CN1774660A - 光扫描装置及图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明的光扫描装置具备半导体激光器(1)、对半导体激光器(1)发出的光束进行扫描的多面镜(7)、在偏转反射面上形成其宽度比多面镜(7)的一个偏转反射面在主扫描方向上的宽度大的线状像的第一成像光学***、以及配置于多面镜(7)与被扫描面(9)之间，由一片曲面镜(8)构成的第二成像光学***。第一成像光学***由使半导体激光器1发出的光束在主扫描方向上成为发散光，且在副扫描方向上成为会聚光的第一转换光学***(5)、以及在主扫描方向上具有正折射能力的第二转换光学***(第三透镜)(6)构成。

Description

光扫描装置及图像形成装置

                              技术领域

本发明涉及用于在例如激光打印机、激光传真机、数字式复印机等图像形成装置等中进行图像写入等的光扫描装置以及具备该装置的图像形成装置。

                              背景技术

激光打印机等中使用的许多扫描装置，由作为光源的半导体激光器、旋转多面镜、为了修正旋转多面镜的镜面歪斜而使来自光源的光束以线状成像于旋转多面镜上的第一成像光学***、以及将来自旋转多面镜的光束引向被扫描面，使其在被扫描面上以等速度成像为均匀的光点的第二成像光学***构成。

以往的许多光扫描装置，是将主扫描方向的有效开口配置于多面镜跟前，在多面镜的偏转反射面上形成其宽度比该反射面的主扫描方向上的宽度小的线性图像的部分区域型光扫描装置。但是，部分区域型的光扫描装置中，如为了扫描高速化而增加多面镜的面数，就必须加大多面镜的内径。但是，加大多面镜的内径会导致多面镜大型化，而且，需要很大的力来驱动多面镜的旋转。因此加大多面镜的内径是有一定限度的。因此，部分区域型光扫描装置存在难以实现扫描高速化的问题。因此，近年来，提出了形成宽度大于多面镜反射面的面宽度的线性图像，以多面镜的反射面作为主扫描方向的有效开口的全区域型光扫描装置的技术方案(例如参见专利文献1和专利文献2)。

专利文献1：日本特开平9-304720号公报

专利文献2：日本特开2000-19443号公报

                              发明内容

但是，在专利文献1公开的光扫描装置中，第二成像光学***使用昂贵的玻璃fθ透镜，因此存在低成本化上有困难的问题。而专利文献2公开的光扫描装置由于使用树脂透镜，存在温度变化引起的性能劣化大的问题。

本发明鉴于上述存在问题，其目的在于，在全区域型光扫描装置中，谋求装置的低成本化并防止温度变化引起的性能劣化，同时实现光利用效率的提高和周边光量比的提高。

本发明的光扫描装置，其特征在于，具备：射出光束的光源，具有多个偏转反射面、使所述光源发出的光束在主扫描方向上扫描的旋转多面镜(polygonmirror)，配置于所述光源和所述旋转多面镜之间、在所述旋转多面镜的偏转反射面上形成线性图像的的第一成像光学***，以及由曲面镜构成、使所述旋转多面镜所反射的光束成像于被扫描面上的第二成像光学***；所述第一成像光学***具备使光源发出的光束在主扫描方向上成为发散光、在副扫描方向上成为会聚光的第一转换光学***，以及在主扫描方向上具有正折射能力的第二转换光学***。

利用这种结构，第二成像光学***不必采用玻璃制的fθ透镜，因此能够降低装置成本。而且由于使用由温度变化引起的性能劣化小的1片曲面镜，因此，能够防止温度变化引起的性能劣化。又能够使光利用效率和周边光量比都实现良好的性能。

较好的是，所述第一成像光学***和所述第二成像光学***配置在与主扫描方向垂直的副扫描方向上的不同位置上。

较好的是，所述第一成像光学***和第二成像光学***设置成这样的位置关系，它能够使得所述第一成像光学***发出的光束倾斜入射于包含所述旋转多面镜的偏转反射面的法线且与主扫描方向平行的面，所述旋转多面镜发出的光束倾斜入射于包含所述曲面镜顶点上的法线，而且与主扫描方向平行的面(即YZ面)。

较好的是，所述线性图像具有比所述旋转多面镜的偏转反射面在主扫描方向上的宽度大的宽度。

较好的是，所述第二成像光学***的副扫描方向上的成像倍率记为βs2时，满足下述条件式(1)：

0.7＜βs2＜2.6                            ……(1)

在本发明的光扫描装置中，光束朝着所述旋转多面镜的偏转反射面，与副扫描方向成倾斜地入射(入射角θP)。因此，在所述旋转多面镜的各面与旋转中心轴之间的距离有偏差(亦即面偏差Δrp)的情况下，在所述被扫描面的副扫描方向上的扫描位置上会发生偏差(亦即颤动ΔXi1)。该面偏差引起的颤动(jitter)ΔXi1如下式(27)所示，即

ΔXi1＝2·Δrp·sinθP·βs2          ……(27)

又，在所述偏转反射面与所述被扫描面以偏离副扫描方向上的共轭关系的状态(ΔZd)配置的情况下，由于所述旋转多面镜的各面在副扫描方向上的倾斜(亦即面歪斜角φp)，在所述被扫描面的副扫描方向上的扫描位置会发生偏差(颤动ΔXi2)。该面歪斜引起的颤动ΔXi2如下述式(28)所示，即

ΔXi2＝ΔZd·tan(2·φp/βs2)          ……(28)

而且，一旦超过条件式(1)的上限，起因于面歪斜的颤动ΔXi1就变大。一旦超过下限，起因于面歪斜的颤动ΔXi2就变大。反过来说，通过使条件式(1)得到满足，能够把颤动ΔXi1和ΔXi2抑制于比较小的数值。

而且，一旦满足以下所述的条件式(2)，就能够把各颤动的发生抑制于更小的程度。

0.95＜βs2＜2.0                             ……(2)

