CN101211010B - 光学扫描设备和使用其的图像形成装置 - Google Patents

Abstract

一种光学扫描设备和使用其的图像形成装置，所述光学扫描设备包括：光源；偏转***；具有至少一个成像光学元件的成像光学***，用于将由偏转***偏转的光束成像在待扫描表面上；以及至少一个反射型光学元件，设置在成像光学元件与待扫描表面之间，其中，偏转光束依次通过成像光学元件的第一透射表面和第二透射表面，并且在被反射型光学元件反射之后，该光束随后依次通过成像光学元件的第三透射表面和第四透射表面，并且其中满足关系式

，其中为光束再次通过的成像光学元件在主扫描截面内的轴向合成屈光力，并且

为反射型光学元件在主扫描截面内的轴向合成屈光力。

Description

光学扫描设备和使用其的图像形成装置

技术领域

本发明涉及光学扫描设备和使用其的图像形成装置。本发明尤其适用于带有电子照相处理的诸如激光束打印机(LBP)、数字复印机或多功能打印机等的图像形成装置。

背景技术

常规上，在激光束打印机(LBP)、数字复印机或多功能打印机中使用光学扫描设备。

在这种光学扫描设备中，从光源装置发射出并且同时根据图像信号被光学地调制的光通量(光束)例如通过包括旋转多角镜(多角镜)的光学偏转器被周期地偏转。

然后，通过利用具有fθ特性的成像光学***，经偏转的光束在感光记录介质(感光鼓)的表面上聚焦成光斑，由此光学地扫描感光鼓表面并执行图像记录。

另一方面，为了使整个***紧凑，已经关于具有由单片成像透镜构成的成像光学***的光学扫描设备进行了各种提议(参见以下的专利文献1至5)。

图35是具有由单片成像透镜构成的成像光学***的常规光学扫描设备的主要部分的示意图。

图36是沿主扫描方向截取的图35中的扫描设备的主要部分的截面图(主扫描截面图)。

在图35和图36中，通过准直透镜3将从光源装置1发射的单个或多个发散光束转换成平行光束。接着，光束受到光阑2的限制，之后入射到柱透镜4上，该柱透镜4仅在副扫描方向具有预定折光力。

在主扫描截面内，入射到柱透镜4上的平行光束毫无改变地射出透镜。

另一方面，在副扫描截面内，光束被会聚并在包括多角镜的光学偏转器5的偏转表面(反射表面)5a上成像为线图像。

然后，经光学偏转器5的偏转表面5a偏转的光束通过具有fθ特性的成像透镜6被导向感光鼓表面8(待扫描表面)。

通过沿箭头A的方向旋转光学偏转器5，感光鼓表面8被单个或多个光束沿箭头B的方向(主扫描方向)光学地扫描，由此在其上记录图像信息。

这里，在图35中，标号18表示的是用于同步检测的反射镜，标号19表示的是用于同步检测的传感器。在图36中，标号9表示的是电动机，标号10表示的是电动机基座。标号11表示的是光学箱，标号12表示的是光学扫描设备。

专利文献4公开了一种利用含反射镜的透镜(in-mirror lens)作为成像光学***的光学扫描设备，其中单个成像透镜的一个表面提供反射表面。

在该含反射镜的透镜中，使透镜厚度(透射表面与反射表面之间的距离)更小，以减少因模塑厚透镜而引起的诸如内部畸变或透镜模塑时间增长等不便之处。

此外，尝试通过使光路弯曲来减小整个***的尺寸。

专利文献5示出了这样的光学扫描设备，其中光学偏转器之后的光学***具有各自包括自由曲面的透射表面和反射表面。来自光学偏转器并通过透射表面的光束被反射表面反射，并再次透过透射表面。

[专利文献]

1)日本特开平8-248308号公报

2)日本特开平10-48552号公报

3)日本特开平10-288745号公报

4)日本特开平9-68664号公报

5)日本特开2003-287695号公报

常规的使用单片成像透镜的光学扫描设备具有下述若干不便之处。

一般来说，如果要通过使用一片成像透镜来平衡fθ校正和像场弯曲校正，则从偏转装置(光学偏转器)到待扫描的表面(扫描表面)的距离由于设计灵活性的局限而倾向于变得更长。

通过诸如以下若干方法可将光学扫描设备本身做得更紧凑：

(1)使从偏转装置到扫描表面的光学距离更短；

(2)通过利用反射镜等折叠光路以使其配合图像形成装置结构的配置。

关于上述方法(1)，一个示例是这样一个光学***，其中减少作为偏转装置的多角镜的表面的数量并加宽扫描视场角从而缩短光路。

该类型的光学***存在图像端部在主扫描方向上的焦深的问题。

当用α(度)来表示在主扫描截面内且在入射到图像端部上的光束的主光线与垂直于扫描表面的平面之间限定的角度时，焦深与cos³α成比例地减小。

一般来说，如果角度α变得大于40度，则在焦深范围内难以控制由于制造误差或者光学扫描设备与感光鼓之间的距离的变化而导致的成像透镜焦点的变化。

此外，如果这种光学***与多光束激光光源一起使用，那么由于多个光束倾斜入射到感光鼓表面上，将在主扫描方向上产生大的抖动。

另外，从更高速操作的角度来看，减少多角镜的表面数量是不利的。

另一方面，存在一种方法，其中增加成像光学***的透镜数量以扩展设计灵活性，从而在保持角度α的同时缩短光路长度。

然而，由于增加了透镜导致重量更重，而且尺寸变得更大。

还可以有一种方法，其中通过把要入射到偏转装置上的光束从平行光束转换为会聚光束来缩短光路长度。

然而，如果强会聚度的光束入射到偏转装置上，则导致由于偏转表面的偏心误差造成主扫描方向上的抖动的问题。

因此，在入射有强会聚度光束的光学扫描设备中，不可避免地要提高诸如多角镜的光学偏转器的制造精度。这使得制造相当困难。

在上述方法(2)中，可以避免以上描述的焦深或在主扫描方向上的抖动的不便之处。

然而，反射镜数量的增加将导致整个***更复杂。

此外，还存在另一个问题，即，由于镜面精度或放置误差造成的诸如焦点位移的图像劣化，以及由于反射镜的振荡造成的间距不均。

因此，即使使用该方法，也很难以生产出同时满足图像质量和尺寸的光学扫描设备。

专利文献4中示出的含反射镜的透镜由一片构成，并且可将整个***做得紧凑。

然而，由于主扫描方向上的屈光力(power)(折光力)主要是由反射表面提供的，所以含反射镜的透镜的放置敏感度，尤其是其反射表面的表面精度敏感度和放置敏感度都倾向于格外高。

在专利文献5中，主扫描方向上的屈光力主要是由反射表面提供的，与专利文献4中一样。因此，它导致反射表面的表面精度敏感度和放置敏感度极高的不便之处。

除了专利文献4和5，关于光学扫描设备进行了各种提议，其中通过利用曲面反射镜来折叠光路以使整个***紧凑。

然而，在所有这些提议中，主扫描方向上的屈光力集中在曲面反射镜上。因此，实际上很难制造该装置。

此外，通常在光学扫描设备中，如果光束沿在副扫描截面内关于光学偏转器的偏转表面倾斜的方向入射到光学偏转器上，则副扫描方向上的间距由于偏转表面的移位偏心误差而变得不均匀。

这使得必需提高诸如多角镜的光学偏转器的加工精度。

发明内容

本发明提供了一种光学扫描设备和/或使用其的图像形成装置，利用它们可以降低光学元件的放置敏感度和表面精度敏感度，并可以减小整个***的尺寸。

本发明提供了一种光学扫描设备和/或使用其的图像形成装置，利用它们可以以更高的速度生成高质量图像。

根据本发明的一个方面，提供了一种光学扫描设备，该光学扫描设备包括：光源装置；偏转装置，具有偏转表面；入射光学***，被配置为将从所述光源装置发射的光束导向所述偏转装置上；成像光学***，被配置为将由所述偏转装置的偏转表面扫描地偏转的光束成像在待扫描表面上，所述成像光学***具有至少一个透射型的成像光学元件；以及至少一个反射型光学元件，其具有反射表面并被放置在所述至少一个成像光学元件与待扫描表面之间的光路上；其中，所述至少一个成像光学元件具有第一至第四透射表面，并被配置为使得由所述偏转装置的偏转表面扫描地偏转的光束按照从第一透射表面到第二透射表面的顺序通过所述至少一个成像光学元件，并且在被所述至少一个反射型光学元件的反射表面反射之后，该光束随后按照从第三透射表面到第四透射表面的顺序再次通过所述至少一个成像光学元件，其中光束再次通过的所述至少一个成像光学元件在主扫描截面内具有轴向合成屈光力

