置測定
装置は、上記請求項1〜4の任意の1に記載の走査位置
測定装置を前提として実現でき、以下の如き特徴を有す
る。即ち、所定の位置関係を保って測定用のCCDセン
サに一体化された「基準用CCDセンサ」と、該基準用
CCDセンサに所定方向から基準光を照射する「基準光
照射手段」とを有し、制御演算手段は「基準用CCDセ
ンサの受光情報信号に基づき、測定用のCCDセンサに
よる測定値を補正する機能」を有する。基準用CCDセ
ンサの配備態位には種々の態位が可能であるが、特に
「基準用CCDセンサの受光面を主走査方向に直交す
る」ように配備し、基準光照射手段をHe−Neレーザ
光源として、基準光としてのレーザ光を主走査方向に平
行な方向から照射することができる(請求項6)。基準
用CCDセンサとしてはラインセンサもしくはエリアセ
ンサを用いることができる。
A scanning position measuring device for a scanning optical system according to a fifth aspect can be realized on the premise of the scanning position measuring device according to any one of the first to fourth aspects, and has the following features. That is, there is provided a "reference CCD sensor" integrated with the measurement CCD sensor while maintaining a predetermined positional relationship, and "reference light irradiation means" for irradiating the reference CCD sensor with reference light from a predetermined direction. The control operation means has a function of correcting the measurement value of the measurement CCD sensor based on the light reception information signal of the reference CCD sensor. Various arrangements are possible for the arrangement of the reference CCD sensor. In particular, the arrangement is such that the light receiving surface of the reference CCD sensor is orthogonal to the main scanning direction, and the reference light irradiation means is He-Ne. As a laser light source, laser light as reference light can be emitted from a direction parallel to the main scanning direction. As the reference CCD sensor, a line sensor or an area sensor can be used.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】走査位置測定装置の実施の形態に
ついて説明するに先立ち、CCDセンサとしてラインセ
ンサを用いる場合の走査位置測定を簡単に説明する。図
5(a)は、受光面を測定面に合致させて配備されたライ
ンセンサLSと、ラインセンサの走査直前・直後の光ス
ポットSP1,SP2を示している。光スポットSP1
は矢印方向(主走査方向)に移動してラインセンサLS
を走査する。ラインセンサLSの受光エレメントELは
「1列等間隔」に配列されており、図5(a)において、
受光エレメントELの配列方向は走査面における副走査
方向となっている。光スポットはレーザ光束を集光させ
たものであって、測定面上における光強度は、図5(b)
に示すように「釣鐘形の分布」である。ここで、図5
(a)における主走査方向(左右方向)を「X方向」、副
走査方向を「Y方向」、上記釣鐘形の光強度分布を「F
(X,Y)」とし、光スポットSP1がラインセンサLS
を走査するとき、光スポットにより照射される受光エレ
メントのY座標を、受光エレメントの配列方向へY1
2,.Yi,..とすると、座標:Yiの位置にある受
光エレメントに「光スポットの走査により蓄積される電
荷:Q(Yi)」は、Kを比例定数として、 Q(Yi)=K・∫F(X,Yi)dX で与えられる。横軸に座標:Yを取り、縦軸にQ(Y)を
取って、i=1,2,..i,..に就いてQ(Yi)を
示すと図5(c)に示すようになる。このとき、光スポッ
トの走査位置即ち、ラインセンサLS(正確にはライン
センサの受光エレメント列)を配備された測定位置(所
望の主走査位置)における光スポットの「走査位置(副
走査方向の光スポット中心位置)」は、図5(c)におけ
る各「Q(Yi) 」をサンプリング値として、例えば最小
2乗法等で推定される「Q(Y)=K・∫F(X,Y)dX
(1例を図5(c)に「破線」で示す)」の最大値とし
て求めることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing an embodiment of a scanning position measuring apparatus, the scanning position measurement when a line sensor is used as a CCD sensor will be briefly described. FIG. 5A shows a line sensor LS provided with the light receiving surface coincident with the measurement surface, and light spots SP1 and SP2 immediately before and after scanning by the line sensor. Light spot SP1
Moves in the direction of the arrow (main scanning direction) to move the line sensor LS.
Is scanned. The light receiving elements EL of the line sensor LS are arranged in “one row at equal intervals”, and in FIG.
The arrangement direction of the light receiving elements EL is the sub-scanning direction on the scanning surface. The light spot is obtained by condensing a laser beam, and the light intensity on the measurement surface is as shown in FIG.
As shown in the figure, it is a "bell-shaped distribution". Here, FIG.
In (a), the main scanning direction (left-right direction) is “X direction”, the sub-scanning direction is “Y direction”, and the bell-shaped light intensity distribution is “F”.
(X, Y) "and the light spot SP1 is the line sensor LS
When scanning is performed, the Y coordinate of the light receiving element irradiated by the light spot is changed to Y 1 ,
Y 2 ,. Y i,. . Then, “the charge accumulated by scanning the light spot: Q (Y i )” in the light receiving element at the position of the coordinate: Y i is represented by Q (Y i ) = K · ∫F ( X, Y i ) dX. Taking the coordinate: Y on the horizontal axis and Q (Y) on the vertical axis, i = 1, 2,. . i,. . FIG. 5 (c) shows Q (Y i ) for. At this time, the scanning position of the light spot, that is, the “scanning position (light in the sub-scanning direction) of the light spot at the measurement position (desired main scanning position) where the line sensor LS (accurately, the light receiving element array of the line sensor) is provided. The “spot center position”) is obtained by using, for example, each “Q (Y i )” in FIG. 5C as a sampling value and estimating “Q (Y) = K · ∫F (X, Y)” by the least square method or the like. dX
(One example is indicated by a “dashed line” in FIG. 5C).

【0009】上に説明したように、ラインセンサを用い
て光スポットの走査位置を測定するプロセスには、各
「Q(Yi)」をサンプリング値として、Q(Y) を推定す
るプロセスが含まれるので、測定値としての「走査位
置」も推定値である。走査位置測定の測定精度を向上さ
せるには、Q(Y)の推定精度を高める必要があり、その
ためには「サンプリング数を増大」させねばならない。
サンプリング数を増大させるには、ラインセンサLSと
して「受光エレメントELの配列ピッチの小さいもの」
を用いる必要がある。近来、高密度の走査では、光スポ
ットの「副走査方向のスポット径」として50μmある
いはそれ以下が意図されている。一方、現在入手できる
市販のラインセンサで、受光エレメントの配列ピッチが
最小のものは「7μm(株式会社東芝製)」である。従
って、例えば、上記50μmの光スポット径の光スポッ
トについて走査位置を測定する場合、得られるサンプリ
ング数は6〜7で「十分に高い測定精度を得る」のに必
ずしも十分なサンプリング数ではない。
As described above, the process of measuring the scanning position of the light spot using the line sensor includes a process of estimating Q (Y) using each “Q (Y i )” as a sampling value. Therefore, the “scanning position” as a measured value is also an estimated value. In order to improve the measurement accuracy of the scanning position measurement, it is necessary to increase the estimation accuracy of Q (Y), and for that purpose, "the number of samplings" must be increased.
To increase the number of samplings, a line sensor LS having a small arrangement pitch of the light receiving elements EL is used.
Must be used. Recently, in high-density scanning, the “spot diameter in the sub-scanning direction” of the light spot is intended to be 50 μm or less. On the other hand, among commercially available line sensors that are currently available, those having the smallest arrangement pitch of light receiving elements are “7 μm (manufactured by Toshiba Corporation)”. Therefore, for example, when the scanning position is measured for the light spot having the light spot diameter of 50 μm, the obtained sampling number is 6 to 7, which is not necessarily a sufficient sampling number to “obtain a sufficiently high measurement accuracy”.

