JP4397549B2 - Beam profile verification method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置の書込み光学系から出射されるビームを高精度に検証するビームプロファイル検証方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電子写真方式の画像形成装置を組み立てる前には走査光学系の各種光学素子の性能を評価するために、走査光学系から出射されるビームを走査させる回転多面鏡を固定し、静止しているビームをスリットによって一部遮断し、通過する光量を測定した後にスリットを移動させるという動作を順次繰り返して、測定した光量をつないでビームのプロファイルとする方法や、走査光学系から出射されるビームを2次元CCDカメラ等によって取得し、取得した2次元の光量分布を閾値処理してビーム径を検出する方法や、走査光学系のビームを連続点灯させて静止しているスリットを横切るように移動させ、その時通過するビームの光量の時間的変化によりビームの光量分布を評価する方法があった。
【0003】
特開平8−247732号公報では、レーザプリンタ等の走査光学系におけるレーザビーム径測定装置において、ビーム径が感光体面上の結像点からずれてサイドローブが発生しているビームでも、ビーム径をサイドローブも含めて検出することができるものが記載されている。
【0004】
また、特開2000−180757号公報では、ハイパワー半導体レーザを用いることなくビームを複数照射することによってスポット上のビーム照射を可能とし、複数のビームを主走査方向に重ね合わせて1つの走査ビーム照射領域を形成したり、印刷スピードを向上させるために副走査方向に複数光源を用いたりして、画像形成の高解像化および消費電力や発熱等の問題を解決するべく光源の光量の減少を図るものが記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の特開平8−247732号公報記載のものにあっては、実際の画像形成時の点灯パターンは隣接するビームが部分的に重なり合うため、サイドローブが埋没した場合に、ビームのプロファイルを個々に検出することはできなかった。
【0006】
また、特開2000−180757号公報に記載のものにあっては、画像形成時と同様な状態でビームのプロファイルを検証する際、ビームを走査させる回転多面鏡に生じる軸ぶれや面倒れなどの各面のばらつき、光源の相対的な応答ばらつき、光源点灯のための同期ばらつきなどが時系列的に生じ、複数の光源を同時に点灯した場合と個々に点灯した場合とで同一状態で点灯させることは困難であるために、ビームの光量が重なった状態での光量の分布状態とそれぞれのビーム位置やビーム径などを測定する必要があったが、複数の光源の同時点灯により重畳した光量分布状態で個々のビームのプロファイルを検出することはできなかった。
【0007】
そこで本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ビームの光量データを関数によって表現することでビームのプロファイルを高解像で検出するとともに、複数のビームが重畳している状態でも個々のビームのプロファイルを検証することが可能なビームプロファイル検証方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のビームプロファイル検証方法は、画像形成装置の書込み光学系によって出射されるビームを受光する受光工程と、前記受光工程によって受光された前記ビームのビーム情報を格納するビーム情報格納工程と、前記ビーム情報格納工程によって格納された前記ビーム情報を前記ビームの光量の分布を表す光量データに処理するとともに、前記光量データを近似する関数を前記光量データに収束するように前記関数を処理するビーム情報処理工程と、前記ビーム情報処理工程によって処理されることで前記光量データに収束した前記関数に基づいて前記ビームのプロファイルを検出するビーム情報検出工程とを備えることを特徴とする方法を用いている。
【0009】
この方法により、ビームの光量データを関数によって近似し、ビームのプロファイルを仮設定した後、関数内のパラメータを変化させることによって関数を実際に検出されたビームの光量データに収束させて、収束後の関数から関数表現のために連続値として高分解能であり受光系の感度ばらつき等を除去したビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【0010】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数が点像分布関数であることを特徴とする方法を用いている。
【0011】
この方法により、ビームを出射する光源に円形開口等が固定され、点像として仮定できる光学系の場合に、ビームの光量データを点像分布関数で近似してサイドローブの影響を付加して収束させるのでビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【0012】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数がフラウンホーファー回折に基づいた関数であることを特徴とする方法を用いている。
【0013】
この方法により、ビームを出射する光源に矩形開口が固定され、フラウンホーファー回折の影響を示す光学系の場合、ビームの光量データをフラウンホーファー回折に基づく関数で近似して、サイドローブの影響を付加して収束させるのでビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【0014】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数が、ビームの位置を表すパラメータとビームの振幅を表すパラメータとビームの幅を表すパラメータとを備えることを特徴とする方法を用いている。
【0015】
この方法により、ビームの光量データを近似する関数を光量データに収束した後に各々のパラメータよりビームの特徴量を検出することができることとなる。
【0016】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって前記関数を前記光量データに収束するように処理させた際のノイズ成分を表すオフセット項を前記関数が備えることを特徴とする方法を用いている。
【0017】
この方法により、ビームを取得する際のノイズ成分を除去したビームの特徴量を検出することができることとなる。
【0018】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって前記ビーム情報格納工程で格納された前記ビーム情報から前記ビームの重心が求められ、前記重心が前記ビーム情報処理工程によって前記光量データに収束するように処理される前記関数の位置を表すパラメータの初期値として設定されることを特徴とする方法を用いている。
【0019】
この方法により、予めビーム情報から求められたビームの重心をビームの位置を表す関数のパラメータの初期値として設定されることにより、関数の収束速度を向上させるとともに関数が異なる位置で収束することを回避することができることとなる。
【0020】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記光量データが複数の範囲に区切られ、前記複数の範囲のうちの少なくとも1つの範囲内で前記ビーム情報処理工程によって前記関数が前記光量データに収束するように処理されることを特徴とする方法を用いている。
【0021】
この方法により、ビームの特徴量に寄与する領域のみで関数を収束させて、ビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【0022】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって、前記ビーム情報から前記ビームの最明値が求められるとともに前記最明値から前記光量データの閾値が求められ、前記閾値より大きい光量を有する前記光量データの範囲内で前記関数が前記光量データに収束するように処理されることを特徴とする方法を用いている。
【0023】
この方法により、ビームの光量データのばらつきが関数の収束に影響することを低減し、ビームの主となる光量データの範囲で関数を収束させて、関数の一致率を向上し、高精度にビームの特徴量を検出することができることとなる。