也可以把所述曲面镜的沿着副扫描方向的剖面形状做成圆弧状，将所述曲面镜做成比较容易加工或测量的形状。此外，还可以使所述曲面镜为制成修正了因倾斜入射而产生的扫描线弯曲的形状。可以使所述曲面镜相对于YZ面为非对称形状。此外，可以使所述曲面镜的反射面具有所述YZ面与所述反射面相交的曲线(即母线)上的顶点以外的各点的法线不包含于所述YZ面上的扭转形状。还可以使得母线上的各点的法线与所述YZ面形成的角度越往所述反射面的周边越大。又，在所述曲面镜反射的光束相对于所述偏转反射面发出的入射光所形成的角度为正方向的情况下，可以使得所述母线上的各点的法线与所述YZ面形成的角度的方向为正方向。

这样，能够使光学***形成简单的结构，并能够在修正因光束的倾斜入射而引起的光线的像差的同时，修正扫描线的弯曲。

又，所述曲面镜可以是顶点上的主扫描方向的曲率半径与副扫描方向的曲率半径不同的变形镜(anamorphic mirror)。所述曲面镜的反射面可以在主扫描方向和副扫描方向两个方向上均为凹状。所述曲面镜的反射面上的副扫描方向的折射能力可以在主扫描方向的中心部和周边部有所变化。此外，所述曲面镜沿着副扫描方向的剖面曲率半径可以与沿主扫描方向的剖面形状无关。

这样，主扫描方向和副扫描方向的像面位置与像面弯曲能够达到比较合适的程度或实现最佳化。

又，本发明的光扫描装置，在所述第二转换光学***的射出面与所述偏转反射面的距离记为D3、所述偏转反射面的法线与所述第一成像光学***发出的光束的光轴所形成的角度记为θP、所述第一成像光学***的副扫描方向的成像倍率记为βs1、所述光源部侧的副扫描方向有效Fno记为Fs时，最好满足下述条件式(3)。下式表示射入旋转多面镜之前的光束与反射后的光束之间的间隔，下式的值如果过大，则整个装置变大，因偏差引起的颤动就成问题，下式的值如果过小，则第二转换光学***的配置会变得困难。

1＜D3·tan[2·θP-sin^-1{1/(Fs·βs1)}]＜10     ……(3)

而式(4)表示更加合适的配置条件。

2＜D3·tan[2·θP-sin^-1{1/(Fs·βs1)}]＜6      ……(4)

又，本发明的另一光扫描装置，具备：射出光束的光源部，具有多个偏转反射面、使所述光源部发出的光束在主扫描方向上扫描的旋转多面镜，配置于所述光源部和所述旋转多面镜之间、使具有其宽度比所述形状多面镜的一个偏转反射面的主扫描方向上的宽度大的线性图像形成于所述旋转多面镜的偏转反射面上的第一成像光学***，以及使所述旋转多面镜反射的光束成像于被扫描面上的第二成像光学***；其特征在于，所述第一成像光学***具备使所述光源部发出的光束在主扫描方向上成为发散光、在副扫描方向上成为会聚光的第一转换光学***，以及在主扫描方向上具有正折射能力的第二转换光学***；所述第二成像光学***的副扫描方向上的成像倍率βs满足以下所述条件式(5)。

0.7＜βs2＜2.6                              ……(5)

采用这种结构，在把颤动的发生抑制于较低程度的全区域型光扫描装置中，能够使光利用效率和周边光量比这样的性能都良好。

而且，如果满足下述条件式(6)，则能够使发生的颤动更小。

0.95＜βs2＜2.0                              ……(6)

还有，所述第一成像光学***通过使所述光源部发出的光束在主扫描方向上会聚，能够在缩短从所述旋转多面镜到成像位置的距离的同时，使主扫描方向、副扫描方向上的各像面弯曲、fθ特性具有良好的性能。

又，所述第一转换光学***也可以是由以下部件构成：从所述光源部一侧开始依序配置的准直透镜、在主扫描方向上具有负折射能力的柱面透镜或球面透镜等构成的第1透镜、以及在副扫描方向上具有正折射能力的柱面透镜等构成的第二透镜。所述第二转换光学***可以由在主扫描方向上具有正折射能力的柱面透镜等构成的第3透镜构成。

并且，通过采用具有多个发光部的光源部作为所述光源部，能够使打印速度高速化。

此外，较好的是，连结所述光源部的多个发光部的直线与平行于主扫描方向的面所形成的角记为γ、相邻的发光部之间的间隔记为Po、从所述光源部到所述被扫描面为止的整个***的副扫描方向的成像倍率记为βs、所述被扫描面上的副扫描方向上的光点间隔记为Pis时，满足以下所述的条件式(7)。在这种情况下，如果对γ进行调整，能够使光点间隔Pis为所希望的间隔。

βs·Po·sin(γ)＝Pis                        ……(7)

又，在使用具有多个发光部的光源部的情况下，如果来自多个发光部的各光束的光轴的倾斜有参差不齐的情况，则有周边光量比严重劣化之虞。因此，较好的是，从所述光源部到所述被扫描面为止的整个***的主扫描方向的成像倍率记为βm时，满足以下所述的条件式(8)。这是因为，βm如果过小，则光利用效率变差，在被扫描面上得不到需要的光强，另一方面，如果βm过大，则光轴倾斜程度的参差不齐引起的周边光量劣化程度变大。

1.0＜βm＜5                                  ……(8)

而且，如果满足下式(9)，则能够实现更合适的光利用效率和周边光量。

1.5＜βm＜3.4                                ……(9)

而且，如果满足下式(10)，则能够实现更合适的光利用效率和周边光量。

2.2＜βm＜2.8                                ……(10)

又，较好的是，从所述光源部到所述被扫描面为止的整个***的副扫描方向的成像倍率记为βs时，满足以下所述条件式(11)。这是因为，βs如果过小，则光利用效率变差，在被扫描面上得不到需要的光强，另一方面，如果βs过大，则光源以及准直透镜的配置误差和波长变化引起的像面移动等的影响变大。

10＜βs＜36                                  ……(11)

而且，如果满足下式(12)，则能够实现更合适的光利用效率和配置公差。

19＜βs＜33                                  ……(12)