【0010】図1は、請求項1記載の走査結像系の走査
位置測定装置の実施の形態を説明するための図である。
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、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の光
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(a)で図面に直交する方
向である)にのみ集束され、光偏向器である回転多面鏡
3の偏向反射面近傍に、主走査対応方向(光源から測定
面に至る光路上で主走査方向に対応する方向)に長い線
像として結像し、偏向反射面により反射されたレーザ光
束は、回転多面鏡3の回転により等角速度的に偏向され
て「走査結像光学系」としてのfθレンズ4に入射し、
同レンズ4の作用により測定面上に光スポットとして集
光し、測定面を走査する。光源部1、シリンドリカルレ
ンズ2、回転多面鏡3、fθレンズ4は「走査光学系」
の要部を構成する。図示されない測定面は、走査光学系
が実際に画像形成装置内で走査を行うときの被走査面と
等価な位置に設定されており、図1(a)において、図面
に直交する平面である。
FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of a scanning position measuring apparatus for a scanning image forming system according to the present invention.
The light source unit 1 includes a “semiconductor laser and a coupling lens that couples a laser beam from the semiconductor laser to an optical system that follows”. The coupling lens can convert the divergent laser beam from the semiconductor laser into a “parallel beam” or a “weakly divergent or weakly converging beam”. Here, for the sake of specificity of the description, it is assumed that a laser beam converted into a parallel beam is emitted from the coupling lens. The parallel laser beam emitted from the coupling lens is transmitted by the cylindrical lens 2 in the sub-scanning corresponding direction (the direction corresponding to the sub-scanning direction on the optical path from the light source to the measurement surface; the direction orthogonal to the drawing in FIG. 1A). And a line image long in the main scanning corresponding direction (the direction corresponding to the main scanning direction on the optical path from the light source to the measurement surface) near the deflecting reflection surface of the rotary polygon mirror 3, which is an optical deflector. The laser beam that forms an image and is reflected by the deflecting / reflecting surface is deflected at a constant angular velocity by the rotation of the rotary polygon mirror 3 and is incident on the fθ lens 4 as a “scanning optical system”.
The light is condensed as a light spot on the measurement surface by the action of the lens 4, and the measurement surface is scanned. The light source unit 1, the cylindrical lens 2, the rotating polygon mirror 3, and the fθ lens 4 are a “scanning optical system”
The main part of is constituted. The measurement surface (not shown) is set at a position equivalent to the surface to be scanned when the scanning optical system actually performs scanning in the image forming apparatus, and is a plane orthogonal to the drawing in FIG.

【0011】図1(a)において、受光装置5は、ガイド
8に沿って図の左右方向に変位可能に設けられている。
ガイド8の長手方向は「主走査方向に平行」である。受
光装置5はCCDセンサとしてラインセンサ11を有
し、図1(a)に実線で示す位置(左端の位置)と、破線
で示す位置(右端の位置)との間(「主走査領域」)で
変位可能であり、且つ主走査領域の任意の位置に停止可
能で、これによりラインセンサを「所望の主走査位置」
に位置させることができる。受光装置5が、図1(a)に
おける上記主走査領域を一端から他端に変位するとき、
ラインセンサ11の受光面により掃引される平面が「測
定面」である。
In FIG. 1A, a light receiving device 5 is provided along a guide 8 so as to be displaceable in the left-right direction in the figure.
The longitudinal direction of the guide 8 is “parallel to the main scanning direction”. The light receiving device 5 has a line sensor 11 as a CCD sensor, and is located between a position indicated by a solid line (left end position) and a position indicated by a broken line (right end position) in FIG. 1A (“main scanning area”). , And can be stopped at any position in the main scanning area, thereby setting the line sensor to the "desired main scanning position".
Can be located. When the light receiving device 5 displaces the main scanning area in FIG. 1A from one end to the other end,
The plane swept by the light receiving surface of the line sensor 11 is the “measurement plane”.

【0012】ガイド8は、この実施の形態において「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8を回転させる
ことにより、受光装置5をガイド8の長手方向、即ち主
走査方向に変位させることができるようになっている。
即ち、この実施の形態において、螺子棒であるガイド8
とステッピングモータSMとは「センサ変位手段」を構
成している。センサ変位手段としては他に「受光装置5
をガイド8に対して滑動するようにし、ワイヤとプーリ
で駆動部を形成し、この駆動部をステッピングモータで
駆動させて受光装置5をガイド8に沿って変位させるよ
うにしたもの」でも良いし、公知の適宜の変位手段を利
用できる。また受光装置5の変位を「手動」により行う
ようにしてもよい。
The guide 8 is a "screw rod" in this embodiment, and is screwed to the light receiving device 5. The guide 8 is rotated by a stepping motor SM which can be rotated forward and backward, so that the light receiving device 5 is rotated. The guide 8 can be displaced in the longitudinal direction, that is, in the main scanning direction.
That is, in this embodiment, the guide 8 is a screw rod.
And the stepping motor SM constitute "sensor displacement means". Another example of the sensor displacement means is “light receiving device 5
In which the light receiving device 5 is displaced along the guide 8 by driving the driving portion with a stepping motor and displacing the light receiving device 5 along the guide 8. Any suitable known displacement means can be used. Further, the displacement of the light receiving device 5 may be performed “manually”.