【0024】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビームが複数であって前記複数のビームは前記複数のビームの少なくとも一部が重畳して前記受光工程によって受光され、前記複数のビームの数と同じ数の前記関数を和算することによって前記複数のビームによる前記光量データに収束するように処理される関数が表されることを特徴とする方法を用いている。
【0025】
この方法により、ビームが走査ビームなど時間的に変化する系においてビームを複数の光源から重畳するように出射され、重畳した状態で複数のビームの相対位置や光量データを動的に検出する場合に、個々のビームを関数で代用し、各関数の和を一の関数として、多重露光されたビームに収束させ、収束後の各々の関数をビームの光量データとして用いることにより多重露光された状態で、個々のビームの特徴量を検出することができることとなる。
【0026】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報処理工程によって、前記複数のビームの重畳している部分での最大の光量よりも大きい光量を有する前記複数のビームの前記光量データの範囲から前記閾値が設定されるとともに前記閾値より大きい前記光量を有する前記光量データの範囲内で前記複数のビームの各々の重心が求められ、前記各々の重心が、前記複数のビームの数と同じ数の前記関数の各々の位置を表すパラメータの初期値として前記複数のビームと同数の前記関数の各々に設定されることを特徴とする方法を用いている。
【0027】
この方法により、ビームの重畳している範囲での最大の光量よりも大きい光量で閾値を設定し、その閾値よりも大きい光量でビームの重心を求め、求められた重心を関数の位置を表すパラメータの初期値とすることで収束速度と検出精度を向上することができることとなる。
【0028】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記複数のビームのうち隣接する前記ビームの各々の前記重心の相対位置が、主走査方向と副走査方向との少なくとも一方の方向にずれている場合、前記ビーム情報処理工程によって、前記ビーム情報は前記プロファイルを検出する対象の前記ビームの重心を含む前記光量データに処理されるとともに、前記和算された関数は前記光量データに収束するように処理され、前記ビーム情報検出工程によって、前記和算された関数のうち前記プロファイルを検出する対象の前記ビームを表す前記関数に基づいて前記プロファイルを検出する対象の前記ビームのプロファイルが検出されることを特徴とする方法を用いている。
【0029】
この方法により、重畳している複数のビームの重心の位置がずれている場合でも、対象とするビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【0030】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数が、2次元の関数であることを特徴とする方法を用いている。
【0031】
この方法により、2次元の関数として収束させることにより、相対的に影響を与えている隣接するビームの特徴量を高精度に検出することができることとなる。
【0032】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記関数の前記パラメータに制約条件が与えられることを特徴とする方法を用いている。
【0033】
この方法により、関数の収束条件を制限することにより、関数が対象外のビームに収束したり、収束後に負の値となったりする等の不具合を回避して、ビームの特徴量を検出することができることとなる。
【0034】
また、本発明のビームプロファイル検証方法は、前記ビーム情報格納工程が、前記ビーム情報処理工程によって処理された前記関数から前記関数のパラメータのみを格納することを特徴とする方法を用いている。
【0035】
この方法により、関数のパラメータのみを格納することで、格納されるビームのプロファイル情報の容量を大幅に低減することができることとなる。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【0037】
図1〜図20は本発明の一実施形態に係るビームプロファイル検証方法を説明する図である。
【0038】
図1に示すように、本発明の一実施形態のビームプロファイル検証方法は、画像形成装置の書込み光学系10の回転するポリゴンミラー11によってレーザダイオード(LD)12から出射されたビームを反射し、反射されたビームをfθレンズ13に透過させ、fθレンズ13を透過したビームは対物レンズ21を透過した後に受光工程によって2次元CCDカメラ20で受光する。
【0039】
2次元CCDカメラ20によって受光されたビームはデジタル情報に光電変換され、ビームのデジタル情報に変換されたビーム情報はコンピュータ30に送信される。
【0040】
コンピュータ30では、画情報を表示する表示部31や図示しない入出力部、記憶部、論理演算部、制御部等を備え、ビーム情報や検出されたビームのプロファイル等を格納するビーム情報格納工程、ビーム情報や関数を演算等によって処理するビーム情報処理工程、ビーム情報を検出するビーム情報検出工程が行われる。
【0041】
コンピュータ30に送信されたビーム情報は、ビーム情報格納工程によってコンピュータ30内に格納される。コンピュータ30内に格納されたビーム情報はビーム情報処理工程によって処理されることで、図2に示すようなビーム画像40が取得され、表示部31に表示される。さらにビーム情報処理工程によってビーム画像40の最も明るい部分の最明値または重心の位置が導出され、その座標を通る主走査方向または副走査方向のビームの光量データ41が取得される。図3に取得されたビームの光量データ41を示すが、光量データ41は2次元CCDカメラ20の画素ばらつき等によって、ビームの径を導出する際に通常用いられる光量の最明値から1/e2の光量の範囲でばらつきを生じることがある。
【0042】
そのため、例えば(1)式に示すガウシアンビームの関数を設定し、ビーム情報処理工程によって以下のように処理を行う。
【0043】
【数1】
【0044】
(1)式中の振幅Aはビームの光量、幅Bはビームの径、対称軸Cはビームの位置、定数項Dは2次元CCDカメラ20の暗電流ノイズなどのオフセット量に起因するパラメータとする。各パラメータA、B、C、Dに初期値を適当に与えておくことによって、図4に示すような、光量データ41とガウシアンビームの関数によって表された関数データ42との関係が得られる。
【0045】
光量データ41の値をIK、関数データの値をfK、横軸方向の近似範囲をWとすると、図4の横軸に示す各位置における光量データIK、関数データfKの差dは(2)式のように示される。
【0046】
【数2】
【0047】
(2)式中のdの値が小さくなるようにパラメータA、B、C、Dを変化させて、dの値が最小となった時点、即ち図5に示すように光量データ41に関数データ42を収束させた時点での関数がビームのプロファイルとされる。関数の収束結果である近似解を導出する方法としては準ニュートン法やLevenberg−Marqurdt法などが用いられる。
【0048】
ビーム情報検出工程では、dの値が最小となった時点で、関数のパラメータA、B、C、Dの(A+D)の値をビームの光量の最明値、f(x)=(A+D)/e2を満たすxの幅をビームの径、Cをビームの位置としてビームのプロファイルとしての特徴量が検出される。f(x)=(A+D)/e2を満たすxの導出には、逆関数の導出やNewton−Paphson法などが用いられる。
【0049】
図6に示すように、LD12の出射端に円形開口のアパーチャ14が設置されている場合には、fθレンズ13等を透過して結像するビームは点像として仮定され、ビームの像にはサイドローブが生じるために、取得された光量データ41には図7に示すようにサイドローブ部43が生じるのでサイドローブ部43の光量の分布も近似する。円形開口による回折像の光量の分布を示す式としては点像分布関数としてのBessel関数が用いられ、ビームの特徴量に起因する関数としてパラメータA、B、C、Dを反映させると、(3)式のように表せる。
【0050】
【数3】
【0051】
(3)式中の各パラメータA、B、C、Dを変化させることによって図8に示すように関数データ45を光量データ44に収束させ、収束した時点での関数のパラメータA、B、C、Dからビームのプロファイルとしての特徴量を検出する。
【0052】
図9に示すように、矩形開口のアパーチャ15が設置されている場合には、fθレンズ13等を透過して結像するビームの像はフラウンホーファー回折像の光量の分布となり、ビームの特徴量に起因する関数としてパラメータA、B、C、D、近似範囲Wを反映させると(4)式のように表せる。
【0053】
【数4】
【0054】
