JPH03269311A

JPH03269311A - 光ビーム位置検出装置

Info

Publication number: JPH03269311A
Application number: JP6848090A
Authority: JP
Inventors: Katsu Tashiro; 克田代; Iwao Sugizaki; 杉崎　巖; Rie Wakashima; 若島　理絵
Original assignee: Copal Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Copal Electronics Corp
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1991-11-29

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）本発明は例えばレーザープリンタなどに使用される回転
多面鏡（いわゆるポリゴンミラー）の動的面倒れ角度等
を測定する際に使用する光ビーム位置測定装置に関する
。

（従来の技術）従来光ビームの入射位置を測定する方法とじてＣＯＤ、
ＰＳＤ、、、２分割センサ、直角プリズムを用いる方法
、スリットを用いる方法等様々な方法が提案されている
。

まず回転多面鏡の面倒れ角をこれらの光ビーム位置セン
サを用いて測定する光学系において、ＰＳＤを用いて構
成した例を第３図に示す。ここで２５はＰＳＤ、２３は
回転多面鏡、２１は光源、２２は集光用レンズである。

光源２１を出たレーザビームは回転多面鏡２３の反射面
で反射し、ＰＳＤ２５の感光面を横切る。もし回転多面
鏡２３の反射面の角度が面倒れを持てば反射ビームの角
度が変わりＰＳＤ２５を横切る位置が変化する。

Ｐ　Ｓ　Ｉ）２５はこのビーム入射位置の変化を検知し
て回転多面鏡２３の面倒れ量を測定することができる。

次にスリットを用いて同じ測定をする例を第４図に示す
。ここで４１は光源、４２は回転多面鏡、４３はスリッ
ト、４４はフォトセンサである。スリット４３及びフォ
トセンサ４４に入射するスポットの位置が回転多面鏡４
２の回転につれてＳ１〜Ｓ４のように移動するとする。

スポットが８２の位置にきたとき入射ビームはスリット
によってけられることなくその全光量がフォトセンサに
入射する。スポットが移動してＳ３の位置にきたとき入
射ビームはスリット４３によってその一部がけられ、フ
ォトセンサにはけられた残りの光量が入射する。もし回
転多面鏡４２の反射面の角度が面倒れを持てば反射ビー
ムの角度が変わりスリット４３によってけられる割合が
変化する。多少角度が変わってもＳ２における光量は変
化せずｓ３におけるフォトセンサの感知する光量が角度
の変動により影響を受けるので８２における光量と８３
における光量の比からビーム入射位置の変化を測定し回
転多面鏡２３の面倒れ量を知ることができる。

次に直角プリズムを用いて同じ測定をする例を第５図に
示す。ここで３１は表面を反射面とした直角プリズム、
３２ａ及び３２ｂはフォトセンサ、３３は回転多面鏡、
Ｌ３１−Ｌ３３はビームである。回転多面鏡３３で反射
した入射ビームＬ３１は、直角プリズム３１の頂点で上
下に分けられビームＬ３２ａはフォトセンサ３２ａに、
ビームＬ３２ｂはフォトセンサ３２．ｂにそれぞれ入射
する。もし回転多面鏡４２の反射面の角度が誤差を持て
ば反射ビームの角度が変わり直角プリズム３１の頂点で
分けられる上下の光量比が変化する。

例えばＬ３１が図の上方に傾くとビームＬ３２ａは増加
し、ビームＬ３２ｂは減少する。ビームＬ３２ａとビー
ムＬ３２ｂとの合計の光量比は一定なのでフォトセンサ
３２ａ、フォトセンサ３２ｂの出力の合計と、各出力の
差との比から入射ビーム位置を求めることができ、それ
から回転多面鏡３３の面倒れ量を知ることができる。

（発明が解決しようとする課題）前記従来の光ビーム位置検出方法では下記のような問題
点があった。

まずＰＳＤ２５を用いる方法ではＰＳＤ２５の応答速度
が限られているため回転数の高い回転多面鏡２３の測定
には使用できないという問題点があった。

（５）次にスリット４３を用いる方法においては応答速度の点
ではフカ１−センサ４４に応答速度の高い素子を用いれ
ば良いので問題ないが、ビームの全光量を測定する時点
Ｓ２とスリット４３を用いてビームの位置を測定する時
点Ｓ３で時間差があるためその間に光源４１の雑音等に
よりビーム自身が光量の変動を起こすとビームの入射位
置を正確に測定することができなくなるという問題点が
あった・次に直角プリズム３１を用いる方法においてはビームＬ
３１の全光量とビームＬ３１の移動による各センサ３２
ａ、３２ｂの出力差を同時に測定することができるので
光源の光量変動雑音に対しては問題なくなるが、各フォ
トセンサ３２ａ。

３２ｂが対面した位置にあるため、−旦片方のフォトセ
ンサ、例えば３２ａに入射したビームＬ３２ａの反射光
゛や散乱光Ｌ３３が対面した位置にあるもう一方のフォ
トセンサ３２ｂに入ってしまい直角プリズム３１で分け
られたビームＬ３２ａ。