【0013】光スポットによる走査でラインセンサ11
の各受光エレメントに蓄積された電荷の情報は、画像入
力ボード6により取り出されてコンピュータ7に「受光
情報信号」として取り込まれるようになっている。コン
ピュータ7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)や演算内容がプログラムされ、画像入
力ボード6やステッピングモータ8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6
から入力される受光情報信号に基づき走査位置を決定す
るのに必要な演算を実行する。入力ボード6とコンピュ
ータ7とは「制御演算装置」を構成する。図1(b)は、
受光装置5におけるラインセンサ11の態位を示してい
る。図に示すように、ラインセンサ11の受光エレメン
ト配列方向は「副走査方向に対して傾き角:θだけ傾
け」られている。符号10は「光スポット」を示す。受
光エレメントの配列ピッチをdとすると、傾き角:θに
より、受光エレメントの「副走査方向の配列ピッチ」
は、d・cosθとなる。例えば、ラインセンサ11の
受光エレメント配列ピッチ:dが前述の「7μm」であ
るとすると、走査位置測定におけるCCDセンサ(ライ
ンセンサ11)の測定分解能として、傾き角:θが60
度なら「7μm×cos60=3.5μm」を実現で
き、傾き角:θを70度に設定すれば「2.4μmの測
定分解能」を実現できる。受光装置5を所望の位置に設
置してラインセンサ11を「所望の主走査位置」に位置
させ、光スポットによる走査を行うと、光スポットによ
る走査でラインセンサ11の各受光エレメントに蓄積さ
れた電荷の情報は、画像入力ボード6により取り出され
て「受光情報信号」としてコンピュータ7に取り込まれ
る。コンピュータ7は受光情報信号に基づき、前記「サ
ンプリング値:Q(Yi)」に基づき、Q(Y)を推定し、
推定されたQ(Y)の最大値を与えるY座標を走査位置と
して特定する演算を行う。コンピュータ7には、このよ
うな演算を行うプログラムが記憶させられている。この
演算において、測定分解能としては、前記傾き角:θと
受光エレメント配列ピッチ:dとにより定まる「d・c
osθ」がコンピュータ7に記憶され、この測定分解能
を用いて演算が行われる。
The line sensor 11 scans with a light spot.
The information on the electric charges stored in each light receiving element is taken out by the image input board 6 and taken into the computer 7 as a "light receiving information signal". The computer 7 is programmed with various operations (displacement of the light receiving device 5, etc.) and calculation contents necessary for the scanning position measurement, and controls the operations of the image input board 6 and the stepping motor 8 and other controls required for the measurement. And execute the image input board 6
The calculation necessary for determining the scanning position is executed based on the light receiving information signal input from the CPU. The input board 6 and the computer 7 constitute a "control arithmetic unit". FIG. 1 (b)
4 shows the attitude of the line sensor 11 in the light receiving device 5. As shown in the drawing, the light receiving element arrangement direction of the line sensor 11 is “inclined by the inclination angle: θ with respect to the sub-scanning direction”. Reference numeral 10 indicates a “light spot”. Assuming that the arrangement pitch of the light receiving elements is d, the inclination angle: θ, the “array pitch in the sub-scanning direction” of the light receiving elements
Is d · cos θ. For example, if the light receiving element array pitch d of the line sensor 11 is “7 μm”, the tilt angle θ is 60 as the measurement resolution of the CCD sensor (line sensor 11) in the scanning position measurement.
In the case of the degree, “7 μm × cos60 = 3.5 μm” can be realized, and when the inclination angle: θ is set to 70 degrees, “the measurement resolution of 2.4 μm” can be realized. When the light receiving device 5 is installed at a desired position and the line sensor 11 is positioned at the “desired main scanning position”, and scanning is performed with a light spot, the light spot is scanned and accumulated in each light receiving element of the line sensor 11. The charge information is taken out by the image input board 6 and taken into the computer 7 as a “light receiving information signal”. The computer 7 estimates Q (Y) based on the light-receiving information signal and the “sampling value: Q (Y i )”,
A calculation is performed to specify the Y coordinate that gives the maximum value of the estimated Q (Y) as the scanning position. The computer 7 stores a program for performing such an operation. In this calculation, the measurement resolution is “d · c” determined by the inclination angle: θ and the light receiving element array pitch: d.
osθ ”is stored in the computer 7, and the calculation is performed using this measurement resolution.

【0014】即ち、図1の走査位置測定装置は、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1〜4の、被走査面上の所望の
主走査位置における副走査方向の走査位置を測定する装
置であって、測定用のCCDセンサ11と、CCDセン
サ11を、その受光面が被走査面に等価な測定面に沿っ
て主走査方向へ変位するように変位させるセンサ変位手
段8,SMと、CCDセンサ11の、光スポット10の
走査による受光情報信号に基づき、光スポット10の副
走査方向の中心位置を演算する制御演算手段6,7とを
有する。そして、CCDセンサ11がラインセンサであ
って、その受光エレメント配列方向は、測定面上におけ
る副走査方向に対して傾けられ、その傾き角:θの調整
により「所望の測定分解能」を設定されている(請求項
1)。
That is, the scanning position measuring apparatus shown in FIG. 1 focuses a laser beam as a light spot on a surface to be scanned, and sets a desired one of scanning optical systems 1-4 for scanning the surface to be scanned on the surface to be scanned. An apparatus for measuring a scanning position in a sub-scanning direction at a main scanning position, comprising: a CCD sensor for measurement; and a CCD sensor for detecting a scanning position in a main scanning direction along a measurement surface whose light receiving surface is equivalent to the surface to be scanned. Sensor displacement means 8 and SM for displacement so as to be displaced, and control calculation means 6 and 7 for calculating the center position of the light spot 10 in the sub-scanning direction based on the light receiving information signal of the CCD sensor 11 by scanning the light spot 10. And The CCD sensor 11 is a line sensor, and its light receiving element arrangement direction is inclined with respect to the sub-scanning direction on the measurement surface, and a “desired measurement resolution” is set by adjusting the inclination angle θ. (Claim 1).

【0015】コンピュータ7はまた、上記のようにして
決定される「複数の主走査位置における走査位置」に基
づき「主走査ラインの曲がり」や「主走査ラインのピッ
チむら(回転多面鏡の偏向反射面が切り替わることによ
る順次の主走査ラインの副走査方向のピッチのむら)」
や「主走査ラインのピッチ偏差」等をも演算する演算プ
ログラムを有することができる。
The computer 7 also determines “bending of the main scanning line” and “pitch unevenness of the main scanning line (deflection and reflection of the rotating polygon mirror) based on the“ scanning positions at a plurality of main scanning positions ”determined as described above. Non-uniform pitch in the sub-scanning direction of the sequential main scanning line due to the switching of the surface) "
And a calculation program for calculating “pitch deviation of main scanning line”.