同时所述至少一个反射型光学元件的反射表面在反射表面的主扫描截面内具有轴向合成屈光力

所述轴向合成屈光力满足以下关系式：

并且，其中光束再次通过的所述至少一个成像光学元件的轴向合成屈光力包括四个光学表面的合成屈光力，所述四个光学表面包括被所述偏转装置的偏转表面扫描地偏转的光束入射到其上的第一透射表面、通过第一透射表面的光束入射到其上的第二透射表面、由所述至少一个反射型光学元件的反射表面反射的光束入射到其上的第三透射表面以及通过第三透射表面的光束入射到其上的第四透射表面。

在本发明该方面的一种优选形式中，所述反射型光学元件或全部反射型光学元件由平面反射镜构成。

当以W(mm)表示扫描表面上的图像在主扫描方向上的有效宽度，以L(mm)表示从距扫描表面光学上最远的所述或一个反射型光学元件到扫描表面的距离，并且以α(度)表示在主扫描截面内且在入射到扫描表面上的图像端部上的光束的主光线与垂直于扫描表面的法线之间限定的角度时，可以满足以下关系式：

20°＜α·W/L＜100°。

该光学扫描设备可以仅具有光束再次通过的一个透射型成像光学元件。

光束再次通过的所述成像光学元件在偏转装置侧的表面可以具有这样的形状，该形状具有关于副扫描截面的不同屈光力，该屈光力在由所述偏转装置的偏转表面偏转的光束通过的位置与由所述至少一个反射型光学元件的反射表面反射的光束通过的位置之间不同。

光束再次通过的所述成像光学元件的第一透射表面和第三透射表面在主扫描截面中的形状可以是基于一个函数而限定的，并且，所述成像光学元件的第二透射表面和第四透射表面在主扫描截面中的形状可以是基于一个函数而限定的。

光束再次通过的所述成像光学元件的第一透射表面和第二透射表面在主扫描截面中可以具有轴向合成屈光力

而光束再次通过的所述成像光学元件的第一透射表面在主扫描截面中可以具有轴向屈光力并且可以满足以下关系式：

光束再次通过的所述成像光学元件可以具有主扫描截面中的曲率符号在有效直径内被反转的表面。

所述成像光学元件的带反转符号的表面可以具有向偏转装置侧凸出的轴向形状。

当以Sk(mm)表示主扫描截面中从所述成像光学***的后主平面到扫描表面的距离，以f(mm)表示所述成像光学***在主扫描截面内的焦距，并且m＝1-Sk/f时，可以满足以下关系式：

-0.1＜m＜0.5。

在副扫描截面内，来自所述入射光学***的光束可以垂直入射到所述偏转装置的偏转表面上。

当以β(度)表示在副扫描截面内且在所述偏转装置的旋转轴与放置在距光束再次通过的所述成像光学元件最远位置处的所述或一个反射型光学元件的所述或一个反射表面之间限定的角度时，可以满足以下关系式：

2°≤β≤10°。

当以γ(度)表示在主扫描截面中且在所述成像光学***的光轴与入射到所述偏转装置的偏转表面上的光束的主光线之间限定的角度时，可以满足以下关系式：

60°≤γ≤90°。

根据本发明的另一方面，提供了一种图像形成装置，该图像形成装置包括：如上所述的光学扫描设备；感光材料，放置在待扫描的扫描表面上；显影装置，用于对通过由所述光学扫描设备扫描的光束形成在所述感光材料上的静电潜像进行显影，从而生成调色剂图像；转印装置，用于将经显影的调色剂图像转印到转印材料上；以及定影装置，用于将经转印的调色剂图像定影在转印材料上。

根据本发明的又一方面，提供了一种图像形成装置，该图像形成装置包括：如上所述的光学扫描设备；打印机控制器，用于将从外部机器提供的代码数据转换成图像信号，并将该图像信号输入到所述光学扫描设备。

通过阅读以下结合附图对本发明优选实施方式的描述，本发明的这些和其他目的、特征以及优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的光学扫描设备沿主扫描截面的截面图。

图2是根据本发明第一实施方式的光学扫描设备沿副扫描截面的截面图。

图3是表示本发明第一实施方式的像场弯曲的曲线图。

图4是表示本发明第一实施方式的fθ特性的曲线图。

图5是用于说明本发明第一实施方式的光斑轮廓的图。

图6是表示本发明第一实施方式的扫描线弯曲的曲线图。

图7是沿副扫描截面的截面图，其中添加了透镜和反射镜。

图8是例示在本发明第一实施方式的透镜放置中屈光力比与三阶像差系数V之间的关系的曲线图。

图9是用于说明根据图8中使用的屈光力比的透镜形状的图。

图10是根据本发明第一实施方式的光学扫描设备在主扫描方向上的展开图。

图11是表示本发明第一实施方式的主扫描抖动的曲线图。

图12是根据本发明第二实施方式的光学扫描设备沿主扫描截面的截面图。

图13是根据本发明第二实施方式的光学扫描设备沿副扫描截面的截面图。

图14是表示本发明第二实施方式的像场弯曲的曲线图。

图15是表示本发明第二实施方式的fθ特性的曲线图。

图16是用于说明本发明第二实施方式的光斑轮廓的图。

图17是表示本发明第二实施方式的扫描线弯曲的曲线图。

图18是例示在本发明第二实施方式的透镜放置中屈光力比与三阶像差系数V之间的关系的曲线图。

图19是用于说明根据图18中使用的屈光力比的透镜形状的图。

图20是表示本发明第二实施方式的主扫描抖动的曲线图。

图21是使用根据本发明第二实施方式的成像光学***的彩色图像形成装置的主要部分的截面图。

图22是根据本发明第三实施方式的光学扫描设备沿主扫描截面的截面图。

图23是根据本发明第三实施方式的光学扫描设备沿副扫描截面的截面图。

图24是表示根据本发明第三实施方式的像场弯曲的曲线图。

图25是表示本发明第三实施方式的fθ特性的曲线图。

图26是用于说明本发明第三实施方式的光斑轮廓的图。

图27是表示本发明第三实施方式的扫描线弯曲的曲线图。

图28是例示在本发明第三实施方式的透镜放置中屈光力比与三阶像差系数V之间的关系的曲线图。

图29是用于说明根据图28中使用的屈光力比的透镜形状的图。

图30是表示本发明第三实施方式的主扫描抖动的曲线图。

图31是本发明的第三实施方式中的成像透镜元件沿副扫描截面的截面图。

图32是使用根据本发明第三实施方式的成像光学***的彩色图像形成装置的主要部分的截面图。

图33是示出根据本发明的图像形成装置的实施方式的沿副扫描截面的截面图。

图34是根据本发明实施方式的彩色图像形成装置的主要部分的示意图。

图35是常规光学扫描设备的主要部分的立体图。

图36是常规光学扫描设备沿主扫描截面的截面图。

具体实施方式

下面将参照附图来描述本发明的优选实施方式。

[实施方式1]

图1是本发明第一实施方式的主要部分在主扫描方向上的截面图(主扫描截面图)。

在以下对本发明优选实施方式的描述中，成像光学***的术语“光轴”或“轴向”用来表示沿与扫描表面(待扫描表面)垂直的方向上延伸且在扫描表面的中央处交叉的轴。换言之，术语“光轴”或“轴向”表示通过成像光学元件的透镜表面顶点且沿与扫描表面垂直的方向延伸的轴。

另一方面，术语“主扫描方向”(Y方向)表示与偏转装置的旋转轴以及与成像光学***的光轴(X方向)垂直的方向，即，偏转装置反射地偏转(扫描地偏转)光束的方向。

术语“副扫描方向”(Z方向)表示与偏转装置的旋转轴平行的方向。

术语“主扫描截面”表示包含光轴和主扫描方向的平面。

术语“副扫描截面”表示与主扫描截面垂直的截面。

参照附图，图1中标号1表示例如包括半导体激光器的光源装置。标号3表示聚光透镜(准直透镜)，其将从光源装置1发出的发散光束转变为弱会聚光束。这里需要注意的是，聚光透镜3可以将入射光束转变为平行光束或发散光束，而非会聚光束。

标号2表示孔径光阑，其限制通过其的光束以对光束轮廓进行整形。标号4表示透镜***(柱透镜)，其仅在副扫描截面(副扫描方向)上具有预定屈光力。它用来在副扫描截面内将通过孔径光阑2的光束在下面要描述的光学偏转器5的偏转表面(反射表面)5a上成像为线图像。

