(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査光学系を有する画像形成装置の走査ビームを測定するための走査光学系ビーム測定装置であって、
走査ビームの同期検知手段と、走査ビームを拡大する拡大光学系と、２次元の受光領域を有する第１の光検出手段と、第１の光検出手段によって検出される光ビーム情報に基づきビーム数、ビーム径、光量、さらに受光面内でのビーム照射位置、ビーム間距離等を算出する画像演算手段と、第１の光検出手段を走査ビームの副走査方向に移動させる移動手段と、この移動手段を走査面内で位置決め制御する位置決め制御手段と、走査ビームを２分割するビーム分割手段と、ビーム分割手段によって分割された一方の走査ビームを検出可能な第２の光検出手段と、走査偏向手段としての回転多面鏡と、上記同期検知手段からの出力信号をカウントするカウンタと、上記回転多面鏡の面数を記憶する記憶手段と、上記カウンタの値と上記記憶手段の値とを比較する比較手段とを、を備え、
上記拡大光学系は無限遠補正型の光学系であり、この無限遠補正型光学系によって走査ビームが平行に整形された領域に上記ビーム分割手段が配置され、
上記位置決め制御手段が、第２の光検出手段によって検出されたビーム位置情報に基づき、第１の光検出手段を副走査方向に位置決め制御し、
上記第２の光検出手段は、走査ビームの露光時間を任意の時間に設定可能な光検出手段であり、
上記比較手段において２つの入力値が等しくなったときに第２の光検出手段の電荷蓄積トリガ信号を出力することを特徴とする走査光学系ビーム測定装置。
【請求項２】
走査光学系を有する画像形成装置の走査ビームを測定するための走査光学系ビーム測定装置であって、
走査ビームの同期検知手段と、走査ビームを拡大する拡大光学系と、２次元の受光領域を有する第１の光検出手段と、第１の光検出手段によって検出される光ビーム情報に基づきビーム数、ビーム径、光量、さらに受光面内でのビーム照射位置、ビーム間距離等を算出する画像演算手段と、第１の光検出手段を走査ビームの副走査方向に移動させる移動手段と、この移動手段を走査面内で位置決め制御する位置決め制御手段と、走査ビームを２分割するビーム分割手段と、ビーム分割手段によって分割された一方の走査ビームを検出可能な第２の光検出手段と、走査偏向手段としての回転多面鏡と、同期検知手段からの出力信号を第２の光検出手段の電荷蓄積トリガ信号とし上記同期検知手段からの出力信号をカウントするカウンタと、上記回転多面鏡の面数を記憶する記憶手段と、上記カウンタの値と上記記憶手段の値とを比較する比較手段と、第２の光検出手段によって検出された光ビーム位置の平均位置を算出する演算手段と、を備え、
上記第２の光検出手段は、走査ビームの露光時間を任意の時間に設定可能な光検出手段であり、
上記比較手段において２つの入力値が等しくなったときに上記演算手段の演算開始トリガ信号を出力し、
上記演算手段の演算結果に基づいて第１の光検出手段を副走査方向に位置決め制御することを特徴とする走査光学系ビーム測定装置。
【請求項３】
走査光学系を有する画像形成装置の走査ビームを測定するための走査光学系ビーム測定装置であって、
走査ビームの同期検知手段と、走査ビームを拡大する拡大光学系と、２次元の受光領域を有する第１の光検出手段と、第１の光検出手段によって検出される光ビーム情報に基づきビーム数、ビーム径、光量、さらに受光面内でのビーム照射位置、ビーム間距離等を算出する画像演算手段と、第１の光検出手段を走査ビームの副走査方向に移動させる移動手段と、この移動手段を走査面内で位置決め制御する位置決め制御手段と、走査ビームを２分割するビーム分割手段と、ビーム分割手段によって分割された一方の走査ビームを検出可能な第２の光検出手段と、を備え、
上記拡大光学系は無限遠補正型の光学系であり、この無限遠補正型光学系によって走査ビームが平行に整形された領域に上記ビーム分割手段が配置され、
上記位置決め制御手段が、第２の光検出手段によって検出されたビーム位置情報に基づき、第１の光検出手段を副走査方向に位置決め制御し、
上記第１の光検出手段の主走査方向および副走査方向の位置を検出する位置検出手段を有し、
この位置検出手段によって検出された位置情報と、画像演算手段によって検出された第１の光検出手段内での光ビーム位置情報に基づいて走査ビームの絶対位置を算出する手段を有することを特徴とする走査光学系ビーム測定装置。