【0016】請求項2記載の実施の1形態を、図2を参
照して説明する。この実施の形態の基本的な構成は図1
(a)に示したものと同様であり、以下の点が異なる。即
ち、請求項2記載の走査位置測定装置では、図1(a)に
おいてガイド8に沿って主走査方向へ変位する受光装置
はCCDセンサとして「エリアセンサ」を有するのであ
る。エリアセンサは、その受光面が「測定面に合致す
る」ように配備され、受光装置が主走査方向に変位され
るとき、測定面を「なぞる」ように変位する。図2にお
いて、符号12は「エリアセンサの受光面」を示してい
る。図中に升目で示すのは「受光エレメントの2次元配
列」である。受光エレメントの2次元配列は、図示のよ
うに「副走査方向に対して45度」傾けられている。そ
して、2次元配列において副走査方向に千鳥状に並んだ
2列の受光エレメント列EL1,EL2を「測定用受光
エレメント列」として使用する。現在入手できる市販の
「CCDによるエリアセンサ」で、受光エレメントの2
次元配列における縦横の配列ピッチで最小のものは
「4.6μm(シャープ社製、松下電子工業社製)」で
あるが、これを、図2に示すように副走査方向に45度
傾け、受光エレメント列EL1,EL2を「測定用受光
エレメント列」として使用すれば、受光エレメント列に
おける「見掛けの測定分解能」は、図2に「ピッチ」と
して示されたように、本来の配列ピッチ:4.6μmに
cos(π/4)(=0.707)を掛けたもの、即ち
「3.3μm」になるから、エリアセンサ本来の測定分
解能をより高めて走査位置測定を行うことができる。即
ち、上に説明した請求項2記載の発明の実施の形態は、
基本的な構成が図1(a)のものと同様なので、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1〜4の、被走査面上の所望の主
走査位置における副走査方向の走査位置を測定する装置
であって、測定用のCCDセンサと、CCDセンサを、
その受光面が被走査面に等価な測定面に沿って主走査方
向へ変位させるセンサ変位手段8,SMと、CCDセン
サの受光情報信号に基づき、光スポットの副走査方向の
中心位置を演算する制御演算手段6,7とを有し、CC
Dセンサがエリアセンサ12であって、受光エレメント
の2次元配列を、測定面上における副走査方向に対して
45度傾け、2次元配列において副走査方向に千鳥状に
並んだ2列の受光エレメント列EL1,EL2を測定用
受光エレメント列として使用する。
One embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic configuration of this embodiment is shown in FIG.
It is the same as that shown in FIG. That is, in the scanning position measuring device according to the second aspect, the light receiving device displaced in the main scanning direction along the guide 8 in FIG. 1A has an "area sensor" as a CCD sensor. The area sensor is arranged so that its light receiving surface "matches the measurement surface", and is displaced so as to "trace" the measurement surface when the light receiving device is displaced in the main scanning direction. In FIG. 2, reference numeral 12 indicates "the light receiving surface of the area sensor". The cells shown in the figure are “two-dimensional array of light receiving elements”. The two-dimensional array of light receiving elements is tilted "45 degrees with respect to the sub-scanning direction" as shown in the figure. Then, two light receiving element rows EL1 and EL2 arranged in a staggered manner in the sub-scanning direction in the two-dimensional array are used as “measurement light receiving element rows”. A commercially available “area sensor using CCD” is currently available.
The smallest of the vertical and horizontal arrangement pitches in the dimensional arrangement is “4.6 μm (manufactured by Sharp Corporation and Matsushita Electronics Corporation)”, which is inclined by 45 degrees in the sub-scanning direction as shown in FIG. If the element rows EL1 and EL2 are used as the “light receiving element rows for measurement”, the “apparent measurement resolution” in the light receiving element row is, as shown as “pitch” in FIG. Since 6 μm is multiplied by cos (π / 4) (= 0.707), that is, “3.3 μm”, the scanning position measurement can be performed with the original measurement resolution of the area sensor further increased. That is, the embodiment of the invention described in claim 2 described above is:
Since the basic configuration is the same as that shown in FIG. 1A, the laser beam is condensed as a light spot on the surface to be scanned, and the scanning optical systems 1 to 4 for scanning the surface to be scanned are provided on the surface to be scanned. An apparatus for measuring a scanning position in a sub-scanning direction at a desired main scanning position, comprising: a CCD sensor for measurement; and a CCD sensor.
The center position of the light spot in the sub-scanning direction is calculated based on the sensor displacement means 8 and SM for displacing the light receiving surface in the main scanning direction along the measurement surface equivalent to the surface to be scanned, and the light receiving information signal of the CCD sensor. Control operation means 6 and 7;
The D sensor is the area sensor 12, and the two-dimensional array of light receiving elements is inclined at 45 degrees with respect to the sub-scanning direction on the measurement surface, and two rows of light receiving elements arranged in a staggered manner in the sub-scanning direction in the two-dimensional array The rows EL1 and EL2 are used as light receiving element rows for measurement.