聚光透镜3和柱透镜4可整体构成为一个光学元件(变形透镜)。

聚光透镜3、孔径光阑2和柱透镜4是入射光学***(聚光光学***)LA的部件。

标号5表示作为偏转装置的光学偏转器(多角镜)，其例如通过诸如电动机的驱动装置(未示出)沿图中箭头A的方向以恒定速度转动。

标号LB表示这样的成像光学***，其包括单片成像透镜(塑料透镜)6作为具有fθ特性的透射型成像光学元件，并包括一片反射镜7作为反射光学元件。

透射型成像光学元件例如可以包括屈光元件和衍射光学元件。然而，在本实施方式中，它全部是由屈光元件构成。

本实施方式中的反射镜7包括在主扫描方向和副扫描方向上都没有屈光力的平面反射镜。

这里，成像光学***LB可以被构造为具有多个透射型成像光学元件和多个反射型光学元件。

成像光学***LB用来将基于图像信息且由光学偏转器5扫描地偏转的光束相对于主扫描截面(主扫描方向)在感光鼓表面8(待扫描表面)上成像为一光斑。

此外，在副扫描截面内光学偏转器5的偏转表面5a与感光鼓表面8之间具有光学共轭关系，由此实现表面倾斜校正。

这里，如果光学偏转器形成有如多角镜的多个偏转表面，则这些偏转表面相对于副扫描方向具有不同的倾角。因此，通常使用表面倾斜校正光学***。

标号8表示作为扫描表面的感光鼓表面，标号9表示电动机。标号10表示电动机基座，标号11表示光学箱。标号12表示光学扫描设备。

在本实施方式中，聚光透镜3将从半导体激光器1发射的发散光束转换为弱会聚光束。然后，通过孔径光阑2对光束(光量)进行限制，然后光束入射到柱透镜4上。

在主扫描截面内，入射到柱透镜4上的平行光束毫无改变地射出透镜，然后入射到光学偏转器5的偏转表面5a上。

这里，光束入射到偏转表面5a上，使得在成像透镜6的光轴与光束的主光线之间限定的角度γ为γ＝78度。

此外，在副扫描截面内，光束被进一步会聚并在光学偏转器5的偏转表面5a上被成像为线图像(沿主扫描方向延伸的线图像)。这里，光束沿与光学偏转器5的偏转表面5a垂直的方向入射到偏转表面5a上。

然后，由光学偏转器5的偏转表面5a反射地偏转的光束通过成像透镜6，并被平面反射镜7反射。随后，光束沿与初始入射方向相反的方向再次入射到成像透镜6上。

然后，光束通过成像透镜6并在感光鼓表面8上成像为光斑形状。通过沿箭头A的方向旋转光学偏转器5，感光鼓表面8沿箭头B的方向(主扫描方向)被以恒定速度光学地扫描。

通过该过程，在作为记录介质的感光鼓表面8上执行图像记录。

在本实施方式中，如上所述，由光学偏转器5的偏转表面5a偏转的光束一次通过成像透镜6，并且在被平面反射镜7反射回之后，光束从与初始入射方向相反的方向再次通过成像透镜6。

通过该配置，在本实施方式中，使得整个***紧凑。

图2是本发明第一实施方式的主要部分在副扫描方向的截面图(副扫描截面图)。

在图2中，类似的标号指代与图1中的元件对应的元件。

在主扫描截面内，光束(偏转光束)以上述角度γ＝78度入射到偏转表面5a上。另一方面，在副扫描截面内，光束沿与偏转表面5a垂直的方向入射到偏转表面5a上。

由于光束从垂直方向入射到偏转表面5a上，所以理论上避免了由于偏转表面5a的位移偏心导致的间距不均。

此外，在如图2所示的本实施方式中，平面反射镜7被放置为在副扫描方向上相对于光学偏转器5的旋转轴倾斜β＝4度。通过这种配置，由平面反射镜7反射的光束可以在不干扰光学偏转器5的情况下被导向扫描表面8。

下表1示出了根据本实施方式的透镜形状以及光学配置。

成像透镜6在光学偏转器5侧的透镜入射表面601的子午(meridional)形状和成像透镜6在平面反射镜7侧的透镜出射表面602的子午形状由非球面形状(其可由直到十阶的函数来表示)构成。

取成像透镜6的各透镜表面与成像透镜6的光轴之间的交点为原点，并且令光轴方向为X轴，而令在主扫描截面中垂直于光轴的轴为Y轴，则对应于主扫描方向的子午方向由以下等式来表示：

$X=\frac{Y^2/R}{1+{(1-(1+K){(Y/R)}^2)}^{1/2}}+B_4{Y}^4+B_6{Y}^6+B_8{Y}^8+B_{10}{Y}^{10}$

其中，R为子午曲率半径，而K、B4、B6、B8和B10为非球面系数。

关于非球面系数B4、B6、B8和B10，在放置光学扫描设备的半导体激光器1一侧的非球面系数(B4s、B6s、B8s和B10s)与没有放置半导体激光1一侧的非球面系数(B4e、B6e、B8e和B10e)之间可以具有不同的数值。在这种情况下，可以表示相对于主扫描方向的非对称形状。

此外，将矢状(sagittal)顶点连接起来的子午线根据下面定义的函数而弯曲。这里，取偏转表面5a与入射光束的主光线之间的交点作为Z的原点。

$Z=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i{Y}^i$

此外，对应于副扫描方向的矢状方向由以下等式来表示：

$S=\frac{\frac{Z^2}{{\mathrm{Rs}}^{*}}}{1+\sqrt{1-{\left(\frac{Z}{{\mathrm{Rs}}^{*}}\right)}^2}}$

这里，S表示在包含在子午方向上的每个位置处的子午线的法线并且垂直于主扫描面的平面内限定的矢状形状。

另外，由以下等式来表示在主扫描方向上的与光轴间隔Y的位置处的副扫描方向上的曲率半径(矢状曲率半径)Rs^＊：

Rs^*＝Rs×(1+D2×Y²+D4×Y⁴+D6×Y⁶+D8×Y⁸+D10×Y¹⁰)

其中，Rs为光轴上的矢状曲率半径，而D2、D4、D6、D8和D10为矢状变化系数。

与主扫描形状一样，对于非球面系数D2、D4、D6、D8和D10，在放置光学扫描设备的半导体激光器1一侧的非球面系数(D2s、D4s、D6s、D8s和D10s)与没有放置半导体激光器1一侧的非球面系数(D2e、D4e、D6e、D8e和D10e)之间可以具有不同的数值。基于此，可以表示相对于主扫描方向的非球面形状。

在该实施方式中，如从表1中可见，成像透镜在光学偏转器5一侧的透镜入射表面601与成像透镜在平面反射镜7一侧的透镜出射表面602相对于主扫描方向的形状是根据上述一个函数确定的。

在本实施方式中，成像透镜6在光学偏转器5侧的透镜入射表面601由第一透射表面和第四透射表面构成。另一方面，平面反射镜7侧的透镜出射表面602由第二透射表面和第三透射表面构成。

在本实施方式中，光束由所有四个透镜表面折射，即，构成透镜入射表面601的第一透射表面、构成透镜出射表面602的第二透射表面、构成透镜入射表面602的第三透射表面(透镜再入射表面)以及构成透镜出射表面601的第四透射表面(透镜再出射表面)。

在本发明中，这四个表面，即，透镜入射表面(第一透射表面)601、透镜出射表面(第二透射表面)602、透镜再入射表面(第三透射表面)602以及透镜再出射表面(第四透射表面)601可由彼此独立定义的表面构成。

在这种情况下，在处于光学偏转器5侧的透镜出射表面601和处在平面反射镜7侧的透镜出射表面602上可能产生大的表面级差。特别是，如果单独优化它们在主扫描方向上的形状，将产生大的表面级差。