而且，如果满足下式(13)，则能够实现更合适的光利用效率和配置公差。

27＜βs＜30                                  ……(13)

又，较好的是，所述光源部侧的主扫描方向有效Fno记为Fm时，满足以下所述条件式(14)。这是因为，Fm如果过大，则光利用效率变差，在被扫描面上得不到需要的光强，另一方面，如果Fm过小，则光轴倾斜程度的参差不齐引起的周边光量劣化的程度将加大。

10＜Fm＜50                                  ……(14)

而且，如果满足以下所述条件式(15)，则能够实现更合适的光利用效率和周边光量。

15＜Fm＜34                                  ……(15)

而且，如果满足以下所述条件式(16)，则能够实现更合适的光利用效率和周边光量。

18＜Fm＜23                                  ……(16)

又，较好的是，所述光源部侧的副扫描方向有效Fno记为Fs时，满足以下所述条件式(17)。这是因为，Fs如果过大，则光利用效率变差，在被扫描面上得不到需要的光强，另一方面，如果Fs过小，则光源和准直透镜的配置误差和波长变化引起的像面移动等的影响变大。

1.3＜Fs＜5                                  ……(17)

而且，如果满足以下所述条件式(18)，则能够实现更合适的光利用效率和配置公差。

1.5＜Fs＜2.5                                ……(18)

而且，如果满足以下所述条件式(19)，则能够实现更合适的光利用效率和配置公差。

1.7＜Fs＜1.9                                ……(19)

又，较好的是，从所述光源部到所述被扫描面为止的整个***的主扫描方向的成像倍率记为βm，副扫描方向的成像倍率记为βs时，满足以下所述的条件式(20)。这是因为，βm·βs如果过小，则光利用效率变差，在被扫描面上得不到需要的光强，另一方面，如果βm·βs过大，则光轴倾斜程度的参差不齐引起的周边光量劣化，或准直透镜的配置误差引起的像面移动等的影响变大。

30＜βm·βs＜90                            ……(20)

而且，如果满足以下所述条件式(21)，则能够实现更合适的光利用效率、周边光量、以及配置公差。

40＜βm·βs＜70                            ……(21)

而且，较好的是，所述第一透镜的主扫描方向上的焦距记为fm1、所述第二转换光学***的主扫描方向上的焦距记为fm3时，满足以下所述条件式(22)。

3＜|fm3/fm1|＜13                            ……(22)

在使用廉价的小直径准直透镜的情况下，如果不满足该条件式，则难于得到所希望的主扫描方向上的成像倍率，这是因为，|fm3/fm1|如果过大，则光利用效率变差，在被扫描面上得不到需要的光强，另一方面，如果|fm3/fm1|过小，则光轴倾斜程度的参差不齐引起的周边光量劣化程度变大。

而且，如果满足以下所述条件式(23)，则能够实现更合适的光利用效率和周边光量。

7＜|fm3/fm1|＜9                             ……(23)

又，较好的是，所述第一透镜的主扫描方向上的焦距记为fm1、所述第二成像光学***的主扫描方向上的焦距记为fm时，满足以下所述条件式(24)。

0.05＜|fm1/fm|＜0.3                         ……(24)

这是因为，|fm1/fm|值如果过大，则第一成像光学***、并且整个装置会变大，使得偏差引起的颤动成为问题。另一方面，如果|fm1/fm|过小，则曲率变大，产生像差，从而不能够实现高清晰度。

而且，如果满足以下所述条件式(25)，则能够实现更合适的光大小和像差。

0.06＜|fm1/fm|＜0.2                         ……(25)

而且，如果满足以下所述条件式(26)，则能够实现更合适的光大小和像差。

0.07＜|fm1/fm|＜0.1                         ……(26)

又，本发明的的光学图像装置，是一种在光扫描装置中将光束投影的装置，其特征在于，具备：使所述光束在主扫描方向上成为发散光，而且在与所述主扫描方向不同方向的副扫描方向上成为会聚光的第一转换光学***、以及在主扫描方向上具有正折射能力，接收来自所述第一转换光学***的输出的第二转换光学***。

又，本发明的图像形成装置，其特征在于，具备：具有多个偏转反射面，使光源发出的光束在主扫描方向上扫描的旋转多面镜，配置于所述光源部和所述旋转多面镜之间、在所述旋转多面镜的偏转反射面上形成线性图像的第一成像光学***，以及由曲面镜构成、使所述旋转多面镜反射的光束成像于被扫描面上的第二成像光学***；所述第一成像光学***具备使所述光源发出的光束在主扫描方向上成为发散光、在副扫描方向上成为会聚光的第一转换光学***，在主扫描方向上具有正折射能力的第二转换光学***，通过所述曲面镜使所述光束成像并由此使得所希望的图像形成为潜像的感光鼓，以及配置于与所述感光鼓相对的位置上、将所述潜像复印在记录媒体上的复印部。

通过在图像形成装置中使用本发明的光扫描装置，能够高速进行写入，同时能够实现低成本的图像形成装置。

根据本发明，用使光源部发出的光束在主扫描方向上成为发散光，而且在副扫描方向上成为会聚光的第一转换光学***、以及在主扫描方向上具有正折射能力的第二转换光学***构成第一成像光学***，而且将各光学***的配置或成像倍率限定于规定的条件式范围内，以此使得将颤动量的发生抑制于低水平的全区域型光扫描装置、特别是只用一个曲面镜构成第二成像光学***的全区域型光扫描装置能够获得良好的光利用效率和周边光量比。

