JP4288490B2

JP4288490B2 - 走査光ビームスポット測定方法

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Description

本発明は、走査光ビームスポット測定方法に関し、特に、光走査装置において主走査方向あるいは光ビーム入射方向の光ビームスポットの形状等を連続的に測定・表示が可能な測定方法に関するものである。

走査光ビームスポットの形状等の測定に関して従来公知のものとして次のようなものがあげられる。

（１）市販のスポットサイズ／ビームプロファイル測定装置（メレスグリオ社ビームアライザー、フォトン社ビームスキャン）
米国メレスグリオ社の「ビームアライザー」は、回転ドラム上にナイフエッジを設けてあり、入射するビーム（光ビーム）をナイフエッジが横切る際の光量変化を基に、ビーム断面プロファイル及びスポットサイズを計測している。また、米国フォトン社の「ビームスキャン」では、同じく回転ドラム上に幅の狭いスリットが設けてあり、同様に結像状態の計測を行う。

しかし、これらは静止したビームしか測定できないという問題がある。また、静止状態と走査状態でスポット形状に差異がある場合には、不正確になる。例えば、動圧軸受のモーターを光偏向器（光走査装置）に用いる場合、静止時と回転時で軸の姿勢が微妙に異なる。また、センサーの受光部にビームを正確に位置決めする機構と位置決め動作を行うための時間が必要となる。

（２）特許文献１
ビームのねじれが発生しやすい正面入射走査光学系（多面鏡に対して副走査方向に直角とは異なる角度で入射する光学系）の例である。

（３）特許文献２
縦（副走査方向）スリットと走査線と平行に近い斜めスリットとで、主走査方向と副走査方向のスポットサイズを測定するものである。

（４）特許文献３
縦スリットと斜めスリット２本の計３つのスリットから、長径、短径、傾斜角を算出するものである。スポット形状は楕円が前提となっている。

（５）特許文献４
副走査方向に向いたスリット（縦スリット）と、斜めのスリット２つの計３つのスリットをスポットが走査することにより、ビームの主走査／副走査方向の大きさと、楕円スポットの向きを同時に計算する。縦スリットを２本置くことにより、走査速度を計算してスポットサイズの計算に用いる。線状のスリットではなく、縦のエッジと斜めのエッジをもったスリットを２つ組み合わせる実施例もある。また、反射型のパターンからの反射光を検出する方法の開示もある。

（６）特許文献５
副走査方向に向いたスリットにより主走査方向のスポットサイズを測定する。また、走査速度を検出する。主走査方向に対して僅かに傾いたスリットを２組用いて副走査方向のスポットサイズを測定する。スリット方向はビームの走査方向に合わせる。あるいは、正負２つの向きの斜めスリットを設け、ビームの走査方向とスリットのなす角の誤差の影響を取り除く。楕円スポットの傾きは考慮しない。

（７）特許文献６
１次元のリニアアレイＣＣＤセンサーを用いて走査線のピッチムラを測定するものである。

（８）特許文献７
三角スリットを用いて走査線位置の上下変動を測定するものである。

上記とは別に、パワーメーターによる光量測定をすることが広く行われれいるが、上記（１）と同様に、センサーの受光部にビームを位置決めする機構が必要で、かつ、測定時間がかかる。
特開昭５３−３１１４７号公報特開昭６４−１３５１４号公報特公平６−７０５８３号公報特許第２８７６６５０号公報特許第３０５０９９６号公報特開平６−１１８３２９号公報特開２０００−２９２３０８号公報

電子写真においては、階調記録を行うためには網点の大きさかラインの太さで濃度の変化を表わしている。網点の配置は斜め方向に規則性を持つものである。ラインで表現する場合も、主走査／副走査何れの方向共平行ではない斜めのラインである。そして、多色印字を行う場合、色毎に網点やラインの角度を異ならせる場合が多い。

その際、略楕円状の結像スポット（ビームスポット）が斜めに傾いていると、その傾斜角度が網点やラインの角度に近いと濃度が濃くなり、異なる方向に向くと濃度が薄くなる傾向にある。結像スポットの角度が主走査方向の場所によって異なると、その角度の変化に応じて濃度あるいは色合いが変化してしまう。さらに、２色を重ね合わせた中間調画像の場合、２色のスクリーンの方向（網点の配置の方向、ラインの方向）が異なると、スポットの長軸方向の傾きに応じて、一方の色は濃くなり、他方の色は薄くなるということが起こる。そして、スポットの長軸方向の傾きが主走査方向の場所によって異なると、中間調の画像が場所によって色合いが異なることになる。人間の目は、単色の濃度変化より、色合い（色調／色相）の変化により敏感なので、このようなスポットの長軸の傾斜角度を主走査の方向において連続的に評価する必要がある。

