專利名稱：光學掃描裝置以及使用該裝置的圖像形成裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學掃描裝置以及使用該裝置的圖像形成裝置，特別涉及利用作為光偏轉裝置的多邊形反射鏡使經光源裝置進行過光調制并出射的光束反射偏轉，并經由光學掃描系統在被掃描面上進行光學掃描來記錄圖像信息的、如適用于具有電子照相處理的激光光束打印機或數字復印機等裝置的光學掃描裝置，特別是相對于構成光學掃描系統的單透鏡的偏心旋轉，能夠總是得到降低了掃描線彎曲的靈敏度的良好的圖像的光學掃描裝置以及使用該裝置的圖像形成裝置。
此外，還涉及使用多個光學掃描裝置并由對應各種顏色的多個圖像承載體組成的彩色圖像形成裝置。
背景技術：
在現有的激光光束打印機(LBP)等光學掃描裝置中，利用如由旋轉多面鏡(多邊形反射鏡)構成的光偏轉器對應圖像信號周期地偏轉經光源裝置進行過光調制并出射的光束，并通過具有fθ特性的成像掃描光學系統在感光性的記錄介質(感光磁鼓)面上會聚成點狀，在其面上掃描，進行圖像記錄。
圖20是現有的光學掃描裝置的要部概略圖。
同圖中，從光源裝置171出射的發散光束經平行光透鏡172被變換成近似平行光束，通過光闌173限制該光束，入射到只在副掃描方向具有規定折射能力的柱面透鏡174上。入射到柱面透鏡174的近似平行光束中，在主掃描斷面內(光束)以其原來的狀態射出。在副掃描斷面內則會聚并大致成為線圖像地成像在由多邊形反射鏡組成的光偏轉器175的偏轉面(反射面)175a上。
進而，經由具有fθ特性的成像掃描光學系統176將被光偏轉器175的偏轉面175a偏轉的光束引導到作為被掃描面的感光磁鼓面178上，通過使偏轉裝置175在箭頭A方向上旋轉，可以在該感光磁鼓面178上光學掃描箭頭B方向，進行圖像信息的記錄。
在這樣的光學掃描裝置中，為了進行高精度的圖像信息的記錄，必須在整個被掃描面良好地校正像面彎曲，必須在視場角θ和像高Y之間具有伴隨等速性的畸變特性(fθ特性)，必須像面上的光點直徑在各像高上是均一等。目前已提出有多種滿足這樣的光學特性的光學掃描裝置和成像掃描光學系統。
另一方面，伴隨著激光光束打印機或數字復印機裝置的集成化或低價格化，對光學掃描裝置也提出了同樣的要求。
作為滿足這樣的期望的構成，在特開平4-50908號公開專利或特開平9-33850號公開專利等中提出了由1片fθ透鏡構成了成像掃描光學系統的光學掃描裝置。
在特開平4-50908號公開專利中，在fθ透鏡的主掃描方向上使用高次的非球面，可以較良好地校正像差特性，但由于偏轉裝置和被掃描面之間的副掃描方向的倍率不恒定，故存在副掃描方向的光點直徑因像高而變化的傾向。
另一方面，在特開平9-33850號公開專利中，提出了在光學掃描裝置上，通過在fθ透鏡的透鏡面中至少在2個面上利用fθ透鏡的有效部沿主掃描方向連續地、且獨立于主掃描方向的曲率地變化副掃描方向的曲率，由2個面的彎曲來控制副掃描方向的主平面的位置，使各像高處的副掃描倍率為恒定來實現光點直徑恒定的方法。
但是，在上述提案中，為了使副掃描倍率恒定，需要至少使2個面彎曲，以控制主平面的位置使倍率為恒定，故雖然可以完全獨立地設定主掃描和副掃描的形狀，但卻存在根據將透鏡的壁厚壓縮到較小的要求，需要主掃描方向的透鏡形狀具有較大的非球面量的情況。
在上述這樣的主掃描方向的非球面量較大的透鏡中，因各透鏡面以及透鏡的配置誤差，將產生較大的光學性能的劣化。在光學性能的劣化中，特別是副掃描方向的掃描線彎曲因掃描線高度的偏差或掃描線的傾斜等而不同，用裝置主體配置的反射鏡等的調整不能校正將成為較大的問題。為此，為了抑制掃描線彎曲使之較小，需要按照設計值精度良好地配置各透鏡面以及透鏡的配置，或者在透鏡上設置調整機構進行調整，以使之達到設計上的配置。
進而，在使用4根感光體(感光磁鼓)分別配置光學掃描裝置并利用激光光形成潛像，在各自的感光體面上形成分別對應Y(黃色)、M(品紅)、C(氰)、Bk(黑)各種顏色的原稿圖像的彩色圖像形成裝置的場合，由于是將形成在各感光體面上的Y、M、C、Bk4種顏色的圖像重合在紙張等復印體上，故如果對應各感光體的光學掃描裝置的掃描線發生彎曲，則4種顏色間的掃描線的形狀將產生誤差，在復印體上的圖像中將產生顏色偏差，所以存在導致顯著的圖像性能劣化的問題。

發明內容
本發明即為解決這樣的問題的發明，目的在于提供利用1片透鏡構成fθ透鏡，良好地校正作為光學系統特性的像面彎曲特性、進行等速掃描的fθ特性、波面象差等，并通過將fθ透鏡做成適當的形狀，可抑制因1片透鏡的偏心旋轉所產生的掃描線彎曲成微小的光學掃描裝置以及使用該裝置的圖像形成裝置。