                            附图说明

图1是本发明第1实施方式的光扫描装置的要部结构图。

图2是第1实施方式的光扫描装置的副扫描方向剖面上的要部结构图。

图3是表示多面镜的偏差、歪斜引起的图像偏移与第二成像光学***的副成像倍率βs2的关系的曲线图。

图4是表示数值例1的周边光量比的模拟结果的曲线图。

图5是表示使主扫描方向上的有效F数Fm改变的情况下的光传递效率和周边光量比的模拟结果的曲线图。

图6是表示使整个***的副扫描方向的成像倍率βs改变的情况下的光传递效率和像面移动量的模拟结果的曲线图。

图7是本发明的图像形成装置的内部结构图。

符号说明

1    半导体激光器

2    准直透镜

3    第一透镜

4    第二透镜

5    第一转换光学***

6    第三透镜

7    多面镜

8    曲面镜

9    被扫描面

101  图像形成装置    109  光扫描装置

                            具体实施方式

以下对本发明的实施方式进行说明。

第1实施方式

图1是表示本发明的光学扫描装置的一实施方式的结构图。在图1中，1表示具有两个发光点的半导体激光器，2表示准直透镜，3表示在主扫描方向上具有负折射能力的第一透镜，4表示仅在副扫描方向上具有折射能力的第二透镜，5表示由准直透镜2、第一透镜3和第二透镜4组成的第一转换光学***，6表示在主扫描方向上具有正折射能力的第三透镜(第二转换光学***)，7表示具有小直径和多个表面的多面镜，8表示曲面镜，9表示被扫描面。准直透镜2、第一透镜3、第二透镜4和第三透镜6形成第一成像光学***。

从半导体激光器1的两个发光点发射的光束被准直透镜2转换成基本平行的光束。准直透镜2发出的基本平行的光束被第一透镜3转换成在主扫描方向上发散的光束，然后被第二透镜4转换成在副扫描方向上会聚的光束。通过第二透镜4的光束在主扫描方向上其光束直径被放大后，被第三透镜6转换成在主扫描方向上会聚的会聚光束。并且，第三透镜6发出的光束在多面镜7的偏转反射面上形成沿主扫描方向延伸的线性图像。这时，在主扫描方向上，上述光束宽度变得比偏转反射面的主扫描方向上的宽度大。换句话说，该光束以所谓全区域状态进入多面镜7的偏转反射面。被多面镜7偏转反射的光束受到曲面镜8的成像作用，在被扫描面9上扫描并成像。

在该光扫描装置中，由于以光束以全区域状态射入多面镜7为前提，所以可使用具有小内切半径而且反射面数目多的多面镜7。因此，能够提高扫描速度而不增加多面镜7的转速。此外，由于能使用具有小内切半径的多面镜7，旋转驱动的负载也小，因此，能够使用快速启动旋转和低负载的电动机。

图2是光扫描装置的沿着副扫描方向的剖视图(也就是与主扫描方向垂直的截面的剖视图，以下称作副扫描剖视图)。来自第一成像光学***的光束在副扫描剖面上倾斜地射入多面镜7。被多面镜7偏转反射的光束倾斜地射入曲面镜8。射入曲面镜8的光束因曲面镜8的放大倍率而被会聚，在被扫描面9上成像扫描。在图2中，T1、T2和T3依序表示第一透镜3，第二透镜4和第三透镜6的中心厚度，D1、D2和D3依序表示第一透镜3、第二透镜4、第三透镜6的间隔。而D4表示偏转反射点与曲面镜8之间的间隔，D5表示曲面镜8和被扫描面9之间的间隔。θP表示来自第一成像光学***的光束的光轴与多面镜7的偏转反射面的法线形成的角度(入射光的光轴与反射光的光轴之间形成的角度为2·θp)，θM表示来自偏转反射面的光束的光轴与曲面镜8的顶点上的法线之间形成的角度(入射光的光轴与反射光的光轴之间形成的角度为2·θM)。如图2所示，在副扫描方向的剖面上，当设定经多面镜7的偏转反射面反射的反射光束相对于第一成像光学***发出的入射光束所形成的角度的方向为正方向时，则经曲面镜8反射的光束相对于偏转反射面发出的入射光束所形成的角度的方向为负方向。

各实施例的曲面镜8的表面形状由下面的公式(27)表示，其中x和y分别表示以表面顶点为原点的副扫描方向坐标和主扫描方向坐标，z表示离开x、y位置上的顶点的垂度(其中，入射光束的行进方向设为正方向)。

$Z=f\left(y\right)+\frac{\frac{x^2}{g\left(y\right)}-2x\·\sin \left\{\mathrm{\θ}\left(y\right)\right\}}{\cos \left\{\mathrm{\θ}\left(y\right)\right\}+\sqrt{{\cos }^2\left\{\mathrm{\θ}\left(y\right)\right\}-{\left(\frac{x}{g\left(y\right)}\right)}^2+\frac{2x\·\sin \left\{\mathrm{\θ}\left(y\right)\right\}}{g\left(y\right)}}}\·\·\·\·\·\·\left(27\right)$

其中，

$f\left(y\right)=\frac{\left(\frac{y^2}{\mathrm{RDy}}\right)}{1+\sqrt{1-(1+k){\left(\frac{y}{\mathrm{RDy}}\right)}^2}}+{\mathrm{ADy}}^4+{\mathrm{AEy}}^6+{\mathrm{AFy}}^8+{\mathrm{AGy}}^{10}$

g(y)＝RDx(1+BCy²+BDy⁴+BEy⁶+BFy⁸+BGy¹⁰)

θ(y)＝ECy²+EDy⁴+EEy⁶

此处，f(y)是表示母线上的形状、即非圆弧的公式；g(y)是表示在位置y处的沿副扫描方向(也就是x方向)的曲率半径的公式；θ(y)是表示位置y处的扭曲量的公式。此外，RDy(mm)表示顶点处的沿主扫描方向的曲率半径；RDx(mm)表示沿副扫描方向的曲率半径；k是表示母线形状的圆锥常数；AD、AE、AF、AG是表示母线形状的高阶常数；BC、BD、BE、BF、BG是用于确定位置y处的在副扫描方向上的曲率半径的常数；EC、ED、EE是用于确定位置y处的扭曲量的扭曲常数。根据这些参数，曲面镜8的形状在主像面弯曲、副像面弯曲和fθ误差得到修正的情况下被确定。也就是说，与主扫描方向剖面的非圆弧形状、各图像高度相对应的副扫描方向上的曲率半径，在像面弯曲、副像面弯曲和fθ误差得到修正的情况下被确定，为修正扫描线的弯曲，与各图像高度相对应的位置处的面扭曲量被确定。