(4)式中の各パラメータA、B、C、Dを変化させることによって図10に示すように関数データ47を光量データ46に収束した時点での関数のパラメータA、B、C、Dからビームのプロファイルとしての特徴量を検出する。
【0055】
なお、矩形開口のアパーチャ15が設置されている場合の書込み光学系10のビームにガウシアンビーム(1)式、円形開口(3)式、矩形開口(4)式の関数を(2)式によって図11に示すように収束させた場合、それぞれの関数によって得られた差を比較すると、ガウシアンビーム(1)式に対して円形開口(3)式では20%、矩形開口(4)式では30%、一致度が向上した結果が得られている。
【0056】
なお、(1)式、(3)式、(4)式はパラメータA、B、Cを反映させた関数として設定することで、メカニカルシャッターなどにより遮光して2次元CCDカメラ20等の暗電流画像を取得し、ビーム画像40から画像間差分によって差し引くなどの処置を施した場合のノイズ成分に起因するオフセットを無視することができる。
【0057】
また、ビーム情報をビーム情報処理工程によって処理することで取得される図2に示すようなビーム画像40から、ビーム画像40の重心の位置を導出して、重心の値を関数の位置を表すパラメータCの初期値として代入して近似、収束することで、関数の収束前の位置を仮設定し、収束させる関数とビームの光量データの組み合わせ違いを回避し、さらに収束にかかる時間を短縮することが可能となる。パラメータDは、定数項として関数に反映することでビーム画像40に影響する暗電流ノイズなどのオフセット量を想定することができる。
【0058】
関数(1)式、(3)式、(4)式などをビームの光量データ41、44、46に収束させる範囲は、予め任意の幅で複数に区切られ、これらの範囲のうち少なくとも1つの範囲内で収束させてもよい。例えば、図12に示すようにこれらの範囲は、ビーム情報処理工程によってビーム情報から求められた最明値48から最明値48の70%までの光量を有する最明値近傍の範囲49、最明値48の10%から20%までの光量を有する最明値48の1/e2近傍の範囲50、51で区切られ、これらの範囲で関数を光量データに収束させることもできる。
【0059】
また、図13に示すように、関数データを光量データに収束させる範囲は、光量の最明値48から最明値48の1/e2の光量よりも大きい光量を有する範囲52の幅で区切られ、範囲52で関数を収束させることで、範囲52外のばらつきを生じている範囲も収束させて範囲52での収束が低減されるということから回避することができる。
【0060】
図14に示すように、ビームが例えば2つのLDから出射され、矩形開口15を通過して2つのビームの少なくとも一部が受光工程によって2次元CCDカメラ20で重畳するように受光される場合、図15に示すような光量データ53を取得する。なお、LDから出射されるビームの数は複数であれば、2つ以外であってもよい。また、ここでは、出射される複数のビームを矩形開口15に通過させた場合の例を示しているが、円形開口14等を通過させた場合に適用されてもよい。
【0061】
本実施形態においては、2つのビームは矩形開口15を通過したビームであるから(4)式の関数が異なる位置において2つ設定される。設定された2つの関数をf1、f2、関数f1のパラメータをA1、B1、C1、D1、関数f2のパラメータをA2、B2、C2、D2、近似させる範囲をWとして(5)式、(6)式のように設定する。なお、A1、A2はビームの振幅、B1、B2はビームの幅、C1、C2はビームの位置、D1、D2はオフセットとする。
【0062】
【数5】
【0063】
【数6】
【0064】
そして、2つの関数(5)式、(6)式の和である関数Fは(7)式のように示され、(7)式中の各パラメータに初期値を適当に与えることによって図15に示すように関数Fは表され、関数Fの各パラメータを変更することによって図16に示すように関数Fによる関数データ54を2つのビームの光量データ53に収束させる。
【0065】
【数7】
【0066】
光量データ53に収束後の関数FのパラメータA1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2を収束後の関数f1、f2のパラメータとして代入することで2つのビームのそれぞれのビームの径や位置などの特徴量を検出することができる。従って、ビームが重畳した状態でもそれぞれのビームの特徴量を検出することが可能となる。
【0067】
なお、2つの関数f1、f2のパラメータC1、C2には、図17に示すように2つのビームが重畳していない範囲55でビーム情報処理工程によって閾値処理をされ、その範囲55で検出されたそれぞれのビームの重心が代入されてもよい。そうすることでそれぞれの関数の収束前の位置を仮設定することができる。
【0068】
2つのビームが、例えば図18に示すように主走査方向にずれている場合は、光量データは閾値処理をされた範囲55で検出されたそれぞれのビームの重心を通る光量検出位置56、57で取得される。図18中の上側のビームのプロファイルを検出したい場合には、上側のビームの重心を通る光量検出位置56で取得された図19に示す光量データ58に関数Fを収束させ、収束後に関数FのパラメータA1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2のうち関数f1のパラメータA1、B1、C1、D1を収束後の関数f1のパラメータとして代入することで上側の関数データ59から上側のビームの径や位置などの特徴量を検出することができる。下側のビームのプロファイルを検出したい場合には、下側のビームの重心を通る光量検出位置57で取得された光量データを用いることで検出することができる。
【0069】
なお、例えば(8)式に示すように、関数は、主走査方向x、副走査方向yの2次元の関数であってもよい。
【0070】
【数8】
【0071】
(8)式は、ビームが矩形開口を通過する場合に用いる関数である(4)式を2次元表示したものであり、Aはビームの振幅、Bは主走査方向のビームの幅、Cはビームの主走査方向の位置、Dはノイズ等のオフセット量、Eは副走査方向のビームの幅、Fはビームの副走査方向の位置、W1は主走査方向の近似範囲、W2は副走査方向の近似範囲である。
【0072】
図20に示すように、2つのビームがずれている場合において、図20中の上側のビームのプロファイルを検出したい場合には、上側のビームの重心を通る光量検出位置60で取得された光量データに2次元表示とした2つの関数の和の関数を収束させ、収束後の関数データからビームの径や位置などの特徴量を検出することができる。
【0073】
関数のパラメータはビームのプロファイルに関するものであるから、収束条件をA>0、B>0、C>0、D≧0(2次元の関数の場合には、A>0、B>0、C>0、D≧0、E>0、F>0)として制約し、円形開口や矩形開口の回折像の光量の分布を示す式を用いる場合は、受光系より取得されるデータがデジタルデータである為x=CとならないようにC≠整数とし、ビームが2つの場合には収束途中で位置が入れ替わることのないようにC1<C2の制約を付加して収束させることによって、収束速度、信頼性を向上させることができる。
【0074】
なお、走査光学系では1ライン分のビームの個数が何千にもなるので、それぞれのビームの光量データに収束させた関数データをビーム情報格納工程において記憶部に格納していては記憶容量が膨大になり、また、格納したデータを圧縮するにしても処理時間が多大にかかってしまうため記憶容量を大幅に低減するために関数のパラメータA、B、C、D、E、Fのみを格納してもよい。ビームのプロファイルを取り出すときはビーム情報格納部からパラメータを読み出して関数に代入することで取得することができる。
【0075】
【発明の効果】
本発明によれば、2次元CCDカメラ等によってビームを受光する際の各画素のばらつきを平滑化することが可能となり、画素のばらつきに起因するビームの径やビームの光量の最明値、ビームの位置のばらつきを低減し、ビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【0076】
また、本発明によれば、ビームを出射する光源に円形開口のアパーチャなどが設定されている場合に、サイドローブなどのビームの特性を示す関数で近似、収束させることが可能となる。
【0077】
また、本発明によれば、ビームを出射する光源に矩形開口のアパーチャなどが設定されている場合に、サイドローブなどのビームの特性を示す関数で近似、収束させることが可能となる。
【0078】
また、本発明によれば、ビームの特徴量として必要なビームの位置、ビームの光量、ビームの径を示すパラメータを収束時に変化させることで、収束後に個々のパラメータからビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【0079】