本發明的光學掃描裝置，它具有光源裝置、偏轉該光源裝置出射的光束的偏轉裝置和使偏轉光束成像在被掃描面上的光點上的光學掃描系統，其特征在于上述光學掃描系統是單透鏡，設定該單透鏡的面形狀，以使該單透鏡的入射面在平行于主掃描方向的軸周圍發生了偏心旋轉時所產生的副掃描方向的掃描線彎曲的方向與該單透鏡的出射面在平行于主掃描方向的軸周圍發生了偏心旋轉時所產生的副掃描方向的掃描線彎曲的方向互為相反方向。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于上述單透鏡的入射面在平行于主掃描方向的軸周圍發生了偏心旋轉時所產生的副掃描方向的掃描線彎曲與該單透鏡的出射面在平行于主掃描方向的軸周圍發生了偏心旋轉時所產生的副掃描方向的掃描線彎曲將相互抵消。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于在設該掃描光學系統整個系統的副掃描方向的放大率為φs，該單透鏡的出射面的副掃描方向的放大率為φs2時，該單透鏡的出射面的副掃描方向的放大率滿足0.9≤φs2/φs≤1.1。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于該單透鏡的出射面的副掃描方向的放大率滿足0.95≤φs2/φs≤1.05。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于在設從光軸上的上述偏轉裝置到上述單透鏡的出射面的空氣換算距離為Lao、從上述單透鏡的出射面到上述被掃描面的距離為Lbo、從在軸外的上述偏轉裝置到該單透鏡的出射面的空氣換算距離為Laθ、從該單透鏡的出射面到上述被掃描面的距離為Lbθ時，該單透鏡的出射面的主掃描方向的形狀滿足公式1
本發明的光學掃描裝置，在方案4所記述的光學掃描裝置中，其特征在于該單透鏡的出射面的主掃描方向的形狀滿足公式2

本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于向上述偏轉裝置入射在主掃描方向上形成了長的線圖像的光束。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于上述單透鏡是利用壓模加工成形的。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于上述出射面的副掃描方向的放大率或者/以及上述入射面的副掃描方向的放大率的變化與主掃描方向的形狀不相關。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于上述出射面的副掃描方向的曲率半徑自軸上朝向軸外變化。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于上述入射面以及出射面是變形面。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于上述單透鏡的出射面的形狀是圓弧。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于述單透鏡的出射面的形狀是非圓弧。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于上述光學掃描系統的副掃描方向成像倍率在圖像有效區域內的差為10％以內。
本發明的光學掃描裝置，在方案12所記述的光學掃描裝置中，其特征在于上述單透鏡的出射面的主掃描方向的形狀是在上述偏轉裝置側具有曲率中心的近似圓弧形狀。
本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于上述單透鏡滿足以下各式公式3|ΔZl|＝|ΔZ1d+ΔZ1L+ΔZ1φ+ΔZ2|≤0.040ΔZ2=ΔX2×L2ofs2o×γ]]>ΔZ1d=N-1N×1cos2φ×(1-L2ofs2o)×γ×(dθ-do)]]>ΔZ1L=(N-1)×1cos2φ×γ×(L2θ-L2o)]]>ΔZ1φ＝(N-1)×L2o×γ×tan2φ式中ΔX2透鏡出射面61b的偏差；Rxo從光軸上的透鏡出射面到子線曲率中心的沿光軸方向的距離；Rxθ從在視場角θ上的透鏡出射面到子線曲率中心的沿光軸方向的距離；L2o光軸上的透鏡出射面到被掃描面的距離；L2θ在視場角θ上的透鏡出射面到被掃描面的距離；fs2o光軸上的透鏡出射面的副掃描方向的焦距；fs2θ在視場角θ上的透鏡出射面的副掃描方向的焦距；N掃描透鏡的折射率；do光軸上的透鏡的入射面和出射面的距離；dθ在視場角θ上的透鏡的入射面和出射面的距離；fs2o光軸上的透鏡出射面的副掃描方向的焦距；fs2θ在視場角θ上的透鏡出射面的副掃描方向的焦距；L2o在光軸上的透鏡出射面到被掃描面的距離；L2θ在視場角θ上的透鏡出射面到被掃描面的距離；φ在視場角θ上的主掃描方向的入射面出射后的光線的傾斜；本發明的光學掃描裝置，在方案1所記述的光學掃描裝置中，其特征在于上述光源裝置是獨立地具有可調制的多個發光點的多光束光源。