Ｌ３２ｂの光量を正確に測ることができないとい（６）う問題点があった。

（課題を解決するための手段）本発明は前記課題を解決すべくなされたもので、実施例
に対応する第１図、第２図で説明すると、本発明による
光ビーム位置検出装置は、光ビームＬ１を反射によって
２分割する、９５度以上の鈍角な頂点を持つ固定された
プリズムミラ１と、該プリズムミラ１により２分割され
た反射光Ｌ２ａ。

Ｌ２ｂを受光する二つの受光素子３ａ、３ｂとを備え、
２分割された２つの光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光量比から光ビ
ームＬ１の入射位置を検出することを特徴とした光ビー
ム位置検出装置であって、前記二つの受光素子３ａ、３
ｂの間に各々の散乱光が相手の受光素子に入射しないよ
うにするための遮光部４ａ、４ｂを設け、さらに前記プ
リズムミラ１と二つの受光素子３ａ、３ｂとの間にプリ
ズムミラ１を反射した光ビームＬ２ａ、Ｌ２ｂが常に受
光素子３ａ、３ｂの中心付近に入射するようにレンズ２
ａ、２ｂを設けたことを特徴としたものである。

また、前記プリズムミラｌに替えて、光ビームＬ１１を
透過によって２分割する、９５度以上の鈍角な頂点を持
つ固定されたプリズム１１を用い、プリズム１１により
２分割された透過光Ｌ１２ａ。

Ｌ１２ｂを受光する二つの受光素子１３ａ、１３ｂを備
え、２分割された２つの光り工２ａ、Ｌ１２ｂの光量比
から光ビームの入射位置を検出することを特徴とした光
ビーム位置検出装置であって、前記二つの受光素子１３
ａ、１３ｂの間に各々の散乱光が相手の受光素子に入射
しないようにするための遮光部１４を設け、さらに前記
プリズム１１と二つの受光素子１３ａ、１３ｂとの間に
、プリズムを透過した光ビームＬ１２ａ、Ｌ１２ｂが常
に受光素子１３ａ、１３ｂの表面の中心付近に入射する
ようにレンズ１２ａ、１２ｂを設けたことを特徴とした
ものである。

（作用）表面を反射面とした鈍角プリズム１の稜線に光ビームＬ
工を入射しこれを分割する。分割した各々のビームＬ２
ａ及びＬ２ｂを２個のフォトセンサ３ａ及び３ｂで検知
し、それぞれのフォトセンサの出力をそれぞれＡ、Ｂと
し、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を求める。この値は光ビー
ムＬ工の中心とプリズムｌの稜線とが一致したときにＯ
となり中心からのずれ量に比例して大きくなる。よって
この値から入射光ビームＬ１の位置変化を求めることが
できる。さらに鈍角プリズム１とフォトセンサ３ａ及び
３ｂの間にレンズ２ａ及び２ｂを挿入するので光ビーム
ＬＬのプリズムｌへの入射位置が変化しても鈍角プリズ
ム１の反射光Ｌ２ａ及びＬ２ｂはレンズ２ａ及び２ｂに
よって常にフォトセンサ３ａ及び３ｂの中心付近に集光
され、安定した信号を感知することができる。さらにフ
ォトセンサ３ａ及び３ｂや、レンズ２ａ及び２ｂにおい
て反射光Ｌ５や散乱光Ｌ４が発生するが、反射光Ｌ５に
関しては反射プリズム１が鈍角でフォトセンサ３ａ及び
３ｂが対面した位置でないため例えば片側のセンサ３ａ
の反射光Ｌ５がもう片方のセンサ３ｂに直接入射するこ
とがなくなり、散乱光Ｌ４に関してはこれを遮る遮光部
４ａ及び（９）４ｂを設けたため同様の効果があるので外乱の少ない測
定が可能となる。

（実施例）第１図は、本発明による第１の実施例の説明図である。

表面を反射面とした頂点の鈍角なプリズム１の稜線に光
ビームＬ１が入射し分割される。

分割された各々のビームＬ２ａ、Ｌ２ｂは２個のフォト
センサ３ａ、３ｂで検知され、それぞれのフォトセンサ
３ａ、３ｂの出力をそれぞれＡ、Ｂとして（Ａ−Ｂ）／
　（Ａ＋Ｂ）が求められる。この値は光ビームＬＬの中
心とプリズム１の稜線とが一致したときにＯとなり中心
からのずれ量に比例して大きくなる。例えば入射ビーム
ＬＬの中心がプリズムの稜線に入射する位置が図の上方
に移動するとプリズムの反射光のうちＬ２ａは増加し、
Ｌ２ｂは減少する。そのため各フォトセンサの出力はＡ
は増加しＢは減少する。入射ビームの全光量は変化しな
いので（Ａ十Ｂ）は変わらないが（Ａ−Ｂ）は増加する
ので、（Ａ−Ｂ）／（Ａ十Ｂ）は増加し、それにより入
射ビームＬ１の入射（１０）位置の変化量が求められる。さらにこの状態で入射ビー
ムの光量が半分になったとすると、入射位置が変わらな
ければ各センサの出力比Ａ：Ｂは変化しないが全光量が
半分になったのでＡ、Ｂはそれぞれ半分になり（Ａ−Ｂ
）も半分になる。一方（Ａ＋Ｂ）も半分になるので結局
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の値は変化しない。よってこの
方法によれば入射ビームＬＬの光量変動の影響を受けず
にビームＬｌの入射位置変動のみが求められる。