【請求項４】
走査光学系を有する画像形成装置の走査ビームを測定するための走査光学系ビーム測定装置であって、
走査ビームの同期検知手段と、走査ビームを拡大する拡大光学系と、２次元の受光領域を有する第１の光検出手段と、第１の光検出手段によって検出される光ビーム情報に基づきビーム数、ビーム径、光量、さらに受光面内でのビーム照射位置、ビーム間距離等を算出する画像演算手段と、第１の光検出手段を走査ビームの副走査方向に移動させる移動手段と、この移動手段を走査面内で位置決め制御する位置決め制御手段と、走査ビームを２分割するビーム分割手段と、ビーム分割手段によって分割された一方の走査ビームを検出可能な第２の光検出手段と、を備え、
上記拡大光学系は無限遠補正型の光学系であり、この無限遠補正型光学系によって走査ビームが平行に整形された領域に上記ビーム分割手段が配置され、
上記位置決め制御手段は、第２の光検出手段によって検出されたビーム位置情報に基づき、第１の光検出手段を副走査方向に位置決め制御し、
上記ビーム分割手段および第２の光検出手段を回転させる回転手段と、この回転手段の回転量を制御する回転制御手段を備えていることを特徴とする走査光学系ビーム測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の走査光学系ビーム測定装置において、第２の光検出手段が主走査方向に２分割された光検出手段であり、回転制御手段が、第２の光検出手段の出力信号が等しくなる位置まで回転手段を回転させることを特徴とする走査光学系ビーム測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ製品等に使用されている走査型書込み系ユニットにおける走査ビームを測定するための走査光学系検査装置および方法に関するものである。例えば、ＬＥＤアレイ等の光源列の検査への応用も可能である。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタ等で用いられている書込み光学系から照射されている光ビームの検査において、フォトダイオード（ＰＤ）によって検知された同期信号を基に半導体レーザ（ＬＤ）の発光タイミングおよびＣＣＤなどに代表される受光デバイスの撮像タイミングを決定し、ビームプロファイルを取得する方法が実施されている。
この際、受光デバイスの暗電流等による誤差成分を除去するため、事前にシャッターを閉じた状態で撮像することによって画素毎の暗電流成分テーブルを作成し、測定値から差し引くことも行われている。また、この結果からピーク値の１／ｅ２等以上の光量分布を有する領域を光ビームの有効径として扱い、強度分布プロファイルを２次元もしくは３次元表示する等の方法によってビーム情報を視覚的に認識する方法も行われている。
【０００３】
近年では画像解像度を向上させるために小ビーム化が進んでいる。しかし一方、そのビームを測定するための機器の分解能向上度合いはビームの小径化に追従できていないのが現状である。そのため、より高精度な測定を行うために拡大光学系を用いる方法が用いられている。
しかし、このように拡大光学系を用いた場合、受光デバイスの測定可能領域は相対的に小さくなってしまう。書込みユニットおよびｆθ等のレンズの性能によって引き起こされる走査線曲がりのため、走査ビームの副走査方向の位置は決して一定ではなく、上記拡大光学系を用いた場合には受光領域外にビームが照射されビーム測定できない状況が引き起こされる。
【０００４】
特開平９−４３５２７号公報に記載されている「走査ビームの測定評価方法および測定評価装置」は、走査ビームの副走査位置を検出するセンサを、離間した複数のポイントに設置し、このセンサによって検出された位置情報に基づいて光量センサ、位置センサを移動させることによって走査ビームを測定、評価するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
レーザービームプリンターや複写機等において、画質向上や印刷時間短縮のため、ビームの小径化による高解像度化、回転多面鏡（ポリゴンミラー）の回転速度、マルチビーム化等が行われており、これら画像形成装置の中心部分である書込み光学系の検査装置に要求される性能も年々高くなっている。この測定の必須項目の１つとして、走査面全域において光ビームを正確にかつ高精度に取得することが挙げられる。特にビーム径やビーム間ピッチの均一性、回転多面鏡の面倒れによる走査線曲がりなどが画像品質に大きな影響を与える要因であり、全走査領域においてビームの照射位置を高精度で測定することが必要不可欠であると考えられる。