以上のような従来技術においては、このスポットの傾斜角度等を特定の像高位置（主走査方向の特定に位置）で測定することは可能でも、連続的に評価することはできない。従来技術においては、測定ポイントを増やしていけばよいが、測定に時間がかかることになる。また、定量的に測定データが得られても数字の羅列のため、直感的に画面内の問題を認識にし難い。さらに、多数の測定項目を１度に測定することができない。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光走査装置のビームスポット形状等の結像状態を連続的に計測することができる方法を提供することである。

上記目的を達成する本発明の走査光ビームスポット測定方法は、被走査面上を主走査方向に繰り返し移動する光走査装置からの走査光ビームによるビームスポットの特性を連続的に測定する走査光ビームスポット測定方法であって、
開口幅がビームスポットの主走査方向の寸法より小さく、主走査方向に対して略９０°なして配置されたスリットと、主走査方向の開口幅がビームスポットの主走査方向の寸法より小さく、主走査方向に対して相互に異なる角度で傾斜している複数のスリットと、開口幅がビームスポットの主走査方向の寸法より大きく、主走査方向に対して略９０°なして配置されたスリットとを主走査方向に並列させて一体に配置し、前記複数のスリットを主走査方向に走査光ビームの移動速度に比較して遅い速度で移動させ、前記複数のスリットの移動中に前記複数のスリットを通過する光量のピーク値を主走査位置に応じて連続的に取得し、それらのピーク値を主走査位置に応じて重畳表示することにより、主走査方向における結像状態の連続的な測定、主走査方向に対して相互に異なる角度で傾斜している方向における結像状態の連続的な測定、及び、主走査方向における光量分布の連続的な測定を同時に行うことを特徴とする方法である。

以上において、前記ピーク値の重畳表示は、前記光走査装置から出力される水平同期信号を基準として行うことが望ましい。

また、主走査方向に移動する光走査装置からの走査光ビームの移動速度が、前記光走査装置の使用時の移動速度より低い速度で測定に用いられることが望ましい。

本発明の走査光ビームスポット測定方法によると、走査中のビームスポットの形状を走査範囲内で連続的に評価することができる。そのビームスポットの形状の評価は、実際の階調表現のスクリーンの特性に即した評価が可能である。また、所定の走査幅全域で連続的に評価することが可能である。数値による定量的評価と同時に、目視による視覚的な即時の評価が可能である。また、光走査装置の特性を１つの方法・装置で全て計測することも可能である。

以下に、本発明の走査光ビームスポット測定方法及び測定装置を原理と実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の走査光ビームスポット測定装置の１実施例の構成を示す模式図である。図１において、光走査装置１００は、例示として、光源１０１、レンズ１０２、ポリゴンミラー１０３、走査光学系１０４で構成されており、光源１０１からの光はレンズ１０２により平行光ビームに変換され（面倒れ補正を行う場合は、ポリゴンミラー１０３の回転軸に直交する方向には平行光になり、その回転軸に平行な方向にはポリゴンミラー１０３の偏光反射面１０５近傍に集光するように変換され）、その光ビームはポリゴンミラー１０３の偏向反射面１０５に入射し、その偏向反射面１０５の反射偏向された光ビームは走査光学系１０４を経て図の矢印方向へ偏向される走査光ビームＢに変換され、被走査面に入射して集束する。偏向反射面１０５はポリゴンミラー１０３の回転軸の周りで回転するので、その走査光ビームＢは偏向反射面１０５の回転速度の２倍の回転速度で回転して被走査面上に走査線ａを描く。ポリゴンミラー１０３の回転に伴って光源１０１からの入射光ビームの入射位置に隣接する偏向反射面１０５が順次入っては出るので、ポリゴンミラー１０３の回転に伴って走査光ビームＢは被走査面上の同じ位置に走査線ａを一端から他端へ繰り返し描く。