本發明的圖像形成裝置，其特征在于該圖像形成裝置由方案1～17所記述的光學掃描裝置、配置在上述被掃描面的感光體、將利用上述光學掃描裝置掃描的光束在上述感光體上形成的靜電潛像作為墨粉像顯影的顯影器、將上述顯影的墨粉像復印到被復印材料上的復印器和使被復印的墨粉像定影在被復印材料上的定影器組成。
本發明的圖像形成裝置，其特征在于該圖像形成裝置由方案1～17所記述的光學掃描裝置和將從外部機器輸入的編碼數據變換成圖像信號并使之輸入到上述光學掃描裝置的復印控制器組成。
本發明的圖像形成裝置，其特征在于該圖像形成裝置由方案1～17所記述的光學掃描裝置構成的多個光學掃描裝置和配置在各個光學掃描裝置的被掃描面、且形成相互顏色不同的圖像的多個圖像承載體組成。


圖1A以及1B是本發明的實施形態1的主掃描斷面圖以及副掃描斷面圖。
圖2是本發明的實施形態1的要部概略圖。
圖3是本發明的實施形態1的設計數據。
圖4A、4B、4C是本發明的實施形態1的象差圖。
圖5是本發明的實施形態1的掃描線移動量的圖。
圖6是本發明的實施形態1的掃描線移動量的圖。
圖7A以及7B是本發明的實施形態2的主掃描斷面圖以及副掃描斷面圖。
圖8是本發明的實施形態2的彩色圖像形成裝置的要部概略圖。
圖9是本發明的實施形態2的設計數據。
圖10A、10B、10C是本發明的實施形態2的象差圖。
圖11是本發明的實施形態2的掃描線移動量的圖。
圖12是本發明的實施形態2的掃描線移動量的圖。
圖13A以及13B是本發明的實施形態3的主掃描斷面圖以及副掃描斷面圖。
圖14是本發明的實施形態3的設計數據。
圖15A、15B、15C是本發明的實施形態3的象差圖。
圖16是本發明的實施形態3的掃描線移動量的圖。
圖17是本發明的實施形態3的掃描線移動量的圖。
圖18是本發明的圖像形成裝置的要部概略圖。
圖19是本發明的彩色圖像形成裝置的要部概略圖。
圖20是現有的光學掃描裝置的斜視圖。
具體實施例方式
圖1(A)是本發明的實施形態1的光學掃描裝置的主掃描斷面圖，圖1(B)是副掃描斷面圖。
這里，所謂的主掃描方向是指利用光學掃描掃描光束的方向，所謂的副掃描方向是指與光軸和主掃描方向正交的方向。
在利用構成第1光學系統的1片平行光透鏡2將作為光源裝置的半導體激光器1發出的發散光變換成大致的平行光束后，利用光闌3限制光束寬度，以得到所期望的光點直徑。
第2光學系統由只在副掃描方向具有規定的折射能力的1片柱面透鏡4構成，其使光束作為長長的線圖像在后述的偏轉裝置5的偏轉面5a近旁成像在主掃描方向上。
5是如由4面構成的多邊形反射鏡(旋轉多面鏡)組成的偏轉裝置，由電機驅動裝置(沒有圖示)以一定的速度在圖中箭頭A方向旋轉。
61是具有fθ特性的第3光學系統(光學掃描系統)，使被偏轉裝置5反射偏轉的光束成像在作為被掃描面的感光體磁鼓面7上，且校正了該偏轉裝置5的偏轉面5a的面傾斜。此時，被偏轉裝置5的偏轉面5a反射偏轉了的2條光束經由第3光學系統61被引導到感光體磁鼓面7上，通過在箭頭A方向上旋轉多邊形反射鏡5，可以在箭頭B方向同時光學掃描該感光體磁鼓面7。由此在感光體磁鼓面上形成掃描線，進行圖像記錄。
這里，對構成第3光學系統(成像掃描光學系統)61的1片fθ透鏡進行說明。
fθ透鏡61是通過壓模加工成形的由作為光學樹脂的ZEOPNEXE48R(日本吉綸公司制)構成的塑料透鏡，只在出射面61b上使其具有副掃描方向的放大率(折射能力)，且在多邊形反射鏡5側將主掃描方向形狀(母線形狀)確定為具有曲率中心的圓弧形狀，以使副掃描倍率近似達到恒定。
這里，所謂的使副掃描倍率為恒定的主掃描方向形狀(母線形狀)，如圖2所示的那樣，是指自多邊形反射鏡5的偏轉面5a到掃描透鏡61的出射面61b的空氣換算距離(透鏡內部用實際距離/折射率進行換算)與自出射面61b到被掃描面7的距離的比在圖像有效區域內近似恒定，成為公式7M2M1≈P2P1]]>這樣的形狀，在多邊形反射鏡5側具有曲率中心的近似圓弧形狀。