【０００６】
上述のようにビーム径がますます小径化している現在、ビームの高精度測定に拡大光学系は欠かせないものとなっている。この場合、fθレンズ等による走査線曲がりの影響が大きくなり、特開平１０−２１３４１５号公報に記載されているような、副走査方向に固定した測定装置では、ＣＣＤの受光面内にビームが照射されず、測定できないことが考えられ、全てのビームが照射されるような広い面積を持つＣＣＤを使用すると、コスト高を招いてしまう。
【０００７】
上記特開平９−４３５２７号公報においては、位置センサと光量センサ、ビーム径センサを複数の像高位置に設置し、位置センサによって検出された副走査方向の位置に他のセンサを移動させ、ビームを測定している。しかし、この方法では任意の像高において副走査方向の位置を測定し、しかる後にビーム径センサや光量センサを移動させる工程を辿ることとなり、その位置決め誤差に要求される精度も非常に高いものとってしまう。また、位置センサと他のセンサが離間している構造を取るため、ビームの走査範囲よりも遥かに広い移動範囲を持つ移動機構もしくは広い面積を持つ搭載ステージにする必要があり、ステージの真直度やヨーイング等の誤差要因も増してしまう欠点がある。
【０００８】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、移動工程等がなく、リアルタイムでビーム位置を測定し走査線曲がり等の影響を補正するよう位置決め制御を行い、ビーム情報を正確かつ確実に取得することが可能な走査ビーム測定装置及び方法を提供することを目的とする。請求項ごとの目的は以下のとおりである。
【０００９】
請求項１記載の発明の目的は、光路上に設置したビーム分割手段によって分割された一方のビーム位置情報に基づいてＣＣＤカメラ等の位置決めを行うことよって、位置決め等による誤差要因がなく走査線曲がりに追従可能な走査光学系ビーム測定装置を提供することである。
請求項１記載の発明の他の目的は、有限型の拡大光学系で光路上に光学素子を設置した場合、焦点位置がずれてしまうことが考えられることから、無限遠補正型光学系を用いることによって、光学素子による焦点位置のずれ等を除去し、測定における自由度の高い走査光学系ビーム測定装置を提供することである。
請求項１記載の発明の他の目的は、走査ビームの走査速度は非常に速く、場合によっては１０００ｍ／ｓにも達するため、ビームが受光面上で露光されている時間も短く、タイミングもシビアであり、かつ、受光デバイスの性能と走査ビーム強度によっては露光量不足となりビーム位置を正確に取得できない状況も考えられることから、第２の受光デバイスの露光開始時間および露光時間を任意に設定可能とすることで上記欠点を克服した走査光学系ビーム測定装置を提供することである。
請求項１記載の発明の他の目的は、回転多面鏡の面数と同期検知信号のカウント値が等しくなった時に電荷蓄積トリガ信号を出力すること、すなわち多面鏡１回転の周期を電荷蓄積時間とすることで、複数面の走査ビームが露光され、強度が弱いビームの測定も可能になること、また、回転多面鏡の面毎のビーム位置を平均化することで面倒れによるビーム位置の検出ばらつきを低減し、受光デバイスの有効画像面積を最小にして、画像処理に要する時間を短縮したビーム位置測定が可能な走査光学系ビーム測定装置を提供することである。
【００１４】
請求項２記載の発明の目的は、回転多面鏡の面倒れ量を平均化したビーム位置を取得し、加えて回転多面鏡の偏向反射面毎の面倒れ量も取得可能な走査光学系ビーム測定装置を提供することである。
【００１６】
請求項３記載の発明の目的は、ビーム径・光量と共にビーム照射位置を正確に取得することは必要不可欠な測定項目の１つと言えることから、受光デバイスの絶対位置を検出し、この位置情報と受光デバイス内でのビーム照射位置情報を演算することによって、ビーム照射絶対位置を高精度に測定可能な走査光学系ビーム測定装置を提供することである。
【００１７】