一方、本発明により測定装置として、光走査装置１００の被走査面に沿って配置された電動ステージ１０と、その電動ステージ１０上に取り付けられ、走査線ａに沿った主走査方向へ一定速度で移動する移動台１３とを備えており、その移動台１３上に、走査光ビームＢ入射側にスリット板１１がその背後に光センサー１２が相互に一体に取り付けられていて、移動台１３の移動に伴って走査線ａに沿った主走査方向へ移動するようになっている。また、走査光ビームＢの偏向方向の上流端には反射鏡１４が配置され、その反射鏡１４で反射された光は水平同期検出器（光センサー）１５に入射するようになっている。

そして、水平同期検出器１５からの信号は水平同期信号としてオシロスコープ１６に入力され、光センサー１２からの信号がオシロスコープ１６の信号として入力されるように接続されている。

このような配置において、水平同期検出器１５からの同期信号で光センサー１２からの信号波形をトリガーとして重ね書きして表示する。

この測定の原理を以下に説明する。図２（ａ）に、スリット板１１に設けれたスリット１ａとスリット板１１上に結像されるビームスポットＳとの関係を示す。走査線ａの方向（主走査方向）をｘ軸とする。この場合、スリット１ａはｘ軸に直交する方向の幅の狭いスリットである。スリット板１１の移動速度が走査光ビームＢの移動速度に比べて十分遅い場合、固定されたスリット１ａ上をビームスポットＳがｘ方向へ移動する場合の光強度信号がスリット板１１の背後に配置した光センサー１２から得られる。その光量波形を図２（ｂ）に示す。横軸ｔは時間を表す。ここで、スリット１ａのスリット幅はビームスポットＳの寸法より小さいものを用いる。この光量波形は、ビームスポットＳの光量プロファイルと略相似形になり、ビームスポットＳのパワーが同じ場合、スポットサイズが小さい場合、すなわち結像状態が良好であると、図２（ｃ）の波形Ａのように、その波形の幅は狭くピークの高さは高くなる。スポットサイズが大きい場合、すなわち結像状態があまり良くないと、図２（ｃ）の波形Ｂのように、その波形の幅は広くピークの高さは低くなる。

図３に、走査光ビームＢが１回偏向される場合の水平同期検出器１５からの水平同期信号Ｈ_syncを基準として光センサー１２からの信号の出力波形を示す。水平同期信号Ｈ_sync位置からスリット１ａのｘ方向位置に依存する時間だけ遅れて、光センサー１２からの出力波形が得られる。スリット板１１は走査光ビームＢの移動速度に比べて十分遅い速度で移動されるので、光走査装置１００が周期的に繰り返し走査光ビームＢを偏向すると、光センサー１２からの出力波形は水平同期信号Ｈ_sync位置から偏向回数毎に遅れた（離れた）位置に出力される。そこで、オシロスコープ１６の画面に水平同期信号Ｈ_syncをトリガーとして繰り返し偏向されたときの出力波形のピーク値を重ね書きすると、図４に示すようなグラフが得られる。ピーク値をつないだ曲線は主走査方向のピーク値の変化を示している。このように、スリット１ａを主走査方向に十分遅い速度で移動させながら出力波形のピーク値を走査光ビームＢの偏向毎に連続的に取得することで、走査範囲内での走査光ビームＢの結像状態の変化を連続的に測定することが可能となる。そして、図４のように、光走査装置１００の水平同期信号Ｈ_syncを基準にそのピーク値を重ね合わせることで、主走査方向における結像状態の変化を視覚的に把握することができるようになる。

ここで、例えば図５に示すように、ピーク値を重ね合わせた曲線中に局所的な変動Ｃが検出されることがある。このような変動は、光学系中の微小なキズ、レンズ内の欠陥、面精度不良、ゴミ、ケラレ等による。後記（図１１〜図１２）するように、ゴミ、ケラレによる変動は、太いスリットを用いた測定でも検出されるが、光学系中の微小なキズ、レンズ内の欠陥、面精度不良はこの方法によってのみ検出可能である。なお、従来の特定の像高位置でサンプリング的に測定する方法では、このような局所的な変動を検出することは困難であり、本発明の方法はこの点でも優れたものである。

もちろん、この場合に、従来技術と同様に、スリット１ａの通過光量の波形（図２）の一定強度の幅を測定することで、ビームスポットＳの主走査方向のスポットサイズを測定することも可能である。

以上は、スリット１ａの方向が副走査方向（ｘ軸に直交する方向）を向いていて、主走査方向のスポットサイズ等を連続的に測定評価しているが、スリット１ａの方向を主走査方向に対して所定の斜めの角度傾いたものとすることにより、ビームスポットＳの主走査方向に対して斜め方向のスポットサイズあるいは傾き角度等を連続的に測定評価することもできる。

