JPH01221631A - ポリゴンミラーの回転むら、面倒れの同時測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザプリンタ等の光走査装置の走査機構の
中枢であるポリゴンミラー（回転多面体鏡）について各
種誤差要因のうち影響の比較的大きい回転むらおよび面
倒れを高精度で同時に測定することを可能とする方法に
関する。

（従来の技術） 前記ポリゴンミラーは高度に高い精度に製作され速度む
らのないよう回転させられるが、それでも各種の誤差要
因が残っている。そしてミラー面の面倒れ、角度誤差、
反射率、定速回転の回転むら、軸振れ、振動等の誤差要
因は小さいものであっても関連して光走査結果の各種欠
点となって現れる。従って各誤差要因を個別検出してそ
の影響を的確に把握することは精度、性能の一層の向上
を図るため重要不可欠である。

しかしその定量的高精度の検出は、精度レベルが高くて
各種要因が複雑に関連するため、測定、解析ともに技術
的困難を伴う。

回転むらについては１．ポリゴンミラーは本来一定角速
度で回転させるべきもののため高級な駆動装置を使用し
ており、従ってその誤差は僅かである。この回転むらの
測定については、例えば特開昭５８−１２４９２４号に
は、角度誤差測定のため同期光と各ミラー面の反射光と
を受光する２受光器の出力信号間の基準クロックパルス
を計数する技術が開示されており、この技術は角度誤差
既知の場合に回転むら測定に転用可能の旨付記されてい
る。しかし２受光器の受光形態が相異するのでその関係
において誤差介入の余地があり得る。

ポリゴンミラーの面倒れ誤差は高精度加工技術による通
常十数秒（１秒−１／３６００度）程度の微小角度であ
り、高精度測定のためには、例えば特開昭６０−９７２
３５号は各ミラー面毎にオプチカルパラレルを適用して
単一光の干渉縞を測定するものであり、特開昭５２−５
６９４４号は列設受光素子の出力を以てレーザ光路中の
変調器を制御して補正を行うものであって、個々の実装
置に組込まれる自動補正回路として構成が複雑で面倒れ
誤差のみを取り出しての高精度検出は行い難い。

両誤差の同時測定の従来技術は見出せない。

（発明が解決しようとする問題点） ポリゴンミラーの回転むらおよび面倒れを同時に測定す
る装置は、前出従来技術の問題点を考慮して構成すれば
概略第８図（イ）に示すようになる。これを本発明の比
較例として説明すると、第８図（イ）においては、一定
角速度で回転するポリゴンミラー（１）にレーザ発振器
（２）からのレーザ光ビーム（！ｌ）を入射し、各ミラ
ー面からの反射光ビームＣｉｔ＞のスキャン範囲内にお
いて、一定角度をなす２位置にフォトダイオード等の受
光器（３Ａ）　（３Ｂ）を設け、その中央にＣＣＤカメ
ラ等のイメージセンサ（４）を配置した構成とする。

そして回転むらは、２受光器（３Ａ）　（３Ｂ）間を反
射ビーム（２□）がスキャンする際の時間間隔を各ミラ
ー毎に測定してその比較により求める。

この時間間隔（Ｔ）は、基準クロックパルス計数の技術
に準拠し、第８図（ロ）のように横軸を時間（１）とし
縦軸にとった受光器（３Ａ）　（３Ｂ）の受光出力（３
ａ）　（３ｂ）をコンパレータ（５Ａ）　（５Ｂ）で一
定の闇値（ＴＨ）と比較し同じ位相にある例えばその立
上りと交叉する時点（ｔａ）　（ｔｂ）のパルス（Ｐａ
）　（Ｐｂ）により第８図（ハ）のようにカウンタ（６
）のゲート（Ｇ）を開閉し、第８図（ニ）のようにゲー
ト開中に通過する基準クロックパルス（ＣＰ）数を計数
して求める。

そして面倒れは、イメージセンサ（４）に入光する反射
光ビーム（１２）のスポットが実際上は拡がりを有する
のでスキャン方向と交叉する方向のその受光量分布の全
体的変位量から装置の幾何学的関係を適用して求める。