また、本発明によれば、2次元CCDカメラなどの受光デバイスに起因する暗電流ノイズ等を示す項を設けているので、関数を近似、収束した後にノイズ成分を除去してビームの特徴量を検出することが可能となる。
【0080】
また、本発明によれば、関数の収束前の位置を仮設定することにより、収束させる関数とビームの組み合わせ違いを回避するとともに収束速度を向上させて収束にかかる時間を短縮することが可能となる。
【0081】
また、本発明によれば、ビームの特徴量に寄与する領域のみの収束によって、収束にかかる処理時間を短縮できるとともに他の領域でも収束させるために全体として収束率が減少することを回避し、またビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【0082】
また、本発明によれば、ノイズなどに影響される範囲を除いてビームを収束させることによって、収束の精度を向上させるとともに収束にかかる時間を短縮することが可能となる。
【0083】
また、本発明によれば、複数のビームが重畳している状態で、個々のビームの特徴量を検出することが可能となる。
【0084】
また、本発明によれば、複数のビームが重畳している部分の最大の光量よりも大きい光量で閾値を設定し、その閾値よりも大きい光量を有する範囲で重心を検出し、その重心位置を関数の初期位置とすることで、収束速度と検出精度とを向上させることが可能となる。
【0085】
また、本発明によれば、隣接して影響しあう複数のビーム同士の相対位置が主走査方向及び副走査方向にずれている場合、対象とするビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【0086】
また、本発明によれば、関数を2次元とすることによって、ビームの特徴量を高精度に検出することが可能となる。
【0087】
また、本発明によれば、対象とするビームとは別のビームに収束したり、収束後にデータが負となったりする等の不具合を回避することが可能となる。
【0088】
また、本発明によれば、記憶するデータの容量を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るビームプロファイル検証方法を説明する図である。
【図2】ビームの画像を示す図である。
【図3】ビームの光量データを示す図である。
【図4】光量データと関数データを示す図である。
【図5】光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図6】円形開口のアパーチャを示す図である。
【図7】円形開口のアパーチャを通過したビームの光量データに生じるサイドローブを示す図である。
【図8】図7に示す光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図9】矩形開口のアパーチャを示す図である。
【図10】矩形開口のアパーチャを通過したビームの光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図11】矩形開口アパーチャを通過したビームの光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図12】関数データを光量データに近似させる範囲を示す図である。
【図13】関数データを光量データに近似させる1/e2の光量よりも明るい範囲を示す図である。
【図14】2つの光源から重畳するように出射されたビームの画像を示す図である。
【図15】2つのビームによる光量データとその光量データに収束させる関数データを示す図である。
【図16】図15に示す関数データを2つのビームによる光量データに収束させた状態を示す図である。
【図17】2つのビームが重畳していない部分の光量データの範囲を示す図である。
【図18】2つのビームのそれぞれの重心を通る光量検出位置を示す図である。
【図19】2つのビームによる光量データとその光量データに収束させた関数データを示す図である。
【図20】2つのビームの位置のずれとビームの光量検出位置を示す図である。
【符号の説明】
10 書込み光学系
41、44、46、53、58 光量データ
42、45、47、54 関数データ
49、50、51 範囲
48 最明値
52 範囲[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a beam profile verification method for verifying a beam emitted from a writing optical system of an image forming apparatus with high accuracy.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, before assembling an electrophotographic image forming apparatus, in order to evaluate the performance of various optical elements of the scanning optical system, a rotating polygon mirror that scans the beam emitted from the scanning optical system is fixed and stationary. The beam is partly blocked by the slit, and the operation of moving the slit after measuring the amount of light passing therethrough is repeated in order to connect the measured amount of light to form a beam profile, or from the scanning optical system The beam is acquired by a two-dimensional CCD camera or the like, and the acquired two-dimensional light quantity distribution is subjected to threshold processing to detect the beam diameter, or the scanning optical system is continuously lit to cross a stationary slit. There has been a method of evaluating the light amount distribution of the beam by moving it and changing the light amount of the beam passing at that time.
[0003]
In JP-A-8-247732, in a laser beam diameter measuring device in a scanning optical system such as a laser printer, even if the beam diameter is shifted from the image forming point on the photoreceptor surface and a side lobe is generated, the beam diameter is reduced. It describes what can be detected including side lobes.
[0004]