なお、スリット１ａと光センサー１２からなる検出系の応答特性が不足する場合は、光走査装置１００の走査光ビームＢの走査（移動）速度を実際の使用時より小さくすることで、検出が可能となる。

次に、主走査方向に対して互いに相反する方向に向いた２つのスリットの出力を同時に取得することで、スポットの斜め方向の特性をより詳細に評価できる装置と方法を説明する。すなわち、図１の配置において、スリット板１１に設けるスリットが、図６に示すように、例えば、ｘ軸に対して＋４５°（右回り）の幅の狭いスリット１Ｘと−４５°（左回り）の幅の狭いスリット１Ｙが主走査方向（ｘ軸方向）に並列されてなるスリット板１１を用いるものとする。ここで、スリット１Ｘ、１Ｙの主走査方向のスリット幅はビームスポットＳの主走査方向の寸法より小さいものを用いる。このようなスリット板１１を用いて走査光ビームＢの移動速度に比べて十分遅い速度で主走査方向へ移動させるものとする。

光走査装置１００により偏向される走査光ビームＢの走査線ａ（ｘ軸）に沿うビームスポットＳの形状が、図７（ａ）に示すように、走査範囲の左から右へ、楕円の長軸の傾きが図の左上向き方向から右上向き方向へ連続的に変化するような場合、スリット１Ｘを経て検出される出力波形は図７（ｂ）に示すようになり、スリット１Ｙを経て検出される出力波形は図７（ｃ）に示すようになる。スリット１Ｘを経て検出される出力波形は、走査範囲の左から右へ行く程、波形の幅は狭くなり、ピークの高さは高くなる。それとは反対に、スリット１Ｙを経て検出される出力波形は、走査範囲の左から右へ行く程、波形の幅は広くなり、ピークの高さは低くなる。

したがって、図６に示すようなスリット板１１を用いて、図４の場合と同様に、このような光走査装置１００による走査光ビームＢを周期的に繰り返し偏向させ、スリット板１１の背後に配置された光センサー１２からの出力波形を水平同期信号Ｈ_syncでトリガーとしてそのピーク値を重ね書きすると、図８（ｂ）に模式的に示すようなグラフが得られる（図８（ａ）は図７（ａ）の走査線ａ（ｘ軸）に沿うビームスポットＳの形状を示す図である。）。図８（ｂ）では、スリット１Ｘを経て検出される出力波形とスリット１Ｙを経て検出される出力波形を時間軸ｔに沿って同じ位置に描かれているが、実際はスリット１Ｘとスリット１Ｙの位置ずれに対応する時間差がある（図１０参照）。

図８（ｂ）のようなオシロスコープ１６の画面上の表示において、スリット１Ｘを経て検出される出力波形のピーク値を重ね書きした曲線Ｘと、スリット１Ｙを経て検出される出力波形のピーク値を重ね書きした曲線Ｙとは容易に区別でき、かつ、それぞれがｘ軸方向の位置によって相互に反対に変動していることから、主走査方向においてビームスポットＳの傾きが位置に応じて連続的に変化していることが視覚的に把握することができるようになる。この場合は、画面上で濃度変化や色合い（色調／色相）の変化が問題になる。

一方、図９は、走査線ａ（ｘ軸）に沿うビームスポットＳの形状が同じ方向に傾いていて走査範囲でほとんど変化しない場合（図９（ａ）の図８と同様の図である。この場合は、図９（ｂ）のように、スリット１Ｘを経て検出される出力波形のピーク値を重ね書きした曲線Ｘとスリット１Ｙを経て検出される出力波形のピーク値を重ね書きした曲線Ｙとは異なるが、それぞれｘ軸方向の位置によってほとんど変動しない。このことから、主走査方向においてビームスポットＳの傾きは位置に応じて変化しないことが視覚的に把握することができる。この例のように、ビームスポットＳの傾きが走査範囲内で均一であれば、電子写真のプロセス条件（バイアス電圧や露光エネルギー）を変えることで補正可能なので、画質上は問題にならない。

