JPH0370174B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ビームを揺動あるいは回転するミ
ラーに投射偏向させて、被走査面に走行させる光
ビーム走査装置に関し、特に上記ミラー面の揺動
軸あるいは回転軸に対する不平行、いわゆる面倒
れを測定する装置に関する。

〔従来の技術〕

揺動あるいは回転するミラー面に、その軸に垂
直な方向から光ビームを投射し、被走査面に反射
走行させて走査をする光ビーム走査手段は公知で
あるが、かかる走査手段においては、原則的には
ミラー面が揺動軸あるいは回転軸に平行に保持さ
れていることが要求される。

もし、この平行度が不正確であると、光ビーム
の走行軌跡が所望の走査線に一致しなくなつて、
複製された画像に歪みを生じたり、また、特にポ
リゴンミラー、すなわち回転多面鏡を使用する装
置において、各ミラー面の回転軸に対する角度が
まちまちであると、走査ピツチにムラが生じて、
複製画像に見苦しい縞模様が発生し、著しく品質
が低下する。

そこでこの種の光ビーム走査装置の製造に際し
ては、ミラー自体を正確に製作することは云うま
でもなく、かつ、装置の組立時にも正確精密に施
工し、調整をすることにより、上記要求に応じて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述従来技術によるミラーないし装置の製造時
における正確さは、もとより必要なものではある
が、光ビーム走査装置としての精度維持には、そ
れだけでは不充分である。

それは、かかる光ビームを反射走行させるミラ
ーは、相当な高速度で揺動あるいは回転して、光
ビームを偏向させるものであるにもかかわらず、
ミラーの面倒れの検出あるいは測定は、ミラーが
静止した状態でしか、行なわれていないというこ
とである。

すなわち、ミラーの面倒れの検出あるいは測定
は、機械的計測手段とは、あるいはミラー面に垂
直な方向から光ビームを投射して、その反射状態
により面倒れを検出する光学的計測手段等が適用
されているが、これらはすべてミラーを静止させ
た状態でしか適用できない。しかしこれらのミラ
ーは、本質的に揺動あるいは回転しながら、光ビ
ームを反射するものであり、揺動されている間に
おいて、ミラー面が軸に対する平行度を維持して
いることが必要である。

従来、かかる駆動状態にあるミラーの面倒れを
適切に検出あるいは測定する手段が知られていな
いために、平行度保持のためには、ミラーを支持
し駆動する機構部材等の剛性を充分に大きくとる
ことで、対処するのが一般的な手法である。しか
しこの手法は、ともすれば安全率を必要以上に大
きく設定する傾向が生じ、部材寸法が過大となつ
て過剰品質の傾向が生じ、重量増加やコスト高等
の不都合を、もたらすおそれがある。

本発明は、この問題点を解決するための、駆動
状態にある光ビーム偏向用走査ミラーの面倒れ
を、確実に測定することができる装置を提供する
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明装置は、走査ミラーによる光ビーム投射
面に、中心軸が走査ミラーの揺動軸又は回転軸に
平行で、かつ、走査ミラーの光ビーム偏向点を通
る円筒状の反射鏡を配置し、走査ミラーの軸に直
交する方向から光ビームを走査ミラーに投射し
て、該円筒状反射鏡の内面に投射走行させ、反射
鏡の円筒面で反射した光ビームを、再度走査ミラ
ーで反射させて、もとの光源側光路に導くように
し、その復路における光ビームの、往路に対する
偏差に基いて、走査ミラーの面倒れの有無を検出
し、あるいは面倒れの量を測定するものである。

〔作用〕

走査ミラーに面倒れが存在しなければ、円筒状
反射鏡が走査ミラーの光ビーム偏向点を中心とし
て配置してあるために、その内面で反射した光ビ
ームは、走査ミラーの原偏向点に反射され、光源
から走査ミラーに投射される光ビームの光路に一
致した光路を戻り、往復の光路間に偏差は発生し
ない。