In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-180757, it is possible to perform beam irradiation on a spot by irradiating a plurality of beams without using a high power semiconductor laser, and superimposing a plurality of beams in the main scanning direction to form one scanning beam. Reduce the amount of light from the light source in order to solve the problems such as high resolution of image formation and power consumption and heat generation by forming irradiation areas and using multiple light sources in the sub-scanning direction to improve printing speed Is described.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-247732, the lighting pattern at the time of actual image formation partially overlaps adjacent beams, so that when the side lobe is buried, the beam profile Could not be detected individually.
[0006]
Further, in the case of the one described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-180757, when verifying the beam profile in the same state as that at the time of image formation, there is an axial shake or a surface tilt generated in a rotary polygon mirror that scans the beam. Variations in each surface, relative response variations of light sources, synchronization variations for lighting of light sources, etc. occur in time series, and when multiple light sources are turned on at the same time and individually turned on, they should be lit in the same state. However, it was necessary to measure the light intensity distribution state with each beam light amount overlapped and the beam position and beam diameter, etc., but the light amount distribution state superimposed by simultaneous lighting of multiple light sources It was not possible to detect individual beam profiles.
[0007]
Therefore, the present invention has been made to solve such a problem. By expressing the light quantity data of the beam as a function, the profile of the beam is detected with high resolution, and a plurality of beams are superimposed. The present invention provides a beam profile verification method capable of verifying individual beam profiles even in a state.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The beam profile verification method of the present invention includes a light receiving step for receiving a beam emitted by a writing optical system of an image forming apparatus, a beam information storing step for storing beam information of the beam received by the light receiving step, Beam information for processing the beam information stored in the beam information storing step into light amount data representing a light amount distribution of the beam and processing the function so that a function approximating the light amount data is converged to the light amount data The method includes: a processing step; and a beam information detection step of detecting a profile of the beam based on the function converged on the light amount data by being processed by the beam information processing step. .
[0009]
By this method, the beam light quantity data is approximated by a function, the beam profile is provisionally set, the parameter in the function is changed, and the function is converged to the actually detected beam light quantity data. Therefore, it is possible to detect the feature amount of the beam with high resolution as a continuous value for the function expression from the function of ## EQU2 ## with high sensitivity and the sensitivity variation of the light receiving system is removed.
[0010]
The beam profile verification method of the present invention uses a method characterized in that the function is a point spread function.
[0011]
By this method, in the case of an optical system in which a circular aperture is fixed to the light source that emits the beam and it can be assumed as a point image, the light amount data of the beam is approximated by a point spread function and the effect of side lobes is added to converge. Therefore, the feature amount of the beam can be detected with high accuracy.
[0012]
The beam profile verification method of the present invention uses a method characterized in that the function is a function based on Fraunhofer diffraction.