なお、図８と図９の比較から、スリット１Ｘ、１Ｙを経て検出される出力波形のピーク値を重ね書きした曲線の絶対値より、その変動が画質上問題になることが分かる。

ところで、スリット１Ｘとスリット１Ｙを主走査方向（ｘ軸方向）に並列してなるスリット板１１を用いる場合に、スリット板１１と光センサー１２からなる検出系を連続的に走査線ａに沿って一定速度で移動させたときに光センサー１２から得られる検出信号は、実際は、水平同期検出器１５からの水平同期信号Ｈ_syncに対して図１０に示すような出力波形となる。各偏向毎にそのときのスリット１Ｘとスリット１Ｙのｘ軸方向の位置に応じて、その偏向回数時における水平同期信号Ｈ_syncからそれぞれ時間遅れＴ_Xn、Ｔ_Xn（ｎは偏向回数に対応する。）を伴って出力が得られるが、この検出信号のそれぞれのピーク値を水平同期信号Ｈ_syncをトリガーとして重ね書きすることにより、図８（ｂ）、図９（ｂ）に模式的に示すようなグラフが得られる。

なお、上記の図６〜図１０に例示したように、像高に応じた走査光ビームＢの捩じれを評価する走査光ビームスポットの測定方法は、特に、回転するポリゴンミラー等の光偏向器の偏向反射面に対して副走査方向に傾いて光ビームを入射させる光走査装置（特許文献１）や、偏向器によって偏向された光ビームを被走査面上に集光する走査光学系の少なくとも１つの光学面（レンズ面、反射面）が偏心して配置されているか又は副走査方向に傾いて配置されている光走査装置や、偏向反射面に２度入射する光走査装置の評価に有効なものである。

ところで、図２の場合は、スリット板１１に設けるスリット１ａはビームスポットＳの寸法より小さいスリット幅のものであったが、図１１（ａ）に示すように、スリット板１１に設けるスリット１ｂとしてビームスポットＳの主走査方向の寸法より大きなものを用いると、ビームスポットＳの持つパワーを検出することができる。すなわち、図１１（ａ）に、このスリット１ｂとスリット板１１に結像されるビームスポットＳとの関係を示すが、この場合は、上記のようにスリット１ｂはｘ軸に直交する方向の幅がビームスポットＳの寸法より広いスリットであり、スリット板１１の移動速度は走査光ビームＢの移動速度に比べて十分遅く設定される。スリット１ｂ上をビームスポットＳがｘ方向へ移動する場合のスリット板１１の背後に配置された光センサー１２から得られる光量波形は、図１１（ｂ）に示す通りであり、そのピーク値Ｐは、走査光ビームＢの結像状態によらずその走査光ビームＢのパワーに比例した値を示す。

したがって、図４の場合と同様に、スリット板１１は走査光ビームＢの移動速度に比べて十分遅い速度で移動されるので、光走査装置１００が周期的に繰り返し走査光ビームＢを偏向すると、光センサー１２からの出力波形は水平同期信号Ｈ_sync位置から偏向回数毎に遅れた（離れた）位置に出力される。そこで、オシロスコープ１６の画面に水平同期信号Ｈ_syncをトリガーとして繰り返し偏向されたときの出力波形のピーク値を重ね書きすると、図１２に示すようなグラフが得られる。このグラフのピーク値をつないだ曲線は走査範囲内での走査光ビームＢのパワーの変動を示すことになる。したがって、図１２のように、光走査装置１００の水平同期信号Ｈ_syncを基準にそのピーク値を重ね合わせることで、主走査方向における走査範囲内での走査光ビームＢの光量変動を視覚的に把握することができるようになる。これは、あたかも走査幅全長にわたる長さの光センサー（１次元光センサー）で光量分布を測定するのと同様の効果が得られるものである。

なお、図１２の方法により検出される曲線の主走査方向の局所的な変動は、光学系中のゴミ、ケラレ等に起因するものであり、図５のような局所的な変動Ｃの検出と併用することで、それぞれの局所的な変動がいかなる原因で起きているか容易に推定できるようになる。

また、一般に走査光学系では、端部の光量は中央部に比べて低下する（シェーデイング）特性を有するが、その低下の度合いが、設計的に妥当なものであるか、ミラー等のコーティングの不具合によって異常に低下しているかも、図１２の方法により容易に判別可能である。

さて、以上は、図１に示すように、スリット板１１とその背後の光センサー１２とを一体に取り付けた移動台１３を被走査面上の走査線ａに沿って移動させるものであったが、光走査装置１００の光軸方向にスリット板１１を移動させることで、走査光ビームＢのビームウエスト位置を測定評価することもできる。その実施例を説明する。