在本实施方式中，光束相对于副扫描方向倾斜地(以入射角θP)射入多面镜7的偏转反射面。因此，在多面镜7的各个偏转反射面与旋转中心轴之间的距离有偏差(所谓面偏差Δrp)的情况下，在上述被扫描面9上，沿副扫描方向的扫描位置也会发生偏差(所谓颤动ΔXi1)。设曲面镜8的沿副扫描方向的成像倍率为βs2，那么面偏差产生的颤动ΔXi1可由下面的公式(28)表示。

ΔXi1＝2·Δrp·sinθP·βs2                ……(28)

在偏转反射面与被扫描面9之间的副扫描方向的共轭关系变动(ΔZd)的情况下，由于多面镜7的各面在副扫描方向上的倾斜(所谓面歪斜角Φp)，在上述被扫描面9上，产生沿副扫描方向的扫描位置的偏差(颤动ΔXi2)。因该面歪斜产生的颤动ΔXi2可由下面的公式(29)表示。

ΔXi2＝ΔZd·tan(2·Φp/βs2)               ……(29)

假设Δrp为0.03mm、θP为1.5度、ΔZd为2mm、Φp为150秒，这时βs2与各颤动之间的关系如图3所示。

在这里，当满足下面的条件公式(30)时，各颤动量可以抑制于4μm以下。

0.7＜βs2＜2.6                              ……(30)

而且，当满足下面的条件公式(31)时，各颤动量可以抑制于3μm以下。

0.95＜βs2＜2.0                             ……(31)

第二成像光学***的具体数值例如下所示。这里，设计波长为780nm，多面镜面数为Np，多面镜内切半径为rp，最大像高为Ymax，与其对应的多面镜旋转角度为α_max。沿副扫描方向的成像倍率βs2为1.15。

表1

Ymax	150	αmax	12.727
										Np	12	rp	12.5
θP	1.5	θM	2.36
										D4	231.4	D5	265.7
RDy	-764.611	RDx	-247.6
										K	0.00000E+00	AD	2.32228E-10	AE	1.72699E-15	AF	0.00000E+00	AG	0.00000E+00
BC	-2.26813E-06	BD	-5.66856E-13	BE	-2.13544E-16	BF	8.83488E-21	BG	0.00000E+00
										EC	1.51835E-07	ED	1.36877E-13	EE	6.41461E-19

与前述第二成像光学***对应的第一成像光学***的具体数值例如下所示。这里设准直透镜2的焦距为Fc，第一透镜3是在主扫描方向上的焦距为fm1的圆柱状凹透镜，第二透镜4是在副扫描方向上的焦距为fs2的圆柱状凸透镜，第三透镜6在数值例1和2中是在主扫描方向上的焦距为fm3的圆柱状凸透镜，在数值例3中是在主扫描方向上的焦距为fm3的球面凸透镜。

数值例1：

表2

		焦距		厚度		间隔
								准直透镜	轴对称透镜	fc	14.5
第一透镜	主圆柱状凹透镜	fm1	-30	T1	2.1	D1	34.2
								第二透镜	副圆柱状凸透镜	fs2	350	T2	4	D2	249.4
第三透镜	主圆柱状凸透镜	fm3	250	T3	5	D3	100

数值例2：

表3

		焦距		厚度		间隔
								准直透镜	轴对称透镜	fc	14.5
第一透镜	主圆柱状凹透镜	fm1	-30	T1	2.1	D1	186.6
								第二透镜	副圆柱状凸透镜	fs2	200	T2	4	D2	97.1
第三透镜	主圆柱状凸透镜	fm3	250	T3	5	D3	100

数值例3：

表4

		焦距		厚度		间隔
								准直透镜	轴对称透镜	fc	14.5
第一透镜	主圆柱状凹透镜	fm1	-30	T1	2.1	D1	99.3
								第二透镜	副圆柱状凸透镜	fs2	350	T2	4	D2	184.4
第三透镜	球面凸透镜	fm3	250	T3	5	D3	100

将各个数值例中的诸参数值归纳在下表5中。它们均满足上述各条件式。

表5

	数值例1	数值例2	数值例3
				|fm3/fm1|	8.33	8.33	8.33
|fm1/fm|	0.0785	0.0785	0.0785
				βm	2.4	2.4	2.4
βs	27.8	15.9	17.1
				βs1	24.1	13.8	14.9
βm·βs	66.72	38.16	41.04
				Fm	21.95	21.95	21.95
Fs	1.85	3.23	3.15
				D3·tan[2·θP-sin-1{1/(Fs·βs1)}]	2.99	2.99	3.11

此外，连接两个发光点的直线与平行于主扫描方向的平面所形成的角度记为γ，相邻发光部之间的间隔记为Po，从上述光源部到上述被扫描面9的整个***的沿副扫描方向成像的倍率记为βs，在上述被扫描面9上沿副扫描方向的光点间隔记为Pi s时，满足下面的条件式(32)：

βs·Po·sin(γ)＝Pis                       ……(32)

当所使用的半导体激光器1中的发光点之间的间隔Po为14μm时，为了使被扫描面9上沿副扫描方向获得42.3μm的扫描线间隔，角度γ取6.24度。

图4中示出数值例1的情况下的周边光量比。图4表示半导体激光器1的两个光轴倾斜的偏差为±0.5度的情况的各模拟结果。在本例中，即使包含偏差，也能获得90％的周边光量比。本例中，交点的水平方向(两个发光点并排的方向)的辐射角(半峰全角)是9度，沿垂直方向的辐射角是31度。

又，图5表示通过改变第一成像光学***的设计值来改变光源部一侧上主扫描方向的有效Fno值(Fm)的情况下的光传递效率和周边光量比的模拟结果。本例中，半导体激光器1具有上述辐射角，副扫描方向的成像倍率βs全部相同，为27.8。

在该情况下，当满足以下条件式(33)时，能获得8％或更高的光传递效率以及82％或更高的周边光量比。

10＜Fm＜50                                  ……(33)

进一步，当满足以下条件式(34)时，能获得14％或更高的光传递效率以及88％或更高的周边光量比。

15＜Fm＜34                                  ……(34)