もし、走査ミラーに面倒れがあれば、円筒状反
射鏡から反射した光ビームの復路は、往路に一致
せず、走査ミラーの軸方向に偏差が生じる。この
偏差の方向及び偏差量を、適宜の手段により検出
あるいは測定することにより、駆動状態における
走査ミラーの面倒れを検出あるいは測定すること
ができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の１実施例装置の構成を示す
概略斜視図である。

光源１から下方に照射される光束は、ピンホー
ル板２を通り、ハーフプリズム３の反射面で水平
方向に反射し、コリメータレンズ４を通つて平行
光線となり、さらに柱状凸レンズ５によつて、面
倒れを検定すべき走査ミラー６の面に、当該走査
ミラーの軸方向へ線状に結像するように投射され
る。

走査ミラー６で反射した光ビームは、円筒状反
射鏡８の内面に投射され、走査ミラー６の揺動に
より、反射鏡８の周方向に走行する。反射鏡８
は、その中心軸が走査ミラー６の揺動軸に一致す
る位置に配置してあり、したがつて走査ミラー６
の面が、その揺動軸に一致するように正確に作ら
れている場合、すなわち面倒れがなければ、光ビ
ームは、反射鏡８の揺動軸に対して垂直に投射さ
れる。

反射鏡８の面で反射する復路の光ビームは、反
射鏡８の揺動軸に対して垂直に入射するため、往
路と同じ光路を経て、走査ミラー６の偏向点に線
状に結像して反射し、柱状凸レンズ５、コリメー
タレンズ４を通つてハーフプリズム３に入射す
る。そしてその光束の一部は、ハーフプリズム３
を透過して直進し、光ビームの投射位置の偏位を
検出する二分割光電変換素子９に元のピンホール
像として結像する。

二分割光電変換素子９は、第２図に示すよう
に、同一性能の光電変換素子９ａ，９ｂを上下に
隣接させてあり、かつ、光ビームがハーフプリズ
ム３まで往路と同じ光路を通る場合、すなわち、
走査ミラー６に面倒れがない場合に、光ビームの
中心が投射される位置に、２個の素子の境界線が
位置するように配置してある。

したがつて、走査ミラー６に面倒れがない場合
には、第２図Ａに示す如く光ビームは、境界線で
上下に等分されて、２個の光電変換素子９ａ，９
ｂの受光量は等しくなり、両者の出力レベルは同
一となる。

一方、もし走査ミラー６に面倒れがあると、走
査ミラー６で反射した光ビームが反射鏡８の揺動
軸に対して垂直に入射しないため、走査ミラー６
に反射してくる光ビームの入射点は、最初の反射
点から偏位し、かつ、再度面倒れのある走査ミラ
ー６で反射するため偏位量が倍加されて、光電変
換素子９に投射される光ビームは、面倒れの方向
に応じて上下いずれかの方向にずれる。

したがつて第２図Ｂに示すように、２個の光電
変換素子９ａ，９ｂの受光量が異なり、両者の出
力レベルに差を生じる。この出力レベルの差を、
適宜の手段で測定し、上下のいずれにより高レベ
ルの出力があるかを検知することにより、走査ミ
ラー６の面倒れの有無及びその方向を知ることが
できる。

なお、光ビームの偏位量ないし偏位角度は、走
査ミラー６の揺動ストローク中の角度位置によつ
て変動し、ミラー面に対する光ビームの入射角
（φ）が小であるほど、偏位量が大きい。仮に、
走査ミラーの面が入射する光ビームに正対した場
合（偏向角180度）を想定すると、第３図の幾何
学的考察より明らかな如く、光ビームの偏位角度
は、走査ミラー６の面倒れ角度（θ）の４倍にな
り、逆に走査ミラーの面が光ビームに平行な場合
（偏向角０度）には、偏位は生じない。したがつ
て、走査ミラー６に面倒れがあると、円筒状反射
鏡８を走査する光ビームの軌跡は、第１図に点線
で示すようにスパイラル状に傾斜し、光電変換素
子９に対する光ビームの投射位置も、第２図Ｂの
如く、ミラーの揺動周期に応じて上下に揺動する
ことになる。