請求項４記載の発明の目的は、像高端部では走査ビームに角度がつくためビーム分割手段に対して垂直に入射せず、ビーム位置を正しく取得できない場合が考えられることから、回転機構を用いることで、走査ビームに角度がついた場合でもビーム分割手段および位置検出デバイスに走査ビームが入射し、この位置検出デバイスの出力信号に基づいて受光デバイスを副走査方向に位置制御可能な走査光学系ビーム測定装置を提供することである。
【００１８】
請求項５記載の発明の目的は、２つの位置検出手段からの信号を比較することによって、請求項４記載の発明における回転制御を自動で実行可能な走査光学系ビーム測定装置を提供することである。
【００２４】
【課題を解決する手段】
請求項１記載の発明は、走査光学系を有する画像形成装置の走査ビームを測定するための走査光学系ビーム測定装置であって、走査ビームの同期検知手段と、走査ビームを拡大する拡大光学系と、２次元の受光領域を有する第１の光検出手段と、第１の光検出手段によって検出される光ビーム情報に基づきビーム数、ビーム径、光量、さらに受光面内でのビーム照射位置、ビーム間距離等を算出する画像演算手段と、第１の光検出手段を走査ビームの副走査方向に移動させる移動手段と、この移動手段を走査面内で位置決め制御する位置決め制御手段と、走査ビームを２分割するビーム分割手段と、ビーム分割手段によって分割された一方の走査ビームを検出可能な第２の光検出手段と、走査偏向手段としての回転多面鏡と、上記同期検知手段からの出力信号をカウントするカウンタと、上記回転多面鏡の面数を記憶する記憶手段と、上記カウンタの値と上記記憶手段の値とを比較する比較手段とを、を備え、上記拡大光学系は無限遠補正型の光学系であり、この無限遠補正型光学系によって走査ビームが平行に整形された領域に上記ビーム分割手段が配置され、上記位置決め制御手段が、第２の光検出手段によって検出されたビーム位置情報に基づき、第１の光検出手段を副走査方向に位置決め制御し、上記第２の光検出手段は、走査ビームの露光時間を任意の時間に設定可能な光検出手段であり、上記比較手段において２つの入力値が等しくなったときに第２の光検出手段の電荷蓄積トリガ信号を出力ことを特徴とする。
【００２７】
請求項２記載の発明は、走査偏向手段としての回転多面鏡と、同期検知手段からの出力信号を第２の光検出手段の電荷蓄積トリガ信号とし上記同期検知手段からの出力信号をカウントするカウンタと、上記回転多面鏡の面数を記憶する手段と、上記カウンタの値と上記記憶手段の値とを比較する比較手段と、第２の光検出手段によって検出された光ビーム位置の平均位置を算出する演算手段とを備え、上記比較手段において２つの入力値が等しくなったときに上記演算手段の演算開始トリガ信号を出力し、上記演算手段の結果に基づいて第１の光検出手段を副走査方向に位置決め制御することを特徴とする。
【００２８】
請求項３記載の発明は、第１の光検出手段の主走査方向および副走査方向の位置を検出する位置検出手段を有し、この位置検出手段によって検出された位置情報と、画像演算手段によって検出された第１の光検出手段内での光ビーム位置情報に基づいて走査ビームの絶対位置を算出する手段とを有することを特徴とする。
【００２９】
請求項４記載の発明は、ビーム分割手段および第２の光検出手段を回転させる回転手段と、この回転手段の回転量を制御する手段を備えたことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、第２の光検出手段が主走査方向に２分割された光検出手段であり、回転制御手段が、第２の光検出手段の出力信号が等しくなる位置まで回転させることを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる走査光学系ビーム測定装置および方法の実施の形態について説明する。
図１において、半導体レーザ（以下「ＬＤ」という）１から照射された走査ビーム２が回転多面鏡３の偏向反射面によって反射され、レンズ群４を通過して像面に結像する書込みユニット１０がある。図１に示す装置は、上記書込みユニット１０を検査するための装置であって、同期検知手段としての同期検知用フォトダイオード（以下「ＰＤ」という）５からの信号を像面上に配置された第１の光検知手段である２次元エリア型ＣＣＤカメラ６の撮像トリガとし、ホストパソコン（以下「ホストＰＣ」という）１３を用いて、ＣＣＤカメラ６の位置決め制御を行い、また、ＣＣＤカメラ６によって撮像されたビーム画像から、ビーム径、ビーム位置、ビーム間距離などのビーム情報をホストＰＣ１３に取り込む走査光学系ビーム測定装置の例である。