（７）はこれらの演算処理を行うコンピュータで、それ
ぞれの演算処理部分（７Ｘ）　（７Ｙ）から各演算処理
結果を回転むら、面倒れの特性値として出力する。

この回転むら、面倒れ同時測定装置と測定方法では、ミ
ラー面に面倒れがあると、第８図（ホ）に示すように受
光器（３＾”）　（３Ｂ）の受光面を反射光ビーム（２
□）のスポットの中心がスキャンする位置（Ｓ）は面倒
れに比例して上下方向にずれ例えば位置（Ｓ”）に変位
する。この場合、受光器（３Ａ）　（３Ｂ）の受光面が
正確に矩形でありかつスキャン方向に垂直に保持されて
いれば差支えがないが、そうでなくて例えば点線図示の
ように傾いていると、第８図（へ）のようにゲート開閉
時点（ｔａ）　（ｔｂ）に誤差（ｔ゛）のずれを生ずる
ようになり、これは両受光器の受光の時間間隔（Ｔ）に
僅少であっても変化を生じさせるので、精度レベルの点
では回転むら測定の無視できない誤差囚となる。

この面倒れによるスキャン位置ずれに伴う誤差の発生を
防ぐため、受光器（３＾）　（３Ｂ）前面に面倒れ補正
レンズを置くと今度はイメージセンサ（４）で面倒れが
測定できなくなるという問題が生ずる。

（問題点を解決するための手段） 前記回転むら、面倒れ同時測定装置の問題点は、本発明
においては、受光器、イメージセンサ前に置く面倒れ補
正レンズはスキャン方向と交叉する方向に一定小間隔の
切欠部を中央に有するものとしてその両側をレンズ部と
し、反射光ビームが面倒れ補正レンズの切欠部を通過す
る位置にイメージセンサを設け、面倒れ補正を受けない
反射光ビームが受光されるようにする。

そしてイメージセンサの受光についてはイメージセンサ
を複数個の受光素子が切欠き方向に列設されたものとし
てこれら受光素子にわたる反射光ビームの受光量分布を
計測し式−Ｘ＝Σ１Ｄ（ｉ）／ΣＤ（ｉ）　ＣＤ（ｉ）
　：　ｉ番目の受光素子の受光量出力）から重心位置Ｙ
を受光素子の寸法単位の制約なくこれを内挿した位置に
求め、この重心の移動量から面倒れ角度を導くようにす
る。

これらを総合して、本発明のポリゴンミラーの回転むら
、面倒れの同時測定方法は、全体的構成としては、定速
回転させるポリゴンミラーにレーザ光ビームを入射し、
その各ミラー面からの反射光ビームのスキャン範囲内に
おいて、スキャン方向と交叉する方向の一定小間隔の切
欠部を中央に有する面倒れ補正レンズを配設して構成し
、反射光ビームが面倒れ補正レンズの両側のレンズ部を
通過する２位置に受光器を設けて反射光ビームスポット
が２受光器を掃過する間の時間間隔中に通過する基準ク
ロックパルスを各ミラー面毎に計数してその比較計算に
より回転むらを測定し、反射ビームが面倒れ補正レンズ
の切欠部を通過する位置に複数個の受光素子を切欠きと
平行に列設したイメージセンサを設けて反射光ビームス
ポットの受光量分布を計測してその重心′位置Ｙを式　
Ｙ＝ΣｚＤ（ｉ）／ΣＤ（ｉ）（ただしＤ（ｉ）：ｉ番
目の受光素子の受光量出力）より求めて当該ミラー面の
面倒れ角度を測定するようにしたことを特徴とする。

第１図は本発明方法の実施に使用する装置の構成の概要
を示し、第８図（イ）と均等の各部は同一符号により指
摘し説明の重複を省略する。

本発明では、一定回転数、例えば１０．００Ｏｒｐｍで
定速回転駆動するポリゴンミラー（１）に対し、例えば
１ｌｅ−Ｎｅレーザ発振器（２）からのレーザ光ビーム
（２，）を入射し、その各ミラー面での反射光ビーム（
１２）を回転に伴い一定角度範囲に定角速度でスキャン
させる。そのスキャン範囲内には面倒れ補正レンズ００
）が配置され、このレンズ（１０）はスキャン方向と交
叉する方向、特に直交する方向の一定間隔の切欠部（１
０ｇ）あるいはスリットを中央に設ける。そして、その
両側のレンズ部（１０ｆｆｉ　）を通過した反射光ビー
ム（ｆｚ−）（２□、）は２位置に設けた例えばフォト
ダイオード等の受光器（３Ａ）　（３Ｂ）に受けられる
ようにする。