此外，通過只使出射面61b具有副掃描方向的放大率，曲率半徑做成從光軸向軸外漸漸變大的形狀，可以與副掃描方向的像面彎曲并列地校正副掃描倍率的均一性(副掃描倍率恒定)。
在主掃描方向，出射面61b確定為使副掃描倍率為恒定的圓弧形狀，入射面61a做成能與殘存的主掃描方向的像面彎曲并列地校正fθ特性的非圓弧形狀。
圖3所示是本實施形態的設計數據。
本發明的折射面的面形狀可以用下面的形狀表達式來表示。
在以與光軸的交點為原點，以光軸方向為X軸，以在主掃描面內與光軸正交的軸為Y軸，以在副掃描面內與光軸正交的軸為Z軸時，與主掃描方向對應的母線方向為公式8X=Y2/R1+1-(1+k)(Y/R)2+B4Y4+B6Y6+B8Y8+B10Y10]]>(式中R為曲率半徑；k、B4、B6、B8、B10為非球面系數)。
與副掃描方向(包含光軸且相對于主掃描方向正交的方向)對應的子線方向為
公式9S=Z2/r′1+1-(Z/r′)2]]>r′＝r0(1+D2Y2+D4Y4+D6Y6+D8Y8+D10Y10)(式中r’為光軸上的子線曲率半徑；D2、D4、D6、D8、D10為系數)。
這里，光軸外的子線曲率半徑r’包含各個位置的母線的法線且定義在與主掃描面垂直的面內。此外，雖然形狀表達式中的多項式是以達到10次的函數表示的，但次數即使是此以上或此以下都沒有關系。
圖4所示是本實施形態的光學掃描裝置的象差圖。
根據同圖，主掃描方向以及副掃描方向的像面彎曲都在±0.5mm以下，副掃描倍率的均一性為2.5％以下，被良好地進行了校正。作為光學掃描裝置，實用上圖像有效區域內的副掃描倍率的差需要控制在10％以下，最好控制在5％以下。
此時，如本實施形態的單片fθ透鏡61這樣，通過在圖像有效區域內使副掃描倍率做成恒定的構成，可以在因向光學箱(殼體)的透鏡的組裝誤差、透鏡自身的制造誤差造成掃描透鏡61整體偏心到副掃描方向(Z方向)時，使掃描線一致偏移，不產生掃描線彎曲。
此外，本實施形態的單片fθ透鏡61因其采用了入射面61a在副掃描方向為無放大率，只在出射面61b上具有放大率的構成，故在單片fθ透鏡61的入射面61a以及出射面61b各自的面上，副掃描倍率均為恒定。
利用該構成，特別地，在壓制透鏡因型內的組裝精度不足而產生相對入射面61a的出射面61b的副掃描方向的偏心時，也可以使掃描線一致偏移，不產生掃描線彎曲。
下面對單片fθ透鏡61的入射面61a以及出射面61b產生了以與主掃描方向平行的軸為中心的偏心旋轉時的掃描線彎曲進行說明。
出射面61b在以與主掃描方向平行的軸為中心只偏心旋轉了旋轉角γ時，當光軸上的光線到達被掃描面上的高度為Z2o，視場角為θ的光線到達被掃描面7上的高度為Z2θ時，掃描線彎曲量ΔZ2可以根據下式計算。
公式10ΔZ2＝Z2θ-Z2o(1)Z2o=Rxo×L2ofs2o×γ------(2)]]>Z2θ=(ΔX2+Rxθ)×L2θfs2θ×γ------(3)]]>式中ΔX2透鏡出射面61b的偏差；Rxo自光軸上的透鏡出射面61b到子線曲率中心的沿光軸方向的距離；Rxθ自視場角θ的透鏡出射面61b到子線曲率中心的沿光軸方向的距離；L2o光軸上的透鏡出射面61b到被掃描面7的距離；L2θ視場角θ的透鏡出射面61b到被掃描面7的距離；fs2o光軸上的透鏡出射面61b的副掃描方向的焦距；fs2θ視場角θ的透鏡出射面61b的副掃描方向的焦距。
這里，所謂的偏差是指對應于某一透鏡面位置的光軸上的透鏡面位置的、光軸方向的下垂量。此外，在本實施形態中，由于子線相對于母線形成在垂直的方向上，故在計算Rxθ時，透鏡出射面位置的子線曲率半徑Rsθ使用母線的傾角η由Rxθ＝Rsθ×cosη(4)求出。
另外，在入射面61a在以與主掃描方向平行的軸為中心只偏心旋轉了旋轉角γ時，當光軸上的光線到達被掃描面上的高度為Z1o，視場角θ的光線到達被掃描面7上的高度為Z1θ時，掃描線彎曲量ΔZ1可以根據下式計算。
公式11ΔZ1＝Z1θ-Z1o(5)Z1o=N-1N×do×{(Ndo-1fs2o)×L2o+1}×γ----(6)]]>Z1θ=N-1N×dθ×{(Ndθ-1fs2θ)×L2θ+1}×1cos2φ×γ----(7)]]>式中N掃描透鏡61的折射率；do光軸上的fθ透鏡61的入射面61a和出射面61b的距離；dθ視場角θ的fθ透鏡61的入射面61a和出射面61b的距離；fs2o光軸上的透鏡出射面61b的副掃描方向的焦距；fs2θ視場角θ的透鏡出射面61b的副掃描方向的焦距；L2o光軸上的透鏡出射面61b到被掃描面7的距離；L2θ視場角θ的透鏡出射面61b到被掃描面7的距離；φ視場角θ的主掃描方向的入射面61a出射后的光線的傾斜；單片fθ透鏡61在與主掃描方向平行的軸周圍產生了偏心旋轉時的掃描線彎曲ΔZ1可以用在入射面61a以及出射面61b產生的掃描線彎曲之和求出。