[0013]
This method adds a side lobe effect by approximating the light quantity data of the beam with a function based on Fraunhofer diffraction when the rectangular aperture is fixed to the light source that emits the beam and the effect of Fraunhofer diffraction is shown. Therefore, the feature amount of the beam can be detected with high accuracy.
[0014]
In the beam profile verification method of the present invention, the function is characterized in that the function includes a parameter representing a beam position, a parameter representing a beam amplitude, and a parameter representing a beam width.
[0015]
According to this method, after the function approximating the light amount data of the beam is converged to the light amount data, the feature amount of the beam can be detected from each parameter.
[0016]
The beam profile verification method of the present invention is characterized in that the function includes an offset term representing a noise component when the function is processed so as to converge to the light amount data in the beam information processing step. Is used.
[0017]
By this method, it is possible to detect the feature amount of the beam from which the noise component at the time of acquiring the beam is removed.
[0018]
In the beam profile verification method of the present invention, the center of gravity of the beam is obtained from the beam information stored in the beam information storing step by the beam information processing step, and the center of gravity is obtained from the light quantity data by the beam information processing step. Is used as an initial value of a parameter representing the position of the function processed so as to converge.
[0019]
By this method, the center of gravity of the beam obtained from the beam information in advance is set as the initial value of the parameter of the function representing the position of the beam, so that the convergence speed of the function is improved and the function converges at different positions. It can be avoided.
[0020]
In the beam profile verification method of the present invention, the light amount data is divided into a plurality of ranges, and the function converges to the light amount data by the beam information processing step within at least one of the plurality of ranges. A method characterized by being processed as described above is used.
[0021]
According to this method, the function can be converged only in the region contributing to the feature amount of the beam, and the feature amount of the beam can be detected with high accuracy.
[0022]
Further, in the beam profile verification method of the present invention, the beam information processing step obtains the lightest value of the beam from the beam information and obtains a threshold value of the light amount data from the lightest value, which is larger than the threshold value. A method is used in which the function is processed so as to converge to the light amount data within the range of the light amount data having a light amount.
[0023]
This method reduces the influence of the variation in the light quantity data of the beam on the convergence of the function, converges the function in the range of the main light quantity data of the beam, improves the function matching rate, and makes the beam with high accuracy. The feature amount can be detected.
[0024]
The beam profile verification method of the present invention includes a plurality of the beams, and the plurality of beams are received by the light receiving process with at least a part of the plurality of beams superimposed, and are equal to the number of the plurality of beams. A method is used that represents a function that is processed to converge to the light quantity data by the plurality of beams by summing the number of the functions.
[0025]
By this method, when the beam is emitted from a plurality of light sources so as to be superimposed on a time-varying system such as a scanning beam, and the relative position and light quantity data of the plurality of beams are dynamically detected in the superimposed state. In the state where multiple exposure is performed by substituting each beam with a function, and converging the sum of each function as a single function to the multiple-exposed beam, and using each function after convergence as the light quantity data of the beam. Thus, the feature amount of each beam can be detected.
[0026]
In the beam profile verification method of the present invention, the beam information processing step determines from the light amount data range of the plurality of beams having a light amount larger than a maximum light amount in a portion where the plurality of beams are superimposed. The center of gravity of each of the plurality of beams is determined within the range of the light amount data having the light amount larger than the threshold value, and the center of gravity is the same as the number of the plurality of beams. A method is used in which an initial value of a parameter representing the position of each of the functions is set to each of the same number of functions as the plurality of beams.
[0027]
By this method, a threshold is set with a light quantity larger than the maximum light quantity in the range where the beam is superimposed, the center of gravity of the beam is obtained with a light quantity larger than the threshold, and the obtained center of gravity is a parameter that represents the position of the function By using this initial value, the convergence speed and detection accuracy can be improved.
[0028]
Further, in the beam profile verification method of the present invention, when the relative position of the center of gravity of each of the adjacent beams among the plurality of beams is shifted in at least one of the main scanning direction and the sub-scanning direction, In the beam information processing step, the beam information is processed into the light amount data including the center of gravity of the beam whose profile is to be detected, and the summed function is processed so as to converge to the light amount data. The beam information detection step detects a profile of the beam to be detected from the profile based on the function representing the beam to be detected from the summed function. Is used.
[0029]
With this method, even when the positions of the centers of gravity of a plurality of superimposed beams are deviated, the feature amount of the target beam can be detected with high accuracy.
[0030]
The beam profile verification method of the present invention uses a method characterized in that the function is a two-dimensional function.
[0031]
By this method, convergence as a two-dimensional function makes it possible to detect feature quantities of adjacent beams that are relatively affected with high accuracy.
[0032]
The beam profile verification method of the present invention uses a method characterized in that a constraint condition is given to the parameter of the function.
[0033]
By limiting the convergence condition of the function by this method, the feature amount of the beam can be detected while avoiding problems such as the function converging to a non-target beam or becoming a negative value after convergence. Will be able to.
[0034]
Further, the beam profile verification method of the present invention uses a method in which the beam information storing step stores only the parameters of the function from the function processed by the beam information processing step.
[0035]
By storing only function parameters by this method, the capacity of the stored profile information of the beam can be greatly reduced.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0037]
1 to 20 are diagrams for explaining a beam profile verification method according to an embodiment of the present invention.
[0038]
As shown in FIG. 1, the beam profile verification method according to an embodiment of the present invention reflects a beam emitted from a laser diode (LD) 12 by a
[0039]
The beam received by the two-
[0040]
The
[0041]
The beam information transmitted to the
[0042]
Therefore, for example, a function of the Gaussian beam shown in the equation (1) is set, and processing is performed as follows by the beam information processing step.
