(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【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ｔ１のタイムラグを設け、この微小時間ｔ１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ｔ２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ｔ２」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ｔ２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ｔ２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ｔ２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
ｔ２  抑制時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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