ΔZl＝ΔZ1+ΔZ2(8)在此，我們對近似地求掃描線彎曲量的方法進行說明。
在本實施形態中，由于使副掃描方向的放大率集中在出射面61b，且副掃描倍率為恒定，故出射面61b到被掃描面的距離L2o和出射面61b的副掃描方向的焦距fs2o的比L2o/fs2o與視場角θ無關地成為恒定值。因此，以光軸上的L2o/fs2o為代表，可以在全部視場角內使用該值。
此外，因為存在ΔX2＞＞Rx2-Rxo(9)的關系，故可以去掉Rx(自透鏡出射面61b到子線曲率中心的沿光軸方向的距離)的成分。
由此，在光軸上和視場角θ的情況下，不同的參數(產生掃描線彎曲的主要原因)僅為ΔX2，故在出射面61b在以與主掃描方向平行的軸為中心只偏心旋轉了旋轉角γ時的掃描線彎曲量ΔZ2可以用簡潔式
公式12ΔZ2=ΔX2×L2ofs2o×γ-----(10)]]>進行計算。
另外，關于入射面61a在平行于主掃描方向的軸周圍產生了偏心旋轉時的掃描線彎曲量ΔZ1，其在光軸上和視場角θ的情況下不同的參數(產生掃描線彎曲的主要原因)有3個，分別是d(fθ透鏡61的入射面61a和出射面61b的距離)、L2o(從透鏡出射面61b到被掃描面7的距離)、φ(主掃描方向的入射面61a出射后的光線的傾斜)。
于是，可以關于各參數計算產生的掃描線彎曲量，并將其和作為在與主掃描方向平行的軸周圍產生了偏心旋轉時所產生的掃描線彎曲量。另外，公式13ΔZl＝ΔZ1d+ΔZ1L+ΔZ1φ(11)ΔZ1d=N-1N×1cos2φ×(1-L2ofs2o)×γ×(dθ-do)----(12)]]>ΔZ1L=(N-1)×1cos2φ×γ×(L2θ-L2o)------(13)]]>ΔZ1φ＝(N-1)×L2o×γ×tan2φ(14)此時，fθ透鏡61在平行于主掃描方向的軸周圍產生了3分(γ＝8.727E-4rad)的偏心旋轉時的掃描線彎曲量為40μm，希望最好能夠達到20μm以下。
因此，根據(8)式，只要滿足公式14|ΔZl|＝|ΔZ1+ΔZ2|≤0.040(15)|ΔZl|＝|ΔZ1+ΔZ2|≤0.020那樣地構成單片fθ透鏡61的各面的形狀即可。
如果超過(15)式的范圍，則由掃描線彎曲導致的圖像劣化明顯，特別在使用了多個光學掃描裝置的彩色圖像形成裝置中色偏差將成為問題。
在本實施形態的光學掃描裝置中，θmax＝±40.9(下垂)，ΔX2＝-12.81(mm)，L2o＝147.28(mm)，L2θ＝170.74(mm)，fs2o＝44.95(mm)，N＝1.5242，φ＝23.7(下垂)，d0＝17.90(mm)，dθ＝3.47(mm)，單片fθ透鏡61在平行于主掃描方向的軸周圍偏心旋轉了3分(γ＝0.0008727rad)時產生的掃描線彎曲量ΔZl由上述(10)～(14)式得到ΔZ1＝+0.036(mm)ΔZ2＝-0.037(mm)ΔZl＝-0.001(mm)可見這是滿足(15)式的構成，且是相對于偏心旋轉可降低掃描線彎曲的靈敏度的fθ透鏡61。
在本實施形態的光學掃描裝置中，從光軸上的多邊形反射鏡的偏轉面5a到光學掃描元件61的出射面61b的空氣換算距離(透鏡中為實際距離/折射率)Lao＝63.193mm，上述光學掃描系統61的出射面61b到上述被掃描面8的距離Lbo＝147.283mm，軸外的多邊形反射鏡的偏轉面5a到光學掃描元件61的出射面61b的空氣換算距離Laθ＝72.843mm，從光學掃描元件61的出射面61b到上述被掃描面8的距離Lbθ＝170.742mm，確定兩面61a、61b(特別是出射面61b)的主掃描方向形狀(母線形狀)以滿足下面這樣的條件。
公式15LbθLaθ=1.0057×LboLao---(a)]]>公式16
圖4所示是各種本實施形態的光學掃描裝置的近軸象差(像面彎曲、畸變象差、副掃描倍率差)的諸象差圖，像面彎曲的實線表示副掃描方向，虛線表示主掃描方向。如由該諸象差圖可知的那樣，在本實施形態中良好地校正了近軸象差，可實現適合于高精細印字的光學掃描裝置。
副掃描方向的Fno的比為Fmin/Fmax＝0.982≥0.9顯示出滿足副掃描倍率恒定的條件。
在設上述光學掃描系統61的光路長為L，焦距為f時有1.35f≤L＝1.45≤1.55f，確定出射面的主掃描方向的形狀以使副掃描倍率為恒定，且也滿足可以良好地校正主掃描方向的像面彎曲以及fθ特性的、光路長和焦距的關系。