図１３はそのビームウエスト位置を測定する場合の装置の構成を示す模式図であり、光走査装置１００は図１の場合と同様であり、また、水平同期信号を出力する構成も図１の場合と同様である。

この実施例においては、電動ステージ１０の配置方向が光走査装置１００光軸方向であり、その光軸は、走査光ビームＢが走査線ａの中心に入射するときの走査光ビームＢの中心軸と一致している。この方向をｚ軸とする。その電動ステージ１０上には、光軸方向に移動する移動台１３が取り付けられ、その移動台１３上に、走査光ビームＢ入射側にスリット板１１がその背後に光センサー１２が相互に一体に取り付けられていて、移動台１３の移動に伴ってｚ軸に沿った光軸方向へ移動するようになっている。

そして、水平同期検出器１５からの信号は水平同期信号としてオシロスコープ１６に入力され、光センサー１２からの信号はオシロスコープ１６の信号として入力され、さらに、電動ステージ１０から移動台１３上のスリット板１１の光軸上の位置信号がｚ座標信号として入力されるように接続されている。

このような配置において、水平同期検出器１５からの同期信号をトリガーとして、時間軸ｔとｚ軸座標位置と関連付けて、光センサー１２からの信号波形を図１４に模式的に示したように重ね書きして３次元的に表示される。ただし、図１４には、破線で副走査方向の波形も重ね書きしてあるが、図１３のように、スリット板１１に設けられたスリット１ａがｘ軸に直交する方向（副走査方向）を向いているスリットの場合は、実線で描かれている主走査方向の波形のみが表示される。

図１４のピーク値をつないだ曲線は光軸（ｚ軸）方向のピーク値の変化を示しており、その曲線の最も高い位置（光量が最も大きな位置）が走査光ビームＢの光軸上でのビームウエスト位置を表していることになる。

スリット板１１に設けるスリットとして、副走査方向に向いているスリット１ａと、走査線ａと平行に近い斜めのスリットとを主走査方向に並列して近接配置することで、図１４に破線で示した副走査方向のビームウエスト位置を示す曲線も同時に表示可能になり、光軸近傍の走査光ビームＢの主走査方向と副走査方向のビームウエスト位置を同時に測定評価することができるようになる。

なお、特に、副走査方向のビームウエスト位置を測定する際に、走査範囲中央以外では、被走査面に対して走査光ビームＢが垂直ではない角度で入射することになるので、その位置で光軸に沿った方向に走査線ａと平行に近い斜めのスリットを移動させると、出力波形の位置が主走査方向に異なることになる。精密な測定を行う場合には、それを補正するように、そのスリットを主走査方向にも移動させる必要がある。

逆に、上記のように主走査方向に波形位置がずれることを利用して、水平同期同期信号で波形をトリガーして重ね書きすると、視覚的にビームウエスト位置を確認することが容易にできるようになる。

なお、図１３は、光走査装置１００の光軸方向に出る走査光ビームＢのビームウエスト位置を測定評価する場合であったが、光軸以外の特定の像高位置に入射する走査光ビームＢのビームウエスト位置を測定評価するには、図１５に示したように、その特定の像高位置に入射する走査光ビームＢの軸方向に沿って移動台１３が移動できるように電動ステージ１０を配置し、その方向各位置における光センサー１２からの信号波形を重ね書きして３次元的に表示することにより、その像高位置に対するビームウエスト位置を測定評価することができる。

ただし、電動ステージ１０の移動方向を図１３のように光軸方向に固定したままで、像高の各位置で測定を行っても実際上はほとんど問題はなく、測定作業が簡単になるメリットがある。

ところで、スリット板１１としては、図１６に示すように、スリット幅がビームスポットＳの主走査方向の寸法より小さく副走査方向に向くスリット１ａと、ｘ軸に対して＋４５°の同じく幅の小さいスリット１Ｘと、−４５°の同じく幅の小さいスリット１Ｙと、ビームスポットＳの主走査方向の寸法より大きい副走査方向に向くスリット１ｂとをｘ軸方向に並列されてなるスリット板１１を用いて、これら複数スリットを同時に主走査方向に移動させることで、図５、図８（ｂ）、図１２のような曲線を同時に得るようにすることもできる。このように、複数のスリットを一体に同時に用いても、水平同期信号Ｈ_syncで同期を取ることにより、正しい像高での対応するデータが得られ、スリット板１１と光センサー１２からなる検出系の移動速度によらず常に正しい像高のデータが得られる。