【００３４】
このような書込みユニットにおいて、ビーム径が数十μｍであるのに対し、走査線曲がりは数百μｍに達してしまうことがある。ビーム径を高精度に測定するために拡大光学系を用いた場合には、この走査線曲がりの影響は非常に大きく、各像高でＣＣＤ面内にビームが照射されるよう副走査方向に位置決めする必要が生じる。
このような位置決めを自動で行うために、図２に示すように、位置検出用ＰＤアレイ７ａとビーム径測定用ＣＣＤ６ａを距離Ｘだけ離間した位置に配置し、まずＰＤアレイ７ａによって副走査方向のビーム位置を検知し、その後移動手段としての主走査ステージ２２を主走査方向に距離Ｘだけ移動させ、かつＰＤアレイ７ａによって検出された副走査位置まで副走査ステージ２０ａを移動させる装置がある。しかし、この装置ではＰＤアレイ７ａとＣＣＤ６ａが離間しているため、それだけステージ２２を大きくするか、もしくは移動範囲を広くする必要があり、誤差要因の増加に繋がる。
【００３５】
そこで例えば、図１に示すように、光路上にビーム分割手段であるビームスプリッタ（ＢＳ）８を配置し、分割された一方のビームが第２の光検知手段であるＰＤアレイ７上に照射されるようにする。このＰＤアレイ７によって検知された位置に第１の光検知手段であるＣＣＤカメラ６を移動させることによって、ステージの広大化によるヨーイングや真直度、主走査位置決め誤差等の誤差要因を除去でき、走査線曲がりに追従した走査型書込みユニットのビーム測定が可能となる。なお、この例ではＣＣＤカメラを副走査方向に移動させたが、ビームが照射される相対位置が変化すればよいので、書込みユニットを移動させてもよい。
【００３６】
光路上にビームスプリッタ８等の光学素子を置いた場合、屈折率の変化に伴い光路長の変化が生じ、焦点位置がずれる。ＰＤアレイ７やＣＣＤカメラ６において検出値の飽和を防ぐためなどの理由で透過光量の異なるビームスプリッタ８を用いて調整する場合、その光学性能によってビームスプリッタ８毎に焦点位置が変化してしまう。また、測定像高が変化した場合でもビームスプリッタ８とＰＤアレイ７の距離は一定にする必要がある。
そこで例えば図３に示すように、ＣＣＤカメラおよびＰＤアレイを光軸方向に移動可能な第２の移動手段であるステージ２１ａ、２１ｂを備えた構成とすることで、焦点位置がずれてしまった場合でも像面にＣＣＤ等を簡単に位置決め調整することが可能となる。
【００３７】
また、例えば図４に示すような無限遠補正型光学系３０を用い、平行光に整形された領域にビームスプリッタ８を配置することで、光学素子を通過したときの屈折率変化による焦点位置ずれを回避でき、複雑な装置構成にすることなくＣＣＤ６ｂを固定してビーム測定することが可能となる。
【００３８】
ＰＤアレイの出力電圧は露光量、すなわち光強度×時間に比例する。このとき、露光量と出力電圧の関係は図５に示したように基本的には線形の関係になるが、露光量がある一定値以下の場合の出力値は０であり、逆にある量以上の露光量では出力は飽和してしまう。
書込みユニットにおける回転多面鏡の偏向反射面１面の走査時間は数百μｓｅｃ程度であり、任意の一像高におけるビーム照射時間はさらに短くなる。そのため、一走査だけでは露光量不足で位置検出が行えないといった場合や、逆に複数の走査面では出力電圧が飽和してしまい正確なビーム位置の測定が行えない状況が考えられる。
そこでＰＤアレイの露光開始時間および露光時間を任意に設定可能な構成とし、ビーム強度やＰＤアレイの感度が弱い場合でも、複数の走査ビームを露光させることで上記欠点を克服し、ビーム位置測定が可能となる。
【００３９】
図６に示すように、書込みユニットにおける走査ビームは走査線曲がりによる位置変化と、各像高では面倒れによる位置バラツキがあり、走査線曲がりが数百μｍに達する場合があるのに対し、面倒れ成分は数μｍ程度である。
そこで、例えば図７に示すように、６面の偏向反射面からなる回転多面鏡を搭載した書込みユニットの測定において、偏向反射面数と等しい数「６」がセットされた記憶手段であるレジスタ１４と、同期検出用ＰＤ５ａの出力信号を入力としたカウンタ１５の値とをコンパレータ１６によって比較し、この２つの値が等しくなったになったときに、コンパレータ１６がＰＤアレイ７ｃの電荷蓄積トリガ信号を出力し、かつ、カウンタ１５の値を再び０にリセットするように構成する。この構成にすることによって、回転多面鏡１回転分の光量が蓄積され、各走査面の平均ビーム位置が検出される。検出された平均ビーム位置にＣＣＤを移動させることで、ＣＣＤの有効測定領域を面倒れによるバラツキと同じ幅だけに狭めることができ、画像処理時間の短縮にも繋がる。