[0043]
[Expression 1]
[0044]
In equation (1), the amplitude A is the light amount of the beam, the width B is the diameter of the beam, the symmetry axis C is the position of the beam, and the constant term D is a parameter caused by an offset amount such as dark current noise of the two-
[0045]
The value of the
[0046]
[Expression 2]
[0047]
(2) When the parameters A, B, C, and D are changed so that the value of d in the equation becomes small and the value of d becomes minimum, that is, as shown in FIG. The function at the time when the
[0048]
In the beam information detection step, when the value of d becomes the minimum, the value (A + D) of the function parameters A, B, C, D is the brightest value of the light amount of the beam, f (x) = (A + D) / E 2 A feature quantity as a beam profile is detected by setting the width of x satisfying the diameter of the beam and C as the beam position. f (x) = (A + D) / e 2 For the derivation of x that satisfies the above, the derivation of an inverse function or the Newton-Paphson method is used.
[0049]
As shown in FIG. 6, when an
[0050]
[Equation 3]
[0051]
(3) The
[0052]
As shown in FIG. 9, when the
[0053]
[Expression 4]
[0054]
(4) By changing the parameters A, B, C, and D in the equation, the
[0055]
The function of the Gaussian beam (1) equation, the circular aperture (3) equation, and the rectangular aperture (4) equation for the beam of the writing
[0056]
The formulas (1), (3), and (4) are set as functions reflecting the parameters A, B, and C, so that the dark current of the two-
[0057]
Further, the position of the center of gravity of the
[0058]
The range in which the functions (1), (3), (4), etc. are converged to the beam
[0059]
Further, as shown in FIG. 13, the range in which the function data is converged to the light amount data is 1 / e of the
[0060]
As shown in FIG. 14, when a beam is emitted from, for example, two LDs, passes through a
[0061]
In the present embodiment, since the two beams are beams that have passed through the
[0062]
[Equation 5]
[0063]
[Formula 6]
[0064]
A function F, which is the sum of the two functions (5) and (6), is expressed as shown in (7). By appropriately giving initial values to the parameters in the expression (7), FIG. As shown in FIG. 16, the function F is expressed. By changing each parameter of the function F, the
[0065]
[Expression 7]
[0066]
Parameter A of function F after convergence to
[0067]
Two functions f 1 , F 2 Parameter C 1 , C 2 As shown in FIG. 17, threshold processing is performed by a beam information processing step in a
[0068]
For example, when the two beams are shifted in the main scanning direction as shown in FIG. 18, the light amount data is detected at the light amount detection positions 56 and 57 that pass through the center of gravity of each beam detected in the
[0069]
For example, as shown in the equation (8), the function may be a two-dimensional function in the main scanning direction x and the sub-scanning direction y.
[0070]
[Equation 8]
[0071]
Expression (8) is a two-dimensional representation of Expression (4), which is a function used when the beam passes through the rectangular aperture, where A is the beam amplitude, B is the beam width in the main scanning direction, and C is The position of the beam in the main scanning direction, D is the amount of offset such as noise, E is the width of the beam in the sub scanning direction, F is the position of the beam in the sub scanning direction, W 1 Is the approximate range in the main scanning direction, W 2 Is an approximate range in the sub-scanning direction.
[0072]
As shown in FIG. 20, in the case where the two beams are deviated, when it is desired to detect the profile of the upper beam in FIG. 20, the light amount data acquired at the light
[0073]
Since the function parameters are related to the beam profile, the convergence conditions are A> 0, B> 0, C> 0, D ≧ 0 (in the case of a two-dimensional function, A> 0, B> 0, C > 0, D ≧ 0, E> 0, F> 0), and when using an expression indicating the light amount distribution of the diffraction image of the circular aperture or rectangular aperture, the data acquired from the light receiving system is digital data. For this reason, C ≠ integer so that x = C does not occur, and in the case of two beams, the position is not changed during the convergence. 1 <C 2 Convergence speed and reliability can be improved by adding the above constraint.
[0074]
In the scanning optical system, the number of beams for one line becomes thousands. Therefore, if the function data converged to the light quantity data of each beam is stored in the storage unit in the beam information storing step, the storage capacity is large. It becomes enormous, and even if the stored data is compressed, it takes a lot of processing time, so only the function parameters A, B, C, D, E, and F are stored in order to greatly reduce the storage capacity. May be. When the beam profile is taken out, it can be obtained by reading out the parameter from the beam information storage unit and substituting it into the function.
[0075]
【The invention's effect】
Book According to the present invention, it is possible to smooth the variation of each pixel when receiving the beam by a two-dimensional CCD camera or the like, and the beam diameter and the lightest value of the light amount of the beam due to the pixel variation, It is possible to reduce the variation in position and detect the feature amount of the beam with high accuracy.
[0076]
Also, Book According to the present invention, when a circular aperture aperture or the like is set for a light source that emits a beam, it is possible to approximate and converge with a function indicating a beam characteristic such as a side lobe.
[0077]
Also, Book According to the invention, when a rectangular aperture or the like is set as a light source for emitting a beam, it is possible to approximate and converge with a function indicating a beam characteristic such as a side lobe.
[0078]
Also, Book According to the present invention, by changing the parameters indicating the beam position, beam light quantity, and beam diameter necessary as the beam feature amount at the time of convergence, the feature amount of the beam is detected with high accuracy from the individual parameters after convergence. It becomes possible.
[0079]
Also, Book According to the invention, since a term indicating dark current noise or the like caused by a light receiving device such as a two-dimensional CCD camera is provided, the noise component is removed after the function is approximated and converged, and the feature amount of the beam is detected. Is possible.
[0080]
Also, Book According to the invention, by temporarily setting the position before convergence of the function, it is possible to avoid the difference in the combination of the function to be converged and the beam and to improve the convergence speed and to shorten the time required for convergence.