鉴于此，在本实施方式中，至少相对于主扫描方向，采用基于包括系数的一个函数的透镜形状。

这里应该注意的是，尽管在本实施方式中根据上述等式定义了函数，但是本发明并不限于此。

在本实施方式中，使用发出发射波长λ＝790nm的光束的红外辐射源作为光源装置1。

此外，像高Y与偏转反射角θ的比例系数κ(Y＝κθ)为κ＝120(rad/mm)。

图3是表示在本发明第一实施方式中主扫描方向和副扫描方向上的像场弯曲的曲线图。

在图3中，dm表示主扫描方向上的像场弯曲，而ds表示副扫描方向上的像场弯曲。

在图像的有效宽度(W＝220mm)中，主扫描方向上的像场弯曲为0.42mm，而副扫描方向上的像场弯曲为0.43mm。由此，可见这些像场弯曲都大大降低。

图4是表示本发明第一实施方式的fθ特性的曲线图。图4示出了通过从光束实际入射的位置减去理想像高而获得的差。

可见，偏差最大为0.396mm。尽管该值对于使用来说略微偏大，但是通过根据各像高改变图像时钟可以减小fθ特性本身。

然而，如果fθ特性的偏差太大，那么主扫描方向上光斑直径本身将改变。

在本实施方式中，fθ特性相对于对潜像的深度有影响的光斑直径处于满意的程度。

图5是例示了不同像高下光斑的截面形状的示意图。更具体来说，图5例示了在每个像高下在光斑峰值光量的2％、5％、10％、13.5％、36.8％和50％处切的截面。

一般来说，在其中光束在副扫描截面内从倾斜方向入射的光学扫描设备中，出现光斑由于波前像差畸变而旋转的现象。

在本实施方式中，通过优化透镜表面的屈光力配置、透镜的倾斜量和偏移量以及副扫描方向上子午线的弯曲量来减小这种波前像差畸变。

关于成像透镜6的倾斜量，当取偏转表面5a与入射光束的主光线之间的交点作为原点时，透镜关于坐标(16.130，0.000，1.500)在副扫描方向上倾斜δ＝3.5度，如图2中箭头所示。

图6是表示在本发明第一实施方式中到达扫描表面的扫描线弯曲的曲线图。

一般来说，在单色图像形成装置中，扫描线弯曲应该被控制到小于0.2mm。在本实施方式中，扫描线弯曲保持低至0.106mm这一理想低水平。

在上述本实施方式中，通过成像透镜6的光束被平面反射镜7折回以使其再次通过成像透镜6。利用这种配置，可以将光学扫描设备整体做得紧凑。

使整个光学扫描设备紧凑等同于缩短从图1示出的光学箱11端部到扫描表面8的距离Lb。

在本实施方式中，距离Lb＝114.8mm。由此，实现了非常紧凑的光学扫描设备。

常规上，另一方面，由于光学偏转器的驱动电动机9或驱动电动机基座板10突出光路之外，所以无法缩短距离Lb(参见图36)。

反之，根据本实施方式，这些机械元件可被置于光路内。由此，与常规结构相比，可以将该设备做得非常紧凑。

在本实施方式中，当用

来表示成像透镜6在主扫描截面内的轴向合成屈光力并且用

来表示反射镜7在主扫描截面内的轴向屈光力时，满足以下条件：

这里，成像透镜6在主扫描截面中的轴向合成屈光力是由四个光学表面的合成屈光力提供的，这四个光学表面即：由光学偏转器5的偏转表面扫描地偏转的光束入射的第一透射表面；通过第一透射表面的光束入射的第二透射表面；由平面反射镜7的反射表面反射的光束再次入射的第三透射表面602；以及通过第三透射表面602的光束再次入射的第四透射表面601。

条件表达式(1)涉及成像透镜6在主扫描截面中的轴向合成屈光力

与反射镜7在主扫描截面中的轴向合成屈光力之间的比值。

如果不满足条件表达式(1)，则反射镜7的屈光力变得太强以致由于放置误差或表面精度误差，使得性能将大大劣化，从而造成焦点位移、波前像差畸变或者fθ特性误差。这是所不希望的。

因此，即使使用曲面反射镜7来代替平面反射镜7，从制造的角度来看将屈光力比值控制在条件表达式(1)的范围内也是重要的。

本实施方式的平面反射镜7包括如上所述在主扫描方向和副扫描方向上均没有屈光力的平面反射镜。因此，存在以下关系式：

并且其满足条件表达式(1)。

此外，条件表达式(1)可以更优选地被设置如下：

在本实施方式中，通过成像透镜的光束被平面反射镜7折回，并且使用单片成像透镜以使经反射镜反射的光束再次进入成像透镜。然而，本发明并不限于一片透镜。

也就是说，在本实施方式中，可以使用两片或更多片透镜来使通过成像透镜并被平面反射镜7折回的光束再次入射到成像透镜上。

如果使用两片或更多片透镜来使光再入射到成像透镜上，则条件表达式(1)中的可定义如下。

在本实施方式中，使用单片平面反射镜以确保通过成像透镜的光束再次入射到成像透镜上。然而，本发明并不限于一片反射镜。

也就是说，在本实施方式中，可以使用两片或更多片平面反射镜以确保通过成像透镜的光束再次入射到成像透镜上。

如果使用两片或更多片平面反射镜来确保通过成像透镜的光束再次入射到成像透镜上，则条件表达式(1)中的

可定义如下。

此外，一般来说，平面反射镜7是由厚度约5mm的平板玻璃制成。由此，例如可以通过将诸如铝或铬的材料淀积在约“A4”大小的平板玻璃的表面上并且通过将该玻璃板切割成若干个细长形状的反射镜来方便地制造反射镜。

因此，不仅从降低诸如放置敏感度或表面精度敏感度的角度而且从制造的角度来看使用平面反射镜都是有利的。

此外，在本实施方式中，扫描装置被构造为使得在主扫描截面内，入射到图像端部的光束的主光线与和扫描表面8垂直的平面之间限定的角度α变小。

利用该配置，在图像端部处确保了足够的主扫描方向的焦深。

在本实施方式中，若用W(mm)来表示要由通过成像光学***LB的光束形成的在扫描表面8上沿主扫描方向的图像的有效宽度，用L(mm)来表示沿轴向光束从光学上距扫描表面8最远的一个平面反射镜7到扫描表面8的距离，并且用α(度)来表示在主扫描截面中且在入射到扫描表面8的图像端部上的光束的主光线与和扫描表面8垂直的法线之间限定的角度，则满足以下条件：

20°＜α·W/L＜100°        ...(2)

这里应当注意的是，在本说明书中，术语“光学上”还用来指“在光路展开的状态下”。

条件表达式(2)定义了用于在确保整个***紧凑的同时保证图像端部处主扫描方向上的焦深的条件。

如果超出了条件表达式(2)的下限，则光学扫描设备本身无法实现紧凑。即使不使用本实施方式的结构也可以实现那种大尺寸的光学扫描设备。因此，这是所不希望的。

如果超出了条件表达式(2)的上限，则尽管光学扫描设备本身变得足够紧凑，但是图像端部处的深度很不理想地减小很多。

如上所述，由于焦深正比于cos³α，所以如果超出条件表达式(2)的上限，则深度骤减。这是所不希望的。

在本实施方式中，角度α＝31.4度，图像的有效宽度W为W＝220mm，并且沿轴向光束从平面反射镜7到扫描表面8的距离L为L＝116.1mm。因此，存在以下关系式：

α·W/L＝59.5度

并且其满足条件表达式(2)。

此外，条件表达式(2)可以更优选地设置如下：

30°＜α·W/L＜90°     ...(2a)

此外，在本实施方式中，从紧凑和减小尺寸的角度来看，使用仅一片成像透镜6。

也就是说，光束两次通过的成像透镜6包括单片透镜。

另一方面，如果成像光学***是其中光束仅一次通过单片成像透镜的常规成像光学***，则极难实现与本实施方式相同尺寸的光学扫描设备。

尽管使用一片成像透镜6，但是本实施方式基于使光束两次通过透镜，来确保与包括两片成像透镜的成像光学***相同的宽设计灵活性。具体来说，从中间图像区域到端部图像区域，存在其中光束仅通过一次的区域(即，图1中由虚线围出的区域S)。

由于光束在轴向区域处两次通过，所以必须在考虑第一次入射光束和第二次入射光束两者的同时对透镜表面进行设计。然而，关于区域S中的透镜表面，可以仅针对由平面反射镜7折回的光束来优化。

这等同于，从中间图像区域到尤其难以进行像差校正的端部图像区域，确保了如通过使用两片成像透镜所提供的设计灵活性一样的设计灵活性。

此外，可以在光束两次通过的成像透镜6之后加上一片长透镜。更具体来说，如图7所示，可以将透镜63设置在扫描表面8与成像透镜6之间，以使得通过将副扫描方向上的屈光力集中到长透镜63可以降低成像光学***LB在副扫描方向的放大率(副扫描放大率)。

这例如在可以降低诸如由于光学偏转器的表面倾斜导致的间距不均的敏感度方面是有利的。此外，使用单片平面反射镜7并不是必须的。考虑图像形成装置主要组件的放置局限，如图7中所示，可以增加另一平面反射镜71。