このため、光ビームの偏位量を測定するには本
実施例装置は適切ではないが、実作業上にでは、
走査ミラーに面倒れが存在するか否か、及び面倒
れが存在する場合にはその方向を知ることができ
れば、調整を遂行するには充分であり、従来、作
動中の走査ミラーについては、面倒れの発生を検
出する手段がなかつたことを考慮すれば、本発明
は大きな意義を有するものである。

以上は、本発明を揺動型の走査ミラーの面倒れ
を検出する装置に適用した実施例について説明し
たが、上述手段に若干の改造を加えることによ
り、走査ミラーに面倒れがある場合に、その量、
すなわち面倒れの角度を測定する装置とすること
ができる。

第４図は、その１実施例装置の構成を示す概略
斜視図で、光源１、ピンホール板２、ハーフプリ
ズム３、コリメータレンズ４、柱状凸レンズ５、
被測定走査ミラー６及びガルバノメータ７は、第
１図示実施例と全く同様である。

第４図示装置では、走査ミラー６で反射した光
ビームが投射される円筒状ミラー１０が、図示の
ように細幅のものとしてあり、また、反射してき
た光ビームの投射位置を検出するための光電変換
素子は、多数の小型素子を上下方向に所要ピツチ
で列設したアレイ状センサー１１としてある。

すなわち、第４図示装置においては、走査ミラ
ー６で反射偏向される光ビームのうち、ある限定
された偏向範囲の光ビームだけが、円筒状ミラー
１０で反射される。走査ミラー６に面倒れがあつ
て光ビームが斜めに走行するとしても、円筒状ミ
ラー１０の幅が小さいために、その両端における
光ビームの投射点間の高低差は、実質的に無視で
きる程度にすぎず、したがつて光ビームは、アレ
イ状センサー１１の特定位置に投射されることに
なり、該センサーを構成する多数の光電変換素子
のうち、特定のものに出力が得られる。

そこで、これら多数の光電変換素子のどの位置
のものに出力があるかにより、光ビームの投射点
の位置を知ることができ、走査ミラー６に面倒れ
がない場合の投射点からの偏差量を測定できる。

而して第４図示の如く、円筒状ミラー１０を、
走査ミラー６の面に対する入射角φ＝45゜で直角
（90度）に反射した光ビームを受ける位置に設置
した場合には、センサー１１に入射する光ビーム
の偏向角度は、走査ミラー６の揺動軸に対する面
倒れ角度を「θ」とすれば、幾何学的に「√２・
θ」と求められるので、上記偏差量と光路長とか
ら、走査ミラー６の面倒れ角度は、下式の三角計
算によつて簡単に求めることができる。

θ≒tan^-1（ｄ／2a＋2b）／√２ ただし θ：面倒れ角度 ｄ：光ビーム検出点偏差量 ａ：走査ミラーと円筒状ミラーとの距離 ｂ：走査ミラーからセンサーまでの距離 もし仮に、円筒状ミラー１０を走査ミラー６に
入射する光ビームに対して直角方向でなく、実質
的に光ビームと同一方向に配置、すなわち入射角
φ＝0゜とすれば、反射光ビームのセンサー１１へ
の入射角度は、前記第３図示の如く「4θ」となる
ので、より簡単な計算式を適用することができ
る。この場合、現実には円筒状ミラーを光ビーム
の走査ミラーに対する入射光路上に配置すること
は不可能であるため、やや側方に設置することに
なるが、測定値に問題となるほどの誤差は生じな
いので、実用上は充分である。

なお、上記実施例では、円筒状ミラー１０を細
幅のものを使用するようにしたが、第１図示の広
幅のミラーの前面に、左右方向に所要幅のスリツ
トを設けたマスクを配置して、円筒状ミラーに沿
つて移動できるように構成し、スリツト部を所望
の位置に設定できるようにしてもよい。