また、スリット板１１にビームスポットＳの寸法より小さいスリット幅のスリット１ａを１個のみ設けて構成し、そのスリット板１１を移動台１３上で光センサー１２に対して回転調整可能に配置して、主走査方向及び副走査方向のビームスポットＳの特性を検出するスリットとして兼用させるようにすることもできる。

なお、図６〜図１０に例示したように、像高に応じた走査光ビームＢの捩じれを評価する走査光ビームスポットの測定方法において、図６の示されるように２つのスリット１Ｘと１Ｙが一体に設けられたスリット板１１を用いるのではなく、１つのスリットをまずｘ軸に対して＋４５°方向に傾けて測定し、次に−４５°方向に傾けて２回目の測定を行い、その２回の測定の表示を重ね合わせることでも、同様の作用効果が得られる。

なお、スリット１ａ、１ｂ、１Ｘ、１Ｙとしては、ガラス板上に反射防止コーティングを施し、その上のスリット部以外に遮光層を形成することにより、微細で精度が良いガラススリットが比較的容易に製作できる。あるいは、スリット部を孔としたエアスリットとして構成することもできる。さらに、ナイフエッジによりエアスリットを構成することもできる。

ここで、ガラススリットとエアスリットの製法の詳細を説明すると、ガラススリットは、ガラス上に形成された金属薄膜による遮光層をフォトエッチングで部分的に除去する方法や、レーザービームで直接加熱除去する方法が好適である。また、エアスリットとしては、薄い金属板を上記と同様にフォトエッチングやレーザービームで加工することで、微細なスリットが形成できる。また、精密放電加工によっても精度の良いスリットが形成できる。

また、図６に示したような２本の斜めのスリット１Ｘ、１Ｙは、その２本のスリット１Ｘ、１Ｙの相互になす開き角度を調整可能に構成することもできる。

さらに、スリット板１１の背後に配置する光センサー１２としては、ＰＩＮフォトダイオード等の高速応答のセンサーを用いることが望ましい。一般に、光センサーの面積が大きいと高速応答性が悪くなるので、可能な限り小さな面積のセンサーで測定可能なように、スリットの大きさや配置を選ぶ必要がある。

また、センサーパッケージの表面での反射が問題となる場合は、樹脂モールドやガラス窓のない素子を選択する必要がある。

なお、スリット幅とビームスポットＳの寸法との関係は、特許文献２に記載されており、それに基づくことが望ましい。結像状態の計測用には、ビームスポットＳの寸法より幅の小さいスリットが必要である。しかし、あまりスリット幅が狭いと、光センサーが受光できる光量が減るという問題がある。一般的なレーザープリンターに用いられる５０〜１００μｍ程度のスポットサイズ（１／ｅ²での径）においては、スリットの幅は５〜２０μｍが好ましい。

なお、ｘ軸に対して±４５°のビームスポットＳの寸法より幅の狭いスリット１Ｘ又はスリット１Ｙを用い、そのスリットの位置を予め正確に測定しておくことにより、走査光ビームＢのの副走査方向の位置が連続的に測定できる。また、走査線ａの湾曲の様子も連続的に計測できる。この場合、主走査方向の位置は、予め副走査方向に向いているスリット１ａを用いて測定しておき、スリット１ａによって検出した時間との差を副走査方向の値として計算する（スリット１Ｘ又はスリット１Ｙだけでは、主走査方向の位置と副走査方向の位置を分離することが困難なため）。

また、図６、図１６のように、複数のスリットを１枚の基板に形成する際に、その背後に設ける光センサー１２は、単一のものであってもよいが、上記のように、受光面積が小さい素子の方が応答特性が良いので、受光面積の小さい複数の光センサーをスリット板１１の背後に整列させて配置するようにしてもよい。その場合、各スリットに対応して信号を個別に取出せるという利点がある。ただし、複数の光センサーをの出力を演算して結果を得る場合（例えば、スリット１Ｘと１Ｙを経た光量比でビームスポットＳの捩じれ測定するような場合）には、各光センサーの出力値が等しくなるように調整あるいは校正することが必要である。