在本实施方式中，另一方面，如果用β(度)来表示在副扫描截面内且在置于从光学偏转器5算起比成像透镜6更大光学距离的位置处的平面反射镜7的反射表面与光学偏转器5的旋转轴之间限定的倾角，则满足以下条件：

2°≤β≤10°        ...(5)

条件表达式(5)是规定上述倾角β的条件。如果超出了条件表达式(5)的下限，则由平面反射镜7和光学偏转器反射的光束可能不便利地彼此干扰。

此外，如果超出了条件表达式(5)的上限，则入射到成像透镜6上的光束的倾斜入射角变得太大，并且难以减小由于波前像差畸变导致的光斑的旋转或扫描线弯曲。这是所不希望的。

在本实施方式中，如上所述倾角β为β＝4度，并且其满足条件表达式(5)。

利用该配置，从图2中可见，不会发生光束与机械元件之间的干扰，此外，实现了诸如图5中示出的具有减小的波前像差的有序光斑。

此外，在本实施方式中，如果用γ(度)来表示在主扫描截面内且在从入射光学***LA发出且入射到光学偏转器5的偏转表面5a上的光束的主光线与成像光学***LB的光轴之间限定的角度，则满足以下条件：

60°≤γ≤90°             ...(6)

条件表达式(6)是规定了上述角度γ的条件。如果超出了条件表达式(6)的下限，则要入射到光学偏转器5上的入射光束可能与成像透镜6相干扰，这并非优选的。

另一方面，如果超出了条件表达式(6)的上限，则光学偏转器5可能遮蔽入射光束，这不是优选的。

在本实施方式中，如上所述，角度γ为γ＝78度，并且其满足条件表达式(6)。

利用这种配置，如从图1可见，与成像透镜6没有干扰。此外，可以方便地使用常规使用的外接半径为10mm的四面多角镜。

此外，在该实施方式中，如果用

来表示光束两次通过的成像透镜6的第一透射表面和第二透射表面的主扫描截面中的轴向合成屈光力，并用

来表示构成成像透镜6在光学偏转器5侧的透镜光入射表面601的第一透射表面的主扫描截面中的轴向屈光力，则满足以下条件：

图8是示出关于表1中示出的数值例进行的计算的结果的曲线图，其中，在固定每个透镜表面位置的同时，改变轴向曲率半径以引起的变化，并且计算三阶像差系数。

图9是基于不同状态下的轴向曲率半径的主扫描截面图，每幅图对应于没有反射镜的展开图。

在图9中的状态A至C中，透镜表面601是凹的，而透镜表面602是凸的。状态C对应于设计值的状态。在状态D中，透镜表面601是平的，而透镜表面602是凸的。

在状态E中，透镜表面601是凸的，而透镜表面602是平的。在状态F中，透镜表面601是凸的，而透镜表面602是凹的。

在图8中可见，当状态从状态A变化到状态F时，三阶像差系数值减小。

已知在成像光学***中，作为确保fθ特性的理论值，可以将三阶像差系数V设置为V＝V1＝2/3。

在状态C(设计值)中，可见

并且V＝0.679，其非常接近理论值V1。这里，

满足条件表达式(3)。

关于fθ特性，如上所述由于电子校正技术的近期发展，使得其在某种程度上的偏差不会引起任何问题。

然而，由于如果产生额外大的偏差，则主扫描方向上的光斑直径发生改变，所以必须相对于理论值将其控制到20％误差的水平，以满足以下条件表达式(a)：

0.8V1＜V＜1.2V1             ...(a)

上面的条件表达式(3)是在这种情况下得出的。

只要使透镜形状满足条件表达式(3)，就可以将三阶像差系数V的值相对于理论值保持在±20％的范围内。

在本实施方式中光束两次通过的透射型成像光学元件具有主扫描截面中的曲率符号在有效直径内反转的表面。这里，反转表面的形状面向光学偏转器5侧是凹的。

通过改变主扫描截面中的曲率符号，在确保薄厚度的同时，便于进行fθ校正以及主扫描方向上的像场弯曲校正。

此外，为了在确保薄厚度的同时也更好地进行fθ校正以及主扫描方向上的像场弯曲校正，主扫描截面中的曲率符号在有效直径内反转的表面的轴向形状可以理想地具有面向光学偏转器5侧的凹形。

如果光学偏转器5侧的透镜表面或者其相对侧的透镜表面中的任一个具有这种形状，则提供了厚度更薄的效果。当然，这两个透镜表面都可以具有这种形状。

此外，在上述实施方式中，使来自准直透镜3的光束成为弱会聚光束，由此缩短光路长度。

在本实施方式中，入射到光学偏转器5上的光束的会聚度m定义如下：

m＝1-Sk/f

其中，Sk是在主扫描截面中从成像光学***LB的后主平面到扫描表面8的距离(mm)，而f是成像光学***LB在主扫描截面中的焦距(mm)。

图10例示了成像光学***中除去反射镜的展开图(主扫描截面图)。在图10中，类似的标号分配给与图1中的元件对应的元件。

如果平行光束入射到偏转表面5a上，那么Sk＝f并且会聚度为m＝0。如果0＜m，则提供会聚光束。如果m＜0，则提供发散光束。如果m＝1，则提供被称为后物镜类型的光学扫描设备。

此外，如果1＜m，则成像光学***LB的焦距f变为负，从而在假设没有成像光学***LB的情况下入射光束的聚焦点将从扫描表面8移向光学偏转器5侧。

尽管通过使会聚度m更强可以更为缩短光路长度，但是如果会聚度太强，则出现由于偏转表面5a的移位偏心误差导致的主扫描方向上的抖动问题。

在本实施方式中，将会聚度m设置为满足以下条件：

-0.1＜m＜0.5            ...(4)

条件表达式(4)是规定了会聚度m的条件。如果超出了条件表达式(4)的下限，则光路长度变长，并且难以使得光学扫描设备本身紧凑。这是所不希望的。

如果超出了条件表达式(4)的上限，则由于偏转表面的移位偏心误差不希望地产生大的主扫描抖动。

本实施方式中的会聚度m为m＝0.118，并且其满足条件表达式(4)。

更优选地，上述条件表达式(4)更好地被设置如下：

-0.05＜m＜0.3            ...(4a)

图11是例示了当偏转表面的移位偏心误差给定为10μm时主扫描方向上的抖动的曲线图。

如从图11可见，主扫描方向上的抖动的最大幅度为3.7μm，并且已经被控制为不会导致问题的满意水平。

尽管已经参照其中使用具有多个偏转表面的多角镜(光学偏转器)的示例描述了本实施方式，但是近来正在尝试对其中单个偏转表面被振荡的谐振型光学偏转器进行各种开发。

通过使用这种谐振型光学偏转器，可以避免诸如由于之前描述的表面倾斜导致的间距不均或者由于平面偏心导致的主扫描抖动问题。

由此，当结合谐振型光学偏转器使用本实施方式时，本实施方式的有益效果将更加显著。

如果使用仅一个透射型成像光学元件来构成成像光学***LB，则结构非常简单。另一方面，可以使用两个或更多个成像光学元件(包括透射型和反射型)来构成成像光学***LB。

此外，可以使用两个或更多个透射型成像光学元件2，光束两次通过其中每一个。这使得像差校正更容易。

[实施方式2]

图12是本发明第二实施方式的主要部分在主扫描方向上的截面图(主扫描截面图)。

图13是本发明第二实施方式的主要部分在副扫描方向上的截面图(副扫描截面图)。

在图12和图13中，类似的标号被分配给与图1和图2中的元件相对应的元件。

本实施方式不同于第一实施方式之处在于，为了进一步紧凑，加宽了扫描视场角。

其他结构和光学功能与第一实施方式中的类似，并且获得类似的有益效果。

另外在本实施方式中，与上述第一实施方式类似，入射光束被设置为使得在主扫描截面中且在成像透镜6的光轴与入射到偏转表面5a上的光束的主光线之间限定的角度γ为γ＝78度。

此外，如从图13中可见，平面反射镜7在副扫描方向上相对于光学偏转器5的旋转轴倾斜β＝4度。

接下来，表2中示出了根据本实施方式的透镜形状以及光学配置。

这里使用的非球面表达式与上述第一实施方式中的相同。

在本实施方式中，如表2中所示，根据上述单个函数来限定成像透镜6在光学偏转器5侧的透镜入射表面601以及成像透镜6在平面反射镜7侧的透镜出射表面602中的每一个相对于主扫描方向的形状。