[0081]
Also, Book According to the invention, the convergence of only the region that contributes to the feature amount of the beam can shorten the processing time required for the convergence, avoid the decrease in the convergence rate as a whole in order to converge in other regions, and It is possible to detect the feature amount with high accuracy.
[0082]
Also, Book According to the present invention, it is possible to improve the accuracy of convergence and shorten the time required for convergence by converging the beam except the range affected by noise and the like.
[0083]
Also, Book According to the invention, it is possible to detect the feature amount of each beam in a state where a plurality of beams are superimposed.
[0084]
Also, Book According to the invention, a threshold value is set with a light amount larger than the maximum light amount of a portion where a plurality of beams are superimposed, a center of gravity is detected in a range having a light amount larger than the threshold value, and the center of gravity position is determined as an initial function. By setting the position, the convergence speed and the detection accuracy can be improved.
[0085]
Also, Book According to the present invention, when the relative positions of a plurality of adjacent beams that affect each other are shifted in the main scanning direction and the sub-scanning direction, it is possible to detect the feature amount of the target beam with high accuracy. .
[0086]
Also, Book According to the invention, it is possible to detect the feature amount of the beam with high accuracy by making the function two-dimensional.
[0087]
Also, Book According to the invention, it is possible to avoid problems such as convergence to a beam different from the target beam and data becoming negative after convergence.
[0088]
Also, Book According to the invention, the capacity of data to be stored can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a beam profile verification method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an image of a beam.
FIG. 3 is a diagram showing light amount data of a beam.
FIG. 4 is a diagram illustrating light amount data and function data.
FIG. 5 is a diagram illustrating function data converged to light amount data.
FIG. 6 is a diagram showing an aperture of a circular opening.
FIG. 7 is a diagram showing side lobes generated in light amount data of a beam that has passed through an aperture of a circular opening.
8 is a diagram showing the light amount data shown in FIG. 7 and function data converged to the light amount data. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing an aperture of a rectangular opening.
FIG. 10 is a diagram illustrating light amount data of a beam that has passed through an aperture having a rectangular aperture and function data converged to the light amount data.
FIG. 11 is a diagram illustrating light amount data of a beam that has passed through a rectangular aperture aperture and function data converged to the light amount data.
FIG. 12 is a diagram illustrating a range in which function data is approximated to light amount data.
FIG. 13: 1 / e for approximating function data to light quantity data 2 It is a figure which shows the range brighter than this light quantity.
FIG. 14 is a diagram showing an image of beams emitted so as to be superimposed from two light sources.
FIG. 15 is a diagram showing light amount data by two beams and function data converged to the light amount data.
FIG. 16 is a diagram illustrating a state in which the function data illustrated in FIG. 15 is converged to light amount data by two beams.
FIG. 17 is a diagram illustrating a range of light amount data in a portion where two beams are not superimposed.
FIG. 18 is a diagram illustrating a light amount detection position passing through the center of gravity of each of two beams.
FIG. 19 is a diagram showing light amount data by two beams and function data converged to the light amount data.
FIG. 20 is a diagram showing a positional shift between two beams and a light amount detection position of the beam.
[Explanation of symbols]
10 Writing optical system
41, 44, 46, 53, 58 Light intensity data
42, 45, 47, 54 Function data
49, 50, 51 range
48 clearest value
52 range
Claims (9)
前記受光工程によって受光された前記複数のビームのビーム情報を格納するビーム情報格納工程と、
前記ビーム情報格納工程によって格納された前記ビーム情報を前記複数のビームの光量の分布を表す光量データに処理するとともに、設定された閾値よりも大きい光量を有する複数の範囲でそれぞれ重心を検出し、検出した各重心を、前記各ビームの光量を近似する関数におけるビームの位置を表すパラメータの初期値として設定し、これらの関数の和が前記光量データに収束するよう前記各関数における他のパラメータを求めるビーム情報処理工程と、
前記ビーム情報処理工程によって処理されることで前記光量データに収束した前記各関数に基づいて前記各ビームのプロファイルを検出するビーム情報検出工程とを備えたビームプロファイル検証方法。A light receiving step of receiving a plurality of beams emitted by the writing optical system of the image forming apparatus in a state in which at least some of the beams are superposed on each other;
A beam information storing step of storing beam information of the plurality of beams received by the light receiving step;
Processing the beam information stored in the beam information storing step into light amount data representing a light amount distribution of the plurality of beams, and detecting the centroids in a plurality of ranges each having a light amount larger than a set threshold; Each detected center of gravity is set as an initial value of a parameter representing the position of the beam in a function that approximates the light amount of each beam, and other parameters in the respective functions are set so that the sum of these functions converges on the light amount data. The beam information processing process that we want,
A beam profile verification method comprising: a beam information detection step of detecting a profile of each beam based on each function converged on the light amount data by being processed by the beam information processing step.
前記ビーム情報処理工程によって、前記ビーム情報は前記プロファイルを検出する対象の前記ビームの重心を含む前記光量データに処理されるとともに、前記和算された関数は前記光量データに収束するように処理され、
前記ビーム情報検出工程によって、前記和算された関数のうち前記プロファイルを検出する対象の前記ビームを表す前記関数に基づいて前記プロファイルを検出する対象の前記ビームのプロファイルが検出されることを特徴とする請求項1に記載のビームプロファイル検証方法。When the relative position of the center of gravity of each of the adjacent beams among the plurality of beams is shifted in at least one of the main scanning direction and the sub-scanning direction,
In the beam information processing step, the beam information is processed into the light amount data including the center of gravity of the beam whose profile is to be detected, and the summed function is processed so as to converge to the light amount data. ,
The beam information detection step detects a profile of the beam to be detected for the profile based on the function representing the beam to be detected for the profile among the summed functions. The beam profile verification method according to claim 1 .
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