【００４０】
回転多面鏡の偏向反射面数のカウントおよび信号蓄積トリガ信号の出力方法として、上記以外でも、回転多面鏡の偏向反射面数と等しい入力数で桁上がりするアップカウンタの桁上がり信号や、上記面数と等しい数にプリセットされたダウンカウンタにおいて「０」カウントで信号出力する装置等を用いても同じ効果を得ることが可能である。
【００４１】
図８に示すように同期検知用ＰＤ５ｂの出力を分岐し、一方をＰＤアレイ制御回路１１に入力してＰＤアレイ７ｄの電荷蓄積トリガ入力とし、もう一方をカウンタ１５に入力する。ＰＤアレイ７ｄによって検出された回転多面鏡の偏向反射面毎のビーム位置情報はホストＰＣ１３に格納され、回転多面鏡の偏向反射面数と等しい数（ここでは６）にセットされたレジスタ１４の値と上記カウンタ１５のカウント数とをコンパレータ１６で比較し、両者が一致したときにホストＰＣ１３に向かってトリガ信号が出力されるように構成されている。このトリガ信号によってホストＰＣ１３においてそれまでに検出されたビーム位置が平均化され、この結果に基づいてステージ２０ｅが副走査方向に位置決めされる構成となっている。このように構成することで、前述の例と同様に平均位置を取得すると同時に回転多面鏡の偏向反射面の面倒れ量も測定可能となる。
【００４２】
例えば図９に示すように、ＣＣＤカメラ６ｃ、ＰＤアレイ７ｅおよびビームスプリッタ８を、主走査方向に移動可能なステージ２２上に配置し、ホストＰＣ１３によって主走査方向にも位置決め可能な構成としてもよい。このように構成することで、前に述べたような走査線曲がりに追従したビーム測定を任意の像高で行うことが可能となる。
【００４３】
例えば、ＣＣＤカメラの主走査方向および副走査方向位置を検出するための図示されないリニアエンコーダやレーザ測長器を移動機構中に備えた構成とし、図１０に示すように、ＣＣＤ６ｄの受光面上でのビーム照射位置座標が（ｘ２、ｙ２）、ＣＣＤ端部の測定原点からの座標が（ｘ１、y1）であったとする。このとき、走査ビーム２ａの絶対位置座標は（ｘ１＋ｘ２、ｙ１−ｙ２）となり、この座標値と共に測定されたビーム径や光量等の情報を記憶保持することによって、任意の像高でのビーム情報を取得可能となる。
【００４４】
走査領域の広い書込みユニットにおいては走査端部で像面に対してビームが数度の入射角を持っている。このような像高においてはビームスプリッタの角度を正しく設定しなければ、反射された走査ビームがＰＤアレイに正しく照射されず、位置検出できない。
そこで、例えば図１１に示すようにビームスプリッタ８の中心部に回転軸を設けた回転ステージ２５上にビームスプリッタ８とＰＤアレイ７ｆを固定し、ホストＰＣ１３によって他のステージと共にこの回転ステージの回転量を制御する機構とすることで、入射角度のある走査面端部の像高においてもビーム測定が可能となる。
【００４５】
図１２に示すように、２つのＰＤアレイ７ｇ、７ｈをビーム走査方向と垂直に並べて固定し、２つのＰＤアレイ７ｇ、７ｈによって検知される総光量をホストＰＣ１３によって比較する。この比較結果からＰＤアレイ７ｇ、７ｈを固定しているステージを回転させ、光量が等しくなる位置まで回転制御することによって、前述のような回転位置決めを自動で行うことが可能となる。
この回転位置決め終了後にビーム位置を求めることとなるが、その方法としては、上記２つのＰＤアレイ７ｇ、７ｈのどちらか一方のＰＤアレイ出力に基づいて算出する方法や、各々のＰＤアレイ７ｇ、７ｈにおけるビーム重心位置を求めて平均化する方法、画素値毎に２つのＰＤアレイの画素値を加算し、その後ビーム重心位置を求める方法等が考えられる。
【００４６】
例えば図１に示すように、ＬＤ１から照射された走査ビーム２が回転多面鏡３によって反射され、レンズ群４を通過して像面に結像する書込みユニットを検査するため、同期検知用ＰＤ５からの信号をトリガにして像面上に配置された２次元エリア型ＣＣＤカメラ６の撮像タイミングを同期させ、ホストＰＣ１３によってＣＣＤカメラ位置決め制御およびビーム撮像によって得られた画像からビーム径やビーム位置、ビーム間距離等のビーム情報を取得する走査光学系ビーム測定方法を考える。