利用该配置，获得了与上述第一实施方式类似的有益效果。

在本实施方式中，与上述第一实施方式类似，使用发出发射波长为λ＝790nm的光束的红外光源作为光源装置1。

此外，像高Y与偏转反射角θ的比例系数κ(Y＝κθ)为κ＝100(rad/mm)。

图14是表示在本发明第二实施方式中主扫描方向和副扫描方向上的像场弯曲的曲线图。

在图像的有效宽度(W＝220mm)内，主扫描方向上的像场弯曲为0.50mm，而副扫描方向上的像场弯曲为0.76mm。由此，可见这些弯曲都大大降低。

图15是表示本发明第二实施方式的fθ特性的曲线图。图15示出了通过从光束实际入射的位置减去理想像高而获得的差。

可见，最大偏差为0.761mm。尽管该值对使用来说略微偏大，但是通过根据各像高改变图像时钟可以减小fθ特性本身。

然而，如果fθ特性的偏差太大，那么主扫描方向上光斑直径本身将改变。

在本实施方式中，fθ特性相对于对潜像的深度有影响的光斑直径处于满意的程度。

图16是例示了不同像高下光斑的截面形状的示意图。更具体来说，图16例示了在每个像高下在光斑峰值光量的2％、5％、10％、13.5％、36.8％和50％处切的截面。

一般来说，在其中光束在副扫描截面内从倾斜方向入射的光学扫描设备中，出现光斑由于波前像差畸变而旋转的现象。

在本实施方式中，通过优化透镜表面的屈光力配置、透镜的倾斜量和偏移量以及副扫描方向上子午线的弯曲量来减小这种波前像差畸变。

关于成像透镜6的倾斜量，当取偏转表面5a与入射光束的主光线之间的交点作为原点时，透镜关于坐标(12.900，0.200，1.350)在副扫描方向上倾斜δ＝5.5度，如图13中箭头所示。

图17是表示在本发明第二实施方式中到达扫描表面的扫描线弯曲的曲线图。

一般来说，在单色图像形成装置中，扫描线弯曲应该被控制到小于0.2mm。

在本实施方式中，扫描线弯曲为无法直接使用的0.449mm。

然而，近来甚至关于副扫描方向上的位置偏差(扫描线倾斜或扫描线弯曲)，也可以通过对于每个图像高度沿副扫描方向移位图像数据来进行校正。

此外，甚至可以通过弯曲诸如反射镜的光学元件来校正扫描线弯曲。

在上述本实施方式中，通过成像透镜6的光束被平面反射镜7折回以使其再次通过成像透镜6。利用这种配置，可以将光学扫描设备整体做得紧凑。

在本实施方式中，从图12示出的光学箱11的端部到扫描表面8的距离Lb为Lb＝88.9mm。由此，实现了比第一实施方式中的光学扫描设备更紧凑的光学扫描设备。

本实施方式中的平面反射镜7包括如上所述在主扫描方向和副扫描方向上均没有屈光力的平面反射镜。因此，存在以下关系式：

并且其满足条件表达式(1)。

此外，在本实施方式中，在主扫描截面内且在入射到图像端部上的光束的主光线与和扫描表面8垂直的平面之间限定的角度α为α＝35.5度。另外，图像的有效宽度W为W＝220mm，并且沿轴向光束从平面反射镜7到扫描表面8的距离L为L＝89.9mm。因此，存在以下关系式：

α·W/L＝86.9

并且其满足条件表达式(2)。

在本实施方式中，如上所述，在副扫描截面内的倾角β为β＝4度，并且其满足关系表达式(5)。

利用该配置，如从图13中可见，不会发生光束与机械元件之间的干扰，此外，实现了诸如图16中示出的具有减小的波前像差的有序光斑。

此外，在上述本实施方式中，在从入射光学***LA发出的光束的主光线与成像光学***LB的光轴之间限定的角度γ为γ＝78度。其满足条件表达式(6)。

利用这种配置，如从图12可见，与成像透镜6没有干扰。此外，可以方便地使用常规使用的外接半径为10mm的四面多角镜。

此外，在本实施方式中，如在上述第一实施方式中一样，组成部分被设置为满足条件表达式(3)。

图18是示出对于表2中示出的数值例进行的计算的结果的曲线图，其中，在固定每个透镜表面位置的同时，改变轴向曲率半径引起

的变化，并且计算三阶像差系数。

图19是基于不同状态下的轴向曲率半径的主扫描截面图，每幅图对应于没有反射镜的展开图。

在图19的状态A至C中，透镜表面601是凹的，而透镜表面602是凸的。状态C对应于设计值的状态。

在状态D中，透镜表面601是平的，而透镜表面602是凸的。

在状态E中，透镜表面601是凸的，而透镜表面602是平的。

在状态F中，透镜表面601是凸的，而透镜表面602是凹的。

在图18中可见，随着状态从状态A变化到状态F，三阶像差系数值减小。

已知在成像光学***中，作为确保fθ特性的理论值，可以将三阶像差系数V设置为V＝V1＝2/3。

在状态C(设计值)中，可见

并且V＝0.67，其非常接近理论值V1。这里，满足条件表达式(3)。

此外，在本实施方式中，与上述第一实施方式类似，使来自准直透镜3的光束成为弱会聚光束，由此缩短光路长度。

本实施方式中的会聚度m为m＝0.248，并且其满足条件表达式(4)。

图20是例示了当偏转表面的移位偏心误差给定为10μm时主扫描方向上的抖动的曲线图。

如从图20可见，主扫描方向上的抖动的最大幅度为8.7μm，并且已经被控制为不会导致问题的满意水平。

图21是其中在应用于彩色图像形成装置时根据本发明第二实施方式的光学扫描设备设置在光学偏转器(多角镜)5的相对两侧的副扫描截面图。

在图21中，已经被光学偏转器5偏转地反射的偏转光束通过成像透镜6，之后由平面反射镜7A折回以使其沿反向再次通过成像透镜6。

通过成像透镜6的光束被平面反射镜7B向上折回，并被引导至作为待扫描表面的感光鼓8(Y、M、C、Bk)。

利用这一结构，可以缩短从感光鼓8到光学扫描设备(光学箱11)的距离，并且实现了进一步紧凑。

[实施方式3]

图22是本发明第三实施方式的主要部分在主扫描方向上的截面图(主扫描截面图)。

图23是本发明第三实施方式的主要部分在副扫描方向上的截面图(副扫描截面图)。

在图22和图23中，类似的标号被分配给与图1和图2中的元件相对应的元件。

本实施方式不同于第一实施方式之处在于，成像透镜在光学偏转器侧的表面形成有如下形状，该形状使得副扫描截面中的折光力在由偏转表面偏转的光束通过的位置与由平面镜折回的光束通过的位置之间不同。

其他结构和光学功能与第一实施方式中的类似，并且基于此可获得类似的有益效果。

更具体来说，图中标号16表示其透镜表面601被分为透镜入射表面601A(第一透射表面)和透镜再出射表面601B(第四透射表面)的成像透镜。它们在副扫描截面内的形状由彼此不同的多阶复曲表面定义。

在本实施方式中，入射光束被设置为使得在主扫描截面内且在成像透镜6的光轴与入射到偏转表面5a上的光束的主光线之间限定的角度γ为γ＝70度。

此外，在本实施方式中，如从图23可见，平面反射镜7在副扫描方向上相对于光学偏转器5的旋转轴倾斜β＝4.5度。

接下来，表3和表4中示出了根据本实施方式的透镜形状和光学配置。

表3：设计数据

这里使用的非球面表达式与上述第一实施方式中的类似。

在本实施方式中，如表3和表4中所示，由在副扫描截面内具有不同折光力的形状来限定成像透镜16在光学偏转器5侧的透镜入射表面601A和透镜再出射表面601B。

然而，光入射表面601A和透镜再出射表面601B两者在主扫描截面中具有相同的形状(相同的折光力)。因此，在透镜表面上没有大的表面级差。

与第一实施方式和第二实施方式类似，根据上述单个函数来限定成像透镜16在平面反射镜7侧的透镜出射表面602相对于主扫描方向的形状。

在本实施方式中，与上述第一实施方式类似，使用发出发射波长为λ＝790nm的光束的红外光源作为光源装置1。

此外，像高Y与偏转反射角θ的比例系数κ(Y＝κθ)为κ＝180(rad/mm)。

图24是表示在本发明第三实施方式中的主扫描方向和副扫描方向上的像场弯曲的曲线图。

在图像的有效宽度(W＝220mm)内，主扫描方向上的像场弯曲为0.29mm，而副扫描方向上的像场弯曲为0.07mm。由此，可见这些像场弯曲已大大降低。

图25是表示本发明第三实施方式的fθ特性的曲线图。图25示出了通过从光束实际入射的位置减去理想像高而获得的差。可见，最大偏差为0.248mm。

尽管该值对使用来说略微偏大，但是通过根据各像高改变图像时钟可以减小fθ特性本身。

然而，如果fθ特性的偏差太大，那么主扫描方向上光斑直径本身将改变。

在本实施方式中，fθ特性相对于对潜像的深度有影响的光斑直径处于满意的水平。

图26是例示了不同像高下光斑的截面形状的示意图。更具体来说，图26例示了在每个像高下在光斑峰值光量的2％、5％、10％、13.5％、36.8％和50％处切的截面。