此外，当满足以下条件式(35)时，能获得19％或更高的光传递效率以及90％或更高的周边光量比。

18＜Fm＜23                                  ……(35)

设被扫描面一侧的主扫描方向的有效Fno值为Fmi，整个***的主扫描方向的倍率为βm，则该倍率βm由下面的公式(36)表示。因此，在波长780nm使光束直径(l/e^2)约为70μm的Fmi＝50的情况下，与满足公式(33)、(34)和(35)的Fm相对应的βm分别由下面的公式(37)、(38)和(39)表示。

βm＝Fmi/Fm                                 ……(36)

当满足下面的公式(37)时，能获得8％或更高的光传递效率以及82％或更高的周边光量比。

1.0＜βm＜5                                 ……(37)

当满足下面的公式(38)时，能获得14％或更高的光传递效率以及88％或更高的周边光量比。

1.5＜βm＜3.4                               ……(38)

当满足下面的公式(39)时，能获得19％或更高的光传递效率以及90％或更高的周边光量比。

2.2＜βm＜2.8                               ……(39)

又，图6表示整个***的副扫描方向上的成像倍率βs变化时，准直透镜配置误差发生时(2μm)的近轴的副扫描方向的成像面(高斯像面)的移动量和光传递效率的变化情况。其中，半导体激光器1具有上述辐射角，光源部一侧主扫描方向上的有效Fno值(Fm)为21.95，被扫描面一侧副扫描方向上的有效Fno值(Fsi)为50。

在该情况下，当满足下面的条件式(40)时，能获得8％或更高的光传递效率以及2.5mm或更小的像面移动量。

10＜βs＜36                                 ……(40)

进一步，当满足下面的条件式(41)时，能获得14％或更高的光传递效率以及2.0mm或更小的像面移动量。

19＜βs＜33                                 ……(41)

此外，当满足下面的条件式(42)时，能获得19％或更高的光传递效率以及1.5mm或更小的像面移动量。

27＜βs＜30                                 ……(42)

又，将被扫描面一侧的副扫描方向上的有效Fno值表示为Fsi，整个***的副扫描方向的倍率表示为βs，则Fs由下式(43)表示。在波长780nm使光束直径(l/e^2)约为70μm的Fsi＝5.0情况下，与满足条件式(40)、(41)、(42)的βs相对应的Fs分别由下面的条件式(44)、(45)、(46)表示。

Fs＝Fsi/βs                                 ……(43)

当满足下面的条件式(44)时，能获得8％或更高的光传递效率以及2.5mm或更小的像面移动量。

1.3＜Fs＜5                                  ……(44)

当满足下面的条件式(45)时，能获得14％或更高的光传递效率以及2.0mm或更小的像面移动量。

1.5＜Fs＜2.5                                ……(45)

当满足下面的条件式(46)时，能获得19％或更高的光传递效率以及1.5mm或更小的像面移动量。

1.7＜Fs＜1.9                                ……(46)

第2实施方式

图7表示具备第1实施方式的光扫描装置的图像形成装置。在主体101的内部的大致中央处，设置有按箭头102所示方向被驱动旋转的感光鼓103。在感光鼓103的周围，配置有带电器104、显像器105、复制器106、以及具有用于刮去感光鼓103上残留的色粉的刀片107的清洁器108。在用带电器104产生了所希望的电位的感光鼓103的表面上，从光扫描装置109射入光束，进行扫描。以此在感光鼓103的表面上使所希望的图像形成为潜像。该潜像由显像器105显像，形成色粉图像。

光扫描装置109具备使光源部(图中未示出)发出的光束射入旋转多面镜111的一个偏转反射面，在该偏转反射面上形成其宽度比偏转反射面的主扫描方向上的宽度大的线性图像的第一成像光学***110。第一成像光学***110射出的光束由旋转多面镜111偏转，被偏转的光束由曲面镜112反射。曲面镜112反射的光束在感光鼓103上进行成像扫描。这里，用反射镜113将曲面镜反射的光束折向所希望的方向，可以使主体101内的光扫描装置109的配置优化或最佳化。与该显像过程进行的同时，记录用纸114由设置在主体101的下部的供纸盒115逐张送出，经同步辊116送入复制部。在这里，色粉图像复制在记录用纸114上，然后用定影器117定影。图像定影后，记录用纸114由送出辊118送到主体101的上表面。

这样，通过使用上述第1实施方式的光扫描装置，能够实现高速、小型化、低成本、高析像度的图像形成装置。

工业应用性

如上所述，本发明对于用于例如激光束印刷机、激光传真机、数字式复印机等图像形成装置中图像写入等的光扫描装置以及具备该装置的图像形成装置是有用的。

Claims (71)

1.一种光扫描装置，其特征在于，

具备：

射出光束的光源；

具有多个偏转反射面，使所述光源射出的光束在主扫描方向上扫描的旋转多面镜；

配置于所述光源和所述旋转多面镜之间，在所述旋转多面镜的偏转反射面上形成线性图像的第一成像光学***；以及

由曲面镜构成，使所述旋转多面镜反射的光束成像于被扫描面上的第二成像光学***，

所述第一成像光学***具备使上述光源发出的光束在主扫描方向上成为发散光，在副扫描方向上成为会聚光的第一转换光学***、以及在主扫描方向上具有正折射能力的第二转换光学***。

2.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一成像光学***和所述第二成像光学***在与主扫描方向垂直的副扫描方向上配置于不同的位置。

3.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一成像光学***和第二成像光学***按照如下关系构成，它使得所述第一成像光学***发出的光束倾斜入射于包含所述旋转多面镜的偏转反射面的法线且与主扫描方向平行的面，所述旋转多面镜发出的光束倾斜入射于包含所述曲面镜的顶点上的法线且平行于主扫描方向的面即YZ面。

4.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述线性图像具有比所述旋转多面镜的偏转反射面在主扫描方向上的宽度大的宽度。

5.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述第二成像光学***的副扫描方向的成像倍率βs2满足下述条件式(1)：