上記に述べた各実施例においては、オシロスコープ１６の画面上に波形を重ね書きすることによって、結像状態や光量変動を視覚的に把握できるという効果が得られたが、走査毎の波形のピーク値を機械的に順次収録し、そのピークの波高と時間軸上の位置を元に例えば２次元の曲線に近似し、その曲線の係数を比較することで、結像状態や光量変動の検査値に対する合否を自動的に判別することも可能である。また、光走査装置の製品の各々について、上記のようにピーク波高と時間軸上の位置を保存することで、品質管理データとして活用することも可能である。

以上、本発明の走査光ビームスポット測定方法及び測定装置をその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

本発明の走査光ビームスポット測定装置の１実施例の構成を示す模式図である。図１の装置を用いたビームスポットの結像状態の測定の原理を説明するための図である。走査光ビームを１回偏向した場合の水平同期信号を基準とした信号の出力波形を示す図である。走査光ビームを繰り返し偏向した場合の水平同期信号でトリガーとして出力波形のピーク値を重ね書きしたグラフを示す図である。図４のグラフに局所的な変動がある場合の図である。主走査方向に対して互いに相反する方向に向いた２つのスリットを持つスリット板の正面図である。走査範囲内でビームスポットの楕円の長軸の傾きが連続的に変化する場合の図６のスリットを経て検出される出力波形を模式的に示す図である。図７のような場合に図６のスリットを経て検出される出力波形のピーク値を重ね書きした曲線を模式的に示す図である。走査範囲内でビームスポットの形状が傾いていて変化しない場合の図８と同様の図である。図８、図９の場合の水平同期信号に対して得られる出力波形を示す図である。ビームスポットの寸法より大きなスリットを用いてビームスポットの持つパワーを検出する原理を説明するための図である。図１１のスリットを用いた場合の図４と同様の図である。ビームウエスト位置を測定する装置の実施例の構成を示す模式図である。図１３の装置を用いて出力波形のピーク値を重ね書きした３次元的なグラフを示す図である。光軸以外の特定の像高位置でビームウエスト位置を測定する装置の構成を示す模式図である。４つの異なるスリットを持つスリット板の正面図である。

符号の説明

１ａ…幅の狭いスリット
１ｂ…幅の広いスリット
１Ｘ…＋４５°の幅の狭いスリット
１Ｙ…−４５°の幅の狭いスリット
１０…電動ステージ
１１…スリット板
１２…光センサー
１３…移動台
１４…反射鏡
１５…水平同期検出器（光センサー）
１６…オシロスコープ
１００…光走査装置
１０１…光源
１０２…レンズ
１０３…ポリゴンミラー
１０４…走査光学系
１０５…偏光反射面
ａ…走査線
Ｂ…走査光ビーム
Ｓ…ビームスポット
Ｃ…局所的な変動
Ｘ…＋４５°の幅の狭いスリットを経て検出される出力波形のピーク値を重ね書きした曲線
Ｙ…−４５°の幅の狭いスリットを経て検出される出力波形のピーク値を重ね書きした曲線

Claims

被走査面上を主走査方向に繰り返し移動する光走査装置からの走査光ビームによるビームスポットの特性を連続的に測定する走査光ビームスポット測定方法であって、
開口幅がビームスポットの主走査方向の寸法より小さく、主走査方向に対して略９０°なして配置されたスリットと、主走査方向の開口幅がビームスポットの主走査方向の寸法より小さく、主走査方向に対して相互に異なる角度で傾斜している複数のスリットと、開口幅がビームスポットの主走査方向の寸法より大きく、主走査方向に対して略９０°なして配置されたスリットとを主走査方向に並列させて一体に配置し、前記複数のスリットを主走査方向に走査光ビームの移動速度に比較して遅い速度で移動させ、前記複数のスリットの移動中に前記複数のスリットを通過する光量のピーク値を主走査位置に応じて連続的に取得し、それらのピーク値を主走査位置に応じて重畳表示することにより、主走査方向における結像状態の連続的な測定、主走査方向に対して相互に異なる角度で傾斜している方向における結像状態の連続的な測定、及び、主走査方向における光量分布の連続的な測定を同時に行うことを特徴とする走査光ビームスポット測定方法。
前記ピーク値の重畳表示は、前記光走査装置から出力される水平同期信号を基準として行うことを特徴とする請求項１記載の走査光ビームスポット測定方法。
主走査方向に移動する光走査装置からの走査光ビームの移動速度が、前記光走査装置の使用時の移動速度より低い速度で測定に用いられることを特徴とする請求項１又は２記載の走査光ビームスポット測定方法。