一般来说，在其中光束在副扫描截面内从倾斜方向入射的光学扫描设备中，出现光斑由于波前像差畸变而旋转的现象。

在本实施方式中，通过优化透镜表面的屈光力配置、透镜的倾斜量和偏移量以及副扫描方向上子午线的弯曲量来减小这种波前像差畸变。

关于成像透镜16的倾斜量，当取偏转表面5a与入射光束的主光线之间的交点作为原点时，透镜关于坐标(27.150，0.300，0.000)在副扫描方向上倾斜δ＝9.7度，如图23中箭头所示。

图27是表示在本发明第三实施方式中到达扫描表面的扫描线弯曲的曲线图。

一般来说，在单色图像形成装置中，扫描线弯曲应该被控制到小于0.2mm。

在本实施方式中，扫描线弯曲被保持低至0.024mm这一理想低水平。

在上述本实施方式中，通过成像透镜16的光束被平面反射镜7折回以使其再次通过成像透镜16。利用这种配置，可以将光学扫描设备整体做得紧凑。

在本实施方式中，在使用六面多角镜时，从图22示出的光学箱11的端部到扫描表面8的距离Lb为Lb＝163.2mm，并且类似于上述第一实施方式，实现了非常紧凑的光学扫描设备。

如在第一实施方式和第二实施方式中一样，本实施方式中的平面反射镜7包括在主扫描方向和副扫描方向上均没有屈光力的平面反射镜。因此，存在以下关系式：

并且其满足条件表达式(1)。

此外，在本实施方式中，在主扫描截面中且在入射到图像端部上的光束的主光线与垂直于扫描表面8的平面之间限定的角度α为α＝24.4度。另外，图像的有效宽度W为W＝220mm，并且沿轴向光束从平面反射镜7到扫描表面8的距离L为L＝165.0mm。因此，存在以下关系式：

α·W/L＝32.5

并且其满足条件表达式(2)。

在本实施方式中，如上所述在副扫描截面内的倾角β为β＝4.5度，并且其满足关系表达式(5)。

利用该配置，如从图23中可见，不会发生光束与机械元件之间的干扰，此外，实现了诸如图26中示出的具有减小的波前像差的有序光斑。

此外，在上述本实施方式中，在从入射光学***LA发出的光束的主光线与成像光学***LB的光轴之间限定的角度γ为γ＝70度。其满足条件表达式(6)。

利用这种配置，如从图22可见，与成像透镜6没有干扰。此外，可以方便地使用常规使用的外接半径为20mm的六面多角镜。

此外，在本实施方式中，如在上述第一实施方式中一样，元件被设置为满足条件表达式(3)。

图28是示出关于表3或表4中示出的数值例进行的计算的结果的曲线图，其中，在固定每个透镜表面位置的同时，改变轴向曲率半径引起

的变化，并且计算三阶像差系数。

图29是基于不同状态下的轴向曲率半径的主扫描截面图，每幅图对应于没有反射镜的展开图。

在图29的状态A至C中，透镜表面601是凹的，而透镜表面602是凸的。状态C对应于设计值的状态。

在状态D中，透镜表面601是平的，而透镜表面602是凸的。

在状态E中，透镜表面601是凸的，而透镜表面602是平的。

在状态F中，透镜表面601是凸的，而透镜表面602是凹的。

在图28中可见，随着状态从状态A变化到状态F，三阶像差系数值减小。

已知在成像光学***中，作为确保fθ特性的理论值，可以将三阶像差系数V设置为V＝V1＝2/3。

在状态C(设计值)中，可见

并且V＝0.725，其非常接近理论值V1。这里，

满足条件表达式(3)。

此外，在本实施方式中，与上述第一实施方式类似，使来自准直透镜3的光束成为弱会聚光束，由此缩短光路长度。

本实施方式中的会聚度m为m＝0.239，并且其满足条件表达式(4)。

图30是例示了当偏转表面的移位偏心误差给定为10μm时主扫描方向上的抖动的曲线图。

如从图30可见，主扫描方向上的抖动的最大幅度为5.3μm，并且已经被控制为不会导致问题的满意水平。

随后，将说明在本实施方式中使用的多阶复曲表面。

图31是成像透镜16周围的副扫面截面图。

光学偏转器5侧(未示出)的表面601被设置为分别具有不同形状的上表面601A(第一透射表面)和下表面601B(第四透射表面)，副扫面截面中的屈光力更多地被分配到表面601B侧。由此，试图减小成像光学***LB的副扫描放大率。

在本实施方式中，光学偏转器5侧的表面而非平面反射镜7侧的表面是由多阶复曲表面形成的原因在于，如图31中所示，由光学偏转器5偏转的光束与由平面反射镜7折回的光束之间的距离很大。

副扫描方向上的边缘光线之间的距离为1.16mm，它们与透镜表面601A和透镜表面601B之间的边界点分别隔开约0.5mm。

即使考虑光学元件的放置误差或者在透镜表面模塑期间产生的独特特性的影响，约0.5mm的间隔都足以避免问题。

然而，关于平面反射镜7侧的表面，边缘光线之间的距离为0.5mm或更小。因此，从制造的角度来说难以在这一侧提供多阶复曲表面。

因此，仅光学偏转器5侧的表面被形成为多阶复曲表面，由此改善了设计灵活性。

图32是其中在应用于彩色图像形成装置时根据本发明第三实施方式的光学扫描设备设置在光学偏转器(多角镜)5的相对两侧的副扫描截面图。

在图32中，类似的标号被分配给与图21中的元件相对应的元件。

在图32中，本示例不同于图21中例示的彩色图像形成装置之处在于，使用仅一个光学箱11来减少结构元件的数量。

其他结构和光学功能与图21中的彩色图像形成装置的类似，并且可获得类似的有益效果。

在图32中示出的彩色图像形成装置中，已经被光学偏转器5偏转地反射的偏转光束通过成像透镜16，之后由平面反射镜7A折回以使其沿反向再次通过成像透镜16。

通过成像透镜16的光束被平面反射镜7B向上折回，并被引导至作为待扫描表面的感光鼓8(Y、M、C、Bk)。

利用这一结构，可以缩短从感光鼓8到光学扫描设备(光学箱11)的距离，并且实现了进一步紧凑。

[图像形成装置的实施方式]

图33是根据本发明实施方式的图像形成装置的主要部分在副扫描方向上的示意截面图。图中统标为104的是图像形成装置。

图像形成装置104例如从诸如个人计算机的外部机器117接收提供给其的代码数据Dc。然后通过该装置内的打印机控制器111将该代码数据Dc转换为图像数据(点数据)Di。

然后将该图像数据Di输入到根据前述任一实施方式构造的光学扫描单元100。光学扫描单元100产生根据图像数据Di调制的光束103，并且利用该光束103，在主扫描方向上扫描感光鼓101的感光表面。

通过电动机115顺时针旋转作为静电潜像承载元件(感光元件)的感光鼓101。通过该旋转，感光鼓101的感光表面相对于光束103沿与主扫描方向垂直的副扫描方向移动。

仅设置在感光鼓101上方的是充电辊102，该充电辊102与感光鼓表面接触从而均匀地对鼓表面充电。一旦感光鼓101表面被充电辊102充电，则投射正在由光学扫描单元100扫描的光束103。

如上所述，根据图像数据Di调制了光束103。通过利用该光束103照射感光鼓101，在感光鼓101表面上形成静电潜像。由此形成的静电潜像然后利用显影装置107被显影为调色剂图像，该显影装置107相对于感光鼓101的旋转方向被设置在光束103的照射位置下游的位置处，并且与感光鼓101相接触。