0.7＜βs2＜2.6        ……(1)。

6.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述第二成像光学***的副扫描方向的成像倍率记为βs2时，满足下述条件式(2)：

0.95＜βs2＜2.0       ……(2)。

7.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述曲面镜的沿着副扫描方向的剖面形状为圆弧状。

8.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述曲面镜为使因倾斜入射而产生的扫描线弯曲得到校正的形状。

9.根据权利要求3所述的光扫描装置，其特征在于，所述曲面镜相对于所述YZ面为非对称。

10.根据权利要求3所述的光扫描装置，其特征在于，所述曲面镜的反射面具有所述YZ面与所述反射面相交的曲线(以下称母线)上的顶点以外的各点的法线不包含于所述YZ面上的扭曲形状。

11.根据权利要求10所述的光扫描装置，其特征在于，所述母线上的各点的法线与所述YZ面形成的角度越往所述反射面的周边越大。

12.根据权利要求10所述的光扫描装置，其特征在于，在所述曲面镜反射的光束相对于所述偏转反射面发出的入射光所形成的角度设为正方向的情况下，所述母线上的各点的法线与所述YZ面形成的角度的方向为正方向。

13.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述曲面镜是顶点上的主扫描方向的曲率半径与副扫描方向的曲率半径不同的变形镜。

14.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述曲面镜的反射面在主扫描方向和副扫描方向上均为凹状。

15.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述曲面镜的反射面上的副扫描方向的折射能力在主扫描方向的中心部和周边部有所变化。

16.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述曲面镜沿着副扫描方向的剖面的曲率半径与沿主扫描方向的剖面形状无关。

17.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述第二转换光学***的射出面与所述偏转反射面的距离记为D3、所述偏转反射面的法线与所述第一成像光学***发出的光束的光轴所形成的角度记为θP、所述第一成像光学***的副扫描方向的成像倍率记为βs1、所述光源侧的副扫描方向有效Fno(F数)记为Fs时，满足下述条件式(3)，即：

1＜D3·tan[2·θP-sin^-1{1/(Fs·βs1)}]＜10……(3)。

18.根据权利要求17所述的光扫描装置，其特征在于，满足下述条件式(4)，即

2＜D3·tan[2·θP-sin^-1{1/(Fs·βs1)}]＜6……(4)。

19.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一转换光学***由从所述光源开始依序配置的准直透镜、在主扫描方向上具有负折射能力的第一透镜、以及在副扫描方向上具有正折射能力的第二透镜构成。

20.根据权利要求1所述的光扫描装置，具特征在于，所述第二转换光学***由在主扫描方向上具有正折射能力的第三透镜构成。

21.根据权利要求19所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一透镜是只在主扫描方向上具有负折射能力的柱面透镜。

22.根据权利要求19所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一透镜是具有负折射能力的球面透镜。

23.根据权利要求19所述的光扫描装置，其特征在于，所述第二透镜是在副扫描方向上具有正折射能力的柱面透镜。

24.根据权利要求20所述的光扫描装置，其特征在于，所述第三透镜是在主扫描方向上具有正折射能力的柱面透镜。

25.根据权利要求20所述的光扫描装置，其特征在于，所述第三透镜是具有正折射能力的球面透镜。

26.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，所述光源部具有多个发光部。

27.根据权利要求26所述的光扫描装置，其特征在于，连结所述光源的多个发光部的直线与平行于主扫描方向的面形成的角记为γ、相邻的发光部之间的间隔记为Po、从所述光源到所述被扫描面为止的整个***的副扫描方向的成像倍率记为βs、所述被扫描面上的副扫描方向上的光点间隔记为Pis时，满足以下所述的条件式(7)，即

βs·Po·sin(γ)＝Pis        ……(7)。

28.根据权利要求26所述的光扫描装置，其特征在于，从所述光源到所述被扫描面为止的整个***的主扫描方向的成像倍率记为βm时，满足以下所述的条件式(8)，即

1.0＜βm＜5                  ……(8)。

29.根据权利要求28所述的光扫描装置，其特征在于，所述成像倍率βm满足以下所述条件式(9)，即

1.5＜βm＜3.4                ……(9)。

30.根据权利要求29所述的光扫描装置，其特征在于，所述成像倍率βm满足以下所述条件式(10)，即

2.2＜βm＜2.8        ……(10)。

31.根据权利要求26所述的光扫描装置，其特征在于，从所述光源部到所述被扫描面为止的整个***的副扫描方向的成像倍率记为βs时，满足以下所述条件式(11)，即

10＜βs＜36          ……(11)。

32.根据权利要求31所述的光扫描装置，其特征在于，所述成像倍率βs满足以下所述条件式(12)，即

19＜βs＜33          ……(12)。

33.根据权利要求32所述的光扫描装置，其特征在于，所述成像倍率βs满足以下所述条件式(13)，即

27＜βs＜30          ……(13)。

34.根据权利要求27所述的光扫描装置，其特征在于，所述光源部侧的主扫描方向有效Fno(F数)记为Fm时，满足以下所述条件式(14)，即

10＜Fm＜50           ……(14)。

35.根据权利要求34所述的光扫描装置，其特征在于，所述Fm满足以下所述条件式(15)，即

15＜Fm＜34           ……(15)。

36.根据权利要求35所述的光扫描装置，其特征在于，所述Fm满足以下所述条件式(16)，即

18＜Fm＜23           ……(16)。

37.根据权利要求26所述的光扫描装置，其特征在于，所述光源部侧的副扫描方向有效Fno(F数)记为Fs时，满足以下所述条件式(17)，即

1.3＜Fs＜5           ……(17)。

38.根据权利要求37所述的光扫描装置，其特征在于，所述Fs满足以下所述条件式(18)，即

1.5＜Fs＜2.5         ……(18)。

39.根据权利要求38所述的光扫描装置，其特征在于，所述Fs满足以下所述条件式(19)，即

1.7＜Fs＜1.9        ……(19)。

40.根据权利要求26所述的光扫描装置，其特征在于，从所述光源到所述被扫描面为止的整个***的主扫描方向的成像倍率记为βm、副扫描方向的成像倍率记为βs时，满足以下所述的条件式(20)，即