【0017】図3は、請求項3記載の走査位置測定装置
の特徴部分を示している。この場合も基本的な構成は基
本的に図1(a)と同様である。図3において、ステージ
本体13とこれを図の上下方向である副走査方向へ変位
させるステッピングモータ14とは「ステージ」を構成
し、このステージは移動手段におけるガイド8に装備さ
れている。ステージ本体13は受光装置5を保持してお
り、ステージが移動することにより受光装置5を主走査
方向へ変位させることができる。受光装置5にはCCD
センサとしてラインセンサ11’が保持されている。従
って「ステージ」は、センサ変位手段の一部として「C
CDセンサ」であるラインセンサ11’を保持してい
る。この実施の形態でラインセンサ11’は、その受光
エレメントの配列方向を副走査方向に設定されている。
ラインセンサ11’における受光エレメントの配列ピッ
チを「D」とし、ステージにおけるステージピッチ(ス
テッピングモータ14によるステージ本体13の副走査
方向の1ピッチ分の変位)を「Δ」とすると、D>Δで
ある。走査位置測定は以下のように行われる。ラインセ
ンサ11’を所望の主走査位置(測定位置)に配備し、
走査光学系の光スポットによる走査を行う。そして光ス
ポットの走査1回ごとに、ステージによりラインセンサ
を1ステージピッチだけ副走査方向へずらす。ずらす方
向は上下いずれの方向でもよいが、ここでは説明の具体
性のため、下方へずらすものとし、このときのずれの方
向が前述のY方向の+側に合致しているものとする。最
初の1回の走査により光スポットで走査される受光エレ
メントのY座標位置を、Y1,Y2,Y3,...
i,..とすると、これらの座標は間隔:Dで等間隔
にならぶ。このとき、サンプリングされる受光情報信号
による受光情報を、前述したところにならって、Q
(Y1),Q(Y2),Q(Y3),...Q(Yi),...とする。
続いて、最初の1ステージピッチの変位後の走査で得ら
れる受光情報は、1ステージピッチがdであるから、Q
(Y1+d),Q(Y2+d),Q(Y3+d),...Q(Yi+d),...
と書くことができる。この走査後にステージによりライ
ンセンサ11’をさらに1ステージピッチだけ変位さ
せ、その後に走査を行うと得られる受光情報は、Q(Y1+
2d),Q(Y2+2d),Q(Y3+2d),..Q(Yi+2d),..と書
くことができる。上記のプロセスを繰り返すと、結局、
i=1,2,3,..,n=1,2,3,..として、
一般に、Qi(Yi+nd)として表される受光情報が、ピッ
チ:dで得られるので、これらの受光情報に基づき、光
スポットの副走査方向の中心位置を演算する。このよう
にすると、ラインセンサ11’の受光エレメントの配列
ピッチ:D(分解能)は大きくても、実際には測定分解
能:d(<D)で測定を行うことができる。現在入手で
きるステージにおいて、最小の1ステージピッチは
「0.18μm(駿河精機社製)」であるので、上記の
測定により極めて高い測定分解能で測定を行うことがで
きる。説明の簡単のために、D=10μm、d=0.2
μmとすれば、上記のステージによる変位と走査とを4
9回繰り返せば「座標:Y1とYのように互い隣接す
る受光エレメント間」を0.2μmピッチで走査できる
ことになる。
FIG. 3 shows a characteristic portion of the scanning position measuring device according to the third aspect. Also in this case, the basic configuration is basically the same as that of FIG. In FIG. 3, a stage body 13 and a stepping motor 14 for displacing the stage body 13 in a vertical scanning direction in the drawing constitute a "stage", and this stage is provided on a guide 8 in the moving means. The stage main body 13 holds the light receiving device 5, and the light receiving device 5 can be displaced in the main scanning direction by moving the stage. The light receiving device 5 has a CCD
A line sensor 11 'is held as a sensor. Therefore, the “stage” is used as a part of the sensor displacement means “C”.
A line sensor 11 'which is a "CD sensor" is held. In this embodiment, the arrangement direction of the light receiving elements of the line sensor 11 'is set to the sub-scanning direction.
Assuming that the arrangement pitch of the light receiving elements in the line sensor 11 'is "D" and the stage pitch of the stage (the displacement of the stage body 13 by one pitch in the sub-scanning direction by the stepping motor 14) is "Δ", D> Δ is there. The scanning position measurement is performed as follows. The line sensor 11 'is arranged at a desired main scanning position (measuring position),
Scanning by a light spot of the scanning optical system is performed. Each time the light spot is scanned, the stage shifts the line sensor by one stage pitch in the sub-scanning direction. The direction of shifting may be any of the upper and lower directions, but here, for the sake of specificity of description, it is assumed that the shifting is performed downward, and the direction of the shifting at this time is assumed to match the above-mentioned + direction in the Y direction. The Y coordinate positions of the light receiving elements scanned by the light spot by the first single scan are represented by Y 1 , Y 2 , Y 3 ,. . .
Y i,. . Then, these coordinates are arranged at equal intervals at an interval: D. At this time, the light reception information based on the light reception information signal to be sampled is represented by Q
(Y 1 ), Q (Y 2 ), Q (Y 3 ),. . . Q (Y i ),. . . And
Subsequently, the received light information obtained by the scan after the displacement of the first one-stage pitch is Q since the one-stage pitch is d.
(Y 1 + d), Q (Y 2 + d), Q (Y 3 + d),. . . Q (Y i + d),. . .
Can be written. After this scanning, the line sensor 11 ′ is further displaced by one stage pitch by the stage, and the scanning is performed thereafter, the light reception information obtained is Q (Y 1 +
2d), Q (Y 2 + 2d), Q (Y 3 + 2d),. . Q (Y i + 2d),. You can write. By repeating the above process,
i = 1, 2, 3,. . , N = 1, 2, 3,. . As
In general, light reception information represented as Q i (Y i + nd) is obtained at a pitch: d, and the center position of the light spot in the sub-scanning direction is calculated based on the light reception information. In this way, even if the arrangement pitch of the light receiving elements of the line sensor 11 ': D (resolution) is large, measurement can actually be performed with the measurement resolution: d (<D). Among the currently available stages, the minimum one-stage pitch is “0.18 μm (manufactured by Suruga Seiki Co., Ltd.)”, and thus the measurement can be performed with an extremely high measurement resolution by the above measurement. For simplicity of explanation, D = 10 μm, d = 0.2
μm, the displacement and scanning by the above stage are 4
9 times repeated if: becomes "coordinate Y 1 and between the light receiving element to each other adjacent to the Y 2" to be able to scan at 0.2μm pitch.

【0018】この場合、上記のように、一般に、Q
(Y+nd)として表される受光情報を全部用いて
Q(Y)を推定し、それからその最大値位置として走査位
置を推定するようにしてもよいが、別のやり方で、走査
位置を算出することもできる。
In this case, as described above, generally, Q
It is possible to estimate Q (Y) by using all the light reception information represented as i (Y i + nd) and then estimate the scanning position as its maximum value position. It can also be calculated.

【0019】即ち、最初の走査で得られる受光情報:Q
(Y1),Q(Y2),..Q(Yi),...を用いて、Q(Y)を
推定し、その最大値位置として走査位置:T1を求め
る。次に、ステージによる最初の移動後の走査により得
られる受光情報、Q(Y1+d),Q(Y2+d),..Q(Yi+
d),..を用いて、走査位置:t2を求める。このときラ
インセンサ11’は副走査方向に「d」だけ変位してい
るので、測定面に固定した座標に対する走査位置:T2
を「T2=t2−d」を演算して求める。このプロセスを
繰り返すことにより、一連の走査位置:T1,T2
3,..,Tj(=tj−{j−1}d),..を求
め、最後にこれらの平均値:ΣTj/n(和はjについて
とり、nはステージによるラインセンサの変位の総回
数)をもとめ、これをもって走査位置の測定値とすれば
よい。なお、請求項3記載の発明の場合、回転多面鏡に
おける面倒れの影響が完全に補正されていないと、順次
の偏向反射面で走査が繰り返されるごとに走査位置が変
動するので、そのような場合には、ステージによるライ
ンセンサの変位が行われる度に、同じ偏向反射面で走査
が行われるようにする。
That is, light reception information obtained in the first scan: Q
(Y 1 ), Q (Y 2 ),. . Q (Y i ),. . . Is used to estimate Q (Y), and a scanning position: T 1 is obtained as the maximum value position. Next, received light information obtained by scanning after the first movement by the stage, Q (Y 1 + d), Q (Y 2 + d),. . Q (Y i +
d),. The scanning position: t 2 is obtained using. At this time, since the line sensor 11 'is displaced by "d" in the sub-scanning direction, the scanning position with respect to the coordinates fixed on the measurement surface: T 2
Is calculated by calculating “T 2 = t 2 −d”. By repeating this process, a series of scanning positions: T 1 , T 2 ,
T 3 ,. . , T j (= t j − {j−1} d),. . Finally, the average value of these: ΣT j / n (sum is taken for j, n is the total number of displacements of the line sensor by the stage) is obtained, and this may be used as the measured value of the scanning position. In the case of the third aspect of the present invention, unless the effect of the tilting of the rotary polygon mirror is completely corrected, the scanning position changes each time scanning is repeated on the sequential deflecting and reflecting surfaces. In such a case, each time the line sensor is displaced by the stage, scanning is performed on the same deflecting and reflecting surface.