上述の測定に際して、走査ミラー６の面倒れの
角度が小さく、光ビームの投射点の偏差量が微小
量にすぎない場合、それを測定するためには、ア
レイ状センサー１１を構成する単位光電変換素子
をきわめて小型にしなければならず、実用上問題
がある。

第５図は、この問題に対処するための１手段を
示すもので、第１図示装置と同様な二分割光電変
換素子１２をガイド１３に沿つて昇降可能に支持
し、素子１２に固設したナツト１４にネジ軸１５
を係合したものである。ハンドル１６をもつてネ
ジ軸１５を回動することにより、素子１２を上下
に微動させて、一対の光電変換素子が均等に光ビ
ームを受ける位置に移動させ、ハンドル１６に付
設した目盛によりネジ軸１５の回動量を読取り、
素子１２の移動量を測定する。

これによれば、光ビームの投射点の偏差量が微
小な場合でも、きわめて正確に測定することがで
き、走査ミラーの面倒れの状態を高精度に測定す
ることができる。

上述説明は、本発明を往復揺動式走査ミラーの
面倒れを検出ないし測定する装置に適用した各実
施例について記載したが、本発明は、走査ミラー
が一方向に連続的に回転する形式のものにも、そ
のまま適用可能であることは云うまでもない。

また、複数個のミラーを多角柱状に配置した、
いわゆるポリゴンミラーについても、適用でき
る。ただしポリゴンミラーの場合は、各面におけ
る面倒れの状態が一定であるとは限らないため、
所望のミラー面について、上述の検出ないし測定
を行い得るような配慮が必要となる。

第６図、第７図及び第８図は、それぞれ本発明
をポリゴンミラーに適用するための１実施例装置
の要部を示す斜視図である。

第６図は、モーター１７によりポリゴンミラー
１８を回転駆動する駆動軸１９に、傘歯車２０を
嵌着し、これに噛み合う傘歯車２１を介して水平
軸２２及び該軸２２に嵌着した円板状のシヤツタ
ー板２３を回動させる。シヤツター板２３は、そ
の周縁の一部に切欠き部２４を設けてあり、この
切欠き部２４を通して、ポリゴンミラー１８に光
ビームを照射する。

傘歯車２０及び２１は、同歯数としてあるの
で、ポリゴンミラー１８とシヤツター板２３は、
同期的に回転し、ポリゴンミラー１８の特定の反
射面が光ビームを反射する位置に来たときのみ、
光ビームが切欠き部２４を通過し、その他の反射
面に対しては、光ビームはシヤツター板２３によ
り遮蔽される。したがつて第１図ないし第４図示
装置の走査ミラー６及びガルバノメータ７に代え
て、第６図示手段を使用すれば、当該特定反射面
についてのみの、面倒れを検出あるいは測定する
ことができる。なお、ポリゴンミラーの場合は、
ミラー面の位置が回転軸に一致していないので、
光電変換素子への投射点が若干左右に振れるが、
面倒れの検出あるいは測定には支障がない。

シヤツター板２３に設ける切欠き部２４は、ポ
リゴンミラー１８の反射面の数に対応して、その
角度範囲を定めるべきものであることは云うまで
もなく、かつ、面倒れを検出あるいは測定すべき
反射面に応じて、ポリゴンミラー１８とシヤツタ
ー板２３との回転位相関係を調節できるようにし
ておくべきことも、また云うまでもない。これは
たとえば、シヤツター板２３を軸２２に対して回
動可能とし、かつ、所望位置で固定できるように
しておけばよい。

次に第７図は、モーター２５により回転駆動さ
れるポリゴンミラー２６は軸２７に、シヤツター
板２８を嵌着し、その周縁に一部の切欠き部２９
を設け、シヤツター板２８の上下に対設した光源
３０と光電素子３１により、切欠き部２９を検出
し、該検出信号に基づき、制御回路３２を介して
光ビームの光路に配置したシヤツター手段３３を
制御するようにしたものである。