このような書込みユニットにおいて、ビーム径が数十μｍであるのに対し、走査線曲がりは数百μｍに達してしまうことがある。ビーム径を高精度に測定するために拡大光学系を用いた場合には、この走査線曲がりの影響は非常に大きく、各像高でＣＣＤ面内にビームが照射されるよう副走査方向に位置決めする必要が生じることは既に述べた。
そこで、光路上にビームスプリッタ８を配置し、分割された一方のビームがＰＤアレイ上７に照射されるようにする。このＰＤアレイ７によって検知された位置にＣＣＤカメラ６を移動させる方法を用いることによって、ステージのヨーイングや真直度、主走査位置決め誤差等の誤差要因を除去でき、走査線曲がりに追従した走査型書込みユニットのビーム測定が可能となる。
【００４７】
光路上にビームスプリッタ８等の光学素子を置いた場合、屈折率の変化に伴い光路長の変化が生じ、焦点位置がずれる場合がある。また、任意の像高でビーム分割手段とビーム位置検出デバイスの距離は一定に保つ必要がある。
そこでＣＣＤカメラ６およびＰＤアレイ７を光軸方向に移動可能な構成とし、図１３のフローチャートに示すように、光軸方向に受光デバイスを少しずつ移動させていったときの光量の最大値を比較し、最大となる位置に位置決めする方法を用いることで、光学系が変化した場合でも焦点位置でビーム測定が可能となる。より具体的には、受光デバイスをこう軸方向に少しずつ移動させながら光量の最大値、光軸座標を記録し、全範囲につき記録が終了したら、記録された光量を比較して最大値となる位置へ移動し、その位置でビームを測定する。
【００４８】
図６に示すように、書込みユニットにおける走査ビームは走査線曲がりによる位置変化と、各像高では面倒れによる位置バラツキがあり、走査線曲がりが数百μｍに達する場合があるのに対し、面倒れ成分は十数μｍ程度である。
そこで、回転多面鏡の各偏向反射面におけるビーム照射位置の平均位置を検出し、その位置にＣＣＤカメラを位置決めする方法を用いることによって、ビーム検出位置のバラツキを低減し、ＣＣＤなどの受光デバイスにおける画像処理対象領域を小さく設定出来るので、画像処理に要する時間短縮にも繋がる。
【００４９】
これを実現するための方法として、図１４あるいは図１５に示す方法が考えられる。図１４に示すフローチャートの例は、回転多面鏡の全偏向反射面分の光量を蓄積し、その電荷量から走査ビームの平均位置を取得する方法である。図１５に示すフローチャートの例は、各偏向走査面に対するビーム位置を各々取得し、後で平均演算する方法である。前者では複数回の加算／除算を行う必要がなく、後者では各走査面の面倒れ量も測定可能となるメリットがある。
【００５０】
図１６のフローチャートに示すような方法で測定してもよい。すなわち、主走査方向の測定点に位置決めを行い、各像高でＣＣＤにビームが入射するようＰＤアレイの検出値に基づいて副走査方向の位置決めを行う。この位置決め完了後、ビーム径等の測定を行い、次の測定ポイントに移動する。この手順を予め設定した測定範囲内や測定点数において順次繰り返す。これによって、任意の連続または離散した像高においてビーム測定が可能となる。
【００５１】
走査領域の広い書込みユニットにおいては走査端部で像面に対してビームが数度の入射角を持っている。このような像高においてはビームスプリッタの角度を正しく設定しなければ、反射された走査ビームがＰＤアレイに正しく照射されず、位置検出できない。
そこで例えば図１２に示すように、２つのＰＤアレイ（センサＡ，Ｂ）をビーム走査方向に対し垂直方向に並べて設置し、図１７のフローチャートに示す手順に従って、この２つのセンサからの出力信号を比較し、この結果に基づいて上述の２つのＰＤアレイおよびビームスプリッタを回転させ、２つのセンサからの出力信号が一致したところで回転を停止して回転位置決めし、その位置でビーム位置を検出し、副走査方向の位置決めをしてその状態でビームを測定する方法を用いるとよい。これによって、走査面端部でもビーム位置取得が可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ステージの位置決め精度等の影響なく、任意の像高で走査線曲がりの影響を除去し、ビーム測定が可能となる。
また、ビーム分割手段や光量減衰フィルタ等を光路長に設置した場合でも光路長への影響が無く、すなわち焦点位置が変化しないので、定まった焦点位置でビーム測定することが可能となる。