在設上述掃描光學系統整個系統的副掃描方向的放大率為φs，出射面61b(第2面)的副掃描方向的放大率為φs2時有0.9≤φs2/φs≤1.1，通過將副掃描方向的放大率集中在出射面，可以實現掃描線彎曲的配置靈敏度低的系統。
圖5中給出了在本實施形態的光學掃描裝置中，入射面61a、出射面61b、單片fθ透鏡61本身在副掃描方向(Z方向)偏移了50μm時的掃描線彎曲。
此外，圖6給出了在本實施形態的光學掃描裝置中，入射面61a、出射面61b、單片fθ透鏡61本身在平行于主掃描方向的軸周圍偏心旋轉了3分時的掃描線彎曲。
相對于在副掃描方向偏移了的偏心，由于作為透鏡采用的是集中了副掃描倍率，以及對各個面集中了副掃描倍率的構成，故雖到達被掃描面上的高度變化變化，但可抑制光學掃描裝置的掃描線彎曲的靈敏度成為較小。
另外，相對于在平行于主掃描方向的軸周圍旋轉了的偏心，由于使之滿足上述(10)～(15)式，構成了在與出射面61b偏心旋轉而產生的掃描線彎曲的相反方向上產生同等量的掃描線彎曲的入射面61a的形狀，故在入射面61a產生的掃描線彎曲與在出射面61b產生的掃描線彎曲相互抵消，在作為fθ透鏡本身產生偏心旋轉了時可以抑制掃描線彎曲的靈敏度成為較小。
由此，利用本發明的效果，可以提供即便是產生偏心也能夠抑制掃描線彎曲較小的、總能獲得良好的圖像的光學掃描裝置。
此外，在本實施形態中，特別是為了用塑料透鏡補償顯著的環境變動時的焦點移動，也可以在fθ透鏡61中的至少一側的面上設置形成衍射光柵面。
此外，在本實施形態中，利用多光束激光構成光源裝置也可以和上述的實施形態1同樣地適用。
多光束的光束條數是2條、3條以上都可以。
本實施形態的作為光學掃描元件的單片透鏡61也可以使用通過壓模加工成型的玻璃透鏡。
圖7(A)是本發明的實施形態2的光學掃描裝置的主掃描斷面圖，圖7(B)是副掃描斷面圖。
本實施形態與實施形態1的不同點是在光源裝置上使用多光束和變更了構成第3光學系統的單片fθ透鏡的入射面、出射面的形狀這兩點，其他與第1實施形態一樣。
同圖中，11是作為光源裝置的多光束激光器，同時出射被獨立地調制的2條光束(圖中只記載了1條光束)。
另外，在本實施形態中，圖8所示的彩色圖像形成裝置上搭載有該光學掃描裝置。同裝置是將來自多個光學掃描裝置的多條光束導光到各自對應的圖像承載體上并記錄不同的色光的圖像信息的彩色圖像裝置。
圖9所示是本實施形態的設計數據。
在本實施形態中，單片fθ透鏡61的入射面61a其主掃描方向是非球面形狀，副掃描方向是凸面的復曲面(toric)，出射面61b其主掃描方向是非球面形狀，副掃描方向由具有不同于主掃描方向的曲率半徑的圓弧形狀、且對應主掃描方向曲率半徑變化的變形復曲面構成。
集中了副掃描方向的放大率的出射面61b確定著主掃描方向的形狀，以使在圖像有效區域內副掃描倍率達到近似恒定。
利用圖9進行計算，有φs2/φs＝0.932，滿足0.9≤φs2/φs≤1.1。Lbθ/Laθ＝0.974×Lbo/Lao，滿足 圖10給出了本實施形態的主掃描方向以及副掃描方向的像面彎曲、fθ特性、單片fθ透鏡的副掃描倍率，并都良好地得到了校正。
圖11所示是本實施形態的單片fθ透鏡整體以及各光學面在副掃描方向偏移了50μm時的、被掃描面上的掃描線的副掃描方向的移動量。由同圖可知，因偏心導致的照射位置變動、掃描線彎曲的產生是微量的。
此外，圖12給出了本實施形態的單片fθ透鏡整體以及各光學面在平行于主掃描方向的軸周圍偏心旋轉了3分時的、被掃描面上的掃描線的副掃描方向的移動量。同樣可知，因偏心導致的照射位置變動、掃描線彎曲的產生是微量的。
以上，在本實施形態中，通過用復曲面、變形復曲面組成的單片fθ透鏡構成第3光學系統，滿足式(10)～(15)所示的條件，通過形成使之產生與因出射面在平行于主掃描方向的軸周圍產生偏心旋轉所引起的掃描線彎曲在相反方向且等量的掃描線彎曲的入射面，可以使在入射面產生的掃描線彎曲與在出射面產生的掃描線彎曲相互抵消，可以在單片fθ透鏡產生了偏心旋轉時，使用單片fθ透鏡廉價地實現不產生掃描線彎曲的光學掃描裝置。
進而，作為本實施形態固有的效果，通過恒定化圖像有效區域內的單片fθ透鏡的副掃描倍率，可以均一化使用了多光束的光學掃描裝置的多條光束間的在被掃描面上的掃描線間隔，實現可形成高精細的圖像的光學掃描裝置。
另外，通過滿足式(10)～(15)所示的條件，通過形成使之產生與因出射面在平行于主掃描方向的軸周圍產生偏心旋轉所引起的掃描線彎曲在相反方向且等量的掃描線彎曲的入射面，可以實現不產生因單片fθ透鏡的組裝誤差造成的掃描線彎曲的，并且不需要進行掃描線彎曲調整的、色偏差少的彩色圖像裝置。