すなわち、光源３０からの光束が切欠き部２９
を通過する間のみ、光電素子３１から出力される
検出信号に基いて、シヤツター手段３３が光ビー
ムを透過させるように制御すれば、前記第６図示
装置と同様に、特定反射面のみについて、面倒れ
を検出あるいは測定することができる。

シヤツター手段３３としては、電気信号に応じ
て光ビームを透過あるいは遮蔽するように制御可
能なもの、たとえば液晶素子等が適用でき、また
第８図示のような光ビームがコヒーレントなレー
ザビームである場合は、音響光学光変調素子等が
適用できる。なお第８図において、４１はレーザ
ビーム光源、４２はビームエキスパンダ、４３は
音響光学光変調素子を示す。

〔発明の効果〕

(1) 光ビームを偏向走査するミラーの面倒れの状
態を、作動状態で検出あるいは測定することが
できる。

(2) ミラー面に無接触で、検出あるいは測定でき
るので、ミラー面を損傷するおそれがない。

(3) 往復揺動型ミラーあるいは回転ミラーのいず
れにも、また、一枚型ミラーあるいはポリゴン
ミラーのいずれにも、適用できる。

(4) 被測定ミラーの本来の動作以外に駆動部分が
なく、正確な検出あるいは測定を安定した状態
で行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す斜視
図、第２図は二分割光電変換素子を示す図、第３
図は光ビームの反射光路を示す図、第４図は本発
明の他の１実施例の構成をしめる斜視図、第５図
は同実施例に適用する光電変換素子の他の実施例
を示す斜視図、第６図、第７図及び第８図はそれ
ぞれ本発明をポリゴンミラーに適用する場合の要
部を示す斜視図である。 １……光源、２……ピンホール板、３……ハー
フプリズム、４……コリメータレンズ、５……柱
状凸レンズ、６……（揺動型）走査ミラー、７…
…ガルバノメータ、８……円筒状ミラー、９……
二分割光電変換素子、１０……円筒状ミラー、１
１……アレイ状センサー、１２……二分割光電変
換素子、１３……ガイド、１４……ナツト、１５
……ネジ軸、１６……ハンドル、１７……モータ
ー、１８……ポリゴンミラー、１９……軸、２
０，２１……傘歯車、２２……軸、２３……シヤ
ツター板、２４……切欠き部、２５……モータ
ー、２６……ポリゴンミラー、２７……軸、２８
……シヤツター板、２９……切欠き部、３０……
光源、３１……光電素子、３２……制御回路、３
３……シヤツター、４１……レーザービーム光
源、４２……ビームエキスパンダ、４３……音響
光学光変調素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光ビームを投射する光源と、 該光ビームを被走査面に反射させ走行させる揺
   動もしくは回転ミラーと、 上記ミラーの反射点を通り、かつ、その揺動軸
   もしくは回転軸に平行な軸を中心とする内面反射
   型の円筒状ミラーと、 上記円筒状ミラーで反射し、前記揺動もしくは
   回転ミラーで再反射した光ビーム光路の、投射側
   光ビーム光路に対する偏差を検出あるいは測定す
   る光電手段とよりなる光ビーム偏向用走査ミラー
   の面倒れを検出あるいは測定する装置。 ２ 光源からの光ビームをハーフプリズムあるい
   はハーフミラーを介して投射し、該ハーフプリズ
   ムあるいはハーフミラーにより分岐される光路の
   一方に光源を、他方に光電手段を配置したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 光電手段が、円筒状ミラーの中心軸に平行な
   方向に配列された複数個の光電変換素子で構成さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項に記載の装置。 ４ 光電手段が、二分割光電素子である特許請求
   の範囲第３項に記載の装置。 ５ 光電手段が、多数の光電素子を列設したアレ
   イ状センサーである特許請求の範囲第３項に記載
   の装置。 ６ 円筒状ミラーの被走査方向の有効幅を、光電
   手段への光ビームの投射位置が実質的に定位置と
   なる程度に、小さくしたことを特徴とする特許請
   求の範囲前各項のいずれかに記載の装置。