利用与感光鼓101相对设置的转印辊108，将由此通过显影装置107显影的调色剂图像转印到感光鼓101下面的转印纸(转印材料)112上。

转印纸112被容纳在感光鼓前面(从图15中看在右手侧)的纸盒109中，但是也可以手动送纸。在纸盒109的端部处有一送纸辊110，用以将盒109中的每张纸112提供到送纸路径。

未定影调色剂图像按照上述方式被转印到其上的纸张112被传送到感光鼓101后面(从图15中看在左手侧)的定影装置。该定影装置包括具有内置定影加热器(未示出)的定影辊113和放置为与定影辊113压接的加压辊114。从图像转印台提供的转印纸112在定影辊113与加压辊114之间的压接区域处的压力下被加热，由此使转印纸112上的未定影调色剂图像定影于其上。

在定影辊113后面，有用于将图像定影纸张112排放出图像形成装置的纸张排放辊116。

尽管图33中未示出，但是打印机控制器111具有除了上述数据转换功能之外的多种功能，例如，用于控制电动机115或者图像形成装置内的任何其他元件以及光学扫描单元(稍后对其进行描述)内的多角镜电动机。

对于要在本发明中使用的图像形成装置的记录密度没有特殊限制。然而，由于记录密度越高，要求的图像质量越高，根据本发明第一和第二实施方式的结构在被引入到分辨率为1200dpi或更高的图像形成装置中时将更为有效。

[彩色图像形成装置的实施方式]

图34是根据本发明实施方式的彩色图像形成装置的主要部分的示意图。本实施方式致力于提供一种级联式彩色图像形成装置，其中四个光学扫描设备被设置为在彼此平行的对应感光鼓(图像承载元件)的表面上记录图像数据。

在图34中，统标为60的是彩色图像形成装置，标号91、92、93和94是具有根据任一前述实施方式的结构的光学扫描设备。标号21、22、23和24分别是感光鼓(图像承载元件)，标号31、32、33和34分别是显影装置。标号51是传送带。

尽管图34中未示出，但是图像形成装置还包括用于将由显影装置显影的调色剂图像转印到转印材料的转印装置以及用于将转印调色剂图像定影到转印纸上的定影装置。

在图34中，彩色图像形成装置60例如从诸如个人计算机的外部机器52接收提供给其的R(红色)、G(绿色)以及B(蓝色)的颜色信号。通过图像形成装置内的打印机控制器53将这些颜色信号转换为与C(青色)、M(品红)、Y(黄色)以及B(黑色)对应的图像数据(点数据)。

将这些图像数据分别输入到光学扫描设备91、92、93和94。响应于此，这些光学扫描设备生成已根据相关联的图像数据调制的光束41、42、43和44。通过这些光束，沿主扫描方向扫描感光鼓21、22、23和24的感光表面。

在本实施方式的彩色图像形成装置中，设置有四个光学扫描设备91、92、93和94，它们分别对应于颜色C(青色)、M(品红)、Y(黄色)以及B(黑色)。这些扫描装置可彼此平行地操作，以将图像信号分别记录在感光鼓21、22、23和24的表面上，使得可以高速地打印彩色图像。

正如所述，本实施方式的彩色图像形成装置使用四个光学扫描设备91、92、93和94，来通过利用基于各图像数据的光束分别在相应感光鼓21、22、23和24的表面上生成不同颜色的潜像。之后，将这些图像叠印在记录纸上，由此在其上产生单个全色图像。

关于外部机器52，例如可以使用带有CCD传感器的彩色图像读取器。在这种情况下，该彩色图像读取器和彩色图像形成装置60将提供彩色数字复印机。

尽管参照本文公开的结构描述了本发明，但是本发明并不限于所描述的细节，并且本申请旨在覆盖可能落入以下权利要求书的改进用途或范围内的那些修改或变化。

Claims (15)

1.一种光学扫描设备，该光学扫描设备包括：

光源装置；

偏转装置，具有偏转表面；

入射光学***，被配置为将从所述光源装置发射的光束导向所述偏转装置上；

成像光学***，被配置为将由所述偏转装置的偏转表面扫描地偏转的光束成像在待扫描表面上，所述成像光学***具有至少一个透射型的成像光学元件；以及

至少一个反射型光学元件，其具有反射表面并被放置在所述透射型的成像光学元件与待扫描表面之间的光路上；

其中，所述透射型的成像光学元件具有第一至第四透射表面，并被配置为使得由所述偏转装置的偏转表面扫描地偏转的光束按照从第一透射表面到第二透射表面的顺序通过所述透射型的成像光学元件，并且在被所述反射型光学元件的反射表面反射之后，该光束随后按照从第三透射表面到第四透射表面的顺序再次通过所述透射型的成像光学元件，

其中光束再次通过的所述透射型的成像光学元件的透射表面在主扫描截面内具有轴向合成屈光力

同时所述反射型光学元件的反射表面在主扫描截面内具有轴向合成屈光力

所述轴向合成屈光力满足以下关系式：

并且，

其中光束再次通过的所述成像光学元件的在主扫描截面内的轴向合成屈光力包括四个光学表面的合成屈光力，所述四个光学表面包括被所述偏转装置的偏转表面扫描地偏转的光束入射到其上的第一透射表面、通过第一透射表面的光束入射到其上的第二透射表面、由所述反射型光学元件的反射表面反射的光束入射到其上的第三透射表面以及通过第三透射表面的光束入射到其上的第四透射表面。

2.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，所述反射型光学元件由平面反射镜构成。

3.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，当用以毫米为单位的W表示待扫描表面上的图像在主扫描方向上的有效宽度，用以毫米为单位的L表示从距待扫描表面光学上最远的所述反射型光学元件到待扫描表面的距离，并且用以度为单位的α表示在主扫描截面内且在入射到待扫描表面上的图像端部上的光束的主光线与垂直于待扫描表面的法线之间限定的角度时，满足以下关系式：

20°＜α·W/L＜100°。

4.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，所述光学扫描设备仅具有光束再次通过的一个透射型的成像光学元件。

5.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，光束再次通过的所述透射型的成像光学元件在偏转装置侧的表面具有关于副扫描截面的不同屈光力，该屈光力在由所述偏转装置的偏转表面偏转的光束通过的位置与由所述反射型光学元件的反射表面反射的光束通过的位置之间不同。

6.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，光束再次通过的所述透射型的成像光学元件的第一透射表面和第四透射表面在主扫描截面中具有相同的形状，并且其中，所述透射型的成像光学元件的第二透射表面和第三透射表面在主扫描截面中具有相同的形状。

7.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，光束再次通过的所述透射型的成像光学元件的第一透射表面和第二透射表面在主扫描截面中具有轴向合成屈光力

而光束再次通过的所述透射型的成像光学元件的第一透射表面在主扫描截面中具有轴向屈光力

并且其中满足以下关系式：

8.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，光束再次通过的所述透射型的成像光学元件具有主扫描截面中的曲率符号在有效直径内被反转的透射表面。

9.根据权利要求8所述的光学扫描设备，其中，所述透射型的成像光学元件的曲率符号被反转的透射表面具有向偏转装置侧凸出的轴向形状。

10.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，当用以毫米为单位的Sk表示主扫描截面中从所述成像光学***的后主平面到待扫描表面的距离，用以毫米为单位的f表示所述成像光学***在主扫描截面内的焦距，并且m＝1-Sk/f时，满足以下关系式：

-0.1＜m＜0.5。

11.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，在副扫描截面内，来自所述入射光学***的光束垂直入射到所述偏转装置的偏转表面上。

12.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，当用以度为单位的β表示在副扫描截面内且在所述偏转装置的旋转轴与所述反射型光学元件的所述反射表面之间限定的角度时，满足以下关系式：

2°≤β≤10°。

13.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，当用以度为单位的γ表示在主扫描截面中且在所述成像光学***的光轴与入射到所述偏转装置的偏转表面上的光束的主光线之间限定的角度时，满足以下关系式：

60°≤γ≤90°。

14.一种图像形成装置，该图像形成装置包括：

如权利要求1至13中任一项所述的光学扫描设备；

感光材料，放置在待扫描的扫描表面上；

显影装置，用于对通过由所述光学扫描设备扫描的光束形成在所述感光材料上的静电潜像进行显影，从而生成调色剂图像；

转印装置，用于将经显影的调色剂图像转印到转印材料上；以及

定影装置，用于将经转印的调色剂图像定影在转印材料上。

15.一种图像形成装置，该图像形成装置包括：

如权利要求1至13中任一项所述的光学扫描设备；和

打印机控制器，用于将从外部机器提供的代码数据转换成图像信号，并将该图像信号输入到所述光学扫描设备。

Images