圖13(A)是本發明的實施形態3的光學掃描裝置的主掃描方向的斷面圖，圖13(B)是副掃描方向的斷面圖。
本實施形態與實施形態1的不同點在于變更了構成第3光學系統的單片fθ透鏡61的入射面61a和出射面61b的副掃描方向的形狀。進而，除了在圖像形成裝置上搭載了光學掃描裝置外，其他與實施形態1一樣。
圖14所示是本實施形態的設計數據。
在本實施形態中，單片fθ透鏡61的主掃描方向是非球面形狀，副掃描方向是凸面的復曲面，出射面其主掃描方向是圓弧形狀，副掃描方向由具有不同于主掃描方向的圓弧形狀、且對應主掃描方向曲率半徑變化的變形復曲面構成。確定出射面的主掃描形狀以使在圖像有效區域內副掃描倍率能夠達到近似恒定，此外，還使副掃描方向的折射能力集中在出射面上。
圖15給出了本實施形態的主掃描方向以及副掃描方向的像面彎曲、fθ特性、單片fθ透鏡的副掃描倍率，并都良好地得到了校正。
這里，在設副掃描方向單片fθ透鏡的整個系統放大率為φs，出射面光軸上的放大率為φs2時，φs2/φs＝0.929(16)滿足0.9≤φs2/φs≤1.1(17)的條件。
Lbθ/Laθ＝1.0057×Lbo/Lao滿足公式18
在本實施形態中，單片fθ透鏡61的入射面以及出射面均做成和實施形態1同樣的主掃描方向的形狀，且在副掃描方向入射面具有了微小的正放大率，但由于是在出射面集中了大部分放大率，故沒有過大地偏離條件式(10)～(15)所示的關系。
如果入射面61a側的放大率分配是單片fθ透鏡整體放大率的1成(10％)以下，則就可以實質上得到本發明的效果。由此，通過形成使之與出射面61b在平行于主掃描方向的軸周圍發生偏心旋轉了時所產生的掃描線彎曲在相反方向彎曲、且產生彎曲量等同的掃描線彎曲的入射面形狀，做成可以降低由單片fθ透鏡61在與主掃描方向平行的軸周圍產生了偏心旋轉所導致的掃描線彎曲的靈敏度的構成。
圖16所示是使本實施形態的單片fθ透鏡整體以及使各光學面在副掃描方向偏移了50μm時的、被掃描面上的掃描線的副掃描方向的移動量。由同圖可知，因偏心導致的照射位置變動、掃描線彎曲的產生是微量的。
此外，圖17給出了本實施形態的單片fθ透鏡整體以及使各光學面在平行于主掃描方向的軸周圍偏心旋轉了3分時的、被掃描面上的掃描線的副掃描方向的移動量。
在同圖中可知，掃描線的照射位置變動、掃描線彎曲的產生是微量的。
圖18給出的是本發明的圖像形成裝置的實施形態的副掃描方向要部斷面圖。圖18中，符號104表示圖像形成裝置。在該圖像形成裝置104上輸入有來自微機等外部機器117的編碼數據Dc。該編碼數據Dc通過裝置內的打印控制器111被變換成圖像數據(點陣數據)Di。該圖像數據Di被輸入到具有實施形態1～3所示的構成的光學掃描單元100中。進而，從該光學掃描單元100對應圖像數據Di出射被調制的光束103，利用該光束103可在主掃描方向上掃描感光磁鼓101的感光面。
作為靜電潛圖像承載體(感光體)的感光磁鼓101由電機115驅動按順時針旋轉。并且，伴隨著該旋轉，感光磁鼓101的感光面相對于光束103在與主掃描方向正交的副掃描方向上移動。在感光磁鼓101的上方，與表面相接地設置有可以使感光磁鼓101的表面同樣地帶電的帶電滾筒102。進而，在因帶電滾筒102而帶電了的感光磁鼓101的表面上照射由上述光學掃描單元100進行掃描的光束103。
如先前所說明過的那樣，光束103基于圖像數據Di而受到調制，通過照射該光束103，可以使感光磁鼓101的表面形成靜電潛像。通過較上述光束103的照射位置進一步在感光磁鼓101的旋轉方向的下流側并與感光磁鼓101相接地配設的顯影器107，靜電潛像作為墨粉像而顯影。
利用顯影器107顯影的墨粉像在感光磁鼓101的下方，通過與感光磁鼓101對峙地配設的復印滾筒108復印在作為被復印材料的打印用紙112上。打印用紙112收納在感光磁鼓101前方(圖15中的右側)的打印用紙盒109內，但也可以手動給紙。在打印用紙盒109的端部設置有給紙滾筒110，以將打印用紙盒109內的打印用紙112送入到傳送通道上。
采用上述這樣做法，復印有未定影的墨粉像的打印用紙112被進一步運送到感光磁鼓101后方(圖16中的左側)的定影器。定影器由內部具有定影加熱器(沒有圖示)的定影滾筒113和壓接該定影滾筒113地配設的加壓滾筒114構成，通過用定影滾筒113和加壓滾筒114的壓接部邊加壓從傳送部送來的打印用紙112邊進行加熱，可使打印用紙112上的未定影墨粉像定影。進而，在定影滾筒113的后方配設有排紙滾筒116，用于把經過定影的打印用紙112排出到圖像形成裝置外。