30＜βm·βs＜90    ……(20)。

41.根据权利要求40所述的光扫描装置，其特征在于，所述成像倍率βm和所述成像倍率βs满足以下所述的条件式(21)，即

40＜βm·βs＜70    ……(21)。

42.根据权利要求19所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一透镜的主扫描方向上的焦距记为fm1、所述第二转换光学***的主扫描方向上的焦距记为fm3时，满足以下所述条件式(22)，即

3＜|fm3/fm1|＜13    ……(22)。

43.根据权利要求42所述的光扫描装置，其特征在于，所述焦距fm1和所述焦距fm3满足以下所述条件式(23)，即

7＜|fm3/fm1|＜9     ……(23)。

44.根据权利要求19所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一透镜的主扫描方向上的焦距记为fm1、所述第二成像光学***的主扫描方向上的焦距记为fm时，满足以下所述条件式(24)，即

0.07＜|fm1/fm|＜0.1 ……(24)。

45.一种光学图像装置，用于在光扫描装置中对光束进行投影，其特征在于，具备使所述光束在主扫描方向上成为发散光且在与所述主扫描方向不同方向的副扫描方向上成为会聚光的第一转换光学***，以及在主扫描方向上具有正折射能力、接收来自所述第一转换光学***的输出的第二转换光学***。

46.根据权利要求45所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一转换光学***由从接收所述光束的面开始依序配置的准直透镜、在主扫描方向上具有负折射能力的第一透镜、和在副扫描方向上具有正折射能力的第二透镜构成。

47.根据权利要求45所述的光扫描装置，其特征在于，所述第二转换光学***由在主扫描方向上具有正折射能力的第三透镜构成。

48.根据权利要求46所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一透镜是只在主扫描方向上具有负折射能力的柱面透镜。

49.根据权利要求46所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一透镜是具有负折射能力的球面透镜。

50.根据权利要求46所述的光扫描装置，其特征在于，所述第二透镜是在副扫描方向上具有正折射能力的柱面透镜。

51.根据权利要求46所述的光扫描装置，其特征在于，所述第三透镜是在主扫描方向上具有正折射能力的柱面透镜。

52.根据权利要求46所述的光扫描装置，其特征在于，所述第三透镜是具有正折射能力的球面透镜。

53.一种光学图像装置，在光扫描装置中对光束进行投影，其特征在于，具备

使所述光束在主扫描方向上成为发散光且在与所述主扫描方向不同方向的副扫描方向上成为会聚光的第一转换手段，以及在主扫描方向上具有正折射能力、接收来自所述第一转换手段的输出的第二转换手段。

54.根据权利要求53所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一转换手段由从接收所述光束的一侧开始依序配置的准直透镜、在主扫描方向上具有负折射能力的第一透镜、以及在副扫描方向上具有正折射能力的第二透镜构成。

55.根据权利要求53所述的光扫描装置，其特征在于，所述第二转换手段由在主扫描方向上具有正折射能力的第三透镜构成。

56.根据权利要求54所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一透镜是只在主扫描方向上具有负折射能力的柱面透镜。

57.根据权利要求54所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一透镜是具有负折射能力的球面透镜。

58.根据权利要求54所述的光扫描装置，其特征在于，所述第二透镜是在副扫描方向上具有正折射能力的柱面透镜。

59.根据权利要求54所述的光扫描装置，其特征在于，所述第三透镜是在主扫描方向上具有正折射能力的柱面透镜。

60.根据权利要求54所述的光扫描装置，其特征在于，所述第三透镜是具有正折射能力的球面透镜。

61.一种图像形成装置，其特征在于，

具备：

具有多个偏转反射面、使光源发出的光束在主扫描方向上扫描的旋转多面镜；

配置于所述光源和所述旋转多面镜之间、在所述旋转多面镜的偏转反射面上形成线性图像的第一成像光学***；以及

由曲面镜构成，使所述旋转多面镜反射的光束成像于被扫描面上的第二成像光学***；

所述第一成像光学***具备：使来自所述光源的光束在主扫描方向上成为发散光、在副扫描方向上成为会聚光的第一转换光学***；在主扫描方向上具有正折射能力的第二转换光学***；通过所述曲面镜使所述光束成像并由此使得所希望的图像形成为潜像的感光鼓；以及配置于与所述感光鼓相对的位置上、将所述潜像复印在记录媒体上的复印部。

62.根据权利要求61所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一成像光学***与所述第二成像光学***在与主扫描方向垂直的副扫描方向上配置在不同的位置上。

63.根据权利要求61所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一成像光学***和第二成像光学***按照如下关系构成，它使得所述第一成像光学***发出的光束倾斜入射在包含所述旋转多面镜的偏转反射面的法线且平行于主扫描方向的面，所述旋转多面镜发出的光束倾斜入射在包含所述曲面镜的顶点上的法线且平行于主扫描方向的面即YZ面。

64.根据权利要求61所述的光扫描装置，其特征在于，所述线性图像具有比所述旋转多面镜的偏转反射面在主扫描方向上的宽度大的宽度。

65.根据权利要求61所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一转换光学***由从接收所述光束的面开始依序配置的准直透镜、在主扫描方向上具有负折射能力的第一透镜、以及在副扫描方向上具有正折射能力的第二透镜构成。

66.根据权利要求61所述的光扫描装置，其特征在于，所述第二转换光学***由在主扫描方向上具有正折射能力的第三透镜构成。

67.根据权利要求65所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一透镜是只在主扫描方向上具有负折射能力的柱面透镜。

68.根据权利要求65所述的光扫描装置，其特征在于，所述第一透镜是具有负折射能力的球面透镜。

69.根据权利要求65所述的光扫描装置，其特征在于，所述第二透镜是在副扫描方向上具有正折射能力的柱面透镜。

70.根据权利要求65所述的光扫描装置，其特征在于，所述第三透镜是在主扫描方向上具有正折射能力的柱面透镜。

71.根据权利要求65所述的光扫描装置，其特征在于，所述第三透镜是具有正折射能力的球面透镜。

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