【0020】直上に説明した実施の形態は従って、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1〜4の、被走査面上の所望
の主走査位置における副走査方向の走査位置を測定する
装置であって、測定用のCCDセンサ11’と、CCD
センサ11’を、その受光面が被走査面に等価な測定面
に沿って主走査方向へ変位させるセンサ変位手段8,S
Mと、該センサ変位手段の一部として上記CCDセンサ
11’を保持し、CCDセンサを副走査方向へ、測定用
受光エレメントの配列ピッチよりも細かいステージピッ
チで変位させるステージ13,14と、任意の主走査位
置において、CCDセンサによる走査光の受光を、ステ
ージによりCCDセンサ11’を副走査方向へ1ステー
ジピッチ変位させるごとに繰返して受像情報信号を得、
各変位位置における受像情報信号に基づき、光スポット
の副走査方向の中心位置を演算する制御演算手段6,7
とを有する(請求項3)。そして、測定用のCCDセン
サ11’はラインセンサであり、受光エレメント配列方
向を、測定面上における副走査方向に設定されている
(請求項4)。
In the embodiment described above, the laser beam is converged as a light spot on the surface to be scanned, and the scanning optical systems 1 to 4 for scanning the surface to be scanned are provided with a desired main beam on the surface to be scanned. An apparatus for measuring a scanning position in a sub-scanning direction at a scanning position, comprising: a measuring CCD sensor 11 ′;
Sensor displacement means 8, S for displacing the sensor 11 'in the main scanning direction along a measurement surface whose light receiving surface is equivalent to the surface to be scanned.
M, a stage 13 and 14 for holding the CCD sensor 11 'as a part of the sensor displacement means and displacing the CCD sensor in the sub-scanning direction at a stage pitch smaller than the arrangement pitch of the light receiving elements for measurement. In the main scanning position, the receiving of the scanning light by the CCD sensor is repeated every time the CCD sensor 11 'is displaced by one stage pitch in the sub-scanning direction by the stage, and an image receiving information signal is obtained.
Control calculation means 6, 7 for calculating the center position of the light spot in the sub-scanning direction based on the image receiving information signal at each displacement position.
(Claim 3). The measurement CCD sensor 11 'is a line sensor, and the light receiving element arrangement direction is set to the sub-scanning direction on the measurement surface.

【0021】上に説明した走査位置測定では、CCDセ
ンサ変位手段によるCCDセンサの変位が、高い精度で
直線的に主走査方向へ行われなければならない。図1
(a)に示す実施の形態であれば、「ガイド8が高度に直
線性を保持」している必要があり、ガイド8に僅かな
「撓みや波打ち」がある場合には、このような撓みや波
打ちが走査位置の測定結果に加算的に影響してしまう。
例えば、主走査方向における所望の測定位置の座標をX
とするとき、この測定位置において、「撓み:Δ(X)」
がガイド8に存在するとすれば、走査位置:Yの正しい
値は、測定値:YSに対し、YS+Δ(X)(Δ(X)がY座
標の正の方向に生じている場合)、あるいはYS−Δ
(X) (Δ(X)がY座標の負の方向に生じている場合)
である。従って、正確な測定のためには、Δ(X)を知る
手段を有することが好ましい。
In the scanning position measurement described above, the displacement of the CCD sensor by the CCD sensor displacement means must be performed linearly in the main scanning direction with high accuracy. FIG.
In the embodiment shown in (a), it is necessary that “the guide 8 keeps a high degree of linearity”, and if the guide 8 has a slight “bending or waving”, Rippling has an additional effect on the measurement result of the scanning position.
For example, the coordinate of a desired measurement position in the main scanning direction is X
In this measurement position, "deflection: Δ (X)"
Is present in the guide 8, the correct value of the scanning position: Y is Y S + Δ (X) with respect to the measured value: Y S (when Δ (X) occurs in the positive direction of the Y coordinate). , Or Y S
(X) (when Δ (X) occurs in the negative direction of the Y coordinate)
It is. Therefore, for accurate measurement, it is preferable to have means for knowing Δ (X).