レンズ部（１０ｆ　）を通過した反射光ビーム（２□１
）（２□ｂ）は受光形態が均等であり、第２図に示すよ
うに、ポリゴンミラー（１）のミラー面の面倒れにより
光路が点線図示のように傾いても実線図示のように補正
されて、常に受光器（３八）（３Ｂ）の受光面の中心の
スキャン位置（Ｓ）を通る。

従ってカウンタ（６）のゲート開閉パルス（１’ａ）　
（Ｐｂ）の発生時点（ｔａ）　（ｔｂ）には変化はなく
通過基準クロックパルス（ＣＰ）を計数する時間間隔（
Ｔ）は受光形態の違い、面倒れの影響を受けず、その結
果回転むらを高い精度で測定できる。

レンズの切欠部（１０ｇ）を面倒れ補正を受けることな
く通過した反射光ビーム（２□Ｃ）は例えばＣＣＤカメ
ラ等のイメージセンサ（４）に受光する。

このイメージセンサ（４）は複数ｎ個のＣＣＤ受光素子
（電荷転送素子）を切欠き（１０ｇ）と平行させて直状
にあるいは千鳥状に間隙なく連接したアレーとして構成
される。従って、イメージセンサ（４）を掃過する反射
光ビーム（ＸＺＣ）スポットの拡がりはＣＣＤ受光素子
の列群にわたって受光され、受光素子のスキャン方向と
直角の単位長さ（ロ）に対応して受光出力は、第３図に
示すようにピッチ（ｕ）の階段状の受光量出力分布とな
って現れる。この受光出力分布は面倒れによる反射光ビ
ームの角度変化に伴って点線図示のようにほぼ同じイメ
ージのままで切欠き方向に変位する。この変位量（Ｕ）
に基づいて装置の幾何学的関係により当該ミラー面の面
倒れを導き出すことができる。

ここに上記の変位量（［１）は通常数μｍの受光素子長
さ（ｕ）を単位として計測され、受光量出力はスキャン
の高速化に伴い反射光ビームの掃過時間が短くなるのに
比例して小さ（なる。これに対応しこれらの影響を相対
的に小さくするため、受光素子長さ（Ｌｌ）をさらに微
小にしたり、レーザ発振器の出力を増したり、ポリゴン
ミラー、イメージセンサ間の幾何学的距離（Ｌ）を増し
たりすることは装置的制約があるので、これら対策によ
る面倒れ測定精度の向上は実現困難である６本発明では
階段的受光量出力分布の重心位置Ｙを式　−Ｘ＝ΣｔＤ
（ｉ）／ΣＤ（ｉ）（ただしＤ　（ｉ）はｉ番目の受光
素子の受光量出力）で求め、受光量出力分布のイメージ
としての変位量（Ｕ）を受光素子単位長さ（ロ）を内挿
して求めることにより、変位量（１１）が高精度で検出
され、その結果、面倒れ誤差は一層精細、正確に測定さ
れる。

（作　用） 本発明方法によると、前項においてその構成に関連して
記述したとおりに作用するので、ポリゴンミラーの回転
むらおよび面倒れの測定が相互干渉することなく、また
精度低下原因の誤差の介入を排除して非常に高い精度レ
ベルで同時に測定される。

（実施例） 本発明方法は、その実施中にレーザ発振器の出力低下が
起こったり、ミラー面の反射率の低下が起こったりする
と、受光器（３Ａ）　（３Ｂ）の出力（３ａ）　（３ｂ
）が第４図に点線図示のように低下し、ゲート開閉パル
スの発生時点に誤差（ｔ”）が生じこれが回転むら測定
精度に影響する可能性がある。これらは本発明方法に対
しては副次的に関係して来るので、それによる精度低下
を防止する手段を含む本発明方法を以下実施例として補
足説明する。