雖然圖16中沒有圖示，但復印控制器111不僅是進行先前說明過的數據的變換，還以電機115為首，也進行圖像形成裝置內的各部分、或后述的光學掃描單元內的多邊形反射鏡電機等的控制。
權利要求
1.一種光學掃描裝置，它具有光源裝置、偏轉該光源裝置出射的光束的偏轉裝置和使偏轉光束成像在被掃描面上的光點上的光學掃描系統，其特征在于上述光學掃描系統是單透鏡，設定該單透鏡的面形狀，以使該單透鏡的入射面在平行于主掃描方向的軸周圍發生了偏心旋轉時所產生的副掃描方向的掃描線彎曲的方向與該單透鏡的出射面在平行于主掃描方向的軸周圍發生了偏心旋轉時所產生的副掃描方向的掃描線彎曲的方向互為相反方向。
2.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于上述單透鏡的入射面在平行于主掃描方向的軸周圍發生了偏心旋轉時所產生的副掃描方向的掃描線彎曲與該單透鏡的出射面在平行于主掃描方向的軸周圍發生了偏心旋轉時所產生的副掃描方向的掃描線彎曲將相互抵消。
3.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于在設該掃描光學系統整個系統的副掃描方向的放大率為φs，該單透鏡的出射面的副掃描方向的放大率為φs2時，該單透鏡的出射面的副掃描方向的放大率滿足0.9≤φs2/φs≤1.1。
4.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于該單透鏡的出射面的副掃描方向的放大率滿足0.95≤φs2/φs≤1.05。
5.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于在設從光軸上的上述偏轉裝置到上述單透鏡的出射面的空氣換算距離為Lao、從上述單透鏡的出射面到上述被掃描面的距離為Lbo、從在軸外的上述偏轉裝置到該單透鏡的出射面的空氣換算距離為Laθ、從該單透鏡的出射面到上述被掃描面的距離為Lbθ時，該單透鏡的出射面的主掃描方向的形狀滿足公式1
6.根據權利要求4所記述的光學掃描裝置，其特征在于該單透鏡的出射面的主掃描方向的形狀滿足公式2
7.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于向上述偏轉裝置入射在主掃描方向上形成了長的線圖像的光束。
8.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于上述單透鏡是利用壓模加工成形的。
9.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于上述出射面的副掃描方向的放大率或者/以及上述入射面的副掃描方向的放大率的變化與主掃描方向的形狀不相關。
10.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于上述出射面的副掃描方向的曲率半徑自軸上朝向軸外變化。
11.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于上述入射面以及出射面是變形面。
12.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于上述單透鏡的出射面的形狀是圓弧。
13.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于述單透鏡的出射面的形狀是非圓弧。
14.根據權利要求1所記述的光學掃描裝置，其特征在于上述光學掃描系統的副掃描方向成像倍率在圖像有效區域內的差為10％以內。
15.根據權利要求12所記述的光學掃描裝置，其特征在于上述單透鏡的出射面的主掃描方向的形狀是在上述偏轉裝置側具有曲率中心的近似圓弧形狀。
全文摘要
在本發明中，以提供可將由作為光學掃描系統的單透鏡61的偏心旋轉引起的掃描線彎曲抑制成微小的光學掃描裝置、以及使用了該光學掃描裝置的圖像形成裝置為目的。為解決上述問題，在本發明中，光學掃描系統使用單透鏡(61)，且設定單透鏡的面形狀，使該單透鏡的入射面(61a)在平行于主掃描方向的軸周圍發生了偏心旋轉時所產生的副掃描方向的掃描線彎曲的方向與該單透鏡的出射面(61b)在平行于主掃描方向的軸周圍發生了偏心旋轉時所產生的副掃描方向的掃描線彎曲的方向互為相反方向。
文檔編號G02B13/00GK1396475SQ0214131
公開日2003年2月12日 申請日期2002年7月5日 優先權日2001年7月6日
發明者石原圭一郎, 佐藤浩, 加藤學, 下村秀和 申請人:佳能株式會社