【0022】請求項5記載の走査位置測定装置は、この
点を考慮したものである。図4を参照してこの発明の実
施の1形態を説明する。全体の基本的な構成は、図1
(a)に示したものと同様である。ガイド8にはステージ
13Aが装備され、ステージ13Aには受光装置5’が
装備されている。即ち、この実施の形態では、請求項
3,4記載の走査位置測定装置を前提としている。受光
装置5’にはラインセンサ11’と、ラインセンサ17
とが装備されている。ラインセンサ17と測定用のライ
ンセンサ11’とは、互いに所定の位置関係を保って受
光装置5’により一体化されている。ラインセンサ17
は「基準用CCDセンサ」である。一方、ガイド8の左
側の定位置には、測定空間に固定的に支持手段20が設
けられ、He−Neレーザ光源15を支持している。H
e−Neレーザ光源15は「基準光照射手段」で「基準
光」としてレーザビーム16を主走査方向に射出させ
る。「基準用CCDセンサ」としてのラインセンサ17
は、受光面を主走査方向に直交させ、受光エレメントの
配列方向を副走査方向に平行にして配備され、レーザビ
ーム16を受光する。ラインセンサ17の受光情報信号
は、図1に示す画像入力ボード6を介してコンピュータ
7に取り込まれ、モニタされる。ガイド8の撓み等によ
りラインセンサ11’の位置が副走査方向に変位する
と、その変位量:Δ(X)は、ラインセンサ11’と一体
のラインセンサ17の受光情報によりコンピュータ7に
よりモニタされて特定される。走査位置測定は、上に請
求項3,4記載の発明に即して説明した手順で行われ
る。測定位置(所望の主走査位置):Xにおける走査位
置:Y(X)が演算で算出されると、コンピュータ7は上
記Δ(X)により算出値:Y(X)を補正して、正しい測定
位置を算出する。即ち、直上に説明した実施の形態は、
請求項3,4に記載の走査光学系の走査位置結像装置に
おいて、所定の位置関係を保って測定用のCCDセンサ
11’に一体化された基準用CCDセンサ17と、基準
用CCDセンサ17に所定方向から基準光16を照射す
る基準光照射手段15とを有し、制御演算手段6,7は
基準用CCDセンサ17の受光情報信号に基づき、測定
用のCCDセンサ11’による測定値を補正する(請求
項5)。また、基準用CCDセンサ17は受光面が主走
査方向に直交するように配備され、基準光照射手段15
はHe−Neレーザ光源であり、基準光としてのレーザ
光16が「主走査方向に平行な方向」から照射される
(請求項6)。請求項5,6記載の走査位置測定装置の
ように、基準光によりCCDセンサの副走査方向の位置
変動をモニタするようにすると、CCD変位手段におけ
るCCDセンサの副走査方向の位置変動を検出して測定
値を補正できるのみならず、測定値に異常が生じた場
合、その原因がCCDセンサの位置変動によるものか別
の要因によるものかを判断することができる。
The scanning position measuring device according to the fifth aspect takes this point into consideration. One embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The overall basic configuration is shown in FIG.
This is the same as that shown in FIG. The guide 8 is equipped with a stage 13A, and the stage 13A is equipped with a light receiving device 5 '. That is, in this embodiment, the scanning position measuring device according to claims 3 and 4 is premised. The light receiving device 5 'has a line sensor 11' and a line sensor 17 '.
And is equipped with. The line sensor 17 and the measurement line sensor 11 'are integrated by the light receiving device 5' while maintaining a predetermined positional relationship with each other. Line sensor 17
Is a “reference CCD sensor”. On the other hand, at a fixed position on the left side of the guide 8, a support means 20 is fixedly provided in the measurement space and supports the He-Ne laser light source 15. H
The e-Ne laser light source 15 emits a laser beam 16 in the main scanning direction as "reference light" by "reference light irradiation means". Line sensor 17 as "reference CCD sensor"
Are arranged so that the light receiving surface is orthogonal to the main scanning direction and the arrangement direction of the light receiving elements is parallel to the sub scanning direction, and receives the laser beam 16. The light receiving information signal of the line sensor 17 is taken into the computer 7 via the image input board 6 shown in FIG. 1 and monitored. When the position of the line sensor 11 ′ is displaced in the sub-scanning direction due to bending of the guide 8 or the like, the displacement amount Δ (X) is monitored by the computer 7 based on the light receiving information of the line sensor 17 integrated with the line sensor 11 ′. Specified. The scanning position measurement is performed according to the procedure described above according to the third and fourth aspects of the present invention. When the measurement position (desired main scanning position): the scanning position in X: Y (X) is calculated by calculation, the computer 7 corrects the calculated value: Y (X) by the above Δ (X), and corrects the measurement. Calculate the position. That is, the embodiment just described is
5. The scanning position imaging apparatus for a scanning optical system according to claim 3, wherein the reference CCD sensor 17 integrated with the measurement CCD sensor 11 'while maintaining a predetermined positional relationship. And a reference light irradiating means 15 for irradiating the reference light 16 from a predetermined direction. The control calculation means 6 and 7 calculate the value measured by the measuring CCD sensor 11 ′ based on the light receiving information signal of the reference CCD sensor 17. Correction is made (claim 5). The reference CCD sensor 17 is provided so that the light receiving surface is orthogonal to the main scanning direction.
Is a He-Ne laser light source, and is irradiated with a laser beam 16 as a reference beam from a "parallel direction to the main scanning direction" (claim 6). When the position change of the CCD sensor in the sub-scanning direction is monitored by the reference light, the position change of the CCD sensor in the sub-scanning direction by the CCD displacement means is detected. Not only can correct the measured value, but also when the measured value is abnormal, it is possible to determine whether the cause is a change in the position of the CCD sensor or another factor.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば走査光学系の新規な走査位置測定装置を実現できる。
請求項1記載の発明では、ラインセンサ本来の分解能を
超えて所望の測定分解能を設定でき、走査位置の測定を
精度良く行うことができる。請求項2記載の発明では、
エリアセンサ本来の分解能を超えて、見掛けの測定分解
能を設定でき、走査位置の測定を精度良く行うことがで
きる。
As described above, according to the present invention, a novel scanning position measuring device for a scanning optical system can be realized.
According to the first aspect of the present invention, a desired measurement resolution can be set beyond the original resolution of the line sensor, and the measurement of the scanning position can be performed with high accuracy. In the invention according to claim 2,
The apparent measurement resolution can be set beyond the original resolution of the area sensor, and the scanning position can be measured with high accuracy.

【0024】請求項3,4記載の発明では、本来の分解
能の低いCCDセンサを用いても、ステージピッチを細
かくすることにより、極めて高い測定分解能を実現で
き、走査位置の測定精度を高めることができる。請求項
5,6記載の発明では、測定用のCCDセンサの副走査
方向における位置誤差の影響を有効に除去して測定精度
を高めることができる。
According to the third and fourth aspects of the present invention, an extremely high measurement resolution can be realized by increasing the stage pitch even if a CCD sensor having a low original resolution is used, and the measurement accuracy of the scanning position can be improved. it can. According to the fifth and sixth aspects of the present invention, it is possible to effectively remove the influence of the position error of the measuring CCD sensor in the sub-scanning direction, thereby improving the measuring accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の走査光学系の走査位置測定の実施の
形態の基本的な構成と、請求項1記載の発明の特徴部分
とを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an embodiment of a scanning position measurement of a scanning optical system according to the present invention, and a characteristic portion of the invention according to claim 1;

【図2】請求項2記載の発明の実施の形態の特徴部分を
説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a characteristic portion of the embodiment of the invention described in claim 2;

【図3】請求項3,4記載の発明の実施の形態の特徴部
分を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a characteristic portion of the embodiment of the invention described in claims 3 and 4;

【図4】請求項5,6記載の発明の実施の形態の特徴部
分を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a characteristic portion of the embodiment of the invention according to claims 5 and 6;

【図5】ラインセンサを用いる走査位置測定を説明する
ための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining scanning position measurement using a line sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源部(半導体レーザとカップリングを有す
る) 2 シリンドリカルレンズ 3 回転多面鏡 4 走査結像光学系であるfθレンズ 5 受光装置 8 ガイド SM ステッピングモータ 11 ラインセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source part (having coupling with semiconductor laser) 2 Cylindrical lens 3 Rotating polygon mirror 4 fθ lens which is a scanning image forming optical system 5 Light receiving device 8 Guide SM Stepping motor 11 Line sensor