〔実施例Ａ〕

この実施例では回転むら測定に関し、第５図（イ）のよ
うに受光器（３＾）　＜３Ｂ）の受光量出力（３ａ）　
（３ｂ）を一定の闇値（ＴＨ）と比較する場合に、先に
受光する前位受光器（３Ａ）の受光信号（３ａ）の立上
りによるパルス（Ｐａｕ）をスタートパルスとし、遅れ
て受光する後位受光器（３Ｂ）の受光信号（３ｂ）の立
下りによるパルス（Ｐｂｄ）をストップパルスとしてゲ
ートを開閉し、その時間間隔（Ｔ、）の間に通過する基
準クロックパルス（ＣＰ）数を計数し、また前者受光信
号（３ａ）の立下りによるパルス（Ｐａｄ）をスタート
パルスとし後者受光信号（Ｐｂ）の立上りによるパルス
（Ｐｂｕ）をストップパルスとしてゲートを開閉し、そ
の時間差（Ｔ２）の間に通過する基準クロックパルス（
ＣＰ）数を計数し、両計数値を演算処理部（７ｘ）で平
均する。この平均計数値に対応する計数時間差Ｔ＝　（
Ｔ＋＋Ｔｚ）／２は受光信号（Ｐａ）　（Ｐｂ）の出力
中心でゲートを開閉したときの計数値と同等であること
が第５図（ロ）から知られる。

従って受光器出力が第５図中、点線図示のように低下し
パルス時点がダッシュ付符号のように変化しても計数時
間間隔には実質上変化は生じない。その結果、受光器出
力の低下を補償して回転むらを一層高精度で測定するこ
とができる。

（実施例Ｂ〕 この実施例では回転むら測定に関し、受光器（３Ａ）　
（３Ｂ）として、第６図に示すように、反射光ビーム（
Ｉｌｔ、）（ｉ！、、ｂ：＋スポットの走査方向に２分
割された受光面（３Ｅ）　（３Ｆ）を持つ２分割型受光
器を使用する。第７図（イ）は両受光面（３ｔり　（３
Ｆ）の時間経過に伴う受光出力（３ｅ）　（３ｆ）を並
べて重ね合わせて示す。両者の差動をとり例えば出力（
３ｆ）の符号を反転して真ね合わせると、第７図（ロ）
に示すような合成波形となる。そのゼロクロス点（Ｚ）
でカウンタ（６）のゲート（Ｇ）を開閉させるスタート
パルス、ストップパルスヲ発生させるようにする。ゼロ
クロス点（Ｚ）は受光器（３Ａ）　（３Ｂ）の出力（３
ａ）　（３ｂ）の中心と実質的に一致するので点線図示
のようにこれら出力が低下してもこれに関係なく一定し
ている。従って受光器（３Ａ）の出力ゼロクロス点でカ
ウンタのゲート開のスタートパルスを発し、受光器（３
Ｂ）の出力ゼロクロス点でゲート開のストップパルスを
発するようにすると、ゲート開の間に通過する基準クロ
ックパルス（ＣＰ）の計数値は出力変化にかかわらず恒
定し、従って回転むらを一層高精度で測定することがで
きる。