また、１回の走査による露光だけでは光量不足によってビーム検出できないという強度の弱いビームを測定する場合でも、多重書き込みすることによって光量不足を回避でき、ビーム位置を測定することが可能となる。
さらに、ビーム強度が弱い場合でも、複数回のビームを撮像するため露光量不足による位置検出不能状況を回避できる。また、回転多面鏡１回転分のビーム位置を平均化するため、面倒れによるビーム位置ばらつきを考慮する必要なく、走査線曲がりの影響を除去したビーム測定が可能となる。また、ＣＣＤなどの受光デバイスにおける画像処理対象領域を小さく設定することができるので、画像処理に要する時間短縮にも繋がる。
【００５７】
請求項２記載の機構を用いることによって、請求項１記載の発明と同様に、露光量不足による位置検出不能状況を回避できると共に、面倒れ量も測定可能となる。
【００５９】
請求項３記載の機構を用いることによって、ビームが照射される絶対位置を算出し、全走査領域においてビーム径、光量、ビーム照射位置、走査線曲がり等のビーム情報を取得することが可能となる。
【００６０】
請求項４記載の機構を用いることによって、広い走査面を有した書込みユニットを用いた場合であって、その端部で像面に対して走査ビームが斜めに入射するような場合であっても、ビーム位置検出デバイスにビームが入射させることができ、走査線曲がりに追従したビーム測定が可能となる。
【００６１】
請求項５記載の機構を用いることによって、請求項４記載の回転位置決めを自動で制御でき、ビーム測定に要する時間短縮、工程数低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる走査光学系ビーム測定装置及び方法の実施形態を示す光学配置図である。
【図２】上記実施形態に採用することができる移動ステージの例を示す平面図である。
【図３】本発明にかかる走査光学系ビーム測定装置及び方法の別の実施形態を示す光学配置図である。
【図４】本発明に適用可能な無限遠補正型光学系の例を示す光学配置図である。
【図５】上記走査光学系ビーム測定装置によって得られる露光量と出力電圧の関係を示すグラフである。
【図６】書込みユニットにおける走査ビームの走査線曲がりによる位置変化と各像高での面倒れによる位置バラツキの例を示すグラフである。
【図７】本発明にかかる走査光学系ビーム測定装置及び方法のさらに別の実施形態を示す光学配置図である。
【図８】本発明にかかる走査光学系ビーム測定装置及び方法の別の実施形態を示す光学配置図である。
【図９】本発明にかかる走査光学系ビーム測定装置及び方法の別の実施形態を示す光学配置図である。
【図１０】ＣＣＤの受光面上でのビーム照射位置を座標で表した例を示す図である。
【図１１】本発明にかかる走査光学系ビーム測定装置及び方法の別の実施形態を示す光学配置図である。
【図１２】図１１に示す実施形態に適用可能な光検出手段とその出力処理回路の例例を示す正面図およびブロック図である。
【図１３】本発明にかかる走査光学系ビーム測定方法の一例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明にかかる走査光学系ビーム測定方法の別の例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明にかかる走査光学系ビーム測定方法のさらに別の例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明にかかる走査光学系ビーム測定方法のさらに別の例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明にかかる走査光学系ビーム測定方法のさらに別の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
４  拡大光学系
５  同期検知手段
５ａ  同期検知手段
６  第１の光検出手段
７  第２の光検知手段
８  ビーム分割手段
１３  画像演算手段および制御手段としてのホストＰＣ
１４  記憶手段
１５  カウンタ
１６  比較手段
２１ａ  第２の移動手段
２１ｂ  第２の移動手段
２５  回転手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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