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ光束を被走査面上に光スポットとし
て集光させ、上記被走査面を走査する走査光学系の、上
記被走査面上の所望の主走査位置における副走査方向の
走査位置を測定する装置であって、 測定用のCCDセンサと、 該CCDセンサを、その受光面が被走査面に等価な測定
面に沿って主走査方向へ変位するように変位させるセン
サ変位手段と、 上記CCDセンサの、上記光スポットの走査による受光
情報信号に基づき、上記光スポットの副走査方向の中心
位置を演算する制御演算手段とを有し、 上記CCDセンサがラインセンサであって、その受光エ
レメント配列方向を、測定面上における副走査方向に対
して傾け、その傾き角の調整により所望の測定分解能を
設定することを特徴とする、走査光学系の走査位置測定
装置。
1. A scanning optical system for converging a laser beam as a light spot on a surface to be scanned and scanning the surface to be scanned in a sub-scanning direction at a desired main scanning position on the surface to be scanned. A CCD sensor for measurement, and sensor displacement means for displacing the CCD sensor so that its light receiving surface is displaced in the main scanning direction along a measurement surface equivalent to the surface to be scanned. Control operation means for calculating a center position of the light spot in the sub-scanning direction based on a light reception information signal obtained by scanning the light spot of the CCD sensor, wherein the CCD sensor is a line sensor, A scanning position measuring apparatus for a scanning optical system, wherein an element array direction is inclined with respect to a sub-scanning direction on a measurement surface, and a desired measurement resolution is set by adjusting the inclination angle.
【請求項2】レーザ光束を被走査面上に光スポットとし
て集光させ、上記被走査面を走査する走査光学系の、上
記被走査面上の所望の主走査位置における副走査方向の
走査位置を測定する装置であって、 測定用のCCDセンサと、 該CCDセンサを、その受光面が被走査面に等価な測定
面に沿って主走査方向へ変位するように変位させるセン
サ変位手段と、 上記CCDセンサの、上記光スポットの走査による受光
情報信号に基づき、上記光スポットの副走査方向の中心
位置を演算する制御演算手段とを有し、 上記CCDセンサがエリアセンサであって、受光エレメ
ントの2次元配列を、測定面上における副走査方向に対
して45度傾け、上記2次元配列において副走査方向に
千鳥状に並んだ2列の受光エレメント列を測定用受光エ
レメント列として使用することを特徴とする、走査光学
系の走査位置測定装置。
2. A scanning position in a sub-scanning direction at a desired main scanning position on the scanning surface of a scanning optical system for converging a laser beam as a light spot on the scanning surface and scanning the scanning surface. A CCD sensor for measurement, and sensor displacement means for displacing the CCD sensor so that its light receiving surface is displaced in the main scanning direction along a measurement surface equivalent to the surface to be scanned. Control operation means for calculating a center position of the light spot in the sub-scanning direction based on a light reception information signal by scanning the light spot of the CCD sensor, wherein the CCD sensor is an area sensor, and a light receiving element Are tilted at 45 degrees with respect to the sub-scanning direction on the measurement surface, and the two light-receiving element rows arranged in a staggered manner in the sub-scanning direction in the two-dimensional array are light-receiving elements for measurement. A scanning position measuring device for a scanning optical system, which is used as a row.
【請求項3】レーザ光束を被走査面上に光スポットとし
て集光させ、上記被走査面を走査する走査光学系の、上
記被走査面上の所望の主走査位置における副走査方向の
走査位置を測定する装置であって、 測定用のCCDセンサと、 該CCDセンサを、その受光面が被走査面に等価な測定
面に沿って主走査方向へ変位するように変位させるセン
サ変位手段と、 該センサ変位手段の一部として上記CCDセンサを保持
し、上記CCDセンサを副走査方向へ、測定用受光エレ
メントの配列ピッチよりも細かいステージピッチで変位
させるステージと、 所望の主走査位置において、光スポットによるCCDセ
ンサの走査を、上記ステージにより上記CCDセンサを
副走査方向へ1ステージピッチ変位させるごとに繰返し
て受像情報信号を得、副走査方向の各変位位置における
受像情報信号に基づき、上記光スポットの副走査方向の
中心位置を演算する制御演算手段とを有することを特徴
とする、走査光学系の走査位置測定装置。
3. A scanning position in a sub-scanning direction at a desired main scanning position on the scanned surface of a scanning optical system for converging a laser beam as a light spot on the scanned surface and scanning the scanned surface. A CCD sensor for measurement, and sensor displacement means for displacing the CCD sensor so that its light receiving surface is displaced in the main scanning direction along a measurement surface equivalent to the surface to be scanned. A stage for holding the CCD sensor as a part of the sensor displacement means and displacing the CCD sensor in the sub-scanning direction at a stage pitch finer than the arrangement pitch of the light receiving elements for measurement; Scanning of the CCD sensor by the spot is repeated each time the CCD sensor is displaced by one stage pitch in the sub-scanning direction by the stage to obtain an image reception information signal, A control operation means for calculating a center position of the light spot in the sub-scanning direction based on an image receiving information signal at each displacement position in the scanning direction.
【請求項4】請求項3記載の走査光学系の走査位置測定
装置において、 測定用のCCDセンサがラインセンサであり、受光エレ
メント配列方向を、測定面上における副走査方向に設定
したことを特徴とする走査光学系の走査位置測定装置。
4. A scanning position measuring device for a scanning optical system according to claim 3, wherein the CCD sensor for measurement is a line sensor, and a light receiving element arrangement direction is set to a sub-scanning direction on a measurement surface. A scanning position measuring device for a scanning optical system.
【請求項5】請求項1〜4の任意の1に記載の走査光学
系の走査位置測定装置において、 所定の位置関係を保って測定用のCCDセンサに一体化
された、基準用CCDセンサと、 該基準用CCDセンサに所定方向から基準光を照射する
基準光照射手段とを有し、 制御演算手段は、上記基準用CCDセンサの受光情報信
号に基づき、測定用のCCDセンサによる測定値を補正
する機能を有することを特徴とする、走査光学系の走査
位置測定装置。
5. A scanning position measuring device for a scanning optical system according to claim 1, wherein a reference CCD sensor integrated with the measuring CCD sensor while maintaining a predetermined positional relationship. A reference light irradiating unit that irradiates the reference CCD sensor with reference light from a predetermined direction, wherein the control calculation unit calculates a value measured by the measurement CCD sensor based on a light receiving information signal of the reference CCD sensor. A scanning position measuring device for a scanning optical system, having a function of correcting.
【請求項6】請求項5記載の走査光学系の走査位置測定
装置において、 基準用CCDセンサは受光面が主走査方向に直交するよ
うに配備され、 基準光照射手段はHe−Neレーザ光源であり、基準光
としてのレーザ光が主走査方向に平行な方向から照射さ
れることを特徴とする、走査光学系の走査位置測定装
置。
6. A scanning position measuring apparatus for a scanning optical system according to claim 5, wherein the reference CCD sensor is provided so that a light receiving surface is orthogonal to the main scanning direction, and the reference light irradiation means is a He-Ne laser light source. A scanning position measuring device for a scanning optical system, wherein a laser beam as reference light is emitted from a direction parallel to the main scanning direction.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6961077B2 (en) * 1999-11-30 2005-11-01 Ricoh Company, Ltd. Multibeam light source
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