さらに鈍角プリズムｌとフォトセンサ３ａ。

３ｂの間にレンズ２ａ、２ｂを挿入する。ビームＬ１の
入射位置が変化しても鈍角プリズム１の反射光Ｌ２ａ、
Ｌ２ｂはレンズ２ａ、２ｂによって常にフォトセンサ３
ａ、３ｂの中心付近に集光され、安定した信号を感知す
ることができる。さらにフォトセンサ３ａ、３ｂ及びレ
ンズ２ａ、２ｂにおいて反射光Ｌ５や散乱光Ｌ４が発生
するが、反射光Ｌ５に関しては反射プリズム１が鈍角で
フォトセンサ３ａ、３ｂが対面した位置でないため図の
Ｌ５に示すように片側のセンサの反射光がもう片方のセ
ンサに直接入射することはない。散乱光Ｌ４に関しては
これを遮る遮光部４ａ、４ｂを設けたため図のＬ４に示
すように片側のセンサの散乱光がもう片方のセンサに直
接入射することがなくなるので外乱の少ない測定が可能
となる。

さらに各フォトセンサ３ａ、３ｂは応答速度の速い素子
を選んで用いることにより極めて高い周波数を持つ回転
多面鏡の測定に対応できる。さらに本光ビーム位置検出
装置の感度は鈍角プリズム１の稜線に入射するビームＬ
工のビーム径を小さくすることにより幾らでも大きくで
きるので入射ビームＬ１のビーム径を調整することでい
かようにも感度を調整することができ、極めて高い感度
を持つ光ビーム位置センサが実現できる。実際にこの原
理を用いて試作した光ビーム位置測定装置では入射ビー
ム径１５０ＩＬｍで０．５μｍのビーム移動量を測定で
きることを確認した。

第２図は本発明の第２の実施例であって１１は鈍角透過
プリズム、１２ａ、工２ｂはレンズ、１３ａ、１３ｂは
フォトセンサ、Ｌｉ１−Ｌｉ２は光ビームである。この
例では第１の例と同じ事を透過プリズムを用いて行って
いる。鈍角透過プリズム１１の頂点に入射した光ビーム
Ｌｌｌはプリズム１１の屈折によって分割され、それぞ
れレンズ１２ａ、１２ｂをへて各フォトセンサ１３ａ。

１３ｂに入射する。あとは第１の実施例と同様な議論が
展開できる。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば応答速度が速く、光
源の光量変化に影響されず、不用な反射光や散乱光を除
去した極めて感度の高い光ビーム位置センサを構成でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明による光ビーム位置検出装置の
第１の実施例を示し、第２図は第２の実施例を示す。第
３図、第４図、第５図は従来例の説明図である。１・・・鈍角反射プリズム２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂ、２Ｓｌ・・レンズ３　ａ
、３　ｂ、１３　ａ、１３　ｂ、３２　（１，３２ｂ。（１３）４４・・・フォトセンサ４ａ、４ｂ、１４−遮光部１１・・・鈍角透過プリズム２１．４１・・・光源２３．３３，４２・・・回転多面鏡２５・・・ＰＳＤ４３・・・スリット３工・・・直角反射プリズムＬ工、　Ｌ　２　ａ　、　Ｌ　２　ｂ　、　Ｌ　４　、
　Ｌ　５　、　Ｌ　１１　。Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂ、Ｌ３Ｌ、Ｌ３２ａ、Ｌ３２ｂ。Ｌ３３・・・光ビーム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光ビームを反射によって２分割する、９５度以上
の鈍角な頂点を持つ固定されたプリズムミラと、該プリ
ズムミラにより２分割された反射光を受光する二つの受
光素子とを備え、２分割された２つの光の光量比から光
ビームの入射位置を検出することを特徴とした光ビーム
位置検出装置であって、前記二つの受光素子の間に各々
の散乱光が相手の受光素子に入射しないようにするため
の遮光部を設け、さらに前記プリズムミラと二つの受光
素子との間にプリズムミラを反射した光ビームが常に受
光素子表面の中心付近に入射するようにレンズを設けた
ことを特徴とする光ビーム位置検出装置。
（２）前記プリズムミラに替えて、光ビームを透過によ
って２分割する、９５度以上の鈍角な頂点を持つ固定さ
れたプリズムを用い、該プリズムにより２分割された透
過光を受光する二つの受光素子を備え、２分割された２
つの光の光量比から光ビームの入射位置を検出すること
を特徴とした光ビーム位置検出装置であって、前記二つ
の受光素子の間に各々の散乱光が相手の受光素子に入射
しないようにするための遮光部を設け、さらに前記プリ
ズムと二つの受光素子との間に、プリズムを透過した光
ビームが常に受光素子表面の中心付近に入射するように
レンズを設けたことを特徴とする光ビーム位置検出装置
。