（発明の効果） 以上のようにして、本発明方法によると、ポリゴンミラ
ーの軸ぶれの測定が面倒れによる補正を加えて、また面
倒れの測定が軸ぶれ測定時の補正に干渉されることなく
、相互に独立して同時に高精度で測定することができ、
また測定に際し受光出力の変動の影響を受けないように
することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いる装置の構成の概要を
示す図、第２図はミラー面の面倒れによる反射光ビーム
の偏角の補正状況を示す図、第３図はイメージセンサの
受光出力分布を示す図、第４図は受光器出力の低下の影
響を示す図、第５図（イ）はｌ実施例の出力低下の影響
を示す図、第５図（ロ）はその補正状況を示す図、第６
図は他の実施例の２分割受光器を示す図、第７図（イ）
はその受光出力を示す図、第７図（ロ）はその差動によ
る補正状況を示す図、第８図（イ）は従来技術によって
構成する比較装置の概要を示す図、第８図（ロ）はその
受光器出力と闇値との比較状況を示す図、第８図（ハ）
はそのゲート開閉状況を示す図、第８図（ニ）はその基
準クロックパルス通過状況を示す図、第８図（ホ）は受
光面のスキャン位置の変化を示す図、第８図（へ）はゲ
ート開閉時点の移動による誤差発生状況を示す図である
。 （１）・・・ポリゴンミラー、（２）・・・レーザ発振
器、（３Ａ）　（３Ｂ）　・・・受光器、（３ａ）　（
３ｂ）　・・・受光出力、（３Ｅ）（３Ｆ）・・・分割
受光面、（３ｅ）　（３ｆ）・・・分割受光面出力、（
４）・・・イメージセンサ、（５＾）（５Ｂ）・・・コ
ンパレータ、（６）・・・カウンタ、（７）・・・コン
ピュータ、（７Ｘ）（７Ｙ）・・・演算処理部、Ｏｏ）
・・・面倒れ補正レンズ、（１０ｇ）・・・切欠部、（
１０Ｎ　）・・・レンズ部、（ｌ、）・・・レーザ光ビ
ーム、（２□）（ｆｔ、）（ｆ□ｂ）（Ｉｌｚ。）・・
・反射光ビーム、（１）　・・・時間、（ｔａ）　（ｔ
ｂ）　・・・時点、（ｔ”）　（ｔ’）・・・誤差、（
Ｐａ）　（Ｐｂ）　（Ｐａｕ）　（Ｐｂｄ）　（Ｐａｄ
）　（Ｐｂｕ）　（Ｐａｕ’　）（Ｐｂｄ’）　（Ｐａ
ｄ’）（Ｐｂｕ’）＝パルス、（Ｔ）　（ＴＩ）　（ｒ
ｚ）　・・・時間間隔、（ＴＨ）・・・閾値、（Ｇ）・
・・ゲート、（ＣＰ）・・・基準クロックパルス、（Ｓ
）　（Ｓ”）・・・スキャン位置、（Ｕ）・・・変位量
、（Ｌｌ）・・・受光素子単位長さ、（Ｚ）・・・ゼロ
クロス点。 纂１　図 第２ｚ ！ｔぶト 菰３図　　　　　　　　工４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）定速回転させるポリゴンミラーにレーザ光ビーム
   を入射し、その各ミラー面からの反射光ビームのスキャ
   ン範囲内において、スキャン方向と交叉する方向の一定
   小間隔の切欠部を中央に有する面倒れ補正レンズを配設
   して構成し、反射光ビームが面倒れ補正レンズの両側の
   レンズ部を通過する２位置に受光器を設けて反射光ビー
   ムスポットが２受光器を掃過する間の時間間隔中に通過
   する基準クロックパルスを各ミラー面毎に計数してその
   比較計算により回転むらを測定し、反射光ビームが面倒
   れ補正レンズの切欠部を通過する位置に複数個の受光素
   子を切欠きと平行に列設したイメージセンサを設けて反
   射光ビームスポットの受光量分布を計測してその重心位
   置＠Ｘ＠を式 ＠Ｘ＠＝ΣｉＤ（ｉ）／ΣＤ（ｉ） （ただし、Ｄ（ｉ）：ｉ番目の受光素子の受光量出力） より求めて当該ミラー面の面倒れ角度を測定するように
   したことを特徴とするポリゴンミラーの回転むら、面倒
   れの同時測定方法。
2. （２）回転むら測定に関し、前位受光器の受光出力信号
   の立上りと後位受光器の受光出力信号の立下りとによる
   ゲート開閉の間の基準クロックパルスを計数し、前者信
   号の立下りと後者信号の立上りとによるゲート開閉の間
   の基準クロックパルスを計数し、両計数値の平均値によ
   り回転むらを導くようにした特許請求の範囲第１項記載
   のポリゴンミラーの回転むら、面倒れの同時測定方法。
3. （３）回転むら測定に関し、前記受光器としてスキャン
   方向２分割型受光器を使用してそれぞれの受光器の２分
   割受光出力の差動をとってそのゼロクロス点でゲート開
   閉を行わせるようにした特許請求の範囲第１項記載のポ
   リゴンミラーの回転むら、面倒れの同時測定方法。